KR101999055B1 - 과황산 이온 서방성 구조체, 이의 제조방법 및 이를 이용한 유기 오염 물질 처리 방법 - Google Patents

과황산 이온 서방성 구조체, 이의 제조방법 및 이를 이용한 유기 오염 물질 처리 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다당류, 구연산나트륨 및 아세트산셀룰로오스를 포함하는 복합체;를 포함하고, 상기 복합체 내에 담지된 과황산염을 포함하며, 수성 환경에서 과황산 이온(persulfate ion)을 방출하는 과황산 이온 서방성 구조체에 관한 것으로 상기 과황산 이온 서방성 구조체는 토양 또는 지하수 내에 유기 오염 물질 처리에 사용될 수 있다.

Description

과황산 이온 서방성 구조체, 이의 제조방법 및 이를 이용한 유기 오염 물질 처리 방법{PERSULFATE ION SLOW-RELEASE STRUCTURE, MANUFACTURING METHOD OF THE SAME, AND TREATING METHOD OF ORGANIC COMPOUNDS USING THE SAME}
본 발명은 과황산 이온 서방성 구조체에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 과황산 이온을 방출하는 서방성 구조체, 이의 제조 방법 및 이를 이용한 유기 오염 물질의 처리방법에 관한 것이다.
다환 방향족 탄화수소(PAHs, Polycyclic aromatic hydrocarbons)는 대표적인 소수성 유기 오염 물질(Hydrophobic Organic Compound, HOCs)로, 둘 이상의 벤젠 고리를 포함하는 방향족 탄화수소이다. 다환 방향족 탄화수소는 암 또는 돌연변이를 유발하는 유해성이 있는 것으로 알려져 있으며, 최근 산업 현장 등에서 배출되어 토양 뿐만 아니라 지하수를 비롯한 여러 환경 매체에 많이 노출되어 이로인한 환경 오염 문제가 심각하다.
이러한 토양 및 지하수 내에 환경 오염 문제를 해결하기 위해서 미생물이나 식물을 이용하는 방법 등이 있으나, 주입 방법 및 주입 장치에 대한 기술이 대부분으로, 종래의 방법과 같이 오염 물질 처리를 위해 주입된 물질은 오염 물질 뿐만 아니라, 토양 중 다른 유기물질과도 반응하여 소모될 수 있기 때문에 오염 물질 처리에 사용되는 처리 물질의 사용량이 증가하여, 전체 정화 비용을 증가시킬 수 있고, 그에 비해 처리 효율은 떨어질 수 있다. 토양 및 지하수의 오염 물질 처리시, 처리 물질의 토양 내 지속성이 주요 인자로 작용하게 되는데, 이는 지속 시간에 따라 오염 물질과의 접촉 시간이 길어지고, 오염된 부분까지 처리 물질이 소모되지 않고 잘 전달되어야 하기 때문이다.
따라서 장기간에 걸쳐 효율적으로 토양 및 지하수 내의 다환 방향족 탄화수소를 처리할 수 있는 새로운 방법이 필요하다.
본 발명의 일 목적은 토양이나 지하수 등의 환경 내의 오염 물질인 다환 방향족 탄화수소를 화학적으로 처리하기 위한 산화제가 담지되어, 지속적이고 오랜 기간 동안 산화제가 공급될 수 있는 과황산 이온 서방성 구조체, 이의 제조 방법 및 이를 이용한 오염 물질 처리 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 목적을 위한 과황산 이온 서방성 구조체는 다당류(polysaccharide), 구연산나트륨(sodium citrate) 및 아세트산셀룰로오스(cellulose acetate)를 포함하는 복합체;를 포함하고, 상기 복합체 내에 과황산염(persulfate)이 담지된 것이다.
일 실시예에서 상기 과황산 이온 서방성 구조체는 수성 환경에서 과황산 이이온(persulfate ion)을 서방성 방출하는 것 일 수 있다.
일 실시예에서 상기 과황산 이온 서방성 구조체는 토양 또는 지하수 내의 유기 오염 물질(Organic Pollutants)을 화학적으로 산화하는 것일 수 있다.
일 실시예에서 상기 과황산 이온 서방성 구조체는 토양 또는 지하수 내에서 수분을 흡수하고 과황산 이온을 방출함으로써, 상기 토양 또는 지하수 내의 유기 오염 물질을 산화하는 것일 수 있다.
일 실시예에서 상기 과황산 이온 서방성 구조체의 상기 다당류 및 아세트산셀룰로오스는 하이드로겔을 형성하는 것일 수 있다.
일 실시예에서 상기 과황산 이온 서방성 구조체는 상기 구연산나트륨 및 아세트산셀룰로오스 중에서 적어도 하나 이상을 포함함으로써, 상기 과황산 이온을 더 서방성 방출하는 것일 수 있다.
일 실시예에서 상기 유기 오염 물질은 다환 방향족 탄화수소(Polycyclic aromatichydrocarbon, PAHs), 벤젠(Benzene), 톨루엔(Toluene), 에틸벤젠(Enthylbenzene), 자일렌(Xylene), 및 페놀(Phenol) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
일 실시예에서 상기 과황산 이온 서방성 구조체는 상기 아세트산셀룰로오스 100 중량부 대비 상기 다당류 10 내지 40 중량부, 상기 구연산나트륨 60 내지 150 중량부, 상기 과황산염 50 내지 100 중량부를 포함하는 것 일 수 있다.
