KR20180063681A - 표면이 개질된 활성탄의 제조방법 및 그 방법에 의해 제조된 표면이 개질된 활성탄 - Google Patents

표면이 개질된 활성탄의 제조방법 및 그 방법에 의해 제조된 표면이 개질된 활성탄 Download PDF

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Abstract

본 발명의 표면이 개질된 활성탄의 제조방법 및 그 방법에 의해 제조된 표면이 개질된 활성탄은 비용 및 시간이 절감된 간단한 공정만으로 활성탄의 표면을 개질하여 유기오염물질이 포함된 폐수를 처리할 경우에 제거하기가 어려운 음이온성 오염물질을 제거할 수 있고, 그 외 오염물질이 제거 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 활성탄의 표면 개질을 통하여 활성탄의 오염물질 흡착능력을 향상시켜 높은 오염물질의 제거 효율을 가지는 활성탄을 제공할 수 있다.

Description

표면이 개질된 활성탄의 제조방법 및 그 방법에 의해 제조된 표면이 개질된 활성탄 {MANUFACTURING METHOD OF SURFACE MODIFIED ACTIVATED CARBON AND THE SURFACE MODIFIED ACTIVATED CARBON MANUFACTURING BY THE METHOD}
본 발명은 표면이 개질된 활성탄의 제조방법 및 그 방법에 의해 제조된 표면이 개질된 활성탄에 관한 것으로, 보다 상세하게는 활성탄의 표면을 개질하여 유기오염물질이 포함된 페수의 처리 시 음이온성 오염물질을 제거할 수 있을 뿐만 아니라 그 외 오염물질의 제거 효율도 향상시킬 수 있는 표면이 개질된 활성탄의 제조방법 및 그 방법에 의해 제조된 표면이 개질된 활성탄에 관한 것이다.
최근 인구증가, 산업발달, 생활수준의 향상에 따라 생활오수, 산업폐수, 가축폐수를 비롯한 각종 유기성폐수 등의 배출량이 급속히 증가하여 이로 인한 강, 하천, 호수, 바다 등의 수질오염이 심각한 지경에 이르고 있다. 그 중에서도 질소(N)와 같은 영양염류가 자연계의 수중생태계에 과다하게 배출될 경우 부영양화가 초래되어 조류의 증식에 의한 수질오염을 가중시킨다.
이와 같은 수질오염의 주원인인 유기물, 질소 및 인을 정화하기 위한 방법으로 화학적 처리 방법 및 생물학적 처리방법 등이 사용되고 있으나 화학적 처리방법은 장비와 약품비가 고가이므로 초기 시설비 및 운전비용이 많이 들어가는 단점이 있으며 화학약품으로 인하여 2차적인 오염이 발생하는 문제점이 있다. 또한, 생물학적 처리 방법은 유기물 및 영양염류를 미생물이 분해하도록 하는 방법으로서 미생물이 유기물 및 영양염류를 분해하기까지 상당한 체류시간이 걸리므로 반응조 부피가 커지는 문제가 있고 고액분리를 하는 침전조에서의 슬러지부상 등으로 인한 침전효율 저하 및 운전의 어려움으로 인한 안정적인 처리 수질 확보가 어려운 상태이다.
이와 같은 화학적, 생물학적 처리방법의 문제점을 해결하는 동시에, 강화된 수질기준을 만족시키고자 하는 방안으로서, 활성탄을 이용하여 오염물질을 흡착에 의해 제거하고자 하는 기술이 개발되고 있다.
활성탄은 흡착제로 주로 많이 사용 되는 물질로써 각종 유기물이나 무기물로 이루어진 오염원뿐만 아니라 세균 및 미생물 등이 활성탄 칼럼을 통과할 때 오염물질들이 각 활성탄의 표면에 흡착한다. 이처럼 활성탄은 넓은 비표면적으로 흡착용량이 크고, 뛰어난 흡착 능력으로 오염물질 제거효율에 높은 특징을 나타내며 다른 처리방법에 비해 매우 저렴하다는 장점이 있다. 하지만 표면이 비극성이기 때문에 암모니아 등 비점이 낮고 극성성분에 대해서는 흡착 효율이 낮은 것으로 알려져 있다.
