KR20220166535A - Manufacturing method of spent coffee ground(scg) based magnetic biochar and scg based magnetic biochar manufactured using the method - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 유류 회수용 자성 커피박 바이오차에 관한 것으로, 보다 구체적으로 유류를 용이하게 흡수 및 흡착할 수 있도록 커피박을 FeCl3·6H2O 용액에 침지, 전처리하여 최적의 자성 커피박 바이오차를 제조하는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a magnetic coffee ground biochar for oil recovery, and more specifically, an optimal magnetic coffee ground biochar by immersing and pretreating coffee waste in a FeCl 3 6H 2 O solution to easily absorb and adsorb oil. It relates to a method for manufacturing.
선박 또는 육상시설의 사고로 인해 해양에서 크고 작은 기름 유출 사고가 빈번하게 발생하고 있다. 우리나라 해역은 매일 대형 유조선이 통항하고 있고 2019년도 해양경찰청 자료에 따르면 연간 290건 이상의 해양 유류 오염사고가 발생하고 있다. 해양에서 발생하는 유류 사고는 단시간에 광범위한 해역을 오염시키고 해양 생태계에 막대한 피해를 가져다주며 심각한 경제적 손실을 발생시킨다. 이러한 유류를 처리하기 위하여 스키머나 오일펜스 또는 프로필렌, 제오라이트, 친유성 점토 등과 같은 합성 친유성 흡수·흡착제가 많이 사용되어져 왔다. Accidents of large and small oil spills frequently occur in the ocean due to accidents on ships or onshore facilities. Large oil tankers pass through Korean waters every day, and according to data from the Korea Coast Guard in 2019, more than 290 marine oil pollution accidents occur annually. Oil accidents in the ocean contaminate a wide area in a short time, cause enormous damage to the marine ecosystem, and cause serious economic losses. In order to treat these oils, synthetic lipophilic absorbers and adsorbents such as skimmers, oil fences, propylene, zeolites, and lipophilic clays have been widely used.
한편, 비교적 규모가 작은 유류 제거를 위해 바이오흡착제 및 나노물질을 이용하는 연구가 많은 관심을 받고 있다. 바이오흡착제는 비용이 낮게 들고 대량생산이 가능하며 유용성이 높다는 장점이 있고, 나노물질을 이용하는 기술은 수중으로부터 오염물질을 제거하는 데에 탁월한 성능을 보여준다는 장점이 있다. 수중으로부터 유류를 제거하기 위해 몇 가지 나노물질에 대한 연구가 진행되고 있으며 이 중에는 스펀지나 폴리머를 나노물질로 표면 처리하여 유류제거에 이용하고자 하는 연구도 있다. On the other hand, studies using bioadsorbents and nanomaterials for relatively small-scale oil removal are receiving a lot of attention. Bioadsorbents have the advantages of low cost, mass production, and high usefulness, and the technology using nanomaterials has the advantage of showing excellent performance in removing pollutants from water. In order to remove oil from water, research on several nanomaterials is being conducted, and among them, there is a study to treat sponges or polymers with nanomaterials to use them for oil removal.
자성 나노물질은 쉽게 제조가 가능하고 화학적으로 안정하며 생체 적합성이 높으고 독성이 없는 무해한 물질로 알려져 있으며 사용 후의 나노물질은 자기장을 적용하여 쉽게 회수가 가능하다. 자성 나노물질을 바이오흡착제와 결합하여 유류정화에 이용하고자 하는 연구는 새롭게 대두되고 있는 분야로서 그 연구가 아직 미미한 실정이다. 따라서 본 발명은 유류의 적합한 처리를 위해 폐기 바이오매스와 자성 나노물질을 결합하여 환경 친화적이며 유류 제거 성능이 높은 바이오매스 기반 자성 커피박 바이오차를 개발하는데 있다. Magnetic nanomaterials are known to be easily manufactured, chemically stable, highly biocompatible, non-toxic and harmless, and used nanomaterials can be easily recovered by applying a magnetic field. Research on combining magnetic nanomaterials with bioadsorbents and using them for oil purification is a newly emerging field, and the research is still insignificant. Therefore, the present invention is to develop a biomass-based magnetic coffee ground biochar that is environmentally friendly and has high oil removal performance by combining waste biomass and magnetic nanomaterials for proper treatment of oil.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 유류를 용이하게 흡수 및 흡착할 수 있도록 최적의 자성 커피박 바이오차 제조조건을 도출하는 것이다. The present invention was made to solve the above problems, and an object of the present invention is to derive optimal magnetic coffee ground biochar manufacturing conditions so that oil can be easily absorbed and adsorbed.
또한, 본 발명의 목적은 커피박 바이오차의 유류 제거 성능을 높이기 위해, FeCl3·6H2O 용액을 이용한 커피박의 침지 조건을 도출하고 효과적인 자성 커피박 바이오차의 제조 조건을 제공하는 것이다. In addition, an object of the present invention is to derive coffee waste immersion conditions using FeCl 3 .6H 2 O solution and to provide conditions for producing effective magnetic coffee ground biochar in order to improve the oil removal performance of coffee ground biochar.
