KR101476684B1 - 나노기공을 가진 패각분의 제조방법 및 환경오염물질 저감소재 - Google Patents
나노기공을 가진 패각분의 제조방법 및 환경오염물질 저감소재 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명의 패각분의 제조방법은, 패각분쇄물에 존재하는 유기물 성분을 제거하여 패각가공물을 제조하는 유기불순물제거단계; 상기 패각가공물을 산으로 처리하여 다공화 패각분쇄물을 제조하는 다공화단계; 상기 다공화 패각분쇄물을 염기로 처리하여 안정화된 다공화 패각분쇄물을 얻는 안정화단계; 그리고 상기 안정화된 다공화 패각분쇄물을 열처리하여 패각분의 기공의 분포를 조절하는 열처리단계;를 포함한다. 상기 패각분의 제조방법은, 폐기되는 패각으로부터 다공성의 표면 구조를 가진 활성화된 패각분을 제조하여, 건설현장의 흡착제, 담체, 반응체 등의 소재로 활용될 수 있으며 비점오염을 저감하기 위한 건설소재로 이용할 수 있다.
Description
본 발명은 나노기공을 가진 패각분의 제조방법 및 이를 이용한 환경오염물질 저감소재제조에 대한 것으로, 연간 약 200만 톤의 양이 폐기되는 패각을 이용하여 나노 기공체인 패각분을 제조하는 방법을 제공한다. 나노기공을 가진 패각분은 경제적으로 제조가 가능한 친환경적인 소재로, 흡착제 등으로 활용될 수 있으며, 인산염 제거나 중금속 제거, 녹조 제거에도 매우 효과적이다.
최근 해양환경오염의 원인으로 대두되고 있는 패각(貝殼, Crust of shellfish)은, 그 발생량이 상당히 많아 사회적인 문제로 이슈화가 되고 있다. 연간 패각 발생량은 200만 내지 250만 톤으로 추정하고 있으며, 그 대부분이 양식장에서 발생한다. 따라서, 발생하는 패각은 주로 양식장이 집중되어 있는 지역의 바닷가에 방치되어, 악취를 발생시킬 뿐만 아니라 어촌 지역의 정주환경과 어촌 관광산업 발전에 장애요인으로 대두되고 있는 상황이다.
패각의 활용방안을 찾고자, 여러 기관이 참여하여 연구를 추진하고 있다. 각 지방자체단체는, 패각 발생에 따른 문제를 해소하기 위하여, 양식장 부근에 폐화석 비료 생산업체를 가동하고 있다. 그러나, 정부의 지원이 충분치 못하고, 비료의 활성이 다소 떨어져 농민들이 사용을 기피하는 등의 영향으로, 처리되는 패각의 양은 총 패각 발생량에 10% 내에 불과할 정도로 미미하다. 이러한 사정을 고려하면, 현재 활용되지 못하고 폐기되는 패각은 매년 250만톤 이상일 것으로 추정된다.
환경공학적으로, 패각분을 공장의 배기가스 중의 오염물질 제거나 토질의 개선, 오폐수의 정화와 수질개선에 사용하고자 하는 연구, 비료나 사료, 건설재료로 활용하려는 연구 등이 진행되고 있으나, 그 패각분의 활성이 낮아 충분하게 활용되고 있지 못하고 있는 실정이다.
본 발명의 목적은, 폐기물인 패각을 이용하여 활성화된 표면을 갖는 패각분을 제조하는 방법에 대한 것으로, 본 발명의 방법으로 처리하여 나노기공을 가지도록 표면을 활성화시킨 패각분을 제조방법과 이렇게 제조된 나노기공을 가진 패각분 등을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 우선 비활성인 유기물 부착물들이 제거되도록 패각을 세정하고 이어서 산처리하여 칼슘 블록을 약간 녹여서 키틴의 보자기에서 나오도록 하고, 이어서 나노홀들을 가진 블록에 알칼리첨가로 결정의 구조를 단단하게 한다. 이어서 열처리를 통하여 나노홀의 크기 및 형태를 적절히 조정함으로 오염물 및 적정미생물들과의 흡착반응이 용이하도록 조절한다. 이러한 종합적인 흡착제, 담체, 반응조의 역할을 할 수 있는 나노기공패각을 만들어 비점오염저감용 소재 및 기타 환경오염물 저감에 이용하도록 함이 본 특허의 수단이 된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 패각분의 제조방법은, 패각분쇄물에 존재하는 유기물 성분을 제거하여 패각가공물을 제조하는 유기불순물제거단계; 상기 패각가공물을 산으로 처리하여 다공화 패각분쇄물을 제조하는 다공화단계; 상기 다공화 패각분쇄물을 염기로 처리하여 안정화된 다공화 패각분쇄물을 얻는 안정화단계; 그리고 상기 안정화된 다공화 패각분쇄물을 열처리하여 패각분을 수득하는 열처리단계;를 포함한다.
