KR20090064535A - 하이드로탈사이트형 입상체 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

적어도 하이드로탈사이트형 물질을 포함하는 함수율이 70% 이하인 재료를 하이드로탈사이트형 입상체의 함수율이 10% 이상을 유지하도록 하이드로탈사이트형 물질의 결정수의 탈수온도 이하로, 바람직하게는 90℃ 이상 110℃ 이하에서 건조시켜 입경이 0.24mm 이상인 하이드로탈사이트형 입상체를 얻는다. 이에 의해 형태가 안정되어 있을 뿐 아니라 음이온 교환성능이 높고 또한 저비용으로 제조할 수 있는 하이드로탈사이트형 입상체를 제조할 수 있다.
하이드로탈사이트, 입상체, 결정수, 탈수온도, 형태안정성

Description

하이드로탈사이트형 입상체 및 그 제조방법{HYDROTALCITE-LIKE PARTICULATE MATERIAL AND METHOD FOR PRODUCTION THEREOF}
본 발명은 하이드로탈사이트형 입상체 및 그 제조방법에 관한 것이다.
천연에 존재하는 층상 점토광물의 한 종류인 하이드로탈사이트는 마그네슘, 알루미늄 등 천연에 풍부하게 존재하는 원소의 수산화물을 주성분으로 하고 있으며, 그 합성도 비교적 간단하게 수행할 수 있어, 다양한 합성방법이 개시되어 있다. 예를 들면 일본특허공개 평6-329410호에 개시된 바와 같이 마그네슘원으로서 수산화마그네슘을 이용하여 수용매에서 하이드로탈사이트를 제조하는 방법과, 일본특허공개공보 2003-26418호에 개시된 바와 같이 알카리의 존재 하에, 수용액중에서 마그네슘이온과 알루미늄이온을 반응시키는 방법 등이 개시되어 있다.
또한, 하이드로탈사이트는 음이온 교환작용을 가지고 있는 것으로 알려져 있다. 그리고 이 음이온 교환작용에 의해 비소, 불소, 붕소, 셀렌, 6가 크롬, 아질산이온, 그 외 음이온계의 유해물질을 고정화할 수 있다면, 폐기물의 안정성 향상 기술, 무해화 환경개선 기술에 있어서 오염수의 수질개선, 유해물질의 용출방지, 토양개선, 폐기물처리장에서의 유해물질의 안정화 촉진 등에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.
여기서, 음이온계의 유해물질의 고정화에는, 예를 들면 분말상의 하이드로탈사이트를 유해물질이 용해된 용액에 혼합하여 유해물질을 고정화한 다음, 필터 프레스 등에 의한 가압에 의해 하이드로탈사이트와 용액을 분리하는 방법이 있다. 그러나, 이 방법의 경우에는 하이드로탈사이트 및 용액을 여과포에 대해 큰 압력으로 가압하는 가압수단이 필요하게 되어, 전체 장치가 대형화되는 문제가 있었다.
이에, 소규모의 설비 등에서는 비교적 저압으로 음이온계의 유해물질을 고정할 수 있도록 입상으로 형성한 입상체의 하이드로탈사이트가 이용되고 있다. 입상체의 하이드로탈사이트는 막힘 등을 방지하기 위해 입경이 큰 것이 필요하며, 예를 들면 조립기(造粒機)나 바인더를 이용하여 제조하는 방법을 고려할 수 있다.
그러나, 조립기를 이용하는 경우에는 별도 조립공정이 필요하기 때문에 제조에 필요한 시간이나 비용이 증대되는 문제가 있었다. 또한, 바인더를 이용하는 경우에도 비용이 증대될 뿐 아니라 하이드로탈사이트 이외의 재료를 이용함에 따라 입상체에 차지하는 하이드로탈사이트의 비율이 작아지기 때문에 음이온의 흡착량이 낮아지는 문제가 있었다.