또한, 본 발명의 목적은 상기 자성 커피박 바이오차를 포함하는 것을 특징으로 하는, 유류 회수용 흡착제를 제공하는 것이다. In addition, an object of the present invention is to provide an adsorbent for oil recovery, characterized in that it comprises the magnetic coffee ground biochar.
발명이 해결하고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problems to be solved by the invention are not limited to the above-mentioned technical problems, and other technical problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below. You will be able to.
본 발명에 따른 유류 회수용 자성 커피박 바이오차 제조방법은,The method for manufacturing magnetic coffee waste biochar for oil recovery according to the present invention,
커피박을 55 내지 65 ℃에서 6 내지 7 시간 동안 건조하는 제1단계;A first step of drying the coffee grounds at 55 to 65 ° C. for 6 to 7 hours;
상기 건조된 커피박을 FeCl3·6H2O 용액에 투입 후 1.5 내지 2.5 시간 동안 교반하여 침지하는 제2단계;A second step of immersing the dried coffee grounds in FeCl 3 .6H 2 O solution and stirring for 1.5 to 2.5 hours;
상기 침지된 커피박에서 상기 FeCl3·6H2O 용액을 필터한 후, 75 내지 85 ℃에서 3.5 내지 4.5 시간 동안 에이징하는 제3단계;A third step of filtering the FeCl 3 .6H 2 O solution in the immersed coffee grounds and then aging at 75 to 85 °C for 3.5 to 4.5 hours;
상기 에이징 된 커피박을 2차 건조하는 제4단계;A fourth step of secondary drying the aged coffee waste;
상기 2차 건조 된 커피박을 열분해하는 제5단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다. It is characterized in that it comprises a; fifth step of thermally decomposing the secondarily dried coffee waste.
또한, 본 발명에 따른 자성 커피박 바이오차는,In addition, the magnetic coffee waste biochar according to the present invention,
커피박을 FeCl3·6H2O 용액으로 침지하여 BET 비표면적이 34 내지 41 ㎡/g인 것을 특징으로 한다.It is characterized in that the BET specific surface area is 34 to 41
또한, 본 발명에 따른 유류 회수용 흡착제는,In addition, the oil recovery adsorbent according to the present invention,
상기 자성 커피박 바이오차를 포함하는 것을 특징으로 한다. It is characterized in that it comprises the magnetic coffee waste biochar.
상기 과제의 해결 수단에 의해, 본 발명은 나노 물질을 이용한 바이오매스 기반 흡착제로 수중으로부터 오염 물질을 제거하는 데에 탁월한 성능을 나타낸다. By means of solving the above problems, the present invention is a biomass-based adsorbent using nanomaterials and exhibits excellent performance in removing pollutants from water.
또한, 본 발명은 바이오매스 기반 흡착제로 제조비용이 적게 들고, 대량생산이 가능하여 유용성이 높다.In addition, the present invention is a biomass-based adsorbent with low manufacturing cost and high usefulness because mass production is possible.
또한, 본 발명은 쉽게 제조 가능하고, 화학적으로 안정하며 생체 적합성이 높아 독성이 없는 무해한 물질이다.In addition, the present invention is a harmless, non-toxic material that can be easily manufactured, is chemically stable, and has high biocompatibility.
또한, 본 발명은 유류의 흡수 및 흡착 성능이 뛰어나고 자기장을 이용하여 쉽게 회수가 가능하다. In addition, the present invention has excellent oil absorption and adsorption performance and can be easily recovered using a magnetic field.
또한, 본 발명의 목적은 상기 자성 커피박 바이오차를 포함하는 것을 특징으로 하는, 유류 회수용 흡착제를 제공하는 것이다. In addition, an object of the present invention is to provide an adsorbent for oil recovery, characterized in that it comprises the magnetic coffee ground biochar.
도 1은 본 발명인 유류 회수용 자성 커피박 바이오차의 제조방법을 보여주는 순서도이다.
