KR101966392B1 - Treating method of organic matter in waste water and apparatus of the same - Google Patents

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Abstract

A method for treating an organic material in wastewater according to the present invention has an advantage that iron sludge does not occur by using an electrode for Fenton oxidation in which a carbon material and bivalent iron are combined. In addition, when the electrode for Fenton oxidation is used as a positive electrode and a negative electrode, and ferrous iron is oxidized to ferric iron by a Fenton reaction on a surface of the carbon material, the Fenton reaction can be resumed by applying a predetermined voltage and repeated so the efficiency of the Fenton reaction can be enhanced.

Description

폐수 내 유기물질 처리 방법 및 장치{Treating method of organic matter in waste water and apparatus of the same}Processing method of organic matter in waste water and apparatus of the same

본 발명은 폐수 내 유기물질 처리 방법 및 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 2가철과 탄소나노튜브의 결합소재로 형성된 전극을 이용하여 전기 화학적 펜톤 반응으로 폐수 내 유기물질을 분해하는 폐수 내 유기물질 처리 방법 및 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a method and apparatus for treating organic material in wastewater, and more particularly, to an organic material in wastewater, which decomposes organic matter in wastewater by an electrochemical Fenton reaction using an electrode formed of a binding material of bivalent iron and carbon nanotubes. It relates to a processing method and apparatus.

일반적으로 폐수 내 유기물질을 제거하는 방법으로 펜톤 반응을 이용한다. 펜톤 반응은 2가철과 과산화수소의 반응으로 산화력이 높은 하이드록실 라디칼을 생성하여 유기물질을 분해하는 방법이다. 펜톤 반응은 산화력이 강해 유기물질을 많이 포함하는 염색 폐수, 화학 산업 폐수 등의 처리에 활용할 수 있다.Generally, the Fenton reaction is used to remove organic substances in wastewater. The Fenton reaction is a method of decomposing organic substances by generating highly oxidizing hydroxyl radicals through the reaction of divalent iron and hydrogen peroxide. The Fenton reaction is highly oxidizing and can be used for the treatment of dyeing wastewater containing a large amount of organic matter, and chemical industry wastewater.

그러나, 펜톤 반응은, 산성에서만 제한적으로 반응한다는 한계가 있으며, 3가 철이 형성되어 철 수산화물 형태의 슬러지를 형성하는 문제점이 있다. 또한, 2가철과 과산화수소를 화학약품 형태로 주입해야 하므로, 약품 구입 비용이 발생한다.However, the Fenton reaction is limited in that it reacts only in acid, and there is a problem in that trivalent iron is formed to form sludge in the form of iron hydroxide. In addition, since the ferric iron and hydrogen peroxide must be injected in the form of a chemical, a drug purchase cost is incurred.

한국 공개특허 10-2014-0027258Korea Patent Publication 10-2014-0027258

본 발명의 목적은, 슬러지가 발생되지 않고 펜톤 반응의 효율을 향상시킬 수 있는 폐수 내 유기물질 처리 방법 및 장치를 제공하는 데 있다. It is an object of the present invention to provide a method and apparatus for treating organic substances in wastewater which is capable of improving the efficiency of the Fenton reaction without generating sludge.

