KR102498159B1 - 인산 개질된 바이오차 흡착제 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 재활용률이 낮은 생활계 폐목재 등을 주재로 하여 수중 독성 중금속 제거용 바이오차로 제조함으로써 폐자원을 재활용할 수 있을 뿐 아니라, 종래의 고온 탄화 과정 대비 신속하고 적은 에너지로 바이오차를 제조하며, 바이오차를 알긴산나트륨 내지 키토산과 같은 바이오 고분자와 혼합하여 다공성 폼 형태의 소재로 제조함으로써, 종래 기술에 따른 분말 형태의 바이오차 대비 취급이 용이하고 사용 후 회수가 간편한, 바이오차 흡착제 및 그 제조방법, 또한 이를 이용한 수중 중금속 흡착 제거 방법을 제공한다.

Description

인산 개질된 바이오차 흡착제 및 그 제조방법{PHOSPHORIC ACID MODIFIED BIOCHAR ADSORBENT AND THE MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 인산 개질된 바이오차 흡착제 및 그 제조방법에 관한 것이다.
2017년 한국환경공단의 전국 폐기물 발생 및 처리현황자료에 따르면 폐목재 중 생활계 폐목재(5톤 이하의 임목 폐목재 및 폐가구)의 재활용률이 가장 낮은 것으로 나타났다. 한편, 서울시를 비롯한 수도권의 영세사업장은 중금속 등 여러 유해물질 함유 폐수를 발생시키고 있는데, 적합한 처리시설을 사용하지 않거나 부적절한 처리로 인해 토양, 지표수 및 지하수에까지 심각한 오염을 초래하고 있다. 이에, 서울시에서는 소규모 사업장 환경관리 방향을 통합환경관리로 설정하였으며 2017년 서울연구원은 소규모 사업장의 수, 환경오염 배출시설 포함 여부 등을 고려하여 우선 관리대상 업종을 제안한 바 있다.
이 중 도금 시설은 통합관리 우선 적용 1순위이며, 금속가공제품 제조업, 기타 제품 제조업, 기타 기계 및 장비 제조업에서 도금 시설을 운영하고 있다. 이러한 도금 시설에서 배출되는 폐수에는 인체에 매우 유해한 독성 중금속을 포함하고 있어 적절한 처리를 하지 않으면 주변 수질을 오염시키고 주민 건강을 위협할 우려가 있다.
수중 독성 중금속 제거를 위한 공정으로는 이온 교환, 막여과, 흡착 등의 방법이 있으며, 이 중 흡착 방법은 적용이 간편하고 처리 과정에서 슬러지와 같은 2차 오염 물질을 발생시키지 않는 장점을 가진다.
한편, 바이오차(Biochar)는 전분, 목질계, 해조류 등의 바이오매스(Biomass)를 산소가 없거나 부족한 상태에서 ~1000 ℃ 의 온도에서 탄화를 통해 제조되는 물질이며 넓은 비표면적과 산소 관능기를 보유하고 있어 수중 중금속을 효과적으로 흡착할 수 있다. 그러나, 제조 과정에서 높은 온도의 운전이 요구되기 때문에 많은 양의 에너지가 소모되고, 제조되는 바이오차는 분말 형태로서 수처리 적용 시 회수가 어려운 단점을 가진다.
본 연구자들은 바이오매스의 탄화 이전 단계에서 인산을 이용하여 바이오매스를 화학적으로 활성화하는 경우 바이오매스의 탄화를 가속화시킬 수 있으며, 인산에 의해 개질된 바이오차는 표면에 부착된 P=OOH 내지 P=O와 같은 관능기로 인하여 양이온 중금속을 효율적으로 흡착할 수 있고, 바이오차 표면의 인산 성분은 양이온 중금속과 만나 Me5(PO4)3OH(Me=2가 양이온 중금속) 등과 같은 형태로 침전시킬 수 있음을 확인하고, 종래 기술에 따른 고온의 탄화 과정 대신 신속하고 적은 에너지로 바이오차를 제조하되, 바이오차를 다공성 폼(foam) 형태로 제조함으로써, 취급이 용이하고 사용 후 회수가 간편한 흡착제를 개발하기 위해 예의 노력한 결과, 본 발명을 완성하게 되었다.
