KR101466327B1 - 정수슬러지를 이용한 흡착제 및 표면 개질된 흡착제 - Google Patents

정수슬러지를 이용한 흡착제 및 표면 개질된 흡착제 Download PDF

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Abstract

본 발명은 정수장의 alum 슬러지와 인산을 이용하여 제조된 AlPO4-계 다공성 물질을 포함하는 흡착제에 관한 것이다. 또한 본 발명은 AlPO4-계 다공성 물질의 표면을 개질시킨 메조기공 물질 및 이를 포함하는 흡착제에 관한 것이다. 본 발명의 흡착제는 유해 기체(HCHO, NH3, VOC) 및/또는 유해 중금속(Pb2 +, Cd2 +) 등의 흡착제로 사용할 수 있다. 본 발명에서 제조된 흡착제는 폐자원의 재활용으로 얻어진 것으로써 자원 재활용 및 친환경 물질로써 응용 가능하다.

Description

정수슬러지를 이용한 흡착제 및 표면 개질된 흡착제{Adsorbents Using Alum Sludges and Adsorbents Having Modified Surfaces}
본 발명은 정수슬러지와 인산을 이용하여 제조된 AlPO4-계 다공성 물질을 포함하는 흡착제에 관한 것이다. 또한 본 발명은 정수슬러지로 제조된 AlPO4-계 다공성 물질의 표면을 개질시킨 메조기공 물질 및 이를 포함하는 흡착제에 관한 것이다.
우리나라 정수사업소에서는 일반적으로 다음의 계통도에 따라 수돗물 정수처리를 한다. 취수구-침사지-취수펌프장-(전)오존처리-착수지/혼화지-침전지-여과지-(후)오존처리-입상활성탄 여과지-정수지-양수장-배수지-수요지 등이 주요 단계이다. 정수장에서 배출수 처리의 대상이 되는 것은 주로 침전지의 배출슬러지와 여과지의 세척배출수로서 그 성분은 원수 중의 대부분의 부유물질과 용해성 물질 및 응집제 등이다. 이들은 대개 무기성분이지만 최근에는 하천의 오탁과 부영양화 등의 진행에 따라 유기물질 함량이 점차 증가하고 있다.
정수장의 폐기물은 고체상과 액체상 슬러지로서 주로 정수처리 과정의 침전 및 역세척 과정에서 발생되고 있다. 원수의 불순물을 제거하는 일련의 공정에서 슬러지가 발생된다. 슬러지는 모래, 실트, 용액속의 유기물, 부유물질, 경도를 유발하는 이온들, 박테리아와 유기체, 생산된 수질을 저하시키는 기타 물질들로 이루어져 있다. 따라서 정수장 슬러지는 처리 방법과 화합물의 종류 및 사용량에 따라서 조성에 다양한 차이가 나타난다.
일반적인 정수장 alum 슬러지는 무기물로 35∼50%의 SiO2, 20∼30%의 Al2O3을 함유하고 있으며, 포함된 유기물의 연소생성물과 물의 이탈로 15∼30%의 강열 감량을 나타낸다.
정수슬러지에 존재하는 알루미늄 화합물과 골재 성분의 활용을 위하여 발표된 지적 재산권 현황은 다음과 같다. 친환경 건축자재 조성물 제조 방법(등록 번호10-1041094), 정수슬러지 몰탈 및 그를 이용한 타일의 제조방법(출원 번호: 10-2010-0026713), 정수시설에서 발생하는 부산물을 이용한 다목적 흡착제 및 그 제조방법(출원 번호: 10-2010-0135420), 상수원 슬러지를 이용한 방음 건축조성물 및 그 제조방법(출원 번호:10-2006-0100130), 슬러지와 미생물을 이용한 항균 시멘트 혼합제 및 그제조방법(출원 번호:10-2008-0029534) 등이 있다.
이와 같이, 상기 종래 특허에서는 정수슬러지를 이용한 AlPO4-계 다공성 물질을 포함하는 흡착제를 개시하고 있지 않으며, 특히 표면을 개질시킨 메조기공 물질 및 이를 포함하는 흡착제에 관해서는 어떠한 개시 또는 암시조차 없다.
