KR20150028654A - 토양 중금속 제거용 바이오차 비드 및 이의 제조 방법 - Google Patents

토양 중금속 제거용 바이오차 비드 및 이의 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20150028654A
KR20150028654A KR20130107573A KR20130107573A KR20150028654A KR 20150028654 A KR20150028654 A KR 20150028654A KR 20130107573 A KR20130107573 A KR 20130107573A KR 20130107573 A KR20130107573 A KR 20130107573A KR 20150028654 A KR20150028654 A KR 20150028654A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
sodium alginate
biomass
calcium chloride
mixture
bio
Prior art date
Application number
KR20130107573A
Other languages
English (en)
Inventor
이호철
김호진
Original Assignee
주식회사 포이엔
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 포이엔 filed Critical 주식회사 포이엔
Priority to KR20130107573A priority Critical patent/KR20150028654A/ko
Publication of KR20150028654A publication Critical patent/KR20150028654A/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/02—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
    • B01J20/20—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising free carbon; comprising carbon obtained by carbonising processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/22—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising organic material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B09—DISPOSAL OF SOLID WASTE; RECLAMATION OF CONTAMINATED SOIL
    • B09C—RECLAMATION OF CONTAMINATED SOIL
    • B09C1/00—Reclamation of contaminated soil
    • B09C1/08—Reclamation of contaminated soil chemically

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Soil Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Processing Of Solid Wastes (AREA)

Abstract

본 발명은 중금속 제거의 지속성이 보장되면서 중금속의 제거가 효과적으로 이루어지고 2차 오염의 발생이 현저히 저감되도록 하는 토양 중금속 제거용 바이오차 비드에 관한 것으로, 본 바이오차 비드는 1 내지 2%의 알긴산 나트륨 수용액과 바이오차의 균질화된 혼합물이고, 상기 혼합물의 혼합 비율은 1:1 내지 1:3이며, 상기 혼합물에 0.05 내지 0.5몰/L의 염화칼슘이 상기 혼합물의 전체 중량의 1 내지 3%로 첨가된다.

