KR101306555B1

KR101306555B1 - 수분산성 자성 나노입자를 이용한 폐수처리 방법

Info

Publication number: KR101306555B1
Application number: KR1020130066342A
Authority: KR
Inventors: 강문성; 김도형; 김우구; 이윤규; 연경호
Original assignee: 주식회사 태영건설
Priority date: 2013-06-11
Filing date: 2013-06-11
Publication date: 2013-09-09

Abstract

본 발명은 수분산성이 향상된 자성 나노입자를 이용한 폐수처리 방법에 관한 것으로 흐름식 전기화학적 산화-환원 반응기의 산화전극 및 환원전극으로 철 전극을 채택하는 단계와; 상기 산화-환원 반응기의 전극 사이의 간격을 0.1~1.0 cm로 유지시키는 단계와; 상기 산화-환원 반응기 내부에 0.1~1.0 몰농도의 테트라메틸암모늄클로라이드를 용해시킨 수용액을 10~50 ml/min의 유속으로 흘려주면서 1~5.5V의 전압을 1시간 동안 인가하여 반응기 내부의 온도를 40~80℃로 유지시켜 철 산화물 나노 입자를 제조하는 단계와; 상기 제조된 철 산화물 나노 입자에 키토산, 덱스트린, 서팩턴트로부터 선택되는 친수성 코팅제를 혼합하여 60 ^oC 에서 1시간 동안 반응하여 수분산성이 향상된 자성 나노입자를 제조하는 단계와; 상기 제조된 수분산성이 향상된 자성 나노입자를 정삼투 공정에 사용하여 폐수를 유도하는 단계와; 상기 유도된 폐수를 영구자석 T-trap를 사용하여 재차 정화시키는 단계로 구성된다.
본 발명에 의하여 제조된 자성 나노입자는 수분산성과 자성이 우수하여 정삼투 유도물질로 사용이 가능하여 폐수처리 공정에 적용시키면 효과가 탁월하다.

Description

수분산성 자성 나노입자를 이용한 폐수처리 방법{MAGNETIC NANO PARTICLE WITH WATER DISPERSIBILITY AND THE METHOD OF WASTE WATER TREATMENT USING IT}

본 발명은 폐수처리 방법에 관한 것으로 보다 상세하게는 수분산성이 향상된 자성 나노입자를 이용한 폐수처리방법에 관한 것이다.

자성 나노입자는 주로 조영제의 핵심소재로 사용되고 있으며 주로 Fe³⁺/Fe²⁺ 이온을 강염기 조건에서 산화시켜 화학적으로 나노입자를 제조하는 방법이 일반적이다. 또한 제조된 자성 나노입자의 수분산성을 높이기 위해 친수성 고분자 재료를 표면에 코팅하고 추가적인 가교 결합을 통해 수분산성 나노입자의 내구성을 향상시키고 있다.

기존에 조영제를 제조하는 방법에 관한 문헌으로는 우선 등록특허 10-0827292를 들 수 있는데, 상기 문헌은 Fe³⁺ 및 Fe²⁺의 염을 이용하여 산화철 코어로 이루어진 신호 발생 코어를 형성시키는 단계; 신호 발생 코어와 실리콘이 포함된 수용성 고분자를 혼합 및 교반시켜 상기 수용성 고분자를 신호 발생 코어에 코팅시키는 단계; 및 상기 결과물에 열을 가하여 상기 수용성 고분자 내의 실리콘이 가교 결합 되도록 하는 단계를 거쳐 조영제를 제조한다. 상기한 방법으로 인해 항-바이오파울링 특성이 우수할 뿐만 아니라, 안정된 고분자 코팅을 유지할 수 있고, 비교적 작은 입자 크기를 나타내는 효과가 있다.

또 다른 문헌으로는 등록특허 10-1043251를 참고할 수 있는데, 상기 문헌의 조영제는 수불용성 아연이 함유된 금속 산화물 나노입자를 유기 용매에서 합성하는 단계, 상기 수불용성 아연이 함유된 산화철, 망간페라이트, 니켈페라이트, 코발트페라이트, 산화망간, 산화코발트 또는 산화니켈로부터 선택되는 금속산화물 매트릭스를 제1 용매에 용해하고 수용성 다작용기 리간드를 제2용매에 용해하는 단계, 상기 단계에 따른 두 용액을 혼합하여 수불용성 아연이 함유된 금속 산화물 나노입자의 표면에 다작용기 리간드를 도입시키고 수용액에 용해하여 분리하는 단계를 거쳐 제조된다.

