KR20110046216A - Method for manufacturing functional materials for adsorption of polluant and functional materials manufactured by the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 오염물질 흡착용 소재의 제조방법 및 그에 따라 제조된 오염물질 흡착용 기능성 소재에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 대기, 토양, 물 등에 포함되어 심각한 환경 위해 요인으로 작용하는 중금속 등의 오염물질을 높은 효율로 흡착 및 제거할 수 있는 기능성 소재 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a material for adsorption of pollutants and a functional material for adsorption of contaminants prepared according to the present invention. More particularly, pollutants such as heavy metals included in air, soil, water, etc. act as serious environmental hazards. It relates to a functional material and a method for producing the same that can be adsorbed and removed with high efficiency.
최근 산업 발전의 고도화 및 다각화에 따라 필수불가결하게 공장, 사업장 등으로부터 배출되는 각종 폐수, 슬러그, 폐기물 등에 의하여 발생하는 토양, 대기, 물과 같은 환경 오염 문제가 점점 더 심각해지고 있다.Recently, due to the advancement and diversification of industrial development, environmental pollution such as soil, air, and water generated by various wastewater, slugs, wastes, etc., which are inevitably discharged from factories and workplaces, becomes more and more serious.
특히 비점오염원은 강우 등에 의하여 유출되며, 유출된 오염물질은 수질을 악화시킬 뿐 아니라, 생태계에 유입되어 각종 수생동식물에 심각한 독성을 유발하게 된다. 이러한 오염물질이 수계에 유입되는 경우에는 수계의 부영양화를 초래하 며, 중금속 및 난분해성 유기물질로 인한 생태계 및 생활환경에 치명적인 피해를 야기하게 된다.In particular, the nonpoint source is leaked by rainfall, and the pollutants not only deteriorate the water quality, but also enter the ecosystem and cause serious toxicity to various aquatic plants and animals. If these pollutants enter the water system, it will cause eutrophication of the water system and cause fatal damage to the ecosystem and living environment due to heavy metals and hardly degradable organic substances.
또한, 강우 초기에 불투수층의 표면에서는 초기 세척 효과로 오염물질의 부하량이 증가하며, 중금속의 농도도 증가하는 것으로 나타났다. 특히, 이러한 중금속은 생물학적으로는 제거가 어려울 뿐 아니라, 생물 및 생태계에 축적되어 심각한 위험을 초래하고 있다.In addition, on the surface of the impervious layer at the beginning of the rainfall, the load of pollutants increased due to the initial washing effect, and the concentration of heavy metals also increased. In particular, these heavy metals are not only difficult to remove biologically, but also accumulate in living organisms and ecosystems, causing serious dangers.
이러한 환경 오염 문제를 해결하기 위한 연구가 다각도로 진행되고 있으며, 그 일환으로 현재 국내외에 적용되고 있는 비점오염원 저감 기술은 저류형, 침투형, 식생형, 장치형, 처리형 등으로 구분될 수 있다. 이러한 기술은 대부분 유기성 오염물질 저감에 중점을 두고 있어, 전술한 바와 같은 생태계에 축적되는 중금속 등의 오염물질 처리에는 적합하지 않은 측면이 있다.In order to solve the environmental pollution problem, various researches are being conducted, and as a part, non-point source reduction technologies currently applied at home and abroad can be classified into storage type, infiltration type, vegetation type, device type, and treatment type. . Most of these technologies focus on reducing organic pollutants, which are not suitable for treating pollutants such as heavy metals accumulated in the ecosystem as described above.
기존의 중금속 등의 오염물질 제거 또는 저감 방법으로는 흡착 기능성을 갖는 여재나 흡착제 등을 이용하여 중금속 등의 오염물질을 흡착하여 제거하는 방법을 예로 들 수 있다. 그러나, 이러한 흡착 방법은 여재의 가격이 고가일 뿐 아니라 재활용이 어렵다는 단점을 가지며, 여재를 고정시키기 위한 장치를 추가로 필요로 하는 등 실용화하기 어려운 문제점을 갖고 있다.Existing methods for removing or reducing contaminants such as heavy metals include a method of adsorbing and removing contaminants such as heavy metals using a medium having an adsorption function or an adsorbent. However, such an adsorption method has a disadvantage that the price of the media is not only expensive but also difficult to recycle, and it is difficult to be practical, such as an additional device for fixing the media.
