KR101130934B1 - Preparation method of micro core shell solid oxidant powder - Google Patents

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Abstract

본 발명은 (a) 고체 산화제 입자를 용융 파라핀 왁스에 혼합하는 단계;The present invention comprises the steps of (a) mixing the solid oxidant particles into the molten paraffin wax;

(b) 단계 (a)에서 얻은 혼합물을 물에 적하하여 코어-쉘 벌크형 입자로 제조하는 단계; 및(b) dropping the mixture obtained in step (a) into water to prepare core-shell bulk particles; And

(c) 코어-쉘 벌크형 입자를 분쇄하여 마이크로 코어-쉘 고체 산화제 분말을 제조하는 단계;(c) milling the core-shell bulk particles to produce a micro core-shell solid oxidant powder;

를 포함하는 마이크로 코어-쉘 구조의 고체 산화제 분말의 제조방법을 제공한다.It provides a method for producing a solid oxidant powder of a micro core-shell structure comprising a.

과망간산칼륨, 코어-쉘, 파라핀왁스, 고체 산화제, PCE Potassium Permanganate, Core-Shell, Paraffin Wax, Solid Oxidizer, PCE

Description

마이크로 코어쉘 구조의 고체 산화제 분말의 제조방법{PREPARATION METHOD OF MICRO CORE SHELL SOLID OXIDANT POWDER}Manufacturing method of solid oxidant powder of micro core shell structure {PREPARATION METHOD OF MICRO CORE SHELL SOLID OXIDANT POWDER}

본 발명은 고체 산화제 분말의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 친환경적이면서 토양내 오염물질로의 이동시까지 비특이적인 산화제의 손실을 최소화하면서 선택적으로 오염물질에 이르러서만 산화제가 방출되어지도록 제어될 수 있는 마이크로 코어-쉘 구조의 고체 산화제 분말의 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for producing a solid oxidant powder, and more particularly, it can be controlled to release the oxidant only to the contaminant selectively while minimizing the loss of non-specific oxidant until the transfer to the pollutant in the soil. The present invention relates to a method for producing a solid oxidant powder having a micro core-shell structure.

제어방출 혹은 지연방출 기술은 약제학적 및 농화학 기술분야와 같은 다양한 분야에서 관심을 끌어왔다. 지표 밑 환경에서의 산화제의 제어방출 기술 역시 환경공학 관련분야에서 대두되고 있다. 특히 In situ 산화과정에서의 산화제의 제어방출이 관심분야가 되고 있다.Controlled or delayed-release techniques have attracted interest in a variety of fields such as pharmaceutical and agrochemical technologies. Controlled release technologies for oxidants in subsurface environments are also emerging in the field of environmental engineering. In particular, controlled release of oxidants during in situ oxidation has been of interest.

과망간산칼륨(KMnO4)에 의한 DNAPL(Dense Nonaqueous Phase Liquid)의 In situ 화학적 산화과정은 많은 보고서에서 기술되어졌다. 과량의 산화제는 비특이 적인 산화제 손실 때문에 빨리 분해되어질 것이 종종 요구된다. 이것은 산화제의 종류와 무관하게 대부분의 경우에도 적용되는 문제이다. 예를 들어, 3-D flow tank study에서 TCE(트리클로로에틸렌, 1.0L)에 대한 과망간산칼륨의 질량비가 82:1이었을 때 120일 내에 완전히 분해되었다. 다른 예로는 PCE(퍼클로로에틸렌, 0.576L)에 대한 과망간산칼륨의 질량비가 73:1이었을 때 1-D column 실험에서 63일 이상 동안 DNAPL의 총질량의 41% 정도가 분해되었다. 산화제는 천연유기물, 무기토양성분 및 기타 환원 화합물과도 반응하므로, 적용된 산화제의 일부분만이 사실상 목적 화합물에 이르러 공격한다. 그러므로 비특이적 산화제 손실을 최소화하면서 오염물질을 완전히 제거하기 위해 요구되는 산화제의 처리량을 감소하는 전달방법을 개발하는 것이 중요하다.In situ chemical oxidation of DNA No. (Dense Nonaqueous Phase Liquid) by potassium permanganate (KMnO 4 ) has been described in many reports. Excess oxidant is often required to break down quickly due to non-specific oxidant loss. This is a problem that applies in most cases irrespective of the type of oxidant. For example, in a 3-D flow tank study, when the mass ratio of potassium permanganate to TCE (trichloroethylene, 1.0L) was 82: 1, it was completely degraded within 120 days. In another example, when the mass ratio of potassium permanganate to PCE (perchlorethylene, 0.576 L) was 73: 1, about 41% of the total mass of DNAPL was degraded for more than 63 days in a 1-D column experiment. The oxidant also reacts with natural organics, inorganic soil components and other reducing compounds, so that only a fraction of the applied oxidant actually reaches the target compound. Therefore, it is important to develop a delivery method that reduces the throughput of oxidant required to completely remove contaminants while minimizing nonspecific oxidant loss.

ISCO의 치유 성능은 과망간산칼륨이 오염지역으로 전달되는 방법에 매우 강하게 의존한다. 현재 전달 시스템의 구성은 가압 다이렉트푸쉬 또는 오거드 프로브 퍼미에이션(augured probe permeation), 토양 혼합, 수압파쇄, 수직 또는 수평 웰 플러싱(well flushing), 처리벽, 및 산화제 재순환을 포함한다. 하지만 제어된 산화제 전달 시스템에 관하여 특히 과망간산칼륨에 관한 연구는 거의 없다. 점토나 담체로서 물을 함유한 시멘트에 부유된 과망간산칼륨 그라뉼을 함유하는 5mm이하의 알갱이 크기를 가진 OPMs(산화제 입자 혼합물)가 보고된 바 있다. 하지만 OPMs는 일단 지하토양이나 지하수에 도입되더라도 그 방출속도가 지나치게 느리고, 방출된 산화제는 분자확산 혹은 이류에 의해 이동하여 오염물과 반응하게 되지만, 이동경로에서의 비특이적인 손실은 피할 수 없어 산화제의 제어방출에 대한 다른 접근방법이 요구되어진다.The healing performance of ISCO depends very strongly on how potassium permanganate is delivered to the contaminated area. Configurations of current delivery systems include pressurized direct push or auged probe permeation, soil mixing, hydraulic fracturing, vertical or horizontal well flushing, treatment walls, and oxidant recycling. However, very little research has been made, particularly with respect to controlled oxidant delivery systems, in potassium permanganate. OPMs (oxidant particle mixtures) of less than 5 mm have been reported containing potassium permanganate granules suspended in cement containing water as clay or carrier. However, once OPMs are introduced into underground soils or groundwater, their release rates are too slow, and the released oxidants are moved by molecular diffusion or advection to react with contaminants. Different approaches to release are required.

본 발명은 상기한 바와 같이 종래 기술이 가지는 이러한 과제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 그 목적은 친환경적이면서 토양내 오염물질로의 이동시까지 비특이적인 산화제의 손실을 최소화하면서 선택적으로 오염물질에 이르러서만 산화제가 방출되어지도록 제어될 수 있는 마이크로 코어-쉘 구조의 고체 산화제 분말의 제조방법을 제공함에 있다.The present invention has been made to solve the above problems of the prior art as described above, the object of which is environmentally friendly and only oxidizing agent to the contaminant selectively, while minimizing the loss of non-specific oxidant until the movement to the contaminant in the soil It is to provide a method for producing a solid core oxidant powder of a micro core-shell structure that can be controlled to be released.