일 실시예에서 상기 과황산염은 과황산나트륨(Sodium Persulfate) 및 과황산칼륨(Potassium Persulfate) 중에서 적어도 하나 이상일 수 있다.
일 실시예에서 상기 다당류는 한천(agar)일 수 있다.
일 실시예에서 상기 과황산 이온 서방성 구조체는 비드형(bead type) 또는 구형(spherical shape)일 수 있다.
본 발명의 다른 목적인 과황산 이온 서방성 구조체의 제조 방법은 증류수, 다당류, 구연산나트륨, 황산염 및 아세트산셀룰로오스를 포함하는 혼합용액을 제조하는 제1 단계; 및 상기 혼합용액을 용매 상에 적가(drop-wise)하는 제2 단계;를 포함한다.
일 실시예에서 2 단계에 의해 상기 과황산 이온 서방성 구조체가 구형으로 형성될 수 있다.
일 실시예에서 상기 과황산염은 상기 과황산염은 과황산나트륨 및 과황산칼륨 중 적어도 어느 하나일 수 있다.
일 실시예에서 상기 다당류는 한천일 수 있다.
상기 용매는 디클로로메탄일 수 있다.
본 발명의 다른 목적을 위한 유기 오염 물질의 처리 방법은 과황산 이온 서방성 구조체를 토양 또는 지하수 내에 설치하여 상기 토양 또는 지하수 내의 유기 오염 물질을 산화 처리하는 것이다.
일 실시예에서 상기 과황산 이온 서방성 구조체는 토양 또는 지하수 내에 수분을 흡수하여 팽윤하고 과황산 이온을 방출함으로써 유기 오염 물질을 산화 처리할 수 있다.
일 실시예에서 상기 과황산 이온 서방성 구조체는 과황산 이온을 서방성 방출하는 것일 수 있다.
본 발명의 과황산 이온 서방성 구조체는 다환 방향족 탄화수소로 오염된 토양 또는 지하수 내에서 과황산 이온을 방출하여 다환 방향족 탄화수소를 산화시킴으로써 오염 물질을 처리할 수 있으며, 비드형으로 형성된 경우 굴착없이 오염 지역에 쉽게 직접 설치가 가능하고, 장시간에 걸쳐 지속적으로 넓은 지역에 안정적으로 오염 물질을 처리할 수 있다. 또한, 산화제로써의 지속 시간이 길어짐에 따라 산화제 투입 주기가 길어지고, 과황산은 다환 방향족 탄화수소와의 반응성이 높으므로 효율적인 다환 방향족 탄화수소 처리가 가능하므로 처리 비용 역시 절감되는 효과가 있다.
도 1은 일 실시예에 따라 제조된 본 발명의 서방성 구조체의 이미지를 나타낸 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따라 제도된 구조체의 이미지를 나타낸 도면이다.
도 3 내지 도 5는 일 실시예에 따라 제조된 과황산 이온 서방성 구조체의 실험 결과를 나타낸 도면들이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 발명의 과황산 이온 서방성 구조체는 다당류(polysaccharide), 구연산나트륨(sodium citrate) 및 아세트산셀룰로오스(cellulose acetate)를 포함하는 복합체;를 포함하고, 상기 복합체 내에 과황산염(persulfate)이 담지된 것이다.
일 실시예에서 상기 과황산 이온 서방성 구조체는 수성 환경에서, 상기 과황산 이온 서방성 구조체에 포함된 과황산염으로부터 과황산 이온(persulfate ion)을 서방성 방출하는 것 일 수 있다.
일 실시예에서 상기 과황산 이온 서방성 구조체는 토양 또는 지하수 내의 유기 오염 물질(Organic Pollutants)을 화학적으로 산화시키는 것일 수 있다.
일 실시예에서 상기 과황산 이온 서방성 구조체는 토양 또는 지하수 내에서 수분을 흡수하고 과황산 이온을 방출함으로써, 유기 오염 물질을 산화하는 것일 수 있다.
일 실시예에서 상기 과황산 이온 서방성 구조체는 다당류, 아세트산셀룰로오스, 구연산나트륨, 과황산염을 포함하고, 상기 과황산 이온 서방성 구조체가 토양 또는 지하수 내에 배치 또는 설치되는 경우에는 상기 토양 또는 지하수 내에 존재하는 수분을 흡수하여 팽윤되고, 과황산 이온을 서방성 방출함으로써, 상기 토양 또는 지하수 내의 유기 오염 물질을 산화 처리 할 수 있다.
일 실시예에서 상기 과황산 이온 서방성 구조체의 상기 다당류 및 아세트산셀룰로오스는 하이드로겔을 형성할 수 있다. 일 실시예에서 상기 다당류 및 아세트산셀룰로오스는 고르게 분산되어 하이드로겔을 형성하는 것일 수 있고, 또는 결합됨으로써 하이드로겔을 형성하는 것일 수 있다. 예를 들어 상기 과황산 이온 서방성 구조체는 다당류 및 아세트산셀룰로오스가 가교결합함으로써 형성되는 것일 수 있다. 예를 들어 다당류의 하이드록시기와 아세트산셀룰로오스의 에스터기가 수소결합을 형성하는 것일 수 있다.