Description

토양 중금속 제거용 바이오차 비드 및 이의 제조 방법{BIOCHAR BEADS FOR REMOVING HEAVY METALS OF SOIL AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 토양에 함유된 중금속을 제거하는데 사용되는 토양 중금속 제거용 바이오차 비드 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 중금속 제거의 지속성이 보장되면서 중금속의 제거가 효과적으로 이루어지고 2차 오염의 발생이 현저히 저감되도록 하는 토양 중금속 제거용 바이오차 비드 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
전세계적으로 산업발달의 가속화와 인구증가로 말미암아 부수적으로 발생하는 방대한 양의 도시, 산업, 준설, 광산, 핵 등의 폐기물과 사용량이 계속 증가하고 있는 화학약품, 유류, 농약 등과 같은 화학물질의 부적절한 취급과 처분으로 인하여 토양의 오염 심화되어 가고 있다.
일반적으로 공장지대, 금속광산 및 교통산업지구 부근의 지역에는 이례적으로 고농도의 중금속이 함유하고 있는 것으로 나타나고 있다. 각종 산업공단에서는 제품제조 및 공장가동을 위하여 많은 화학약품이 사용되고 있다. 특히 농경지, 군부대 등지에서는 탄약, 화학약품, 살충제 등이 많이 사용되고 있다. 그리고 금속광산 등지에서는 금속, 중금속 등의 유해물질이 발생되고 있다.
특히 이러한 지역은 Pb, Cd, Hg, As 그리고 기타 다른 중금속 등 여러 종류의 중금속으로 오염되어 있다. 최근에 생활권으로 유입되는 중금속의 양이 증가함으로써 이를 접하는 기회가 증가하게 되고 따라서 이의 처리에 대한 관심이 고조되고 있다.
이와 같은 화학약품에 포함된 중금속은 그 양을 측정할 수 없을 만큼 대량 발생되고 있는 실정이다. 이와 같은 중금속이 외부로 유출되게 되면 수질, 토양 등이 오염되게 된다. 이와 같이 토양이 중금속에 의해 오염될 경우 환경적인 측면에서는 인간 및 자연 생태계에 나쁜 영향 미친다.
따라서 중금속에 오염된 토양을 정화시키기 위한 노력 및 연구가 진행되어 왔다. 중금속 오염토양 정화에는 토양 세척, 동전기 추출, 토양 안정화, 매립차단 공법 등이 일반적으로 많이 사용되고 있다.
상기한 공법들 중 동전기 추출공법은 토양에 함유된 중금속을 직류전류를 이용하여 오염물질을 추출하는 공법이다. 동전기 추출공법은 오염토양으로부터 수용성 중금속을 중심으로 추출하며 일정 수준 이상의 수분함량을 유지하여만 높은 추출효율을 나타낸다. 일부 현장에서 약산성 중금속 용출용액을 사용하여 공법을 적용하는 사례도 있으나 중금속 용출에 한계가 있어 매우 제한적인 현장에서만 적용이 가능한 것이다.
또한 우리나라에서는 중금속에 오염된 토양에 흡착제, 침전제 등을 투입하여 중금속의 독성, 가용성, 이동성을 저감시키는 토양 안정화공법을 많이 적용하고 있으며, 석회, 제강슬래그 등을 안정화제로 많이 활용하고 있다. 토양에 투입된 석회, 제강슬래그는 토양 pH를 상승시켜 가용성이 높은 중금속을 수산화물 혹은 탄산염의 형태로 전환시킬 수 있으나, 계속적으로 발생하는 산성 강우와 중화제의 짧은 효용수명 등으로 인하여 토양 안정화공법 역시 장기적인 토양복원 효과를 담보할 수 없다는 문제점이 있다.
이에 지속성이 보장되면서 효과적으로 중금속을 제거할 수 있고 2차 오염의 발생이 현저히 저감되는 토양의 중금속 제거제의 개발이 절실히 요구되고 있는 실정이다.
공개특허 제2011-0008763호"토양 내 중금속 제거장치"(2011.01.27)
이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로,
본 발명의 목적은, 중금속 제거의 지속성이 보장되면서 중금속의 제거가 효과적으로 이루어지고 2차 오염의 발생이 현저히 저감되도록 하는 토양 중금속 제거용 바이오차 비드 및 이의 제조 방법을 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 간단하게 바이오차 비드의 구형을 형성할 수 있도록 하여 공정이 보다 간단해지도록 하는 토양 중금속 제거용 바이오차 비드의 제조 방법을 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 "토양 중금속 제거용 바이오차 비드"는, 1 내지 2%의 알긴산 나트륨 수용액과 바이오차의 균질화된 혼합물이고, 상기 혼합물의 혼합 비율은 1:1 내지 1:3이며, 상기 혼합물에 0.05 내지 0.5몰/L의 염화칼슘이 상기 혼합물의 전체 중량의 1 내지 3%로 첨가되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 "토양 중금속 제거용 바이오차 비드"는, 그 입자 직경이 2 내지 5mm인 것을 특징으로 한다.
한편, 상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 "토양 중금속 제거용 바이오차 비드의 제조 방법"은, 바이오매스를 파쇄하고 스크리닝하여 불순물을 제거한 후에 건조시켜 바이오매스를 준비하는 바이오매스 준비 단계와; 상기 준비된 바이오매스를 밀폐된 용기에 수용하고 무산소 분위기에서 간접 가열하여 상기 바이오매스를 열분해시켜 바이오차를 제조하는 바이오차 제조 단계와; 상기 제조된 바이오차를 분쇄하는 바이오차 분쇄 단계와; 상기 분쇄된 바이오차에 알긴산 나트륨 수용액을 넣고 균질하게 혼합하는 알긴산 나트륨 혼합 단계와; 상기 바이오차와 알긴산 나트륨의 혼합물에 염화칼슘 용액을 첨가하여 상기 혼합물을 고형화시켜 비드를 형성하는 비드 형성 단계를; 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 "토양 중금속 제거용 바이오차 비드의 제조 방법"의 상기 알긴산 나트륨 혼합 단계에서, 상기 알긴산 나트륨 수용액의 농도는 1 내지 2%이고, 상기 바이오차와 알긴산 나트륨 수용액의 혼합 비율이 1:1 내지 1:3인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 "토양 중금속 제거용 바이오차 비드의 제조 방법"의 상기 비드 형성 단계에서, 상기 혼합물을 상기 염화칼슘 용액에 자유 낙하시킴에 따라 구형의 비드를 형성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 "토양 중금속 제거용 바이오차 비드의 제조 방법"의 상기 비드 형성 단계에서, 상기 염화칼슘의 농도는 0.05 내지 0.5몰/L인 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같은 본 발명은, 중금속 제거의 지속성이 보장되어 사용상의 편의성이 향상되고, 중금속의 제거가 효과적으로 이루어지며, 2차 오염의 발생이 현저히 저감되어 사용상의 안전성이 향상되는 효과를 갖는다.