이에 따라, 우수한 오염물질 흡착 및 제거 효율을 유지하면서, 물리적 및 화학적 안정성이 높은 오염물질 흡착 및 제거용 소재에 대한 요구가 여전히 존재하고 있다.Accordingly, there is still a need for materials for adsorption and removal of contaminants with high physical and chemical stability while maintaining good contaminant adsorption and removal efficiency.
한편, 흡착 기능성을 갖는 재료로서 이용되는 제올라이트는 결정구조적으로 각 원자의 결합이 느슨하여 그 사이를 채우고 있는 수분을 고열로 방출시켜도 골격이 그대로 유지되므로 다른 미립자 물질을 흡착할 수 있으며, 이온교환능이 큰 것으로 알려져 있다. 그러나, 제올라이트는 분말 또는 정제된 펠렛 등으로 이용되고 있어, 결합력이나 강도 측면에서 건설 소재 등으로 이용되기 어려운 단점이 있다.On the other hand, the zeolite used as a material having adsorption functionality has a loosely bonded crystal of atoms, so that the skeleton remains intact even when the water filling the space is released at a high temperature, so that other particulate matter can be adsorbed. It is known to be big. However, since zeolite is used as a powder or refined pellet, etc., it is difficult to be used as a construction material in terms of bonding strength and strength.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 제올라이트 전구물질 또는 제올라이트 분말을 희석시켜 형성한 제올라이트 코팅액을 기존의 재료 표면에 박막으로 코팅함으로써 우수한 중금속 등의 오염물질 흡착 효율을 나타낼 수 있는, 오염물질 흡착용 소재의 제조방법, 이에 따라 제조된 오염물질 흡착용 소재 및 이를 이용하는 오염물질 흡착방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.The present invention is to solve the above problems, by coating the zeolite coating liquid formed by diluting the zeolite precursor or the zeolite powder with a thin film on the surface of the existing material can exhibit excellent adsorption efficiency of pollutants such as heavy metals, pollution It is an object of the present invention to provide a method for preparing a material for adsorption of substances, a material for adsorption of pollutants thus prepared and a method for adsorbing pollutants using the same.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의하여 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.The objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects and advantages of the present invention, which are not mentioned above, can be understood by the following description, and will be more clearly understood by the embodiments of the present invention. It will also be readily apparent that the objects and advantages of the invention may be realized and attained by means of the instrumentalities and combinations particularly pointed out in the appended claims.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예는 ⅰ) 제올라이트 전구물질 또는 제올라이트 분말, 바인더 및 물을 혼합하여 제올라이트 코팅액을 형성하는 단계; ⅱ) 상기 제올라이트 코팅액을 코팅하고자 하는 재료의 표면에 코팅하는 단계; 및 ⅲ) 상기 대상 표면에 코팅된 제올라이트를 고정화시키는 단계를 포함하는 오염물질 흡착용 소재의 제조방법을 제공한다.One embodiment of the present invention for achieving the above object is iii) mixing the zeolite precursor or zeolite powder, binder and water to form a zeolite coating solution; Ii) coating the zeolite coating solution on the surface of the material to be coated; And iii) immobilizing the zeolite coated on the target surface.
본 발명의 다른 일 실시예는 상기 제조방법에 따라 제조된 오염물질 흡착용 소재를 제공한다.Another embodiment of the present invention provides a material for adsorbing contaminants prepared according to the manufacturing method.
본 발명의 또 다른 일 실시예는 상기 오염물질 흡착용 소재를 오염물질 함유 매체와 접촉시키는 것을 포함하는 오염물질 흡착방법을 제공한다.Another embodiment of the present invention provides a pollutant adsorption method comprising contacting the pollutant adsorption material with a pollutant-containing medium.
본 발명에 따르면, 기존의 건설 소재 등을 이용하고 표면에 제올라이트 코팅을 통하여 용이한 방법에 의하여 중금속 등의 오염물질 흡착 및 제거의 기능성을 부여할 수 있다. 특히, 기존의 비점오염물질 처리 장치에 이용되는 여재나 도로 주변의 연석, 보도블록 등을 이용함으로써, 불투수층의 노면에서 발생되는 비점오염물질을 효율적으로 제거할 수 있다.According to the present invention, it is possible to impart the functionality of the adsorption and removal of contaminants such as heavy metals by using a conventional construction material and the like through the zeolite coating on the surface. In particular, by using the filter medium, curb around the road, sidewalk blocks, etc. used in the existing non-point pollutant treatment apparatus, it is possible to efficiently remove the non-point pollutants generated on the road surface of the impermeable layer.
