KR101981327B1 - 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체, 이의 제조방법 및 이를 이용한 유기성 폐기물 처리방법 - Google Patents
마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체, 이의 제조방법 및 이를 이용한 유기성 폐기물 처리방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR101981327B1 KR101981327B1 KR1020170055587A KR20170055587A KR101981327B1 KR 101981327 B1 KR101981327 B1 KR 101981327B1 KR 1020170055587 A KR1020170055587 A KR 1020170055587A KR 20170055587 A KR20170055587 A KR 20170055587A KR 101981327 B1 KR101981327 B1 KR 101981327B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- magnesium
- metal oxide
- amino clay
- amino
- clay
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 51
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 title claims description 166
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 title claims description 166
- 239000002114 nanocomposite Substances 0.000 title claims description 160
- 239000010815 organic waste Substances 0.000 title claims description 58
- 239000004927 clay Substances 0.000 claims abstract description 258
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 45
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 34
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N Iron oxide Chemical compound [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 125000002924 primary amino group Chemical group [H]N([H])* 0.000 claims abstract description 8
- 239000012702 metal oxide precursor Substances 0.000 claims description 59
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 claims description 39
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 35
- FPCJKVGGYOAWIZ-UHFFFAOYSA-N butan-1-ol;titanium Chemical compound [Ti].CCCCO.CCCCO.CCCCO.CCCCO FPCJKVGGYOAWIZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 31
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 21
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 20
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 20
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 claims description 19
- FBAFATDZDUQKNH-UHFFFAOYSA-M iron chloride Chemical group [Cl-].[Fe] FBAFATDZDUQKNH-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 18
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 13
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 229910021578 Iron(III) chloride Inorganic materials 0.000 claims description 11
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 claims description 11
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims description 11
- RBTARNINKXHZNM-UHFFFAOYSA-K iron trichloride Chemical compound Cl[Fe](Cl)Cl RBTARNINKXHZNM-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 10
- 238000003980 solgel method Methods 0.000 claims description 10
- WYTZZXDRDKSJID-UHFFFAOYSA-N (3-aminopropyl)triethoxysilane Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)CCCN WYTZZXDRDKSJID-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- JLVVSXFLKOJNIY-UHFFFAOYSA-N Magnesium ion Chemical compound [Mg+2] JLVVSXFLKOJNIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910001425 magnesium ion Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 238000005580 one pot reaction Methods 0.000 claims description 7
- NQXWGWZJXJUMQB-UHFFFAOYSA-K iron trichloride hexahydrate Chemical compound O.O.O.O.O.O.[Cl-].Cl[Fe+]Cl NQXWGWZJXJUMQB-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 4
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 claims description 3
- WGYKZJWCGVVSQN-UHFFFAOYSA-N propylamine Chemical group CCCN WGYKZJWCGVVSQN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 2
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 abstract description 38
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 abstract description 15
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 abstract description 14
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 abstract description 12
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 abstract description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 abstract description 6
- 238000013032 photocatalytic reaction Methods 0.000 abstract description 4
- 239000002243 precursor Substances 0.000 abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 4
- 150000004696 coordination complex Chemical class 0.000 abstract 1
- RBTBFTRPCNLSDE-UHFFFAOYSA-N 3,7-bis(dimethylamino)phenothiazin-5-ium Chemical compound C1=CC(N(C)C)=CC2=[S+]C3=CC(N(C)C)=CC=C3N=C21 RBTBFTRPCNLSDE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 45
- 229960000907 methylthioninium chloride Drugs 0.000 description 45
- 238000011020 pilot scale process Methods 0.000 description 19
- 230000004304 visual acuity Effects 0.000 description 12
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 11
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 9
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 9
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 description 9
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 8
- 230000008569 process Effects 0.000 description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 7
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 7
- 150000001282 organosilanes Chemical class 0.000 description 7
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N Nitric oxide Chemical compound O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000009303 advanced oxidation process reaction Methods 0.000 description 6
- ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N phenol group Chemical group C1(=CC=CC=C1)O ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 description 5
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 4
- 239000011941 photocatalyst Substances 0.000 description 4
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 4
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 3
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 238000006864 oxidative decomposition reaction Methods 0.000 description 3
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 3
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 3
- 241000588724 Escherichia coli Species 0.000 description 2
- TWRXJAOTZQYOKJ-UHFFFAOYSA-L Magnesium chloride Chemical compound [Mg+2].[Cl-].[Cl-] TWRXJAOTZQYOKJ-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 238000003917 TEM image Methods 0.000 description 2
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 2
- 230000000844 anti-bacterial effect Effects 0.000 description 2
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 2
- 230000001580 bacterial effect Effects 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 125000002091 cationic group Chemical group 0.000 description 2
- 230000003100 immobilizing effect Effects 0.000 description 2
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 2
- 229910001510 metal chloride Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 2
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 description 2
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 2
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 description 2
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 2
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 description 2
- CPUDPFPXCZDNGI-UHFFFAOYSA-N triethoxy(methyl)silane Chemical compound CCO[Si](C)(OCC)OCC CPUDPFPXCZDNGI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- JCVQKRGIASEUKR-UHFFFAOYSA-N triethoxy(phenyl)silane Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)C1=CC=CC=C1 JCVQKRGIASEUKR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052724 xenon Inorganic materials 0.000 description 2
- FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N xenon atom Chemical compound [Xe] FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- TUGGFUSCPLPUFY-UHFFFAOYSA-N 3-triethoxysilylpropan-1-amine Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)CCCN.CCO[Si](OCC)(OCC)CCCN TUGGFUSCPLPUFY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UUEWCQRISZBELL-UHFFFAOYSA-N 3-trimethoxysilylpropane-1-thiol Chemical compound CO[Si](OC)(OC)CCCS UUEWCQRISZBELL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YTQQXEMJYCCQHV-UHFFFAOYSA-N [O-2].N[Ti+3].[Ti+4] Chemical compound [O-2].N[Ti+3].[Ti+4] YTQQXEMJYCCQHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001476 alcoholic effect Effects 0.000 description 1
- 239000010796 biological waste Substances 0.000 description 1
- IENQZEPBIQTCDE-UHFFFAOYSA-N butan-1-olate oxygen(2-) titanium(3+) Chemical compound [O-]CCCC.[O-2].[Ti+3] IENQZEPBIQTCDE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 1
- 239000003673 groundwater Substances 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- TUJKJAMUKRIRHC-UHFFFAOYSA-N hydroxyl Chemical compound [OH] TUJKJAMUKRIRHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001629 magnesium chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 1
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 1
- 239000005416 organic matter Substances 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 1
- 239000002957 persistent organic pollutant Substances 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 1
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 1
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 1
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000001338 self-assembly Methods 0.000 description 1
- 239000011343 solid material Substances 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- CTPKSRZFJSJGML-UHFFFAOYSA-N sulfiram Chemical compound CCN(CC)C(=S)SC(=S)N(CC)CC CTPKSRZFJSJGML-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000013077 target material Substances 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B33/00—Clay-wares
- C04B33/02—Preparing or treating the raw materials individually or as batches
- C04B33/04—Clay; Kaolin
-
- 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
- B01D53/74—General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
- B01D53/86—Catalytic processes
-
- 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
- B01J21/00—Catalysts comprising the elements, oxides, or hydroxides of magnesium, boron, aluminium, carbon, silicon, titanium, zirconium, or hafnium
- B01J21/10—Magnesium; Oxides or hydroxides thereof
-
- 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
- B01J21/00—Catalysts comprising the elements, oxides, or hydroxides of magnesium, boron, aluminium, carbon, silicon, titanium, zirconium, or hafnium
- B01J21/16—Clays or other mineral silicates
-
- 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
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
-
- B01J35/004—
-
- 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
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/30—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
- B01J35/39—Photocatalytic properties
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B33/00—Clay-wares
- C04B33/02—Preparing or treating the raw materials individually or as batches
- C04B33/13—Compounding ingredients
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B33/00—Clay-wares
- C04B33/02—Preparing or treating the raw materials individually or as batches
- C04B33/13—Compounding ingredients
- C04B33/131—Inorganic additives
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2255/00—Catalysts
- B01D2255/80—Type of catalytic reaction
- B01D2255/802—Photocatalytic
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2257/00—Components to be removed
- B01D2257/70—Organic compounds not provided for in groups B01D2257/00 - B01D2257/602
- B01D2257/708—Volatile organic compounds V.O.C.'s
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
- C04B2235/3231—Refractory metal oxides, their mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof
- C04B2235/3232—Titanium oxides or titanates, e.g. rutile or anatase
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
- C04B2235/327—Iron group oxides, their mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof
- C04B2235/3272—Iron oxides or oxide forming salts thereof, e.g. hematite, magnetite
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
본 발명은 마그네슘-아미노점토(Mg-AC)를 주형으로 형성하되,
상기 마그네슘-아미노점토에 금속이 도핑되어(doping) 화학식 1 내지 화학식 3중 어느 하나로 표시되는 마그네슘-아미노점토 금속복합체를 제공한다.