본 발명의 다른 목적은 상기 친환경적이면서 토양내 오염물질로의 이동시까지 비특이적인 산화제의 손실을 최소화하면서 선택적으로 오염물질에 이르러서만 산화제가 방출되어지도록 제어될 수 있는 마이크로 코어-쉘 구조의 고체 산화제 분말을 제공함에 있다. Another object of the present invention is a micro-core-shell structured solid oxidant powder which can be controlled to release the oxidant only to the pollutant selectively while minimizing the loss of non-specific oxidant until the transfer to the environmentally contaminant. In providing.

상기한 바와 같은 본 발명의 기술적 과제는 다음과 같은 수단에 의해 달성되어진다.The technical problem of the present invention as described above is achieved by the following means.

(1) (a) 고체 산화제 입자를 용융 파라핀 왁스에 혼합하는 단계;(1) (a) mixing the solid oxidant particles into the molten paraffin wax;

(b) 단계 (a)에서 얻은 혼합물을 물에 적하하여 코어-쉘 벌크형 입자로 제조하는 단계; 및(b) dropping the mixture obtained in step (a) into water to prepare core-shell bulk particles; And

(c) 코어-쉘 벌크형 입자를 분쇄하여 마이크로 코어-쉘 고체 산화제 분말을 제조하는 단계;(c) milling the core-shell bulk particles to produce a micro core-shell solid oxidant powder;

를 포함하는 마이크로 코어-쉘 구조의 고체 산화제 분말의 제조방법.Method of producing a solid oxidant powder of the micro core-shell structure comprising a.

(2) 제1항에 있어서,(2) The method of claim 1,

용융 파라핀 왁스는 80 ℃ 미만으로 조절되어지는 것을 특징으로 하는 마이크로 코어-쉘 구조의 고체 산화제 분말의 제조방법. Molten paraffin wax is a method for producing a solid core oxidizer powder of a micro-core shell structure, characterized in that it is adjusted to less than 80 ℃.

(3) 제 1항에 있어서,(3) The method according to claim 1,

고체 산화제는 PCE, TCE를 분해할 수 있는 산화제에서 선택되어지는 것을 특징으로 하는 마이크로 코어-쉘 구조의 고체 산화제 분말의 제조방법. A solid oxidant is selected from oxidants capable of decomposing PCE and TCE.

(4) 제 1항에 있어서,(4) The method according to 1,

고체 산화제는 과망간산염인 것을 특징으로 하는 마이크로 코어-쉘 구조의 고체 산화제 분말의 제조방법. A solid oxidant is a method for producing a solid core oxidant powder having a microcore-shell structure, characterized in that permanganate.

(5) 제 1항에 있어서,(5) The method according to claim 1,

고체 산화제 분말은 평균입경이 10 내지 20 ㎛인 것을 특징으로 하는 마이크로 코어-쉘 구조의 고체 산화제 분말의 제조방법.The solid oxidant powder is a method for producing a solid core oxidizer powder having a micro core-shell structure, characterized in that the average particle diameter of 10 to 20 ㎛.

(6) (a) 과망간산염을 1차 분쇄하고 상온이 될 때 까지 냉각한 후 이러한 과 정을 수회 반복하여 평균 입경 10 내지 20 ㎛로 하고, 습도가 제거된 분위기에서 보관하는 단계;(6) (a) pulverizing permanganate first and cooling down to room temperature, and repeating this process several times to an average particle diameter of 10 to 20 μm and storing in an atmosphere from which humidity is removed;

(b) 분당 8 내지 12℃로 승온하면서 80℃ 미만으로 유지된 용융 파라핀 왁스에 상기 과망산산염 입자를 혼합하는 단계;(b) mixing the permanganate particles in a molten paraffin wax maintained at less than 80 ° C. while raising the temperature to 8-12 ° C. per minute;

(c) 단계 (b)에서 얻은 반응물을 물에 적하하여 코어-쉘 벌크형 입자를 제조하는 단계; 및(c) dropping the reactant obtained in step (b) into water to prepare core-shell bulk particles; And

(d) 상기 단계 (c)에서 얻은 코어-쉘 벌크형 입자의 표면의 수분을 제거하고 상온에서 진공건조하는 단계; 및(d) removing moisture from the surface of the core-shell bulk particles obtained in step (c) and vacuum drying at room temperature; And

(e) 코어쉘 벌크형 입자를 15,000 내지 25,000 RPM의 분쇄기로 1 내지 3분 분쇄하여 마이크로 코어-쉘 고체 산화제 분말을 제조하는 단계;(e) pulverizing the coreshell bulk particles in a mill of 15,000 to 25,000 RPM for 1 to 3 minutes to produce a micro core-shell solid oxidant powder;

를 포함하는 마이크로 코어-쉘 구조의 고체 산화제 분말의 제조방법.Method of producing a solid oxidant powder of the micro core-shell structure comprising a.

(7) 제 1항 내지 제 6항 중 선택되는 어느 한 항에 의해 제조되어질 수 있는 마이크로 코어-쉘 구조의 고체 산화제 분말. (7) A solid oxidant powder having a micro core-shell structure, which can be prepared by any one of items 1 to 6.

본 발명에 의하면 친환경적이면서 토양내 오염물질로의 이동시까지 비특이적인 산화제의 손실을 최소화하면서 선택적으로 오염물질에 이르러서만 산화제가 방출되어지도록 제어될 수 있는 마이크로 코어-쉘 구조의 고체 산화제 분말을 제공한다. According to the present invention, there is provided a micro-core-shell structured solid oxidant powder which is environmentally friendly and can be controlled to release the oxidant only selectively to the pollutant while minimizing the loss of nonspecific oxidant until the movement to the pollutant in the soil. .

본 발명은 The present invention

(a) 고체 산화제 입자를 용융 파라핀 왁스에 혼합하는 단계;(a) mixing the solid oxidant particles into the molten paraffin wax;

(b) 단계 (a)에서 얻은 혼합물을 물에 적하하여 코어-쉘 벌크형 입자로 제조하는 단계; 및(b) dropping the mixture obtained in step (a) into water to prepare core-shell bulk particles; And

(c) 코어-쉘 벌크형 입자를 분쇄하여 마이크로 코어-쉘 고체 산화제 분말을 제조하는 단계;(c) milling the core-shell bulk particles to produce a micro core-shell solid oxidant powder;

를 포함하는 마이크로 코어-쉘 구조의 고체 산화제 분말의 제조방법을 포함한다.It includes a method for producing a solid oxidant powder of a micro core-shell structure comprising a.

이하 본 발명의 내용을 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the content of the present invention will be described in detail.

본 발명에 따른 마이크로 코어-쉘 구조의 고체 산화제 입자를 구성하는 코어 물질은 각종 유기오염물질을 처리할 수 있는 고체 산화제이다. 즉 본 발명에 사용가능한 고체 산화제로는 예를 들어 카본테트라클로라이드, 벤젠, 클로로포름, 테트라클로로에틸렌(PCE), 헥산, 시클로헥산, 또는 TCE와 같은 유기물, 바람직하게는 TCE 및 PCE를 분해할 수 있는 것으로, 바람직하게는 과망간산염(예를 들어, KMnO4)이다.The core material constituting the solid core oxidant particles of the microcore-shell structure according to the present invention is a solid oxidant capable of treating various organic pollutants. That is, the solid oxidizing agent usable in the present invention can decompose organic substances such as, for example, carbon tetrachloride, benzene, chloroform, tetrachloroethylene (PCE), hexane, cyclohexane, or TCE, preferably TCE and PCE. And, preferably, permanganate (for example, KMnO 4 ).

