KR20150138972A - Processing device for sewage purification using organic-inorganic hybrid nano-porous materials and methods therefor - Google Patents

Processing device for sewage purification using organic-inorganic hybrid nano-porous materials and methods therefor Download PDF

Info

Publication number
KR20150138972A
KR20150138972A KR1020140066107A KR20140066107A KR20150138972A KR 20150138972 A KR20150138972 A KR 20150138972A KR 1020140066107 A KR1020140066107 A KR 1020140066107A KR 20140066107 A KR20140066107 A KR 20140066107A KR 20150138972 A KR20150138972 A KR 20150138972A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
wastewater
catalyst
organic
photocatalytic reaction
inorganic hybrid
Prior art date
Application number
KR1020140066107A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR101623554B1 (en
Inventor
유영우
서정권
박호식
김범식
정윤호
백미화
고명한
김남균
Original Assignee
한국화학연구원
(주)에이엔티이십일
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 한국화학연구원, (주)에이엔티이십일 filed Critical 한국화학연구원
Priority to KR1020140066107A priority Critical patent/KR101623554B1/en
Publication of KR20150138972A publication Critical patent/KR20150138972A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101623554B1 publication Critical patent/KR101623554B1/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/72Treatment of water, waste water, or sewage by oxidation
    • C02F1/725Treatment of water, waste water, or sewage by oxidation by catalytic oxidation
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J21/00Catalysts comprising the elements, oxides, or hydroxides of magnesium, boron, aluminium, carbon, silicon, titanium, zirconium, or hafnium
    • B01J21/06Silicon, titanium, zirconium or hafnium; Oxides or hydroxides thereof
    • B01J21/063Titanium; Oxides or hydroxides thereof
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J35/00Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
    • B01J35/30Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
    • B01J35/39Photocatalytic properties
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J35/00Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
    • B01J35/60Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their surface properties or porosity
    • B01J35/64Pore diameter
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/30Treatment of water, waste water, or sewage by irradiation
    • C02F1/32Treatment of water, waste water, or sewage by irradiation with ultraviolet light
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/40Devices for separating or removing fatty or oily substances or similar floating material
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2305/00Use of specific compounds during water treatment
    • C02F2305/10Photocatalysts
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02WCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W10/00Technologies for wastewater treatment
    • Y02W10/30Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies
    • Y02W10/37Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies using solar energy

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Treatment Of Water By Oxidation Or Reduction (AREA)

Abstract

The present invention relates to a sewage purification apparatus using organic-inorganic hybrid nanoporous bodies and a method thereof. More specifically, the apparatus purifies sewage for the first time by using bio-chips, uses the organic-inorganic hybrid nanoporous bodies as a catalyst to initiate a photocatalytic reaction in order to purify the sewage for the second time, is capable of recycling the organic-inorganic hybrid nanoporous body catalyst, and is capable of minimizing the catalyst consumption for sewage purification. The present invention uses the bio-chips to purify the sewage for the first time and uses the photocatalytic reaction to purify the sewage for the second time. Accordingly, the present invention can extend the UV lamp contamination period for the photocatalytic reaction compared to a method without the first sewage purification process. The organic-inorganic hybrid nanoporous bodies having a particle size of several hundred micrometers is used as the catalyst for the photocatalytic reaction. The present invention can easily separate and recover the sewage and recycle the catalyst with a simple process, thereby enabling continuous sewage purification while reducing costs thereof.

Description

유무기 하이브리드 나노세공체를 이용한 오폐수 정화 장치 및 방법{Processing device for sewage purification using organic-inorganic hybrid nano-porous materials and methods therefor}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and apparatus for purifying wastewater using organic / inorganic hybrid nanoporous materials,

본 발명은 유무기 하이브리드 나노세공체를 이용한 오폐수 정화 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 바이오 칩을 이용하여 1차적으로 정화시킨 후, 유무기 하이브리드 나노세공체를 촉매로 사용하여 광촉매 반응을 일으켜 오폐수를 2차적으로 정화시키며, 유무기 하이브리드 나노세공체 촉매는 재생 가능하여 오폐수의 정화를 촉매 소모의 최소화가 가능한 유무기 하이브리드 나노세공체를 이용한 오폐수 정화 장치 및 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to an apparatus and a method for purifying wastewater using an organic hybrid nanoporous material, and more particularly, to a method and apparatus for purifying wastewater using a biochip, The present invention relates to an apparatus and a method for purification of wastewater using an organic / inorganic hybrid nanoporous material capable of minimizing catalyst consumption by purifying wastewater and purifying wastewater by secondary purification of the organic and inorganic hybrid nanoporous catalyst.

일반적으로 산업의 발달에 따라 환경오염 문제는 갈수록 심각해지고 있으며, 오염물질에 대한 규제도 더욱 강화되고 있는 실정이다. 이러한 추세에 따라 오염물질을 제거하기 위한 여러 가지 방법들이 강구되고 있다. 그러나 수질오염에 있어서는 오염원이 다양해지고 계속적으로 새로운 오염물질이 발생됨으로 인하여 기존의 생물학적 처리방법으로는 한계에 부딪히고 있다.
Generally, environmental pollution problems are getting worse and the regulations on pollutants are being strengthened. In accordance with this trend, various methods for removing pollutants have been proposed. However, in the case of water pollution, the pollution sources are diversified and new pollutants are continuously generated.

이에 따라, AOP(Advanced Oxidation Process)라는 여러 종류의 고급산화법이 개발되고 장치들이 발명되고 있다. OH 라디칼(·OH)의 높은 산화력을 이용하는 고급산화법은 수중의 유기오염 물질을 CO2와 H2O로 분해하기 때문에 2차 오염을 유발하지 않으며 생분해성 및 난분해성 오염물질들을 처리할 수 있다는 장점이 있다.
Accordingly, various advanced oxidation methods called AOP (Advanced Oxidation Process) have been developed and devices have been invented. The advanced oxidation method which utilizes the high oxidizing power of the OH radical (· OH) has the advantages of decomposing the organic pollutants in water into CO 2 and H 2 O, thus not causing secondary pollution and treating biodegradable and degradable contaminants .

따라서, 기존의 수처리 공정을 대체할 수 있는 기술로써 현재 고급산화법에 대한 많은 연구와 장치들이 발명되고 있다.
Therefore, many researches and devices for advanced oxidation methods have been invented as a technology that can replace the conventional water treatment process.

상기 고급산화법에서 발생되는 OH 라디칼은 유기물과 매우 빠르게 거의 모든 유기물과 골고루 반응하기 때문에 난분해성 유기 오염물질의 산화에서 유용한 결과를 얻을 수 있다. 특히, 상기 고급산화법은 OH 라디칼을 생성시키는 방법에 따라 오존(O3)이나 과산화수소에 자외선을 조사하는 방법, pH를 조절하는 방법 그리고 티타늄(TiO2)와 같이 광활성이 있는 반도체 금속화합물과 자외선을 이용하는 방법 등으로 나눌 수 있다.
Since the OH radicals generated in the above-described advanced oxidation process react with the organic substances very rapidly and almost evenly with almost all organic substances, useful results can be obtained in the oxidation of the refractory organic pollutants. Particularly, the above-mentioned advanced oxidation method is a method in which ultraviolet rays are irradiated to ozone (O 3 ) or hydrogen peroxide according to a method of generating an OH radical, a method in which pH is controlled, and a photoactive semiconducting metal compound such as titanium (TiO 2 ) And how to use it.

이중에서도 이산화티탄늄과 같은 반도체 금속화합물을 광촉매로 이용한 산화시스템은, 표준 활성 슬러지법으로는 처리가 곤란한 폐수를 처리할 수 있기 때문에 수중이나 대기에 함유된 난분해성 유기화합물의 효율적인 제거방법으로 최근 주목받고 있다. 광촉매를 이용한 수처리 방법은, 공정의 운전 및 조작이 편리하고 현재 사용되고 있는 자외선에 의한 수처리 공정에 쉽게 응용할 수 있는 등의 장점을 가지고 있다. 따라서 이러한 장점을 가진 광촉매 공정의 응용 분야는 대단히 광범위하다고 할 수 있다.
In the oxidation system using a semiconductor metal compound such as titanium dioxide as a photocatalyst, since it can treat wastewater, which is difficult to treat by the standard activated sludge method, it can efficiently remove the decomposable organic compounds contained in the water or the atmosphere It is attracting attention. The water treatment method using a photocatalyst is advantageous in that the operation and operation of the process are convenient and can be easily applied to a water treatment process using ultraviolet light currently used. Therefore, the applications of photocatalytic processes with these advantages are very broad.

