KR20190102896A - Manufacturing method of magnetic biochar for removing heavy metal and magnetic biochar manufactured therefrom and absorbent comprising of the biochar for removing heavy metal - Google Patents

Manufacturing method of magnetic biochar for removing heavy metal and magnetic biochar manufactured therefrom and absorbent comprising of the biochar for removing heavy metal Download PDF

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Abstract

Disclosed is a method for manufacturing a magnetic biochar for removing heavy metals comprising: a first step of washing, drying and grinding kelp and preparing kelp powder; a second step of coating oxidized steel particles on the surface of kelp and magnetizing the same; and a third step of coating a chitosan layer to the surface of magnetic kelp. According to the present invention, an algae-based magnetic biochar containing chitosan is abundant in the active region due to the surface functional group so the adsorption and removal of heavy metals can be easily performed. In addition to the removal of heavy metals, the recovery of the heavy metals can be performed at the same time by using the magnetic method. The biochar and heavy metals can be recovered and reused.

Description

중금속 제거용 마그네틱 바이오차 제조방법, 이에 따라 제조된 중금속 제거용 바이오차 및 이를 포함하는 중금속 제거용 흡착제 {Manufacturing method of magnetic biochar for removing heavy metal and magnetic biochar manufactured therefrom and absorbent comprising of the biochar for removing heavy metal}Manufacturing method of magnetic biocar for removing heavy metals, bio-car for removing heavy metals manufactured according to the above, and adsorbent for removing heavy metals comprising the same {Manufacturing method of magnetic biochar for removing heavy metal and magnetic biochar manufactured therefrom and absorbent comprising of the biochar for removing heavy metal}

본 발명은 중금속 제거용 마그네틱 바이오차 제조방법에 관한 것으로서, 상세하게는 키토산 성분을 사용함으로써 중금속을 흡착효과를 더욱 개선하고 마그네틱 회수가 우수한 해조류 기반의 중금속 제거용 마그네틱 바이오차의 제조방법, 이에 따라 제조된 중금속 제거용 마그네틱 바이오차 및 이를 포함하는 중금속 제거용 흡착제에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a magnetic bio tea for removing heavy metals, and more particularly, to a method of preparing a magnetic bio tea for removing heavy metals based on algae, which improves the adsorption effect of heavy metals and has an excellent magnetic recovery by using chitosan. The present invention relates to a manufactured magnetic bio-car for removing heavy metals and an adsorbent for removing heavy metals including the same.

산업발전이 가속화되고 인간의 산업 활동이 다양해질수록 각종 오염물질에 의한 토양, 대기, 수질 오염 등의 환경오염이 증가하고 있고, 특히 수질 오염의 경우, 산업발전 가속화에 의해 철, 구리, 니켈, 아연, 납, 카드뮴, 크롬 등을 함유한 중금속 함유 폐수에 의한 오염 문제가 증가하고 있다.As industrial development is accelerated and human activities are diversified, environmental pollution such as soil, air and water pollution caused by various pollutants is increasing. Especially in the case of water pollution, iron, copper, nickel, The problem of contamination by heavy metal-containing wastewater containing zinc, lead, cadmium and chromium is increasing.

현재 폐수에서 중금속을 제거하기 위한 방법으로 이온교환, 활성탄흡착, 막여과, 응집침전, 부상처리, 전기화학적 처리 방법 등이 사용되고 있다. 상기 방법 중 활성탄흡착은 한국공개특허 제10-2016-0114883호에서 산화철 코팅으로 탄소재료 표면을 개질하는 방법을 개시하는 바와 같이, 현재 연구가 진행되고 있고, 중금속 및 난분해성 유해화학물질 제거에 효과적이다. 그러나 상기 활성탄흡착 방법의 경우 야자, 대나무, 톱밥 등의 원료물질 수급이 어렵고 700℃ 이상의 고온 열분해를 통해 생산되기 때문에 에너지 소모가 많고 생산단가가 고가임에 따라 폐수에서 중금속을 제거하기 위한 방법으로 사용되는데 한계가 있다. Currently, ion exchange, activated carbon adsorption, membrane filtration, flocculation sedimentation, flotation treatment, electrochemical treatment, etc., are used to remove heavy metals from wastewater. Among the methods, activated carbon adsorption is disclosed in Korean Laid-Open Patent Publication No. 10-2016-0114883 to disclose a method of modifying the surface of a carbon material with iron oxide coating, which is currently being studied, and is effective in removing heavy metals and hardly decomposable harmful chemicals. to be. However, in the activated carbon adsorption method, it is difficult to supply raw materials such as palm, bamboo, sawdust, etc. and is produced through high temperature pyrolysis of 700 ℃ or more, and thus it is used as a method for removing heavy metals from waste water due to high energy consumption and high production cost. There is a limit to this.

이에, 친환경 대체 흡착물질 개발 및 이를 이용한 중금속을 포함한 난분해성물질 처리 기술 개발이 요구되고 있다.Therefore, development of eco-friendly alternative adsorbents and the development of treatment technology for hardly decomposable substances including heavy metals using the same are required.

바이오차(biochar)는 바이오 숯이라고도 불리며, 바이오매스(biomass)를 이용하여 산소가 없는 환경에서 열분해할 때 만들어지는 탄소함량이 높은 고체 물질로, 탄소 격리, 재생 에너지, 폐기물 관리, 농업 생산성 개선, 환경 복원 등 중요한 기능으로 최근에 크게 주목을 받고 있다.Biochar, also called biochar, is a solid carbon-rich material that is produced when biomass is pyrolyzed in an oxygen-free environment, where carbon sequestration, renewable energy, waste management, agricultural productivity improvement, It has recently attracted much attention for its important functions such as environmental restoration.

더욱이, 해조류 바이오매스는 목질계 바이오매스와는 달리 나트륨, 칼륨, 마그네슘, 칼슘, 인 등의 해수 중의 다양한 미네랄을 포함하고 있어 이로부터 제조된 해조류 바이오차는 미네랄을 포함함은 물론이고, 해조류 미네랄 양보다 2~4배까지 농축된 미네랄을 포함할 수 있다. 해수 중의 다양한 미네랄을 포함한 바이오차는 다른 육상 바이오매스로부터 유래된 바이오차와 달리 토양개질제, 흡착제 등의 담체로 활용성이 기대되고 있다. 그러나 해조류 바이오매스는 다양한 분야로 활용성이 기대되는 것에 비해 연구가 미비한 실정이다.Moreover, algae biomass contains various minerals in seawater such as sodium, potassium, magnesium, calcium, and phosphorus, unlike woody biomass, so that algae bio teas prepared from them contain minerals, as well as minerals of seaweed minerals. It may contain minerals concentrated up to 2-4 times. Bio teas containing various minerals in seawater are expected to be useful as carriers for soil modifiers and adsorbents, unlike bio teas derived from other terrestrial biomass. However, algae biomass has been insufficiently studied compared to the expected use in various fields.

본 발명은 마그네틱 바이오차에 키토산을 코팅함으로써 중금속 제거효과가 우수한 마그네틱 바이오차의 제조방법을 제공하는 것을 그 해결과제로 한다.The present invention is to provide a method for producing a magnetic bio tea excellent in heavy metal removal effect by coating chitosan on the magnetic bio tea as a problem.

또한 본 발명은, 상기 마그네틱 바이오차의 제조방법으로 제조되는 것을 특징으로 하는 중금속 제거용 마그네틱 바이오차를 제공하는 것을 그 해결과제로 한다.Another object of the present invention is to provide a magnetic biocar for removing heavy metals, which is manufactured by the method of manufacturing the magnetic biocar.

또한 본 발명은, 상기 마그네틱 바이오차를 포함하는 중금속 제거용 흡착제를 제공하는 것을 그 해결과제로 한다.Another object of the present invention is to provide an adsorbent for removing heavy metals containing the magnetic biocar.

상기 본 발명의 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면,According to an aspect of the present invention for solving the above problems of the present invention,

다시마를 세척하고 건조한 다음 분쇄하여 다시마 분말을 제조하는 제1 단계; A first step of preparing kelp powder by washing and drying the kelp;

상기 다시마 표면에 산화철 입자를 코팅하여 마그네틱(magnetic property)을 띠게 하는 제2 단계; 및A second step of coating iron oxide particles on the surface of the kelp to have a magnetic property; And

상기 마그네틱 다시마 표면에 키토산 층을 코팅하는 제3 단계를 포함하는 중금속 제거용 마그네틱 바이오차의 제조방법을 제공한다.It provides a method of manufacturing a magnetic bio-car for removing heavy metals comprising a third step of coating a chitosan layer on the surface of the magnetic kelp.

또한 본 발명의 다른 일 측면에 따르면,According to another aspect of the present invention,

상기 제조방법에 따라 제조되는 것을 특징으로 하는 중금속 제거용 마그네틱 바이오차를 제공한다.It provides a magnetic bio-car for removing heavy metals, characterized in that manufactured according to the manufacturing method.

또한 본 발명의 다른 일 측면에 따르면,According to another aspect of the present invention,

상기 중금속 제거용 마그네틱 바이오차를 포함하는 것을 특징으로 하는 중금속 제거용 흡착제를 제공한다.It provides a heavy metal removal adsorbent comprising the magnetic bio-car for removing the heavy metal.