상기 코어물질은 구형, 타원형 혹은 막대형 등의 불규칙한 형상을 가질 수 있으며, 바람직하게는 평균입경이 10 내지 20 ㎛, 보다 바람직하게는 12 내지 16 ㎛이다. 평균입경의 크기가 10 ㎛ 미만일 경우 지나치게 빠른 용해속도로 손실량의 증가와 함께 지속성이 떨어질 수 있고, 20 ㎛를 초과하는 경우에는 용해속도가 느려 효율적인 오염물의 처리가 어려운 문제가 있다.The core material may have an irregular shape such as spherical shape, elliptical shape or rod shape, and preferably has an average particle diameter of 10 to 20 μm, more preferably 12 to 16 μm. If the average particle size is less than 10 μm, the sustainability may decrease with an increase of the loss amount at an excessively fast dissolution rate. If the average particle size is more than 20 μm, the dissolution rate may be slow, so that it is difficult to efficiently process contaminants.

본 발명의 코어-쉘 구조를 이루는 외피(쉘)는 처리하고자 하는 오염물질에 용해될 수 있으며, 코어 물질과는 불활성이며 실온에서 고체 상태로 존재하여야 한다. 또 생분해성 물질로서 자연환경에서 분해될 수 있는 것으로, 동시에 수처리 적용분야에서는 물에 대하여 불용성일 것이 요구된다. 이러한 요건을 만족하는 물질은 실온에서 고체이고 80-90 중량%가 직쇄탄화수소로 이루어진 물질이 적합하며, 바람직하게는 파라핀 왁스이다.The shell (shell) constituting the core-shell structure of the present invention can be dissolved in the contaminants to be treated and must be inert with the core material and exist in a solid state at room temperature. It is also a biodegradable substance that can be decomposed in the natural environment and at the same time it is required to be insoluble in water in water treatment applications. Materials that meet this requirement are suitable materials which are solid at room temperature and consist of 80-90% by weight of straight hydrocarbons, preferably paraffin wax.

특히 파라핀 왁스는 실온에서 고체로 존재하며, TCE와 PCE와 같은 염화물을 포함하는 많은 유기오염물질에 녹지만, 실질적으로 물에는 불용성이고 과망간산칼륨의 산화에 상대적으로 불활성인 특성을 갖고 있다. 더욱이 파라핀 왁스는 다양한 미생물, 예를 들어 슈도모나스, 마이코바터럼, 노카디아, 코리네박테리움, 및 마이크로코커스 속 미생물 들에 의해 분해될 수 있는 물질로서 환경친화적인 점이 장점으로 작용한다.In particular, paraffin waxes are solid at room temperature and are soluble in many organic pollutants, including chlorides such as TCE and PCE, but are substantially insoluble in water and relatively inert to the oxidation of potassium permanganate. Furthermore, paraffin wax is an environmentally friendly material that can be degraded by various microorganisms, for example, Pseudomonas, Mycobartum, Nocadia, Corynebacterium, and micrococcus microorganisms.

본 발명에 있어서, 상기 코어-쉘 구조의 고체 산화제에서 코어가 되는 고체 산화제의 질량분율이 증가하면 증가할수록 쉘의 표면에 고착된(또는 박힌) 고체산화제 입자가 증가하여 거친 표면을 갖게 되며, 따라서 물에 접촉할 경우 용해되어 매트릭스에 공극을 형성하여 초기 방출속도를 지나치게 빠르게 할 우려가 있다. 이와 달리 고체 산화제의 질량분율이 감소하면 감소할수록 산화제 입자가 매트릭스(쉘)내에 완전히 격리되어 있어 산화제의 방출속도가 현저히 떨어지는 문제가 있다. In the present invention, as the mass fraction of the solid oxidant which becomes the core in the solid oxidant of the core-shell structure increases, the solid oxidant particles fixed (or embedded) on the surface of the shell increase to have a rough surface. When contacted with water, it may dissolve and form voids in the matrix, causing the initial release rate to be too high. On the other hand, as the mass fraction of the solid oxidant decreases, the oxidant particles are completely sequestered in the matrix (shell), so that the release rate of the oxidant is significantly lowered.

이러한 사정을 고려할 때 본 발명에 따른 상기 마이크로 코어-쉘 구조의 고체 산화제 입자를 이루는 매트릭스(쉘)와 고체산화제의 질량분율은 바람직하게는 1:1 ~ 5:1 의 범위에서 정하는 것이 좋다. 본 발명의 바람직한 실시태양에 의하면 매트릭스를 파라핀 왁스로 하고, 내피를 과망간산칼륨으로 선택하여 실험한 경우 상기 질량분율의 범위내에서 물에서 고체 산화제가 파라핀 왁스 매트릭스로부터 90% 방출되는 시간은 각각 10, 36, 128일로 매우 적절한 것으로 평가된다.In consideration of such circumstances, the mass fraction of the matrix (shell) and the solid oxidant constituting the solid oxidant particles of the microcore-shell structure according to the present invention is preferably set in the range of 1: 1 to 5: 1. According to a preferred embodiment of the present invention, when the matrix is selected from paraffin wax and the endothelium is selected from potassium permanganate, the time at which 90% of the solid oxidant is released from the paraffin wax matrix in water within the mass fraction is 10, 36, 128 days is considered very appropriate.

상기와 같은 본 발명에 따른 마이크로 코어-쉘 구조의 고체 산화제 분말은 다음과 같이 제조되어질 수 있다.The solid oxidant powder of the microcore-shell structure according to the present invention as described above may be prepared as follows.

1. 벌크형 고체 산화제의 분쇄과정: 1. The grinding process of the bulk solid oxidant:

먼저, 분쇄기를 이용하여 업체로부터 구입한 벌크형 고체 산화제를 입경의 평균 크기가 10 내지 20 ㎛가 되도록 1차 분쇄한다. First, the bulk solid oxidizing agent purchased from a company using a grinder is first pulverized so that the average size of a particle size may be 10-20 micrometers.

이때 장시간 연속분쇄를 수행할 경우 분쇄된 입자가 가열된 상태에서 응집이 일어나 크기가 커지는 문제가 생기므로, 고체 산화제 분말을 분쇄기에서 충분히 분쇄한 후 상온이 될 때까지 냉각 한 후에 이 과정을 수회 반복실시하는 것이 좋다. 바람직하게는 50g의 고체 산화제 분말을 기준으로 대략 200 리터 크기의 분쇄기통 내에서 15,000 내지 25,000 RPM, 바람직하게는 대략 20,000 RPM의 속도로 약 4 내지 6분, 바람직하게는 약 5분간 분쇄한 후 4 시간 이상, 바람직하게는 6시간 이상 상온이 될 때까지 식힌 후 적어도 이 과정을 4회 반복수행하는 것이 좋다. In this case, if the continuous grinding is performed for a long time, a problem arises in that the size of the pulverized particles is agglomerated in the heated state, thereby increasing the size. Thus, the solid oxidant powder is sufficiently pulverized in a pulverizer and cooled to room temperature, and then the process is repeated several times. It is good to carry out. Preferably about 50 to about 6 minutes, preferably about 5 minutes of grinding at a rate of 15,000 to 25,000 RPM, preferably approximately 20,000 RPM, in a grinder of approximately 200 liters based on 50 g of solid oxidizer powder After cooling down to room temperature for at least 6 hours, preferably 6 hours or more, it is good to repeat this process at least four times.

상기 과정을 거쳐 분쇄된 고체 산화제 분말은 습도 유입으로 인한 산화제의 산화력 저하를 방지하기 위해 다음 공정에 투입될 때까지 상온 진공 건조기에서 보관하는 것이 바람직하다. The solid oxidant powder pulverized through the above process is preferably stored in a vacuum dryer at room temperature until it is added to the next process in order to prevent the oxidizing power of the oxidant from lowering humidity.

