KR101961223B1 - Arsenic adsorbent and manufacturing method thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예는 황토, 모래 및 헤마타이트를 포함하고, 상기 황토 및 모래의 중량비는 1:5 내지 1:15인, 비소 흡착제를 제공한다.
본 발명의 다른 일 실시예는 황토 및 모래를 혼합하고, 열처리하는 단계(단계 1); 및 상기 열처리된 물질에 철 전구체를 혼합하고, 수열반응을 수행하는 단계(단계 2);를 포함하는, 비소 흡착제 제조방법을 제공한다.
An embodiment of the present invention provides an arsenic adsorbent comprising loess, sand and hematite, wherein the weight ratio of loess and sand is 1: 5 to 1:15.
Another embodiment of the present invention relates to a method of mixing and calcining loess and sand (step 1); And mixing the iron precursor with the heat-treated material and performing a hydrothermal reaction (step 2).

Description

비소 흡착제 및 이의 제조방법{ARSENIC ADSORBENT AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}[0001] ARSENIC ADSORBENT AND MANUFACTURING METHOD THEREOF [0002]

본 발명은 비소 흡착제 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 황토, 모래 및 산화철을 포함하고, 열처리 및 수열반응을 통해 마련된 비소 흡착제에 관한 것이다.The present invention relates to an arsenic adsorbent and a method for producing the same, and more particularly, to an arsenic adsorbent containing yellow ocher, sand and iron oxide and prepared through heat treatment and hydrothermal reaction.

비소 오염은 인류의 암 발생 위험을 올리는 결과를 초래하고 있다. 먹는 물에서 비소의 발생은 인도, 파키스탄, 한국 등의 자연적인 지질에 기인하였다. 10 ppb 이하의 비소 농도 먹는물 기준 조건을 만족하기 위하여, 최근에 새로운 비소 흡착제의 개발이 부각되고 있다. Arsenic contamination is the result of raising the risk of human cancer. The occurrence of arsenic in drinking water was due to the natural lipids of India, Pakistan and Korea. The development of new arsenic adsorbents has recently been highlighted in order to meet the arsenic concentration requirement of 10 ppb or less.

일례로 한국 등록특허 제10-0840068호(2008.06.13)에는 철산화물 및/또는 철 옥시수산화물로 이루어진 입자크기가 500nm 이하 이고, BET 표면적이 50 내지 500㎡/g인 단편 또는 과립을 함유하는 여과 유닛에 대하여 기재되어 있다. 그러나 이러한 미분말을 사용하는 경우, 강도가 약하여 역세척수(backwash wastewater)에 의해 마모되어 부서져 탁도를 유발하거나 흡착재의 양이 줄어드는 등 유실되는 문제가 있을 수 있다. 이는 곧 폐수가 되고 이 폐수 내에 비소가 흡착된 흡착제는 또 다른 오염물질이 될 수 있다.Korean Patent No. 10-0840068 (Jun. 13, 2008), for example, discloses a filtration process comprising fractions or granules comprising iron oxides and / or iron oxyhydroxides having a particle size of 500 nm or less and a BET surface area of 50 to 500 m 2 / g Unit. ≪ / RTI > However, when such a fine powder is used, there is a problem that the strength is so weak that it is worn by the backwash wastewater and is crushed to cause turbidity or loss of the amount of the adsorbent. This will soon become wastewater, and the adsorbent with arsenic adsorbed in this wastewater can be another contaminant.

또 다른 일례로 한국 공개특허 제10-2015-0060031호에는 (a) 산화철분말과 바인더를 8:2의 비율로 혼합하는 단계와; (b) 산화철분말과 바인더의 혼합물을 증류수로 반죽하는 단계; 및 (c) 반죽물을 성형, 건조, 소성하는 단계;를 포함하는 비소 제거용 담체의 제조방법이 개시되어 있다. 그러나, 상기 선행문헌을 통해 제조된 담체를 활용하여 비소 제거 시 산화철의 철 이온이 용출될 수 있는 문제점이 존재한다.In another example, Korean Patent Laid-Open No. 10-2015-0060031 discloses a method of manufacturing a magnetic recording medium, comprising: (a) mixing iron oxide powder and a binder at a ratio of 8: 2; (b) kneading a mixture of the iron oxide powder and the binder with distilled water; And (c) molding, drying and baking the kneaded product. However, there is a problem that the iron ion of iron oxide can be eluted during removal of arsenic using the carrier prepared through the above-mentioned prior art.

우수한 성능의 비소 흡착제를 마련하기 위한 조건으로, 첫째, 매트릭스에 고정화한 산화철 나노입자의 철 이온이 용출되지 않아야 한다. 둘째, 실용적인 관점에서, 흡착제의 입자화 기술(즉 공극률)이 중요하다. 셋째, 흡착제의 경제성이 만족이 되어야 하며, 재사용 가능성이 있어야 한다. As a condition for providing an arsenic adsorbent having excellent performance, first, iron ions of iron oxide nanoparticles immobilized on a matrix should not be eluted. Second, from a practical point of view, the particulate technology (ie, porosity) of the adsorbent is important. Third, the economical efficiency of the adsorbent should be satisfied and it should be possible to reuse.

한국 등록특허 제10-0840068호Korean Patent No. 10-0840068

본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 산화철 나노입자의 철이온 용출을 최소화하고, 경제성 및 재사용 가능성을 만족하며, 높은 흡착 성능을 나타내는 비소 흡착제 및 이의 제조방법을 제공하는 것에 있다.The present invention has been made to solve the above problems of the prior art, and it is an object of the present invention to provide an arsenic adsorbent which minimizes iron ion elution of iron oxide nanoparticles, satisfies economy and reusability, exhibits high adsorption performance, And the like.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 측면은To achieve these and other advantages and in accordance with the purpose of the present invention, as embodied and broadly described herein,

황토, 모래 및 헤마타이트를 포함하고, 상기 황토 및 모래의 중량비는 1:5 내지 1:15인, 비소 흡착제를 제공한다.Wherein the weight ratio of the loess and the sand is from 1: 5 to 1:15.

일 실시예에 있어서, 상기 헤마타이트는 상기 황토 대비 63 중량부 내지 177 중량부로 포함될 수 있다.In one embodiment, the hematite may be included in an amount of 63 to 177 parts by weight relative to the loess.

일 실시예에 있어서, 상기 비소 흡착제의 기공율은 8.6 % 내지 13.8 %일 수 있다.In one embodiment, the porosity of the arsenic adsorbent may be between 8.6% and 13.8%.

일 실시예에 있어서, 상기 비소 흡착제는 마그네타이트를 더 포함할 수 있다.In one embodiment, the arsenic adsorbent may further comprise magnetite.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 다른 일 측면은According to another aspect of the present invention,

황토 및 모래를 혼합하고, 열처리하는 단계(단계 1); 및 상기 열처리된 물질에 철 전구체를 혼합하고, 수열반응을 수행하는 단계(단계 2);를 포함하는, 비소 흡착제 제조방법을 제공한다.Mixing the loess and sand and heat-treating (step 1); And mixing the iron precursor with the heat-treated material and performing a hydrothermal reaction (step 2).

일 실시예에 있어서, 상기 단계 1의 황토 및 모래의 혼합은 1:5 내지 1:15의 중량비로 수행될 수 있다.In one embodiment, the mixing of the loess and sand of step 1 may be carried out at a weight ratio of 1: 5 to 1:15.