본 발명에 따라 키토산을 포함한 해조류 기반 마그네틱 바이오차는 표면 작용기로 인한 활성영역이 풍부하여 우수한 흡착성능을 나타내어 중금속을 용이하게 흡착 및 제거할 수 있고, 특히, 중금속의 제거뿐만 아니라 마그네틱 방식을 이용하여 회수를 동시에 할 수 있으며, 바이오차와 중금속의 회수 및 재사용이 가능하다는 장점이 있다.According to the present invention, the algae-based magnetic bio-tea containing chitosan has an active area due to surface functional groups, which shows excellent adsorption performance, so that heavy metals can be easily adsorbed and removed. At the same time, there is an advantage that it is possible to recover and reuse bio tea and heavy metals.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조되는 마그네틱 바이오차의 합성공정을 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 마그네틱 바이오차의 표면 형태의 SEM 이미지를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 마그네틱 바이오차의 FTIR 스펙트럼을 나타낸 것이다.
도 4의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 마그네틱 바이오차의 마그네틱 강도 (G)에 대한 바이오차 g당 자화 값(emu/g)을 표현한 자화 곡선을 나타낸 것이고, (b)는 pH 변화를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 철 산화물 부하량에 대한 구리 흡착량과 키토산 부하량에 대한 구리 흡착량을 나타낸 것이다.
1 shows a synthesis process of a magnetic bio-car manufactured according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 shows an SEM image of the surface shape of the magnetic bio-car prepared in accordance with an embodiment of the present invention.
Figure 3 shows the FTIR spectrum of the magnetic bio-car prepared in accordance with an embodiment of the present invention.
Figure 4 (a) shows a magnetization curve expressing the magnetization value (emu / g) per g of bio tea against the magnetic strength (G) of the magnetic bio tea prepared according to an embodiment of the present invention, (b) Is the change in pH.
Figure 5 shows the copper adsorption amount for the iron oxide loading and the chitosan loading amount in accordance with an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명에 대하여 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

본 발명의 일 측면에 따르면, 다시마를 세척하고 건조한 다음 분쇄하여 다시마 분말을 제조하는 제1 단계; 상기 다시마 표면에 산화철 입자를 코팅하여 마그네틱(magnetic property)을 띠게 하는 제2 단계; 및 상기 마그네틱 다시마 표면에 키토산 층을 코팅하는 제3 단계를 포함하는 중금속 제거용 마그네틱 바이오차의 제조방법이 제공된다.According to an aspect of the present invention, a first step of preparing a kelp powder by washing, drying and grinding kelp; A second step of coating iron oxide particles on the surface of the kelp to have a magnetic property; And a third step of coating a chitosan layer on the surface of the magnetic kelp.

탄소 기반의 흡착제인 바이오차(biochar)는 저비용, 자연으로부터 얻을 수 있는 바이오매스를 이용가능하며, 풍부한 탄소 함량, 다양한 환경 분야에 적용가능성 등의 장점으로 인하여 주목을 끌고 있다. 바이오차는 큰 표면적, 높은 다공성 및 다양한 미네랄 성분과 같은 고유한 특성으로 인해서 유기오염물질 및 중금속 등 다양한 오염물질을 제거하기 위한 용도로 사용 가능하다. Biochar, a carbon-based adsorbent, is attracting attention due to its low cost, biomass available from nature, and its advantages such as abundant carbon content and applicability to various environmental fields. Bio teas can be used to remove various pollutants such as organic pollutants and heavy metals due to their unique properties such as large surface area, high porosity and various mineral components.

땅콩 껍질, 톱밥, 폐수 슬러지, 해조류 등 다양한 타입의 바이오차가 이전에 연구된 바 있으며, 다시마, 톳, 소나무 톱밥 등이 이용될 수 있다. 해조류(다시마)의 우수한 구리 제거효율은 폐수로부터 중금속 이온을 흡착할 수 있는 독특한 구조적, 화학적 작용기들이 존재하기 때문이다.Various types of bio-teas, such as peanut shells, sawdust, wastewater sludge, and seaweed, have been studied previously, and kelp, bamboo, and pine sawdust may be used. The superior copper removal efficiency of seaweed (Kashima) is due to the presence of unique structural and chemical functional groups that can adsorb heavy metal ions from the wastewater.

본 발명의 제1단계에 대하여 설명한다. 다시마를 세척 및 건조하는 단계는 양식 및 수확과정에서 버려지는 폐해조류 바이오매스인 다시마를 세척 및 건조하여 바이오차로 재이용할 수 있도록 준비하는 단계이다. 여기서 다시마 단독으로 사용할 수도 있으나 톳을 포함한 다양한 해조류와 함께 사용될 수 있다.A first step of the present invention will be described. Washing and drying the kelp is a step of washing and drying kelp, a waste algae biomass discarded in aquaculture and harvesting, and preparing it for reuse as a bio-tea. Here, kelp may be used alone, but may be used with various seaweeds including 톳.

다시마 분말을 제조하는 단계는 다시마의 열분해 반응성 향상 및 비표면적 증대를 위하여 입자 크기가 0.05 내지 3㎜, 바람직하게는 0.15 내지 2.0㎜가 되도록 한다.The step of preparing the kelp powder is such that the particle size is 0.05 to 3 mm, preferably 0.15 to 2.0 mm to improve the thermal decomposition reactivity of the kelp and increase the specific surface area.

다음으로, 입자 크기를 특정하게 절단된 다시마를 열분해하는 공정을 거친다. 다시마 분말을 열분해로에 주입한 후, 무산소 분위기에서 3 ~ 10℃/분의 속도로 400 내지 700℃ 가열하여, 상기 가열온도를 유지하면서 400 내지 700℃에서 1 내지 2.5시간 동안 열분해한 후 냉각한다.Next, a process of pyrolyzing the kelp cut specifically for the particle size is carried out. After the kelp powder is injected into a pyrolysis furnace, it is heated at 400 to 700 ° C. at an rate of 3 to 10 ° C./min in an oxygen-free atmosphere, and pyrolyzed at 400 to 700 ° C. for 1 to 2.5 hours while maintaining the heating temperature. .

상세하게는 상기 열분해 및 냉각 단계는 상기 다시마 분말이 주입된 열분해로를 열분해 온도로의 온도 상승 전 비활성 기체로 플러싱하는 단계를 더 포함할 수 있고, 열분해 및 냉각 단계를 무산소 분위기로 유지하기 위하여 열분해 온도로의 가열 및 냉각 시 비활성 가스를 바이오차 모재 1g 당 0.01 내지 0.1L/min 유입시켜 무산소 분위기를 유지시킨다. Specifically, the pyrolysis and cooling step may further include the step of flushing the pyrolysis furnace in which the kelp powder is injected with an inert gas before the temperature rise to the pyrolysis temperature, and pyrolysis to maintain the pyrolysis and cooling step in an oxygen-free atmosphere. During heating and cooling to temperature, an inert gas is introduced in an amount of 0.01 to 0.1 L / min per 1 g of the bio-tea base material to maintain an oxygen free atmosphere.

보다 상세하게는 상기 열분해 및 냉각 단계에 있어서, 상기 열분해 온도로의 상승 속도는 5 내지 10℃/분인 것이 바람직하고, 이때의 열분해 온도는 500 내지 700℃, 보다 바람직하게는 500 내지 600℃인 것을 특징으로 한다. 또한, 열분해 및 냉각 단계에 의해 제조된 마그네틱 바이오차는 20 내지 45%의 수율, 바람직하게는 25 내지 40%의 수율을 나타내는 것을 특징으로 한다.More specifically, in the pyrolysis and cooling step, the rate of increase to the pyrolysis temperature is preferably 5 to 10 ° C / min, and the pyrolysis temperature at this time is 500 to 700 ° C, more preferably 500 to 600 ° C It features. In addition, the magnetic bio-tea produced by the pyrolysis and cooling step is characterized in that the yield of 20 to 45%, preferably 25 to 40%.

본 발명의 제2 단계에 대하여 설명한다. 바이오차의 우수한 제거능의 장점에도 불구하고, 작은 입자와 낮은 밀도 때문에 수계에 적용시, 수용액으로부터의 분리가 어려워서 적용이 여전히 제한적인 면이 있다. 효과적인 해결 방법으로서, 중금속의 흡착능력을 결정짓는 요소인 바이오차 표면의 흡착 부위를 증가시키거나, 표면의 작용기를 첨가하여 바이오차의 흡착성능을 향상시키는 다양한 개질 전략들이 적용되고 있다. 표면 산화 등을 시도할 수 있고, 수용액으로부터의 바이오차 분리(회수)를 향상시키기 위해서 마그네틱 제제로 산화철 입자를 사용하여 바이오차를 개질할 수 있다.A second step of the present invention will be described. Despite the advantages of biocar's good removal ability, the application is still limited because of its small particle size and low density, making it difficult to separate from aqueous solutions. As an effective solution, various reforming strategies have been applied to increase the adsorption site on the surface of the bio-car, which determines the adsorption capacity of heavy metals, or improve the adsorption performance of the bio-car by adding functional groups on the surface. Surface oxidation and the like can be attempted, and the bio tea can be modified using iron oxide particles as the magnetic agent to improve the separation (recovery) of the bio tea from the aqueous solution.

본 발명에서는 다시마 입자가 산화철 입자를 코팅하여 마그네틱 성질(magnetic property)을 띠게 하도록 하는 것이 특징이다. 즉 외부 자력을 사용하여 흡착제들이 수용액으로부터 충분히 회수 가능하다는 것이다. 그러므로 본 발명에 따르면 중금속을 우수하게 흡착하는 동시에 효과적으로 자기적으로 분리될 수 있도록 하는 점이 특징이라고 할 수 있다.In the present invention, the kelp particles are characterized by coating the iron oxide particles to have a magnetic property. That is, the adsorbents can be sufficiently recovered from the aqueous solution using an external magnetic force. Therefore, according to the present invention can be characterized in that it can be effectively magnetically separated at the same time to adsorb the heavy metal excellently.