본 발명은, 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 생활계 폐목재 등 바이오매스를 마이크로웨이브 처리하여, 종래의 고온 탄화 과정 대비 신속하고 적은 에너지로 바이오차를 제조하며, 알긴산나트륨 내지 키토산과 같은 바이오 고분자와 혼합하여 다공성 폼 형태의 소재로 제조함으로써, 취급이 용이하고 사용 후 회수가 간편하도록 한, 바이오차 흡착제 및 그 제조방법, 또한 이를 이용한 수중 중금속 흡착 제거 방법을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에서는, a) 바이오매스를 인산(H3PO4) 수용액에 넣고 교반하여, 바이오매스 표면을 화학적으로 활성화하는 단계; b) 상기 a 단계에서 얻어진 바이오매스에 마이크로웨이브 처리를 수행하여 인산 개질된 바이오차(biochar)를 제조하는 단계; 및 c) 상기 바이오차(biochar)를 바이오 고분자와 혼합하여 다공성 폼(foam) 형태의 흡착제를 제조하는 단계; 를 포함하는, 바이오차 흡착제 제조방법을 제공한다.
또한, 본 명세서에서 상기 a 단계는 분쇄 및 세척된 바이오매스를 35 내지 50% 농도의 인산 수용액에 넣고 0.5 내지 1.5 시간 교반하여 수행되는 것인, 바이오차 흡착제 제조방법을 제공한다.
또한, 본 명세서에서 상기 b 단계는 바이오매스를 600 내지 800 W 출력 범위로 3 내지 6분 간 마이크로웨이브 처리하여 탄화시킴으로써 바이오차로 제조하는 단계(b-1) 및 바이오차 표면에 잔존하는 인산 및 불순물 제거를 위해 세척 및 건조하는 단계(b-2)를 포함하는 것인, 바이오차 흡착제 제조방법을 제공한다.
또한, 본 명세서에서 상기 바이오 고분자는 알긴산나트륨(sodium alginate) 및 키토산(chitosan) 중 선택되는 1종 이상인, 바이오차 흡착제 제조방법을 제공한다.
또한, 본 명세서에서 상기 c 단계는 바이오차와 바이오 고분자를 증류수와 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계(c-1), 상기 혼합물을 몰드에 넣고 -15 내지 -25℃ 에서 동결한 후 48 내지 72 시간 동안 동결 건조하는 단계(c-2) 및 동결 건조된 혼합물을 0.2 내지 0.5 M의 염화칼슘(CaCl2) 용액에 넣고 가교결합 시켜 다공성 폼(foam) 형태의 흡착제를 제조하는 단계(c-3)를 포함하는 것인, 바이오차 흡착제 제조방법을 제공한다.
또한, 본 명세서에서 상기 c-1 단계는 혼합물 전체 중량을 기준으로 바이오차 및 바이오 고분자를 각각 1 내지 3 중량%로 혼합하여 수행되는 것인, 바이오차 흡착제 제조방법을 제공한다.
본 명세서에서는, 상기 방법에 의해 제조되는 바이오차 흡착제로서, 상기 바이오차는 표면에 P=OOH 또는 P=O 중 선택되는 1종 이상의 관능기(functional group)를 가지는, 바이오차 흡착제를 제공한다.
또한, 본 명세서에서 상기 바이오차 흡착제는 중금속 오염수를 이용한 회분식 흡착실험 시, 납(Pb) 양이온에 대한 최대흡착 성능이 45 내지 55 mg/g 범위인, 바이오차 흡착제를 제공한다.
또한, 본 명세서에서 상기 바이오차 흡착제는 중금속 오염수를 이용한 회분식 흡착실험 시, 카드뮴(Cd) 양이온에 대한 최대흡착 성능이 35 내지 40 mg/g 범위인, 바이오차 흡착제를 제공한다.
본 명세서에서는, 중금속 오염수를 처리하기 위한 방법으로서, 상기 바이오차 흡착제를 오염수에 투입하여, 중금속 양이온을 제거하는, 수중 중금속 흡착 제거 방법을 제공한다.