또한, 본 발명은, 간단하게 바이오차 비드의 구형을 형성할 수 있도록 하여 공정이 보다 간단해지고, 그에 따라 비드의 생산성이 향상되는 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명에 따른 바이오차 비드의 pH 상승 실험 결과를 보인 그래프,
도 2는 본 발명에 따른 바이오차 비드의 카드뮴 제거 실험 결과를 보인 그래프,
도 3은 본 발명에 따른 바이오차 비드의 구리 제거 실험 결과를 보인 그래프,
도 4는 본 발명에 따른 바이오차 비드의 납 제거 실험 결과를 보인 그래프,
도 5는 본 발명에 따른 바이오차 비드의 제조 방법을 보인 단계도,
도 6은 본 발명의 방법에 따라 제조된 바이오차 비드를 보인 사진.
이하 본 발명의 바람직한 실시예가 도시된 첨부 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 다수의 상이한 형태로 구현될 수 있고, 기술된 실시예에 제한되지 않음을 이해하여야 한다.
본 발명에 따른 토양 중금속 제거용 바이오차 비드는 1 내지 2%의 알긴산 나트륨 수용액과 바이오차의 균질화된 혼합물이고, 상기 혼합물의 혼합 비율은 1:1 내지 1:3이며, 상기 혼합물에 0.05 내지 0.5몰/L의 염화칼슘이 상기 혼합물의 전체 중량의 1 내지 3%로 첨가된다.
상기 바이오차(biochar)는 바이오매스(biomass)를 열분해하여 제조되는 것이다. 여기서, 바이오매스는 에너지 전용의 작물과 나무, 농산품과 사료작물, 농작 폐기물과 찌꺼기, 임산 폐기물과 부스러기, 수초, 동물의 배설물, 도시 쓰레기, 그리고 여타의 폐기물에서 추출된 재생 가능한 유기 물질로 현재 에너지원으로 사용되고 있는 목재, 식물, 농ㅇ임산 부산물, 도시 쓰레기와 산업 폐기물 내의 유기 성분 등을 말한다.
이와 같은 바이오매스 중에서 특히 본 발명에 적합한 바이오매스는 목질계 바이오매스이며, 이와 같은 목질계 바이오매스로는 나무껍질, 임목 부산물, 톱밥 등이 있다.
상기 바이오차는 본 비드의 주요 성분으로써, 천연 소재이기 때문에 토양에 투여 시에 토양의 2차 오염을 거의 유발하지 않게 된다. 또한, 상기 바이오차는 큰 비표면적과 다공성 구조에 의해 양이온의 흡착과 높은 pH 특성을 가짐으로써, 중금속 흡착성이 매우 탁월하다.
상기 알긴산 나트륨(sodium alginate)은 알기네이트(alginate)를 Na로 포화시켜 제조한 것으로, Ca가 함유된 용액에 투입되면 Ca와 Na의 순간적인 치환작용으로 인해 고형화되는 특성이 있다.
이와 같은 상기 알긴산 나트륨의 특성에 의해 상기 알긴산 나트륨은 상기 바이오차와 혼합된 후에 상기 염화칼슘의 첨가로 상기 바이오차를 고형화시키는 역할을 한다.
여기서, 상기 알기네이트는 해양 생물인 해초류에서 추출한 물질로서, 물에 대한 용해도가 좋고 특유의 점성과 금속이나 양이온을 흡착하는 특성이 탁월한 물질이다.
또한, 본 토양 중금속 제거용 바이오차 비드는 그 입자 직경이 2 내지 5mm인 것이 바람직한데, 이는 상기 비드의 입자 직경이 2mm보다 작으면 제조가 용이하지 않고 취급이 불편하고 중금속 흡착의 지속성이 저하되기 때문이고, 상기 비드의 지경이 5mm보다 크면 상기 알긴산 나트륨과 염화칼슘에 의해 상기 바이오차의 고형화가 상대적으로 어렵고 취급 중에 파손될 우려가 있기 때문이다.
상기 바이오차와 알긴산 나트륨 수용액의 혼합 비율은 1:1 내지 1:3인 것이 바람직한데, 이는 상기 바이오차에 대해 상기 알긴산 나트륨 수용액의 비율이 1:1보다 낮으면 상기 알긴산 나트륨과 염화칼슘의 반응에 의해 상기 바이오차의 고형화가 적절히 이루어지지 않게 되고, 상기 바이오차에 대해 상기 알긴산 나트륨 수용액의 비율이 1:3보다 높으면 상기 바이오차의 함량이 너무 저하되어 중금속에 대한 흡착효율이 현저히 저하되기 때문이다.
상기 염화칼슘은 상기 혼합물의 전체 중량의 1 내지 3%로 첨가되는데, 이는 상기 알긴산 나트륨의 용량에 맞추어 상기 알긴산 나트륨과 염화칼슘의 적절한 반응에 소요되는 상기 염화칼슘의 양을 실험으로 도출된 수치이다.
상기 바이오차와 알긴산 나트륨 수용액의 혼합 비율에 대해 상기 알긴산 나트륨 수용액의 농도가 1 내지 2%이고, 상기 염화칼슘의 농도가 0.05 내지 0.5몰/L인 것이 바람직한데, 이와 같은 상기 알긴산 나트륨과 염화칼슘의 농도는 실험에 의해 획득되었으며, 이런 실험의 과정과 결과는 아래에 설명된다.
이와 같이 상기 바이오차와 알긴산 나트륨 수용액의 혼합 비율이 1:1일 때, 상기 알긴산 나트륨과 염화칼슘의 농도에 따른 본 바이오차 비드에 대한 pH의 상승과 중금속 흡착 효과에 대한 실험 과정과 실험 결과를 설명하면 다음과 같다.
실험에 사용된 바이오차와 알긴산 나트륨의 혼합 비율은 1:1이고, 알긴산 나트륨의 농도는 1%, 1.5% 및 2%이며, 염화칼슘의 농도는 0.05몰/L, 0.1몰/L 및 0.5몰/L이다.
실험 1 : pH 상승 실험
바이오차를 미세하게 분쇄한 후에 미세하게 분쇄된 바이오차와 알긴산 나트륨 수용액을 1:1의 혼합비율로 균질 혼합기를 이용하여 완전히 균질하게 혼합하였다. 여기서, 상기 알긴산 나트륨 수용액의 농도를 1%, 1.5% 및 2%로 변경하고 상기 염화칼슘의 농도를 0.05몰/L, 0.1몰/L 및 0.5몰/L로 변경하여 총 9종류의 바이오차 비드를 제조하였다.
이와 같이 제조된 9종류의 바이오차 비드를 각각 증류수와 1:10(비드:증류수)의 비율로 혼합하여 희석한 후에 pH 미터를 이용하여 pH의 변화를 측정하였다.