상기한 제조방법에 의하여 제조된 조영제는 자기적 성질을 현저히 증가시켜 자기 공명 영상 조영 효과를 획기적으로 증가시키고, 수용액에서 특히 안정하고, 우수한 자기적 성질을 갖는 효과가 있다.

그러나 상기 방법과 같은 조영제의 제조방법에서는 나노입자의 제조 방법이 비교적 복잡하고 나노입자의 형상 및 입경 제어가 용이하지 않다는 문제점이 있다. 또 다른 자성 나노입자의 제조방법인 분자 템플릿을 이용한 방법은 철산화물의 전구체를 계면활성제와 결합하여 일정한 형태로 틀을 만들고 고온에서 반응시키는 방법으로서 이를 이용하면 입경이 일정한 철산화물 나노입자를 제조할 수 있다. 그러나 상기 방법의 단점은 대량 합성 시 수율 저하의 문제점이 있고, 또한 여러 단계의 반응이 필요하므로 높은 제조설비 비용 및 반응시간을 요구한다. 또한 무엇보다 상기 방법들은 모두 회분식 공정에 적합하며 연속식 공정에는 적용이 불가능하다.

등록특허 10-0827292

없슴

상기한 문제를 해결하기 위하여 본 발명은 일정한 형태 및 입경을 갖는 자성 나노입자를 신속하고 간단하게 제조할 수 있는 새로운 연속식 전기화학적 산화-환원 공정을 제공하는 것을 해결하고자 하는 주된 과제로 삼는다.

또한 본 발명은 나노 입자의 표면에 친수성 재료를 코팅하고 가교 결합을 통해 우수한 수분산성을 가지는 자성 나노입자의 제조 방법을 제공하는 것을 또 다른 과제로 삼는다.

한편 본 발명은 상기한 방법으로 제조된 수분산성이 향상된 자성 나노입자를 사용하여 삼투효율을 증가시켜 폐수를 효율적으로 처리할 수 있는 방법을 제공하는 것을 해결하고자 하는 또 다른 과제로 삼는다.

상기한 과제를 해결하기 위하여 본 발명은

흐름식 전기화학적 산화-환원 반응기의 산화전극 및 환원전극으로 철 전극을 채택하는 단계와;

상기 산화-환원 반응기의 전극 사이의 간격을 0.1~1.0 cm로 유지시키는 단계와;

상기 산화-환원 반응기 내부에 0.1~1.0 몰농도의 테트라메틸암모늄클로라이드를 용해시킨 수용액을 10~50 ml/min의 유속으로 흘려주면서 1~5.5V의 전압을 1시간 동안 인가하여 반응기 내부의 온도를 40~80℃로 유지시켜 철 산화물 나노 입자를 제조하는 단계와;

상기 제조된 철 산화물 나노 입자에 키토산, 덱스트린, 서팩턴트로부터 선택되는 친수성 코팅제를 혼합하여 60 ^oC 에서 1시간 동안 반응하여 수분산성이 향상된 자성 나노입자를 제조하는 단계와;

상기 제조된 수분산성이 향상된 자성 나노입자를 정삼투 공정에 사용하여 폐수를 유도하는 단계와;

상기 유도된 폐수를 영구자석 T-trap를 사용하여 재차 정화시키는 단계로 구성되는 것을 특징으로 한 수분산성 자성 나노입자를 이용한 폐수처리방법을 과제 해결을 위한 수단으로 제공한다.

또한 본 발명은 상기한 과제를 보다 효과적으로 해결하기 위하여

상기 수분산성이 향상된 자성 나노입자를 정삼투 공정에 사용하여 폐수를 유도하는 단계후에 역삼투 공정과 역투석 단계가 추가된 것을 특징으로 할 수 있다.

한편 본 발명은 수분산성이 향상된 자성나노 입자를 제조하는 방법을 제공한다.

상기 방법은

상기 제조된 철 산화물 나노 입자에 키토산, 덱스트린, 서팩턴트로부터 선택되는 친수성 코팅제를 혼합하여 60 ^oC 에서 1시간 동안 반응하는 단계로 구성될 수 있다.

