KR20220123858A - 중금속 제거방법 - Google Patents

Abstract

중금속 제거방법을 제공한다. 중금속 제거방법은 저장탱크 내에 마그네슘을 포함하는 부산물이 생성되는 단계; 상기 저장탱크 내에 생성된 상기 부산물을 수거 분리하여 획득하는 단계; 및 수거 분리된 상기 부산물내의 수산화마그네슘 순도를 높이도록 정제하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

중금속 제거방법{Removal method of heavy metals}

본 발명은 중금속 제거방법에 관한 것이다.

마그네슘 수산화물은 표면의 양전하 특성으로 인해 수중에서 음이온성 중금속(안티몬, 비소, 크롬 등) 제거에 활용될 수 있다. 그러나 마그네슘 화합물은 인공적으로 합성하기에는 경제성이 떨어져 그 활용도가 낮은 문제점이 있다. 한편 해수를 냉각원으로 사용하는 발전소에서는 냉각설비 내에 여러가지의 부착성 해양생물들의 착생이나 부착을 억제하기 위해서 차아염소산 나트륨을 취수구에 주입한다. 발전소에 주입되는 차아염소산 나트륨은 해수전해설비에서 생산하여 사용하고 있으며, 생산된 차아염소산 나트륨은 차아염소산 나트륨 저장탱크에 저장되다. 여기서 해수 중에 존재하는 마그네슘 등의 염류가 함께 존재하여 차아염소산 나트륨 저장탱크하부에 슬러지로 성장한다. 이러한 슬러지는 주기적으로 제거하여 폐기 처리해야 한다.

한국등록특허 제10-2215869호

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 재활용 없이 버려지고 있는 마그네슘 산업부산물을 이용하여 환경정화소재로 재활용하는 중금속 제거방법을 제공하는 것이다.

또한, 버려지고 있는 마그네슘 산업부산물을 수중에서 음이온성 중금속(크롬, 비소, 안티몬 등)을 효과적인 제거율로 제거할 수 있는 중금속 제거방법을 제공하는 것이다.

또한, 수중에서 음이온성 중금속을 제거함에 있어 결정화를 통한 제거가 가 가능한 중금속 제거방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 면(aspect)에 따른 중금속 제거방법은, 저장탱크 내에 마그네슘을 포함하는 부산물이 생성되는 단계; 상기 저장탱크 내에 생성된 상기 부산물을 수거 분리하여 획득하는 단계; 및 수거 분리된 상기 부산물내의 수산화마그네슘 순도를 높이도록 정제하는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 상기 저장탱크는 해수계통의 차아염소산 나트륨 저장탱크일 수 있다.

또한, 상기 부산물은 알루미늄(Al), 소듐(Na), 칼슘(Ca), 황(S), 염소(Cl)로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 원소를 포함할 수 있다.

또한, 상기 정제하는 단계는, 상기 부산물을 증류수와 1:1 부피비로 혼합하여 분산시키는 단계와, 상기 부산물을 초음파를 이용하여 상기 수산화마그네슘 이외의 불순물을 화학적으로 용해시키는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 상기 정제하는 단계는, 원심분리장치를 이용하여 상기 부산물과 상기 분리액 내에서 이온상태로 존재하는 원소들을 제거하되, 상기 분리액의 전기전도도가 50 μS/㎝ 이하가 될 때까지 반복시키는 단계와, 상기 부산물을 설정온도에서 건조시키는 단계를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 부산물은 80℃ 온도에서 24시간 건조되는 것일 수 있다.

또한, 정제된 상기 부산물은 수산화마그네슘의 함량이 70% 이상 확보되는 것일 수 있다.

또한, 정제된 상기 부산물을 수중에 투입하여, 상기 수중의 음이온성 중금속을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 음이온성 중금속은 크롬(Cr), 비소(As), 안티몬(Sb)으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 중금속을 포함하며, 상기 안티몬은 상기 부산물과 반응하여 선택적으로 결정화를 이루어 Mg-Sb 수산화물 형태를 이룰 수 있다.

상기와 같은 본 발명의 중금속 제거방법에 따르면 다음과 같은 효과가 하나 혹은 그 이상 있다.

본 발명에 따르면 재활용 없이 버려지고 있는 마그네슘 산업부산물을 이용하여 환경정화소재로 재활용하는 중금속 제거방법을 제공할 수 있다.

