KR101768700B1 - 공기 정화 표층 보호를 위한 하이브리드 그린인프라 - Google Patents

공기 정화 표층 보호를 위한 하이브리드 그린인프라 Download PDF

Info

Publication number
KR101768700B1
KR101768700B1 KR1020160024705A KR20160024705A KR101768700B1 KR 101768700 B1 KR101768700 B1 KR 101768700B1 KR 1020160024705 A KR1020160024705 A KR 1020160024705A KR 20160024705 A KR20160024705 A KR 20160024705A KR 101768700 B1 KR101768700 B1 KR 101768700B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
photocatalyst
layer
green infrastructure
zero
coated
Prior art date
Application number
KR1020160024705A
Other languages
English (en)
Inventor
김이형
Original Assignee
공주대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 공주대학교 산학협력단 filed Critical 공주대학교 산학협력단
Priority to KR1020160024705A priority Critical patent/KR101768700B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101768700B1 publication Critical patent/KR101768700B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/02—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
    • B01J20/10—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising silica or silicate
    • B01J20/16—Alumino-silicates
    • B01J20/18—Synthetic zeolitic molecular sieves
    • A01G1/00—
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/46—Removing components of defined structure
    • B01D53/54—Nitrogen compounds
    • B01D53/56—Nitrogen oxides
    • B01J35/004—
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/28—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption
    • C02F1/281—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption using inorganic sorbents
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/58—Treatment of water, waste water, or sewage by removing specified dissolved compounds
    • C02F1/586—Treatment of water, waste water, or sewage by removing specified dissolved compounds by removing ammoniacal nitrogen
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E03—WATER SUPPLY; SEWERAGE
    • E03F—SEWERS; CESSPOOLS
    • E03F5/00—Sewerage structures
    • E03F5/10—Collecting-tanks; Equalising-tanks for regulating the run-off; Laying-up basins
    • E03F5/101—Dedicated additional structures, interposed or parallel to the sewer system
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E03—WATER SUPPLY; SEWERAGE
    • E03F—SEWERS; CESSPOOLS
    • E03F5/00—Sewerage structures
    • E03F5/10—Collecting-tanks; Equalising-tanks for regulating the run-off; Laying-up basins
    • E03F5/103—Naturals or landscape retention bodies, e.g. ponds
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E03—WATER SUPPLY; SEWERAGE
    • E03F—SEWERS; CESSPOOLS
    • E03F5/00—Sewerage structures
    • E03F5/14—Devices for separating liquid or solid substances from sewage, e.g. sand or sludge traps, rakes or grates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2305/00—Use of specific compounds during water treatment
    • C02F2305/10—Photocatalysts
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
    • Y02W10/30—Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies
    • Y02W10/37—Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies using solar energy

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Abstract

본원발명은 레인가든(rain garden)이나 필터스트립(filter strip) 등과 같은 도시 그린인프라 시설의 여재에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 상기 그린인프라의 중간 여재에 영가철을 포함하는 구성을 제공하기 위한 것이다.
본원발명은 '영가나노철을 코팅한 모래여재층'이거나 '폴리머가 표면에 코팅된 영가철 입자를 모래와 함께 섞은 혼합여재층' 등을 제공하여, 탈질을 도모함으로써 도시지역에서 발생하는 기름물질, TCE와 같은 유해유기물질을 환원 제거할 수 있다. 특히, 광촉매를 여재로 포함시키는 경우 광촉매에 의하여 산출되는 질산을 탈질시킴으로써 토양 오염을 방지할 수 있다.