이와 같이 측정된 pH의 변화에 대한 결과는 도 1에 그래프로 제시된다. 도 1의 그래프에서, DW는 증류수를, S1은 1% 알긴산 나트륨 수용액을, S1.5는 1.5% 알긴산 나트륨 수용액을, S2는 2% 알긴산 나트륨 수용액을, C0.05는 0.05몰/L의 염화칼슘을, C0.1은 0.1몰/L의 염화칼슘을, C0.5는 0.5몰/L의 염화칼슘을 나타낸다.
도 1의 그래프에 나타난 바와 같이, 1% 알긴산 나트륨 수용액에 0.5몰/L의 염화칼슘이 첨가되었을 때 pH 7.43으로 가장 낮은 pH를 보여주었고, 1% 알긴산 나트륨 수용액에 0.05몰/L의 염화칼슘이 첨가되었을 때 pH 9.07로 가장 높은 pH를 보여주었다. 아울러, 9종류의 비드가 대체로 증류수의 pH보다 높게 나타나 증류수의 pH를 상승시키는 효과를 보여주었다.
실험 2 : 카드뮴(Cd) 제거 실험
실험 1과 마찬가지로 바이오차를 미세하게 분쇄한 후에 미세하게 분쇄된 바이오차와 알긴산 나트륨 수용액을 1:1의 혼합비율로 균질 혼합기를 이용하여 완전히 균질하게 혼합하였다. 여기서, 상기 알긴산 나트륨 수용액의 농도를 1%, 1.5% 및 2%로 변경하고 상기 염화칼슘의 농도를 0.05몰/L, 0.1몰/L 및 0.5몰/L로 변경하여 총 9종류의 바이오차 비드를 제조하였다.
이와 같이 제조된 9종류의 바이오차 비드를 각각 카드뮴이 함유된 용액에 투입한 후에 24시간 동안 교반하여 혼합하고, 원자흡광분광광도계를 이용하여 카드뮴의 농도의 변화를 측정하였다.
이와 같이 측정된 카드뮴의 농도의 변화에 대한 결과는 도 2에 그래프로 제시된다. 도 2의 그래프에서, '원액'은 카드뮴이 함유된 용액의 원액을, S1은 1% 알긴산 나트륨 수용액을, S1.5는 1.5% 알긴산 나트륨 수용액을, S2는 2% 알긴산 나트륨 수용액을, C0.05는 0.05몰/L의 염화칼슘을, C0.1은 0.1몰/L의 염화칼슘을, C0.5는 0.5몰/L의 염화칼슘을 나타낸다.
도 2의 그래프에 나타난 바와 같이, 2% 알긴산 나트륨 수용액에 0.05몰/L의 염화칼슘이 첨가되었을 때 카드뮴의 농도가 1.989로 가장 낮은 농도를 보여주었고, 2% 알긴산 나트륨 수용액에 0.5몰/L의 염화칼슘이 첨가되었을 때 카드뮴의 농도가 45.543으로 가장 높은 농도를 보여주었다. 아울러, 9종류의 비드에 대한 카드뮴의 농도 변화는 알긴산 나트륨의 농도에 거의 관계없이 염화칼슘의 농도에 많이 좌우되었으며, 특히 염화칼슘의 농도가 낮을수록 카드뮴의 제거가 보다 원활하다는 것을 보여주었다.
실험 3 : 구리(Cu) 제거 실험
실험 2와 마찬가지로 바이오차를 미세하게 분쇄한 후에 미세하게 분쇄된 바이오차와 알긴산 나트륨 수용액을 1:1의 혼합비율로 균질 혼합기를 이용하여 완전히 균질하게 혼합하였다. 여기서, 상기 알긴산 나트륨 수용액의 농도를 1%, 1.5% 및 2%로 변경하고 상기 염화칼슘의 농도를 0.05몰/L, 0.1몰/L 및 0.5몰/L로 변경하여 총 9종류의 바이오차 비드를 제조하였다.
이와 같이 제조된 9종류의 바이오차 비드를 각각 구리가 함유된 용액에 투입한 후에 24시간 동안 교반하여 혼합하고, 원자흡광분광광도계를 이용하여 구리의 농도의 변화를 측정하였다.
이와 같이 측정된 구리의 농도의 변화에 대한 결과는 도 3에 그래프로 제시된다. 도 3의 그래프에서, '원액'은 구리가 함유된 용액의 원액을, S1은 1% 알긴산 나트륨 수용액을, S1.5는 1.5% 알긴산 나트륨 수용액을, S2는 2% 알긴산 나트륨 수용액을, C0.05는 0.05몰/L의 염화칼슘을, C0.1은 0.1몰/L의 염화칼슘을, C0.5는 0.5몰/L의 염화칼슘을 나타낸다.
도 3의 그래프에 나타난 바와 같이, 2% 알긴산 나트륨 수용액에 0.05몰/L의 염화칼슘이 첨가되었을 때 구리의 농도가 0.918로 가장 낮은 농도를 보여주었고, 1% 알긴산 나트륨 수용액에 0.5몰/L의 염화칼슘이 첨가되었을 때 구리의 농도가 14.178로 가장 높은 농도를 보여주었다. 아울러, 9종류의 비드에 대한 구리의 농도 변화는 알긴산 나트륨의 농도에 거의 관계없이 염화칼슘의 농도에 좌우되었으며, 특히 염화칼슘의 농도가 낮을수록 구리의 제거가 보다 원활하다는 것을 보여주었지만, 대체로 모든 종류의 비드가 구리를 적절히 제거한다는 것을 보여주었다.
실험 4 : 납(Pb) 제거 실험
실험 2와 마찬가지로 바이오차를 미세하게 분쇄한 후에 미세하게 분쇄된 바이오차와 알긴산 나트륨 수용액을 1:1의 혼합비율로 균질 혼합기를 이용하여 완전히 균질하게 혼합하였다. 여기서, 상기 알긴산 나트륨 수용액의 농도를 1%, 1.5% 및 2%로 변경하고 상기 염화칼슘의 농도를 0.05몰/L, 0.1몰/L 및 0.5몰/L로 변경하여 총 9종류의 바이오차 비드를 제조하였다.
이와 같이 제조된 9종류의 바이오차 비드를 각각 납이 함유된 용액에 투입한 후에 24시간 동안 교반하여 혼합하고, 원자흡광분광광도계를 이용하여 납의 농도의 변화를 측정하였다.
이와 같이 측정된 납의 농도의 변화에 대한 결과는 도 4에 그래프로 제시된다. 도 4의 그래프에서, '원액'은 납이 함유된 용액의 원액을, S1은 1% 알긴산 나트륨 수용액을, S1.5는 1.5% 알긴산 나트륨 수용액을, S2는 2% 알긴산 나트륨 수용액을, C0.05는 0.05몰/L의 염화칼슘을, C0.1은 0.1몰/L의 염화칼슘을, C0.5는 0.5몰/L의 염화칼슘을 나타낸다.
도 4의 그래프에 나타난 바와 같이, 1.5% 알긴산 나트륨 수용액에 0.1몰/L의 염화칼슘이 첨가되었을 때 납의 농도가 0.315로 가장 낮은 농도를 보여주었고, 2% 알긴산 나트륨 수용액에 0.05몰/L의 염화칼슘이 첨가되었을 때 납의 농도가 5.607로 가장 높은 농도를 보여주었다. 아울러, 9종류의 비드에 대한 납의 농도 변화는 알긴산 나트륨의 농도에 거의 관계없이 염화칼슘의 농도에 좌우되었으며, 특히 염화칼슘의 농도가 높을수록 납의 제거가 보다 원활하다는 것을 보여주었지만, 대체로 모든 종류의 비드가 납을 적절히 제거한다는 것을 보여주었다.
도 5는 본 발명에 따른 바이오차 비드의 제조 방법을 보인 단계도이고, 도 6은 본 발명의 방법에 따라 제조된 바이오차 비드를 보인 사진이다.