이와 관련, 한국등록특허 10-1407506에는 흡착성능을 높이기 위하여 기공 표면에 산이나 알칼리를 첨착 시킨 후, 그 흡착성능을 높여 특정 성분에 대하여 선택적으로 흡착 시킬 수 있는 활성탄의 제조방법을 개시되어 있다.
그러나 이러한 화학적 처리 방법은 1) 화학 물질을 세정하기 위해서 다량의 물을 소모시키고 세척된 물을 다시 처리해야만 하여 비용 및 시간이 많이 소요되고 2) 강력한 화학 반응에 의해서 활성탄이 가지고 있는 고유한 흡착 능력이 파괴되어 오염물질의 제거 효율이 떨어지며 3) 음이온성 오염물질을 제거하지 못하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명이 해결하려는 과제는 간단한 공정만으로 활성탄의 표면을 개질하고, 음이온성 오염물질을 제거할 수 있을 뿐만 아니라 그 외 오염물질의 제거 효율이 높은 표면이 개질된 활성탄의 제조방법 및 그 방법에 의해 제조된 표면이 개질된 활성탄을 제공하는 데에 목적이 있다.
상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, (1) 활성탄을 철염을 포함하는 응집제로 처리하는 단계 및 (2) 상기 활성탄에 방사선을 조사하는 단계를 포함하는 개질된 활성탄의 제조방법을 제공한다.
또한, 상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 상기의 어느 한 방법으로 제조된 활성탄을 이용하여 폐수를 처리하는 방법을 제공한다. 또한, 활성탄의 표면에 철염을 포함하며, 상기 철염은 황산제2철(Fe2(SO4)3) 또는 염화제2철(FeCl3) 중 어느 하나 이상인 표면이 개질된 활성탄을 제공한다.
또한, 상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 상기의 어느 한 제조방법으로 제조된 표면이 개질된 활성탄을 제공한다.
본 발명의 표면이 개질된 활성탄의 제조방법 및 그 방법에 의해 제조된 표면이 개질된 활성탄은 비용 및 시간이 절감된 간단한 공정만으로 활성탄의 표면을 개질하여 유기오염물질이 포함된 폐수를 처리할 경우에 제거하기가 어려운 음이온성 오염물질을 제거할 수 있고, 그 외 오염물질이 제거 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 활성탄의 표면 개질을 통하여 활성탄의 오염물질 흡착능력을 향상시켜 높은 오염물질의 제거 효율을 가지는 활성탄을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 염화제2철(FeCl3)을 포함하는 응집제를 사용하여 제조한 표면이 개질된 활성탄의 응집제 농도(mM)에 따른 총 유기탄소(TOC), 화학적 산소요구량(COD), 암모니아성 질소(NH3-N) 및 질산성 질소(NO3 -)의 제거효율을 나타난 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 염화제2철(FeCl3)을 포함하는 응집제를 사용하여 제조한 표면이 개질된 활성탄의 방사선 조사선량(kGy)에 따른 총 유기탄소(TOC), 화학적 산소요구량(COD), 암모니아성 질소(NH3-N) 및 질산성 질소(NO3 -)의 제거효율을 나타난 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 황산제2철(Fe2(SO4)3)을 포함하는 응집제를 사용하여 제조한 표면이 개질된 활성탄의 방사선 조사선량(kGy)에 따른 총 유기탄소(TOC), 화학적 산소요구량(COD), 암모니아성 질소(NH3-N) 및 질산성 질소(NO3 -)의 제거효율을 나타난 그래프이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세하게 설명한다. 다만, 실시예가 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니며, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로 해석되어야 할 것이다.