본 발명에 의하면 신속하고 간단한 전기화학 산화-환원 방법에 의해 20~50 nm 입경의 자성 (Fe₃O₄) 나노입자를 연속적으로 제조하고 동시에 수용액에서 우수한 분산성을 갖도록 나노입자 표면에 친수성 재료를 코팅할 수 있고, 수분산성이 획기적으로 향상되어 정삼투 공정을 통한 폐수처리에 적용하여 폐수처리의 효율을 극대화할 수 있는 효과가 기대된다.

도1은 본 발명의 자성 나노입자를 제조하는 데 사용된 흐름식 전기화학적 산화-환원 반응기를 나타내는 사진이다.
도 2는 실시예1에 의하여 제조된 철 산화물 나노입자의 FE-SEM 이미지이다.
도 3은 실시예2에 의하여 제조된 철 산화물 나노입자의 FE-SEM 이미지이다.
도 4는 실시예3에 의하여 제조된 철 산화물 나노입자의 FE-SEM 이미지이다.
도 5는 실시예 1~3을 통해 제조된 철 산화물 나노입자의 생성량을 나타내는 도면이다.
도 6은 유속에 따른 철산화물 나노입자의 수분산 특성을 나타내는 도면이다.
도 7은 키토산을 코팅한 철산화물 나노입자의 형상을 나타내는 FE-SEM 이미지이다.

이하 도면과 실시예를 바탕으로 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

본 발명은 연속식 전기화학적 산화-환원 방법을 통해 일정한 형태 및 입경을 갖는 자성 나노입자를 신속하고 간단하게 제조한다.

본 발명은 추가적으로 상기 자성 나노입자의 제조 과정 중 또는 제조 후에 친수성 소재를 나노입자에 코팅하고 가교 결합하여 우수한 수분산성을 향상시킬 수 있다. 본 발명에 의하여 제조된 자성 나노입자는 20~50 nm의 평균 입경을 갖는다.

상기한 자성 나노입자는 표면에 코팅된 친수성 소재에 의해 우수한 수분산성을 나타낼 뿐만 아니라, 동시에 영구자석에 의해 분리될 수 있는 충분한 자성을 가지고 있어 정삼투 유도물질로 사용가능할 뿐만 아니라 폐수처리에도 효과적으로 활용될 수 있다.

본 발명의 자성 나노입자는 전기화학적 반응으로 제조된다. 이를 위하여 철전극을 산화전극 (anode) 와 환원전극 (cathode)으로 사용하여 수용액에 기전력을 인가하게 되면 산화전극에서 아래와 같은 반응이 일어나게 된다.

(anode)

동시에 산화전극과 환원전극으로부터 물분해 반응이 일어나서 각각 산소와 수소이온, 수소와 수산화 이온이 생성된다.

(anode)

(cathode)

따라서 환원전극 쪽의 pH 가 상승하게 되고 이로 인해 산화전극으로부터 용출된 철이온이 환원전극 쪽에서 수산화 이온과 결합하여 무정형의 철 수산화물을 형성하게 된다.

(cathode)

또한 생성된 철 수산화물은 환원전극에서 환원되어 자성을 가지고 있는 철산화물(나노입자)로 전환된다.

(cathode)

상기 반응은 도1에 나타난 흐름식 전기화학적 산화-환원 반응기를 통해 일어난다.

이하 본 발명의 자성 나노입자를 제조하는 방법을 상세히 설명한다.

본 발명의 자성 나노입자는 도1과 같은 흐름식 전기화학적 산화-환원 반응기 내부에 일정한 전압 및 유속으로 용액을 흘려주고 필터링 또는 전자석을 이용하여 반응기를 통과한 자성 나노입자를 수집하고 나노입자가 제거된 용액은 다시 반응기로 유입되는 방법을 통해 연속식으로 제조한다.

또한 본 발명의 자성 나노입자의 제조방법에서는 제조되는 자성 나노입자의 입경을 조절하기 위해 반연속식으로 반복적으로 일정시간 동안 흐름식 전기화학적 산화-환원 반응기를 통과시키고 일정시간 이후에 필터링하거나 또는 전자석을 이용하여 자성 나노입자를 분리할 수도 있다.

한편 본 발명에 의하여 제조된 자성 나노입자는 수분산성을 향상시키기 위하여 표면에 친수성 리간드를 도입할 수 있다.