Description

공기 정화 표층 보호를 위한 하이브리드 그린인프라{HYBRID GREEN INFRASTRUCTURE FOR PROTECTING SURFACE TO REDUCE AIR POLLUTANTS}
본원발명은 레인가든(rain garden)이나 필터스트립(filter strip) 등과 같은 도시 그린인프라 시설에 관한 것으로서, 초기침강지로서의 습지와 침투도랑 등을 복합적으로 연계한 공기 정화 표층 보호를 위한 하이브리드 그린인프라에 관한 것이다.
최근 도시지역에서 비점오염 및 강우유출수 저감을 통한 물순환 회복과 도시환경오염 저감을 위한 저영향 개발 또는 도시 그린인프라 기술의 적용이 날로 확대되고 있다.
레인가든, 필터스트립, 그래스 스웨일, 인공습지 또는 옥상 녹화시설 등 일반적인 도시 그린인프라 시설은 도시지역의 불투수면에서 발생하는 강우유출수와 이에 포함된 오염물질을 여과, 침투기작에 의해 제거하고, 도시의 물순환 건전성을 회복하는데 중점을 두고 있다. 따라서 여과 침투기작의 활용을 위해 일반적으로 이러한 시설에는 다양한 형태의 인공흙 또는 여재의 활용이 시도되고 있다.
도시 그린인프라 시설은 또한 식생의 식재를 통해 토양층 또는 여재층으로부터 오염물질을 흡수 제거하며, 또한 식생의 광합성을 통해 도시공기를 정화하는 기능 또한 얻을 수 있는 것으로 알려져 있다. 그러나 주로 이러한 그린인프라 시설은 강우유출수를 토양층으로 원활히 침투시켜 표면유출을 저감하고 지하수의 함량을 도모하는 물순환 건전성 회복에 주안점을 두고 있으며, 오염물질의 제거는 부차적인 기능이며, 효율 또한 제한적이다.
본 개발기술은 상기의 그린인프라 시설에서 사용되는 여재로 적용 가능한 광촉매 코팅 제올라이트 여재의 개발에 관한 것이다. 본원발명은 제올라이트의 표면에 자외선 감응 광촉매(TiO2) 또는 가시광 감응 복합광촉매(WO3/TiO2)를 코팅하여 표층에 적용함으로써 NOx 및 VOC 등 도시 대기오염물질을 저감하며, 또한 강우 시 강우유출수 내 오염물질(유기물, 중금속)을 흡착, 광산화 또는 이온교환 작용을 통해 제거할 수 있도록 다기능 오염제어 기능을 부여할 수 있는 여재 기술이다.
광촉매(photocatalyst, 光觸媒)는 광화학반응을 촉진시키는 물질을 말하며, 대표적으로 산화타이티늄의 작용과 효과는 환경문제 해결에 도움이 되고 있다. 하지만, 산화타이티늄은 자외선 영역에서 반응하므로 본원발명과 같은 자연형 도시 그린인프라 시설에 적용함에는 제한이 따를 수밖에 없다. 즉, 시설 또는 장치형은 비교적 양호하게 자외선 인공광원을 활용할 수 있으나, 자연형 레인가든과 같은 시설에 있어서는 태양광의 4% 정도를 포함하는 자외선 영역을 활용하여야 하는바, 광촉매가 반응하는 빛의 영역을 넓게 확보할 필요가 있는 것이다. 따라서 본원발명은 자연형 도시 그린인프라 시설(예를 들어 레인가든 등)에 광촉매를 적용함에 있어서, 여재의 안정성을 확보하고, 가시광에서도 촉매활성이 우수한 나노복합체 광촉매를 제공하고자 한다. 본원발명은 이와 같은 성질을 가지는 나노복합체 광촉매 제조방법을 제공한다. 이를 통해 태양광원 감응효율을 증대하고자 한다.
덧붙여, 본원발명은 상기의 그린인프라 시설에서 사용되는 여재 구조에 관한 것으로서 그린인프라 시설의 표층에는 광촉매를 코팅한 제올라이트 층을 설치하고 식생을 위한 흙의 아래층에는 영가나노철을 코팅한 모래여재층, 최하부는 자갈층으로 구성한 다중여재층 배치 구조 및 이의 설계 방법에 대한 것이다. 영가나노철은 일반적으로 토양유류오염 및 질산 제거를 위해 투수 반응벽 형태의 사용이 제안된 바가 있을　뿐이다.
이와 같은 다중여재층을 배치함에 있어서 광촉매를 코팅한 제올라이트 층의 깊이는 태양광(자외선 등)의 투과 깊이를 고려하여야 한다. 태양광의 투과 깊이가 한정되기 때문에 그 깊이가 깊어진다고 광촉매를 코팅한 제올라이트 층의 효율이 좋아지는 것은 아니기 때문이다. 그렇다고 표층을 얕게 하는 경우 광촉매를 코팅한 제올라이트 층의 유지 관리에 어려움이 따른다. 이러한 이유로 고르게 포설되어야 하는 표층이, 바람이나 강우 등 자연 환경에 따라 유실되어 그 하부층이 노출되는 경우 본원발명이 강구한 비점오염물질 처리와 대기오염물질 처리라는 작용의 효능이 저감된다. 본원발명은 이와 같은 표층의 두께를 고려하여 경제성을 확보하고자 한다.
관련 선행기술로 대한민국 등록특허공보 10-0451017호 하천수의 정화처리방법은 하상 및 강변의 충적대수층을 통과한 여과수들을 집수정을 통하여 곧바로 취수 및 방류하기 전에 반응물질을 이용하여 재처리하되, 활성탄이나 영가철 등을 활용한다는 점에서 본원발명과 일부 공통점이 있다. 하지만, 본원발명은 공기 정화 표층 보호를 위한 하이브리드 그린인프라 등을 제공한다는 점에서 선행기술과는 차이가 있다.
대한민국 공개특허공보 2015-0124255 영가철을 이용한 수처리장치 및 수처리방법에 관한 것으로서, 질산성 질소를 포함하는 각종 오염물질을 제거할 수 있는 영가철을 자석에 부착하여 처리대상수 중에 고정시킴으로써 영가철의 손실을 방지하고 수처리 효율이 우수한 수처리장치 및 수처리방법을 제시한다는 점에서 본원발명과 일부 유사한 점이 있다. 하지만 본원발명은 공기 정화 표층 보호를 위한 하이브리드 그린인프라 기술이라는 점에서 차이가 있으며, 구성 또한 다르다.
대한민국 등록특허공보 10-0750585 다기능 투수성 반응벽체를 이용한 매립지 및 폐광산 침출수처리방법은 영가철과 제강슬래그의 혼합으로 이루어진 전단부 반응벽체와 미생물 처리된 폐타이어로 이루어진 후단부 반응벽체로 이루어진 다층 구조의 반응벽체를 통과시켜 침출수를 처리한다는 점에서 본원발명과 일부 유사한 점이 있으나, 본원발명은 공기 정화 표층 보호를 위한 하이브리드 그린인프라
대한민국 등록특허공보 10-0451017호 대한민국 공개특허공보 2015-0124255호 대한민국 등록특허공보 10-0750585호
본원발명은 종래 도시 물순환 회복에 주안점을 둔 도시 그린인프라 시설에 적용하여 대기 및 수중의 오염물질의 효과적인 제어가 가능하도록 제올라이트 표면에 광촉매를 코팅하여 시설의 표면에 적용할 수 있도록 함을 목적으로 한다. 또한, 상기 표면에 적용된 표층을 보호하는 하이브리드 그린인프라를 제공하고자 한다.
본원발명은 레인가든의 표면에 일반적으로 사용하는 멀치(mulch) 대신 상술한 광촉매를 코팅한 제올라이트 층을 설치하고, 레인가든의 소일(soil)층 아래에 영가나노철을 포함한 모래여재층을 설치함으로써, 강우유출수내의 유기물과 중금속 저감 효율을 향상시키고, 대기 중의 질소산화물(NOx) 등 휘발성유기화합물(VOCs, Volatile Organic Compounds, 揮發性有機化合物)을 처리할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다. 본원발명은 특히 레인가든이나 필터 스트립(filter strip) 등 자연형 도시 그린인프라에 적용될 수 있도록 기술을 제공하고자 한다.
본원발명은 상기 레인가든과 같은 자연형 도시 그린인프라 시설의 표층에 적용한 광촉매 코팅 제올라이트 층의 효능을 증대시키기 위해서 자외선 영역에서 뿐만 아니라 자연 상태의 가시광 영역에서도 감응 가능하며, 균일한 나노 크기의 입자로 인해 빛의 산란을 최소화하는 광촉매를 제공하고자 한다.
