KR102521098B1 - Alginate liquid filter and waste water purification method using the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 알긴산을 이용한 중금속 분리용 필터로서, 상기 필터는 복수개의 필터부를 포함하는 것이고, 상기 필터부들은 서로 상이한 농도의 알긴산 용액을 포함하는 것이며, 상기 필터부들은 필터 페이퍼를 통해 분리되어 있는 것을 특징으로 하는, 중금속 분리용 필터와 상기 필터를 이용한 폐수 정화 방법을 제공한다. 본 발명의 필터는 중금속을 이온별로 분리해낼 수 있는 장점을 갖는다.The present invention is a filter for separating heavy metals using alginic acid, wherein the filter includes a plurality of filter parts, the filter parts include alginate solutions of different concentrations, and the filter parts are separated through filter paper Characteristically, it provides a filter for separating heavy metals and a method for purifying wastewater using the filter. The filter of the present invention has the advantage of being able to separate heavy metals by ion.

Description

알긴산 액체 필터 및 이를 이용한 폐수 정화 방법 {Alginate liquid filter and waste water purification method using the same}Alginate liquid filter and waste water purification method using the same}

본 발명은 알긴산 액체 필터 및 이를 이용한 폐수 정화 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an alginate liquid filter and a wastewater purification method using the same.

현재 다양한 방면에서 금속이 쓰이는 상황에서, 산업 폐수 내의 중금속 처리는 전 세계적으로 중요한 문제가 되었다. 중금속 이온이 그대로 하천이나 바다로 흘러 들어가게 된다면 이에 따른 환경오염의 피해는 매우 크기 때문이다. 물속으로 흘러 들어가는 중금속은 물고기와 같은 바다 생태계만 파괴시키는 것이 아니라, 먹이사슬을 따라 올라와 우리의 몸까지 위협할 수 있다. 따라서 더욱 효율적인 중금속 제거 방안이 필요하다.With the current use of metals in various fields, the treatment of heavy metals in industrial wastewater has become an important problem worldwide. If heavy metal ions flow into rivers or seas as they are, the damage to the environment is very great. Heavy metals that flow into the water not only destroy the marine ecosystem such as fish, but also come up along the food chain and threaten our bodies. Therefore, there is a need for a more efficient heavy metal removal method.

현재, 산업 폐수를 처리하는 하수처리장에서 가장 많이 사용하는 방안은 화학적 침전법이다. 기존의 중금속 처리 방식은 염기 상태의 pH에서 hydroxide 이온을 사용하여 폐수에 있는 중금속들을 침전시키고 이를 침강 분리시켜 제거하는 방식으로, 이 방식은 공정 과정이 간단하지만 중금속들의 종류에 따른 선택성이 없다는 단점이 있다. 즉, 중금속 침전물을 종류별로 나누어 회수하기 어렵다는 것이다. 때문에 수많은 귀중한 금속자원들이 그동안 슬러지 형태로 매립되어 버려져 왔다. 이러한 과정은 환경 오염을 심각하게 하고, 자원을 경제적으로 사용할 수 없게 한다. 따라서 이러한 문제점을 해결하기 위해서는 새로운 방식으로 중금속을 폐수로부터 회수할 필요가 있다.Currently, the most commonly used method in sewage treatment plants for treating industrial wastewater is chemical precipitation. The existing heavy metal treatment method is a method of precipitating heavy metals in wastewater using hydroxide ions at pH in a basic state and removing them by sedimentation and separation. This method has a simple process, but the disadvantage is that there is no selectivity depending on the type of heavy metals. there is. That is, it is difficult to collect heavy metal deposits by type. Because of this, many valuable metal resources have been landfilled and discarded in the form of sludge. This process seriously pollutes the environment and makes it impossible to economically use resources. Therefore, in order to solve these problems, it is necessary to recover heavy metals from wastewater in a new way.

대한민국 등록특허 제0906742호Republic of Korea Patent No. 0906742

본 발명은 상기와 같은 종래 기술상의 필요성을 해결하기 위해 안출된 것으로, 종래 산업 폐수 처리 방식이 중금속 종류에 따른 선택성이 없는 단점을 극복하여, 중금속 이온을 각 이온별로 분리하여 회수하는 것이 가능한 중금속 분리용 필터와 이를 이용한 폐수 정화 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다. The present invention has been devised to solve the above-mentioned needs in the prior art, and heavy metal separation capable of separating and recovering heavy metal ions for each ion by overcoming the disadvantage of the conventional industrial wastewater treatment method having no selectivity according to the type of heavy metal. It is an object of the present invention to provide a filter and a method for purifying wastewater using the same.

그러나 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the technical problem to be achieved by the present invention is not limited to the above-mentioned problems, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

본 발명은 알긴산을 이용한 중금속 분리용 필터로서,The present invention is a filter for heavy metal separation using alginic acid,

상기 필터는 복수개의 필터부를 포함하는 것이고, The filter includes a plurality of filter units,

상기 필터부들은 서로 상이한 농도의 알긴산 용액을 포함하는 것이며,The filter parts include alginic acid solutions of different concentrations,

상기 필터부들은 필터 페이퍼를 통해 분리되어 있는 것을 특징으로 하는, 중금속 분리용 필터를 제공한다. The filter parts provide a filter for separating heavy metals, characterized in that they are separated through filter paper.

본 발명의 일구현예로, 상기 필터는 제1필터부; 제2필터부; 제3필터부; 및 제4필터부가 순차적으로 적층된 구조를 갖는 것을 특징으로 한다.In one embodiment of the present invention, the filter includes a first filter unit; a second filter unit; a third filter unit; And the fourth filter unit is characterized in that it has a sequentially stacked structure.

본 발명의 다른 구현예로, 상기 제1필터부는 0.1 내지 0.3 중량% 농도의 알긴산 용액을 포함하고,In another embodiment of the present invention, the first filter part includes an alginate solution at a concentration of 0.1 to 0.3% by weight,

상기 제2필터부는 0.35 내지 0.55 중량% 농도의 알긴산 용액을 포함하며,The second filter part includes an alginate solution at a concentration of 0.35 to 0.55% by weight,

상기 제3필터부는 0.6 내지 0.85 중량% 농도의 알긴산 용액을 포함하고,The third filter part includes an alginate solution at a concentration of 0.6 to 0.85% by weight,

상기 제4필터부는 0.9 내지 1.2 중량% 농도의 알긴산 용액을 포함하는 것을 특징으로 한다.The fourth filter unit is characterized in that it comprises an alginate solution of 0.9 to 1.2% by weight concentration.

본 발명의 또다른 구현예로, 상기 필터 페이퍼는 0.1 내지 30 μm 크기의 기공을 갖는 것을 특징으로 한다.In another embodiment of the present invention, the filter paper is characterized in that it has pores with a size of 0.1 to 30 μm.