일 실시예에 있어서, 상기 단계 1의 열처리는 대기 또는 2 체적% 내지 10 체적%의 수소와 나머지 불활성 기체 분위기에서 수행될 수 있다.In one embodiment, the heat treatment of step 1 may be performed at atmospheric or at 2% by volume to 10% by volume of hydrogen and the remainder of the inert gas atmosphere.

일 실시예에 있어서, 상기 단계 1의 열처리는 300 ℃ 내지 700 ℃의 온도에서 1 시간 내지 10 시간 동안 수행될 수 있다.In one embodiment, the heat treatment of step 1 may be performed at a temperature of 300 ° C to 700 ° C for 1 hour to 10 hours.

일 실시예에 있어서, 상기 단계 2의 철 전구체는 염화철, 질산철, 황산철, 브롬화철, 요오드화철, 과염소산철, 수산화철 및 철 아세테이트로 이루어진 군 중 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.In one embodiment, the iron precursor of step 2 may include at least one selected from the group consisting of iron chloride, iron nitrate, iron sulfate, iron bromide, iron iodide, iron perchlorate, iron hydroxide and iron acetate.

일 실시예에 있어서, 상기 단계 2의 철 전구체 혼합은 상기 황토 대비 22 내지 62 중량부의 철이 혼합되도록 수행될 수 있다.In one embodiment, the iron precursor mixing in step 2 may be performed such that iron is mixed with 22 to 62 parts by weight of iron relative to the loess.

일 실시예에 있어서, 상기 단계 2의 수열반응은 80 ℃ 내지 150 ℃의 온도에서 5 시간 내지 24 시간 동안 수행될 수 있다.In one embodiment, the hydrothermal reaction of step 2 can be carried out at a temperature of 80 ° C to 150 ° C for 5 hours to 24 hours.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 또 다른 일 측면은According to another aspect of the present invention,

오염수를 상기의 비소 흡착제와 접촉시키며 배출하도록 수행되는, 오염수의 비소 제거방법을 제공한다.The method of removing arsenic from contaminated water is carried out to bring contaminated water into contact with the arsenic adsorbent.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 또 다른 일 측면은According to another aspect of the present invention,

오염수의 유입이 보장되는 유입구; 상기 유입구와 연통되어 물질의 배출이 보장되는 배출구; 및 상기 유입구 및 유출구 사이 구비된 상기의 비소 흡착제;를 포함하는, 오염수의 비소 처리장치를 제공한다.An inlet through which the inflow of contaminated water is ensured; An outlet communicating with the inlet port to ensure discharge of the material; And an arsenic adsorbent disposed between the inlet and the outlet, for treating arsenic of contaminated water.

본 발명의 일 측면에 따른 비소 흡착제는 요염수의 비소 제거에 사용될 시, 철 이온 용출없이 10 ppb 이하의 비소 농도를 만족할 수 있다.The arsenic adsorbent according to one aspect of the present invention can satisfy an arsenic concentration of 10 ppb or less without elution of iron ions when it is used for removing arsenic from the water.

또한, 본 발명의 일 측면에 따른 비소 흡착제는 황토 및 모래를 특정 비율로 혼합하여 기공을 확보함으로써 적절한 오염수의 유속을 나타내도록 할 수 있다.In addition, the arsenic adsorbent according to one aspect of the present invention can mix the yellow soil and the sand at a specific ratio to secure the pores, thereby exhibiting the flow rate of the contaminated water.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.It should be understood that the effects of the present invention are not limited to the above effects and include all effects that can be deduced from the detailed description of the present invention or the configuration of the invention described in the claims.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 비소 흡착제 제조방법의 일례를 나타낸 개략도이다.
도 2는 황토의 주사 전자 현미경 및 에너지 분산형 X선(EDX) 분석 결과를 나타낸 것이다.
도 3은 황토의 철 그라디언트 맵핑(X선 형광 분석) 결과 및 헤마타이트의 주사 전자 현미경 촬영 결과를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 비교예 1 및 비교예 2의 주사 전자 현미경 결과를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 비교예 4, 비교예 2 및 황토의 X선 회절 분석 결과를 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실험예 1 및 실험예 2에서 비소 제거 실험에 사용된 장치의 일례를 나타낸 사진이다.
도 7은 본 발명의 실험예 2에서 비교예 1, 비교예 2 및 실시예 2의 지하수 처리량에 따른 비소 농도를 나타낸 그래프이다.
1 is a schematic view showing an example of a method for producing an arsenic adsorbent according to an embodiment of the present invention.
2 shows a scanning electron microscope and energy dispersive X-ray (EDX) analysis results of yellow soil.
3 shows the results of iron gradient mapping (X-ray fluorescence analysis) of yellow loess and scanning electron microscope photographs of hematite.
4 shows scanning electron microscope results of Comparative Example 1 and Comparative Example 2 of the present invention.
Fig. 5 is a graph showing the results of X-ray diffraction analysis of Comparative Example 4, Comparative Example 2 and yellow clay of the present invention.
6 is a photograph showing an example of the apparatus used for the arsenic removal experiment in Experimental Example 1 and Experimental Example 2 of the present invention.
7 is a graph showing arsenic concentrations according to the groundwater throughput of Comparative Example 1, Comparative Example 2 and Example 2 in Experimental Example 2 of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것을 달성하는 방법은 첨부된 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention and the manner of achieving it will become apparent with reference to the embodiments described in detail below with reference to the accompanying drawings.

그러나, 본 발명은 이하에 개시되는 실시예들에 의해 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 또한, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.It should be understood, however, that the present invention is not limited to the disclosed embodiments, but may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the exemplary embodiments set forth herein. To fully inform the inventor of the category of invention. Further, the present invention is only defined by the scope of the claims.

나아가, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기술 등이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그에 관한 자세한 설명은 생략하기로 한다.Further, in the following description of the present invention, if it is determined that related arts or the like may obscure the gist of the present invention, detailed description thereof will be omitted.

본 발명의 일 측면은One aspect of the present invention is

황토, 모래 및 헤마타이트를 포함하고,Loess, sand and hematite,

상기 황토 및 모래의 중량비는 1:5 내지 1:15인, 비소 흡착제를 제공한다.Wherein the weight ratio of the loess and the sand is 1: 5 to 1:15.

본 발명의 일 측면에 따른 비소 흡착제에 있어서, 상기 황토는 클로라이트- 펜타인(Chlorite-serpentine)[(Mg,Al)6(Si,Al)4O10(OH)8], 일라이트(illite)[(K,H3O)Al2Si3AlO10(OH)2], 카올리나이트(kaolinite)[Al2Si2O5(OH)4], 몬트모릴로나이트(montmorillonite)[(Ca,Na)0.3Al2(Si,Al)4O10(OH)2·nH2O], 머스코바이트(muscovite)[KAl2Si3AlO10(OH)2] 등을 포함할 수 있다.In the arsenic adsorbent according to one aspect of the invention, the loess has chlorite-serpentine (Chlorite-serpentine) [(Mg , Al) 6 (Si, Al) 4 O 10 (OH) 8], illite (illite ) [(K, H 3 O ) Al 2 Si 3 AlO 10 (OH) 2], kaolinite (kaolinite) [Al 2 Si 2 O 5 (OH) 4], montmorillonite (montmorillonite) [(Ca, Na ) 0.3 Al 2 (may include Si, Al) 4 O 10 ( OH) 2 · nH 2 O], Plymouth nose byte (muscovite) [KAl 2 Si 3 AlO 10 (OH) 2] and the like.

