KR20200073333A - Composition for preparing heavy metal adsorbent material and method for preparing heavy metal adsorbent material using the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 수처리 또는 미세먼지 저감용 고형화 필터 등의 소재로 사용될 수 있는 중금속 흡착재 제조용 조성물 및 이를 이용한 중금속 흡착재의 제조방법에 대한 것이다.The present invention relates to a composition for preparing a heavy metal adsorbent that can be used as a material such as a solidification filter for water treatment or fine dust reduction, and a method for manufacturing the heavy metal adsorbent using the same.
경제성장과 더불어 급변하는 산업화로 인해 중금속의 수요량은 하루가 다르게 증가하고 있다. 이들 대부분은 유독성으로 인해 인체 및 생태계에 광범위하게 영향을 미칠 뿐만 아니라 하천 및 토양 등의 환경에 심각한 오염원으로 작용하고 있다.Due to the rapid industrialization along with economic growth, the demand for heavy metals is increasing every day. Most of them not only affect the human body and ecosystem extensively due to toxicity, but also act as a serious pollutant for the environment such as rivers and soil.
특히 우리나라는 단기간에 걸쳐 산업발달이 이루어져 일반하수, 산업폐수, 각종 폐기물의 매립 및 농약살포 등을 통해 다양한 오염물질이 하천 및 강으로 배출되었고 이에 따라 수 환경뿐만 아니라 인체 건강까지도 위협받고 있는 실정이다.In particular, in Korea, industrial development has occurred over a short period of time, and various pollutants have been discharged into rivers and rivers through general sewage, industrial wastewater, landfilling of various wastes, and pesticide spraying. .
중금속의 주요 배출원으로는 산업폐수, 도시하수, 농약 살포 등이 있으며, 산업체 중에서는 도금 공장이나 제련, 피혁, 안료 및 제약 업체 등에서 카드뮴, 아연, 구리, 니켈, 납, 수은, 크롬 등 생물체에 유해한 중금속을 과량 배출하는 것으로 알려져 있다. The main sources of heavy metals include industrial wastewater, municipal sewage, pesticide spraying, etc. Among industries, it is harmful to organisms such as cadmium, zinc, copper, nickel, lead, mercury, and chromium in plating factories, smelting, leather, pigments, and pharmaceutical companies. It is known to discharge heavy metals in excess.
무분별한 중금속 배출에 의한 수질 오염은 지난 수십 년간 전세계적인 문제를 야기해왔다. 인간과 생태계에 특히 악영향을 미치는 독성 금속 원소로는 비소(As), 크롬(Cr), 구리(Cu), 납(Pb), 수은(Hg), 망간(Mn), 카드뮴(Cd), 니켈(Ni) 등이 있다.Water pollution by indiscriminate heavy metal emissions has caused worldwide problems in the past decades. Arsenic (As), chromium (Cr), copper (Cu), lead (Pb), mercury (Hg), manganese (Mn), cadmium (Cd), nickel (C) Ni).
중금속은 독성 유기화합물과 달리 생물 분해성이 없으므로 생물체 내에 축적되어 다양한 질병과 장해를 유발하는 것으로 알려져 있다. 종래에는 하천수, 지하수 및 폐수에 존재하는 중금속의 제거를 위해, 화학적 침전법, 이온교환 수지 및 분리막을 이용한 제거법 등이 제시되었다. 그러나 화학적 침전법을 이용하는 경우에는 중금속 제거 처리 후에 발생하는 많은 양의 슬러지가 2차 오염물질로 작용하고, 저농도의 중금속을 완전히 제거하지 못하는 문제점이 있다. 또한, 이온교환 수지나 분리막을 이용한 제거법은 고형의 오염물질을 다량 함유하는 오염 수의 처리가 어렵고, 비용이 많이 드는 문제점이 있다.Heavy metals are known to cause various diseases and disorders because they accumulate in living organisms because they are not biodegradable, unlike toxic organic compounds. Conventionally, for the removal of heavy metals present in river water, ground water and wastewater, a chemical precipitation method, a removal method using an ion exchange resin and a separator has been proposed. However, in the case of using the chemical precipitation method, a large amount of sludge generated after the heavy metal removal treatment acts as a secondary contaminant, and there is a problem in that heavy metals of low concentration cannot be completely removed. In addition, the removal method using an ion exchange resin or a separator has a problem in that it is difficult to treat contaminated water containing a large amount of solid contaminants, and it is expensive.