본 발명에 따른 폐수 내 유기물질 처리 방법은, 2가철과 탄소소재가 결합된 펜톤 산화용 전극을 제조하는 전극 제조단계와; 상기 펜톤 산화용 전극을 양극과 음극으로 활용하여, 하이드록실 라디칼을 생성하는 펜톤 반응을 진행하여 폐수 내 유기물질을 산화시키는 반응단계와; 상기 펜톤 반응 이후, 상기 음극에 전압을 인가하여, 상기 음극의 표면에 생성된 3가철을 2가철로 환원시키는 재생단계를 포함하고, 상기 전극 제조단계는, 상기 탄소소재를 산화시켜, 상기 탄소소재의 표면에 카복실기를 증가시키는 산화 과정과, 상기 카복실기에 음전하를 띄게 하는 탈양성자 과정과, 상기 음전하를 띄는 카복실기에 철을 결합하는 철 결합 과정과, 상기 탄소소재에 전압을 인가하여, 상기 탄소소재의 표면에 존재하는 3가철을 상기 2가철로 환원하여, 상기 2가철과 상기 탄소소재가 결합된 상기 펜톤 산화용 전극을 제조하는 환원 과정을 포함한다.In accordance with an aspect of the present invention, there is provided a method for treating an organic material in wastewater, comprising: an electrode manufacturing step of manufacturing an electrode for fenton oxidation in which a bivalent iron and a carbon material are combined; A reaction step of oxidizing an organic material in wastewater by performing a Fenton reaction to generate hydroxyl radicals by using the Fenton oxidation electrode as an anode and a cathode; After the Fenton reaction, by applying a voltage to the negative electrode, and reducing the trivalent iron produced on the surface of the negative electrode to divalent iron, the electrode manufacturing step, the carbon material by oxidizing the carbon material, An oxidation process for increasing a carboxyl group on the surface of the carbon dioxide, a deprotonation process for causing a negative charge on the carboxyl group, an iron bonding process for bonding iron to the negatively charged carboxyl group, and a voltage applied to the carbon material, And reducing the trivalent iron present on the surface of the ferric oxide to produce the fenton oxidation electrode in which the bivalent iron and the carbon material are combined.

본 발명의 또 다른 측면에 따른 폐수 내 유기물질 처리 방법은, 탄소소재를 산화시켜, 상기 탄소소재의 표면에 카복실기를 증가시키는 산화 과정과, 상기 카복실기에 음전하를 띄게 하는 탈양성자 과정과, 상기 음전하를 띄는 카복실기에 철을 결합하는 철 결합 과정과, 상기 탄소소재에 전압을 인가하여, 상기 탄소소재의 표면에 존재하는 3가철을 2가철로 환원하여, 상기 2가철과 상기 탄소소재가 결합된 상기 펜톤 산화용 전극을 제조하는 환원 과정을 포함하는 전극 제조단계와; 폐수에 상기 펜톤 산화용 전극을 양극과 음극으로 투입하고 산소를 공급시키면, 상기 음극에서 과산화수소가 생성되고, 상기 음극에서 상기 2가철이 상기 과산화수소와 반응하여 상기 하이드록실 라디칼을 생성하는 상기 펜톤 반응이 진행되어, 폐수 내 유기물질을 산화시키는 반응단계와; 상기 펜톤 반응 이후, 상기 음극에 전압을 인가하여, 상기 음극의 표면에 생성된 3가철을 2가철로 환원시키는 재생단계를 포함하고, 상기 산화 과정은, 상기 탄소소재를 질산, 염산 및 황산 중 어느 하나와 반응시켜 산화시키는 과정이고, 상기 탈양성자 과정은, 산화된 상기 탄소소재를 수산화나트륨 수용액과 접촉시켜 pH를 강염기로 조절하고, 상기 카복실기에 양성자를 분리하고 음전하를 띄게 하는 과정이고, 상기 철 결합 과정은, 상기 음전하를 띄는 상기 탄소소재를 염화제2철 수용액과 접촉시켜, 상기 철을 결합하는 과정을 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of treating organic materials in wastewater, the oxidation process of oxidizing a carbon material to increase the carboxyl group on the surface of the carbon material, the deprotonation process of causing a negative charge to the carboxyl group, and the negative charge. An iron bonding process for bonding iron to a carboxyl group having a carboxyl group, and applying a voltage to the carbon material to reduce trivalent iron present on the surface of the carbon material to divalent iron, wherein the divalent iron and the carbon material are combined. An electrode manufacturing step including a reduction process of manufacturing an electrode for fenton oxidation; When the Fenton oxidizing electrode is injected into the anode and the cathode and the oxygen is supplied to the waste water, hydrogen peroxide is generated at the cathode, and the fenton reaction in which the ferric iron reacts with the hydrogen peroxide to generate the hydroxyl radical is performed. A reaction step of oxidizing the organic material in the wastewater; After the Fenton reaction, a voltage is applied to the cathode to reduce the trivalent iron produced on the surface of the cathode to divalent iron, and the oxidation process includes any one of nitric acid, hydrochloric acid, and sulfuric acid. The deprotonation process is a process of contacting the oxidized carbon material with an aqueous sodium hydroxide solution to adjust the pH to a strong base, separating protons from the carboxyl group, and giving a negative charge to the iron. The bonding process includes contacting the iron material with the negatively charged carbon material with an aqueous ferric chloride solution.