다시마 입자에 철 수용액을 사용하여 다시마 입자에 마그네틱(마그네틱 성질)을 띠게 하는 것은 중금속의 흡착뿐만 아니라 향후의 흡착제의 회수과정을 고려한 것이다. 상기 철 수용액의 농도는 0.05 mol/L인 경우 회수율이 96% 일 수 있다.The use of an aqueous iron solution on the kelp particles to give magnetic (magnetic) properties to the kelp particles takes into account not only the adsorption of heavy metals but also the recovery of the adsorbent in the future. When the concentration of the aqueous iron solution is 0.05 mol / L may be 96% recovery.

제조과정의 철 수용액 농도의 증가는 흡착제 회수율 증가시킬 수 있다. 가장 중요한 것은, 철 수용액의 농도가 0.05 mol/L일 때, 본 발명의 바이오차에 대해 96%의 회수율을 얻을 수 있다. 전반적으로, 0.05 mo/L 이상의 철 수용액 농도에서, 회수율을 떨어뜨리지 않으면서, 구리 흡착제거 능력을 향상시킬 수 있다.Increasing the iron concentration in the manufacturing process can increase the adsorbent recovery. Most importantly, when the concentration of the aqueous iron solution is 0.05 mol / L, a recovery of 96% can be obtained for the bio-tea of the present invention. In general, at an iron aqueous solution concentration of 0.05 mo / L or more, the copper adsorption removal capability can be improved without lowering the recovery rate.

본 발명의 제3 단계에 대하여 설명한다. 본 발명은 마그네틱 다시마 표면에 키토산 층을 코팅하는 제3 단계를 포함할 수 있다. 여기서, 높은 분리 능력과 중금속 제거 능력을 동시에 발휘할 수 있는 효율적인 흡착 물질인 키토산 개질된 마그네틱 다시마 바이오차를 제조하는 것이다. 궁극적으로, 효율적인 중금속 이온 제거에 사용될 수 있다는 것을 확인하였고, 이것은 폐수 처리에 대한 가능성을 크다고 해석할 수 있다.A third step of the present invention will be described. The present invention may include a third step of coating the chitosan layer on the magnetic kelp surface. Here, the chitosan-modified magnetic kelp bio-tea, which is an efficient adsorption material capable of simultaneously exhibiting high separation ability and heavy metal removal ability, is manufactured. Ultimately, it was found that it could be used for efficient heavy metal ion removal, which can be interpreted as a great possibility for wastewater treatment.

키토산 코팅은 산소의 총 질량 비율을 감소시키는 반면, 질소, 수소 및 탄소 함량의 비율은 현저하게 증가시키게 된다. 특히, 본 발명에 따른 키토산 코팅 마그네틱 바이오차의 질소 함량은 키토산 코팅을 하지 않은 바이오차 질소 함량보다 1.4배 이상 높은 결과를 나타내고 있다. 이러한 총 질소 함량의 증가는, 키토산 개질한 바이오차의 표면의 활성 부위를 강화시킴으로써 중금속 흡착성능을 개선한다고 할 수 있다.Chitosan coatings reduce the proportion of total mass of oxygen, while the proportion of nitrogen, hydrogen and carbon content is significantly increased. In particular, the nitrogen content of the chitosan-coated magnetic bio-tea according to the present invention is 1.4 times higher than the bio-tea nitrogen content without the chitosan-coated. This increase in the total nitrogen content can be said to improve the heavy metal adsorption performance by strengthening the active site of the surface of the chitosan modified bio-tea.

키토산은 싸고, 재생가능하고, 생분해성이 있으며, 친수성이 높고, 독성이 없으며 자연에 풍부하게 존재한다. 그러므로, 키토산은 산업적 및 생물학적 분야에 응용되어 사용되어왔고, 관련 연구들에서는 키토산을 수중의 중금속을 제거하기 위한 훌륭한 흡착제임을 확인하였다. 우수한 흡착 성능은 표면에 효과적인 작용기들이 존재하여서, 폐수의 이온을 끌어당기기 때문이다.Chitosan is cheap, renewable, biodegradable, hydrophilic, non-toxic and abundant in nature. Therefore, chitosan has been used in industrial and biological applications, and related studies have identified chitosan as an excellent adsorbent for removing heavy metals in water. Good adsorption performance is due to the presence of effective functional groups on the surface, attracting ions from the wastewater.

특히, 키토산은 이러한 이온들과 강한 결합을 형성할 수 있는 아민기의 존재로 인해 중금속 흡착이 우수하다고 할 수 있다. 결과적으로, 키토산은 표면 개질제로서 많이 연구되고 있다. 그러나, 키토산의 빈약한 다공성과, 수용액으로부터의 낮은 회수가능성은, 수중에서의 중금속 제거를 요할 때, 2차 오염의 가능성 때문에 고려되어야 한다.In particular, chitosan can be said to be excellent in heavy metal adsorption due to the presence of amine groups capable of forming strong bonds with these ions. As a result, chitosan has been studied a lot as a surface modifier. However, poor porosity of chitosan and low recoverability from aqueous solution should be considered due to the possibility of secondary contamination when requiring heavy metal removal in water.

따라서 키토산과 마그네틱 바이오차를 결합시켜서 흡착제로 사용하면 두 물질의 장점을 결합하여 중금속 제거능력 및 회수 효율을 향상시킬 수 있다. 보다 구체적으로, 이 결합은 중금속에 대해 강한 선택적 친화력을 갖는 화학물질인 키토산과 효과적인 분리를 위한 마그네틱 바이오차의 장점을 조합할 수 있다. 이 복합물은 비용 효율성이 높은 친환경 자재로 구성되어 있기 때문에 경제적이고, 환경친화적이며 유망하다.Therefore, by combining chitosan and magnetic bio-car as an adsorbent, it is possible to combine the advantages of both materials to improve the heavy metal removal capacity and recovery efficiency. More specifically, this binding can combine the advantages of chitosan, a chemical with a strong selective affinity for heavy metals, and the advantages of magnetic biotea for effective separation. This composite is economical, environmentally friendly and promising because it consists of cost-effective eco-friendly materials.

제3 단계에서 마그네틱 다시마를 키토산 용액에 첨가하고 pH가 9에 도달할 때까지 염기용액을 첨가하고 실온에서 보관하는 것이 바람직하다. 구체적으로 마그네틱 다시마 바이오차 표면에 키토산 층을 코팅하는 과정은 키토산을 약 2 ~ 3% (v/v)의 아세트산 수용액에 녹인 다음, 제2 단계에서 제조된 마그네틱 다시마 바이오차를 키토산 용액에 첨가하고 혼합물을 교반한다. 그 다음, 키토산 코팅공정을 위한 최적 조건으로서 pH 값이 9에 도달할 때까지 염기성 용액(예: NaOH)을 혼합 용액에 첨가한다. 그 후, 혼합 용액을 12시간 동안 실온에서 보관하고 과량의 염기성 용액을 제거하기 위해 탈이온수로 세척하고 입자를 충분히 건조시켜 완성한다.In the third step, magnetic kelp is preferably added to the chitosan solution and base solution is added until the pH reaches 9 and stored at room temperature. Specifically, the process of coating the chitosan layer on the surface of the magnetic kelp biocar is to dissolve chitosan in an aqueous solution of acetic acid of about 2 to 3% (v / v), and then add the magnetic kelp biocar prepared in the second step to the chitosan solution. Stir the mixture. Then, basic solution (eg, NaOH) is added to the mixed solution until the pH value reaches 9 as the optimum condition for the chitosan coating process. The mixed solution is then stored at room temperature for 12 hours, washed with deionized water to remove excess basic solution and completed by drying the particles sufficiently.

본 발명에 따르면 키토산의 함량이 많을수록 중금속 제거효율이 우수하고, 중금속의 흡착 및 회수를 위하여 키토산의 코팅량을 적절하게 조절하여 사용할 수 있다. 즉 바이오차의 표면에 더 많은 키토산을 코팅할수록 중금속의 흡착량이 증가한다고 볼 수 있다. 본 발명의 마그네틱 바이오차에서 키토산과 바이오차의 함량비는 0.1 내지 1.0배일 수 있으며, 바람직하게는 0.6배 일 수 있다. 1.0배를 초과할 경우, 키토산이 바이오차의 기공을 덮게 되어 바이오차의 흡착력이 저하될 수 있고, 자성 회수가 어려울 수 있다.According to the present invention, the greater the content of chitosan, the better the removal efficiency of heavy metals, and the amount of chitosan can be appropriately adjusted for the adsorption and recovery of heavy metals. That is, as more chitosan is coated on the surface of the bio-car, the adsorption amount of the heavy metal increases. In the magnetic bio tea of the present invention, the content ratio of chitosan and bio tea may be 0.1 to 1.0 times, and preferably 0.6 times. When it exceeds 1.0 times, the chitosan may cover the pores of the bio-car, thereby lowering the adsorption power of the bio-car and making magnetic recovery difficult.

본 발명에 따른 마그네틱 바이오차는 중금속과 10 내지 40분 정도 교반할 시, 4.0 내지 20mg 중금속/g 바이오차의 비흡착력을 가지고 중금속을 적어도 80% 흡착 및 제거하는 것을 특징으로 한다. 보다 상세하게는 본 발명의 마그네틱 다시마 바이오차는 구리, 카드뮴, 또는 아연과 10 내지 40분 교반할 시, 4.0 내지 20mg 중금속/g 바이오차의 비흡착력을 가짐에 따라, 적어도 85%의 중금속 흡착 및 제거효율을 갖고, 특히 구리에 대하여 현저히 향상된 흡착 및 제거효율을 나타낼 수 있다.The magnetic bio-tea according to the present invention is characterized by having at least 80% adsorption and removal of heavy metals with a non-adsorption capacity of 4.0 to 20 mg heavy metals / g bio-tea when stirred with heavy metals for 10 to 40 minutes. More specifically, the magnetic kelp bio-tea of the present invention has a non-adsorption capacity of 4.0 to 20 mg heavy metal / g bio tea when stirred with copper, cadmium, or zinc for 10 to 40 minutes, thereby absorbing and removing at least 85% of heavy metals. Efficiency and in particular can exhibit significantly improved adsorption and removal efficiencies for copper.

