KR20200017872A - 수질정화용 광촉매 제품 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 글리세린, 이산화티타늄(TiO2) 및 흡착제를 폐스티로폼에 흡착한 형태의 수질정화용 광촉매 제품에 관한 것으로, 본 발명의 수질정화용 광촉매 제품은, 폐스티로폼을 이용하여 경제적이면서도, 설치 및 유지 보수가 간편하고, 우수한 수질정화 효과를 발휘한다.
Description
본 발명은 수질정화용 광촉매 제품에 관한 것으로, 상세하게는 글리세린, 이산화티타늄(TiO2) 및 흡착제를 폐스티로폼에 흡착한 형태의 수질정화용 광촉매 제품에 관한 것이다.
민물고기 양식 및 관상어 산업은 민물고기와 관상어 생산 및 양성뿐 아니라 사육에 필요한 용품, 질병관리, 인테리어, 아쿠아리움 등을 포함하는 복합 산업으로 발전하고 있어, 종래 수산업에 비해 부가가치가 높은 산업이다. 또한, 야생동물의 포획에 대한 국제적 규제가 강화되면서 국내 양식장 산업이 수출산업으로 발전할 가능성도 커지고 있다.
우리나라 인근 해는 꾸준한 수온상승으로 아열대 해역으로 전환되면서 어업경영이 불안정해지고 있다. 이러한 연안 양식 피해에 대한 대안으로, 정부에서는 양식 산업을 새로운 소득 창출원으로 선정하여 투자를 확대하고 있고, 국립수산과학원 미래양식연구센터는 민물고기 양식 시장규모를 2020년까지 연 6,000억 원 이상의 규모로 확대할 계획을 발표하였다. 민물고기 양식 시장의 확대에 따른 관련 시장의 반사이익이 커질 것을 생각하면, 이는 실로 엄청난 부가가치 창출이 가능한 사업인 것이다.
이처럼 민물고기와 관상어 관련 시장 및 양식기술의 보급이 확대되고 있음에도, 민물고기 및 관상어 생육 중 발생하는 어류의 질병은, 민물고기 및 관상어 생물의 누적 폐사로 인한 직접적인 경제적 피해를 야기함은 물론, 수산용 약제의 사용 증가와 인력 비용 증가 등 제반 양식비용을 상승시켜 양식생산성을 저하함에 따른 심각한 경제적 피해를 유발하고 있다.
특히, 국내 양식장에서 주로 사용되는 순환 여과식 양식장은 비교적 좁은 사육조에서 많은 어류를 수용하므로 급격한 수질변화와 같은 양식 환경 요소의 변화가 심각하다. 사육조에는 어류의 대사 배설물이나 잔여 사료 등 여러 현탁물질이 부유하고, 이들 고형물질이 분해되는 과정에서 생성되는 암모니아와 아질산은 수중생물에게 강한 독성으로 작용한다. 지금까지 여러 방식의 고밀도 사육수의 정화방법이 연구되어 왔지만, 구조가 복잡하고 고도의 운영 기술이 요구되며, 고가여서 실제 양식장에 이를 적용하기에는 많은 제약이 있다.
최근에는 수처리 기술로 고도산화공정 (Advanced Oxidation Process, AOP)을 이용한 새로운 양식장 수처리 방법이 시도되었으나, 오존, 과산화수소와 같은 산화제의 투입, 수질에 따른 투입양의 조절, 중간 생성물의 제어가 요구되어 실제 양식장에 적용하기에 한계가 있다. 한편, 이산화티타늄(TiO2) 광촉매를 이용한 수질 정화 방법은 주로 난분해성 폐수의 정화에 적용되어 왔으며 입자 상태로 수중에 분산시켜 UV를 조사하는 방법이 이용되어 왔으나, 이산화티타늄 광촉매 분말의 회수 및 재생이 용이하지 않으며, 2차적 오염물질의 배출과 비교적 높은 처리 비용의 문제를 안고 있어, 광범위한 수처리 분야에 적용하기에 실질적인 어려움이 존재한다.
본 발명은 유지관리가 비교적 간단하고 설치 및 작동이 용이하면서도 안정적 효율을 보장하는 새로운 수처리 장치를 개발하여 제공하고자 한다.
본 발명은 글리세린 3~8%(w/w), 이산화티타늄(TiO2) 3~8%(w/w), 흡착제 5~15%(w/w)를 혼합한 혼합액을 120~140℃로 가열한 후, 폐스티로폼에 코팅하여 제조된 것을 특징으로 하는 수질정화용 광촉매 제품을 제공한다.