상기 패각분쇄물은, 패각을 수세, 건조 및 분쇄하여 제조하는 것으로, 크기가 20 내지 200 메쉬인 것일 수 있다.
상기 유기물 성분의 제거는 유기용매를 이용한 환류냉각추출의 방법으로 이루어지는 것일 수 있다
상기 유기용매는 알코올, 케톤, 에테르 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 것일 수 있다.
상기 환류냉각추출은 상기 유기용매를 끓는점으로 가열하고 2 내지 24 시간 동안 환류 냉각하면서 패각분쇄물로부터 유기물 성분을 추출하는 과정을 포함할 수 있다.
상기 다공화단계의 산은 무기산의 수용액일 수 있고, 상기 무기산은 염산, 질산, 황산, 인산, 초산 및 과염소산으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
상기 다공화단계의 산은 농도가 0.1 내지 5 중량%의 약산일 수 있다.
상기 열처리는, 300 내지 700 ℃에서 0.5 내지 8시간 동안 이루어질 수 있다.
상기 안정화단계의 염기는, 수산화나트륨 수용액, 수산화칼륨 수용액, 수산화 암모늄 수용액, 수산화칼륨, 수산화마그네슘 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 패각분은 입자의 크기가 20 내지 200 메쉬이고, 입자 표면에 키틴질 사이의 공간으로 나노기공이 노출되며, 비중이 1.2 내지 2.8 인 것일 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 비점오염저감용 소재는 상기 패각분을 포함한다.
상기 소재는 볏짚, 초본식물, 오두칩, 톱밥, 모래, 자갈 시멘트, 다공성 돌가루 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 더 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 조류제거제는 상기 패각분을 포함한다.
이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 패각분의 제조방법은, 유기불순물제거단계, 다공화단계, 안정화단계 그리고 열처리단계를 포함하여, 입자 표면에 나노기공을 가지도록 활성화되어 흡착력이 우수한 패각분을 제조한다.
상기 유기불순물제거단계는 패각분쇄물에 존재하는 유기물 성분을 제거하여 패각가공물을 제조하는 과정을 포함하고, 상기 유기물 성분은 비활성인 유기물 부착물들을 포함한다.
상기 패각분쇄물은 패각을 수세, 건조 및 분쇄하여 제조하는 것으로, 분쇄한 다음, 크기를 3 내지 200 메쉬로 선별한 것일 수 있고, 40 내지 150 메쉬로 선별한 것일 수 있다. 상기 패각분쇄물은 표준망체(Standard sieve)로 걸러서 입자 크기를 선별하여 사용할 수 있고, 표준망체의 크기는 3 내지 200 메쉬인 것일 수 있고, 20 내지 200 메쉬인 것일 수 있으며, 40 내지 150 메쉬인 것일 수 있다.
상기 패각은, 패류의 딱딱한 껍질로, 석화, 바지락, 홍합, 전복, 소라, 모시조개, 대합, 가막조개, 가리비, 키조개 등의 껍질을 예로 들 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 패각은, 패류의 양식 또는 채취 후에 버려진 것일 수 있고, 폐기되는 패각을 활용하여 활성이 높은 패각분을 제조한다는 점에서 본 발명은 친환경적이다.
도 1은 패각 표면의 기공을 주사전자현미경(SEM)으로 관찰한 사진이다. 도1의 [A]는 자연패각분쇄물의 미세표면 사진으로, 나노기공이 없는 매끈한 판 형태의 미세표면을 관찰할 수 있다.
상기 유기물 성분의 제거는 유기용매를 이용한 환류냉각추출의 방법으로 이루어지는 것일 수 있다. 환류냉각추출법을 이용하여 패각분쇄물에 존재하는 유기물을 제거하는 경우에는 표면유기물을 효과적으로 제거할 수 있다.