[화학식 1]
[MgAC]-TiO2
[화학식 2]
[MgAC]-Fe3O4
[화학식 3]
[MgAC]-Fe3O4/TiO2
따라서 금속전구체에 따라 이산화타타늄(TiO2) 또는 산화철(Fe3O4)이 외부에 형성되어 광촉매 반응이 일어나는 산화촉매를 제조할 수 있다.
상기 마그네슘-아미노점토에 금속이 도핑되어(doping) 화학식 1 내지 화학식 3중 어느 하나로 표시되는 마그네슘-아미노점토 금속복합체를 제공한다.
[화학식 1]
[MgAC]-TiO2
[화학식 2]
[MgAC]-Fe3O4
[화학식 3]
[MgAC]-Fe3O4/TiO2
따라서 금속전구체에 따라 이산화타타늄(TiO2) 또는 산화철(Fe3O4)이 외부에 형성되어 광촉매 반응이 일어나는 산화촉매를 제조할 수 있다.
Description
본 발명은 아미노점토와 금속이 결합된 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체, 이의 제조방법, 이를 이용한 유기성 폐기물의 처리 방법 및 항균능에 관한 것이다.
자가조립을 이용한 나노형상 디자인은 환경분야에서 목표물질에 적합한 작용기를 부여할 수 있으므로 활발하게 연구되고 있다. 특히 수용액 상에서 반대되는 전하를 가지는 나노 물질의 유기-빌딩 블록을 주형으로 이용하여 새로운 혼성 나노복합체(hybrid nanocomposite)를 제조하는 기술이 매주 주목받고 있다.
도 1은 금속-아미노점토를 제조하기 위한 실험실 수준의 합성 모식도이다.
본 발명자들은 금속-아미노점토를 제조하기 위하여 다양한 전이금속을 바탕으로 아미노기를 부여할 수 있는 APTES[(3-aminopropyl)triethoxysilane], TTMS[ (3-mercaptopropyl)trimethoxysilane], MTES(methyltriethoxysilane), 및 PTES(phenyltriethoxysilane)으로 이루어지는 라이브러리를 구성하였다.
상기 라이브러리에서 양이온 금속의 이온을 바탕으로 다양한 아미노점토의 실험실 수준의 합성은 원-팟 공정으로 수용액 상에서 상온 상압으로 매우 간단하게 생성되는 장점이 있다.
따라서 금속-아미노점토의 자가조립 성질을 이용하여 금속-아미노점토를 주형으로 하는 고급산화촉매의 개발을 수행할 수 있다.
한편 광촉매는 페놀계 오염물질 등을 분해할 수 있으며, 표면 코팅 물질에 따라 활성 및 분해 효율이 매우 달라지는 것이 보고되고 있다.
이산화티탄 촉매가 졸-겔법으로 합성하되, 비표면적에 따라 유기성 폐기물에 처리 능력이 변화되는 것이 개시된다(특허문헌 1. 대한민국 특허공보 제2009-0090585호).
따라서 상온 상압 조건에서 원-팟 공정으로 금속-아미노점토를 제조하되, 상기 금속-아미노점토가 유기성 폐기물의 처리가 가능하도록 이산화티타늄을 고정화하여 광촉매 분해에 따른 유기성 폐기물의 처리 효과를 나타내는 금속-아미노점토를 주형으로 이산화티탄(TiO2)가 다공성으로 고정화한 새로운 고급산화촉매의 개발이 필요한 실정이다.
따라서 본 발명은 금속-아미노점토를 형성하고 이의 표면에 금속산화물을 고정화함으로써 광촉매 분해 과정에 사용될 수 있는 고급산화촉매를 제조하고, 이를 이용하여 유기성 폐기물을 신속하고 효과적으로 처리하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제(들)로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제(들)는 이하의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 마그네슘-아미노점토(MgAC)를 주형으로 형성되되, 상기 마그네슘-아미노점토에 금속이 도핑되어(doping) 화학식 1 내지 화학식 3중 어느 하나로 표시되는 마그네슘-아미노점토 금속복합체를 제공한다.
[화학식 1]상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 마그네슘-아미노점토(MgAC)를 주형으로 형성하되, 상기 마그네슘-아미노점토에 금속산화물을 고정화하여 화학식 1에서지 화학식 3중 어느 하나로 표시되는 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체를 제공한다.
[화학식 1]
[MgAC]-TiO2
[화학식 2]
[MgAC]-Fe3O4
[화학식 3]
[MgAC]-Fe3O4/TiO2
또한 상기 마그네슘-아미노점토는, 마그네슘 이온(Mg2 +)과 유기실레인을 졸-겔법으로 합성한 것일 수 있다.
또한 상기 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체는, 상기 마그네슘-아미노점토의 외부에 금속산화물이 고정화된 것일 수 있다.
또한 상기 금속산화물은 이산화티탄(TiO2)일 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 의하면, 본 발명은 (a) 마그네슘-아미노점토를 준비하는 단계; (b) 상기 마그네슘-아미노점토와 금속산화물 전구체를 혼합하여 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체를 생성하는 단계; 및 (c) 상기 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체를 회수하여 건조하는 단계를 포함하는 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체 제조방법을 제공한다.
또한 상기 마그네슘-아미노점토는, 마그네슘 이온(Mg2 +)과 유기실레인을 졸-겔법으로 합성한 것일 수 있다.
또한 상기 마그네슘-아미노점토와 혼합되는 금속산화물 전구체는 티타늄 n-부톡사이드(titanium n-butoxide) 또는 염화철(FeCl3·6H2O) 중에서 선택되는 것일 수 있다.
또한 상기 (b) 단계는 상기 마그네슘-아미노점토와 혼합되는 금속산화물 전구체가 티타늄 n-부톡사이드(titanium n-butoxide)인 경우에 티타늄 n-부톡사이드 에 대하여 마그네슘-아미노점토가 일정비율로 혼합될 수 있다.
또한 상기 (b) 단계는 상기 마그네슘-아미노점토와 혼합되는 금속산화물 전구체가 염화철(FeCl36H2O)인 경우에 염화철(FeCl36H2O)에 대하여 마그네슘-아미노점토가 일정비율로 혼합될 수 있다.
또한 상기 마그네슘-아미노점토와 혼합되는 금속산화물 전구체가 염화철(FeCl3·6H2O)로 선택되는 경우에는, (b) 단계에서 염화철(FeCl3·6H2O)을 금속산화물 전구체로 선택하고 다시 티타늄 n-부톡사이드(titanium n-butoxide)를 첨가하고 반응시켜, 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체의 외부에 이산화티타늄(TiO2)이 형성될 수 있다.
또한 상기 금속산화물 전구체가 티타늄 n-부톡사이드(titanium n-butoxide)로 선택되는 경우 C1 내지 C4 인 알콜 용매에서 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체를 생성할 수 있다.
또한 상기 금속산화물 전구체가 염화철(FeCl3·6H2O)로 선택되는 경우 C1 내지 C4 인 알콜 용매 또는 물 용매에서 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체를 생성할 수 있다.
또한 상기 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체를 회수하여 건조하는 단계에서 350 ℃ 내지 500 ℃에서 열처리할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 본 발명은 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체에 있어서, 상기 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체를 제조하는 단계 및 상기 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체를 유기성 폐기물과 혼합하고 반응시켜 상기 유기성 폐기물을 분해하는 단계를 포함하는 마그네슘-아미노점토 금소산화물 나노복합체를 이용한 유기성 폐기물의 처리방법을 제공한다.
상기 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체와 유기성 폐기물을 혼합하고, 광에너지를 조사하여 광촉매 활성을 증가시켜, 유기성 폐기물을 분해할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 본 발명은 (1) 마그네슘-아미노점토를 준비하는 단계; (2) 상기 마그네슘-아미노점토와 금속산화물 전구체를 혼합하여 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체를 생성하는 단계; (3) 상기 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체를 회수하여 건조하는 단계; 및 (4) 상기 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체와 유기성 폐기물을 혼합하여 광촉매 분해 반응을 유도하는 단계를 포함하는 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체를 이용한 유기성 폐기물 처리방법을 제공한다.