본 발명의 수질정화용 광촉매 제품에 있어, 상기 이산화티타늄(TiO2)은, 바람직하게 루틸형 (rutile)인 것이 좋다.
본 발명의 수질정화용 광촉매 제품에 있어, 상기 흡착제는, 일 예로 활성탄일 수 있다.
본 발명의 수질정화용 광촉매 제품에 있어, 상기 코팅은, 일 예로 칩혼합, 수침 및 도포 중 선택되는 어느 하나의 방법으로 폐스티로폼에 가할 수 있다.
본 발명의 수질정화용 광촉매 제품은, 폐스티로폼을 이용하여 경제적이면서도, 설치 및 유지 보수가 간편하고, 우수한 수질정화 효과를 발휘한다.
도 1은 본 발명 수질정화용 광촉매 제품의 제조 공정도이다.
도 2는 본 발명 수질정화용 광촉매 제품의 녹조 제거 결과이다.
도 3은 본 발명 수질정화용 광촉매 제품의 메틸렌 블루 표준 시약 흡착 효과 결과이다.
도 2는 본 발명 수질정화용 광촉매 제품의 녹조 제거 결과이다.
도 3은 본 발명 수질정화용 광촉매 제품의 메틸렌 블루 표준 시약 흡착 효과 결과이다.
본 발명은 글리세린 3~8%(w/w), 이산화티타늄(TiO2) 3~8%(w/w), 흡착제 5~15%(w/w)를 혼합한 혼합액을 120~140℃로 가열한 후, 폐스티로폼에 코팅하여 제조된 것을 특징으로 하는 수질정화용 광촉매 제품을 제공한다. 상기 혼합액을 120℃ 미만으로 가열하면, 글리세린이 액화되지 못해, 글리세린, 이산화티타늄, 흡착제를 균일하게 혼합하기 어렵고, 140℃를 초과하면, 글리세린이 증발하여 바람직하지 않다. 본 발명의 수질정화용 광촉매 제품에 있어, 상기 코팅은, 일 예로 칩혼합, 수침 및 도포 중 선택되는 어느 하나의 방법으로 폐스티로폼에 가할 수 있다.
본 발명의 글리세린은 광촉매제와 흡착제를 접착시키기 위해 사용되었는데, 글리세린은 광촉매 물질을 녹일 수 있고, 지지체(부유물질)의 녹는점까지 가열하더라도 용액이 증발되지 않는다. 또한, 상온에서 겔(gel) 상태이기 때문에 부유체인 광촉매 제품을 제작 후, 식힘과정 및 세척과정을 통한 제거가 용이하다. 글리세린의 끓는점은 290℃, 어는점은 20℃로, 상기에서 세척한 세척수를 모아 냉각하거나 가열함으로써 글리세린을 분리하여 재사용이 용이한 장점이 있다.
한편, 이산화티타늄(TiO2) 광촉매를 이용한 수질 정화는 기존의 산화제보다 월등한 산화력을 가지는 OH 라디칼(OH radical)을 중간물질로 생성시켜 오염물질을 분해하는 방법으로, 수산화 라디칼은 유기물과의 반응속도가 매우 빠르고 거의 모든 유기물과 반응하여 광범위한 오염물질의 분해에 적용된다. 이산화티타늄 광촉매는 400㎚ 이하의 광에너지를 조사하면 화학반응을 일으키는 양공반응에 의해 유기물질을 분해하는데, 이러한 유기물 분해는 단순한 형태변화에 의한 제거가 아닌 완전산화 및 분해에 의한 물과 이산화탄소 등의 무해한 물질의 생성으로 이어진다. 이산화티타늄(TiO2)은 결정형태에 따라 아나타제형(anatanese)와 루틸형(rutile)으로 구분되는데, 루틸형의 이산화티타늄의 반사율이 아나타제형에 비해 상대적으로 높아 본 발명에서는 바람직하게 루틸형 (rutile)의 이산화티타늄을 사용하는 것이 좋다.
한편, 본 발명의 수질정화용 광촉매 제품에 부착된 흡착제는, 수족관 내 민물고기 양식장의 활동에 의해 발생하는 각종 오염원을 흡착하여 관상 어류의 수중 서식환경을 최적 상태로 유지하는데, 흡착제로는 일 예로 활성탄이 사용될 수 있다.