이에, 본 발명은 형태가 안정되어 있을 뿐 아니라 음이온 교환성능이 높고 또한 저비용으로 제조할 수 있는 하이드로탈사이트형 입상체 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 하이드로탈사이트형 입상체는 적어도 하이드로탈사이트형 물질과 물을 포함하는 재료를, 상기 하이드로탈사이트형 물질의 결정수의 탈수온도(하이드로탈사이트형 물질의 결정수가 탈수를 개시하는 온도) 이하에서 건조시켜 이루어지는 것을 특징으로 한다. 여기서 하이드로탈사이트형 입상체는, 하이드로탈사이트형 물질을 뭉쳐 입상으로 만든 것을 말한다.
또한, 본 발명의 하이드로탈사이트형 입상체는 적어도 하이드로탈사이트형 물질을 포함하는 함수율이 70% 이하인 재료를, 상기 하이드로탈사이트형 물질의 결정수의 탈수온도 이하에서 건조시켜 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이 경우, 상기 건조는 90℃ 이상 110℃ 이하에서 수행하는 것이 바람직하다. 또한 상기 건조는 습도가 90% 이상인 조건하에서 수행하는 것이 투수성 면에서는 바람직하다.
또한, 본 발명의 하이드로탈사이트형 입상체는 불소이온(F-)의 농도가 116mg/l인 20℃로 조절된 불소용액 1000ml에 10g을 첨가하여 60분간 교반하였을 때의 불소이온(F-)의 흡착량이 8mg/g 이상인 것을 특징으로 한다.
이 본 발명의 하이드로탈사이트형 입상체들은 함수율이 10% 이상인 것이 바람직하다. 또한 NaCl등의 염화물을 함유하는 것이 바람직하다. 또한 결정자 사이즈가 20nm 이하인 하이드로탈사이트형 물질로 제조되는 것이 바람직하다. 또한 양이온을 흡착 고정하는 것이 바람직하다. 또한 입경이 0.24mm 이상인 것이 바람직하다.
본 발명의 하이드로탈사이트형 입상체의 제조방법은 적어도 하이드로탈사이트형 물질과 물을 포함하는 재료를, 상기 하이트로탈사이트형 물질의 결정수의 탈수온도 이하에서 건조시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 하이드로탈사이트형 입상체의 제조방법은 적어도 하이드로탈사이트형 물질을 포함하는 함수율이 70% 이하인 재료를, 상기 하이드로탈사이트형 물질의 결정수의 탈수온도 이하에서 건조시키는 것을 특징으로 한다.
이 경우, 상기 건조는 하이드로탈사이트형 입상체가 함수율을 10% 이상 유지하도록 수행하는 것이 바람직하다. 또한 상기 하이드로탈사이트형 물질은 결정자 사이즈가 20nm 이하인 것을 이용하는 것이 바람직하다. 또한 상기 건조는 90℃ 이상 110℃ 이하에서 수행하는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 형태가 안정되어 있을 뿐 아니라 음이온 교환성능이 높고 또한 저비용으로 제조할 수 있는 하이드로탈사이트형 입상체 및 그 제조방법을 제공할 수 있다.
이하, 본 발명의 하이드로탈사이트형 입상체 및 그 제조방법에 대해 설명한다.
본 발명의 하이드로탈사이트형 입상체는 적어도 하이드로탈사이트형 물질과 물을 포함하는 재료를, 하이드로탈사이트형 물질의 결정수의 탈수온도(하이드로탈사이트형 물질의 결정수가 탈수를 개시하는 온도) 이하에서 건조시켜 이루어지는 것이다.
여기서, 하이드로탈사이트형 물질은, 구조식이 M2 + 1-ⅹM3 + ⅹ(OH)2(An-)ⅹ/n·mH2O 로 표시되는 부정비 화합물이다. M2 +는 2가의 금속물을 나타내며, Mg2 +, Fe2 +, Zn2 +, Ca2+, Li2 +, Ni2 +, Co2 +, Cu2 + 등이 해당된다. 또한, M3 +는 3가의 금속을 나타내며, Al3 +, Fe3 +, Mn3 +등이 해당한다. 또한,An-는 음이온을 나타낸다. 이러한 하이드로탈사이트형 물질로서는 어떠한 것도 무방하나, 예를 들면 이하와 같은 방법으로 제조한 것을 이용할 수 있다.