상기 유기용매는 알코올, 케톤, 에테르 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다. 상기 알코올은 메탄올, 에탄올, 프로판올 등일 수 있고, 상기 케톤은 메틸에킬케톤, 아세톤 등일 수 있다.
상기 유기용매는 패각의 종류에 따라 선택하여 사용할 수 있으며, 패각분쇄물에서 제거하고자 하는 유기물질의 종류에 따라서 사용되는 유개용매의 종류가 결정될 수 있다. 예를 들어, 꼬막이나 모시조개와 같은 패각에는 알코올을, 굴 패각의 경우에는 에틸에테르를 사용할 수 있다.
상기 환류냉각추출은 상기 유기용매를 끓는점으로 가열하고, 2 내지 24 시간동안, 바람직하게 4 내지 8 시간 동안 환류 냉각하면서 패각분쇄물로부터 유기물 성분을 유기용매로 추출하는 과정을 포함한다. 상기 환류냉각추출의 시간이 2 시간 미만인 경우에는 유기물의 제거가 충분하게 이루어지지 않을 수 있고, 24시간을 초과하는 경우에는 불필요하게 약품과 에너지가 낭비될 수 있다.
상기 패각분쇄물로부터 유기물이 제거된 패각가공물은 세척, 건조 등의 과정을 더 거칠 수 있고, 상기 건조는 50 내지 200 ℃에서 0.5 내지 4시간 동안 이루어지는 것일 수 있다.
상기 다공화단계는 상기 패각가공물을 산으로 처리하여 다공화 패각분쇄물을 제조하는 과정을 포함한다.
상기 산은 무기산일 수 있고, 수용액의 형태로 적용될 수 있다.
상기 다공화단계의 산을 무기산으로 적용하는 경우에는 다공화 패각분쇄물에 유기물이 침착되는 것을 방지할 수 있고, 패각분쇄물 입자의 표면을 효과적으로 다공화할 수 있다.
상기 무기산은 염산, 질산, 황산, 인산, 초산 및 과염소산으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다. 또한, 상기 무기산은 0.1 내지 5 중량%의 산수용액일 수 있고, 0.1 내지 3 중량%의 약산수용액일 수 있다.
상기 무기산의 수용액에 포함되는 무기산이 0.1 중량% 미만인 경우에는 산에 의한 다공화단계의 처리 효율이 매우 느릴 수 있고, 5 중량%를 초과하는 경우에는 반응을 조절하기 어려운 상태가 되어 제조공정을 망칠 수 있다
상기 안정화단계는, 상기 다공화 패각분쇄물을 염기로 처리하여 안정화된 다공화 패각분쇄물을 얻는 과정을 포함한다. 이렇게 염기로 처리하여 안정화하는 단계를 통하여, 산을 중화시켜 상기 다공화 패각분쇄물을 안정화시키고, 이후 열처리 과정에서 다공화 패각분쇄물의 결정 구조가 더 단단해지도록 할 수 있다.
상기 안정화단계의 염기는, 수산화나트륨 수용액, 수산화칼륨 수용액, 수산화 암모늄 수용액과 같은 수용액의 형태나, 수산화칼륨, 수산화마그네슘과 같은 고체 염의 형태로 사용될 수 있다. 상기 염기는 0.1 내지 5 중량%의 수용액으로 사용될 수 있다.
상기 패각분쇄물은 위에서 설명한 것처럼, 유기용매와 산, 그리고 염기를 순차로 사용하여 표면처리를 하게 된다. 패각의 주 화학조성인 CaCO3에는, 유사한 화학조성을 가지는 광물(대리석, 석회석 등)과 다르게, 키틴(Chitin)이 약 3 내지 5 % 함유되어 있다. 이러한 키틴은, 유기용매, 묽은 산과 염기 등에 비용해성인 특유의 특성을 가진다. 따라서, 표면의 유기물 성분이 제거된 패각분쇄물을 산으로 처리하면, 패각분쇄물의 입자의 CaCO3 표면층을 일부 녹이고, 키틴질 사이에 공간이 형성되도록 처리할 수 있으며, 이러한 처리로 패각분 입자의 표면에 나노 스케일의 기공(나노홀)이 노출되고, 노출된 나노기공(나노홀)의 크기가 증대되도록 하여, 패각분의 입자 표면을 활성화시킬 수 있다.
