KR102526213B1 - Method for wastewater treatment by using carbide from oriental cherry - Google Patents
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Abstract
본 발명은 중금속 이온을 함유하는 폐수에 벚나무의 탄화물인 벚나무 탄화물을 투입하여, 중금속 이온을 벚나무 탄화물에 흡착시키는 폐수 처리 방법에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명에 따르면 버려지는 벚나무 폐가지의 활용이 가능하고, 높은 효율로 중금속 이온 함유 폐수를 처리할 수 있는 장점이 있다.The present invention relates to a wastewater treatment method in which cherry tree carbide, which is a cherry tree carbide, is injected into wastewater containing heavy metal ions, and the heavy metal ions are adsorbed to the cherry tree carbide. Specifically, according to the present invention, there is an advantage in that discarded waste branches of cherry trees can be utilized and wastewater containing heavy metal ions can be treated with high efficiency.
Description
본 발명은 벚나무 탄화물을 이용하여 중금속을 함유한 폐수를 처리하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for treating wastewater containing heavy metals using cherry tree carbide.
환경 오염 중 큰 비중을 차지하는 수질 오염은 점점 악화되고 있다. 이 중에서도 폐수 중에 함유되어 있는 중금속 성분은 먹이 사슬을 통하여 인간의 생체 내에 유입되고, 상기 중금속 성분은 인체 내에서 농축되므로, 인체내 유입 시 충분히 배출되지 못하는 문제점이 있다. Water pollution, which accounts for a large proportion of environmental pollution, is getting worse and worse. Among them, heavy metal components contained in wastewater are introduced into the human body through the food chain, and since the heavy metal components are concentrated in the human body, there is a problem in that they are not sufficiently discharged when introduced into the human body.
국내의 산업 폐수 중 중금속, 특정 유해물질 등을 함유하는 독성 폐수는 하루에 약 200만 톤 이상 배출되고 있다. 이 중에서도 아연은, 주로 도금, 배터리, 합금 생산 공정에서 발생하는 폐수에 다량 함유되어 있으며, 아연이 다량 함유된 폐수가 하천이나 바다로 방류될 경우, 식용 조류에 의하여 흡수되어 먹이 사슬에 유입되며, 이를 통하여 인간에게까지 영향을 미치게 된다. 아연은 인체에서 효소 반응의 전자 이동 역할을 담당하는 필수 미량 원소이지만, 장기 복용 또는 과다 복용 시, 신경 과민, 식욕 저하 등을 유발할 수 있다. 이와 같은 문제점을 예방하기 위하여, 중금속 이온을 함유하는 폐수는 지정된 방류 기준에 맞추어 처리하여 방류되도록 규정되어 있다.Among industrial wastewater in Korea, more than 2 million tons of toxic wastewater containing heavy metals and specific hazardous substances are discharged per day. Among them, a large amount of zinc is contained in wastewater mainly generated from plating, battery, and alloy production processes. This also affects humans. Zinc is an essential trace element responsible for electron transfer in enzymatic reactions in the human body, but long-term or excessive doses can cause nervousness and loss of appetite. In order to prevent such a problem, wastewater containing heavy metal ions is prescribed to be discharged after being treated according to designated discharge standards.
기존의 중금속 처리방법으로는 침전, 이온 교환, 역삼투 등이 있다. 침전법은 종래에 자주 이용되었던 방법으로서, 주로 석회를 사용하여 중금속을 침전시켜 제거하는 방법이다. 하지만, 침전법의 경우, 중금속 이온의 용해도가 pH에 따라 매우 민감하게 변화하기 때문에 운전 조건이 까다로운 문제점이 있다. 한편, 이온 교환법은 특정 성분 만의 제거에 효과가 있고, 불순물이 다량 함유된 폐수 처리에는 부적절한 문제점이 있다. 또한, 역삼투법은 중금속 처리에는 탁월한 효과가 있으나, 불순물이 다량 존재하는 경우 막힘 현상으로 인하여 폐수처리에는 적합하지 못한 문제점이 있다.Existing heavy metal treatment methods include precipitation, ion exchange, and reverse osmosis. The precipitation method is a method that has been frequently used in the prior art, and is a method of precipitating and removing heavy metals mainly using lime. However, in the case of the precipitation method, since the solubility of heavy metal ions changes very sensitively according to pH, operating conditions are difficult. On the other hand, the ion exchange method is effective in removing only specific components, and is inappropriate for wastewater treatment containing a large amount of impurities. In addition, the reverse osmosis method has an excellent effect in treating heavy metals, but has a problem in that it is not suitable for wastewater treatment due to clogging when a large amount of impurities are present.
하지만, 흡착법, 구체적으로 목질 탄화물을 이용한 흡착법의 경우 탄화수소 등의 유기물뿐만 아니라 저농도의 중금속 처리에 매우 효과적인 것으로 알려져 있다. 이에 다양한 흡착제를 이용한 중금속 흡착에 대한 연구가 활발히 진행 중에 있다.However, an adsorption method, specifically, an adsorption method using wood carbide is known to be very effective in treating low-concentration heavy metals as well as organic substances such as hydrocarbons. Therefore, studies on heavy metal adsorption using various adsorbents are actively in progress.
