KR102167077B1

KR102167077B1 - 불소 흡착제 및 이의 제조방법

Info

Publication number: KR102167077B1
Application number: KR1020180144799A
Authority: KR
Inventors: 장민; 종초은
Original assignee: 광운대학교 산학협력단
Priority date: 2018-11-21
Filing date: 2018-11-21
Publication date: 2020-10-16
Also published as: KR102167077B9; KR20200059726A

Abstract

본 발명은 불소 흡착제 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 팜 쉘(palm shell)이 탄화되어 생성된 활성탄소(activated carbon)에 마그네슘실리케이트(MgSiO₃)가 함침된 불소 흡착제 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

Description

불소 흡착제 및 이의 제조방법{A adsorbent for fluoride and a method of manufacturing thereof}

본 발명은 수중에 포함된 불소를 흡착하는 불소 흡착제 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 구체적으로 팜오일 폐기물인 팜 쉘(palm shell)을 탄화시킨 활성탄소(activated carbon)에 마그네슘실리케이트(MgSiO₃)를 열수처리를 통하여 함침시킨 불소 흡착제 및 이의 제조방법, 나아가 불소가 흡착된 상태의 불소 흡착제에서 탈착시약으로 불소를 탈착시킬 수 있는 불소 흡착제 재생방법에 관한 것으로서, 팜 쉘을 탄화시킨 단순 활성탄소 또는 기타 불소 흡착제보다 불소 흡착능력이 우수한 효과를 발휘하는 불소 흡착제 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

불소(F^-)는 수중에서 풍부한 원소 중 하나이며 적절한 섭취량으로 건강한 치아와 뼈를 유지하는 데 중요한 미량 영양소이다. 세계 보건기구(WHO)가 제안한 식수의 불소 농도 상한치는 1.5mg/L이다.

일반적으로 불소가 포함된 폐수는 알루미늄, 반도체 및 전기 도금 제조 산업에 의해 생성된다. 수중에서 불소가 허용치를 초과하여 존재하는 경우, 불소의 과도한 섭취가 치아 불소증을 유발할 수 있다고 알려져 있다. 또한, 높은 불소 소비는 또한 갑상선 장애, 알츠하이머 증후군 및 뼈의 연화를 일으킬 수 있다고 알려져 있다.

지난 수십 년간 흡착, 공침, 역삼투, 전기 화학 등과 같은 불소 제거기술이 개발되었다. 이러한 기술과 비교하여, 흡착은 높은 효율과 운전 용이성으로 인해 수중에서 유기 및 무기 제거에 사용되는 잘 알려진 기술 중 하나이다.

흡착 공정은 흡착제, 즉 흡착제에 흡착되는 흡착물의 공극내 축적을 포함한다. 생산 비용과 흡착 능력은 흡착제의 경제적 타당성을 평가하는 주요 기준인 바, 불충분한 흡착 능력 및 고비용 흡착제는 현장내 적용하는데 있어 주요 장애물이 된다.

지금까지 활성탄소, 제오라이트, 규산염, 그래핀 산화물, 적층 이중 수산화물과 같은 중형 다공성 물질이 수질 개선을 위한 흡착제로 사용되어왔다. 특히, 활성탄소는 잘 연결된 기공 구조 및 높은 표면적 때문에 흡착에 사용되는 가장 보편적인 물질이다. 활성탄소는 산업 폐수에서 유기 오염 물질을 제거하는 유망한 가능성을 보여준다.

산화알루미늄, 산화란탄, 산화마그네슘, 산화망간과 같은 금속산화물의 함침이 불소의 흡착능력을 향상시킬 수 있는 것으로 보고되었다. 음으로 하전된 불소 쪽으로 양으로 대전된 금속 산화물은 강한 인력을 나타낸다. 특히, 소성방법을 통한 표면적이 큰 나노판 산화마그네슘(MgO)이 넓은 범위의 pH 2 내지 10에서 불소에 대해 높은 흡착성능을 보이는 것으로 알려져 있다.