우선, 알루미늄이온과 마그네슘이온을 포함하는 산성 용액을 조제한다.
알루미늄이온의 알루미늄원으로서는, 수중에서 알루미늄이온을 생성할 수 있는 것이라면 특정 물질에 한정되지 않는다. 예를 들면, 알루미나, 알루민산 소다, 수산화알루미늄, 염화알루미늄, 질산알루미늄, 보크사이트, 보크사이트로부터의 알루미나 제조 잔사 등을 이용할 수 있다. 또한, 이들 알루미늄원은 어느 하나를 단독으로 사용할 수도 있고 2종류 이상을 조합하여 사용할 수도 있다.
또한, 마그네슘이온의 마그네슘원으로서는, 수중에서 마그네슘이온을 생성할 수 있는 것이라면 특정의 물질에 한정되지 않는다. 예를 들면, 부르사이트, 수산화마그네슘, 마그네사이트, 마그네사이트의 소성물 등을 이용할 수 있다. 이 마그네슘원들은 어느 하나를 단독으로 사용할 수도 있고 2종류 이상을 조합하여 사용할 수도 있다.
또한, 상기 알루미늄원으로서의 알루미늄 화합물, 마그네슘원으로서의 마그네슘 화합물은 상기 산성 용액에 알루미늄이온, 마그네슘이온이 존재하고 있다면, 완전히 용해되어 있을 필요는 없다. 따라서, 산성 용액중에 용해되지 않은 알루미 늄 화합물이나 마그네슘 화합물이 포함되어 있어도 문제없이 하이드로탈사이트를 제조할 수 있다.
여기서, 알루미늄이온과 마그네슘이온으로 이루어지는 하이드로탈사이트의 일반식은, Mg2 + 1-ⅹAl3 + ⅹ(OH)2(An-)ⅹ/n·mH2O(An-는 음이온) 이며, 고결정질의 하이드로탈사이트의 가장 일반적인 조성에서는 알루미늄이온과 마그네슘이온의 몰비가 1:3(x=0.25)으로 되어 있는 것이 알려져 있다. 따라서, 산성 용액중의 알루미늄이온과 마그네슘이온의 몰비는 1:5~1:2의 범위로 하는 것이 바람직하다. 이 범위로 함으로써, 알루미늄원과 마그네슘원을 낭비하지 않고 물질 수지적으로 유리하게 하이드로탈사이트형 물질을 제조할 수 있다.
또한, 상기 산성 용액을 산성으로 조정할 때에는 질산 또는 염산을 이용하는 것이 바람직하다.
다음으로, 알루미늄이온과 마그네슘이온을 포함한 상기 산성 용액을 알카리를 함유하는 알카리성 용액과 혼합한다. 이 알카리성 용액은 pH가 8~11인 것을 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 산성 용액과 알카리성 용액의 혼합은 산성 용액을 알카리성 용액에 한번에 넣어 혼합하거나, 산성 용액을 알카리성 용액에 적하하여 수행할 수 있으나, 바람직하게는 혼합시의 교반능력에 따라 산성 용액과 알카리성 용액을 적당량씩 혼합하는 것이 좋다. 물론, 산성 용액과 알카리성 용액을 충분히 교반할 수 있는 것이라면 이 이외의 방법들도 가능하다.
여기서, 알카리성 용액에 포함되는 알카리로는, 수용액을 알카리성으로 만들 수 있는 것이라면 특정의 물질에 한정되지 않는다. 예를 들면, 수산화나트륨, 수산화칼슘 등을 이용할 수 있다. 또한, 탄산나트륨, 탄산칼륨, 탄산암모늄, 암모니아수, 붕산나트륨, 붕산칼륨 등도 이용할 수 있다. 이 알카리들은 어느 하나를 단독으로 사용할 수도 있고 2종류 이상을 조합하여 사용할 수도 있다.
