KR102348305B1 - Formaldehyde removal adsorption comprising coffee waste and acid mine drainage sludge, and method for manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

The present specification relates to an absorbent capable of absorbing and removing formaldehyde (HCHO) in the air by using acid mine drainage sludge and coffee waste (CW).

Description

커피찌꺼기 및 산성 광산배수 슬러지를 포함하는 포름알데히드 제거용 흡착제와 이의 제조방법 {FORMALDEHYDE REMOVAL ADSORPTION COMPRISING COFFEE WASTE AND ACID MINE DRAINAGE SLUDGE, AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}Adsorbent for removing formaldehyde, including coffee grounds and acid mine drainage sludge, and manufacturing method thereof

본 명세서에는 커피찌꺼기 및 산성 광산배수 슬러지를 포함하는 포름알데히드 제거용 흡착제와 이의 제조방법이 개시된다. 보다 구체적으로는, 커피 제조시 생성된 커피찌꺼기와 폐광산 내부에서 생성된 고농도의 산성 광산배수를 침전 및 건조시킨 산성 광산배수 슬러지를 포함하는, 공기 중의 포름알데히드 제거용 흡착제, 이의 제조방법에 관한 것이다.Disclosed herein are an adsorbent for removing formaldehyde comprising coffee grounds and acidic acid mine drainage sludge and a method for preparing the same. More specifically, it relates to an adsorbent for removing formaldehyde from the air, comprising coffee grounds generated during coffee production and acidic acid mine drainage sludge obtained by precipitating and drying high-concentration acidic acid mine drainage generated inside an abandoned mine, and a method for manufacturing the same .

다양한 산업이 발달해 나가고 그에 따른 경제 규모가 발전하면서 제조업 막대한 양에 달하는 각종 유해물질이 발생하고 있으며, 심각한 환경오염 문제를 야기하며 그에 따른 건강의 위협 또한 2차 피해로 발생하고 있다. 다양한 오염물질 중 특히, 휘발성 유기 화합물 (Volatile Organic Compounds: VOCs) 은 다양한 환경문제의 주범들로 현재, 관련 규제가 강화됨에 따라 특정대기유해물질로 지정되는 등 엄격한 관리가 요구되고 있는 실정이다.With the development of various industries and the consequent economic growth, various hazardous substances amounting to a huge amount in the manufacturing industry are generated, causing serious environmental pollution problems, and consequently, a threat to health is also occurring as secondary damage. Among various pollutants, Volatile Organic Compounds (VOCs) are the main culprits of various environmental problems, and strict management is required, such as being designated as specific air hazardous substances as related regulations are strengthened.

휘발성 유기 화합물은 비점이 낮아 대기 중으로 쉽게 증발되는 액체 또는 기체상의 유기화합물의 총칭으로, 산업체에서 많이 사용하는 용매에서 발생하는 화학 물질 및 포름알데히드는 흡입 시 호흡곤란, 심각한 화상, 통증, 수포, 복부경련, 발암성(B1)을 유발한다. Volatile organic compounds are a generic term for liquid or gaseous organic compounds that evaporate easily into the atmosphere due to their low boiling point. Causes convulsions and carcinogenicity (B1).

한편, 커피는 전 세계인의 기호식품으로서 2017년 기준 국내 커피시장 규모는 11.7 조원으로 추정되며, 10년 전 3조 원대에 비해 3배 이상의 고성장을 이루었다.Meanwhile, coffee is the world's favorite food, and the size of the domestic coffee market is estimated to be 11.7 trillion won in 2017, which has grown more than three times compared to 3 trillion won 10 years ago.

연간 국내 커피 수입 중량 현황 (관세청, 수출입 무역통계)Annual domestic coffee import weight (Customs Administration, import and export trade statistics) 기준년도base year 20082008 20102010 20122012 20142014 20162016 20182018 톤(ton)ton 102,086102,086 111,625111,625 106,119106,119 133,732133,732 153,030153,030 158,385158,385

또한, 우리나라 국민 전체가 1년 동안 마신 커피 잔 수는 1인당 연간 512잔으로 대한민국은 세계 3위 커피소비국으로 상기 표1에 따르면 연간 국내 커피 수입량은 증가추세에 있다. 그러나 원두에서 추출하는 원액은 0.2%인 반면 나머지 99.8%는 사용 후 모두 찌꺼기로 버려져, 전국적으로 생성되는 커피찌꺼기의 양은 연간 15만 톤 (수분 포함)에 이르며, 커피찌꺼기는 생활쓰레기로 분류되기 때문에 생활폐기물과 함께 종량제 봉투에 함께 수거된 후 소각되고 있는 실정이다.In addition, the number of cups of coffee consumed by the entire Korean population in one year is 512 cups per person per year, and Korea is the world's third largest coffee consumer. However, the undiluted solution extracted from coffee beans is 0.2%, while the remaining 99.8% is all thrown away after use. They are collected together with household waste in a volume-based bag and then incinerated.

국내 연간 커피찌꺼기 배출량 (환경부)Annual domestic coffee grounds emissions (Ministry of Environment) 기준년도base year 20142014 20162016 20172017 톤(ton)ton 103,000103,000 124,000124,000 129,500129,500

따라서 매년 대량으로 버려지는 커피부산물을 재활용하여 상기와 같은 문제점을 해결할 수 있는 기술의 개발이 조속히 필요한 상황이다.Therefore, it is urgently needed to develop a technology that can solve the above problems by recycling coffee by-products that are thrown away in large quantities every year.

한국공개특허 10-2018-0125758 (2018. 11. 26 공개)Korean Patent Publication No. 10-2018-0125758 (published on November 26, 2018)

Yang, Z.; Miao, H.; Rui, Z.; Ji, H. 2019. Enhanced Formaldehyde Removal from Air Using Fully Biodegradable Chitosan Grafted β-Cyclodextrin Adsorbent with Weak Chemical Interaction. Polymers 11, 276. Yang, Z.; Miao, H.; Rui, Z.; Ji, H. 2019. Enhanced Formaldehyde Removal from Air Using Fully Biodegradable Chitosan Grafted β-Cyclodextrin Adsorbent with Weak Chemical Interaction. Polymers 11, 276. Carter, E.M., Katz, L.E., Speitel, G.E. and Ramirez, D. 2011. Gas-Phase Formaldehyde Adsorption Isotherm Studies on Activated Carbon: Correlations of Adsorption Capacity to Surface Functional Group Density. Environmental Science & Technology 45(15), 6498-6503. Carter, E. M., Katz, L. E., Speitel, G. E. and Ramirez, D. 2011. Gas-Phase Formaldehyde Adsorption Isotherm Studies on Activated Carbon: Correlations of Adsorption Capacity to Surface Functional Group Density. Environmental Science & Technology 45(15), 6498-6503. Kalantarifard, A., Gon, J. and Yang, G. 2016. Formaldehyde Adsorption into Clinoptilolite Zeolite Modified with the Addition of Rich Materials and Desorption Performance Using Microwave Heating. Terrestrial, Atmospheric and Oceanic Sciences 27, 865. Kalantarifard, A., Gon, J. and Yang, G. 2016. Formaldehyde Adsorption into Clinoptilolite Zeolite Modified with the Addition of Rich Materials and Desorption Performance Using Microwave Heating. Terrestrial, Atmospheric and Oceanic Sciences 27, 865.