중금속을 처리하는 많은 알려진 기술 중에서 흡착은 비용 효율적이고 단순한 작용에 의해 이루어지는 바, 최근에 대두되고 기술분야이다. 하지만, 종래 기술에 따른 중금속 흡착재는 여전히 낮은 흡착용량으로 중금속 흡착에 비효율적이고, 경량화 및 투수성 향상시 기계적 강도가 저하되는 문제점을 가진다.Among many known techniques for treating heavy metals, adsorption is a cost-effective and simple action, and has recently emerged and is a technical field. However, the heavy metal adsorbent according to the prior art is still inefficient for heavy metal adsorption with a low adsorption capacity, and has a problem in that mechanical strength is reduced when lightening and improving water permeability.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 우수한 중금속 제거 성능은 물론 경량성 및 내구성을 동시에 가지는 중금속 흡착재 제조용 조성물 및 이를 이용한 중금속 흡착재의 제조방법을 제공하는 것이다.The technical problem to be solved by the present invention is to provide a composition for manufacturing a heavy metal adsorbent having light weight and durability as well as excellent heavy metal removal performance and a method for manufacturing the heavy metal adsorbent using the same.
상기 기술적 과제를 달성하기 위해, 본 발명은 다공질 장석(porous feldspar), 클리놉틸로라이트(clinoptilolite), 석고, 수산화칼슘 및 결합제(binder)를 포함하는 중금속 흡착재 제조용 조성물을 제안한다.In order to achieve the above technical problem, the present invention proposes a composition for preparing a heavy metal adsorbent comprising porous feldspar, clinoptilolite, gypsum, calcium hydroxide, and a binder.
또한, 상기 다공질 장석 및 클리놉틸로라이트는 450 ~ 490℃에서 저온 소성 처리된 것을 특징으로 하는 중금속 흡착재 제조용 조성물을 제안한다.In addition, the porous feldspar and clinoptilolite propose a composition for preparing a heavy metal adsorbent, characterized by being subjected to a low-temperature calcination treatment at 450 to 490°C.
또한, 상기 다공질 장석 및 클리놉틸로라이트의 입도는 20 ~ 100 ㎛인 것을 특징으로 하는 중금속 흡착재 제조용 조성물을 제안한다.In addition, the porous feldspar and clinoptilolite have a particle size of 20 to 100 μm, and propose a composition for preparing a heavy metal adsorbent.
또한, 다공질 장석, 클리놉틸로라이트(clinoptilolite) 및 결합제를 4 : 3 : 3의 중량비로 포함하는 것을 특징으로 하는 중금속 흡착재 제조용 조성물을 제안한다.In addition, it proposes a composition for preparing a heavy metal adsorbent comprising porous feldspar, clinoptilolite, and a binder in a weight ratio of 4:3:3.
또한, 다공질 장석, 클리놉틸로라이트 및 결합제의 총 중량 100 중량부 기준으로, 석고 3 중량부 및 수산화칼슘 1 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 중금속 흡착재 제조용 조성물을 제안한다.In addition, based on a total weight of 100 parts by weight of the porous feldspar, clinoptilolite, and a binder, a composition for preparing a heavy metal adsorbent comprising 3 parts by weight of gypsum and 1 part by weight of calcium hydroxide is proposed.
또한, 경량화 재료를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 중금속 흡착재 제조용 조성물을 제안한다.In addition, it proposes a composition for producing a heavy metal adsorbent, further comprising a lightweight material.
또한, 상기 경량화 재료는 기포인 것을 특징으로 하는 중금속 흡착재 제조용 조성물을 제안한다.In addition, the lightweight material proposes a composition for preparing a heavy metal adsorbent, characterized in that the bubbles.