2. 파라핀 왁스 용융액의 제조과정: 2. Manufacturing process of paraffin wax melt :

상온에서 고체 상태로 존재하는 파라핀 왁스를 효율적이고 안전하게 용융하기 위해 고체 파라핀왁스의 미리 정해진 양을 적당한 크기의 내열성 용기에 담고, 온도제어가 가능한 가열 장치 (예를 들어, 핫플레이트 시터)에 올려놓은 후 서서히 가열하여 가열장치의 최종 온도가 80 ℃ 미만으로 되도록 유지하는 것이 중요하다. In order to efficiently and safely melt the paraffin wax present in the solid state at room temperature, a predetermined amount of the solid paraffin wax is placed in a heat-resistant container of a suitable size and placed on a heating device (for example, a hot plate sheeter) that can be controlled in temperature. It is then important to maintain the final temperature of the heating device below 80 ° C. by heating gradually.

이 경우 가열장치 위에서 온도를 서서히 가열할 때는 분당 8 내지 12 ℃ 정도로 승온될 수 있도록 조절할 필요가 있다. 만일 파라핀 왁스의 승온을 상기 범 위를 벗어나 수행하거나, 파라핀 왁스의 용융을 위한 온도가 80℃ 이상으로 되면 최종적으로 원하는 코어-쉘 구조의 형성 자체가 불가능하게 될 우려가 있을 뿐만 아니라, 폭발의 위험성이 우려되어 바람직하지 않다. In this case, when the temperature is gradually heated on the heating apparatus, it is necessary to adjust the temperature so that it can be raised to about 8 to 12 ° C per minute. If the temperature rise of the paraffin wax is out of the above range, or if the temperature for melting the paraffin wax is 80 ° C. or higher, there is a risk that the formation of the desired core-shell structure itself is impossible, and the risk of explosion This is concerned and undesirable.

이때 파라핀 왁스를 균질하게 완전히 용융시키기 위해 테플론 코팅을 입힌 자석 막대기를 넣고 플레이트 상에서 적당한 속도, 바람직하게는 200 내지 500 RPM로 혼합할 경우 최종적으로 얻게 되는 마이크로 코어-쉘 구조의 고체 산화제 입자의 형성이 원활하게 이루어 질 수 있다.At this time, the formation of the solid core particles of the microcore-shell structure, which is finally obtained by inserting a Teflon-coated magnet pole to homogeneously completely melt the paraffin wax and mixing on a plate at a suitable speed, preferably 200 to 500 RPM, is achieved. It can be done smoothly.

3. 코어-쉘 구조의 벌크형 입자의 제조과정: 3. Manufacturing Process of Bulk Particles with Core-Shell Structure :

상기 과정을 통해 얻은 파라핀 왁스 용융액에 마이크로 사이즈로 분말 처리된 과망간산염 입자를 적당량으로 하여 서서히 주입하면서 균질하게 파라핀 왁스 서스펜션에 혼합되도록 유지한다.The paraffin wax melt obtained through the above process was infused with an appropriate amount of the permanganate particles powdered to a micro size in an appropriate amount, and kept homogeneously mixed in the paraffin wax suspension.

상기와 같이 준비된 파라핀 왁스 서스펜션을 유리 스포이드 등의 도구를 이용하여 일정량 취한 후 즉시 청정수에 떨어뜨리면 코어-쉘 구조의 벌크형 입자를 회수할 수 있다. The paraffin wax suspension prepared as described above may be dropped into clean water immediately after taking a certain amount using a tool such as a glass dropper to recover the core-shell structured bulk particles.

상기 과정에 의해 얻어진 코어-쉘 구조의 벌크형 입자의 표피로부터 수분을 제거한 후 일정 시간 동안 상온에서 진공건조기 등을 이용하여 완전하게 건조시킨 다.After removing water from the epidermis of the core-shell structured bulk particles obtained by the above process, it is completely dried using a vacuum dryer or the like for a predetermined time.

4. 마이크로 코어-쉘 구조의 고체 산화제 분말의 제조과정: 4. Manufacturing process of solid oxidant powder of micro core-shell structure :

상기와 같이 건조한 벌크형 코어-쉘 입자를 드라이아이스를 접촉시킨 충격형 분쇄기로 15,000 내지 25,000 RPM, 바람직하게는 약 20,000 RPM의 회전속도로 약 1분 이상 3분 이하 분쇄하면 최종적으로 마이크로 크기의 코어-쉘 분말을 얻게 된다. 상기와 같은 조건을 벗어나게 되면 원하는 마이크로 코어-쉘 구조의 고체 산화제 분말을 얻는 것은 곤란하게 된다. 이와 같이 얻어진 분말은 사용할 때까지 상온에서 진공 건조기에서 보관하는 것이 바람직하다.The dry bulk core-shell particles as described above are pulverized with a impact grinder in contact with dry ice at a rotational speed of 15,000 to 25,000 RPM, preferably about 20,000 RPM, for about 1 minute to 3 minutes or less. You get a shell powder. Deviation from the above conditions makes it difficult to obtain a solid oxidant powder having a desired microcore-shell structure. The powder thus obtained is preferably stored in a vacuum dryer at room temperature until use.

상기 본 발명에 따른 일련의 과정에 의해 얻어지는 마이크로 코어-쉘 고체 산화제는 일단 지하토양이나 지하수에 도입되어지면 확산 혹은 이류에 의해 이동하여 오염물과의 계면에 이르게 되고, 이동기간 동안 산화제가 물에 접촉하는 것을 막아 비특이적인 방출에 의한 산화제의 손실을 줄일 수 있다. The microcore-shell solid oxidant obtained by a series of processes according to the present invention, once introduced into underground soil or groundwater, migrates by diffusion or advection to reach an interface with contaminants, and the oxidant contacts water during the migration period. This prevents the loss of oxidant due to nonspecific release.

도 1에 도시한 바와 같이 피복 고체 산화물(EPPs)이 확산 또는 이류에 의해 지중 유기 오염물질과의 계면에 도달하(DNAPLs)면 유기오염물질에 의해 매트릭스가 녹아 내부로 물이 침투하고 과망간산 이온(MnO4 -)의 형태로 매트릭스를 통해 방출되어 유기오염물질과 접촉하여 완벽하게 제거할 수 있다. 따라서 본 발명에 따른 고 체 산화제 전달시스템은 오염물질로의 이동시까지 비특이적인 산화제의 손실을 최소화하면서 선택적으로 오염물질에 이르러서만 산화제가 방출되어지도록 제어되어질 수 있다.As shown in FIG. 1, when the coated solid oxides (EPPs) reach the interface with the organic pollutants in the ground by diffusion or advection (DNAPLs), the matrix is melted by the organic pollutants and water penetrates into the interior. MnO 4 - is discharged through the matrix in the form of a) can be completely removed by contact with the organic contaminants. Thus, the solid oxidant delivery system according to the present invention can be controlled so that the oxidant is released only to the contaminant selectively, while minimizing the loss of nonspecific oxidant until migration to the contaminant.

이하 본 발명의 내용을 실시예에 의해 보다 상세하게 설명하기로 한다. 다만 이들 실시예는 본 발명의 내용을 이해하기 위해 제시되는 것일 뿐 본 발명의 권리범위가 이들 실시예에 한정되어지는 것으로 해석되어져서는 아니된다.Hereinafter, the content of the present invention will be described in more detail with reference to Examples. However, these examples are only presented to understand the content of the present invention, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to these embodiments.

<실시예 1> 마이크로 코어-쉘 구조의 고체 산화제 분말의 제조Example 1 Preparation of Solid Oxidizer Powder of Micro-Core Shell Structure

실험을 위해 KMnO4(입자크기, -325 US 메쉬; 순도, 97%)는 알드리치에서 구입하였고, 용융점이 50-55℃인 파라핀 왁스는 플루카에서 구입하였다. 시약등급 물은 역삼투 및 브뢴스테드 NANOpure Ⅱ 탈이온시스템(Ω=18.0 MΩ/cm)으로 정제한 증류수를 준비하였다. For the experiment KMnO 4 (particle size, -325 US mesh; purity, 97%) was purchased from Aldrich and paraffin wax with a melting point of 50-55 ° C. was purchased from Fluka. Reagent grade water was prepared by distilled water purified by reverse osmosis and Bronsted NANOpure II deionization system (Ω = 18.0 MΩ / cm).