이에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 토양 중금속 제거용 바이오차 비드의 제조 방법은 바이오매스를 준비하는 바이오매스 준비 단계(S10)와, 상기 바이오매스로 바이오차를 제조하는 바이오차 제조 단계(S20)와, 상기 바이오차를 분쇄하는 바이오차 분쇄 단계(S30)와, 상기 바이오차에 알긴산 나트륨을 혼합하는 알긴산 나트륨 혼합 단계(S40)와, 상기 바이오차와 알긴산 나트륨의 혼합물을 고형화시켜 비드를 형성하는 비드 형성 단계(S50)를 포함한다.
상기 바이오매스 준비 단계(S10)는 바이오매스를 파쇄하고 스크리닝하여 불순물을 제거한 후에 건조시켜 바이오매스를 준비하는 단계이다. 이 단계는 덩어리진 바이오매스를 일정한 크기 이하, 바람직하게는 2mm 이하로 파쇄하면서 불순물을 체로 스크리닝하여 제거하고, 불순물이 제거된 바이오매스를 건조시킴으로써, 바이오차를 생성할 재료를 준비하는 과정이다.
여기서, 상기 바이오매스란, 에너지 전용의 작물과 나무, 농산품과 사료작물, 농작 폐기물과 찌꺼기, 임산 폐기물과 부스러기, 수초, 동물의 배설물, 도시 쓰레기, 그리고 여타의 폐기물에서 추출된 재생 가능한 유기 물질로 현재 에너지원으로 사용되고 있는 목재, 식물, 농ㅇ임산 부산물, 도시 쓰레기와 산업 폐기물 내의 유기 성분 등을 말한다.
이와 같은 바이오매스 중에서 특히 본 발명에 적합한 바이오매스는 목질계 바이오매스이며, 이와 같은 목질계 바이오매스로는 나무껍질, 임목 부산물, 톱밥 등이 있다.
또한, 상기 바이오매스 준비 단계(S10)에서 상기 바이오매스는 함수율 20% 이하로 건조되는 것이 바람직한데, 이는 상기 바이오매스에 함유된 수분이 20% 이하가 되면 상기 바이오차 제조 단계(S20)에서 상기 바이오매스에 대한 열분해가 보다 원활하면서 촉진될 수 있기 때문이다. 즉, 상기 바이오매스에 함유된 수분이 20%보다 높으면 간접 가열에 의한 상기 바이오매스에 대한 열분해가 원활하면서 신속하게 이루어지지 않게 된다.
상기 바이오차 제조 단계(S20)는 상기 준비된 바이오매스를 밀폐된 용기에 수용하고 무산소 분위기에서 간접 가열하여 상기 바이오매스를 열분해시켜 바이오차를 제조하는 단계이다. 이 단계는 상기 바이오매스를 무산소 분위기에서 열분해하여 상기 바이오차로로 변환시키는 과정으로, 이와 같이 상기 바이오매스를 상기 바이오차로 변환시키는 이유는 본 발명에 따른 중금속의 흡착이 용이하도록 입자의 표면에 10㎛ 정도의 공극을 가지는 결과물을 생성하기 위한 것이다.
상기 무산소 분위기에서 간접 가열하는 것은 상기 바이오매스를 수용한 밀폐 용기의 내부에서 공기를 배출시켜 무산소 분위를 형성한 후에 상기 바이오매스를 직접 가열하는 것이 아니라 용기 자체를 가열하거나 고주파 가열과 같은 간접적인 가열을 통해 상기 용기에 수용된 바이오매스를 가열하는 것을 말한다.
상기 무산소 분위기에서 가열 하는 이유는 상기 바이오매스가 가열되는 중에 공기 중의 산소에 의해 발화되는 것을 방지하기 위한 것이다. 여기서, 무산소 분위기란, 산소가 없는 상태이나, 이와 같은 조건이 완벽하게 형성될 수 없는 경우에는 산소에 의해 발화가 최소화되거나 거의 없다는 전제하에 저산소 분위기에서도 가열이 수행될 수 있다. 따라서, 상기 무산소 분위기는 엄밀히 말해 완전한 무산소 분위기에 더하여 저산소 분위기를 포함하는 의미로 해석되는 것이 바람직하다.
상기 바이오차 제조 단계(S20)에서 상기 바이오매스의 가열 온도는 350℃ 내지 450℃인 것이 바람직한데, 이는 350℃보다 낮은 온도에 가열하면 상기 바이오매스 자체에 함유된 오일이 외부로 배출되면서 열분해가 적절히 이루어지지 않게 되고, 450℃보다 높은 온도에서 가열하면 상기 바이오매스 자체가 너무 높은 온도로 가열되어 열분해되기 전에 탄화되기 때문이다.
상기 바이오차 분쇄 단계(S30)는 상기 제조된 바이오차를 분쇄하는 단계이다. 이 단계는 상기 제조된 바이오차를 미세한 분말로 분쇄하여 이후에 알긴산 나트륨 수용액과 원활히 혼합될 수 있도록 하기 위한 것이다.
상기 알긴산 나트륨 혼합 단계(S40)는 상기 분쇄된 바이오차에 알긴산 나트륨 수용액을 넣고 균질하게 혼합하는 단계이다. 이 단계는 이후에 염화칼슘과 반응하여 상기 바이오차를 고형화하도록 상기 바이오차에 상기 알긴산 나트륨을 균질하게 혼합하는 과정이다.
상기 알긴산 나트륨 혼합 단계(S40)에서 상기 알긴산 나트륨 수용액의 농도는 1 내지 2%이고, 상기 바이오차와 알긴산 나트륨 수용액의 혼합 비율이 1:1 내지 1:3인 것이 바람직한데, 이는 앞에서 실험 등을 통해 설명하였기 때문에 상세한 설명은 생략한다.
상기 비드 형성 단계(S50)는 상기 바이오차와 알긴산 나트륨의 혼합물에 염화칼슘 용액을 첨가하여 상기 혼합물을 고형화시켜 비드를 형성하는 단계이다. 이 단계는 상기 혼합물에 염화칼슘 용액을 첨가하여 상기 혼합물의 알긴산 나트륨과 염화칼슘의 반응을 통해 상기 바이오차를 비드 형태로 고형화시키는 역할을 한다.
상기 비드 형성 단계(S50)에서 상기 비드를 구형으로 형성하는 방법은 상기 혼합물을 상기 염화칼슘 용액에 자유 낙하시킴으로써 이루어진다. 즉, 상기 혼합물이 일정한 분량으로 상기 염화칼슘 용액에 자유 낙하되면, 일정한 분량으로 낙하된 상기 혼합물이 상기 염화칼슘 용액의 표면장력에 의해 구형으로 변형되면서 고형화 반응을 일으켜 구형의 비드를 형성하게 된다. 이렇게 형성된 구형의 비드는 도 6에 사진으로 제시된다.
상기 비드 형성 단계(S50)에서 상기 염화칼슘의 농도는 0.05 내지 0.5몰/L인 것이 바람직한데, 이는 상술한 바와 같이 실험에 의해 획득된 수치이다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 본 발명은 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 상기 기재 내용은 하기 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.
한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해서 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함을 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명하다할 것이다.

