KR20110132709A - 마그네타이트 나노 파티클-담체 결합체, 이를 제조하는 방법 및 이를 포함하는 오폐수 정화 장치 - Google Patents

마그네타이트 나노 파티클-담체 결합체, 이를 제조하는 방법 및 이를 포함하는 오폐수 정화 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 마그네타이트 나노 파티클-담체 결합체, 이를 제조하는 방법 및 이를 포함하는 오폐수 정화 장치에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 담체 및 상기 담체의 표면에 고정화된 마그네타이트 나노 파티클(magnetite nano particle)을 포함하는 마그네타이트 나노 파티클-담체 결합체가 제공된다.

Description

마그네타이트 나노 파티클-담체 결합체, 이를 제조하는 방법 및 이를 포함하는 오폐수 정화 장치{Magnetite nano particle-carrer complex, method for fabricating the same and sewage-pollution water purifying system including the same}
본 발명은 마그네타이트 나노 파티클-담체 결합체, 이를 제조하는 방법 및 이를 포함하는 오폐수 정화 장치에 관한 것이다.
수질오염문제는 산업, 경제, 사회적으로 큰 문제가 되고 있으며, 행복한 삶의 추구와도 관련되는 생존의 문제이다. 경제적으로 풍족해지고 생활환경이 개선될수록 깨끗한 물에 대한 관심은 증가하게 된다. 이러한 상황에 맞추어 생활하수뿐만 아니라 산업폐수의 수질기준은 점차적으로 강화되고 있으며 더욱 심화된 처리 장치의 개발이 필요한 실정이다.
도금은 금속을 사용하여 목적에 맞는 상품을 제작한 후 표면의 먼지, 녹 등을 깨끗이 제거한 후 녹, 부식의 방지, 또는 미관상의 목적으로 표면을 다른 금속으로 코팅하는 것이다. 도금은 금속의 이온성질을 이용하는데 도금될 금속은 음극으로 작용하고 용액 중의 도금을 위한 금속은 양극으로 적용시켜 도금이 이루어지게 된다. 도금폐수는 다른 일반산업에 비해서 양은 적으나 유독성이다. 도금의 종류에 따라 폐수 중에 함유되는 유해이온도 각각 다르나 맹독성의 시안화물을 위시하여 크롬, 구리, 아연, 니켈 등의 유해물질을 배출하여 환경에 미치는 영향이 크다.
도금폐수로 나오는 중금속폐수의 처리방법으로는 응집·침전법, 막분리법, 전해분리법 등이 이용되고 있다. 응집·침전법은 가장 많이 사용되는 방법으로 가격대 처리효율이 우수하여 가장 많이 이용되고 있으나, 공정마다 약품을 사용하여 슬러지가 많이 발생하는 단점이 있다.
막분리법과 전해분리법은 중금속을 효율적으로 제거하고, 슬러지의 양도 줄일 수 있는 장점이 있으나, 역삼투 등으로 처리하는 경우 우선 처리수의 플럭스가 매우 작으며 막의 백 플러싱(back flushing)이 불가능하여 막비용이 많이 들고, 전해분리의 경우 전기동력에 의한 경제성 문제가 아직까지 실용화에 걸림돌로 남아 있는 상황이다..
