KR20130056649A - 이종금속으로 개질된 이트륨 히드록시카보네이트, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 중금속 흡착제와 필터장치 - Google Patents
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Abstract
약 10nm 이하의 기공 크기(pore diameter) 피크를 나타내는 기공크기 분포(pore size distribution)를 가지는, 이종금속으로 개질된(modified) 이트륨 히드록시카보네이트, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 중금속 흡착제 및 필터장치를 제공한다.
Description
이종금속으로 개질된 이트륨 히드록시카보네이트, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 중금속 흡착제와 필터장치에 관한 것이다.
경제성장과 더불어 급변하는 산업화로 인해 중금속의 수요량은 하루가 다르게 증가하고 있다. 이들 대부분은 유독성으로 인해 인체 및 생태계에 광범위하게 영향을 미칠 뿐만 아니라 하천 및 토양 등의 환경에 심각한 오염원으로 작용하고 있다.
무분별한 중금속 배출에 의한 수질 오염은 지난 수십 년간 전세계적인 문제를 야기해왔다. 인간과 생태계에 특히 악영향을 미치는 독성 금속 원소로는 비소(Bi), 크롬(Cr), 구리(Cu), 납(Pb), 수은(Pb), 망간(Mn), 카드뮴(Cd), 니켈(Ni) 등이 있다. 이들 중금속중 비소는 인체에 치명적인 독성을 가지는 원소로 자연적으로 광석이나 지하의 지질층에서 지하수로 녹아 나올 수 있다. 현재 알루미나, GFH(granular ferric hydroxide), 산화 제2철(ferric oxide) 등으로 이루어진 흡착제가 비소제거용 필터로 널리 쓰이고 있으나 흡착성능(adsorption capacity)이 만족할 만한 수준에 있지는 않다. 따라서 중금속을 효과적으로 제거할 수 있는 흡착제의 개발이 요청되고 있다.
본 발명의 일 구현예는 중금속 흡착/제거 성능이 우수한, 이종금속으로 개질된 이트륨 히드록시카보네이트를 제공한다.
본 발명의 다른 구현예는 상기 이종금속으로 개질된 이트륨 히드록시카보네이트를 포함하는 중금속 흡착제를 제공한다.
본 발명의 또다른 구현예는 이종금속으로 개질된 이트륨 히드록시카보네이트의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 또다른 구현예는 이종금속으로 개질된 이트륨 히드록시카보네이트를 포함하는 필터장치를 제공한다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 약 10nm 이하의 기공 크기(pore diameter) 피크를 나타내는 기공 크기 분포(pore size distribution)를 가지는, 이종금속으로 개질된(modified) 이트륨 히드록시카보네이트를 제공한다.
상기 이종금속으로 개질된 이트륨 히드록시카보네이트는 약 1 nm 내지 약 7 nm 의 피크를 나타내는 기공 크기 분포를 가질 수도 있다.
상기 이종금속으로 개질된 이트륨 히드록시카보네이트는 약 20 m2/g 내지 260 m2/g의 비표면적을 가질 수 있다.
상기 이종금속으로 개질된 이트륨 히드록시카보네이트는 약 0.1 cc/g 내지 약 0.7 cc/g의 기공부피(pore volume)를 가질 수 있다. 상기 이종금속은 이트륨(Y)를 제외한 금속으로 전이금속, 희토류 원소, 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 14족 원소(IUPAC 주기율표) 및 이들의 조합에서 선택될 수 있다.
상기 전이금속은 티타늄(Ti), 바나듐(V), 망간(Mn), 크롬(Cr), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni) 및 이들의 조합에서 선택될 수 있고, 상기 알칼리 금속과 알칼리 토금속은 칼슘(Ca), 마그네슘(Mg) 및 이들의 조합에서 선택될 수 있고, 상기 14족 원소로는 실리콘(Si)을 들 수 있다. 상기 이종금속은 상기 이종금속으로 개질된 이트륨 히드록시카보네이트 총량에 대하여 약 0.1 내지 약 20 중량%, 좋게는 약 0.5 내지 약 12.5 중량%로 함유될 수 있다.
상기 이종금속은 이트륨 히드록시카보네이트 구조에 이종금속의 산화물(MOx, 여기에서 M은 이종금속이고 x는 M의 가수에 따라 결정됨) 형태로 존재할 수 있다.