흡착된 오염원은 스티로폼에 부착된 가시광촉매가 수족관 내 설치되는 PG형광등 또는 LED등의 가시광원 조도를 이용하여 OH 라디칼을 생성하는 광산화 구현이 가능하다. OH 라디칼은 흡착제에 흡착된 유기오염인자를 물과 이산화탄소로 환원시키고, 수중의 병원균, 유막 등을 산화시켜 민물고기 및 관상 어류의 수중 서식환경을 최적 상태로 유지시킬 수 있다. 환원된 이산화탄소는 수족관의 수초 생장에 도움을 주며, 환원된 물은 수족관 저수량의 증발산 작용에 의하여 감소한 물을 보충한다.
일반적으로 물을 교체하는 주기는 2주에 1회 이상이어야 하나, 본 발명의 수질정화용 광촉매 제품은 증발작용에 의해 감소한 물의 보충을 제외하고는, 수질이 안정적이어서 별도의 교체는 요구되지 않았다. 또한, 본 발명의 수질정화용 광촉매 제품을 적용한 후, 플래티 및 코리도라스의 산란 수가 증가하고, 사망률이 감소하였다.
특히, 본 발명의 수질정화용 광촉매 제품은 통상의 수질정화용 촉매제품에 비하여, 가격경쟁력이 우수하고, 2차적 오염물질이 발생하지 않으며, 설치 보수 유지가 용이하고, 스티로폼과 글리세린의 재활용이 가능하다는 점에서 환경적이다 (표 1).
| 구 분 | 흡착광촉매 제품 | 살균장치 |
본 발명의
수질정화용 광촉매 제품 |
| 종류 | 다공성 흡착광촉매 제품 | UV살균 | 흡착광분해 |
| 흡착지지체 | 소성체 | 스펀지 | 스티로폼 |
| 제조 공정 또는 구성 |
광산개발, 화산석 채취, 파쇄, 입도선별, 소성가공 |
플라스틱 구조체, 흡입펌프, 흡착용 스펀지, UVLamp |
폐스티로폼
표면에
광촉매
,
흡착제를 부착 |
| 단점 | CO2발생, 산림 황폐 소음, 비산 먼지 |
150,000원 이상의 고가 |
- |
| 판매가격 | 500g당 40천원 | H사 400,000원 D사 160,000원 |
1set /30,000원 |
| 광촉매 | 미사용 | 미사용 | TiO 2 사용 |
| 기능 | 질소, 인 흡착 | 살균 | 흡착, 분해, 산화 |
| 적용분야 | 정수보조재, 어류양식장 | 정수보조재, 어류양식장 | 어류양식장, 관상어 수족관 |
이하, 본 발명의 내용을 하기 실시예 또는 실험예를 통해 더욱 상세히 설명하고자 한다. 다만, 본 발명의 권리범위가 하기 실시예 또는 실험예에만 한정되는 것은 아니고, 그와 등가의 기술적 사상의 변형까지를 포함한다.
<
실시예
1: 본 발명의 수질정화용 광촉매 제품 제조>
글리세린 5%(w/w)에 이산화티타늄(TiO2) 5%(w/w), 활성탄 10%(w/w)을 혼합한 뒤, 130℃로 가열하였다. 그 후, 가열한 혼합액을 폐스티로폼에 4초간 수침한 후, 상온에서 약 5분간 냉각하였다. 냉각이 완료된 후, 세척하여 여분의 글리세린을 제거하였다 (도 1). 도 1은 본 발명 수질정화용 광촉매 제품의 제조 공정도이다.
<
실험예
1: 수질정화 성능 검사>
본 발명의 수질정화 성능 검사를 위하여, 녹조가 발생한 관상어 수족관에 본 발명 광촉매 제품을 투입하여 녹조 제거 정도를 확인하였다 (도 2). 도 2는 본 발명 수질정화용 광촉매 제품의 녹조 제거 결과이다. 실험 결과, 6일 후 수족관 내부의 녹조가 모두 제거되었다.
한편, 본 발명 수질정화용 광촉매 제품의 적용 후 수질 측정 및 어류 생육 상태를 관찰하여 하기 표 2, 3에 나타내었다.