본 발명의 목적은 오폐수를 효율적으로 정화하는데 이용되는 마그네타이트 나노 파티클-담체 결합체를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 마그네타이트 나노 파티클-담체 결합체를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 마그네타이트 나노 파티클-담체 결합체를 이용하는 오폐수 정화 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일측면에 따르면, 담체 및 상기 담체의 표면에 고정화된 마그네타이트 나노 파티클(magnetite nano particle)을 포함하는 마그네타이트 나노 파티클-담체 결합체가 제공된다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 담체를 준비하는 단계; 상기 담체를 함유하는 제1수용액을 형성하는 단계; 상기 제1수용액에 제1철염 및 제2철염을 가하여 제2수용액을 형성하는 단계; 및 상기 제2수용액에 염기 물질을 가하여 제3수용액을 형성하여 상기 담체의 표면에 마그네타이트 나노 파티클이 고정된 마그네타이트 나노 파티클-담체 결합체를 형성하는 단계;를 포함하는 마그네타이트 나노 파티클-담체 결합체 제조 방법이 제공된다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 오폐수가 유입되며, 마그네타이트 나노 파티클-담체 결합체를 수용하여, 상기 오폐수 내의 화학 물질을 제거하는 고도산화처리 반응조; 및 상기 고도산화처리 반응조 내로 산화제를 주입하는 산화제 주입수단;을 포함하는 오폐수 정화 장치가 제공된다.
본 발명의 구성을 따르면 앞서서 기재한 본 발명의 목적을 모두 달성할 수 있다. 구체적으로는 본 발명에 의하면, 상기 담체는 미세 기공을 포함하고 있어 유사 펜톤 반응을 일으키는 촉매로써 작용하는 마그네타이트 나노 파티클을 보다 많이 고정할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 상기 담체는 그 자체에 마그네타이트를 포함하고 있어 유사 펜톤 반응의 효율을 높을 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 상기 마그네타이트 나노 파티클-담체 결합체는 유사 펜톤 반응의 촉매로 작용하는 마그네타이트 나노 파티클을 고정하고 있어 오폐수를 정화하는 과정에서 마그네타이트 나노 파티클의 손실을 최소화하는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 상기 마그네타이트 나노 파티클-담체 결합체를 이용하는 오폐수 정화 장치는 마그네타이트 나노 파티클이 고정화된 마그네타이트 나노 파티클-담체 결합체를 이용함으로써 오폐수 내의 화학 물질을 효과적으로 제거하는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 상기 마그네타이트 나노 파티클-담체 결합체 제조 방법은 마그네타이트 나노 파티클이 표면에 고정화된 담체를 비교적 간단한 공정으로 용이하게 제조할 수 있는 방법을 제공하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 마그네타이트 나노 파티클-담체 결합체를 제조하는 방법을 보여주는 공정도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 마그네타이트 나노 파티클-담체 결합체를 이용한 오폐수 정화 장치를 도시한 개념도이다.
도 3은 본 제조 예 1에 의해 제조된 담체를 보여주는 사진이다.
도 4는 본 제조 예 1에 의해 제조된 마그네타이트 나노 파티클-담체 결합체를 보여주는 사진이다.
도 5는 본 제조 예1에 의해 제조된 마그네타이트 나노 파티클-담체 결합체의 HR-TEM의 이미지이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장된 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 마그네타이트 나노 파티클-담체 결합체를 제조하는 방법을 보여주는 공정도이다.
도 1을 참조하여 설명하면, 우선 담체를 준비한다.
상기 담체는 활성탄(activated carbon), 제올라이트(zeolite), 키토산(chitosan) 및 리그닌(lignin) 등일 수 있으며, 폐자원, 예컨대, 석탄 바닥재(bottom ash) 또는 플라이 애쉬(fly ash) 등과 같은 석탄재를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서 상기 담체는 석탄재 중 석탄 바닥재를 포함하는 것이 바람직하다. 이때, 상기 담체는 준설토를 더 포함할 수 있다. 상기 석탄 바닥재는 SiO2, Al2O3, 탄소(C) 및 Fe2O3 등을 포함할 수 있으며, 상기 석탄 바닥재의 성분 중 상기 SiO2는 45 내지 60wt%, 상기 Al2O3은 15 내지 25wt%, 상기 탄소(C)는 10 내지 25wt% 및 상기 Fe2O3는 5 내지 13wt% 등으로 포함되어 있을 수 있다. 상기 준설토는 SiO2 및 Al2O3 등을 포함할 수 있으며, 상기 준설토의 성분은 상기 SiO2 및 Al2O3이 대부분을 이루고 있을 수 있다.