본 발명에 따른 마그네틱 바이오차는 pH조건에 따라 흡착효과가 달라질 수 있다. 예를 들어, 낮은 pH 수준에서는 흡착제의 표면은 양으로 대전되어 양이온인 구리 이온(Cu2+)은 정전기적으로 배척하여 더 이상의 흡착을 일으키지 않고, 흡착능력이 감소하는 특징을 나타낸다. 반면, 높은 pH에서는 구리 흡착능력이 향상되는데, OH- 와 Cu2+ 이온의 수산화물 침전의 형성될 수 있기 때문이다. 그러므로 중금속을 제거함에 있어 pH를 적절하게 조절하여 본 발명의 마그네틱 바이오차를 적용할 수 있는 것이다. 본 발명에 따른 마그네틱 바이오차를 이용하여 중금속을 제거할 때 특히 구리의 경우 pH가 6 내지 11일 때, 구리 이온의 흡착량이 80 내지 95%일 수 있다. 키토산을 코팅하지 않는 바이오차의 경우에는 구리 이온의 흡착량이 80% 미만이 될 수도 있다. Magnetic bio tea according to the present invention may vary the adsorption effect depending on the pH conditions. For example, at low pH levels, the surface of the adsorbent is positively charged such that copper ions (Cu 2+ ), which are positive ions, are electrostatically rejected, causing no adsorption and reducing adsorption capacity. On the other hand, at high pH, the copper adsorption capacity is improved, since hydroxide precipitation of OH and Cu 2+ ions may be formed. Therefore, it is possible to apply the magnetic bio tea of the present invention by properly adjusting the pH in removing heavy metals. When the heavy metal is removed using the magnetic bio-car according to the present invention, particularly in the case of copper, when the pH is 6 to 11, the adsorption amount of copper ions may be 80 to 95%. In the case of a bio-tea not coated with chitosan, the adsorption amount of copper ions may be less than 80%.

이와 같이, 본 발명에 따른 다시마 바이오차 및 톳 바이오차는 중금속을 용이하게 제거함에 따라, 중금속 제거용 흡착제로 포함되어 중금속을 포함하는 폐수 및 오염된 토양 등에 적용될 수 있다.As described above, the kelp bio-tea and the bio-tea according to the present invention can be easily removed as heavy metals, and are included as an adsorbent for removing heavy metals, and can be applied to waste water and contaminated soil.

이하, 본 발명을 실시예에 의하여 더욱 상세히 설명하나, 본 발명의 범위가 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the scope of the present invention is not limited by Examples.

<실시예><Example>

마그네틱 바이오차의 제조Preparation of Magnetic Bio Tea

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마그네틱 바이오차의 단계적 합성을 도시하고 있다. 첫째, 원료인 다시마를 세척하고, 실온에서 밤새 건조시킨 다음, 12시간 동안 오븐에서 건조시켜 전처리하였다. 다시마를 완전히 말린 다음, 분쇄하여 0.08 ~ 1.7mm 직경의 체에 걸렀다.1 illustrates stepwise synthesis of a magnetic biocar according to an embodiment of the present invention. First, the raw kelp was washed, dried at room temperature overnight, and then pretreated by drying in an oven for 12 hours. The kelp was dried completely and ground to a sieve of 0.08 to 1.7 mm in diameter.

두 번째 단계는, 전처리하여 준비한 다시마의 표면에 마그네틱 제제로 산화철 입자를 코팅하는 단계이다. 즉, 다시마 30g을 다양한 농도의 FeCl3·6H2O 수용액 500mL에 30분간 연속적으로 강하게 교반시킨 다음, 혼합물을 70℃의 건조용 오븐에 30분간 건조시킨 후 다시마를 철 수용액으로부터 분리하였다. 분리된 다시마를 화로 500℃에서 2시간 동안 7℃/분의 가열 속도로 N2 유동 조건에서 열분해시켰다. 그 후, 열분해 된 마그네틱 바이오차 (마그네틱 다시마 바이오차 KBm)를 수회 세척하여 불순물을 제거한 다음 실험에 사용하였다. 마그네틱 다시마 바이오차는 'KBmx'로 칭하기로 하고, 여기서 x는 철 농도를 나타낸다.The second step is to coat the iron oxide particles with a magnetic preparation on the surface of the kelp prepared by pretreatment. That is, 30 g of kelp was continuously stirred vigorously for 30 minutes in 500 mL of various concentrations of FeCl 3 · 6H 2 O aqueous solution, and then the mixture was dried in a drying oven at 70 ° C. for 30 minutes, and the kelp was separated from the aqueous iron solution. The separated kelp was pyrolyzed under N 2 flow conditions at a heating rate of 7 ° C./min for 2 hours at 500 ° C. in a furnace. Thereafter, the thermally decomposed magnetic bio tea (magnetic kelp bio tea KBm) was washed several times to remove impurities and then used in the experiment. Magnetic kelp biocar will be referred to as 'KBm x ', where x represents the iron concentration.

마지막으로, 마그네틱 다시마 바이오차 표면에 키토산 층을 코팅하였다. 3g의 키토산을 2% (v/v)의 아세트산 수용액 250mL에 녹인 다음, 제조된 마그네틱 다시마 바이오차 5g을 키토산 용액에 첨가하고 혼합물을 30분 동안 교반하였다. 그 다음, 키토산 코팅공정을 위한 최적 조건으로서 pH 값이 9에 도달할 때까지 1.2% NaOH를 혼합 용액에 첨가하였다. 그 후, 혼합 용액을 12시간 동안 실온에서 보관하고 과량의 NaOH를 제거하기 위해 탈이온수로 세척하였다. 마지막으로, 입자를 충분히 건조시켜 완성하였다. 생성된 키토산 개질 마그네틱 바이오차를 'Chi-KBm'으로 칭하기로 한다.Finally, a chitosan layer was coated on the surface of the magnetic kelp biocar. 3 g of chitosan was dissolved in 250 mL of 2% (v / v) acetic acid aqueous solution, and then 5 g of prepared magnetic kelp bio tea was added to the chitosan solution and the mixture was stirred for 30 minutes. Then, 1.2% NaOH was added to the mixed solution until the pH value reached 9 as the optimum condition for the chitosan coating process. The mixed solution was then stored at room temperature for 12 hours and washed with deionized water to remove excess NaOH. Finally, the particles were dried sufficiently to complete. The resulting chitosan modified magnetic biocar will be referred to as 'Chi-KBm'.

바이오차 평가 및 분석Bio Tea Evaluation and Analysis

본 실시예에서는 Chi-KBm의 회복 능력을 평가분석하였다. 준비된 물질은 원소분석, 비표면적 분석 (Brunauer Emmett-Teller. BET), 주사전자현미경을 이용한 표면특성 분석 (Scanning electron microscopy, SEM), 푸리에 변환 적외선 (Fourier transform infrared, FTIR) 분석으로 특성화되었다. 또한, 다양한 중금속에 대한 흡착능력에 대해서도 평가하였다.In this example, the recovery ability of Chi-KBm was evaluated. Prepared materials were characterized by elemental analysis, specific surface area analysis (Brunauer Emmett-Teller. BET), scanning electron microscopy (SEM), and Fourier transform infrared (FTIR) analysis. The adsorption capacity of various heavy metals was also evaluated.

특성 평가Property evaluation

제조된 Chi-KBm의 형태 및 원소 조성을 주사현미경(SEM)으로 조사하였다. 또한 적외선 분광기(FTIR)이용하여 Chi-KBm의 표면 작용기를 확인하였다. Chi-KBm의 원소 C, H, O, N, S의 함량은 원소 분석기를 사용하여 조사하였다. XRD 및 XPS를 이용하여 표면 특성을 분석하였다. 바이오차 샘플의 마그네틱 특성은 VSM을 사용하여 자화 곡선을 통해 평가하였다.The form and elemental composition of the prepared Chi-KBm were investigated by scanning electron microscope (SEM). In addition, the surface functional group of Chi-KBm was confirmed using the infrared spectroscopy (FTIR). The contents of elements C, H, O, N and S of Chi-KBm were investigated using an element analyzer. Surface properties were analyzed using XRD and XPS. Magnetic properties of biotea samples were evaluated through magnetization curves using VSM.

흡착실험Adsorption test

실온에서 제조된 흡착제(KBm, Chi-KBm) 0.5g을 30ml의 1000 mg/L Cu2+ 용액에 넣고, 24시간 동안 교반시켜 반응시킨 다음, 혼합물을 막 필터 (0.45 ㎛)에 통과시켰다. KBm과 Chi-KBm에 대한 구리 흡착 용액에 대한 pH의 영향을 평가하기 위해 다양한 pH 값의 다양한 용액을 준비하여 실험하였다. 모든 실험은 실온에서 배치 조건으로 수행되었다. 필터 여과를 거친 수용액에서, 바이오차에 흡착되지 않고 남아있던 구리 이온의 농도를 2% 질산으로 희석하고, 유도 결합 플라즈마 (ICP)를 이용하여 측정분석하였다. 바이오차의 구리에 대한 흡착 능력은 다음 식으로 계산되었다.0.5 g of adsorbent (KBm, Chi-KBm) prepared at room temperature was placed in 30 ml of 1000 mg / L Cu 2+ solution and allowed to react for 24 hours, after which the mixture was passed through a membrane filter (0.45 μm). To evaluate the effect of pH on copper adsorption solutions on KBm and Chi-KBm, various solutions with different pH values were prepared and tested. All experiments were performed at batch conditions at room temperature. In the aqueous solution filtered through the filter, the concentration of copper ions remaining unadsorbed by the bio-car was diluted with 2% nitric acid and measured using inductively coupled plasma (ICP). The adsorption capacity of the biocar to copper was calculated by the following equation.