Claims (7)

1 내지 2%의 알긴산 나트륨 수용액과 바이오차의 균질화된 혼합물이고,
상기 혼합물의 혼합 비율은 1:1 내지 1:3이며,
상기 혼합물에 0.05 내지 0.5몰/L의 염화칼슘이 상기 혼합물의 전체 중량의 1 내지 3%로 첨가되는 것을 특징으로 하는 토양 중금속 제거용 바이오차 비드.
제1항에 있어서,
상기 바이오차 비드는,
그 입자 직경이 2 내지 5mm인 것을 특징으로 하는 토양 중금속 제거용 바이오차 비드.
바이오매스를 파쇄하고 스크리닝하여 불순물을 제거한 후에 건조시켜 바이오매스를 준비하는 바이오매스 준비 단계와;
상기 준비된 바이오매스를 밀폐된 용기에 수용하고 무산소 분위기에서 간접 가열하여 상기 바이오매스를 열분해시켜 바이오차를 제조하는 바이오차 제조 단계와;
상기 제조된 바이오차를 분쇄하는 바이오차 분쇄 단계와;
상기 분쇄된 바이오차에 알긴산 나트륨 수용액을 넣고 균질하게 혼합하는 알긴산 나트륨 혼합 단계와;
상기 바이오차와 알긴산 나트륨의 혼합물에 염화칼슘 용액을 첨가하여 상기 혼합물을 고형화시켜 비드를 형성하는 비드 형성 단계를;
포함하는 것을 특징으로 하는 토양 중금속 제거용 바이오차 비드의 제조 방법.
제3항에 있어서,
상기 알긴산 나트륨 혼합 단계에서, 상기 알긴산 나트륨 수용액의 농도는 1 내지 2%이고,
상기 바이오차와 알긴산 나트륨 수용액의 혼합 비율이 1:1 내지 1:3인 것을 특징으로 하는 토양 중금속 제거용 바이오차 비드의 제조 방법.
제3항에 있어서,
상기 비드 형성 단계에서, 상기 혼합물을 상기 염화칼슘 용액에 자유 낙하시킴에 따라 구형의 비드를 형성하는 것을 특징으로 하는 토양 중금속 제거용 바이오차 비드의 제조 방법.
제3항에 있어서,
상기 비드 형성 단계에서, 상기 염화칼슘의 농도는 0.05 내지 0.5몰/L인 것을 특징으로 하는 토양 중금속 제거용 바이오차 비드의 제조 방법.
청구항 제3항의 제조 방법에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 토양 중금속 제거용 바이오차 비드.
KR20130107573A 2013-09-06 2013-09-06 토양 중금속 제거용 바이오차 비드 및 이의 제조 방법 KR20150028654A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20130107573A KR20150028654A (ko) 2013-09-06 2013-09-06 토양 중금속 제거용 바이오차 비드 및 이의 제조 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20130107573A KR20150028654A (ko) 2013-09-06 2013-09-06 토양 중금속 제거용 바이오차 비드 및 이의 제조 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20150028654A true KR20150028654A (ko) 2015-03-16