본 발명에 따른 폐수 내 유기물 처리 장치는,탄소소재를 산화시켜, 상기 탄소소재의 표면에 카복실기를 증가시키는 산화 과정과, 상기 카복실기에 음전하를 띄게 하는 탈양성자 과정과, 상기 음전하를 띄는 카복실기에 철을 결합하는 철 결합 과정과, 상기 탄소소재에 전압을 인가하여, 상기 탄소소재의 표면에 존재하는 3가철을 2가철로 환원하는 과정을 통해 제조되어 상기 2가철과 상기 탄소소재가 결합된 펜톤 산화용 전극과; 내부에 상기 펜톤 산화용 전극을 양극과 음극으로 하여 설치되고, 폐수가 수용되는 반응조를 포함하고, 상기 반응조에서는, 상기 폐수에 산소를 공급하면 상기 음극에서 과산화수소가 생성되고, 상기 음극에서 상기 2가철이 상기 과산화수소와 반응하여 상기 하이드록실 라디칼을 생성하는 상기 펜톤 반응이 진행되어, 폐수 내 유기물질이 산화되고, 상기 펜톤 반응 이후 상기 음극에 전압을 인가하여, 상기 음극의 표면에 생성된 3가철을 상기 2가철로 환원시키는 재생 반응이 일어난다.The organic matter treatment apparatus in wastewater according to the present invention includes an oxidation process of oxidizing a carbon material to increase a carboxyl group on the surface of the carbon material, a deprotonation process of causing a negative charge to the carboxyl group, and an iron to the negatively charged carboxyl group. The iron bonding process for bonding and the voltage is applied to the carbon material, is prepared through the process of reducing the trivalent iron present on the surface of the carbon material to bivalent iron, the ferric oxide and the carbon material combined Fenton oxide A dragon electrode; The Fenton oxidizing electrode is used as a positive electrode and a negative electrode therein, and includes a reaction tank for receiving waste water. In the reaction tank, when oxygen is supplied to the waste water, hydrogen peroxide is generated at the cathode, and the ferric iron at the cathode. The Fenton reaction to react with the hydrogen peroxide to generate the hydroxyl radical proceeds, the organic material in the waste water is oxidized, and after the Fenton reaction by applying a voltage to the cathode, the trivalent iron produced on the surface of the cathode A regeneration reaction occurs with the divalent iron.

본 발명에 따른 폐수 내 유기물질 처리 방법 및 장치는, 탄소소재와 2가철을 결합한 펜톤 산화용 전극을 이용함으로써, 철 슬러지가 발생하지 않는 이점이 있다.The method and apparatus for treating organic materials in wastewater according to the present invention has the advantage that iron sludge does not occur by using an electrode for fenton oxidation combining a carbon material and divalent iron.

