KR19990057014A - 활성탄을 함유한 알긴산겔 수처리제 및 그 제조방법 - Google Patents

활성탄을 함유한 알긴산겔 수처리제 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 활성탄-알긴산겔 수처리제는 알긴산염과 분말활성탄의 수용액을 다가 양이온 용액에 적하하여 활성탄과 알긴산을 가교결합시켜, 활성탄-알긴산겔을 제조하고, 이 활성탄-알긴산겔을 건조시켜 활성탄-알긴산겔 수처리제를 제조한다. 알긴산염과 분말활성탄의 수용액은 알긴산염이 0.1~5중량%, 분말활성탄이 0.5~10중량%인 것이 바람직하다. 다가 양이온 용액으로 CaCl2, SrCl2, BaCl2및 AlCl3가 있다. 상기 방법에 따라 활성탄-알긴산겔 수처리제는 그 표면을 알긴산겔로 코팅하여, 수처리제로부터 활성탄이 방출되어 나오는 것을 방지할 수 있고 중금속의 흡착효율을 높일 수 있다. 상기의 수처리제를 알긴산겔로 코팅하는 방법은 0.1~2.0중량%의 알긴산염 용액에 수처리제 표면을 적셔준 후 이를 꺼내서 다시 다가 양이온 용액에 넣어 알긴산겔을 코팅하는 것이다.

Description

활성탄을 함유한 알긴산겔 수처리제 및 그 제조방법
제1도의 (a)는 본 발명에 따른 활성탄을 함유한 알긴산겔 구슬의 표면을 33배로 확대한 전자현미경 사진이고 (b)는 1000배 확대한 전자현미경 사진이다.
제2도의 (a)는 본 발명품인 표면이 코팅된 활성탄을 함유한 알긴산겔 구슬이 표면을 33배로 확대한 전자현미경 사진이고 (b)는 300배 확대한 전자현미경 사진이다.
발명의 분야
본 발명은 하수의 폐수처리와 직결식 수처리에 사용되어 유독성 유기물, 중금속, 이취미(異臭味) 물질 등을 제거하기 위한 수처리제 및 그 제조방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은 알긴산염과 분말활성탄을 다가 양이온 용액을 이용하여 가교시켜 건조시킨 활성탄을 함유한 알긴산겔 수처리제 및 그 제조방법에 관한 것이다.
발명의 배경 및 종래기술
하수처리에 있어서, 활성탄은 2차처리인 생물처리에서 처리되지 않는 난분해성 물질의 제거를 위한 후처리공정에 주로 도입설치되고 있다. 또한 경우에 따라서 분말활성탄을 화학침전 처리시에 함께 사용하기도 한다. 우리나라의 경우는 하수처리장에 활성탄을 이용한 흡착시설을 도입한 곳은 아직 보고된 예가 없으나, 식수의 원수가 되는 하천수의 수질회복을 위해서는 고도시설의 도입없이는 불가능하다는 측면에서 향후 하수처리장에서 활성탄 흡착시설의 도입이 예측되고 있다.
산업폐수처리에서도 하수처리의 경우와 같이 미생물 처리후의 고도처리방식, 미생물처리를 하지 않은 물리화학 처리방식, 및 활성탄 처리방식이 이용되고 있는데, 우리나라의 경우 폐수처리에 활성탄을 적용한 상세한 보고자료가 매우 드문 형편이다. 화학공업에서는 대단히 다양한 종류의 물질을 제조하고 있기 때문에 공장폐수도 다양하여 조성이나 농도의 변동도 매우 크다. 또한 합성 화학물질 중에는 생물분해가 어려운 물질이나 독성물질도 많기 때문에 활성탄 흡착법의 특성을 살릴 수 있는 경우가 많다.
산업사회가 발달함에 따라 산업폐수에서 뿐만 아니라 하수에서도 중금속에 의한 오염이 날로 심각해지고 있다. 따라서 현대의 하수, 즉 산업폐수는 이취미 물질과 유기독성물질 뿐만 아니라 중금속으로 심각하게 오염되어 있어 이의 효과적인 처리를 필요로 한다.