한편, 일부 동남아 지역에서는 대량의 팜오일 폐기물인 팜 쉘(palm shell)에 의한 오염문제가 심각한 것으로 알려져 있으며, 이에 대한 대응책 중 하나로 이와 같은 팜오일 폐기물을 활성탄소 생산을 위한 전구물질로 사용되고 있는 실정이다.

본 연구에서는 팜오일 폐기물인 팜 쉘을 이용한 활성탄소(palm shell activated carbon, PSAC)를 활용하여 수중에 포함된 불소를 높은 흡착효율로 흡착할 수 있는 불소 흡착제 및 이의 제조방법을 제안하고자 한다.

(특허문헌 1) KR10-2017-0119365 A

종래기술에 따른 문제점을 해결하고자, 팜오일 폐기물인 팜 쉘을 활용하여 높은 흡착효율 갖는 불소 흡착제를 제안하고자 한다.

구체적으로, 팜 쉘이 탄화되어 생성된 활성탄소에 마그네슘 화합물을 함침시켜 불소의 흡착능력을 증대시킬 수 있는 불소 흡착제 및 이의 제조방법을 제안하고자 한다.

나아가, 불소가 흡착된 상태의 불소 흡착제에서 간단한 탈착시약으로 불소를 탈착시켜 불소 흡착제를 재사용할 수 있는 불소 흡착제 재생방법을 제안하고자 한다.

상술한 종래기술에 따른 문제점을 해결하고자, 본 발명에 따른 불소 흡착제는, 팜 쉘(palm shell)이 탄화되어 생성된 활성탄소(activated carbon)에 마그네슘실리케이트(MgSiO₃)가 함침된다.

바람직하게는, 열수처리에 의해 상기 마그네슘실리케이트가 상기 활성탄소에 함침된다.

바람직하게는, 상기 활성탄소와 상기 마그네슘실리케이트의 중량비는 1:0.7 내지 1: 1.3이다.

바람직하게는, 상기 마그네슘실리케이트는 산화마그네슘(MgO)과 이산화규소(SiO₂)가 물에 첨가되어 생성되되, 물에 첨가되는 상기 산화마그네슘과 상기 이산화규소의 중량비는 1:2 내지 1:6이다.

상술한 종래기술에 따른 문제점을 해결하고자, 본 발명에 따른 불소 흡착제 제조방법은, (a) 팜 쉘(palm shell)이 탄화되어 생성된 활성탄소(activated carbon)에 마그네슘실리케이트(MgSiO₃)가 함침되는 단계를 포함한다.

바람직하게는, 상기 (a) 단계는 열수처리에 의해 상기 활성탄소에 상기 마그네슘실리케이트가 함침된다.

바람직하게는, 상기 (a) 단계는, (a-1) 물에 산화마그네슘(MgO) 및 이산화규소(SiO₂)가 첨가되어 혼합물이 생성되는 단계; 및 (a-2) 상기 (a-1) 단계 이후, 상기 혼합물에 상기 활성탄소가 첨가되는 단계를 포함한다.

바람직하게는, 상기 (a-1) 단계에서, 상기 산화마그네슘과 상기 이산화규소의 중량비는 1:2 내지 1:6이다.

바람직하게는, 상기 (a) 단계는, (a-3) 상기 (a-2) 단계에서 생성된 혼합물이 오토클래이브에서 가열되는 단계를 더 포함한다.

바람직하게는, 상기 (a-3) 단계에서, 상기 (a-2) 단계에서 생성된 혼합물이 130 내지 170℃에서 8 내지 12시간 동안 오토클래이브에서 가열된다.

상술한 종래기술에 따른 문제점을 해결하고자, 본 발명에 따른 불소 흡착제 재생방법은, 불소 흡착제에 불소가 흡착된 이후, 상기 불소 흡착제에 흡착된 불소는 수산화나트륨(NaOH)에 의해 상기 불소 흡착제로부터 탈착되는 단계를 포함한다.