또한 상기 금속산화물 전구체가 티타늄 n-부톡사이드(titanium n-butoxide)로 선택되는 경우에는 상기 (2) 단계에서 C1 내지 C4인 알콜 용매에서 티타늄 n-부톡사이드에 대하여 마그네슘-아미노점토를 일정비율로 혼합하여 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체를 생성할 수 있다.
또한 상기 금속산화물 전구체가 염화철(FeCl3·6H2O)로 선택되는 경우에는 상기 (2) 단계에서 C1 내지 C4인 알콜 용매 또는 물 용매에서 염화철(FeCl3·6H2O)에 대하여 마그네슘-아미노점토를 일정비율로 혼합하여 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체를 생성할 수 있다.
또한 상기 (4) 단계에서 교반하고, 광에너지를 조사할 수 있다.
또한 상기 마그네슘-아미노점토와 혼합되는 금속산화물 전구체가 염화철(FeCl3·6H2O)로 선택되는 경우에는, (2) 단계에서 염화철(FeCl3·6H2O)을 금속산화물 전구체로 선택하고 다시 티타늄 n-부톡사이드(titanium n-butoxide)를 첨가하고 반응시켜 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체의 외부에 이산화티타늄(TiO2)이 형성된 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체를 수득하고, (4) 단계에서 과산화수소(H2O2)를 더 첨가할 수 있다.
또한 상기 외부에 이산화티타늄(TiO2)이 형성된 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체 0.1g에 대하여 1 mL의 과산화수소를 첨가하고, 365 nm의 광에너지를 3시간 동안 조사하여 포토-펜톤(photo-fenton) 반응을 유도할 수 있다.
본 발명에 따르면, 금속-아미노점토 금속산화물 나노복합체를 원-팟 공정으로 제조할 수 있다.
금속-아미노점토를 주형으로 하는 경우 금속-아미노점토의 자가조립 성질에 따라 금속산화물 전구체를 도입하여 금속-아미노점토의 표면에 금속산화물을 다시 고정화할 수 있다.
특히 금속산화물 전구체에 따라 이산화티타늄(TiO2) 또는 산화철(Fe3O4) 또는 하이브리드[산화철(Fe3O4)/이산화티타늄(TiO2)] 금속산화물이 외부에 형성되어 산화 반응이 일어나는 고급산화촉매를 제조할 수 있다.
또한 금속-아미노점토 금속산화물 나노복합체를 형성하고, 유기성 폐기물과 혼합하여 광에너지를 조사하는 경우에는 종래 상용 산화촉매와 비교하여 매우 빠른 반응속도를 나타낼 수 있어서, 효과적으로 유기성 폐기물을 제거할 수 있다.
또한 금속-아미노점토 금속산화물 나노복합체의 유기성 폐기물의 처리 능력을 확인하여 파일럿 스케일의 유기성 폐기물 처리 장치의 설계가 가능하므로, 향후 대규모 유기성 폐기물 처리장치의 설계가 가능하다.
또한 금속-아미노점토 금속산화물 나노복합체를 세균성 박테리아를 함유하는 폐수에 처리하는 경우 매우 효과적으로 박테리아를 제균할 수 있으므로, 대규모의 처리공정에서 효과적인 항균 역할이 가능하다.
도 1은 종래의 금속-아미노점토를 제조하기 위한 양이온 금속이온과 유기실레인을 이용하여 합성과정을 나타낸 모식도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체의 사진이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체의 제조방법에 있어서 마그네슘-아미노점토의 양에 따른 MB의 분해능을 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체의 제조방법에 있어서 금속산화물 전구체의 양에 따른 MB의 분해능을 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체의 제조방법에 있어서 광에너지 종류에 따른 MB의 분해능을 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체의 X선-회절분석그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체의 주사/투과 전자현미경 사진이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체의 퀀칭 분광분석 그래프이다.
도 9는 산화공정이 가능한 100L 규모의 고급산화공정반응기의 사진이다.
도 10은 상용 이산화티타늄 촉매 P25의 페놀 분해능을 나타낸 그래프이다.
도 11은 상용 이산화티타늄 촉매인 P25의 수용성 유기물 처리능을 나타낸 그래프이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체를 이용한 유기성 폐기물 처리방법에 있어서 파일럿 규모의 산화공정이 가능한 100L 고급산화공정반응기의 사진이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체를 이용한 유기성 폐기물 처리방법에 있어서, 파일럿 규모에서의 MB의 분해능을 나타낸 그래프이다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체를 이용한 유기성 폐기물 처리방법에 있어서 염화철 금속산화물 전구체를 이용한 경우의 MB의 분해능을 나타낸 그래프이다.
도 15는 350 ℃에서 열처리하여 회수한 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체의 MB의 분해능을 나타낸 그래프이다.
도 16은 본 발명의 실시예에 따른 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체를 이용한 유기성 폐기물 처리방법에 있어서 350 ℃ 및 500 ℃에서 열처리하여 건조한 경우에 포토-펜톤 반응에 따른 MB의 분해능을 나타낸 그래프이다.
도 17은 본 발명의 실시예에 따른 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체를 이용한 유기성 폐기물 처리방법에 있어서 제조된 마그네슘-아미노점토 100g의 사진이다.
도 18은 본 발명의 실시예에 따른 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체를 이용한 유기성 폐기물 처리방법에 있어서 파일럿 규모의 MB의 분해능을 나타낸 그래프이다.
도 19는 본 발명의 실시예에 따른 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체를 이용한 유기성 폐기물 처리방법에 있어서 MB의 함량에 따른 산화분해 활성을 나타낸 그래프이다.
도 20은 본 발명의 실시예에 따른 본 발명의 실시예에 따른 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체를 이용한 유기성 폐기물 처리방법에 있어서 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체의 함량에 따른 MB의 분해능을 나타낸 그래프이다.
도 21은 본 발명은 실시예에 따른 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체를 이용한 유기성 폐기물 처리방법에 있어서 과산화수소 첨가량에 따른 산화분해 활성을 나타낸 그래프이다.
도 22는 본 발명은 실시예에 따른 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체를 이용한 유기성 폐기물 처리방법에 있어서 파일럿 규모의 반응에서 광촉매 활성을 나타낸 그래프이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체의 사진이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체의 제조방법에 있어서 마그네슘-아미노점토의 양에 따른 MB의 분해능을 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체의 제조방법에 있어서 금속산화물 전구체의 양에 따른 MB의 분해능을 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체의 제조방법에 있어서 광에너지 종류에 따른 MB의 분해능을 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체의 X선-회절분석그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체의 주사/투과 전자현미경 사진이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체의 퀀칭 분광분석 그래프이다.
도 9는 산화공정이 가능한 100L 규모의 고급산화공정반응기의 사진이다.
도 10은 상용 이산화티타늄 촉매 P25의 페놀 분해능을 나타낸 그래프이다.
도 11은 상용 이산화티타늄 촉매인 P25의 수용성 유기물 처리능을 나타낸 그래프이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체를 이용한 유기성 폐기물 처리방법에 있어서 파일럿 규모의 산화공정이 가능한 100L 고급산화공정반응기의 사진이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체를 이용한 유기성 폐기물 처리방법에 있어서, 파일럿 규모에서의 MB의 분해능을 나타낸 그래프이다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체를 이용한 유기성 폐기물 처리방법에 있어서 염화철 금속산화물 전구체를 이용한 경우의 MB의 분해능을 나타낸 그래프이다.
도 15는 350 ℃에서 열처리하여 회수한 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체의 MB의 분해능을 나타낸 그래프이다.
도 16은 본 발명의 실시예에 따른 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체를 이용한 유기성 폐기물 처리방법에 있어서 350 ℃ 및 500 ℃에서 열처리하여 건조한 경우에 포토-펜톤 반응에 따른 MB의 분해능을 나타낸 그래프이다.
도 17은 본 발명의 실시예에 따른 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체를 이용한 유기성 폐기물 처리방법에 있어서 제조된 마그네슘-아미노점토 100g의 사진이다.
도 18은 본 발명의 실시예에 따른 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체를 이용한 유기성 폐기물 처리방법에 있어서 파일럿 규모의 MB의 분해능을 나타낸 그래프이다.
도 19는 본 발명의 실시예에 따른 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체를 이용한 유기성 폐기물 처리방법에 있어서 MB의 함량에 따른 산화분해 활성을 나타낸 그래프이다.
도 20은 본 발명의 실시예에 따른 본 발명의 실시예에 따른 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체를 이용한 유기성 폐기물 처리방법에 있어서 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체의 함량에 따른 MB의 분해능을 나타낸 그래프이다.
도 21은 본 발명은 실시예에 따른 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체를 이용한 유기성 폐기물 처리방법에 있어서 과산화수소 첨가량에 따른 산화분해 활성을 나타낸 그래프이다.