상기 이종금속으로 개질된 이트륨 히드록시카보네이트는 무정형(shapeless) 구조를 가진다. 상기 무정형 구조는 약 10nm 내지 약 30nm의 평균 입경을 가지는 입자를 포함한다. 상기 무정형 구조는 약 5 내지 약 200 nm의 평균 기공 크기를 가지는 기공을 포함한다. 본 발명의 다른 구현예는 상기 이종금속으로 개질된 이트륨 히드록시카보네이트를 포함하는 중금속 흡착제를 제공한다. 상기 중금속 흡착제는 비소를 흡착하는 데 사용될 수 있다. 상기 흡착제는 약 250mg/g 이상의 비소 흡착성능을 가진다.
본 발명의 또 다른 구현예는 이트륨-함유 염 및 이종금속-함유 염을 포함하는 수용액을 준비하는 단계; 상기 수용액에 요소(urea)를 첨가하여 혼합물을 제조하는 단계; 상기 혼합물의 pH를 6 내지 8로 조절하여 침전물을 얻는 단계; 및 상기 침전물을 건조하는 단계를 포함하는, 상기 이종금속으로 개질된 이트륨 히드록시카보네이트의 제조방법을 제공한다.
상기 이종금속-함유 염에서 상기 이종금속은 이트륨(Y)를 제외한 금속을 의미한다. 상기 이종금속-함유 염으로는 전이금속, 희토류 원소, 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 14족 원소 및 이들의 조합에서 선택되는 이종 금속을 함유하는 염이 사용될 수 있다.
상기 전이금속은 티타늄(Ti), 바나듐(V), 망간(Mn), 크롬(Cr), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni) 및 이들의 조합에서 선택될 수 있고, 상기 알칼리 금속과 알칼리 토금속은 칼슘(Ca), 마그네슘(Mg) 및 이들의 조합에서 선택될 수 있고, 상기 14족 원소로는 실리콘(Si)을 들 수 있다.
본 발명의 또다른 구현예는 상기 이종금속으로 개질된 이트륨 히드록시카보네이트를 흡착제로 포함하는 필터장치를 제공한다.
상기 이종금속으로 개질된 이트륨 히드록시카보네이트는 중금속 흡착/제거 성능이 우수하여, 물 속에 미네랄을 보존하면서도 물 속에 존재하는 중금속 이온을 선택적으로 흡착/제거하여 식용에 적합한 맛있는 물을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 필터 장치의 개략도이다.
도 2와 도 3은 각각 비교예 1에 따라 제조된 Y(OH)CO3 및 실시예 2에 따라 제조된 Ti-개질된 Y(OH)CO3의 투과 전자 현미경(TEM) 사진이다.
도 4는 비교예 1에 따라 제조된 Y(OH)CO3, 비교예 2에 따른 TiO2(anatase) 및 실시예 1과 2에 따라 제조된 Ti-개질된 Y(OH)CO3의 기공구조를 분석하여 도시한 그래프이다.
도 2와 도 3은 각각 비교예 1에 따라 제조된 Y(OH)CO3 및 실시예 2에 따라 제조된 Ti-개질된 Y(OH)CO3의 투과 전자 현미경(TEM) 사진이다.
도 4는 비교예 1에 따라 제조된 Y(OH)CO3, 비교예 2에 따른 TiO2(anatase) 및 실시예 1과 2에 따라 제조된 Ti-개질된 Y(OH)CO3의 기공구조를 분석하여 도시한 그래프이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 구현예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 구현예에 한정되지 않는다.
본 명세서에서 "이들의 조합"이란 혼합물, 적층물, 합금 등을 의미한다.
본 명세서에서, "이종 금속"이란 이트륨 히드록시카보네이트를 개질(modify)할 수 있는 이트륨 외의 금속 또는 반금속(semi-metal)을 의미한다.
이하에서, 본 발명의 일 구현예에 이종금속으로 개질된 이트륨 히드록시카보네이트 및 이를 포함하는 중금속 흡착제를 상세히 설명한다.
본 발명의 일 구현예에 따른 이종금속으로 개질된 이트륨 히드록시카보네이트는 약 10nm 이하의 기공크기 피크를 나타내는 기공 크기 분포(pore size distribution)를 가진다. 상기 이종금속으로 개질된 이트륨 히드록시카보네이트는 약 1 nm 내지 약 7 nm, 좋게는 약 2nm 내지 약 6nm, 더 좋게는 약 3 nm 내지 약 4nm 의 피크를 나타내는 기공 크기 분포를 가질 수도 있다. 상기 기공크기는 구형의 경우는 직경을 의미하고 구형이 아닌 경우에는 가장 긴 축의 길이를 의미한다. 상기 기공 크기 분포를 가지는 경우 중금속에 대한 흡착성능을 향상시킬 수 있다.