배치(batch)식 충격형 분쇄기를 이용하여 벌크형으로 시판되는 산화제 분말 50g을 200L 크기의 분쇄기 통안에서 20,000 RPM의 속도로 약 5 분간 분쇄한 후 6 시간 이상 상온이 될 때까지 식힌 후 이 과정을 4번 반복하였다. 이렇게 분쇄된 마이크로 분말은 습도 유입으로 인한 산화제의 산화력 저하를 방지하기 위해 다음 공정에 투입될 때까지 상온 진공 건조기에서 보관하였다.50 g of commercially available oxidant powder was pulverized in a 200 L pulverizer at a speed of 20,000 RPM for about 5 minutes using a batch impact pulverizer, and cooled to room temperature for at least 6 hours. Repeated times. The pulverized micro powder was stored in a vacuum dryer at room temperature until it was introduced to the next process in order to prevent the oxidizing power of the oxidizing agent due to humidity inflow.

상온에서 고체 파라핀왁스 10g을 1L의 파이렉스 글래스 비이커에 담고, 온도 제어가 가능한 핫플레이트 시터에 올려놓은 후 분당 10도씩 상승하도록 조절하여 가열장치의 최종온도가 80℃ 미만이 되도록 유지하였다.10g of solid paraffin wax at room temperature was placed in a 1L pyrex glass beaker, placed on a temperature-controlled hotplate sheeter, and adjusted to rise by 10 degrees per minute to maintain the final temperature of the heating apparatus below 80 ° C.

왁스를 균질하게 완전히 용융시키기 위해 테플론 코팅을 입힌 자석 막대기를 넣고 플레이트 상에서 300 RPM으로 혼합하였다. 여기에 마이크로 분말 처리된 과망간산칼륨 입자 10g을 서서히 주입하면서 균질하게 파라핀 왁스 서스펜션에 혼합하였다. Teflon-coated magnetic sticks were placed and mixed at 300 RPM on a plate to homogeneously melt the wax completely. 10 g of the micropowdered potassium permanganate particles were slowly added thereto and mixed homogeneously in the paraffin wax suspension.

상기 파라핀 왁스 서스펜션을 유리스포이드로 약 0.5mL를 취하여 즉시 청정수에 떨어뜨렸다. 이렇게 제조된 코어-쉘 벌크형 산화제 입자를 회수하였다. 그런 다음 진공 필터를 이용하여 표피 중 수분을 제거한 후 24시간 동안 상온에서 진공건조기에서 건조하였다. About 0.5 mL of the paraffin wax suspension was taken with a glass dropper and immediately dropped into clean water. The core-shell bulk oxidant particles thus prepared were recovered. Then, the moisture was removed from the epidermis using a vacuum filter and dried in a vacuum dryer at room temperature for 24 hours.

상기 과정을 통해 건조한 벌크형 코어-쉘 입자를 드라이아이스를 접촉시킨 충격형 분쇄기로 20,000 RPM의 회전속도로 1분간 분쇄하여 마이크로 코어-쉘 구조의 고체 산화제 분말을 얻었다. 얻어진 분말은 사용할 때까지 상온에서 진공 건조기에서 보관하였다.Through the above process, the dried bulk core-shell particles were pulverized for 1 minute at a rotational speed of 20,000 RPM with an impact mill in contact with dry ice, thereby obtaining a solid core powder of a microcore-shell structure. The powder obtained was stored in a vacuum dryer at room temperature until use.

<비교예> 마이크로 코어-쉘 구조의 고체 산화제 분말의 제조Comparative Example Preparation of Solid Oxide Powder of Micro-Core Shell Structure

하기 표 1에 제시된 조건만을 변경하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1에서와 동일한 과정에 의해 실험을 실시하였다.The experiment was carried out by the same procedure as in Example 1 except changing only the conditions shown in Table 1.

<표 1> TABLE 1

비교예 1Comparative Example 1 비교예 2Comparative Example 2 비교예 3Comparative Example 3 비교예 4Comparative Example 4 왁스의 가열온도Wax heating temperature 80℃80 ℃ 85℃85 ℃ 실시예와 동일Same as Example 실시예와 동일Same as Example 벌크형 코어-쉘 입자의 분쇄조건Grinding Conditions for Bulk Core-Shell Particles 실시예와 동일Same as Example 실시예와 동일Same as Example 15,000RPM(3분)15,000 RPM (3 minutes) 25,000RPM(3분)25,000 RPM (3 minutes) 최종산물Final product 불량Bad 불량(폭발)Poor (explosion) 불량Bad 불량Bad

<실험예> Experimental Example

실험방법Experiment method

입자크기 분포와 평균입자크기는 Beckman Coulter LS 230을 이용하여 결정하였다. 대략 0.15g의 시험물질을 20mL의 톨루엔(UPPs의 경우) 혹은 이소프로필알콜(EPPs)을 현탁액으로 하여 샘플용기에 넣었다. 응집을 방지하기 위해 샘플을 수조에서 45W로 5분간 초음파 처리하였다. Particle size distribution and average particle size were determined using Beckman Coulter LS 230. Approximately 0.15 g of test substance was placed in a sample container with 20 mL of toluene (for UPPs) or isopropyl alcohol (EPPs) as a suspension. Samples were sonicated at 45 W for 5 minutes in a water bath to prevent aggregation.

샘플의 열적 특성은 DSC 2920 시스템을 이용하여 측정하였다. 퍼즈 기체는 35mL/min의 질소가 사용되었고, 초기온도는 20℃로 하여 140℃까지 분당 10℃의 경사를 두었다. Thermal properties of the samples were measured using a DSC 2920 system. As the fuzz gas, 35 mL / min of nitrogen was used, and the initial temperature was set at 20 ° C with a gradient of 10 ° C per minute up to 140 ° C.

파라핀 왁스 내에서의 실제 과망간산칼륨의 질량과 EPPs에 적재된 과망간산칼륨의 회수율을 구하기 위하여 추출공정을 수행하였다. EPPs를 20mL 시클로헥산을 함유한 25mL 볼륨 플라스크에 넣고 캡을 씌워 보텍싱한 후 파라핀왁스를 완전히 분해하기 위해 로터리 휠 쉐이커 위에 24시간 올려놓았다. 현탁액을 1.0 L 볼륨 플라스크에 옮겨 시약등급의 물을 첨가하여 과망간산칼륨을 추출하였다. 수층과 유기층을 1시간 정도 격렬하게 혼합한 후 추가적으로 1시간 동안 접촉상태로 유지 시켜 유기상과 수상을 분리하였다. 수상에서의 과망간산이온의 농도는 UV-비저블 스펙트로포토미터를 이용하여 552nm 파장에서 흡광도를 측정하고, 흑연 튜브 오토마이저가 장착된 전자흡수 스텍트로포토미터 (AAS, Varian SpectrAA-20 Plus)로 망간을 측정하여 결정하였다. 522nm 파장에서의 과망간산 이온의 몰흡광도는 2221 M-1cm-1 이다.The extraction process was performed to determine the actual mass of potassium permanganate in the paraffin wax and the recovery rate of potassium permanganate loaded on EPPs. EPPs were placed in a 25 mL volumetric flask containing 20 mL cyclohexane, capped and placed on a rotary wheel shaker for 24 hours to completely dissolve paraffin wax. The suspension was transferred to a 1.0 L volumetric flask and potassium permanganate was extracted by adding reagent grade water. The aqueous layer and the organic layer were mixed vigorously for about 1 hour and kept in contact for an additional hour to separate the organic and water phases. The concentration of permanganate ions in the water phase was measured by absorbance at 552 nm using a UV-visible spectrophotometer, and manganese with an electron absorption spectrophotometer (AAS, Varian SpectrAA-20 Plus) equipped with a graphite tube atomizer. Was determined by measuring. The molar absorbance of permanganate ions at a wavelength of 522 nm is 2221 M -1 cm -1 .