상술한 바와 같이, 종래의 화학적 처리 방법에 의한 표면이 개질된 활성탄의 제조방법은 화학 물질을 세정하기 위해서 다량의 물을 소모시키고 세척된 물을 다시 처리해야만 하여 비용 및 시간이 많이 소요되는 문제점이 있었다. 또한, 강력한 화학 반응에 의해서 활성탄이 가지고 있는 고유한 흡착 능력이 파괴되어 오염물질의 제거 효율이 떨어지고, 음이온성 오염물질을 제거하지 못하는 문제점이 있었다.
이에 본 발명은 (1) 활성탄을 철염을 포함하는 응집제로 처리하는 단계 및 (2) 상기 활성탄에 방사선을 조사하는 단계를 포함하는 개질된 활성탄의 제조방법을 제공하여 상술한 문제점의 해결을 모색하였다. 이를 통해 비용 및 시간이 절감된 간단한 공정만으로 활성탄의 표면에 결합하는 철 이온의 수를 증가시켜 효과적으로 활성탄의 표면을 개질할 수 있다.
또한, 활성탄의 표면을 개질하여 유기오염물질이 포함된 폐수를 처리할 경우에 제거하기가 어려운 음이온성 오염물질을 제거할 수 있고, 그 외 오염물질이 제거 효율을 향상시킬 수 있다. 뿐만 아니라, 활성탄의 표면 개질을 통하여 활성탄의 오염물질 흡착능력을 향상시켜 높은 오염물질의 제거 효율을 가지는 활성탄을 제공할 수 있다.
먼저, (1) 활성탄을 철염을 포함하는 응집제로 처리하는 단계를 설명한다.
활성탄은 미세세공이 잘 발달된 무정형 탄소의 집합체로서, 활성화 과정에서 분자크기 정도의 미세세공이 잘 형성되어 큰 내부표면적을 가지게 되는 흡착제이다. 본 발명에 사용되는 활성탄은 환경, 수처리 등의 제반 산업분야에서 활용될 수 있으나, 코코넛이나 목재, 갈탄 등을 소재로 하여 제조된 것뿐만 아니라 다양한 소재를 사용하여 제조된 것을 사용할 수 있다. 또한, 공지된 수증기나 약품부활법으로 제조한 활성탄을 사용하거나, 제조된 활성탄을 염산이나 염화나트륨으로 처리하여 불순물과 금속을 제거한 것 등이 사용할 수 있으며, 이외에 다양한 공지의 방법으로 제조된 활성탄도 사용될 수 있다.
구체적으로, 활성탄은 통상적으로 단위 g당 1,000㎡ 이상의 표면적을 가지며 표면에 존재하는 탄소원자의 관능기가 주위의 액체 또는 기체에 인력을 가하여 피흡착질의 분자를 흡착하는 성질이 있다. 즉, 이러한 활성탄을 사용하는 경우 많은 기공에 의해 개질 될 수 있는 표면적이 증대되므로 오염물질의 흡착 제거 공간이 증대된다. 결국, 보다 효율적으로 폐수에 포함된 오염물질을 제거할 수 있다.
본 발명에 사용하는 활성탄은 통상적으로 흡착을 통해 폐수에 포함된 오염물질을 용이하게 제거할 수 있는 크기이면 족하나, 바람직하게는 입경이 100 ~ 400 메쉬(mesh)인 것을 사용할 수 있다. 보다 바람직하게는 입경이 150 ~ 350 메쉬인 것을 사용할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 200 ~ 300 메쉬인 것을 사용할 수 있다. 입경이 상기 범위 이내인 활성탄을 사용하는 경우, 활성탄 개수당 표면적이 적절하게 유지될 수 있어 오염물질을 제거 효율이 향상된다.