또한, 본 명세서에서 상기 중금속 양이온은 카드뮴(Cd), 납(Pb), 니켈(Ni), 구리(Cu) 및 아연(Zn) 중 선택되는 1종 이상의 중금속 양이온인, 수중 중금속 흡착 제거 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 바이오차 흡착제 제조방법은, 재활용률이 낮은 생활계 폐목재 등을 주재로 하여 수중 독성 중금속 제거용 바이오차로 제조함으로써 폐자원을 재활용할 수 있을 뿐 아니라, 종래의 고온 탄화 과정 대비 신속하고 적은 에너지로 바이오차를 제조할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 바이오차 흡착제는 바이오차를 알긴산나트륨 내지 키토산과 같은 바이오 고분자와 혼합하여 다공성 폼 형태의 소재로 제조함으로써, 종래 기술에 따른 분말 형태의 바이오차 대비 취급이 용이하고 사용 후 회수가 간편하다. 이에, 도금 폐수 등 화학산업으로 인해 발생되는 중금속 처리 시 독성 슬러지 발생과 가동의 어려움을 효과적으로 개선할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일구현예에 따른 인산 개질된 바이오차(Phosphoric acid-modified Biochar, PB)의 제조과정을 나타낸 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일구현예에 따라 인산 수용액으로 활성화한 바이오매스를 마이크로웨이브 처리하여 제조한 바이오차의 FT-IR 분석결과를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일구현예에 따라 인산 개질된 바이오차와 알긴산나트륨을 이용하여 다공성 폼 형태의 바이오차 흡착제를 제조하는 과정을 나타낸 모식도이다.
도 4는 본 발명의 일구현예에 따라 제조한 다공성 폼 형태의 바이오차 흡착제를 이용하여 수중 납(Pb) 및 카드뮴(Cd) 각각에 대한 제거 성능을 알아보기 위해 실시한 회분식 실험 결과이다.
도 5는 본 발명의 일구현예에 따라 제조한 다공성 폼 형태의 바이오차 흡착제가 보유한 수중 중금속 제거 기작을 나타낸 모식도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세하게 설명하면 다음과 같다. 다만, 본 기재를 설명함에 있어서, 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은, 본 기재의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.
한편, 본 발명의 명세서 및 청구범위 전반에서 사용되는 용어인 "바이오차(Biochar)"는 전분, 목질계, 해조류 등의 바이오매스(Biomass)를 산소가 없거나 부족한 상태에서 ~1000℃ 의 온도에서 탄화를 통해 제조되는 물질이며 넓은 비표면적과 산소 관능기를 보유하고 있어 수중 중금속을 효과적으로 흡착할 수 있는 물질을 의미하는 것으로 이해되어야 한다.
상술한 바와 같이, 종래 기술에 따르면 ~1000℃ 의 고온에서 탄화하는 과정을 통해 바이오차를 제조하였으며, 이때 높은 온도의 운전이 요구되어 많은 양의 에너지가 소모되고, 또한 제조되는 바이오차가 분말 형태로서 취급이 어렵고 수처리에 바로 적용될 경우 사용 후 회수가 어려운 단점을 가지고 있었다.
이에, 본 발명자들은 재활용률이 낮은 생활계 폐목재 등 바이오매스를 마이크로웨이브 처리하고, 제조된 바이오차를 알긴산나트륨 내지 키토산과 같은 바이오 고분자와 혼합하여 다공성 폼 형태의 소재로 제조하는 경우, 종래의 고온 탄화 과정 대비 신속하고 적은 에너지로 바이오차를 제조할 수 있으며, 나아가 종래 기술에 따른 분말 형태의 바이오차 대비 취급이 용이하고 사용 후 회수가 간편하다는 점을 실험을 통하여 확인하고, 본 발명을 완성하게 되었다.
바이오차 흡착제 및 그 제조방법
본 발명의 일구현예에 따른 바이오차 흡착제 제조방법은 a) 바이오매스를 인산(H3PO4) 수용액에 넣고 교반하여, 바이오매스 표면을 화학적으로 활성화하는 단계; b) 상기 a 단계에서 얻어진 바이오매스에 마이크로웨이브 처리를 수행하여 인산 개질된 바이오차(biochar)를 제조하는 단계; 및 c) 상기 바이오차(biochar)를 바이오 고분자와 혼합하여 다공성 폼(foam) 형태의 흡착제를 제조하는 단계; 를 포함할 수 있다(도 1 또는 도 3 참조).
먼저, 바이오매스를 인산(H3PO4) 수용액에 넣고 교반하여, 바이오매스 표면을 화학적으로 활성화한다(단계 a).
상기 단계는 바이오매스의 표면을 화학적으로 활성화하기 위한 과정으로서, 바이오매스는 전분, 목질계, 해조류 중 선택되는 1종 이상일 수 있으며, 일례로 5톤 이하의 임목 폐목재 및 폐가구 등의 생활계 폐목재일 수 있다. 한편, 상기 바이오매스가 생활계 폐목재인 경우, 재활용률이 낮은 생활계 폐목재를 유용한 자원으로 재활용할 수 있다는 점에서 비용 및 환경적인 측면에서 유리할 수 있다.