본 발명에 따른 기능성 소재는 높은 효율의 중금속 등의 오염물질 흡착 및 제거능을 발휘할 수 있고, 물리적 및 화학적 특성이 우수하므로, 토양, 물 또는 대기에 축적된 중금속 등의 오염물질을 추출 및 제거하는데 유용하게 적용될 수 있다.The functional material according to the present invention can exhibit high efficiency of adsorption and removal of contaminants such as heavy metals, and has excellent physical and chemical properties, and thus is useful for extracting and removing contaminants such as heavy metals accumulated in soil, water or air. Can be applied.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 오염물질 흡착용 소재의 제조방법의 공정 흐름도를 나타낸다.1 shows a process flow diagram of a method of manufacturing a contaminant adsorption material according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 오염물질 흡착용 소재의 제조방법은 ⅰ) 제올라이트 전구물질 또는 제올라이트 분말, 바인더 및 물을 혼합하여 제올라이트 코팅액을 형성하는 단계; ⅱ) 상기 제올라이트 코팅액을 코팅하고자 하는 재료의 표면에 코팅하는 단계; 및 ⅲ) 상기 대상 표면에 코팅된 제올라이트를 고정화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.Referring to Figure 1, the manufacturing method of the material for adsorption of contaminants according to an embodiment of the present invention comprises the steps of: i) mixing the zeolite precursor or zeolite powder, binder and water to form a zeolite coating solution; Ii) coating the zeolite coating solution on the surface of the material to be coated; And iii) immobilizing the coated zeolite on the target surface.
본 발명에 따르면, 제올라이트 전구물질 또는 제올라이트 분말의 어느 하나를 희석시켜 형성한 제올라이트 코팅액을 코팅하고자 하는 재료, 예를 들어 기존의 각종 건설 소재 등에 박막으로 코팅함으로써 오염물질 흡착 및 제거의 기능성을 부여할 수 있다.According to the present invention, the zeolite coating solution formed by diluting either the zeolite precursor or the zeolite powder can be coated with a thin film on a material to be coated, for example, various conventional construction materials, to impart functionality of adsorption and removal of contaminants. Can be.
상기 ⅰ)단계에서, 제올라이트 코팅액은 제올라이트 전구물질 또는 제올라이트 분말의 어느 하나를 이용하여 형성될 수 있다.In the step iii), the zeolite coating liquid may be formed using either zeolite precursor or zeolite powder.
제올라이트 전구물질을 이용하여 제올라이트 코팅액을 형성하는 경우, 제올라이트 전구물질은 실리카(SiO2)원 물질, 알루미나(Al2O3)원 물질 및 물을 혼합하여 제조될 수 있다.When the zeolite coating solution is formed using the zeolite precursor, the zeolite precursor may be prepared by mixing silica (SiO 2 ) source material, alumina (Al 2 O 3 ) source material and water.
실리카(SiO2)원 물질 및 알루미나(Al2O3)원 물질은 제올라이트의 골격을 형성하는 역할을 한다. 본 발명에 이용될 수 있는 실리카(SiO2)원 물질로는 규산나트륨(Na2CO3)이 바람직하며, 알루미나(Al2O3)원 물질로는 알루민산나트륨(NaAlO2)이 바람직하다.The silica (SiO 2 ) source material and the alumina (Al 2 O 3 ) source material serve to form a skeleton of the zeolite. As the silica (SiO 2 ) source material that can be used in the present invention, sodium silicate (Na 2 CO 3 ) is preferable, and as the alumina (Al 2 O 3 ) source material, sodium aluminate (NaAlO 2 ) is preferable.
일 실시예에서, 제올라이트 전구물질은 전체 중량을 기준으로, 10~20 중량% 의 실리카(SiO2)원 물질, 10~15 중량%의 알루미나(Al2O3)원 물질 및 잔부의 물을 포함한다.In one embodiment, the zeolite precursor comprises 10-20 wt.% Silica (SiO 2 ) source material, 10-15 wt.% Alumina (Al 2 O 3 ) source material and the balance water, based on the total weight. do.
실리카(SiO2)원 물질 및 알루미나(Al2O3)원 물질의 함량이 상기 범위 미만인 경우에는 수율 감소로 경제성이 매우 저하될 우려가 있으며, 상기 범위를 초과하는 경우에는 용매의 감소로 전구물질의 겔 형성이 곤란해질 수 있다.When the content of the silica (SiO 2 ) source material and the alumina (Al 2 O 3 ) source material is less than the above range, there is a possibility that the economic efficiency is very low due to a decrease in yield, and when the content exceeds the above range, the precursor is reduced due to the decrease of the solvent. Gel formation may be difficult.