만일 활성탄의 입경이 100 메쉬 미만인 경우, 활성탄의 표면적이 지나치게 작아서 오염물질이 흡착하기 어려워 오염물질의 제거 효율이 저하되는 문제가 발생할 수 있다. 또한 만일 활성탄의 입경이 400 메쉬를 초과하는 경우, 활성탄 하나의 표면적이 지나치게 넓어지게 되므로 총 활성탄의 중량 대비 총 표면적이 작아지게 되어 오염물질의 흡착 능력이 떨어지게 된다. 이에 따라 결국 오염물질의 제거 효율이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
또한, 본 발명에 사용되는 응집제에 포함되는 철염은 통상적으로 활성탄의 표면에 결합되어 오염물질을 흡착할 수 있는 철염을 사용할 수 있으나, 본 발명의 바람직한 일구현예에 따르면 황산제2철(Fe2(SO4)3) 또는 염화제2철(FeCl3) 중 어느 하나 이상일 수 있다. 또한, 보다 바람직하게는 염화제2철(FeCl3)일 수 있다.
상기의 철염으로 활성탄의 표면을 개질하는 경우, 폐수처리 시 폐수에 포함된 음이온성 오염물질 및 그 외의 오염물질의 흡착되는 양을 증가시킬 수 있어 폐수 처리 효과를 극대화할 수 있다. 뿐만 아니라, 활성탄의 표면에 철 이온이 결합하게 되어 철 이온의 잔존 및 배출되는 양이 줄어들게 되므로, 철 이온의 배출로 인한 암모니아 이온 또는 아질산 이온이 생성되지 않아 2차적 수질오염을 미연에 방지하는 효과도 얻을 수 있다.
또한, 상기의 황산제2철(Fe2(SO4)3) 또는 염화제2철(FeCl3)을 사용하는 경우, 다른 철염을 사용하는 경우보다 저렴한 비용으로 높은 처리 효율을 가져 생산성이 현저히 증대되는 장점이 있다.
한편, 본 발명에 사용되는 상기 철염을 포함하는 응집제의 농도는 바람직하게는 15 ~ 25mM일 수 있으며, 보다 바람직하게는 17 ~ 23mM일 수 있다. 응집제의 농도가 상기 범위 내인 경우, 총 유기탄소(TOC), 화학적 산소요구량(COD), 암모니아성 질소(NH3-N) 및 질산성 질소(NO3 -) 제거 효율이 증대되어 폐수 처리 능력이 향상된다.
만일 응집제의 농도가 15mM 미만이거나 25mM를 초과하는 경우, 총 유기탄소(TOC), 화학적 산소요구량(COD), 암모니아성 질소(NH3-N) 및 질산성 질소(NO3 -) 제거 효율이 저하되는 등 폐수 처리시 오염물질의 제거 능력이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
응집제에 사용되는 용매는 증류수일 수 있다. 증류수를 용매로 이용하는 경우, 철염의 용해도가 높아 제조가 용이하며 추가적인 첨가물 없이 제조할 수 있는 장점이 있다. 또한, 상기 증류수를 용매로 이용하여 그대로 방사선 조사 공정까지 진행함으로써, 방사선 조사에 의해 물분자가 분해되어 라디칼이 형성되고, 형성된 라디칼이 방사선 조사에 의하여 활성탄 표면에 철 이온을 도입시키는 일련의 개질 기작을 추가적인 과정 없이 한번에 가능하게 하는 효과가 있다.
나아가 상기 응집제 처리 단계를 수행하는 경우, 바람직하게는 활성탄 100 중량부에 대하여 철염을 0.5 ~ 2.8 중량부 포함하는 응집제를 사용할 수 있다. 또한, 보다 바람직하게는 활성탄 100 중량부에 대하여 철염이 0.7 ~ 2.6 중량부 포함된 응집제를 사용할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 철염이 1.0 ~ 2.4 중량부 포함된 응집제를 사용할 수 있다. 상기 범위 내에서 철염이 포함된 응집제를 사용하는 경우, 총 활성탄의 표면적 대비 활성탄의 표면에 결합할 수 있는 철 이온 수가 적절하여 활성탄의 표면이 보다 효율적으로 개질될 수 있다. 또한, 활성탄의 표면에 결합하지 못한 철 이온의 배출로 인한 암모니아 이온 또는 아질산 이온이 생성되지 않아 2차적 수질오염을 미연에 방지하는 효과도 얻을 수 있다.