그리고, 본 발명은 발명의 다른 측면에서 상기 중금속 흡착재 제조용 조성물을 원료로 이용한 흡착재의 제조방법으로서, (a) 다공질 장석 및 클리놉틸로라이트를 분쇄해 분말화하고 혼합하는 단계; (b) 다공질 장석 및 클리놉틸로라이트의 혼합 분말을 450 ~ 490℃에서 저온 소성하는 단계; (c) 상기 저온 소성한 혼합 분말, 석고, 수산화칼슘, 경량화 재료 및 결합제(binder)를 혼합해 중금속 흡착재 제조용 조성물을 제조하는 단계; 및 (d) 상기 중금속 흡착재 제조용 조성물을 성형하는 단계;를 포함하는 중금속 흡착재 제조방법을 제안한다.And, the present invention in another aspect of the invention as a method for producing an adsorbent using the composition for preparing the heavy metal adsorbent as a raw material, (a) pulverizing and mixing the porous feldspar and clinoptilolite; (b) calcining the mixed powder of porous feldspar and clinoptilolite at a low temperature at 450 to 490°C; (c) preparing a composition for preparing a heavy metal adsorbent by mixing the low-temperature calcined powder, gypsum, calcium hydroxide, lightweight material, and binder; And (d) molding the composition for preparing the heavy metal adsorbent.
본 발명에 따른 중금속 흡착재 제조용 조성물은, 다공질 장석과 클리놉틸로라이트를 중금속 흡착성 성분으로 포함해 중금속 등 오염 물질 흡착 성능이 우수하고, 석고와 수산화칼슘을 포함함으로써 중금속 흡착재의 치수 안정성을 향상시키고 흡착재의 경량화에 따른 기계적 강도 저하를 막을 수 있어, 수처리 또는 미세먼지 저감 고형화 필터를 제조하거나 섬유와 연계해 흡착 필터를 제조할 때 유용하게 사용될 수 있다.The composition for preparing a heavy metal adsorbent according to the present invention includes porous feldspar and clinoptilolite as heavy metal adsorbent components, and thus has excellent adsorption performance of pollutants such as heavy metals, and improves dimensional stability of the heavy metal adsorbent by including gypsum and calcium hydroxide, and Since it is possible to prevent a reduction in mechanical strength due to weight reduction, it can be usefully used to manufacture a solidification filter for reducing water treatment or fine dust or to produce an adsorption filter in connection with fibers.
도 1은 본원 실시예 1에서 제조된 흡착재 혼합분말의 클리놉틸로라이트와 다공질 장석 배합비율에 따른 등온흡착실험 결과이다.
도 2는 본 발명에 따른 다공질 장석 및 클리놉틸로라이트 포함 흡착제 혼합분말의 억제대법(halo test, agar plate method)을 사용 항균성 시험 결과이다.
도 3는 경량기포 함입 흡착재의 온도에 따른 경량기포의 팽창과 수축(소포) 현상을 보여주는 사진이다.
도 4는 석고 및 수산화칼슘 배합에 따른 흡착재의 건조수축 저감을 보여주는 사진이다.1 is a result of an isothermal adsorption experiment according to the mixing ratio of clinoptilolite and porous feldspar of the adsorbent mixed powder prepared in Example 1 of the present application.
Figure 2 shows the results of the antimicrobial test using the method for inhibiting the mixed powder of the adsorbent containing porous feldspar and clinoptilolite according to the present invention (halo test, agar plate method).
Figure 3 is a photograph showing the expansion and contraction (foaming) of the light-weight bubble according to the temperature of the light-weight bubble-containing adsorbent.
4 is a photograph showing the reduction of the drying shrinkage of the adsorbent according to the gypsum and calcium hydroxide formulation.
본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.In the description of the present invention, when it is determined that detailed descriptions of related known functions or configurations may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, detailed descriptions thereof will be omitted.