EPPs(파라핀왁스/과망간산칼륨의 질량비가 5:1, 2:1, 1:1인 것을 각각 0.30, 0.15 및 0.10g)을 균일하게 혼합하기 위하여 기계적 교반으로 상온에서 일정하게 200RPM으로 혼합하면서 시약등급 물 1.0L에 도입하였다. 입자의 흡입을 방지하기 위해 특히 조심하면서 수용액 샘플 40mL를 스테인레스 스틸 바늘이 장착된 유리 시린지를 이용하여 1,2,3,4,5,10,20,30,60,120,800, 및 1200분에 채취하여 샘플을 7mL 유리바이알로 옮겼다. 다른 실험으로 EPPs를 순수 PCE로 옮기고, 파라핀 왁스 외피가 목적하는 오염물질과 접촉하였을 때 재빨리 분해되는지를 확인하였다. W/P(왁스/과망간산칼륨) 비를 변화시킨 EPPs 0.10g을 순수 PCE 5mL에 부어 실온에서 200 RPM으로 오빗쉐이커에서 1분간 흔들어 주었다. 수용액상에서 과망간산 이온의 농도는 UV-비저블 스펙트로포토미터를 이용하여 552nm 파장에서의 흡수를 측정하여 결정하였다. UMPPs로부터 시약등급 물로의 과망간산칼륨의 방출은 대조군 실험으로서 측정하였다. In order to uniformly mix EPPs (mass ratio of paraffin wax / potassium permanganate at 0.30, 0.15 and 0.10 g, respectively 5: 1, 2: 1, and 1: 1, respectively), the reagents were mixed at a constant temperature of 200 RPM at room temperature by mechanical stirring. Introduced in 1.0 L of water. Take 40 mL of the aqueous sample at 1,2,3,4,5,10,20,30,60,120,800, and 1200 minutes using a glass syringe equipped with a stainless steel needle, taking special care to prevent particle inhalation. Was transferred to a 7 mL glass vial. In another experiment, EPPs were transferred to pure PCE and confirmed that the paraffin wax shell quickly decomposed when in contact with the desired contaminant. 0.10 g of EPPs with varying W / P (wax / potassium permanganate) ratios were poured into 5 mL of pure PCE and shaken for 1 minute in an orbit shaker at 200 RPM at room temperature. The concentration of permanganate ions in the aqueous solution was determined by measuring absorption at 552 nm using a UV-visible spectrophotometer. The release of potassium permanganate from UMPPs into reagent grade water was measured as a control experiment.

실험결과Experiment result

파라핀 왁스 외피를 분해한 후에 수용액상에서 과망간산칼륨의 회수는 100%에 이르렀다. UPPs의 SEM 이미지와 크기분포는 도 2a, 2b에 제시하였다. UPPs는 날카로운 에지로 입자분포가 다른 타원 혹은 막대형을 포함한 매우 불규칙한 모양을 나타내었다. 도 2a를 참조하면, 입자의 분쇄 전(A)과 후(B)의 두 이미지의 비교로부터 분쇄는 UPPs 사이즈를 현저히 감소시키는 것을 알 수 있었다. 입자크기 분포 측정 실험결과 도 2b에서 확인할 수 있듯이, 20분간 분쇄 후 평균입자크기(± 표준편차)가 152(± 222)에서 15(± 9)㎛로 감소한 것을 확인하였다. 하지만 도 2a와 도 2b에서 볼 수 있듯이 평균직경보다 훨씬 작은 입자들이 각 배치에서 관찰되었다.After decomposition of the paraffin wax shell, recovery of potassium permanganate in aqueous solution reached 100%. SEM images and size distribution of UPPs are shown in FIGS. 2A and 2B. UPPs have very irregular shapes, including ellipses or rods, with sharp edges and different particle distributions. Referring to Figure 2a, it can be seen from the comparison of the two images before (A) and after (B) grinding of the particles that the grinding significantly reduces the size of the UPPs. As shown in the particle size distribution measurement results in Figure 2b, it was confirmed that the average particle size (± standard deviation) was reduced from 152 (± 222) to 15 (± 9) ㎛ after grinding for 20 minutes. However, as can be seen in FIGS. 2A and 2B, particles much smaller than the average diameter were observed in each batch.

파라핀 왁스로 코팅된 과망간산칼륨의 입자의 광학사진은 도 2에 나타내었다. 도 3의 (A)는 파라핀왁스(W):과망간산칼륨(P)=1:1인 경우의 광학사진이고, (B)는 W:P=2:1인 경우의 광학사진으로, 각각 위에서 본 사진과 측면에서 본 사진으로 평균 직경은 0.5 내지 5mm 정도로 확인되었다.Optical photographs of particles of potassium permanganate coated with paraffin wax are shown in FIG. 2. Figure 3 (A) is an optical photograph when paraffin wax (W): potassium permanganate (P) = 1: 1, (B) is an optical photograph when W: P = 2: 1, respectively, viewed from above The average diameter was about 0.5 to 5 mm in the photograph and the side view.

이러한 직경을 가진 캡슐화된 과망간산칼륨 그래뉼(EPGs)을 분쇄하여 더 작은 입자를 만들었으며, 도 4a에 제시하였다. 도 4a의 (A), (B)는 각각 3분간 분말화한 후의 W:P= 1:1인 입자의 ESEM 이미지 및 부분확대 이미지이고, (C)와 (D)는 각각 W:P= 2:1인 입자와 W:P= 5:1인 입자의 ESEM 이미지를 보여준다. 이러한 ESEM 이미지에 의하면 다핵이면서 미세화된 과망간산칼륨 입자들이 무작위로 파라핀왁스 기질내에 갇히는 것을 확인할 수 있고, 과망간산칼륨의 질량분율이 높은 EPPs(1:1 W/P에서 50%)는 표면에 박힌 과망간산칼륨 입자를 더 함유하여 질량분율이 작은 경우(2:1 W/P에서 33.3%)보다 거친 표면을 갖는 것을 확인할 수 있다. 다른 질량비 W/P에 대하여 평균직경에서의 유의적인 차는 없었다. Encapsulated potassium permanganate granules (EPGs) with this diameter were ground to make smaller particles, as shown in FIG. 4A. (A) and (B) of FIG. 4A are ESEM images and partial enlarged images of particles having W: P = 1: 1 after powdering for 3 minutes, respectively, and (C) and (D) are respectively W: P = 2. Show ESEM images of particles with 1: and particles with W: P = 5: 1. These ESEM images show that the multinucleated and micronized potassium permanganate particles are randomly trapped in the paraffin wax substrate, and the EPPs (50% at 1: 1 W / P) with high mass fraction of potassium permanganate are embedded in the surface of potassium permanganate. It can be seen that it contains more particles and has a rougher surface than when the mass fraction is small (33.3% at 2: 1 W / P). There was no significant difference in mean diameter for the other mass ratios W / P.

상기 2:1 W/P에 대한 EPPs 입자분포는 평균입경이 874± 377㎛로 도 4b에 제시한 바와 같이 바이모달(Bimodal) 곡선을 따르는 것을 확인할 수 있다. 입자크기 분포곡선은 쌍으로 나타났다. 입자의 크기분포는 본 실험에서 사용된 루프 시스템 모듈에서 속도변화 뿐만 아니라 무작위로 분말을 샘플링하더라도 상대적으로 재현되어지는 것을 확인할 수 있었다. 이중 샘플의 모든 데이터 포인트로부터 편차의 합은 총 볼륨 100%에 대하여 17.2%(부피%)였다.EPPs particle distribution for the 2: 1 W / P can be seen that the average particle diameter of 874 ± 377㎛ follows the bimodal curve (Bimodal) as shown in Figure 4b. The particle size distribution curves are shown in pairs. The particle size distribution was found to be relatively reproducible even when randomly sampling the powder as well as the speed change in the loop system module used in this experiment. The sum of deviations from all data points of the double samples was 17.2% (vol%) for 100% total volume.