도 22는 본 발명은 실시예에 따른 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체를 이용한 유기성 폐기물 처리방법에 있어서 파일럿 규모의 반응에서 광촉매 활성을 나타낸 그래프이다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것을 달성하는 방법은 첨부된 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.
그러나 본 발명은 이하에 개시되는 실시예들에 의해 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기술 등이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그에 관한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
본 발명은 마그네슘-아미노점토(MgAC)를 주형으로 형성하되, 상기 마그네슘-아미노점토에 금속산화물을 고정화하여 화학식 1에서 화학식 3 중 어느 하나로 표시되는 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체를 제공한다.
[화학식 1]
[MgAC]-TiO2
[화학식 2]
[MgAC]-Fe3O4
[화학식 3]
[MgAC]-Fe3O4/TiO2
상기 화학식에서 [MgAC]는 양이온 금속인 마그네슘 이온(Mg2 +)과 유기실레인을 졸-겔(sol-gel)법을 이용하여 합성한 것이다.
상기 유기실레인은 (3-아미노프로필)-트리에탁시실란[APTES;(3-aminopropyl)triethoxysilane]일 수 있다.
마그네슘-아미노점토에 금속산화물을 고정화되는 금속산화물은 이산화티타늄(TiO2)일 수 있다.
상기 화학식 3에서 Fe3O4/TiO2 는 외부에 이산화티타늄(TiO2)이 형성된 것을 의미한다.
여기서 상기 화학식 2로 표시되는 마그네슘-이미노점토 금속산화물 나노복합체는 외부에 Fe3O4 가 형성된 것을 의미한다.
상기 마그네슘-아미노점토를 주형으로 하는 경우 금속산화물 전구체를 도입하여 상온 상압에서 원-팟으로 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체를 매우 효과적으로 생성할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 의하면, 본 발명은 (a) 마그네슘-아미노점토를 준비하는 단계; (b) 상기 마그네슘-아미노점토와 금속산화물 전구체를 혼합하여 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체를 생성하는 단계; 및 (c) 상기 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체를 회수하여 건조하는 단계를 포함하는 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체 제조방법을 제공한다.
상기 마그네슘-아미노점토는, 마그네슘 이온(Mg2+)과 유기실레인을 졸-겔법으로 합성한 것이다.
상기 유기실레인은 (3-아미노프로필)-트리에탁시실란[APTES;(3-aminopropyl)triethoxysilane]일 수 있다.
상기 마그네슘-아미노점토와 혼합되는 금속산화물 전구체는 티타늄 n-부톡사이드(titanium n-butoxide) 또는 염화철(FeCl36H2O) 중에서 선택되는 것일 수 있다.
상기 금속산화물 전구체를 가지고 광촉매 반응에 적합한 산화촉매를 제조하기 위하여 상기 마그네슘-아미노점토를 주형으로 하여 제조할 수 있다.
상기 금속산화물 전구체는 마그네슘-아미노점토와 혼합하되, 마그네슘-아미노점토의 외부에 결합되어 금속산화물로 고정될 수 있다.
상기 금속산화물 전구체가 마그네슘-아미노점토의 외부에 고정되는 경우에 광촉매 반응의 활성이 증가될 수 있다.
상기 (b) 단계는 상기 마그네슘-아미노점토와 혼합되는 금속산화물 전구체가 티타늄 n-부톡사이드(titanium n-butoxide)인 경우에 티타늄 n-부톡사이드에 대하여 마그네슘-아미노점토가 일정비율로 혼합될 수 있다.
본 발명의 한 구체예에서 상기 티타늄 n-부톡사이드 1 mL에 대하여 마그네슘-아미노점토가 0.3 g 혼합되는 것이 바람직하다.
상기 (b) 단계는 상기 마그네슘-아미노점토와 혼합되는 금속산화물 전구체가 염화철(FeCl36H2O)인 경우에 염화철(FeCl36H2O)에 대하여 마그네슘-아미노점토가 일정비율로 혼합될 수 있다.
본 발명의 한 구체예에서 상기 염화철(FeCl3 ·6H2O) 1.0 g에 대하여 마그네슘-아미노점토가 1.0 g 혼합되는 것이 바람직하다.
상기 조건에서 금속산화물 전구체와 마그네슘-아미노점토가 혼합되어 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체를 생성하는 경우에 광촉매 활성을 효과적으로 증가시킬 수 있으며, 상기 혼합 비율 이외에서는 광촉매 분해 반응의 반응상수가 상용제품에 비하여 높지 않아서 분해능이 낮은 문제가 있다.
상기 마그네슘-아미노점토와 혼합되는 금속산화물 전구체가 염화철(FeCl3·6H2O)로 선택되는 경우에는, (b) 단계에서 염화철(FeCl3·6H2O)을 금속산화물 전구체로 선택하고 다시 티타늄 n-부톡사이드(titanium n-butoxide)를 첨가하고 반응시켜, 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체의 외부에 이산화티타늄(TiO2)이 형성될 수 있다.
상기 화학식 3으로 표시되는 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체는 우선 금속산화물 전구체를 염화철로 선택하여 졸-겔 반응으로 마그네슘-아미노점토에 산화철이 형성되고, 다시 금속산화물 전구체인 티타늄 n-부톡사이드를 첨가하여 반응시키는 순서로 생성될 수 있다.
상기 과정으로 마그네슘-아미노점토의 외부에는 이산화티타늄(TiO2)의 형성될 수 있으며, 이 경우에도 광촉매 활성이 매우 높아질 수 있다.
한편 상기 금속산화물 전구체가 티타늄 n-부톡사이드(titanium n-butoxide)로 선택되는 경우 C1 내지 C4 인 알콜 용매에서 상기 화학식 1로 표시되는 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체를 생성할 수 있다.
상기 C1 내지 C4 인 알콜 용매에서 상기 티타늄 n-부톡사이드를 금속산화물 전구체로 하여 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체를 생성할 수 있으나, 유기 용매이면 특별하게 제한되지는 않는다.
상기 금속산화물 전구체가 염화철(FeCl3·6H2O)로 선택되는 경우 C1 내지 C4 인 알콜 용매 또는 물 용매에서 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체를 생성할 수 있다.
마찬가지로 금속산화물 전구체가 염화철(FeCl3·6H2O)로 선택되는 경우 물 용매에서 상기 화학식 2로 표시되는 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체를 매우 효율적으로 형성할 수 있으나, 특별하게 제한되지는 않는다.
상기 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체를 회수하여 건조하는 단계에서 350 ℃ 내지 500 ℃에서 열처리할 수 있다.
상기 열처리 온도를 벗어나는 경우에는 광촉매의 활성이 낮아지는 문제가 발생할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 본 발명은 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체에 있어서, 상기 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체를 제조하는 단계 및 상기 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체를 유기성 폐기물과 혼합하고 반응시켜 상기 유기성 폐기물을 분해하는 단계를 포함하는 마그네슘-아미노점토 금소산화물 나노복합체를 이용한 유기성 폐기물의 처리방법을 제공한다.
상기 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체와 유기성 폐기물을 혼합하고, 광에너지를 조사하여 광촉매 활성을 증가시켜, 유기성 폐기물을 분해할 수 있다.
상기 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체를 건조하고 열처리하여 제조한 이후에 이를 분리하고 보관할 수 있으며, 이를 유기성 폐기물을 포함하는 용액에 투입하여 유기성 폐기물을 분해할 수 있다.
상기 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체를 제조하고, 분리하는 경우 보관 및 사용에 유리하다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 본 발명은 (1) 마그네슘-아미노점토를 준비하는 단계; (2) 상기 마그네슘-아미노점토와 금속산화물 전구체를 혼합하여 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체를 생성하는 단계; (3) 상기 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체를 회수하여 건조하는 단계; 및 (4) 상기 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체와 유기성 폐기물을 혼합하여 광촉매 분해 반응을 유도하는 단계를 포함하는 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체를 이용한 유기성 폐기물 처리방법을 제공한다.
상기 광촉매 분해 반응은 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체가 산화촉매의 역할을 수행하여 진행되는 산화분해 반응이다.
상기 마그네슘-아미노점토, 금속산화물 전구체 및 유기성 폐기물을 한 번에 혼합하여 유기성 폐기물의 처리가 가능하다.
상기 금속산화물 전구체가 티타늄 n-부톡사이드(titanium n-butoxide)로 선택되는 경우에는 상기 (2) 단계에서 C1 내지 C4인 알콜 용매에서 티타늄 n-부톡사이드에 대하여 마그네슘-아미노점토를 일정비율로 혼합하여 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체를 생성할 수 있다.
상기 일정비율은 티타늄 n-부톡사이드 1 mL에 대하여 마그네슘-아미노점토 0.3 g을 혼합하는 것이 바람직하다.