본 발명의 일 측면에서 목적은 산업폐기물인 커피찌꺼기와 산성 광산배수 슬러지를 이용하여 제조한 흡착제를 이용하여 경제적이고 효율적으로 포름알데히드를 제거하는 것이다. In one aspect of the present invention, an object of the present invention is to economically and efficiently remove formaldehyde using an adsorbent prepared using industrial waste coffee grounds and acid mine drainage sludge.

본 발명의 일 측면에서, 커피 찌꺼기 및 산성 광산배수 슬러지를 포함하는, 포름알데히드 제거용 흡착제를 제공한다.In one aspect of the present invention, there is provided an adsorbent for removing formaldehyde, comprising coffee grounds and acidic acid mine drainage sludge.

다른 일 측면에서, 전술한 포름알데히드 제거용 흡착제를 포함하는 컬럼부; 주입가스 농도 측정부; 및 배출가스 농도 측정부;를 포함하는, 포름알데히트 제거 장치를 제공한다. In another aspect, the column unit comprising the above-described adsorbent for removing formaldehyde; injection gas concentration measuring unit; and an exhaust gas concentration measuring unit; provides a formaldehyde removal device, including.

다른 일 측면에서, 전술한 포름알데히드 제거용 흡착제의 제조 방법으로서, 커피 찌꺼기를 준비하는 단계; 산성 광산배수 슬러지를 준비하는 단계; 및 상기 커피 찌꺼기 및 산성 광산배수 슬러지를 혼합하여 열처리하는 단계; 를 포함하는, 포름알데히드 제거용 흡착제 제조 방법을 제공한다. In another aspect, there is provided a method for preparing the above-described adsorbent for removing formaldehyde, the method comprising: preparing coffee grounds; preparing acid mine drainage sludge; and mixing and heat-treating the coffee grounds and acidic acid mine drainage sludge; It provides a method for preparing an adsorbent for removing formaldehyde, comprising a.

다른 측면에서, 본 발명은 전술한 포름알데히드 제거용 흡착제를 이용하여 포름알데히드를 제거하는 방법을 제공한다. In another aspect, the present invention provides a method for removing formaldehyde using the above-described adsorbent for removing formaldehyde.

본 발명의 일 구현예에 따른 포름알데히드 제거용 흡착제는, 커피 찌꺼기와 산성 광산배수 슬러지를 포함하여, 포름알데히드를 효과적이고 경제적으로 흡착할 수 있다. The adsorbent for removing formaldehyde according to an embodiment of the present invention can effectively and economically adsorb formaldehyde, including coffee grounds and acidic acid mine drainage sludge.

본 발명의 일 측면에 따르면, 광업산업 현장에서 발생하는 폐기물의 처리과정 중 생성되는 폐기부산물인 산성 광산배수 슬러지와 커피 제조시 생성되는 산업 폐기부산물인 커피찌꺼기를 처리하기 위해 발생되는 경제적 손실이나 소각, 매립에 따른 환경오염문제를 예방할 수 있다. According to one aspect of the present invention, economic loss or incineration generated to treat acidic mine drainage sludge, which is a waste by-product generated during the treatment of waste generated in the mining industry, and coffee grounds, which is an industrial waste by-product generated during coffee production , it is possible to prevent environmental pollution problems caused by landfilling.

본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 버려지는 폐기물들을 재활용하여 흡착제를 제작함으로서 흡착제의 생산단가를 대폭 절감시킬 수 있을 뿐만 아니라 흡착제를 재사용할 수 있어 친환경적이다. According to another aspect of the present invention, the production cost of the adsorbent can be greatly reduced by manufacturing the adsorbent by recycling discarded wastes, and the adsorbent can be reused, which is environmentally friendly.

도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 포름알데히드 제거용 흡착제의 원료인 건조된 커피 찌꺼기와 산성 광산배수 슬러지의 혼합물의 사진이다. 구체적으로, 갈색부분이 AMDS(산성광산배수 슬러지) 이며, 검정부분이 커피 찌꺼기이다.
도 1b는 열처리 후 산성 광산배수 슬러지 함유 커피찌꺼기 바이오차의 사진이다.
도 2는 본 발명의 제작 단계별 순서도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 포름알데히드 제거용 흡착제 제조를 위한 장치의 대략적인 구성도이다.
도 4a-4b는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 포름알데히드 제거용 흡착제의 주사 전자 현미경(scanning electron microscope, SEM) 이미지로서, 도 4a는 비교예, 도 4b는 실시예 1의 주사 전자 현미경 이미지이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예 및 비교예에서 제조된 흡착제의 포름알데히드 농도 약 11-13 ppm 에서의 포름알데히드 제거 비교 결과를 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예 및 비교예에서 제조된 흡착제의 포름알데히드 제거 전후 실험의 조건과 Qe 값을 나타낸 표이다.
도 7은 다른 흡착제들을 적용한 포름알데히드 제거 실험의 조건과 Qe 값을 나타낸 표이다.
1A is a photograph of a mixture of dried coffee grounds, which are raw materials of an adsorbent for removing formaldehyde according to an embodiment of the present invention, and acidic acid mine drainage sludge. Specifically, the brown part is AMDS (acid mine drainage sludge), and the black part is coffee grounds.
1b is a photograph of coffee grounds biocha containing acidic acid mine drainage sludge after heat treatment.
2 is a flow chart of the manufacturing steps of the present invention.
3 is a schematic configuration diagram of an apparatus for manufacturing an adsorbent for removing formaldehyde according to an embodiment of the present invention.
4A-4B are scanning electron microscope (SEM) images of an adsorbent for removing formaldehyde prepared according to an embodiment of the present invention. FIG. 4A is a comparative example, and FIG. 4B is a scanning electron microscope of Example 1. It is an image.
5 is a graph showing the comparative results of formaldehyde removal at a formaldehyde concentration of about 11-13 ppm of the adsorbents prepared in Examples and Comparative Examples of the present invention.
6 is a table showing the conditions and Qe values of the experiments before and after formaldehyde removal of the adsorbents prepared in Examples and Comparative Examples of the present invention.
7 is a table showing the conditions and Qe values of a formaldehyde removal experiment using different adsorbents.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들은 단지 설명을 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. The embodiments of the present invention disclosed in the text are illustrated for the purpose of explanation only, and the embodiments of the present invention may be embodied in various forms and should not be construed as being limited to the embodiments described in the text. .

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 실시예들은 본 발명을 특정한 개시 형태로 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다. The present invention can make various changes and can have various forms, and the embodiments are not intended to limit the present invention to a specific disclosed form, and all changes, equivalents or substitutes included in the spirit and scope of the present invention should be understood as including

본 명세서에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.In the present specification, when a part "includes" a certain component, this means that other components may be further included rather than excluding other components unless otherwise stated.

본 명세서에서 "광산배수”는 갱내에서 유출되는 물로, 중금속함량이 높고, pH가 낮다. 따라서 산성 광산배수는 하천수 및 지하수로 유입되기 전에 적절한 pH를 갖도록 중화 및 산화되어야 하며, 다량으로 녹아 있는 철을 위시한 여러 중금속을 제거해야 한다. 이때, pH를 조절하기 위하여 알칼리 중화제 (예를 들면, 수산화칼슘) 공정시 철을 다량 포함하는 “산성 광산배수 슬러지”가 침전된다. As used herein, "mine drainage" is water flowing out of the mine, high in heavy metal content, and low in pH. Therefore, acid mine drainage must be neutralized and oxidized to have an appropriate pH before flowing into river water and groundwater, and a large amount of dissolved iron Various heavy metals including

포름알데히드 제거용 흡착제Adsorbent for Formaldehyde Removal

본 발명의 예시적인 구현예들에서는, 커피 찌꺼기 및 산성 광산배수 슬러지를 포함하는, 포름알데히드 제거용 흡착제를 제공한다. In exemplary embodiments of the present invention, there is provided an adsorbent for removing formaldehyde, comprising coffee grounds and acidic acid mine drainage sludge.