도 2는 일반적인 커피박의 표면 형태와 구조를 나타낸 주사전자현미경(SEM) 이미지이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따라, 커피박을 500℃에서 열분해하여 제조한 바이오차(CB)의 표면 형태과 구조를 나타낸 주사전자현미경(SEM) 이미지이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따라, 커피박을 0.025M 농도의 FeCl3·6H2O에 침지 후 500℃에서 열분해하여 제조한 바이오차(CB-0.025M)의 표면 형태과 구조를 나타낸 주사전자현미경(SEM) 이미지이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따라, 커피박을 0.5M 농도의 FeCl3·6H2O에 침지 후 500℃에서 열분해하여 제조한 바이오차(CB-0.05M)의 표면 형태과 구조를 나타낸 주사전자현미경(SEM) 이미지이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따라, 커피박을 0.1M 농도의 FeCl3·6H2O에 침지 후 500℃에서 열분해하여 제조한 바이오차(CB-0.1M)의 표면 형태과 구조를 나타낸 주사전자현미경(SEM) 이미지이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따라, 커피박을 0.15M 농도의 FeCl3·6H2O에 침지 후 500℃에서 열분해하여 제조한 바이오차(CB-0.15M)의 표면 형태과 구조를 나타낸 주사전자현미경(SEM) 이미지이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따라, 다양한 농도의 FeCl3·6H2O 침지 용액에서 제조한 자성 커피박 바이오차(CB-0.025M, CB-0.05M, CB-0.1M 및 CB-0.15M)의 초순수에서 디젤 오일 회수량을 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따라, 다양한 농도의 FeCl3·6H2O 침지 용액에서 제조한 자성 커피박 바이오차(CB-0.025M, CB-0.05M, CB-0.1M 및 CB-0.15M)의 초순수에서 사용한 디젤 오일 회수량을 나타낸 그래프이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따라, 다양한 농도의 FeCl3·6H2O 침지 용액에서 제조한 자성 커피박 바이오차(CB-0.025M, CB-0.05M, CB-0.1M 및 CB-0.15M)의 해수에서 디젤 오일 회수량을 나타낸 그래프이다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따라, 다양한 농도의 FeCl3·6H2O 침지 용액에서 제조한 자성 커피박 바이오차(CB-0.025M, CB-0.05M, CB-0.1M 및 CB-0.15M)의 해수에서 사용한 디젤 오일 회수량을 나타낸 그래프이다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따라, 열분해 시간에 따른 오일 제거량을 나타낸 그래프이다.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따라, 열분해 온도에 따른 오일 제거량을 나타낸 그래프이다.1 is a flowchart showing a method of manufacturing a magnetic coffee waste biochar for oil recovery according to the present invention.
2 is a scanning electron microscope (SEM) image showing the surface shape and structure of a typical coffee waste.
3 is a scanning electron microscope (SEM) image showing the surface morphology and structure of biochar (CB) prepared by thermally decomposing coffee waste at 500° C. according to an embodiment of the present invention.
4 is a scan showing the surface morphology and structure of biochar (CB-0.025M) prepared by pyrolysis at 500° C. after immersing coffee waste in FeCl 3 6H 2 O at a concentration of 0.025M according to an embodiment of the present invention. This is an electron microscope (SEM) image.
5 is a scan showing the surface morphology and structure of biochar (CB-0.05M) prepared by pyrolyzing coffee waste at 500 ° C after immersing coffee waste in 0.5M FeCl 3 6H 2 O according to an embodiment of the present invention. This is an electron microscope (SEM) image.
6 is a scan showing the surface morphology and structure of biochar (CB-0.1M) prepared by immersing coffee waste in 0.1M FeCl 3 6H 2 O and thermally decomposing it at 500 ° C according to one embodiment of the present invention. This is an electron microscope (SEM) image.
7 is a scan showing the surface morphology and structure of biochar (CB-0.15M) prepared by pyrolyzing coffee waste at 500 ° C after immersing coffee waste in 0.15M FeCl 3 6H 2 O according to an embodiment of the present invention. This is an electron microscope (SEM) image.
8 is a magnetic coffee ground biochar (CB-0.025M, CB-0.05M, CB-0.1M and CB-0.15) prepared in FeCl 3 6H 2 O immersion solutions of various concentrations according to an embodiment of the present invention. M) is a graph showing the amount of diesel oil recovery in ultrapure water.
9 is a magnetic coffee ground biochar (CB-0.025M, CB-0.05M, CB-0.1M and CB-0.15) prepared in FeCl 3 6H 2 O immersion solutions of various concentrations according to an embodiment of the present invention. M) is a graph showing the amount of diesel oil recovered from ultrapure water.
10 is a magnetic coffee ground biochar (CB-0.025M, CB-0.05M, CB-0.1M and CB-0.15) prepared in FeCl 3 6H 2 O immersion solutions of various concentrations according to an embodiment of the present invention. M) is a graph showing the amount of diesel oil recovered from seawater.
11 is a magnetic coffee ground biochar (CB-0.025M, CB-0.05M, CB-0.1M and CB-0.15) prepared in FeCl 3 6H 2 O immersion solutions of various concentrations according to an embodiment of the present invention. M) is a graph showing the amount of diesel oil recovered from seawater.
12 is a graph showing the oil removal amount according to the pyrolysis time according to an embodiment of the present invention.
13 is a graph showing an oil removal amount according to a pyrolysis temperature according to an embodiment of the present invention.
본 명세서에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 본 발명에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.The terms used in this specification will be briefly described, and the present invention will be described in detail.