상기 이종금속으로 개질된 이트륨 히드록시카보네이트는 이트륨 베이직 카보네이트(yittrium basic carbonate, Y(OH)CO3이다.
상기 이종금속으로 개질된 이트륨 히드록시카보네이트는 약 10nm 이하의 작은 기공크기를 가짐으로써 비표면적을 크게 개선할 수 있다. 상기 이종금속으로 개질된 이트륨 히드록시카보네이트는 약 20 m2/g 내지 약 260 m2/g, 좋게는 약 70 m2/g 내지 약 260 m2/g의 비표면적을 가진다. 이와 같이 증가된 비표면적은 표면에 존재하는 중금속 흡착사이트를 더 많이 표면에 노출시킬 수 있으며 이로써 상기 이종금속으로 개질된 이트륨 히드록시카보네이트의 중금속 흡착성능(capacity)을 향상시킬 수 있다.
상기 이종금속으로 개질된 이트륨 히드록시카보네이트는 약 0.1 내지 약 0.7 cc/g, 좋게는 약 0.2내지 약 0.5 cc/g의 기공 부피(pore volume)를 가질 수 있다. 상기 기공 부피를 가지는 경우 상기 이종금속으로 개질된 이트륨 히드록시카보네이트의 중금속에 대한 흡착성능을 향상시킬 수 있다. 상기 이종금속은 이트륨(Y)을 제외한 금속으로 전이금속, 희토류 원소, 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 14족 원소 및 이들의 조합에서 선택될 수 있다. 상기 전이금속은 티타늄(Ti), 바나듐(V), 망간(Mn), 크롬(Cr), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni) 및 이들의 조합에서 선택될 수 있고, 상기 알칼리 금속과 알칼리 토금속은 칼슘(Ca), 마그네슘(Mg) 및 이들의 조합에서 선택될 수 있고, 상기 14족 원소로는 실리콘(Si)을 들 수 있다.
상기 이종금속은 상기 이종금속으로 개질된 이트륨 히드록시카보네이트 총량에 대하여 약 0.1 내지 약 20 중량%, 좋게는 약 0.5 내지 약 12.5 중량%로 함유될 수 있다. 상기 범위에서 이종금속이 이트륨 히드록시카보네이트 구조에 함유되는 경우 이트륨 히드록시카보네이트의 물성을 저해하지 않으면서 이트륨 히드록시카보네이트의 구조를 효과적으로 개질할 수 있다.
상기 이종금속은 이트륨 히드록시카보네이트 구조에 이종금속의 산화물(MOx, 여기에서 M은 이종금속이고 x는 M의 가수에 따라 결정됨) 형태로 존재할 수 있다.
상기 이종금속은 이트륨 히드록시카보네이트의 구조를 개질하여 중금속 흡착성능을 향상시킬 수 있다. 즉 개질되지 않은 이트륨 히드록시카보네이트는 약 120 내지 약 160nm의 구상의 형태를 가지나 상기 이종금속으로 개질된 이트륨 히드록시카보네이트는 무정형(shapeless)의 불규칙한 구조를 가진다. 상기 무정형 구조는 약 10nm 내지 약 30nm의 평균 입경을 가지는 입자를 포함한다. 상기 범위의 평균 입경을 가지는 입자로 이루어진 무정형 구조는 이종금속으로 개질된 이트륨 히드록시카보네이트의 흡착성능을 개선시킬 수 있다.
또한 상기 무정형의 불규칙한 구조는 약 5nm 내지 약 200 nm, 좋게는 약 10nm 내지 약 150nm, 더 좋게는 약 15nm 내지 약 50nm의 평균 기공 크기를 가지는 기공을 포함한다. 여기에서 기공 크기는 기공의 가장 긴 축의 길이를 의미한다. 상기 범위의 평균 기공 크기를 가지는 기공을 포함하는 무정형 구조는 이종금속으로 개질된 이트륨 히드록시카보네이트의 흡착성능을 개선시킬 수 있다.
또한 상기 이종금속으로 개질된 이트륨 히드록시카보네이트는 비정질(amorphous) 구조를 가진다.