기존에는 이들 유기 독성물질과 중금속의 처리가 두단계로 이루어지거나 중금속의 제거는 제대로 이루어지지 않았다. 유기 독성물질과 중금속 이온의 제거를 두단계에 걸쳐서 수행한다면 공정 자체가 비효율적일 뿐만 아니라 처리 비용 또한 많이 드는 단점이 있다. 중금속 이온을 제거하는데 활성탄을 이용할 수도 있으나 (한국특허공고번호 제75-260호) 중금속에 대한 활성탄의 제거능이 높지 않아 활성탄은 중금속 제거용으로는 널리 쓰이지 못하고 있다. 그러나 최근 알긴산겔ㄹ,; 우수한 중금속 제거능 때문에 알긴산겔을 이용한 중금속 제거용 수처리제에 대한 특허가 출원되었다. (한국특허출원번호 제97-31780호). 그러나 알긴산겔은 수분을 다량 함유하고 있기 때문에 취급하고 적용하는데 어려움이 있다. 알긴산겔을 건조하는 경우 알긴산겔의 제작형태가 변형될 뿐 아니라 수분이 제거됨에 따라 부피의 감소가 매우 심해서, 중금속 흡착능의 속도가 감소하는 문제점이 있다.
른용수의 오염물질을 제거하는 정수기 분야에 있어서, 기존에는 역삼투압막이 이용되어 왔다. 역삼투압막은 유기물과 무기 금속 물질 등을 모두 잡아주지만 선택성이 없어 인체에 유익한 미네랄 성분(칼슘, 칼륨, 마그네슘, 나트륨) 까지도 잡아준다. 또한 처리유속이 매우 느리기 때문에 보관조를 사용하는데 보관조에서 일반세균이 번식하여 오염시키는 문제점을 지니고 있고, 여러 가지 장치를 필요로 하기 때문에 처리비용이 매우 높다. 최근 이러한 역삼투압막의 단점들을 극복하기 위하여 수도꼭지에 직접 연결되어 사용할 수 있는 직결식 정수기의 개발이 활발히 이루어지고 있다. 이러한 직결식 정수기에 이용될 수 있는 수처리 장치로는 중공사막과 활성탄을 이용한 카트리지와 (한국특허공개번호 제92-11300호와 제95-16813호) 이온교환수지와 활성탄을 이용한 카트리지 (한국특허공개번호 제94-13575호) 등이 있다. 하지만 중공사막과 활성탄을 이용한 카트리지를 사용할 경우 중금속의 제거효능이 매우 낮은 문제점이 있으며 이온교환수지와 활성탄을 이용한 카트리지를 정수기에 사용할 경우 비용이 높고 미네랄 금속도 잡아주는 단점이 있다.
상기한 바와 같이, 하수와 폐수처리에 있어서 이취미 물질, 유기 독성물질, 그리고 중금속을 동시에 효율적으로 처리하는 수처리제와 직결식 정수기에서 상기한 문제점들을 해결할 수 있는 수처리제의 개발이 시급하기 때문에, 본 발명자들은 본 발명의 활성탄을 함유한 알긴산겔 수처리제를 개발하기에 이른 것이다.
본 발명의 목적은 하수의 폐수처리와 직결식 수처리에 사용되어 유독성 유기물, 중금속, 이취미 물질 등을 제거하기 위한 활성탄을 함유한 알긴산겔 수처리제(이하 '활성탄-알긴산겔 수처리제')를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 수처리제로서 충분한 기계적 강도를 유지할 수 있는 활성탄-알긴산겔 수처리제를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 겔을 형성하여 구형 또는 평판형 등의 수처리제를 제조할 수 있는 활성탄-알긴산겔 수처리제를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 폐수처리의 회분식 및 연속식을 비롯하여 직결식 정수기의 필터 충진제로도 사용할 수 있는 활성탄-알긴산겔 수처리제를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 상기 및 기타의 목적들은 하기 설명되는 본 발명에 의해 모두 달성될 수 있다.