본 발명의 또다른 구현예에 있어서, 상기 제1필터부 및 제2필터부는 6 내지 10 μm의 기공을 갖는 필터페이퍼로 분리되어 있고, In another embodiment of the present invention, the first filter part and the second filter part are separated by filter paper having pores of 6 to 10 μm,

상기 제2필터부 및 제3필터부는 2 내지 3 μm의 기공을 갖는 필터페이퍼로 분리되어 있으며, The second filter part and the third filter part are separated by filter paper having pores of 2 to 3 μm,

상기 제3필터부 및 제4필터부는 2 내지 3 μm의 기공을 갖는 필터페이퍼로 분리되어 있는 것을 특징으로 한다.The third filter unit and the fourth filter unit are characterized in that they are separated by filter paper having pores of 2 to 3 μm.

본 발명의 또다른 구현예에 있어서, 상기 중금속은 구리, 철, 코발트 및 니켈로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 한다.In another embodiment of the present invention, the heavy metal is characterized in that at least one selected from the group consisting of copper, iron, cobalt and nickel.

또한, 본 발명은 필터에 폐수를 통과시키는 단계를 포함하는, 폐수 정화 방법을 제공한다.In addition, the present invention provides a method for purifying wastewater, comprising passing the wastewater through a filter.

본 발명의 일구현예로, 상기 필터는, 전원공급부와 연결되어 전기영동을 통해 폐수 내부의 중금속 이온을 이동시키는 것을 특징으로 한다.As an embodiment of the present invention, the filter is connected to a power supply unit to move heavy metal ions in wastewater through electrophoresis.

본 발명의 중금속 분리용 필터는, 폐수에 포함된 중금속 이온을 알긴산과의 친화도 차이를 통해서 각각 분리할 수 있는 것으로, 단일 이온으로 분리하여 재활용이 가능한 장점이 있다.The filter for separating heavy metals of the present invention can separate heavy metal ions contained in wastewater through a difference in affinity with alginic acid, and has the advantage of being able to separate them into single ions and recycle them.

도 1은 종래 중금속 포함 폐수의 처리 방법을 도식화하여 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 알긴산 겔 형성의 원리를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에서 중금속 분리를 위해 사용되는 필터의 구조와 전기영동장치를 나타낸 도면이다.
도 4는 중금속 이온들과 알긴산의 친화도를 비교하여 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 필터와 알긴산 액체를 이용한 구리 이온 제거 효율을 비교하여 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 중금속 분리용 필터의 구조를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 중금속 분리용 필터에서 알긴산 용액의 농도에 따른 알긴산 겔의 형성을 확인한 결과를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 필터에서 필터페이퍼의 기공에 따른 알긴산 겔의 형성을 확인한 결과를 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 필터에서 필터부에 따른 알긴산 용액의 농도와 필터부를 분리하는 필터페이퍼의 기공 크기를 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 필터를 이용한 구리 및 코발트 이온을 분리하는 과정을 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 필터를 이용한 구리 및 니켈 이온을 분리하는 과정을 나타낸 도면이다.
도 12는 본 발명의 필터를 이용한 구리 및 철 이온을 분리하는 과정을 나타낸 도면이다.
도 13은 본 발명의 필터를 이용한 구리, 코발트 및 철 이온을 분리하는 과정과, 분리된 알긴산 겔의 XPS 분석 결과를 나타낸 도면이다.
1 is a diagram schematically illustrating a conventional method for treating wastewater containing heavy metals.
2 is a view showing the principle of forming an alginate gel of the present invention.
3 is a view showing the structure of a filter and an electrophoresis device used for heavy metal separation in an embodiment of the present invention.
4 is a diagram showing a comparison of affinity between heavy metal ions and alginic acid.
5 is a diagram showing a comparison of copper ion removal efficiency using the filter of the present invention and an alginate liquid.
6 is a view showing the structure of the heavy metal separation filter of the present invention.
7 is a view showing the results of confirming the formation of an alginate gel according to the concentration of an alginate solution in the heavy metal separation filter of the present invention.
8 is a view showing the results of confirming the formation of alginate gel according to the pores of the filter paper in the filter of the present invention.
9 is a diagram showing the concentration of an alginate solution according to the filter part and the pore size of the filter paper separating the filter part in the filter of the present invention.
10 is a diagram showing a process of separating copper and cobalt ions using the filter of the present invention.
11 is a diagram showing a process of separating copper and nickel ions using the filter of the present invention.
12 is a view showing a process of separating copper and iron ions using the filter of the present invention.
13 is a view showing the process of separating copper, cobalt, and iron ions using the filter of the present invention and the results of XPS analysis of the separated alginate gel.

도 1에 나타낸 것과 같이 종래 중금속 처리 방식은 염기 상태의 pH에서 hydroxide 이온을 사용하여 폐수에 있는 중금속들을 침전시키고 이를 침강 분리시켜 제거하는 방식을 주로 사용하였다. 이런 경우 중금속을 종류에 따라 분리할 수가 없으므로, 중금속은 슬러지 형태로 매립될 수밖에 없었다. 이에 본 발명자들은 중금속을 종류별로 분리할 수 있는 방법에 대하여 연구하여, 알긴산에 주목하게 되었다. 미역과의 갈색 조류의 주성분인 알긴산은 2가의 양이온을 만나면 빠르게 결합하여 겔 네트워크를 형성하는데(도 2), 알긴산과 금속 이온과의 친화도에 따라 겔의 형성 양상이 다르게 나타난다. As shown in FIG. 1, the conventional heavy metal treatment method mainly used a method of precipitating heavy metals in wastewater using hydroxide ions at a basic pH and removing them by sedimentation and separation. In this case, since heavy metals cannot be separated by type, heavy metals have no choice but to be landfilled in the form of sludge. Accordingly, the present inventors studied a method for separating heavy metals by type, and paid attention to alginic acid. Alginic acid, the main component of brown algae of the family of wakame, quickly combines with divalent cations to form a gel network (FIG. 2), and the formation of the gel appears differently depending on the affinity between alginate and metal ions.

따라서 본 발명의 목적은 알긴산과 금속 2가 이온의 친화도의 차이를 이용하여 금속이온을 분리하는, 중금속 분리용 필터를 제공하는 것이다. 중금속 이온은 대부분 2가 또는 3가 이온이기 때문에 알긴산과의 친화도 차이를 정확하게 파악하고, 수치화 할 수 있다면 중금속 이온을 각 이온별로 분리하여 회수하는 것이 가능할 것이다. 따라서 알긴산 용액의 농도구배가 되어, 복수개의 필터부로 구성되는 중금속 분리용 필터를 개발한 것이다. 본 발명의 필터는 전기영동(Electrophoresis) 방식으로 중금속 이온을 한 방향으로 흐르게 하면 알긴산과의 친화도 차이에 의해 중금속 이온의 분리가 더 용이하게 가능하다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a heavy metal separation filter that separates metal ions using the difference in affinity between alginic acid and metal divalent ions. Since heavy metal ions are mostly divalent or trivalent ions, it will be possible to separate and recover heavy metal ions for each ion if the difference in affinity with alginic acid can be accurately identified and quantified. Therefore, a concentration gradient of the alginate solution was developed, and a filter for separating heavy metals composed of a plurality of filter parts was developed. In the filter of the present invention, when heavy metal ions flow in one direction by means of electrophoresis, heavy metal ions can be separated more easily due to a difference in affinity with alginic acid.