본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.The terms used in the present invention have been selected from general terms that are currently widely used as much as possible while considering the functions in the present invention, but these may vary depending on the intention of a person skilled in the art or precedent, the emergence of new technologies, and the like. Therefore, the term used in the present invention should be defined based on the meaning of the term and the overall content of the present invention, not simply the name of the term.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.In the entire specification, when a part is said to "include" a certain component, it means that it may further include other components, not excluding other components unless otherwise stated.
아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. However, the present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein.
본 발명에 대한 해결하고자 하는 과제, 과제의 해결 수단, 발명의 효과를 포함한 구체적인 사항들은 다음에 기재할 실시 예 및 도면들에 포함되어 있다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다.The specific details, including the problem to be solved, the means for solving the problem, and the effect of the invention with respect to the present invention are included in the embodiments and drawings to be described below. Advantages and features of the present invention, and methods for achieving them, will become clear with reference to the embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명인 유류 회수용 자성 커피박 바이오차 제조방법은, 도 1에 나타난 단계와 같이 수행한다. The method for manufacturing magnetic coffee waste biochar for oil recovery according to the present invention is performed as shown in FIG.
먼저, 제1단계(S10)는 커피박을 55 내지 65 ℃에서 6 내지 7 시간 동안 건조한다. 상기 커피박은 커피를 내리고 발생하는 커피 찌꺼기를 말하는 것으로, 커피를 내린 후 생성된 커피박을 한 번 세척한 후 바람이 잘 드는 실내에서 충분히 건조한 후, 건조기에서 55 내지 65 ℃에서 6 내지 7 시간 동안 건조시킨다. 보다 바람직하게는 건조기에서 60 ℃에서 6 시간 이상 동안 건조시킨다. First, in the first step (S10), the coffee waste is dried at 55 to 65 ° C. for 6 to 7 hours. The coffee waste refers to coffee grounds generated after brewing coffee. The coffee waste generated after brewing coffee is washed once, dried sufficiently in a well-ventilated room, and then dried in a dryer at 55 to 65 ° C. for 6 to 7 hours. Dry. More preferably, it is dried for 6 hours or more at 60 ° C. in a dryer.
상기 커피박을 건조기에서 55 ℃ 미만 또는 6 시간 미만으로 건조하는 경우 건조가 충분히 진행되지 않아 본 발명에 의해 제조된 커피박의 흡착 능력을 감소시키는 문제점이 발생하며, 65 ℃ 초과 또는 7 시간을 초과하여 건조하는 경우 상기 커피박이 변질 되어 생성된 자성 커피박 바이오차의 원소 성분이 달라질 우려가 있으므로 상기 조건으로 실시하는 것이 바람직하다. When the coffee waste is dried in a dryer at less than 55 ° C. or less than 6 hours, drying does not proceed sufficiently, resulting in a problem of reducing the adsorption capacity of the coffee waste produced according to the present invention, and exceeding 65 ° C. or more than 7 hours. In the case of drying by drying, it is preferable to carry out under the above conditions because there is a risk that the elemental components of the magnetic coffee waste biochar produced by the deterioration of the coffee waste may change.
상기 건조한 커피박은 유류의 회수 및 흡착 능력의 효율을 증가시키기 위해 No. 12 (1.70 ㎜) 내지 No. 80 (180 ㎛) 크기의 입자들을 사용하는 것이 바람직하다. The dried coffee waste is No. 1 in order to increase the efficiency of oil recovery and adsorption capacity. 12 (1.70 mm) to No. It is preferred to use 80 (180 μm) size particles.
다음으로, 제2단계(S20)는 상기 건조된 커피박을 FeCl3·6H2O 용액에 투입 후 1.5 내지 2.5 시간 동안 교반하여 침지한다. 상기 FeCl3·6H2O 용액은 0.025 내지 0.15M로 제조하는 것이 바람직하며, 가장 바람직하게는 0.1M로 제조하는 것이다. Next, in the second step (S20), the dried coffee waste is added to the FeCl 3 .6H 2 O solution and then stirred and immersed for 1.5 to 2.5 hours. The FeCl 3 ·6H 2 O solution is preferably prepared at 0.025 to 0.15M, and most preferably at 0.1M.
상기 건조된 커피박을 FeCl3·6H2O 용액에 침지한 후, 1.5 시간 미만으로 교반하는 경우 상기 건조된 커피박과 혼합이 미미하여 표면개질 효과가 저조하며, 2.5 시간을 초과하여 교반하는 경우 더 이상의 표면개질의 효과가 나타나지 않는다. After immersing the dried coffee waste in FeCl 3 6H 2 O solution, when stirring for less than 1.5 hours, mixing with the dried coffee waste is insignificant, resulting in poor surface modification effect, and when stirring for more than 2.5 hours, more The effect of the above surface modification does not appear.