상기 황토는 실리콘 17 wt% 내지 23 wt%; 알루미늄 7 wt% 내지 13 wt%; 철 1 wt% 내지 3 wt%; 및 기타 불순물을 포함할 수 있다.Said loess comprising 17 wt% to 23 wt% silicon; 7 wt% to 13 wt% of aluminum; 1 wt% to 3 wt% of iron; And other impurities.

상기 황토는 실리카 50 wt% 내지 55 wt%; 산화철(Fe2O3) 17 wt% 내지 23 wt%; 알루미나 18 wt% 내지 24 wt% 및 기타 불순물을 포함할 수 있다.Said loess comprises 50 wt% to 55 wt% of silica; 17 wt% to 23 wt% iron oxide (Fe 2 O 3 ); 18 wt% to 24 wt% alumina, and other impurities.

상기 황토의 입자 크기는 105 ㎛ 내지 150 ㎛ 일 수 있다. 상기의 황토 입자 크기 범위에서 상기 비소 흡착제의 기공율 조절이 용이하게 이루어질 수 있다.The grain size of the loess may be between 105 [mu] m and 150 [mu] m. The porosity of the arsenic adsorbent can be easily controlled in the range of the loess particle size.

본 발명의 일 측면에 따른 비소 흡착제에 있어서, 상기 모래의 입자 크기는 50 mesh 내지 70 mesh일 수 있다. 상기 모래의 입자 크기 범위에서 상기 비소 흡착제의 최적 기공율을 나타낼 수 있다.In the arsenic adsorbent according to one aspect of the present invention, the particle size of the sand may be 50 mesh to 70 mesh. The optimum porosity of the arsenic adsorbent can be expressed in the particle size range of the sand.

본 발명의 일 측면에 따른 비소 흡착제에 있어서, 상기 황토 및 모래의 중량비는 기술한 바와 같이 1:5 내지 1:15일 수 있고, 바람직하게는 1:7 내지 1:13일 수 있다. 상기 황토 및 모래의 중량비가 1:5 미만이라면, 흡착제의 기공 확보가 어려워지고 목적으로 하는 오염수 처리 시 적절한 유속을 나타내지 못할 우려가 있고, 상기 황토 및 모래의 중량비가 1:15 초과라면, 비소의 흡착 성능이 저하될 우려가 있다. 따라서 상기의 황토 및 모래 중량비 범위 내에서 흡착제의 오염수 제거 유속과 비소의 흡착 성능을 적절하게 만족할 수 있다.In the arsenic adsorbent according to one aspect of the present invention, the weight ratio of the loess and sand may be 1: 5 to 1:15, and preferably 1: 7 to 1:13. If the weight ratio of the loess and the sand is less than 1: 5, it is difficult to secure the pores of the adsorbent, There is a possibility that the adsorption performance of the adsorbent is lowered. Therefore, the removal rate of the contaminated water of the adsorbent and the adsorption performance of arsenic can be suitably satisfied within the above-mentioned range of the weight of the loess and sand.

본 발명의 일 측면에 따른 비소 흡착제에 있어서, 상기 헤마타이트(α-Fe2O3)는 상기 황토 대비 63 중량부 내지 177 중량부로 포함될 수 있고, 바람직하게는 93 중량부 내지 147 중량부 포함될 수 있다. 상기 황토 대비 헤마타이트가 63 중량부 미만으로 포함된다면, 비소 흡착제가 목적으로 하는 비소 흡착 성능을 보장하지 못하는 문제가 발생할 수 있고, 상기 황토 대비 헤마타이트가 177 중량부 초과로 포함된다면, 생산 단가 대비 비소 제거 효율이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.In the arsenic adsorbent according to one aspect of the present invention, the hematite (? -Fe 2 O 3 ) may be contained in an amount of 63 to 177 parts by weight, preferably 93 to 147 parts by weight, have. If the amount of hematite relative to the loess is less than 63 parts by weight, the arsenic adsorbent may not exhibit the desired arsenic adsorption performance. If the hematite is contained in an amount of 177 parts by weight or more relative to the loess, The arsenic removal efficiency may be lowered.

상기 헤마타이트는 하기 후술할 비소 흡착제 제조방법에서 철 전구체 및 수열반응을 통해 형성될 수 있고, 이에 따라 오염수의 비소 제거 과정에 사용될 시 철 이온 성분이 용출되는 것을 최대한 방지할 수 있다.The hematite can be formed through an iron precursor and a hydrothermal reaction in an arsenic adsorbent production method described later, and thus the iron ion component can be prevented from leaching when used in the arsenic removal process of polluted water.

상기 헤마타이트는 하기 후술할 비소 흡착제 제조방법에 의해 상기 황토 및 모래 혼합물 상에 코팅되어 형성될 수 있다.The hematite may be formed by coating on the loess and sand mixture by an arsenic adsorbent production method described below.

본 발명의 일 측면에 따른 비소 흡착제에 있어서, 상기 비소 흡착제의 기공율은 8.6 % 내지 13.8 %일 수 있고, 바람직하게는 9.3 % 내지 13.1 %일 수 있다. 상기의 기공율 범위에서 비소 흡착 성능과 투과되는 오염수의 적절한 유속을 만족할 수 있다.In the arsenic adsorbent according to one aspect of the present invention, the porosity of the arsenic adsorbent may be 8.6% to 13.8%, preferably 9.3% to 13.1%. It is possible to satisfy the arsenic adsorption performance and the appropriate flow rate of the permeated polluted water within the above porosity range.

본 발명의 일 측면에 따른 비소 흡착제에 있어서, 마그네타이트(Fe3O4)를 더 포함할 수 있다. 상기 마그네타이트는 하기 후술할 비소 흡착제 제조방법에서 열처리과정을 통해 형성될 수 있다.In the arsenic adsorbent according to one aspect of the present invention, it may further include magnetite (Fe 3 O 4 ). The magnetite may be formed through a heat treatment process in an arsenic adsorbent production method described below.

본 발명의 일 측면에 따른 비소 흡착제는 50 ppb 내지 200 ppb의 비소 농도를 갖는 오염수를 10 ppb 미만이 되도록 처리할 수 있다. 또한, 처리 시 흡착제 내 철 이온 성분이 용출되는 것을 최소화할 수 있다. 상기 비소 흡착제의 오염수 내 비소 흡착 과정은 오염수를 상기 비소 흡착제 내로 통과시켜 수행될 수 있고, 오염수가 흡착제를 통과할 시 유속은 0.2 mL/min 내지 2.0 mL/min일 수 있고, 바람직하게는 0.4 mL/min 내지 1.5 mL/min일 수 있다.The arsenic adsorbent according to one aspect of the present invention can treat contaminated water having an arsenic concentration of 50 ppb to 200 ppb to less than 10 ppb. In addition, the elution of the iron ion component in the adsorbent during treatment can be minimized. The arsenic adsorption process in the contaminated water of the arsenic adsorbent can be carried out by passing the polluted water through the arsenic adsorbent and the flow rate when the polluted water passes through the adsorbent may be from 0.2 mL / min to 2.0 mL / min, 0.4 mL / min to 1.5 mL / min.

본 발명의 일 측면에 따른 비소 흡착제는 오염수의 비소 처리 후, 0.2 M 내지 2.0 M의 염기성 용액을 통한 세척으로 재사용할 수 있고, 상기 염기성 용액은 알칼리금속 수산화물, 알칼리 토금속 수산화물일 수 있으며, 구체적으로 수산화나트륨일 수 있다. 상기 세척을 통해 재사용 시, 비소 흡착 성능은 최초 성능 대비 80 % 내지 98 %의 성능을 유지할 수 있다.The arsenic adsorbent according to one aspect of the present invention can be reused by washing through a basic solution of 0.2 M to 2.0 M after arsenic treatment of contaminated water, and the basic solution may be an alkali metal hydroxide, an alkaline earth metal hydroxide, May be sodium hydroxide. Upon reuse through the washing, the arsenic adsorption performance can be maintained at 80% to 98% of the initial performance.