메조기공 물질(mesoporous materials)은 약 2∼50 nm 정도의 기공(pore)을 가지며, 비표면적이 매우 크고, 다양한 흡착 자리를 가지고 있다. 이와 같은 특성을 갖는 메조기공 물질은 지금까지 다양한 촉매 및 물질 분리에 이용되어 왔다. 1990년도 초반까지 대표적인 기공을 갖는 무기물질은 제올라이트였다. 제올라이트는 기공의 크기가 1 nm 이하, 즉 분자 수준이어서 일명 분자체(molecular sieve)라고도 불리며, 알루미늄, 규소 및 산소로 이루어진 골격 구조로 인한 특성과 이온 교환 능력을 가지고 있어 여러 분야에서 다양하게 응용되어 왔다. 예를 들어, 제올라이트를 이용하여 기공의 크기에 적합한 분자들을 선택적으로 흡착하거나 분리할 수 있으며, 고유한 산점(acid site) 및 촉매 활성 물질의 담지를 통하여 석유화학 분야에서 크래킹(cracking), 개질(reforming) 반응 등에 이용되어 왔다.
최근에 제올라이트는 나노 수준의 기공을 이용한 각종 나노 물질의 지지체로 활용되고 있다. 하지만 제올라이트의 기공 크기는 상대적으로 작기때문에 이보다 더 큰 크기의 분자에 대한 응용에는 사용할 수 없어 이 분야의 연구자들은 제올라이트의 특성을 가지며, 보다 큰 기공을 갖는 물질을 합성하고자 시도하였다. 1982년, Wilson 등에 의해 일련의 인산 알루미늄, AlPO4-n이 합성되었다. 다양한 종류의 다공성 AlPO4-5가 얻어졌으며, 열안정성이 매우 우수한 메조기공 물질로 흡수제 또는 촉매 지지체로 사용되었다. 초기에는 긴사슬 아민을 틀(template)로 사용하여 젤 전구체 반응에 의한 수열합성 방법에 의해 메조기공 물질을 합성하였으며, 최근에는 다양한 틀과 알루미늄 제공물질을 사용하여 메조기공 물질을 합성하고 있다. 1992년, Mobil사의 연구진에 의하여 M41S군(M41S family)이라고 명명된 일련의 메조기공 물질, MCM-41과 MCM-48 등이 합성되었다. 이 물질은 육방 단위세포를 가지며, 투과전자현미경에 의해 벌집 형태의 구조가 뚜렷하게 규명되었다. 일반적으로, 계면활성제(surfactant)나 친양쪽성 고분자(amphiphilic polymer)와 같은 유기 분자를 틀로 사용하여 수열 반응을 통해 메조기공 물질들을 합성하였다. 계면활성제나 친양쪽성 고분자는 친수성의 머리 부분과 소수성의 꼬리부분으로 이루어져 있어 수용액 내에서 자기조립(self-assembly)을 통해 다양한 구조의 마이셀(micelle) 또는 액정(liquid crystal) 구조를 이루며, 이렇게 형성된 거대 분자(supramolecule)의 틀을 기반으로 다양한 형태의 메조기공 물질을 합성할 수 있었다.
이와 같이 합성된 메조기공 물질은 현재 촉매, 나노 물질의 지지체, 물질의 흡착 및 분리, 센서 등 다양한 분야에서 응용되고 있다. 이러한 응용을 위해서 중요한 점 중의 하나는 목적에 적합한 기공의 크기 조절과 기공 사이의 구조를 연결하는 것이었다.
따라서, 목적에 적합한 기공의 크기 조절과 적합하게 연결된 구조를 갖는 메조기공물질에 대한 요구가 상당하다.