또한 도 4b에 의하면 일부 EPPs가 응집되어 존재하는 것을 확인할 수 있다. 파라핀왁스는 매우 점착력이 있어서 입경 1700㎛에서 두번째 피크가 나타난다. In addition, according to Figure 4b it can be seen that some EPPs are aggregated. Paraffin wax is very adhesive and shows a second peak at a particle diameter of 1700 μm.

DSC 데이터는 수정된 MSC 공정 전 후의 파라핀왁스의 용융거동을 나타낸다. 과망간산칼륨 입자와 파라핀 왁스는 온도범위에 걸쳐 서로에 대하여 불활성임을 도 5를 통해 확인할 수 있다. 대부분의 파라핀오일이 0.5% 정도의 잔류 오일을 함유하므로 통상적으로 샤프한 용융점을 가지지는 않는다. 파라핀왁스에 대하여는 30 내지 50℃에서의 작은 피크와 50 내지 70℃에서의 큰 피크를 갖는 두 개의 특징적인 용융범위가 관찰되었다. 과망간산칼륨의 존부는 왁스의 용융점에 유의적인 차이를 제공하지 않는다. MSC 공정이 수행되는 동안 고체 과망간산칼륨은 파라핀 왁스와 온도범위에 걸쳐 반응하지 않는 것으로 생각된다. 이러한 사실은 산화제에 노출된 파라핀 왁스의 현저한 산화는 93℃에 이르기까지는 발생하지 않으며 적어도 121℃로 3일이 요구된다. 따라서 파라핀 왁스는 입자의 전달 및 이동시에 과망간산칼륨의 비특이적인 손실을 야기하지는 않음을 확인할 수 있다.DSC data shows the melting behavior of paraffin wax before and after the modified MSC process. It can be seen from Figure 5 that the potassium permanganate particles and paraffin wax are inert to each other over a temperature range. Most paraffin oils contain about 0.5% residual oil and do not typically have sharp melting points. Two distinct melting ranges were observed for paraffin wax with small peaks at 30-50 ° C. and large peaks at 50-70 ° C. The presence of potassium permanganate does not provide a significant difference in the melting point of the wax. It is believed that the solid potassium permanganate does not react with the paraffin wax over the temperature range during the MSC process. This fact indicates that significant oxidation of paraffin waxes exposed to oxidants does not occur up to 93 ° C. and requires at least 121 days of 3 days. Thus, it can be seen that paraffin wax does not cause nonspecific loss of potassium permanganate upon delivery and migration of particles.

도 6은 과망간산칼륨의 EPPs로부터 시약등급 물로의 용출특성을 보여준다. UPPs의 용해는 즉각적이었던 반면(1분 이내) EPPs는 현저하게 늦어졌다. 하지만 EPPs의 경우 10 내지 30%의 과망간산칼륨이 1주일 동안에 걸쳐 방출되었다. 입자들로부터 물로의 고체 산화제의 방출은 2상(biphase)으로, 초기의 빠른 방출특성 (10분 미만)과 뒤 이은 지연된 방출특성의 거동을 나타내는 것을 확인할 수 있다. 초기의 빠른 방출은 피복되지 않았거나 EPPs의 표면에 묻히거나 근처에 존재하는 부분 코팅된 산화제 입자의 용해에 기인한다. 이와 같은 EPPs 표면에서의 산화제의 용해는 도 7에서 확인할 수 있다. 도 7은 W:P= 5:1인 경우의 예로서 이를 참조하면, 매트릭스 표면에 박힌 고체 산화제 입자가 물과의 4일간의 지속적인 접촉 후에 용해되어 방출되고 파라핀 왁스 매트릭스의 표면에 홈을 형성하게 된 것을 확인할 수 있다.6 shows the elution characteristics of potassium permanganate from EPPs to reagent grade water. Dissolution of UPPs was immediate (within 1 minute) while EPPs were significantly slowed. However, in the case of EPPs, 10-30% of potassium permanganate was released over a week. It can be seen that the release of solid oxidant from the particles into the water is biphase, exhibiting early rapid release (less than 10 minutes) followed by delayed release behavior. Early rapid release is due to the dissolution of partially coated oxidant particles that are uncoated or buried on or near the surface of the EPPs. This dissolution of the oxidant on the surface of EPPs can be seen in FIG. 7 shows as an example when W: P = 5: 1, the solid oxidant particles embedded in the matrix surface are dissolved and released after 4 days of continuous contact with water to form grooves on the surface of the paraffin wax matrix. You can see that.

이들 결과는 염화칼륨과 같은 고친수성 코어 물질이 2상 방출 패턴을 나타낸다는 이전의 보고들과 일치한다. 빠른 교반 반응기는 큰 교란조건을 제공하고, 따라서 물로의 측정된 방출속도가 상한인 것으로 여겨진다. EPPs의 방출속도는 지하수 흐름과 같이 비교적 덜 난류적 특성을 가지는 환경에서는 늦어진다.These results are consistent with previous reports that high hydrophilic core materials such as potassium chloride exhibit a biphasic release pattern. Fast stirring reactors provide large disturbance conditions, and therefore the measured release rate into water is considered to be the upper limit. The release rate of EPPs is slowed in environments with relatively less turbulent properties, such as groundwater flow.

W/P의 값을 변화시키면서 EPPs에 대하여 90% 방출시간을 실험적으로 구한 하기 식을 적용하여 예측한 결과 1:1 W/P에서는 표 2와 같이 10일, 2:1과 5:1에서는 각각 36일, 128일로 나와 과망간산칼륨 분획은 파라핀 왁스 기질내에 충분히 격리 되어 있어 물에 접근이 어렵고 왁스로 물이 침투 내지 확산하는 속도는 충분히 지연되는 것으로 판단되었다.As a result of predicting the 90% emission time experimentally for EPPs while changing the value of W / P, the following equation was predicted. It was judged that the potassium permanganate fraction was sufficiently sequestered in the paraffin wax substrate as it was 36 days and 128 days, so that the water was difficult to access and the rate of water penetration or diffusion into the wax was sufficiently delayed.

Mt=k0t+C, t90 %=(0.9M0-C)/k0 M t = k 0 t + C, t 90 % = (0.9M 0 -C) / k 0

상기 식에서 Mt, M0는 각각 시간 t, 0에서의 고체산화제의 질량을 나타내며, C는 상수이며, k0는 정상방출속도(g/day)를 나타낸다. In the above formula, M t and M 0 represent the mass of the solid oxidant at time t and 0, respectively, C is a constant and k 0 represents the normal release rate (g / day).

<표 1> TABLE 1

W:P(질량)W: P (mass) 정상방출속도, ko (g/day)Steady release rate, k o (g / day) 90% 방출추정시간, t90 % (days)90% emission estimation time, t 90 % (days) 1:11: 1 3.34×10-3(r2=0.992)3.34 × 10 -3 (r 2 = 0.999) 1010 2:12: 1 1.07×10-3(r2=0.938)1.07 × 10 -3 (r 2 = 0.093) 3636 5:15: 1 3.20×10-4(r2=0.935)3.20 × 10 -4 (r 2 = 0.993) 128128

상기 결과에 의하면 방출속도는 UPPs의 질량분율과 비례하고, 파라핀 왁스의 질량분율과는 반비례하는 것을 알 수 있다. The results show that the release rate is proportional to the mass fraction of UPPs and inversely proportional to the mass fraction of paraffin wax.