상기 a 단계는 분쇄 및 세척된 바이오매스를 35 내지 50% 농도의 인산 수용액에 넣고 0.5 내지 1.5 시간 교반하여 수행되는 것일 수 있으며, 더욱 상세하게는 42.5% 농도의 인산 수용액에 넣고 1 시간 동안 교반하여 수행되는 것일 수 있다.
이러한 과정을 통해 바이오매스 표면은 인산 수용액에 포함된 관능기로 개질되어 활성화(activation)된다.
다음으로, 상기 a 단계에서 얻어진 바이오매스에 마이크로웨이브 처리를 수행하여 인산 개질된 바이오차(biochar)를 제조한다(단계 b).
상기 단계는 바이오매스를 마이크로웨이브 처리 전용 용기에 넣고 600 내지 800 W 출력 범위로 3 내지 6분 간 마이크로웨이브 처리하여 탄화시킴으로써 바이오차로 제조하는 단계(b-1) 및 바이오차 표면에 잔존하는 인산 및 불순물 제거를 위해 세척 및 건조하는 단계(b-2)를 포함할 수 있다.
보다 상세하게 상기 b-1 단계는 700 W 출력으로 마이크로웨이브를 6분간 가동하여 탄화시킴으로써 바이오차를 제조하는 것일 수 있고, 이 과정에서 발생되는 가스는 별도로 구비된 냉각기를 통해 포집한 후 제거할 수 있다. 한편, b-2 단계는 바이오차 표면에 잔존하는 인산과 불순물을 제거하기 위해 증류수 등을 이용하여 세척하고 드라이 오븐 등에서 건조하여 수행되는 것일 수 있다.
다음으로, 상기 바이오차(biochar)를 바이오 고분자와 혼합하여 다공성 폼(foam) 형태의 흡착제를 제조한다(단계 c).
상기 단계에서 사용되는 바이오 고분자는 살아있는 생물체에 의해 생성되는 중합체로서, 중합체 생체분자라고도 불리며, 단량체 분자들이 서로 공유 결합으로 연결되어 큰 구조를 형성하고 있는 것일 수 있다.
본 발명의 일구현예에 따라 바이오차와 혼합되는 바이오 고분자는 알긴산나트륨(sodium alginate) 및 키토산(chitosan) 중 선택되는 1종 이상일 수 있으며, 일례로, 알긴산나트륨 단독 사용, 키토산 단독 사용 또는 알긴산나트륨과 키토산을 조합하여 사용할 수 있다.
한편, 상기 c 단계는 바이오차와 바이오 고분자를 증류수와 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계(c-1), 상기 혼합물을 몰드에 넣고 -15 내지 -25℃ 에서 동결한 후 48 내지 72 시간 동안 동결 건조하는 단계(c-2) 및 동결 건조된 혼합물을 0.2 내지 0.5 M의 염화칼슘(CaCl2) 용액에 넣고 가교결합 시켜 다공성 폼(foam) 형태의 흡착제를 제조하는 단계(c-3)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 c-1 단계는 바이오차와 바이오 고분자인 알긴산나트륨 단독, 키토산 단독 또는 알긴산나트륨과 키토산의 혼합물을 증류수와 혼합하여 수행되되, 혼합물 전체 중량을 기준으로 바이오차 및 바이오 고분자는 각각 1 내지 3 중량%로 혼합하며, 상세하게는 각각 2 중량%가 되도록 혼합하여 수행될 수 있다.
c-2 단계는 상기 혼합물을 적절한 크기, 일례로 가로 세로가 각각 1 cm 인 몰드에 넣은 후 -15 내지 -25℃ 에서 동결한 후 48 내지 72 시간 동안 동결 건조하여 수행될 수 있으며, 일례로 -20℃ 에서 72시간 동안 동결 건조하여 수행되는 것일 수 있다.
c-3 단계는 상기 동결 건조된 혼합물을 0.2 내지 0.5 M의 염화칼슘(CaCl2) 용액에 넣고 가교결합(cross-linking) 시켜 다공성 폼(foam) 형태의 흡착제를 제조함으로써 수행될 수 있으며, 바이오차 흡착제가 상기와 같은 다공성 폼(foam) 형태를 가지게 됨으로써, 취급이 간편하고, 사용 후 회수가 용이한 효과를 가진다.