본 발명자들은 흡착제로서 사용가능한 메조기공 물질 및 폐자원의 재활용을 위한 연구를 거듭 수행한 결과, 정수슬러지로부터 흡착제로서 사용가능한 메조기공 물질을 제조할 수 있고, 이의 표면을 개질할 경우 현저히 우수한 흡착능을 나타냄을 확인하여 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
이와 같이, 본 발명은 정수슬러지와 H3PO4를 반응시켜 제조된 AlPO4-계 다공성 물질을 포함하는 흡착제를 제공하는 것이다.
본 발명은 또한 실란 화합물로 표면처리 또는 표면개질된 정수슬러지로 제조된 AlPO4-계 메조기공 물질 및 이를 포함하는 흡착제를 제공하는 것이다.
이와 같이, 본 발명에서는 정수장의 alum 슬러지와 인산의 반응으로 AlPO4-계 다공성 물질의 흡착제 형성 과정의 메커니즘을 규명하고자 하였다.
본 발명은 또한 AlPO4-계 메조기공 물질의 표면 개질을 통한 유기 작용기의 도입으로 공기 중의 유해 기체(HCHO, NH3, VOC)와 수용액에 존재하는 유해 중금속(Pb2+, Cd2+) 등에 대한 흡착제를 제공하는 것이다.
본 발명에서 제조된 흡착제는 폐자원의 재활용으로 얻어진 것으로써 자원 재활용 및 친환경 물질로써 응용 가능성을 제시하고자 하였다.
본 발명은 정수슬러지와 H3PO4를 반응시켜 제조된 AlPO4-계 다공성 물질을 포함하는 흡착제를 제공한다.
본 발명의 바람직한 구체예에 있어서, H3PO4는 폐 H3PO4 일 수 있고, AlPO4-계 다공성 물질은 정수슬러지의 주요 무기물 성분인 Al(OH)3와 유기물 및 H3PO4가 반응되어 제조될 수 있다.
본 발명은 또한 실란 화합물로 표면처리 또는 표면개질된 AlPO4-계 메조기공 물질을 제공한다.
본 발명에 있어서, "메조기공 물질"은 예컨대, 0.1∼200 nm의 기공(pore)을 갖는 비표면적이 매우 크고 다양한 흡착 자리를 갖고 있는 물질을 포함하며, "다공성 물질" 또는 "메조기공 물질"로 혼용가능하다.
본 발명의 바람직한 일 구체예에 있어서, AlPO4-계 메조기공 물질은 정수슬러지와 H3PO4를 반응시켜 제조된 것이다.
본 발명에 있어서, 실란 화합물은 치환되거나 비치환된 RSiCl3, 또는 치환되거나 비치환된 R'Si(OR'')3(여기서, R, R' 및 R''는 각각 직쇄형 또는 분지형 알킬기이며, 알킬기는 탄소수 1 내지 20개를 포함하는 알킬을 포함한다)일 수 있다.
본 발명의 다른 구체예에 있어서, 실란 화합물은 치환되거나 비치환된 알킬트리알콕시실란, 치환되거나 비치환된 알킬트리클로로실란, 또는 이들의 혼합물일 수 있고, 예컨대, 3-머캅토프로필트리메톡시실란, 3-아미노프로필트리메톡시실란, 옥타데실트리클로로실란, 옥타데실트리메톡시실란, 3-(트리에톡시실릴)프로필숙신산 무수물, 3-시아노프로필메틸디클로로실란, 부틸트리클로로실란, 트리에톡시(에틸)실란, 트리클로로[2-[3-(클로로메틸)페닐]에틸]실란, 트리클로로[6-(4-니트로펜옥시)헥실]실란, 트리에톡시(옥틸)실란, 노나플루오노헥실트리클로로실란, 트리클로로(클로로메틸)실란, [(디에톡시에틸실릴)에티틸]트리메틸실란, 트리메톡시(프로필)실란, 트리메톡시(옥틸)실란, 트리클로로(옥틸)실란, 트리메톡시(7-옥텐-1-일)실란, 트리메톡시[3-(메틸아미노)프로필]실란, 트리클로로(3,3,3-트리플루오로프로필)실란, 트리메톡시(3,3,3-트리플루오로프로필)실란, 트리메톡시(2-페닐에틸)실란, 트리메틸((페닐티오)메틸)실란, 트리메틸[(메틸티오)페닐메틸]실란, 트리메틸[(메틸티오)에티닐]실란, 트리클로로(3-시아노프로필)실란, 트리클로로[2-(클로로메틸)알릴]실란, 트리에톡시[4-(트리플루오로메틸)페닐]실란, 트리에톡시(4-메톡시페닐)실란, 트리메틸(페닐티오메틸)실란, 트리클로로(1H,1H,2H,2H-퍼플루오로옥틸)실란, 트리메틸실릴 트리플루오로메탄술포네이트, 3-(트리메톡시실릴)프로필 메타크릴레이트, 트리이소프로필실릴 트리플루오로메탄술포네이트, 3-(트리에톡시실릴)프로필 이소시아네이트, 및 3-시아노프로필트리클로로실란으로 구성된 군에서 선택된 하나 또는 2 이상의 혼합물일 수 있다.