일 실시예에서 상기 과황산 이온 서방성 구조체는 상기 구연산나트륨 및 아세트산셀룰로오스 중에서 적어도 하나 이상을 포함함으로써, 상기 과황산 이온을 더 서방성 방출하는 것일 수 있다. 상기 과황산 이온 서방성 구조체에 상기 구연산나트륨이 포함됨으로써, 과황산 이온이 더 서방성 방출하는 효과를 나타낼 수 있고,상기 구연산 나트륨이 상기 과황산 이온 서방성 구조체에 포함됨으로써, 상기 과황산 이온 서방성 구조체에 내구성을 향상시킬 수 있다.
또한 상기 과황산 이온 서방성 구조체에 아세트산셀룰로오스가 포함됨으로써, 과황산 이온이 더 서방성 방출하는 효과를 나타낼 수 있다. 본 발명의 과황산 이온 서방성 구조체는 구연산나트륨 및 아세트산세룰로오스를 모두 포함함으로써 과황산 이온의 서방성 방출 효과가 매우 우수하게 나타날 수 있다.
일 실시예에서 상기 과황산 이온 서방성 구조체는 다당류 또는 친수성 고분자, 구연산나트륨 및 아세트산셀룰로오스, 과황산염을 포함하며, 상기 과황산 이온 서방성 구조체는 토양 및 지하수와 같은 수분이 존재하는 환경에서 과황산 이온을 서방성 또는 서서히 방출함으로써 상기 토양 및 지하수 내의 유기 오염 물질을 화학적으로 산화시켜 처리할 수 있다.
일 실시예에서 상기 유기 오염 물질은 다환 방향족 탄화수소(polycyclic aromatichydrocarbon, PAHs), 벤젠(Benzene), 톨루엔(Toluene), 에틸벤젠(Enthylbenzene), 자일렌(Xylene), 및 페놀(Phenol) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 상기 유기 오염 물질은 다환 방향족 탄화수소 또는 BTEX, 페놀 등일 수 있다. BTEX는 벤젠, 톨루엔, 에틸벤젠, 자일렌을 포함하는 방향족 탄화수소류 화합물을 의미하며, 유독성이 강하고 피부에 묻으면 지방질을 통과해 체내에 흡수된다. 대부분 중독성이 강해 뇌와 신경에 해를 끼치는 독성 물질들이다.
일 실시예에서 상기 과황산 이온 서방성 구조체는 상기 아세트산셀룰로오스 100 중량부 대비 상기 다당류 10 내지 40 중량부, 상기 구연산나트륨 60 내지 150 중량부, 상기 과황산염 50 내지 100 중량부를 포함하는 것 일 수 있다.
다르게 말하면, 예를 들어 다당류를 무게가 1 g 인 경우를 기준으로 구연산나트륨은 4 g, 과황산염은 1.5 g, 아세트산셀룰로오스는 1.5 g 내지 3 g 일 수 있다.
예를 들어 상기 과황산 이온 서방성 구조체를 기준으로 상기 다당류의 무게비가 0.1 이하인 경우에는 하이드로젤이 형성되지 않는 문제점이 발생할 수 있으며, 0.5 이상인 경우에는 너무 빠르게 하이드로젤화 되어 다른 물질들과의 혼합이 어려운 문제점이 발생할 수 있다.
상기 구연산나트륨의 무게비가 너무 적은 경우에는 상기 과황산 이온 서방성 구조체의 내구성이 약해질 수 있고, 무게비가 너무 큰 경우에는 구형으로 제조되지 않으며, 상기 과황산 이온 서방성 구조체가 균일하게 형성되지 않을 수 있다.
일 실시예에서 상기 과황산염은 과황산나트륨(Sodium Persulfate) 및 과황산칼륨(Potassium Persulfate) 중에서 적어도 하나 이상일 수 있다. 상기 과황산염은 과황산의 수소를 금속이나 암모늄 이온 등으로 치환한 염을 의미하며, 과산화황산염(M2SO5), 과산화이중황산염(M2S2O8) 등을 의미하는 것 일 수 있다. 과황산염은 산화 환원 전위가 + 2.01 V로 강력한 산화력을 가지는 산화제로 사용될 수 있으며, 물에 대한 용해도가 높고, 높은 pH 범위에서도 적용이 용이하다는 장점이 있다. 예를 들어 상기 과황산염은 과항산나트륨, 과황산칼륨 등일 수 있다. 또는 상기 과황산염은 다른 금속을 포함하는 과황산염일 수도 있다.
일 실시예에서 상기 과황산염과 아세트산셀룰로오스의 비율은 상기 과황산염을 기준으로 상기 아세트산셀룰로오스가 1 내지 2 일 수 있다. 상기 아세트산셀룰로오스의 비율이 0.5 보다 작은 경우에는, 서방성 효과를 보기 어려울 수 있고, 상기 아세트산셀룰로오스의 비율이 3 보다 큰 경우에는 본 발명의 과황산 이온 서방성 구조체가 구형으로 형성되지 않을 수 있어 서방성 효과의 효율성이 떨어질 수 있다.
일 실시예에서 상기 다당류는 친수성 고분자(hydrophilic polymer)일 수 있다.
일 실시예에서 상기 다당류는 한천(agar)일 수 있다. 예를 들어 알긴산나트륨(sodium alginate), 칼슘 락테이트 클루코네이트(calcium lactate gluconate), 아가로스(agarose), 아가로펙틴(agaropectin), 알긴산(alginase), 카라기난(carageenan) 등 겔화 가능한 다당류가 사용될 수 있다.