Family

ID=53023478

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR20130107573A KR20150028654A (ko) 2013-09-06 2013-09-06 토양 중금속 제거용 바이오차 비드 및 이의 제조 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20150028654A (ko)

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101720958B1 (ko) * 2016-10-10 2017-03-29 주식회사 포이엔 토양 개량제 및 그 제조방법
CN107096500A (zh) * 2017-05-02 2017-08-29 中国药科大学 一种利用中药渣制备磁性生物炭的方法、磁性生物炭与应用
KR20180022397A (ko) * 2016-08-24 2018-03-06 주식회사 경동아그로 바이오차를 이용한 상토 조성물 및 그 제조 방법
CN107759318A (zh) * 2017-10-26 2018-03-06 北京源农炭肥技术有限公司 生物炭基肥及其制备方法
CN109127687A (zh) * 2018-08-15 2019-01-04 魏浩峰 一种重金属污染农田土壤的生态水利修复系统及方法
CN109926445A (zh) * 2017-12-19 2019-06-25 国家电投集团远达环保工程有限公司重庆科技分公司 一种土壤修复方法
KR102018188B1 (ko) 2019-05-03 2019-11-04 주식회사 원진 하이브리드 바이오차 및 그 제조 방법
CN111135800A (zh) * 2020-01-10 2020-05-12 景德镇一牧堂陶瓷科技有限公司 一种高效降低土壤砷污染的生物炭材料及其制备方法
CN111320988A (zh) * 2020-04-14 2020-06-23 上海大学 一种土壤重金属钝化剂
CN111334301A (zh) * 2019-06-27 2020-06-26 海南大学 一种修复重金属污染农田的土壤改良剂及其使用方法
KR20210068646A (ko) * 2019-12-02 2021-06-10 경북대학교 산학협력단 메밀껍질 바이오차가 고정된 알지네이트 비드 및 이를 이용한 방사성 핵종 제거방법
KR20210077024A (ko) 2019-12-16 2021-06-25 주식회사 누보 농업부산물로부터 제조된 블랙카본을 이용한 완효성 비료 조성물 및 그 제조방법
CN113198431A (zh) * 2021-06-12 2021-08-03 清华大学深圳国际研究生院 碳化海藻酸钠包裹或铁/锰交联改性生物炭的制备及应用
KR20210115106A (ko) * 2020-03-11 2021-09-27 광운대학교 산학협력단 철 나노입자가 담지된 목질계 폐기물 기반 하이드로차 안정화제 제조방법 및 이를 이용한 비소 및 양이온 복합 오염토양의 안정화 방법
KR102469438B1 (ko) * 2021-05-20 2022-11-23 광운대학교 산학협력단 폼 형태의 목질계 폐기물 기반 하이드로차 안정화제 및 이를 이용한 비소 및 양이온 중금속 복합 오염토양의 안정화 방법