Qe = (C0-Ce)V/mQe = (C0-Ce) V / m

C0 = 구리 이온의 초기농도, Ce = 구리 이온의 평형 농도(mg/L)C0 = initial concentration of copper ions, Ce = equilibrium concentration of copper ions (mg / L)

m = 흡착제(바이오차)의 질량 (g)m = mass of adsorbent (bio) (g)

V = 용액의 부피 (L)V = volume of solution (L)

자기장 접근을 이용한 바이오차의 회수 실험Recovery experiment of bio tea using magnetic field approach

KBm과 Chi-KBm의 회수율은, 여러 강도의 외부 자기장을 사용하여 조사되었다. 실험은 다음과 같이 수행하였다. 먼저, Chi-KBm 0.1g을 vial에 첨가하고 총 중량을 Wa로 기록하였다. 그 후, 10 ml의 증류수를 넣고, 150 rpm에서 1시간 동안 교반하였다. 이어서, 혼합물이 담긴 vial에 네오디뮴 자석을 갖다 대고, 자석은 분산된 Chi-KBm 입자를 자기적으로 끌어당겼다. 자석이 부착된 상태에서, 혼합물을 쏟아내고, 버려지지 않은 Chi-KBm이 담긴 vial을 건조용 오븐에서 하루 동안 건조시켰다. 최종적으로 총 중량을 측정하여 Wb로 기록하였다. 회수율 (S)은 다음 식을 사용하여 계산하였다.The recovery rates of KBm and Chi-KBm were investigated using an external magnetic field of various intensities. The experiment was performed as follows. First, 0.1 g of Chi-KBm was added to the vial and the total weight was recorded as W a . Then, 10 ml of distilled water was added and stirred at 150 rpm for 1 hour. The neodymium magnet was then placed on the vial containing the mixture, which magnetically attracted the dispersed Chi-KBm particles. With the magnet attached, the mixture was poured out and the vial containing the discarded Chi-KBm was dried in a drying oven for one day. Finally the total weight was measured and recorded as W b . Recovery rate (S) was calculated using the following formula.

S = (Wa-Wb)/Wa×100 (%)S = (W a -W b ) / Wa × 100 (%)

원소 조성Elemental composition

KBm과 Chi-KBm의 원소 조성을 표 1에 나타낸 바와 같이 조사하였다. 그 결과, KBm 및 Chi-KBm은 모두 60% 이상의 탄소를 함유하였다. 그러나 재조합된 데이터에서, 키토산 변형은 산소의 총 질량 비율을 감소시키는 반면, 질소, 수소 및 탄소 함량의 비율은 현저하게 증가시키는 것을 나타냈다. 특히, Chi-KBm의 질소 함량은 KBm의 질소 함량보다 1.4배 높았다. 이러한 총 질소 함량의 증가는, 키토산 개질한 바이오차의 표면의 활성 부위를 강화시킨 키토산 층의 도입으로 인한 것으로 판단된다.The elemental composition of KBm and Chi-KBm was examined as shown in Table 1. As a result, KBm and Chi-KBm both contained 60% or more carbon. However, in the recombined data, chitosan modifications have been shown to reduce the total mass ratio of oxygen, while the ratio of nitrogen, hydrogen and carbon content is significantly increased. In particular, the nitrogen content of Chi-KBm was 1.4 times higher than that of KBm. This increase in total nitrogen content is believed to be due to the introduction of a chitosan layer that strengthens the active site of the surface of the chitosan modified biocar.

흡착실험 전/후의 Chi-KBm의 화학적 조성을 조사하기 위해서, X선 광전자 분광법(XPS)의 분석을 시행하였다. C1s (68.47%), O1s (21.27%), N 1s (2.13%), iron γ-Fe2O3 (0.46%)와 같이 두 샘플 모두 4개의 중요한 피크가 나타났다. 주요 차이점은 Chi-KBm 표면에서 Cu2+의 흡착을 확인하는 흡착 과정 후의 구리 피크 (Cu2+)의 출현이었다. 그 이외 모든 피크는 마그네틱 바이오차에 대한 특성을 나타내고 있다.X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) analysis was performed to investigate the chemical composition of Chi-KBm before and after the adsorption experiment. Four significant peaks were seen in both samples: C1s (68.47%), O1s (21.27%), N 1s (2.13%), and iron γ-Fe 2 O 3 (0.46%). The main difference was the appearance of a copper peak (Cu 2+ ) after the adsorption process confirming the adsorption of Cu 2+ on the Chi-KBm surface. All other peaks exhibited characteristics for magnetic bio-teas.

바이오차Bio Tea 표면적 (m2/g)Surface area (m 2 / g) 원소조성
(%, mole based)
Composition
(%, mole based)
O/C
몰비
O / C
Molar ratio
H/C
몰비
H / C
Molar ratio
C/N
몰비
C / N
Molar ratio
CC HH OO NN SS 1KBm 1 KB m 0.970.97 5.365.36 2.052.05 1.721.72 0.220.22 0.090.09 0.320.32 0.380.38 24.3624.36 2Chi-KBm 2 Chi-KB m 6.176.17 6.106.10 3.693.69 1.151.15 0.310.31 0.050.05 0.190.19 0.600.60 19.6819.68

1KBm: Magnetic kelp biochar 1 KB m : Magnetic kelp biochar

2Chi-KBm: Chitosan-modified magnetic kelp biochar 2 Chi-KB m : Chitosan-modified magnetic kelp biochar

표면 모폴로지Surface morphology

도 2의 (a), (c), 및 (e)는 각각 KB, KBm, Chi-KBm의 표면 형태의 SEM 이미지를 보여준다. 도 2의 (a)에서 도시된 바와 같이, 순수 KB(다시마 바이오차)의 경우, 표면의 공극 구조는 많은 세공 채널이 형성된 KBm(도 2의 (c))보다 강하게 눈에 띄지 않는다. KBm에서 새로이 형성된 채널은 산화철이 개질된 다시마 바이오차에 잘 코팅되었음을 나타내고 있다. 한편, Chi-KBm의 표면은 KBm의 거친 표면에 비해 부드럽다(도 2의 (e)). 이 매끄러운 표면은, Chi-KBm 표면의 잘 코팅된 키토산 층에 의한 것이다. (A), (c), and (e) of FIG. 2 show SEM images of surface shapes of KB, KBm, and Chi-KBm, respectively. As shown in FIG. 2 (a), in the case of pure KB (Kashima Bio-Tea), the pore structure of the surface is hardly noticeable than KBm (FIG. 2 (c)) in which many pore channels are formed. The newly formed channel at KBm indicates that iron oxide was well coated on the modified kelp bio-car. On the other hand, the surface of Chi-KBm is smooth compared to the rough surface of KBm (Fig. 2 (e)). This smooth surface is due to the well coated chitosan layer on the Chi-KBm surface.

Chi-KBm은 표면에 키토산 층이 형성되어, 모공의 채널이 극적으로 감소하여 일부의 바이오차의 기공 채널을 막았다. 키토산 층이 표면의 일부 공극을 막았음에도 불구하고, 표 1에 나타낸 바와 같이, 총 표면적은 Chi-KBm의 경우 기존 KBm 보다 6.4배 이상 증가하였다. 이러한 현상은 키토산 코팅 후에 생긴 미세 기공(micro-pore)의 양과 비교할 때, 키토산 층에 의해 막혀진(덮인) 거대 기공(macro-pore)의 양은 무시할만 하다고 볼 수 있다. 즉, 키토산 층은 일부의 거대 공극을 막았지만, 바이오차의 표면에 더 많은 수의 미세 공극을 형성한 것으로 볼 수 있다. 결과적으로, Chi-KBm의 총 표면적이 크게 증가하였다.Chi-KBm formed a chitosan layer on its surface, which dramatically reduced the pore channel, blocking some of the pore channels of bio tea. Although the chitosan layer blocked some voids on the surface, as shown in Table 1, the total surface area increased by 6.4 times more than the conventional KBm for Chi-KBm. This phenomenon is negligible when compared to the amount of micro-pore generated after chitosan coating, the amount of macro-pore blocked (covered) by the chitosan layer. That is, the chitosan layer blocked some of the large pores, but it can be seen that a larger number of micropores formed on the surface of the bio-car. As a result, the total surface area of Chi-KBm was greatly increased.

도 2의 (b), (d), 및 (f)는 본 발명의 일 실시예에 따라 각각 KB, KBm, Chi-KBm에 대한 EDX 결과를 도시하고 있다. 도 2의 (d) 및 (f)는 산화철을 나타내는 새로운 피크를 보인 다양한 원소와 관련된 다중의 피크가 도 2의 (b)에서 관찰되었다.(B), (d), and (f) of FIG. 2 show EDX results for KB, KBm, and Chi-KBm, respectively, according to an embodiment of the present invention. 2 (d) and (f) show multiple peaks related to various elements showing new peaks representing iron oxides in FIG. 2 (b).

