염산(HCl)과 수산화알루미늄(Al(OH)3)을 140℃의 온도에서 8시간 동안 반응시킨 혼합물에 탄산나트륨(Na2CO3)과 황산나트륨(Na2SO4)과 물을 혼합한 혼합물을 혼합시켜 〔2Al(OH)3 + HCl + Na2SO4 + Na2CO3〕→ 〔Al2(OH)nCl6-nSO4〕m + CO2 ↑ 의 1차 반응식과 같이 탄산가스(CO2)를 제거시킨 혼합물에 수산화나트륨(NaOH)을 투입하 여〔Al2(OH)nCl6-nSO4〕m + NaOH → 〔Al2(OH)nCl6-nSO4〕m 1≤n≤5, m≤10 의 2차 반응식을 만족시키는 혼합물로 구성하고 상기와 같이 구성된 혼합물을 60~110℃의 온도로 고속(500~1000rpm)으로 교반하고 3시간 동안 숙성시켜 고 염기도(70%)의 폴리염화알루미늄의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 상기와 같은 1차 반응식의 혼합물에서 수산기를 높여 염기도를 높이기 위한 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 의한 탄산나트륨(Na2CO3)과 황산나트륨(Na2SO4)의 나트륨(Na2)은 염기성을 향상시키게 되며 황산(SO4)은 폴리염화알루미늄의 안정시키게 된다.
탄산나트륨과 황산나트륨은 폴리염화알류미늄에 OH를 증가시킬 때 폴리염화알루미늄의 안정화를 위한 것이다.
1차 반응식에서 NaOH를 첨가시키는 것은 염기도 45%인 폴리염화알루미늄에 염기도를 증가시키기 위한 것이다.
본 발명에 의한 고속 교반은 1차 반응에 의한 산성인 폴리염화알루미늄과 염기인 가성소다(NaOH)가 혼합될 때 굳어지는 것을 방지하기 위한 것이다.
일반적으로 산성의 물질과 알카리성의 물질이 혼합할 때는 급속히 굳어지는 성질이 있다.
이와 같은 이유 때문에 본 발명에서 1차 반응식으로 얻어진 폴리염화알루미늄에 NaOH를 혼할 때는 고속으로 교반하는 것은 본 발명의 구성이다.
〔Al2(OH)nCl6-nSO4〕m + CO2 ↑ 의 1차 반응식과, 수산화나트륨(NaOH)을 투입 하여〔Al2(OH)nCl6-nSO4〕m + NaOH → 〔Al2(OH)nCl6-nSO4〕m 1≤n≤5, m≤10 의 2차 반응식에서,
염기도가 55인 경우,
55=Al(OH)3 /3×Al의 금속수×100 이므로
55=3.3/6×100이 성립된다.
염기도가 65%, 70%,75% 등은 같은 방법으로 연산할 수 있다.
본 발명에서 교반 시간은 3시간 이상으로 지속적으로 교반함으로써 혼합물의 물성이 최적으로 구성되는 것을 그 실시에서 얻은 것이다.
본 발명에서 숙성온도를 60~140℃로 구성하는 것은 숙성온도가 60℃이하인 경우 숙성시간에 침전물이 발생하게 되며 숙성온도가 140℃를 초과하게 되면 혼합물의 물성이 변질되어 응집력이 저하되는 문제점이 그 실시에서 있었기 때문에 본 발명에 적용한 것이다.
또한 본 발명에서는 폴리염화알루미늄의 수산기를 높이는 방법으로 수산화나트륨(NaOH) 대신에 알루민산소다(Na2Al2O4)를 투입하여 〔Al2(OH)nCl6-nSO4〕m + Na2Al2O4 → 〔Al2(OH)nCl6-nSO4〕m + Na+ 의 반응식을 갖고 1≤n≤5, m≤10 의 조건으로 폴리염화알루미늄의 고 염기도를 얻을 수 있다.
본 발명은 〔Al2(OH)nCl6-nSO4〕m + CO2 ↑ 의 반응식을 갖는 폴리염화알루미 늄에 수산화나트륨(NaOH)을 투입하여〔Al2(OH)nCl6-nSO4〕m + NaOH → 〔Al2(OH)nCl6-nSO4〕m 1≤n≤5, m≤10 로 구성되고 Al2O3 10%, 염기도 70%의 고 염기도 폴리염화알루미늄으로 구성되는 제조방법을 제공되는 특징이 있다.