또한, 버려지고 있는 마그네슘 산업부산물을 수중에서 음이온성 중금속(크롬, 비소, 안티몬 등)을 효과적인 제거율로 제거할 수 있는 중금속 제거방법을 제공할 수 있다.

또한, 수중에서 음이온성 중금속을 제거함에 있어 결정화를 통한 제거가 가 가능한 중금속 제거방법을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 중금속 제거방법을 순차적으로 도시한 흐름도이다.
도 2는 도 1에 따른 중금속 제거방법을 순차적으로 도시한 흐름도이다.
도 3은 마그네슘 산업부산물의 XRD결과를 도시한 그래프이다.
도 4는 마그네슘 산업부산물의 샘플을 도시한 사진이다.
도 5는 pH별 마그네슘부산물의 안티몬 제거량을 도시한 그래프이다.
도 6은 방해이온 공존 조건에서 음이온성 중금속 제거량 변화를 도시한 그래프이다.
도 7은 마그네슘 산업부산물과 안티몬의 선택적 결합특성을 도시한 그래프이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 소자를 뒤집을 경우, 다른 소자의 "아래(below)" 또는 "아래(beneath)"로 기술된 소자는 다른 소자의 "위(above)"에 놓일 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 소자는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.

비록 제1, 제2 등이 다양한 소자, 구성요소 및/또는 섹션들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 소자, 구성요소 및/또는 섹션들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 소자, 구성요소 또는 섹션들을 다른 소자, 구성요소 또는 섹션들과 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 소자, 제1 구성요소 또는 제1 섹션은 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 소자, 제2 구성요소 또는 제2 섹션일 수도 있음은 물론이다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어 도면 부호에 상관없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 중금속 제거방법을 순차적으로 도시한 흐름도이다.

도 1을 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 중금속 제거방법(S100)은 부산물이 생성되는 단계(S110), 부산물을 수거 분리하는 단계(S120), 부산물을 정제하는 단계(S130), 중금속을 제거하는 단계(S140)를 포함할 수 있다.

여기서 상기 S130은 혼합분산 단계(S131), 화학적용해 단계(S132), 원소제거 단계(S133), 건조 단계(S134)를 포함할 수 있다.

상기 S110은 저장탱크 내에 마그네슘을 포함하는 부산물이 생성될 수 있다. 여기서 상기 저장탱크는 해수계통의 차아염소산 나트륨 저장탱크에 해당될 수 있다.

이러한 상기 부산물은 알루미늄(Al), 소듐(Na), 칼슘(Ca), 황(S), 염소(Cl)로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 원소를 포함하는 것일 수 있다.

상기 S120은 상기 저장탱크 내에 생성된 상기 부산물을 수거 분리하여 획득할 수 있다. 상기 S130은 수거 분리된 상기 부산물내의 수산화마그네슘 순도를 높이도록 정제할 수 있다.

상기 S130의 상기 S131은 상기 부산물을 증류수와 1:1 부피비로 혼합하여 분산시킬 수 있다. 상기 S130의 상기 S132는 상기 부산물을 초음파를 이용하여 상기 수산화마그네슘 이외의 불순물을 화학적으로 용해시킬 수 있다.

상기 S130의 상기 S132는 원심분리장치를 이용하여 상기 부산물과 상기 분리액 내에서 이온상태로 존재하는 원소들을 제거할 수 있다. 이때 이러한 과정은 상기 분리액의 전기전도도가 50 μS/㎝ 이하가 될 때까지 반복될 수 있다.

상기 S130의 상기 S133은 원심분리장치를 이용하여 상기 부산물과 상기 분리액 내에서 이온상태로 존재하는 원소들을 제거할 수 있다. 이러한 과정 은상기 분리액의 전기전도도가 50 μS/㎝ 이하가 될 때까지 반복될 수 있다.

상기 S130의 상기 S134는 상기 부산물을 설정온도에서 건조시킬 수 있다. 여기서 상기 부산물은 80℃ 온도에서 24시간 건조되는 것일 수 있다. 이러한 과정들을 통해 정제된 상기 부산물은 수산화마그네슘의 함량이 70% 이상 확보되도록 하는 것이 바람직하다.