상기 실란 화합물로 표면처리 또는 표면개질된 AlPO4-계 메조기공 물질은 또한 -COOH 또는 PEI 등을 추가로 도입시켜 표면 반응시킬 수 있다.
예컨대, -COOH기의 도입을 위해, 아민기 함유 실란 화합물이 처리된 흡착제에 숙신산 무수물을 추가로 처리할 수 있고, PEI의 도입을 위해 숙신산 무수물 함유 실란 화합물이 처리된 흡착제에 폴리에틸렌이민(PEI)을 추가로 처리할 수 있다.
본 발명은 또한 가정용 세제, 휴믹산(humic acid), 아미노산, 아민류ㅡ 또는 카복실산류를 포함하는 유기물질을 틀로 사용하며, 상기 유기물질에 포함된 수산화알루미늄과 인산을 반응시켜 제조된 AlPO4-계 다공성 물질을 제공한다.
본 발명은 또한 상기 다공성 물질 또는 메조기공 물질을 포함하는 흡착제를 제공한다. 이와 같이, 본 발명은 표면 화학 반응을 이용하여 무기 물질의 표면에 유기 작용기를 도입하여 유해 기체 및 유해 중금속과 화학 반응을 할 수 있도록 유도하여 제거에 활용할 수 있는 기술을 또한 제공한다.
본 발명의 흡착제는 유해 기체 및/또는 유해 중금속 흡착용으로 사용가능하며, 특히 유해 기체인 HCHO, NH3, 또는 VOC, 유해 중금속인 Pb2 +, 또는 Cd2 +을 효과적으로 흡착 또는 제거할 수 있다.
본 발명의 흡착제는 실내공기 중의 휘발성 유기화합물(volatile organic compound, VOC) 중의 하나인 포름알데히드에 대한 우수한 흡착 및 제거 능력을 나타내며, 우수한 중금속 흡착 및 제거 능력을 나타낸다. 따라서, 실내외 건축 마감재, 토목자재, 건축자재, 폐기물 처리장, 축산폐수 및 오물 처리, 냄새처리, 하수처리 등에 사용할 수 있다.
본 발명은 또한 정수슬러지와 H3PO4를 수용액에서 반응시키는 단계를 포함하는 흡착제를 제조하는 방법을 제공한다. 본 발명의 바람직한 일 구체예에 있어서, 상기 반응 조건 5-100℃에서 상압 반응 또는 100-200℃에서 수열 반응일 수 있다.