이러한 철 산화물 피크는 KBm과 Chi-KBm 표면에 철 입자가 잘 침착된 것을 나타낸다. 또한, XRD 특성화를 통해 수정된 마그네틱 다시마 바이오차 및 키토산 개질 마그네틱 다시마 바이오차의 표면에 철 산화물 마그헤이트(γ-Fe2O3) 및 마그네타이트(Fe3O4)의 두 가지 형태의 증착을 확인하였다. 한편, XRD 결과에서 Chi-KBm의 2θ = 20°에서 새로운 피크의 명확한 출현이 관찰되었고, 이 피크는 키토산 코팅층에 의한 것이다.These iron oxide peaks indicate that iron particles were well deposited on KBm and Chi-KBm surfaces. In addition, XRD characterization confirmed the deposition of two types of iron oxide magnetite (γ-Fe 2 O 3 ) and magnetite (Fe 3 O 4 ) on the surface of the modified magnetic kelp biocha and chitosan modified magnetic kelp biocha. It was. On the other hand, in the XRD results, a clear appearance of a new peak was observed at 2θ = 20 ° of Chi-KBm, which is due to the chitosan coating layer.

또한, 도 2의 (f)의 삽화에서 볼 수 있듯이, EDX mapping은 Chi-KBm 표면에 분포하는 질소 성분을 확인함으로써 키토산 코팅층이 표면 특성을 향상시키는 것을 확인했으며, 바이오차의 표면에 C, O, 및 H 원자와 같은 다른 원소와 함께 새로운 작용기를 형성하였다.In addition, as shown in the illustration of Figure 2 (f), EDX mapping confirmed that the chitosan coating layer improves the surface properties by confirming the nitrogen components distributed on the Chi-KBm surface, C, O on the surface of the bio-car Together with other elements such as, and H atoms, new functional groups were formed.


흡착제(Adsorbent)

Adsorbent
Cu
흡착
(mg/g)
Cu
absorption
(mg / g)
마그네틱 특성Magnetic characteristics
비고

Remarks
마그네틱
수치
(emu/g)
Magnetic
shame
(emu / g)
마그네틱
분리
(%)
Magnetic
detach
(%)
Chi-KBm -0.05 Chi-KB m -0.05 19.8819.88 7.157.15 93.8493.84 본 발명The present invention Chi-KBm -0.025 Chi-KB m -0.025 25.1125.11 3.023.02 72.0472.04 본 발명The present invention Iron oxideIron oxide 17.0817.08 -- -- (Huanget al., 2007)(Huanget al., 2007) Magnetic Cu(II)ion imprinted compositeMagnetic Cu (II) ion imprinted composite 23.6323.63 4.24.2 -- (Ren et al., 2008)(Ren et al., 2008) Starch-g-polyamidoxime/montomorillonite/Fe3O4 nanocompositesStarch- g -polyamidoxime / montomorillonite / Fe 3 O 4 nanocomposites 10.4110.41 57.257.2 -- (Mahdavinia et al., 2016)(Mahdavinia et al., 2016) Amino-functionalized PAAcoated Fe3O4 nanoparticlesAmino-functionalized PAAcoated Fe 3 O 4 nanoparticles 12.4312.43 6363 -- (Huang& Chen, 2009)(Huang & Chen, 2009)

표면 작용기 분석과 흡착 메커니즘Surface functional group analysis and adsorption mechanism

도 3의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따라 KBm과 Chi-KBm의 FTIR 스펙트럼을 도시하고 있다.FIG. 3A shows FTIR spectra of KBm and Chi-KBm according to an embodiment of the present invention.

Chi-KBm은 키토산으로 변형되지 않은 KBm과 비교하여, 3400, 1394 및 1563cm-1에서 날카로운 피크를 나타내었으며, 이는 중금속 흡착 과정에 유리한 OH, -NH 및 CN 작용기에 각각 기인하고 있다. 이 작용기 그룹들은 바이오차의 표면에 코팅된 키토산 층에 의한 것으로 추정된다. Fe-O에 의해 생성된 560 및 576.8 cm-1에서의 피크가 KBm 및 Chi-KBm 모두에서 관찰되었으며, 두 바이오차 모두에서 γ-Fe2O3 입자의 존재를 확인할 수 있었다.Chi-KBm showed sharp peaks at 3400, 1394 and 1563 cm −1 compared to KBm unmodified with chitosan, which is attributable to the OH, —NH and CN functional groups, respectively, which are advantageous for the heavy metal adsorption process. These functional groups are presumably due to the chitosan layer coated on the surface of the biocar. Peaks at 560 and 576.8 cm −1 produced by Fe—O were observed in both KBm and Chi-KBm, confirming the presence of γ-Fe 2 O 3 particles in both biocars.

한편, KBm은 각각 C=O, C=C, C-O, C-H에 상응하는 1580, 1450, 1100, 870 cm-1의 강한 피크를 가졌다. Chi-KBm의 새 작용기 피크의 변화는 주목할만 하다. 또한, KBm의 1450cm-1 (C=C)에서의 강하고 뾰족한 피크는 상당히 감소하고, Chi-KBm에서 매우 약하고 넓은 피크로 전환되었다. 780cm-1 의 C-H 밴드 또한 동일한 경향을 나타내고 있다. 이러한 결과는 수소결합이나 다른 화학 결합을 통해 C = O, C = C, C-O 및 C-H와 같은 키토산과 KBm 그룹의 아미노, 하이드록실 및 카보닐 그룹 사이의 상호 작용에 기인할 수 있다.KBm, on the other hand, had strong peaks of 1580, 1450, 1100, 870 cm −1 , respectively, corresponding to C═O, C═C, CO, CH. The change in the new functional peak of Chi-KBm is noteworthy. In addition, the strong and sharp peaks at 1450 cm −1 (C = C) of KBm were significantly reduced and converted to very weak and broad peaks at Chi-KBm. The CH band of 780 cm -1 also shows the same trend. This result may be due to the interaction between chitosans such as C═O, C═C, CO and CH and amino, hydroxyl and carbonyl groups of the KBm group via hydrogen bonds or other chemical bonds.

작용기 그룹의 존재 및 그 종류는 작용기 그룹이 중금속 흡착과 직접적으로 연관되어 있기 때문에 매우 중요하다. 바이오차 표면에서의 구리 이온의 흡착 메커니즘은 크게 두 가지 카테고리로 분류된다(도 3의 (b)).The presence and type of functional group is very important because the functional group is directly related to heavy metal adsorption. The adsorption mechanism of copper ions on the biocar surface is largely classified into two categories (Fig. 3 (b)).

첫 번째는, 물리적 흡착을 말하며, 원자 또는 분자 사이의 거리에 반비례하는 반데르발스 힘을 통해 한 단계 반응 메커니즘이 발생한다(도 3의 b(1)). 두 번째는, 표면에서 일어나는 모든 화학적 흡착으로 인한 표면 침전 메커니즘이다. 이온 교환, 표면 화합물 형성, 공동침전을 포함한 각각의 개별 메커니즘을 통해 발생할 수 있다. 이온 교환의 경우(도 3의 b(2)), 바이오차의 표면에 교환 가능한 이온 (예 : Na+, K+, Mg2+ 등)이 존재하면, 수용액 내의 중금속 이온과 교환되어 수중 중금속이 제거된다. 표면 복합물 형성은, 바이오차의 표면 작용기와 수중 중금속 이온 사이의 정전기적 인력에 의한 것이다. The first refers to physical adsorption, where a one-step reaction mechanism occurs through van der Waals forces that are inversely proportional to the distance between atoms or molecules (b (1) in FIG. 3). The second is the surface precipitation mechanism due to all the chemical adsorption occurring on the surface. It can occur through each individual mechanism, including ion exchange, surface compound formation, and coprecipitation. In the case of ion exchange (b (2) of FIG. 3), when exchangeable ions (eg, Na + , K + , Mg 2+, etc.) are present on the surface of the bio-car, the heavy metals in the water are exchanged with the heavy metal ions in the aqueous solution. Removed. Surface complex formation is due to the electrostatic attraction between the surface functional groups of the biocar and heavy metal ions in water.

히드록실, 카르복실, 에스테르 또는 아민 그룹과 같이 표면에 양 또는 음으로 대전된 작용기 그룹은, 수중에서 반대로 하전된 중금속 이온을 끌어 당겨서 바이오차의 표면에서 화학 결합을 통해 화합물을 형성하였다(도 3의 b(3)). 수중의 여러 가지 다른 이온이나 분자가 표면에 함께 흡착될 때, 이 과정을 공동침전이라고 하였다(도 3의 b(4)). Chi-KBm의 경우, 키토산 층이 도입된 후, 바이오차의 표면에 다양한 작용기가 추가되어 표면착색 및 공동침전의 메커니즘이 두드러지게 나타났다.Positive or negatively charged functional groups on the surface, such as hydroxyl, carboxyl, ester or amine groups, attracted the oppositely charged heavy metal ions in water to form compounds through chemical bonds on the surface of the biocar (FIG. 3). B (3)). When several different ions or molecules in water are adsorbed together on the surface, this process is called co-precipitation (b (4) in FIG. 3). In the case of Chi-KBm, after the chitosan layer was introduced, various functional groups were added to the surface of the bio-car, and the mechanism of surface staining and co-precipitation was prominent.

마그네틱 특성Magnetic characteristics

도 4의 (a)는 KBm 및 Chi-KBm에 대해서 마그네틱 강도(G)에 대한 바이오차 당 자화 값(emu/g)을 표현한 S형 그래프인 자화 곡선이다. 도 4의 (a)를 참조하면, KBm 및 Chi-KBm은 이들 강력한 마그네틱물질임을 확인할 수 있는데, KBm-0.05 및 Chi-KBm-0.05에 대해 포화 자화값이 각각 7.45, 7.15 emu/g이었으며, 외부 자력을 사용하여 상기 흡착제들이 수용액으로부터 충분히 회수 가능하다는 것을 나타낸다. FIG. 4A is a magnetization curve, which is an S-type graph representing the biocarbohydrate magnetization value (emu / g) versus magnetic strength (G) for KBm and Chi-KBm. Referring to Figure 4 (a), it can be confirmed that KBm and Chi-KBm are these strong magnetic materials, the saturation magnetization value of 7.45, 7.15 emu / g for KBm-0.05 and Chi-KBm-0.05, respectively, Magnetic force is used to indicate that the adsorbents are sufficiently recoverable from the aqueous solution.