본원발명은 광촉매를 포함하는 여재와 영가나노철을 포함한 여재층을 복합적으로 구성하되, 유지관리가 용이한 구조를 개시하고자 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여 본원발명은, 비점오염물질을 저감하는 그린인프라(green infra)로서, 2개 이상의 여재층이 형성되어 있고, 상기 여재층 중 어느 하나는 영가철을 포함하는 여재층인 것을 특징으로 하는 그린인프라를 개시한다.
상기 2개 이상의 여재층 중 표층은 비점오염물질을 저감할 뿐만 아니라, 대기 중의 질소산화물을 처리할 수 있는 광촉매를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 표층은 광촉매 나노 입자가 코팅된 제올라이트 층이고, 그 하부에는 식생이 가능한 토양층이 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 영가철을 포함하는 여재층은 영가나노철을 코팅한 모래여재층이거나 폴리머가 표면에 코팅된 영가철 입자를 모래와 함께 섞은 혼합여재층인 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 영가나노철을 코팅한 모래층은, 모래와 영가철의 전구물질인 철이온 증류수를 적절한 비율로 적절히 혼합하는 혼합단계, 상기 혼합단계에서 준비된 혼합액에 KBH4 또는 NaBH4를 투입하여 혼합하고 생성된 검은 고형물을 회수하는 고형물 회수단계, 회수된 상기 고형물을 진공 건조 후 혐기성 조건에서 보관하는 건조보관단계 및 상기 고형물을 포설하여 그린인프라 시설을 구축하는 단계를 포함하는 방법에 의하여 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 혼합단계의 pH는 4이고, 상기 건조보관단계는 섭씨 90도에서 2 내지 3시간 동안 진공 건조하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 폴리머가 표면에 코팅된 영가철 입자를 모래와 함께 섞은 혼합여재층은, 영가철 입자를 생성한 후 영가철 입자를 원심분리하고 증류수로 세척하여 염분(NaCl 또는 KCl 등)과 남은 수소화붕소(boronhydride)를 제거하는 단계 및 영가철 입자표면에 다공성 폴리머매트릭스를 이용하여 캡슐화하는 단계 후에, 상기 캡슐화된 영가철 입자를 모래와 혼합하여 형성하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 다공성 폴리머매트릭스는 알지네이트(alginate)이고, 알긴산나트륨을 준비하여 증류수에 녹여 알지네이트(alginate) 용액을 준비하는 단계, 염화칼슘(CaCl2)을 증류수에 녹인 염화칼슘 용액에 말토덱스트린(maltodextrin), 녹말(starch), 또는 펙틴(pectin) 중 어느 하나 이상을 적정량 첨가하여 점도를 높이는 단계, 상기 염화칼슘 용액과 상기 영가철 입자를 상기 알지네이트 용액에 투입하면서, 질소가스(N2)를 퍼지하여 항상 혐기성 조건을 유지하는 단계 및 생성된 캡슐화된 영가철 입자를 회수하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 그린인프라는 레인가든, 필터스트립(filter strip) 또는 화단인 것을 특징으로 할 수 있다.
본원발명은 상기 과제를 해결하기 위하여, 비점오염물질을 저감하는 그린인프라(green infra)에 적용되는 여재층이되, 상기 그린인프라에 형성된 2개 이상의 여재층 중 하나이고, 영가철을 포함하는 것을 특징으로 하는 여재층을 제공한다.
또한, 본원발명은 습지, 레인가든 및 침투도랑을 포함하는 그린인프라로서, 광촉매 표층 여재 구역을 가지되, 상기 광촉매 표층 여재 구역을 둘러싸는 격벽 외측에는 상기 격벽보다 낮게 루프드레인이 형성되고, 상기 광촉매 표층 아래에는 상기 외측과 연계되는 유공관이 매설되어 상기 광촉매 표층 여재가 유실되도록 하지 않는 것을 특징으로 하는 복합 그린인프라를 제공한다.
본원발명에 따르면 종래 도시 물순환 회복에 주안점을 둔 도시 그린인프라 시설은 대기 및 수중의 오염물질의 효과적인 제어가 가능하게 된다. 또한, 상기 표면에 적용된 표층을 보호하는 하이브리드 그린인프라를 제공한다.
본원발명이 제시하는 제조방법에 따른 가시광을 효과적으로 흡수하는 게스트 나노입자가 밴드갭 에너지가 비교적 큰 호스트 나노입자에 균일하게 분산된 나노복합체 광촉매를 제올라이트 층에 적용하는 경우, 자외선 영역뿐 아니라 가시광 영역에서도 촉매활성이 우수하고 안정성이 뛰어나므로 본원발명의 자연형 도시 그린인프라 시설의 효능, 특히 비가 내리지 않는 평상시의 대기오염물질 저감 효능이 우수하다.
본원발명은 광촉매를 포함하는 여재와 영가나노철을 포함한 여재층을 복합적으로 구성하되, 유지관리가 용이한 효과가 있다.
도 1 및 2는 본원발명의 광촉매 나노 입자가 코팅된 제올라이트 여재를 사용하여 공기 중의 질소산화물(NOx) 제거 실험을 수행한 결과를 보인 것이다.
도 3은 TiO2 및 WO3/TiO2 복합광촉매 나노 입자를 본원발명에 따라 투수블럭에 코팅한 후 질소산화물(NOx) 제거 실험을 수행한 결과를 보인 그래프이다.
도 4는 본원발명의 적용된 일 실시 예로서 레인가든의 단면을 개념적으로 보인 것이다.
도 5는 본원발명의 다른 일 실시 예로서 주차장 화단을 보인 것이다.
도 6 내지 도 10은 본원발명이 적용된 복합 그린인프라를 보인 도면이다. 도 6은 본원발명이 적용된 복합 그린인프라의 평면도이다.
도 7 및 도 8은 도 6의 A-A' 단면 제1 실시 예를 보인 것으로, 도 8은 도 7의 일부를 확대한 것이다.
도 9 및 도 10은 도 6의 A-A' 단면 제2 실시 예를 보인 것으로, 도 10은 도 9의 일부를 확대한 것이다.
이하, 본원발명의 일 실시 예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본원발명은 이하에서 개시되는 일 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예는 본원발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다.
[광촉매 코팅 제올라이트]
본원발명은 레인가든 등과 같은 그린인프라의 표면에 일반적으로 사용하는 멀치(mulch) 대신 광촉매를 코팅한 제올라이트 층을 설치하고, 그 하부의 토양층 아래에 영가나노철을 코팅한 모래여재층을 설치함으로써, 강우유출수내의 유기물과 중금속 저감 효율을 향상시키고, 대기 중의 질소산화물(NOx) 등 VOC물질을 처리할 수 있도록 하는 기술로, 레인가든뿐만 아니라 필터스트립(filter strip), 가로수 식재 공간인 트리박스 등 다양한 도시 그린인프라에 적용 가능한 기술이다.
본원발명의 제1 실시 예로서, 본원발명의 광촉매 코팅 제올라이트의 제조방법은 다음과 같다.
하소(calcination) 단계: 제올라이트 여재를 준비하여 도가니에 담고 600℃에서 2시간 동안 노(furnace)에서 열을 가하여 제올라이트에 존재하는 유기물을 휘발시킨 후, 상온에서 냉각시킨다.
제올라이트와 광촉매 나노 입자 혼합 단계: 상기 하소 단계 후 상기 제올라이트가 담기 도가니에 증류수와 광촉매입자를 넣고 마그네틱 스터바 등으로 충분히 혼합한다.