본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The embodiments according to the concept of the present invention may be modified in various ways and have various forms, and thus, specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the present specification or application. However, this is not intended to limit the embodiment according to the concept of the present invention to a specific disclosure form, and it should be understood to include all modifications, equivalents, or substitutes included in the spirit and scope of the present invention.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used herein are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this specification, terms such as “include” or “have” are intended to indicate that a feature, number, step, action, component, part, or combination thereof described is present, and one or more other features or numbers. It should be understood that it does not preclude the presence or addition possibilities of, steps, actions, components, parts or combinations thereof.
이하, 본 발명을 상세히 설명하도록 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.
본 발명에 따른 중금속 흡착재 제조용 조성물은 다공질 장석(porous feldspar), 클리놉틸로라이트(clinoptilolite), 석고, 수산화칼슘 및 결합제(binder)를 포함해 이루어지며, 이를 이용해 제조하는 흡착재의 경량성 및 투수성 향상을 위해 경량성 재료로서 기포 등을 추가로 포함할 수 있다. The composition for preparing a heavy metal adsorbent according to the present invention comprises porous feldspar, clinoptilolite, gypsum, calcium hydroxide, and a binder, and improves the lightness and water permeability of the adsorbent produced using the same For this, as a lightweight material, air bubbles or the like may be further included.
상기 다공질 장석은 풍화과정에서 표면에 미세한 공극이 발달한 다공질 구조를 가지는 광물이다.The porous feldspar is a mineral having a porous structure in which fine pores are developed on the surface during weathering.
상기 클리놉틸로라이트는 국내에도 매장량이 풍부한 천연 제올라이트로서, 제올라이트 총함량이 70% 이상이고 결정과 기공이 발달하여 양이온 치환 용량이 200meq/100g 이상인 특성을 가지고, (Si, Al)O4 사면체 내에서 Si4+가 Al3+로 일부 치환됨으로써 음(-)과 양(+)의 전하의 균형이 무너져 구조적으로 음(-)으로 가전된 상태를 나타내게 되며, 이와 같이 음(-)으로 가전된 상태에 대하여 양이온으로 치환시킴으로써 표면을 양(+)의 가전 상태로 치환시킨다. 이러한 표면의 양이온들은 주위의 다른 양이온들과 쉽게 치환될 수 있어 중금속에 대해 우수한 흡착성을 나타낸다.The clinoptilolite is a natural zeolite rich in reserves in Korea, and has a characteristic that the total content of the zeolite is 70% or more, crystals and pores are developed, and the cation substitution capacity is 200 meq/100g or more, and (Si, Al)O 4 in tetrahedron. In Si 4+ is partially substituted with Al 3+ , the balance of charges of negative (-) and positive (+) collapses to indicate a state that is structurally home applianceed as negative (-). The surface is replaced with a positive home appliance state by substituting with a cation for the state. The cations on this surface can be easily substituted with other cations in the surroundings, thus exhibiting excellent adsorption properties to heavy metals.
상기 다공질 장석 및 클리놉틸로라이트는 강열감량으로 재료의 공극에 포함된 수분(공극수)과 오염물을 제거하고 공극의 연결성 증대를 위해 소성하는 것이 바람직하다. 단, 다공질 장석의 다공성 구조는 490℃ 이상에서, 클리놉틸로라이트의 다공성 구조는 500℃ 이상에서 용융현상으로 폐색되기 때문에 450 ~ 490℃에서 저온 소성해야 한다. 소성 시간과 관련해서, 공극내 수분과 2차적으로 형성된 오염물질 제거를 위해 10분 이상 소성이 이루어져야 한다.The porous feldspar and clinoptilolite are preferably calcined to remove moisture (pore water) and contaminants contained in the pores of the material with a reduction in heat, and to increase the connectivity of the pores. However, the porous feldspar has a porous structure of 490°C or higher, and the clinoptilolite porous structure has a melting phenomenon at 500°C or higher, so it must be fired at a low temperature of 450 to 490°C. With regard to the firing time, firing must be performed for at least 10 minutes to remove moisture in the pores and secondary formed contaminants.