물은 증류수인 것이 바람직하다.It is preferable that water is distilled water.
일 실시예에서, 제올라이트 전구물질은 용융염을 더 포함할 수 있다. 용융염은 제올라이트 합성에 있어서 용매의 역할을 대신하는 것으로서, 용융 상태에서 이온의 이동이 가능하다.In one embodiment, the zeolite precursor may further comprise a molten salt. Molten salt replaces the role of a solvent in the zeolite synthesis, and ions can be transported in the molten state.
용융염은 용융염의 용융 온도와 후속 고정화 단계에서의 열처리 온도를 고려하여 이용하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 고정화 단계에서 일반적으로 300℃ 이상의 고온으로 열처리가 수행되는 경우에는 제올라이트 전구물질에 용융염을 첨가하여 제올라이트 합성과 고정화가 용이하게 이루어지도록 하는 것이 바람직하다. 그러나, 열처리 온도가 일반적으로 300℃ 미만인 경우에는 용융염 첨가로 인해 전구물질에서의 제올라이트 합성이 방해되는 경우가 발생할 수 있다. The molten salt is preferably used in consideration of the melting temperature of the molten salt and the heat treatment temperature in the subsequent immobilization step. For example, when the heat treatment is generally performed at a high temperature of 300 ° C. or higher in the immobilization step, it is preferable to add molten salt to the zeolite precursor to facilitate zeolite synthesis and immobilization. However, when the heat treatment temperature is generally less than 300 ° C., the addition of molten salt may interfere with the zeolite synthesis in the precursor.
본 발명에 이용될 수 있는 용융염은 염화칼륨(KCl), 불화칼륨(KF), 요오드화칼륨(KI), 염화나트륨(NaCl), 요오드화나트륨(Nal), 탄산나트륨(Na2CO3) 및 황산나트륨(Na2SO4)으로 이루어진 군에서 선택되는 일 이상인 것이 바람직하다.Molten salts that can be used in the present invention are potassium chloride (KCl), potassium fluoride (KF), potassium iodide (KI), sodium chloride (NaCl), sodium iodide (Nal), sodium carbonate (Na 2 CO 3 ) and sodium sulfate (Na 2 It is preferably at least one selected from the group consisting of SO 4 ).
일 실시예에서, 제올라이트 전구물질은 전체 중량을 기준으로, 10~20 중량% 의 실리카(SiO2)원 물질, 10~15 중량%의 알루미나(Al2O3)원 물질, 5~10 중량부의 용융염 및 잔부의 물을 포함한다.In one embodiment, the zeolite precursor is based on the total weight of 10 to 20% by weight of silica (SiO 2 ) source material, 10 to 15% by weight of alumina (Al 2 O 3 ) source material, 5 to 10 parts by weight Molten salt and the balance of water.
용융염의 함량이 상기 범위 미만인 경우에는 용매의 역할을 충분히 수행하기 어려울 수 있으며, 상기 범위를 초과하는 경우에는 제올라이트 합성에 오히려 방해가 되어 최종 생성물의 회수율이 감소될 우려가 있다.If the content of the molten salt is less than the above range it may be difficult to fully play the role of the solvent, if it exceeds the above range may interfere with the zeolite synthesis rather there is a fear that the recovery of the final product is reduced.
일 실시예에서, 실리카(SiO2)원 물질, 알루미나(Al2O3)원 물질, 물, 및 선택적으로 용융염을 혼합하여 교반한 후, 실온에서 8~48시간 동안 방치하여 숙성시키는 단계를 더 포함할 수 있다.In one embodiment, the silica (SiO 2 ) source material, alumina (Al 2 O 3 ) source material, water, and optionally the molten salt is mixed and stirred, then left to stand at room temperature for 8 to 48 hours to mature It may further include.
제올라이트 분말을 이용하여 제올라이트 코팅액을 형성하는 경우, 제올라이트 분말은 시판되는 것을 이용할 수 있다.When forming a zeolite coating liquid using a zeolite powder, a zeolite powder can use what is marketed.