또한 중금속이 들어 있는 용액과 알긴산 용액이 서로 섞이지 않도록 해야 하기 때문에, 화학전지의 염다리에서 힌트를 얻어 필터페이퍼를 이용하여 상기 필터부들을 분리해주었다.In addition, since the solution containing heavy metals and the alginic acid solution should not mix with each other, the filter parts were separated using filter paper by obtaining a hint from the salt bridge of the chemical cell.

알긴산 겔은 물을 많이 포함하고 있고, 겔이 포함하고 있던 물은 증발이 되기도 하지만 상당량의 물이 빠져나오면서 겔이 더 단단하게 굳어지는 양상을 보이는 특징이 있다. 이렇게 빠져나온 물을 회수함으로써 물의 낭비를 최소화할 수 있고, 겔에서 빠져나오는 물은 중금속의 농도가 매우 낮으므로 다시 재활용이 가능하다. 하수슬러지는 높은 함수량에 비해 빠져나오는 물도 적지만, 하수슬러지에서 빠져나온 물은 여전히 오염된 물이고, 하수슬러지가 건조되면 먼지를 발생시키는 문제점이 있다. 이에 반해 알긴산 겔은 먼지 발생이 없고, 친환경적으로 분해되는 특성이 있다.Alginate gel contains a lot of water, and the water contained in the gel is evaporated, but the gel hardens more as a significant amount of water escapes. By recovering the water thus drained, waste of water can be minimized, and since the water released from the gel has a very low concentration of heavy metals, it can be recycled again. Although sewage sludge has a high water content, less water escapes, but the water that escapes from sewage sludge is still contaminated water, and when the sewage sludge dries, there is a problem of generating dust. On the other hand, alginate gel does not generate dust and has environmentally friendly decomposition characteristics.

또한 알긴산 겔은 시트르산나트륨(Sodium Citrate) 용액을 이용하여 겔 상태에서 다시 액체 상태로 만들 수 있다. 이는 나트륨과 중금속 간의 이온 교환이 일어나면서 알지네이트 겔의 가교결합이 끊어지게 되기 때문이다. 그러면 "액체필터"를 통해 얻은 중금속 이온을 이온 상태로 다시 회수할 수 있다는 것이고, 많은 양의 물을 오염시켰던 중금속 이온을 소량의 튜브 안에 고농도의 이온으로 회수하여 다시 산업에 재활용할 수 있다면 일거양득의 효과를 거둘 수 있다.In addition, the alginate gel can be made into a liquid state again from a gel state by using a sodium citrate solution. This is because the cross-linking of the alginate gel is broken while ion exchange between sodium and heavy metal occurs. Then, the heavy metal ions obtained through the "liquid filter" can be recovered in an ionic state, and if heavy metal ions that polluted a large amount of water can be recovered as high concentration ions in a small amount of tube and recycled back to the industry, it is a good thing. can achieve the effect of

이에, 본 발명은 알긴산을 이용한 중금속 분리용 필터로서,Accordingly, the present invention is a filter for heavy metal separation using alginic acid,

상기 필터는 복수개의 필터부를 포함하는 것이고, The filter includes a plurality of filter units,

상기 필터부들은 서로 상이한 농도의 알긴산 용액을 포함하는 것이며,The filter parts include alginic acid solutions of different concentrations,

상기 필터부들은 필터 페이퍼를 통해 분리되어 있는 것을 특징으로 하는, 중금속 분리용 필터를 제공한다:The filter parts are separated through filter paper, providing a filter for separating heavy metals:

또한 본 발명은 상기 필터에 폐수를 통과시키는 단계를 포함하는, 폐수 정화 방법을 제공한다.In addition, the present invention provides a wastewater purification method comprising the step of passing the wastewater through the filter.

본 발명의 일구현예로 상기 필터는 제1필터부; 제2필터부; 제3필터부; 및 제4필터부가 순차적으로 적층된 구조를 갖는 것을 특징으로 할 수 있다. 상기 필터부들은 각각 다른 농도의 알긴산 용액을 포함하여 농도구배를 이루는 것으로, 이에 따라 중금속을 종류에 따라 각각 분리할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the filter includes a first filter unit; a second filter unit; a third filter unit; And it may be characterized in that the fourth filter unit has a sequentially stacked structure. The filter units form a concentration gradient by including alginate solutions of different concentrations, and accordingly, heavy metals can be separated according to types.

보다 구체적으로는, 상기 제1필터부는 0.1 내지 0.3 중량% 농도의 알긴산 용액을 포함하고, 상기 제2필터부는 0.35 내지 0.55 중량% 농도의 알긴산 용액을 포함하며, 상기 제3필터부는 0.6 내지 0.85 중량% 농도의 알긴산 용액을 포함하고, 상기 제4필터부는 0.9 내지 1.2 중량% 농도의 알긴산 용액을 포함하는 것일 수 있다. 상기 제1필터부에서는 구리 이온을, 제2필터부에서는 철 이온을, 제3필터부에서는 코발트 이온을, 제4필터부에서는 니켈 이온을 분리할 수 있다.More specifically, the first filter part contains an alginate solution at a concentration of 0.1 to 0.3% by weight, the second filter part contains an alginate solution at a concentration of 0.35 to 0.55% by weight, and the third filter part contains an alginate solution at a concentration of 0.6 to 0.85% by weight. % concentration of the alginate solution, and the fourth filter unit may contain an alginate solution of 0.9 to 1.2% by weight. Copper ions may be separated from the first filter unit, iron ions may be separated from the second filter unit, cobalt ions may be separated from the third filter unit, and nickel ions may be separated from the fourth filter unit.

상기 제1필터부 내지 제4필터부에 더하여 제5필터부, 제6필터부 등을 더 포함할 수 있고, 상기 필터부들의 알긴산 용액의 농도는 분리하고자 하는 중금속 이온의 종류에 따라 달라질 수 있다. In addition to the first to fourth filter parts, a fifth filter part, a sixth filter part, etc. may be further included, and the concentration of the alginate solution of the filter parts may vary depending on the type of heavy metal ion to be separated. .