또한, 삽입된 도면은, Chi-KBm이 우수하게 중금속을 흡착하는 동시에, 효과적으로 자기적으로 분리될 수 있음을 보여주고 있는 것이다.In addition, the inserted drawings show that Chi-KBm can adsorb a heavy metal with excellent efficiency and can be effectively magnetically separated.

중금속 흡착에 대한 pH의 영향Effect of pH on Heavy Metal Adsorption

도 4의 (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 pH 값의 변화에 따른 흡착제 KBm, Chi-KBm의 구리 이온 흡착제거효율에 대한 영향을 도시한 것이다. Chi-KBm의 구리 흡착 능력은 pH값이 2에서 7로 증가함에 따라 크게 증가하였다.Figure 4 (b) shows the effect on the copper ion adsorption removal efficiency of the adsorbent KBm, Chi-KBm according to the change of the pH value according to an embodiment of the present invention. The copper adsorption capacity of Chi-KBm increased significantly as the pH value increased from 2 to 7.

pH값이 더 증가하면, 구리 흡착량이 약간 증가하였다. Chi-KBm을 사용하여 pH를 4.86에서 5.39로 증가시킴으로써 Cu 제거효율은 46.60%에서 90.14%로 증가하였다. 최대 제거 효율은 pH 6.93에서 98%로 나타났다. 그 결과, 최적의 pH 값은 6.93으로 결론지을 수 있다. 한편, KBm의 구리 흡착능력은 pH가 2에서 12로 증가함에 따라 점차 증가했고, 특히, pH 4-5의 범위에서 구리 흡착능은 20.92%에서 64.58%로 급격하게 증가했다. 그 이상의 pH 증가는 구리제거율을 점진적으로 증가시켰으며, 가장 높은 흡착량은 pH 11.58에서 90.25%이었다.As the pH value further increased, the amount of copper adsorption slightly increased. By removing the pH from 4.86 to 5.39 using Chi-KBm, the Cu removal efficiency increased from 46.60% to 90.14%. Maximum removal efficiency was 98% at pH 6.93. As a result, the optimal pH value can be concluded to be 6.93. On the other hand, the copper adsorption capacity of KBm gradually increased as the pH was increased from 2 to 12, and particularly, the copper adsorption capacity rapidly increased from 20.92% to 64.58% in the range of pH 4-5. A further increase in pH gradually increased the copper removal rate with the highest adsorption amount of 90.25% at pH 11.58.

낮은 pH 수준에서, 흡착제의 표면은 양으로 대전되어 양이온인 구리 이온(Cu2+)은 정전기적으로 배척하여 더 이상의 흡착을 일으키지 않고, 흡착능력이 감소함. 반면에, 보다 높은 pH에서는 구리 흡착능력이 향상되는데, OH- 와 Cu2+ 이온의 수산화물 침전의 형성으로 설명될 수 있다.At low pH levels, the surface of the adsorbent is positively charged such that copper ions (Cu 2+ ), which are positive ions, are electrostatically rejected and no further adsorption occurs, resulting in reduced adsorption capacity. On the other hand, at higher pH the copper adsorption capacity is improved, which can be explained by the formation of hydroxide precipitates of OH and Cu 2+ ions.

구리 흡착제거 및 회수 효율Copper adsorption removal and recovery efficiency

도 5의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따라 KBm과 Chi-KBm의 여러 가지 철 산화물 부하량에 대해서 구리 흡착량과 자기장에 의한 회수율을 도식화하였다. 도 5의 (a)를 참조하면, 두 가지 범위로 나눌 수 있는데, 첫 번째 범위는 낮은 철 부하 농도(0 ~ 0.05 mol/L)이고, 두 번째 범위는 높은 철 부하 농도(0.05 ~ 0.1 mol/L)이다. 낮은 철 부하 농도의 범위에서, KBm의 구리 제거율은 Chi-KBm의 구리 제거율보다 컸다(KBm과 Chi-KBm 각각은 0.01 mol/L의 철 부하물에서 각각 60%와 48%의 구리를 제거하였다).FIG. 5 (a) shows the copper adsorption amount and the recovery rate due to the magnetic field for various iron oxide loads of KBm and Chi-KBm according to one embodiment of the present invention. Referring to Figure 5 (a), it can be divided into two ranges, the first range is a low iron load concentration (0 ~ 0.05 mol / L), the second range is a high iron load concentration (0.05 ~ 0.1 mol / L). In the range of low iron loading concentrations, the copper removal rate of KBm was greater than that of Chi-KBm (KBm and Chi-KBm respectively removed 60% and 48% copper from 0.01 mol / L iron load, respectively). .

낮은 산화철 부하의 범위(0.05 mol/L 이하)에서는, 철 산화물이 기공 차단에 미치는 영향을 무시할 수 있을 정도이다. 그 결과, 기공에 의한 흡착 메커니즘 (물리적 흡착, 도 3의 b(1))이 KBm의 흡착 메커니즘에서 지배적이다. 반면, Chi-KBm의 공극은 산화철에 의해서는 무시할 수 있을 만큼 차단되었지만 추가적인 키토산 층에 의해 차단되었고(도 2의 (c) SEM 참고), 키토산 층에 의해 다양한 작용기들로 인하여 활성 영역이 형성되었다. 그 결과, Chi-KB의 흡착 메커니즘은, 표면 침전이 지배적이었다.In the low iron oxide loading range (0.05 mol / L or less), the effect of iron oxide on pore blocking is negligible. As a result, the adsorption mechanism by the pores (physical adsorption, b (1) in FIG. 3) is dominant in the KBm adsorption mechanism. On the other hand, the pore of Chi-KBm was negligibly blocked by iron oxide but blocked by an additional chitosan layer (see SEM in Fig. 2), and the active region was formed by various functional groups by the chitosan layer. . As a result, surface precipitation was dominant in the adsorption mechanism of Chi-KB.

그러나, 낮은 철 부하 농도의 범위에서 Chi-KBm에 비해서 높은 KBm의 흡착 성능은, Chi-KBm에서 주로 일어나는 표면 침전 반응이 가역적인 반응이기 때문이다. Chi-KBm 표면의 일부 흡착된 구리는 가역 반응을 통해 재용해될 수도 있다. KBm의 주된 흡착 메커니즘인 기공에 의한 물리적 흡착 과정은 비가역적이며, 공극의 크기에 달려 있다.However, the adsorption performance of high KBm compared to Chi-KBm in the range of low iron loading concentration is because the surface precipitation reaction that occurs mainly in Chi-KBm is a reversible reaction. Some adsorbed copper on the Chi-KBm surface may be redissolved through reversible reactions. KBm's main adsorption mechanism, the pore physical adsorption process, is irreversible and depends on the pore size.

높은 철 부하 농도의 범위(0.05 mol/L 이상)에서, KBm의 경우 구리 제거율은 철 산화물을 코팅하지 않았을 때의 구리흡착량의 20배 낮은 3%로 급격해 감소하였다. 이것은 KBm에서 흡착에 영향을 미치는 주된 요인인 기공 크기의 감소 때문인 반면, Chi-KBm의 경우, 철 부하 농도의 증가는 구리 제거율을 조금 감소시켰고, 구리 제거율은 0.1 mol/L에서 32%이었다. 이러한 경향은, 다량의 산화철 및 얇은 키토산 층에 의한 기공 차단이 전반적인 구리 흡착 성능에 두드러진 영향을 미치지 않았다는 것을 나타낸다. Chi-KBm의 흡착에 대한 주요 요인은 표면 작용기임이 확인되었다.In the range of high iron loading concentrations (greater than 0.05 mol / L), the copper removal rate in KBm decreased sharply to 3%, 20 times lower than the amount of copper adsorption without iron oxide coating. This was due to the reduction of pore size, the main factor affecting adsorption at KBm, whereas for Chi-KBm, the increase in iron loading concentration slightly reduced the copper removal rate, and the copper removal rate was 32% at 0.1 mol / L. This trend indicates that pore blocking by large amounts of iron oxide and thin chitosan layers did not significantly affect the overall copper adsorption performance. It was confirmed that the main factor for the adsorption of Chi-KBm is the surface functional group.

반대로, 제조과정의 철 수용액 농도의 증가는 KBm과 Chi-KBm 모두에 대한 회수율 증가를 가져왔다. 가장 중요한 것은, 철 수용액의 농도가 0.05 mol/L일 때, 두 바이오차에 대해 96%의 회수율을 얻었다. In contrast, the increase in the concentration of aqueous solution of iron in the manufacturing process resulted in an increase in recovery for both KBm and Chi-KBm. Most importantly, when the concentration of aqueous iron solution was 0.05 mol / L, 96% recovery was obtained for the two bio-teas.