또한, 펜톤 산화용 전극을 양극과 음극으로 사용하고, 탄소소재 표면에서 펜톤 반응에 의해 2가철이 3가철로 산화되면, 소정의 전압을 인가하여 다시 2가철로 환원시킬 수 있으므로, 펜톤 반응이 재개되고 반복적으로 이루어질 수 있으므로 펜톤 반응의 효율이 향상될 수 있다. In addition, when the ferric oxide electrode is used as the positive electrode and the negative electrode, and the ferric iron is oxidized to trivalent iron by the Fenton reaction on the surface of the carbon material, the fenton reaction can be resumed by applying a predetermined voltage to reduce the ferric iron. And can be made repeatedly, so the efficiency of the Fenton reaction can be improved.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 폐수 내 유기물 처리방법을 개략적으로 도시한 순서도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 폐수 내 유기물 처리방법에서 펜톤 산화용 전극을 제조하는 전극 제조단계를 나타낸 순서도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 폐수 내 유기물 처리방법에서 펜톤 산화용 전극을 이용하여 유기물을 산화시키는 반응 단계를 나타낸 순서도이다. 1 is a flow chart schematically showing a method for treating organic matter in wastewater according to an embodiment of the present invention.
2 is a flowchart illustrating an electrode manufacturing step of manufacturing an electrode for fenton oxidation in a method for treating organic matter in wastewater according to an embodiment of the present invention.
3 is a flowchart illustrating a reaction step of oxidizing an organic material using an electrode for fenton oxidation in a method of treating organic material in wastewater according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예에 대해 설명하면, 다음과 같다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 폐수 내 유기물 처리방법을 개략적으로 도시한 순서도이다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 폐수 내 유기물 처리방법에서 펜톤 산화용 전극을 제조하는 전극 제조단계를 나타낸 순서도이다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 폐수 내 유기물 처리방법에서 펜톤 산화용 전극을 이용하여 유기물을 산화시키는 반응 단계를 나타낸 순서도이다. 1 is a flow chart schematically showing a method for treating organic matter in wastewater according to an embodiment of the present invention. 2 is a flowchart illustrating an electrode manufacturing step of manufacturing an electrode for fenton oxidation in a method for treating organic matter in wastewater according to an embodiment of the present invention. 3 is a flowchart illustrating a reaction step of oxidizing an organic material using an electrode for fenton oxidation in a method of treating organic material in wastewater according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 폐수 내 유기물 처리방법은, 펜톤 산화용 전극을 제조하는 전극 제조단계(S10), 상기 펜톤 산화용 전극을 이용하여 펜톤 반응을 진행하여 폐수 내 유기물을 산화시키는 반응 단계(S20) 및 상기 펜톤 반응 이후 3가철을 다시 2가철로 환원시키는 재생 단계(S30)를 포함한다. Referring to FIG. 1, according to an embodiment of the present invention, an organic material treatment method of an organic material in wastewater includes an electrode manufacturing step (S10) of manufacturing an electrode for fenton oxidation, and a fenton reaction using the fenton oxidation electrode. And a regeneration step (S30) of reducing trivalent iron back to divalent iron after the Fenton reaction.

도 2를 참조하면, 상기 전극 제조단계(S10)에서는, 2가철과 탄소소재를 결합시킨 펜톤 산화용 전극을 제조한다.Referring to Figure 2, in the electrode manufacturing step (S10), to produce a pentone oxide electrode combined with a bivalent iron and a carbon material.

상기 탄소소재는, 탄소나노튜브나 탄소섬유를 사용할 수 있다. The carbon material may be carbon nanotubes or carbon fibers.

상기 전극 제조단계(S10)는, 산화 과정(S11), 탈양성자 과정(S12), 철 결합 과정(S13) 및 환원 과정(S14)을 포함한다. The electrode manufacturing step (S10) includes an oxidation process (S11), a deprotonation process (S12), an iron bonding process (S13) and a reduction process (S14).

먼저, 상기 산화과정(S11)에서는, 상기 탄소소재를 산화시켜, 상기 탄소소재의 표면에 카복실기(-COOH)를 증가시킨다. First, in the oxidation process (S11), by oxidizing the carbon material, to increase the carboxyl group (-COOH) on the surface of the carbon material.

상기 탄소소재는, 산을 이용하여 산화시킬 수 있다. 상기 산으로는 질산, 염산 및 황산 중 어느 하나를 이용할 수 있다. 상기 탄소소재와 상기 산을 반응시켜, 상기 탄소소재의 표면의 카복실기를 늘린다.The carbon material may be oxidized using an acid. The acid may be any one of nitric acid, hydrochloric acid and sulfuric acid. The carbon material and the acid are reacted to increase the carboxyl group on the surface of the carbon material.

상기 탈양성자 과정(S12)에서는, 상기에서 산화된 상기 탄소소재 표면의 카복실기에 음전하를 띄게 한다. 즉, 상기에서 산화된 상기 탄소소재를 수산화나트륨 수용액과 접촉시키면, pH가 강염기로 바뀐다. 이 때, 강염기 조건하에서 상기 카복실기(-COOH)에 양성자(H+)가 분리되어, ??COOH에서 -COO-로 바뀌어 음전하를 띄게 된다. In the deprotonation process (S12), the negatively charged carboxyl groups on the surface of the carbon material oxidized. That is, when the carbon material oxidized above is contacted with an aqueous sodium hydroxide solution, the pH is changed to a strong base. At this time, protons (H +) are separated from the carboxyl group (-COOH) under strong base conditions, and are changed to -COO - from ?? COOH to have a negative charge.