본 발명의 다른 구현예로 상기 필터 페이퍼는 0.1 내지 30 μm 크기의 기공을 갖는 것을 특징으로 할 수 있다. 보다 상세하게 필터의 최상단(즉 제1필터부의 상단)에는 12 내지 15 μm의 필터페이퍼를 포함하고, 상기 제1필터부 및 제2필터부는 6 내지 10 μm의 기공을 갖는 필터페이퍼로 분리되어 있고, 상기 제2필터부 및 제3필터부는 2 내지 3 μm의 기공을 갖는 필터페이퍼로 분리되어 있으며, 상기 제3필터부 및 제4필터부는 2 내지 3 μm의 기공을 갖는 필터페이퍼로 분리되어 있고, 상기 필터의 최하단(즉 제4필터부의 하단)에 0.1 내지 30 μm의 기공을 갖는 필터페이퍼가 구비되어 있을 수 있다. 상기 필터의 최하단에 포함되는 필터페이퍼는 상기 기공 범위에 제한되지 않고 일반 켄트지 등이 사용될 수 있다.In another embodiment of the present invention, the filter paper may have pores with a size of 0.1 to 30 μm. In more detail, the top of the filter (ie, the top of the first filter part) includes a filter paper of 12 to 15 μm, and the first filter part and the second filter part are separated by filter paper having pores of 6 to 10 μm, , The second filter unit and the third filter unit are separated by filter paper having pores of 2 to 3 μm, and the third filter unit and the fourth filter unit are separated by filter paper having pores of 2 to 3 μm, , Filter paper having pores of 0.1 to 30 μm may be provided at the lowermost end of the filter (ie, the lower end of the fourth filter unit). The filter paper included in the lowermost part of the filter is not limited to the pore range, and general kente paper or the like may be used.

본 발명의 또다른 구현예로 상기 중금속은 구리, 철, 코발트, 니켈, 칼슘, 마그네슘 등일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. In another embodiment of the present invention, the heavy metal may be copper, iron, cobalt, nickel, calcium, magnesium, etc., but is not limited thereto.

본 발명의 필터는 전원공급부와 연결되어, 전기영동을 통해 폐수 내부의 중금속 이온을 이동시켜 중금속 이온을 각 필터부에서 분리해낼 수 있다. 상기 전원공급부의 음극은 필터의 상부와 연결되고, 양극은 필터의 하부와 연결될 수 있다. 상기 폐수는 필터의 상부에서 주입구에 의해 주입되고, 필터의 상부로부터 하부로 이온의 이동이 일어나게 할 수 있다. The filter of the present invention is connected to a power supply unit and can separate heavy metal ions from each filter unit by moving heavy metal ions in wastewater through electrophoresis. A cathode of the power supply unit may be connected to an upper portion of the filter, and an anode thereof may be connected to a lower portion of the filter. The wastewater is injected through the inlet at the top of the filter, and ions may move from the top to the bottom of the filter.

이하 본 발명의 실시예에 의해 상세히 설명한다. 단, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail. However, the following examples are only to illustrate the present invention, and the content of the present invention is not limited to the following examples.

[실시예][Example]

<실험 방법><Experiment method>

1. 중금속 2가 이온 종류에 따른 알긴산 겔 형성 정도 비교1. Comparison of the degree of alginate gel formation according to the type of heavy metal divalent ion

알긴산 액체 필터를 만들기 위해 우선 중금속 2가 이온 종류에 따른 알긴산 겔 형성 정도(친화도)를 비교하였다. 1% 알긴산 나트륨 용액과 10mM FeSO4, CuSO4, CoCl2, NiSO4, CaCl2, MnCl2, MgCl2 용액 100 mL을 각각 준비했다. 직경 90 mm 페트리디쉬에 1% 알긴산 용액 50 mL을 부은 다음, 7가지 중금속 용액 15 mL을 각각 첨가하고, 2시간 후 겔이 만들어진 모습을 관찰했다. 10mM CuSO4 500 mL에 1% 알긴산 나트륨 용액 100 mL을 넣고, 10분 간격으로 구리 용액의 농도를 분광광도계를 이용하여 측정했다(Spectrophotometer, wavelength=635 nm). 이는 알긴산과 중금속 이온 간의 친화도를 비교하는 실험임과 동시에, 전기를 걸어주지 않았을 때 형성되는 알지네이트 겔의 중금속 제거 효과를 확인하기 위한 실험이었다.To prepare an alginate liquid filter, first, the degree of alginate gel formation (affinity) according to the type of heavy metal divalent ion was compared. 1% sodium alginate solution and 100 mL of 10 mM FeSO 4 , CuSO 4 , CoCl 2 , NiSO 4 , CaCl 2 , MnCl 2 , MgCl 2 solutions were prepared respectively. After pouring 50 mL of 1% alginate solution into a petri dish with a diameter of 90 mm, 15 mL of each of the 7 heavy metal solutions was added, and after 2 hours, a gel was observed. 100 mL of 1% sodium alginate solution was added to 500 mL of 10 mM CuSO 4 , and the concentration of the copper solution was measured at 10-minute intervals using a spectrophotometer (Spectrophotometer, wavelength=635 nm). This was an experiment to compare the affinity between alginate and heavy metal ions, and at the same time to confirm the heavy metal removal effect of the alginate gel formed when no electricity was applied.

2. 알긴산 액체필터를 이용한 구리이온 제거효율 측정2. Measurement of copper ion removal efficiency using an alginate liquid filter

먼저 알긴산 액체 필터를 만들기 위해 전원공급기와 전기영동장치(Bio rad)를 준비하고, 아크릴로 제작한 필터 구조물과 3종류의 필터 페이퍼를 준비했다. (현대마이크로(주)에서 주문제작, pore size No.200: 2~3μm, No.10: 6~10 μm, No.22: 12~15 μm) (도 3).First, to make an alginate liquid filter, a power supply and an electrophoresis device (Bio rad) were prepared, and a filter structure made of acrylic and three types of filter paper were prepared. (Order made by Hyundai Micro Co., Ltd., pore size No.200: 2-3 μm, No.10: 6-10 μm, No.22: 12-15 μm) (FIG. 3).

다음으로, 알긴산 액체 필터를 이용한 구리 이온 제거 효율을 측정하였다. 전기영동장치에 "알긴산 액체필터"를 설치하고, 음극(-)쪽에 증류수(소량의 NaC2H3O2 첨가, 전해질)을 넣고, 양극(+) 쪽에는 10mM CuSO4 용액을 넣었다. 80V 전압으로 전기를 공급하고, 10분 간격으로 구리용액의 농도를 분광광도계를 이용하여 측정했다. (Spectrophotometer, wavelength=635 nm)Next, copper ion removal efficiency using an alginate liquid filter was measured. An "alginate liquid filter" was installed in the electrophoresis device, distilled water (a small amount of NaC 2 H 3 O 2 added, electrolyte) was put on the cathode (-) side, and 10mM CuSO 4 solution was put on the anode (+) side. Electricity was supplied at 80V, and the concentration of the copper solution was measured at 10-minute intervals using a spectrophotometer. (Spectrophotometer, wavelength=635 nm)

3. 알긴산 액체필터를 이용한 중금속 이온별 분리 양상 확인 3. Confirmation of separation patterns for each heavy metal ion using an alginate liquid filter