본 발명은 Al2O3 18%, 염기도 45%의 폴리염화알루미늄(PAC)에 NaOH를 첨가할 때 고속혼합(5000~10,000rpm)으로 구성되는 특징이 있다.
본 발명은 고속교반후 60~110℃의 온도로 3시간 이상으로 숙성시키는 방법으로 제조되는 특징이 있다.
본 발명에 의한 폴리염화알루미늄은 10~17%의 산화알루미늄(Al2O3)으로 55~75%의 염기도를 구성하는 특징이 있다.
상기한 〔2Al(OH)3 + HCl + Na2SO4 + Na2CO3〕의 반응식으로 반응시켜 〔Al2(OH)nCl6-n〕m + CO2 ↑ 1차 폴리염화알루미늄에서 탄산가스(CO2)의 제거와 황산(SO4)으로 안정성을 해결하였으며 이와 같은 폴리염화알루미늄에 NaOH를 첨가하여 염기도를 향상시키는 방법이다.
염기도(%)는◎◎단위 분자당 알루미늄(Al) 금속의 수와 단위 분자당 수산기(OH)의 100분율이기 때문에 본 발명은 Na0H를 첨가하는 방법으로 염기도를 높인 폴리염화알루미늄을 제공하는 것이다.
탁 도(NTU) |
pH |
알카리도(PPM) |
수온(℃) |
4 |
7.21 |
30.1 |
20.4 |
표-1
상기 표-1은 응집제 비교 실험 원수 수치이다.
Al2O3농도(ppm) |
2 |
4 |
6 |
8 |
10 |
응집후pH |
7.18 |
7.16 |
7.11 |
6.99 |
6.98 |
잔류탁도(NTU) |
0.34 |
0.31 |
0.26 |
0.25 |
0.23 |
탁도제거율(%) |
91.5 |
92.3 |
93.5 |
93.8 |
94.3 |
표-2
상기 표-2는 대상원수에 본 발명의 폴리염화알루미늄의 산화알루미늄(Al2O3)10% 농도로 염기도 70%를 가질 때, 나타난 탁도제거율의 수치이다.
Al2O3농도(ppm) |
2 |
4 |
6 |
8 |
10 |
응집후pH |
7.12 |
7.02 |
6.70 |
6.49 |
6.21 |
잔류탁도(NTU) |
3.21 |
1.91 |
1.82 |
1.45 |
1.49 |
탁도제거율(%) |
19.8 |
52.3 |
54.5 |
63.8 |
62.8 |
표-3
상기 표-3는 대상원수에 산화알루미늄(Al2O3)7%을 갖는 황산알루미늄을 투입하였을때 나타난 탁도제거율의 수치이다.
Al2O3(ppm) |
2 |
4 |
6 |
8 |
10 |
응집후pH |
7.12 |
6.95 |
6.80 |
6.70 |
6.51 |
잔류탁도(NTU) |
0.94 |
0.90 |
0.84 |
0.64 |
0.72 |
탁도제거율(%) |
76.5 |
77.5 |
79.0 |
84.3 |
82.0 |
표-4
상기 표-4는 대상 원수에 본 발명에 의한 1차 반응식에 의한 산화알루미늄(Al2O3)10%의 염기도 43%를 갖는 폴리염화알루미늄을 투입할 때, 나타난 탁도제거 율의 수치이다.
상기 표-2,3,4에 나타난 것과 같이 염기도에 따라 대상원수의 탁도 변화를 알 수 있다.
실시예-1
산화알루미늄(Al203) 50~60%를 함유하는 수산화알루미늄(Al(OH)3,)30~36wt%와 HCl 32~35%를 함유하는 염산(HCl)50~60wt%을 혼합한 후 140℃에서 8시간 동안 반응시키고 탄산나트륨(Na2C03)1wt% 과 황산나트륨(Na2SO4)1wt%을 첨가하고 물 10wt%을 희석하여 〔2Al(OH)3 + HCl + Na2SO4 + Na2CO3〕→ 〔Al2(OH)nCl6-nSO4〕m + CO2 ↑ 의 반응식을 가지며 1≤n≤5, m≤10을 만족시키는 산화알루미늄(Al203)의 농도 18%이고 염기도가 45%인 폴리염화알루미늄(PAC)을 제조한다.