상기 S140에서는 전술한 과정들을 거친 정제된 상기 부산물을 수중에 투입하여, 상기 수중의 음이온성 중금속을 제거할 수 있다. 여기서 상기 음이온성 중금속은 크롬(Cr), 비소(As), 안티몬(Sb)으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 중금속을 포함할 수 있다.

아울러 상기 안티몬은 상기 부산물과 반응하여 선택적으로 결정화를 이루어 Mg-Sb 수산화물 형태를 이루게 될 수 있다.

한편, 추출한 마그네슘 부산물을 이용해 다음과 같이 음이온성 중금속(크롬, 비소, 안티몬 등)을 제거하며, 그 절차는 다음과 같다.

1. 건조된 마그네슘 부산물 분말(0.2 5g/L)을 음이온성 중금속 수용액(10 mg/L)과 혼합하여 24시간 교반 후 원소분석장비(ICP-MS)를 이용하여 중금속 제거량 측정.

2. 마그네슘 부산물의 음이온성 중금속 제거량은 하기 표 1과 같음

종류	제거량
크롬(Cr) 0.9	크롬(Cr) 0.9
비소(As) 13.6	비소(As) 13.6
안티몬(Sb) 9.8	안티몬(Sb) 9.8

표 1에서 제거 대상 음이온성 중금속 중 안티몬(Sb)은 마그네슘 부산물과 선택적으로 결정화를 이루며 Mg-Sb 수산화물 형태로 제거 가능 (XRD 결과)..

도 3은 마그네슘 산업부산물의 XRD결과를 도시한 그래프이다. 도 4는 마그네슘 산업부산물의 샘플을 도시한 사진이다. 도 5는 pH별 마그네슘부산물의 안티몬 제거량을 도시한 그래프이다.

도 6은 방해이온 공존 조건에서 음이온성 중금속 제거량 변화를 도시한 그래프이다. 도 7은 마그네슘 산업부산물과 안티몬의 선택적 결합특성을 도시한 그래프이다.

전술한 내용과 함께 도 3 내지 도 7을 참조하면 본 발명의 상기 중금속 제거방법(S100)은 재활용 없이 버려지고 있는 마그네슘 산업부산물을 이용하여 환경정화소재로 활용가능한 신물질로 적용 가능하며, 수중에서 음이온성 중금속(크롬, 비소, 안티몬 등) 에 대하여 유효한 제거율 및 결정화 제거가 가능 한 효과가 있다.

이상과 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (7)

1. 저장탱크 내에 마그네슘을 포함하는 부산물이 생성되는 단계;
   상기 저장탱크 내에 생성된 상기 부산물을 수거 분리하여 획득하는 단계; 및
   수거 분리된 상기 부산물내의 수산화마그네슘 순도를 높이도록 정제하는 단계를 포함하는, 중금속 제거방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 저장탱크는 해수계통의 차아염소산 나트륨 저장탱크인, 중금속 제거방법.
3. 제2항에 있어서,
   상기 부산물은 알루미늄(Al), 소듐(Na), 칼슘(Ca), 황(S), 염소(Cl)로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 원소를 포함하는, 중금속 제거방법.
4. 제1항에 있어서,
   상기 정제하는 단계는,
   상기 부산물을 증류수와 1:1 부피비로 혼합하여 분산시키는 단계와,
   상기 부산물을 초음파를 이용하여 상기 수산화마그네슘 이외의 불순물을 화학적으로 용해시키는 단계를 포함하는, 중금속 제거방법.
5. 제4항에 있어서,
   상기 정제하는 단계는,
   원심분리장치를 이용하여 상기 부산물과 분리액 내에서 이온상태로 존재하는 원소들을 제거하되, 상기 분리액의 전기전도도가 50 μS/㎝ 이하가 될 때까지 반복시키는 단계와,
   상기 부산물을 설정온도에서 건조시키는 단계를 더 포함하는, 중금속 제거방법.
6. 제5항에 있어서,
   상기 부산물은 80℃ 온도에서 24시간 건조되는 것인, 중금속 제거방법.
7. 제1항에 있어서,
   정제된 상기 부산물을 수중에 투입하여, 상기 수중의 음이온성 중금속을 제거하는 단계를 더 포함하는, 중금속 제거방법.

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