KR20210090759A - 페레이트(vi) 제조 방법 - Google Patents

페레이트(vi) 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20210090759A
KR20210090759A KR1020200003487A KR20200003487A KR20210090759A KR 20210090759 A KR20210090759 A KR 20210090759A KR 1020200003487 A KR1020200003487 A KR 1020200003487A KR 20200003487 A KR20200003487 A KR 20200003487A KR 20210090759 A KR20210090759 A KR 20210090759A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
ferrate
oxidation
feo
present
manufacturing
Prior art date
Application number
KR1020200003487A
Other languages
English (en)
Inventor
강동환
김일규
박경덕
소윤환
Original Assignee
부경대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 부경대학교 산학협력단 filed Critical 부경대학교 산학협력단
Priority to KR1020200003487A priority Critical patent/KR20210090759A/ko
Publication of KR20210090759A publication Critical patent/KR20210090759A/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G49/00—Compounds of iron
    • C01G49/0018—Mixed oxides or hydroxides
    • C01G49/0081—Mixed oxides or hydroxides containing iron in unusual valence state [IV, V, VI]
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G49/00—Compounds of iron
    • C01G49/0018—Mixed oxides or hydroxides
    • C01G49/0027—Mixed oxides or hydroxides containing one alkali metal

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Treatment Of Water By Oxidation Or Reduction (AREA)

Abstract

건식 산화법과 습식 산화법을 혼합한 방식을 통해 타 산화제에 비해 강화 산화력을 가지고 있어 단기간에 난분해성 유해물질을 분해하고, 비교적 안정화되어 장시간 보관 안정성이 우수한 페레이트(VI) 제조 방법에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 페레이트(VI) 제조 방법은 (a) 산화철(III)과 과산화물을 혼합한 후 가열하여 건식 산화하는 단계; (b) 상기 건식 산화에 의해 형성된 중간 생성물을 강염기성 용액에 투입하여 습식 산화하는 단계; 및 (c) 상기 습식 산화에 의해 제조된 페레이트(VI)를 여과하는 단계;를 포함하고, 상기 강염기성 용액은 차아염소산 나트륨(NaOCl)과 알칼리 금속 수산화물을 혼합하여 형성된다