본 발명의 일 구현예에 따른 포름알데히드 제거용 흡착제는, 사업장 내에서 폐기물로 버려지는 커피찌꺼기를 갱내에서 유출되는 산성 광산배수 슬러지와 함께 탄화시켜 제조되는 바이오차로, 제조비용을 절감할 수 있고, 커피찌꺼기 바이오차의 표면에 산성 광산배수 슬러지가 증착되어 표면적 증대되며, 포름알데히드의 제거능이 극대화된다. The adsorbent for removing formaldehyde according to an embodiment of the present invention is a bio-char produced by carbonizing coffee grounds thrown away as waste in a workplace together with acid mine drainage sludge flowing out of a mine, and it is possible to reduce manufacturing costs, Acidic acid mine drainage sludge is deposited on the surface of the coffee grounds biocha to increase the surface area and maximize the formaldehyde removal ability.

또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 이미 사용한 흡착제를 60℃ 이상의 오븐에서 12시간 건조시킨 후 재사용할 수 있어, 친환경적이라고 할 수 있다. In addition, according to one aspect of the present invention, the already used adsorbent can be reused after drying in an oven at 60° C. or higher for 12 hours, which can be said to be eco-friendly.

일 구현예에서, 상기 커피 찌꺼기는 커피 찌꺼기 바이오차(Biochar)이고, 상기 커피 찌꺼기 바이오차(Biochar) 표면에 산성 광산배수 슬러지가 증착될 수 있다. In one embodiment, the coffee grounds are coffee grounds biochar (Biochar), and acidic acid mine drainage sludge may be deposited on the surface of the coffee grounds biochar (Biochar).

일 구현예에서, 상기 산성 광산배수 슬러지는 2가 내지 3가 금속 또는 2가 내지 3가 준금속 원소를 포함하고, 상기 2가 내지 3가 금속 또는 2가 내지 3가 준금속 원소는 Fe, Ca, Si 및 Al 로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있다.In one embodiment, the acidic acid mine drainage sludge contains a divalent to trivalent metal or a divalent to trivalent metalloid element, and the divalent to trivalent metal or divalent to trivalent metalloid element is Fe, Ca , Si and Al may be at least one selected from the group consisting of.

일 구현예에서, 상기 산성 광산배수 슬러지는 건조된 산성 광산배수 슬러지이며, 상기 건조된 산성 광산배수 슬러지를 X-선 형광 분석법(X-ray flourescence spectrometry, XRF)으로 분석 시, 상기 2가 내지 3가 금속 또는 2가 내지 3가 준금속 원소 중 철(Fe)의 함량이 70% 이상일 수 있다. In one embodiment, the acidic acid mine drainage sludge is dried acidic acid mine drainage sludge, and when the dried acidic acid mine drainage sludge is analyzed by X-ray flourescence spectrometry (XRF), the bivalent to 3 The content of iron (Fe) among valent metals or divalent to trivalent metalloid elements may be 70% or more.

일 구현예에서, 상기 산성 광산배수 슬러지의 평균 입경은 0.3 내지 10.0 μm일 수 있다. 상기 산성 광산배수 슬러지의 크기는 45 μm 이하일 수 있고, 상기 평균 입경은 상기 산성 광산배수 슬러지의 93% 이상의 입경이 0.3 - 10.0 μm 범위에 속하는 것을 의미한다. In one embodiment, the average particle diameter of the acidic acid mine drainage sludge may be 0.3 to 10.0 μm. The size of the acidic acid mine drainage sludge may be 45 μm or less, and the average particle size means that 93% or more of the particle diameter of the acidic acid acid drainage sludge falls within the range of 0.3 - 10.0 μm.

본 발명의 일 구현예에서는, 강한 염기물질로 적극적 처리(active treatment) 후 분말 형태로 건조시킨 산성 광산배수 슬러지를 이용하여, 포름알데히드 흡착 기능이 우수한 산성 광산배수 슬러지가 커피찌꺼기 바이오차에 균일하게 분산된 상태로 존재할 수 있다. In one embodiment of the present invention, by using the acidic acid mine drainage sludge dried in powder form after active treatment with a strong base material, the acidic acid acid drainage sludge having excellent formaldehyde adsorption function is uniformly applied to the coffee grounds biocha. It may exist in a dispersed state.

구체적으로, 산성 광산배수 슬러지 내의 Na, Ca, Fe 등의 양이온이 커피 찌꺼기와 혼합되어 흡착제 표면에서 증가하면, 포름알데하이드가 반응할 수 있는 Lewis acidic site가 증가되어 화학적 흡착능이 향상되고, 슬러지 첨가시 기공 표면적이 증가에 따라 포름알데하이드 제거가 증가하여 물리적 흡착능이 향상되어, 동시에 흡착제의 포름알데히드 흡착능이 향상될 수 있다. Specifically, when the cations such as Na, Ca, and Fe in the acidic acid mine drainage sludge are mixed with the coffee grounds and increase on the surface of the adsorbent, the Lewis acidic site where formaldehyde can react increases and the chemical adsorption capacity is improved, and when the sludge is added As the pore surface area increases, the removal of formaldehyde increases and the physical adsorption capacity is improved, and at the same time, the formaldehyde adsorption capacity of the adsorbent can be improved.

일 구현예에서, 상기 커피 찌꺼기 및 산성 광산배수 슬러지의 중량비는 1: 0.15 내지 1: 2일 수 있고, 예컨대 상기 중량비는 1: 0.15 이상, 1: 0.2 이상, 1: 0.3 이상, 1: 0.4 이상, 1: 0.5 이상, 1: 0.6 이상, 1: 0.7 이상, 1: 0.8 이상, 1: 0.9 이상, 1: 1 이상, 1: 1.1 이상, 1: 1.3 이상, 1: 1.5 이상, 1: 1.7 이상, 1: 1.9 이상일 수 있고, 1: 2 이하, 1: 1.9 이하, 1: 1.8 이하, 1: 1.7 이하, 1: 1.6 이하, 1: 1.5 이하, 1: 1.4 이하, 1: 1.3 이하, 1: 1.2 이하, 1: 1.1 이하일 수 있다. 상기 중량비가 1: 0.15 미만인 경우 포름알데하이드 흡착능이 감소할 수 있고, 1: 2 초과인 경우, 수율이 감소할 수 있다 .In one embodiment, the weight ratio of the coffee grounds and acidic acid mine drainage sludge may be 1: 0.15 to 1: 2, for example, the weight ratio is 1: 0.15 or more, 1: 0.2 or more, 1: 0.3 or more, 1: 0.4 or more , 1: 0.5 or more, 1: 0.6 or more, 1: 0.7 or more, 1: 0.8 or more, 1: 0.9 or more, 1: 1 or more, 1: 1.1 or more, 1: 1.3 or more, 1: 1.5 or more, 1: 1.7 or more , 1: may be 1.9 or more, 1: 2 or less, 1: 1.9 or less, 1: 1.8 or less, 1: 1.7 or less, 1: 1.6 or less, 1: 1.5 or less, 1: 1.4 or less, 1: 1.3 or less, 1: 1.2 or less, 1: 1.1 or less. When the weight ratio is less than 1: 0.15, the formaldehyde adsorption capacity may decrease, and if it is more than 1: 2, the yield may decrease.