상기 이종금속으로 개질된 이트륨 히드록시카보네이트는 상기와 같은 비표면적, 기공크기 등의 구조를 가짐으로써 중금속 흡착제로 유용하게 사용될 수 있다. 중금속이 비소인 경우 이종금속으로 개질된 이트륨 히드록시카보네이트의 흡착 메커니즘은 하기 반응식 1과 같다.
[반응식 1]
pH 7.5 내지 9.0: M-Y(OH)CO3 + HAsO4 2 - → M-Y(OH)AsO4 + CO3 2 -
pH 9.8 내지 10.5: M-Y(OH)CO3 + 2H2AsO3 - → M-Y(OH)(H2AsO3)2 + CO3 2 -
pH 3.5 내지 6.5: M-Y(OH)CO3 + 3H2AsO4 - → M-Y(H2AsO4)3 + CO3 2 - + OH-
상기 반응식 1에서, M은 이종금속을 의미한다.
상기 반응식 1에서 보는 바와 같이 pH 7.5 이상에서는 화학적 흡착이, 그리고 pH 가 6.5 이하에서는 화학적 흡착과 동시에 M-Y(OH)CO3 의 부분적 용해에 의한 침전반응을 통해 물 속의 As가 제거된다.
상기 이종금속으로 개질된 이트륨 히드록시카보네이트는 중금속 흡착/제거 성능이 우수하여, 물 속에 미네랄을 보존하면서도 물 속에 존재하는 중금속 이온을 선택적으로 흡착/제거하여 식용에 적합한 맛있는 물을 제공할 수 있다.
상기 이종금속으로 개질된 이트륨 히드록시카보네이트는 이트륨-함유 염 및 이종금속-함유 염을 공침반응시켜 제조할 수 있다. 즉 이트륨-함유 염 및 이종금속-함유 염을 포함하는 수용액을 준비하는 단계; 상기 수용액에 요소를 첨가하여 혼합물을 제조하는 단계; 상기 혼합물의 pH를 6 내지 8로 조절하여 침전물을 얻는 단계; 및 상기 침전물을 건조하는 단계에 의해 이종금속으로 개질된 이트륨 히드록시카보네이트를 제조될 수 있다.
상기 이종금속-함유 염은 상기 이종금속은 이트륨(Y)을 제외한 금속을 의미한다. 상기 이종금속-함유 염의 구체적인 예로는 전이금속, 희토류 원소, 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 14족 원소 및 이들의 조합에서 선택되는 이종 금속을 함유하는 염을 들 수 있다. 상기 전이금속은 티타늄(Ti), 바나듐(V), 망간(Mn), 크롬(Cr), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni) 및 이들의 조합에서 선택될 수 있고, 상기 알칼리 금속과 알칼리 토금속은 칼슘(Ca), 마그네슘(Mg) 및 이들의 조합에서 선택될 수 있고, 상기 14족 원소로는 실리콘(Si)을 들 수 있다.
상기 이트륨-함유 염과 이종금속-함유 염의 형태는 특별히 한정되는 것은 아니며 클로라이드와 같은 할로겐화물(halide), 질산염, 황산염, 염소산염(chlorate) 등이 사용될 수 있다. 이트륨 히드록시카보네이트가 2이상의 이종금속으로 개질되는 경우 이종금속-함유 염을 2종 이상 각각 혼합하여 사용할 수도 있고 2 이상의 이종금속을 포함하는 복합 금속 염을 사용할 수도 있다. 상기 이종금속에 따라 적합한 염의 형태는 용이하게 선택될 수 있다.
상기 pH은 염기성 용액을 첨가하는 방법으로 조절될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 염기성 용액은 pH 9 내지 14의 알칼리 금속염 용액, 알칼리 토금속염 용액, 전이금속염 용액, 암모니아수, 암모늄염 용액 등이 사용될 수 있다. 상기 염기성 용액은 약 0.01M 내지 약 2M, 구체적으로는 약 0.1M 내지 약 1.5M의 농도로 사용될 수 있다. 상기 염기성 용액의 구체적인 예로는 LiOH 용액, NaOH 용액, KOH 용액, NaHCO3 용액, Na2CO3 용액, Ca(OH)2 용액, Cu(OH)2 용액, Fe(OH)2 용액, 수산화암모늄 용액, 수산화테트라메틸암모늄 용액, 수산화테트라부틸암모늄 용액, 암모니아수 등이 있다.
상기 침전물의 건조 공정은 약 80℃ 내지 약 200℃에서 실시할 수 있다.