본 발명에서 사용되는 친수성 리간드는 키토산, 덱스트린, 서팩턴트(Igepal CO-520)와 같은 친수성 고분자를 사용할 수 있다. 그러나 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 당업자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 친수성 고분자를 적절히 선택할 수 있음은 물론이다.

(Dextran)

(Chitosan)

(Igepal CO-520)

상기 친수성 코팅제들은 모두 가교가 가능한 하이드록실 작용기를 가지고 있는 것을 특징으로 한다. 따라서 전기화학적 반응 중 나노입자 표면에 흡착 또는 공유결합을 형성하고 추가적으로 제조된 나노입자를 하이드록실 또는 아민 작용기를 가교결합 할 수 있는 가교용액에 혼합하여 반응을 시키면 넓은 pH 조건에서 안정한 수분산성 나노입자를 제조할 수 있다

본 발명에서는 또한 상기 키토산, 덱스트린, 서팩턴트(Igepal CO-520)와 같은 친수성 고분자에 수용해성 계면활성제를 친수성 리간드로 사용하여 추가적인 가교결합을 통해 친수성을 더욱 향상시킬 수 있다. 상기한 친수성 리간드는 하이드록실 (-OH) 및 아민 (-NH₂) 작용기를 포함하는 것이 바람직하다.

상기한 친수성 리간드는 나노입자를 제조하는 단계에서 용액에 첨가하여 나노입자의 표면을 코팅하거나 나노입자를 제조한 후 용액에 첨가하여 코팅할 수 있다. 바람직하게는 나노입자를 제조하는 단계에서 용액에 첨가하는 것이 좋은데 이는 첨가되는 리간드의 농도 및 종류에 따라 나노입자의 사이즈를 조절할 수 있기 때문이다.

본 발명의 자성 나노입자의 제조방법을 보다 구체적으로 설명하면 흐름식 전기화학적 산화-환원 반응기의 산화전극 및 환원전극으로 철 전극을 채택하는 단계와;

상기 제조된 철 산화물 나노 입자에 키토산, 덱스트린, 서팩턴트(Igepal CO-520)로부터 선택되는 친수성 코팅제를 혼합하여 60 ^oC에서 1시간 동안 반응시키는 단계로 구성된다.

본 발명에서 생성되는 자성 나노입자의 생성량은 상기 산화-환원 반응기의 전극 사이의 간격에 영향을 받는데 전극사이의 간격이 좁을수록 생성량이 증가하는 것으로 밝혀졌다. 그러나 나노입자의 형상은 상기 전극사이의 간격에 영향을 받지 않는다. 따라서 나노입자의 생성량, 입자의 형상 및 반응기 내부의 적정유속 등을 고려해 볼 때 상기 전극사이의 간격은 0.1~1.0 cm, 바람직하게는 0.5~1.0 cm, 보다 바람직하게는 0.5 cm가 좋다.

본 발명의 자성 나노입자를 제조함에 있어서 반응기 내부의 용액의 적정 유속은 10~50 ml/min가 적당하고, 바람직하게는 30ml/min가 좋다. 유속이 10 ml/min 미만이면 나노입자의 생성량이 극히 저조하고 50 ml/min를 초과하면 제조된 자성 나노입자의 수분산성이 상당히 저하된다. 이는 유속이 적정수준 보다 빠르면 철 수산화물이 산화물로 환원될 시간이 부족하여 일부는 철 수산화물 형태로 존재하게 되기 때문이다.

다음 단계는 반응기 내부에 전압을 가하여 온도를 일정하게 유지시키는 단계인데 통상 5V의 전압을 1시간 동안 인가하여 반응기 내부의 온도를 40~80℃로 유지시키는 것이 바람직하다.

마지막 단계는 제조된 자성 나노입자의 수분산성을 향상시키기 위하여 친수성코팅제를 사용하여 나노입자의 자성 나노입자의 표면을 코팅하는 단계이다. 전술한 바와 같이 나노 입자를 제조하는 단계에서 코팅을 실시할 수 있고, 나노 입자의 제조가 종료된 후에 코팅을 수행할 수도 있다. 상기 코팅은 전술한 친수성 코팅제인 키토산, 덱스트린, 서팩턴트(Igepal CO-520)로부터 선택되는 친수성 코팅제를 혼합하여 60 ^oC에서 1시간 동안 반응시키는 단계로 구성된다.