상기 철 결합 과정(S13)에서는, 상기 음전하를 띄는 상기 탄소소재에 염화제2철 수용액을 접촉시켜, 상기 음전하를 띄는 상기 카복실기에 철을 결합한다. 상기 카복실기에는 2가철과 3가철이 결합된다. 여기서, 상기 염화제2철 수용액으로 2가철을 공급하지만, 불순물로 일부 3가철도 존재한다.In the iron bonding process (S13), the ferric chloride aqueous solution is contacted with the carbon material exhibiting the negative charge, and the iron is bonded to the carboxyl group having the negative charge. The carboxyl group is a combination of bivalent iron and trivalent iron. Here, the ferric chloride is supplied to the ferric chloride aqueous solution, but some trivalent iron is also present as an impurity.

상기 환원 과정(S14)에서는, 상기 철이 결합된 상기 탄소소재에 전압을 인가하여, 상기 탄소소재의 표면에 존재하는 3가철을 상기 2가철로 환원시킨다.In the reduction process (S14), by applying a voltage to the carbon material is the iron is bonded, trivalent iron present on the surface of the carbon material is reduced to the divalent iron.

상기 환원 과정(S24)에서는, 3개의 전극을 사용하여 전기 화학적 반응을 진행한다. 상기 3개의 전극은 작업 전극, 상대 전극, 기준 전극을 포함한다. 상기 작업 전극은 상기 철이 결합된 탄소소재이다. 상기 상대 전극은 전류를 흐르기 위해 존재하는 전극으로 일반적으로 반응성이 적은 소재인 백금 등을 사용한다. 상기 기준 전극은 항상 전위가 일정한 전극으로 상기 작업 전극과의 전위차를 측정하기 위해 사용한다. 상기 기준 전극으로는 은/염화은 전극을 사용하는 것으로 예를 들어 설명한다. In the reduction process (S24), an electrochemical reaction is performed using three electrodes. The three electrodes include a working electrode, a counter electrode, and a reference electrode. The working electrode is a carbon material bonded to the iron. The counter electrode is an electrode existing to flow current, and generally uses platinum or the like which is a less reactive material. The reference electrode is an electrode whose constant potential is always used to measure the potential difference with the working electrode. For example, a silver / silver chloride electrode is used as the reference electrode.

상기 환원 과정(S14)에서는 상기 기준 전극과 상기 작업 전극 사이의 전위차를 ??0.5V, -0.8V, -1.0V로 차례대로 인가하여, 상기 작업 전극에 해당하는 상기 탄소소재의 표면에 존재하는 일부 3가철을 상기 2가철로 바꿀 수 있다. In the reduction process S14, the potential difference between the reference electrode and the working electrode is sequentially applied at ?? 0.5V, −0.8V, and −1.0V, and is present on the surface of the carbon material corresponding to the working electrode. Some trivalent iron can be replaced with the divalent iron.

상기 환원 과정(S14)에서, 상기 탄소소재의 표면에 상기 2가철이 결합된 상태가 되면, 상기 2가철과 상기 탄소소재가 결합된 펜톤 산화용 전극이 완성된다.(S15)In the reduction process (S14), when the bivalent iron is bonded to the surface of the carbon material, the electrode for fenton oxidation in which the bivalent iron and the carbon material are combined is completed.

상기 펜톤 산화용 전극은, 상기 2가철과 상기 탄소소재가 결합되어 형성됨으로써, 상기 2가철을 이용한 펜톤 반응과 상기 탄소소재의 산화력을 동시에 활용할 수 있다. The penton oxidation electrode may be formed by combining the bivalent iron and the carbon material, thereby simultaneously utilizing the Fenton reaction using the bivalent iron and the oxidation power of the carbon material.

다만, 이에 한정되지 않고, 상기 펜톤 산화용 전극을 양극과 음극 중 적어도 하나에만 사용하고, 나머지 하나에는 다른 종류의 전극을 사용하는 것도 물론 가능하다. However, the present invention is not limited thereto, and the Fenton oxidation electrode may be used only in at least one of the anode and the cathode, and other types of electrodes may be used in the other one.