발명의 요약
본 발명의 활성탄-알긴산겔 수처리제는 알긴산염과 분말활성탄의 수용액을 다가 양이온 용액에 적하하여 활성탄과 알긴산을 가교결합시켜, 활성탄-알긴산겔을 제조하고, 이 활성탄-알긴산겔을 건조시켜 활성탄-알긴산겔 수처리제를 제조한다.
알긴산염과 분말활성탄의 수용액은 알긴산염이 0.1~5중량%, 분말활성탄이 0.5~10중량%인 것이 바람직하다. 다가 양이온 용액으로 CaCl2, SrCl2, BaCl2및 AlCl3가 있다.
상기 방법에 따라 활성탄-알긴산겔 수처리제는 그 표면을 알긴산겔로 코팅하여, 수처리제로부터 활성탄이 방출되어 나오는 것을 방지할 수 있고 중금속의 흡착효율을 높일 수 있다. 상기의 수처리제를 알긴산겔로 코팅하는 방법은 0.1~2.0중량%의 알긴산염 용액에 수처리제 표면을 적셔준 후 이를 꺼내서 다시 다가 양이온 용액에 넣어 알긴산겔을 코팅한다.
본 발명의 활성탄-알긴산겔 수처리제는 구형 또는 평판형 등의 형태로 제작되어 폐수처리의 회분식 및 연속식을 비롯하여 직결식 정수기의 필터 충진제로도 사용할 수 있다.
본 발명의 활성탄-알긴산겔 수처리제는 수처리공정에 이용된 후 다시 탈착공정을 거쳐서 재사용할 수 있다.
본 발명의 상세한 내용을 하기에 구체적으로 설명한다.
발명의 구체예에 대한 상세한 설명
본 발명의 활성탄-알긴산겔 수처리제는 알긴산염과 분말활성탄의 수용액을 다가 양이온 용액에 적하하여 활성탄과 알긴산을 가교결합시켜, 활성탄-알긴산겔을 제조하고, 이 활성탄-알긴산겔을 건조시켜 활성탄-알긴산겔 수처리제를 제조한다.
알긴산은 만유로닉산(mannuronic acid)과 글유로닉산(glu2ronic acid)으로 이루어진 선형고분자로서, 알긴산염으로는 알긴산나트륨이 바람직하게 사용된다.
알긴산염과 분말활성탄의 수용액은 알긴산염이 0.1~5중량%, 분말활성탄이 0.5~10중량%인 것이 바람직하다. 다가 양이온 용액으로 CaCl2, SrCl2, BaCl 및 AlCl3가 있다. 다가 양이온 용액은 0.1~50중량%, 바람직하게는 0.5~10중량%로 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에서는 알긴산겔을 구형, 평판형 등의 적합한 형태로 제작하여 사용할 수가 있는데 구형이 가장 일반적인 형태이다. 활성탄-알긴산겔은 크기가 작을수록 이취미 물질과 유기독성물질 그리고 중금속을 흡착제거하는 속도가 빨라진다.
본 발명을 알긴산겔 측면에서 본다면, 활성탄을 함유한 겔을 형성함으로써 유기물질 등을 동시에 제거할 수 있으며 또한 알긴산겔을 건조한 상태로 보관할 수 있게 하여 보관과 취급 등을 용이하게 하며 칼럼 등의 충전물로 사용 가능하게 한다.
본 발명을 활성탄 측면에서 본다면, 1회 사용으로 끝나는 분말활성탄을 알긴산겔에 포함시켜 성형함으로써 재생사용이 가능한 활성탄으로 만들어주며 알긴산겔의 중금속 제거특성을 보유하게 된다.