본 발명에 따른 고정층컬럼은 상술한 불소 흡착제가 충진된다.

본 발명에 따른 수처리 장치는 상술한 불소 흡착제를 포함한다.

상술한 과제해결수단으로 인하여, 팜오일에 따른 폐기물인 팜 쉘을 재활용할 수 있으며, 나아가 단순히 팜 쉘을 이용한 활성탄소의 불소 흡착능력보다 뛰어난 마그네슘실리케이트가 함침된 활성탄소의 불소 흡착능력으로 수중의 불소를 효율적으로 제거할 수 있다.

나아가, 불소가 흡착된 상태의 마그네슘실리케이트가 함침된 활성탄소에서, 단순히 수산화나트륨을 가하여 불소를 활성탄소에 탈착시킴으로써 마그네슘실리케이트가 함침된 활성탄소를 재사용할 수 있어, 불소 흡착에 따라 발생될 수 있는 폐기물 발생을 최소화할 수 있다.

도 1은 흡착 전후의 PSAC 및 MPSAC에 대한 XRD 분석결과를 도시한 도면이다.
도 2는 PSAC 및 MPSAC 등에 대한 FTIR 분석결과를 도시한 도면이다.
도 3 및 도 4는 PSAC 및 MPSAC의 불소 흡착 등온선 그래프 및 이에 대한 데이터를 도시한 도면이다.
도 5 및 도 6은 PSAC 및 MPSAC의 불소 흡착 동력학 그래프 및 이에 대한 데이터를 도시한 도면이다.
도 7은 공존 음이온에 따른 불소 흡착용량에 대한 영향을 그래프로 도시한 도면이다.
도 8은 흡착용량에 있어서 다른 흡착제와 비교한 데이터를 도시한 도면이다.
도 9는 MPSAC 재사용을 검토하기 위한 실험결과를 도시한 도면이다.

이하, 본 발명에 따른 방법의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의성을 위해 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자 또는 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도면 및 표를 참조하여 설명한다.

본 설명 및 도면에서 PSAC(palm shell activated carbon)는 팜 쉘이 탄화되어 생성된 활성탄소를 지칭하며, MPSAC는 마그네슘실리케이트(MgSiO₃)가 함침된 상태의 PSAC를 지칭한다.

1. 본 발명에 따른 불소 흡착제인 MPSAC 제조

팜 쉘이 탄화된 상태에서 재(ash)를 제거하기 위해 증류수로 반복적으로 씻어내고 50℃의 오븐에서 24시간 동안 건조시켜 PSAC를 준비하였다. 실험 전반에 걸쳐 탈이온수를 사용하였다.

본 발명에서는 PSAC에 마그네슘실리케이트(MgSiO₃)를 열수처리로 함침시키되, PSAC와 마그네슘실리케이트(MgSiO₃)의 1:1의 중량비 비율로 함침시켜 MPSAC를 제조하였다.

구체적으로, 산화마그네슘(MgO) 6.6g을 100mL의 탈이온수에 용해시키고 실온에서 연속적으로 교반하였다. 그 후, 이산화규소(SiO₂) 9.6g을 혼합물에 서서히 첨가하였다. 다음 PSAC 16.2g을 혼합물에 분산시키고 150rpm으로 1시간 동안 교반하였다. 이후 스테인리스 스틸 테프론 라이닝된 오토클레이브에 혼합물을 투입하고 150℃에서 10시간 동안 가열하였다. 최종 생성물을 여과하고 증류수로 수회 세척한 후 오븐에서 24시간 동안 50℃에서 건조시켜 MPSAC를 얻었다.

2. 불소 흡착 메커니즘

PSAC에 의한 불소 흡착 메커니즘은 이전에 보고 된 바와 같이 주로 이온 교환 및 정전기 반응을 포함한다. 낮은 pH 조건에서, C-OH는 H⁺와 반응하여 PSAC에 양으로 대전된 표면을 형성하여 이온교환 반응을 하는 불소를 끌어 당긴다. 이 과정은 아래와 같은 화학식 1로 표현할 수 있다.