상기 담체는 석탄재, 바람직하게는 석탄 바닥재 및 준설토를 준비하고, 상기 석탄재 및 준설토를 분쇄하고, 상기 분쇄된 석탄재 및 준설토를 혼합하여 담체 원료를 준비한 후, 상기 담체 원료를 조립기 등을 이용하여 성형체로 제조하고, 상기 성형체를 건조한 후, 소성하여 형성할 수 있다.
이때, 상기 석탄 바닥재는 탄소(C)를 함유하고 있어, 상기 담체의 성형체를 소성할 때, 상기 탄소가 이산화탄소 가스를 형성하여 상기 담체에 상기 이산화탄소 가스에 의한 미세 기공, 즉, 상기 이산화탄소 가스의 발생에 의한 미세 기공을 형성하게 된다.
이때, 상기 담체에 형성된 미세 기공은 수㎛의 크기에서 수백㎛의 크기까지 다양한 크기로 형성될 수 있으며, 상기 미세 기공의 크기는 상기 담체 원료의 성분, 성형체의 물리적 특징 및 소성 공정 조건 등에 따라 변화될 수 있으므로 이를 적절히 조절하여 원하는 크기의 미세 기공을 포함하는 담체를 형성할 수 있다. 특히 상기 미세 기공은 상기 이산화탄소 가스의 발생에 의해 형성되므로써 상기 이산화탄소 가스의 이동 경로를 따라 상기 담체의 미세 기공들이 서로 연결된 형태로 형성될 수 있을 뿐만 아니라 상기 이산화탄소 가스의 발생 량에 따라 미세 기공의 수 및 그 크기가 변화되어 상기 담체의 기공률이 변화될 수 있다.
이때, 상기 석탄재, 바람직하게는 석탄 바닥재는 석영(quartz) 및 뮬라이트(mullite)의 결정상을 포함하고, 상기 준설토는 석영의 결정상을 포함하고 있어, 상기 석탄재 및 준설토를 소성하여 형성된 담체는 석영과 뮬라이트의 결정상을 포함하고 있다.
상기 담체를 물에 넣어 상기 담체를 함유하는 제1수용액을 형성한다(S100). 이때, 상기 제1수용액은 상기 물과 상기 담체의 혼합물을 의미한다. 상기 물은 초순수일 수 있다.
이어서, 상기 제1수용액에 제1철염 및 제2철염을 가하여 제2수용액을 형성한다(S200). 이때, 상기 제2수용액은 상기 제1철염 및 제2철염이 가해짐으로써 2가 철이온 및 3가 철이온을 함유하게 된다.
이어서, 상기 제2수용액에 염기 물질을 가하여 제3수용액을 형성한다. 이때, 상기 염기 물질은 상기 제3수용액 내에 -OH기를 함유하게 하는 어떤 물질을 사용하여도 무방하다. 상기 염기 물질은 수산화 암모늄(NH4OH)을 포함할 수 있다. 상기 제3수용액은 상기 염기 물질이 가해짐으로써 -OH기를 함유하게 된다.
상기 제3수용액 내에서는 상기 제1철염 및 제2철염에 의해 함유된 2가 철이온 및 3가 철이온이 상기 염기 물질에 의해 함유된 -OH기에 의해 공침이 유도되어 상기 담체의 표면에 마그네타이트 나노 파티클이 고정화되어 마그네타이트 나노 파티클-담체 결합체를 형성한다(S300).
이때, 상기 제3수용액을 교반함으로써 상기 제3수용액 내에서 공침이 원활하게 유도되며, 상기 담체의 표면에 마그네타이트 나노 파티클의 고정화가 더 잘 이루어지도록 할 수 있다. 상기 마그네타이트 나노 파티클은 상기 담체의 겉 표면뿐만 아니라 상기 미세 기공 내에도 고정화될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 마그네타이트 나노 파티클-담체 결합체를 이용한 오폐수 정화 장치를 도시한 개념도이다.