또한, 상기 FeCl3·6H2O 용액은 0.025M 농도 미만으로 제조되는 경우 본 발명에 의해 제조된 자성 커피박 바이오차가 유류에 대한 흡착성능 효과가 미미하고, 0.2M 농도를 초과하여 제조되는 경우 더 이상의 표면개질의 효과가 나타나지 않으므로 상기 조건으로 실시하는 것이 바람직하다. In addition, when the FeCl 3 6H 2 O solution is prepared at a concentration of less than 0.025M, the effect of the adsorption performance of the magnetic coffee ground biochar prepared according to the present invention to oil is insignificant, and when prepared at a concentration exceeding 0.2M, more Since the effect of the above surface modification does not appear, it is preferable to carry out under the above conditions.
다음으로, 제3단계(S30)는 상기 FeCl3·6H2O 용액에 침지된 커피박에서 상기 FeCl3·6H2O 용액을 제거한 후, 75 내지 85 ℃에서 3.5 내지 4.5 시간 동안 에이징한다. 상기 제3단계(S30)에서 에이징을 실시하여, 상기 커피박에 FeCl3·6H2O 용액이 견고하게 코팅되도록 한다. Next, in the third step (S30), the FeCl 3 .6H 2 O solution is removed from the coffee grounds immersed in the FeCl 3 .6H 2 O solution, and then aged at 75 to 85 °C for 3.5 to 4.5 hours. Aging is performed in the third step (S30) so that the FeCl 3 ·6H 2 O solution is firmly coated on the coffee waste.
다음으로, 제4단계(S40)는 상기 에이징 된 커피박을 2차 건조한다. 상기 제3단계(S30)에서 에이징을 실시한 후, 제4단계(S40)에서 2차 건조하여 상기 커피박에 FeCl3·6H2O 용액이 견고하게 코팅되도록 한다. Next, in the fourth step (S40), the aged coffee waste is secondarily dried. After aging in the third step (S30), secondary drying is performed in the fourth step (S40) so that the FeCl 3 .6H 2 O solution is firmly coated on the coffee waste.
다음으로, 제5단계(S50)는 상기 2차 건조 된 커피박을 열분해한다. 보다 구체적으로, 상기 열분해는 450 내지 550 ℃에서 수행하며, 질소가스를 2500 ㎤/min의 유량으로 주입하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 열분해 시 설정된 온도까지 7℃/min의 저속의 온도 증가율로 1.5 내지 2.5 시간 동안 열분해하여 자성 커피박 바이오차를 제조하는 것이 바람직하다. Next, in the fifth step (S50), the secondary dried coffee waste is thermally decomposed. More specifically, the thermal decomposition is preferably carried out at 450 to 550 ° C, and nitrogen gas is injected at a flow rate of 2500 cm 3 / min. In addition, it is preferable to prepare magnetic coffee waste biochar by thermal decomposition for 1.5 to 2.5 hours at a low temperature increase rate of 7 ° C / min to a set temperature during the thermal decomposition.
본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 상기 유류 회수용 자성 커피박 바이오차 제조방법에 따라 제조되어 자성 커피박 바이오차를 제공한다.According to another aspect of the present invention, a magnetic coffee waste bio-tea manufactured according to the method for producing magnetic coffee waste bio-tea for oil recovery is provided.
또한 본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 상기 자성 커피박 바이오차는 유류를 용이하게 제거함에 따라, 유류 회수용 흡착제에 포함되어 유류가 된 해수 등에 사용될 수 있다. In addition, according to another aspect of the present invention, as the magnetic coffee ground biochar easily removes oil, it can be included in an oil recovery adsorbent and used for seawater that has become oil.
아래는 본 발명인 유류 회수용 자성 커피박 바이오차 제조방법에 대한 실시예를 나타내었다. Below is an example of the method for manufacturing magnetic coffee waste biochar for oil recovery, which is the present invention.
(1) 재료(1) Material
자성 커피박 바이오차의 기반이 되는 폐기 바이오매스는 커피 전문점에서 커피를 내리고 발생하는 커피박을 사용하였다. 캠퍼스 내에서 운영하고 있는 커피 전문점에서 발생하는 커피박을 수거하여 실험실에서 한 번 세척한 후 바람이 잘 드는 실내에서 충분히 건조시킨 후 건조기(DO-81, (주)한양사이언스)에서 온도를 60 ℃에서 6 시간 이상 건조시킨 후 전처리를 하였다. 커피박의 전처리에 사용한 FeCl3·6H2O은 Junsei(19275S0351, Tokyo, Japan)에서 구입하였다.Waste biomass, which is the basis of magnetic coffee waste biochar, used coffee waste generated after brewing coffee at a coffee shop. After collecting coffee waste from coffee shops operated on campus, washing it once in the laboratory, drying it sufficiently in a well-ventilated room, and setting the temperature to 60 ℃ in a dryer (DO-81, Hanyang Science Co., Ltd.) After drying for more than 6 hours, pretreatment was performed. FeCl 3 6H 2 O used for pretreatment of coffee waste was purchased from Junsei (19275S0351, Tokyo, Japan).