일 구현예에서, 상기 커피 찌꺼기 외에, 산성 광산배수 슬러지와 함께 흡착제를 형성할 수 있는 것이라면 특별한 한정 없이 더 포함할 수 있다. In one embodiment, in addition to the coffee grounds, as long as it can form an adsorbent together with the acidic acid mine drainage sludge, it may further include without particular limitation.

구체적으로, 쉽게 구할 수 있고 탄화가 가능한 물질을 사용하는 것이 좋으며, 그 구체적인 예로는 우드칩, 해조류, 각종 식물의 껍질 등이 사용될 수 있으며, 이 중에서도 폐기물로 버려지는 왕겨, 톱밥일 수 있다.Specifically, it is preferable to use a material that is readily available and can be carbonized, and specific examples thereof may include wood chips, seaweeds, and shells of various plants.

일 구현예에서, 상기 포름알데히드 제거용 흡착제의 포름 알데히드 제거 효율은 60 % 이상일 수 있고, 바람직하게는 67.9% 이상일 수 있다. In one embodiment, the formaldehyde removal efficiency of the adsorbent for removing formaldehyde may be 60% or more, preferably 67.9% or more.

또다른 일 구현예에서, 상기 포름알데히드 제거용 흡착제의 포름 알데히드흡착능이 0.1 g/g일 수 있고, 0.5 g/g일 수 있고, 1 g/g일 수 있고, 1.5 g/g일 수 있고, 2 g/g일 수 있고, 2.5 g/g일 수 있고, 바람직하게는 3 g/g 이상일 수 있다. In another embodiment, the formaldehyde adsorption capacity of the adsorbent for removing formaldehyde may be 0.1 g/g, 0.5 g/g, 1 g/g, 1.5 g/g, It may be 2 g/g, may be 2.5 g/g, and may preferably be 3 g/g or more.

본 명세서에서 상기 제거 효율은 Exhaust point (주입 농도의 95%이상 검출)까지 주입된 포름알데히드를 기준으로 제거된 포름알데히드를 계산한 결과를 기준으로 하고, 상기 흡착능은 제거된 포름알데히드를 충진된 흡착제 중량으로 나누어 계산한 결과를 기준으로 한다.In the present specification, the removal efficiency is based on the result of calculating the formaldehyde removed based on the formaldehyde injected up to the exhaust point (detection of 95% or more of the injection concentration), and the adsorption capacity is the adsorbent filled with the removed formaldehyde It is based on the result calculated by dividing by weight.

구체적으로, 상기 흡착능은 실시예를 컬럼실험으로 수행하여, Exhaust point (주입 농도의 95%이상 검출)가 올 때까지의 전체 포름알데하이드 량를 기준으로 제거된 포름알데하이드 량으로 계산한 것을 기준으로 한다. breakthrough point (주입농도의 5%이상 검출)까지로 계산하면 제거율은 증가하고 흡착능이 감소할 수 있다.Specifically, the adsorption capacity was calculated as the amount of formaldehyde removed based on the total amount of formaldehyde until the exhaust point (detection of 95% or more of the injection concentration) by performing the example as a column experiment. Calculation up to the breakthrough point (detection of more than 5% of the infusion concentration) may increase the removal rate and decrease the adsorption capacity.

일 구현예에서, 상기 포름알데히드 제거용 흡착제는 내부에 복수개의 기공을 포함하고, 공기 중의 포름알데히드를 제거할 수 있다. In one embodiment, the adsorbent for removing formaldehyde may include a plurality of pores therein, and may remove formaldehyde in the air.

구체적으로, BET 분석 결과 본 발명의 일 구현예에 따른 흡착제의 메조 포어 부피(meso pore volume)은 0.05 cm3/g 이상, 바람직하게는 0.080718 cm3/g일 수 있고, 평균 기공의 크기는 1 내지 10 nm, 바람직하게는 5.944 nm일 수 있으며, 메조 포어 비표면적(meso pore surface area)는 30 m2/g 이상, 바람직하게는 33.677 m2/g일 수 있다. Specifically, as a result of BET analysis, the mesopore volume of the adsorbent according to an embodiment of the present invention may be 0.05 cm 3 /g or more, preferably 0.080718 cm 3 /g, and the average pore size is 1 to 10 nm, preferably 5.944 nm, and the mesopore surface area may be 30 m 2 /g or more, preferably 33.677 m 2 /g.

BET로 분석해서 얻을 수 있는 결과는 크게 비표면적 (Ap), 흡착제의 기공 크기, 흡착제 내 부피 (Vp)이다. 흡착에 주로 관여하는 기공은 메조 포어(meso pore) (2- 50 nm) 및/또는 매크로 포어이기 때문에 메조 포어(meso pore) 및/또는 매크로 포어에 대한 수치를 측정할 수 있다.The results that can be obtained from BET analysis are largely the specific surface area (Ap), the pore size of the adsorbent, and the volume in the adsorbent (Vp). Since pores mainly involved in adsorption are mesopores (2-50 nm) and/or macropores, the number of mesopores and/or macropores can be measured.

본 발명의 일 구현에에 따른 흡착제에서, 커피찌꺼기의 비표면적이 AMDS와 합성되어 표면에 철산화물 입자들로 개질되어 합성 흡착제의 비표면적, 특히 메조 포어의 비표면적이 크게 증가한 결과이다.In the adsorbent according to one embodiment of the present invention, the specific surface area of coffee grounds is synthesized with AMDS and modified with iron oxide particles on the surface, resulting in a significant increase in the specific surface area of the synthetic adsorbent, particularly the specific surface area of mesopores.

본 발명의 또다른 예시적인 구현예들에서는, 전술한 포름알데히드 제거용 흡착제를 포함하는 컬럼부; 주입가스 농도 측정부; 및 배출가스 농도 측정부;를 포함하는, 포름알데히드 제거 장치를 제공한다. In another exemplary embodiment of the present invention, the column unit comprising the above-described adsorbent for removing formaldehyde; injection gas concentration measuring unit; and an exhaust gas concentration measurement unit; it provides a formaldehyde removal device, including.

도 3와 같이, 상기 포름알데히드 제거용 흡착제(Absorbent)를 컬럼 안에 포함하고, 상기 컬럼 내부에 포름알데히드를 포함하는 기체(HCHO, O2)를 주입시켜, 상기 컬럼을 통과하게 할 수 있다. 상기 컬럼은 본 발명의 일 구현예에 따른 흡착제 양쪽을 각각 글래스 울(Glass wool)로 고정하고, 상기 글래스 울(Glass wool) 상에 글래스 비즈(Glass beads)를 각각 더 포함하여, 가루 형태의 흡착제가 컬럼 내부에서 비산되지 않고, 골고루 반응이 일어나도록 위하여 충진시킬 수 있다. As shown in FIG. 3 , the formaldehyde removal adsorbent may be included in a column, and a gas (HCHO, O 2 ) containing formaldehyde may be injected into the column to pass through the column. The column fixes both sides of the adsorbent according to an embodiment of the present invention with glass wool, and further comprises glass beads on the glass wool, respectively, so that the adsorbent in powder form It can be filled so that the reaction does not scatter inside the column and the reaction occurs evenly.