상기 이종금속으로 개질된 이트륨 히드록시카보네이트는 흡착제로 정수기 필터 장치에 적용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 필터 장치(10)의 개략도이다. 도 1을 참조하면, 필터 장치(10)는 케이스(20)에 충진된 흡착제(30)를 포함한다.
상기 흡착제(30)는 물 속에 존재하는 중금속 또는 염소 소독 부산물 등을 흡착할 수 있는 흡착 기능을 수행한다. 상기 흡착제(30)는 물속에서 3가나 5가 형태인 H3AsO3, H2AsO4 -, HAsO4 2 - 등의 산소산 형태의 이온(oxyanion) 형태로 존재하는 비소를 흡착할 수 있는 이종금속으로 개질된 이트륨 히드록시카보네이트이다. 도 1에는 상기 흡착제(30)가 케이스(20)에 충진된 경우를 도시하였으나, 상기 흡착제(30)는 케이스(20)의 내벽에 나노 입자 상태로 코팅될 수도 있고 박막 형태로 증착될 수도 있다.
이하 실시예를 통해서 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 다만 하기의 실시예는 단지 설명의 목적을 위한 것이며 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다.
비교예
1: Y(
OH
)CO
3
제조
0.2M 이트륨 클로라이드(yttrium chloride, YCl3) 50ml와 0.5M 요소(urea) 400ml를 혼합한 후 0.1M NaOH를 첨가하여 pH 를 6.5로 조정한다. 히팅 플레이트에서 95℃로 1시간 동안 가열하여 침전물을 형성한다. 증류수로 침전물을 세척한 다음 건조 오븐에서 24시간 105℃에서 건조하여 Y(OH)CO3 를 제조한다.
비교예
1:
TiO
2
제조
0.2M Ti2(SO4)3 50ml를 혼합한 후 요소 400ml를 혼합한 다음 pH 를 6.5로 조정한다. 히팅 플레이트에서 95℃로 1시간 동안 가열하여 침전물을 형성한다. 증류수로 침전물을 세척한 다음 건조 오븐에서 24시간 105℃에서 건조하여 TiO2 (anatase)를 제조한다.
실시예
1:
Ti
-
개질된
Y(
OH
)CO
3
제조
0.2M 이트륨 클로라이드 40ml와 0.2M Ti2(SO4)3 10ml를 혼합한 후 요소 400ml를 혼합한 다음 0.1M NaOH를 첨가하여 pH 를 6.5로 조정한다. 히팅 플레이트에서 95℃로 1시간 동안 가열하여 침전물을 형성한다. 증류수로 침전물을 세척한 다음 건조 오븐에서 24시간 105℃에서 건조하여 Ti이 2.5 중량% 함유된 Ti-개질된 Y(OH)CO3 를 제조한다.
실시예
2:
Ti
-
개질된
Y(
OH
)CO
3
제조
0.2M 이트륨 클로라이드 30ml와 0.2M Ti2(SO4)3 20ml를 혼합한 후 요소 400ml를 혼합한 다음 0.1M NaOH를 첨가하여 pH 를 6.5로 조정한다. 히팅 플레이트에서 95℃로 1시간 동안 가열하여 침전물을 형성한다. 증류수로 침전물을 세척한 다음 건조 오븐에서 24시간 105℃에서 건조하여 Ti이 8.25 중량% 함유된 Ti-개질된 Y(OH)CO3 를 제조한다.
모폴로지
분석
상기 비교예 1 및 실시예 2에 따라 제조된 Ti-개질된 Y(OH)CO3의 투과 전자 현미경(TEM) 사진을 도 2와 도 3에 각각 도시한다.
도 2에서 보는 바와 같이 비교예 1의 Y(OH)CO3는 약 120 내지 약 160 nm 크기의 구상의 형태를 가진다. 이에 비하여 도 3에서 보는 바와 같이 실시예 2의 Ti-개질된 Y(OH)CO3는 그 입자 크기가 약 10 내지 약 30 nm 크기로 작아지며 모폴로지(morphology)도 무정형 형태임을 알 수 있다.