일 실시예에서 상기 과황산 이온 서방성 구조체는 상기 구연산나트륨 및 아세트산셀룰로오스 중에서 적어도 하나 이상을 포함함으로써, 상기 과황산 이온을 더 서방성 방출하는 것일 수 있다. 예를 들어 구연산나트륨 및 아세트산셀룰로오스를 포함하지 않는 경우에는 한천과 과황산염이 구조체와 유사하게 형성되지만, 내구성이 약해 쉽게 부서지는 문제점이 발생할 수 있다.
일 실시예서 한천 및 아세트산셀룰로오스가 화학적으로 결합하는 것일 수 있다. 예를 들어 한천의 하이드록시기와 아세트산세룰로오스의 에스터기가 수소 결합을 형성하는 것일 수 있다.
일 례로 상기 과황산 이온 서방성 구조체는 상기 아세트산셀룰로오스 100 중량부 대비 상기 한천 10 내지 40 중량부, 상기 구연산나트륨 60 내지 150 중량부, 상기 과황산칼륨 50 내지 100 중량부를 포함하는 것 일 수 있다.
일 실시예에서 상기 과황산 이온 서방성 구조체는 여러 가지 형태일 수 있고 예를 들어 비드형(bead type) 또는 구형(spherical shape)일 수 있다. 상기 과황산 이온 서방성 구조체가 구형일 경우 더욱 쉽고 효과적으로 토양 또는 지하수 내의 유기 오염 물질을 처리할 수 있다.
본 발명의 과황산 이온 서방성 구조체에서 방출되는 과황산 이온은 위에서 나타낸 것과 같이 유기 오염 물질과의 반응성이 우수하고 높은 산화 환원 전위를 갖는 강력한 산화제이므로, 토양 또는 지하수 내에 유기 오염 물질을 지속적이고 효율적으로 처리할 수 있으며 처리 방법이 간단하고 처리 비용이 감소될 수 있다.
상기 과황산 이온 서방성 하이드로겔 구조체는 수성 환경에서 수분을 흡수하여 팽윤하고 과황산 이온(S2O8 2-)을 방출할 수 있다. 과황산 이온은 과황산염이 수분에 의해 용해되어 방출되는 것일 수 있다. 이때, 과황산 이온의 방출은 서방성(slow release) 방출일 수 있다. 서방성 방출은 장시간에 걸쳐 서서히 방출되는 것을 의미하며, 지효성 방출 등과 동일한 의미일 수 있다. 일례로, 상기 과황산 이온 서방성 하이드로겔 구조체는 상기 과황산 이온을 1 시간 이상, 예를 들어 1 일 내지 30 일 동안 서방성 방출할 수 있다. 상기 과황산 이온 서방성 하이드로겔 구조체는 과황산 이온 서방성 방출 특성에 기인하여, 토양 또는 지하수 내의 유기 오염 물질을 화학적 산화 처리할 수 있다.
본 발명은 토양 및 지하수 등의 환경 내에 존재하는 유기 오염 물질을 효율적이고 지속적으로 산화 처리 하기 위해 과황산 이온(persulfate ion, S2O8 2-)을 포함하는 과황산 이온 서방성(slow-release) 구조체에 관한 것으로, 본 발명을 통해서 과황산염, 아세트산셀룰로오스, 다당류, 구연산나트륨을 이용하여 과황산 이온을 담지하고 담지된 과황산 이온을 서서히 방출하는 과황산 이온 서방성 구조체를 제조할 수 있고, 이를 이용하여 유기 오염 물질을 처리할 수 있다.
일 실시예에서 상기 과황산 이온 서방성 구조체는 수성 환경에서 수분을 흡수하여 팽윤하고 과황산 이온을 방출하는 것 일 수 있다.
일 실시예에서 과황산 이온은 과황산염이 수분에 의해 용해되어 방출되는 것일 수 있다. 이때 과황산 이온의 방출은 서방성 방출일 수 있으며, 서방성 방출은 장기간에 걸쳐 서서히 방출되는 것을 의미한다.
일 실시예에서 상기 과황산 이온 서방성 구조체는 과황산 이온 서방성 방출 특성을 통해 토양 또는 지하수 내의 유기 오염 물질을 화학적 산화시킴으로써, 장기간에 걸쳐 서서히 오염 물질을 처리할 수 있다.
본 발명의 과황산 이온 서방성 구조체의 제조 방법은 증류수, 다당류, 구연산나트륨, 황산염 및 아세트산셀룰로오스를 포함하는 혼합용액을 제조하는 제1 단계; 및 상기 혼합용액을 용매 상에 적가(drop-wise)하는 제2 단계;를 포함한다.
일 실시예에서 2 단계에 의해 상기 과황산 이온 서방성 구조체가 구형으로 형성될 수 있다.
일 실시예에서 과황산 이온 서방성 구조체의 제조 방법은 과황산염 및 아세트산셀룰로오스 혼합하여 혼합물을 제조하는 제1-1 단계; 증류수, 다당류 및 구연산나트륨을 포함하는 수용액에 상기 혼합물을 첨가하여 혼합용액을 제조하는 제1-2 단계; 및 상기 혼합용액을 용매 상에 적가하는 제2 단계;를 포함할 수 있다.