한편, 상기 다공질 장석 및 클리놉틸로라이트의 입도와 관련해, 입자 크기가 작을수록 반응성은 증가하는 반면 흡착재의 내구성은 저하되는 경향이 있으므로, 반응성 및 내구성을 동시에 고려해 20 ~ 100 ㎛의 입도를 가지는 것이 바람직하다.On the other hand, in relation to the particle size of the porous feldspar and clinoptilolite, the smaller the particle size, the higher the reactivity, while the durability of the adsorbent tends to decrease. desirable.
상기 결합제는 상기 다공질 장석 및 클리놉틸로라이트가 흡착재 내에 균일하게 분산시키는 매트릭스로서의 역할을 하고 흡착재 성형시 고형화되어 흡착재에 내구성을 부여한다. 이러한 결합제로는 대표적으로 시멘트가 사용될 수 있다.The binder serves as a matrix in which the porous feldspar and clinoptilolite are uniformly dispersed in the adsorbent, and solidifies during molding of the adsorbent to impart durability to the adsorbent. As such a binder, cement can be typically used.
상기 석고 및 수산화칼슘은 본 발명에 따른 흡착재 제조용 조성물에 포함되어 흡착재의 내구성을 향상시키는 역할을 한다. The gypsum and calcium hydroxide are included in the composition for preparing an adsorbent according to the present invention and serve to improve the durability of the adsorbent.
즉, 석고 및 수산화칼슘이 없는 조성물의 경우 흡착재의 내구성을 향상시키기 위해서는 결합제 함량 대비 흡착성 성분(다공질 장석 및 클리놉틸로라이트)의 함량을 줄여야 하지만, 석고 및 수산화칼슘이 포함된 본 발명에 따른 흡착재 제조용 조성물은 흡착성 성분 함량을 감소시키지 않아도 흡착재의 기계적 강도를 향상시킬 수 있다.That is, in the case of a composition without gypsum and calcium hydroxide, in order to improve the durability of the adsorbent, the content of the adsorbent component (porous feldspar and clinoptilolite) should be reduced compared to the content of the binder, but the composition for preparing the adsorbent according to the present invention containing gypsum and calcium hydroxide It is possible to improve the mechanical strength of the adsorbent without reducing the silver adsorbent component content.
또한, 석고 및 수산화칼슘은, 흡착재의 경량화 및 투수성 향상을 위해 흡착재 제조용 조성물에 경량화 재료로서 경량기포를 포함시킬 경우 발생되는 흡착재의 변형 문제(고온에서는 기포의 팽창으로 인한 변형, 저온에서는 기포의 수축(소포)으로 인한 변형)를 해소시킬 수 있다. In addition, gypsum and calcium hydroxide, the problem of deformation of the adsorbent, which occurs when a light-weight bubble is included as a light-weight material in the composition for preparing the adsorbent in order to reduce the weight of the adsorbent and improve water permeability (deformation due to expansion of the bubble at high temperature and shrinkage of the bubble at low temperature) (Deformation due to (vesicle)) can be eliminated.
본 발명에 따른 흡착재 제조용 조성물은 전술한 구성 성분 이외에 기포 등의 경량화 재료를 더 포함할 수 있다. The composition for preparing an adsorbent according to the present invention may further include a lightweight material such as air bubbles in addition to the above-described components.
상기와 같은 경량화 재료의 첨가, 소성에 의한 강열감량 및 분체에 의한 체적/무게비 감소를 통해 흡착재의 경량화가 이루어지며, 이와 같이 경량화된 흡착재는 보다 향상된 반응성을 가진다.The weight of the adsorbent is achieved through the addition of the above-mentioned lightweight material, the reduction in heat intensity by firing, and the reduction of the volume/weight ratio by the powder, and the absorbent material thus reduced has improved reactivity.