도 2를 참조하여 설명하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 마그네타이트 나노 파티클-담체 결합체를 이용한 오폐수 정화 장치(100)는 침전조(110), 반응조(120), 산화제 주입수단(130), 흡착조(140) 및 pH 조절조(150)를 포함할 수 있다.
상기 오폐수 정화 장치(100)는 스크린(160) 및 에어레이션(aeration) 수단(170)을 포함할 수 있으며, 상기 스크린(160)은 상기 침전조(110)와 반응조(120) 사이에 위치할 수 있고, 상기 에어레이션 수단(170)은 상기 반응조(120)에 공기를 주입하기 위한 상기 반응조(120)에 연결될 수 있다.
이때, 상기 오폐수는 오염수(pollution water) 및 폐수(sewage)를 포함하며, 상기 폐수는 가정 및 공장에서 사용하고 배출되는 가정폐수 및 공장 폐수를 포함하는 산업 폐수를 포함하는 것을 의미한다. 또한, 상기 오염수는 인위적인 요인에 의해 오염된 물로, 광산 등에서 유출되는 오염수, 정유공장 또는 정유소 등에서 유출된 기름에 오염된 오염수 및 화학 공장 또는 화학 물질을 사용하는 공장 등에서 유출된 화학 물질에 의해 오염된 오염수 등이 이에 포함될 수 있다. 상기 오폐수는 도금 폐수일 수 있다.
상기 오폐수 정화 장치(100)는 상기 오폐수를 정화하는 장치를 의미하며, 상기 오폐수 내의 화학 물질, 바람직하게는 유해 화학 물질 및 중금속을 제거하는 장치일 수 있다.
상기 침전조(110)는 상기 반응조(120)로 오폐수를 유입하기 전에 상기 오폐수의 침전 물질을 제거하기 위해 구비된다.
즉, 상기 오폐수를 상기 침전조(110)에 유입하기 전에 상기 오폐수를 저장하고, 상기 오폐수 내의 침전 물질을 침전시켜 상기 침전 물질을 제거하는 역할을 한다.
상기 스크린(160)은 상기 침전조(110)에 저장된 오폐수를 상기 반응조(120)로 유입하기 이전에 상기 오폐수의 부유 물질을 제거하는 역할을 한다.
상기 반응조(120)는 마그네타이트 나노 파티클-담체 결합체(122)를 수용할 수 있다. 또한 상기 반응조(120)는 담체(124)를 더 수용하고 있을 수 있다.
상기 반응조(120)는 상기 마그네타이트 나노 파티클-담체 결합체(122)와 상기 담체(124)의 수용 비율을 적절하게 조절할 수 있다. 이때, 상기 담체(124)는 상기 도 1을 참조하여 설명한 담체일 수 있다. 즉, 상기 담체(124)는 상기 마그네타이트 나노 파타클을 고정화하기 이전의 담체를 이용할 수 있으며, 도 1을 참조하여 설명한 활성탄, 제올라이트, 키토산 및 리그닌일 수 있다.
이때, 상기 반응조(120)에 수용되는 상기 담체(124)는 상기 산화제 주입 수단(130)에 의해 주입되는 산화제의 양을 조절하는 역할을 한다. 상기 산화제와 마그네타이트 나노 파티클의 비율이 너무 낮거나 높은 경우, 유사 펜톤 반응이 정상적으로 일어나지 않아 오폐수의 화학 물질을 산화하는 라디칼이 효율적으로 발생되지 않으므로 상기 산화제와 마그네타이트 나노 파티클는 적절한 비율을 이루어져야 한다. 따라서 상기 담체(124)는 상기 마그네타이트 나노 파티클과 산화제의 비율을 라디칼이 효율적으로 발생되는 비율을 유지하면서 상기 산화제의 주입량을 적절히 조절하는 역할을 할 수 있다. 또한, 상기 담체(124)는 그 자체에 마그네타이트를 포함하고 있어 상기 담체(124) 자체 내의 마그네타이트가 하기 설명되는 유사 펜톤 반응에 기여하는 역할을 할 수 있다.