일 실시예에서 상기 제1-1 단계 이후에 분쇄 및 건조하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서 상기 제2 단계는 용매 상에 혼합용액을 떨어뜨려 구형의 과황산 이온 서방성 구조체를 제조하는 것 일 수 있다. 예를 들어 용매 상에 상기 혼합용액을 한방울씩 떨어뜨려 상기 과황산 이온 서방성 구조체를 제조하는 것일 수 있고, 또는 노즐을 이용하여 상기 혼합용액을 분사하여 제조하는 것 일 수 있다.
일 실시예에서 본 발명의 과황산 이온 서방성 구조체는 과황산염, 아세트산셀룰로오스, 한천, 구연산나트륨을 일정 비율로 혼합한 다음 용매에 적가하여 제조되며, 과황산염이 담지 또는 포함된 구 형태(비드형)의 구조체가 제조될 수 있다. 또한 상기 구조체는 수성 환경에서 과황산 이온을 방출할 수 있다.
일 실시예에서 상기 과황산 이온 서방성 구조체는 다음과 같이 제조할 수 있다. 과황산염 및 아세트산셀룰로오스를 혼합하여 혼합물을 제조한다. 상기 혼합물을 막자에 넣고 균일하게 분쇄한 다음, 100 ℃ 이상에서 30 분 이상 건조시켜 수분을 모두 제거한다. 이어서 증류수에 다당류 및 구연산나트륨을 넣은 수용액을 준비하고, 상기 혼합물을 첨가하여 교반함으로써 혼합용액을 제조한다. 이후, 노즐을 이용하여 상기 혼합용액을 용매에 분사하여 제조한다.
일 실시예에서 제조된 상기 과황산 이온 서방성 구조체는 증류수로 세척한 다음 상온에서 24 시간 이상 건조시킨 후, 갈색 유리병에 밀폐하여 보관한다.
일 실시예에서 상기 과황산염은 상기 과황산염은 과황산나트륨 및 과황산칼륨 중 적어도 어느 하나일 수 있으며, 과황산염을 포함하는 것은 제한없이 사용할 수 있다.
일 실시예에서 상기 다당류는 한천일 수 있다.
일 실시예에서 상기 용매는 유기 용매일 수 있다. 일 실시예에서 상기 용매는 예를 들어 디클로로메탄, 헥산, 메탄올 일 수 있다.
일 실시예에서 상기 과황산 이온 서방성 구조체의 제조 방법은 과황산염, 아세트산셀룰로오스, 한천 및 구연산나트륨을 혼합하는 것 일 수 있다.
본 발명의 유기 오염 물질 처리 방법은 상기 과황산 이온 서방성 구조체를 토양 또는 지하수 내에 설치하여 상기 토양 또는 지하수 내의 유기 오염 물질을 산화 처리 하는 것이다.
일 실시예에서 상기 과황산 이온 서방성 구조체는 토양 또는 지하수 내의 유기 오염 물질을 화학적 산화 방법으로 처리할 수 있다.
일 실시예에서 상기 유기 오염 물질은 다환 방향족 탄화수소일 수 있고, 예를 들어 벤젠, 톨루엔, 에틸벤젠, 자일렌 및 페놀 중 적어도 하나 이상일 수 있다. 상기 과황산 이온 서방성 구조체는 토양이나 지하수 등의 환경 내의 오염 물질인 다환 방향족 탄화수소를 화학적으로 처리하기 위한 산화제가 담지되어, 지속적이고 오랜 기간 동안 산화제를 공급함으로써, 유기 오염 물질을 처리할 수 있다.
일 실시예에서 상기 과황산 이온 서방성 구조체는 토양 또는 지하수 내에 수분을 흡수하여 팽윤하고 과황산 이온을 방출함으로써 유기 오염 물질을 산화 처리할 수 있다.
일 실시예에서 상기 과황산 이온 서방성 구조체는 과황산 이온을 서방성 방출하는 것일 수 있다.
일 실시예에서 상기 과황산 이온 서방성 구조체를 토양 또는 지하수 내에 설치하면 상기 구조체가 설치된 토양 또는 지하수 내에 유기 오염 물질이 상기 구조체에서 방출되는 과황산염에 의해 산화 처리 될 수 있다.
일 실시예에서 상기 과황산 이온 서방성 구조체는 토양 또는 지하수 내에 설치 후 인위적인 조작없이 과황산 이온을 방출할 수 있다.
일 실시예에서 상기 과황산 이온 서방성 구조체는 서서히, 지속적이고 안정적으로 오랜 시간 동안 과황산염을 방출 할 수 있다.
일 실시예에서 상기 과황산 이온 서방성 구조체를 토양이나 지하수 내에 첨가 또는 배치시키면, 상기 과황산 이온 서방성 구조체가 토야잉나 지하수 내에 수분을 흡수하여 팽윤되고, 과황산 이온을 서방성 또는 서서히 방출할 수 있다. 본 발명의 과황산 이온 서방성 구조체를 이용하면, 과황산 이온이 서서히 방출되므로 유기 오염 물질의 산화 처리 지속 시간이 길어지고, 추가적인 산화제의 투입 없이 장기간 유기 오염 물질을 처리할 수 있다. 또한 과황산 이온의 확산 기작에 의해 보다 넓은 범위의 토양 및 지하수 내에 존재하는 유기 오염 물질을 산화 처리할 수 있다.