상기 혼합 조건으로 금속산화물 전구체와 마그네슘-아미노점토가 혼합되어 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체를 생성하는 경우에 광촉매 활성을 효과적으로 증가시킬 수 있다.
상기 금속산화물 전구체가 염화철(FeCl3·6H2O)로 선택되는 경우에는 상기 (2) 단계에서 C1 내지 C4인 알콜 용매 또는 물 용매에서 염화철(FeCl3·6H2O)에 대하여 마그네슘-아미노점토를 일정비율로 혼합하여 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체를 생성할 수 있다.
여기서 상기 일정비율은 염화철(FeCl3·6H2O) 1.0 g에 대하여 마그네슘-아미노점토가 1.0 g 혼합되는 것이 바람직하다.
또한 상기 (4) 단계에서 교반 및 광에너지의 조사는 120 rpm으로 교반하여, 365 nm의 광에너지를 조사하는 것이 바람직하다.
상기 조건으로 교반하지 않으면, 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체가 유기성 폐기물에 효율적으로 분산되지 않아서 광촉매 활성이 낮아지는 문제가 발생한다.
상기 조건의 광에너지를 조사하지 않는 경우 유기성 폐기물의 분해 효과가 크게 저감하는 문제가 발생할 수 있다.
상기 마그네슘-아미노점토와 혼합되는 금속산화물 전구체가 염화철(FeCl3·6H2O)로 선택되는 경우에는, (2) 단계에서 염화철(FeCl3·6H2O)을 금속산화물 전구체로 선택하고 다시 티타늄 n-부톡사이드(titanium n-butoxide)를 첨가하고 반응시켜 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체의 외부에 이산화티타늄(TiO2)이 형성되어 상기 화학식 3으로 표시되는 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체를 수득하고, (4) 단계에서 과산화수소(H2O2)를 첨가할 수 있다.
상기 과산화수소가 첨가되어 포토-펜톤 반응이 수행될 수 있다.
이산화티타늄이 외부에 고정된 마그네슘-아미노점토는 과산화수소가 첨가되지 않는 경우에도 광촉매 반응이 진행될 수 있으며, 과산화수소를 더 첨가하는 경우 광촉매의 반응 속도가 매우 증가되는 효과가 있다.
상기 화학식 3으로 표시되는 외부에 이산화티타늄(TiO2)이 형성된 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체 1g에 대하여 1 mL의 과산화수소를 첨가하고, 365 nm의 광에너지를 3시간 동안 조사하여 포토-펜톤(photo-fenton) 반응을 유도할 수 있다.
상기 펜톤-유사 산화 반응은 과산화수소(H2O2)가 Fe3 +와 반응하여 강력한 비선택적 산화제인 하이드록실 라디칼(ㆍOH)을 생성하여 유기 오염 물질을 산화시키는 공정이다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1> [MgAC]-TiO2 제조
에탄올에 염화마그네슘을 녹인 후 (3-아미노프로필)-트리에탁시실란[APTES;(3-aminopropyl)triethoxysilane]를 첨가하고 졸-겔 법을 사용하여 마그네슘-아미노점토[MgAC]를 제조하였다. 금속산화물 전구체로 티타늄-n-부톡사이드 1 mL에 대하여 상기 [MgAC]를 0.02g에서, 0.05g, 0.07g, 0.1g, 0.2g, 0.3g로 각각 함량을 다르게 첨가하여 반응시켜 최종적으로 [MgAC]-TiO2 을 수득하였다.
<실험예 1> 마그네슘-아미노점토 함량에 따른 광촉매 활성
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체의 사진이다.
도 2를 참조하면, 마그네슘-아미노점토와 금속산화물 전구체를 혼합하고 전기로에서 350 ℃도 대기(air) 조건에서 3시간 동안 열처리한 후, 분말형태의 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체를 생성하였다.
실시예 1에 따른 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체에 대한 광촉매 활성을 확인하기 위하여 95 mL의 탈이온수에 10 mL의 100 ppm의 메틸렌블루(methylene blue; 이하 'MB') 용액 10 mL를 혼합하고, 120 rpm으로 교반한 이후에 365 nm의 광에너지를 조사하였다.
상기 MB는 난분해성 유기 염료이며, 유기성 폐기물의 처리의 정도를 판단하기 위한 시료이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체의 제조방법에 있어서 마그네슘-아미노점토의 양에 따른 MB의 분해능을 나타낸 그래프이다.
도 3을 참조하면, 0.3g의 마그네슘-아미노점토를 포함하는 시료의 효능이 가장 높은 것을 확인하였다.
표 1은 시료에 따른 반응상수를 나타낸 것이다.
| 시료 | P25 | MgAC [0g]-TiO2 | MgAC [0.02g]-TiO2 |
MgAC [0.05g]-TiO2 |
MgAC [0.07g]-TiO2 |
MgAC [0.1g]-TiO2 |
MgAC [0.2g]-TiO2 |
MgAC
[0.3g]-TiO
2
|
| 반응상수 min -1 |
0.0015 |
0.0017 |
0.0011 |
0.002 |
0.0026 |
0.0024 |
0.0041 |
0.0293
|
마그네슘-아미노점토의 함량을 MgAC 뒤에 나타내었다.
반응상수를 확인하여 0.3g의 마그네슘-아미노점토를 함유한 경우의 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체의 반응상수가 가장 높았으며, 광촉매 활성이 높은 것으로 확인하였다.
이는 상용 광촉매인 P25 보다 20배 가량 더 높은 결과이다.
<실험예 2> 티타늄 n-부톡사이드 함량에 따른 MB 분해능
금속산화물 전구체인 티타늄 n-부톡사이드(titanium n-butoxide)의 함량에 따른 MB의 분해능을 평가하였다.
0.3 g의 마그네슘-아미노점토에 대하여 1 mL, 2 mL 및 3 mL의 티타늄 n-부톡사이드를 각각 혼합하고 취하여 350 ℃에서 3시간 동안 건조하였다.
회수된 0.1 g의 [MgAC]-TiO2를 95 mL의 탈이온수와 100 ppm의 MB용액 10 mL와 혼합하고 120 rpm으로 교반하여, 365 nm의 광에너지를 조사하였다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체의 제조방법에 있어서 금속산화물 전구체의 양에 따른 MB의 분해능을 나타낸 그래프이다.
도 4를 참조하면, 금속산화물 전구체로 1 mL의 티타늄 n-부톡사이드(titanium n-butoxide)와 반응하는 경우 MB의 분해능이 가장 높은 것을 확인하였다.
<실험예 3> 광에너지에 따른 MB 분해능
실험예 2의 방법으로 제조된 0.3g의 마그네슘-아미노점토와 1 mL의 티타늄 n- 부톡사이드와 반응시킨 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체 시료 0.1 g을 취하여 24 W 자외선 광(UVA light) 또는 300 W의 제논광(Xenon light)을 조사하였다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체의 제조방법에 있어서 광에너지 종류에 따른 MB의 분해능을 나타낸 그래프이다.
도 5를 참조하면 고전력의 제논광 못지않게 365 nm 파장을 가지는 자외선 광에서도 효과적으로 MB를 분해하는 것을 확인하였다.
<실험예 4> [MgAC]-TiO2 물성
실시예 1에 따른 마그네슘-아미노점토의 물성을 분석하여 마그네슘-아미노점토를 주형으로 하여 금속산화물 나노복합체가 생성되었는지 확인하였다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체의 X선-회절분석그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체의 주사/투과 전자현미경 사진이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체의 퀀칭 분광분석 그래프이다.
도 6 내지 8을 참조하면, 마그네슘-아미노점토를 주형으로 하여 금속산화물 전구체가 반응하여 외부에 이산화티타늄이 형성되는 것을 확인하였으며, 특히 0.3g의 마그네슘-아미노점토를 금속산화물 전구체와 혼합하는 경우에 홀과 전자의 재결합이 지연되어 광촉매 활성이 매우 높은 것을 확인하였다.
| BET surface area (m2/g) | Pore size (nm) |
Pore volume (cm3/g) |
|
| MgAC |
1.04 |
3.66 |
0.0343 |
| MgAC [0g]-TiO2 |
51.976 |
10.734 |
0.1395 |
| MgAC [0.1g]-TiO2 |
139.26 |
5.251 |
0.1828 |
|
MgAC
[0.3g]-
TiO
2
|
234.91
|
6.7131
|
0.3942
|
| MgAC [0.5g]-TiO2 |
185.28 |
4.2021 |
0.1846 |
상기 표 2는 본 발명의 실시예에 따른 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체의 비표면적, 공극 크기 및 부피를 측정한 것이다.