상기 반응조(120)는 상기 반응조(120)에 산화제를 주입하는 산화제 주입 수단(130)을 구비할 수 있다. 상기 산화제 주입 수단(130)에 의해 주입되는 산화제는 상기 마그네타이트 나노 파티클-담체 결합체(122)에 고정화된 마그네타이트 나노 파티클과 반응하여 유사 펜톤 반응(Fenton-like)을 일으켜 여러 종류의 라디칼을 발생시킨다. 또한, 상기 산화제는 상기 담체 자체에 포함된 Fe2O3, 즉, 마그네타이트과 반응하여 유사 펜톤 반응을 일으켜 여러 종류의 라디칼을 발생시킬 수 있다. 상기 산화제는 과산화수소 또는 오존 등과 같이 마그네타이트 나노 파티클과 유사 펜톤 반응을 일으켜 라디칼을 발생시키는 물질일 수 있다.
상기 산화제 주입 수단(130)의 산화제는 정량 펌프(132)를 이용하여 상기 반응조(120)에 필요한 양만큼 주입할 수 있다.
상기 산화제가 과산화수소(H2O2)인 경우, 상기 유사 펜톤 반응에 의해 하이드록시 라디칼(Hydroxyl Radical : OH·), 페리드록실 라디칼 (Perhydroxyl radical : OH2·) 및 슈퍼옥사이드 라디칼(Superoxide radical : O2 -·)을 발생시키고, 상기 라디칼 등은 상기 오폐수의 화학 물질을 산화하여 제거하는 역할을 한다.
상기 반응조(120)는 그 하단부에 에어레이션 수단(170)을 포함할 수 있다. 상기 에어레이션 수단(170)은 상기 반응조(120)에 공기를 주입하여 화학 물질의 산화를 촉진하는 역할을 한다.
상기 흡착조(140)는 상기 반응조(120)와 연결되어 상기 반응조(120)에서 화학 물질이 제거된 오폐수가 유입된다. 이때, 상기 반응조(120)에서 상기 흡착조(140)로 상기 오폐수의 유입은 정량 펌프(126)를 이용하여 이동된다.
상기 흡착조(140)는 흡착체(126)를 수용하고 있다. 상기 흡착조(140)는 상기 오폐수 내의 중금속을 흡착하여 제거한다. 상기 흡착조(140)는 상기 반응조(120)에서 화학 물질을 제거한 오폐수에 존재하는 중금속을 흡착하여 제거하는 역할을 한다. 상기 흡착체(126)는 상기 도 1을 참조하여 설명한 담체일 수 있다. 상기 담체는 활성탄, 제올라이트, 키토산 및 리그닌 등일 수 있다.
한편, 도 2에서는 도시하고 있지 않았지만, 상기 흡착조(140)에는 상기 흡착조(140)에 수용된 오폐수의 중금속이 흡착체(126)에 흡착되는 반응을 유도하기 위한 자동 pH 조절 장치 및 약품 주입 수단을 더 포함할 수도 있다.
상기 pH 조절조(150)는 상기 흡착조(140)에서 중금속이 제거된 오폐수를 저장하며, 상기 오폐수의 pH를 조절하는 역할을 한다. 이때, 상기 흡착조(140)에서 상기 pH 조절조(150)로의 오폐수의 유입은 정량 펌프(142)로 이루어진다.
상기 pH 조절조(150)에서 화학 물질 및 중금속이 제거된 오폐수는 처리수로 배출되기 적당한 pH가 조절되고, 처리수로 배출된다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제조 예를 제시한다. 다만, 하기의 제조 예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명이 하기의 실험 예에 의해 한정되는 것은 아니다.