본 발명의 제조방법에 의하여 제조된 자성 나노입자는 폐수처리에 활용가능한데, 이를 좀더 상세히 설명하자면 전술한 방법에 의하여 제조된 수분산성이 향상된 자성 나노입자를 정삼투 공정에 사용하여 폐수를 유도하고, 상기 유도된 폐수를 영구자석 T-trap를 사용하여 재차 정화시켜 폐수를 처리한다.

[실시예 1: 자성 나노입자의 제조]

순도 99.5% 의 Fe foil(Goodfellow)을 흐름식 전기화학적 반응기의 양극과 음극으로 선택하되, 전극 유효면적은 28 cm² (7 cm×4 cm) 로 하고, 전극간격을 0.5 cm 로 셋팅하였다. 그런 다음 반응기 내부를 5 V의 전압을 인가하면서, 0.4 몰농도의 테트라메틸암모늄클로라이드를 용해시킨 수용액을 10 ml/min 로 1시간 동안 흘려주었다. 1시간 경과 후 영구자석을 이용하여 상기 제조된 용액을 분리시켜 증류수로 수차례 세척하여 건조하여 철 산화물 나노입자를 확인하였다. 그 결과를 도 2를 통해 도시하였다. 도 2는 실시예1에 의하여 제조된 철 산화물 나노입자의 FE-SEM 이미지인데, 나노입자의 입경은 약 25 nm 인 것으로 확인되었다.

[실시예 2: 자성 나노입자의 제조]

전극 간격을 0.8 cm 로 셋팅한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 철 산화물 나노입자를 제조하였다. 그 결과를 도 3을 통해 도시하였다.

[실시예 3: 자성 나노입자의 제조]

전극 간격을 1.0 cm 로 셋팅한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 철 산화물 나노입자를 제조하였다. 그 결과를 도 4를 통해 도시하였다.

상기 실시예 1~3을 통해 제조된 철 산화물 나노입자의 생성량을 도 5와 표 1을 통해 도시하였다. 이를 통해 전극 간격이 넓어질수록 생성되는 철 산화물의 양은 줄어드는 것으로 나타났다. 그러나 입자의 입경과 형상에는 큰 차이가 없었다.

전극간격(cm)	생성량(g)	입경(nm)	형상
0.5	0.304	25	구형
0.8	0.283	22	구형
1.0	0.189	28	구형

[실시예 4: 유속 변화에 따른 자성 나노입자의 제조]

전극간격을 0.5 cm 로 고정하고 유속을 10, 30, 50 ml/min 으로 조절한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 철산화물 나노입자를 제조하였다. 또한 chitosan 수용액에 철산화물 나노입자를 혼합하고 60 ^oC 에서 1시간 동안 반응하여 수분산성 자성 나노입자를 제조하였다. 그 결과를 도 6을 통해 도시하였다.

30 ml/min 까지는 수분산성에 큰 변화가 없었으나 50 ml/min 으로 유속을 증가시켰을 때는 나노입자를 포함한 용액의 색이 옅은 갈색으로 나타났으며 이는 제조된 나노입자에 미환원된 철 수산화물이 일부 섞여있다 용해된 결과로 판명되었다. 다시 말하자면 유속이 적정수준 보다 빠르면 철 수산화물이 산화물로 환원될 시간이 부족하여 일부는 철 수산화물 형태로 존재하게 됨을 의미한다. 이를 통해 본 발명의 제조방법에서 최적의 유속은 30 ml/min 임이 확인되었다.

[실시예 5: 친수성 코팅제를 코팅한 자성 나노입자의 제조]

실시예 1과 동일하게 실시하되, 반응기 내부에 전압을 인가함과 동시에 반응용액과 동일한 중량의 키토산을 투입하여 철 산화물 나노입자를 제조하였다. 그 결과를 도 7을 통해 도시하였다. 도 7은 키토산을 코팅한 철산화물 나노입자의 형상을 나타내는 FE-SEM 이미지인데, 제조된 나노입자의 입경은 약 35~50 nm 정도의 범위를 나타내었으며 실시예 1의 결과보다 다소 입자의 크기가 증가한 것으로 관찰되었다.