BET
표면적, 평균 기공 크기 및 기공 부피
상기 비교예 1에 따라 제조된 Y(OH)CO3, 비교예 2에 따른 TiO2 (anatase) 및 실시예 1과 2에 따라 제조된 Ti-개질된 Y(OH)CO3의 BET 표면적을 측정하여 하기 표 1에 기재한다. 또한 상기 비교예 1에 따라 제조된 Y(OH)CO3, 비교예 2에 따른 TiO2(anatase) 및 실시예 1과 2에 따라 제조된 Ti-개질된 Y(OH)CO3의 평균 기공 크기와 기공 부피를 측정하여 하기 표 1에 함께 기재한다. 상기 평균 기공 크기는 77K에서 N2 흡착/탈착 등온선(adsorption/desorption isotherm)의 결과 값을 BET법으로 분석하여 얻었으며, 기공부피는 77K에서 N2 흡착/탈착 등온선의 결과값을 이용하여 BJH 탈착 곡선(BJH desorption curve)에서 얻은 값이다.
비소 흡착 시험
상기 비교예 1에 따라 제조된 Y(OH)CO3, 비교예 2에 따른 TiO2(anatase) 및 실시예 1과 2에 따라 제조된 Ti-개질된 Y(OH)CO3 각각 0.05g과 초기농도 1000mg/L의 비소용액(pH: 7) 50ml를 24시간 동안 25℃에서 반응시킨다. 그런 다음 용액을 필터링한 후 ICP-OES(Inductively Coupled Plasma-Optical Emission Spectrometers)를 이용하여 용액의 비소변화량을 분석한다. 그 결과를 하기 표 1에 기재한다.
| 비교예 1 | 비교예 2 | 실시예 1 | 실시예 2 | |
| BET 표면적 (m2/g) | 1 | 261 | 82 | 168 |
| 평균 기공 크기 (nm) | 8.7 | 3.1 | 16.3 | 8.5 |
| 기공 부피 (cc/g) | 0.01 | 0.19 | 0.39 | 0.50 |
| As 흡착량(mg/g) | 246 | 3 | 332 | 328 |
표 1에서 비교예 1의 Y(OH)CO3 는 비표면적이 1 m2/g 으로 매우 작으나 실시예 1 및 2의 Ti로 개질된 Y(OH)CO3 는 각각 82 m2/g 및 168 m2/g 의 큰 비표면적을 나타내었다.
As 흡착량을 살펴보면 비교예 1의 Y(OH)CO3 는 246 mg/g로 흡착량이 우수한 것으로 나타났으며 실시예 1 및 실시예 2의 Ti로 개질된 Y(OH)CO3 는 각각 332 mg/g 및 328 mg/g으로 비교예 1의 Y(OH)CO3 에 비하여 개선된 것으로 나타났다. 이에 비하여 비표면적이 큰 비교예 2의 TiO2 (anatase)는 As 흡착량이 3 mg/g으로 매우 작은 것을 알 수 있다. 이러한 결과는 기존의 비표면적이 거의 없는 Y(OH)CO3 에 Ti가 공침되면서 새로운 기공구조가 Y(OH)CO3 에 형성되었기 때문인 것으로 예상된다.
상기 비교예 1에 따라 제조된 Y(OH)CO3, 비교예 2에 따른 TiO2(anatase) 및 실시예 1과 2에 따라 제조된 Ti-개질된 Y(OH)CO3의 기공구조를 분석하여 도 4에 도시한다. 도 4의 결과를 살펴보면 비교예 1의 Y(OH)CO3 의 경우 기공이 거의 없는 구조인 반면에 비교예 2의 TiO2(anatase)는 약 3.5nm 크기를 가지는 기공에서만 큰 부피를 가지는 결과를 나타내었다. 이에 반해 실시예 1 및 2의 Ti로 개질된 Y(OH)CO3 는 약 3.5nm 크기를 가지는 기공의 기공 크기 분포가 잘 발달되어 있음을 알 수 있다. 이로부터 Ti 가 TiO2 (anatase) 상으로 존재하면서 TiO2(anatase)와 유사한 약 3.5nm 크기의 기공을 보이는 것이라고 예상된다. 또한 실시예 1 및 2의 Ti로 개질된 Y(OH)CO3 는 비교예 1의 Y(OH)CO3 와 비교예 2의 TiO2(anatase)의 단독 상에서는 보이지 않는 약 5 nm 내지 약 100 nm 크기의 기공이 새롭게 발달한 것을 확인할 수 있다. 이는 Ti 가 공침되면서 Y(OH)CO3 에 새롭게 생긴 기공이라고 여겨지며 이렇게 생긴 기공에 의하여 비교예 1의 Y(OH)CO3 에 비해 비표면적을 증가시키고 As가 결합할 수 있는 자리(site)가 생성된 것으로 생각된다. 이는 As 의 흡착성능 향상에 크게 기여한 것으로 여겨진다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구 범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.