본 발명의 흡착제의 제조방법에 있어서, 정수슬러지와 H3PO4의 반응 단계 후, 공기 중에서 25-100℃에서 건조하는 단계 또는 100-1200℃, 바람직하게는 100-900℃, 보다 바람직하게는 300-700℃에서 소성하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
또한 정수슬러지와 H3PO4의 반응 단계 후 및/또는 소성 단계 후, 실란 화합물로 표면을 개질하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
또한 상기 실란 화합물로 표면 개질 후, 흡착제의 표면에 추가적으로 -COOH 또는 폴리에틸렌이민을 도입시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
상기 실란 화합물은 치환되거나 비치환된 알킬트리알콕시실란 및/또는 알킬트리클로로실란일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 구체예에 있어서, APTMS(3-아미노프로필트리메톡시실란)로 표면을 개질하여, 개질된 물질을 이용한 숙신산 무수물을 포함하는 고리형 유기산 무수물과 반응을 이용한 표면 개질 방법으로 카복실산 도입 방법 또는 TESPSA (3-(트리에톡시실릴)프로필숙신산 무수물)로 개질된 물질과 아민을 포함하는 고분자(예, PEI(폴리에틸렌이민))와의 반응을 이용한 표면 개질 방법으로 아민을 도입하는 방법을 제공한다.
이와 같이, 본 발명은 다양한 유기 물질의 틀과 alum 슬러지와 폐 인산의 반응으로 얻어지는 물질의 구조 규명을 통하여 형성 메커니즘을 규명한다.
또한 본 발명은 무기 물질의 표면과 반응할 수 있는 실란 화합물을 이용하여 표면에 유기 작용기의 도입 기술을 확립한다.
본 발명에서 제조된 흡착제는 폐자원의 재활용으로 얻어진 것으로써 자원 재활용 및 친환경 물질을 개발하고자 한다.
본 발명의 다공성 물질 또는 메조기공 물질은 정수장 alum 슬러지와 폐인산의 재활용으로 폐기물 처리 비용을 절감할 수 있다. 또한 정수슬러지의 고부가가치 유효자원화 기술 개발할 수 있다. 또한 폐 인산의 유효자원화 기술을 확립할 수 있다. 또한 제조된 다공질 흡착제를 환경 오염 저감 폐수 처리장 첨가제, 분뇨 처리장 첨가제, 축산 시설에 대한 건축 자재 등으로 활용될 수 있다.
도 1은 유기 실란을 이용한 다공성 흡착제의 표면 개질에 대한 개념도이다.
도 2는 유기물을 틀로 사용하여 수산화알루미늄과 인산의 반응으로 다공성 흡착제의 형성 과정을 나타낸 것이다.
도 3은 정수슬러지와 이를 이용해 제조한 흡착제의 분말 XRD 분석 자료이다.
도 4는 정수슬러지와 이를 이용해 제조한 흡착제의 분말 IR 분석 자료이다.
도 5은 정수슬러지와 이를 이용해 제조한 흡착제의 분말 SEM 분석 자료이다.
도 6은 정수슬러지를 이용해 제조한 흡착제의 질소 흡착 분석 자료이다.
도 7은 정수슬러지를 이용해 제조한 흡착제의 표면 개질에 따른 제타 전위를 나타낸 자료이다.
도 8은 정수슬러지를 이용해 제조한 흡착제의 표면 개질 후 납이온 흡착 실험 자료이다.
도 9는 정수슬러지를 이용해 제조한 흡착제를 이용한 포름알데히드 흡착 실험 자료이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 자세하게 설명한다.
첨부된 도면들에서 구성에 표기된 참조번호를 다른 도면에서도 동일한 구성을 표기할 때에 가능한 한 동일한 도면번호를 사용하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지의 기능 또는 공지의 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고 도면에 제시된 어떤 특징들은 설명의 용이함을 위해 확대 또는 축소 또는 단순화된 것이고, 도면 및 그 구성요소들이 반드시 적절한 비율로 도시되어 있지는 않다. 그러나 당업자라면 이러한 상세 사항들을 쉽게 이해할 것이다.
실시예 1. 정수장 Alum 슬러지를 이용한 흡착제의 제조
증류수 100 mL에 10 g의 정수장 alum 슬러지를 넣은 후 실온에서 자기교반하면서 H3PO4 (85%) 2.7 mL를 천천히 주입하였다. 얻어진 젤을 110℃에서 3 h 동안 자기교반하였다. 생성된 고체를 여과하여 증류수로 세척한 후, 60 ℃에서 24 h 건조하였다.