상기 증류수 100g중량당, 100g의 제올라이트와 20g의 광촉매입자를 혼합하여 20%의 코팅 제올라이트를 제조하는 것이 바람직하다.
100mL 증류수에 광촉매입자(TiO2 또는 복합광촉매, WO3/TiO2)를 준비된 제올라이트가 담긴 도가니에 넣고 마그네틱 스터바 등으로 충분히 혼합되도록 한다. 광촉매 중량비 20%로 코팅된 제올라이트 제조를 위해서는 100g의 제올라이트에 광촉매 입자(TiO2 또는 WO3/TiO2) 20g을 사용한다. 실험에 의하면 광촉매 중량비 20% 내외가 제올라이트 코팅에 가장 경제적이고 효율적이었다.
혼합물 건조 단계: 상기 제올라이트와 광촉매 나노입자 혼합 단계에서 준비된 혼합용액이 담긴 도가니를 건조오븐(dry oven)에 넣고 105℃에서 12시간 동안 건조하여 수분을 제거한다.
혼합물 소결(sintering, 燒結) 단계: 수분이 제거된 상거 혼합물을 노(furnace)에서 600℃조건으로 2시간 내외 동안 가열하여 상기 광촉매 나노 입자가 상기 제올라이트 표면에서 입자간 엉김이 발생하여 서로 단단히 밀착되며 고결(固結)되도록 한다. 실험에 의하면 2시간 이상의 가열은 혼합물 소결에 더 나은 효과를 제공하는 것은 아니었다.
600℃ 이상에서는 광촉매 나노 입자의 소결(sintering) 현상이 발생한다. 이를 통하여 제올라이트 표면에서 입자간 엉김을 유발하여 상기 제올라이트에 상기 광촉매 나노 입자를 코팅하는 것이다.
[나노복합체 광촉매]
본원발명의 보다 구체적인 일 실시 예로서, 상기 광촉매는 나노복합체 광촉매를 적용할 수 있다. 상기 나노복합체 광촉매는 호스트 나노입자와 게스트 나노입자의 나노복합체 광촉매 제조방법에 의하여 형성되는 것으로서, 염기성 수용액으로 호스트 나노입자의 표면을 개질하는 단계; 상기 표면 개질된 호스트 나노입자를 포함하는 수용액과 게스트 나노입자 전구체를 포함하는 수용액을 혼합하여 착체를 형성하는 단계; 및 상기 형성된 착체를 건조 및 하소하는 단계;를 포함하는 나노복합체 광촉매의 제조방법에 의하여 형성된다.
상기 호스트 나노입자는 게스트 나노입자에 비해 크기가 크며 지지체 역할을 하는 물질을 의미하며 TiO2, BiVO4, CNT, SiC, Fe2O3, ZrO2, ZnO, GaAs, GaP 및 SnO2 중에서 선택된 1종 이상일 수 있다. 상기 게스트 나노입자는 호스트 나노입자에 비해 밴드갭 에너지가 낮은 물질로서, WO3, Co3O4, CdSe, Cd, Cu, Ag, Pt, Ru, Rh 및 In 중에서 선택된 1종 이상일 수 있다. 결국, 본원발명의 일 실시 예로서 TiO2-WO3 또는 BiVO4-WO3 등이 구현될 수 있다.
상기 호스트 나노입자 표면을 개질하기 위해서 사용되는 염기성 수용액은 1M 내지 2M의 농도를 가지는 NaOH일 수 있다. 상기 농도 범위 내에 드는 염기성 수용액을 사용하면, 호스트 나노입자의 원하는 물성을 손상시키지 않으면서 게스트 나노입자와의 결합은 향상시킬 수 있다. 상기 염기성 수용액은 호스트 나노입자의 결정 표면을 에칭하여 게스트 나노입자가 부착될 수 있는 개구(opening)를 형성함으로써 표면을 개질하게 된다. 이와 같은 표면 에칭을 통하여 호스트 나노입자와 게스트 나노입자의 강한 배위결합을 유도하여 호스트 나노입자와 게스트 나노입자의 전자전달효율을 향상시킬 수 있다. 호스트 나노입자와 게스트 나노입자의 결합력이 높아짐에 따라 호스트 나노입자가 게스트 나노입자를 산화시키는 현상을 저감하여 광촉매로서의 성능을 향상시킬 수 있다.
상기 나노입자 표면을 개질하는 단계는 마그네틱 스터링 바를 사용하여 천천히 교반하는 것을 포함할 수 있으며, 예를 들어 2시간 내지 3시간 동안 교반할 수 있다. 상기 범위 내에 드는 경우 원하는 정도의 표면 에칭을 얻을 수 있다.
상기 호스트 나노입자 100 중량부 기준으로 게스트 나노입자가 1 내지 50 중량부가 되는 양으로 첨가될 수 있다. 상기 착체를 형성하는 단계는 상기 두 수용액을 혼합 후 1시간 내지 2시간 동안 교반하는 과정을 포함 할 수 있다. 상기 형성된 착체를 건조하는 단계는 섭씨 90 내지 105도의 온도에서 수행될 수 있으며, 20시간 내지 24시간 동안 이루어질 수 있다. 이와 같이 건조된 착체는 하소 단계를 통해 결정화 될 수 있다. 상기 하소 단계는 섭씨 300 내지 400도의 온도에서 수행될 수 있으며, 4시간 내지 6시간 동안 수행될 수 있다. 상기 범위 내에서 행해지는 경우 나노복합체 광촉매를 효율적으로 제조할 수 있으며, 생성되는 나노입자의 크기를 더 작게 만들 수 있다. 상기 온도 범위에서 건조 및 하소 단계를 수행하는 경우, 건조 및 하소 단계에 덜리는 시간을 단축할 수 있다.
본원발명의 구체적인 실시 예인 WO3-TiO2 광촉매 입자와 WO3-BiVO4 광촉매 입자가 가시광에 대한 감응을 가지며, 중금속 제거효과를 가질 만큼 광촉매 활성도가 우수함을 시험을 통하여 확인하였다. 본원발명이 제공하는 방법으로 제조된 나노복합체 광촉매는 UV 영역뿐 아니라 가시광 영역에서도 감응이 가능하며, 균일한 나노크기의 입자를 통해 광촉매 활성 또한 우수함도 확인하였다.
결과적으로, 본원발명의 방법으로 제조된 나노복합체 광촉매는 대기 또는 수중에 포함된 중금속 또는 유해 유기물질 제거에 효율적으로 응용될 수 있으며, 태양광 환경, 즉 자연 상태로 노출되는 자연형 도시 그린인프라 시설의 표층에 적용되는 경우 대기오염물질 및 수중오염물질을 효율적으로 제거할 수 있게 되는 것이다.
광촉매 나노 입자가 코팅된 제올라이트 여재의 질소산화물의 제거 효율을 확인하기 위한 실험을 진행하였다. 도 1 및 2는 본원발명의 광촉매 나노 입자가 코팅된 제올라이트 여재를 사용하여 공기 중의 질소산화물(NOx) 제거 실험을 수행한 결과를 보인 것이다. 보다 구체적으로 도 1은 TiO2입자 및 TiO2코팅 제올라이트(TCZ)의 NOx제거효율 비교한 것이고, 도 2는 WO3/TiO2 복합광촉매입자(Composite powders)와 복합광촉매를 코팅한 제올라이트(CCZ)의 NOx제거효율 비교한 것이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 본원발명에 의한 광촉매 나노 입자가 코팅된 제올라이트는 광촉매(TiO2 및 복합광촉매)를 단독으로 사용했을 경우 보다 높은 질소산화물(NOx) 제거 효율을 보인다. 도 1의 그래프 중 태양광 영역인 UV-A에서의 데이터는 T3과 TCZ-3의 값이다. 'T'는 광촉매 단독, 'TCZ'는 광촉매 나노 입자가 코팅된 제올라이트를 의미한다.
[광촉매 나노 입자로 코팅된 투수블록]
상술한 광촉매 나노 입자로 코팅된 제올라이트는 본원발명의 소기의 목적을 달성할 수 있으나, 그린인프라(예를 들어 비점오염처리가 가능한 주차장 포장 등)에 따라 표층을 투수블럭으로 형성하여야 하는 경우도 있다. 이 경우에는 투수블럭의 표면을 아래와 같은 방법으로 코팅할 수도 있다.
규산나트륨 수용액 준비 단계: 규산나트륨(sodium silicate) 수용액은 100g의 규산나트륨을 100ml 증류수에 넣어 섞고, 80-90℃로 가열한다. (수용액의 온도조건과 규산나트륨의 농도는 제조사에서 제공한 물질안전보건자료(MSDS)상의 규산나트륨 Na2SiO3의 용해도를 기준으로 함)