한편, 2013년 기준 국내 가로수 품종은 벚나무 류가 약 21.5 %로 1위를 차지하고 있다. 또한, 가로수로 사용되는 나무들은 전선, 차량, 사람의 통행을 원활하게 하기 위하여 평균 2년 주기로 가지치기가 이루어진다. 가지치기한 폐가지는 지정된 수거업체에 의하여 수거되여 우드칩(wood chip)으로 제조되어 주변 농가에 무상으로 공급되며, 이 외의 다른 용도로 사용되지는 않고 있다.On the other hand, as of 2013, among domestic street tree varieties, cherry trees occupy the first place with about 21.5%. In addition, trees used as roadside trees are pruned on average every two years to facilitate the passage of electric wires, vehicles, and people. The pruned waste branches are collected by designated collection companies, manufactured into wood chips, and supplied to nearby farmhouses free of charge, and are not used for any other purpose.
본 발명은 용이하게 수집할 수 있는 벚나무 폐가지를 이용하여 폐수 내의 중금속 이온을 흡착할 수 있는 폐수 처리 방법을 제공하고자 한다.An object of the present invention is to provide a wastewater treatment method capable of adsorbing heavy metal ions in wastewater using waste branches of cherry trees that can be easily collected.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상기 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 하기의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the problem to be solved by the present invention is not limited to the above-mentioned problem, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
본 발명의 일 실시상태는 벚나무 탄화물을 제조하는 단계; 중금속 이온 함유 폐수에 상기 벚나무 탄화물을 투입하는 단계; 및 상기 벚나무 탄화물이 투입된 폐수를 교반하여, 상기 벚나무 탄화물에 상기 중금속 이온을 흡착하는 단계를 포함하는 폐수 처리 방법을 제공한다.One embodiment of the present invention comprises the steps of producing cherry tree carbide; Injecting the cherry tree carbide into wastewater containing heavy metal ions; and adsorbing the heavy metal ions to the cherry tree carbide by stirring the wastewater into which the cherry tree carbide is introduced.
본 발명의 일 실시상태에 따른 폐수 처리 방법은, 일상에서도 쉽게 구할 수 있는 벚나무 폐가지를 사용함으로써, 폐가지의 경제적, 환경적 활용도를 확보한 장점이 있다.The wastewater treatment method according to an exemplary embodiment of the present invention has the advantage of securing economic and environmental utilization of waste branches by using waste branches of cherry trees that can be easily obtained in everyday life.
도 1은 실시예 1에서 제조된 벚나무 탄화물의 투입 함량에 따른 합성 폐수 내의 아연 이온 제거 효율 및 아연 이온 흡착량을 나타낸 것이다.
도 2는 실시예 1에서 제조된 벚나무 탄화물이 투입된 합성 폐수의 pH에 따른 합성 폐수 내의 아연 이온 제거 효율 및 아연 이온 흡착량을 나타낸 것이다.
도 3은 실시예 1에서 제조된 벚나무 탄화물이 투입된 합성 폐수의 온도에 따른 합성 폐수 내의 아연 이온 제거 효율 및 아연 이온 흡착량을 나타낸 것이다.
도 4는 실시예 1에서 제조된 벚나무 탄화물이 투입된 합성 폐수를 교반하는 속도에 따른 합성 폐수 내의 아연 이온 제거 효율 및 아연 이온 흡착량을 나타낸 것이다.
도 5는 실시예 1에서 제조된 벚나무 탄화물이 투입된 합성 폐수의 처리 시간에 따른 합성 폐수 내의 아연 이온 제거 효율 및 아연 이온 흡착량을 나타낸 것이다.Figure 1 shows the zinc ion removal efficiency and zinc ion adsorption amount in synthetic wastewater according to the input content of cherry tree carbide prepared in Example 1.
FIG. 2 shows the zinc ion removal efficiency and zinc ion adsorption amount in the synthetic wastewater according to the pH of the synthetic wastewater into which the cherry tree carbide prepared in Example 1 was introduced.
3 shows the zinc ion removal efficiency and zinc ion adsorption amount in synthetic wastewater according to the temperature of the synthetic wastewater into which the cherry tree carbide prepared in Example 1 was introduced.
FIG. 4 shows the zinc ion removal efficiency and zinc ion adsorption amount in the synthetic wastewater according to the stirring speed of the synthetic wastewater into which the cherry tree carbide prepared in Example 1 was injected.
5 shows the zinc ion removal efficiency and zinc ion adsorption amount in the synthetic wastewater according to the treatment time of the synthetic wastewater into which the cherry tree carbide prepared in Example 1 was injected.
본 명세서에 있어서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. In the present specification, when a certain component is said to "include", it means that it may further include other components without excluding other components unless otherwise stated.
이하, 본 명세서에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, this specification will be described in more detail.
본 발명의 일 실시상태는 벚나무 탄화물을 제조하는 단계; 중금속 이온 함유 폐수에 상기 벚나무 탄화물을 투입하는 단계; 및 상기 벚나무 탄화물이 투입된 폐수를 교반하여, 상기 벚나무 탄화물에 상기 중금속 이온을 흡착하는 단계를 포함하는 폐수 처리 방법을 제공한다.One embodiment of the present invention comprises the steps of producing cherry tree carbide; Injecting the cherry tree carbide into wastewater containing heavy metal ions; and adsorbing the heavy metal ions to the cherry tree carbide by stirring the wastewater into which the cherry tree carbide is introduced.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 벚나무 탄화물을 제조하는 단계는 수집한 벚나무의 폐가지를 탄화하는 것일 수 있다. 구체적으로는, 상기 벚나무 탄화물을 제조하는 단계는 수집된 벚나무 폐가지를 분쇄하여 톱밥으로 형성한 다음 열처리하여 탄화하는 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 톱밥을 500 ℃ 내지 1,000 ℃의 온도에서, 0.5 시간 내지 2 시간 동안 열처리할 수 있다. 상기 열처리의 온도 및 시간 조건, 그리고 열처리를 위한 장비는 특별히 제한되는 것은 아니며, 준비된 톱밥의 양에 따라 적절하게 조절될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the step of preparing the carbonized cherry tree may be carbonizing the collected waste branches of the cherry tree. Specifically, the step of preparing the cherry tree carbide may be to pulverize the collected cherry tree waste branches to form sawdust and then heat-treat to carbonize them. For example, the sawdust may be heat treated at a temperature of 500 °C to 1,000 °C for 0.5 hour to 2 hours. Temperature and time conditions of the heat treatment, and equipment for the heat treatment are not particularly limited, and may be appropriately adjusted according to the amount of prepared sawdust.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 톱밥은 열처리 되기 전에 건조될 수 있다. 또한, 상기 건조는 50 ℃ 내지 100 ℃의 온도에서 12 시간 내지 36 시간 동안 진행될 수 있고, 상기 건조 시의 온도 및 시간 조건, 그리고 건조를 위한 장비는 특별히 제한되는 것은 아니며, 준비된 톱밥의 수분이 충분하게 증발될 수 있는 정도로 적절히 조절될 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present invention, the sawdust may be dried before heat treatment. In addition, the drying may be carried out at a temperature of 50 ° C. to 100 ° C. for 12 hours to 36 hours, the temperature and time conditions during the drying, and equipment for drying are not particularly limited, and the moisture of the prepared sawdust is sufficient. It can be appropriately adjusted to the extent that it can be evaporated.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 벚나무 탄화물은 카르복시기(-COOH) 및 히드록시기(-OH) 중 적어도 하나를 함유할 수 있고, 구체적으로 상기 작용기는 상기 벚나무 탄화물의 표면에 존재할 수 있다. 이와 같이 상기 벚나무 탄화물이 상기 작용기를 포함하는 경우, 이후 폐수에 함유된 중금속 이온이 상기 벚나무 탄화물에 효율적으로 흡착될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the cherry tree carbide may contain at least one of a carboxy group (-COOH) and a hydroxy group (-OH), and specifically, the functional group may be present on the surface of the cherry tree carbide. In this way, when the cherry tree carbide includes the functional group, heavy metal ions contained in wastewater can be efficiently adsorbed to the cherry tree carbide.
본 발명의 일 실시상태에 따른 폐수 처리 방법은 상기 벚나무 탄화물을 상기 중금속 이온 함유 폐수에 투입함으로써, 상기 폐수 내의 중금속 이온의 상기 벚나무 탄화물로의 흡착을 위한 분위기를 조성할 수 있다. 또한, 상기 중금속 이온을 일반적으로 인체에 유해한 것으로 알려진 중금속의 이온일 수 있으며, 일 예로 아연 이온(Zn2 +)을 들 수 있다.In the wastewater treatment method according to an exemplary embodiment of the present invention, an atmosphere for adsorption of heavy metal ions in the wastewater to the cherry tree carbide may be created by introducing the cherry tree carbide into the heavy metal ion-containing wastewater. In addition, the heavy metal ions may be ions of heavy metals generally known to be harmful to the human body, and examples thereof include zinc ions (Zn 2+ ) .
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 벚나무 탄화물은 상기 중금속 이온 함유 폐수 100 mL 당 0.1 g 내지 0.3 g, 구체적으로 0.15 g 내지 0.25 g의 양으로 투입될 수 있다. 상기 폐수에 대한 벚나무 탄화물의 투입량 범위 내에서, 폐수 내의 중금속 이온의 제거 효율, 그리고 상기 벚나무 탄화물 단위 함량에 대한 상기 중금속 이온의 흡착량을 동시에 향상시킬 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present invention, the cherry tree carbide may be introduced in an amount of 0.1 g to 0.3 g, specifically 0.15 g to 0.25 g per 100 mL of the heavy metal ion-containing wastewater. Within the range of the input amount of the cherry tree carbide to the wastewater, the removal efficiency of heavy metal ions in the wastewater and the amount of adsorption of the heavy metal ions relative to the unit content of the cherry tree carbide can be simultaneously improved.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 벚나무 탄화물이 투입된 폐수를 교반하여, 상기 중금속 이온을 상기 벚나무 탄화물에 흡착시키는 단계를 포함한다. 상기 중금속 이온의 흡착 반응에 있어서, 상기 벚나무 탄화물은 흡착제(adsorbent), 그리고 상기 중금속 이온은 흡착질(adsorbate)로서 작용할 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present invention, the step of adsorbing the heavy metal ions to the cherry tree carbide by stirring the wastewater into which the cherry tree carbide is introduced. In the adsorption reaction of the heavy metal ion, the cherry tree carbide may act as an adsorbent, and the heavy metal ion may act as an adsorbate.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 중금속 이온을 상기 벚나무 탄화물에 흡착시키는 단계는 상기 벚나무 탄화물이 투입된 pH를 7 내지 12, 8 내지 12, 또는 10 내지 12로 조절하며 수행되는 것일 수 있다. 상기 폐수의 pH 범위 내에서, 상기 중금속 이온의 제거 효율 및 상기 벚나무 탄화물 단위 함량에 대한 상기 중금속 이온의 흡착량을 동시에 향상시킬 수 있다. 한편, 상기 폐수의 pH를 조절하는 방법은 특별히 제한되는 것은 아니며, 공지의 산성 또는 염기성 물질을 상기 폐수에 첨가하며 조절되는 것일 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present invention, the step of adsorbing the heavy metal ions to the cherry tree carbide may be performed while adjusting the pH of the cherry tree carbide to 7 to 12, 8 to 12, or 10 to 12. Within the pH range of the wastewater, the heavy metal ion removal efficiency and the adsorption amount of the heavy metal ion relative to the cherry tree carbide unit content may be simultaneously improved. Meanwhile, a method for adjusting the pH of the wastewater is not particularly limited, and may be adjusted by adding a known acidic or basic substance to the wastewater.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 중금속 이온을 상기 벚나무 탄화물에 흡착시키는 단계는 상기 벚나무 탄화물이 투입된 폐수의 온도를 310 K 내지 340 K, 구체적으로 315 K 내지 340 K로 조절하며 수행되는 것일 수 있다. 상기 폐수의 온도 범위 내에서, 상기 중금속 이온의 제거 효율 및 상기 벚나무 탄화물 단위 함량에 대한 상기 중금속 이온의 흡착량을 동시에 향상시킬 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the step of adsorbing the heavy metal ions to the cherry tree carbide may be performed while adjusting the temperature of the wastewater into which the cherry tree carbide is introduced to 310 K to 340 K, specifically 315 K to 340 K there is. Within the temperature range of the wastewater, the removal efficiency of the heavy metal ions and the adsorption amount of the heavy metal ions relative to the cherry tree carbide unit content may be simultaneously improved.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 중금속 이온의 상기 벚나무 탄화물에의 흡착 반응은 자발적(spontaneous) 반응일 수 있다. 즉, 상기 벚나무 탄화물을 상기 중금속 이온 함유 폐수에 투입한 다음 상기 폐수를 교반하는 경우, 상기 중금속 이온의 상기 벚나무 탄화물에의 흡착 반응은 자발적으로 일어날 수 있다. 한편, 본 발명의 일 실시상태에 따른 폐수 처리 방법에 있어서, 상기 폐수를 교반하는 속도는 특별히 제한되는 것은 아니고, 상기 폐수에 투입된 벚나무 탄화물의 함량에 따라 적절히 조절될 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present invention, the adsorption reaction of the heavy metal ion to the cherry tree carbide may be a spontaneous reaction. That is, when the cherry tree carbide is introduced into the heavy metal ion-containing wastewater and then the wastewater is stirred, the heavy metal ion adsorption reaction to the cherry tree carbide may spontaneously occur. Meanwhile, in the wastewater treatment method according to an exemplary embodiment of the present invention, the speed of stirring the wastewater is not particularly limited, and may be appropriately adjusted according to the content of cherry tree carbide introduced into the wastewater.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 기술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되지 않는다. 본 명세서의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.Hereinafter, examples will be described in detail to explain the present invention in detail. However, embodiments according to the present invention can be modified in many different forms, and the scope of the present invention is not construed as being limited to the embodiments described below. The embodiments herein are provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art.
실시예Example 1 One
벚나무 폐가지(봄내 목공예 협동조합 제공)를 분쇄하여 톱밥을 준비하였다. 상기 톱밥을 증류수로 5 회 세척한 후, 건조기(ON-22GW, 제이오텍)를 이용하여 70 ℃의 온도에서 24 시간 동안 건조하였다. 상기 건조된 톱밥을 전기로(MF-21G, 제이오텍)를 사용하여 600 ℃의 온도에서 1 시간 탄화 시킨 후, 체(선폭: 850 ㎛)에 20 회 걸러서 벚나무 탄화물을 제조하였다. 합성 폐수 투입 전에, 상기 벚나무 탄화물을 데시케이터(SK-C003)에 보관하였다.Sawdust was prepared by pulverizing the waste branches of cherry trees (provided by the woodcraft cooperative in spring). After washing the sawdust with distilled water 5 times, it was dried for 24 hours at a temperature of 70 ℃ using a dryer (ON-22GW, Jeio Tech). The dried sawdust was carbonized at a temperature of 600 ° C. for 1 hour using an electric furnace (MF-21G, Jeio Tech), and then sieved through a sieve (line width: 850 μm) 20 times to prepare cherry carbide. Before inputting the synthetic wastewater, the cherry tree carbide was stored in a desiccator (SK-C003).
하기 실험예에서 사용된 합성 폐수는, 아연 이온 표준 용액(1,000 ppm; 대정화금)을 희석한 것으로 준비하였다. 또한, 상기 합성 폐수의 pH는 1 N의 NaOH(97 %, 대정화금) 및 HCl(35%, 대정화금)을 이용하여 조절하였고, pH 미터기(DE/UB-10, Denver)를 이용하여 측정하였다. 나아가, 상기 합성 폐수 내의 아연 이온의 측정은 분광 광도계(Biochrom Libra S60, 영국)을 이용하여 Standard Method의 zincon method에 준하여 측정하였다. 또한, Jar-Tester(FC6S, Velp-Scientifica, 이탈리아)를 이용하여 상기 합성 폐수를 교반하였다.The synthetic wastewater used in the following experimental examples was prepared by diluting a zinc ion standard solution (1,000 ppm; Daejeong Chemical Gold). In addition, the pH of the synthetic wastewater was adjusted using 1 N NaOH (97%, Daejeong Chemical Gold) and HCl (35%, Daejeong Chemical Gold), and using a pH meter (DE/UB-10, Denver) measured. Furthermore, zinc ions in the synthetic wastewater were measured using a spectrophotometer (Biochrom Libra S60, England) according to the zincon method of the Standard Method. In addition, the synthetic wastewater was stirred using a Jar-Tester (FC6S, Velp-Scientifica, Italy).
또한, “중금속 이온의 제거 효율”은 본 발명의 일 실시상태의 폐수 처리 방법에 따라 처리되기 전의 폐수 내의 중금속 이온의 함량에 대한 벚나무 탄화물에 흡착된 상기 중금속 이온의 함량의 백분율로 계산하였다.In addition, the “removal efficiency of heavy metal ions” was calculated as a percentage of the content of heavy metal ions adsorbed on cherry tree carbide relative to the content of heavy metal ions in the wastewater before being treated according to the wastewater treatment method of one embodiment of the present invention.
“중금속 이온의 흡착량”은 벚나무 탄화물 단위 중량(g) 당 본 발명의 일 실시상태의 폐수 처리 방법에 따라 흡착된 상기 중금속 이온의 중량(mg)으로 계산하였다.The “adsorption amount of heavy metal ions” was calculated as the weight (mg) of the heavy metal ions adsorbed according to the wastewater treatment method of an exemplary embodiment of the present invention per unit weight (g) of cherry tree carbide.
실험예Experimental example 1 - 벚나무 탄화물의 FT-IR 분석 1 - FT-IR Analysis of Cherry Wood Carbide
상기 실시예 1에 따라 제조된 벚나무 탄화물에 대하여 적외선 분광기(Fourier transform infrared spectroscopy, FT-IR, PERKINELMER FT-IR Spectrophotometer, 영국)를 이용하여 브롬화칼륨 펠릿(Potassium bromide pellet) 방법으로 적외선 분광을 분석하였다. 그 결과, 실시예 1에 따라 제조된 벚나무 탄화물에는 카르복시기(1,700 cm-1) 및 페놀기(1,000~1,400 cm-1)에 해당하는 피크가 존재하는 것을 확인하였다. 이를 통하여, 본 발명의 일 실시상태에 따른 벚나무 탄화물에는 중금속 이온 제거 효율에 큰 영향을 미칠 수 있는 관능기가 존재하는 것을 알 수 있다.Infrared spectroscopy was analyzed for the cherry tree carbide prepared according to Example 1 using a potassium bromide pellet method using an infrared spectroscopy (FT-IR, PERKINELMER FT-IR Spectrophotometer, England). . As a result, it was confirmed that peaks corresponding to the carboxy group (1,700 cm -1 ) and the phenol group (1,000 to 1,400 cm -1 ) were present in the cherry tree carbide prepared according to Example 1. Through this, it can be seen that the cherry tree carbide according to an exemplary embodiment of the present invention has a functional group that can greatly affect the heavy metal ion removal efficiency.
실험예Experimental example 2 - 벚나무 탄화물 투여량에 따른 제거 효율 및 흡착량 2 - Removal efficiency and adsorption amount according to cherry tree carbide dosage
합성 폐수 시료(10 ppm 아연 이온, pH 7) 100 mL에 대하여, 교반 속도 60 rpm, 및 교반 시간 60 분의 조건에서, 상기 실시예 1에 따라 제조된 벚나무 탄화물의 투입량에 따른 합성 폐수 내의 아연 이온 제거 효율 및 아연 이온 흡착량을 분석하였으며, 그 결과를 도 1에 나타내었다.Zinc ions in synthetic wastewater according to the input amount of cherry tree carbide prepared according to Example 1 under conditions of a stirring speed of 60 rpm and a stirring time of 60 minutes with respect to 100 mL of synthetic wastewater sample (10 ppm zinc ion, pH 7) Removal efficiency and zinc ion adsorption were analyzed, and the results are shown in FIG. 1 .
도 1을 참고하면, 투입된 벚나무 탄화물의 함량이 증가할수록, 아연 이온의 제거 효율은 일정 수준까지는 증가하는 것을 알 수 있었고, 이는 상기 벚나무 탄화물의 투여량이 증가함에 따라, 상기 벚나무 탄화물 표면적의 가용성이 증가되기 때문임을 알 수 있다. 또한, 투입된 벚나무 탄화물의 함량이 증가할수록, 아연 이온의 흡착량은 일정 수준 까지 감소하는 것을 알 수 있었고, 이는 벚나무 탄화물의 투여량이 증가함에 따라 이용 가능한 흡착 부위(vacant site)의 수가 증가하여 벚나무 탄화물의 단위 질량 당 아연 이온의 흡착량이 감소하기 때문임을 알 수 있다.Referring to FIG. 1, it was found that as the content of the cherry tree carbide added increases, the removal efficiency of zinc ions increases to a certain level, which means that as the dosage of the cherry tree carbide increases, the solubility of the surface area of the cherry tree carbide increases It can be seen that it is because In addition, it was found that as the amount of added cherry tree carbide increased, the adsorption amount of zinc ions decreased to a certain level, which means that as the dose of cherry tree carbide increased, the number of available adsorption sites increased, resulting in It can be seen that this is because the adsorption amount of zinc ions per unit mass of is reduced.
이를 통하여, 본 발명의 일 실시상태에 따른 함량 범위로 상기 벚나무 탄화물을 중금속 이온 함유 폐수에 투입하는 경우, 중금속 이온의 제거 효율과 중금속 이온의 흡착량을 최적화할 수 있음을 알 수 있다.From this, it can be seen that when the cherry tree carbide is injected into heavy metal ion-containing wastewater in the content range according to an exemplary embodiment of the present invention, the removal efficiency of heavy metal ions and the adsorption amount of heavy metal ions can be optimized.
실험예Experimental example 3 - 합성 폐수의 pH에 따른 제거 효율 및 흡착량 3 - Removal efficiency and adsorption amount according to pH of synthetic wastewater
합성 폐수 시료(10 ppm 아연 이온, 벚나무 탄화물 투여량 0.1 g) 100 mL에 대하여, 교반 속도 60 rpm, 및 교반 시간 60 분의 조건에서, 상기 합성 폐수 시료의 pH에 따른 합성 폐수 내의 아연 이온 제거 효율 및 아연 이온 흡착량을 분석하였으며, 그 결과를 도 2에 나타내었다.Zinc ion removal efficiency in synthetic wastewater according to the pH of the synthetic wastewater sample under conditions of a stirring speed of 60 rpm and a stirring time of 60 minutes for 100 mL of synthetic wastewater sample (10 ppm zinc ion, dosage of cherry tree carbide 0.1 g) and zinc ion adsorption were analyzed, and the results are shown in FIG. 2 .
도 2를 참고하면, 상기 합성 폐수 내의 아연 이온 제거 효율 및 아연 이온의 흡착량은 상기 합성 폐수 시료의 pH가 증가할수록 대체로 증가하고, 상기 합성 폐수 시료의 pH가 6일 때부터 큰 폭으로 증가하였으며, pH 가 8 이상인 경우, pH가 증가함에 따라 일정 수준까지는 증가하는 것을 알 수 있다. 또한, 상기 합성 폐수 시료의 pH가 11인 경우, 상기 합성 폐수 내의 아연 이온 제거 효율 및 아연 이온의 흡착량은 각각 99.6 % 및 10 mg/g로 최대화 된 것을 알 수 있다. Referring to FIG. 2, the zinc ion removal efficiency and the adsorption amount of zinc ions in the synthetic wastewater generally increased as the pH of the synthetic wastewater sample increased, and increased significantly from when the pH of the synthetic wastewater sample was 6. , it can be seen that when the pH is 8 or more, it increases up to a certain level as the pH increases. In addition, it can be seen that when the pH of the synthetic wastewater sample is 11, the zinc ion removal efficiency and zinc ion adsorption amount in the synthetic wastewater are maximized to 99.6% and 10 mg/g, respectively.
상기 내용은 벚나무 탄화물의 표면에 존재하는 카르복시기 및 히드록시기에 기인하는 것으로 예측될 수 있다. 상기 아연 이온 함유 폐수가 산성인 경우, 상기 벚나무 탄화물 표면에 존재하는 카르복시기 및 히드록시기는 상기 벚나무 탄화물 표면의 양성자화를 유도하고, 이에 따라 상기 벚나무 탄화물 표면은 양전하를 띄게 된다. 또한 벚나무 탄화물 표면의 수소 이온은 아연 이온의 양전하와 이온 교환이 이루어지고, 합성 폐수의 pH가 증가할수록 벚나무 탄화물의 표면은 음전하를 띈다. 이에 따라, 양전하를 띄는 아연 이온과 전기적 작용에 의하여 상기 아연 이온은 전기적 작용에 의하여 상기 벚나무 탄화물로 흡착된다. 그러므로, 상기 아연 이온 함유 폐수의 pH가 낮은 경우, 아연 이온과 수소 이온 사이의 경쟁 때문에, 상기 아연 이온 함유의 제거 효율 및 흡착량이 감소하게 되는 것이다.The above content can be predicted to be due to the carboxy group and the hydroxyl group present on the surface of the cherry tree carbide. When the zinc ion-containing wastewater is acidic, carboxy groups and hydroxyl groups present on the surface of the cherry tree carbide induce protonation of the surface of the cherry tree carbide, and thus the surface of the cherry tree carbide becomes positively charged. In addition, hydrogen ions on the surface of cherry tree carbide undergo ion exchange with positive charges of zinc ions, and as the pH of synthetic wastewater increases, the surface of cherry tree carbide becomes negatively charged. Accordingly, the zinc ions are adsorbed to the cherry tree carbide by the electrical action with the positively charged zinc ions. Therefore, when the pH of the zinc ion-containing wastewater is low, the removal efficiency and adsorption amount of the zinc ion-containing material are reduced due to competition between zinc ion and hydrogen ion.
실험예Experimental example 4 - 합성 폐수의 온도에 따른 제거 효율 및 흡착량 4 - Removal efficiency and adsorption amount according to temperature of synthetic wastewater
합성 폐수 시료(10 ppm 아연 이온, 벚나무 탄화물 투여량 0.1 g, pH 8) 100 mL에 대하여, 교반 속도 60 rpm, 및 교반 시간 60 분의 조건에서, 상기 합성 폐수 시료의 온도에 따른 합성 폐수 내의 아연 이온 제거 효율 및 아연 이온 흡착량을 분석하였으며, 그 결과를 도 3에 나타내었다.Zinc in the synthetic wastewater according to the temperature of the synthetic wastewater sample under conditions of a stirring speed of 60 rpm and a stirring time of 60 minutes for 100 mL of the synthetic wastewater sample (10 ppm zinc ion, cherry tree carbide dosage 0.1 g, pH 8) Ion removal efficiency and zinc ion adsorption were analyzed, and the results are shown in FIG. 3 .
도 3을 참고하면, 상기 합성 폐수 시료의 온도가 증가할수록 아연 제거 효율 및 아연 이온 흡착량이 일정 수준까지는 증가하는 것을 알 수 있다. 또한, 상기 합성 폐수 시료의 온도가 303 K를 넘어가면서 아연 제거 효율 및 아연 이온 흡착량이 큰 폭으로 증가하는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 3 , it can be seen that as the temperature of the synthetic wastewater sample increases, the zinc removal efficiency and zinc ion adsorption amount increase up to a certain level. In addition, it can be confirmed that as the temperature of the synthetic wastewater sample exceeds 303 K, the zinc removal efficiency and zinc ion adsorption amount increase significantly.
또한, 측정된 온도 범위에서 깁스 자유 에너지 변화량을 반트 호프 방정식을 통하여 산출한 결과, 모두 음의 값을 가지는 것을 확인하였다. 이를 통하여 아연 이온의 벚나무 탄화물에의 흡착 반응이 자발적으로 일어나는 것을 알 수 있고, 이는 상기 아연 이온이 상기 벚나무 탄화물에 대하여 친화성을 가지는 것을 의미할 수 있다.In addition, as a result of calculating the Gibbs free energy change through the Van't Hoff equation in the measured temperature range, it was confirmed that all had negative values. Through this, it can be seen that the adsorption reaction of zinc ions to the cherry tree carbide occurs spontaneously, which may mean that the zinc ion has an affinity for the cherry tree carbide.
이를 통하여, 본 발명의 일 실시상태에 따른 범위 내로 상기 합성 폐수의 온도를 조절하는 경우, 합성 폐수 내의 중금속 이온의 제거 효율 및 이의 흡착량을 최대화할 수 있음을 알 수 있다.From this, it can be seen that when the temperature of the synthetic wastewater is adjusted within the range according to an exemplary embodiment of the present invention, the removal efficiency of heavy metal ions in the synthetic wastewater and the adsorption amount thereof can be maximized.
실험예Experimental example 4 - 4 - 교반stirring 속도에 따른 제거 효율 및 흡착량 Removal efficiency and adsorption amount according to rate
합성 폐수 시료(10 ppm 아연 이온, 벚나무 탄화물 투여량 0.1 g, pH 8) 100 mL에 대하여, 교반 시간 60 분의 조건에서, 상기 합성 폐수를 교반하는 속도에 따른 합성 폐수 내의 아연 이온 제거 효율 및 아연 이온 흡착량을 분석하였으며, 그 결과를 도 4에 나타내었다.Zinc ion removal efficiency and zinc in synthetic wastewater according to the stirring speed of the synthetic wastewater under the condition of stirring time of 60 minutes for 100 mL of synthetic wastewater sample (10 ppm zinc ion, cherry tree carbide dosage 0.1 g, pH 8) The amount of ion adsorption was analyzed, and the results are shown in FIG. 4 .
도 4를 참고하면, 상기 폐수 내의 아연 이온 제거 효율 및 상기 아연 이온 흡착량은 각각 87.8±1.0 % 및 8.78±0.1 mg /g로서, 상기 합성 폐수를 교반하는 속도와 무관하게 높게 유지되는 것을 확인하였다.Referring to FIG. 4, it was confirmed that the zinc ion removal efficiency and the zinc ion adsorption amount in the wastewater were 87.8±1.0% and 8.78±0.1 mg/g, respectively, and maintained high regardless of the stirring speed of the synthetic wastewater. .
이를 통하여, 상기 합성 폐수 내의 중금속 이온의 제거 효율 및 중금속 이온의 흡착량은 상기 합성 폐수를 교반하는 속도와 무관한 것을 알 수 있다.From this, it can be seen that the removal efficiency of heavy metal ions and the adsorption amount of heavy metal ions in the synthetic wastewater are independent of the stirring speed of the synthetic wastewater.
실험예Experimental example 5 - 처리 시간에 따른 제거 효율 및 흡착량 5 - Removal efficiency and adsorption amount according to treatment time
합성 폐수 시료(10 ppm 아연 이온, 벚나무 탄화물 투여량 0.1 g, pH 8) 100 mL에 대하여, 교반 속도 60 rpm의 조건에서, 상기 합성 폐수를 처리하는 시간에 따른 합성 폐수 내의 아연 이온 제거 효율 및 아연 이온 흡착량을 분석하였으며, 그 결과를 도 5에 나타내었다.Zinc ion removal efficiency and zinc in the synthetic wastewater according to the treatment time of the synthetic wastewater under conditions of an agitation speed of 60 rpm with respect to 100 mL of synthetic wastewater sample (10 ppm zinc ion, cherry tree carbide dose 0.1 g, pH 8) The amount of ion adsorption was analyzed, and the results are shown in FIG. 5 .
도 5를 참고하면, 상기 합성 폐수 시료 내의 아연 이온 제거 효율 및 아연 이온 흡착량은 각각 87±0.7 % 및 8.7±0.1 mg /g로서, 처리 시간과 무관하게 높게 유지되는 것을 확인하였다. 또한, 상기 아연 이온의 상기 벚나무 탄화물로의 흡착 반응은 약 1분 내에 흡착 평형에 도달하는 것을 확인하였다.Referring to FIG. 5 , it was confirmed that the zinc ion removal efficiency and zinc ion adsorption amount in the synthetic wastewater sample were 87±0.7% and 8.7±0.1 mg/g, respectively, and maintained high regardless of the treatment time. In addition, it was confirmed that the adsorption reaction of the zinc ion to the cherry tree carbide reached an adsorption equilibrium within about 1 minute.
이를 통하여, 상기 합성 폐수 내의 중금속 이온의 제거 효율 및 중금속 이온의 흡착량은 상기 합성 폐수의 처리 시간과 무관한 것을 알 수 있다.Through this, it can be seen that the removal efficiency of heavy metal ions and the adsorption amount of heavy metal ions in the synthetic wastewater are independent of the treatment time of the synthetic wastewater.
상기 내용을 종합하여 보면, 본 발명의 일 실시상태에 따라 벚나무, 구체적으로 벚나무의 폐가지를 탄화하여 제조된 벚나무 탄화물을 사용하고, 본 발명의 일 실시상태에 따라 합성 폐수의 처리 조건(벚나무 탄화물 투입량, 합성 폐수의 pH 및 온도)을 조절하는 경우, 합성 폐수 내의 중금속 이온의 제거 효율 및 중금속 이온의 흡착량을 최대화할 수 있음을 알 수 있다.In summary, according to an exemplary embodiment of the present invention, cherry tree carbide prepared by carbonizing cherry trees, specifically, waste branches of cherry trees is used, and treatment conditions of synthetic wastewater (cherry tree carbide input amount) according to an exemplary embodiment of the present invention , pH and temperature of the synthetic wastewater), it can be seen that the removal efficiency of heavy metal ions and the adsorbed amount of heavy metal ions in the synthetic wastewater can be maximized.
Claims (7)
중금속 이온 함유 폐수에 상기 벚나무 탄화물을 투입하는 단계; 및
상기 벚나무 탄화물이 투입된 폐수를 교반하여, 상기 벚나무 탄화물에 상기 중금속 이온을 흡착하는 단계를 포함하며,
상기 벚나무 탄화물에 상기 중금속 이온을 흡착하는 단계는 상기 벚나무 탄화물이 투입된 폐수의 온도를 310 K 내지 340 K로 조절하며 수행되는 것이고,
상기 중금속 이온은 아연 이온인 것인 폐수 처리 방법.Carbonizing cherry tree waste branches to produce cherry tree carbonized material;
Injecting the cherry tree carbide into wastewater containing heavy metal ions; and
Stirring the wastewater into which the cherry tree carbide is introduced, and adsorbing the heavy metal ion to the cherry tree carbide,
The step of adsorbing the heavy metal ions to the cherry tree carbide is performed while adjusting the temperature of the wastewater into which the cherry tree carbide is injected to 310 K to 340 K,
Wherein the heavy metal ions are zinc ions.
상기 벚나무 탄화물은 카르복시기 및 히드록시기 중 적어도 하나를 함유하는 것인 폐수 처리 방법.The method of claim 1,
The wastewater treatment method of claim 1, wherein the cherry tree carbide contains at least one of a carboxy group and a hydroxyl group.
상기 벚나무 탄화물은 상기 중금속 이온 함유 폐수 100 mL 당 0.1 g 내지 0.3 g의 양으로 투입되는 것인 폐수 처리 방법.The method of claim 1,
The wastewater treatment method wherein the cherry tree carbide is introduced in an amount of 0.1 g to 0.3 g per 100 mL of the heavy metal ion-containing wastewater.
상기 벚나무 탄화물에 상기 중금속 이온을 흡착하는 단계는 상기 벚나무 탄화물이 투입된 폐수의 pH를 8 내지 12로 조절하여 수행되는 것인 폐수 처리 방법.The method of claim 1,
The step of adsorbing the heavy metal ions to the cherry tree carbide is performed by adjusting the pH of the wastewater into which the cherry tree carbide is introduced to 8 to 12.
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