본 발명의 다른 일 측면은,According to another aspect of the present invention,

황토 및 모래를 혼합하고, 열처리하는 단계(단계 1)(S10); 및Mixing yellow soil and sand, and heat-treating (step 1) (S10); And

상기 열처리된 물질에 철 전구체를 혼합하고, 수열반응을 수행하는 단계(단계 2)(S20);를 포함하는, 비소 흡착제 제조방법을 제공한다.Mixing the iron precursor with the heat-treated material and performing a hydrothermal reaction (Step 2) (S20).

이하, 본 발명의 일 측면에 따른 비소 흡착제 제조방법에 대하여 각 단계별로 상세히 설명한다.Hereinafter, the method for producing an arsenic adsorbent according to one aspect of the present invention will be described in detail for each step.

본 발명의 일 측면에 따른 비소 흡착제 제조방법에 있어서, 상기 단계 1(S10)은 황토 및 모래를 혼합하고, 열처리한다.In the method for producing an arsenic adsorbent according to an aspect of the present invention, the step 1 (S10) mixes yellow soil and sand and performs heat treatment.

상기 단계 1의 황토 및 모래의 혼합은 1:5 내지 1:15의 중량비로 수행될 수 있고, 바람직하게는 1:7 내지 1:13의 중량비로 수행될 수 있다. 상기 황토 및 모래의 혼합 중량비가 1:5 미만이라면, 제조되는 흡착제의 기공 확보가 어려워지고 목적으로 하는 오염수 처리 시 적절한 유속을 나타내지 못할 우려가 있고, 상기 황토 및 모래의 중량비가 1:15 초과라면, 제조되는 흡착제의 비소의 흡착 성능이 저하될 우려가 있다. 따라서 상기의 중량비 범위 내에서 황토 및 모래의 혼합이 이루어짐으로써 오염수 유속과 비소의 흡착 성능을 적절하게 만족할 수 있다.The mixing of the loess and sand of step 1 above can be carried out at a weight ratio of 1: 5 to 1:15, preferably at a weight ratio of 1: 7 to 1:13. If the mixing weight ratio of the loess and sand is less than 1: 5, it is difficult to secure the pores of the adsorbent to be produced, and there is a possibility that a proper flow rate may not be exhibited when treating the intended polluted water. When the weight ratio of the loess and sand exceeds 1:15 , The adsorption performance of arsenic of the adsorbent to be produced may be deteriorated. Therefore, by mixing yellow soil and sand within the above-mentioned weight ratio range, the pollutant flow rate and the adsorption performance of arsenic can be suitably satisfied.

상기 단계 1의 열처리는 대기 또는 2 체적% 내지 10 체적%의 수소와 나머지 불활성 기체 분위기에서 수행될 수 있고, 바람직하게는 2 체적% 내지 6 체적%의 수소와 나머지 불활성 기체 분위기에서 수행될 수 있다. 상기 불활성기체는 아르곤, 질소, 헬륨 및 네온으로 이루어진 군 중 선택된 1종 이상일 수 있고, 바람직하게는 아르곤일 수 있다. 상기의 수소 범위를 만족하는 분위기에서 열처리가 수행될 경우, 최종적으로 제조되는 흡착제의 헤마타이트가 더욱 뚜렷하게 형성될 수 있다.The heat treatment in step 1 may be carried out in an atmospheric air or in an atmosphere of between 2 vol% and 10 vol% hydrogen and the remainder of the inert gas atmosphere, preferably in a range of 2 vol% to 6 vol% hydrogen and the remaining inert gas atmosphere . The inert gas may be at least one selected from the group consisting of argon, nitrogen, helium, and neon, and preferably argon. When the heat treatment is carried out in an atmosphere satisfying the above hydrogen range, the hematite of the finally produced adsorbent can be more clearly formed.

상기 단계 1의 열처리는 300 ℃ 내지 700 ℃의 온도에서 1 시간 내지 10 시간 동안 수행될 수 있고, 바람직하게는 400 ℃ 내지 600 ℃의 온도에서 1 시간 내지 5 시간 동안 수행될 수 있다. 상기의 온도 및 시간 범위에서 열처리를 수행함으로써, 목적으로 하는 기공율을 나타내도록 하고, 균일한 기공 형성과 후속 단계에서 헤마타이트를 용이하게 형성시킬 수 있도록 하며, 제조되는 흡착제의 높은 비소 흡착 성능을 나타낼 수 있도록 한다.The heat treatment in step 1 may be performed at a temperature of 300 ° C to 700 ° C for 1 hour to 10 hours, preferably at a temperature of 400 ° C to 600 ° C for 1 hour to 5 hours. By performing the heat treatment in the temperature and the time range described above, the target porosity can be exhibited, uniform pore formation and subsequent formation of hematite can be easily performed, and the adsorbent exhibits a high arsenic adsorption performance .

본 발명의 일 측면에 따른 비소 흡착제 제조방법에 있어서, 상기 단계 2(S20)는 상기 열처리된 물질에 철 전구체를 혼합하고, 수열반응을 수행한다.In the method of manufacturing an arsenic adsorbent according to an aspect of the present invention, the step 2 (S20) mixes the iron precursor with the heat-treated material and performs a hydrothermal reaction.

상기 단계 2의 철 전구체는 염화철, 질산철, 황산철, 브롬화철, 요오드화철, 과염소산철, 수산화철 및 철 아세테이트로 이루어진 군 중 선택된 1종 이상을 포함할 수 있고, 바람직하게는 염화철(FeCl3)을 포함할 수 있다.Iron precursor in step 2 can comprise one or more selected from the group consisting of iron chloride, iron nitrate, iron sulfate, bromide, iron iodide, iron perchlorate, iron, iron hydroxide, and iron acetate, preferably ferric chloride (FeCl 3) . ≪ / RTI >

상기 단계 2의 철 전구체 혼합은 상기 황토 대비 22 중량부 내지 62 중량부의 철이 혼합되도록 수행될 수 있고, 바람직하게는 상기 황토 대비 32 중량부 내지 52 중량부의 철이 혼합되도록 수행될 수 있다. 상기 철 전구체가 상기 황토 대비 22 중량부 미만의 철이 포함되도록 혼합된다면, 후속 수열반응 단계에서 헤마타이트의 형성이 용이치 못할 우려가 있고, 상기 철 전구체가 상기 황토 대비 62 중량부 초과의 철이 포함되도록 혼합된다면, 제조되는 흡착제의 비소 흡착 성능에 별 다른 영향을 미치기 못할 우려가 있다. 상기의 철 전구체 중량비 범위에서 혼합함으로써, 후속 단계의 수열반응을 통해 헤마타이트를 용이하게 형성시키되, 자원 낭비 및 공정비용 상승 요인을 최소화할 수 있다.The mixing of the iron precursor in step 2 may be performed so that 22 to 62 parts by weight of iron is mixed with the loess, and preferably 32 to 52 parts by weight of iron is mixed with the loess. If the iron precursor is mixed so as to contain less than 22 parts by weight of iron relative to the loess, then formation of hematite may be unacceptable in the subsequent hydrothermal reaction step and the iron precursor may contain more than 62 parts by weight of iron relative to the loess If mixed, there is a risk that the adsorbent produced will not significantly affect the arsenic adsorption performance. By mixing in the iron precursor weight ratio range described above, hematite can easily be formed through a hydrothermal reaction at a subsequent stage, and the wastes of resources and the increase of the process cost can be minimized.