[화학식 1]

C-OH₂ ⁺ + F^- ↔ CF + H₂O

C-OH + F^- ↔ CF + OH^-

또한, PSAC 표면이 높은 pH인 경우, 음으로 대전되어 불소에 대한 반발력이 높아진다. 이 과정은 아래와 같은 화학식 2로 표현할 수 있다.

[화학식 2]

C-O^- + F^- ↔ CO^- .......... F^-

낮은 pH 용액 또는 중성 pH 용액에서, 불소는 MPSAC 표면의 가용 OH₂ ⁺/OH^- 그룹과의 정전기적 흡착 내지 이온교환 반응에 의해 흡착될 수 있다. 이 과정은 아래와 같은 화학식 3로 표현할 수 있다.

[화학식 3]

C-Si-O-Mg-OH₂ ⁺ + F^-↔ C-Si-O-MgF + H₂O

C-Si-O-Mg-OH + F^-↔ C-Si-O-MgF + OH^-

PSAC 및 MPSAC에서의 불소 흡착 기작은 흡착제 표면에서의 정전기적 인력 및 이온교환이다.

3. PSAC 및 MPSAC 물질 특성 분석

불소 흡착 전후의 PSAC 및 MPSAC에 대한 X-선 회절(XRD)은 40mA의 작동 전류 및 Cu-Kα 방사선(λ)의 40kV 전압조건에서 얻어졌다. XRD 패턴은 0.02단계 크기의 구성으로 10 ~ 80°에서 기록되었으며 하이스코어(Highscore) 소프트웨어를 사용하여 분석하였다. 표면 작용기를 이해하기 위해 FTIR(fourier transformation infrared) 분석은 PSAC, MPSAC, MgO 및 SiO₂에 대해 FTIR 분광기를 사용하여 4000 내지 450cm^-1 사이에서 수행되었다.

불소 흡착 전후에 XRD 분석을 실시하여 준비된 매질의 상변화를 관찰하였다.

도 1을 참조한다. PSAC는 25°내지 50°에서 흑연(ISCD : 31829) 피크가 나타났다. MPSAC에서는 20°, 36°, 46°및 60°에서 마그네슘실리케이트 (ISCD : 171782) 피크가 검출되었다. 또한, 실리콘은 24°(ISCD : 653683)에서 검출되었다. XRD 패턴으로 마그네슘실리케이트(MgSiO₃)가 MPSAC에 성공적으로 함침되었음을 의미한다. PSAC과 MPSAC는 불소 흡착 이후 유사한 XRD 패턴을 보였다.

PSAC, MPSAC, MgO 및 SiO₂에 대해 FTIR 분석을 수행하여 표면 작용기를 조사 하였다.

도 2를 참조한다. MPSAC에서 마그네슘실리케이트(MgSiO₃) 화합물의 존재로 인해 1002cm^-1에서 Si-O-Me(여기서는 Mg) 결합을 나타내었으며, 또한 PSAC 및 MPSAC에서 1556cm^-1에서 C=C 그룹 그리고 1448cm^-1에서 C-O-H 그룹이 발견되었다. 그러나, 마그네슘실리케이트(MgSiO₃) 함침 후 MPSAC에서 C=C와 C-O-H 그룹의 강도가 감소되었다. 또한, SiO₂ 분말은 1032cm^-1와 800cm^-1에서 O-Si-O결합이 입증되였다.

4. 흡착 등온선에 대한 실험결과

흡착 등온선의 목적은 흡착제와 흡착물의 상호 작용 기작을 조사하기 위함이다. 흡착 등온선은 준비된 흡착제를 사용하여 불소 제거 용량을 결정하기 위해 여러 가지 다른 불소 농도(5 ~ 125mg/L)로 수행되었다.