만일 활성탄 100 중량부에 대하여 철염을 0.5 중량부 미만으로 포함하는 응집제를 사용하는 경우, 총 활성탄의 표면적 대비 결합할 수 있는 철 이온 수가 적으므로 활성탄의 표면의 개질이 완전히 일어나지 않을 수 있다. 이에 따라 오염물질의 제거 효율이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
또한, 만일 활성탄 100 중량부에 대하여 철염을 2.8 중량부 초과하여 포함하는 응집제를 사용하는 경우, 철 이온 수가 지나치게 많아지므로 활성탄의 표면에 결합하지 못한 철 이온의 배출이 증가할 수 있다. 이에 따라 철 이온의 배출로 인해 암모니아 이온 또는 아질산 이온 등이 생성될 수 있어 2차적 수질오염이 발생하는 문제가 발생할 수 있다.
구체적으로 도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 염화제2철(FeCl3)을 포함하는 응집제를 사용하여 제조한 표면이 개질된 활성탄의 응집제 농도(mM)에 따른 총 유기탄소(TOC), 화학적 산소요구량(COD), 암모니아성 질소(NH3-N) 및 질산성 질소(NO3 -)의 제거효율을 나타난 그래프이다.
상기 도면을 통해서, 표면을 개질하지 않은 활성탄을 이용하는 경우 총 유기탄소(TOC)의 폐수 처리 전후의 농도가 약 150 ~ 170 mg/L 정도 차이가 난다. 반면, 본 발명의 표면이 개질된 활성탄으로 폐수를 처리하는 경우에는 약 150 ~ 30 mg/L의 차이를 보여 총 유기탄소의 제거 효율이 현저히 향상되었음을 알 수 있다. 또한, 본 발명의 표면이 개질된 활성탄 사용 시 화학적 산소요구량(COD)의 폐수 처리 전후의 농도는 450 ~ 1310 mg/L, 질산성 질소(NO3 -)의 폐수 처리 전후의 농도는 38 ~ 100 mg/L의 차이를 보여 음이온성 오염물질 및 다른 오염물질의 제거 효율도 현저히 향상되었음을 알 수 있다. 뿐만 아니라, 상기 그래프를 통해서 응집제의 농도가 15 ~ 25mM인 경우에, 오염물질의 폐수 처리 전후의 농도 차이가 보다 크게 나타남을 알 수 있다. 즉, 이를 통해서 상기의 응집제 농도 범위 내에서 보다 오염물질의 제거 효율이 상승함을 확인할 수 있다.
다음으로 (2) 상기 활성탄에 방사선을 조사하는 단계를 설명한다.
본 발명에 사용할 수 있는 방사선은 바람직하게는 감마선을 사용할 수 있다. 상기의 방사선을 조사하는 경우, 활성탄의 표면에 결합하는 철 이온 수를 증가시킬 수 있고, 이에 따라 활성탄의 표면 개질 효과가 향상된다. 즉, 상기 방사선의 조사를 통해 충분히 표면이 개질된 활성탄을 제조할 수 있게 되므로 오염물질의 흡착 능력이 향상되어 폐수 처리 효과가 증대될 수 있다.
만일 상기 방사선을 조사하지 않는 경우, 활성탄의 표면에 결합하는 철 이온 수가 저하되므로 활성탄의 표면 개질이 충분히 수행되지 않을 수 있다. 이에 따라 오염물질의 제거 효율이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
또한, 상기 방사선 조사량은 바람직하게는 0.7 ~ 8 kGy 일 수 있으며, 보다 바람직하게는 0.8 ~ 7 kGy일 수 있고, 더욱 바람직하게는 0.9 ~ 6 kGy/h일 수 있다. 상기 범위 내의 방사선을 조사하는 경우 총 유기탄소(TOC), 화학적 산소요구량(COD), 암모니아성 질소(NH3-N) 및 질산성 질소(NO3 -) 제거 효율이 증대되어 폐수 처리 능력이 향상된다.
만일 방사선의 조사량이 0.7 kGy 미만이거나 8 kGy 를 초과하는 경우, 총 유기탄소(TOC), 화학적 산소요구량(COD), 암모니아성 질소(NH3-N) 및 질산성 질소(NO3 -) 제거 효율이 저하되는 등 폐수 처리시 오염물질의 제거 능력이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
구체적으로 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 염화제2철(FeCl3)을 포함하는 응집제를 사용하여 제조한 표면이 개질된 활성탄의 방사선 조사선량(kGy)에 따른 총 유기탄소(TOC), 화학적 산소요구량(COD), 암모니아성 질소(NH3-N) 및 질산성 질소(NO3 -)의 제거효율을 나타난 그래프이다. 또한, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 황산제2철(Fe2(SO4)3)을 포함하는 응집제를 사용하여 제조한 표면이 개질된 활성탄의 방사선 조사선량(kGy)에 따른 총 유기탄소(TOC), 화학적 산소요구량(COD), 암모니아성 질소(NH3-N) 및 질산성 질소(NO3 -)의 제거효율을 나타난 그래프이다.
상기 도면들을 통해서, 방사선을 조사하여 표면을 개질한 활성탄을 이용하는 경우, 총 유기탄소(TOC), 화학적 산소요구량(COD), 암모니아성 질소(NH3-N) 및 질산성 질소(NO3 -)의 폐수 처리 전후의 농도가 현저히 큰 차이를 보임을 확인할 수 있다. 즉, 방사선을 조사하는 경우에 방사선을 조사하지 않고 표면을 개질한 활성탄에 비해서 오염물질의 제거 효율이 현저히 향상되었음을 확인할 수 있다. 이 경우 철염으로 염화제2철(FeCl3) 또는 황산제2철(Fe2(SO4)3) 중 어떤 것을 사용하였는지 불문하고 오염물질의 제거 효율이 높게 나타남을 알 수 있다. 결국 방사선을 조사하는 경우 활성탄의 표면 개질이 효과적으로 수행될 수 있어 폐수 처리 능력이 증대됨을 확인할 수 있다.
한편, 상기 방사선 조사량이 0.7 ~ 8kGy인 경우 오염물질의 폐수 처리 전후의 농도 차이가 보다 크게 나타남을 알 수 있다. 즉, 이를 통해서 상기의 방사선 조사량 범위 내에서 보다 오염물질의 제거 효율이 상승함을 확인할 수 있다.
한편, 상기 (2) 단계 이후 상기 철 이온과 활성탄을 보다 더 강하게 결합시키기 위하여 표면이 개질된 활성탄을 소성시키는 단계를 더 포함할 수도 있다. 상기의 소성은 바람직하게는 80 ~ 120℃에서 8 ~ 30시간 동안 활성탄을 건조시켜 수행될 수 있다.
나아가 본 발명은 상기의 제조방법 중 어느 하나의 방법으로 제조된 활성탄 및 이를 이용하여 폐수를 처리하는 방법을 제공한다. 이를 통해 유기오염물질이 포함된 폐수를 처리할 경우, 음이온성 오염물질을 제거할 수 있을 뿐만 아니라 그 외의 오염물질을 효율적으로 제거할 수 있어 폐수를 처리 능력을 증대시킬 수 있다.
이하 상술한 내용과 중복되는 내용을 제외하고 상세히 설명한다.
본 발명의 표면 개질된 활성탄을 이용하여 폐수를 처리하는 방법은 폐수에만 적용되는 것이 아니라 하수 및 기타 오염수 처리 시에도 적용이 가능하다. 본 발명의 활성탄은 고유의 흡착 능력을 유지하고 있을 뿐만 아니라, 상기의 제조 방법에 의해서 철 이온이 표면에 비교적 많이 결합하고 있어 충분히 표면이 개질이 되어 있으므로 흡착 능력이 증대되어 있다. 따라서, 상기의 활성탄을 이용하여 폐수를 처리하는 경우 음이온성 오염물질을 제거함과 동시에 그 외의 다른 오염물질의 제거 효율이 우수하게 나타난다.
더 나아가 본 발명은 활성탄의 표면에 철염을 포함하며, 상기 철염은 황산제2철(Fe2(SO4)3) 또는 염화제2철(FeCl3) 중 어느 하나 이상인 표면이 개질된 활성탄을 제공한다. 이를 통해 유기오염물질이 포함된 폐수를 처리할 경우에 제거하기가 어려운 음이온성 오염물질을 제거할 수 있고, 그 외 오염물질이 제거 효율을 향상시킬 수 있다.
결국, 본 발명을 통해서 활성탄의 표면을 개질하는 경우, 활성탄의 표면에 결합한 철 이온 수를 증가시킬 수 있으므로 보다 완전히 표면이 개질된 활성탄을 얻을 수 있다. 상기의 활성탄을 이용하여 오염물질이 포함된 폐수를 처리하는 경우, 음이온성 오염물질을 제거할 수 있을 뿐만 아니라 그 외의 다른 오염물질들의 제거 효율도 향상되는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 상기의 공정은 시간과 비용이 절감된 간단한 공정만으로 수행될 수 있고, 활성탄 고유의 흡착 능력을 유지시킬 수 있으므로 효율적으로 유기성 폐수를 처리할 수 있다.
실시예
이하 본 발명의 실시예에 의해 설명한다. 다만 본 실시예에 의하여 본 발명의 범위가 제한되는 것은 아니다.
표 1
Figure pat00001
표 1은 본 실시예에 사용되는 시약 및 기기들의 제원을 나타낸다.
실시예 1
활성탄 50g을 증류수로 세척한 후 105 ℃에서 하룻밤 동안 건조하였다. 20 mM의 응집제를 준비하였다(FeCl3 , 용매 : 증류수). 상기 응집제 150ml에 활성탄 50g을 70 ℃에서 18시간 동안 침지하였다. 상기 활성탄에 감마선을 1 kGy의 조사량을 5 kGy/hr의 조사 선량률로 조사하였다. 조사 후 상기 활성탄을 105 ℃에서 하룻밤 동안 건조하여 소성을 진행하여 표면이 개질된 활성탄을 제조하였다.
실시예 2 ~ 14
하기 표 2의 조건에 따라서 실시예 1과 동일한 방법으로 표면이 개질된 활성탄을 제조하였다.
표 2
Figure pat00002
비교예 1
응집제를 사용하지 않는 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다.
비교예 2
방사선을 조사하지 않은 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다.
비교예 3
방사선을 조사하지 않은 것을 제외하고 실시예 10과 동일한 방법으로 실시하였다.
실험예 - 폐수 처리 전후의 오염물질 농도 및 제거 효율 측정
실시예 및 비교예를 통해 얻은 활성탄을 이용하여 대상 오염수에 포함된 오염물질의 농도 및 제거 효율을 측정하였다. 대상 오염수로 1/100으로 희석된 침출수를 사용하였고, 침출수에는 NO3 -가 포함되어 있지 않아 임의로 NO3 - 100 mg/L를 첨가하여 개질된 활성탄의 오염물질제거 효율 시험에 이용하였다. 총 유기탄소(TOC)의 제거 효율, 화학적 산소요구량(COD), 암모니아성 질소(NH3-N)의 제거 효율 및 질산성 질소(NO3 -) 제거 효율을 측정하였으며, 하기 표 3에 이를 나타내었다.
표 3
Figure pat00003
먼저, 상기의 실시예 1과 실시예 10을 비교하면, 실시예 1은 철염으로 염화제2철(FeCl3)을 사용하였고 실시예 10은 황산제2철(Fe2(SO4)3)을 사용하였다. 상기 실시예 1과 실시예 10의 경우 모두 오염물질의 제거 효율이 높게 나타났으나, 실시예 1의 경우가 더 높은 오염물질의 제거 효율을 가짐을 알 수 있다. 특히, 제거가 어려운 음이온성 오염물질인 질산성 질소(NO3 -)의 제거 효율이 88.30%로 실시예 10의 44.79에 비하여 현저히 높게 나타남을 알 수 있다.