이상과 같이 설명한 본 발명의 일구현예에 따른 바이오차 흡착제 제조방법에 의해 제조된 바이오차 흡착제는 바이오차 표면에 P=OOH 또는 P=O 중 선택되는 1종 이상의 관능기(functional group)를 가진다. 한편, 바이오차 표면이 상기와 같은 구성을 가짐으로써, 음하전의 흡착제와 양이온 중금속 간 정전기적 이끌림(electrostatic interaction), 공극 채움(pore filling), 인산 이온과 중금속의 침전(precipitation), 표면 관능기와의 착화물 형성(complexation with functional groups) 등 기작에 의해 수중 독성 중금속 양이온을 효과적으로 제거할 수 있게 된다(도 5 참조).
구체적으로, 바이오차가 2가 양이온 중금속과 만나는 경우, Me5(PO4)3OH(Me=2가 양이온 중금속) 등과 같은 형태로 양이온 중금속을 침전시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 일구현예에 따른 바이오 흡착제는 중금속 오염수를 이용한 회분식 흡착실험 시, 납(Pb) 양이온에 대한 최대흡착 성능이 45 내지 55 mg/g, 상세하게는 49.0 mg/g일 수 있다. 본 발명의 또 다른 일구현예에 따른 바이오 흡착제는 중금속 오염수를 이용한 회분식 흡착실험 시, 카드뮴(Cd) 양이온에 대한 최대흡착 성능이 35 내지 40 mg/g, 상세하게는 36.2 mg/g일 수 있다(도 4 참조).
수중 중금속 흡착 제거 방법
한편, 본 발명의 일구현예에 따라 상술한 바와 같은 바이오차 흡착제를 사용한 수중 중금속 흡착 제거 방법은, 중금속 오염수를 처리하기 위한 방법으로서, 상기 바이오차 흡착제를 오염수에 투입하여, 중금속 양이온을 제거하는 것일 수 있으며, 일례로, 상기 중금속 양이온은 카드뮴(Cd), 납(Pb), 니켈(Ni), 구리(Cu) 및 아연(Zn) 중 선택되는 1종 이상의 중금속 양이온일 수 있다.
실시예
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 구현예들을 예시하고 하기에서 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.
실시예 1
폐목재 처리장에서 수집한 생활계 폐기물을 파쇄 및 세척하여 바이오차 제조에 사용하였다. 구체적으로 전처리한 폐목재 바이오매스 30g을 농도가 42.5%로 조절된 인산 수용액 300mL에 넣고 1시간 교반하여 바이오매스 표면을 화학적으로 활성화시켰다.
다음으로, 활성화된 바이오매스를 마이크로웨이브용 반응 용기에 옮긴 뒤 700 W로 마이크로웨이브를 3, 4, 5 및 6분간 가동시켜 바이오매스를 탄화시켜 인산에 의해 개질된 바이오차(Phosphoric acid-modified Biochar, PB)를 제조하였으며, 탄화 과정에서 발생하는 가스는 냉각기를 이용하여 포집하였다(도 1 참조).
탄화가 완료된 바이오차 표면의 잔존하는 인산과 불순물을 제거하기 위해 증류수를 이용하여 세척하고 드라이 오븐에서 건조하였다. 인산에 의해 개질된 바이오차의 마이크로웨이브 처리 시간에 따른 표면 관능기를 분석하기 위해 FT-IR을 실시하였으며, 그 결과는 도 2에서 나타내었다.
도 2를 참조하면, 마이크로웨이브로 3, 4, 5 및 6분간 열분해 시 961 ㎝-1 에서, C=C bending, 1123 ㎝-1 에서 C-O stretching, 그리고 2339 ㎝-1 에서 O=C=O stretching 흡수피크들을 확인할 수 있었다.
다음으로, 인산에 의해 개질된 바이오차와 알긴산나트륨을 이용하여 다공성 폼 형태의 흡착제로 제조하였으며, 구체적인 과정은 도 3 과 같다.
도 3과 같이 마이크로웨이브 처리 시간이 3분인 인산에 의해 개질된 바이오차와 알긴산나트륨을 각각 혼합물 전체 중량을 기준으로 2 중량%가 되도록 한 혼합물(PB suspension)을 가로 세로 각 1㎝ 인 몰드에 넣고 -20℃ 에서 동결시켰다. 72 시간 동결건조된 시료(PB aerogel)를 0.5M 염화칼슘(CaCl2) 용액에 담가 가교결합(cross-linking) 반응을 유도하고 폼(foam) 형태의 흡착제(PB foam)를 완성하였다.