2가 중금속의 종류에 따라 알긴산에 대한 친화도가 다르다는 점을 이용하여 이온분리가 가능한 지 알아보기 위해 알긴산 액체 필터를 이용하여 중금속 이온별 분리 양상을 확인하였다. "알긴산 액체필터"에 알긴산 용액의 농도와 필터페이퍼(현대마이크로(주)에서 주문제작)를 변수로 하여, 다양한 종류의 액체필터 조합을 만들어서 하기 표 1에 나와 있는 중금속 별로 겔이 만들어지는 양상을 관찰했다. (표 1) 각각의 이온에 대해 알긴산 용액의 농도를 고정하고, 필터페이퍼 pore size를 달리하여 알긴산 겔이 만들어지는 양상을 관찰하고, 분석했다. 또한, 각각의 이온에 대해 필터페이퍼 pore size를 고정하고, 알긴산 용액의 농도를 달리하여 알긴산 겔이 만들어지는 양상을 관찰하고, 분석했다.In order to find out whether ion separation is possible using the fact that the affinity for alginate is different depending on the type of divalent heavy metal, the separation pattern of each heavy metal ion was confirmed using an alginate liquid filter. By using the concentration of the alginate solution and the filter paper (ordered by Hyundai Micro Co., Ltd.) as variables in the "alginate liquid filter", various types of liquid filter combinations were made, and the pattern of gel formation for each heavy metal shown in Table 1 below was Observed. (Table 1) The concentration of the alginate solution was fixed for each ion, and the formation of the alginate gel was observed and analyzed by varying the pore size of the filter paper. In addition, the filter paper pore size was fixed for each ion, and the alginate gel was observed and analyzed by varying the concentration of the alginate solution.

Metal IonMetal Ion Concentration of Alginate solutionConcentration of Alginate solution Filter Paper Pore SizeFilter Paper Pore Size CuCu 0.25%0.25% No.200: 2~3 μmNo.200: 2~3 μm FeFe 0.5%0.5% No.10: 6~10 μmNo.10: 6-10 µm CoCo 0.75%0.75% No.22: 12~15 μmNo.22: 12~15 μm NiNi 1%One%

4. 알긴산 액체필터를 이용한 중금속 이온 분리 및 XPS를 이용한 금속 이온 분리 확인4. Separation of heavy metal ions using an alginate liquid filter and confirmation of metal ion separation using XPS

앞선 실험의 결과들을 바탕으로 2가지 중금속이 섞여있는 용액에서 알긴산 액체필터를 이용하여 Cu2+와 Co2+, Cu2+와 Fe2+, Cu2+와 Ni2+ 을 각각 분리하였다. 또한, Cu2+, Co2+, Fe2+가 섞여 있는 용액에서 각각의 이온들을 분리하였다. 실험에서 분리된 이온들을 포함하고 있는 겔은 건조하여 XPS 기기를 이용하여 어떤 이온들이 많이 포함되어 있는지 확인하고 분석하였다. Based on the results of the previous experiment, Cu 2+ and Co 2+ , Cu 2+ and Fe 2+ , and Cu 2+ and Ni 2+ were separated from the solution containing the two heavy metals using an alginate liquid filter. In addition, each ion was separated from a solution in which Cu 2+ , Co 2+ , and Fe 2+ were mixed. The gel containing the ions separated in the experiment was dried and analyzed using an XPS device to determine which ions were contained in abundance.

5. 알지네이트 겔로부터 구리 이온의 회수5. Recovery of copper ions from alginate gel

마지막으로, 알지네이트 겔로부터 금속 이온의 회수 조건 및 회수율을 실험하였다. 시트르산나트륨 용액에 알지네이트 겔을 넣고 Rocking Shaker에서 1시간 동안 겔을 녹였다. 이때 시트르산나트륨 용액의 최적 농도를 찾는 것이 중요했다. 녹은 용액을 Spectrophotometer를 이용하여 Cu2+ 이온의 농도를 측정하고 회수율을 계산했다.Finally, recovery conditions and recovery rates of metal ions from alginate gels were tested. Alginate gel was added to sodium citrate solution and dissolved in a rocking shaker for 1 hour. At this time, it was important to find the optimal concentration of the sodium citrate solution. The concentration of Cu 2+ ions in the dissolved solution was measured using a spectrophotometer, and the recovery rate was calculated.

<결과><result>

1. 중금속 2가 이온 종류에 따른 알긴산 겔 형성 정도 비교1. Comparison of the degree of alginate gel formation according to the type of heavy metal divalent ion

금속 2가 종류에 따라 알긴산 겔의 성질은 달라진다. 구리와 칼슘이온은 겔이 만들어지는 속도도 빠르고 매우 단단하게 만들어지는 반면, 망간 이온과 철 이온의 경우는 겔이 만들어지는 속도도 느리고 흐물흐물해서 알긴산 겔을 제대로 형성하지 못한다. 마그네?? 이온은 겔이 전혀 만들어지지 않았다(도 4).Depending on the type of metal divalent, the properties of alginate gel are different. Copper and calcium ions make gels fast and very hard, while manganese ions and iron ions make gels slow and flabby, so alginate gels cannot be properly formed. Magne?? The ions did not gel at all (FIG. 4).

이는 알긴산과 금속 2가 이온의 친화도가 다르기 때문인데, 이러한 차이는 알긴산을 이용한 금속이온 분리 가능성의 근거가 된다.This is because the affinity between alginic acid and metal divalent ion is different, and this difference is the basis for the possibility of metal ion separation using alginate.

2. 알긴산 액체필터를 이용한 구리이온 제거효율 비교2. Comparison of copper ion removal efficiency using alginate liquid filter

1% 알긴산 겔 100 mL을 10mM CuSO4 용액 500 mL에 섞어주는 방식은 2시간 동안 약 18% 정도의 구리 이온이 감소되었고, "알긴산 액체필터" 방식으로는 같은 시간동안 약 44.5%의 구리 이온이 감소했다. 구조와 방식의 차이로 직접적인 비교는 힘들지만 "알긴산 액체필터" 방식이 기존의 혼합방식 보다는 속도도 빠르고, 구리 이온을 제거하는 효율이 높다는 것을 확인할 수 있다(도 5).The method of mixing 100 mL of 1% alginate gel with 500 mL of 10 mM CuSO 4 solution reduced about 18% of copper ions in 2 hours, and the "alginate liquid filter" method reduced about 44.5% of copper ions for the same time. Decreased. Although direct comparison is difficult due to differences in structure and method, it can be confirmed that the "alginate liquid filter" method has a higher speed and higher copper ion removal efficiency than the conventional mixing method (FIG. 5).

3. 알긴산 액체필터를 이용한 중금속 이온별 분리 양상 확인3. Confirmation of separation patterns for each heavy metal ion using an alginate liquid filter

우선 본 실시예에서 만든 알긴산 액체 필터의 구조는 도 6과 같다.First, the structure of the alginate liquid filter made in this embodiment is shown in FIG.

알긴산 용액의 농도구배를 위해 4칸으로 나누고, 필터페이퍼를 이용하여 알긴산 용액이 섞이지 않도록 했다. 이는 화학전지의 "염다리"를 응용한 것으로 용액은 섞이지 않으면서 이온이 통과할 수 있도록 한 것이다. 알긴산 용액의 농도와 필터페이퍼의 pore size는 해당 금속 이온의 종류에 맞게 조정 가능하다. For the concentration gradient of the alginate solution, it was divided into 4 compartments, and the alginate solution was not mixed using filter paper. This is an application of the "salt bridge" of a chemical cell, allowing ions to pass through without mixing the solution. The concentration of the alginate solution and the pore size of the filter paper can be adjusted according to the type of metal ion.