또한, 일면에는 장치 외부에서 주입되는 가스 내의 포름알데히드 농도를 측정하는 주입가스 농도 측정부를 포함하고, 다른 일면에는 포름알데히드 제거용 흡착제를 통과하는 가스 내의 포름알데히드 농도를 측정하는 배출가스 농도 측정부를 포함함으로써, 실시간으로 포름알데히드가 제거되는 정도를 측정할 수 있다. 또는, 상기 주입가스 농도 측정부 및 배출가스 농도 측정부는 장치 내에서 한곳에 설치되고, 도 3에서 ①번을 열고, ②번을 닫아 주입부 농도를 측정하고, ①번을 닫음과 동시에 ②번을 열어 FT-IR라고 기재된 부분에서 배출가스 농도를 측정할 수 있다. In addition, one side includes an injection gas concentration measuring unit for measuring the formaldehyde concentration in the gas injected from outside the device, and the other side includes an exhaust gas concentration measuring unit for measuring the formaldehyde concentration in the gas passing through the formaldehyde removal adsorbent By doing so, it is possible to measure the extent to which formaldehyde is removed in real time. Alternatively, the injection gas concentration measuring unit and the exhaust gas concentration measuring unit are installed in one place in the device, and in FIG. 3, open ①, close ② to measure the concentration of the injection part, close ① and open ② at the same time It is possible to measure the exhaust gas concentration in the part described as FT-IR.

포름알데히드 제거용 흡착제 제조방법Adsorbent manufacturing method for formaldehyde removal

본 발명의 또다른 예시적인 구현예들에서는, 전술한 포름알데히드 제거용 흡착제의 제조 방법으로서, 커피 찌꺼기를 준비하는 단계; 산성 광산배수 슬러지를 준비하는 단계; 및 상기 커피 찌꺼기 및 산성 광산배수 슬러지를 혼합하여 열처리하는 단계; 를 포함하는, 포름알데히드 제거용 흡착제 제조 방법을 제공한다(도 2 참조). In another exemplary embodiment of the present invention, there is provided a method for preparing the above-described adsorbent for removing formaldehyde, the method comprising: preparing coffee grounds; preparing acid mine drainage sludge; and mixing and heat-treating the coffee grounds and acidic acid mine drainage sludge; It provides a method for preparing an adsorbent for removing formaldehyde, including (see FIG. 2).

본 발명의 일 구현예에 따르면, 제한된 산소 조건에서 가열시켜 만드는 바이오차(biochar) 제조방법을 응용하여, 첨가하는 물질에 따라 다양한 목적의 흡착제를 제작할 수 있다. 또한, 기존에 사용하던 바이오차 제거 방식보다 산성 광산배수 슬러지를 첨가하여 반응 표면적을 극대화할 수 있어 흡착제 무게당 흡착능이 우수하다. According to an embodiment of the present invention, an adsorbent for various purposes can be manufactured according to a material to be added by applying a biochar manufacturing method made by heating under a limited oxygen condition. In addition, it is possible to maximize the reaction surface area by adding acidic acid mine drainage sludge compared to the conventional biochar removal method, so it has excellent adsorption capacity per weight of the adsorbent.

예컨대, 본 발명의 일 구현예에 따른 흡착제는 60 m2/g 이상(바람직하게는 64.796 m2/g)의 비표면적을 가져, 커피 찌꺼기만을 포함하는 흡착제(비표면적 1.7538 m2/g)와 비교하여 현저히 우수한 흡착능을 나타낼 수 있다. For example, the adsorbent according to one embodiment of the present invention has a specific surface area of 60 m 2 /g or more (preferably 64.796 m 2 /g), and an adsorbent containing only coffee grounds (specific surface area 1.7538 m 2 /g) and In comparison, it can exhibit a remarkably excellent adsorption capacity.

일 구현예에서, 상기 커피 찌꺼기를 준비하는 단계는, 커피 찌꺼기를 건조하는 단계; 건조된 커피 찌꺼기를 분쇄하여 분말화하는 단계; 및 분말화된 커피 찌꺼기의 입자 크기를 조절하는 단계;를 포함할 수 있다. In one embodiment, the step of preparing the coffee grounds comprises the steps of drying the coffee grounds; pulverizing the dried coffee grounds into a powder; and adjusting the particle size of the powdered coffee grounds.

상기 커피 찌꺼기는 커피전문점에서 커피를 제조시 발생하는 커피찌꺼기를 회수할 수 있으며, 예컨대, 대한민국 제조사 Brownhouse co.의 Carpe day coffee(상표명)를 회수하여 사용할 수 있다.The coffee grounds may be used to recover coffee grounds generated during the production of coffee at a coffee shop, for example, Carpe day coffee (trade name) of Brownhouse co., a Korean manufacturer.

예컨대, 상기 커피 찌꺼기를 준비하는 단계는, 탈 이온수로 2회간 세척한 커피찌꺼기를 90 내지 110℃의 온도의 오븐에서 23 내지 25시간 동안 건조시키는 단계; 및 건조된 커피찌꺼기를 분쇄하여 10 내지 30 mesh의 입자 크기를 갖는 분말 형태로 제조하는 단계;를 포함할 수 있다. For example, preparing the coffee grounds may include drying the coffee grounds washed twice with deionized water in an oven at a temperature of 90 to 110° C. for 23 to 25 hours; and grinding the dried coffee grounds to prepare a powder having a particle size of 10 to 30 mesh;

일 구현예에서, 상기 산성 광산배수 슬러지를 준비하는 단계는, 산성 광산배수 슬러지를 건조하는 단계; 건조된 산성 광산배수 슬러지를 분쇄하여 분말화하는 단계; 및 분말화된 산성 광산배수 슬러지의 입자 크기를 조절하는 단계;를 포함할 수 있다. In one embodiment, the preparing of the acidic acid mine drainage sludge comprises: drying the acidic acid mine drainage sludge; pulverizing and pulverizing the dried acidic acid mine drainage sludge; and adjusting the particle size of the powdered acidic acid mine drainage sludge.

구체적으로, 먼저, 갱내에서 유출되는 산성 광산배수를 채취하여 수산화칼슘과 같은 강한 염기를 첨가하여 침전시켜 슬러지화 하고, 반응 이후에 슬러지를 채취하여 풍건시켜, 산성 광산배수 슬러지를 얻을 수 있다. Specifically, first, acidic acid mine drainage flowing out from the mine is collected, a strong base such as calcium hydroxide is added to precipitate it to form sludge, and after the reaction, the sludge is collected and air-dried to obtain acidic acid mine drainage sludge.

예컨대, 상기 산성 광산배수 슬러지를 준비하는 단계는, 산성 광산배수를 슬러지화 시키기 위하여 염기물질인 수산화칼슘(Ca(OH)2)으로 침전시키는 단계; 슬러지화된 산성 광산배수를 30 내지 40℃의 온도의 오븐에서 23 내지 25시간 동안 건조시키는 단계; 및 건조된 산성 광산배수 슬러지를 분쇄하여 80 내지 100 mesh의 입자 크기를 갖는 분말 형태로 제조하는 단계;를 포함할 수 있다 .For example, the step of preparing the acidic acid mine drainage sludge may include precipitating the acidic acid mine drainage with calcium hydroxide (Ca(OH) 2 ), which is a basic material to sludge; drying the sludged acidic acid mine drainage in an oven at a temperature of 30 to 40° C. for 23 to 25 hours; and pulverizing the dried acidic acid mine drainage sludge to prepare it in a powder form having a particle size of 80 to 100 mesh.

