KR20180038258A - Method for removal of heavy metal ion aqueous solutions using carbon material with nitrogen functional group - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a method for removing a subaqueous heavy metal ion using a carbon material with a nitrogen functional group which can effectively remove a subaqueous heavy metal ion through electrostatic attraction between a heavy metal ion and a nitrogen functional group present in a carbon material with nitrogen. According to the present invention, the method for removing subaqueous heavy metal ion using a carbon material with a nitrogen functional group adsorbs the subaqueous heavy metal ion through the electrostatic attraction between the heavy metal ion and the nitrogen functional group for adsorbing the subaqueous heavy metal ion by using the carbon material including the nitrogen functional group. The nitrogen functional group is an assembly of nitrogen (N), carbon (C), hydrogen (H) or an assembly of nitrogen (N) and carbon (C). The carbon (C) and the hydrogen (H) connected to the nitrogen (N) or the carbon (C) has a positive charge larger than that of carbon of the carbon material.

Description

질소기능기가 포함된 탄소물질을 이용한 수중의 중금속이온 제거방법{Method for removal of heavy metal ion aqueous solutions using carbon material with nitrogen functional group}TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for removing heavy metal ions from a heavy metal ion using a carbon material containing a nitrogen functional group,

본 발명은 질소기능기가 포함된 탄소물질을 이용한 수중의 중금속이온 제거방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 질소가 포함된 탄소물질에 존재하는 질소기능기(nitrogen functional group)와 중금속이온 사이의 정전기적 인력 작용을 통해 수중의 중금속을 효과적으로 제거할 수 있는 질소기능기가 포함된 탄소물질을 이용한 수중의 중금속이온 제거방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for removing heavy metal ions in a water using a carbon material containing a nitrogen functional group, and more particularly, to a method for removing heavy metal ions from a nitrogen functional group and an electrostatic To a method for removing heavy metal ions in water using a carbon material containing a nitrogen functional group capable of effectively removing heavy metals in the water through an action of attraction.

중금속 및 그 중에서도 비소(As)는 인체에 치명적인 독성을 가지는 원소로 자연적으로 광석이나 지하의 지질층에서 지하수로 녹아 나올 수 있다. 비소의 인체에 대한 치명적인 독성으로 인해 세계보건기구(WHO)에서는 음용수의 비소 농도 기준을 50 ㎍/L(ppb)에서 10 ㎍/L (ppb)로 낮추었으며, 미국 환경보호청(USEPA) 역시 비소의 음용수 기준을 최대 10 ㎍/L 낮추었다.Heavy metals and, in particular, arsenic (As) are fatal toxic elements in the human body and can naturally melt into ore or underground geological layers. The World Health Organization (WHO) has reduced the arsenic concentration of drinking water from 50 μg / L (ppb) to 10 μg / L (ppb) due to the deadly toxicity of arsenic to the human body. Drinking water standards were reduced by up to 10 ㎍ / L.

비소는 물 속에서 H3AsO3, H2AsO4 -, HAsO4 2- 등의 산소산 음이온(oxyanion) 형태로 존재한다. 비소를 제거하기 위한 기술로 USEPA에서는 공침 및 침전법, 이온교환법, 멤브레인법, 흡착법 등을 제안하고 있다(USEPA, 2002).Arsenic is present in water in the form of oxyanion oxides such as H 3 AsO 3 , H 2 AsO 4 - , and HAsO 4 2- . USEPA has proposed a coprecipitation and precipitation method, an ion exchange method, a membrane method, and an adsorption method as a technique for removing arsenic (USEPA, 2002).

철 산화물(iron oxide)과 수산화물(hydroxide)는 비소 흡착특성이 우수한 것으로 알려져 있으며(한국등록특허 제1615672호 참조), 탄소나노물질과 결합된 형태로 응용되기도 한다. 비소가 존재하는 수중 환경에서 철 산화물 또는 수산화물은 비소 이온과 강한 화학적 결합을 이루며, 이와 같은 화학적 결합을 통해 수중의 비소를 제거할 수 있다(W.Chen et al., Arsenic removal by iron-modified activated carbon, Water Res. 41(2007) 1851-1858., V.Chandra et al., Water-dispersible magnetite-reduced graphene oxide composites for arsenic removal, ACS Nano 4(2010) 3979-3986. 참조). Iron oxide and hydroxide are known to have excellent arsenic adsorption properties (see Korean Patent No. 1615672), and may be applied in a form combined with carbon nanomaterials. In an underwater environment in which arsenic is present, iron oxides or hydroxides form strong chemical bonds with arsenic ions and can remove arsenic from the water through such chemical bonding (W. Chen et al., Arsenic removal by iron-modified activated carbon, Water Res. 41 (2007) 1851-1858., V.Chandra et al., Water-dispersible magnetite-reduced graphene oxide composites for arsenic removal, ACS Nano 4 (2010) 3979-3986.