한편, 상기 본 발명에 따른 흡착재 제조용 조성물을 이용해 흡착재를 제조하는 방법의 일례는 (a) 다공질 장석 및 클리놉틸로라이트를 분쇄해 분말화하고 혼합하는 단계; (b) 다공질 장석 및 클리놉틸로라이트의 혼합 분말을 450 ~ 490℃에서 저온 소성하는 단계; (c) 상기 저온 소성한 혼합 분말, 석고, 수산화칼슘, 경량화 재료 및 결합제(binder)를 혼합해 중금속 흡착재 제조용 조성물을 제조하는 단계; 및 (d) 상기 중금속 흡착재 제조용 조성물을 성형하는 단계;를 포함해 구성될 수 있다. On the other hand, an example of a method for producing an adsorbent using the composition for preparing an adsorbent according to the present invention includes: (a) pulverizing porous feldspar and clinoptilolite and pulverizing and mixing; (b) calcining the mixed powder of porous feldspar and clinoptilolite at a low temperature at 450 to 490°C; (c) preparing a composition for preparing a heavy metal adsorbent by mixing the low-temperature calcined powder, gypsum, calcium hydroxide, lightweight material, and binder; And (d) molding the composition for preparing the heavy metal adsorbent.
전술한 본 발명에 따른 중금속 흡착재 제조용 조성물은, 다공질 장석과 클리놉틸로라이트를 중금속 흡착성 성분으로 포함해 중금속 등 오염 물질 흡착 성능이 우수하고, 석고와 수산화칼슘을 포함함으로써 중금속 흡착재의 치수 안정성을 향상시키고 흡착재의 경량화에 따른 기계적 강도 저하를 막을 수 있어, 수처리 또는 미세먼지 저감 고형화 필터를 제조하거나 섬유와 연계해 흡착 필터를 제조할 때 유용하게 사용될 수 있다.The composition for preparing a heavy metal adsorbent according to the present invention described above includes porous feldspar and clinoptilolite as heavy metal adsorbent components, and thus has excellent adsorption performance of pollutants such as heavy metals, and improves dimensional stability of the heavy metal adsorbent by including gypsum and calcium hydroxide. Since it is possible to prevent the reduction of mechanical strength due to the weight reduction of the adsorbent, it can be usefully used to manufacture a solidification filter for reducing water treatment or fine dust or to produce an adsorption filter in connection with fibers.
이하, 실시예를 들어 본 발명에 대해 보다 상세하게 설명하기로 한다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples.
본 명세서에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 명세서의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되지 않는다. 본 명세서의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 명세서를 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.The embodiments according to the present specification may be modified in various other forms, and the scope of the present specification is not interpreted to be limited to the embodiments described below. The embodiments of the present specification are provided to more fully describe the present specification to those skilled in the art.
<실시예><Example>
실시예 1 : 클리놉틸로라이트, 다공질 장석, 결합제 혼합 분말의 제조 및 양이온교환능/중금속 흡착성능 및 항균성 평가Example 1: Preparation of clinoptilolite, porous feldspar, binder mixed powder and cation exchange ability/heavy metal adsorption performance and antibacterial evaluation
입경이 100㎛-150㎛ 범위에 있는 클리놉틸로라이트와 평균입경 70㎛±10㎛의 다공질 장석을 다양한 비율로 혼합한 혼합분말을 제조해 양이온교환능을 평가한 결과, 클리놉틸로라이트와 다공질 장석을 4:3의 비율로 혼합한 혼합분말과 결합제(시멘트)를 7:3의 비율로 배합한 재료에서 최대의 양이온교환능을 보이며, 중금속 및 유기화합물의 흡착능이 개선된 것으로 나타났다.Clinoptilolite and porous feldspar were evaluated by preparing a mixed powder of clinoptilolite having a particle diameter in the range of 100 µm to 150 µm and porous feldspar having an average particle diameter of 70 µm ± 10 µm in various ratios to evaluate cation exchange capacity. It was found that the material mixed with a 4:3 ratio of the mixed powder and the binder (cement) at a ratio of 7:3 showed the maximum cation exchange ability, and the adsorption capacity of heavy metals and organic compounds was improved.