그 후, 이를 커피찌꺼기와 일정한 비율로 섞고, 이를 세라믹 재질의 보트형 도가니에 넣어, 도 1a과 같은 혼합물을 제조할 수 있다. 이때 열처리 준비 단계는 통상의 공정에 따라 실시될 수 있으며, 산성 광산배수 슬러지, 커피찌꺼기는 앞서 설명한 바와 동일하다.Thereafter, the mixture is mixed with coffee grounds in a certain ratio, and the mixture is put into a boat-type crucible made of a ceramic material to prepare a mixture as shown in FIG. 1A. In this case, the heat treatment preparation step may be carried out according to a conventional process, and the acidic acid mine drainage sludge and coffee grounds are the same as described above.

일 구현예에서, 상기 열처리는 제한된 산소 조건하에 790 내지 810℃의 온도 하에 실시될 수 있다. 예컨대, 밀폐된 유리 재질의 퍼니스 컬럼에 질소 가스만 흘려주어 실시할 수 있다.In one embodiment, the heat treatment may be carried out at a temperature of 790 to 810 °C under limited oxygen conditions. For example, it may be carried out by flowing only nitrogen gas through a closed glass furnace column.

예컨대, 상기 열처리는 승온율 10℃/분의 속도로 가열되는 것일 수 있고, 열처리용 가스의 주입 속도는 200 mL/분일 수 있다. For example, the heat treatment may be heated at a rate of 10° C./min., and the injection rate of the gas for heat treatment may be 200 mL/min.

일 구현예에서, 상기 커피 찌꺼기 및 산성 광산배수 슬러지를 혼합하여 열처리하는 단계에서, 상기 커피 찌꺼기 및 산성 광산배수 슬러지는 1: 0.15 내지 2의 중량비로 혼합될 수 있고, 예컨대, 1: 0.7 내지 1: 1.5 또는 1: 0.9 내지 1: 1.2의 중량비로 혼합될 수 있다. 상기 중량비가 1: 0.15 미만인 경우 포름알데하이드 흡착능이 감소할 수 있고, 1: 2 이상인 경우, 수율이 감소할 수 있다.In one embodiment, in the step of heat-treating by mixing the coffee grounds and the acidic acid mine drainage sludge, the coffee grounds and the acidic acid mine drainage sludge may be mixed in a weight ratio of 1: 0.15 to 2, for example, 1: 0.7 to 1 : 1.5 or 1: 0.9 to 1: 1.2 by weight ratio. When the weight ratio is less than 1: 0.15, the formaldehyde adsorption capacity may decrease, and if it is 1: 2 or more, the yield may decrease.

일 구현예에서, 상기 열처리된 혼합물을 체에 걸러 흡착제의 크기를 조절하는 단계;를 더 포함할 수 있다.In one embodiment, the step of controlling the size of the adsorbent by filtering the heat-treated mixture through a sieve; may further include.

포름알데히드 제거 방법How to remove formaldehyde

본 발명의 또다른 예시적인 구현예들에서는, 전술한 포름알데히드 제거용 흡착제를 이용하여 포름알데히드를 제거하는 방법을 제공한다. Another exemplary embodiment of the present invention provides a method for removing formaldehyde using the above-described adsorbent for removing formaldehyde.

일 구현예에서, 상기 포름알데히드 제거는 공기 중에서 이루어질 수 있다.In one embodiment, the formaldehyde removal may be performed in air.

이하, 본 발명을 바람직한 실시예를 참고로 하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to preferred embodiments so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. However, the present invention may be implemented in various different forms, and is not limited to the embodiments described herein.

실시예Example

강원도 태백시 탄광인 H광산의 갱내에서 유출되는 산성 광산배수를 채취하여 수산화칼슘과 같은 강한 염기를 첨가하여 침전시켜 슬러지를 만들었다. 반응 이후에 슬러지를 채취하여 풍건시켰다. 이후 풍건시킨 슬러지를 고무망치, 옥사발 등을 이용하여 파쇄한 후 325 메시(mesh)에 체 거름을 하여, 45 μm 이하의 가루 형태의 산성 광산배수 슬러지를 얻었다. Sludge was made by collecting acid mine drainage from the mine H mine in Taebaek-si, Gangwon-do, and precipitating it with a strong base such as calcium hydroxide. After the reaction, the sludge was collected and air dried. After that, the air-dried sludge was crushed using a rubber mallet or a jade bowl, and then sieved through a 325 mesh to obtain an acidic mine drainage sludge in the form of a powder of 45 μm or less.

건조, 체거름한 시료를 X 선 형광분석(XRF)을 실시한 결과는 하기 표 3과 같았다. 철의 함유량은 약 82.8%로 확인되었다.The results of X-ray fluorescence analysis (XRF) on the dried and sieved samples are shown in Table 3 below. The iron content was confirmed to be about 82.8%.

산성 광산 배수 슬러지 XRF 분석 결과Results of XRF analysis of acid mine drainage sludge ElementElement FeFe SS CaCa SiSi AlAl MnMn MgMg OtherOther TotalTotal AMDs (%)AMDs (%) 82.882.8 0.820.82 10.2010.20 2.422.42 1.471.47 1.211.21 0.240.24 0.850.85 100.0100.0

하기 표 4의 실시예 1과 같은 중량비로, 커피찌꺼기와 산성 광산배수 슬러지를 혼합하여, 보트 형태의 도가니에 담았다. 흡착제의 크기는 다양하게 존재하였으나, 실험의 재현성을 확보하기 위해 체를 이용하여 40-60 mesh 사이 크기의 바이오차와 산성 광산배수 슬러지 첨가 바이오차만을 비교하여 실험에 사용하였다.In the same weight ratio as in Example 1 of Table 4 below, coffee grounds and acid mine drainage sludge were mixed, and placed in a boat-shaped crucible. The size of the adsorbent was varied, but in order to secure the reproducibility of the experiment, only the biochar with a size between 40-60 mesh and the biochar added with acidic acid mine drainage sludge was compared and used for the experiment.

커피 찌꺼기와 산성 광산배수 슬러지 첨가 흡착제 제작Production of adsorbent with coffee grounds and acid mine drainage sludge 커피 찌꺼기 (중량)Coffee grounds (by weight) 첨가물 (중량)Additives (weight) 실시예Example 커피 찌꺼기(3.0 g)Coffee grounds (3.0 g) 건조된 산성 광산배수 슬러지(3.0 g)Dried acid mine drainage sludge (3.0 g) 비교예comparative example 커피 찌꺼기(6.0 g)Coffee grounds (6.0 g) --

제조한 커피찌꺼기와 산성 광산배수 슬러지 혼합물을 퍼니스에 이송한 후, 제한된 산소 조건하에, 즉 밀폐된 유리 퍼니스 컬럼에 질소 가스(99.9999%)를 200 mL/분의 주입 속도로 주입하였다. 상기 열처리의 결과로 포름알데히드 제거용 흡착제를 도 1a과 같이 제조하였다. 갈색부분이 AMDS(산성광산배수 슬러지) 이며, 검정부분이 커피 찌꺼기인 것을 확인할 수 있다. 도 1b는 열처리 후 산성 광산배수 슬러지 함유 커피찌꺼기 바이오차의 사진이다. 해당 흡착제의 경우 산성 광산배수 슬러지 내에 다량으로 함유되어있는 철이, 열처리 후에도 자성을 띄는 바, 양이온인 철 이온이 흡착제에도 다량 포함된 것을 확인할 수 있다. After the prepared coffee grounds and acidic acid mine drainage sludge mixture was transferred to the furnace, nitrogen gas (99.9999%) was injected into the closed glass furnace column under limited oxygen conditions, that is, at an injection rate of 200 mL/min. As a result of the heat treatment, an adsorbent for removing formaldehyde was prepared as shown in FIG. 1A. It can be confirmed that the brown part is AMDS (acid mine drainage sludge) and the black part is coffee grounds. 1b is a photograph of coffee grounds biocha containing acidic acid mine drainage sludge after heat treatment. In the case of the adsorbent, iron contained in a large amount in the acidic acid mine drainage sludge is magnetic even after heat treatment, so it can be confirmed that the adsorbent contains a large amount of iron ions, which are cations.