상기 안정화된 다공화 패각분쇄물은 세척 및 건조하여 패각분으로 사용할 수 있으나, 본 발명에서는 열처리단계를 더 거친다.
상기 열처리단계는, 상기 안정화된 다공화 패각분쇄물을 열처리하여 패각분을 수득하는 과정을 포함한다.
상기 열처리는, 300 내지 700 ℃의 온도에서 이루어지는 것일 수 있고, 바람직하게는 400 내지 600 ℃의 온도에서 이루어지는 것일 수 있다. 상기 온도의 범위에서 열처리를 하는 경우에는 패각의 각피층이나 유기물질들은 제거되면서 각질층의 다공성 구조는 유지될 수 있다.
상기 열처리는 0.5 내지 8시간 동안 이루어지는 것일 수 있고, 상기 열처리의 시간이 0.5 시간 미만인 경우에는 열처리의 효과가 미미할 수 있고, 8 시간을 초과하는 경우에는 나노의 다공성구조들이 파괴될 수 있다.
이러한 열처리를 통하여, 패각분 입자 표면에 형성되어 있는 나노 스케일의 기공(나노홀)의 크기를 적절하게 조절할 수 있고, 패각분의 활성을 향상시킬 수 있다.
도 1의 [B]는 본 발명의 제조방법에 의하여 활성화된 표면을 가지는 패각분의 미세표면사진이다. 도 1의 [B]를 참조하면, [A]의 패각분쇄물의 사진과 비교하여 다공성 구조가 잘 발달한 것을 확인할 수 있다. 이는 본 발명의 제조방법에 의하여 제조된 패각분은 약품 및 열처리로 인하여 활성화된 표면을 가지기 때문인 것으로 생각된다. 도 1의 [C]는 시판되는 패각분의 미세표면사진으로, 입자가 불규칙하게 분쇄되어 불규칙하고 다공성 구조가 전혀 형성되지 못하고 있는 것을 확인할 수 있다.
도 2는 열처리하는 과정에서 나타나는 패각분의 특성 변화를, TGA(thermogravimetric analysis), DSC(differential scanning calorimetry) 스펙트럼 분석한 결과이다. 도 2를 참고하면, 열처리 온도에 따라서 수분의 제거 후 유기물의 분해에 의한 중량감소가 나타나고, 이후에는 탄산칼슘의 분해에 따른 중량감소가 나타나는 것을 확인할 수 있다.
상기 패각분은 BET 분석에 의한 기공량 측정치가 1 내지 200 마이크로미터(micrometer)인 것일 수 있다. 이러한 기공량 측정치는, 처리 전 패각분쇄물의 기공량과 비교하면 월등하기 큰 기공량이며, 이는 상기 제조방법에 의하여 표면이 활성화되고 키틴의 유기물이 변화되었기 때문이다.
상기 패각분은 비중이 1.2 내지 2.8 인 것일 수 있고, 바람직하게 1.2 내지 1.5인 것일 수 있다. 이는 수계(water system)에 중금속, 인 등을 흡착하여 침전시키기에 처리하게 적절한 비중이다.
본 발명의 제조방법에 의하여 제조된 패각분은, 탄산칼슘과 같은 무기질과 키틴으로 이루어진 다공성 구조로 인하여, 비표면적이 높아 중금속의 흡착 효과가 우수하고, 패각을 이용하여 제조하기 때문에 환경오염을 줄일 수 있으며, 천연소재를 가공하여 제조하기 때문에 2차 오염의 염려가 거의 없다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 패각분은 입자의 크기가 입자의 크기가 20 내지 200 메쉬이고, 입자 표면에 키틴질 사이의 공간으로 나노기공이 노출되며, BET 분석에 의한 기공량 측정치가 1 내지 200 m2/g인 것이다. 상기 패각분은 비중이 1.2 내지 2.8 인 것일 수 있고, 바람직하기 0.2 내지 2.5 인 것일 수 있다. 상기 패각분은, 상기 패각분의 제조방법에 의하여 제조된 것일 수 있다. 상기 패각분은 폐기되는 패각을 이용하여 제조할 수 있어서 패자원의 활용이라는 측면에서 친환경적이고, 넓은 비표면적으로 중금속 등의 흡착 효과가 우수할 수 있다.