실시예 2. 유기물질 틀을 이용한 흡착제의 제조
증류수 200 mL에 3.2 g의 Al(OH)3을 넣은 후 실온에서 자기교반하면서 H3PO4 4.4 mL를 천천히 주입하였다. 얻어진 젤을 60 ℃에서 3 h 동안 자기교반하였다. 적절한 양의 유기물질 틀(4.0 g의 가정용 양이온 세제, 2.27 g의 휴믹산 소듐염, 42 mmol의 알라닌, 60 mmol의 글리신)을 첨가한 후, 60 ℃에서 3 h 더 반응시킨 후, 온도를 높여 120 ℃에서 72 h 동안 환류시켰다. 생성된 고체를 여과하여 증류수로 세척한 후, 60 ℃에서 24 h 건조하였다.
실시예 3. 흡착제의 소성
실시예 1에서 제조한 고체를 전기로를 이용하여 600 ℃의 공기 중에서 3시간 동안 소성하였다.
실시예 4. 흡착제의 표면 개질(-CH 3 , -COOH, -OH, -SH, 또는 숙신산 무수물 작용기 도입)
100 mL 비커에 들어 있는 60 mL의 95% EtOH 에 5.11 g의 실시예 3의 흡착제를 분산시킨 후, 5분 동안 초음파처리를 하였다. 혼합물을 자기교반하면서 5분 간격으로 100 μL씩 3-아미노프로필트리메톡시실란(APTMS)을 10회 첨가하였다. 혼합물을 10분간 더 교반한 후 여과하여 이소프로판올로 4회 세척한 후, 105 ℃ 오븐에서 2시간 동안 건조하였다.
다르게는, 실온에서 100 mL의 잘 건조된 비커에 25 mL의 에탄올을 넣고, 1 mL의 3차 증류수를 넣었다. 이 용액에 1 g의 실시예 3의 흡착제를 넣고, 초음파 처리를 통해 분산시킨 후, 0.2 mL의 3-머캅토프로필트리메톡시실란(MPTMS)를 첨가한 후 자석 젓개로 30분 동안 교반하였다. 감압여과장치를 설치하고 반응으로부터 얻어진 혼합물을 유리 여과기를 이용하여 고체 침강물을 얻은 후, 에탄올로 3회 세척하였다. 침강물을 60℃ 오븐에서 24시간 건조하였다.
다르게는, 실온에서 100 mL의 잘 건조된 비커에 40 mL의 헥산과, 1 g의 실시예 3의 흡착제를 초음파 처리를 통해 분산시킨다. 이 용액에 40 μL의 3-옥타데실트리메톡시실란(OTMS)를 첨가하고 30초 후 원심분리기를 이용하여 고체 침강물을 얻은 후, IPA로 3회 세척하였다. 침강물을 60℃ 오븐에서 24시간 건조하였다.
다르게는, 실온에서 250 mL의 잘 건조된 플라스틱 재질의 병에 200 mL의 에탄올과 2 g의 실시예 3의 흡착제를 분산시켰다. 분산시킨 용액에 2 mL의 트리에톡시실릴프로필숙신산 무수물(TESPSA)를 첨가한 후, 용액이 담긴 병을 회전장치을 이용하여 18시간 동안 회전시켜 반응 혼합물을 혼합하였다. 반응으로부터 얻어진 혼합물을 원심분리기를 이용하여 고체 침강물을 얻은 후, 에탄올로 3회 세척하였다. 침강물을 60℃ 오븐에서 24시간 건조하였다.
실시예 5. 흡착제의 표면 반응(- COOH , PEI 도입)
50 mL의 건조된 DMF가 들어있는 250 mL의 둥근바닥 플라스크에 1.0 g의 숙신산 무수물을 녹여 용액을 만들었다. 이에 3.02 g의 실시예 4의 APTMS 처리된 흡착제를 분산시킨 후 실온에서 밀봉된 상태로 24 시간 동안 자기교반하였다. 혼합물을 여과한 후 DMF로 3회 세척하고, 증류수로 3회 세척한 후, 60 ℃ 오븐에서 24시간 동안 건조하였다.