불소 용액의 pH는 0.01M NaOH 또는 HNO₃을 이용하여 7로 조정되었다. 50mL의 불소 용액에 준비된 흡착제 0.01g를 고정 질량으로 가하였다. 현탁액을 25℃에서 24시간 동안 쉐이커에서 150rpm으로 흔들었다. 현탁액을 수집하고 0.45μm-공극 주사기 필터를 사용하여 여과하였다. 불소 용액의 농도는 Complexone 방법(AHPA 4500 F-E)에 따라 분광 광도계(Merck Pharo-300)를 사용하여 측정하였다. 흡착용량은 아래의 수식 1에 의해 계산하였다.

[수식 1]

여기에서 q_eq는 흡착용량 (mg/g), C_eq는 평형 용액 농도 (mg/L), C_o는 초기 농도 (mg/L), m은 흡착제 질량(g), V는 용액(L)의 부피이다.

Langmuir 및 Freundlich 등온선 모델은 일반적으로 흡착 거동을 평가하는데 사용된다. Langmuir 등온선 모델은 흡착제 표면에 균일한 단일층 흡착시 적용되는 반면, Freundlich 등온선 모델은 화학 흡착과정 및 물리적 흡착과정이 모두 이루어지면서 흡착제 표면에 흡착물질이 다층으로 형성됨을 의미한다.

도 3을 참조한다. PSAC 및 MPSAC에 대한 등온 흡착 데이터는 도 3에 표시된 Langmuir 및 Freundlich 등온선 모델을 사용하여 해석하였다. PSAC 및 MPSAC에 대한 실험 데이터의 흡착용량은 각각 101.5 mg/g 및 148 mg/g으로 나타난다.

도 4를 참조한다. PSAC 등온선 데이터는 Langmuir 등온선 모델 (R² = 0.973)이 잘 맞아서 PSAC 표면에 불소가 균일하게 흡착됨을 의미한 반면, MPSAC 등온선 데이터는 MPSAC 표면에 불소가 이질적으로 흡착되어 나타나는 Freundlich 등온선 모델 (R² = 0.981)이 잘 맞았다. PSAC에 대해 계산된 최대 단일층 흡착용량(q_langmuir)은 104mg/g이었으며, 이는 MPSAC의 흡착용량(q_frendlich)인 140.4mg/g보다 낮았다.

또한, 마그네슘실리케이트(MgSiO₃) 층이 PSAC에 함침 된 후, Langmuir 및 Freundlich 등온선 모델에 대한 평형 상수(K_langmuir, K_frendlich)가 증가하였는데, 이는 마그네슘실리케이트(MgSiO₃) 층이 불소 흡착강도를 향상시켰음을 의미한다.

실험에서 PSAC 및 MPSAC 모두에 대해 계산된 R_L 값은 0.0113 및 0.0003으로 0 내지 1.0의 범위에 속하여 흡착이 보다 자연스럽게 이루어지는 것으로 알 수 있으며, 따라서 두 흡착제에서의 불소 흡착이 유리하게 이루어지고 있음을 알 수 있다. 마찬가지로, PSAC(1/n=0.28)과 MPSAC(1/n=0.20)에 대한 1/n 값은 0 내지 1의 범위에 있으므로 높은 불소의 흡착효율을 의미한다. 더욱이, 1/n 값에서 있어서 MPSAC의 값이 PSAC의 값보다 작기 때문에, 불소 흡착에 있어서 MPSAC이 PSAC보다 더 효과적인 흡착제임을 알 수 있다.

5. 흡착 동역학에 대한 실험결과

흡착속도는 불소 용액 50mL 중에 0.01g 흡착제를 사용하여 수행하였다. 현탁액을 25℃에서 150rpm으로 교반하였다. 현탁액 샘플을 5분 내지 3시간 간격으로 수집하였다.

흡착속도 변수들을 의사1차(pseudo-first-order model), 의사2차(pseudo-second-order model), elovich, power function 및 parabolic diffusion 모델을 적용하여 얻었다.