그러나, 철 산화물 또는 수산화물은 비소와의 강한 화학적 결합을 통해 비소를 제거하는 방식임에 따라, 철 산화물 또는 수산화물로부터 비소를 탈착시킴에 어려움이 있다. 즉, 비소의 분리회수 및 흡착제(철 산화물 또는 수산화물)의 재사용에 어려움이 있다. However, since iron oxide or hydroxide is a method of removing arsenic through strong chemical bonding with arsenic, it is difficult to desorb arsenic from iron oxide or hydroxide. That is, there are difficulties in the separation and recovery of arsenic and the reuse of the adsorbent (iron oxide or hydroxide).

한국등록특허 제1615672호Korean Patent No. 1615672

W.Chen et al., Arsenic removal by iron-modified activated carbon, Water Res. 41(2007) 1851-1858.W. Chen et al., Arsenic removal by iron-modified activated carbon, Water Res. 41 (2007) 1851-1858. V.Chandra et al., Water-dispersible magnetite-reduced graphene oxide composites for arsenic removal, ACS Nano 4(2010) 3979-3986.V.Chandra et al., Water-dispersible magnetite-reduced graphene oxide composites for arsenic removal, ACS Nano 4 (2010) 3979-3986.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 질소가 포함된 탄소물질에 존재하는 질소기능기(nitrogen functional group)와 중금속이온 사이의 정전기적 인력 작용을 통해 수중의 중금속을 효과적으로 제거할 수 있는 질소기능기가 포함된 탄소물질을 이용한 수중의 중금속이온 제거방법을 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to effectively remove heavy metals in water through electrostatic attraction between a nitrogen functional group and a heavy metal ion present in a nitrogen- The present invention provides a method for removing heavy metal ions in water using a carbon material containing a nitrogen functional group.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 질소기능기가 포함된 탄소물질을 이용한 수중의 중금속이온 제거방법은 질소기능기가 포함된 탄소물질을 이용하여 수중의 중금속이온을 흡착함에 있어서, 질소기능기와 중금속이온 사이의 정전기적 인력 작용을 통해 중금속이온을 흡착하며, 상기 질소기능기는 질소(N), 탄소(C), 수소(H)의 결합체 또는 질소(N), 탄소(C)의 결합체이며, 질소(N)에 연결된 탄소(C)와 수소(H) 또는 탄소(C)는 탄소물질의 탄소보다 양전하성이 큰 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method for removing heavy metal ions in a water using a carbonaceous material including a nitrogen functional group, comprising the steps of adsorbing a heavy metal ion in a water using a carbonaceous material containing a nitrogen functional group, (N), carbon (C), hydrogen (H) or a combination of nitrogen (N) and carbon (C), and the nitrogen functional group is a nitrogen (C) and hydrogen (H) or carbon (C) connected to the carbon atom (N) are characterized in that they have higher positive chargeability than carbon of the carbon material.

상기 질소기능기는 피롤릭-N(pyrollic-N) 구조 또는 그래피틱-N(graphitic-N) 구조를 갖는다. 상기 피롤릭-N(pyrollic-N) 구조는 질소(N)에 2개의 탄소(C)와 1개의 수소(H)가 연결된 구조이며, 상기 2개의 탄소(C)와 1개의 수소(H)는, 질소(N)에 전자를 제공하여 탄소물질의 탄소보다 양전하성이 크다. 또한, 상기 그래피틱-N(graphitic-N) 구조는 질소(N)에 3개의 탄소(C)가 연결된 구조이며, 상기 3개의 탄소(C)는, 질소(N)에 전자를 제공하여 탄소물질의 탄소보다 양전하성이 크다.The nitrogen functional group has a pyrollic-N structure or a graphitic-N structure. The pyrollic-N structure has a structure in which two carbons (C) and one hydrogen (H) are connected to nitrogen (N), and the two carbons (C) and one hydrogen , And nitrogen (N), which is more positively charged than carbon of the carbon material. Also, the graphitic-N structure has a structure in which three carbon atoms are connected to nitrogen (N), and the three carbon atoms (C) form electrons in nitrogen (N) Is more positively charged than carbon.