또한, 실시예 1과 실시예 2 ~ 5를 비교하면, 실시예 1의 경우 대부분의 오염물질의 제거 효율이 80%를 초과하고 있다. 이에 반하여 실시예 2 ~ 5의 경우 모든 오염물질의 제거 효율이 80% 미만으로 나타나고 있어, 응집제의 농도가 20mM인 실시예 1을 통해 제조한 활성탄을 이용한 폐수 처리 능력이 가장 증대됨을 확인할 수 있다.
또한, 실시예 1과 실시예 6 ~ 9를 비교하면, 실시예 1의 경우 대부분의 오염물질의 제거 효율이 80%를 초과하고 있다. 이에 반하여 실시예 6 ~ 9의 경우 모든 오염물질의 제거 효율이 80% 미만으로 나타나고 있어 방사선 조사량이 1kGy인 실시예 1을 통해 제조한 활성탄을 이용한 폐수 처리 능력이 가장 증대됨을 확인할 수 있다.
한편, 비교예 1의 철염이 포함된 응집제로 표면을 개질하지 않은 활성탄을 이용하여 폐수를 처리하는 경우, 오염물질의 제거 효율이 모두 52% 이하로 낮게 나타난다. 이에 반하여 철염이 포함된 응집제로 표면을 개질한 실시예 1 및 실시예 10의 경우 오염물질의 제거 효율 대부분이 60% 이상으로 현저히 높게 나타남을 알 수 있다. 이를 통하여 철염으로 표면을 개질한 활성탄의 오염물질 제거 효율 및 폐수 처리 능력이 현저히 높음을 확인할 수 있다.
뿐만 아니라, 비교예 2 및 3의 경우가 실시예 1 및 10의 경우보다 오염물질 제거 효율의 대부분이 현저히 낮게 나타남을 알 수 있다. 이를 통하여 방사선을 조사하는 경우 보다 활성탄의 표면 개질이 잘 일어나게 되므로 오염물질 제거 효율이 향상되며, 폐수 처리 능력이 증대됨을 확인할 수 있다.

Claims (9)

  1. (1) 활성탄을 철염을 포함하는 응집제로 처리하는 단계;및
    (2) 상기 활성탄에 방사선을 조사하는 단계;를 포함하는 개질된 활성탄의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 (1) 단계의 활성탄의 입경이 100 ~ 400 메쉬(mesh)인 것을 특징으로 하는 개질된 활성탄의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 (1) 단계의 철염은 황산제2철(Fe2(SO4)3) 또는 염화제2철(FeCl3) 중 어느 하나 이상이며, 상기 응집제의 농도는 15 ~ 25mM 인 것을 특징으로 하는 개질된 활성탄의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 (1)단계 수행 시, 활성탄 100 중량부에 대하여 철염을 0.5 ~ 2.8 중량부 포함하는 응집제를 사용하는 것을 특징으로 하는 개질된 활성탄의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 (2) 단계의 방사선은 감마선인 것을 특징으로 하는 표면이 개질된 활성탄의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서
    상기 (2) 단계의 방사선 조사량이 0.7 ~ 8 kGy인 것을 특징으로 하는 표면이 개질된 활성탄의 제조방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항의 방법으로 제조된 활성탄을 이용하여 폐수를 처리하는 방법.
  8. 활성탄;
    상기 활성탄의 표면에 철염을 포함하며,
    상기 철염은 황산제2철(Fe2(SO4)3) 또는 염화제2철(FeCl3) 중 어느 하나 이상인 표면이 개질된 활성탄.
  9. 제1항 내지 6항 중 어느 한 항의 제조방법으로 제조된 표면이 개질된 활성탄.

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