특히, 수용액상에서 티타늄과 자외선(UV)에 의한 광촉매 산화반응 메카니즘에 대해 살펴보면, 자외선램프에서 방출된 자외선이 촉매인 티타늄에 띠(band gap) 에너지(=3.2eV) 보다 높은 광에너지(파장<387.5nm)를 공급하면 전자가 채워져 있던 티타늄의 가전자대(valence band)에서 전자가 방출되어 전도대(conduction band)로 이동하게 되며, 동시에 티타늄의 가전자대에서는 정공(positive hole)이 생성된다.
Particularly, as to the mechanism of photocatalytic oxidation by titanium and ultraviolet rays (UV) in an aqueous solution, ultraviolet rays emitted from an ultraviolet lamp emit light energy (wavelength <387.5) higher than band gap energy (= 3.2 eV) nm), electrons are emitted from the valence band of the titanium filled with the electrons to move to the conduction band, and at the same time, positive holes are generated in the valence band of the titanium.

그리고, 여기된 전자는 촉매의 표면에 흡착되어 있는 전자수용체인 산소와 반응하여 슈퍼옥시드 라디칼(superoxideradical)을 생성하며, 상기 슈퍼옥시드 라디칼은 물분자와 반응하여 높은 산화력을 가진 하이드록실 라디칼(hydroxylradical)을 생성한다. 이와 동시에, 티타늄의 표면에서 생성된 정공은, 촉매에 흡착되어 있는 물분자나 하이드록실 이온과 반응하여 하이드록실 라디칼을 생성하거나 유기화합물과 직접 반응하여 유기화합물을 분해하기도 한다. 또한, 광촉매에서 생성된 전자와 정공은 모두 산화 및 환원 반응에 의하여 OH 라디칼을 생성하게 되는데, 이때, 생성된 OH 라디칼이 여러 가지 형태로 수중의 유기물과 반응하여 분해가 진행된다.
The excited electrons react with oxygen, which is an electron acceptor adsorbed on the surface of the catalyst, to form a superoxide radical. The superoxide radical reacts with water molecules to form hydroxyl radicals having high oxidizing power hydroxylradical. At the same time, holes generated on the surface of titanium react with water molecules or hydroxyl ions adsorbed on the catalyst to generate hydroxyl radicals or directly react with organic compounds to decompose organic compounds. In addition, both electrons and holes generated in the photocatalyst generate OH radicals by oxidation and reduction reactions. At this time, the produced OH radicals react with organic matters in the water in various forms to proceed decomposition.

그러나, 티타늄은 태양광 중 4 - 5% 비율을 차지하는 자외선 영역에서 매우 우수한 광촉매 활성을 나타내는 반면, 태양광 중 대부분을 차지하는 가시광선 영역에서는 광촉매 활성을 갖지 못한다는 단점이 있다. 또한 기존의 티타늄은 분말(powder)형으로 오염물질의 분해 반응 후, 분리 및 회수가 어려워 상업적으로 활용하는데 제한이 있었다.
However, titanium has a very good photocatalytic activity in the ultraviolet region occupying 4 to 5% of the sunlight, but has a disadvantage in that it does not have photocatalytic activity in the visible light region, which occupies most of the sunlight. In addition, the conventional titanium is in the form of a powder, which is difficult to be separated and recovered after the decomposition reaction of the pollutants, and thus has a limitation in commercial application.

이러한 문제점을 해결하기 위해, 가시광선과 자외선 영역에서 촉매의 효과가 뛰어나며, 입자크기가 약 수백 마이크로 미터 크기를 나타냄에 따라 사용 후 분리 및 회수가 용이하여 촉매의 분리 후, 재생이 가능한 유무기 하이브리드 나노세공체를 이용한 오폐수 정화 장치 및 방법을 개발하였다.
In order to solve these problems, the effect of the catalyst in the visible light and the ultraviolet ray region is excellent, and since the particle size is about several hundred micrometers, it is easy to separate and recover after use, An apparatus and method for purifying wastewater using a porous body has been developed.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 1차적으로 정화된 오폐수에 광촉매 반응을 발생시켜 2차적으로 정화하며, 이로 인해 빛을 조사하기 위한 자외선 램프의 오염이 진행되는 시간의 증가가 가능한 유무기 하이브리드 나노세공체를 이용한 오폐수 정화 장치 및 방법을 제안하는데 목적이 있다. Disclosure of Invention Technical Problem [8] Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems occurring in the prior art, and an object of the present invention is to provide a hybrid organic / inorganic hybrid nanomaterial capable of generating a photocatalytic reaction primarily in purified wastewater to secondarily purify the organic wastewater, It is an object of the present invention to propose an apparatus and method for purifying wastewater using a porous body.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는 광촉매 반응을 발생시키기 위한 촉매로써 유무기 하이브리드 나노세공체를 이용하여 오폐수와의 분리 및 회수가 용이하며, 촉매의 재생이 가능한 유무기 하이브리드 나노세공체를 이용한 오폐수 정화 장치 및 방법을 제안하는데 목적이 있다.
Another object of the present invention is to provide a catalyst for generating a photocatalytic reaction, which is capable of separating and recovering from wastewater using an organic hybrid nanoporous material, and capable of regenerating the catalyst, using an organic hybrid nanoporous material And an apparatus and method for purifying wastewater.

오폐수가 유입되며, 바이오칩을 이용하여 상기 오폐수를 정화하기 위한 바이오 필터부, 상기 바이오 필터부에서 1차적으로 정화된 오폐수를 2차적으로 정화시키기 위한 장치로, 하나의 하우징 내부에 설치된 적어도 하나 이상의 자외선 램프를 포함하는 광촉매 반응조가 적어도 두 개 이상 구비되며, 상기 적어도 두 개 이상의 광촉매 반응조는 직렬로 연결되어 수두차에 의해 상기 오폐수가 이동하며, 촉매와 상기 자외선 램프에 의해 상기 오폐수의 정화를 수행하는 광촉매 반응부 및 상기 광촉매 반응조의 저부에 각각 설치되어 상기 광촉매 반응조 내부의 오폐수를 촉매와 지속적으로 교반시키기 위한 산기장치를 포함하고, 상기 광촉매 반응조의 내부로는 촉매로써 유무기 하이브리드 나노세공체가 포함되는 것을 특징으로 하는 유무기 하이브리드 나노세공체를 이용한 오폐수 정화장치를 제공한다.
The present invention relates to an apparatus for purifying wastewater primarily purified by a biofilter, comprising: a biofilter for introducing wastewater into the biofilter to purify the wastewater using the biochip; at least one ultraviolet ray Wherein at least two photocatalytic reaction vessels are connected in series and the wastewater is moved by the head difference, and the wastewater is purified by the catalyst and the ultraviolet lamp A photocatalyst reaction unit and a diffuser provided in the bottom of the photocatalytic reaction tank for continuously stirring wastewater in the photocatalytic reaction tank with a catalyst, wherein the photocatalytic reaction tank contains an organic hybrid nanocomposite as a catalyst And a hybrid It provides a waste water purification device using the no-pore sieve.

오폐수를 바이오 칩을 이용하여 1차적으로 정화시키는 단계(단계 1), 상기 1차적으로 정화된 오폐수에 자외선을 조사하여 유무기 하이브리드 나노세공체 촉매의 광촉매 반응을 통해 상기 1차적으로 정화된 오폐수를 2차적으로 정화시키는 단계(단계 2), 상기 광촉매 반응이 발생된 촉매를 상기 오폐수와 분리한 후, 이를 가열하여 상기 광촉매 반응이 발생된 촉매를 재생하는 단계(단계 3)를 포함하는 유무기 하이브리드 나노세공체를 이용한 오폐수 정화방법을 제공한다.
(Step 1) of purifying wastewater by using a biochip, irradiating the primary purified wastewater with ultraviolet rays to irradiate the primary purified wastewater through the photocatalytic reaction of the organic hybrid nanocomposite catalyst (Step 2), and separating the catalyst having generated the photocatalytic reaction from the wastewater, and regenerating the catalyst in which the photocatalytic reaction has occurred (step 3) A method of purifying wastewater using a nano-porous body is provided.

오폐수를 바이오 칩을 이용하여 1차적으로 정화시키는 단계(단계 1), 상기 1차적으로 정화된 오폐수에 자외선을 조사하여 유무기 하이브리드 나노세공체 촉매의 광촉매 반응을 통해 상기 1차적으로 정화된 오폐수를 2차적으로 정화시키는 단계(단계 2) 및 상기 광촉매 반응이 발생된 촉매를 상기 오폐수와 분리한 후, 이를 가열하여 상기 광촉매 반응이 발생된 촉매를 재생하는 단계(단계 3);를 포함하되, 상기 오폐수의 화학적산소요구량(COD)이 20ppm 이하로 정화되는 것을 특징으로 하는 오폐수 정화방법을 제안한다.
(Step 1) of purifying wastewater by using a biochip, irradiating the primary purified wastewater with ultraviolet rays to irradiate the primary purified wastewater through the photocatalytic reaction of the organic hybrid nanocomposite catalyst (Step 2) of recovering the photocatalyst-containing catalyst from the wastewater, and recovering the catalyst in which the photocatalytic reaction has been generated by heating the catalyst after the photocatalytic reaction is separated from the wastewater (step 3) And the chemical oxygen demand (COD) of the wastewater is purified to 20 ppm or less.

본 발명에 따르면 바이오 칩을 이용하여 1차적으로 오폐수의 정화를 수행한 후, 광촉매 반응을 이용하여 2차적으로 오폐수를 정화하므로, 1차적인 오폐수의 정화 없이 수행될 때에 비해 광촉매 반응을 위한 자외선램프 오염이 진행되는 시간이 연장될 수 있다. 또한 광촉매 반응을 의한 촉매로써, 입자크기가 약 수백 마이크로 미터 크기의 유무기 하이브리드 나노세공체를 이용하되, 오폐수와의 분리 및 회수가 용이하며 간단한 공정으로 촉매의 재생이 가능하여 오폐수의 연속적인 정화가 가능하여 오폐수 정화를 위한 비용을 감소시킬 수 있다.
According to the present invention, since the wastewater is firstly purified using the biochip and then the wastewater is secondarily purified using the photocatalytic reaction, the ultraviolet lamp for photocatalytic reaction The time for contamination to proceed can be prolonged. In addition, as a catalyst due to the photocatalytic reaction, organic hybrid nanoporous material having a particle size of about several hundreds of micrometers is used, and it is easy to separate and recover from wastewater, and the catalyst can be regenerated by a simple process, It is possible to reduce the cost for purification of wastewater.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 유무기 하이브리드 나노세공체를 이용한 오폐수 정화 장치를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예 6 및 비교예 3 내지 비교예 5의 방법의 촉매의 시간에 따른 화학적산소요구량(COD)의 제거율을 나타낸 그래프이다.
1 is a view showing an apparatus for purifying wastewater using an organic / inorganic hybrid nanoporous material according to an embodiment of the present invention.
2 is a graph showing removal rates of chemical oxygen demand (COD) over time of the catalyst of Example 6 and Comparative Examples 3 to 5 of the present invention.

본 발명의 목적은 1차적으로 정화된 오폐수에 광촉매 반응을 발생시켜 2차적으로 정화하며, 이로 인해 빛을 조사하기 위한 자외선 램프의 오염이 진행되는 시간의 증가가 가능하며, 광촉매 반응을 발생시키기 위한 촉매로써 유무기 하이브리드 나노세공체를 이용하여 오폐수와의 분리 및 회수가 용이하며, 촉매의 재생이 가능한 유무기 하이브리드 나노세공체를 이용한 오폐수 정화 장치 및 방법을 제안하는데 목적이 있다.
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a photocatalytic reaction which is capable of generating a photocatalytic reaction on a primary purified wastewater and purifying the secondary wastewater, thereby increasing the time for contamination of the ultraviolet lamp for irradiating light, It is an object of the present invention to propose an apparatus and a method for purifying wastewater using an organic / inorganic hybrid nanoporous material which is easy to separate and recover from wastewater by using an organic / inorganic hybrid nanoporous material as a catalyst and regenerate a catalyst.

이를 위하여 본 발명은, 오폐수가 유입되며, 바이오칩을 이용하여 상기 오폐수를 정화하기 위한 바이오 필터부;To this end, the present invention provides a biofilter comprising: a biofilter for introducing wastewater and purifying the wastewater using a biochip;

상기 바이오 필터부에서 1차적으로 정화된 오폐수를 2차적으로 정화시키기 위한 장치로, 하나의 하우징 내부에 설치된 적어도 하나 이상의 자외선 램프를 포함하는 광촉매 반응조가 적어도 두 개 이상 구비되며, 상기 적어도 두 개 이상의 광촉매 반응조는 직렬로 연결되어 수두차에 의해 상기 오폐수가 이동하며, 촉매와 상기 자외선 램프에 의해 상기 오폐수의 정화를 수행하는 광촉매 반응부; 및Wherein at least two photocatalytic reactors including at least one ultraviolet lamp provided in a housing are provided at least two or more than one, The photocatalytic reaction unit includes a photocatalytic reaction unit connected in series to move the wastewater by a head difference, and to purify the wastewater by the catalyst and the ultraviolet lamp. And

상기 광촉매 반응조의 저부에 각각 설치되어 상기 광촉매 반응조 내부의 오폐수를 촉매와 지속적으로 교반시키기 위한 산기장치;를 포함하고,A photocatalytic reaction tank provided in the bottom of the photocatalytic reaction tank, for continuously stirring the wastewater in the photocatalytic reaction tank with the catalyst,

상기 광촉매 반응조의 내부로는 촉매로써 유무기 하이브리드 나노세공체가 포함되는 것을 특징으로 하는 유무기 하이브리드 나노세공체를 이용한 오폐수 정화장치를 제안한다.
And a hybrid nanocomposite having an organic structure is included as a catalyst in the photocatalytic reaction tank. The present invention also provides an apparatus for purifying wastewater using an organic / inorganic hybrid nanoporous material.

이하, 본 발명에 따른 유무기 하이브리드 나노세공체를 이용한 오폐수 정화장치는 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명한다.
Hereinafter, an apparatus for purifying wastewater using an organic / inorganic hybrid nanoporous material according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 1는 본 발명의 일실시예에 따른 유무기 하이브리드 나노세공체를 이용한 오폐수 정화장치를 도시한 도면이다.1 is a view illustrating an apparatus for purifying wastewater using an organic / inorganic hybrid nanoporous material according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 유무기 하이브리드 나노세공체를 이용한 오폐수 정화장치는 바이오 필터부(100), 광촉매 반응부(200) 및 산기장치(300)을 포함할 수 있다. 1, an apparatus for purifying wastewater using an organic / inorganic hybrid nanoporous material may include a bio-filter unit 100, a photocatalytic reaction unit 200, and a diffusion unit 300.

바이오 필터부(100)는 내부에 바이오 칩이 구비되어 외부에서 오폐수가 유입될 수 있으며, 상기 바이오 필터부(100) 내부의 바이오 칩은 적어도 한가지 이상의 물질로 구성될 수 있다. 상기 바이오 필터부(100)는 상기 유입된 오폐수를 1차적으로 정화하기 위한 장치로 다양한 크기 및 물질로 구성된 바이오칩들에 의해 상기 오폐수 내부에 존재하는 부유물을 제거하는 수단일 수 있다.
The biofilter unit 100 may include a biochip therein to allow wastewater to be introduced from the outside. The biochip in the biofilter unit 100 may be formed of at least one or more materials. The bio-filter unit 100 is a device for primarily purifying the introduced wastewater, and may be means for removing suspended solids present in the wastewater by bio-chips having various sizes and materials.

광촉매 반응부(200)는 적어도 두개 이상의 광촉매 반응조(210)를 포함할 수 있으며, 상기 광촉매 반응조(210)는 하우징(211), 자외선램프(212), 촉매(213) 및 그물망(214)을 포함할 수 있다. 상기 적어도 두개 이상의 광촉매 반응조(210)는 직렬로 연결될 수 있다. 상기 적어도 두개 이상의 광촉매 반응조(210)가 직렬로 구성될 경우, 오폐수의 유입에 따라 광촉매 반응조(210) 내부에 수두차가 발생되며, 상기 수두차에 의하여 상기 유입된 오폐수가 배출구로 배출되기 위함이다.
The photocatalytic reaction unit 200 may include at least two photocatalytic reaction vessels 210. The photocatalytic reaction vessel 210 includes a housing 211, an ultraviolet lamp 212, a catalyst 213, and a mesh 214 can do. The at least two photocatalytic reaction vessels 210 may be connected in series. When the at least two photocatalytic reaction vessels 210 are formed in series, a water head difference occurs in the photocatalytic reaction vessel 210 due to the introduction of wastewater, and the introduced wastewater is discharged to the outlet by the water head difference.

하우징(211)은 상하로 형성된 중공형의 구조체로써, 오폐수가 유입될 수 있으며, 상기 유입된 오폐수의 흐름을 유도할 수 있다. 상기 하우징(211)은 오페수가 유입되기 위한 하나의 유입구와 오폐수가 배출되기 위한 하나의 배출구를 가질 수 있다.
The housing 211 is a hollow structure formed up and down, and wastewater can be introduced, and the flow of the introduced wastewater can be guided. The housing 211 may have one inlet for introducing the number of opalescence and one outlet for discharging the wastewater.

자외선램프(212)는 하우징(211)의 내부에 설치되어 하우징(211) 내부에 유입되는 오폐수에 자외선을 조사할 수 있다. 이는 광촉매 반응을 일으키기 위한 수단으로, 촉매(213)와 함께 상기 오페수 내부에 존재하는 유기물과 반응하여 상기 유기물을 분해시킬 수 있다. 상기 광촉매 반응에 사용되는 유무기 하이브리드 나노세공체는 다공성 금속산화물-탄소 복합체는 탄소계 담체에 광활성의 성질을 가지는 금속 중 가격원가가 저렴하여 경제적이고, 화학적 또는 생물학적으로 안정하며, 독성이 없고, 주위에서 쉽게 구할 수 있으며 자외선 영역에서 우수한 광촉매 활성을 나타내는 티타늄이 함침된 것으로써, 우수한 광촉매 활성뿐만 아니라 탄소계 담체를 사용함에 따라 복합체의 형태 유지 및 강도 향상 효과가 있다.
The ultraviolet lamp 212 is installed inside the housing 211 and can irradiate ultraviolet rays to the wastewater flowing into the housing 211. This is a means for causing a photocatalytic reaction and can decompose the organic matter by reacting with the organic material existing in the inside of the Auffice together with the catalyst 213. The hybrid organic / inorganic hybrid nanoporous material used in the photocatalytic reaction is a porous metal oxide-carbon composite which is economically, chemically or biologically stable, has no toxicity, And titanium, which exhibits excellent photocatalytic activity in the ultraviolet ray region, is impregnated. Therefore, it has an excellent photocatalytic activity as well as an effect of maintaining the shape and strength of the composite by using the carbon-based carrier.

이때, 상기 탄소계 담체로는 카본 블랙, 활성탄, 메조포러스 탄소, 탄소 나노튜브, 탄소 화이버 등을 사용할 수 있으며, 유기물 제거 특성을 나타내는 활성탄을 사용하는 것이 더욱 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니다.
As the carbon-based carrier, carbon black, activated carbon, mesoporous carbon, carbon nanotubes, carbon fiber and the like may be used, and it is more preferable to use activated carbon showing organic material removing characteristics, but the present invention is not limited thereto.

또한, 탄소계 담체에 함침되는 티타늄의 함량이 담체에 대하여 1 내지 10 중량%인 것이 바람직하다. 티타늄의 함량이 담체에 대하여 1 중량% 미만인 경우에는 제조된 다공성 금속산화물-탄소 복합체가 우수한 광촉매 활성을 나타낼 수 없는 문제가 있으며, 함침된 티타늄의 함량이 10 중량%를 초과하는 경우에는 과량의 티타늄이 함침되어 경제적 손실이 발생하는 문제가 있다.
The content of titanium impregnated in the carbon-based carrier is preferably 1 to 10% by weight based on the carrier. When the content of titanium is less than 1% by weight based on the carrier, the produced porous metal oxide-carbon composite can not exhibit excellent photocatalytic activity. When the content of impregnated titanium exceeds 10% by weight, excessive titanium There is a problem in that an economic loss occurs.

촉매(213)는 상기 오폐수에 대하여 10~30g/L의 용량이 투입되는 것이 바람직하다. 상기 촉매(213)가 오폐수에 대하여 10g/L 미만의 용량이 투입될 경우, 상기 촉매(213)의 광촉매 반응이 미미하게 일어나게 되어 효과를 기대할 수 없으며, 상기 촉매(213)가 오폐수에 대하여 30g/L 초과의 용량이 투입될 경우, 촉매(213)의 양이 과다하여 광촉매 반응의 효율이 저하될 수 있다.
The catalyst 213 preferably has a capacity of 10 to 30 g / L based on the wastewater. When the capacity of the catalyst 213 is less than 10 g / L, the photocatalytic reaction of the catalyst 213 is insignificant and the effect can not be expected. When the catalyst 213 is added to the wastewater at a rate of 30 g / L, the efficiency of the photocatalytic reaction may be lowered because the amount of the catalyst 213 is excessive.

상기 광촉매 반응조(210)는 하나의 유입구와 하나의 배출구를 가지며, 상기 유입구와 배출구에 그물망(214)이 설치될 수 있다. 이때, 상기 그물망(214)은 70~90메시(mesh)로 제작되는 것이 바람직하다. 상기 그물망(214)이 70 메시(mesh) 미만일 경우, 상기 촉매(213)가 외부로 배출될 수 있으며, 상기 그물망(214)이 90 메시(mesh)를 초과할 경우, 상기 그물망(214)으로 인해 오폐수의 유동이 활발하지 않을 수 있다.
The photocatalytic reaction tank 210 has one inlet and one outlet, and the mesh 214 may be installed at the inlet and the outlet. At this time, it is preferable that the mesh 214 is fabricated with 70 ~ 90 mesh. If the mesh 214 is less than 70 meshes, the catalyst 213 may be discharged to the outside, and if the mesh 214 exceeds 90 meshes, The flow of wastewater may not be active.

산기장치(300)는 상기 광촉매 반응부(200)의 저부에 위치할 수 있으며, 상기 산기장치(air diffuser, 300)는 오폐수에 공기를 기포상태로 주입함으로써, 오폐수 내부에 존재하는 촉매가 오폐수에 분산되는 동작을 수행할 수 있다. 이는 촉매와 오폐수의 교반으로 인해, 광촉매 반응을 더욱 효율적으로 수행하기 위한 수단일 수 있다.
Diffuser 300 is in by injecting air into the can located in the bottom, the air diffuser (air diffuser, 300) wastewater in the photocatalyst reacting section 200 to the cell state, the catalyst present within the waste water sewage It is possible to perform a distributed operation. This may be a means for more efficiently performing the photocatalytic reaction due to stirring of the catalyst and wastewater.

또한 본 발명은, 상기 유무기 하이브리드 나노세공체를 이용한 오폐수 정화 장치를 이용하여,The present invention also provides a method for producing a hybrid nanocomposite using the organic / inorganic hybrid nanoporous material,

오폐수를 바이오 칩을 이용하여 1차적으로 정화시키는 단계(단계 1); A step of purifying the wastewater by using a biochip (step 1);

상기 1차적으로 정화된 오폐수에 자외선을 조사하여 유무기 하이브리드 나노세공체 촉매의 광촉매 반응을 통해 상기 1차적으로 정화된 오폐수를 2차적으로 정화시키는 단계(단계 2);(Step 2) of purifying the primarily purified wastewater through a photocatalytic reaction of the organic hybrid nanocomposite catalyst by irradiating ultraviolet rays to the primarily purified wastewater;

상기 광촉매 반응이 발생된 촉매를 상기 오폐수와 분리한 후, 이를 가열하여 상기 광촉매 반응이 발생된 촉매를 재생하는 단계(단계 3);를 포함하는 유무기 하이브리드 나노세공체를 이용한 오폐수 정화 방법을 제안한다.
And separating the catalyst having generated the photocatalytic reaction from the wastewater and heating the catalyst to regenerate the catalyst having generated the photocatalytic reaction (Step 3). The present invention also provides a method for purifying wastewater using the organic / inorganic hybrid nanoporous material do.

이하, 이하, 본 발명에 따른 유무기 하이브리드 나노세공체를 이용한 오폐수 정화방법을 단계별로 상세히 설명한다.
Hereinafter, a method for purifying wastewater using the organic / inorganic hybrid nanoporous material according to the present invention will be described step by step.

본 발명에 따른 유무기 하이브리드 나노세공체를 이용한 오폐수 정화방법에 있어서, 상기 단계 1은 오폐수를 바이오 칩을 이용하여 1차적으로 정화한다. In the method of purifying wastewater using the organic / inorganic hybrid nanoporous material according to the present invention, the wastewater is primarily purified by using a biochip.

상기 단계 1의 정화에 이용되는 바이오 칩은 적어도 한 가지 이상 사용될 수 있으며, 다양한 크기 및 다양한 종류의 바이오칩을 사용하여 오폐수 내부에 존재하는 다양한 크기의 부유물을 여과할 수 있다. 상기 단계 1은 유입된 오폐수를 1차적으로 정화시킬 수 있다.
At least one biochip used in the purification of step 1 may be used, and the biochip of various sizes and various kinds of biochips may be used to filter suspended matters of various sizes existing in the wastewater. In the step 1, the introduced wastewater can be primarily purified.

본 발명에 따른 유무기 하이브리드 나노세공체를 이용한 오폐수 정화방법에 있어서, 상기 단계 2는 상기 1차적으로 정화된 오폐수에 자외선을 조사하여 유무기 하이브리드 나노세공체 촉매의 광촉매 반응을 통해 상기 1차적으로 정화된 오폐수를 2차적으로 정화한다. In the method for purifying wastewater using the organic / inorganic hybrid nanoporous material according to the present invention, the step 2 is a step of irradiating ultraviolet rays to the primarily purified wastewater to perform a photocatalytic reaction of the organic hybrid nano- Secondly purifies purified wastewater.

상기 단계 2의 처리방법은 앞서 언급한 광촉매 반응을 발생시켜 상기 1차적으로 정화된 오폐수 내부에 존재하는 유기물을 분해시킬 수 있다. 이때 사용되는 촉매로 다공성 금속산화물-탄소 복합체는 탄소계 담체에 광활성의 성질을 가지는 금속 중 가격원가가 저렴하여 경제적이고, 화학적 또는 생물학적으로 안정하며, 독성이 없고, 주위에서 쉽게 구할 수 있으며 자외선 영역에서 우수한 광촉매 활성을 나타내는 티타늄이 함침된 유무기 하이브리드 나노세공체를 사용할 수 있다. 또한, 상기 유무기 하이브리드 나노세공체를 촉매를 사용함에 있어서, 자외선뿐만 아니라 가시광선을 조사하여 광촉매 반응을 발생시킬 수 있다. 상기 단계 2의 방법에 의해 정화된 오폐수의 화학적산소요구량(COD)은 20ppm이하일 수 있다. 상기 단계 2의 방법에 있어서, 상기 오폐수에 상기 촉매를 분산시키기 위하여 산기장치를 통해 광촉매 반응조 내부에 공기 기포를 발생시킬 수 있으며, 이때 상기 공기기포는 광촉매 반응조의 용량에 대하여 1 내지 2 배의 용량을 1분당 공급한다. 상기 공기기포가 광촉매 반응조의 용량에 대하여 1배 미만의 용량으로 공급될 경우, 상기 촉매는 상기 오폐수 내부에 잘 분산되지 않아 광촉매 반응이 잘 일어나지 않을 수 있으며, 상기 공기기포가 광촉매 반응조의 용량에 대하여 2 배를 초과하여 공급될 경우, 상기 공기기포의 과다 공급으로 인하여 광산화반응의 효율이 낮아질 수 있다.
The treatment method of step 2 may cause the photocatalytic reaction as mentioned above to decompose the organic matter present in the primarily purified wastewater. The porous metal oxide-carbon composite is a catalyst which is economically, chemically or biologically stable, cost-effective, cost-effective, and non-toxic, Organic hybrid nanoporous materials impregnated with titanium exhibiting excellent photocatalytic activity can be used. In addition, when the organic / inorganic hybrid nanoporous material is used as a catalyst, a photocatalytic reaction can be generated by irradiating visible light as well as ultraviolet light. The chemical oxygen demand (COD) of the wastewater purified by the method of step 2 may be 20 ppm or less. In the method of the step 2, air bubbles may be generated inside the photocatalytic reaction tank through the air diffuser to disperse the catalyst in the wastewater. In this case, the air bubbles may have a capacity of 1 to 2 times the capacity of the photocatalytic reaction tank Lt; / RTI &gt; per minute. When the air bubbles are supplied at a capacity of less than 1 times the capacity of the photocatalytic reaction vessel, the catalyst may not be well dispersed in the wastewater, so that the photocatalytic reaction may not take place well. If it is supplied more than 2 times, the efficiency of the photo-oxidation reaction may be lowered due to over-feeding of the air bubbles.

본 발명에 따른 유무기 하이브리드 나노세공체를 이용한 오폐수 정화방법에 있어서, 상기 단계 3은 상기 광촉매 반응이 발생된 촉매를 상기 오폐수와 분리한 후, 이를 가열하여 상기 광촉매 반응이 발생된 촉매를 재생한다. In the method of purifying wastewater using the organic / inorganic hybrid nanoporous material according to the present invention, the step 3 separates the catalyst having generated the photocatalytic reaction from the wastewater, and then heating the catalyst to regenerate the catalyst having the photocatalytic reaction .

상기 단계3의 가열은 질소분위기의 반응공간에서, 600~700°C의 온도로 50분~70분 동안 가열하는 것이 바람직하다. 상기 반응공간이 질소분위기가 아닐 경우, 촉매 재생의 효율이 저하되며, 상기 온도가 600°C 미만의 온도일 경우, 촉매의 재생이 잘 일어나지 않을 수 있으며, 상기 온도가 700°C를 초과할 경우, 촉매의 파손이 발생될 수 있다. 또한, 상기 가열시간이 50분 미만일 경우, 촉매의 재생이 잘 일어나지 않을 수 있으며, 상기 가열시간이 70분을 초과할 경우, 촉매의 파손이 발생될 수 있다.
The heating in step 3 is preferably performed in a reaction space of nitrogen atmosphere at a temperature of 600 to 700 ° C for 50 minutes to 70 minutes. If the reaction space is not a nitrogen atmosphere, the efficiency of catalyst regeneration is lowered. If the temperature is lower than 600 ° C, the regeneration of the catalyst may not be performed well. If the temperature exceeds 700 ° C , The catalyst may be damaged. If the heating time is less than 50 minutes, regeneration of the catalyst may not be performed well, and if the heating time exceeds 70 minutes, the catalyst may be damaged.

이하, 본 발명을 구체적인 실시예 및 실험예를 통해 더욱 상세히 설명한다. 하기 실시예 및 실험예들은 본 발명을 예시하기 위하여 제시되는 것일 뿐, 본 발명이 하기 실시예 및 실험예들에 의하여 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to specific examples and experimental examples. The following examples and experimental examples are provided to illustrate the present invention, but the present invention is not limited by the following examples and experimental examples.

<실시예 1>&Lt; Example 1 >

2L의 용량을 가지는 하우징 내부에 하나의 자외선 램프(16W, 254nm)를 설치하여 광산화 반응조를 구성하였다. 이때, 상기 광산화 반응조는 4개를 직렬로 연결하여 수두차에 의해 오폐수의 유동이 발생하도록 광산화 반응부를 구성하였으며, 상기 광산화 반응부에 유입되는 오폐수의 유량은 100mL/min으로 공급하였다. 상기 오폐수의 화학적산소요구량(COD)은 33.06ppm 이였다. 상기 광산화 반응부에 투입되는 촉매는 상기 오폐수에 대해 10g/L의 용량으로 투입하였다. 상기 촉매는 탄소계 담체로는 카본 블랙에 티타늄이 담지된 다공성 금속산화물-탄소 복합체인 유무기 하이브리드 나노세공체 촉매를 사용하였다. 상기 촉매를 회수하기 위해 각각의 광산화 반응조의 유입구 및 배출구에 80메시(mesh)의 그물망을 설치하였다. 산기장치를 통해 광산화 반응조에 유입되는 공기 기포의 양은 3L/min의 양으로 유입되어 상기 오폐수에 촉매를 교반시킨다.
An ultraviolet lamp (16 W, 254 nm) was installed in a housing having a capacity of 2 L to constitute a photooxidation reactor. At this time, the photo-oxidation reaction vessel was connected in series with four of the photo-oxidation reaction tanks to constitute a photooxidation reaction section so that the wastewater flows by the head difference. The flow rate of the wastewater flowing into the photooxidation reaction section was 100 mL / min. The chemical oxygen demand (COD) of the wastewater was 33.06 ppm. The catalyst added to the photooxidation reaction part was added to the wastewater at a rate of 10 g / L. As the carbon-based support, the catalyst of the present invention was an organic / inorganic hybrid nanocomposite catalyst in which titanium was supported on carbon black, which was a porous metal oxide-carbon composite. A mesh of 80 meshes was installed at the inlet and the outlet of each photo-oxidation reactor to recover the catalyst. The amount of air bubbles flowing into the photo-oxidation reaction tank through the air diffuser is introduced at an amount of 3 L / min to stir the catalyst in the wastewater.

<실시예 2>&Lt; Example 2 >

상기 산기장치를 통해 광산화 반응조에 유입되는 공기 기포의 양은 2L/min의 양으로 유입되는 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 구성하였다.
The amount of air bubbles introduced into the photo-oxidation reaction tank through the air diffuser was introduced in an amount of 2 L / min.

<실시예 3>&Lt; Example 3 >

상기 산기장치를 통해 광산화 반응조에 유입되는 공기 기포의 양은 4L/min의 양으로 유입되는 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 구성하였다.
The amount of air bubbles introduced into the photo-oxidation reaction tank through the air diffuser was introduced in an amount of 4 L / min.

<비교예 1>&Lt; Comparative Example 1 &

상기 산기장치를 통해 광산화 반응조에 유입되는 공기 기포의 양은 1L/min의 양으로 유입되는 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 구성하였다.
The amount of air bubbles introduced into the photo-oxidation reaction vessel through the air diffuser was introduced at a rate of 1 L / min.

<비교예 2>&Lt; Comparative Example 2 &

상기 산기장치를 통해 광산화 반응조에 유입되는 공기 기포의 양은 6L/min의 양으로 유입되는 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 구성하였다.
The amount of air bubbles introduced into the photo-oxidation reaction tank through the air diffuser was introduced in an amount of 6 L / min.

<실험예 1> 공기유량에 따른 오폐수의 정화도 평가&Lt; Experimental Example 1 > Evaluation of purification degree of wastewater according to air flow rate

표 1은 본 발명의 실시예 1~3 및 비교예 1~2의 광산화 반응조에 유입되는 공기 기포의 양에 따른 오폐수의 정화도를 분석하고자 정화되지 않은 오폐수의 화학적산소요구량(COD) 및 정화된 후 오폐수의 화학적산소요구량(COD)을 측정하였으며, 이때, 상기 분석결과는 하기 표 1에 나타낸다.
Table 1 summarizes the chemical oxygen demand (COD) of the uncleaned wastewater (COD) and the amount of the purified wastewater to analyze the cleanliness of the wastewater according to the amount of air bubbles introduced into the photo-oxidation reaction tanks of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2 of the present invention The chemical oxygen demand (COD) of the wastewater was measured, and the results of the analysis are shown in Table 1 below.

정화되지 않은 오폐수의 화학적산소요구량(COD)Chemical oxygen demand (COD) of unclean wastewater 정화된 후 오폐수의 화학적산소요구량(COD)Chemical oxygen demand (COD) of wastewater after purification 실시예 1Example 1 33.06ppm33.06ppm 13.45 ppm13.45 ppm 실시예 2Example 2 33.06ppm33.06ppm 14.23 ppm14.23 ppm 실시예 3Example 3 33.06ppm33.06ppm 11.04 ppm11.04 ppm 비교예 1Comparative Example 1 33.06ppm33.06ppm 25.09 ppm25.09 ppm 비교예 2Comparative Example 2 33.06ppm33.06ppm 23.09 ppm23.09 ppm

상기 표 1에 개시된 분석결과에 따르면, 실시예 1 내지 실시예 3의 경우, 정화을 수행하기 전 33.06ppm이나, 정화 후 20 ppm 이하의 화학적산소요구량(COD)으로 측정되었으며, 약 50% 이상의 화학적산소요구량(COD)의 제거효과를 보여 오폐수 정화의 효과가 뛰어남을 알 수 있었다.
According to the analysis results shown in the above Table 1, in Examples 1 to 3, the chemical oxygen demand (COD) was measured to be 33.06 ppm before the purification or 20 ppm or less after the purification, and about 50% The removal efficiency of COD was found to be excellent.

반면에, 비교예 1의 경우, 정화후 오폐수의 화학적산소요구량(COD)은 27.09 ppm으로 측정되어 약 25%의 화학적산소요구량(COD)의 제거효과를 보여 제거효과가 다소 낮음을 알 수 있으며, 비교예 2의 경우, 촉매가 많아짐에 따라 촉매에 의해 오폐수의 유동을 방해함으로 인해 적절하지 않음을 알 수 있었다.
On the other hand, in the case of Comparative Example 1, the chemical oxygen demand (COD) of the wastewater after the purification was measured to be 27.09 ppm, indicating that the removal effect of chemical oxygen demand (COD) was about 25% In the case of Comparative Example 2, as the amount of the catalyst increased, it was found that the catalyst was not suitable because it interfered with the flow of wastewater.

분석analysis

<가열 조건에 따른 촉매의 재생정도 평가>&Lt; Evaluation of regeneration degree of catalyst according to heating condition >

본 발명의 촉매의 가열조건에 따른 촉매의 재생 정도를 분석하고자 하기 표 2의 조건으로 처리된 촉매를 사용하여 분석하였다. 촉매의 요오드가(Iodine Valus) 및 비표면적(BET)을 측정하였으며, 이때, 상기 분석결과는 하기 표 2, 도 2 에 나타낸다.
The degree of regeneration of the catalyst according to the heating conditions of the catalyst of the present invention was analyzed by using the catalyst treated under the conditions shown in Table 2 below. Iodine Valus and specific surface area (BET) of the catalyst were measured, and the results of the analysis are shown in Table 2 and FIG. 2 below.

재생조건Playback condition 요오드가(Iodine Valus, m2/s)Iodine Valus (m 2 / s) 비표면적(BET, m2/s)Specific surface area (BET, m 2 / s) 조건 1Condition 1 -(활성탄)- (activated carbon) 987987 1137.11137.1 조건 2Condition 2 -(사용되지 않은 촉매)- (unused catalyst) 908908 995.3995.3 조건 3Condition 3 600°C, 50min600 [deg.] C., 50 min 811811 933.5933.5 조건 4Condition 4 700°C, 60min700 ° C, 60 min 822822 923.1923.1 조건 5Condition 5 650°C, 60min650 [deg.] C., 60 min 828828 943.8943.8 조건 6Condition 6 25°C, 24h25 ° C, 24h 486486 662.8662.8 조건 7Condition 7 120°C, 24h120 ° C, 24h 486486 804.8804.8 조건 8Condition 8 300°C, 2h300 [deg.] C., 2h 642642 780.3780.3 조건 9Condition 9 800°C, 60min800 [deg.] C., 60 min -- --

상기 표 2 및 도 2에 개시된 분석결과에 따르면, 조건 3으로 촉매를 가열하였을 경우, 요오드가의 수치가 811 m2/s이며, 비표면적의 수치가 933.5m2/s으로 활성탄 보다 크게 낮으나, 재생되지 않은 촉매에 비해서는 다소 수치가 낮음을 알 수 있으며, 그 수치의 차이가 크지 않아 재생이 가능함을 알 수 있다. 조건 4로 촉매를 가열하였을 경우, 요오드가의 수치가 822 m2/s이며, 비표면적의 수치가 923.1m2/s으로 활성탄 보다 크게 낮으나, 재생되지 않은 촉매에 비해서는 다소 수치가 낮음을 알 수 있으며, 그 수치의 차이가 크지 않아 재생이 가능함을 알 수 있다. 조건 5로 촉매를 가열하였을 경우, 요오드가의 수치가 828 m2/s이며, 비표면적의 수치가 943.8m2/s으로 활성탄 보다 크게 낮으나, 재생되지 않은 촉매에 비해서는 다소 수치가 낮음을 알 수 있으며, 그 수치의 차이가 크지 않아 재생이 가능함을 알 수 있다.
According to the results described in Table 2 and Figure 2, if the catalyst after being heated under the condition 3, and the value of the iodine 811 m 2 / s, a specific surface area value is larger than the low, but activated carbon with 933.5m 2 / s, It can be seen that the numerical value is somewhat lower than that of the non-regenerated catalyst. When being heated by the catalyst condition 4, the iodine value is 822 m 2 / s, and the value of the specific surface area is 923.1m 2 / s with activated charcoal low, but more significantly, compared with the non-regenerated catalyst is seen rather low levels And it can be seen that the difference in the numerical value is not so large that reproduction is possible. When being heated by the catalyst condition 5, the value of the iodine 828 m 2 / s, and the value of the specific surface area is 943.8m 2 / s with activated charcoal low, but more significantly, compared with the non-regenerated catalyst is seen rather low levels And it can be seen that the difference in the numerical value is not so large that reproduction is possible.

반대로, 조건 6 및 조건 7로 촉매를 가열하였을 경우, 재생되지 않은 촉매에 비하여 요오드가(Iodine Valus) 및 비표면적(BET)의 수치가 크게 낮으며, 재생이 불가능한 것을 알 수 있으며, 조건 8로 촉매를 가열하였을 경우, 고온의 온도에서 가열을 하여 촉매가 파손되어 측정이 불가능하였다.
On the other hand, when the catalyst was heated under the conditions 6 and 7, the values of the iodine valus and the specific surface area (BET) were significantly lower than those of the non-regenerated catalyst, When the catalyst was heated, the catalyst was broken due to heating at a high temperature, and measurement was impossible.

도 2를 참조하면, 재생되지 않은 촉매와 실시예 6의 촉매는 약 12시간 동안 약 80%의 화학적산소요구량(COD)의 감소를 나타내며, 20시간 이후에 급격히 떨어져 약 60시간 이상에서 30%의 화학적산소요구량(COD)의 감소를 보이는 것을 알 수 있었다. 비교예 3 및 비교예 4의 경우, 25%의 화학적산소요구량(COD)의 감소를 보이는 것을 알 수 있었다. 비교예 5의 경우, 약 20시간 동안 약 40%의 화학적산소요구량(COD)의 감소를 보이는 것을 알 수 있었으며, 약 20시간 이후에 화학적산소요구량(COD)의 감소가 급격히 낮아지는 것을 알 수 있었다.
Referring to FIG. 2, the unregenerated catalyst and the catalyst of Example 6 exhibit a reduction in chemical oxygen demand (COD) of about 80% for about 12 hours, sharply dropping after 20 hours from about 60 hours to 30% Indicating a decrease in the chemical oxygen demand (COD). In Comparative Example 3 and Comparative Example 4, it was found that the chemical oxygen demand (COD) was reduced by 25%. In the case of Comparative Example 5, it was found that the chemical oxygen demand (COD) was reduced by about 40% for about 20 hours, and the decrease of the chemical oxygen demand (COD) was drastically decreased after about 20 hours .

100: 바이오 필터부
200: 광촉매 반응부
300: 산기장치
210: 광촉매 반응조
211: 하우징
212: 자외선램프
213: 촉매
214: 그물망
100: Biofilter unit
200: photocatalyst reaction part
300: aeration device
210: Photocatalytic reaction tank
211: Housing
212: ultraviolet lamp
213: Catalyst
214:

Claims (10)

오폐수가 유입되며, 바이오칩을 이용하여 상기 오폐수를 정화하기 위한 바이오 필터부;
상기 바이오 필터부에서 1차적으로 정화된 오폐수를 2차적으로 정화시키기 위한 장치로, 하나의 하우징 내부에 설치된 적어도 하나 이상의 자외선 램프를 포함하는 광촉매 반응조가 적어도 두 개 이상 구비되며, 상기 적어도 두 개 이상의 광촉매 반응조는 직렬로 연결되어 수두차에 의해 상기 오폐수가 이동하며, 촉매와 상기 자외선 램프에 의해 상기 오폐수의 정화를 수행하는 광촉매 반응부; 및
상기 광촉매 반응조의 저부에 각각 설치되어 상기 광촉매 반응조 내부의 오폐수를 촉매와 지속적으로 교반시키기 위한 산기장치;를 포함하고,
상기 광촉매 반응조의 내부로는 촉매로써 유무기 하이브리드 나노세공체가 포함되는 것을 특징으로 하는 유무기 하이브리드 나노세공체를 이용한 오폐수 정화장치.
A biofilter for introducing wastewater into the wastewater and purifying the wastewater using biochip;
Wherein at least two photocatalytic reactors including at least one ultraviolet lamp provided in a housing are provided at least two or more than one, The photocatalytic reaction unit includes a photocatalytic reaction unit connected in series to move the wastewater by a head difference, and to purify the wastewater by the catalyst and the ultraviolet lamp. And
A photocatalytic reaction tank provided in the bottom of the photocatalytic reaction tank, for continuously stirring the wastewater in the photocatalytic reaction tank with the catalyst,
Wherein the photocatalytic reaction tank contains an organic hybrid nano-porous body as a catalyst inside the photocatalytic reaction tank.
제 1항에 있어서,
상기 유무기 하이브리드 나노세공체는,
탄소계 담체에 티타늄이 함침된 다공성 금속산화물-탄소 복합체인 것을 특징으로 하는 유무기 하이브리드 나노세공체를 이용한 오폐수 정화장치.
The method according to claim 1,
Wherein the organic / inorganic hybrid nano-
Wherein the porous metal oxide-carbon composite is a porous metal oxide-carbon composite in which titanium is impregnated in a carbon-based carrier.
제 2항에 있어서,
상기 유무기 하이브리드 나노세공체는,
상기 탄소계 담체는 카본 블랙, 활성탄, 메조포러스 탄소, 탄소 나노튜브 및 탄소 화이버로 이루어지는 군으로부터 선택되는 탄소계 물질인 것을 특징으로 하는 유무기 하이브리드 나노세공체를 이용한 오폐수 정화장치.
3. The method of claim 2,
Wherein the organic / inorganic hybrid nano-
Wherein the carbon-based carrier is a carbon-based material selected from the group consisting of carbon black, activated carbon, mesoporous carbon, carbon nanotube, and carbon fiber.
제 1항에 있어서,
상기 유무기 하이브리드 나노세공체는,
티타늄의 함량은 상기 탄소계 담체에 대하여 1 내지 10 중량%인 것을 특징으로 하는 유무기 하이브리드 나노세공체를 이용한 오폐수 정화장치.
The method according to claim 1,
Wherein the organic / inorganic hybrid nano-
Wherein the content of titanium is 1 to 10% by weight based on the carbon-based carrier.
제 1항에 있어서,
상기 유무기 하이브리드 나노세공체는,
상기 오폐수에 대하여 10 ~ 30g/L의 용량이 투입되는 것을 특징으로 하는 유무기 하이브리드 나노세공체를 이용한 오폐수 정화장치.
The method according to claim 1,
Wherein the organic / inorganic hybrid nano-
And a capacity of 10 to 30 g / L is added to the wastewater. The apparatus for purifying wastewater using the organic / inorganic hybrid nanoporous material.
오폐수를 바이오 칩을 이용하여 1차적으로 정화시키는 단계(단계 1);
상기 1차적으로 정화된 오폐수에 자외선을 조사하여 유무기 하이브리드 나노세공체 촉매의 광촉매 반응을 통해 상기 1차적으로 정화된 오폐수를 2차적으로 정화시키는 단계(단계 2); 및
상기 광촉매 반응이 발생된 촉매를 상기 오폐수와 분리한 후, 이를 가열하여 상기 광촉매 반응이 발생된 촉매를 재생하는 단계(단계 3);를 포함하는 제 1항의 유무기 하이브리드 나노세공체를 이용한 오폐수 정화장치를 이용한 오폐수 정화방법.
A step of purifying the wastewater by using a biochip (step 1);
(Step 2) of purifying the primarily purified wastewater through a photocatalytic reaction of the organic hybrid nanocomposite catalyst by irradiating ultraviolet rays to the primarily purified wastewater; And
(3) separating the catalyst having generated the photocatalytic reaction from the wastewater and regenerating the catalyst in which the photocatalytic reaction has been generated by heating the catalyst (Step 3). The method according to Claim 1, wherein the purification of the wastewater using the organic / inorganic hybrid nanoporous material A method for purifying wastewater using a device.
제 6항에 있어서,
상기 단계 1은,
상기 오폐수 내부에 잔류하는 부유물(슬러지)를 추출하는 것을 특징으로 하는 제 1항의 유무기 하이브리드 나노세공체를 이용한 오폐수 정화장치를 이용한 오폐수 정화방법.
The method according to claim 6,
In the step 1,
The method for purifying wastewater using the wastewater purification apparatus using the organic / inorganic hybrid nanoporous material according to claim 1, wherein the suspended matter (sludge) remaining in the wastewater is extracted.
제 6항에 있어서,
상기 단계 2는,
상기 1차적으로 정화된 오폐수 내부에 존재하는 유기물에 자외선을 조사하여 상기 촉매에 상기 유기물이 분해되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제 1항의 유무기 하이브리드 나노세공체를 이용한 오폐수 정화장치를 이용한 오폐수 정화방법.
The method according to claim 6,
The step (2)
The method according to claim 1, further comprising the step of irradiating ultraviolet rays to the organic matter existing in the primarily purified wastewater to decompose the organic matter into the catalyst. How to clean.
제 6항에 있어서,
상기 단계 3의 가열은,
질소분위기의 반응공간에서, 600 ~ 700°C의 온도로 50분 ~ 70분 동안 가열하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제 1항의 유무기 하이브리드 나노세공체를 이용한 오폐수 정화장치를 이용한 오폐수 정화방법.
The method according to claim 6,
The heating in the step 3 is carried out,
The method of claim 1, further comprising the step of heating the reaction mixture at a temperature of 600 to 700 ° C for 50 minutes to 70 minutes in a reaction space in a nitrogen atmosphere, to purify wastewater using the wastewater purification apparatus using the organic / inorganic hybrid nanoporous material .
오폐수를 바이오 칩을 이용하여 1차적으로 정화시키는 단계(단계 1);
상기 1차적으로 정화된 오폐수에 자외선을 조사하여 유무기 하이브리드 나노세공체 촉매의 광촉매 반응을 통해 상기 1차적으로 정화된 오폐수를 2차적으로 정화시키는 단계(단계 2); 및
상기 광촉매 반응이 발생된 촉매를 상기 오폐수와 분리한 후, 이를 가열하여 상기 광촉매 반응이 발생된 촉매를 재생하는 단계(단계 3);를 포함하되,
상기 오폐수의 화학적산소요구량(COD)이 20ppm 이하로 정화되는 것을 특징으로 하는 오폐수 정화방법.
A step of purifying the wastewater by using a biochip (step 1);
(Step 2) of purifying the primarily purified wastewater through a photocatalytic reaction of the organic hybrid nanocomposite catalyst by irradiating ultraviolet rays to the primarily purified wastewater; And
Separating the catalyst having generated the photocatalytic reaction from the wastewater, and heating the catalyst to regenerate the catalyst having the photocatalytic reaction (Step 3)
Wherein the chemical oxygen demand (COD) of the wastewater is purified to 20 ppm or less.
KR1020140066107A 2014-05-30 2014-05-30 Processing device for sewage purification using organic-inorganic hybrid nano-porous materials and methods therefor KR101623554B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140066107A KR101623554B1 (en) 2014-05-30 2014-05-30 Processing device for sewage purification using organic-inorganic hybrid nano-porous materials and methods therefor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140066107A KR101623554B1 (en) 2014-05-30 2014-05-30 Processing device for sewage purification using organic-inorganic hybrid nano-porous materials and methods therefor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20150138972A true KR20150138972A (en) 2015-12-11
KR101623554B1 KR101623554B1 (en) 2016-05-24

Family

ID=55020223

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140066107A KR101623554B1 (en) 2014-05-30 2014-05-30 Processing device for sewage purification using organic-inorganic hybrid nano-porous materials and methods therefor

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101623554B1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110002532A (en) * 2019-03-18 2019-07-12 中国科学院化学研究所 A method of utilizing black carbon light degradation Organic Pollutants In Water

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002320664A (en) 2001-04-26 2002-11-05 Sumitomo Metal Mining Co Ltd Air cleaning method and apparatus using by photocatalyst
KR200256959Y1 (en) * 2001-08-27 2001-12-24 고명한 ANT(Advanced New Technology) Process of Waste-water Treatment

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110002532A (en) * 2019-03-18 2019-07-12 中国科学院化学研究所 A method of utilizing black carbon light degradation Organic Pollutants In Water
CN110002532B (en) * 2019-03-18 2020-08-21 中国科学院化学研究所 Method for degrading organic pollutants in water body by using black carbon light

Also Published As

Publication number Publication date
KR101623554B1 (en) 2016-05-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100470747B1 (en) Method and apparatus for eliminating the stench and volatile organic compounds in the polluted air
US10662095B2 (en) Ozone-photocatalysis reactor and water treatment method
CN1275883C (en) Process for water supply deep treatment of catalyzing ozone oxydation by hydroxy ferric oxide as catalyst
KR20140134990A (en) A water treatment system including porous alumina membranes immobilized photocatalysts, operating method thereof, and purifying method of wastewater using thereby
JP2010036148A (en) Removal system for volatile organic compound by gas absorption tower
CN112159011A (en) Advanced oxidation system of ultraviolet/ozone coupling catalyst and sewage treatment process
KR100805378B1 (en) The Combined Process Method and Unit Equipment using Ozone-Electrolysis/Semiconductor Catalysis for Treatment of Non-degradable Waste
US5932111A (en) Photoelectrochemical reactor
CN103453591A (en) Photocatalytic fluidized bed air purifier
CN111974404A (en) Photo-assisted BiFe1-xCuxO3Method for treating residual ciprofloxacin in water body by activated peroxymonosulfate
KR100720035B1 (en) Water treatment apparatus and method using photocatalyst
JP2008302308A (en) Photocatalyst and method for manufacturing thereof, method and apparatus for water treatment using thereof
CN212309083U (en) Air purifier composed of photocatalyst filter screen
KR101623554B1 (en) Processing device for sewage purification using organic-inorganic hybrid nano-porous materials and methods therefor
KR100833814B1 (en) Water purification device
CN111185090A (en) Device for photocatalytic degradation of organic waste gas and application method thereof
CN203694915U (en) Industrial deodorizing purifying device by adopting optical oxygen catalyst technique
KR100706536B1 (en) Rapid waste water treatment apparatus and rapid waste water treatment method using the apparatus
KR101818814B1 (en) Photocatalyst containing titanium dioxide supported reduced graphene oxide, and water treatment method using the same
JP2006281005A (en) Apparatus and method for treating water using photocatalyst
KR100478803B1 (en) Processing methode for air purification and equipment therefor
KR100205443B1 (en) Apparatus for treating waste water using photocatalyst
JP2005111354A (en) Photocatalyst carrier and gas treatment device
CN206328268U (en) A kind of industrial organic waste water processing unit
CN107487967B (en) Sewage treatment method combining photocatalysis and biology

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
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190618

Year of fee payment: 4