상기 폴리염화알루미늄(PAC)의 55wt%에 산화나트륨(Na2O)의 농도가 20~35%인 수산화나트륨(Na0H)6~10wt% 과 물(H2O)35~39wt%을 5000~10000rpm의 고속 교반으로 반응시키고 60~110℃에서 3시간 이상 숙성시켜 본 발명에 의한 산화알루미늄(Al203)의 농도 10%이고 염기도가 55%이며 〔Al2(OH)nCl6-nSO4〕m + NaOH → 〔Al2(OH)nCl6-nSO4〕m + Na+ 으로 반응하고 1≤n≤5, m≤10을 만족시키는 폴리염화알루미늄을 제조한다.
실시예-2
산화알루미늄(Al203) 50~60%를 함유하는 수산화알루미늄(Al(OH)3,)30~36wt%와 HCl 32~35%를 함유하는 염산(HCl)50~60wt%을 혼합한 후 140℃에서 8시간 동안 반응시키고 탄산나트륨(Na2C03)1wt% 과 황산나트륨(Na2SO4)1wt%을 첨가하고 물 10wt%을 희석하여 〔2Al(OH)3 + HCl + Na2SO4 + Na2CO3〕→ 〔Al2(OH)nCl6-nSO4〕m + CO2 ↑ 의 반응식을 가지며 1≤n≤5, m≤10을 만족시키는 산화알루미늄(Al203)의 농도 18%이고 염기도가 45%인 폴리염화알루미늄(PAC)을 제조한다.
상기 폴리염화알루미늄(PAC)의 56wt%에 산화나트륨(Na2O)의 농도가 20~35%인 수산화나트륨(Na0H)10~18wt% 과 물(H2O) 26~34wt%을 5000~10000rpm의 고속 교반으로 반응시키고 60~110℃에서 3시간 이상 숙성시켜 본 발명에 의한 산화알루미늄(Al203)의 농도 10%이고 염기도가 65%이며 〔Al2(OH)nCl6-nSO4〕m + NaOH → 〔Al2(OH)nCl6-nSO4〕m + Na+ 으로 반응하고 1≤n≤5, m≤10을 만족시키는 폴리염화알루미늄을 제조한다.
실시예-3
산화알루미늄(Al203) 50~60%를 함유하는 수산화알루미늄(Al(OH)3,)30~36wt%와 HCl 32~35%를 함유하는 염산(HCl)50~60wt%을 혼합한 후 140℃에서 8시간 동안 반응시키고 탄산나트륨(Na2C03)1wt% 과 황산나트륨(Na2SO4)1wt%을 첨가하고 물 10wt%을 희석하여 〔2Al(OH)3 + HCl + Na2SO4 + Na2CO3〕→ 〔Al2(OH)nCl6-nSO4〕m + CO2 ↑ 의 반응식을 가지며 1≤n≤5, m≤10을 만족시키는 산화알루미늄(Al203)의 농도 18%이고 염기도가 45%인 폴리염화알루미늄(PAC)을 제조한다.
상기 폴리염화알루미늄(PAC)의 56wt%에 산화나트륨(Na2O)의 농도가 20~35%인 수산화나트륨(Na0H) 16~26wt% 과 물(H2O) 17~29wt%을 5000~10000rpm의 고속 교반으로 반응시키고 60~110℃에서 3시간 이상 숙성시켜 본 발명에 의한 산화알루미늄(Al203)의 농도 10%이고 염기도가 75%이며 〔Al2(OH)nCl6-nSO4〕m + NaOH → 〔Al2(OH)nCl6-nSO4〕m + Na+ 으로 반응하고 1≤n≤5, m≤10을 만족시키는 폴리염화알루미늄을 제조한다.