10: 필터 장치 20: 케이스
30: 흡착제
30: 흡착제
Claims (18)
10nm 이하의 기공 크기(pore diameter) 피크를 나타내는 기공 크기 분포(pore size distribution)를 가지는, 이종금속으로 개질된(modified) 이트륨 히드록시카보네이트.
제1항에 있어서,
상기 이종금속으로 개질된 이트륨 히드록시카보네이트는 1 nm 내지 7nm의 피크를 나타내는 기공 크기 분포를 가지는, 이종금속으로 개질된 이트륨 히드록시카보네이트.
상기 이종금속으로 개질된 이트륨 히드록시카보네이트는 1 nm 내지 7nm의 피크를 나타내는 기공 크기 분포를 가지는, 이종금속으로 개질된 이트륨 히드록시카보네이트.
제1항에 있어서,
상기 이종금속으로 개질된 이트륨 히드록시카보네이트는 20 m2/g 내지 260 m2/g의 비표면적을 가지는, 이종금속으로 개질된 이트륨 히드록시카보네이트.
상기 이종금속으로 개질된 이트륨 히드록시카보네이트는 20 m2/g 내지 260 m2/g의 비표면적을 가지는, 이종금속으로 개질된 이트륨 히드록시카보네이트.
제1항에 있어서,
상기 이종금속으로 개질된 이트륨 히드록시카보네이트는 0.1 내지 0.7 cc/g의 기공부피(pore volume)를 가지는, 이종금속으로 개질된 이트륨 히드록시카보네이트.
상기 이종금속으로 개질된 이트륨 히드록시카보네이트는 0.1 내지 0.7 cc/g의 기공부피(pore volume)를 가지는, 이종금속으로 개질된 이트륨 히드록시카보네이트.
제1항에 있어서,
상기 이종금속은 전이금속, 희토류 원소, 알칼리 금속, 알칼리 토금속 및 14족 원소 및 이들의 조합에서 선택되는, 이종금속으로 개질된 이트륨 히드록시카보네이트.
상기 이종금속은 전이금속, 희토류 원소, 알칼리 금속, 알칼리 토금속 및 14족 원소 및 이들의 조합에서 선택되는, 이종금속으로 개질된 이트륨 히드록시카보네이트.
제5항에 있어서,
상기 이종금속은 티타늄(Ti), 바나듐(V), 망간(Mn), 크롬(Cr), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 칼슘(Ca), 마그네슘(Mg), 실리콘(Si) 및 이들의 조합에서 선택되는, 이종금속으로 개질된 이트륨 히드록시카보네이트.
상기 이종금속은 티타늄(Ti), 바나듐(V), 망간(Mn), 크롬(Cr), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 칼슘(Ca), 마그네슘(Mg), 실리콘(Si) 및 이들의 조합에서 선택되는, 이종금속으로 개질된 이트륨 히드록시카보네이트.
제1항에 있어서,
상기 이종금속은 상기 이종금속으로 개질된 이트륨 히드록시카보네이트 총량에 대하여 0.1 내지 20 중량%로 함유되는, 이종금속으로 개질된 이트륨 히드록시카보네이트.
상기 이종금속은 상기 이종금속으로 개질된 이트륨 히드록시카보네이트 총량에 대하여 0.1 내지 20 중량%로 함유되는, 이종금속으로 개질된 이트륨 히드록시카보네이트.
제7항에 있어서,
상기 이종금속은 상기 이종금속으로 개질된 이트륨 히드록시카보네이트 총량에 대하여 0.5 내지 12.5 중량%로 함유되는 이종금속으로 개질된 이트륨 히드록시카보네이트.
상기 이종금속은 상기 이종금속으로 개질된 이트륨 히드록시카보네이트 총량에 대하여 0.5 내지 12.5 중량%로 함유되는 이종금속으로 개질된 이트륨 히드록시카보네이트.
제1항에 있어서,
상기 이종금속은 이트륨 히드록시카보네이트 구조에 이종금속의 산화물(MOx, 여기에서 M은 이종금속이고 x는 M의 가수에 따라 결정됨) 형태로 존재하는, 이종금속으로 개질된 이트륨 히드록시카보네이트.
상기 이종금속은 이트륨 히드록시카보네이트 구조에 이종금속의 산화물(MOx, 여기에서 M은 이종금속이고 x는 M의 가수에 따라 결정됨) 형태로 존재하는, 이종금속으로 개질된 이트륨 히드록시카보네이트.