Description

페레이트(VI) 제조 방법{METHOD FOR MANUFACTURING FERRATE(VI)}
본 발명은 건식 산화법과 습식 산화법을 이용한 페레이트(VI) 제조 방법에 관한 것이다.
페레이트(VI)는 철산염으로도 불리우며, 원자가 상태가 3가(III)인 철을 원자가 상태가 6가(VI)인 철로 산화시켜 얻을 수 있다. 페레이트(VI)는 수처리, 폐수, 배터리 등의 다양한 산업 분야에서 산화제, 응고제, 캐소드 등으로 사용되고 있다.
이러한 페레이트(VI)를 제조하는 방법으로는 전기화학적 방법이 있다.
전기화학적 방식은 철 음극을 NaOH 용액에 담근 후 전기를 통하게 하여 철 음극을 산화시켜 페레이트(VI)를 합성하는 방식이다. 음극 및 양극에서의 반응은 다음과 같으며, 전류밀도와 음극물질의 조성, 그리고 전해질의 종류 및 농도에 따라 제조효율이 큰 영향을 미친다.
Anode : Fe + 8OH- → FeO4 2- + 4H2O + 6e-
Cathode : 6H2O + 6e- → 3H2 + 6OH-
Overall : Fe + 2OH- + H2O → FeO4 2- + 3H2
페레이트(VI)의 강한 산화력은 오히려 페레이트(VI)의 자가 분해를 촉진하며, 공기나 물과 장시간 접촉하게 되면 자가 분해되어 산화력을 잃어버리므로, 저장이 용이하지 않은 단점이 있다.
또한 전기화학적 방식은 전극 표면에 잔류 부동태 피막의 형성을 포함하는 결점이 존재하고, 페레이트(VI) 형성 전위에서 경쟁적 산소 발생 반응(OER)이 존재하므로 합성의 효율을 감소시키는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 건식 산화법과 습식 산화법을 혼합한 방식을 통해 타 산화제에 비해 강화 산화력을 가지고 있어 단기간에 난분해성 유해물질을 분해할 수 있는 페레이트(VI) 제조 방법을 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 목적은 기존의 불안정한 페레이트(VI) 대신, 비교적 안정화되어 장시간 보관 안정성이 우수한 페레이트(VI) 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 페레이트(VI) 제조 방법은 (a) 산화철(III)과 과산화물을 혼합한 후 가열하여 건식 산화하는 단계; (b) 상기 건식 산화에 의해 형성된 중간 생성물을 강염기성 용액에 투입하여 습식 산화하는 단계; 및 (c) 상기 습식 산화에 의해 제조된 페레이트(VI)를 여과하는 단계;를 포함하고, 상기 강염기성 용액은 차아염소산 나트륨(NaOCl)과 알칼리 금속 수산화물을 혼합하여 형성된다.
본 발명에 따른 페레이트(VI) 제조 방법은 건식 산화법과 습식 산화법을 혼합한 방식을 통해 타 산화제에 비해 강화 산화력을 가지고 있어 단기간에 난분해성 유해물질을 분해하는 효과가 있다.
또한 본 발명에 따른 페레이트(VI) 제조 방법을 통해, 기존의 불안정한 페레이트(VI) 대신, 비교적 안정화되어 장시간 보관 안정성이 우수한 페레이트(VI)를 제조할 수 있다.
상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.
도 1은 본 발명에 따른 페레이트(VI) 제조 방법을 나타낸 순서도이다.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.
또한 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 상기 구성요소들은 서로 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 다른 구성요소가 "개재"되거나, 각 구성요소가 다른 구성요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있는 것으로 이해되어야 할 것이다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 페레이트(VI) 제조 방법을 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명에 따른 페레이트(VI) 제조 방법을 나타낸 순서도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 페레이트(VI) 제조 방법은 건식 산화하는 단계(S110), 습식 산화하는 단계(S120) 및 여과하는 단계(S130)를 포함한다.
먼저, 산화철(III)과 과산화물을 혼합한 후 가열하여 건식 산화한다.
상기 과산화물은 과산화 나트륨(Na2O2)을 포함할 수 있다.
그리고 산화철(III)과 과산화물을 1 : 1 ~ 1 : 5 의 중량비로 혼합할 수 있고, 바람직하게는 1 : 1 ~ 1 : 3 의 중량비로 혼합할 수 있다. 예를 들어, 1.92g의 Fe2O3 을 기준으로 1.92 ~ 9.6g 의 과산화물을 혼합할 수 있고, 바람직하게는 1.92~5.76g 의 과산화물을 혼합할 수 있다. 산화철(III)과 과산화물의 혼합비가 이 범위를 벗어나는 경우, 반응이 불충분하게 일어남에 따라 중간 생성물인 철 산화물을 형성하기에 불충분할 수 있고, 최종 생성물인 페레이트(VI)의 수율이 저하될 수 있다.