[실시예 6: 자성 나노입자를 이용한 폐수처리]

실시예 5의 방법으로 제조된 친수성 리간드를 코팅한 철산화물 나노입자를 유도용액으로 사용한 정삼투 폐수처리 성능을 테스트하였다. 이를 위하여 고농도 염폐수로부터 유도용액으로 물을 투과시키고 유도용액과 물은 영구자석 T-trap을 이용하여 분리한 후, 분리수는 역삼투 공정을 통해 한 번 더 처리하였다. 정삼투와 역삼투 공정에서 발생되는 농축수는 추가적으로 역전기투석 공정에서 염수와 강물의 염분차를 이용하여 전기를 생산함으로써 전체 프로세스의 에너지 효율을 향상시킬 수 있음은 물론이다.

실시예 6에서 사용된 영구자석의 자성은 12,000 gauss 이었으며, 유도용액에서 자성 유도물질의 분리 후 자석을 물리적으로 T-trap으로부터 탈착시킴으로써 수분산성 자성 나노입자 유도물질을 회수할 수 있었다. 친수성 리간드를 코팅한 철산화물 나노입자 함량에 따른 삼투압 변화 결과를 표 2를 통해 도시하였다. 친수성 자성 나노입자의 함량 증가에 따라 삼투압이 증가하며 약 1 MPa 에 가까운 높은 삼투압을 나타냄을 알 수 있다.

또한 0.1 M NaCl을 포함하고 있는 폐수를 HTI사의 멤브레인을 사용하여 정삼투 실험을 한 결과로 부터 5 L/m² hr 의 일정한 수투과도를 나타냄을 알 수 있었다. 또한 영구자석 이중 T-trap을 이용하여 유도물질을 분리한 결과 99.5% 이상의 회수율을 확인할 수 있었다.

친수성 자성 나노입자 함량(중량비)	삼투압 (MPa)
1	0.37
5	0.83
10	0.86

전술한 바와 같이 본 발명의 제조방법에 의하여 제조된 자성 나노 입자는 수분산성이 우수하여 정삼투 공정을 통한 폐수처리에 적용하면 폐수처리의 효율을 극대화할 수 있음을 확인할 수 있었다.

없슴

Claims

흐름식 전기화학적 산화-환원 반응기의 산화전극 및 환원전극으로 철 전극을 채택하는 단계와;
상기 산화-환원 반응기의 전극 사이의 간격을 0.1~1.0 cm로 유지시키는 단계와;
상기 산화-환원 반응기 내부에 0.1~1.0 몰농도의 테트라메틸암모늄클로라이드를 용해시킨 수용액을 10~50 ml/min의 유속으로 흘려주면서 1~5.5V의 전압을 1시간 동안 인가하여 반응기 내부의 온도를 40~80℃로 유지시켜 철 산화물 나노 입자를 제조하는 단계와;
상기 제조된 철 산화물 나노 입자에 키토산, 덱스트린, 서팩턴트로부터 선택되는 친수성 코팅제를 혼합하여 60 ^oC 에서 1시간 동안 반응하여 수분산성이 향상된 자성 나노입자를 제조하는 단계와;
상기 제조된 수분산성이 향상된 자성 나노입자를 정삼투 공정에 사용하여 폐수를 유도하는 단계와;
상기 유도된 폐수를 영구자석 T-trap를 사용하여 재차 정화시키는 단계로 구성되는 것을 특징으로 한 수분산성 자성 나노입자를 이용한 폐수처리방법
제 1항에 있어서,
상기 수분산성이 향상된 자성 나노입자를 정삼투 공정에 사용하여 폐수를 유도하는 단계후에 역삼투 공정과 역투석 단계가 추가된 것을 특징으로 한 수분산성 자성 나노입자를 이용한 폐수처리방법
흐름식 전기화학적 산화-환원 반응기의 산화전극 및 환원전극으로 철 전극을 채택하는 단계와;
상기 산화-환원 반응기의 전극 사이의 간격을 0.1~1.0 cm로 유지시키는 단계와;
상기 산화-환원 반응기 내부에 0.1~1.0 몰농도의 테트라메틸암모늄클로라이드를 용해시킨 수용액을 10~50 ml/min의 유속으로 흘려주면서 1~5.5V의 전압을 1시간 동안 인가하여 반응기 내부의 온도를 40~80℃로 유지시켜 철 산화물 나노 입자를 제조하는 단계와;
상기 제조된 철 산화물 나노 입자에 키토산, 덱스트린, 서팩턴트(Igepal CO-520)로부터 선택되는 친수성 코팅제를 혼합하여 60 ^oC 에서 1시간 동안 반응하여 수분산성이 향상된 자성 나노입자를 제조하는 방법
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