이하 본 발명의 실시예들에 대해 상술한다. 다만, 하기 실시예들은 본 발명의 일부 실시 형태에 불과한 것으로서, 본 발명이 하기 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.
실시예 1 : 본 발명의 과황산 이온 서방성 구조체 제조 1
일 실시예에 따라 본 발명의 과황산 이온 서방성 구조체를 제조하였다.
먼저, 과황산칼륨 및 아세트산셀룰로오스를 준비했다. 그리고 과황산칼륨 무게에 대해서 아세트산셀룰로오스 무게 비율이 1이 되도록(과황산칼륨 : 아세트산셀룰로오스 = 1 : 1) 과황산칼륨 3 g 및 아세트산셀룰로오스 3 g을 혼합하여 혼합물 1을 제조하였다. 혼합물 1을 막자에 넣고 균일하게 분쇄한 다음, 110 ℃에서 1 시간 동안 건조시켜 수분을 모두 제거하였다.
증류수 50 mL에 1 g의 한천 및 4 g의 구연산나트륨을 넣은 수용액을 준비하여 상기 혼합물 1을 넣고 교반하여 혼합용액을 제조하였다. 이후, 노즐을 이용하여 과황산이 혼합된 혼합용액을 디클로로메탄 용액에 분사하여 구형으로 제조하였다. 일 실시예에 따라 제조된 과황산 이온 서방성 구조체(비드형 과황산 이온 서방성 구조체 실시예 1)는 증류수로 세척한 다음, 2 일 내지 3 일 동안 상온에서 건조시킨 후 갈색 유리병에 밀폐 보관하여 사용한다.
실시예 2 : 본 발명의 과황산 이온 서방성 구조체 제조 2
과황산칼륨 무게에 대해서 아세트산셀룰로오스 무게 비율이 2가 되도록(과황산칼륨 : 아세트산셀룰로오스 = 1 : 2) 과황산칼륨 3 g 및 아세트산셀룰로오스 6 g을 혼합하여 혼합물 2를 제조하였다. 혼합물 2를 막자에 넣고 균일하게 분쇄한 다음, 110 ℃에서 1 시간 동안 건조시켜 수분을 모두 제거하였다.
증류수 50 mL에 1 g의 한천 및 4 g의 구연산나트륨을 넣은 수용액을 준비하여 상기 혼합물 2를 넣고 교반하여 혼합용액2를 제조하였다. 이후, 노즐을 이용하여 과황산이 혼합된 혼합용액2를 디클로로메탄 용액에 분사하여 구형으로 제조하였다. 일 실시예에 따라 제조된 과황산 이온 서방성 구조체(비드형 과황산 이온 서방성 구조체 실시예 2)는 증류수로 세척한 다음, 2 일 내지 3일 동안 상온에서 건조시킨 후 갈색 유리병에 밀폐 보관하여 사용한다.
도 1은 일 실시예에 따라 제조된 본 발명의 서방성 구조체의 이미지를 나타낸 것이다. 구체적으로 도 1은 일 실시예에 따라 효율적인 조합비로 제조된 본 발명의 비드형 과황산 이온 서방성 구조체의 모습을 나타낸 것이다.
도 2는 일 실시예에 따라 제도된 구조체의 이미지를 나타낸 도면이다.
구체적으로 도 2의 (a)는 한천 및 구연산나트륨으로만 구조체를 제조한 경우, 도 2의 (b)는 한천, 구연산나트륨 및 과황산칼륨으로 구조체를 제조한 경우, 도 2의 (c)는 한천, 구연산나트륨, 과황산칼륨 및 아세트산셀룰로오스를 이용하여 구조체를 제조한 경우로 각각의 제조된 구조체의 실제 이미지를 나타낸 것이다. 도 2를 보면, 세가지 경우 모두 구형의 구조체를 형성하기는 하나, 도 2의 (a)의 경우는 형태가 유지되지 못하고 쉽게 깨져버리는 문제점을 확인할 수 있었다.
실험예 1 : 과황산 이온 서방성 구조체 내 아세트산셀룰로오스 첨가에 따른 과황산 방출 속도 비교
본 발명의 과황산 이온 서방성 구조체 내에 아세트산셀룰로오스가 첨가됨에 따른 과황산의 방출 효과 및 속도 등을 알아보기 위해 실험을 수행하였다. 증류수가 담긴 용기에, 실시예를 통해 제조된 과황산 이온 서방성 구조체를 넣고 시간에 따라 과황산 이온 농도 변화를 측정하여 과황산 방출 효과를 비교하였다.
구체적으로 상기 실시예에 따라 제조된 비드형 과황산 이온 서방성 구조체와 아세트산셀룰로오스를 제외하고 다른 조건은 동일하게 제조한 비드형 구조체(비교예 1)를 각각 1 g 씩 100 mL의 증류수와 함께 삼각플라스크에 담고 100 rpm에 25 ℃인 진탕기에서 6 시간 동안 방출 실험을 수행하였다. 실험이 진행되는 동안 일정 시간 동안 용액 내의 과황산 이온의 농도를 분석하여 서방성 매체 내 과황산의 방출 효율을 측정하였다. 상기 측정 결과를 도 3에 나타내었다.