도 3을 참조하면, 상기 반응 단계(S20)는, 상기 전극 제조단계(S10)에서 제조된 상기 펜톤 산화용 전극을 양극과 음극으로 활용하여, 하이드록실 라디칼(OHㅇ)을 생성하는 펜톤 반응을 진행하여 폐수 내 유기물질을 산화시키는 단계이다.Referring to FIG. 3, the reaction step (S20), by using the fenton oxidation electrode prepared in the electrode manufacturing step (S10) as an anode and a cathode, a Fenton reaction to generate hydroxyl radicals (OH ㅇ) It proceeds to oxidize the organic matter in the wastewater.

상기 반응 단계(S20)에서는, 먼저 상기 펜톤 산화용 전극을 양극과 음극으로 사용한다.(S21) In the reaction step (S20), first, the fenton oxidation electrode is used as an anode and a cathode (S21).

즉, 상기 폐수가 담긴 수조 등에 상기 펜톤 산화용 전극을 양극과 음극을 형성하도록 한 쌍을 배치하고, 상기 양극과 상기 음극을 전기적으로 연결한다. That is, a pair of the Fenton oxidation electrodes are arranged to form a positive electrode and a negative electrode in the tank including the waste water, and the positive electrode and the negative electrode are electrically connected to each other.

상기 폐수에 산소를 공급하면, 상기 음극에서 산소가 과산화수소로 산화되는 반응이 발생한다.(S22)When oxygen is supplied to the waste water, a reaction occurs in which the oxygen is oxidized to hydrogen peroxide at the cathode.

상기 과산화수소의 발생은 반응식1과 같다.The generation of hydrogen peroxide is shown in Scheme 1.

[반응식 1]Scheme 1

2 H2O + O2 + e- → 2 H2O2 2 H 2 O + O 2 + e- → 2 H 2 O 2

상기 음극에서는, 상기 2가철과 상기 음극에서 생성된 상기 과산화수소가 반응하여, 하이드록실 라디칼(OH-)을 생성하는 펜톤 반응이 발생한다.(S23)In the cathode, a penton reaction occurs in which the ferric iron and the hydrogen peroxide generated in the cathode react to generate hydroxyl radicals (OH—). (S23)

이 때, 상기 음극에서는 상기 2가철이 산화되어 상기 3가철이 생성된다. At this time, the ferric iron is oxidized in the cathode to produce the trivalent iron.

상기 펜톤 반응의 발생은 반응식 2와 같다. The occurrence of the Fenton reaction is shown in Scheme 2.

[반응식 2]Scheme 2

Fe2+ + H2O2 → ㅇOH + OH- + Fe3+ Fe 2+ + H 2 O 2 → o OH + OH - + Fe 3+

상기 음극에서 생성된 하이드록실 라디칼(OH-)은, 상기 폐수 내 유기물질을 산화시켜 분해할 수 있다.(S24)The hydroxyl radical (OH-) generated at the cathode may be decomposed by oxidizing the organic material in the wastewater.

한편, 상기 펜톤 반응 이후, 상기 재생 단계(S30)에서는 상기 음극의 표면에서 생성된 상기 3가철을 다시 상기 2가철로 환원시킨다.On the other hand, after the Fenton reaction, in the regeneration step (S30) to reduce the trivalent iron produced on the surface of the cathode back to the bivalent iron.

상기 음극의 탄소소재 표면의 3가철을 상기 2가철로 환원시키기 위해서는, 상기 펜톤 산화용 전극의 제조시 상기 환원 과정과 동일한 방법을 사용한다.In order to reduce trivalent iron on the surface of the carbon material of the negative electrode to divalent iron, the same method as in the reduction process is used in the preparation of the electrode for fenton oxidation.

즉, 상기 탄소소재에 전압을 인가하여, 상기 음극의 3가철을 상기 2가철로 다시 환원시킨다.That is, by applying a voltage to the carbon material, the trivalent iron of the negative electrode is reduced back to the divalent iron.