상기 단계 2의 철 전구체 혼합은 상기 단계 1 처리된 황토 및 모래 혼합물을 증류수와 혼합한 혼합액을 마련하고, 상기 혼합액에 철 전구체를 투입하여 수행될 수 있다. 상기 철 전구체 투입 전 상기 혼합액의 농도는 0.08 g/mL 내지 0.48 g/mL 가 되도록 마련될 수 있다. 상기의 농도 범위에서 황토, 모래 및 철 전구체의 균일 혼합이 용이하게 이루어질 수 있다.The iron precursor mixing in step 2 may be performed by providing a mixed solution obtained by mixing the yellow clay and sand mixture treated with the step 1 with distilled water, and adding an iron precursor to the mixed solution. The concentration of the mixed solution before the introduction of the iron precursor may be adjusted to be 0.08 g / mL to 0.48 g / mL. Uniform mixing of the loess, sand and iron precursor within the above-mentioned concentration range can be facilitated.

상기 단계 2의 철 전구체 혼합 후 5 분 내지 20 분 동안 초음파 처리가 수행되어 고르게 분산시킬 수 있다.After the iron precursor of step 2 is mixed, ultrasonic treatment may be performed for 5 to 20 minutes to evenly disperse the iron precursor.

상기 단계 2의 수열반응은 상기 철 전구체 혼합된 혼합물을 80 ℃ 내지 150 ℃의 온도에서 5 시간 내지 24 시간 동안 처리하여 수행될 수 있고, 바람직하게는 80 ℃ 내지 120 ℃의 온도에서 5 시간 내지 12 시간 동안 처리하여 수행될 수 있다. 상기 단계 2의 수열반응 온도가 80 ℃ 미만, 수열반응 시간이 5 시간 미만이라면, 헤마타이트 형성이 용이치 못할 우려가 있고, 상기 단계 2의 수열반응 온도가 150 ℃ 초과, 수열반응 시간이 24 시간 초과라면, 헤마타이트 형성에 있어 과도한 에너지 낭비가 발생할 우려가 있다. 상기의 온도 및 시간 범위에서 황토 및 모래 혼합물에 헤마타이트를 용이하게 형성시키되 불필요한 에너지 소모를 최소화하여 공정비용 상승을 감소시킬 수 있다.The hydrothermal reaction of step 2 may be carried out by treating the iron precursor mixed mixture at a temperature of 80 to 150 캜 for 5 to 24 hours, preferably at a temperature of 80 to 120 캜 for 5 to 12 For a period of time. If the hydrothermal reaction temperature in step 2 is less than 80 ° C and the hydrothermal reaction time is less than 5 hours, there is a fear that formation of hematite is unacceptable. If the hydrothermal reaction temperature in step 2 is more than 150 ° C, There is a possibility that an excessive energy waste is generated in the formation of hematite. The hematite can be easily formed in the mixture of the loess and sand in the above temperature and time range, but unnecessary energy consumption can be minimized and the increase in the process cost can be reduced.

상기 단계 2의 수열반응은 상기 철 전구체 혼합된 혼합물을 용기에 투입하고 밀폐하여 수행될 수 있다.The hydrothermal reaction of step 2 may be performed by charging the iron precursor mixed mixture into the vessel and sealing it.

상기 단계 2의 수열반응 종료 후, 상등액을 분리하고 나머지 침전물을 40 ℃ 내지 80 ℃의 온도에서 10 시간 내지 50 시간 동안 건조한 후 비소 흡착제를 제조할 수 있다.After completion of the hydrothermal reaction in step 2, the supernatant is separated and the remaining precipitate is dried at a temperature of 40 to 80 ° C. for 10 to 50 hours to prepare an arsenic adsorbent.

상기 단계 2의 수열반응을 통해 상기 단계 1에서 황토 및 모래가 혼합된 물질에 헤마타이트를 형성시킬 수 있고, 구체적으로 헤마타이트로 코팅될 수 있다.Through the hydrothermal reaction in the step 2, hematite can be formed in the mixture of the yellow loess and the sand in the step 1, and specifically, it can be coated with hematite.

본 발명의 또 다른 일 측면은Another aspect of the present invention is

오염수를 상기의 비소 흡착제와 접촉시키며 배출하도록 수행되는, 오염수의 비소 제거방법을 제공한다.The method of removing arsenic from contaminated water is carried out to bring contaminated water into contact with the arsenic adsorbent.

상기 오염수의 비소 제거방법은 50 ppb 내지 200 ppb 의 비소 농도를 지닌 오염수를 상기 비소 흡착제와 접촉 및 오염수의 유체 흐름을 유도하도록 수행될 수 있다. 상기 유체 흐름 유도 시 유속은 0.2 mL/min 내지 2.0 mL/min일 수 있고, 바람직하게는 0.4 mL/min 내지 1.5 mL/min일 수 있다.The method of removing arsenic from the contaminated water can be performed to induce a flow of contaminated water in contact with the arsenic adsorbent and contaminated water having an arsenic concentration of 50 ppb to 200 ppb. The flow rate during the fluid flow induction may be 0.2 mL / min to 2.0 mL / min, and preferably 0.4 mL / min to 1.5 mL / min.

상기 오염수의 비소 제거방법이 수행된 물질은 10 ppb 미만의 비소 농도를 나타낼 수 있다.The material in which the method of removing the contaminated water is performed may exhibit an arsenic concentration of less than 10 ppb.

본 발명의 또 다른 일 측면은Another aspect of the present invention is

오염수의 유입이 보장되는 유입구;An inlet through which the inflow of contaminated water is ensured;

상기 유입구와 연통되어 물질의 배출이 보장되는 배출구; 및An outlet communicating with the inlet port to ensure discharge of the material; And

상기 유입구 및 유출구 사이 구비된 상기의 비소 흡착제;를 포함하는, 오염수의 비소 처리장치를 제공한다.And an arsenic adsorbent disposed between the inlet and the outlet.

상기 비소 흡착제는 상기 유입구 및 유출구 사이에 밀폐 충진되어 구비될 수 있다.The arsenic adsorbent may be filled and sealed between the inlet and the outlet.

이하, 실시예 및 실험예에 의하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하고자 한다. 단, 하기 실시예 및 실험예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐 본 발명의 범위가 이들만으로 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Experimental Examples. However, the following examples and experimental examples are for illustrative purposes only and are not intended to limit the scope of the present invention.

<< 실시예Example 1>  1> 황토:모래Loess: Sand 1:5 / 수소조건 열처리 / 수열반응 1: 5 / hydrogen condition heat treatment / hydrothermal reaction

천연 황토를 경남 의령에서 수집하여 60 ℃에서 24 시간 건조하였다. 건조 후 분쇄하였고, 106 ㎛ 내지 149 ㎛의 입도로 체거름 작업을 수행하였다.Natural loess was collected from Gyeongnam Province and dried at 60 ℃ for 24 hours. Dried, pulverized and sieved to a particle size of 106 mu m to 149 mu m.

모래의 입도가 50 mesh 내지 70 mesh가 되도록 준비하였다.The sand was prepared to have a particle size of 50 mesh to 70 mesh.