코팅 용액 준비 단계: 광촉매 입자(TiO2 또는 WO3/TiO2 복합광촉매) 수용액과 규산나트륨 수용액을 혼합하여 광촉매 코팅용액을 준비한다.
코팅 단계: 준비된 혼합용액을 에어스프레이건에 넣고 투수블럭 표면에 골고루 분사한다. 에어스프레이건으로 분사 시 압축기(compressor)를 사용하며, 본 실시 예의 압력은 0.4MPa 내외이었다. 상기 압력은 스프레이를 이용한 분사 시에 혼합용액 내 입자를 원활히 분사시키기 위한 경험적 수치이다.
건조 단계: 코팅한 투수블럭을 오븐에 넣고 70도 내외에서 약 12시간 동안 건조시킨다. 이로써 광촉매 나노 입자가 코팅된 투수블럭이 제조된다.
도 3은 TiO2 및 WO3/TiO2 복합광촉매 나노 입자를 본원발명에 따라 투수블럭에 코팅한 후 질소산화물(NOx) 제거 실험을 수행한 결과를 보인 그래프이다. TiO2를 코팅했을 경우(TCP)는 자외선을 조사한 경우로 약 50%의 효율, 복합광촉매를 코팅했을 경우(CCP)는 자외선을 조사했을 경우 약 60%효율, 가시광을 조사했을 경우 약 17%의 효율을 보인다. 즉, 복합광촉매 코팅 투수블럭의 경우가 TiO2 코팅 투수블럭보다 자외선 하에서 효율이 높았다.
[영가철을 포함하는 여재층 구조]
본원발명에 따르면 상술한 바와 같이 그린인프라 표면에 광촉매 나노 입자를 코팅한 제올라이트 층을 포설한다. 도 4는 본원발명의 적용된 일 실시 예로서 레인가든의 단면을 개념적으로 보인 것이다.
도 4에 도시된 바와 같이 레인가든(1) 표면에 광촉매 나노 입자가 코팅된 제올라이트 층(10)이 형성되어 있음을 확인할 수 있다. 본원발명의 다중 여재층은 현장 여건에 따라 상술한 광촉매 나노 입자로 코팅된 투수블록을 포설할 수도 있다(미도시).
본원발명의 주요 기술 중 하나는 일반적으로 건물외장에 코팅하여 건물의 셀프클리닝 및 대기오염저감 목적으로 많이 사용해왔던 광촉매 나노입자를 수처리여재인 제올라이트에 고정하여 레인가든과 같은 도시 그린인프라에 적용하여 수질과 대기질을 동시에 저감할 수 있는 다기능을 부여하는 것이다.
그런데, 대기 중의 NOx를 광촉매를 이용하여 질산으로 변환시키고, 변환된 질산은 강우 시 물에 용존되어 지중으로 침투되는데, 이는 새로운 오염물질로 작용할 수 있다. 이에 대한 추가적인 탈질 처리가 없다면 지하수의 오염이 우려된다. 질산은 주요한 지하수 오염물질이다. 따라서 본원발명은 상기 광촉매를 코팅한 제올라이트 층의 하부에 영가철을 포함하는 여재층을 설치하여 탈질을 도모한다.
본원발명의 상기 영가철을 포함하는 여재층은 추가적으로 도시지역에서 많이 발생하는 기름물질, TCE와 같은 유해유기물질을 환원 제거하는 것을 특징으로 한다.
상기 광촉매 나노 입자가 코팅된 제올라이트 층(10)의 하부에는 식생(31) 유지를 위한 토양층(30)이 형성되고, 그 하부에는 영가철을 포함하는 여재층(20)을 형성하는 것이 바람직하다. 그 하부에는 자갈배수층(40)이 형성된다.
구체적으로 상기 영가철을 포함하는 여재층(20)은 '영가나노철을 코팅한 모래여재층'이거나 '폴리머가 표면에 코팅된 영가철 입자를 모래와 함께 섞은 혼합여재층'일 수 있다.
영가나노철을 코팅한 모래여재층은 다음과 같은 방법에 의하여 구현할 수 있다.
혼합단계: 모래와 영가철의 전구물질인 철이온 증류수를 적절한 비율로 적절히 혼합한다. 상기 혼합은 엉김이나 철염의 침전이 없도록 강하게 혼합하는 것이 바람직하다. 필요에 따라 엉김이나 침전을 방지하기 위해 울트라소니피케이션을 사용하거나 산성(pH 4 내외)으로 조절할 수 있다.
고형물 회수단계: 준비된 혼합액에 KBH4 또는 NaBH4를 투입하여 혼합하고 생성된 검은 고형물을 회수한다. 이 과정을 통하여 상기 제1 철이온은 영가철로 환원된다.
건조보관단계: 회수된 고형물을 진공 건조(90도, 2-3시간) 후 혐기성 조건에서 보관한다. 호기성 조건에서 영가철은 산화될 수 있으므로 보관 시에는 혐기성 조건을 유지하는 것이 바람직하다.
여재층 형성단계: 상기 준비된 영가나노철이 코팅된 모래를 그린인프라 시설 구축 시 여재로 포설하여 영가나노철이 코팅된 모래여재층을 형성한다.
상술한 영가철 나노입자를 모래에 코팅하는 방법 외에 아래와 같은 방법으로 제조된 폴리머가 표면에 코팅된 영가철 입자를 모래와 함께 섞은 혼합여재로 영가철을 포함하는 여재층을 형성할 수도 있다.
영가철(ZVI) 입자 생성 단계: Fe(II) 또는 Fe(III) 철염(예, FeCl2 또는 FeCl3 등)을 증류수에 적정량 녹인 후 해당 용액에 질소가스(N2)를 퍼지(purge)시킨다(용액중의 산소 제거 및 철산화물 생성을 방지). 질소가스(N2)를 퍼지(purge)시키는 조건에서 수소화붕소(boronhydride, 예를 들어 NaBH4, KBH4) 또는 수소화알루미늄리튬(LiAlH4) 등을 넣어 다음 반응을 유도하여 철이온을 환원하여 영가철을 생성시킨다.
2Fe2+ + BH4- + 3H2O -> 2Fe0 + H2BO3- + 4H+ + 2H2
영가철 분리 단계: 생성된 검은색 Fe0 입자를 원심분리하고 증류수로 세척하여 염분(NaCl 또는 KCl 등)과 남은 수소화붕소(boronhydride) 등을 제거한다. 상기 침전물을 용액으로부터 분리하고 진공오븐에서 건조하여 혐기성조건에서 보관한다
영가철 캡슐화(encapsulation) 단계: 영가철 입자표면에 다공성 폴리머매트릭스(alginate, agar, ethyl cellulose, polyvinyl alcohol, 실리카겔 등)를 이용하여 캡슐화하여 영가철이 산소와의 직접적인 접촉을 막아 산화를 예방함으로써 영가철의 기대수명을 높힐 수 있다.
혼합여재 형성단계: 캡슐화된 영가철 비드는 모래와 혼합하여 혼합여재층을 형성한다. 상기 혼합여재 적용하여 혼합여재층을 형성하면, 혼합여재층을 통과하는 수중의 오염물질이 다공성 폴리머의 공극을 통해 영가철로 확산되어 환원된다(질산염(NO3-)이나 TCE등의 경우).
상기 캡슐화 과정에 있어서 상기 다공성 폴리머매트릭스로 알지네이트(alginate)를 적용한 실시 예는 다음과 같다.
제1 단계: 알긴산나트륨(sodium alginate)을 준비하여 증류수에 녹여 알지네이트(alginate) 용액을 준비한다.
제2 단계: 염화칼슘(CaCl2)을 증류수에 녹여 염화칼슘 용액을 준비하고, 준비된 용액에 말토덱스트린(maltodextrin), 녹말(starch), 또는 펙틴(pectin) 등을 적정량 첨가하여 점도를 높인다.
제3 단계: 상술한 염화칼슘 용액과 영가철을 상술한 알지네이트 용액에 서서히 투입하면서, 질소가스(N2)를 퍼지하여 항상 혐기성 조건을 유지한다.
제4 단계: 최종적으로 생성된 캡슐화된 영가철을 회수한다.
[본원발명의 작용]
본원발명의 작용을 설명한다. 본원발명은 기본적으로 오염물질을 저감하는 것인데, 종래의 자연형 비점오염저감시설과 같이 강우유출수 내의 유기물이나 중금속을 제거할 뿐만 아니라, 대기 중의 질소산화물도 저감하는 작용을 한다.
강우유출수 내의 유기물(기름물질, COD, BOD)
- 강우유출수내 포함된 유기물은 레인가든의 표층에 자리한 광촉매 코팅된 제올라이트 여재에 흡착된 이후 광반응을 통해 최종적으로 산화 분해된다.
- 표층에서 미쳐 흡착 제거되지 못한 유기물은 이후의 토양층과 모래여재층에서 흡착, 분해 제거된다(생화학적, 화학적 분해).
강우유출수내 중금속