실시예-4
산화알루미늄(Al203) 50~60%를 함유하는 수산화알루미늄(Al(OH)3,)30~36wt%와 HCl 32~35%를 함유하는 염산(HCl)50~60wt%을 혼합한 후 140℃에서 8시간 동안 반응시키고 탄산나트륨(Na2C03)1wt% 과 황산나트륨(Na2SO4)1wt%을 첨가하고 물 10wt%을 희석하여〔2Al(OH)3 + HCl + Na2SO4 + Na2CO3〕→ 〔Al2(OH)nCl6-nSO4〕m + CO2 ↑ 의 반응식을 가지며 1≤n≤5, m≤10을 만족시키는 산화알루미늄(Al203)의 농도 20%이고 염기도가 45%인 폴리염화알루미늄(PAC)을 제조한다.
상기 폴리염화알루미늄(PAC)의 85wt%에 산화나트륨(Na2O)의 농도가 25~35%인 수산화나트륨(Na0H) 8~12wt% 과 물(H2O) 4~6wt%을 5000~10000rpm의 고속 교반으로 반응시키고 60~110℃에서 3시간 이상 숙성시켜 본 발명에 의한 산화알루미늄(Al203)의 농도 17%이고 염기도가 55%이며 〔Al2(OH)nCl6-nSO4〕m + NaOH → 〔Al2(OH)nCl6-nSO4〕m + Na+ 으로 반응하고 1≤n≤5, m≤10을 만족시키는 폴리염화알루미늄을 제조한다.
실시예-5
산화알루미늄(Al203) 50~60%를 함유하는 수산화알루미늄(Al(OH)3,)30~36wt%와 HCl 32~35%를 함유하는 염산(HCl)50~60wt%을 혼합한 후 140℃에서 8시간 동안 반응시키고 탄산나트륨(Na2C03)1wt% 과 황산나트륨(Na2SO4)1wt%을 첨가하고 물 10wt%을 희석하여〔2Al(OH)3 + HCl + Na2SO4 + Na2CO3〕→ 〔Al2(OH)nCl6-nSO4〕m + CO2 ↑ 의 반응식을 가지며 1≤n≤5, m≤10을 만족시키는 산화알루미늄(Al203)의 농도 20%이고 염기도가 45%인 폴리염화알루미늄(PAC)을 제조한다.
상기 폴리염화알루미늄(PAC)의 85wt%에 산화나트륨(Na2O)의 농도가 25~35%인 수산화나트륨(Na0H) 13~15wt% 과 물(H2O) 0~2wt%을 5000~10000rpm의 고속 교반으로 반응시키고 60~110℃에서 3시간 이상 숙성시켜 본 발명에 의한 산화알루미늄(Al203)의 농도 17%이고 염기도가 65%이며 〔Al2(OH)nCl6-nSO4〕m + NaOH → 〔Al2(OH)nCl6- nSO4〕m + Na+ 으로 반응하고 1≤n≤5, m≤10을 만족시키는 폴리염화알루미늄을 제조한다.
실시예-6
산화알루미늄(Al203) 50~60%를 함유하는 수산화알루미늄(Al(OH)3,)30~36wt%와 HCl 32~35%를 함유하는 염산(HCl)50~60wt%을 혼합한 후 140℃에서 8시간 동안 반응시키고 탄산나트륨(Na2C03)1wt% 과 황산나트륨(Na2SO4)1wt%을 첨가하고 물 10wt%을 희석하여〔2Al(OH)3 + HCl + Na2SO4 + Na2CO3〕→ 〔Al2(OH)nCl6-nSO4〕m + CO2 ↑ 의 반응식을 가지며 1≤n≤5, m≤10을 만족시키는 산화알루미늄(Al203)의 농도 20%이고 염기도가 45%인 폴리염화알루미늄(PAC)을 제조한다.
상기 폴리염화알루미늄(PAC)의 85wt%에 산화나트륨(Na2O)의 농도가 25~35%인 수산화나트륨(Na0H) 14~15wt% 과 물(H2O) 0~1wt%을 5000~10000rpm의 고속 교반으로 반응시키고 60~110℃에서 3시간 이상 숙성시켜 본 발명에 의한 산화알루미늄(Al203)의 농도 17%이고 염기도가 70%이며 〔Al2(OH)nCl6-nSO4〕m + NaOH → 〔Al2(OH)nCl6-nSO4〕m + Na+ 으로 반응하고 1≤n≤5, m≤10을 만족시키는 폴리염화알루미늄을 제조한다.