도 5를 참조한다. 도 5는 PSAC 및 MPSAC에 의한 불소 흡착이 60분 동안 평형에 도달함을 보여준다.

도 6을 참조한다. 도 6에서 MPSAC는 PSAC보다 더 빠른 초기 흡착속도(Vo)를 보였다. 이는 마그네슘실리케이트(MgSiO₃)의 함침이 공극을 촉진하는 중간 기공 및 거대 기공의 형성을 증가시킨다는 것을 보여준다. PSAC 및 MPSAC를 이용한 불소 흡착에 대한 의사1차 및 의사2차 반응속도 모델과 관련된 변수들을 도 6에 나타내었다. 도 6을 참조하건대, PSAC 및 MPSAC에 대한 불소의 흡착속도 데이터에 대한 의사결정 계수(R²)에서 의사2차 모델이 가장 높았다. 전반적인 흡착 거동 설명으로 의사2차 모델은 주로 화학적인 흡착과 관련있다. 의사2차 모델을 이용한 계산된 불소 흡착평형용량은 PSAC에 대해 111.4mg/g, 그리고 MPSAC에 대해서는 159.9mg/g이다.

도 6에서 elovich, parabolic diffusion 및 power function 모델로부터 얻은 불소 흡착운동 모델상수를 열거했다. R² 값을 볼 때 PSAC 와 MPSAC 모두 elovich model이 가장 잘 맞았다. 이는 흡착 거동이 화학적이고 매우 이질적일 때 나타나는 현상으로 앞서서 의사2차 모델과 유사한 결과이다.

또한, 화학 흡착속도와 관련된 상수 (a)는 PSAC 표면에 마그네슘실리케이트(MgSiO₃)의 함침 후에 증가하는 것으로 밝혀졌다. 대조적으로, 탈착 상수 (b)는 마그네슘실리케이트(MgSiO₃) 함침 후 -1.959에서 -2.686으로 감소된 것으로 밝혀져, 마그네슘실리케이트(MgSiO₃)가 불소 흡착강도를 향상시키고 있음을 나타내고 있다. 마그네슘실리케이트(MgSiO₃) 코팅층은 확산속도(Kp)를 1.377 min-1에서 2.817 min-1로 증가시켰는데, 이는 MPSAC가 PSAC에 비해 흡착제에서의 불소의 확산속도가 더 우수함을 제시한다.

6. 공존하는 음이온의 영향에 대한 실험결과

용액 pH와 공존하는 음이온 존재는 중요한 요소이다. 특히, 다른 음이온은 불소(F^-)의 흡착과 경쟁할 수 있다. 불소 용액 50mL을 0.01M NaOH 또는 HNO₃을 사용하여 pH를 3에서 9로 조정하고 150rpm으로 25℃에서 24시간 동안 교반하였다. 또한, 공존하는 음이온의 영향에 대한 실험은 0 내지 100mg/L의 NaCl, NaNO₃ 및 Na₂SO₄를 사용하여 수행하였다. 현탁액을 150rpm에서 24시간 동안 25℃에서 교반하였다.

도 7을 참조한다. Cl^-, NO₃ ^- 및 SO₄ ^2-를 사용하여 불소 흡착시 공존하는 음이온의 간섭영향을 조사하였다. 그 결과, 음이온의 농도가 증가함에 따라 PSAC 및 MPSAC에 대한 흡착용량이 감소함을 보여주었다. 흡착제 표면에 음이온이 존재함으로 인해 음이온인 불소를 튕겨내는 현상이다.

전반적으로, MPSAC는 3가지 음이온 유형 및 농도에 관계없이 PSAC에 비해 높은 불소 흡착용량을 유지하였다. 10mg/L NaCl의 존재하에 PSAC의 불소 흡착용량은 17% 감소된 반면, MPSAC는 100% 흡착용량이 유지되었다. 이와 같은 결과는 마그네슘실리케이트(MgSiO₃) 층이 저농도의 NaCl 간섭에 저항할 수 있음을 보여준다. 그러나, 황산염의 존재는 다른 음이온 종에 비해 불소 흡착에 있어서 가장 큰 흡착용량 감소를 일으켰다.