따라서, 상기 패각분은 특히 흡착제로 활용될 수 있으며, 넓은 기공구조와 적절한 비중, 그리고 천연소재를 이용하여 제조하기 때문에, 화학 합성 흡착제와 비교하여 2차 오염의 우려가 거의 없고, 패자원을 활용한다는 점에서 친환경적이다. 폐수, 음용수, 상수원 등에 함유되어 있는 중금속, 독성 잔류농약, 각종 유기 유해물질, 세제 등을 정화하는데 우수한 효과를 발휘하며, 특히 인 제거에 우수한 효과를 발휘할 수 있다. 보통 정화용으로는 목탄. 제올라이트. 벤토나이트, 황토 등이 이용되어 왔으나, 이들은 대부분 고가이므로 활용에 제한이 있었으므로, 상기 패각분을 이러한 고가의 흡착제들을 대체할 수 있는 재료로 활용이 가능하다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 비점오염저감용 소재는, 상기 패각분을 포함한다. 상기 비점오염저감용 소재는 비점오염물의 흡착용 소재일 수 있으며, 흡착제, 필터, 또는 블록 형태인 것을 포함한다.
상기 비점오염저감용 소재는 볏짚, 초본식물, 오두칩, 톱밥, 모래, 자갈 시멘트, 다공성 돌가루 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 더 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 조류제거제는 상기 패각분을 포함한다. 상기 조류제거제는 수환경에서 조류 등을 제거하기 위하여 사용되며, 상기 패각분을 포함하면 패각분의 우수한 인 제거 능력으로 인하여 조류제거 효율이 향상된다.
본 발명의 패각분의 제조방법 및 패각분은 폐기되는 패각을 이용하여 제조하며, 다공성 구조로 인하여 비표면적이 커서 중금속의 흡착 효과가 우수한 패각분을 제공할 수 있다. 폐기되는 패각을 이용하여 제조하기 때문에 환경오염을 줄일 수 있고, 저렴한 비용으로 대량생산이 가능하며, 우수한 흡착 성능을 나타내면서도 천연소재를 가공하여 제조하기 때문에 흡착제로 사용할 경우 2차오염의 염려가 거의 없다.
도 1은 패각 표면의 기공을 주사전자현미경(SEM)으로 관찰한 사진이다. [A]는 패각분쇄물의 미세표면 사진이고, [B]는 본 발명의 패각분의 미세표면 및 기공의 사진이며, [C]는 시판되는 패각분의 미세 표면 사진이다. 각 사진들은 배율 또는 측정 위치를 달리하여 측정하였다.
도 2는 본 발명의 제조방법에 따른 패각분을 제조하는 과정에서 열처리시의온도에 따른 패각분쇄물의 특성을 평가(TGA, DSC Sprectrum 분석)한 결과이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따라서 제조된 패각분의 기공량을 측정(BET analysis) 하였는데, 다양한 처리방법에 따른 패각표면의 기공의 크기와 전체부피를 나타내는 결과이다.
도 2는 본 발명의 제조방법에 따른 패각분을 제조하는 과정에서 열처리시의온도에 따른 패각분쇄물의 특성을 평가(TGA, DSC Sprectrum 분석)한 결과이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따라서 제조된 패각분의 기공량을 측정(BET analysis) 하였는데, 다양한 처리방법에 따른 패각표면의 기공의 크기와 전체부피를 나타내는 결과이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
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제조예
-
패각분의
제조 >
실시예
1
꼬막 폐각을 수세, 건조 및 분쇄하고 표준망체로 입자(40,50,60,70,100,150메쉬)를 선별하여 500g의 패각분을 취하고, 이를 80% 에틸알코올 1000ml로 24시간 동안 환류냉각하면서 유기물을 추출하여 표면을 가공하고 60℃에서 2시간 동안 건조하여 패각가공물을 제조하였다(유기불순물제거단계).
상기 패각가공물을 5% 염산 수용액 1000ml로 처리하여 다공성 표면을 가진 다공화 패각분쇄물을 제조하고(다공화단계), 상기 다공화 패각분쇄물을 5% 수산화나트륨 수용액 500ml로 2회 처리하여 반응을 정지시키고, 물로 3회 세척하여 안정화시켰다(안정화단계).