0.3 g의 마그네슘-아미노점토와 금속산화물 전구체를 혼합하여 제조된 금속산화물 나노복합체가 비표면적도 매우 크고, 공극의 크기 및 부피 또한 큰 것을 확인하였다.
<실험예 5> 파일럿 스케일 업
실험실 수준의 설계를 증가시켜 파일럿 스케일의 대규모 공정에 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체를 적용하였다.
도 9는 산화공정이 가능한 100L 규모의 고급산화공정반응기의 사진이다.
우선 가로 및 세로가 90 cm ×30 cm이고, 높이가 60 cm인 교반기와 에어버블 장치가 구비된 고급산화공정 반응기를 준비하였다.
10 mg/L 기준으로 페놀을 첨가하고 상용 이산화티타늄 촉매인 P25와 페놀 분해능을 평가하였다.
도 10은 상용 이산화티타늄 촉매 P25의 페놀 분해능을 나타낸 그래프이다.
도 11은 상용 이산화티타늄 촉매인 P25의 유기물 처리능력을 나타낸 그래프이다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 상용 P25의 경우 난분해성 페놀이 거의 분해되지 않으며, 단분자의 유기물 정도만 흡착 또는 분해할 수 있는 것을 확인하였다.
또한 분해 실험 이후에 분산된 이산화티타늄 나노입자의 회수가 매우 어려운 것을 확인하였다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체를 이용한 유기성 폐기물 처리방법에 있어서 파일럿 규모의 산화공정이 가능한 100L 고급산화공정반응기의 사진이다.
도 12를 참조하면 고급산화공정 반응기는 광에너지를 조사할 수 있는 등을 구비하였다.
10 ppm의 MB를 포함하는 용액 100 L를 취하여 고급산화반응 공정기에 투입하고, 실시예 1에 따라 제조된 0.3g 마그네슘-아미노점토 및 1 mL의 티타늄 n-부톡사이드를 첨가하여 합성한 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체를 투입하여, 12시간 동안 광에너지를 조사하면서 140 rpm으로 교반하여 반응시켰다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체를 이용한 유기성 폐기물 처리방법에 있어서, 파일럿 규모에서의 MB의 분해능을 나타낸 그래프이다.
도 13을 참조하면, 12 시간 동안 MB를 거의 전부 분해하여 100 L의 파일럿 규모에서도 유기성 폐기물의 처리가 효과적으로 가능한 것을 확인하였다.
<실시예 2> [MgAC]-Fe3O4 의 제조
금속산화물 전구체를 염화철(FeCl3 ·6H2O)로 하여 실시예 1의 방법으로 [MgAC]-Fe3O4 인 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체를 제조하여 비표면적을 포함하는 물성 및 광촉매 활성을 확인하였다.
<실험예 6> [MgAC]-Fe3O4 의 광촉매 활성
| BET surface area (m2/g) | Pore size (nm) |
Pore volume (cm3/g) |
|
| MgAC [0g]-Fe3O4 | 30 | 52.657 | 0.4063 |
| MgAC [0.5g]-Fe3O4 | 14.615 | 10.517 | 0.0384 |
| MgAC [1.5g]- Fe 3 O 4 | 54.692 | 6.498 | 0.0888 |
| MgAC [2.0g]-Fe3O4 | 38.612 | 4.542 | 0.0438 |
표 3은 염화철 금속산화물 전구체의 함량을 변화시켜 제조된 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체의 비표면적, 공극 크기 및 부피를 나타낸 것이다.
1.0 g의 마그네슘-아미노점토과 1 g의 염화철이 혼합되어 제조되는 경우 비표면적과 공극 크기 및 부피가 매우 큰 것을 확인하였다.
한편 제조된 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체의 포토-펜톤 반응을 확인하여 광촉매 활성을 실험하였다.
물 용매 95 mL 와 100 ppm MB 용액 10 mL를 취하고, 제조된 [MgAC]-Fe3O4을 500 ℃ 및 수소분위기에서 열처리 후 건조하여 용매 100 mL에 대하여 0.3g으로 첨가하였다.
1 mL의 과산화수소(H2O2)를 더 첨가하여 광촉매 활성을 확인하였다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체를 이용한 유기성 폐기물 처리방법에 있어서 염화철 금속산화물 전구체를 이용한 경우의 MB의 분해능을 나타낸 그래프이다.
도 14를 참조하면, 상용 Fe3O4 분말과 비교할 때 마그네슘-아미노점토를 1.0g 포함하는 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체의 광촉매 활성이 가장 높은 효율을 나타내는 것을 확인하였다.
<실험예 7> 열처리 온도에 따른 광촉매 활성
실험예 6의 방법으로 [MgAC]-Fe3O4 인 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체를 제조하되, 열처리 온도를 350 ℃ 로 하였다.
도 15는 350 ℃에서 열처리하여 회수한 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체의 MB의 분해능을 나타낸 그래프이다.
열처리 온도를 350 ℃로 하는 경우 광촉매 활성이 낮아지는 것을 확인하였다.
열처리 온도에 따른 광촉매 활성의 감소를 확인하기 위하여 열처리 온도를 각각 350 ℃ 및 500 ℃에서 진행하고 광촉매 활성을 측정하였다.
5 ppm 의 MB 용액 100 mL에 0.5 M 의 과산화수소를 첨가하고 365 nm의 광에너지를 조사하고 열처리 온도를 상이하게 한 0.3 g의 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체를 첨가하였다.
도 16은 본 발명의 실시예에 따른 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체를 이용한 유기성 폐기물 처리방법에 있어서 350 ℃ 및 500 ℃에서 열처리하여 건조한 경우에 포토-펜톤 반응에 따른 MB의 분해능을 나타낸 그래프이다.
도 15 및 도 16을 참조하면, 500 ℃에서 열처리에서 광촉매 활성이 더 높은 것을 확인하였다.
<실험예 8> 파일럿 스케일 업
한편 실시예 2의 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체의 광촉매 활성을 연구실 규모의 반응기에서 100 L 규모의 파일럿 규모로 확대하여 포토-펜톤 반응을 확인하였다.
0.7g 의 MgAC를 함유하는 [MgAC]-Fe3O4 인 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체 100 g을 취하여 5 ppm의 MB용액 100 L에 첨가하고, 1 L의 과산화수소를 투입한 이후에 광에너지 조사 하에서 12시간 동안 반응시키고, 140 rpm으로 교반하였다.
도 17은 본 발명의 실시예에 따른 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체를 이용한 유기성 폐기물 처리방법에 있어서 제조된 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체 100g의 사진이다.
도 18은 본 발명의 실시예에 따른 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체를 이용한 유기성 폐기물 처리방법에 있어서 파일럿 규모의 MB의 분해능을 나타낸 그래프이다.
도 17 및 도 18을 참조하면, 100L의 파일럿 규모의 반응에서도 MB의 농도가 감소되어 MB 분해능을 바탕으로 파일럿 규모의 설계가 가능한 것을 확인하였다.
<실시예 3> [MgAC]-Fe3O4/TiO2 제조
0.7g의 MgAC와 3g의 FeCl36H2O로 합성한 MgAC-Fe3O4를 0.5g을 취하여 200 mL의 에탄올에 20분간 분산시키고, 다시 티타늄-n-부톡사이드(titanium n-butoxide) 5 mL를 투입하였다.
10분 경과 후 100 μL의 탈이온수를 첨가하여 혼합용액을 제조하였다.
상기 혼합용액을 12시간 동안 180 rpm으로 교반하고, 원심분리한 이후에 60 ℃에서 건조하여 고체 물질을 형성한 이후에 상기 고체형태의 [MgAC]-Fe3O4/TiO2를 분쇄하고, 가열로에서 350 ℃로 3시간 동안 열처리하여 [MgAC]-Fe3O4/TiO2를 수득하였다.
<실험예 9> [MgAC]-Fe3O4/TiO2 의 광촉매 활성
실시예 3의 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체의 MB 분해능을 확인하였다. 각각 50 ppm의 MB 및 100 ppm의 MB에 실시예 3의 [MgAC]-Fe3O4/TiO2 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체를 첨가하여 포토-펜톤 반응에 의한 광촉매 활성을 확인하였다.
도 19는 본 발명의 실시예에 따른 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체를 이용한 유기성 폐기물 처리방법에 있어서 MB의 농도에 따른 광촉매 활성을 나타낸 그래프이다.
도 19를 참조하면, 50 ppm와 100 ppm MB에서 광촉매 활성이 20분 이내 및 50 % 이상의 MB의 분해가 가능한 것을 확인하였다.