상기 방법에 따라 활성탄-알긴산겔 수처리제는 그 표면을 알긴산겔로 코팅하여, 수처리제로부터 활성탄이 방출되어 나오는 것을 방지할 수 있고 중금속의 흡착효율을 높일 수 있다. 상기의 수처리제를 알긴산겔로 코팅하는 방법은 0.1~2.0중량%의 알긴산염 용액에 수처리제 표면을 적셔준 후 이를 꺼내서 다시 다가 양이온 용액에 넣어 알긴산겔을 코팅한다.
상기한 바와 같이 본 발명에서 제조되는 활성탄-알긴산겔 수처리제는, 하수와 폐수 처리시 활성탄과 알긴산의 역할로 독성유기물질과 중금속 등의 여러 가지 오염물질을 동시에 제거할 수 있는 수처리제이다. 특히 직결식 정수기용 필터 카트리지에 이용될 수 있는데, 이 경우 미네랄 금속은 제거하지 않고 중금속 성분만을 선택적으로 제거하고 또한 동시에 독성유기물질 등도 제거하는 특성을 지닌 수처리제이다.
본 발명은 하기의 실시예에 의하여 보다 구체화될 것이며, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로 본 발명의 보호 범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.
[실시예 1]
알긴산나트륨 1중량%와 분말활성탄 4중량%의 수용액을 CaCl2용액에 적하하여 통상의 방법으로 활성탄을 함유한 알긴산겔 구슬을 제조하였다. 이렇게 제조된 구슬을 60℃에서 건조하여 수분을 제거하여 지름이 2.7mm 내외인 구형의 활성탄-알긴산겔 흡착제를 제조하였다. 이렇게 제조된 구슬의 표면을 33배로 확대한 전자현미경 사진이 제1도의 (a)이고 1000배 확대한 사진이 제1도의 (b)이다.
[실시예 2]
실시예 1의 방법으로 제조된 활성탄-알긴산 구슬을 알긴산나트륨 0.2중량% 용액에 넣어 표면을 적셔준 후 꺼내 CaCl2용액에 넣어 알긴산겔 코팅을 형성하였다. 이 구슬을 60℃에서 건조하여 표면이 코팅된 활성탄-알긴산 구슬을 얻었다. 이렇게 제조된 구슬의 표면을 33배로 확대한 전자현미경 사진이 제2도의 (a)이고 300배 화대한 사진이 제2도의 (b)이다.
실시예 2의 활성탄-알긴산겔 수처리제의 중금속 및 미네랄 흡착시험:
실시예 2와 같은 방법으로 제조된, 표면이 코팅된 활성탄-알긴산겔 구슬 1g을 500㎖의 중금속과 미네랄 조제수에 넣고 교반하여 흡착을 실시한 후 결과를 표 1에 나타내었다.
[표 1]
주) 1) 제거율에서 마이너스 부호는 미네랄 성분의 증가를 의미한다.
2) 금속 이온 농도 측정: 각 시료의 농도는 원자 흡광 분석기로 측정하였다.
실시예 2의 활성탄-알긴산겔 수처리제의 칼럼 층진 흡착시험:
실시예 2와 같은 방법으로 제조된, 표면이 코팅된 활성탄-알긴산겔 구슬 27g을, 길이 23.7cm이고 지름이 2.8cm인 원통형 플라스틱 칼럼에 충진한 후 중금속 조제수를 분당 5㎖의 유속으로 흘려주며 흡착 실험을 한 결과를 표 2에 나타내었다.
[표 2]
주) 중금속 농도 측정: 중금속 조제수를 칼럼에 흘려주기 시작하고 각각의 시간 후에 칼럼에서 방출되어 나오는 중금속 용액을 채취하여 원자 흡광 분석기로 각 중금속의 농도를 측정하였다.
실시예 2의 활성탄-알긴산겔 수처리제의 고농도 중금속 흡착시험:
실시예 2와 같은 방법으로 제조된, 표면이 코팅된 활성탄-알긴산겔 구슬 1g을 100㎖의 고농도 중금속 조제수에 넣고 교반하여 흡착을 실시한 후 결과를 표 3에 나타내었다.