- 수중의 중금속은 표면 제올라이트 층에서 흡착 및 광환원에 의해 제거되거나, 제올라이트 본연의 이온교환기작에 의해 제거된다.
- 이후 토양층에서 추가적인 흡착/식생흡수에 의한 제거된다.
대기 중 질소산화물
- 비강우 시 대기 중 가스상 질소산화물은 제올라이트에 코팅된 광촉매에 의해 산화되어 NO3-(질산)으로 변환된다. 변환된 질산은 이후의 토양층에서 일부 생화학적 탈질이 기대되지만 미량일 것으로 추정된다. 아래는 광촉매에 의해 NOx가 질산으로 변환되는 과정을 나타난 식이다.
Figure 112016020019575-pat00001
- 흙속에서 이동성이 좋은 질산은 그 아래 영가철을 포함하는 여재에 도달하여 화학적으로 탈질 제거된다. 영가나노철에 의한 질산의 탈질작용식은 다음과 같다.
Figure 112016020019575-pat00002
- 특히 대기 중의 NOx를 광촉매를 이용하여 질산으로 변환시키고, 변환된 질산은 강우 시 물에 용존되어 지중으로 침투되는데, 이에 대한 추가적인 탈질 처리가 없다면 지하수 오염 우려된다(질산은 주요한 지하수 오염물질임). 따라서 본원발명은 하부에 영가철을 포함한 모래여재를 하부 층으로 설치하여 탈질을 도모하고 추가적으로 도시지역에서 많이 발생하는 기름물질, TCE와 같은 유해유기물질을 환원 제거하는 것이다.
[본원발명의 구체적인 다른 실시 예]
상술한 본원발명의 설명은 편의를 위하여 레인가든을 예시로써 설명하였다. 하지만 본원발명의 기술적 사상은 이에 국한되는 것이 아니다.
예를 들면 주차장의 화단에도 본원발명이 적용될 수 있다. 도 5는 본원발명의 다른 일 실시 예로서 주차장 화단을 보인 것이다.
한편, 본원발명이 적용된 복합적인 그린인프라를 제시한다. '복합'이라 지칭한 이유는 레인가든뿐만 아니라 초기침강지로서의 습지와 침투도랑 등을 복합적으로 연계하였기 때문이다. 앞에서 설명한 바와 같이 본원발명의 기술적 사상은 본원발명의 복합 그린인프라의 레인가든에 적용될 수도 있다. 본 실시 예 및 이하 실시 예에서는 본원발명의 기술적 사상이 침투도랑에 적용된 것이다. 물론, 이러한 적용이 본원발명의 기술적 사상의 적용을 한정하는 것은 아니며, 선택적으로 적용할 수 있다.
도 6 내지 도 10은 본원발명이 적용된 복합 그린인프라를 보인 도면이다. 도 6은 본원발명이 적용된 복합 그린인프라의 평면도이다. 도 7 및 도 8은 도 6의 A-A' 단면 제1 실시 예를 보인 것으로, 도 8은 도 7의 일부를 확대한 것이다.
본원발명의 일 실시 예인 복합 그린인프라(3)는 습지(50), 레인가든(60) 및 침투도랑(70)을 포함한다.
상기 복합 그린인프라가 설치될 수 있는 공간은 다양하다. 불투수면에 의하여 발생하는 비점오염물질을 저감할 필요성이 있는 곳이라면 복합 그린인프라를 적용할 수 있다. 불투수면인 도로, 주차장 또는 지붕 등에서 유입되는 강우유출수가 상기 복합 그린인프라로 유입된다.
강우유출수는 최초 습지(50)로 유입된다. 습지는 초기 침강지 역할을 하게 된다. 상기 습지에는 수생식물(51)이 생육한다. 수생식물에 의하여 수질 개선의 효과가 있을 뿐만 아니라 도심의 온도를 낮춰 주는 기능도 할 수 있다.
상기 습지(50)를 유입된 강우유출수는 위어(52)를 월류하여 레인가든(60)으로 유입된다. 상기 위어(52)를 월류토록 하여 상기 습지(50)의 수위를 유지할 수 있다. 상기 레인가든(60)에는 다양한 식생(61)이 분포한다.
상기 레인가든(60)을 경유한 강우유출수는 끝으로 침투도랑(70)으로 유입된다. 한편, 침투도랑(70)으로의 유입은 상기 레인가든(60)의 유입과 마찬가지로 위어를 월류토록 할 수도 있다.
한편, 본원발명의 기술적 사상이 반영된 광촉매를 포함하는 여재층(71)이 상기 침투도랑의 표층을 형성할 수 있다. 영가철을 포함하는 여재층(74) 또한 형성될 수 있다. 이 경우 광촉매의 기능은 빛을 필요로 하는바, 그 깊이가 깊어져도 효율이 증대하는 것이 아니므로 필요한 정도의 깊이를 유지하면 된다. 이 경우 위어를 통하여 유입되는 월류수에 의하여 상기 광촉매를 포함하는 여재층(71)이 분산되어 토양층이 노출되고 본원발명의 효율이 떨어지는 문제점이 발생할 수 있다.
이를 위하여 본원발명의 실시 예는 상기 침투도랑의 표층 아래로 상기 레인가든의 유출수가 유입될 수 있도록 유입공(72)을 형성하였다. 이를 통하여 상기 광촉매를 포함하는 여재층(71)은 지상에서 아래로 내리는 강우는 직접 여과하지만, 주변 불투수층으로부터 유입되는 많은 양(특히, 강우 초기 시)의 유입수에 의하여 표층이 교란되지 않을 수 있게 된다. 이와 같은 구성은 광촉매 표층을 가지는 복합 그린인프라의 유지관리를 용이하게 하며, 유지관리비용을 낮추어 경제성을 확보할 수 있게 한다.
한편, 강우가 집중되는 기후적 특징으로 고려할 때, 이와 같은 구성에도 불구하고 집중 강우 시에는 상기 유입공(72)만으로 신속한 강우 유출이 제한될 수 있다. 즉, 상기 레인가든(60)으로의 유입은 위어(52)에 의하는바, 집중 강우 시에도 문제되지 않으나, 광촉매 표층을 보호하기 위한 유입공(72)에 의항 유입은 많은 양의 유입수에 적절히 대응하기 어려운 면이 있다는 것이다. 그렇다면 집중 호우(豪雨, heavy rain) 시에는 상기와 같은 구성에도 불구하고 상기 광촉매 표층이 유실되는 문제가 발생할 수도 있다.
도 9 및 도 10은 도 6의 A-A' 단면 제2 실시 예를 보인 것으로, 도 10은 도 9의 일부를 확대한 것이다. 본 실시 예는 상술한 바와 같은 집중 호우 시에도 상기 광촉매 표층이 위에서 아래로 떨어지는 강우만을 처리하고, 측면에서 불투수층으로부터 유입되는 강우유입수는 신속하게 별도의 배관으로 배출하기 위한 구성을 보인 것이다.
기본적으로 이미 설명한 실시 예와 구성이 같으나 상기 레인가든(70)에 루프드레인(62)이 구비되고, 상기 유입공(72)과 연결되며 상기 침투도랑 내에 배치되는 유공관(73)이 더 형성된다. 상기 루프드레인은 별도의 배수관(63)과 연결된다.
상기 루프드레인의 높이는 상기 레인가든과 상기 침투도랑 사이의 격벽보다 낮게 형성된다. 이를 통하여 상기 레인가든에 상기 위어를 통하여 빠르게 유입되는 강우유출수도 루프드레인과 상기 유공관을 통하여 신속하게 배출되는 것이다. 이로써 상기 침투도랑에 형성된 광촉매를 포함하는 여재층을 안정적으로 유지할 수 있는 것이다.
정리건대, 본원발명은 광촉매 여채층을 표층으로 포함하는 광촉매 표층 여재 구역을 가지되, 상기 광촉매 표층 여재 구역을 둘러싸는 격벽 외측에는 상기 격벽보다 낮게 루프드레인이 형성되고, 상기 광촉매 표층 아래에는 상기 외측과 연계되는 유공관이 매설되어 상기 광촉매 표층 여재가 유실되도록 하지 않는 것이다.
상술한 바와 같이 본원발명을 특정한 실시 예를 들어 설명하였으나, 본원발명은 이에 한정하는 것은 아니다. 본원발명의 기술적 사상의 범주 내에서는 얼마든지 수정 및 변형 실시가 가능함은 물론이다.
1: 레인가든
2: 주차장 화단
3: 복합 그린인프라
10: 광촉매 나노 입자가 코팅된 제올라이트 층
20: 영가철을 포함하는 여재층
30: 토양층
31: 식생
40: 자갈배수층
50: 습지
51: 수생식물
52: 위어
60: 레인가든
61: 식생
62: 루프드레인
70: 침투도랑
71: 광촉매를 포함하는 여재층
72: 유입공
73: 유공관