마그네타이트 나노 파타클 고정 담체의 제조 예 1
우선 화력발전소에서 발생되는 석탄재 및 준설토를 준비하였고, 상기 석탄 바닥재와 준설토의 입도를 균일하게 하기 위해 분쇄하였고, 분쇄된 석탄 바닥재와 준설토를 리본 믹서기 등과 같은 믹서기를 이용하여 건식 혼합한 후, 건식 혼합된 석탄 바닥재와 준설토를 조립기(pelletizer)를 이용하여 지름 3 내지 8mm의 구형 성형체로 제조하였다. 그리고 제조된 구형 성형체를 열풍 건조기에서 110℃로 48 시간 동안 건조하였고, 건조된 구형 성형체를 로터리 킬른(rotary kiln)에서 1125 내지 1150℃의 온도에서 15분 간 소성하여 담체를 제조하였다. 이때, 상기 석탄 바닥재와 준설토의 분쇄는 핀밀(pin mill) 등과 같은 분쇄기를 이용하여 분쇄하되, 각각의 입도가 150㎛ 이하가 되도록 분쇄하였으며, 상기 석탄 바닥재와 준설토는 7:3의 무게비로 건식 혼합하였다.
상기 제조된 담체를 초순수에 넣어 제1수용액을 형성하였고, 상기 제1수용액에 2가 철이온 및 3가 철이온을 함유하는 제2수용액을 형성하기 위해 염화제1철(ferrous chloride) 및 염화제2철(ferric chloride)을 1:2 몰랄 비(molar ratio)로 넣었다.
이어서, 상기 제2수용액에 -OH기를 함유하는 제3수용액을 형성하기 위해 상기 제2수용액에 수산화 암모늄(NH4OH)을 넣었다.
상기 제3수용액은 상기 수산화 암모늄을 넣어 상기 제3수용액을 형성하는 순간, 공침이 유도되어 상기 담체 표면에 마그네타이트 나노 파티클이 고정화되어 마그네타이트 나노 파티클-담체 결합체를 형성하였다.
이때, 상기 제3수용액에서 공침이 유도되는 동안, 상기 담체 표면에 마그네타이트 나노 파티클이 효율적으로 고정화되도록 상기 제3수용액을 교반하였다. 상기 제3수용액의 교반은 130rpm에서 1시간 동안 진행하였다. 이때, 상기 마그네타이트 나노 파티클은 상기 담체의 겉 표면뿐만 아니라 담체의 미세 기공 내부에도 고정화되었다.
상기 제3수용액에서 상기 마그네타이트 나노 파티클-담체 결합체를 분리한 후, 증류수를 이용하여 세척하였다.
세척된 마그네타이트 나노 파티클-담체 결합체를 오븐(oven) 등에 넣은 후 105℃의 온도에 3시간 이상 건조하여 마그네타이트 나노 파티클-담체 결합체를 제조하였다.
본 제조 예에서 이용된 석탄 바닥재 및 준설토는 화학조성분석 결과는 하기의 표 1과 같았다.
(단위 : wt%)
SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO Na2O K2O TiO2 P2O5 MnO C ZrO2 Ig.loss Total
석탄
바닥재		 45.58 18.60 8.08 2.17 0.78 0.18 0.51 1.33 0.24 0.05 18.07 0.33 4.07 100.00
준설토 70.71 14.38 3.82 0.79 0.18 2.51 2.70 0.80 0.03 0.00 0.00 0.00 4.08 100.00
상기 표 1의 분석 결과를 보는 바와 같이, 석탄 바닥재는 주성분이 SiO2와 Al2O3로 각각 45.6wt%와 18.6wt%이고, 특히 탄소(C)가 18.1wt%로 높은 것으로 분석되었고, 준설토는 그 주성분이 SiO2와 Al2O3로 각각 70.7wt%와 14.4wt%인 것으로 분석되었다.