단계 1 : 상기 황토 및 모래를 1:5의 중량비가 되도록 각각 1 g 및 5 g 혼합하고, 수소 4 체적% 및 아르곤 96 체적%의 혼합기체 분위기에서 500 ℃, 3 시간 동안 열처리하였다.Step 1: 1 g and 5 g of the loess and sand were mixed in a weight ratio of 1: 5, respectively, and heat-treated at 500 ° C for 3 hours in a mixed gas atmosphere of 4% by volume of hydrogen and 96% by volume of argon.

단계 2 : 상기 열처리된 황토 및 모래 혼합물 6 g을 500 mL 유리 비이커에 60 mL의 증류수와 함께 마그네틱 바로 교반하며 혼합하였다. 그 다음, 염화철 6수화물(FeCl3·6H2O) 2.0 g을 첨가한 후 10 분 동안 초음파 처리하였고, 폴리프로필렌 용기에 투입 후 밀봉하였다. 그 다음, 100 ℃의 온도로 12 시간 동안 수열반응 처리하였고, 상등액을 제거한 후, 침전물을 60 ℃의 온도로 24 시간 동안 건조하여 비소 흡착제를 제조하였다.Step 2: 6 g of the heat-treated loess and sand mixture was mixed with a magnetic stir bar with a 60-mL glass beaker and 60 mL of distilled water. Then, 2.0 g of iron chloride hexahydrate (FeCl 3 .6H 2 O) was added, sonicated for 10 minutes, put into a polypropylene container and sealed. Then, hydrothermal reaction was carried out at a temperature of 100 ° C. for 12 hours. After removing the supernatant, the precipitate was dried at a temperature of 60 ° C. for 24 hours to prepare an arsenic adsorbent.

<< 실시예Example 2>  2> 황토:모래Loess: Sand 1:10 / 수소조건 열처리 / 수열반응 1:10 / hydrogen condition heat treatment / hydrothermal reaction

상기 실시예 1에서, 황토 및 모래의 혼합 중량비가 1:10이 되도록 한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 비소 흡착제를 제조하였다.In Example 1, an arsenic adsorbent was prepared in the same manner as in Example 1 except that the weight ratio of the loess and sand was 1:10.

<< 실시예Example 3>  3> 황토:모래Loess: Sand 1:15 / 수소조건 열처리 / 수열반응 1:15 / hydrogen condition heat treatment / hydrothermal reaction

상기 실시예 1에서, 황토 및 모래의 혼합 중량비가 1:15가 되도록 한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 비소 흡착제를 제조하였다.In Example 1, an arsenic adsorbent was prepared in the same manner as in Example 1 except that the weight ratio of the loess and sand was 1:15.

<< 비교예Comparative Example 1>  1> 황토:모래Loess: Sand 1:10 / 대기조건 열처리 / 수열반응 X 1:10 / Atmospheric condition heat treatment / hydrothermal reaction X

상기 실시예 2에서, 단계 1의 열처리를 대기에서 수행한 것과, 단계 2의 철 전구체 혼합 및 수열반응을 생략한 것을 제외하고, 상기 실시예 2와 동일하게 수행하여 흡착제를 제조하였다.In Example 2, an adsorbent was prepared in the same manner as in Example 2, except that the heat treatment in Step 1 was performed in air and the iron precursor mixture in Step 2 and the hydrothermal reaction were omitted.

<< 비교예Comparative Example 2>  2> 황토:모래Loess: Sand 1:10 / 수소조건 열처리 / 수열반응 X 1:10 / hydrogen condition heat treatment / hydrothermal reaction X

상기 실시예 2에서, 단계 2의 철 전구체 혼합 및 수열반응을 생략한 것을 제외하고, 상기 실시예 2와 동일하게 수행하여 흡착제를 제조하였다.In Example 2, an adsorbent was prepared in the same manner as in Example 2, except that the iron precursor mixture in Step 2 and the hydrothermal reaction were omitted.

<< 비교예Comparative Example 3>  3> 황토:모래Loess: Sand 1:5 / 수소조건 열처리 / 수열반응 X 1: 5 / Hydrogen condition Heat treatment / hydrothermal reaction X

상기 실시예 1에서, 단계 2의 철 전구체 혼합 및 수열반응을 생략한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 흡착제를 제조하였다.In Example 1, an adsorbent was prepared in the same manner as in Example 1, except that the iron precursor mixture in Step 2 and the hydrothermal reaction were omitted.

<< 비교예Comparative Example 4> 수열반응 4> hydrothermal reaction

수산화철(Fe(OH)3)을 상기 실시예 1의 수열반응 조건과 동일하게 처리하여 헤마타이트로 형성시켰다.The iron hydroxide (Fe (OH) 3 ) was treated in the same manner as the hydrothermal reaction conditions of Example 1 to form hematite.

상기 실시예 및 비교예들을 표 1에 개략적으로 나타내었다.The above examples and comparative examples are schematically shown in Table 1.

단계 1Step 1 단계 2Step 2 실시예 1Example 1 황토:모래 1:5 / 수소조건 열처리Loess: Sand 1: 5 / Hydrogen Condition Heat Treatment FeCl3 / 수열반응FeCl 3 / hydrothermal reaction 실시예 2Example 2 황토:모래 1:10 / 수소조건 열처리Loess: Sand 1:10 / Hydrogen Condition Heat treatment 실시예 1과 동일Same as Example 1 실시예 3Example 3 황토:모래 1:15 / 수소조건 열처리Loess: Sand 1:15 / Hydrogen Condition Heat treatment 실시예 1과 동일Same as Example 1 비교예 1Comparative Example 1 황토:모래 1:10 / 대기조건 열처리Loess: Sand 1:10 / Atmospheric condition heat treatment XX 비교예 2Comparative Example 2 황토:모래 1:10 / 수소조건 열처리Loess: Sand 1:10 / Hydrogen Condition Heat treatment XX 비교예 3Comparative Example 3 황토:모래 1:5 / 수소조건 열처리Loess: Sand 1: 5 / Hydrogen Condition Heat Treatment XX 비교예 4Comparative Example 4 XX Fe(OH)3 / 수열반응Fe (OH) 3 / hydrothermal reaction

<< 실험예Experimental Example 1> 일차원 컬럼을 통한 유속 측정 1> Flow rate measurement through one-dimensional column

30 mm의 지름, 240 mm 높이의 컬럼(column, Kontes, USA)을 구비하고, 상기 실시예 2, 비교예 1 및 비교예 3에서 제조된 흡착제를 상기 컬럼 내부에 충진시킨 다음, 500 mL 증류수를 컬럼 상부에서 주입하여 컬럼 통과 유속을 측정하였다.(Column, Kontes, USA) having a diameter of 30 mm and a height of 240 mm. The adsorbent prepared in Example 2, Comparative Example 1 and Comparative Example 3 was filled in the column, and then 500 mL of distilled water The column flow rate was measured by injection at the top of the column.

그 결과, 황토:모래 중량비가 1:10인 비교예 1의 경우, 대략 1.2 mL/min의 유속을 나타내었고, 황토:모래 중량비가 1:5인 비교예 3의 경우, 0.2 mL/min의 유속을 나타내었다. 수열반응까지 완료된 실시예 2의 경우, 0.4 mL/min의 유속을 나타내었다. 이때, 세 흡착제의 기공 부피는 증류수를 통해 18 mL 내지 20 mL로 측정되었다.As a result, in Comparative Example 1 in which the ratio of loess to sand was 1:10, the flow rate was approximately 1.2 mL / min. In Comparative Example 3 in which the ratio of loess to sand was 1: 5, Respectively. In Example 2, which completed the hydrothermal reaction, the flow rate was 0.4 mL / min. At this time, the pore volume of the three adsorbents was measured between 18 mL and 20 mL through distilled water.