<실험예 10> [MgAC]-Fe3O4/TiO2 의 함량에 따른 광촉매 활성
실시예 3의 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체의 함량에 따른 MB 분해능을 확인하였다.
우선 0.7 g의 MgAC와 3 g의 FeCl3 ·6H2O로 합성한 MgAC-Fe3O4에서 각각 0.05 g, 0.1g, 0.2g 및 0.3g을 취하여 40 mL의 에탄올에 20분간 분산시키고, 1 mL의 티타늄 n-부톡사이드를 첨가하며, 5 내지 10 분 후에 물 몇 방울을 첨가하여 혼합용액을 제조하였다.
상기 혼합용액을 12시간 동안 180 rpm으로 교반하고, 원심분리하여 60 ℃에서 건조하여 고체를 수득하였다.
상기 고체를 분쇄하고, 350 ℃의 전기로에서 가열하고 열처리하여 고체를 수득하여 [MgAC]-Fe3O4/TiO2 를 제조하였다.
각각 제조된 시료 0.2g 을 취하여 10 ppm의 MB용액 100 mL에 첨가하고 365 nm의 광에너지를 3시간 동안 조사하여 광촉매 활성을 실험하였다.
도 20은 본 발명의 실시예에 따른 본 발명의 실시예에 따른 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체를 이용한 유기성 폐기물 처리방법에 있어서 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체의 함량에 따른 MB의 분해능을 나타낸 그래프이다.
도 20을 참조하면 0.1g의 [MgAC]-Fe3O4 에 대하여 1 mL의 티타늄 n-부톡사이드를 첨가하는 경우 가장 높은 MB의 분해능을 나타내는 것을 확인하였다.
<실험예 11> 과산화수소 첨가량에 따른 광촉매 활성
과산화수소 첨가량에 따라 광촉매 활성이 변화되는지 확인하고자 하였다.
실시예 3의 혼합물 시료 0.1 g 을 취하여 10 ppm의 MB 용액 100 mL에 첨가하고 각각 0.1 mL, 0.3 mL, 0.5 mL 및 1 mL 과산화수소를 첨가하였다.
365 nm의 광에너지를 3시간 동안 조사하여 포토-펜톤 반응을 유도하였다.
| 시료 | MgAC-Fe3O4/TiO2 + 0.1 mL H2O2 | MgAC-Fe3O4/TiO2 + 0.3 mL H2O2 |
MgAC-Fe3O4/TiO2 + 0.5 mL H2O2 |
MgAC
-
Fe
3
O
4
/
TiO
2
+ 1.0 mL
H
2
O
2
|
| Constant rate (min-1) | 0.0055 |
0.0087 |
0.0203 |
0.0444
|
표 4는 과산화수소 첨가량에 따른 반응속도를 나타낸 것이다.
도 21은 본 발명은 실시예에 따른 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체를 이용한 유기성 폐기물 처리방법에 있어서 과산화수소 첨가량에 따른 광촉매 활성을 나타낸 그래프이다.
표 4 및 도 21을 참조하면, 1.0 mL의 과산화수소가 첨가되는 경우 반응속도가 가장 빠르며, 광촉매 활성 또한 높은 것을 확인하였다.
<실험예 12> [MgAC]-Fe3O4/TiO2 파일럿 스케일 업
실시예 3의 [MgAC]-Fe3O4/TiO2 인 금속산화물 나노복합체를 바탕으로 실험실 규모가 아닌 파일럿 스케일 규모의 유기성 폐기물의 처리 가능 여부를 확인하였다.
도 22는 본 발명은 실시예에 따른 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체를 이용한 유기성 폐기물 처리방법에 있어서 파일럿 규모(100L)의 반응에서 광촉매 활성을 나타낸 그래프이다.
도 22를 참조하면, 0.1g의 [MgAC]-Fe3O4/TiO2 인 금속산화물 나노복합체에서 MB 분해능이 가장 높은 것을 확인하였다.
한편 다른 유기성 물질인 세균성 박테리아 제거 가능성을 확인하기 위하여 경기도 성남 복정 지하수를 취수하여 [MgAC]-Fe3O4/TiO2 인 금속산화물 나노복합체로 처리하였다.
처리 전 7.8x103 CFU/mL의 박테리아, 23 CFU/mL의 Escherichia coli를 확인하였으나, 금속산화물 나노복합체 처리 후 20분 이내로 박테리아 및 Escherichia coli를 확인하지 못하였다.
따라서 100L에서의 파일럿 스케일 규모에서 생물성 폐기물질을 포함한 유기성 폐기물을 처리할 수 있는 것을 확인하였다.
지금까지 본 발명에 따른 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체, 이의 제조방법 및 이를 이용한 유기성 폐기물의 처리방법에 관한 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 실시 변형이 가능함은 자명하다.
그러므로 본 발명의 범위에는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
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.
Claims (21)
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- (a) 마그네슘-아미노점토를 준비하는 단계;
(b) 상기 마그네슘-아미노점토와 금속산화물 전구체를 혼합하여 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체를 생성하는 단계; 및
(c) 상기 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체를 회수하여 건조하는 단계를 포함하되,
상기 마그네슘-아미노점토는 마그네슘 이온(Mg2+)과 (3-아미노프로필)-트리에탁시실란이 졸-겔법을 이용하여, 원-팟 공정으로 형성되고 마그네슘-아미노점토에 금속산화물이 고정되고,
상기 (b) 단계는 상기 마그네슘-아미노점토와 혼합되는 금속산화물 전구체가 염화철(FeCl3·6H2O)인 경우에 염화철(FeCl3·6H2O)에 대하여 마그네슘-아미노점토가 일정비율로 혼합되는 것을 특징으로 하는 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체 제조방법.
- (a) 마그네슘-아미노점토를 준비하는 단계;
(b) 상기 마그네슘-아미노점토와 금속산화물 전구체를 혼합하여 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체를 생성하는 단계; 및
(c) 상기 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체를 회수하여 건조하는 단계를 포함하되,
상기 마그네슘-아미노점토는 마그네슘 이온(Mg2+)과 (3-아미노프로필)-트리에탁시실란이 졸-겔법으로 형성되고 마그네슘-아미노점토에 금속산화물이 원-팟 공정으로 고정되고,
상기 (b) 단계에서 염화철(FeCl3·6H2O)을 금속산화물 전구체로 선택하고 다시 티타늄 n-부톡사이드(titanium n-butoxide)를 첨가하고 반응시켜, 마그네슘-아미노점토 산화철(Fe3O4) 나노복합체의 외부에 이산화티타늄(TiO2)이 형성되는 것을 특징으로 하는 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체 제조방법.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제5항에 있어서,
상기 금속산화물 전구체가 염화철(FeCl3·6H2O)로 선택되는 경우 C1 내지 C4의 알콜 용매 또는 물 용매에서 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체를 생성하는 것을 특징으로 하는 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체 제조방법.
- 삭제
- 제5항에 있어서,
상기 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체를 회수하여 건조하는 단계에서 350 ℃ 내지 500 ℃에서 열처리하는 것을 특징으로 하는 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체 제조방법.
- 제6항에 있어서,
상기 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체를 회수하여 건조하는 단계에서 350 ℃ 내지 500 ℃에서 열처리하는 것을 특징으로 하는 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체 제조방법.
- 삭제
- (1) 마그네슘-아미노점토를 준비하는 단계;
(2) 상기 마그네슘-아미노점토와 금속산화물 전구체를 혼합하여 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체를 생성하는 단계;
(3) 상기 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체를 회수하여 건조하는 단계; 및
(4) 상기 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체와 유기성 폐기물을 혼합하여 광촉매 분해 반응을 유도하는 단계를 포함하되, 상기 마그네슘-아미노점토는 마그네슘 이온(Mg2+)과 (3-아미노프로필)-트리에탁시실란이 졸-겔법을 이용하여, 원-팟 공정으로 형성되고 마그네슘-아미노점토에 금속산화물이 고정되며,
상기 금속산화물 전구체가 염화철(FeCl3·6H2O)로 선택되는 경우에는 상기 (2) 단계에서 C1 내지 C4 알콜 용매 또는 물 용매에서 염화철(FeCl3·6H2O)에 대하여 마그네슘-아미노점토를 일정비율로 혼합하여 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체를 생성하는 것을 특징으로 하는 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체를 이용한 유기성 폐기물 처리방법.