결과는, Cl^-(175pm) > NO₃ ^-(165pm) > SO₄ ^2-(244pm)의 순서대로, 공존하는 음이온의 존재에 따라 불소 흡착능력이 감소되고 있음을 나타내고 있다. 일반적으로 공존하는 높은 밀도의 음이온은 양으로 하전된 흡착제 표면에 대해 보다 강한 인력을 형성함에 따라, 공존하는 음이온과 불소(F^-)의 반발력으로 인하여, 공존하는 음이온의 이온반지름(pm)이 증가할수록 불소(F^-)의 흡착량을 감소시키는 효과를 나타낸다. 다만, NO₃ ^-는 Cl^-에 비해 이온반지름(pm)이 작지만 불소 흡착용량이 낮게 나타났다. 이는 NO₃ ^-에 대한 수화에너지 값이 Cl^-보다 높기 때문에, Cl^-가 흡착공정에서 유리하게 적용된 결과이다.

요약하면, MPSAC가 다른 음이온의 공존시 불소 흡착에서 PSAC에 비해 보다 흡착능력이 우수함을 알 수 있다.

7. 다른 흡착제와 흡착능력 비교

도 8을 참조한다. 이 발명에서 불소 제거를 위한 흡착능력은 도 8의 문헌에서 보고 된 다른 것과 비교되었다. MPSAC의 불소 흡착능력은 Microsphere MgO 내지 Mg_1.25Ca_3.75Fe^-NO₃ ^-HTlc에 비해 낮게 나타났다. 하지만, 이는 적용된 불소 농도 조건이 높기 때문으로 판단된다. 또한, 제조 공법이 비교된 매질에 비해 MPSAC는 매우 간단하고 경제적이다.

8. MPSAC 재생 실험결과

도 9를 참조한다. 재생 실험은 도 9에서와 같이 MPSAC의 불소 흡착에 대한 비용 효과를 평가하기 위해 수행되었으며, 도 9는 재생 사이클의 증가에 따라 흡착 용량이 점차적으로 감소함을 보여준다. 재생시 탈착시약으로 0.01M의 NaOH를 사용하여 5 사이클의 재생 후에도 불소 제거용량이 60%를 유지하고 있음을 보여준다.

이와 같은 결과는 pH 12의 알칼리 용액이 불소(F^-)와 OH^-간의 리간드 교환을 거쳐 흡착된 불소가 탈착된다는 것을 나타낸다. 따라서, 탈착시약으로 NaOH를 사용하여, 불소를 흡착하는데 있어서 MPSAC를 양호한 조건에서 재사용할 수 있음을 알 있다.

이상, 본 명세서에는 본 발명을 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 도면에 도시한 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당업자라면 본 발명의 실시예로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 보호범위는 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

Claims

수중에 마그네슘실리케이트(MgSiO₃)가 함침된 활성탄소(activated carbon)를 투입하여 상기 수중에 포함된 불소를 흡착하는 단계를 포함하며,
상기 수중의 pH는 2 내지 4이며,
상기 수중에 포함된 염소이온(Cl^-) 농도는 2 내지 10mg/L인 불소 흡착방법.
제 1 항에 있어서,
열수처리에 의해 상기 마그네슘실리케이트가 상기 활성탄소에 함침되는 불소 흡착방법.
제 2 항에 있어서,
상기 활성탄소와 상기 마그네슘실리케이트의 중량비는 1:0.7 내지 1:1.3인 불소 흡착방법.
제 3 항에 있어서,
상기 마그네슘실리케이트는 산화마그네슘(MgO)과 이산화규소(SiO₂)가 물에 첨가되어 생성되되, 물에 첨가되는 상기 산화마그네슘과 상기 이산화규소의 중량비는 1:2 내지 1:6인 불소 흡착방법.
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