또한, 석탄 바닥재와 준설토의 결정상을 XRD로 분석하여 본 결과, 석탄 바닥재의 주 결정상은 석영(SiO2) 및 뮬라이트(3Al2O3·2SiO2)로 이루어진 것으로 분석되었으며, 준설토는 석영이 주 결정상을 이루고 있는 것으로 분석되었다.
도 3은 본 제조 예에 의해 제조된 담체를 보여주는 사진이다. 담체의 물리적 특성은 하기 표 2와 같다.
입형 크기(mm) 표면적
(m2/g)		 기공부피
(×103cm3/g)		 기공지름
(nm)		 부피비중 흡수율
(%)		 기공률
(%)
구형 3~8 14.6 6.72 1.41 1.41 21.4 30.1
도 4는 본 제조 예 1에 의해 제조된 마그네타이트 나노 파티클-담체 결합체를 보여주는 사진이고, 도 5는 본 제조 예1에 의해 제조된 마그네타이트 나노 파티클-담체 결합체의 HR-TEM(high-resolution transmission electron microscopy)의 이미지이다. 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 본 제조 예 1에 의해 제조된 마그네타이트 나노 파티클-담체 결합체는 담체에 마그네타이트 나노 파티클이 고정화된 것을 알 수 있었다. 마그네타이트 나노 파티클-담체 결합체를 분석하여 본 결과, 마그네타이트 나노 파티클-담체 결합체에서 고정화된 마그네타이트 나노 파티클은 담체의 무게(g) 당 14.5mg이 고정화된 것을 확인하였다.
도금 폐수 정화 예
도 2를 참조하여 설명한 오폐수 정화 장치를 이용하여 도금 폐수를 정화하였다.
이때, 상기 산화제는 0.25%(73.5mM) 과산화수소수를 이용하였다.
상기 반응조는 마그네타이트 나노 파티클-담체 결합체와 담체가 무게 비로 1:4의 비율로 수용된 것을 사용하였다. 마그네타이트 나노 파티클-담체 결합체와 담체의 전체 무게는 200g으로 고정하였으며, 에어레이션 수단에 의한 공기 주입 속도는 10L/min으로 고정하였다. 또한, 도금 폐수의 상기 반응조 내에서의 반응시간은 1시간으로 하였다.
상기 흡착조 내에는 담체를 800g으로 충진하였으며, 흡착조 내의 도금 폐수의 체류시간은 6시간, 12시간 및 24시간으로 변경하면서 실험하였다.
한편, 상기 반응조 및 흡착조 내의 pH는 중성 영역, 즉 pH 7 및 pH 8로 조정하였다.
하기 표 3은 오폐수 정화 장치에 주입된 도금 폐수와 정화된 후 배출된 처리수에 대한 시안, 중금속, 색도 및 CODMn의 분석 결과를 정리한 표이다.
CN- Cd Cr Fe Cu Zn Cr6 + CODMn 색도
도금 폐수 19.3 N.D 14.2 21 17.2 28.9 2.24 103 202
pH 7 6h 0.1 N.D 1.62 0.02 0.24 4.02 0.60 - -
12h N.D N.D 0.69 0.02 0.22 3.87 0.80 - -
24h N.D N.D 0.15 0.02 0.20 3.14 N.D - -
pH 8 12h N.D N.D 0.92 0.05 0.19 2.45 N.D 45 1
상기 표 3에서 보는 바와 같이 상기 도금 폐수를 오폐수 정화 장치로 정화한 후의 처리수를 분석하여 본 결과, Cr, Fe, Cu, Zn 등과 같은 중금속은 상당부분 제거된 결과를 도출하였고 시안 등과 같은 유해 화학 물질 및 중금속인 Cd은 검출되지 않았으며, Cr+6 은 pH 7일 때는 24시간 후, pH 8일 때는 12시간 후에는 검출이 되지 않았다. CODMn 및 색도도 도금 폐수에 비해 상당히 개선된 것을 확인할 수 있었다.