상기 산화철(III)과 과산화물의 혼합물을 대략 400~600℃에서 30분 내지 10시간 동안 가열함으로써, 건식 산화가 수행된다. 가열반응이 400℃ 미만에서 수행되는 경우 산화반응이 충분히 일어나지 않을 수 있다. 반대로 가열반응이 600℃를 초과하는 온도에서 수행되는 경우 너무 높은 온도에 의해 안정상의 문제가 있고 많은 에너지가 소비될 수 있다.
가열 후에는 25±10℃ 에서 1분 내지 60분 동안 보관하여 반응기의 열을 식힐 수 있다. 그리고 열을 식힌 반응기를 데시게이터에 보관하여 수분과의 접촉을 차단할 수 있다.
본 발명의 건식 산화법을 통해 중간 생성물이 형성된다.
상기 중간 생성물은 Na2FeO3, Na4FeO4, Na3FeO4, Na2FeO4, NaFeO2, Na2FeO2 중 1종 이상의 철 산화물을 포함할 수 있다.
본 발명의 건식 산화법을 반응식으로 표현하면 다음과 같다.
Fe2O3 + 3Na2O2 → 2Na2FeO4 + Na2O
이어서, 상기 건식 산화에 의해 형성된 중간 생성물을 강염기성 용액에 투입하여 습식 산화함으로써, 페레이트(VI)가 합성된다.
상기 강염기성 용액은 차아염소산 나트륨(NaOCl)과 알칼리 금속 수산화물을 혼합하여 형성되는 것으로, 강염기성 용액은 pH 9 이상인 용액을 가리킨다.
알칼리 금속 수산화물은 수산화나트륨(NaOH)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 0.5g의 NaOH을 기준으로 7~10mL의 차아염소산 나트륨(NaOCl)을 혼합하여 강염기성 용액을 마련할 수 있다. 이때 차아염소산 나트륨(NaOCl)은 유효 염소 농도가 12% 이상일 수 있다.
마련된 강염기성 용액은 페레이트(VI)를 합성할 때까지 냉장 보관할 수 있다. 여기서 냉장 보관은 10℃ 이하의 온도에서 보관하는 것을 가리킨다.
제조된 중간 생성물(철 산화물)을 강염기성 용액에 투입할 때 격렬한 발열 반응이 발생하게 된다. 이때 냉수 등으로 반응 용기의 온도를 낮추면서 중간 생성물을 천천히 투입하는 것이 바람직하다. 중간 생성물과 강염기성 용액의 혼합은 발열 반응이 일어나지 않을 때까지 수행될 수 있다.
본 발명의 습식 산화하는 단계에서, 모든 철 산화물이 반응에 참여하는 것은 아니므로, 실제 수처리 공정에 사용하기 위해서는 제조된 페레이트(VI)를 여과한다.
여과는 철 산화물을 여과하기에 충분한 필터지를 사용할 수 있다. 바람직하게는 페레이트(VI)의 반응성을 고려하여 유리필터와 같은 반응성이 낮은 필터지를 선택할 수 있다. 여과하고 수득된 페레이트(VI)는 분리 및 건조하여 용도에 따라 사용할 수 있고, 여과된 용액, 즉, 페레이트(VI)가 제거된 용액은 저온 차광상태로 보관하여 필요할 때 사용할 수 있다.
본 발명의 습식 산화법을 반응식으로 표현하면 다음과 같다.
2NaFeO2 + 3NaOCl + 2NaOH → 2Na2FeO4 + 3NaCl + H2O
습식 산화법의 경우 NaFeO2 를 기준으로 반응식을 작성하였으나, NaFeO2 대신 Na2FeO3, Na4FeO4, Na3FeO4, Na2FeO4, Na2FeO2 중 1종 이상의 철 산화물이 투여될 수 있다.
이처럼, 본 발명의 페레이트(VI) 제조 방법은 건식 산화와 습식 산화를 혼합한 제조법으로, 타 산화제에 비해 강한 산화력을 가진 6가 산화상태의 철인 FeO4 2-를 제조할 수 있다. 반응 후에는 원재료인 철(III)로 환원되는데, 이는 자연계에 존재하는 물질이며, 크롬(Cr)이나 망간(Mn)과 달리 독성이 거의 없어 반응 후에도 독성 물질을 발생시키지 않는 장점이 있다.
또한 기존의 수질처리 공정에 많이 사용되는 염소계 산화제나 오존은 처리 후 염소계나 브롬계 물질이 발생하여 2차 오염이 유발되는 경우가 있으나, 본 발명의 제조 방법에 따라 제조되는 페레이트(VI)는 오염 유발물질이 발생하지 않는 장점이 있다.
특히, 본 발명의 제조 방법에 따라 제조되는 페레이트(VI)는 난분해성 유해물질을 분해할 수 있을 뿐만 아니라, 병원균이나 각종 유기물질을 제거하는 데에도 사용될 수 있다. 또한 사용 후 생성되는 철(III)은 응집제로도 사용할 수 있어 추가적인 정화 효과까지 기대할 수 있다.
본 발명의 제조 방법에 따라 제조되는 페레이트(VI)는 약 510nm 의 UV 스펙트럼에 의해 측정될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
하기 표 1은 수처리 공정에서의 고도산화공정(AOP) 기술 간의 산화력을 비교한 것이다.
[표 1]
Figure pat00001
이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시 예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시 예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을 지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.