(2) 자성 커피박 바이오차 제조(2) Manufacturing of magnetic coffee waste biochar
건조한 커피박은 No. 12 (1.70 mm) 스크린에는 통과하고 No. 80 (180 μm) 에는 걸러지지 않는 크기의 입자들을 실험에 사용하였다. 커피박을 FeCl3·6H2O 용액에 침지하기 위하여 커피박 30 g을 0.025 M, 0.05 M, 0.1 M, 0.15 M 농도의 FeCl3·6H2O 용액 50 mL에 투입하여 2 시간 동안 교반하였다(Son et al., 2018). 용액을 제거하고 건조기(DO-81, ㈜한양사이언스)에서 온도를 80 ℃로 고정하여 4 시간 동안 에이징시킨 후, 전처리한 커피박을 완전히 건조시켜 열분해를 진행하였다. 처리한 커피박의 무게를 측정한 후 열분해기에 넣어서 질소가스를 2500 ㎤/min의 유량으로 주입하면서 열분해 목표 온도까지 7 ℃/min의 온도 증가율로 저속으로 온도를 증가시켜 2 시간 동안 열분해하여 자성 커피박 바이오차를 제조하였다. 열분해 온도 30℃, 50℃에서 열분해하여 각각의 온도에서 실험에 필요한 자성 커피박 바이오차를 제조하였다. Dry coffee waste is No. 12 (1.70 mm) screen and no. Particles of a size not filtered by 80 (180 μm) were used in the experiment. In order to immerse the coffee grounds in FeCl 3 6H 2 O solution, 30 g of coffee grounds was added to 50 mL of 0.025 M, 0.05 M, 0.1 M, 0.15 M FeCl 3 6H 2 O solution and stirred for 2 hours ( Son et al., 2018). After removing the solution and aging for 4 hours by fixing the temperature to 80 ℃ in a dryer (DO-81, Hanyang Science Co., Ltd.), the pretreated coffee waste was completely dried to proceed with thermal decomposition. After measuring the weight of the treated coffee grounds, put them in a pyrolysis machine, inject nitrogen gas at a flow rate of 2500 cm 3 / min, and increase the temperature at a low rate at a temperature increase rate of 7 ° C / min to reach the pyrolysis target temperature. Pak biochar was prepared. Thermal decomposition was performed at 30 ° C and 50 ° C to produce magnetic coffee waste biochar required for the experiment at each temperature.
[실시예 1][Example 1]
실시예 1은 커피를 내리고 발생한 커피 찌꺼기인 커피박 원재료이며, Coffee-Raw로 표기하였다. Example 1 is a raw material of coffee grounds, which is coffee grounds generated after brewing coffee, and is indicated as Coffee-Raw.
[실시예 2][Example 2]
실시예 2는 본 발명인 유류 회수용 자성 커피박 바이오차 제조방법에 따라 제조하되, FeCl3·6H2O 용액에 침지하지 않고 500 ℃에서 열처리하여 제조한 일반 커피박 바이오차이며, CB로 표기 하였다. Example 2 is a general coffee ground biochar prepared according to the method for manufacturing magnetic coffee waste biochar for oil recovery according to the present invention, but not immersed in FeCl 3 6H 2 O solution and heat treated at 500 ° C., and is indicated as CB. .
[실시예 3][Example 3]
실시예 3은 본 발명인 유류 회수용 자성 커피박 바이오차 제조방법에 따라 제조하되, 0.025M 농도의 FeCl3·6H2O 용액에 침지 후 500 ℃에서 열처리하여 제조한 자성 커피박 바이오차이며, CB-0.025M로 표기 하였다. Example 3 is a magnetic coffee ground biochar prepared according to the method for producing magnetic coffee ground biochar for oil recovery of the present invention, but immersed in a 0.025M FeCl 3 6H 2 O solution and then heat treated at 500 ° C., CB It was marked as -0.025M.
[실시예 4][Example 4]
실시예 4는 본 발명인 유류 회수용 자성 커피박 바이오차 제조방법에 따라 제조하되, 0.05M 농도의 FeCl3·6H2O 용액에 침지 후 500 ℃에서 열처리하여 제조한 자성 커피박 바이오차이며, CB-0.05M로 표기 하였다. Example 4 is a magnetic coffee ground biochar prepared according to the method for manufacturing magnetic coffee ground biochar for oil recovery of the present invention, but immersed in a 0.05M FeCl 3 6H 2 O solution and then heat treated at 500 ° C., CB It was marked as -0.05M.
[실시예 5][Example 5]
실시예 5는 본 발명인 유류 회수용 자성 커피박 바이오차 제조방법에 따라 제조하되, 0.1M 농도의 FeCl3·6H2O 용액에 침지 후 500 ℃에서 열처리하여 제조한 자성 커피박 바이오차이며, CB-0.1M로 표기 하였다. Example 5 is a magnetic coffee ground biochar prepared according to the method for manufacturing magnetic coffee ground biochar for oil recovery of the present invention, but immersed in a 0.1M FeCl 3 6H 2 O solution and then heat treated at 500 ° C., CB It was marked as -0.1M.
