KR101287547B1 - 6가 크롬 및 3가 비소의 제거 방법 - Google Patents
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Abstract
6가 크롬 및 3가 비소의 제거 방법에 관한 것으로, 6가 크롬 및 3가 비소를 포함하는 용액을 준비하는 단계; 및 상기 용액을 냉각하는 단계;를 포함하는 6가 크롬 및 3가 비소의 제거 방법을 제공할 수 있다.
Description
6가 크롬 및 3가 비소의 제거 방법에 관한 것이다.
중금속에 의한 수질 및 토양의 오염문제가 날로 심각해져 가고 있다.
그렇기 때문에 중금속들의 산화·환원 반응을 이해하는 것은 공공위생 및 환경 정화를 위해서 매우 중요하게 여겨진다.
그 중 6가 크롬은 자연계에 널리 분포하고 크롬산 제조업; 크롬 도금업; 크롬합금 및/또는 스테인레스강 등을 생산하는 금속 제품 제조업; 스테인레스강 용접업; 도료 및/또는 색소 제조/취급업; 목재보존재 제조 및/또는 취급업; 피혁제품 제조업 등 여러 산업에서 널리 사용되고 있다.
다만, 6가 크롬은 환경 문제를 야기할 수 있는 중금속이다. 따라서 상기 6가 크롬을 처리하는 방법이 주목을 받고 있다.
비소는 화학 비료, 목재의 보존제 등으로 사용되고 있다. 또한, 비소는 인간의 활동 또는 비소를 함유하고 있는 광물의 용출 등에 의해 자연계로 유입되며 대표적으로 3가와 5가의 산화 형태로 존재하게 된다.
비소의 경우 3가의 형태로 존재하는 경우가 5가의 형태일 때보다 독성이 크며, 상기 비소를 5가의 형태로 산화시킬 수 있는 방안이 필요한 실정이다.
본 발명의 일 구현예에서는 6가 크롬 및 3가 비소의 제거 방법을 제공한다.
본 발명의 일 구현예에서는, 6가 크롬 및 3가 비소를 포함하는 용액을 준비하는 단계; 및 상기 용액을 냉각하는 단계;를 포함하는 6가 크롬 및 3가 비소의 제거 방법을 제공한다.
상기 용액을 냉각하는 단계의 냉각 온도는 -10 내지 -196℃일 수 있다.
상기 3가 비소는 상기 6가 크롬을 환원시키는 환원제일 수 있다.
상기 6가 크롬 및 3가 비소의 제거 방법에 의해 상기 6가 크롬은 3가 크롬으로 환원될 수 있다.
상기 6가 크롬 및 3가 비소의 제거 방법에 의해 상기 3가 비소는 5가 비소로 산화될 수 있다.
상기 6가 크롬의 총량 중 10mol% 이상의 6가 크롬이 상기 3가 크롬으로 환원될 수 있다.
상기 3가 크롬에 대한 상기 5가 비소의 몰비율은 1.2 내지 1.5일 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 6가 크롬 및 3가 비소의 제거 방법을 이용하는 경우 간단한 공정으로 독성이 강한 6가 크롬을 독성이 덜한 3가 크롬으로 환원시키는 동시에 독성이 강한 3가 비소를 독성이 덜한 5가 비소로 산화시킬 수 있다.
또한, 상기 방법은 별도의 부산물을 발생시키지 않는다.
상기 방법은 공정이 매우 간단하여 6가 크롬 및 3가 비소를 포함하는 폐수, 지하수, 토양 등에 광범위하게 적용될 수 있다.
도 1은 실험예 1에 따른 농도 변화 데이터이다.
도 2는 6가 크롬과 3가 비소의 농도에 따른 제거 비율 데이터이다.
도 2는 6가 크롬과 3가 비소의 농도에 따른 제거 비율 데이터이다.
이하, 본 발명의 구현예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명의 일 구현예에서는, 6가 크롬 및 3가 비소를 포함하는 용액을 준비하는 단계; 및 상기 용액을 냉각하는 단계를 포함하는 6가 크롬 및 3가 비소의 제거 방법을 제공한다.
상기 6가 크롬은 독성이 강한 중금속으로 많은 환경 문제를 야기할 수 있다. 본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 6가 크롬을 환원하여 상기 환경 문제를 보다 줄일 수 있다.
구체적인 예를 들어, 상기 6가 크롬을 3가 크롬으로 환원할 수 있다. 상기 3가 크롬은 상기 6가 크롬에 비해 독성이 덜하고 흡착 제거가 용이하다.