한편, 상기 클리놉틸로라이트, 다공질 장석, 결합제를 4:3:3의 비율로 혼합한 분말을, 클리놉틸로라이트와 결합제를 7:3의 비율로 혼합한 분말과 비교 실험한 결과, 양이온교환능은 클리놉틸로라이트, 다공질 장석, 결합제 혼합 분말의 320Cmol/kg에 비해 클리놉틸로라이트와 결합제 혼합 분말에서 430.1Cmol/kg로 높게 나타났지만(표 1), 중금속의 흡착은 클리놉틸로라이트, 다공질 장석, 바인더를 4:3:3의 비율로 혼합한 분말에서 제거율이 높게 나타났다(도 1).On the other hand, the clinoptilolite, porous feldspar, and a powder mixed with a binder in a ratio of 4:3:3, compared to a powder mixed with a clinoptilolite and a binder in a ratio of 7:3, as a result of cation exchange performance. Silver clinoptilolite, porous feldspar, binder mixture powder was higher than clinoptilolite and binder mixture powder at 430.1 Cmol/kg (Table 1), but heavy metal adsorption was clinoptilolite, porous The removal rate was high in the powder mixed with feldspar and binder in a ratio of 4:3:3 (FIG. 1).
<표 1> 혼합 흡착재의 양이온교환능<Table 1> Cation exchange capacity of mixed adsorbents
클리놉틸로라이트와 다공질 장석을 배합한 흡착제는 아래 표 2 및 도 2에서 알 수 있는 바와 같이 99.9%의 항균성을 보였다. The adsorbent containing clinoptilolite and porous feldspar showed 99.9% antimicrobial activity as shown in Table 2 and FIG. 2 below.
참고로, 항균성 측정을 위해 억제대법(halo test, agar plate method)을 사용하였는데, 해당 방법은 공시균을 접종한 한천배지 위에 시험편을 올려 두고 배양한 후 시험편 주위에 세균의 성장이 억제되어 생긴 세균 저지대의 크기를 측정하여 평가하는 것이다.For reference, a halo test (agar plate method) was used to measure the antimicrobial activity. The method was performed by placing the test specimen on an agar medium inoculated with the test bacteria and cultivating it. It is to measure and measure the size of the lowland.
<표 2> 흡착제 혼합분말의 항균성 시험 결과<Table 2> Antibacterial test results of mixed powder of adsorbent
실시예 2 : 흡착재 제조용 조성물을 이용한 고형 흡착재 제조Example 2: Preparation of a solid adsorbent using a composition for preparing an adsorbent
반응력을 높이고 흡착필터의 사용기간을 늘리기 위해서 경량화와 공극의 연결성이 확보되어야 하며 이를 위해 소성, 분말화, 경량기포 배합을 통한 경향화를 병행하였다.In order to increase the reaction power and increase the use period of the adsorption filter, the light weight and the connectivity of the pores must be secured, and for this purpose, the trend of firing, powdering, and blending of light bubbles was carried out in parallel.
소성과 분말가공을 통해 밀도를 줄일 수 있고 경량기포를 혼합하여 경량화 및 공극의 연결성을 확보할 수 있으나, 기존의 경량기포 배합은 제조 조건에 비해 변형이 심한 단점이 있다. 즉, ① 고온(30℃ 이상)에서 기포의 팽창으로 인한 변형이 발생하고, ② 저온(10℃ 이하)에서 기포의 수축(소포)으로 인한 변형이 발생하였다(도 3).Density can be reduced through plasticity and powder processing, and light weight bubbles can be mixed to secure light weight and void connectivity, but the existing light weight bubble formulation has severe disadvantages compared to manufacturing conditions. That is, ① deformation due to bubble expansion at high temperature (30°C or higher), ② deformation due to shrinkage (vesicle) of bubbles at low temperature (10°C or lower) (FIG. 3 ).
이에, 수산화칼슘과 석고를 배합하여 경량기포의 팽창과 수축현상을 제거하였으며 내구성을 개선하였다. Accordingly, calcium hydroxide and gypsum were blended to eliminate the expansion and contraction of lightweight bubbles and improve durability.