또한, 고결정질의 하이드로탈사이트는 탄산이온과 우선적으로 이온교환하기 때문에 탄산이온을 함유하면 목적으로 하는 음이온과 효율적으로 이온교환 할 수 없다. 따라서, 하이드로탈사이트형 물질에 있어서도 목적으로 하는 음이온과 효율적으로 이온교환시키기 위해서는 상기 산성 용액 및 상기 알카리성 용액에 탄산이온을 함유하지 않도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 산성 용액과 알카리성 용액의 혼합이 완료된 후 숙성을 수행하지 않도록 하면 하이드로탈사이트형 물질의 결정을 성장시키지 않고 결정자 사이즈(결정자의 크기)가 작은 하이드로탈사이트형 물질을 제조할 수 있다는 점에서 바람직하다. 이 경우, 하이드로탈사이트형 물질의 결정자 사이즈가 작으므로 혼합시에 용액은 콜로이드 상태가 된다.
숙성을 수행하지 않도록 하기 위해서는 산성 용액과 알카리성 용액의 혼합이 완료된 후 이 혼합용액의 pH를 하이드로탈사이트형 물질의 결정 성장이 멈추는 값까지 낮추면 된다. 예를 들면, 일반식 Mg2 + 1-ⅹAl3 + ⅹ(OH)2(An-)x/n·mH2O로 표시되는 하이드로탈사이트형 물질은 pH를 9이하로 하면 숙성을 멈추게 할 수 있다. 또한, 일 반식 Zn2 + 1- xAl3 + x(OH)2(An-)x/n·mH2O로 표시되는 하이드로탈사이트형 물질은 pH를 5 이하로 하면 숙성을 멈출 수 있다.
또한, 수분을 제거함으로써도 숙성을 멈추게 할 수 있다. 수분을 제거하기 위해서는 흡인여과, 원심분리 등 적당한 방법을 이용할 수 있다.
따라서, 예를 들면, 일반식 Mg2 + 1- xAl3 + x(OH)2(An-)x/n·mH2O로 표시되는 하이드로탈사이트형 물질의 결정자 사이즈를 20nm 이하로 하려면 산성 용액과 알카리성 용액의 혼합이 완료된 후 120분 이내, 바람직하게는 동시에 혼합용액의 pH를 9 이하로 조정하면 된다. pH를 9 이하로 하기 위해서 어떠한 방법을 이용해도 무방하나 예를 들면, 산성 용액과 알카리성 용액을 혼합한 후 바로 물로 희석하는 방법이 있다. 물론, 산성 용액과 알카리성 용액을 혼합한 후 120분 이내, 바람직하게는 동시에 흡인 여과나 원심분리 등에 의해 수분을 제거할 수도 있다. 또한, 확실히 숙성을 하지 못하도록 하기 위해서는 산성 용액과 알카리성 용액의 혼합이 완료된 후 신속히 하이드로탈사이트형 물질을 세정하는 것도 가능하다. 또한 합성과정에서 생성되는 MaCl 등의 염화물은 함유시켜 두어도 무방하다.
이와 같이 생성된 하이드로탈사이트형 물질은 필터프레스 등의 탈수장치에 의해 소정의 압력을 가하여 수분을 최대한 제거한 후 하이드로탈사이트형 물질의 결정수의 탈수온도 이하에서 건조시킨다. 다시 말해, 하이드로탈사이트형 물질의 결정을 제외한 물만을 건조시킨다. 구체적으로는 함수율이 70% 이하, 바람직하게는 65% 이하, 더욱 바람직하게는 60% 이하의 하이드로탈사이트형 물질을, 최종 생성물인 하이드로탈사이트형 입상체의 함수율이 10% 이상 20% 이하, 바람직하게는 10% 이상 15% 이하, 더욱 바람직하게는 11% 이상 12% 이하가 되도록 건조시킨다. 여기서, 하이드로탈사이트형 입상체의 함수율을 10% 이상으로 유지하는 이유는 하이드로탈사이트형 입상체의 함수율이 10% 미만이면 용액 등에 접촉하였을 때 하이드로탈사이트형 입상체가 수분을 흡수하여 체적이 급격하게 팽창하여 입도를 유지할 수 없게 되기 때문이다. 또한, 함수율은 수분을 함유하는 하이드로탈사이트형 물질 전체의 질량에 대한 물의 질량이다. 하이드로탈사이트형 물질이 함유하고 있는 수분의 질량 측정은 일본공업규격 "토양의 함수비(含水比) 시험방법"(JIS A 1203:1999)에 준거하여 수행하였다.