다르게는, 실온에서 125 mL의 잘 건조된 플라스틱 재질의 병에 제조된 75 mL의 폴리에틸렌이민(PEI) 용액(100 mL 증류수 + 0.2 g PEI)과 1 g의 실시예 4의 TESPSA가 처리 된 흡착제를 함께 넣은 뒤, 용액이 담긴 병을 회전장치를 이용하여 12시간 동안 회전시켜 반응 혼합물을 혼합하였다. 반응으로부터 얻어진 혼합물을 원심분리기를 이용하여 고체 침강물을 얻은 후, 에탄올로 3회 세척하였다. 침강물을 60℃ 오븐에서 24시간 건조하였다.
실험예 1. 흡착제의 특성 규명
흡착제의 특성을 규명하기 위하여 XRD, SEM, BET, TGA, IR, 제타포텐셜 등을 분석하였다. 정수장 슬러지와 이로부터 실시예 1과 같이 제조한 흡착제의 XRD 분석 자료를 도 3에, IR 분석 자료를 도 4에, SEM 분석 자료를 도 5에 각각 나타내었다. 실시예 1과 같이 제조한 흡착제의 질소 흡착 분석 자료를 도 6에 나타내었다. 실시예 1과 같이 제조한 흡착제, 실시예 4와 같이 ATPMS, MPTMS, TESPSA, OTS로 처리한 흡착제, 실시예 5와 같이 TESPSA 처리된 흡착제에 PEI를 추가로 처리한 흡착제의 제타 전위 자료를 도 7에 각각 도시하였다.
실험예 2. 표면개질 흡착제의 납 이온 흡착 실험
0.10 M NaClO4로 이온 세기가 맞추어진 1.10 mM 농도의 Pb(NO3)2 수용액 500 mL가 들어 있는 폴리프로필렌 용기에 0.55 g의 실시예 3의 흡착제, 실시예 5의 추가로 -COOH를 도입시킨 흡착제를 각각 분산시켜 25 ℃에서 밀봉한 상태로 자기교반하였다. 일정한 시간 간격으로 3 mL의 시료를 채취하여 주사기 필터(0.22 μm)로 여과하여 고형물이 제거된 시료를 얻었다. 수용액 중에 포함된 납 이온의 농도는 전압-전류법으로 측정하였다. 수용액의 pH는 반응 전과 후에 pH meter를 이용하여 측정하였다. 납 이온의 초기농도에서 특정 시간에 측정된 농도를 빼줌으로써 실시예 3 및 실시예 5의 흡착제에 의해 흡착된 납 이온의 양을 각각 계산하였다. 그 결과를 도 8에 나타내었다.
도 8에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 흡착제는 우수한 납 이온 흡착능을 나타내어, 유해 중금속 흡착에 매우 유용함을 알 수 있었다. 또한 표면을 실시예 5와 같이 개질한 흡착제가 실시예 3의 흡착제에 비해 약 2배 정도의 우수한 납 이온 흡착능을 나타내었다.
실험예 3. 표면개질 흡착제의 HCHO 흡착 실험
60 L 용기에 실시예 3의 흡착제, 실시예 4의 APTMS가 처리 된 흡착제, 및 TESPSA 처리 후 PEI가 추가로 도입된 실시예 5의 흡착제를 각각 2.0 g을 넣고, 기체상의 포름알데히드를 6.5 mg/L (ppm)이 되도록 넣은 후, 시간에 따른 포름알데히드의 농도 변화를 10일 동안 24 h 간격으로 XP-308B 포름알데히드 측정기를 이용하여 측정하였다. 합성된 물질을 포함하지 않는 조건에서의 반복실험의 결과를 대조실험으로 삼았다. 그 결과 중 소성된 흡착제와 표면 처리된 흡착제의 결과를 도 9에 나타내었다.
도 9에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 흡착제는 우수한 유해 기체 흡착능을 나타내었고, 흡착제의 표면에 특정한 작용기(-NH2)를 도입한 실시예의 흡착제가 매우 우수한 유해 기체 흡착능을 나타내었다. 이와 같이, 개질된 흡착제의 표면에 포름알데히드가 화학 반응을 통하여 비가역적으로 흡착됨을 확인하였다.