제1항에 있어서,
상기 이종금속으로 개질된 이트륨 히드록시카보네이트는 무정형(shapeless) 구조를 가지는, 이종금속으로 개질된 이트륨 히드록시카보네이트.
상기 이종금속으로 개질된 이트륨 히드록시카보네이트는 무정형(shapeless) 구조를 가지는, 이종금속으로 개질된 이트륨 히드록시카보네이트.
제10항에 있어서,
상기 무정형 구조는 10nm 내지 30nm의 평균 입경을 가지는 입자를 포함하는, 이종금속으로 개질된 이트륨 히드록시카보네이트.
상기 무정형 구조는 10nm 내지 30nm의 평균 입경을 가지는 입자를 포함하는, 이종금속으로 개질된 이트륨 히드록시카보네이트.
제10항에 있어서,
상기 무정형 구조는 5 내지 200 nm의 평균 기공 크기를 가지는 기공을 포함하는, 이종금속으로 개질된 이트륨 히드록시카보네이트.
상기 무정형 구조는 5 내지 200 nm의 평균 기공 크기를 가지는 기공을 포함하는, 이종금속으로 개질된 이트륨 히드록시카보네이트.
제1항 내지 제12항에 따른 이종금속으로 개질된 이트륨 히드록시카보네이트를 포함하는 중금속 흡착제.
제13항에 있어서,
상기 중금속 흡착제는 비소 흡착제인 중금속 흡착제.
상기 중금속 흡착제는 비소 흡착제인 중금속 흡착제.
제13항에 있어서,
상기 중금속 흡착제는 비소 흡착성능이 250mg/g 이상인 중금속 흡착제.
상기 중금속 흡착제는 비소 흡착성능이 250mg/g 이상인 중금속 흡착제.
이트륨-함유 염 및 이종금속-함유 염을 포함하는 수용액을 준비하는 단계;
상기 수용액에 요소(urea)를 첨가하여 혼합물을 제조하는 단계;
상기 혼합물의 pH를 6 내지 8로 조절하여 침전물을 얻는 단계; 및
상기 침전물을 건조하는 단계를 포함하는,
제1항 내지 제12항에 따른 이종금속으로 개질된 이트륨 히드록시카보네이트의 제조방법.
상기 수용액에 요소(urea)를 첨가하여 혼합물을 제조하는 단계;
상기 혼합물의 pH를 6 내지 8로 조절하여 침전물을 얻는 단계; 및
상기 침전물을 건조하는 단계를 포함하는,
제1항 내지 제12항에 따른 이종금속으로 개질된 이트륨 히드록시카보네이트의 제조방법.
제16항에 있어서,
상기 이종 금속-함유 염은 전이금속, 희토류 원소, 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 14족 원소 및 이들의 조합에서 선택되는 이종금속을 포함하는, 이종금속으로 개질된 이트륨 히드록시카보네이트의 제조방법.
상기 이종 금속-함유 염은 전이금속, 희토류 원소, 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 14족 원소 및 이들의 조합에서 선택되는 이종금속을 포함하는, 이종금속으로 개질된 이트륨 히드록시카보네이트의 제조방법.
제1항 내지 제12항에 따른 이종금속으로 개질된 이트륨 히드록시카보네이트를 중금속 흡착제로 포함하는 필터 장치.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020110122370A KR20130056649A (ko) | 2011-11-22 | 2011-11-22 | 이종금속으로 개질된 이트륨 히드록시카보네이트, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 중금속 흡착제와 필터장치 |
| US13/449,744 US20130129592A1 (en) | 2011-11-22 | 2012-04-18 | Yttrium hydroxycarbonate modified with heterogeneous metal, method of preparing the same, and adsorbent and filter device including the same |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020110122370A KR20130056649A (ko) | 2011-11-22 | 2011-11-22 | 이종금속으로 개질된 이트륨 히드록시카보네이트, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 중금속 흡착제와 필터장치 |
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| Publication Number | Publication Date |
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| KR20130056649A true KR20130056649A (ko) | 2013-05-30 |
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ID=48427157
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| KR1020110122370A KR20130056649A (ko) | 2011-11-22 | 2011-11-22 | 이종금속으로 개질된 이트륨 히드록시카보네이트, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 중금속 흡착제와 필터장치 |
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|---|---|---|---|---|
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| US10023479B2 (en) | 2013-06-12 | 2018-07-17 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Capacitive deionization apparatus and methods of treating a fluid using the same |
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