Cited By (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180022397A (ko) * 2016-08-24 2018-03-06 주식회사 경동아그로 바이오차를 이용한 상토 조성물 및 그 제조 방법
KR101720958B1 (ko) * 2016-10-10 2017-03-29 주식회사 포이엔 토양 개량제 및 그 제조방법
CN107096500B (zh) * 2017-05-02 2020-08-11 中国药科大学 一种利用中药渣制备磁性生物炭的方法、磁性生物炭与应用
CN107096500A (zh) * 2017-05-02 2017-08-29 中国药科大学 一种利用中药渣制备磁性生物炭的方法、磁性生物炭与应用
CN107759318A (zh) * 2017-10-26 2018-03-06 北京源农炭肥技术有限公司 生物炭基肥及其制备方法
CN109926445A (zh) * 2017-12-19 2019-06-25 国家电投集团远达环保工程有限公司重庆科技分公司 一种土壤修复方法
CN109127687A (zh) * 2018-08-15 2019-01-04 魏浩峰 一种重金属污染农田土壤的生态水利修复系统及方法
KR102018188B1 (ko) 2019-05-03 2019-11-04 주식회사 원진 하이브리드 바이오차 및 그 제조 방법
CN111334301A (zh) * 2019-06-27 2020-06-26 海南大学 一种修复重金属污染农田的土壤改良剂及其使用方法
KR20210068646A (ko) * 2019-12-02 2021-06-10 경북대학교 산학협력단 메밀껍질 바이오차가 고정된 알지네이트 비드 및 이를 이용한 방사성 핵종 제거방법
KR20210077024A (ko) 2019-12-16 2021-06-25 주식회사 누보 농업부산물로부터 제조된 블랙카본을 이용한 완효성 비료 조성물 및 그 제조방법
CN111135800A (zh) * 2020-01-10 2020-05-12 景德镇一牧堂陶瓷科技有限公司 一种高效降低土壤砷污染的生物炭材料及其制备方法
KR20210115106A (ko) * 2020-03-11 2021-09-27 광운대학교 산학협력단 철 나노입자가 담지된 목질계 폐기물 기반 하이드로차 안정화제 제조방법 및 이를 이용한 비소 및 양이온 복합 오염토양의 안정화 방법
CN111320988A (zh) * 2020-04-14 2020-06-23 上海大学 一种土壤重金属钝化剂
KR102469438B1 (ko) * 2021-05-20 2022-11-23 광운대학교 산학협력단 폼 형태의 목질계 폐기물 기반 하이드로차 안정화제 및 이를 이용한 비소 및 양이온 중금속 복합 오염토양의 안정화 방법
CN113198431A (zh) * 2021-06-12 2021-08-03 清华大学深圳国际研究生院 碳化海藻酸钠包裹或铁/锰交联改性生物炭的制备及应用

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20150028654A (ko) 토양 중금속 제거용 바이오차 비드 및 이의 제조 방법
Zhang et al. Effects of pyrolysis temperature on biochar’s characteristics and speciation and environmental risks of heavy metals in sewage sludge biochars
Hu et al. Biochar industry to circular economy
Loh et al. Enhancement of palm oil refinery waste–Spent bleaching earth (SBE) into bio organic fertilizer and their effects on crop biomass growth
Shehzad et al. An overview of heavily polluted landfill leachate treatment using food waste as an alternative and renewable source of activated carbon
Deng et al. Biosorption of copper (II) and lead (II) from aqueous solutions by nonliving green algae Cladophora fascicularis: equilibrium, kinetics and environmental effects
EP1718566B1 (en) Process for preparing a soluble crystalline biogenic silica and applications using the same
AT503073B1 (de) Verfahren zur abtrennung von schwermetallen und ascheagglomerat
CN109158084A (zh) 金属过氧化物改性生物炭除磷材料及其制备方法和应用
CN105253986B (zh) 一种脱氮剂
Jiwan et al. Effect of natural zeolite on bioavailability and leachability of heavy metals during rotary drum composting of green waste
Chaturvedi et al. Bamboo for producing charcoal and biochar for versatile applications
CN105498692B (zh) 基于玉米秸秆的生物碳农药吸附材料的制备和使用方法
Ogundiran et al. Stabilisation of Pb in Pb smelting slag-contaminated soil by compost-modified biochars and their effects on maize plant growth
CN112795383A (zh) 一种多种重金属复合污染土壤修复剂及其应用方法
CN107739219A (zh) 一种以生活垃圾燃烧飞灰制备钾肥原料的方法
Banu et al. Biochar: A black carbon for sustainable agriculture
JP2009035641A (ja) マグネシウム溶出性能を有する酸性土壌改良材
Poonam et al. Natural and artificial soil amendments for the efficient phytoremediation of contaminated soil
KR101780187B1 (ko) 토양 중금속 제거용 바이오차 비드 제조 장치
Sairan et al. Removal of Pb (II), Fe (II) and Zn (II) using activated carbon produced from foxtail palm fruit chemically activated by KOH and H3PO4.
CN113632614B (zh) 一种复配型重金属污染土壤修复材料的制备及使用方法
TW201429922A (zh) 有機固體廢棄物的高速製肥生產方法及高速製肥生產設備
Yu et al. APPLICATION OF FLY ASH-STABILIZED MUNICIPAL SEWAGE SLUDGE ON GROWTH OF Brassica chinensis AND HEAVY METAL TRANSFER IN POT EXPERIMENT WITH A BARREN SOIL.
JP2018047421A (ja) ダイオキシン類・重金属・放射性物質の炭素担持多孔性吸着剤

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment