KR20170003152A - 펜톤 산화처리용 촉매, 이의 제조방법, 및 이를 이용한 수중오염물질 처리방법 - Google Patents

펜톤 산화처리용 촉매, 이의 제조방법, 및 이를 이용한 수중오염물질 처리방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전체 100중량%에 대해, Fe: 30 내지 60중량%, Ti: 1 내지 10중량%, 및 잔부는 산소를 포함하는 것인 펜톤 산화처리용 촉매에 관한 것이다.

Description

펜톤 산화처리용 촉매, 이의 제조방법, 및 이를 이용한 수중오염물질 처리방법{FENTON CATALYST FOR OXIDATION TREATING, METHOD FOR PRODUCING THE SAME, AND METHOD FOR TREATING CONTAMINATION IN WATER USING THE SAME}
중성 pH 영역에서 활성화가 가능한 펜톤 산화처리용 촉매, 이의 제조방법, 및 이를 이용한 수중오염물질 처리방법에 관한 것이다.
고도산화기술 (Advanced Oxidation Technology, AOT)은 강력한 산화력을 가지는 활성산화종을 생산하여 유기오염물질을 비 선택적으로 빠르게 분해시킬 수 있는 수처리 기술이다. 이러한 고도산화 공법에는 화학제 및 촉매를 활용하는 기술, 광화학적 방법을 활용하는 기술, 전기에너지를 활용하는 기술 등이 있으며, 수처리에 이용되고 있다.
다만, 종래 이용하고 있는 펜톤 시스템은 중성 pH 영역에서 수산화라디칼 (ㆍOH) 보다 산화력이 약한 4가철 화합물 (Ferry ion)의 생성 및 다량의 철 슬러지 생성과 같은 문제점이 있다. 더해서, 많은 양의 촉매 투입 요구량 등의 문제로 인해 현상 적용에 어려움이 있다.
따라서 상기와 같은 문제를 해결할 수 있는 새로운 수처리 기술이 요구되고 있는 실정이다.
중성 pH 영역에서 활성화가 가능한 펜톤 산화처리용 촉매, 이의 제조방법, 및 이를 이용한 수중오염물질 처리방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 구현예에 의한 촉매는, 전체 100중량%에 대해, Fe: 30 내지 60중량%, Ti: 1 내지 10중량%, 및 잔부는 산소를 포함하는 것인 펜톤 산화처리용 촉매를 제공할 수 있다. 보다 구체적으로, Al: 1 내지 5 중량% 더 포함할 수 있다.
또한, Fe: 40내지 60 중량%, Ti: 1 내지 5중량% 및 잔부는 산소를 포함하는 것인 펜톤 산화처리용 촉매를 제공할 수도 있다.
보다 더 구체적으로, Fe: 30 내지 50 중량%, Ti: 1 내지 10중량%, Al: 1 내지 5 중량% 및 잔부는 산소를 포함할 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 촉매의 입자 크기는 0.1 내지 0.4 ㎛ 일 수 있다.
본 발명의 다른 일 구현예에 의한 촉매의 제조방법은, 유기용매와 증류수를 혼합하여 유기용액을 제조하는 단계; 상기 유기용액에 Fe전구체를 투입하는 단계; 상기 Fe 전구체가 투입된 용액에 Ti 전구체를 투입하는 단계; 상기Ti 전구체가 투입된 용액에 pH 조절제를 투입하는 단계; 및 상기 pH 조절제가 투입된 용액을 가열하여 촉매를 생성하는 단계; 를 포함할 수 있다.
상기 유기용액에 Fe전구체를 투입하는 단계; 는, 상기 유기용액에 Fe 전구체 및 Al 전구체를 투입하는 단계; 를 포함할 수 있다.
상기 유기용액에 Fe전구체를 투입하는 단계; 에서, 상기 Fe전구체는 Fe(ClO4)3, FeCl3, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 또한, 상기 유기용액에 투입되는 Fe전구체의 농도는 1 내지 2M일 수 있다.
상기 유기용액에 Fe전구체 및 Al전구체를 투입하는 단계; 에서, 상기 Al전구체는 AlCl3을 포함할 수 있다. 또한, 상기 유기용액에 투입되는 Al전구체의 농도는 0.1 내지 0.5M일 수 있다.
유기용매와 증류수를 혼합하여 유기용액을 제조하는 단계; 에서, 상기 유기용매는 에탄올, 메탄올, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
유기용매와 증류수를 혼합하여 유기용액을 제조하는 단계; 에서, 상기 증류수에 대한 유기용매의 농도는 0.5 내지 1 M 일 수 있다.
상기 Fe 전구체가 투입된 용액에 Ti전구체를 투입하는 단계; 에서, 상기 Ti전구체는 TiSO4, Ti{OCH(CH3)2}4, TiCl4, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 또한, 상기 Fe전구체가 투입된 용액에 투입되는 Ti전구체의 농도는 0.05 내지 0.1M일 수 있다.
상기Ti 전구체가 투입된 용액에 pH 조절제를 투입하는 단계; 에서, 상기 pH 조절제는 NaOH, NH4OH, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 또한, 상기 pH 조절제의 농도는 1 내지 1.5M 일 수 있다.
상기 pH 조절제가 투입된 용액을 가열하여 촉매를 생성하는 단계; 에서, 상기 용액을 가열하는 온도는 80 내지 90℃ 범위에서 2 내지 3시간 동안 가열될 수 있다.
상기 pH 조절제가 투입된 용액을 가열하여 촉매를 생성하는 단계; 이후에, 상기 생성된 촉매를 세척 및 건조하는 단계; 를 더 포함할 수 있다.
상기 생성된 촉매를 세척 및 건조하는 단계; 에서, 상기 촉매는 증류수로 1 내지 1.5시간 동안 세척될 수 있다. 이후, 상기 세척된 촉매는 105 내지 110 ℃에서 2시간 내지 4시간 동안 건조될 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 구현예에 의한 수중오염물질 처리방법은, 유기오염물질을 포함하는 폐수에 과산화수소를 주입하는 단계; 및 상기 과산화수소가 주입된 폐수에 펜톤 산화처리용 촉매를 투입하는 단계; 를 포함하되, 상기 펜톤 산화처리용 촉매는 전체 100중량%에 대해, Fe: 30 내지 60중량%, Ti: 1 내지 10중량%, 및 잔부는 산소를 포함하고, 상기 유기오염물질을 포함하는 폐수의 pH 농도는 3 내지 10인 것인 수중오염물질 처리방법을 제공할 수 있다.
상기 유기오염물질을 포함하는 폐수에 과산화수소를 주입하는 단계; 에서, 상기 유기오염물질은 페놀, 4-클로로페놀, 아세트아미노펜, 벤조산, 카르바마제핀 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 또한, 상기 유기오염물질 0.1 내지 100mol/ℓ에 대해, 상기 과산화수소의 투입량은 10 내지 50mM일 수 있다.
상기 과산화수소가 주입된 폐수에 펜톤 산화처리용 촉매를 투입하는 단계; 에서, 상기 촉매의 투입량은 1.0 내지 5.0g/L일 수 있으며, 상기 투입된 촉매에 의해 수산화 라디칼이 형성될 수 있다. 또한, 상기 촉매를 투입한 후, 2 내지 4시간 동안 반응할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따라, 중성 pH영역에서 활성화가 가능한 촉매를 수득할 수 있다. 또한, 상기 촉매를 이용하여 pH를 산성 영역으로 낮추기 위한 공정 및 비용을 절감할 수 있다. 따라서, 중성 pH 영역에서도 강력한 산화력을 가지는 활성 산화종을 생산하여 난분해성 수중오염물질을 효과적으로 제어할 수 있다.
도 1은 발명예 1, 발명예 2, 및 비교예 1에 따른 촉매를 이용한 아세트아미노펜의 분해율을 그래프로 비교한 것이다.
도 2는 발명예 1 및 발명예 2에 따른 촉매를 이용하여, 페놀 및 4-클로로페놀의 유기오염물질 분해율을 그래프로 나타낸 것이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
따라서, 몇몇 실시예들에서, 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다. 다른 정의가 없다면 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다.
본 발명의 일 구현예에 의한 펜톤 산화처리용 촉매는, 전체 100중량%에 대해, Fe: 30 내지 60중량%, Ti: 1 내지 10 중량%, 및 잔부는 산소를 포함할 수 있다. 더해서, Al: 1 내지 5 중량% 더 포함할 수 있다. 보다 구체적으로는, Fe: 40내지 60 중량%, Ti: 1 내지 5중량% 및 잔부는 산소를 포함할 수 있다.
보다 더 구체적으로는, Fe: 50내지 60 중량%, Ti: 1 내지 10중량%, Al: 1 내지 5 중량% 및 잔부는 산소를 포함할 수 있다.
상기에서 한정한 촉매의 조성 범위는 이하에서 설명하는 본원의 다른 일 구현예인 촉매의 제조 방법에서 투입되는 전구체의 함량에 의해 결정될 수 있다. 보다 구체적으로, Fe전구체의 농도는 1 내지 2M 일 수 있고, Al전구체의 농도는 0.1 내지 0.5M 일 수 있으며, Ti전구체의 농도는 0.05 내지 0.1M일 수 있다.
아울러, 상기 Fe전구체는 Fe(ClO4)3, FeCl3또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 상기 Al전구체는 AlCl3을 포함할 수 있으며, Ti전구체는 TiSO4, Ti{OCH(CH3)2}4, TiCl4, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
상기와 같은 Fe전구체 및 Al전구체는 생성되는 촉매의 구조체 역할을 한다. 또한, 상기 농도를 만족하여 투입할 경우, 중성 영역의 pH에서 해리되지 않으며, 안정적인 상태로 존재할 수 있도록 유지시키는 효과를 가질 수 있다.
Ti전구체는 Fe 및 Al전구체와 결합하여 중성영역의 pH에서 과산화수소의 분해효율을 높이는 역할을 한다. 또한, 상기 농도를 만족하여 투입할 경우, 과산화수소 분해 효율 대비 유기오염물질의 분해효율이 증대되는 효과를 가질 수 있다.
상기와 같은 촉매의 입자 크기는 0.1 내지 0.4 ㎛ 일 수 있다.
촉매 입자의 크기가 상기와 같이 0.1 내지 0.4 ㎛일 경우, 과산화수소의 접촉 면적 증대로 인해 활성산화제의 생성속도 및 대상오염물질의 분해속도를 상승시킬 수 있다.
본 발명의 다른 일 구현예에 따른 펜톤 산화처리용 촉매의 제조방법은 유기용매와 증류수를 혼합하여 유기용액을 제조하는 단계; 상기 유기용액에 Fe전구체를 투입하는 단계; 상기 Fe 전구체가 투입된 용액에 Ti 전구체를 투입하는 단계; 상기Ti 전구체가 투입된 용액에 pH 조절제를 투입하는 단계; 및 상기 pH 조절제가 투입된 용액을 가열하여 촉매를 생성하는 단계; 를 포함할 수 있다.
먼저, 유기용매와 증류수를 혼합하여 유기용액을 제조하는 단계; 에서, 상기 유기용매는 에탄올, 메탄올, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 상기 증류수에 대한 유기용매의 농도는 0.5 내지 1 M일 수 있다.
상기와 같이 유기용매를 증류수와 혼합하는 이유는 용액상에서의 상기 Fe및 Al전구체의 분산이 효과적으로 이루어지도록 하기 위함이다. 또한, 유기용매의 농도가 상기 범위를 만족할 경우, 침전법에 의해 입자의 크기가 0.1 내지 0.4 ㎛ 인 촉매를 생성할 수 있다.
이후, 상기 유기용액에 Fe전구체를 투입하는 단계; 를 포함할 수 있다. 또한, 상기 유기용액에 Fe전구체를 투입하는 단계; 는, 상기 유기용액에 Fe 전구체 및 Al 전구체를 투입하는 단계; 를 더 포함할 수 있다.
이 때, 상기 Fe전구체는 Fe(ClO4)3, FeCl3또는 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 Fe전구체의 농도는 1 내지 2M 일 수 있다.
또한, 상기 Al전구체는 AlCl3을 포함할 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 Al전구체의 농도는 0.1 내지 0.5M일 수 있다.
상기와 같은 Fe전구체 및 Al전구체는 생성되는 촉매의 구조체 역할을 한다. 또한, 상기 농도를 만족하여 투입할 경우, 중성 영역의 pH에서 해리되지 않으며, 안정적인 상태로 존재할 수 있도록 유지시키는 효과를 가질 수 있다.
상기 Fe 전구체가 투입된 용액에 Ti전구체를 투입하는 단계; 에서, 상기 Ti전구체는 TiSO4, Ti{OCH(CH3)2}4, TiCl4, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 또한, 상기 Ti전구체의 농도는 0.05 내지 0.1M 일 수 있다.
상기와 같은 Ti전구체는 Fe 및 Al전구체와 결합하여 중성영역의 pH에서 과산화수소의 분해효율을 높이는 역할을 한다. 또한, 상기 농도를 만족하여 투입할 경우, 과산화수소 분해 효율 대비 유기오염물질의 분해효율이 증대되는 효과를 가질 수 있다.
또한, 상기Ti 전구체가 투입된 용액에 pH 조절제를 투입하는 단계; 에서, 상기 pH 조절제는 NaOH, NH4OH, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 또한, 상기 pH 조절제의 농도는 1 내지 1.5M 일 수 있다.
상기와 같은 pH 조절제는 산성 pH의 반응 용액을 중성-염기성 영역의 pH로 조절하여 Fe, Al 및 Ti 전구체를 산화된 형태의 화합물로 침전시키는 역할을 한다. 또한, 상기 농도 범위만큼 투입할 경우, 비교적 빠른 시간 내에 촉매를 효율적으로 생성시켜 촉매의 수득률을 높이는 효과를 가질 수 있다.
이후 상기 pH 조절제가 투입된 용액을 가열하여 촉매를 생성하는 단계; 에서, 상기 용액은 80 내지 90℃에서 2 내지 3시간 동안 가열될 수 있다.
상기 온도 및 시간 범위에서 가열할 경우, 각 금속 전구체 간의 화학적 결합이 촉진되어 촉매의 생성에 효율적일 수 있다.
상기 pH 조절제가 투입된 용액을 가열하여 촉매를 생성하는 단계; 이후에, 상기 생성된 촉매를 세척 및 건조하는 단계; 를 더 포함할 수 있다.
상기 생성된 촉매를 세척 및 건조하는 단계; 에서, 상기 염은 증류수로 1 내지 1.5시간 동안 세척될 수 있다. 이후, 상기 세척된 염은 105 내지 110℃에서 2 내지 4시간 동안 건조될 수 있다.
상기 범위에서 세척 및 건조할 경우, 미 반응 전구체와 유기물 등의 불순물이 촉매 표면에 남아있지 않게 되므로, 유기오염물질의 분해에 효과적인 금속 산화물 상태의 촉매를 생산할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 구현예에 의한 수중오염물질 처리방법은, 유기오염물질을 포함하는 폐수에 과산화수소를 주입하는 단계; 및 상기 과산화수소가 주입된 폐수에 펜톤 산화처리용 촉매를 투입하는 단계; 를 통해 수중오염물질을 처리할 수 있다.
단, 상기 유기오염물질을 포함하는 폐수의 pH 농도는 3 내지 10일 수 있다. 보다 구체적으로, 5 내지 8일 수 있다. 보다 더 구체적으로는, 6 내지 8일 수 있다.
또한, 상기 펜톤 산화처리용 촉매는 전술한 바와 같이 본 발명의 일 구현예에 의해 제조된 펜톤 산화처리용 촉매일 수 있다.
보다 구체적으로 상기 펜톤 산화처리용 촉매는 전체 100중량%에 대해, Fe: 30 내지 60중량%, Ti: 1 내지 10중량%, 및 잔부는 산소를 포함하는 것일 수 있다.
상기 유기오염물질을 포함하는 폐수에 과산화수소를 주입하는 단계; 에서, 상기 유기오염물질은 페놀, 4-클로로페놀, 아세트아미노펜, 벤조산, 카르바마제핀 또는 이들의 조합을 포함하는 것일 수 있다.
또한, 상기 유기오염물질 0.1 내지 100μmol/ℓ에 대해, 상기 과산화수소의 투입량은 10 내지 50mM일 수 있다.
상기 범위의 과산화수소를 투입하는 경우, 유기오염물질을 분해하는 수산화라디칼 및 4가철 종 등의 활성산화제를 생성할 수 있다.
이후, 상기 과산화수소가 주입된 폐수에 펜톤 산화처리용 촉매를 투입하는 단계; 에서, 상기 촉매의 투입량은 1.0 내지 5.0g/L 일 수 있다.
촉매의 투입량이 상기 범위일 경우, 과산화수소를 분해하는 효과가 우수하여 수산화 라디칼의 생산 효율을 증가시킬 수 있다.
또한, 상기 과산화수소가 주입된 폐수에 펜톤 산화처리용 촉매를 투입하는 단계; 에 의해, 수중오염물질은 촉매에 의해 2 내지 4시간 동안 분해될 수 있다.
상기와 같이 2 내지 4시간 동안 분해할 경우, 수중오염물질의 대부분이 분해될 수 있다.
이하, 실시예를 통해 상세히 설명한다. 단 하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
실시예
발명예 1: Fe - Ti 산화물을 이용한 촉매 제조
1M 농도의 에탄올과 증류수 100mL를 혼합하여 유기용액을 제조하였다.
상기 유기용액에 1M 농도의 Fe(ClO4)3 을 투입하였다.
상기 Fe(ClO4)3가 투입된 용액에 0.1M 농도의 TiSO4를 투입하였다.
상기 TiSO4가 투입된 용액에 1.5M 농도의 NaOH를 투입하였다.
이후, 90℃에서 2시간 동안 가열하여 촉매를 생성하였다.
상기 생성된 촉매를 증류수로 1시간 동안 3회 세척하고, 110℃에서 4시간 동안 건조하였다.
상기 생성된 촉매를 이루는 철, 타이타늄의 중량 퍼센트는 각각 약 60%, 약 3% 이며 잔부는 산소로 이루어져 있음을 확인하였다.
발명예 2: Fe - Al - Ti 산화물을 이용한 촉매 제조
1M 농도의 에탄올과 증류수 100mL를 혼합하여 유기용액을 제조하였다.
상기 유기용액에 1M 농도의 Fe(ClO4)3 및 0.5M 농도의 AlCl3을 투입하였다.
상기 Fe(ClO4)3 및 AlCl3가 투입된 용액에 0.1M 농도의 TiSO4를 투입하였다.
상기 TiSO4가 투입된 용액에 1.5M 농도의 NaOH를 투입하였다.
이후, 90℃에서 2시간 동안 가열하여 촉매를 생성하였다.
상기 생성된 촉매를 증류수로 1시간 동안 3회 세척하고, 110℃에서 4시간 동안 건조하였다.
상기 생성된 촉매를 이루는 철, 타이타늄, 알루미늄의 중량 퍼센트는 각각 약 55%, 약 3%, 약 5% 이며 잔부는 산소로 이루어져 있음을 확인하였다.
비교예 1: 산화철을 이용한 촉매 제조
1M 농도의 에탄올과 증류수 100mL를 혼합하여 유기용액을 제조하였다.
상기 유기용액에 1M 농도의 Fe(ClO4)3 을 투입하였다.
상기 Fe(ClO4)3가 투입된 용액에 1.5M 농도의 NaOH를 투입하였다.
NaOH를 투입한 후, 90℃에서 2시간 동안 가열하여 촉매를 생성하였다.
상기 생성된 촉매를 증류수로 1시간 동안3회 세척하고, 110℃에서 4시간 동안 건조하였다.
상기 생성된 촉매를 이루는 철의 중량 퍼센트는 약 70% 이며, 잔부는 산소로 이루어져 있음을 확인하였다.
실험예
실험예 1: 아세트아미노펜의 분해 실험
0.01mM의 아세트아미노펜이 용해된 물 99.5mL를 준비한 후, 50mM농도의 과산화수소 주입조건을 충족하기 위하여 10M의 과산화수소 표준용액을 0.5mL 투입하여 반응액을 100 mL로 만들어 실험하였다.
이후, 발명예 1, 발명예 2, 및 비교예 1에 따른 촉매를 3.0g/L 투입하였다. 이후, 2시간이 경과한 후, 아세트아미노펜의 분해율을 측정하였다. 이 때 사용한 반응액의 pH 농도는 7이었다.
그 결과, 도 1에 나타난 바와 같이, 비교예 1의 경우는 2시간이 경과한 후, 아세트아미노펜이 약 10%도 분해되지 않은 것을 알 수 있다.
반면, 발명예 1의 경우에는 2시간이 경과 후, 아세트아미노펜의 분해율이 100%에 가까운 것을 확인할 수 있다. 또한, 발명예 2의 경우에도 약 90%에 가까운 분해율을 보여줌으로써, 오염물질의 제거 능력이 우수함을 알 수 있다.
실험예 2: 페놀 및 4- 클로로페놀의 분해 실험
실험예 1에서 실시한 아세트아미노펜 외 다른 종류의 유기오염물질인 페놀 및 4-클로로페탈의 분해율을 측정하였다.
0.01mM의 페놀 및 4-클로로페탈이 용해된 물 99.5mL를 준비한 후, 50mM농도의 과산화수소 주입조건을 충족하기 위하여 10M의 과산화수소 표준용액을 0.5mL 투입하여 반응액을 100 mL로 만들어 실험하였다.
이후, 발명예 1 및 발명예 2에 따른 촉매를 3.0g/L 투입하였다. 이후, 4시간이 경과한 후, 페놀 및 4-클로로페탈의 분해율을 측정하였다. 이 때 사용한 반응액의 pH 농도는 7이었다.
그 결과, 도 2에 나타난 바와 같이, 페놀 및 4-클로로페놀과 같은 오염물질의 제거 능력도 우수한 것을 알 수 있다.
보다 구체적으로, 발명예 1에 의한 촉매를 이용한 경우는 페놀보다 4-클로로페놀을 분해하는 능력이 더 우수했으나, 페놀을 분해하는 능력도 약 50% 이상으로 우수한 것을 알 수 있다.
특히, 발명예 2에 의한 촉매를 이용한 결과, 페놀 및 4-클로로페놀과 같은 난분해성 유기오염물질도 4시간이 경과된 후, 약 80%에 가까운 분해율을 나타내고 있으므로 상기 오염물질의 제거 능력이 우수함을 알 수 있다.
이는, 펜톤 산화 반응은 pH가 낮을수록 빠른 시간 안에 반응이 발생한다. 다시 말해서, pH가 중성에 가까울수록, 수산화라디칼의 생성이 어렵게 되어, 강력한 산화력을 가지는 활성 산화종을 생산하기 어려운 문제점이 있다.
다만, 본원의 일 실시예에 의한 촉매는 도 1 및 도 2에 개시된 바와 같이 중성의 pH 영역에서도 강력한 활성화가 가능한 촉매를 이용하여, 수산화라디칼의 생성으로 난분해성 유기오염물질을 효과적으로 제어할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변경된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (29)

  1. 전체 100중량%에 대해, Fe: 30 내지 60중량%, Ti: 1 내지 10중량%, 및 잔부는 산소를 포함하는 것인 펜톤 산화처리용 촉매.
  2. 제1항에 있어서,
    Al: 1 내지 5 중량% 더 포함하는 것인 펜톤 산화처리용 촉매.
  3. 제1항에 있어서,
    Fe: 40내지 60 중량%, Ti: 1 내지 5중량% 및 잔부는 산소를 포함하는 것인 펜톤 산화처리용 촉매.
  4. 제2항에 있어서,
    Fe: 50 내지 60 중량%, Ti: 1 내지 10중량%, Al: 1 내지 5 중량% 및 잔부는 산소를 포함하는 것인 펜톤 산화처리용 촉매.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 촉매의 입자 크기는 0.1 내지 0.4 ㎛ 인 것인 펜톤 산화처리용 촉매.
  6. 유기용매와 증류수를 혼합하여 유기용액을 제조하는 단계;
    상기 유기용액에 Fe전구체를 투입하는 단계;
    상기 Fe 전구체가 투입된 용액에 Ti 전구체를 투입하는 단계;
    상기Ti 전구체가 투입된 용액에 pH 조절제를 투입하는 단계; 및
    상기 pH 조절제가 투입된 용액을 가열하여 촉매를 생성하는 단계; 를 포함하는 것인 펜톤 산화처리용 촉매의 제조방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 유기용액에 Fe전구체를 투입하는 단계; 는,
    상기 유기용액에 Fe 전구체 및 Al 전구체를 투입하는 단계; 를 포함하는 것인 펜톤 산화처리용 촉매의 제조방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 유기용액에 Fe전구체를 투입하는 단계; 에서,
    상기 Fe전구체는 Fe(ClO4)3, FeCl3, 또는 이들의 조합을 포함하는 것인 펜톤 산화처리용 촉매의 제조방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 유기용액에 Fe전구체를 투입하는 단계; 에서,
    상기 유기용액에 투입되는 Fe전구체의 농도는 1 내지 2M인 것인 펜톤 산화처리용 촉매의 제조방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 유기용액에 Fe전구체 및 Al전구체를 투입하는 단계; 에서,
    상기 Al전구체는 AlCl3을 포함하는 것인 펜톤 산화처리용 촉매의 제조방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 유기용액에 Fe전구체 및 Al전구체를 투입하는 단계; 에서,
    상기 유기용액에 투입되는 Al전구체의 농도는 0.1 내지 0.5M인 것인 펜톤 산화처리용 촉매의 제조방법.
  12. 제6항에 있어서,
    유기용매와 증류수를 혼합하여 유기용액을 제조하는 단계; 에서,
    상기 유기용매는 에탄올, 메탄올, 또는 이들의 조합을 포함하는 것인 펜톤 산화처리용 촉매의 제조방법.
  13. 제12항에 있어서,
    유기용매와 증류수를 혼합하여 유기용액을 제조하는 단계; 에서,
    상기 증류수에 대한 유기용매의 농도는 0.5 내지 1 M 인 것인 펜톤 산화처리용 촉매의 제조방법.
  14. 제6항에 있어서,
    상기 Fe 전구체가 투입된 용액에 Ti전구체를 투입하는 단계; 에서,
    상기 Ti전구체는 TiSO4, Ti{OCH(CH3)2}4, TiCl4, 또는 이들의 조합을 포함하는 것인 펜톤 산화처리용 촉매의 제조방법.
  15. 제6항에 있어서,
    상기 Fe 전구체가 투입된 용액에 Ti전구체를 투입하는 단계; 에서,
    상기 Fe전구체가 투입된 용액에 투입되는 Ti전구체의 농도는 0.05 내지 0.1M인 것인 펜톤 산화처리용 촉매의 제조방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기Ti 전구체가 투입된 용액에 pH 조절제를 투입하는 단계; 에서,
    상기 pH 조절제는 NaOH, NH4OH, 또는 이들의 조합을 포함하는 것인 펜톤 산화처리용 촉매의 제조방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기Ti 전구체가 투입된 용액에 pH 조절제를 투입하는 단계; 에서,
    상기 pH 조절제의 농도는 1 내지 1.5M 인 것인 펜톤 산화처리용 촉매의 제조방법.
  18. 제6항에 있어서,
    상기 pH 조절제가 투입된 용액을 가열하여 촉매를 생성하는 단계; 에서,
    상기 용액을 가열하는 온도는 80 내지 90℃ 인 것인 펜톤 산화처리용 촉매의 제조방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 pH 조절제가 투입된 용액을 가열하여 촉매를 생성하는 단계; 에서,
    상기 용액을 2 내지 3시간 동안 가열되는 것인 펜톤 산화처리용 촉매의 제조방법.
  20. 제6항에 있어서,
    상기 pH 조절제가 투입된 용액을 가열하여 촉매를 생성하는 단계; 이후에,
    상기 생성된 촉매를 세척 및 건조하는 단계; 를 더 포함하는 것인 펜톤 산화처리용 촉매의 제조방법.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 생성된 촉매를 세척 및 건조하는 단계; 에서,
    상기 촉매는 증류수로 1 내지 1.5시간 동안 세척되는 것인 펜톤 산화처리용 촉매의 제조방법.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 생성된 촉매를 세척 및 건조하는 단계; 에서,
    상기 세척된 촉매는 105 내지 110 ℃에서 건조되는 것인 펜톤 산화처리용 촉매의 제조방법.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 생성된 촉매를 세척 및 건조하는 단계; 에서,
    상기 세척된 촉매는 2 내지 4시간 동안 건조되는 것인 펜톤 산화처리용 촉매의 제조방법.
  24. 유기오염물질을 포함하는 폐수에 과산화수소를 주입하는 단계; 및
    상기 과산화수소가 주입된 폐수에 펜톤 산화처리용 촉매를 투입하는 단계; 를 포함하되,
    상기 펜톤 산화처리용 촉매는 전체 100중량%에 대해, Fe: 30 내지 60중량%, Ti: 1 내지 10중량%, 및 잔부는 산소를 포함하고, 상기 유기오염물질을 포함하는 폐수의 pH 농도는 3 내지 10인 것인 수중오염물질 처리방법.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 유기오염물질을 포함하는 폐수에 과산화수소를 주입하는 단계; 에서,
    상기 유기오염물질은 페놀, 4-클로로페놀, 아세트아미노펜, 벤조산, 카르바마제핀 또는 이들의 조합을 포함하는 것인 수중오염물질 처리방법.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 유기오염물질을 포함하는 폐수에 과산화수소를 주입하는 단계; 에서,
    상기 유기오염물질 0.1 내지 100mol/ℓ에 대해, 상기 과산화수소의 투입량은 10 내지 50mM인 것인 수중오염물질 처리방법.
  27. 제24항에 있어서,
    상기 과산화수소가 주입된 폐수에 펜톤 산화처리용 촉매를 투입하는 단계; 에서,
    상기 촉매의 투입량은 1.0 내지 5.0g/L인 것인 수중오염물질 처리방법.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 과산화수소가 주입된 폐수에 펜톤 산화처리용 촉매를 투입하는 단계; 에서,
    상기 투입된 촉매에 의해 수산화 라디칼이 형성되는 것인 수중오염물질 처리방법.
  29. 제28항에 있어서,
    상기 과산화수소가 주입된 폐수에 펜톤 산화처리용 촉매를 투입하는 단계; 에 의해,
    2 내지 4시간 동안 반응하는 것인 수중오염물질 처리방법.
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