또한, 건조시키는 온도로는 하이드로탈사이트형 물질의 결정수의 탈수온도 이하이면 어떠한 온도도 가능하나, 하이드로탈사이트형 입상체의 입경을 크게 하기 위해서는 비교적 저온에서 건조시키는 것이 바람직하다. 단, 너무 낮은 온도에서 건조하면 하이드로탈사이트형 입상체가 물에 쉽게 녹게 된다. 따라서, 구체적인 건조온도는 25℃ 이상 125℃ 이하로 하고 바람직하게는 90℃ 이상 110℃ 이하, 더욱 바람직하게는 95℃ 이상 105℃ 이하로 한다.
또한, 이 건조는 어떠한 방법을 사용해도 무방하나, 예를 들면, 통상의 건조로 등을 이용할 수 있다. 물론, 실온에서 자연 건조하는 것도 가능하다. 또한, 건조시의 습도를 높게 조절하는 것이 하이드로탈사이트형 입상체의 형태 안정성 면에서 바람직하다. 예를 들면, 건조로 내의 수증기 양을 포화 수증기량 부근(습도가 90%~100%)이 되도록 조절하는 것이 바람직하다.
또한, 이와 같이 하여 건조된 하이드로탈사이트형 물질을 체로 걸르고 석출된 염화물 등을 제거할 수도 있다.
또한, 하이드로탈사이트형 입상체는 그 용도에 따라 입경을 조정할 수도 있다. 이 경우, 하이드로탈사이트형 입상체의 입경은 칼럼 등에 이용하는 것을 고려하여 0.24mm 이상으로 할 수 있으며 바람직하게는 0.36mm 이상으로 하고, 더욱 바람직하게는 1mm 이상 2mm 이하로 한다. 입경의 조제는 어떠한 방식을 사용해도 무방하나 예를 들면 해머 등으로 파쇄하여 원하는 크기의 망목을 갖는 체에 걸러 조정할 수 있다.
이와 같이 제조한 하이드로탈사이트형 입상체의 음이온 흡착량은 높은 것이 바람직하다. 예를 들면, 불소이온의 흡착량은 적어도 8mg/g 이상, 바람직하게는 8.5mg/g 이상, 더욱 바람직하게는 8.7mg/g 이상으로 한다, 또한, 본 발명의 하이드로탈사이트형 입상체는 카드뮴이온, 납이온 등의 양이온을 흡착 고정하는 것이 바람직하다. 또한, 재료로서 이용되는 하이드로탈사이트형 물질의 결정자 사이즈는 작을수록 음이온 교환성이 높고 불소이온의 흡착량 등이 높아진다. 따라서, 재료로서는 결정자 사이즈가 20nm 이하, 바람직하게는 10nm 이하의 하이드로탈사이트형 물질을 사용하는 것이 바람직하다.
실시예
이하에서 본 발명의 하이드로탈사이트형 입상체 및 그 제조방법의 실시예에 대하여 설명하나, 본 발명이 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 실 시예의 하이드로탈사이트형 입상체는 상술한 제조법과 거의 동일하게 제조하기 때문에 그 동일한 부분에 한하여 중복설명은 생략한다.
또한, 불소이온의 흡착량 측정은 다음과 같은 방법으로 수행한다. 우선, 불소 농도가 116mg/l이 되도록 조정한 불소용액 1000ml를 준비한다. 이어서, 각 실시예에 따라 제조한 하이드로탈사이트형 입상체 10g을 첨가하여 마그네틱스터러로 1시간 교반한 다음 필터를 이용하여 여과한다. 또한 하이드로탈사이트형 입상체의 입도는 2~4.75mm로 조정한 것을 이용하였다. 또한, 음이온의 흡착은 20℃의 항온 실내에서 불소용액의 온도를 20℃로 조정하여 수행하였다. 이 불소용액의 농도 변화를 흡광광도계(DR.LANGE사 LASA-50)와 이 흡광광도계의 전용시약(LCK323)을 이용하여 측정하고 하이드로탈사이트형 입상체 1g 당 흡착한 음이온의 양을 계산하여 이것을 불소이온의 흡착량으로 한다.
또한, 카드뮴이온 및 납이온의 흡착 고정화 측정은 다음과 같은 방법으로 한다. 우선, 카드뮴(Cd)을 2250ppm(고농도) 및 1.6ppm(저농도) 함유하는 카드뮴용액과 납(Pb)을 885ppm(고농도) 및 1.17ppm(저농도) 함유하는 납용액을 각각 100ml 구비한다. 이어서, 0.1wt%, 0.5wt%, 1wt%, 5wt%가 되도록 분말상의 하이드로탈사이트형 물질의 첨가량을 조절한다. 이것을 마그네틱스터러로 1시간 교반한 다음 필터를 이용하여 여과한다. 또한, 카드뮴이온, 납이온의 흡착 고정은 20℃의 항온 실내에서 불소용액의 온도를 20℃로 조정하여 하였다. 이 카드뮴용액, 납용액의 농도 변화를 흡광광도계(DR.LANGE사제의 LASA-50)와 이 흡광광도계의 전용시약으로서 카드뮴에는 LCK308을, 납이온에는 LCK306을 이용하여 측정하였다(표2 참조). 또한, 여 과에 의해 얻어진 잔사(하이드로탈사이트형 물질)를 XRD, SEM, EDS에 의해 측정하였다.
또한, 하이드로탈사이트형 입상체의 형태 안정성을 관찰하기 위하여 투수성을 측정하였다. 여기서 투수성은, 하이드로탈사이트형 입상체를 충진한 원통용기 내에 일정 압력으로 물을 흘렸을 때 물의 흐름용이성을 의미하며, 하이드로탈사이트형 입상체의 형태가 안정되어 있는 것은 일정한 투수성을 나타내지만, 형태가 불안정하며 잘게 부서지기 쉬운 하이드로탈사이트형 입상체의 경우에는, 시간이 흐를수록 물이 잘 흐르지 않게 되어 투수성이 낮아진다. 본 실시예에서는 투수성의 평가를 다음과 같이 측정하였다. 우선 높이 250mm, 유로의 내경이 90mm인 원통용기의 저부에 직경 5mm의 구멍을 7mm 피치로 배치한 PMMA 격자를 배치하고 또한, 그 하부에 직경0.36mm의 구멍을 가진 PP 메쉬(mesh) 40을 배치하고 이 용기 내에 하이드로탈사이트형 입상체를 1kg 충전하였다. 하이드로탈사이트형 입상체의 입도는 2~4.75mm로 조정한 것을 이용하였다. 다음으로, 수두차 4m의 물을 이 원통용기 내의 하부에서 상부로 12시간 흘려 물의 유량을 계측하여 투수성을 측정하였다. 이 때 투수성이 큰 것부터 차례로 대, 중, 소로써 표 1에 나타냈다.
<시험재 1>
결정자 사이즈가 20nm 이하, 평균 결정자 사이즈가 10nm인 하이드로탈사이트형 물질을 포함하는 함수율이 약 63%인 재료를, 실온에서 1주일간 자연건조하여 하이드로탈사이트형 입상체를 제조하였다. 이 시험재 1의 흡착량과 투수성의 변화를 표 1에 나타냈다.
<시험재 2>
결정자 사이즈가 20nm 이하, 평균 결정자 사이즈가 10nm인 하이드로탈사이트형 물질을 포함하는 함수율이 약 63%인 재료를, 온도가 50℃인 건조로 내에서 24시간 건조시켜 하이드로탈사이트형 입상체를 제조하였다. 이 시험재 2의 흡착량과 투수성의 변화를 표 1에 나타냈다.