Claims (10)

  1. 습지, 레인가든 및 침투도랑을 포함하는 그린인프라로서,
    광촉매 표층 여재 구역을 가지되, 상기 광촉매 표층 여재 구역을 둘러싸는 격벽 외측에는 상기 격벽보다 낮게 루프드레인이 형성되고, 상기 광촉매 표층 아래에는 상기 외측과 연계되는 유공관이 매설되어 상기 광촉매 표층 여재가 유실되도록 하지 않는 것을 특징으로 하는
    그린인프라.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 그린인프라는 비점오염물질을 저감하는 그린인프라(green infra)로서,
    2개 이상의 여재층이 형성되어 있고,
    상기 여재층 중 어느 하나는 영가철을 포함하는 여재층(20)이며,
    상기 2개 이상의 여재층 중 표층은
    비점오염물질을 저감할 뿐만 아니라, 대기 중의 질소산화물을 처리할 수 있는 광촉매를 포함하는 것을 특징으로 하는
    그린인프라.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 표층은 광촉매 나노 입자가 코팅된 제올라이트 층(10)이고,
    그 하부에는 식생(31)이 가능한 토양층(30)이 형성되는 것을 특징으로 하는
    그린인프라.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 영가철을 포함하는 여재층(20)은 영가나노철을 코팅한 모래여재층이거나 폴리머가 표면에 코팅된 영가철 입자를 모래와 함께 섞은 혼합여재층인 것을 특징으로 하는
    그린인프라.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 영가나노철을 코팅한 모래층은,
    모래와 영가철의 전구물질인 철이온 증류수를 혼합하는 혼합단계,
    상기 혼합단계에서 준비된 혼합액에 KBH4 또는 NaBH4를 투입하여 혼합하고 생성된 검은 고형물을 회수하는 고형물 회수단계,
    회수된 상기 고형물을 진공 건조 후 혐기성 조건에서 보관하는 건조보관단계 및
    상기 고형물을 포설하여 그린인프라 시설을 구축하는 단계를 포함하는 방법에 의하여 형성되는 것을 특징으로 하는
    그린인프라.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 혼합단계의 pH는 4이고, 상기 건조보관단계는 섭씨 90도에서 2 내지 3시간 동안 진공 건조하는 것을 특징으로 하는
    그린인프라.
  7. 제4 항에 있어서,
    상기 폴리머가 표면에 코팅된 영가철 입자를 모래와 함께 섞은 혼합여재층은,
    영가철 입자를 생성한 후 영가철 입자를 원심분리하고 증류수로 세척하여 염분(NaCl 또는 KCl 등)과 남은 수소화붕소(boronhydride)를 제거하는 단계 및
    영가철 입자표면에 다공성 폴리머매트릭스를 이용하여 캡슐화하는 단계 후에,
    상기 캡슐화된 영가철 입자를 모래와 혼합하여 형성하는 것을 특징으로 하는
    그린인프라.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 다공성 폴리머매트릭스는 알지네이트(alginate)이고,
    알긴산나트륨을 준비하여 증류수에 녹여 알지네이트(alginate) 용액을 준비하는 단계,
    염화칼슘(CaCl2)을 증류수에 녹인 염화칼슘 용액에 말토덱스트린(maltodextrin), 녹말(starch), 또는 펙틴(pectin) 중 어느 하나 이상을 첨가하여 점도를 높이는 단계,
    상기 염화칼슘 용액과 상기 영가철 입자를 상기 알지네이트 용액에 투입하면서, 질소가스(N2)를 퍼지하여 항상 혐기성 조건을 유지하는 단계 및
    생성된 캡슐화된 영가철 입자를 회수하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는
    그린인프라.
  9. 제2 항에 있어서,
    상기 그린인프라는 레인가든, 필터스트립(filter strip) 또는 화단인 것을 특징으로 하는
    그린인프라.
  10. 삭제
KR1020160024705A 2016-02-29 2016-02-29 공기 정화 표층 보호를 위한 하이브리드 그린인프라 KR101768700B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160024705A KR101768700B1 (ko) 2016-02-29 2016-02-29 공기 정화 표층 보호를 위한 하이브리드 그린인프라