이때, ① 수산화칼슘은 클리놉틸로라이트와 다공질장석, 결합제 배합 분말의 무게 대비 1%를 혼합하였고, ② 석고는 아래 표 3에 기초해 흡착재의 체적변화량이 가장 낮도록 클리놉틸로라이트와 다공질장석, 결합제 배합 분말의 무게 대비 3%를 혼합하였다. ③ 수산화칼슘만을 첨가한 경우 건조 과정에서 균열이 발생하며 석고와 수산화칼슘의 배합비율이 1:1이상에서는 균열 현상이 나타나지 않은 것으로 확인되었다(도 4).At this time, ① calcium hydroxide was mixed with clinoptilolite, porous feldspar, and 1% by weight of the binder compound powder, and ② gypsum was made with clinoptilolite and porous feldspar so that the volume change of the adsorbent was the lowest based on Table 3 below. 3% by weight of the binder formulation powder was mixed. ③ When only calcium hydroxide was added, cracking occurred during the drying process, and it was confirmed that no cracking occurred when the mixing ratio of gypsum and calcium hydroxide was 1:1 or higher (FIG. 4).
<표 3> 석고 첨가량에 따른 공시체의 길이 변화율<Table 3> Length change rate of specimen according to the amount of plaster added
Claims (8)
상기 다공질 장석 및 클리놉틸로라이트는 450 ~ 490℃에서 저온 소성 처리된 것을 특징으로 하는 중금속 흡착재 제조용 조성물.According to claim 1,
The porous feldspar and clinoptilolite are compositions for preparing a heavy metal adsorbent, characterized in that they are subjected to a low-temperature calcination treatment at 450 to 490°C.
상기 다공질 장석 및 클리놉틸로라이트의 입도는 20 ~ 100 ㎛인 것을 특징으로 하는 중금속 흡착재 제조용 조성물.According to claim 1,
The porous feldspar and clinoptilolite have a particle size of 20 to 100 μm, wherein the composition for preparing a heavy metal adsorbent.
다공질 장석, 클리놉틸로라이트(clinoptilolite) 및 결합제를 4 : 3 : 3의 중량비로 포함하는 것을 특징으로 하는 중금속 흡착재 제조용 조성물.According to claim 1,
A composition for preparing a heavy metal adsorbent comprising porous feldspar, clinoptilolite, and a binder in a weight ratio of 4:3:3.
다공질 장석, 클리놉틸로라이트 및 결합제의 총 중량 100 중량부 기준으로,
석고 3 중량부 및 수산화칼슘 1 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 중금속 흡착재 제조용 조성물.According to claim 1,
Based on 100 parts by weight of the total weight of the porous feldspar, clinoptilolite, and binder,
A composition for preparing a heavy metal adsorbent, comprising 3 parts by weight of gypsum and 1 part by weight of calcium hydroxide.
경량화 재료를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 중금속 흡착재 제조용 조성물.According to claim 1,
A composition for preparing a heavy metal adsorbent, further comprising a lightweight material.
상기 경량화 재료는 기포인 것을 특징으로 하는 중금속 흡착재 제조용 조성물.The method of claim 6,
The lightweight material is a composition for producing a heavy metal adsorbent, characterized in that the bubbles.
(b) 다공질 장석 및 클리놉틸로라이트의 혼합 분말을 450 ~ 490℃에서 저온 소성하는 단계;
(c) 상기 저온 소성한 혼합 분말, 석고, 수산화칼슘, 경량화 재료 및 결합제(binder)를 혼합해 중금속 흡착재 제조용 조성물을 제조하는 단계; 및
(d) 상기 중금속 흡착재 제조용 조성물을 성형하는 단계;를 포함하는 중금속 흡착재 제조방법.(A) pulverizing the porous feldspar and clinoptilolite and pulverizing and mixing;
(b) calcining the mixed powder of porous feldspar and clinoptilolite at a low temperature at 450 to 490°C;
(C) preparing a composition for preparing a heavy metal adsorbent by mixing the low-temperature calcined powder, gypsum, calcium hydroxide, lightweight material and binder; And
(d) forming a composition for preparing the heavy metal adsorbent; a method for manufacturing a heavy metal adsorbent.
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