상기 수중의 중금속이온은 음전하성 물질이며, 비소이온(H2AsO4 -) 또는 크롬이온(HCrO4 -)이다.The heavy metal ion in the water is a negative charge material and is arsenic ion (H 2 AsO 4 - ) or chromium ion (HCrO 4 - ).

본 발명에 따른 질소기능기가 포함된 탄소물질을 이용한 수중의 중금속이온 제거방법은 다음과 같은 효과가 있다.The method for removing heavy metal ions in water using the carbon material including the nitrogen functional group according to the present invention has the following effects.

탄소물질에 포함되어 있는 피롤릭-N(pyrollic-N) 구조 또는 그래피틱-N(graphitic-N) 구조의 양전하성을 이용하여 음전하성을 띠는 수중의 중금속이온을 정전기적 인력 작용을 통해 용이하게 흡착할 수 있다. 또한, 본 발명의 물질과 수중의 중금속이온은 정전기적 결합을 이룸에 따라 적절한 전기장의 제어를 통해 중금속이온의 탈착이 가능하다.By using the positivity of the pyrollic-N structure or the graphitic-N structure contained in the carbon material, the heavy metal ions in the negatively charged water are electrostatically attracted . In addition, since the substance of the present invention and the heavy metal ions in water undergo electrostatic bonding, it is possible to desorb heavy metal ions through control of an appropriate electric field.

도 1a는 피롤릭-N(pyrollic-N) 구조가 포함된 탄소물질의 원자배열도.
도 1b는 그래피틱-N(graphitic-N) 구조가 포함된 탄소물질의 원자배열도.
도 2a 및 도 2b는 각각 비소이온(H2AsO4 -)과 크롬이온(HCrO4 -)의 원자배열도.
도 3은 피롤릭-N(pyrollic-N) 구조와 비소이온(H2AsO4 -)의 전하량을 설명하기 위한 참고도.
도 4는 피롤릭-N(pyrollic-N) 구조가 없는 탄소물질과 비소이온(H2AsO4 -)의 전하량을 설명하기 위한 참고도.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Figure 1 a is an atomic arrangement of a carbon material containing a pyrollic-N structure.
1b is an atomic arrangement of a carbon material containing a graphitic-N structure.
2A and 2B are atomic arrangements of arsenic ions (H 2 AsO 4 - ) and chromium ions (HCrO 4 - ), respectively.
3 is a reference diagram for explaining a charge amount of a pyrollic-N structure and an arsenic ion (H 2 AsO 4 - ).
4 is a reference diagram for explaining the charge amount of a carbon material having no pyrollic-N structure and an arsenic ion (H 2 AsO 4 - ).

본 발명은 정전기적 인력을 통해 수중의 중금속이온을 흡착할 수 있는 물질을 제시한다.The present invention suggests a material capable of adsorbing heavy metal ions in water through electrostatic attraction.

본 발명의 물질은 양전하성을 띠고 흡착대상물질인 수중의 중금속이온은 음전하성을 띠며, 이로 인해 두 물질 사이에 정전기적 인력이 작용하여 수중의 중금속이온의 흡착이 가능하다.The material of the present invention has a positive charge, and the heavy metal ions in the water, which is a substance to be adsorbed, are negatively charged, so that an electrostatic attractive force acts between the two substances, so that heavy metal ions can be adsorbed in the water.

본 발명의 물질은 질소기능기(nitrogen functional group)를 구비한 탄소물질이다. 상기 탄소물질은 탄소원자들의 집합체이며, 다양한 탄소동소체가 탄소물질에 해당될 수 있다. 즉, 상기 탄소물질은 흑연, 플러렌(fullerene), 그래핀(graphene) 등의 탄소동소체 중 어느 하나를 의미할 수 있다.The material of the present invention is a carbon material having a nitrogen functional group. The carbon material is a collection of carbon atoms, and various carbon isomers may correspond to carbon materials. That is, the carbon material may be any one of carbon isotopes such as graphite, fullerene, and graphene.

상기 질소기능기는 상기 탄소물질에 존재하는 질소(N), 탄소(C), 수소(H)의 결합체 또는 질소(N), 탄소(C)의 결합체를 일컫는 것으로서, 수중의 중금속이온과 정전기적 인력 작용을 하는 양전하성 물질이다.The nitrogen functional group refers to a bond of nitrogen (N), carbon (C), hydrogen (H) or nitrogen (N) or carbon (C) present in the carbon material and is a combination of heavy metal ions and electrostatic attraction Lt; / RTI >

상기 질소기능기는 정확히는, 피롤릭-N(pyrollic-N) 또는 그래피틱-N(graphitic-N)이며, 피롤릭-N(pyrollic-N) 또는 그래피틱-N(graphitic-N)은 탄소 배열 중에 탄소(C)가 질소(N)로 치환된 형태이다. 구체적으로, 피롤릭-N(pyrollic-N)은 질소(N)에 2개의 탄소(C)와 1개의 수소(H)가 연결된 형태이며, 그래피틱-N(graphitic-N)은 질소(N)에 3개의 탄소(C)가 연결된 형태이다. 도 1a는 피롤릭-N(pyrollic-N) 구조가 포함된 탄소물질의 원자배열도이고, 도 1b는 그래피틱-N(graphitic-N) 구조가 포함된 탄소물질의 원자배열도이며, 도 1a 및 도 1b에서 회색은 탄소(C), 파란색은 질소(N), 흰색은 수소(H)이다.Nitrogen functional groups are precisely pyrollic-N or graphitic-N and pyrollic-N or graphitic-N in the carbon arrangement And carbon (C) is substituted with nitrogen (N). Specifically, pyrollic-N has a structure in which two carbon (C) and one hydrogen (H) are connected to nitrogen (N), and graphitic- (C) are connected to each other. FIG. 1A is an atomic arrangement view of a carbon material including a pyrollic-N structure, FIG. 1B is an atomic arrangement view of a carbon material including a graphitic-N structure, 1B, gray is carbon (C), blue is nitrogen (N), and white is hydrogen (H).

질소가 존재하지 않는 탄소물질은 탄소만이 배열되어 있음에 따라 전기적으로 중성을 띠게 된다. 반면, 탄소물질에 질소(N)가 존재하면 즉, 4가인 탄소(C)가 3가인 질소(N)로 치환되면 전기적 변화가 발생된다.Nitrogen-free carbon materials become electrically neutral due to the arrangement of only carbon. On the other hand, when nitrogen (N) is present in the carbon material, that is, when quadrivalent carbon (C) is substituted with trivalent nitrogen (N), electrical change occurs.

피롤릭-N(pyrollic-N) 구조에 있어서, 4가인 탄소(C)가 3가인 질소(N)로 치환됨에 따라 전기적 평형을 위해 질소(N)와 연결된 2개의 탄소(C)와 1개의 수소(H)는 질소(N)에 전자를 제공한다. 피롤릭-N(pyrollic-N)의 질소(N)는 주변의 양전하(2개의 탄소와 1개의 수소)로부터 전자를 받음에 따라 음전하성이 커지게 되며, 질소(N)와 연결된 2개의 탄소와 1개의 수소는 전자를 잃음에 따라 양전하성이 커지게 된다. 이와 같은 피롤릭-N(pyrollic-N) 구조에서의 전자 이동에 의해 질소(N)에 연결된 2개의 탄소(C)와 1개의 수소(H)는 강한 양전하성을 갖게 된다.In the pyrollic-N structure, the tetravalent carbon (C) is substituted with trivalent nitrogen (N), so that two carbon (C) and one hydrogen (H) provides electrons to nitrogen (N). Nitrogen (N) in pyrollic-N is negatively charged as it receives electrons from surrounding positive charges (two carbons and one hydrogen), and the two carbons connected with nitrogen (N) One hydrogen increases in positive charge as electrons are lost. Two carbon (C) and one hydrogen (H) connected to nitrogen (N) are strongly positively charged by the electron movement in the pyrollic-N structure.

그래피틱-N(graphitic-N) 구조의 경우, 4가인 탄소(C)가 3가인 질소(N)로 치환됨에 따라 전기적 평형을 위해 질소(N)와 연결된 3개의 탄소(C)는 질소(N)에 전자를 제공한다. 그래피틱-N(graphitic-N)의 질소(N)는 주변의 양전하(3개의 탄소)로부터 전자를 받음에 따라 음전하성이 커지게 되며, 질소(N)와 연결된 3개의 탄소는 전자를 잃음에 따라 양전하성이 커지게 된다. 이와 같은 전자 이동에 의해 그래피틱-N(graphitic-N) 구조의 질소(N)에 연결된 3개의 탄소(C)는 강한 양전하성을 갖게 된다.In the case of the graphitic-N structure, three carbon atoms C connected to nitrogen (N) for electrical equilibrium are substituted with nitrogen (N) ). Nitrogen (N) in graphitic-N becomes negatively charged as electrons are received from the surrounding positive charge (three carbons), while the three carbons connected to nitrogen (N) So that the positive charge becomes large. By this electron transfer, the three carbons (C) connected to the nitrogen (N) of the graphitic-N structure have a strong positive charge.

상술한 바와 같이, 피롤릭-N(pyrollic-N) 구조의 질소(N) 및 그래피틱-N(graphitic-N) 구조의 질소(N)에 연결된 양전하들은 질소(N)에 전자를 잃음으로 인해 강한 양전하성을 갖게 된다.As described above, positive charges connected to nitrogen (N) of the pyrollic-N structure and nitrogen (N) of the graphitic-N structure cause electrons to be lost due to nitrogen (N) And a strong positive charge property is obtained.

피롤릭-N(pyrollic-N) 구조 및 그래피틱-N(graphitic-N) 구조에 있어서, 질소(N)에 연결된 양전하들이 강한 양전하성을 띰은 음전하성 물질과의 정전기적 인력 작용이 가능함을 의미한다. 즉, 피롤릭-N(pyrollic-N) 구조 및 그래피틱-N(graphitic-N) 구조의 양전하들이 강한 양전하성을 띠게 됨에 따라, 수중의 중금속이온과의 정전기적 인력 작용이 발생되며 이를 통해 수중의 중금속이온에 대한 흡착이 가능하게 된다. 더 정확히는, 피롤릭-N(pyrollic-N) 구조의 양전하들 또는 그래피틱-N(graphitic-N) 구조의 양전하들과 수중의 중금속이온에 존재하는 음전하들(예를 들어, O2-) 사이에 강한 정전기적 인력 작용이 발생된다.In the pyrollic-N and graphitic-N structures, positive charges connected to nitrogen (N) are capable of electrostatic attraction with negative charge materials with strong positive charge it means. That is, as the positive charges of the pyrollic-N structure and the graphitic-N structure become strong positive positively, electrostatic attraction with the heavy metal ions in the water occurs, To adsorb to heavy metal ions. More precisely, positive charges of a pyrollic-N structure or positive charges of a graphitic-N structure and negative charges (e. G., O 2- ) present in heavy metal ions in water A strong electrostatic attractive force is generated.

본 발명에 있어서, 피롤릭-N(pyrollic-N) 구조 또는 그래피틱-N(graphitic-N)과 정전기적 인력 작용이 가능한 수중의 중금속이온은 제반 음전하성 물질이 해당될 수 있으나, 일 예로 비소이온(H2AsO4 -), 크롬이온(HCrO4 -)이 흡착대상물질로 특정될 수 있다. 비소이온(H2AsO4 -)과 크롬이온(HCrO4 -)의 원자배열도는 각각 도 2a, 도 2b에 도시한 바와 같으며, 도 2a 및 도 2b에서 녹색은 비소(As), 짙은 파란색은 크롬(Cr), 빨간색은 산소(O), 흰색은 수소(H)이다.In the present invention, the heavy metal ions in the water capable of electrostatic attraction with the pyrollic-N structure or graphitic-N may be all kinds of negative charge materials, Ions (H 2 AsO 4 - ), and chromium ions (HCrO 4 - ) can be specified as the adsorption target material. The atomic arrangements of arsenic ions (H 2 AsO 4 - ) and chromium ions (HCrO 4 - ) are as shown in FIGS. 2A and 2B, respectively. In FIGS. 2A and 2B, green is arsenic (As) Is chromium (Cr), red is oxygen (O), and white is hydrogen (H).

본 발명의 물질과 수중의 중금속이온 간의 정전기적 인력 작용을 각 원자의 전하량 분석을 통해 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 각 원자의 전하량 분석은 멀리컨 개체군 분석방법(Mulliken population analysis)을 이용하였으며, 피롤릭-N(pyrollic-N) 구조와 비소이온(H2AsO4 -)을 일 예로 하여 설명하기로 한다.The electrostatic attraction between the substance of the present invention and heavy metal ions in water will be described in detail through the analysis of charge quantity of each atom. Mulliken population analysis was used to analyze the charge amount of each atom, and pyrolytic-N structure and arsenic ion (H 2 AsO 4 - ) will be described as an example.

도 3을 참조하면, 피롤릭-N(pyrollic-N) 구조의 질소(N)는 0.71e만큼의 전자를 주변 원자로부터 받아서 음전하가 되고, 질소(N)에 결합된 두 개의 탄소 원자와 한 개의 수소 원자는 각각 0.31e, 0.33e, 0.35e만큼의 전자를 잃으면서 양전하가 되어, 피롤릭-N(pyrollic-N) 구조의 탄소 원자 및 수소 원자는 강한 양전하성을 띠게 된다. 도 3 및 후술하는 도 4에 있어서, 회색은 탄소(C), 노란색은 질소(N), 흰색은 수소(H), 녹색은 비소(As), 빨간색은 산소(O)이다.Referring to FIG. 3, nitrogen (N) of a pyrollic-N structure receives electrons of about 0.71e from neighboring atoms to become a negative charge, and has two carbon atoms bonded to nitrogen (N) Hydrogen atoms lose electrons of 0.31e, 0.33e, and 0.35e, respectively, and become positive, while the carbon and hydrogen atoms of the pyrollic-N structure are strongly positively charged. In FIG. 3 and FIG. 4 described later, gray is carbon (C), yellow is nitrogen (N), white is hydrogen (H), green is arsenic (As), and red is oxygen (O).

비소이온(H2AsO4 -)의 경우, 비소(As)에 결합된 산소 원자들은 각각 0.78e, 0.79e, 0.70e만큼의 전자를 비소(As)로부터 얻어 음전하를 띠게 되어, 비소이온(H2AsO4 -)은 강한 음전하성을 띠게 된다.In the case of the arsenic ion (H 2 AsO 4 - ), the oxygen atoms bonded to arsenic (As) have electrons of 0.78e, 0.79e and 0.70e respectively derived from arsenic (As) 2 AsO 4 - ) has a strong negative charge.

피롤릭-N(pyrollic-N) 구조의 양전하가 강한 양전하성을 띠고, 비소이온(H2AsO4 -)이 강한 음전하성을 띠게 됨에 따라, 피롤릭-N(pyrollic-N) 구조와 비소이온(H2AsO4 -)이 근접하게 되면 정전기적 인력 작용에 의해 피롤릭-N(pyrollic-N) 구조에 비소이온(H2AsO4 -)이 흡착된다.As the positive charge of the pyrollic-N structure has a strong positive charge and the arsenic ion (H 2 AsO 4 - ) has a strong negative charge, the pyrollic-N structure and the arsenic ion (H 2 AsO 4 - ), the arsenic ion (H 2 AsO 4 - ) adsorbs to the pyrollic-N structure due to electrostatic attraction.

한편, 피롤릭-N(pyrollic-N) 구조가 없는 탄소물질의 경우, 각 탄소 원자의 전하량이 0.02e, 0.08e, 0.09e로 전기적으로 거의 중성을 띠고 있어, 비소이온(H2AsO4 -)이 근접하더라도 정전기적 인력 작용이 일어나지 않는다(도 4 참조).On the other hand, in the case of the carbon material without the pyrollic-N structure, the charge amount of each carbon atom is 0.02e, 0.08e, and 0.09e, which is almost electrically neutral, and arsenic ion (H 2 AsO 4 - The electrostatic attraction force does not occur (see FIG. 4).

본 발명의 물질과 수중의 중금속이온은 상술한 바와 같이 정전기적 인력 작용에 의해 흡착되는 방식임에 따라, 중금속이온이 흡착된 본 발명의 물질에 대해 적절한 전기장을 인가함으로써 중금속이온을 탈착시킬 수 있다. 종래의 철 산화물 또는 수산화물은 비소와의 강한 화학적 결합을 이룸에 따라 흡착된 비소의 탈착이 용이하지 않다.Since the substance of the present invention and the heavy metal ions in the water are adsorbed by the electrostatic attraction action as described above, heavy metal ions can be desorbed by applying an appropriate electric field to the heavy metal ion adsorbed substance of the present invention . Conventional iron oxides or hydroxides have strong chemical bonds with arsenic, and desorption of adsorbed arsenic is not easy.

Claims (6)

질소기능기가 포함된 탄소물질을 이용하여 수중의 중금속이온을 흡착함에 있어서,
질소기능기와 중금속이온 사이의 정전기적 인력 작용을 통해 중금속이온을 흡착하며,
상기 질소기능기는 질소(N), 탄소(C), 수소(H)의 결합체 또는 질소(N), 탄소(C)의 결합체이며,
질소(N)에 연결된 탄소(C)와 수소(H) 또는 탄소(C)는 탄소물질의 탄소보다 양전하성이 큰 것을 특징으로 하는 질소기능기가 포함된 탄소물질을 이용한 수중의 중금속이온 제거방법.
In adsorbing heavy metal ions in water using a carbon material containing a nitrogen functional group,
Adsorbs heavy metal ions through electrostatic attraction between nitrogen functional groups and heavy metal ions,
The nitrogen functional group is a combination of nitrogen (N), carbon (C), hydrogen (H) or a combination of nitrogen (N) and carbon (C)
Wherein the carbon (C), hydrogen (H), or carbon (C) connected to nitrogen (N) has a higher positive charge than carbon of the carbon material.
제 1 항에 있어서, 상기 질소기능기는 피롤릭-N(pyrollic-N) 구조 또는 그래피틱-N(graphitic-N) 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 질소기능기가 포함된 탄소물질을 이용한 수중의 중금속이온 제거방법.
The method according to claim 1, wherein the nitrogen functional group has a pyrollic-N structure or a graphitic-N structure. Removal method.
제 2 항에 있어서, 상기 피롤릭-N(pyrollic-N) 구조는 질소(N)에 2개의 탄소(C)와 1개의 수소(H)가 연결된 구조이며,
상기 2개의 탄소(C)와 1개의 수소(H)는, 질소(N)에 전자를 제공하여 탄소물질의 탄소보다 양전하성이 큰 것을 특징으로 하는 질소기능기가 포함된 탄소물질을 이용한 수중의 중금속이온 제거방법.
The pyrollic-N structure according to claim 2, wherein the pyrollic-N structure has a structure in which two carbons (C) and one hydrogen (H) are connected to nitrogen (N)
Wherein the two carbon (C) and one hydrogen (H) are electrons supplied to nitrogen (N) and have a higher positive charge than carbon of the carbon material. Ion removal method.
제 2 항에 있어서, 상기 그래피틱-N(graphitic-N) 구조는 질소(N)에 3개의 탄소(C)가 연결된 구조이며,
상기 3개의 탄소(C)는, 질소(N)에 전자를 제공하여 탄소물질의 탄소보다 양전하성이 큰 것을 특징으로 하는 질소기능기가 포함된 탄소물질을 이용한 수중의 중금속이온 제거방법.
The method of claim 2, wherein the graphitic-N structure has a structure in which three carbon atoms are connected to nitrogen (N)
Wherein the three carbon atoms (C) provide electrons to nitrogen (N) and have a higher positive charge than carbon atoms of the carbon material.
제 1 항에 있어서, 상기 수중의 중금속이온은 음전하성 물질인 것을 특징으로 하는 질소기능기가 포함된 탄소물질을 이용한 수중의 중금속이온 제거방법.
The method of claim 1, wherein the heavy metal ion in the water is a negative charge material.
제 5 항에 있어서, 상기 수중의 중금속이온은 비소이온(H2AsO4 -) 또는 크롬이온(HCrO4 -)인 것을 특징으로 하는 질소기능기가 포함된 탄소물질을 이용한 수중의 중금속이온 제거방법. The method of claim 5, wherein the heavy metal ion in the water is arsenic ion (H 2 AsO 4 - ) or chromium ion (HCrO 4 - ).
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Gao 등. Chitin-derived mesoporous, nitrogen-containing carbon for heavy metal removal and styrene expoxidation. ChemPlusChem. 2015, 50, 1556-1564 *
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비특허문헌1_CHEMPLUSCHEM *

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