상기 안정화된 다공화 패각분쇄물을 500℃에서 4시간 동안 열처리하여, 꼬막 패각분 410g을 얻었다(열처리단계).
실시예
2
모시조개 패각을 수세, 건조 및 분쇄하고, 실시예 1과 같이 표준망체로 입자를 선별하여 500g의 모시조개 패각분을 취하고 이를 60% 메틸알코올 1000ml로 24시간 동안 환류냉각하면서 유기물을 추출하여 표면을 가공하고, 60℃에서 2시간 동안 건조하여 패각가공물을 제조하였다(유기불순물제거단계).
상기 패각가공물을 3% 과염소산 수용액 800ml로 2회 처리하여 다공성 표면을 가진 다공화 패각분쇄물을 제조하고(다공화단계), 상기 다공화 패각분쇄물을 3% 수산화칼륨 수용액 500ml로 2회 처리하여 반응을 정지시키고, 물로 3회 세척하여 안정화시켰다(안정화단계).
상기 안정화된 다공화 패각분쇄물을 600℃에서 4시간 동안 열처리하여, 모시조개 패각분 400g을 얻었다(열처리 단계).
실시예
3
홍합 패각을 수세, 건조 및 분쇄하고, 실시예 1과 같이 표준망체로 입자를 선별하여 500g의 패각분을 취하고, 이를 60% 메틸에틸케톤 1000ml로 12시간 동안 환류냉각하면서 유기물을 추출하고 건조하여 패각가공물을 제조하였다(유기불순물제거단계).
상기 패각가공물을 5% 인산 수용액 1000ml로 처리하여 다공성 표면을 가진 다공화 패각분쇄물을 제조하고(다공화단계), 상기 다공화 패각분쇄물을 3% 수산화칼슘 수용액 500ml로 2회 처리하여 반응을 정지시키고, 물로 3회 세척하여 안정화시켰다(안정화단계).
상기 안정화된 다공화 패각분쇄물을 300℃에서 24시간 동안 열처리하여, 홍합 패각분 400g을 얻었다(열처리단계).
실시예
4
굴 패각을 24시간 동안 물에 담가 놓은 후, 수세, 건조 및 분쇄하고, 실시예 1과 같이 표준망체로 입자를 선별하여 500g의 굴 패각분을 취하고, 이를 에틸 에테르 1000ml로 24시간 동안 환류냉각하면서 지질을 추출하여 표면을 가공하고 건조하여 패각가공물을 제조하였다(유기불순물제거단계).
상기 패각가공물을 3% 황산 수용액 500ml로 처리하여 다공성 표면을 가진 다공화 패각분쇄물을 제조하고(다공화단계), 상기 다공화 패각분쇄물을 3% 수산화암모늄 수용액 500ml로 3회 처리하여 중화시킨 후, 물로 3회 세척하여 안정화시켰다(안정화단계).
상기 안정화된 다공화 패각분쇄물을 400℃에서 8시간 동안 열처리하여, 굴 패각분 390g을 얻었다(열처리단계).
실시예
5
맛조개 패각을 수세, 건조 및 분쇄하고, 실시예 1과 같이 표준망체로 입자를 선별하여 500g의 맛조개 패각분을 취하고, 이것을 아세톤 1000ml로 12시간 동안 환류냉각하면서 유기물을 추출하여 표면이 가공된 패각가공물을 제조하였다(유기불순물제거단계).
상기 패각가공물을 3% 질산 수용액 500ml로 2회 처리하여 다공화 표면을 가진 패각분쇄물을 제조하고(다공화단계), 상기 다공화 패각분쇄물을 3% 수산화나트륨 수용액 500ml로 2회 처리하여 중화시킨 후, 물로 3회 세척하여 안정화시켰다(안정화단계).
상기 안정화된 다공화 패각분쇄물을 550 ℃에서 2시간 동안 열처리하여, 굴 패각분 390g을 얻었다.