[실험 1: PB foam을 이용한 회분식 흡착 실험]
상기 실시예 1에 따라 제조된 PB foam을 준비하고, 납(Pb) 초기 농도를 50.5 ppm으로, 카드뮴(Cd) 초기 농도를 44.4 ppm으로 하여, 각각 회분식 흡착 실험을 수행한 결과는 도 4와 같다.
도 4를 참조하면, 실시예 1에 따라 제조된 바이오차 흡착제(PB foam)의 납(Pb)에 대한 최대흡착 성능은 49.0 mg/g으로, 카드뮴(Cd)에 대한 최대흡착 성능은 36.2 mg/g으로 확인되었으며, 이는, 음하전의 흡착제와 양이온 중금속 간 정전기적 이끌림(electrostatic interaction), 공극 채움(pore filling), 인산 이온과 중금속의 침전(precipitation), 표면 관능기와의 착화물 형성(complexation with functional groups)의 기작을 통해 이루어지는 것으로 판단된다(도 5 참조).
앞에서, 본 발명의 특정한 실시예가 설명되고 도시되었지만 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 일이다. 따라서, 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 기술적 사상이나 관점으로부터 개별적으로 이해되어서는 안되며, 변형된 실시예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

Claims (11)

  1. a) 바이오매스를 인산(H3PO4) 수용액에 넣고 교반하여, 바이오매스 표면을 화학적으로 활성화하는 단계;
    b) 상기 a 단계에서 얻어진 바이오매스에 마이크로웨이브 처리를 수행하여 인산 개질된 바이오차(biochar)를 제조하는 단계; 및
    c) 상기 바이오차(biochar)를 바이오 고분자와 혼합하여 다공성 폼(foam) 형태의 흡착제를 제조하는 단계; 를 포함하고,
    상기 c 단계는 바이오차와 바이오 고분자를 증류수와 혼합하여 혼합물을 제조하되, 상기 혼합물 전체 중량을 기준으로 바이오차 및 바이오 고분자를 각각 2 중량%로 혼합하는 단계(c-1), 상기 혼합물을 몰드에 넣고 -15 내지 -25℃ 에서 동결한 후 48 내지 72 시간 동안 동결 건조하는 단계(c-2) 및 동결 건조된 혼합물을 0.2 내지 0.5 M의 염화칼슘(CaCl2) 용액에 넣고 가교결합 시켜 다공성 폼(foam) 형태의 흡착제를 제조하는 단계(c-3)를 더 포함하는, 바이오차 흡착제 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 a 단계는 분쇄 및 세척된 바이오매스를 35 내지 50% 농도의 인산 수용액에 넣고 0.5 내지 1.5 시간 교반하여 수행되는 것인, 바이오차 흡착제 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 b 단계는 바이오매스를 600 내지 800 W 출력 범위로 3 내지 6분 간 마이크로웨이브 처리하여 탄화시킴으로써 바이오차로 제조하는 단계(b-1) 및 바이오차 표면에 잔존하는 인산 및 불순물 제거를 위해 세척 및 건조하는 단계(b-2)를 포함하는 것인, 바이오차 흡착제 제조방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 바이오 고분자는 알긴산나트륨(sodium alginate) 및 키토산(chitosan) 중 선택되는 1종 이상인, 바이오차 흡착제 제조방법.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1 항의 방법에 의해 제조되는 바이오차 흡착제로서,
    상기 바이오차는 표면에 P=OOH 또는 P=O 중 선택되는 1종 이상의 관능기(functional group)를 가지고,
    상기 흡착제는 상기 바이오차와 바이오 고분자를 1 : 1 중량부 비로 혼합하여 표면이 인산 개질된 다공성 폼(form) 형태를 가지는, 바이오차 흡착제.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 중금속 오염수를 처리하기 위한 방법으로서, 제 7 항의 바이오차 흡착제를 오염수에 투입하여,
    중금속 양이온을 제거하는, 수중 중금속 흡착 제거 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 중금속 양이온은 카드뮴(Cd), 납(Pb), 니켈(Ni), 구리(Cu) 및 아연(Zn) 중 선택되는 1종 이상의 중금속 양이온인, 수중 중금속 흡착 제거 방법.
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