ⅰ) 단계에서, 제올라이트 코팅액은 제올라이트 전구물질 또는 제올라이트 분말, 바인더 및 물을 혼합하여 형성한다.In step iii), the zeolite coating solution is formed by mixing zeolite precursor or zeolite powder, binder and water.
제올라이트 전구물질 또는 제올라이트 분말은 제올라이트 코팅액 전체 중량을 기준으로 5~50 중량% 포함되는 것이 바람직하다.Zeolite precursor or zeolite powder is preferably contained 5 to 50% by weight based on the total weight of the zeolite coating liquid.
제올라이트 전구물질 또는 제올라이트 분말의 함량이 상기 범위 미만인 경우에는 제올라이트의 농도가 낮아져 충분히 높은 효율로 코팅되지 않을 우려가 있으며, 상기 범위를 초과하는 경우에는 점도가 지나치게 증가하여 코팅 작업성이 저하될 우려가 있다. When the content of the zeolite precursor or the zeolite powder is less than the above range, the concentration of the zeolite may be lowered, so that the coating may not be performed at a sufficiently high efficiency. When the zeolite precursor or the zeolite powder is exceeded, the viscosity may be excessively increased so that the coating workability may decrease. have.
본 발명에 있어서는, 이와 같이 제올라이트 전구물질 또는 제올라이트 분말 을 희석시켜 형성한 제올라이트 코팅액을 기존의 건설 소재 등에 박막으로 코팅함으로써 높은 효율의 오염물질 흡착 및 제거능을 갖는 소재를 실용적인 방법으로 제조할 수 있다.In the present invention, the zeolite coating solution formed by diluting the zeolite precursor or the zeolite powder in this way can be coated with a thin film on an existing construction material or the like to produce a material having high efficiency of adsorption and removal of contaminants by a practical method.
바인더는 제올라이트 코팅액을 대상에 대하여 코팅한 경우에 코팅된 제올라이트를 고정화하여 제올라이트 코팅층을 형성할 수 있게 한다.The binder may form a zeolite coating layer by immobilizing the coated zeolite when the zeolite coating liquid is coated on the object.
본 발명에 이용될 수 있는 바인더는 테트라에틸오르토실리케이트(teraethylorthosilicate: TEOS), 물유리, 폴리에틸렌글리콜(polyethyleneglycol: PEG) 및 에폭시 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 일 이상인 것이 바람직하다.The binder that can be used in the present invention is preferably at least one selected from the group consisting of tetraethylorthosilicate (TEOS), water glass, polyethyleneglycol (PEG) and epoxy resin.
제올라이트 전구물질을 이용하여 제올라이트 코팅액을 형성하는 경우, 바인더로는 물성 강화 및 작업성 향상 등의 측면에서 테트라에틸오르토실리케이트(TEOS)를 이용하는 것이 바람직하다.When forming a zeolite coating liquid using a zeolite precursor, tetraethyl orthosilicate (TEOS) is preferably used as a binder in terms of enhancing physical properties and improving workability.
또한, 바인더는 후술하는 코팅된 제올라이트 고정화 방법을 고려하여 적절하게 선택하는 것이 바람직하다.In addition, the binder is preferably appropriately selected in consideration of the coated zeolite immobilization method described below.
바인더는 제올라이트 코팅액 전체 중량을 기준으로 5~15 중량% 포함되는 것이 바람직하다.The binder is preferably contained 5 to 15% by weight based on the total weight of the zeolite coating liquid.
바인더의 함량이 상기 범위 미만인 경우에는 코팅된 제올라이트가 충분한 정도로 고정화되지 않을 우려가 있으며, 상기 범위를 초과하는 경우에는 바인더와 제올라이트 전구물질 또는 제올라이트 분말과의 혼합이 어려워져 코팅 작업성이 저하될 우려가 있다.When the content of the binder is less than the above range, there is a concern that the coated zeolite may not be immobilized to a sufficient extent. When the content of the binder exceeds the above range, the mixing of the binder and the zeolite precursor or the zeolite powder becomes difficult, resulting in deterioration of coating workability. There is.
제올라이트 코팅액은 제올라이트 전구물질 또는 제올라이트 분말, 바인더 및 잔부의 물을 혼합함으로써 형성된다. 혼합 방법 및 시간은 당업계에 공지된 바에 따라 적절히 선택하여 수행할 수 있다.The zeolite coating liquid is formed by mixing the zeolite precursor or zeolite powder, the binder and the balance of water. Mixing methods and times can be carried out by appropriate selection as known in the art.