[실시예 6][Example 6]
실시예 6은 본 발명인 유류 회수용 자성 커피박 바이오차 제조방법에 따라 제조하되, 0.15M 농도의 FeCl3·6H2O 용액에 침지 후 500 ℃에서 열처리하여 제조한 자성 커피박 바이오차이며, CB-0.15M로 표기 하였다. Example 6 is a magnetic coffee ground biochar prepared according to the method for manufacturing magnetic coffee ground biochar for oil recovery of the present invention, but immersed in a 0.15M FeCl 3 6H 2 O solution and then heat treated at 500 ° C., CB It was marked as -0.15M.
[실시예 7][Example 7]
실시예 7은 본 발명인 유류 회수용 자성 커피박 바이오차 제조방법에 따라 제조하되, 0.1M 농도의 FeCl3·6H2O 용액에 침지 후 300 ℃에서 열처리하여 제조한 자성 커피박 바이오차이며, CB-0.1M로 표기 하였다. Example 7 is a magnetic coffee ground biochar prepared according to the manufacturing method of magnetic coffee ground biochar for oil recovery of the present invention, but immersed in a 0.1M FeCl 3 6H 2 O solution and then heat treated at 300 ° C., CB It was marked as -0.1M.
아래는 상기 유류 회수용 자성 커피박 바이오차 제조방법에 의해 제조된 자성 커피박 바이오차를 원소 분석기를 사용하여 원소를 분석하였다. Below, the magnetic coffee waste biochar prepared by the above oil recovery magnetic coffee waste biochar manufacturing method was analyzed for elements using an elemental analyzer.
상기 커피박 및 자성 커피박 바이오차의 구성원소를 분석하기 위하여 원소분석기(Element Analyzer)를 사용하여 각각의 재료들에 포함되어 있는 C, H, N, S, O의 비율을 측정하였다. 사용된 원소분석기는 Elementar Analysensysteme GmbH(Germany)에서 제작된 Vario-Micro Cube모델로서 combustion temperature를 1,150℃에 두고 sulfanilc acid를 standard로 사용하여 각 재료에서의 원소구성 비율을 측정하였다. 커피박 및 자성 커피박 바이오차의 표면에서의 작용기를 평가하기 위하여 FTIR(ThermoiS50, Thermo Fisher Scientic, WI, USA)을 사용하여 ATR 반사 측정법으로 각 재료들의 표면에서의 작용기 구성을 분석하였다.In order to analyze the constituent elements of the coffee waste and magnetic coffee waste biochar, an element analyzer was used to measure the ratio of C, H, N, S, and O contained in each material. The elemental analyzer used is a Vario-Micro Cube model manufactured by Elementar Analysensysteme GmbH (Germany), and the element composition ratio in each material was measured using sulfanilc acid as a standard at a combustion temperature of 1,150 °C. In order to evaluate functional groups on the surface of coffee waste and magnetic coffee waste biochar, the composition of functional groups on the surface of each material was analyzed by ATR reflectometry using FTIR (ThermoiS50, Thermo Fisher Scientific, WI, USA).
상기 [실시예 1] 내지 [실시예 7]에 의해 제조 후, 원소분석기를 사용하여 원소 C, H, N, S, O의 비율을 분석 후 아래 [표 1]에 나타내었다. After preparation according to [Example 1] to [Example 7], the ratios of elements C, H, N, S, and O were analyzed using an elemental analyzer and are shown in [Table 1] below.
일반 커피박(Coffee-Raw)은 탄소의 함유량은 51.2%을 나타내었고 수소, 질소, 황 및 산소의 함유량은 각각 7.13%, 3.23%, 0.103%, 39.24%을 나타내었다. The general coffee waste (Coffee-Raw) showed 51.2% of carbon content and 7.13%, 3.23%, 0.103%, and 39.24% of hydrogen, nitrogen, sulfur and oxygen, respectively.
상기 열분해를 수행한 경우, 상기 일반 커피박과 비교할 때 원소의 비율이 급격하게 변화하였는데, 500 ℃에서 2 시간 동안 열분해하여 제조한 자성 커피박 바이오차의 원소구성 비율은 탄소는 80.34%로 크게 증가하였고 산소의 경우는 9.591%로 크게 감소하였다. FeCl3·6H2O 용액의 농도 0.025 M에서 침지하여 제조한 자성 커피박 바이오차의 탄소 함유량은 80.62%로서 상기 제2단계(S20)에서 FeCl3·6H2O 용액에 침지하지 않은 자성 커피박 바이오차(CB)의 탄소 함유량과 비슷한 수준을 나타내었다. 다만, 수소, 질소, 황, 산소의 함유량은 상기 제2단계(S20)에서 FeCl3·6H2O 용액에 침지하지 않은 자성 커피박 바이오차(CB)와 비교하여 조금 감소하였다.When the pyrolysis was performed, the ratio of elements changed rapidly compared to the general coffee waste. The elemental composition ratio of the magnetic coffee waste biochar prepared by pyrolysis at 500 ° C. for 2 hours significantly increased to 80.34% of carbon. In the case of oxygen, it was greatly reduced to 9.591%. The carbon content of the magnetic coffee waste biochar prepared by immersing in the FeCl 3 6H 2 O solution at a concentration of 0.025 M is 80.62%, and the magnetic coffee waste not immersed in the FeCl 3 6H 2 O solution in the second step (S20). It showed a level similar to that of biochar (CB). However, the content of hydrogen, nitrogen, sulfur, and oxygen was slightly decreased compared to the magnetic coffee ground biochar (CB) that was not immersed in the FeCl 3 6H 2 O solution in the second step (S20).