3.1. 알긴산 농도의 차이에 따른 금속 이온별 분리 양상3.1. Separation pattern of each metal ion according to the difference in alginate concentration

우선 알긴산 농도의 차이에 따른 금속이온별 분리 양상을 확인하였다(도 7). 우선 철 이온의 경우 90분 동안 철 이온이 알긴산 액체필터를 통과하면서 나타난 양상을 보면, 알긴산의 농도가 증가할수록 철 이온의 이동속도는 느려졌다. 0.25% 농도에서는 필터의 세 번째 칸에서 겔이 만들어졌으나, 농도가 높아질수록 겔이 만들어지는 거리는 짧아졌다. 또한 알긴산 농도가 증가할수록 알긴산 겔은 더 많이 만들어졌고, 색깔도 매우 선명하게 나타났다. First, the separation pattern for each metal ion according to the difference in alginate concentration was confirmed (FIG. 7). First, in the case of iron ions, as the iron ions passed through the alginate liquid filter for 90 minutes, the movement speed of iron ions slowed down as the concentration of alginate increased. At a concentration of 0.25%, a gel was formed in the third compartment of the filter, but as the concentration increased, the distance at which the gel was formed became shorter. In addition, as the concentration of alginate increased, more alginate gel was produced, and the color was very vivid.

철 이온에서 나타났던 양상이 코발트 이온에서도 같이 나타났다. 차이점은 알긴산 겔이 만들어지는 지점이 철 이온보다는 보다 왼쪽에서 나타났다. 도 4에서 확인한 것과 같이, 알긴산과의 친화도가 코발트 이온이 더 높기 때문에 나타난 현상이라 판단된다. The pattern seen in the iron ion also appeared in the cobalt ion. The difference is that the point where the alginate gel is made is more to the left than the iron ion. As confirmed in Figure 4, it is determined that the phenomenon appeared because the affinity with alginate is higher than the cobalt ion.

니켈 이온은 겔은 약하게나마 형성되었지만 그 색깔이 철, 코발트 이온과는 달리 뚜렷하지 않았다. 투명에 가까운 연두색이어서 이온이 이동한 거리를 정확하게 파악하기는 힘들었다. 겔이 만들어지는 양상을 보면 알긴산 농도가 증가할수록 겔이 만들어지는 양이 증가했고, 필터의 첫 번째 칸부터 겔이 만들어지는 것을 확인할 수 있었다. 전체적인 패턴은 철, 코발트 이온과 같은 양상을 보였다.Nickel ions formed a gel, albeit weakly, but the color was not distinct, unlike iron and cobalt ions. It was difficult to accurately determine the distance the ions traveled because it was light green, close to transparent. Looking at the formation of the gel, the amount of gel produced increased as the alginate concentration increased, and it was confirmed that the gel was formed from the first column of the filter. The overall pattern showed the same aspect as iron and cobalt ions.

구리 이온은 알긴산과의 친화도가 매우 크기 때문에 모든 농도에서 필터의 첫 번째 칸 시작점에서 겔이 만들어 졌다. 알긴산과의 친화도가 크면 낮은 농도에서 겔이 만들어 지고, 친화도가 낮으면 높은 농도에서 겔이 만들어지는 특징을 확인할 수 있었다.Because copper ions have a very high affinity for alginate, gels were formed at the beginning of the first column of the filter at all concentrations. When the affinity with alginate was high, a gel was formed at a low concentration, and when the affinity was low, a gel was formed at a high concentration.

3.2. 필터페이퍼 Pore Size 차이에 따른 금속 이온별 분리 양상3.2. Separation pattern of metal ions according to filter paper pore size difference

이후, 필터페이퍼 기공의 크기 차이에 의한 금속 이온별 분리 양상을 확인하였다. 철의 경우는 기공의 크기가 증가할수록 이온의 이동 속도가 빨라지는 양상이 나타났다. 또한 기공이 커질수록 이온의 통과량이 증가하여 겔이 더욱 잘 만들어지고 색깔도 진하고 매우 뚜렷하게 나타났다. 세 가지의 Pore Size에서 겔은 모두 0.75%의 알긴산 농도에서 만들어지는 특징을 보였다. 따라서 알긴산 농도는 겔이 만들어지는데 있어 매우 중요한 요소임을 알 수 있었다. Thereafter, the separation pattern for each metal ion due to the difference in the size of the pores of the filter paper was confirmed. In the case of iron, as the pore size increases, the movement speed of ions increases. In addition, as the pore size increases, the amount of ions passing through increases, making the gel better and the color darker and more distinct. The gels in all three pore sizes were characterized by being made at an alginate concentration of 0.75%. Therefore, it was found that the concentration of alginate is a very important factor in forming a gel.

코발트의 경우에도 세가지 필터페이퍼에서 겔은 모두 같은 위치에서 만들어졌다. 철 이온은 기공의 크기가 증가하면 이온의 이동속도가 빨랐지만 코발트 이온의 경우 철 이온에 비해 큰 차이가 없었다. 이는 코발트 이온이 철 이온에 비해 알긴산에 대한 친화도가 더 커서 알긴산 필터를 가동한 초기부터 겔이 만들어지면서 이동 속도의 차이가 없어진 것으로 예측할 수 있다. Pore Size가 증가할수록 겔이 더 잘 만들어지고, 색도 매우 뚜렷하게 나타났다. 따라서 Pore Size는 이온의 통과량을 조절하는 인자인 것을 확인할 수 있었다. Even in the case of cobalt, the gels in all three filter papers were made at the same location. Iron ions moved faster when the pore size increased, but there was no significant difference in cobalt ions compared to iron ions. It can be predicted that cobalt ions have a higher affinity for alginate than iron ions, so that the gel is formed from the beginning of operation of the alginate filter, and the difference in migration speed disappears. As the pore size increased, the gel was made better and the color was very distinct. Therefore, it was confirmed that the pore size is a factor that controls the passage of ions.

4. 알긴산 액체 필터를 이용한 중금속 이온 분리 및 XPS를 이용한 금속 이온 분리 확인4. Separation of heavy metal ions using an alginate liquid filter and confirmation of metal ion separation using XPS

알긴산과 금속 이온의 친화도 차이를 이용하여 금속 이온을 분리하는 것이 핵심 원리이기 때문에 알긴산과의 친화도가 큰 금속 이온이 먼저 겔이 만들어지면서 잡히고, 친화도가 낮은 금속 이온일수록 멀리 이동하여 높은 농도의 알긴산과 결합하도록 설계하였다.Since the core principle is to separate metal ions using the difference in affinity between alginate and metal ions, metal ions with high affinity to alginate are first captured while gels are formed, and metal ions with low affinity migrate farther to obtain higher concentrations. It was designed to bind with alginic acid.