도 3은 일 실시예에 따라 제조된 과황산 이온 서방성 구조체의 실험 결과를 나타낸 도면이다. 도 3을 보면, 실시예 1에 따라 아세트산셀룰로오스를 첨가하여 제조된 과황산 이온 서방성 구조체의 경우(구연산나트륨, 한천 및 아세트산셀룰로오스 포함) 아세트산셀룰로오스를 첨가하지 않고 제조된 구조체(구연산나트륨 및 한천 포함)와 비교하여 과황산 이온의 방출 속도가 현저히 낮은 것을 알 수 있다. 또한, 아세트산셀룰로오스를 첨가하여 제조된 경우, 과황산 이온이 계속해서 일정한 농도로 방출되고, 유지되는 것을 알 수 있었다. 이를 통해 본 발명의 과황산 이온 서방성 구조체는 토양 또는 지하수 등의 환경에서 유기 오염 물질 처리를 위한 산화제로써 반응성을 보다 오랜시간 지속할 수 있다는 것을 알 수 있다.
실험예 2 : 과황산 이온 서방성 구조체 내 아세트산셀룰로오스 비율에 따른 과황산 방출 속도 비교
본 발명의 과황산 이온 서방성 구조체의 과황산 방출 가능성을 확인하기 위해서 증류수가 담긴 용기에 상기 구조체를 넣고 시간에 따른 과황산 이온 농도 변화를 측정하였다.
구체적으로 상기 실시예 1 및 2를 통해서 제조된 비드형 과황산 이온 서방성 구조체 1 및 2를 각각 1 g 씩, 100 mL의 증류수와 함께 삼각플라스크에 담고 100 rpm, 25 ℃의 진탕기를 이용해서 6 시간 동안 과황산 이온 방출 실험을 수행하였다. 실험이 진행되는 동안 일정 시간 간격으로 용액 내에 과황산 이온 농도를 측정하여 도 4에 나타내었다.
도 4은 일 실시예에 따라 제조된 과황산 이온 서방성 구조체의 실험 결과를 나타낸 도면이다. 도 4을 보면 과황산칼륨과 아세트산셀룰로오스의 비율이 1 : 2로 과황산칼륨에 비해 아세트산셀룰로오스의 비율이 큰 경우(흰색 사각형)에, 과황산칼륨과 아세트산셀룰로오스의 비율이 동일한 경우(흰색 원)보다 동일 시간 기준으로 과황산 이온의 방출 농도가 눈에 띄게 낮은 것을 확인할 수 있었고, 이를 통해 본 발명의 과황산 이온 서방성 구조체 제조시, 아세트산셀룰로오스의 비율이 과황산염에 비해 대략 두 배 정도인 경우에는 과황산 이온의 방출 속도가 느린 것을 알 수 있었다. 따라서 일 실시예에 따라 과황산칼륨과 아세트산셀룰로오스의 비율을 1 : 2로 하여 제조된 과황산 이온 서방성 구조체의 경우, 상기 구조체가 용액 내에서 과황산 이온을 계속해서 더욱더 일정한 농도로 방출하고 오랜 시간 유지될 수 있다는 것을 알 수 있다.
실험예 3 : 과황산 이온 서방성 구조체의 다환 방향족 탄화수소 제거 효율 비교
본 발명의 과황산 이온 서방성 구조체의 다환 방향족 탄화수소 처리 효과를 평가하기 위해서, 상기 구조체에 의해 다환 방향족 탄화수소 용액에서 제거된 다환 방향족 탄화수소 농도를 측정하였다. 구체적으로 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 상기 과황산 이온 서방성 구조체 및 황산제일철(FeSO4·7H2O)을 다환 방향족 탄화수소 용액과 삼각플라스크에 담고 100 rpm, 25 ℃의 진탕기에서 3 시간 동안 산화시켰다. 산화시키는 동안 일정 시간 간격으로 용액 내에 다환 방향족 탄화수소의농도를 측정하여 본 발명의 과황산 이온 서방성 구조체의 다환 방향족 탄화수소 제거 효율을 확인 할 수 있었다. 측정 결과는 도 5에 나타내었다.
이때, 황산제일철은 산화제를 활성화시키는데 도움이 되는 활성화제(activastor)로 첨가한 것으로, 본 발명의 과황산 이온 서방성 구조체가 산화제로 써 역할이 충분하지만, 황산제일철과 함께 사용하는 경우, 황산염 라디칼 형성이 촉진되므로, 산화에 의한 유기 오염 물질의 제거반응이 용이하다.
도 5는 일 실시예에 따라 제조된 과황산 이온 서방성 구조체의 실험 결과를 나타낸 도면이다. 도 5는 구체적으로 본 발명의 실시예에 따라 제조된 과황산 이온 서방성 구조체를 이용하여 시간에 따른 다환 방향족 탄화수소 산화 실험 결과를 나타낸 것으로, 도 5의 a, b 및 c 는 각각 다환 방향족 탄화수소로 디벤조퓨란(dibenzofuran), 2-메틸나프탈렌(2-methyl naphthene) 및 아세나프텐(acenaphthene)을 사용하여 실험을 수행하였다. 도 5를 보면, 다환 방향족 탄화수소만 존재하는 경우와 비교하여, 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 과황산 이온 서방성 구조체가 존재하는 경우 다환 방향족 탄화수소의 농도가 서서히 감소하는 것을 알 수 있다. 도 5를 통해서 본 발명의 과황산 이온 서방성 구조체를 이용하여 효율적이고 지속적으로 다환 방향족 탄화수소를 산화 처리 할 수 있음을 알 수 있었다. 또한 다환 방향족 탄화수소의 종류에 따라서 아세트산셀룰로오스와 과황산염의 비율을 조절하면, 다환 방향족 탄화수소에 의해 오염된 토양 및 지하수를 더욱 효과적으로 산화 처리할 수 있다는 것을 알 수 있다.