| 구분 | 수질상태 | |||||
| T-N(mg/L) | T-P(mg/L) | COD(mg/L) | 수돗물 PH | 어항 PH | 온도℃ | |
| 0일차 | 9 | 0.5 | 91 | 6.66 | 6.66 | 26 |
| 29일차 | 8.5 | 0.4 | 89 | 6.65 | 6.67 | 26.6 |
| 43일차 | 8.2 | 1.3 | 82 | 6.65 | 6.7 | 26.7 |
| 48일차 | 5.3 | 1 | 40 | 8.3 | 7.4 | 25.8 |
| 61일차 | 0 | 0.6 | 13 | 8.33 | 8.19 | 24.5 |
주) T-N: 총 질소함량 (Total Nitrogen)
T-P: 총 인함량 (Total Phosphrus)
COD: 화학적 산소요구량 (Chemical Oxygen Demand)
| 구분 | 물 보충 | 어종 및 개체수 등 | ||||||
| 플래티 | 산란 | 사망 | 코리도라스 | 산란 | 사망 | 총계 | ||
| 07.25 | x | 16 | 6 | 0 | 6 | 0 | 0 | 22 |
| 08.23 | o | 22 | 0 | 0 | 6 | 0 | 0 | 28 |
| 09.06 | x | 22 | 9 | 2 | 6 | 0 | 0 | 39 |
| 09.11 | x | 29 | 0 | 0 | 6 | 146 | 42 | 223 |
| 09.24 | x | 29 | 12 | 0 | 10 | 0 | 0 | 51 |
| - 플래티 어종은 치어를 산란하고, 코라도라스는 알을 산란. | ||||||||
상기 결과를 종합하면, 일반적으로 물을 교체하는 주기는 2주에 1회 이상이어야 하나, 본 발명의 수질정화용 광촉매 제품은 증발작용에 의해 감소한 물의 보충을 제외하고는, 수질이 안정적이어서 별도의 교체는 요구되지 않았다 (표 1). 다만, 배설물은 산화효과에 의한 저감량이 매우 극미하여 지속적으로 누적되므로, 배설물의 청소를 위하여 2~3개월에 한 번의 청소(교체)가 요구될 뿐이었다.
게다가, 본 발명의 수질정화용 광촉매 제품을 이용하지 않았을 경우에는, 13일째 되는 날부터 플래티 및 코리도라스가 사망하기 시작하여, 22일 되는 날에는 모두 사망하였으나, 본 발명의 수질정화용 광촉매 제품을 적용한 후에는, 플래티 및 코리도라스의 산란 수가 증가하고, 사망률이 감소하였음을 확인할 수 있었다.
<
실험예
2:
광촉매에
의한 메틸렌블루 분해>
광촉매 박막에 일정 농도의 메틸렌 블루 용액을 흡착시켜서 빛을 조사하고, 반응 전후의 메틸렌 블루 농도를 비교함으로써, 광촉매의 분해력을 비교할 수 있다. 따라서, 실시예 1의 혼합물 제조 단계에서 메틸렌 블루 0.5%(w/w)을 첨가하여 제조한 혼합액에 가시광선에서 자외선 영역의 빛을 조사하여, 600㎚에서의 흡수 스펙트럼을 측정하였다 (도 3). 도 3은 본 발명 수질정화용 광촉매 제품의 메틸렌 블루 표준 시약 흡착 효과 결과이다. 본 발명의 혼합물이 타사제품에 비하여, 광촉매 분해력이 월등함을 확인할 수 있었다.
Claims (4)
- 글리세린 3~8%(w/w), 이산화티타늄(TiO2) 3~8%(w/w), 흡착제 5~15%(w/w)를 혼합한 혼합액을 120~140℃로 가열한 후, 폐스티로폼에 코팅하여 제조된 것을 특징으로 하는 수질정화용 광촉매 제품.
- 제1항에 있어서,
상기 이산화티타늄(TiO2)은,
루틸형 (rutile)인 것을 특징으로 하는 수질정화용 광촉매 제품.
- 제1항에 있어서,
상기 흡착제는,
활성탄인 것을 특징으로 하는 수질정화용 광촉매 제품.
- 제1항에 있어서,
상기 코팅은,
칩혼합, 수침 및 도포 중 선택되는 어느 하나의 방법으로 수행하는 것을 특징으로 하는 수질정화용 광촉매 제품.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020180093373A KR20200017872A (ko) | 2018-08-09 | 2018-08-09 | 수질정화용 광촉매 제품 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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| KR (1) | KR20200017872A (ko) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100465923B1 (ko) | 2002-04-24 | 2005-01-13 | 한국지질자원연구원 | 이산화티타늄(ＴｉＯ2)광촉매 피복 비다공성 담체를이용한 환경정화 장치 및 그 정화방법 |
| KR100996179B1 (ko) | 2010-05-27 | 2010-11-23 | 석성기업주식회사 | 광촉매 코팅층을 구비하는 식생 호안블록 |
| KR20140124695A (ko) | 2013-04-17 | 2014-10-27 | 한국건설기술연구원 | 수질 정화용 부유성 비드 및 이것의 제조방법 |
-
2018
- 2018-08-09 KR KR1020180093373A patent/KR20200017872A/ko not_active Application Discontinuation
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