알긴산 액체 필터는 전기영동방식을 이용하기 때문에 비교 대상으로 전기영동에서 일반적으로 많이 사용하는 아가로스 겔을 이용하여 구리 이온, 구리와 코발트 이온의 혼합 용액을 대상으로 전기 영동을 하였다. 구리 이온 한 종류만 전기영동을 하였을 때 구리 이온은 겔을 통해 이동했고 겔 속에 잡히지 않았다. 시간이 흐르고 아가로스 겔이 존재하지 않으면 구리 이온은 다시 물 속으로 나오게 된다. 구리와 코발트 이온을 혼합했을 때 전기영동을 하면 두 이온이 섞인 색 형태 그대로 아가로스 겔을 이동했다(도 10, 아가로스겔).Since the alginate liquid filter uses the electrophoresis method, electrophoresis was performed on copper ions and a mixed solution of copper and cobalt ions using agarose gel, which is commonly used in electrophoresis, as a comparison object. When only one type of copper ion was subjected to electrophoresis, the copper ion migrated through the gel and was not trapped in the gel. When time passes and no agarose gel is present, the copper ions will come out again into the water. When electrophoresis was performed when copper and cobalt ions were mixed, the agarose gel moved in the form of a mixture of the two ions (Fig. 10, agarose gel).

반면, 알긴산 액체 필터를 이용한 경우 구리 이온은 첫번째 필터페이퍼 표면에서 0.25% 알긴산 용액과 겔을 형성하며 같이 되었고, 코발트 이온은 첫번째 필터페이퍼 표면이 아닌 0.25% 알긴산 용액이 담겨 있는 칸 전체에서 겔을 형성했다. 측면 사진에서 구리 이온과 코발트 이온으로 만들어진 알긴산 겔의 색깔이 선명하게 나타난다. 또한, 만들어진 알긴산 겔을 꺼내서 살펴보면 선명하게 푸른색과 분홍색을 나타내는 겔이 만들어졌고, 두가지 이온이 섞인 흔적은 살펴볼 수 없었다 (도 10, 알긴산 액체필터).On the other hand, in the case of using an alginate liquid filter, copper ions formed a gel with 0.25% alginate solution on the surface of the first filter paper, and cobalt ions formed a gel not on the surface of the first filter paper but in the entire compartment containing the 0.25% alginate solution. did. In the side view, the color of the alginate gel made of copper and cobalt ions is clearly visible. In addition, when the prepared alginate gel was taken out and examined, a gel showing a clear blue and pink color was made, and no traces of mixing of the two ions could be observed (FIG. 10, alginate liquid filter).

구리와 니켈 이온의 분리의 경우 또한 구리 이온은 첫 번째 필터페이퍼 표면에서 0.25% 알긴산과 겔을 형성하고, 니켈 이온은 0.5% 알긴산 용액이 담겨있는 칸 전체에서 겔을 형성했다. 측면 사진에서 구리 이온과 니켈 이온으로 만들어진 알기산 겔의 색깔이 파란색과 연두색으로 선명하게 나타났다. 또한, 만들어진 알긴산 겔을 꺼내서 살펴보면 파란색과 연한 연두색을 나타내는 겔이 선명하게 만들어졌고, 두가지 이온이 섞인 흔적은 역시 살펴볼 수 없다(도 11).In the case of separation of copper and nickel ions, copper ions also formed a gel with 0.25% alginate on the surface of the first filter paper, and nickel ions formed a gel in the entire compartment containing 0.5% alginate solution. In the side view, the color of the alginate gel made of copper and nickel ions was clearly shown as blue and light green. In addition, when the prepared alginate gel was taken out and examined, the gel showing blue and light green was clearly made, and no traces of the two ions being mixed could be seen (FIG. 11).

구리와 철 이온의 분리에서는 분리 과정을 통해 새로운 사실을 알 수 있었다. 알긴산 액체 필터를 이용한 금속이온의 분리 과정을 시간에 따라 살펴보면, 먼저 구리 이온이 첫번째 필터페이퍼 표면에서 알긴산과 겔을 형성하면서 잡히고, 이후 세 번째 필터페이퍼 표면에서 노란색의 철 이온의 알긴산 겔이 형성되는 것이 관찰되었다. 구리 이온은 알긴산과의 친화도가 높아서 바로 파란색의 겔을 형성하였고, 친화도가 낮은 철 이온은 계속 이동을 하여 0.75%의 비교적 높은 농도의 알긴산을 만났을 때 겔을 형성함을 알 수 있었다. 또한, 시간이 지나면서 구리 이온의 알긴산 겔과 철 이온의 알긴산 겔의 양이 많아지고 색도 더 진해졌다. 구리 이온과 철 이온이 섞인 용액은 초기 색깔이 다소 진했지만, 시간이 지나면서 구리 이온과 철 이온이 감소해 색깔이 옅어지는 것을 확인할 수 있었다(도 12). In the separation of copper and iron ions, a new fact was learned through the separation process. Looking at the separation process of metal ions using the alginate liquid filter over time, first, copper ions are captured while forming alginate and gel on the surface of the first filter paper, and then a yellow alginate gel of iron ions is formed on the surface of the third filter paper. that was observed It was found that copper ions had a high affinity with alginic acid and formed a blue gel immediately, and iron ions with low affinity continued to move and formed a gel when they met alginate with a relatively high concentration of 0.75%. In addition, over time, the amount of copper ion alginate gel and iron ion alginate gel increased and the color became darker. The color of the solution mixed with copper ions and iron ions was somewhat dark at the beginning, but it was confirmed that the color became lighter as the copper ions and iron ions decreased over time (FIG. 12).

이것으로 알긴산 액체필터가 물 속의 금속 이온을 효과적으로 제거하고, 금속 이온 각각을 구리 이온과 철 이온으로 나누어 분리할 수 있다는 것을 증명할 수 있다. This proves that the alginate liquid filter can effectively remove metal ions in water and separate each metal ion into copper ions and iron ions.

앞서 두 종류의 금속 이온이 섞여 있는 용액에서 각각의 금속 이온을 제거할 수 있는 지 알아보았고, 이번에는 3종류의 금속이온(Cu2+, Co2+, Fe2+)이 섞여 있는 용액에서 각각 금속 이온별로 분리가 가능한 지를 알아보았다. 3 종류의 이온이 분리되는 과정을 살펴보면 먼저 알긴산과 친화도가 가장 높은 구리 이온이 첫 번째 필터페이퍼 표면에서 겔을 형성하면서 잡히고, 30분 후 알긴산과의 친화도가 구리 이온 다음으로 높은 코발트 이온이 0.5% 알긴산 용액과 만나면서 분홍색 겔을 형성하였다. 60분 후에는 친화도가 가장 낮은 철 이온의 겔이 만들어지기 시작하였고, 90분 후에는 각각의 겔의 양이 증가하고 색깔이 진해진 것을 확인할 수 있었다(도 13). 이에 앞서 2종류의 금속 이온 분리과정에서 나타난 것과 같았고, 알긴산과의 친화도 차이만 있다면 얼마든지 분리가 가능하다는 것을 의미한다. Previously, it was investigated whether each metal ion could be removed from a solution containing two types of metal ions . The possibility of separation by metal ion was investigated. Looking at the process of separating the three types of ions, copper ions, which have the highest affinity for alginate, are captured while forming a gel on the surface of the first filter paper, and after 30 minutes, cobalt ions, which have the highest affinity for alginic acid after copper ions, are captured. A pink gel was formed upon contact with a 0.5% alginate solution. After 60 minutes, gels of iron ions with the lowest affinity began to form, and after 90 minutes, it was confirmed that the amount of each gel increased and the color darkened (FIG. 13). It was the same as shown in the two types of metal ion separation processes prior to this, and it means that separation is possible as long as there is a difference in affinity with alginic acid.