<< 실험예Experimental Example 2> 일차원 컬럼을 통한  2> Through one-dimensional column 비소 제거Arsenic removal 측정 Measure

30 mm의 지름, 240 mm 높이의 칼럼(column, Kontes, USA)을 구비하고, 상기 실시예 2, 비교예 1 및 비교예 2에서 제조된 흡착제를 각각 상기 칼럼 내부에 충진시킨 다음, 100 ppb의 비소 농도를 지닌 소태 마을의 지하수 1.0 L를 칼럼 상부에서 투입하였다. 투입 후 배출되는 지하수를 대략 20 mL 씩 유리병에 수집하였고, 이를 유도결합 플라즈마 질량분광법(ICP-AES, OPTIMA 7300 DV, OPTIMA 3300 DV, Perkin-Elmer, USA)으로 분석하였으며, 그 결과를 도 7에 나타내었다.(Column, Kontes, USA) having a diameter of 30 mm and a height of 240 mm. The adsorbent prepared in Example 2, Comparative Example 1 and Comparative Example 2 was filled in the column, and 100 ppb 1.0 L of groundwater in a small village with arsenic concentration was injected from the top of the column. The groundwater discharged after the injection was collected in a glass bottle in a volume of about 20 mL and analyzed by ICP-AES (OPTIMA 7300 DV, OPTIMA 3300 DV, Perkin-Elmer, USA) Respectively.

도 7을 참조하면, 비교예 1 및 비교예 2의 두 흡착제는 유사한 패턴을 보여주었다. 반면, 실시예 2의 경우, 철 이온 용출이 0.1 ppm 이하이면서 비소 제거율이 비교예 대비 상당히 증가함을 보여주었다. 비록 유속은 대략 0.4 mL/min이었지만, 실시예 2의 비소 제거 용량은 비교예 1의 제거 용량에 비해 2 배 가량 높은 것을 확인하였다.Referring to FIG. 7, the two adsorbents of Comparative Example 1 and Comparative Example 2 showed a similar pattern. On the other hand, in Example 2, the iron ion elution was 0.1 ppm or less, and the arsenic removal rate was significantly increased as compared with the comparative example. Although the flow rate was approximately 0.4 mL / min, it was confirmed that the arsenic removal capacity of Example 2 was twice as high as that of Comparative Example 1.

실시예 2를 재사용하기 위해, 0.5M 수산화나트륨(NaOH)의 세척으로 추가로 3번 더 반복 운영하였고, 이때 비소 제거 용량은 소량 감소하였다.To reuse the Example 2, an additional three additional runs were performed with a 0.5M sodium hydroxide (NaOH) wash, with a slight decrease in arsenic removal capacity.

즉, 수열반응을 통해 α-Fe2O3(헤마타이트)가 형성되고 황토:모래 1:10 중량비로 혼합된 혼합물은 실제 비소 오염 지하수 처리 시, 먹는물 기준치를 만족할 수 있는 비소 대안 흡착제가 될 수 있음을 확인하였다.In other words, α-Fe 2 O 3 (hematite) is formed through the hydrothermal reaction and the mixed mixture of loess: sand 1:10 by weight becomes an arsenic alternative adsorbent that can satisfy the water standard value in the actual arsenic contaminated groundwater treatment Respectively.

<< 실험예Experimental Example 3> 제조된 흡착제의  3> The adsorbent 모폴로지Morphology , X선 회절, 형광 분석, X-ray diffraction, fluorescence analysis

황토, 비교예 1, 비교예 2 및 비교예 4를 주사전자현미경(FE-SEM-4700), 에너지 분산형 X선(EDX) 분석을 통해 모폴로지를 측정하였고,The morphology was measured by scanning electron microscope (FE-SEM-4700) and energy dispersive X-ray (EDX) analysis of yellow soil, Comparative Example 1, Comparative Example 2 and Comparative Example 4,

황토, 비교예 2 및 비교예 4의 X선 회절 분석(D/MAX-2500, RIGAKU, USA, 40 kV, 300 mA with scanning at 2θ = 3 ° ~ 70 °) 및 황토의 X선 형광 분석(XRF, MiniPal2, PANanalytical, Netherlands)을 수행하으며, 그 결과를 도 2 내지 도 5에 나타내었다.X-ray diffraction analysis (D / MAX-2500, RIGAKU, USA, 40 kV, 300 mA with scanning at 2? = 3 ° to 70 °) of yellow soil, Comparative Example 2 and Comparative Example 4, and XRF , MiniPal2, PANanalytical, Netherlands). The results are shown in FIGS. 2 to 5. FIG.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 황토(도 2 (a))와 비교하여 열처리한 비교예 1(도 4 (a)) 및 비교예 2(도 4 (b))에서는 기공 구조가 관찰되었고, 이는 적절 비율의 모래를 혼합시킨 것에 기인한 것으로 판단되었다.2 to 4, pore structure was observed in Comparative Example 1 (FIG. 4 (a)) and Comparative Example 2 (FIG. 4 (b)) which were heat-treated as compared with yellow loess (FIG. 2 (a) It was judged that this was caused by the mixing of appropriate proportion of sand.

도 3 (b)에서, 비교예 4의 모폴로지는 구형의 헤마타이트들이 10 nm 내지 1000 nm 크기 분포로 응집된 형태를 나타내고 있음을 확인하였고, 수열반응으로 인해 기공율의 감소가 나타났다.In FIG. 3 (b), the morphology of Comparative Example 4 confirmed that the spherical hematites were agglomerated in a size range of 10 nm to 1000 nm, and the porosity was decreased due to the hydrothermal reaction.

도 2 (b)에 나타낸 바와 같이, 황토의 성분 분석 결과 주로 실리콘(20.76 wt%), 알루미늄(8.56 wt%), 철(2.19 wt%)을 함유한 것을 나타내었고, 철은 고루 분포된 것을 알 수 있었다. 또한, 도 2 (a)를 참조하면 황토의 X선 형광 분석 결과 실리카 53.5 wt%, 알루미나 21.0 wt% 산화철 19.4 wt%를 함유하고 있음을 알 수 있었다.As shown in Fig. 2 (b), the composition of loess was mainly composed of silicon (20.76 wt%), aluminum (8.56 wt%) and iron (2.19 wt%), I could. Referring to FIG. 2 (a), X-ray fluorescence analysis of the yellow loam revealed that 53.5 wt% of silica and 21.0 wt% of alumina contained 19.4 wt% of iron oxide.