- (1) 마그네슘-아미노점토를 준비하는 단계;
(2) 상기 마그네슘-아미노점토와 금속산화물 전구체를 혼합하여 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체를 생성하는 단계;
(3) 상기 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체를 회수하여 건조하는 단계; 및
(4) 상기 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체와 유기성 폐기물을 혼합하여 광촉매 분해 반응을 유도하는 단계를 포함하되, 상기 마그네슘-아미노점토는 마그네슘 이온(Mg2+)과 (3-아미노프로필)-트리에탁시실란이 졸-겔법을 이용하여, 원-팟 공정으로 형성되고 마그네슘-아미노점토에 금속산화물이 고정되며,
상기 마그네슘-아미노점토와 혼합되는 금속산화물 전구체가 염화철(FeCl3·6H2O)로 선택되는 경우에는 상기 (2) 단계에서 마그네슘-아미노점토 산화철(Fe3O4)를 합성하여 선택하고, 다시 티타늄 n-부톡사이드(titanium n-butoxide)를 첨가하고 반응시켜 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체의 외부에 이산화티타늄(TiO2)이 형성된 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체를 수득하고, 상기 (4) 단계에서 과산화수소(H2O2)를 더 첨가하는 것을 특징으로 하는 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체를 이용한 유기성 폐기물 처리방법.
- 제16항에 있어서,
상기 (4) 단계에서 교반하고, 광에너지를 조사하는 것을 특징으로 하는 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체를 이용한 유기성 폐기물 처리방법.
- 제17항에 있어서,
상기 (4) 단계에서 교반하고, 광에너지를 조사하는 것을 특징으로 하는 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체를 이용한 유기성 폐기물 처리방법.
- 삭제
- 제17항에 있어서,
금속산화물 전구체로 상기 외부에 이산화티타늄(TiO2)이 형성된 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체 0.1g에 대하여 1 mL의 과산화수소를 첨가하고, 365 nm의 광에너지를 3시간 동안 조사하여 포토-펜톤(photo-fenton) 반응을 유도하는 것을 특징으로 하는 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체를 이용한 유기성 폐기물 처리방법.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020170055587A KR101981327B1 (ko) | 2017-04-28 | 2017-04-28 | 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체, 이의 제조방법 및 이를 이용한 유기성 폐기물 처리방법 |
| PCT/KR2018/001168 WO2018199440A1 (ko) | 2017-04-28 | 2018-01-26 | 마그네슘-아미노점토 금속복합체 나노복합체, 이의 제조방법 및 이를 이용한 유기성 폐기물 처리방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020170055587A KR101981327B1 (ko) | 2017-04-28 | 2017-04-28 | 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체, 이의 제조방법 및 이를 이용한 유기성 폐기물 처리방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20180121188A KR20180121188A (ko) | 2018-11-07 |
| KR101981327B1 true KR101981327B1 (ko) | 2019-05-22 |
Family
ID=63918382
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020170055587A KR101981327B1 (ko) | 2017-04-28 | 2017-04-28 | 마그네슘-아미노점토 금속산화물 나노복합체, 이의 제조방법 및 이를 이용한 유기성 폐기물 처리방법 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101981327B1 (ko) |
| WO (1) | WO2018199440A1 (ko) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101476157B1 (ko) * | 2013-06-24 | 2014-12-26 | 인하대학교 산학협력단 | 철-아미노점토로 자가조립된 그래핀 산화물 및 이의 제조 방법 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100525465B1 (ko) * | 2002-12-27 | 2005-11-02 | 한국과학기술연구원 | 나노크기로 담지된 철촉매를 이용한 음용수용 수처리 방법 |
| KR100969650B1 (ko) | 2008-02-21 | 2010-07-14 | 성균관대학교산학협력단 | 비표면적이 증가된 신규한 이산화티탄 촉매를 사용하여ｖｏｃ를 분해하는 방법 |
| KR101021567B1 (ko) * | 2009-05-25 | 2011-03-16 | 성균관대학교산학협력단 | 광촉매, 이의 제조방법 및 이를 이용한 휘발성 유기물의 분해 방법 |
-
2017
- 2017-04-28 KR KR1020170055587A patent/KR101981327B1/ko active IP Right Grant
-
2018
- 2018-01-26 WO PCT/KR2018/001168 patent/WO2018199440A1/ko active Application Filing
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101476157B1 (ko) * | 2013-06-24 | 2014-12-26 | 인하대학교 산학협력단 | 철-아미노점토로 자가조립된 그래핀 산화물 및 이의 제조 방법 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Young-Chul Lee et al. Aminoclay-conjugated TiO2 synthesis for simultaneous harvesting and wet-disruption of oleaginous Chlorella sp. Chemical Engineering Journal. 2014, Vol. 245, pp. 143-149. 사본 1부.* |
| 하이브리드 고도산화 촉매 개발 눈앞. 한국경제신문, [online], 2017년 4월 26일, [2018년 3월 18일 검색], 인터넷: < URL: http://newslabit.hankyung.com/news/app/newsview.php?aid=2017042684051> 사본 1부.* |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2018199440A1 (ko) | 2018-11-01 |
| KR20180121188A (ko) | 2018-11-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Iqbal et al. | Deep eutectic solvent-mediated synthesis of ceria nanoparticles with the enhanced yield for photocatalytic degradation of flumequine under UV-C | |
| Hasanpour et al. | Photocatalytic performance of aerogels for organic dyes removal from wastewaters: Review study | |
| Sharma et al. | Adsorptional-photocatalytic removal of fast sulphon black dye by using chitin-cl-poly (itaconic acid-co-acrylamide)/zirconium tungstate nanocomposite hydrogel | |
| Sharotri et al. | Experimental and theoretical investigations of Mn-N-co-doped TiO2 photocatalyst for visible light induced degradation of organic pollutants | |
| Anirudhan et al. | Nano-zinc oxide incorporated graphene oxide/nanocellulose composite for the adsorption and photo catalytic degradation of ciprofloxacin hydrochloride from aqueous solutions | |
| Babaei et al. | A heterogeneous photocatalytic sulfate radical-based oxidation process for efficient degradation of 4-chlorophenol using TiO2 anchored on Fe oxides@ carbon | |
| Liu et al. | Synthesis of N and La co-doped TiO2/AC photocatalyst by microwave irradiation for the photocatalytic degradation of naphthalene | |
| KR101925751B1 (ko) | 다이옥신 처리용 광촉매, 그 제조방법 및 이를 이용한 토양 중 다이옥신 처리방법 | |
| US9868109B2 (en) | Titanate / titania composite nanoparticle | |
| US20100193449A1 (en) | Materials and methods for removing arsenic from water | |
| Ahmadi et al. | Intensified photodegradation of nitrobenzene using ZnO-anchored spinel cobalt ferrite: environmental application, mechanism, and degradation pathway | |
| CN108212158B (zh) | 一种芬顿催化剂及其制备方法和用途 | |
| Rizi et al. | Photocatalytic degradation of cationic and anionic organic pollutants in water via Fe-g-C3N4/CF as a macroscopic photo-Fenton catalyst under visible light irradiation | |
| Jiang et al. | Catalytic wet peroxide oxidation of phenolic wastewater on novel Cu/Mn-UiO-66@ Al2O3 ceramic tube membrane catalysts | |
| Mohan et al. | E‐waste based V2O5/RGO/Pt nanocomposite for photocatalytic degradation of oxytetracycline | |
| CN108940376A (zh) | 一种表面有机络合硫化铜芬顿催化剂及其合成方法与应用 | |
| Kang et al. | Strategy to enhance photocatalytic performance of heterojunctional composite by dimensionality modulating: Insights into the scheme in interfacial charge migration and mass transfer | |
| Sahu et al. | Novel metal-free in-plane functionalized graphitic carbon nitride with graphene quantum dots for effective photodegradation of 4-bromophenol | |
| Hsu et al. | Photocatalytic removal of trichloroethylene from water with LaFeO 3 | |
| Basaleh et al. | Developing controllable mesoporous CoTiO3/C3N4 heterostructures for enhanced photocatalytic performances | |
| KR20160011725A (ko) | 광촉매용 이산화티타늄/그래핀 복합체의 제조방법 | |
| Ali et al. | Utilization of activated carbon for maximizing the efficiency of zirconium oxide for photodegradation of 4-octylphenol | |
| Zhang et al. | Promoting the Photo-Fenton catalytic activity with carbon dots: Broadening light absorption, higher applicable pH and better reuse performance | |
| Bury et al. | Novel photo-Fenton nanocomposite catalyst based on waste iron chips-Ti3C2Tx MXene for efficient water decontamination | |
| KR20180051250A (ko) | 과산화수소 분해 촉매 및 그 제조방법, 상기 촉매를 이용한 과산화수소 분해 장치 및 방법 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| AMND | Amendment | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| AMND | Amendment | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| AMND | Amendment | ||
| E601 | Decision to refuse application | ||
| AMND | Amendment | ||
| X701 | Decision to grant (after re-examination) | ||
| GRNT | Written decision to grant |