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160024705A KR101768700B1 (ko) 2016-02-29 2016-02-29 공기 정화 표층 보호를 위한 하이브리드 그린인프라

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101768700B1 true KR101768700B1 (ko) 2017-08-17

Family

ID=59753210

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160024705A KR101768700B1 (ko) 2016-02-29 2016-02-29 공기 정화 표층 보호를 위한 하이브리드 그린인프라

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101768700B1 (ko)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108585177A (zh) * 2018-06-08 2018-09-28 华东师范大学 一种竖流强化式生物净水装置及净水方法
KR102059332B1 (ko) * 2019-09-09 2019-12-26 주식회사 서일워터플랜 수질 정화기능 및 미세먼지 저감기능을 구비하는 친환경 수경공원
CN110668556A (zh) * 2019-10-09 2020-01-10 哈尔滨工业大学 一种可见光催化耦合生物电化学湿地系统及其应用
KR20210097901A (ko) * 2020-01-31 2021-08-10 금오공과대학교 산학협력단 수경재배 장치

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001020208A (ja) 1999-07-08 2001-01-23 Fujita Corp 排水性舗装表面への二酸化チタン層の形成方法
KR100642821B1 (ko) 2005-04-14 2006-11-03 창원대학교 산학협력단 2단 복층여재 갈대 인공습지에 의한 하수처리장치
KR101030690B1 (ko) * 2011-01-24 2011-04-26 한국과학기술연구원 하수처리상등수 및 하수관거월류수 복합처리장치 및 방법
KR101583357B1 (ko) 2014-09-18 2016-01-07 장익식 개량형 레인가든 구조

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001020208A (ja) 1999-07-08 2001-01-23 Fujita Corp 排水性舗装表面への二酸化チタン層の形成方法
KR100642821B1 (ko) 2005-04-14 2006-11-03 창원대학교 산학협력단 2단 복층여재 갈대 인공습지에 의한 하수처리장치
KR101030690B1 (ko) * 2011-01-24 2011-04-26 한국과학기술연구원 하수처리상등수 및 하수관거월류수 복합처리장치 및 방법
KR101583357B1 (ko) 2014-09-18 2016-01-07 장익식 개량형 레인가든 구조

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108585177A (zh) * 2018-06-08 2018-09-28 华东师范大学 一种竖流强化式生物净水装置及净水方法
KR102059332B1 (ko) * 2019-09-09 2019-12-26 주식회사 서일워터플랜 수질 정화기능 및 미세먼지 저감기능을 구비하는 친환경 수경공원
CN110668556A (zh) * 2019-10-09 2020-01-10 哈尔滨工业大学 一种可见光催化耦合生物电化学湿地系统及其应用
CN110668556B (zh) * 2019-10-09 2022-04-15 哈尔滨工业大学 一种可见光催化耦合生物电化学湿地系统及其应用
KR20210097901A (ko) * 2020-01-31 2021-08-10 금오공과대학교 산학협력단 수경재배 장치
KR102374373B1 (ko) * 2020-01-31 2022-03-15 금오공과대학교 산학협력단 수경재배 장치

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4494017B2 (ja) 活性表面を有する酸化チタン生成物の製造方法およびこの酸化チタン生成物を水処理プロセスに使用する方法
Li et al. Phosphate adsorption on metal oxides and metal hydroxides: A comparative review
Rashed et al. Adsorption and photocatalysis for methyl orange and Cd removal from wastewater using TiO2/sewage sludge-based activated carbon nanocomposites
KR101768700B1 (ko) 공기 정화 표층 보호를 위한 하이브리드 그린인프라
KR101768703B1 (ko) 영가철을 포함하는 혼합여재층 및 이를 포함하는 그린인프라
US8758607B2 (en) Water treatment
Thambiliyagodage Efficient photocatalysis of carbon coupled TiO2 to degrade pollutants in wastewater–A review
US7335622B2 (en) Manganese/oxygen compound with arsenic adsorption
Jafari et al. Synthesis of new composite based on TiO2 immobilized in glass fibers for photo-catalytic degradation of chlorobenzene in aqueous solutions
KR101768705B1 (ko) 광촉매를 이용한 그린인프라 및 이에 사용되는 여재층
Saleh et al. Photooxidation/adsorption of arsenic (III) in aqueous solution over bentonite/chitosan/TiO2 heterostructured catalyst
US7611637B2 (en) Method for treating contaminated water
Kadhim et al. The most important parameters that affect the photocatalytic activity of ZnO nanostructures against organic dyes: a review
Yang et al. Photocatalytic reduction of Cr (VI) over cinder-based nanoneedle in presence of tartaric acid: Synergistic performance and mechanism
Yuan et al. Enhanced photocatalytic oxidation of humic acids using Fe 3+-Zn 2+ co-doped TiO 2: The effects of ions in aqueous solutions
KR101344235B1 (ko) 알럼 슬러지를 이용한 유해성 이온 제거용 흡착제 및 이의 제조방법
Mishra et al. Efficacy of nanoparticles as photocatalyst in leachate treatment
Mohamed et al. Doping cadmium oxide into mesoporous zinc oxide matrix for enhanced removal/reduction of Hg (II) Ions
Liu et al. Fabrication of a confined pyrite cinder-based photo-Fenton catalyst and its degradation performance for ciprofloxacin
Mishra et al. Photocatalytic treatment of landfill leachate using CaTiO3 nanoparticles
Tahir et al. Role of nano-photocatalysts in detoxification of toxic heavy metals
KR102670393B1 (ko) 광산배수처리장에서 발생하는 망간슬러지를 이용한 흡착제 제조방법 및 이를 이용한 폐수처리방법
CN105967743A (zh) 一种以稀土细尾砂制备的自清洁透水砖及其制作方法
Subeshan et al. Mercury recycling technologies in its’ end-of-life management: a review
Patil et al. Mixed metal oxide nanocomposites for environmental remediation

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant