KR19990024785A

KR19990024785A - 전기분해와 광촉매를 이용한 폐수처리장치 및 그 광촉매 제조방법

Info

Publication number: KR19990024785A
Application number: KR1019970046135A
Authority: KR
Inventors: 한상범; 이형록
Original assignee: 이규철; 한국정수공업 주식회사
Priority date: 1997-09-08
Filing date: 1997-09-08
Publication date: 1999-04-06
Also published as: KR100251405B1

Abstract

본 발명은 가정용 및 산업용 폐수를 전기분해와 광촉매를 이용하여 보다 효율적으로 처리할 수 있도록 하는 전기분해와 광촉매를 이용한 폐수처리장치 및 그 광촉매 제조방법에 관한 것이다.

종래에는 독성 및 난분해성의 오염물질을 처리하기 위해서는 과산화수소와 2가 철이온이 반응하여 발생한 수산화(-OH)라디칼의 강한 산화력을 이용하여 폐수내에 존재하는 난분해성의 물질을 분해하는 펜톤(Fenton)산화법이 있으나 이 방법은 반응의 촉매로 사용되는 철로 인하여 철수산화물 형태의 슬러지가 다량 발생하는 문제점이 있었다.

본 발명에서는 물의 전기분해를 통해 얻어지는 수산화이온(OH^-)을 이산화티탄(TiO₂) 광촉매를 통하여 수산화라디칼(-OH Radical)로 변환시켜 독성 및 난분해성의 유기물질을 제거하고, 전극을 이용하여 폐수내에 함유되어 있는 중금속 이온성분을 흡착 제거 할 수 있도록 하여 효율적인 폐수 처리를 하도록 한 것으로 본 발명 반응기는 일측하단에 처리수유입구(35)가 형성되고 상단부에 처리수배출구(36)가 구비된 원통용기(37)의 내부에 동심원상으로 설치된 양극(34)과 그믈망형태의 음극(33)으로 구성된 전기분해수단과; 상기 전기분해수단의 양극(34)과 음극(33)의 사이에 설치되며, 상기 전기분해수단에 의한 물의 전기분해를 통하여 얻어지는 수산화이온(OH^-)을 독성 및 난분해성의 유기물질을 제거하기 위한 수산화라디칼(·OH Radical)로 변화시키도록 유리판(Glass Plate), 유리비드(Glass Bead) 또는 유리섬유(Glass Fiber)의 지지체에 박막 또는 피막의 형태로 코팅(Coating)한 이산화티탄(TiO₂) 광촉매층(38)과; 상기 광촉매층(38)의 광촉매가 활성을 갖도록 자외선(UV)을 조사하기 위한 자외선램프(31)와; 상기 자외선램프(31)를 보호하기 위한 석영관(32)으로 구성되어 폐수 처리 효율 극대화 한 전기분해와 광촉매를 이용한 폐수처리장치 및 그 광촉매 제조 방법에 관한 것임.

Description

전기분해와 광촉매를 이용한 폐수처리장치 및 그 광촉매 제조방법

본 발명은 가정용 및 산업용 폐수의 처리장치에 관한 것으로 더욱 구체적으로는 전기분해와 광촉매를 이용하여 보다 효율적으로 폐수를 처리할 수 있도록 하는 전기분해와 광촉매를 이용한 폐수처리장치 및 그 광촉매 제조방법에 관한 것이다.

산업의 빠른 발달로 인류는 보다 풍요롭고 윤택한 생활을 누릴 수 있는 반면 산업 발달에 따른 부산물로 인해서 야기되고 있는 산업폐기물은 지구의 자연환경을 극단적으로 파괴, 오염시켜 궁극적으로는 인류를 포함한 전 생태계를 위협하기에 이르고 있다.

특히 산업폐수나 가정용 오폐수는 수질오염의 주요인으로서 시급한 대책이 강구되어야 한다.

산업의 발달에 따라 다량의 유기화합물 및 무기화합물이 합성되고 있으며 그 수요는 나날이 증가추세에 있다.

하지만 이로 인해 발생되는 독성 및 난분해성의 오염물질의 정화 처리를 위한 시설의 건설은 발생하는 발생량에 비교하여 매우 적은 실정이기 때문에 이러한 독성 및 난분해성의 오염 물질을 보다 빠르고 효율적으로 처리할 수 있는 장치의 개발에 관한 많은 노력이 진행되어 오고 있다.

종래에는 위에서 설명한 바와 같은 독성 및 난분해성의 오염 물질을 처리하기 위해서는 과산화수소와 2가 철이온이 반응하여 발생한 수산화(-OH)라디칼의 강한 산화력을 이용하여 폐수내에 존재하는 난분해성의 물질을 분해하는 펜톤(Fenton)산화법이 있으나 이 방법은 반응의 촉매로 사용되는 철로 인하여 철수산화물 형태의 슬러지가 다량 발생하는 문제점이 있었다.

또한 미국등 선진국에서 실용화되고 있는 자외선(UV)/과산화수소(H₂O₂)를 이용한 광분해 산화시스템의 경우 그 효과는 이미 입증되었지만 계속적으로 약품[과산화수소(H₂O₂)]을 주입해 주어야 하는 단점과 폐수내에 함유되어 있는 중금속 이온성분(Cr⁺²,Co⁺²,Ni⁺²등)은 제거할 수 없는 단점을 가지고 있다.

또한 현재 실용화를 위한 연구를 계속하고 있는 자외선(UV)/이산화티탄(TiO₂)광촉매를 이용한 광촉매 산화 시스템의 경우에는 아직까지 독성 및 난분해성의 화학물질을 분해시키는데 주된 역할을 하는 수산화 라디칼(-OH Radical) 형성속도가 매우 느리기 때문에 실용화를 위해서는 많은 연구와 노력이 더 필요한 실정이다.

이와 같이 산업발달과 더불어 필수적으로 수반되는 이와 같은 폐수를 보다 효율적으로 처리하기 위한 여러 가지 다양한 처리 방법들이 제안되고 있으나 아직 만족할 만한 수준에는 이르지 못하고 있는 실정이다.

이와 같은 문제점을 해소하기 위하여 안출된 본 발명에서는 물의 전기분해를 통해 얻어지는 수산화이온(OH^-)을 이산화티탄(TiO₂) 광촉매를 통하여 수산화라디칼(-OH Radical)로 변환시켜 독성 및 난분해성의 유기물질을 제거하고, 전극을 이용하여 폐수내에 함유되어 있는 중금속 이온성분을 흡착 제거 할 수 있도록 하여 효율적인 폐수처리를 하도록 한 전기분해와 광촉매를 이용한 폐수처리장치 및 그 광촉매 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명 장치의 전체 구성도.

도 2는 본 발명 반응기의 구성을 보인 단면도.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10 : 원수저장조 20 : 원수공급펌프

30 : 반응기 31 : 자외선램프

32 : 석영관 33 : 그물망형 음극

34 : 양극 35 : 처리수유입구

36 : 처리수배출구 37 : 원통용기

38 : 광촉매층 40 : 전원공급장치

50 : 처리수저장조

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 일측하단에 처리수유입구이 형성되고 상단부에 처리수배출구이 구비된 원통용기의 내부에 동심원상으로 설치된 양극과 그믈망형태의 음극으로 구성된 전기분해수단과; 상기 전기분해수단의 양극과 음극의 사이에 설치되며 상기 전기분해수단에 의한 물의 전기분해를 통하여 얻어지는 수산화이온(OH^-)을 독성 및 난분해성의 유기물질을 제거하기 위한 수산화라디칼(·OH Radical)로 변화시키도록 유리판(Glass Plate), 유리비드(Glass Bead) 또는 유리섬유(Glass Fiber)의 지지체에 박막 또는 피막의 형태로 코팅(Coating)한 이산화티탄(TiO₂) 광촉매층과; 상기 광촉매층의 광촉매가 활성을 갖도록 자외선(UV)을 조사하기 위한 자외선램프와; 상기 자외선램프를 보호하기 위한 석영관으로 구성하므로서 물의 전기분해를 통해 얻어지는 수산화이온(OH^-)을 유리판(Glass Plate), 유리비드(Glass Bead) 또는 유리섬유(Glass Fiber)상에 코팅한 이산화티탄(TiO₂) 광촉매를 통하여 수산화라디칼(-OH Radical)로 변환시켜 독성 및 난분해성의 유기물질을 제거하는 것과 동시에 물의 전기분해를 위해 사용하는 전극[ 양(+)전극:Anode, 음(-)전극:Cathode ]을 이용하여 폐수내에 함유되어 있는 중금속 이온성분(Cr⁺²,Co⁺²,Ni⁺²등)을 음(-)전극쪽으로 이동시켜 흡착제거 할 수 있도록 함을 특징으로 하는 것이다.

이하 첨부된 도면에 의거 본 발명을 상세히 설명한다.

첨부도면 도 1은 본 발명 장치의 전체 구성도로서 원수저장조(10)의 원수를 원수공급펌프(20)에 의해 1차반응기(30)로 보내지면 별도의 전원공급장치(40)에 의한 전원공급으로 전기분해과정을 거쳐 1차 처리된 처리수는 다시 2차반응기(30')를 거쳐 처리수저장조(50)로 보내어 진다.

도 2는 본 발명의 주요부인 반응기의 구성을 보인 단면도이다.

본 발명 반응기는 일측하단에 처리수유입구(35)가 형성되고 상단부에 처리수배출구(36)가 구비된 원통용기(37)의 내부에 동심원상으로 설치된 양극(34)과 그믈망형태의 음극(33)으로 구성된 전기분해수단과;

상기 전기분해수단의 양극(34)과 음극(33)의 사이에 설치되며, 상기 전기분해수단에 의한 물의 전기분해를 통하여 얻어지는 수산화이온(OH^-)을 독성 및 난분해성의 유기물질을 제거하기 위한 수산화라디칼(·OH Radical)로 변화시키도록 유리판(Glass Plate), 유리비드(Glass Bead) 또는 유리섬유(Glass Fiber)의 지지체에 박막 또는 피막의 형태로 코팅(Coating)한 이산화티탄(TiO₂) 광촉매층(38)과;

상기 광촉매층(38)의 광촉매가 활성을 갖도록 자외선(UV)을 조사하기 위한 자외선램프(31)와;

상기 자외선램프(31)를 보호하기 위한 석영관(32)으로 구성된다.

상기 지지체에 박막 또는 피막의 형태로 코팅(Coating)한 이산화티탄(TiO₂) 광촉매의 제조방법은

제 1공정: 물 또는 에탄올(Ethanol) 100㎖용매에 티타늄테트라 아이소프로옥사이드(Titanium tetra-isopropoxide)를 10 - 80 부피%(Volume %) 용해시킨다.

제 2공정: 상기 제 1공정에 의한 용액을 교반하면서 과산화수소(H₂O₂)를 첨가하고 온도를 200℃까지 상승시켜 유기 금속 화합물을 만든다.

제 3공정: 상기 제 2공정에 의한 금속 화합물을 유리판(Glass Plate), 유리비드(Glass Bead), 유리섬유(Glass Fiber) 등의 지지체에 도포하여 건조시킨다.

제 4공정: 상기의 지지체를 100℃ - 800℃의 온도 범위에서 대기 중에서 소성하여 아나타제(Anatase)형 이산화티탄(TiO₂)을 지지체에 박막 또는 피막의 형태로 코팅(Coating)하여 광촉매를 제조한다.

본 발명에 있어 광촉매 활성을 증가시키기 위하여 제 1공정의 용액에 니켈아세테이트(Nickel Acetate), 구리아세테이트(Copper Acetate) 등의 유기금속아세테이트와 염화은(AgCl), 염화니켈(NiCl), 등의 금속염화물을 0 - 10무게%(Weight %) 첨가시켜 광촉매활성을 증가시키도록 한다.

상기 반응기에 의한 반응기구는 다음과 같다.

[ 반응기구 ]

H₂O + 전계 ―→ H⁺+ OH^-

TiO₂+ hν( 380 nm ) ―→ h_vb ⁺+ e_cb ^-

h_vb ⁺+ OH^-―→ OH

e_cb ⁺+ H⁺―→ 1/2 H_2↑

Co²⁺(금속이온) + 2 e^-→ Co(흡착) [음극(-)반응]

hν : UV light

h_vb ⁺: mobile hole in the valence band

e_cb ⁺: mobile electron in the conduction band

OH : OH radical

이와같은 본 발명은 물의 전기분해를 통해 얻어지는 수산화이온(OH^-)을 이산화티탄(TiO₂) 광촉매를 통하여 수산화라디칼(-OH Radical)로 변환시켜 독성 및 난분해성의 유기물질을 제거하고, 전극을 이용하여 폐수내에 함유되어 있는 중금속 이온성분을 흡착제거 할 수 있도록 하여 효율적인 폐수 처리를 하도록 하는 것으로 환경오염요소를 획기적으로 줄일 수 있는 매우 유익한 기술이다.

Claims

일측하단에 처리수유입구(35)가 형성되고 상단부에 처리수배출구(36)가 구비된 원통용기(37)의 내부에 동심원상으로 설치된 양극(34)과 그믈망형태의 음극(33)으로 구성된 전기분해수단과;

상기 전기분해수단의 양극(34)과 음극(33)의 사이에 설치되며 상기 전기분해수단에 의한 물의 전기분해를 통하여 얻어지는 수산화이온(OH^-)을 독성 및 난분해성의 유기물질을 제거하기 위한 수산화라디칼(·OH Radical)로 변화시키도록 유리판(Glass Plate), 유리비드(Glass Bead) 또는 유리섬유(Glass Fiber)의 지지체에 박막 또는 피막의 형태로 코팅(Coating)한 이산화티탄(TiO₂) 광촉매층(38)과;

상기 광촉매층(38)의 광촉매가 활성을 갖도록 자외선(UV)을 조사하기 위한 자외선램프(31)와;

상기 자외선램프(31)를 보호하기 위한 석영관(32)으로 구성됨을 특징으로 하는 전기분해와 광촉매를 이용한 폐수처리장치.
물 또는 에탄올(Ethanol) 100㎖용매에 티타늄테트라 아이소프로옥사이드(Titanium tetra-isopropoxide)를 10-80 부피%(Volume %)용해시키는 제 1공정과;

상기 제 1공정에 의한 용액을 교반하면서 과산화수소(H₂O₂)를 첨가하고 온도를 200℃까지 상승시켜 유기금속화합물을 만드는 제 2공정과;

제 2공정에 의한 유기금속화합물을 유리판(Glass Plate), 유리비드(Glass Bead), 유리섬유(Glass Fiber) 등의 지지체에 도포하여 건조시키는 제 3공정과;

상기 제 3공정에 의한 지지체를 100℃ - 800℃의 온도범위에서 대기중에서 소성하여 아나타제(Anatase)형 이산화티탄(TiO₂)을 지지체에 박막 또는 피막의 형태로 코팅(Coating)하여 제조됨을 특징으로 하는 전기분해와 광촉매를 이용한 폐수처리장치용 광촉매 제조방법.
제 2 항에 있어서,

상기 제 1공정에 의한 용액에 니켈아세테이트(Nickel Acetate), 구리아세테이트(Copper Acetate) 등의 유기금속아세테이트와 염화은(AgCl), 염화니켈(NiCl), 등의 금속염화물을 0 - 10무게%(Weight %) 첨가시켜 광촉매활성을 증가시키도록 함을 특징으로 하는 전기분해와 광촉매를 이용한 폐수처리장치용 광촉매 제조방법.