PCE에서 파라핀 왁스의 분해실험을 수행한 결과 위 3가지 경우 모두 3분 내에 파라핀 왁스가 완전히 분해되어지는 것을 확인하였다. 이는 EPPs가 목적하는 오염물질과 접촉하였을 때 과망간산칼륨이 빠른 속도로 방출될 수 있음을 의미한다.As a result of performing the decomposition test of paraffin wax in PCE, all three cases confirmed that paraffin wax was completely decomposed within 3 minutes. This means that potassium permanganate can be released rapidly when EPPs come in contact with the desired contaminant.

도 8은 현탁액을 흔들어주기 전후에 EPPs가 PCE 방울의 존재하에 물에서 어떻게 행동하는지를 보여준다. EPPs는 PCE에 대한 파라핀 왁스의 친화성 때문에 자유상인 PCE의 계면에 응집되어 있다. 자유상인 PCE와 물의 계면에 모인 EPPs는 벌크용액에 대한 산화제 농도의 국부적인 증가를 의미한다.8 shows how EPPs behave in water in the presence of PCE droplets before and after shaking the suspension. EPPs aggregate at the interface of the free phase PCE because of the affinity of paraffin wax for PCE. EPPs gathered at the interface between the free phase PCE and water represent a local increase in oxidant concentration in the bulk solution.

이로써 고체 과망간산칼륨의 매트릭스 재료로 사용된 파라핀 왁스는 코팅재료로 적합하다는 것을 확인할 수 있다. 더욱이 파라핀 왁스는 실온에서 고체이고 80 내지 90 중량%가 직쇄탄화수소로 이루어져 있다. 파라핀 왁스는 TCE와 PCE와 같은 염화물을 포함하는 많은 유기오염 물질에 또한 녹는다. 하지만 실질적으로 물에는 불용성이고 과망간산칼륨의 산화에 상대적으로 불활성이다. 더욱이 파라핀 왁스는 다양한 미생물에 의해 분해가 가능한 생분해물질로서 환경친화적인 소재라는 점에서 매우 적합하다.This confirms that the paraffin wax used as the matrix material of solid potassium permanganate is suitable as a coating material. Furthermore, paraffin waxes are solid at room temperature and consist of 80 to 90% by weight of straight hydrocarbons. Paraffin waxes are also soluble in many organic pollutants, including chlorides such as TCE and PCE. However, it is practically insoluble in water and relatively inert to the oxidation of potassium permanganate. Moreover, paraffin wax is a biodegradable material that can be decomposed by various microorganisms, which is very suitable in that it is an environmentally friendly material.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 고체 산화제 분말의 제조방법은 특수장비가 필요없고, 스케일업이 용이하며 유기용매를 필요로 하지 않고 과망간산칼륨의 피복효율이 90%에 이르는 등 산화제의 전달에 있어서 매우 우수한 수단으로 제공되어 질 수 있음을 확인하였다. As described above, the method for producing a solid oxidant powder according to the present invention does not require special equipment, scales up easily, does not require an organic solvent, and has a very high coating efficiency of potassium permanganate. It was confirmed that it can be provided by excellent means.

상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.As described above, it has been described with reference to a preferred embodiment of the present invention, but those skilled in the art various modifications and changes of the present invention without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims below I can understand that you can.

도 1은 본 발명에 따른 고체 산화제 분말의 토양내 오염물질에 처리시의 전달과정을 보여주는 모식도이다.Figure 1 is a schematic diagram showing the delivery process during treatment to the soil contaminants of the solid oxidant powder according to the present invention.

도 2는 본 발명에 따른 피복되지 않은 과망간산염(UPPs)의 SEM 이미지와 크기분포를 나타낸다.2 shows SEM images and size distributions of uncoated permanganate salts (UPPs) according to the present invention.

도 3은 본 발명에 따라 제조된 캡슐화된 과망간산칼륨의 입자 사진이다. 3 is a photograph of particles of encapsulated potassium permanganate prepared according to the present invention.

도 4는 본 발명에 따라 캡슐화된 과망간산칼륨 그래뉼(EPGs)을 분쇄하여 얻은 마이크로 입자의 ESEM 이미지이다.4 is an ESEM image of microparticles obtained by grinding encapsulated potassium permanganate granules (EPGs) according to the present invention.

도 5는 (A) 파라핀 왁스, (B) 파라핀 왁스와 피복되지 않은 과망간산칼륨 입자의 물리적 혼합물, (C) 코어-쉘 구조의 과망간산칼륨 입자 (1:1 W/P)의 DSC 분석결과이다.FIG. 5 shows the results of DSC analysis of (A) paraffin wax, (B) physical mixture of paraffin wax and uncoated potassium permanganate particles, and (C) potassium permanganate particles (1: 1 W / P) of core-shell structure.

도 6은 과망간산칼륨의 EPPs로부터 시약등급 물로의 용출특성을 보여주는 실험결과이다.6 is an experimental result showing the dissolution characteristics of potassium permanganate from EPPs to reagent grade water.

도 7은 본 발명에 따라 제조된 코어-쉘 구조의 과망간산칼륨 입자의 표면을 보여주는 ESEM 이미지이다. Figure 7 is an ESEM image showing the surface of the potassium permanganate particles of the core-shell structure prepared according to the present invention.

도 8은 본 발명에 따라 제조된 코어-쉘 구조의 과망간산칼륨 입자가 PCE 방울의 존재하에 물에서의 거동을 비교하여 보여주는 실험결과이다(A: 흔들기 전, B: 1분간 흔든 후 10분). 8 is an experimental result showing that the core-shell structure of potassium permanganate particles prepared according to the present invention by comparing the behavior in water in the presence of PCE droplets (A: before shaking, B: 10 minutes after shaking for 1 minute).

Claims (7)

(a) 과망간산염을 1차 분쇄하고 상온이 될 때 까지 냉각한 후 이러한 과정을 수회 반복하여 평균 입경 10 내지 20 ㎛로 하고, 습도가 제거된 분위기에서 보관하는 단계;(a) pulverizing permanganate first and cooling down to room temperature, and then repeating this process several times to an average particle diameter of 10 to 20 μm and storing in an atmosphere from which humidity is removed; (b) 분당 8 내지 12℃로 승온하면서 80℃ 미만으로 유지된 용융 파라핀 왁스에 상기 과망간산염 입자를 혼합하는 단계;(b) mixing the permanganate particles in a molten paraffin wax maintained at less than 80 ° C. while raising the temperature to 8-12 ° C. per minute; (c) 단계 (b)에서 얻은 반응물을 물에 적하하여 코어-쉘 벌크형 입자를 제조하는 단계; 및(c) dropping the reactant obtained in step (b) into water to prepare core-shell bulk particles; And (d) 상기 단계 (c)에서 얻은 코어-쉘 벌크형 입자의 표면의 수분을 제거하고 상온에서 진공건조하는 단계; 및(d) removing moisture from the surface of the core-shell bulk particles obtained in step (c) and vacuum drying at room temperature; And (e) 코어쉘 벌크형 입자를 15,000 내지 25,000 RPM의 분쇄기로 1 내지 3분 분쇄하여 마이크로 코어-쉘 고체 산화제 분말을 제조하는 단계;(e) pulverizing the coreshell bulk particles in a mill of 15,000 to 25,000 RPM for 1 to 3 minutes to produce a micro core-shell solid oxidant powder; 를 포함하는 마이크로 코어-쉘 구조의 고체 산화제 분말의 제조방법.Method of producing a solid oxidant powder of the micro core-shell structure comprising a. 제 1항에 의해 제조되어질 수 있는 마이크로 코어-쉘 구조의 고체 산화제 분말.A solid oxidant powder having a micro core-shell structure which can be prepared by claim 1. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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