[표 3]
실시예 2의 활성탄-알긴산겔 수처리제의 유기물 흡착시험:
실시예 2와 같은 방법으로 제조된, 표면이 코팅된 활성탄-알긴산겔 구슬 1g을 각각 50ppm의 벤조산(benzoic acid), 파라-톨루산 (p-toluic acid), 아이소프탈산(isophthalicsvif) 용액 100㎖에 넣고 교반하여 흡착을 실시한 후 결과를 표 4에 나타내었다.
[표 4]
실시예 2의 활성탄-알긴산겔 수처리제의 유기물 및 중금속 흡착시험:
실시예 2와 같은 방법으로 제조된, 표면이 코팅된 활성탄-알긴산겔 구슬 1g을 각각 50ppm의 망간과 파라-톨루산 용액에 넣고 유기물과 중금속의 동시제거를 실시한 후 결과를 표 5에 나타내었다.
[표 5]
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 이용될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.

Claims (10)

  1. 알긴산염 0.1~5중량%와 분말활성탄 0.5~10중량%의 수용액을 다가 양이온 용액에 적하하여 활성탄과 알긴산을 가교결합시켜 제조되는 것을 특징으로 하는 활성탄-알긴산겔 수처리제.
  2. 제1항에 있어서, 상기 알긴산염은 알긴산나트륨인 것을 특징으로 하는 활성탄-알긴산겔 수처리제.
  3. 제1항에 있어서, 상기 다가 양이온 용액으로 CaCl2, SrCl2, BaCl2및 AlCl3가 용액으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 활성탄-알긴산겔 수처리제.
  4. 알긴산염 0.1~5중량%와 분말활성탄 0.5~10중량%의 수용액을 다가 양이온 용액에 적하하여 활성탄과 알긴산을 가교결합시켜 활성탄-알긴산겔을 제조하고; 그리고
    상기 활성탄-알긴산겔을 건조시키는;
    단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 활성탄-알긴산겔 수처리제의 제조방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 알긴산염은 알긴산나트륨인 것을 특징으로 하는 활성탄-알긴산겔 수처리제의 제조방법.
  6. 제4항에 있어서, 상기 다가 양이온 용액으로 CaCl2, SrCl2, BaCl2및 AlCl3가 용액으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 활성탄-알긴산겔 수처리제의 제조방법.
  7. 알긴산염 0.1~5중량%와 분말활성탄 0.5~10중량%의 수용액을 다가 양이온 용액에 적하하여 활성탄과 알긴산을 가교결합시켜 활성탄-알긴산겔을 제조하고;
    상기 활성탄-알긴산겔을 건조시키고;
    상기 건조된 활성탄-알긴산겔을 0.1~2.0중량%의 알긴산염 용액으로 적셔주고; 그리고
    상기 적셔된 활성탄-알긴산겔을 다시 다가 양이온 용액에 넣어서 코팅하는;
    단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 활성탄-알긴산겔 수처리제의 제조방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 알긴산염은 알긴산나트륨인 것을 특징으로 하는 활성탄-알긴산겔 수처리제의 제조방법.
  9. 제7항에 있어서, 상기 다가 양이온 용액으로 CaCl2, SrCl2, BaCl2및 AlCl3가 용액으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 활성탄-알긴산겔 수처리제의 제조방법.
  10. 제4항 내지 제9항의 어느 한 항의 방법에 따라 제조된 활성탄-알긴산겔 수처리제를 유기물이나 중금속을 처리하기 위한 연속식 또는 회분식 폐수처리나 직결식 정수기의 필터 충전제로 사용되는 것을 특징으로 하는 수처리 방법.
KR1019970077054A 1997-07-01 1997-12-29 활성탄을 함유한 알긴산겔 수처리제 및 그 제조방법 KR100237312B1 (ko)

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