<시험재 3>
결정자 사이즈가 20nm 이하, 평균 결정자 사이즈가 10nm인 하이드로탈사이트형 물질을 포함하는 함수율이 약 63%인 재료를, 온도가 100℃인 건조로 내에서 24시간 건조시켜 하이드로탈사이트형 입상체를 제조하였다. 이 시험재 3의 흡착량과 투수성의 변화를 표 1에 나타냈다.
<시험재 4>
결정자 사이즈가 20nm 이하, 평균 결정자 사이즈가 10nm인 하이드로탈사이트형 물질을 포함하는 함수율이 약 63%인 재료를, 온도가 100℃인 건조로 내에서 24시간 건조시켜 하이드로탈사이트형 입상체를 제조하였다. 또한, 이 건조는 건조로의 환기구를 닫고 건조로 내의 습도가 100%에 가까운 상태에서 수행하였다. 이 시험재 4의 흡착량과 투수성의 변화를 표 1에 나타냈다.
<시험재 5>
결정자 사이즈가 20nm 이하, 평균 결정자 사이즈가 10nm인 하이드로탈사이트형 물질을 포함하는 함수율이 약 63%인 재료를, 온도가 125℃인 건조로 내에서 24시간 건조시켜 하이드로탈사이트형 입상체를 제조하였다. 이 시험재 5의 흡착량과 투수성의 변화를 표 1에 나타냈다.
<시험재 6>(비교예)
결정자 사이즈가 20nm 이하, 평균 결정자 사이즈가 10nm인 하이드로탈사이트형 물질의 분말체에 바인더를 첨가하여 구체로 성형하였다. 이 시험재 6의 흡착량을 표 1에 나타냈다.
시험재 1 시험재 2 시험재 3 시험재 4 시험재 5 시험재 6
건조온도(℃) 자연건조(25℃) 50℃ 100℃ 100℃ 125℃ -
환기 유무 - 유 유 무 유 -
F- 흡착율(%) 초기농도(mg/l) 116 116 116 116 116 116
용액농도(mg/l) 18.6 19.3 10.9 29.0 8.9 46.0
흡착량(mg/g) 9.7 9.7 10.5 8.7 10.7 7.0
투수성 소 소 중 대 중 -
하이드로탈사이트형 물질의 첨가량 (wt%) 카드뮴의 농도(ppm) 납의 농도(ppm)
고농도 저농도 고농도 저농도
0(초기농도) 2250 1.6 885 1.17
0.1 - 0.5 - 0.02
0.5 1180 0.02 288 0.04
1 1620 0.02 67.5 0.06
2 475 - 47.5 -
표 1에서, 본 발명의 하이드로탈사이트형 입상체(시험재 1 내지 5)는 바인더를 이용하여 구상체로 성형된 시험재 6과 비교하여 불소이온의 흡착량이 높다.
또한, 표 1에서, 환기를 하지 않고 비교적 습도가 높은 상태에서 건조를 실시한 시험재 4의 하이드로탈사이트형 입상체가 가장 투수성의 변화가 적고 형태가 안정되어 있다.
또한, 표 2를 통해, 본 발명의 하이드로탈사이트형 입상체를 구성하는 분말상의 하이드로탈사이트형 물질은 양이온인 카드뮴이온, 납이온의 농도를 저감시키는 것을 알 수 있다. XRD측정에 의하면, 카드뮴이온의 흡착고정화 시험 후의 하이드로탈사이트형 물질에는 하이드로탈사이트형 물질 이외의 회절피크는 검출되지 않았다. 한편, 납이온의 흡착고정화 시험 후의 하이드로탈사이트형 물질에는 하이드로탈사이트형 물질 이외에 수산화염화납(PbClOH)의 회절피크가 검출되었다. 또한, 납이온의 흡착고정화 시험 후의 하이드로탈사이트형 물질에는 납염화물의 생성이 확인되었으나, 카드뮴이온의 흡착고정화 시험 후의 하이드로탈사이트형 물질에는 카드뮴이온의 화합물이 관찰되지 않았다. 따라서, 카드뮴이온은 하이드로탈사이트형 물질에 흡착되어 있는 것으로 볼 수 있으며, 납이온은 하이드로탈사이트형 물질이 촉매적인 작용을 하여 수산화염화납(PbClOH)으로서 고정화된 것으로 볼 수 있다. 이 결과를 통해 본 발명의 하이드로탈사이트형 입상체는 카드뮴이온, 납이온 등의 양이온을 흡착고정하는 것을 알 수 있다.