3종류의 금속이온 분리 후 겔을 추출하여 건조한 다음, XPS를 이용하여 겔 속의 금속 이온을 확인해 본 결과 금속 이온이 혼합되어 있는 것이 아니라 완전히 분리되었다는 사실을 확인할 수 있었다. After separating the three types of metal ions, the gel was extracted and dried, and then the metal ions in the gel were checked using XPS. As a result, it was confirmed that the metal ions were completely separated, not mixed.

5. 알긴산 겔로부터 구리 이온의 회수5. Recovery of copper ions from alginate gel

알긴산 액체필터에서 만들어진 구리 이온-알긴산 겔을 추출한 다음, 시트르산삼나트륨(Na3C6H5O7) 용액에 담아 Rocking Shaker에서 3~4시간 정도 교반하여 알긴산 겔을 녹였다. 따라서 알긴산 겔을 이용하여 분리한 이온을 다시 회수할 수 있다는 점에서 알긴산 액체필터의 활용도는 상당히 높은 것으로 판단되었다. After extracting the copper ion-alginate gel made from the alginate liquid filter, it was placed in a solution of trisodium citrate (Na 3 C 6 H 5 O 7 ) and stirred in a rocking shaker for 3 to 4 hours to dissolve the alginate gel. Therefore, it was determined that the utilization of the alginate liquid filter was quite high in that the separated ions could be recovered using the alginate gel.

10mM CuSO4 용액 500ml로부터 알긴산 액체필터를 이용하여 10g의 알긴산 겔을 추출했고, 0.3M 시트르산삼나트륨 용액 40ml에 녹인 결과 0.04mM 농도의 구리 이온 용액을 얻을 수 있었다. 회수율은 최대 83%였다. 시트르산삼나트륨의 농도를 높이면 더 빠른 시간 안에 알긴산 겔을 녹일 수 있다. 하지만, 최대한 시트르산삼나트륨의 농도를 줄이기 위해서 선택한 농도가 0.3M이었다. 시트르산삼나트륨의 부피를 줄이면 높은 농도의 구리 이온 용액을 얻을 수 있으므로 필요에 따라 조절이 가능하고, 금속 자원의 재활용이라는 측면에서 큰 의미가 있다.10 g of alginate gel was extracted from 500 ml of 10 mM CuSO 4 solution using an alginate liquid filter and dissolved in 40 ml of 0.3 M trisodium citrate solution to obtain a 0.04 mM copper ion solution. The recovery rate was up to 83%. The higher the concentration of trisodium citrate, the faster the alginate gel can be dissolved. However, the concentration selected to reduce the concentration of trisodium citrate as much as possible was 0.3M. By reducing the volume of trisodium citrate, a high-concentration copper ion solution can be obtained, so it can be adjusted as needed, and it is of great significance in terms of recycling metal resources.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야 한다.The above description of the present invention is for illustrative purposes, and those skilled in the art can understand that it can be easily modified into other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. will be. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive.

Claims (8)

알긴산을 이용한 중금속 분리용 필터로서,
상기 필터는 복수개의 필터부를 포함하는 것이고,
상기 필터부들은 서로 상이한 농도의 알긴산 용액을 포함하는 것이며,
상기 필터부들은 필터 페이퍼를 통해 분리되어 있는 것이고,
상기 필터는 제1필터부; 제2필터부; 제3필터부; 및 제4필터부가 순차적으로 적층된 구조를 갖는 것이며,
상기 제1필터부는 0.1 내지 0.3 중량% 농도의 알긴산 용액을 포함하고,
상기 제2필터부는 0.35 내지 0.55 중량% 농도의 알긴산 용액을 포함하며,
상기 제3필터부는 0.6 내지 0.85 중량% 농도의 알긴산 용액을 포함하고,
상기 제4필터부는 0.9 내지 1.2 중량% 농도의 알긴산 용액을 포함하는 것을 특징으로 하는, 중금속 분리용 필터.
As a heavy metal separation filter using alginic acid,
The filter includes a plurality of filter units,
The filter parts include alginic acid solutions of different concentrations,
The filter parts are separated through filter paper,
The filter may include a first filter unit; a second filter unit; a third filter unit; And the fourth filter unit has a sequentially stacked structure,
The first filter part includes an alginate solution at a concentration of 0.1 to 0.3% by weight,
The second filter part includes an alginate solution at a concentration of 0.35 to 0.55% by weight,
The third filter part includes an alginate solution at a concentration of 0.6 to 0.85% by weight,
The fourth filter unit is characterized in that it comprises an alginate solution of 0.9 to 1.2% by weight concentration, heavy metal separation filter.
삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 필터 페이퍼는 0.1 내지 30 μm 크기의 기공을 갖는 것을 특징으로 하는, 중금속 분리용 필터.
According to claim 1,
The filter paper is characterized in that it has pores of 0.1 to 30 μm in size, heavy metal separation filter.
제1항에 있어서,
상기 제1필터부 및 제2필터부는 6 내지 10 μm의 기공을 갖는 필터페이퍼로 분리되어 있고,
상기 제2필터부 및 제3필터부는 2 내지 3 μm의 기공을 갖는 필터페이퍼로 분리되어 있으며,
상기 제3필터부 및 제4필터부는 2 내지 3 μm의 기공을 갖는 필터페이퍼로 분리되어 있는 것인, 중금속 분리용 필터.
According to claim 1,
The first filter part and the second filter part are separated by filter paper having pores of 6 to 10 μm,
The second filter part and the third filter part are separated by filter paper having pores of 2 to 3 μm,
The third filter unit and the fourth filter unit are separated by filter paper having pores of 2 to 3 μm, heavy metal separation filter.
제1항에 있어서,
상기 중금속은 구리, 철, 코발트 및 니켈로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것인, 중금속 분리용 필터.
According to claim 1,
The heavy metal is one or more selected from the group consisting of copper, iron, cobalt and nickel, heavy metal separation filter.
제1항의 필터에 폐수를 통과시키는 단계를 포함하는, 중금속을 포함하는 폐수 정화 방법.
A method for purifying wastewater containing heavy metals, comprising passing the wastewater through the filter of claim 1.
제7항에 있어서,
상기 필터는, 전원공급부와 연결되어 전기영동을 통해 폐수 내부의 중금속 이온을 이동시키는 것을 특징으로 하는, 중금속을 포함하는 폐수 정화 방법.
According to claim 7,
The filter is connected to a power supply unit to move heavy metal ions in the wastewater through electrophoresis.
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