Claims (21)

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  6. 실란 화합물로 표면개질시켜 상기 실란 화합물을 표면에 결합시킨, 정수슬러지와 H3PO4를 반응시켜 제조된 AlPO4-계 메조기공 물질로서, 상기 AlPO4-계 메조기공 물질의 표면에 추가적으로 -COOH 또는 폴리에틸렌이민을 도입시킨 메조기공 물질.
  7. 제6항에 있어서, H3PO4는 폐(廢) H3PO4인 메조기공 물질.
  8. 삭제
  9. 제6항에 있어서, 실란 화합물이 치환되거나 비치환된 알킬트리알콕시실란, 치환되거나 비치환된 알킬트리클로로실란, 또는 이들의 혼합물인 메조기공 물질.
  10. 제6항에 있어서, 실란 화합물이 3-머캅토프로필트리메톡시실란, 3-아미노프로필트리메톡시실란, 옥타데실트리클로로실란, 옥타데실트리메톡시실란, 3-(트리에톡시실릴)프로필숙신산 무수물, 3-시아노프로필메틸디클로로실란, 부틸트리클로로실란, 트리에톡시(에틸)실란, 트리클로로[2-[3-(클로로메틸)페닐]에틸]실란, 트리클로로[6-(4-니트로펜옥시)헥실]실란, 트리에톡시(옥틸)실란, 노나플루오노헥실트리클로로실란, 트리클로로(클로로메틸)실란, [(디에톡시에틸실릴)에티틸]트리메틸실란, 트리메톡시(프로필)실란, 트리메톡시(옥틸)실란, 트리클로로(옥틸)실란, 트리메톡시(7-옥텐-1-일)실란, 트리메톡시[3-(메틸아미노)프로필]실란, 트리클로로(3,3,3-트리플루오로프로필)실란, 트리메톡시(2-페닐에틸)실란, 트리메틸((페닐티오)메틸)실란, 트리메틸[(메틸티오)페닐메틸]실란, 트리메틸[(메틸티오)에티닐]실란, 트리클로로(3-시아노프로필)실란, 트리클로로[2-(클로로메틸)알릴]실란, 트리에톡시[4-(트리플루오로메틸)페닐]실란, 트리에톡시(4-메톡시페닐)실란, 트리메틸(페닐티오메틸)실란, 트리클로로(1H,1H,2H,2H-퍼플루오로옥틸)실란, 트리메틸실릴 트리플루오로메탄술포네이트, 3-(트리메톡시실릴)프로필 메타크릴레이트, 트리이소프로필실릴 트리플루오로메탄술포네이트, 3-(트리에톡시실릴)프로필 이소시아네이트, 3-트리메틸실록시-1-프로핀 및 3-시아노프로필트리클로로실란으로 구성된 군에서 선택된 하나 또는 2 이상의 혼합물인 메조기공 물질.
  11. 삭제
  12. 제6항, 제7항, 제9항 또는 제10항의 메조기공 물질을 포함하는 흡착제.
  13. 제12항에 있어서, 유해 기체, 유해 중금속 또는 유해 기체와 유해 중금속 흡착용 흡착제.
  14. 제13항에 있어서, 유해 기체가 HCHO, NH3, 또는 VOC를 포함하며, 유해 중금속 Pb2+, 또는 Cd2+을 포함하는 흡착제.
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 정수슬러지와 H3PO4를 반응시켜 메조기공 물질을 제조하는 단계;
    실란 화합물로 상기 메조기공 물질의 표면을 개질하여 실란 화합물을 상기 메조기공 물질의 표면에 결합시키는 단계; 및
    표면 개질된 메조기공 물질의 표면에 추가적으로 -COOH 또는 폴리에틸렌이민을 도입시키는 단계를 포함하는, 표면 개질된 메조기공 물질을 제조하는 방법.

  20. 삭제
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