따라서, 상기 6가 크롬을 본 발명의 일 구현예에 따른 환원 방법에 의해 3가 크롬으로 환원시킨 후 수산크롬으로 침전 시키는 방법 등에 의해 6가 크롬을 폐수, 토양 등으로부터 효과적으로 제거할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 6가 크롬 및 3가 비소를 포함하는 용액을 준비하는 단계; 및 상기 용액을 냉각하는 단계;에 의해 상기 6가 크롬을 효과적으로 환원할 수 있다.
이와 동시에 독성이 강한 3가 비소를 독성이 덜한 5가 비소로 산화시킬 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 6가 크롬 및 3가 비소의 제거 방법은 상기 냉각 단계를 거치게 되면 상기 용액이 얼게 될 수 있다. 상기 용액이 얼 때 대부분의 유기물과 무기물은 얼음의 결정 주위에 존재하는 준-액체층에 농축되게 된다.
또한 상기 준-액체층에는 수소이온도 농축될 수 있으며, 상기 수소이온의 농축에 의해 상기 준-액체층의 pH가 변화될 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 6가 크롬 및 3가 비소의 제거 방법은 산성 조건 및/또는 환원제(예를 들어, 유기산)의 농도가 증가하는 조건에서 효과적일 수 있다.
상기와 같이 냉각 단계에 의해 준-액체층에 무기물(예를 들어, 6가 크롬 및/또는 3가 비소) 및/또는 수소이온이 농축되게 되는 경우 6가 크롬의 환원 반응 및 3가 비소의 산화 반응이 효과적으로 일어날 수 있게 된다.
상기 용액을 냉각하는 단계의 냉각 온도는 -10 내지 -196℃일 수 있다. 상기 범위를 만족하는 경우 용액이 동결하게 되면서 준-액체층 내 무기물, 유기물 및 수소의 농축이 효과적으로 일어날 수 있다.
보다 구체적으로 -20 내지 -196℃일 수 있다.
상기 3가 비소는 상기 6가 크롬을 환원시키는 환원제 역할을 할 수 있다.
또한, 상기 6가 크롬 및 3가 비소의 제거 방법에 의해 상기 6가 크롬은 3가 크롬으로 환원될 수 있다. 이에 대한 설명은 전술한 바와 동일하기 때문에 생략하도록 한다.
또한, 상기 6가 크롬 및 3가 비소의 제거 방법에 의해 상기 3가 비소는 5가 비소로 산화될 수 있다. 이에 대한 설명은 전술한 바와 동일하기 때문에 생략하도록 한다.
본 발명의 일 구현예에 따른 6가 크롬 및 3가 비소의 제거 방법에 의하면, 상기 6가 크롬의 총량 중 10mol% 이상의 6가 크롬이 3가 크롬으로 환원될 수 있다. 보다 구체적으로는 20mol%, 30mol%, 40mol%, 50mol%, 60mol%, 70mol%, 80mol% 또는 90mol% 이상의 6가 크롬이 3가 크롬으로 환원될 수 있다. 상기 환원되는 6가 크롬의 양은 사용되는 3가 비소의 양, 반응 조건 등에 의해 조절될 수 있다.
상기 3가 크롬에 대한 상기 5가 비소의 몰비율은 1.2 내지 1.5일 수 있다.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예들을 제시한다. 다만, 하기에 기재된 실시예들은 본 발명을 구체적으로 예시하거나 설명하기 위한 것에 불과하며, 이로서 본 발명이 제한되어서는 아니된다.
실험예
1: 액상과 얼음 상에서 6가 크롬의 환원 반응과 3가 비소의 산화 반응의 속도 비교
200 μM의 6가 크롬과 300 μM의 3가 비소를 포함한 수용액을 코니칼 튜브에 주입하고 혼합함으로 실험을 수행하였다.
이때 수소이온의 농도는 pH 3으로 맞추었고 액상시료는 20℃에 얼음시료는 영하 20℃로 맞춰진 저온냉각수조에 시료를 넣음으로 실험을 실시하였다.
6가 크롬의 함량은 디페닐-카바자이드 방법(diphenyl-carbazide (DPC) method) 로 5가 비소의 함량은 몰리브덴 블루 방법(molybdene blue method)으로 UV/vis 분광 광도계(spectrophotometer, UV-2401PC Shimadzu or Libra S22)를 이용하여 가각 540nm 및 870nm 에서 흡광도를 측정하여 계산하였다.