본 발명의 흡착제에 대하여, 흡착에 주로 관여하는 메조 포어(2-50 nm)에 대한 메조 포어 부피, 메조 포어 비표면적 및 평균 기공 크기를 측정한 결과는 하기와 같았다. For the adsorbent of the present invention, the results of measuring the mesopore volume, mesopore specific surface area, and average pore size for mesopores (2-50 nm) mainly involved in adsorption were as follows.

<BET 분석 결과 ><BET analysis result>

Meso pore volume: 0.080718 cm3/gMeso pore volume: 0.080718 cm 3 /g

기공의 크기: 5.944 nmPore size: 5.944 nm

Meso pore surface area: 33.677 m2/gMeso pore surface area: 33.677 m 2 /g

또한, 메조 포어가 아닌 전체 비표면적을 측정한 경우, 커피찌꺼기 바이오차의 비표면적은 1.7538 m2/g이고, AMDS 바이오차(본 발명의 흡착제)의 비표면적은 64.796 m2/g인 것으로 나타났다. In addition, when the total specific surface area, not the mesopores, was measured, the specific surface area of the coffee grounds biocha was 1.7538 m 2 /g, and the specific surface area of the AMDS biochar (adsorbent of the present invention) was 64.796 m 2 /g. .

비교예comparative example

흡착제 제조시 산성 광산배수 슬러지를 사용하지 않은 것을 제외하고는 상기 실시예에서와 동일한 방법으로 실시하여 흡착제를 제조하였다(상기 표 4에서 비교예).An adsorbent was prepared in the same manner as in the above Example, except that acidic acid mine drainage sludge was not used in preparing the adsorbent (comparative example in Table 4).

시험예test example

시험예test example 1 : 흡착제 표면 관찰 1: Observation of adsorbent surface

본 발명의 일 실시예에 따른 흡수재의 포름알데히드 흡수 및 제거효과를 평가하기 위하여, 비교예 및 실시예에서 제조한 흡착제를 주사 전자 현미경을 이용하여 분석 및 관찰하여 그 결과를 도 4a 내지 4b에 나타내었다. In order to evaluate the formaldehyde absorption and removal effect of the absorbent according to an embodiment of the present invention, the absorbents prepared in Comparative Examples and Examples were analyzed and observed using a scanning electron microscope, and the results are shown in FIGS. 4A to 4B it was

이를 참조하면, 비교예(도 4a)와 비교하여, 실시예(도 4b)의 경우, 커피찌꺼기로 만든 바이오차에 산성 광산배수 슬러지가 첨가된 것을 확인할 수 있다.Referring to this, as compared with the comparative example (FIG. 4a), in the case of the example (FIG. 4b), it can be confirmed that the acidic acid mine drainage sludge was added to the biocha made from coffee grounds.

시험예test example 2 : 산성 광산배수 2: Acid mine drainage 슬러지sludge 첨가에 따른 포름알데히드 Formaldehyde upon addition 제거능Removability 평가 evaluation

도 3에 나타난 바와 같이, 포름알데히드와 질소를 유량조절기(Mass flow controller, MFC)를 이용하여 혼합 후 포름알데히드 농도를 약 11-13 ppm으로 주입하고, 지름 2 cm의 pyrex 재질의 컬럼 중단부에 실시예 및 비교예의 흡착제를 끼워 감소하는 포름알데히드 양을 FT-IR을 통해 실시간 온라인 분석과정을 나타내었다.As shown in FIG. 3, after mixing formaldehyde and nitrogen using a mass flow controller (MFC), the formaldehyde concentration was injected at about 11-13 ppm, and at the middle part of the column made of pyrex material with a diameter of 2 cm. The real-time online analysis process was shown through FT-IR for reducing the amount of formaldehyde by sandwiching the adsorbents of Examples and Comparative Examples.

분석 결과, 도 5-7 에 나타난 바와 같이, 다른 흡착제들과 비교하여 실시예(CW+AMDs)의 흡착제가 단위무게당 포름알데히드 제거능이 우수하다는 것을 확인할 수 있었다. As a result of the analysis, as shown in FIGS. 5-7 , it was confirmed that the adsorbent of Example (CW+AMDs) had superior formaldehyde removal capacity per unit weight compared to other adsorbents.

또한, 실시예를 컬럼실험으로 수행하여, Exhaust point (주입 농도의 95%이상 검출)가 올 때까지의 전체 포름알데하이드 량를 기준으로 제거된 포름알데하이드 량으로 계산한 흡착능 결과는 약 3 g/g (표 7과 같이 표기하면 3,013 mg/g) 인 것으로 나타났다(도 6 참조). 이는 도 7의 비교예들과 비교하여 10배가 넘는 수치이다. In addition, by performing the example as a column experiment, the adsorption capacity result calculated as the amount of formaldehyde removed based on the total amount of formaldehyde until the exhaust point (detection of 95% or more of the injection concentration) is about 3 g/g ( As shown in Table 7, it was found to be 3,013 mg/g) (see FIG. 6 ). This is more than 10 times the number compared to the comparative examples of FIG. 7 .

따라서, 본 발명의 일 구현예에 따른 흡착제의 경우, 다른 흡착제들과 비교하여 10배 이상의 포름알데하이드 제거능이 확인되었고(도 7), 재생 방법이 화학물질 등을 사용하는 것이 아닌 열처리로 환경친화적이다. Therefore, in the case of the adsorbent according to an embodiment of the present invention, the formaldehyde removal ability was confirmed 10 times or more compared to other adsorbents (FIG. 7), and the regeneration method is environmentally friendly with heat treatment instead of using chemicals .

Claims (15)