상기 음극에서 상기 3가철이 상기 2가철로 환원되면, 다시 상기 펜톤 반응이 일어날 수 있다. 즉, 상기 탄소소재 표면의 2가철이 펜톤 반응을 일으켜 3가철이 되고, 다시 전기적 반응으로 2가철로 환원되기 때문에, 펜톤 반응이 재개되어 반복될 수 있다. When the trivalent iron is reduced to the divalent iron in the cathode, the Fenton reaction may occur again. That is, since the ferric iron on the surface of the carbon material causes the Fenton reaction to become trivalent iron, and is reduced back to the divalent iron by an electrical reaction, the Fenton reaction may be resumed and repeated.

따라서, 상기 펜톤 반응이 반복적으로 계속해서 이루어질 수 있으므로, 상기 펜톤 반응의 효율이 극대화될 수 있으며, 3가철로 인한 슬러지 발생도 생기지 않는 이점이 있다.Therefore, since the Fenton reaction can be repeatedly performed continuously, the efficiency of the Fenton reaction can be maximized, there is an advantage that the sludge generation due to trivalent iron does not occur.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, this is merely exemplary, and it will be understood by those skilled in the art that various modifications and equivalent other embodiments are possible. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims.

Claims (8)

2가철과 탄소소재가 결합된 펜톤 산화용 전극을 제조하는 전극 제조단계와;
폐수에 상기 펜톤 산화용 전극을 양극과 음극으로 투입하고 산소를 공급시키면, 상기 음극에서 과산화수소가 생성되고, 상기 음극에서 상기 2가철이 상기 과산화수소와 반응하여 하이드록실 라디칼을 생성하는 펜톤 반응이 진행되어, 상기 폐수 내 유기물질을 산화시키는 반응단계와;
상기 펜톤 반응 이후, 상기 음극에 전압을 인가하여, 상기 음극의 표면에 생성된 3가철을 2가철로 환원시키는 재생단계를 포함하고,
상기 전극 제조단계는,
상기 탄소소재를 산화시켜, 상기 탄소소재의 표면에 카복실기(-COOH)를 증가시키는 산화 과정과,
상기 카복실기에 음전하를 띄게 하는 탈양성자 과정과,
상기 음전하를 띄는 카복실기(-COO-)에 철을 결합하는 철 결합 과정과,
상기 탄소소재에 전압을 인가하여, 상기 탄소소재의 표면에 존재하는 3가철을 상기 2가철로 환원하여, 상기 2가철과 상기 탄소소재가 결합된 상기 펜톤 산화용 전극을 제조하는 환원 과정을 포함하고,
상기 탈양성자 과정은, 상기 산화과정에서 산화된 상기 탄소소재를 수산화나트륨 수용액과 접촉시켜 pH를 강염기로 조절하여, 상기 카복실기(-COOH)에 양성자(H+)를 분리하여 상기 음전하를 띄는 카복실기(-COO-) 바꾸는 과정이고,
상기 철 결합 과정은, 상기 탄소소재를 염화제2철 수용액과 접촉시켜, 상기 음전하를 띄는 카복실기에 2가철과 3가철을 결합시키는 과정이고,
상기 환원 과정은, 상기 철 결합과정에서 상기 탄소소재의 표면에 결합된 3가철을 환원시키는 과정인 폐수 내 유기물질 처리 방법.An electrode manufacturing step of manufacturing an electrode for fenton oxidation in which a bivalent iron and a carbon material are combined;
When the Fenton oxidizing electrode is supplied to the anode and the cathode in the wastewater and oxygen is supplied, hydrogen peroxide is generated at the cathode, and the fenton reaction is performed in which the ferric iron reacts with the hydrogen peroxide to generate hydroxyl radicals. A reaction step of oxidizing the organic material in the wastewater;
After the Fenton reaction, by applying a voltage to the cathode, a regeneration step of reducing the trivalent iron produced on the surface of the negative electrode to bivalent iron,
The electrode manufacturing step,
An oxidation process of oxidizing the carbon material to increase the carboxyl group (-COOH) on the surface of the carbon material;
A deprotonation process for causing a negative charge on the carboxyl group;
An iron bonding process for bonding iron to the negatively charged carboxyl group (-COO-);
Applying a voltage to the carbon material to reduce the trivalent iron present on the surface of the carbon material to the divalent iron, thereby reducing the manufacturing process of the fenton oxidation electrode in which the divalent iron and the carbon material are combined; ,