본 발명에 있어서는 기존의 재료 표면에 상기 제올라이트 코팅액을 코팅함으로써 중금속 등의 오염물질 흡착능을 갖는 기능성 소재를 형성할 수 있다.In the present invention, by coating the zeolite coating solution on the surface of the existing material it is possible to form a functional material having the ability to adsorb pollutants such as heavy metals.
코팅되는 재료는 특히 제한되지 않으며, 각종 성형체, 오염물질 처리 장치용 여재, 도로 주변의 연석 또는 보도블록 등을 예로 들 수 있다.The material to be coated is not particularly limited, and examples thereof include various shaped articles, media for pollutant treatment devices, curbs or sidewalk blocks around roads, and the like.
또한, 코팅되는 재료의 형태나 크기도 특히 제한되지 않으며, 코팅 효율 측면에서 구형이거나, 표면이 평탄한 형태가 바람직하다.In addition, the shape or size of the material to be coated is not particularly limited, and spherical or flat surfaces are preferable in terms of coating efficiency.
이와 같이 다양한 각종의 기존 재료를 이용함으로써 용이한 방법으로 효율적이며 물성이 강화된, 비점오염물질 제거에 이용될 수 있는 기능성 소재를 형성할 수 있다.As such, by using a variety of existing materials, it is possible to form a functional material that can be used to remove non-point pollutants, which are efficient and have enhanced properties in an easy manner.
ⅱ) 단계에서, 제올라이트 코팅액은 딥 코팅(dip coating) 또는 스프레이 코팅(spray coating) 등의 방법에 의하여 코팅하고자 하는 재료에 코팅될 수 있다.In step ii), the zeolite coating liquid may be coated on the material to be coated by a method such as dip coating or spray coating.
코팅 방법은 코팅하고자 하는 재료의 표면적, 재료의 형태, 제올라이트 코팅액의 점도에 따라 적절하게 선택될 수 있다.The coating method may be appropriately selected depending on the surface area of the material to be coated, the form of the material, and the viscosity of the zeolite coating liquid.
예를 들어, 코팅하고자 하는 재료의 표면적이 작거나, 코팅액의 점도가 높은 경우에는 딥 코팅 방법이 적절할 수 있으며, 재료 형태가 구형이 아니거자, 표면이 평탄하지 않은 경우에는 스프레이 코팅이 적절할 수 있다.For example, if the surface area of the material to be coated is small or the viscosity of the coating liquid is high, the dip coating method may be appropriate. If the material is not spherical, the spray coating may be appropriate if the surface is uneven. .
코팅 후, 재료 표면에 코팅된 제올라이트 코팅액을 건조시키는 단계를 더 포 함할 수 있다.After coating, the method may further include drying the zeolite coating liquid coated on the material surface.
다음으로, ⅲ) 단계에서, 재료 표면에 코팅된 제올라이트를 고정화시킨다.Next, in step iii), the zeolite coated on the material surface is immobilized.
제올라이트를 고정화시키는 단계는 열처리 또는 건조에 의하여 수행될 수 있다.The step of immobilizing the zeolite may be carried out by heat treatment or drying.
열처리 또는 건조에 의한 제올라이트 고정화는 코팅된 재료의 특성, 제올라이트 전구물질에 포함된 용융염에 따라 적절하게 선택될 수 있다.Zeolite immobilization by heat treatment or drying may be appropriately selected depending on the properties of the coated material and the molten salt contained in the zeolite precursor.
일 실시예에서, 특히 용융염을 포함하는 제올라이트 전구물질을 이용하여 형성된 제올라이트 코팅액을 코팅한 경우, 열처리에 의하여 제올라이트 합성과 고정화가 동시에 이루어질 수 있다.In one embodiment, in particular, when the zeolite coating liquid formed by using a zeolite precursor including a molten salt is coated, zeolite synthesis and immobilization may be simultaneously performed by heat treatment.
열처리 온도는 제올라이트 전구물질에 포함된 용융염의 용융온도 측면에서 300~600℃인 것이 바람직하며, 열처리 시간은 0.2~10시간인 것이 바람직하다.The heat treatment temperature is preferably 300 ~ 600 ℃ in terms of the melting temperature of the molten salt contained in the zeolite precursor, the heat treatment time is preferably 0.2 to 10 hours.
이와 같이 열처리에 의하여 제올라이트 합성 및 고정화를 동시에 수행함으로써 공정 단순화가 가능하고, 에너지를 절감할 수 있어 경제적인 측면에서 우수한 효과를 갖는다.As described above, by simultaneously performing zeolite synthesis and immobilization by heat treatment, the process can be simplified and energy can be saved, thereby having an excellent economical effect.