커피 찌꺼기 및 산성 광산배수 슬러지를 포함하고,
상기 커피 찌꺼기는 커피 찌꺼기 바이오차(Biochar)이고,
상기 커피 찌꺼기 바이오차(Biochar)의 표면에 산성 광산배수 슬러지가 증착된 것인, 포름알데히드 제거용 흡착제.
Containing coffee grounds and acid mine drainage sludge,
The coffee grounds are coffee grounds biochar (Biochar),
An adsorbent for removing formaldehyde, wherein acidic acid mine drainage sludge is deposited on the surface of the coffee grounds biochar.
제1항에 있어서,
상기 산성 광산배수 슬러지는 2가 내지 3가 금속 또는 2가 내지 3가 준금속 원소를 포함하고,
상기 2가 내지 3가 금속 또는 2가 내지 3가 준금속 원소는 Fe, Ca, Si 및 Al 로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인, 포름알데히드 제거용 흡착제.
According to claim 1,
The acidic acid mine drainage sludge contains a divalent to trivalent metal or a divalent to trivalent metalloid element,
The divalent to trivalent metal or divalent to trivalent metalloid element is at least one selected from the group consisting of Fe, Ca, Si and Al, an adsorbent for removing formaldehyde.
제2항에 있어서,
상기 산성 광산배수 슬러지는 건조된 산성 광산배수 슬러지이며,
상기 건조된 산성 광산배수 슬러지를 X-선 형광 분석법(X-ray flourescence spectrometry, XRF)으로 분석 시, 상기 2가 내지 3가 금속 또는 2가 내지 3가 준금속 원소 중 철(Fe)의 함량이 70% 이상인, 포름알데히드 제거용 흡착제.
3. The method of claim 2,
The acidic acid mine drainage sludge is dried acidic acid mine drainage sludge,
When the dried acidic acid mine drainage sludge was analyzed by X-ray flourescence spectrometry (XRF), the content of iron (Fe) among the divalent to trivalent metals or divalent to trivalent metalloid elements was 70% or more, adsorbent for removal of formaldehyde.
제1항에 있어서,
상기 산성 광산배수 슬러지의 평균 입경은 0.3 내지 2.0 μm인, 포름알데히드 제거용 흡착제.
According to claim 1,
The average particle diameter of the acidic acid mine drainage sludge is 0.3 to 2.0 μm, an adsorbent for removing formaldehyde.
제1항에 있어서,
상기 커피 찌꺼기 및 산성 광산배수 슬러지의 중량비는 1: 0.15 내지 2인, 포름알데히드 제거용 흡착제.
According to claim 1,
The weight ratio of the coffee grounds and acidic acid mine drainage sludge is 1: 0.15 to 2, an adsorbent for removing formaldehyde.
제1항에 있어서,
상기 포름알데히드 제거용 흡착제의 포름 알데히드 제거 효율은 60% 이상인, 포름알데히드 제거용 흡착제.
According to claim 1,
The formaldehyde removal efficiency of the adsorbent for removing formaldehyde is 60% or more, the adsorbent for removing formaldehyde.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 포름알데히드 제거용 흡착제를 포함하는 컬럼부;
주입가스 농도 측정부; 및
배출가스 농도 측정부;를 포함하는, 포름알데히트 제거 장치.
A column unit comprising an adsorbent for removing formaldehyde according to any one of claims 1 to 6;
injection gas concentration measuring unit; and
Exhaust gas concentration measurement unit; Containing, formaldehyde removal device.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 포름알데히드 제거용 흡착제의 제조 방법으로서,
커피 찌꺼기를 준비하는 단계;
산성 광산배수 슬러지를 준비하는 단계; 및
상기 커피 찌꺼기 및 산성 광산배수 슬러지를 혼합하여 열처리하는 단계; 를 포함하는, 포름알데히드 제거용 흡착제 제조 방법.
As a method for manufacturing the adsorbent for removing formaldehyde according to any one of claims 1 to 6,
preparing coffee grounds;
preparing acid mine drainage sludge; and
heat-treating a mixture of the coffee grounds and acid mine drainage sludge; A method for preparing an adsorbent for removing formaldehyde, comprising a.
제8항에 있어서,
상기 커피 찌꺼기를 준비하는 단계는,
커피 찌꺼기를 건조하는 단계;
건조된 커피 찌꺼기를 분쇄하여 분말화하는 단계; 및
분말화된 커피 찌꺼기의 입자 크기를 조절하는 단계;를 포함하는, 포름알데히드 제거용 흡착제 제조 방법.
9. The method of claim 8,
The step of preparing the coffee grounds,
drying the coffee grounds;
pulverizing the dried coffee grounds into a powder; and
Controlling the particle size of the powdered coffee grounds; Containing, a method for producing an adsorbent for removing formaldehyde.
제8항에 있어서,
상기 산성 광산배수 슬러지를 준비하는 단계는,
산성 광산배수 슬러지를 건조하는 단계;
건조된 산성 광산배수 슬러지를 분쇄하여 분말화하는 단계; 및
분말화된 산성 광산배수 슬러지의 입자 크기를 조절하는 단계;를 포함하는, 포름알데히드 제거용 흡착제 제조 방법.
9. The method of claim 8,
The step of preparing the acidic acid mine drainage sludge,
drying the acid mine drainage sludge;
pulverizing and pulverizing the dried acidic acid mine drainage sludge; and
Controlling the particle size of the powdered acidic acid mine drainage sludge; Containing, a method for producing an adsorbent for removing formaldehyde.
제8항에 있어서,
상기 커피 찌꺼기 및 산성 광산배수 슬러지를 혼합하여 열처리하는 단계에서,
상기 커피 찌꺼기 및 산성 광산배수 슬러지는 1: 0.15 내지 2의 중량비로 혼합되는, 포름알데히드 제거용 흡착제 제조 방법.
9. The method of claim 8,
In the step of heat-treating by mixing the coffee grounds and acidic acid mine drainage sludge,
The coffee grounds and acid acid mine drainage sludge are mixed in a weight ratio of 1: 0.15 to 2, a method for producing an adsorbent for removing formaldehyde.
제8항에 있어서,
상기 열처리된 혼합물을 체에 걸러 흡착제의 크기를 조절하는 단계;를 더 포함하는, 포름알데히드 제거용 흡착제 제조 방법.
9. The method of claim 8,
Controlling the size of the adsorbent by filtering the heat-treated mixture through a sieve; further comprising, a method of manufacturing an adsorbent for removing formaldehyde.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 포름알데히드 제거용 흡착제를 이용하여 포름알데히드를 제거하는 방법.A method for removing formaldehyde using the adsorbent for removing formaldehyde according to any one of claims 1 to 6. 제13항에 있어서,
상기 포름알데히드 제거는, 공기 중에서 이루어지는 것인, 포름알데히드 제거 방법.
14. The method of claim 13,
The removal of the formaldehyde, the formaldehyde removal method that is made in air.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20120116758A (en) * 2011-04-13 2012-10-23 서울시립대학교 산학협력단 Adsorbent using sewage sludge char for reducing air pollutants and method for preparing the same
KR20180125758A (en) 2017-05-16 2018-11-26 대전대학교 산학협력단 Method for Manufacturing Biomass Adsorbent using byproducts of coffee and Biomass adsorbent
KR20190023459A (en) * 2017-08-29 2019-03-08 주식회사 이앤켐솔루션 Preparation of adsorbent for removal of sulfur compounds using acid mine drainage

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20120116758A (en) * 2011-04-13 2012-10-23 서울시립대학교 산학협력단 Adsorbent using sewage sludge char for reducing air pollutants and method for preparing the same
KR20180125758A (en) 2017-05-16 2018-11-26 대전대학교 산학협력단 Method for Manufacturing Biomass Adsorbent using byproducts of coffee and Biomass adsorbent
KR20190023459A (en) * 2017-08-29 2019-03-08 주식회사 이앤켐솔루션 Preparation of adsorbent for removal of sulfur compounds using acid mine drainage

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Carter, E.M., Katz, L.E., Speitel, G.E. and Ramirez, D. 2011. Gas-Phase Formaldehyde Adsorption Isotherm Studies on Activated Carbon: Correlations of Adsorption Capacity to Surface Functional Group Density. Environmental Science & Technology 45(15), 6498-6503.
Kalantarifard, A., Gon, J. and Yang, G. 2016. Formaldehyde Adsorption into Clinoptilolite Zeolite Modified with the Addition of Rich Materials and Desorption Performance Using Microwave Heating. Terrestrial, Atmospheric and Oceanic Sciences 27, 865.
Yang, Z.; Miao, H.; Rui, Z.; Ji, H. 2019. Enhanced Formaldehyde Removal from Air Using Fully Biodegradable Chitosan Grafted β-Cyclodextrin Adsorbent with Weak Chemical Interaction. Polymers 11, 276.

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