Claims (6)

  1. (a) 산화철(III)과 과산화물을 혼합한 후 가열하여 건식 산화하는 단계;
    (b) 상기 건식 산화에 의해 형성된 중간 생성물을 강염기성 용액에 투입하여 습식 산화하는 단계; 및
    (c) 상기 습식 산화에 의해 제조된 페레이트(VI)를 여과하는 단계;를 포함하고,
    상기 강염기성 용액은 차아염소산 나트륨(NaOCl)과 알칼리 금속 수산화물을 혼합하여 형성되는, 페레이트(VI) 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 과산화물은 과산화 나트륨(Na2O2)을 포함하는 페레이트(VI) 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 (a) 단계에서, 가열은 400~600℃에서 수행되는 페레이트(VI) 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 (a) 단계에서, 산화철(III)과 과산화물을 1 : 1 ~ 1 : 5 의 중량비로 혼합하는 페레이트(VI) 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 중간 생성물은 Na2FeO3, Na4FeO4, Na3FeO4, Na2FeO4, NaFeO2, Na2FeO2 중 1종 이상을 포함하는 페레이트(VI) 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 알칼리 금속 수산화물은 수산화나트륨(NaOH)을 포함하는 페레이트(VI) 제조 방법.
KR1020200003487A 2020-01-10 2020-01-10 페레이트(vi) 제조 방법 KR20210090759A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200003487A KR20210090759A (ko) 2020-01-10 2020-01-10 페레이트(vi) 제조 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200003487A KR20210090759A (ko) 2020-01-10 2020-01-10 페레이트(vi) 제조 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20210090759A true KR20210090759A (ko) 2021-07-21

Family

ID=77143719

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200003487A KR20210090759A (ko) 2020-01-10 2020-01-10 페레이트(vi) 제조 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20210090759A (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102558035B1 (ko) * 2023-03-03 2023-07-21 (주)일신종합환경 반감기가 증가된 페라이트 제조 방법

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102558035B1 (ko) * 2023-03-03 2023-07-21 (주)일신종합환경 반감기가 증가된 페라이트 제조 방법

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102045160B1 (ko) 액체 철산염을 제조하기 위한 장치 및 방법
Ghernaout et al. Ferrate (VI): In situ generation and water treatment–A review
Ji et al. Critical review of perovskites-based advanced oxidation processes for wastewater treatment: Operational parameters, reaction mechanisms, and prospects
KR100816424B1 (ko) 산화비스무트-옥시할로겐화비스무트 접합 구조의 광촉매제및 이의 제조방법
RU2011139174A (ru) Получение ортофосфата железа
JP2014504252A (ja) 二酸化マンガンナノロッドの製造方法及び応用
JP2006021991A (ja) 金属ドープ酸化チタン微粒子の製造方法
CN105967384A (zh) 一种控制饮用水中碘代三卤甲烷生成的方法
CN103708651B (zh) 一种高氯碱性难降解废水的处理方法
KR20210090759A (ko) 페레이트(vi) 제조 방법
KR101749673B1 (ko) 중형기공 아나타제 구형 티타늄 다이옥사이드 광촉매의 제조방법
Caldas et al. Fabrication of CN-HAp heterostructures from eggshells with improved photocatalytic performance in degrading of mixing dyes under sunlight
Khan et al. Development of photocatalyst by combined nitrogen and yttrium doping
JP6521316B2 (ja) 特徴的な吸収バンドを有する半導体光触媒及びその製造方法
KR102068411B1 (ko) 펜톤 무기 슬러지에 포함된 철의 회수 및 재활용 순환 공법
US1330738A (en) Process of making conducting hydrated black manganese dioxid
CN109158102A (zh) GO负载的纳米MnO2的复合催化剂、其制备方法及其应用
JP5674083B2 (ja) オキシ水酸化鉄ゾル及びその製造方法
CN107720914A (zh) 一种利用过氧碳酸盐强化混凝除藻的方法
US1293463A (en) Galvanic cell.
Gunawan et al. Ferrate (VI) synthesis using Fe (OH) 3 from waste iron electrolysis and its application for the removal of metal ions and anions in water
KR20240014450A (ko) 마이크로웨이브 수열합성법을 이용한 에너지 저장 장치용고엔트로피 산화물 소재 제조방법 및 이에 의해 제조된 에너지 저장 장치용 고엔트로피 산화물 소재
US1289707A (en) Black-streak-manganese-dioxid depolarizing agent.
JP4088687B2 (ja) 光触媒を用いた水素製造方法
CN107758966A (zh) 一种对位酯生产废水的光催化降解方法

Legal Events

Date Code Title Description
E601 Decision to refuse application