따라서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 오폐수 정화 장치는 도금 폐수 내의 시안 등과 같은 유해 화학 물질뿐만 아니라 Cd, Cr, Fe, Cu, Zn 및 Cr6 + 등과 같은 중금속도 제거할 수 있음을 알게 하였다.
이상 본 발명을 상기 실시예들을 들어 설명하였으나, 본 발명은 이에 제한되는 것이 아니다. 당업자라면, 본 발명의 취지 및 범위를 벗어나지 않고 수정, 변경을 할 수 있으며 이러한 수정과 변경 또한 본 발명에 속하는 것임을 알 수 있을 것이다.
100 : 오폐수 정화 장치 110 : 침전조
120 : 반응조 130 : 산화제 주입 수단
140 : 흡착조 150 : pH 조절조
160 : 스크린 170 : 에어레이션 수단

Claims (14)

  1. 담체; 및
    상기 담체의 표면에 고정화된 마그네타이트 나노 파티클(magnetite nano particle);을 포함하는 마그네타이트 나노 파티클-담체 결합체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 담체는 석영 및 뮬라이트의 결정상을 포함하는 마그네타이트 나노 파티클-담체 결합체.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 담체는 탄소의 산화에 의해 형성된 미세 기공을 포함하는 마그네타이트 나노 파티클-담체 결합체.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 담체는 마그네타이트를 포함하는 마그네타이트 나노 파티클-담체 결합체.
  5. 담체를 함유하는 제1수용액을 형성하는 단계;
    상기 제1수용액에 제1철염 및 제2철염을 가하여 제2수용액을 형성하는 단계; 및
    상기 제2수용액에 염기 물질을 가하여 상기 담체의 표면에 마그네타이트 나노 파티클이 고정된 마그네타이트 나노 파티클-담체 결합체를 형성하는 단계;를 포함하는 마그네타이트 나노 파티클-담체 결합체 제조 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제1철염은 염화제1철(ferrous chloride)이고, 상기 제2철염은 염화제2철(ferric chloride)이고, 상기 염기 물질은 수산화 암모늄(NH4OH)인 마그네타이트 나노 파티클-담체 결합체 제조 방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 담체는
    석탄재 및 준설토를 분쇄하고 혼합하여 성형체를 형성하는 단계; 및
    상기 성형체를 소성하는 단계;를 포함하는 제조 방법으로 제조된 마그네타이트 나노 파티클-담체 결합체 제조 방법.
  8. 담체 및 상기 담체의 표면에 고정화된 마그네타이트 나노 파티클을 포함하는 마그네타이트 나노 파티클-담체 결합체를 수용하는 반응조; 및
    상기 반응조 내로 산화제를 주입하는 산화제 주입수단;을 포함하는 오폐수 정화 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 반응조에 연결되어 있으며, 흡착체를 수용하고 있는 흡착조;를 더 포함하는 오폐수 정화 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 흡착체는 상기 담체와 동일한 물질로 이루어지는 오폐수 정화 장치.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 반응조는 상기 마그네타이트 나노 파티클이 고정화되지 않은 담체를 더 수용하는 오폐수 정화 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 담체는 탄소의 산화에 의해 형성된 미세 기공 및 마그네타이트를 포함하는 오폐수 정화 장치.
  13. 제 8 항에 있어서,
    상기 반응조는 에어레이션(aeration) 수단을 더 포함하는 오폐수 정화 장치.
  14. 제 8 항에 있어서,
    상기 반응조로 오폐수를 유입하기 전에 상기 오폐수의 침전 물질을 제거하기 위한 침전조; 및
    상기 흡착조를 거친 처리수의 pH를 조절하는 pH 조절조;를 더 포함하는 오폐수 정화 장치.
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