도 5를 참조하면, 비교예 4, 비교예 2, 황토의 엑스레이 회절 패턴을 보여주고 있다. 황토의 주요 광물들은 클로라이트 서펜타인(Chlorite serpentine) [(Mg,Al)6(Si,Al)4]O10(OH)8], 일라이트(illite) [(K,H3O)Al2Si3AlO10(OH)2], 카올리나이트(Kaolinite) [Al2Si2O5(OH)4], 몬트모릴로나이트(Montmorillonite) [(Ca,Na)0.3Al2(Si,Al)4O10(OH)2ㆍnH2O], 머스코바이트(Muscovite) [KAl2Si3AlO10(OH)2], 소량의 α-Fe2O3(헤마타이트)들로 관찰되었다. 이러한 성분은 엑스레이 형광분석기의 결과와 일치하였다. 수소 조건에서 열처리한 비교예 2는 약간 다른 반사 피크를 보여주었다. α-Fe2O3(헤마타이트)의 결정성이 확연히 증가하였고, Fe3O4(마그네타이트)의 약한 피크가 나타났다.Referring to FIG. 5, Comparative Example 4, Comparative Example 2, and X-ray diffraction pattern of loess. The major minerals of loess are chlorite serpentine [(Mg, Al) 6 (Si, Al) 4 ] O 10 (OH) 8 ], illite [(K, H 3 O) 2 Si 3 AlO 10 (OH) 2], kaolinite (kaolinite) [Al 2 Si 2 O 5 (OH) 4], montmorillonite (montmorillonite) [(Ca, Na ) 0.3 Al 2 (Si, Al) 4 O was observed in the 10 (OH) 2 and nH 2 O], Plymouth nose byte (Muscovite) [KAl 2 Si 3 AlO 10 (OH) 2], a small amount of α-Fe 2 O 3 (hematite). These components were consistent with the results of an X-ray fluorescence spectrometer. Comparative Example 2, which was heat-treated under hydrogen conditions, showed slightly different reflection peaks. the crystallinity of α-Fe 2 O 3 (hematite) was markedly increased, and a weak peak of Fe 3 O 4 (magnetite) appeared.

도 5에서 붉은별 마크는 황토와 수소조건에서 열처리한 황토 사이에서 다른 피크를 보여준다. In Fig. 5, the red star mark shows different peaks between the yellow loess and the yellow loess heat treated in the hydrogen condition.

비교예 4는 흡착제의 철 비율을 증가시키기 위하여, 코팅된 Fe(OH)3을 수열반응으로 처리하였다. 수열반응을 사용한 이유는, 대기 또는 수소 조건에서 열처리한 것 대비 철 이온 용출을 피하기 위해서이다. Comparative Example 4 treated the coated Fe (OH) 3 with a hydrothermal reaction to increase the iron content of the adsorbent. The reason for using the hydrothermal reaction is to avoid elution of iron ion compared with heat treatment in atmosphere or hydrogen.

지금까지 본 발명의 일 측면에 따른 비소 흡착제 및 이의 제조방법에 관한 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 실시 변형이 가능함은 자명하다.Although the specific examples of the arsenic adsorbent according to one aspect of the present invention and the production method thereof have been described so far, it is apparent that various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

그러므로 본 발명의 범위에는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Therefore, the scope of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described, but should be determined by equivalents to the appended claims, as well as the following claims.

즉, 전술된 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 그 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.It is to be understood that the foregoing embodiments are illustrative and not restrictive in all respects and that the scope of the present invention is indicated by the appended claims rather than the foregoing description, It is intended that all changes and modifications derived from the equivalent concept be included within the scope of the present invention.

Claims (13)

황토, 모래 및 헤마타이트를 포함하고,
상기 황토 및 모래의 중량비는 1:5 내지 1:15이며,
수소가 포함된 혼합기체 분위기에서 황토 및 모래가 열처리된 후, 철 전구체를 가한 다음 수열반응을 통해 제조된 것을 특징으로 하는, 비소 흡착제.
Loess, sand and hematite,
The weight ratio of the loess and sand is 1: 5 to 1:15,
Characterized in that it is prepared by heat treatment of yellow soil and sand in a mixed gas atmosphere containing hydrogen, followed by addition of an iron precursor, and hydrothermal reaction.
제1항에 있어서,
상기 헤마타이트는,
상기 황토 대비 63 중량부 내지 177 중량부로 포함된 것을 특징으로 하는 비소 흡착제.
The method according to claim 1,
The hematite,
And 63 to 177 parts by weight based on the weight of the loess.
제1항에 있어서,
상기 비소 흡착제의 기공율은,
8.6 % 내지 13.8 %인 것을 특징으로 하는 비소 흡착제.
The method according to claim 1,
The porosity of the arsenic adsorbent,
8.6% to 13.8%.
제1항에 있어서,
상기 비소 흡착제는,
마그네타이트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비소 흡착제.
The method according to claim 1,
The above-
Wherein the adsorbent further comprises a magnetite.
황토 및 모래를 1:5 내지 1:15의 중량비로 혼합하고, 수소가 포함된 혼합기체 분위기에서 열처리하는 단계(단계 1); 및
상기 열처리된 물질에 철 전구체를 혼합하고, 수열반응을 수행하는 단계(단계 2);를 포함하는, 비소 흡착제 제조방법.
(1) mixing the clay and the sand in a weight ratio of 1: 5 to 1:15 and heat-treating the mixture in a mixed gas atmosphere containing hydrogen; And
Mixing the iron precursor with the heat-treated material, and performing a hydrothermal reaction (Step 2).
삭제delete 제5항에 있어서,
상기 단계 1의 열처리는,
2 체적% 내지 10 체적%의 수소와 나머지 불활성 기체 분위기에서 수행되는 것을 특징으로 하는 비소 흡착제 제조방법.
6. The method of claim 5,
The heat treatment in the step (1)
Characterized in that it is carried out in an atmosphere of between 2 vol% and 10 vol% of hydrogen and the remainder of the inert gas.
제7항에 있어서,
상기 단계 1의 열처리는,
300 ℃ 내지 700 ℃의 온도에서 1 시간 내지 10 시간 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 비소 흡착제 제조방법.
8. The method of claim 7,
The heat treatment in the step (1)
Wherein the reaction is carried out at a temperature of from 300 DEG C to 700 DEG C for 1 hour to 10 hours.
제5항에 있어서,
상기 단계 2의 철 전구체는,
염화철, 질산철, 황산철, 브롬화철, 요오드화철, 과염소산철, 수산화철 및 철 아세테이트로 이루어진 군 중 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 비소 흡착제 제조방법.
6. The method of claim 5,
The iron precursor of step (2)
Characterized in that it comprises at least one selected from the group consisting of iron chloride, iron nitrate, iron sulfate, iron bromide, iron iodide, iron perchlorate, iron hydroxide and iron acetate.
제5항에 있어서,
상기 단계 2의 철 전구체 혼합은,
상기 황토 대비 22 중량부 내지 62 중량부의 철이 혼합되도록 수행되는 것을 특징으로 하는 비소 흡착제 제조방법.
6. The method of claim 5,
The iron precursor mixture of step 2,
And 22 to 62 parts by weight of iron relative to the loess is mixed.
제5항에 있어서,
상기 단계 2의 수열반응은,
80 ℃ 내지 150 ℃의 온도에서 5 시간 내지 24 시간 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 비소 흡착제 제조방법.
6. The method of claim 5,
In the hydrothermal reaction of step 2,
At a temperature of 80 DEG C to 150 DEG C for 5 hours to 24 hours.
오염수를 제1항의 비소 흡착제와 접촉시키며 배출하도록 수행되는, 오염수의 비소 제거방법.
A method for removing arsenic from contaminated water, the method comprising contacting the contaminated water with an arsenic adsorbent of claim 1.
오염수의 유입이 보장되는 유입구;
상기 유입구와 연통되어 물질의 배출이 보장되는 배출구; 및
상기 유입구 및 유출구 사이 구비된 제1항의 비소 흡착제;를 포함하는, 오염수의 비소 처리장치.
An inlet through which the inflow of contaminated water is ensured;
An outlet communicating with the inlet port to ensure discharge of the material; And
The apparatus for treating arsenic of contaminated water according to claim 1, wherein the arsenic adsorbent is disposed between the inlet and the outlet.
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