다른 일 실시예에서, 실온에서 2~24시간 동안 건조함으로써 코팅된 제올라이트를 고정화시킬 수 있다.In another embodiment, the coated zeolite can be immobilized by drying at room temperature for 2 to 24 hours.
예를 들어, 코팅된 재료의 특성상 열처리가 불가능한 경우, 건조에 의하여 제올라이트를 고정화할 수 있다. 이 경우, 제올라이트 코팅액 형성시 건조에 의하여 고정화될 수 있는 바인더를 이용하는 것이 바람직하다.For example, when heat treatment is impossible due to the properties of the coated material, the zeolite may be immobilized by drying. In this case, it is preferable to use a binder that can be immobilized by drying when forming the zeolite coating solution.
상기 방법에 따라 제조된 오염물질 흡착용 소재는 기존의 건설 재료 등을 그 대로 이용하면서도 제올라이트 표면 코팅에 의하여 높은 효율의 중금속 등의 오염물질 흡착능을 발휘하면서도 물리적 및 화학적 물성을 우수하게 유지할 수 있다.The pollutant adsorption material prepared according to the above method can maintain excellent physical and chemical properties while exhibiting high efficiency of adsorption of contaminants such as heavy metals by the zeolite surface coating while using existing construction materials or the like.
또한, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 오염물질 흡착방법은 상기 오염물질 흡착용 소재를 오염물질 함유 매체와 접촉시키는 것을 포함한다.In addition, the pollutant adsorption method according to another embodiment of the present invention includes contacting the pollutant adsorption material with a pollutant-containing medium.
상기 오염물질 흡착 방법에 따르면, 중금속 등의 오염물질 함유 매체, 즉 중금속 등으로 오염된 토양, 물 또는 대기 등과의 접촉에 의하여 높은 효율로 오염물질을 흡착 및 제거할 수 있다.According to the pollutant adsorption method, the pollutant can be adsorbed and removed with high efficiency by contact with a pollutant-containing medium such as heavy metal, that is, soil, water or air contaminated with heavy metal.
이하, 실시예에 의하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples.
단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐이며, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.However, the following examples are merely illustrative of the present invention, and the content of the present invention is not limited to the following examples.
실시예Example 1 One
증류수 420 ㎖에 Na2AlO3 67.6 g을 완전히 녹인 후, Na2SiO3 112.2 g을 천천히 가하여 제올라이트 전구물질을 제조하고, 1일 동안 실온에서 방치하면서 숙성시켰다. 이 전구물질 20 ㎖, 테트라오르토에틸실리케이트(TEOS) 20 ㎖, 및 증류수 160 ㎖를 혼합하여 제올라이트 코팅액을 제조하였다.After completely dissolving 67.6 g of Na 2 AlO 3 in 420 ml of distilled water, 112.2 g of Na 2 SiO 3 was slowly added to prepare a zeolite precursor, and aged for 1 day at room temperature. A zeolite coating solution was prepared by mixing 20 ml of the precursor, 20 ml of tetraorthoethylsilicate (TEOS), and 160 ml of distilled water.
이와 같이 제조된 제올라이트 코팅액을 구형의 탄화 성형체에 스프레이 코팅한 후, 건조시켰다. 건조된 소재를 350℃에서 10시간 동안 열처리하여 코팅된 제 올라이트를 고정화시켜 오염물질 흡착용 소재를 제조하였다.The zeolite coating solution thus prepared was spray coated on a spherical carbide molded body, and then dried. The dried material was heat-treated at 350 ° C. for 10 hours to fix the coated zeolite to prepare a material for adsorbing contaminants.
도 2에 상기 오염물질 흡착용 소재의 SEM 사진(10,000배 확대)을 나타낸다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 탄화 성형체 표면에 제올라이트 결정이 부착되어 형성되어 있음을 확인하였다.2 shows a SEM photograph (10,000 times magnification) of the contaminant adsorption material. As shown in FIG. 2, it was confirmed that zeolite crystals were attached to and formed on the surface of the carbonized body.