도 1은 상기 실험예 1에 따른 농도 변화 데이터이다.
도 1에 나타난 바와 같이. 액상에서는 6가 크롬의 환원 및 3가 비소의 산화가 전혀 일어나지 않았지만 얼음 상에서는 6가 크롬의 환원 및 3가 비소의 산화반응이 매우 빠르게 진행 되는 것을 확인할 수 있었다.
실험예
2: 6가 크롬과 3가 비소의 초기 농도에 따른 제거 비율 비교 실험
도 2는 6가 크롬과 3가 비소의 농도에 따른 제거 비율 데이터이다.
도 2에서 알 수 있듯이, 6가 크롬의 초기 농도에 상관없이 얼음 상에서의 6가 크롬의 제거는 3가 비소의 농도가 증가함에 따라 증가하였지만 액상에서는 3가 비소의 농도변화가 6가 크롬의 환원에 거의 영향을 미치지 않았다.
실험예
3: 다양한
pH
에서의 6가 크롬 및 3가 비소의 상관 관계
다양한 pH 조건하에서 6가 크롬의 환원 및 3가 비소의 산화반응을 얼음상 에서 정량적으로 비교하였다. 그 결과 하기 표 1에 나타난 바와 같이, 얼음 상에서는 모든 pH 영역(pH2 내지 9)에서 6가 크롬의 환원 및 3가 비소의 산화 반응이 크게 향상되었지만 액상의 경우에는 거의 변화가 없었다.
또한 환원된 6가 크롬과 산화된 3가 비소의 몰비가 1.2 내지 1.5 정도로 나타났는데 이는 이론적 화학양론비 1.5에 근접한 수치임으로 얼음 내 6가 크롬의 환원 반응과 3가 비소의 산화 반응이 화학양론적으로 일어남을 알 수 있다.
| -ΔCr(VI)] (μM) | Δ[As(V)] (μM) | -ΔAs(V)]/[Cr(VI)] | |
| pH 2 | 191.2 | 285.1 | 1.49 |
| pH 3 | 190.7 | 272.2 | 1.43 |
| pH 5 | 161.1 | 203.9 | 1.27 |
| pH 7 | 169.1 | 217.3 | 1.29 |
| pH 9 | 81.2 | 110.7 | 1.36 |
본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
Claims (9)
- 6가 크롬 및 3가 비소를 포함하는 용액을 준비하는 단계; 및
상기 용액을 냉각하는 단계;
를 포함하고,
상기 용액을 냉각하는 단계;는 -10 내지 -196℃에서 수행되는 것인 6가 크롬 및 3가 비소의 제거 방법.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 3가 비소는 상기 6가 크롬을 환원시키는 환원제인 것인 6가 크롬 및 3가 비소의 제거 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 6가 크롬 및 3가 비소의 제거 방법에 의해 상기 6가 크롬은 3가 크롬으로 환원되는 것인 6가 크롬 및 3가 비소의 제거 방법.
- 제4항에 있어서,
상기 6가 크롬 및 3가 비소의 제거 방법에 의해 상기 3가 비소는 5가 비소로 산화되는 것인 6가 크롬 및 3가 비소의 제거 방법.
- 제4항에 있어서,
상기 6가 크롬의 총량 중 10mol% 이상의 6가 크롬이 상기 3가 크롬으로 환원되는 것인 6가 크롬 및 3가 비소의 제거 방법.
- 제5항에 있어서,
상기 3가 크롬에 대한 상기 5가 비소의 몰비율은 1.2 내지 1.5인 것인 6가 크롬 및 3가 비소의 제거 방법. - 제1항에 있어서,
상기 용액을 냉각하는 단계;에 의해 상기 용액이 얼게 되며, 상기 6가 크롬 및 3가 비소는 준-액체층에 농축되어, 상기 6가 크롬은 3가 크롬으로 환원되고, 상기 3가 비소는 5가 비소로 산화되는 것인 6가 크롬 및 3가 비소의 제거 방법.
- 제8항에 있어서,
상기 준액체층에는 수소이온이 농축되어 변화되는 것인 6가 크롬 및 3가 비소의 제거 방법.
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|---|---|---|---|---|
| KR101867799B1 (ko) * | 2017-02-10 | 2018-06-15 | 한림대학교 산학협력단 | 요오드산염과 동결을 이용한 이종 고리 유기물질 분해 방법 |
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2011
- 2011-08-03 KR KR1020110077507A patent/KR101287547B1/ko not_active IP Right Cessation
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