In the deprotonation process, the carbon material oxidized in the oxidation process is brought into contact with an aqueous solution of sodium hydroxide to adjust the pH to a strong base to separate protons (H +) from the carboxyl group (-COOH) to form the negatively charged carboxyl group. (-COO-) change process,
The iron bonding process is a process of bonding the ferric iron and trivalent iron to the negatively charged carboxyl group by contacting the carbon material with an aqueous ferric chloride solution,
The reducing process is a process for reducing trivalent iron bonded to the surface of the carbon material in the iron bonding process organic material in the waste water treatment method. 청구항 1에 있어서,
상기 산화 과정은, 상기 탄소소재를 질산, 염산 및 황산 중 어느 하나와 반응시켜 산화시키는 폐수 내 유기물질 처리 방법.The method according to claim 1,
The oxidation process is a method for treating organic materials in wastewater by reacting the carbon material with any one of nitric acid, hydrochloric acid and sulfuric acid. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 탄소소재는, 탄소나노튜브와 탄소섬유 중 적어도 하나를 포함하는 폐수 내 유기물질 처리 방법.The method according to claim 1,
The carbon material, the organic material treatment method in the wastewater containing at least one of carbon nanotubes and carbon fibers. 삭제delete 탄소소재를 산화시켜, 상기 탄소소재의 표면에 카복실기를 증가시키는 산화 과정과, 상기 산화과정에서 산화된 상기 탄소소재를 수산화나트륨 수용액과 접촉시켜 pH를 강염기로 조절하여, 상기 카복실기(-COOH)에 양성자(H+)를 분리하여 음전하를 띄는 카복실기(-COO-) 바꾸는 탈양성자 과정과, 음전하를 띄는 카복실기에 염화제2철 수용액을 접촉시켜 음전하를 띄는 카복실기에 2가철과 3가철을 결합하는 철 결합 과정과, 상기 탄소소재에 전압을 인가하여, 상기 탄소소재의 표면에 존재하는 3가철을 2가철로 환원하는 과정을 통해 제조되어 상기 2가철과 상기 탄소소재가 결합된 펜톤 산화용 전극과;
내부에 상기 펜톤 산화용 전극을 양극과 음극으로 하여 설치되고, 폐수가 수용되는 반응조를 포함하고,
상기 반응조에서는, 상기 폐수에 산소를 공급하면 상기 음극에서 과산화수소가 생성되고, 상기 음극에서 상기 2가철이 상기 과산화수소와 반응하여 하이드록실 라디칼을 생성하는 상기 펜톤 반응이 진행되어, 폐수 내 유기물질이 산화되고,
상기 펜톤 반응 이후 상기 음극에 전압을 인가하여, 상기 음극의 표면에 생성된 3가철을 상기 2가철로 환원시키는 재생 반응이 일어나는 폐수 내 유기물 처리 장치. An oxidation process of oxidizing a carbon material to increase a carboxyl group on the surface of the carbon material, and adjusting the pH to a strong base by contacting the carbon material oxidized in the oxidation process with an aqueous sodium hydroxide solution to form a carboxyl group (-COOH) Deprotonation process that separates protons (H +) into negatively charged carboxyl groups (-COO-). An iron bonding process and a voltage applied to the carbon material to reduce trivalent iron present on the surface of the carbon material to bivalent iron, wherein the electrode for fenton oxidation in which the bivalent iron and the carbon material are combined; ;
Installed inside the electrode for fenton oxidation as an anode and a cathode, and includes a reaction tank for receiving waste water,
In the reactor, when oxygen is supplied to the wastewater, hydrogen peroxide is generated at the cathode, and the fenton reaction is performed in which the ferric iron reacts with the hydrogen peroxide to generate hydroxyl radicals, thereby oxidizing organic materials in the wastewater. Become,
And applying a voltage to the cathode after the Fenton reaction to reduce the trivalent iron produced on the surface of the cathode to the divalent iron.
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