이상의 결과를 통해, 본 발명의 하이드로탈사이트형 입상체는 형태가 안정되어 있을 뿐 아니라, 음이온 교환성능이 높아 저비용으로 제조할 수 있다는 것을 알 수 있다.

Claims (16)

  1. 적어도 하이드로탈사이트형 물질과 물을 포함하는 재료를 상기 하이드로탈사이트형 물질의 결정수의 탈수온도 이하에서 건조시켜 이루어지는 것을 특징으로 하는 하이드로탈사이트형 입상체.
  2. 적어도 하이드로탈사이트형 물질을 포함하는 함수율이 70% 이하인 재료를 상기 하이드로탈사이트형 물질의 결정수의 탈수온도 이하에서 건조시켜 이루어지는 것을 특징으로 하는 하이드로탈사이트형 입상체.
  3. 불소이온(F-)의 농도가 116mg/l인 20℃로 조절된 불소용액 1000ml에 10g을 첨가하여 60분간 교반하였을 때의 불소이온(F-)의 흡착량이 8mg/g 이상인 것을 특징으로 하는 하이드로탈사이트형 입상체.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 건조는 90℃ 이상 110℃ 이하에서 수행하는 것을 특징으로 하는 하이드로탈사이트형 입상체.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 건조는 분위기의 습도가 90% 이상이 되는 조건하에서 수행하는 것을 특징으로 하는 하이드로탈사이트형 입상체.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    함수율이 10% 이상인 것을 특징으로 하는 하이드로탈사이트형 입상체.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    염화물을 함유하는 것을 특징으로 하는 하이드로탈사이트형 입상체.
  8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    NaCl을 함유하는 것을 특징으로 하는 하이드로탈사이트형 입상체.
  9. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    결정자 사이즈가 20nm 이하인 하이드로탈사이트형 물질로 제조된 것을 특징으로 하는 하이드로탈사이트형 입상체.
  10. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    양이온을 흡착고정하는 것을 특징으로 하는 하이드로탈사이트형 입상체.
  11. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    입경이 0.24mm 이상인 것을 특징으로 하는 하이드로탈사이트형 입상체.
  12. 적어도 하이드로탈사이트형 물질과 물을 포함하는 재료를 상기 하이드로탈사이트형 물질의 결정수의 탈수온도 이하에서 건조시키는 것을 특징으로 하는 하이드로탈사이트형 입상체의 제조방법.
  13. 적어도 하이드로탈사이트형 물질을 포함하는 함수율이 70% 이하인 재료를 상기 하이드로탈사이트형 물질의 결정수의 탈수온도 이하에서 건조시키는 것을 특징으로 하는 하이드로탈사이트형 입상체의 제조방법.
  14. 제12항 또는 제13항에 있어서,
    상기 건조는 하이드로탈사이트형 입상체가 함수율을 10% 이상 유지하도록 수행하는 것을 특징으로 하는 하이드로탈사이트형 입상체의 제조방법.
  15. 제12항 또는 제13항에 있어서,
    상기 하이드로탈사이트형 물질은 결정자 사이즈가 20nm 이하인 것을 이용하는 것을 특징으로 하는 하이드로탈사이트형 입상체의 제조방법.
  16. 제12항 또는 제13항에 있어서,
    상기 건조는 90℃ 이상 110℃ 이하에서 수행하는 것을 특징으로 하는 하이드 로탈사이트형 입상체의 제조방법.
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