본 발명의 과황산 이온 서방성 구조체는 다환 방향족 탄화수소로 오염된 토양 또는 지하수 내에서 과황산 이온을 방출하여 다환 방향족 탄화수소를 산화시킴으로써 오염 물질을 처리할 수 있으며, 비드형으로 제조되는 경우 굴착없이 오염 지역에 직접 설치가 가능하고, 장시간에 걸쳐 지속적으로 넓은 지역에 안정적으로 오염 물질을 처리할 수 있다. 또한, 산화제로써의 지속 시간이 길어짐에 따라 산화제 투입 주기가 길어지고, 과황산은 다환 방향족 탄화수소와의 반응성이 높으므로 효율적인 다환 방향족 탄화수소 처리가 가능하므로 처리 비용 역시 절감되는 효과가 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (19)

  1. 다당류(polysaccharide), 구연산나트륨(sodium citrate) 및 아세트산셀룰로오스(cellulose acetate)를 포함하는 복합체;를 포함하고,
    상기 복합체 내에 과황산염(persulfate)이 담지된 것을 포함하고,
    상기 아세트산셀룰로오스 100 중량부 대비 상기 다당류 10 내지 40 중량부, 상기 구연산나트륨 60 내지 150 중량부, 상기 과황산염 50 내지 100 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    과황산 이온 서방성 구조체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 과황산 이온 서방성 구조체는 수성 환경에서 과황산 이온(persulfate ion)을 서방성 방출하는 것을 특징으로 하는,
    과황산 이온 서방성 구조체.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 과황산 이온 서방성 구조체는 토양 또는 지하수 내의 유기 오염 물질(Organic Pollutants)을 화학적으로 산화하는 것을 특징으로 하는,
    과황산 이온 서방성 구조체.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 과황산 이온 서방성 구조체는 토양 또는 지하수 내에서 수분을 흡수하고 과황산 이온을 방출함으로써, 상기 토양 또는 지하수 내의 유기 오염 물질을 산화하는 것을 특징으로 하는,
    과황산 이온 서방성 구조체.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 과황산 이온 서방성 구조체의 상기 다당류 및 아세트산셀룰로오스는 하이드로겔을 형성하는 것을 특징으로 하는,
    과황산 이온 서방성 구조체.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 과황산 이온 서방성 구조체는 상기 구연산나트륨 및 아세트산셀룰로오스 중에서 적어도 하나 이상을 포함함으로써, 상기 과황산 이온을 더 서방성 방출하는 것을 특징으로 하는,
    과황산 이온 서방성 구조체.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 유기 오염 물질은 다환 방향족 탄화수소(Polycyclic aromatichydrocarbon, PAHs), 벤젠(Benzene), 톨루엔(Toluene), 에틸벤젠(Enthylbenzene), 자일렌(Xylene), 및 페놀(Phenol) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    과황산 이온 서방성 구조체.
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    상기 과황산염은 과황산나트륨 및 과황산칼륨 중에서 적어도 하나 이상인 것을 특징으로 하는,
    과황산 이온 서방성 구조체.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 다당류는 한천(agar)인 것을 특징으로 하는,
    과황산 이온 서방성 구조체.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 과황산 이온 서방성 구조체는 비드형(bead type) 또는 구형(spherical shape)인 것을 특징으로 하는,
    과황산 이온 서방성 구조체.
  12. 증류수, 다당류, 구연산나트륨, 과황산염 및 아세트산셀룰로오스를 포함하는 혼합용액을 제조하는 제1 단계; 및
    상기 혼합용액을 용매 상에 적가(drop-wise)하는 제2 단계;를 포함하는,
    과황산 이온 서방성 구조체의 제조 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제2 단계에 의해 상기 과황산 이온 서방성 구조체가 구형으로 형성되는 것을 특징으로 하는,
    과황산 이온 서방성 구조체의 제조 방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 과황산염은 과황산나트륨 및 과황산칼륨 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는,
    과황산 이온 서방성 구조체의 제조 방법.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 다당류는 한천인 것을 특징으로 하는,
    과황산 이온 서방성 구조체의 제조 방법.
  16. 제12항에 있어서,
    상기 용매는 디클로로메탄인 것을 특징으로 하는,
    과황산 이온 서방성 구조체의 제조 방법.
  17. 제1항 내지 제7항 및 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항의 과황산 이온 서방성 구조체를 토양 또는 지하수 내에 설치하여 상기 토양 또는 지하수 내의 유기 오염 물질을 산화 처리하는 것을 특징으로 하는,
    유기 오염 물질의 처리 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 과황산 이온 서방성 구조체는 토양 또는 지하수 내에 수분을 흡수하여 팽윤하고 과황산 이온을 방출함으로써 유기 오염 물질을 산화 처리하는 것을 특징으로 하는,
    유기 오염 물질의 처리 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 과황산 이온 서방성 구조체는 과황산 이온을 서방성 방출하는 것을 특징으로 하는,
    유기 오염 물질의 처리 방법.
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