전반적으로, 키토산 개질 공정은 0.05 mo/L 이상의 철 수용액 농도에서 회수율을 떨어뜨리지 않으면서, 구리 흡착제거 능력을 향상시켰다. 따라서, Chi-KBm-0.05는 우수한 구리 흡착 및 회수를 위한 최적의 흡착제로 간주된다. 키토산 코팅 조건의 추가적인 비교 및 최적화를 위해 키토산 코팅량을 0.1 ~ 1.0g - 키토산/g-바이오차에서의 흡착량을 평가하였다. 얻어진 결과에 따르면, 바이오차의 표면에 더 많은 키토산을 코팅할수록 구리 흡착능이 증가하는 것이 확인된다.Overall, the chitosan reforming process improved the ability to remove copper adsorption without reducing the recovery at iron concentrations above 0.05 mo / L. Thus, Chi-KBm-0.05 is regarded as the optimal adsorbent for good copper adsorption and recovery. For further comparison and optimization of the chitosan coating conditions, the adsorption amount of the chitosan coating amount from 0.1 to 1.0 g-chitosan / g-biocar was evaluated. According to the obtained result, it is confirmed that copper adsorption capacity increases as more chitosan is coated on the surface of the bio-car.

이러한 결과는 중금속 이온을 함유한 폐수처리를 위한 새로운 접근법을 제공해 준다. 보다 구체적으로, 여기에 기술된 접근법은 외부 자기장을 사용하여 수중으로부터 흡착제를 용이하게 분리할 수 있는 효과적인 중금속 흡착제로서 키토산 개질 마그네틱 다시마 바이오차 (Chi-KBm)의 성공을 입증한다. 또한 얻어진 결과는 표 2에 나타낸 바와 같이 이전의 다른 연구들과 비교하여 중금속 이온 제거 및 회수율 모두에 대하여 상당한 개선을 보였다.These results provide a new approach for the treatment of wastewater containing heavy metal ions. More specifically, the approach described herein demonstrates the success of chitosan modified magnetic kelp biocha (Chi-KBm) as an effective heavy metal adsorbent that can easily separate the adsorbent from water using an external magnetic field. The results obtained also show a significant improvement in both heavy metal ion removal and recovery as compared to previous studies as shown in Table 2.

기타 중금속 이온의 흡착Adsorption of Other Heavy Metal Ions

자연에 존재하는 폐수를 비롯한 수계에는 항상 여러 가지 다양한 중금속 이온이 공존한다. 따라서, 일반적인 다른 금속이온들의 존재하에서, 구리 이온의 흡착 성능을 평가하기 위한 실험을 수행하였다. 다양한 중금속이 흡착능력에 영향을 미치는 것으로 확인되었다.There are always many different heavy metal ions coexist in nature, including wastewater in nature. Thus, experiments were conducted to evaluate the adsorption performance of copper ions in the presence of other common metal ions. Various heavy metals were found to affect the adsorption capacity.

Cu2+, Cd2+ 및 Zn2+의 제거 효율은 KBm의 경우 각각 4.91, 4.81, 4.07 mg/g, Chi-KBm의 경우 19.68, 6.94 및 4.13 mg/g이었다. Cu2+ 제거 용량은 Cd2+ 및 Zn2+ 제거 용량에 비해 가장 높았다. 이것은 금속 이온의 전기음성도에 기인한 것으로 보인다. 전기음성도는 Cu2+(2.00) > Cd2+(1.69) > Zn2+(1.65)의 순서로 정렬될 수 있다. 보다 큰 전기음성도를 갖는 금속 이온은 흡착제의 표면에 더 강한 인력을 가질 수 있다. Cu2+는 Cd2+ 및 Zn2+와 비교했을 때, 전기음성도가 가장 높았고, 이에 따라 Chi-KBm에서 하이드록실기(-OH) 및 아미노기(-NH2) 그룹에 대한 강한 선택적 흡착이 가능했다. 또한, 이러한 흡착 경향은 금속이온의 이온반경에 의해 설명될 수 있다. 이온 직경이 작으면 작을수록 흡착능이 높다는 보고가 있다. 금속 이온의 이온 반경은 Cu2+(73pm), Cd2+(95pm), Zn2+(75pm)이다. 이것은 흡착의 추세가 전기음성도와 이온 반경 크기의 순서와 일치함을 의미한다. 따라서 우리의 연구에서 가장 큰 전기 음성도와 가장 작은 이온 반경을 가진 Cu2+ 이온이 가장 높은 흡착 용량을 나타내었고 그 다음에 Cd2 +와 Zn2 + 이온 순서이었다.The removal efficiencies of Cu 2+ , Cd 2+ and Zn 2+ were 4.91, 4.81, 4.07 mg / g for KBm and 19.68, 6.94 and 4.13 mg / g for Chi-KBm, respectively. Cu 2+ removal capacity was highest compared to Cd 2+ and Zn 2+ removal capacity. This is likely due to the electronegativity of the metal ions. The electronegativity may be arranged in the order Cu 2+ (2.00)> Cd 2+ (1.69)> Zn 2+ (1.65). Metal ions with greater electronegativity can have a stronger attraction to the surface of the adsorbent. Cu 2+ had the highest electronegativity when compared to Cd 2+ and Zn 2+ , which resulted in strong selective adsorption of hydroxyl (-OH) and amino (-NH 2 ) groups at Chi-KBm. It was possible. In addition, this adsorption tendency can be explained by the ion radius of the metal ion. It is reported that the smaller the ion diameter, the higher the adsorption capacity. Ion radii of metal ions are Cu 2+ (73 pm), Cd 2+ (95 pm), Zn 2+ (75 pm). This means that the trend of adsorption coincides with the order of electronegativity and ion radius size. Therefore, in our study, Cu 2+ ions with the largest electronegativity and the smallest ion radius showed the highest adsorption capacity, followed by Cd 2 + and Zn 2 + ions.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.As mentioned above, although this invention was demonstrated by the limited Example, this invention is not limited by this and is described below by the person of ordinary skill in the art, and the following. Of course, various modifications and variations are possible within the scope of the claims.

Claims (11)

다시마를 세척하고 건조한 다음 분쇄하여 다시마 분말을 제조하는 제1 단계;
상기 다시마 표면에 산화철 입자를 코팅하여 마그네틱 성질(magnetic property)을 띠게 하는 제2 단계; 및
상기 마그네틱 다시마 표면에 키토산 층을 코팅하는 제3 단계를 포함하는 중금속 제거용 마그네틱 바이오차 제조방법.
A first step of preparing kelp powder by washing and drying the kelp;
A second step of coating iron oxide particles on the surface of the kelp to have magnetic properties; And
The method of manufacturing a magnetic bio tea for removing heavy metals comprising a third step of coating a chitosan layer on the surface of the magnetic kelp.
제1항에 있어서,
상기 바이오차는 4.0 내지 20mg 중금속/g 바이오차의 비흡착력을 갖는 것을 특징으로 하는, 중금속 제거용 마그네틱 바이오차의 제조방법.
The method of claim 1,
The bio-tea is characterized in that it has a non-adsorbing power of 4.0 to 20mg heavy metal / g bio-tea, heavy metal removal magnetic bio-tea manufacturing method.
제1항에 있어서,
상기 제2 단계에서 다시마 분말을 철 수용액에서 교반하고, 이를 분리한 다음 400 내지 700℃에서 열분해하는 것을 특징으로 하는 중금속 제거용 마그네틱 바이오차의 제조방법.
The method of claim 1,
In the second step, the kelp powder is stirred in an aqueous iron solution, and separated therefrom, followed by pyrolysis at 400 to 700 ° C.
제1항에 있어서,
상기 제3 단계에서 마그네틱 다시마를 키토산 용액에 첨가하고 pH가 9에 도달할 때까지 염기용액을 첨가하고 실온에서 보관하는 것을 특징으로 하는 중금속 제거용 마그네틱 바이오차의 제조방법.
The method of claim 1,
In the third step, the magnetic kelp is added to the chitosan solution, and the base solution is added until the pH reaches 9, and the method for producing a magnetic bio tea for removing heavy metals, characterized in that stored at room temperature.
제1항에 있어서,
상기 제1단계에서 다시마에 톳을 추가하여 제조하는 것을 특징으로 하는 중금속 제거용 마그네틱 바이오차의 제조방법.
The method of claim 1,
The method of manufacturing a magnetic bio tea for removing heavy metals, characterized in that the first step is to add to the kelp to remove.
제1항에 있어서,
상기 중금속은 구리, 카드뮴 또는 아연인 것을 특징으로 하는 중금속 제거용 마그네틱 바이오차의 제조방법.
The method of claim 1,
The heavy metal is copper, cadmium or zinc manufacturing method of the magnetic bio-car for removing heavy metals, characterized in that.
제3항에 있어서,
상기 철 수용액의 농도가 0.05 mol/L인 경우 회수율이 96% 인 것을 특징으로 하는 중금속 제거용 마그네틱 바이오차의 제조방법.
The method of claim 3,
When the concentration of the aqueous iron solution is 0.05 mol / L The method of manufacturing a magnetic bio tea for removing heavy metals, characterized in that the recovery is 96%.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 바이오차의 제조방법으로 제조되는 것을 특징으로 하는, 중금속 제거용 마그네틱 바이오차.
The method of manufacturing a bio-tea according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the magnetic bio-car for removing heavy metals.
제8항에 있어서,
상기 바이오차에서 키토산과 바이오차의 함량비가 0.1 내지 1.0배인 것을 특징으로 하는 중금속 제거용 마그네틱 바이오차.
The method of claim 8,
Magnetic bio tea for removing heavy metals, characterized in that the content ratio of chitosan and bio tea in the bio tea is 0.1 to 1.0 times.
제8항에 따른 마그네틱 바이오차를 포함하는 것을 특징으로 하는, 중금속 제거용 흡착제.
An adsorbent for removing heavy metals, comprising the magnetic biocar according to claim 8.
제10항에 있어서,
pH가 6 내지 11일 때, 구리 이온의 흡착량이 80 내지 95%인 것을 특징으로 하는 흡착제.
The method of claim 10,
When the pH is 6 to 11, the adsorbent amount of copper ions is 80 to 95%, characterized in that the adsorbent.
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