실시예Example 2 2
시판되는 제올라이트 분말 3종 10g을 각각 증류수 160㎖에 천천히 넣고 혼합한 다음, 테트라오르토에틸실리케이트(TEOS) 20㎖를 주입하고 다시 혼합하여 제올라이트 코팅액을 제조하였다.10 g of three commercially available zeolite powders were slowly mixed in 160 ml of distilled water, and then 20 ml of tetraorthoethyl silicate (TEOS) was injected and mixed again to prepare a zeolite coating solution.
이와 같이 제조된 제올라이트 코팅액을 50*170*10(㎜) 크기의 시편에 딥코터를 이용하여 코팅한 후, 실온에서 30분 동안 건조시켰다. 건조된 시편을 400℃에서 1시간 동안 열처리하여 코팅된 제올라이트를 고정화시켜 오염물질 흡착용 소재를 제조하였다.The zeolite coating solution thus prepared was coated on a 50 * 170 * 10 (mm) size specimen using a dip coater, and then dried at room temperature for 30 minutes. The dried specimen was heat-treated at 400 ° C. for 1 hour to fix the coated zeolite to prepare a material for adsorbing contaminants.
시험예Test Example 1 One
상기 실시예 1에서 제조된 오염물질 흡착용 소재의 중금속 흡착능을 구리를 이용하여 평가하였다.The heavy metal adsorption capacity of the pollutant adsorption material prepared in Example 1 was evaluated using copper.
200 ㎖ 비이커에 상기 실시예 1에서 제조된 오염물질 흡착용 소재 5.0 g을 넣은 후, 구리의 초기 농도를 10 ㎎/ℓ로 제조한 인공 폐액을 100 ㎖ 주입하였다. 이를 150 rpm으로 진탕하면서 시간에 따라 샘플링하였다. 채취진 샘플을 원심분리 에 의하여 고액 분리하여, 0.25 ㎛ 멤브레인 필터를 통해 필터링한 후 구리의 농도를 분석하였다.After putting 5.0 g of the pollutant adsorption material prepared in Example 1 into a 200 ml beaker, 100 ml of an artificial waste solution prepared with an initial concentration of 10 mg / L of copper was injected. It was sampled over time with shaking at 150 rpm. The collected samples were solid-liquid separated by centrifugation, filtered through a 0.25 μm membrane filter, and analyzed for the concentration of copper.
상기 분석 결과를 도 3에 나타낸다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 약 300분의 시간이 경과한 후, 10 ppm의 구리가 모두 흡착되었음을 확인하였다.The analysis result is shown in FIG. As shown in FIG. 3, after about 300 minutes had elapsed, it was confirmed that all 10 ppm of copper was adsorbed.
시험예Test Example 2 2
실시예 2에서 제조된 오염물질 흡착용 소재를 반응조에 넣고, 구리 농도를 1㎎/ℓ로 제조한 인공 폐액을 50㎖ 주입하였다. 진탕기에 상기 반응조를 고정시킨 후 150rpm으로 1시간 동안 진탕시켰다. 1시간 후 반응조에서 인공 폐액을 덜어내어 구리의 농도를 측정하였다.The contaminant adsorption material prepared in Example 2 was placed in a reactor, and 50 ml of an artificial waste solution prepared with a copper concentration of 1 mg / l was injected. The reactor was fixed to a shaker and shaken at 150 rpm for 1 hour. After 1 hour, the artificial waste solution was removed from the reactor and the concentration of copper was measured.
상기 분석 결과를 도 4에 나타낸다. 도 4에 나타낸 바와 같이 시판되는 제올라이트(A, B 및 C)에 따라 흡착량의 차이는 있지만, 구리가 흡착됨을 알 수 있다.The analysis results are shown in FIG. 4. As shown in FIG. 4, although the amount of adsorption varies depending on the zeolites A, B, and C commercially available, it can be seen that copper is adsorbed.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 오염물질 흡착용 기능성 소재의 제조방법을 나타내는 공정 흐름도.1 is a process flow diagram illustrating a method of manufacturing a functional material for adsorption of contaminants according to one embodiment of the present invention.
도 2는 실시예 1에서 제조된 오염물질 흡착용 기능성 소재의 SEM 사진.Figure 2 is a SEM photograph of the functional material for adsorption of contaminants prepared in Example 1.
도 3은 시험예 1에서 얻어진 구리에 대한 흡착 결과를 나타내는 그래프.3 is a graph showing the results of adsorption on copper obtained in Test Example 1. FIG.
도 4는 시험예 2에서 얻어진 구리에 대한 흡착 결과를 나타내는 그래프.4 is a graph showing the results of adsorption on copper obtained in Test Example 2. FIG.
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