<
평가예
-
폐각분의
중금속 흡착력 평가 >
중금속시약으로 Pb(NO3)2, Cd(NO3)2, CuCl2 및 AgCl을 사용하여 중금속 Pb, CD, Cu와 Ag을 각각 1ppm, 10ppm, 및 100ppm 함유하는 중금속용액 50ml을 상기 실시예 1 내지 5에서 제조하여 혼합한 패각분 2g이 담겨 있는 플라스크에 투입하고, 2시간 동안 교반, 여과하고, 여과액을 원자외선 스펙트럼으로 분석하여 Pb, CD, Cu와 Ag에 대한 흡착능력을 각각 평가하였고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
| 중금속 | 중금속 함유량 (ppm) |
패각분 처리후 잔류량 (ppm) |
제거율 | 중금속 | 중금속 함유량 (ppm) |
패각분 처리후 잔류량 (ppm) |
제거율 |
| Pb | 1 | 0.01 | 99.0% | Cu | 1 | 0.08 | 92.0% |
| 10 | 0.11 | 98.9% | 10 | 0.18 | 98.2% | ||
| 100 | 2.1 | 97.9% | 100 | 23.1 | 76.9% | ||
| Cd | 1 | 0.06 | 94.0% | Ag | 1 | 0.09 | 91.0% |
| 10 | 0.18 | 98.2% | 10 | 0.21 | 97.9% | ||
| 100 | 17.2 | 82.8% | 100 | 37.3 | 62.7% |
상기 표 1을 참조하면, 중금속의 농도와 종류에 무관하게 모두 2 g의 패각분을 사용하여 2시간 동안 수중에 함유되어 있는 중금속을 흡착하는 능력을 실험하였음에도 중금속의 농도나 종류와 무관하게 전체적으로 60 % 이상의 우수한 제거 효율을 나타내고 있다. 특히, 납은 100 ppm 에서도 97% 이상의 우수한 효과를 나타내었고, 카드뮴도 82% 이상을 흡착하는 것으로 나타났다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
Claims (13)
- 패각분쇄물에 존재하는 유기물 성분을 제거하여 패각가공물을 제조하는 유기불순물제거단계;
상기 패각가공물을 산으로 처리하여 다공화 패각분쇄물을 제조하는 다공화단계;
상기 다공화 패각분쇄물을 염기로 처리하여 안정화된 다공화 패각분쇄물을 얻는 안정화단계; 그리고
상기 안정화된 다공화 패각분쇄물을 400 내지 600℃의 온도로 열처리하여 패각분을 수득하는 열처리단계;를 포함하고,
상기 패각분은 BET 비표면적이 1 내지 200 m2/g이며, 입자 표면에 키틴질 사이의 공간으로 나노기공이 노출된 것인, 패각분의 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 패각분쇄물은, 패각을 수세, 건조 및 분쇄하여 제조하는 것으로, 크기가 20 내지 200 메쉬인 것인, 패각분의 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 유기물 성분의 제거는 유기용매를 이용한 환류냉각추출의 방법으로 이루어지는 것인, 패각분의 제조방법. - 제3항에 있어서,
상기 유기용매는 알코올, 케톤, 에테르 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 것인, 패각분의 제조방법. - 제3항에 있어서,
상기 환류냉각추출은 상기 유기용매를 끓는점으로 가열하고 2 내지 24 시간 동안 환류 냉각하면서 패각분쇄물로부터 유기물 성분을 추출하는 과정을 포함하는 것인, 패각분의 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 다공화단계의 산은 무기산의 수용액이고,
상기 무기산은 염산, 질산, 황산, 인산, 초산 및 과염소산으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 포함하는 것인, 패각분의 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 다공화단계의 산은 농도가 0.1 내지 5 중량%의 약산인 것인, 패각분의 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 열처리는, 0.5 내지 8시간 동안 이루어지는, 패각분의 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 안정화단계의 염기는, 수산화나트륨 수용액, 수산화칼륨 수용액, 수산화 암모늄 수용액, 수산화칼륨, 수산화마그네슘 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 포함하는 것인, 패각분의 제조방법. - 제1항의 제조방법에 의해 제조된 것으로, 입자의 크기가 20 내지 200 메쉬이고, 입자 표면에 키틴질 사이의 공간으로 나노기공이 노출되며, 비중이 1.2 내지 2.8 인 것인, 패각분.
- 제10항에 따른 패각분을 포함하는 비점오염저감용 소재.
- 제11항에 있어서,
상기 소재는, 볏짚, 초본식물, 오두칩, 톱밥, 모래, 자갈 시멘트, 다공성 돌가루 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 더 포함하는 것인 비점오염저감용 소재. - 제10항에 따른 패각분을 포함하는 조류제거제.
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