상기 FeCl3·6H2O 용액의 농도를 0.05 M, 0.1 M, 0.15 M로 조금씩 증가하면서 제조한 자성 커피박 바이오차의 탄소 함유량은 상기 FeCl3·6H2O 용액의 농도가 조금씩 증가할수록 탄소 함유량은 조금씩 감소하는 경향을 나타내었다. 이러한 결과는 다른 원소에 비해 탄소 함유량이 큰 비중을 차지하고 전처리 용액 농도의 증가에 따라 전체 원소 함유량에서 자성 물질이 차지하는 비중이 조금씩 증가함에 따른 것으로 판단된다. 수소, 질소, 황, 산소 등 탄소 이외의 원소들의 함유량은 전처리 용액의 농도 변화에 따른 영향이 거의 나타나지 않았다.The carbon content of the magnetic coffee waste biochar prepared by gradually increasing the concentration of the FeCl 3 6H 2 O solution to 0.05 M, 0.1 M, and 0.15 M gradually increased as the concentration of the FeCl 3 6H 2 O solution gradually increased. showed a gradual decreasing trend. It is believed that these results are due to the fact that the carbon content accounts for a larger proportion than other elements, and the proportion of the magnetic material in the total element content gradually increases as the concentration of the pretreatment solution increases. The content of elements other than carbon, such as hydrogen, nitrogen, sulfur, and oxygen, was hardly affected by the concentration change of the pretreatment solution.
상기 커피박을 FeCl3·6H2O 용액 0.1 M에 침지하여 300 ℃에서 2 시간 동안 열분해하여 제조한 자성 커피박 바이오차(CB-300-0.1M)의 원소구성 비율은 탄소는 76.76%를 나타내었고 다른 원소들의 경우는 500 ℃에서 제조한 다른 자성 커피박 바이오차와 비슷한 수준의 함유량을 나타내었다.The elemental composition ratio of magnetic coffee waste biochar (CB-300-0.1M) prepared by immersing the coffee waste in 0.1 M of FeCl 3 6H 2 O solution and thermally decomposing at 300 ° C for 2 hours showed that carbon was 76.76%. In the case of other elements, the content was similar to that of other magnetic coffee waste biochars prepared at 500 ° C.
따라서 상기 커피박을 FeCl3·6H2O 용액으로 침지하여 제조된 자성 커피박 바이오차는 탄소 함유량이 76 내지 82 %((w/w))인 것을 특징으로 한다. Therefore, the magnetic coffee waste biochar prepared by immersing the coffee waste in an FeCl 3 6H 2 O solution is characterized in that the carbon content is 76 to 82% ((w/w)).
아래는 본 발명에 의해 제조된 자성 커피박 바이오차의 표면 형태와 구조를 분석하여 나타내었다. The surface morphology and structure of the magnetic coffee waste biochar prepared by the present invention are analyzed and shown below.
상기 [실시예 1] 내지 [실시예 7]에 의해 제조된 커피박 및 자성 커피박 바이오차의 표면형태와 구조를 파악하기 위하여 FE-SEM (Field Emision Scaning Electron Microscope: SUPRA™25, Carl Zeis, Switzerland)을 사용하여 재료의 표면을 배율을 변화해 가면서 분석하였고, EDS(energy-dispersive X-ray spectrometer, APOLLO XPP, AMETEK EDAX, Mahwah, New Jersey, USA)를 사용하여 표면에서의 원소 구성을 측정하였다. 각 재료들의 BET 비표면적은 Micrometrics사(USA)에서 제작된 3Flex & TriStar 3020 모델을 사용하여 측정하였고 금속 결정을 분석하기 위해 XRD(X-ray difraction, X'Pert Pro, Philps, Netherland)를 사용하여 2θ 각을 5°에서 80°까지 연속적으로 X선을 주사하면서 측정하였다.FE-SEM (Field Emision Scanning Electron Microscope: SUPRA™25, Carl Zeis, Switzerland) was used to analyze the surface of the material while changing the magnification, and elemental composition on the surface was measured using EDS (energy-dispersive X-ray spectrometer, APOLLO XPP, AMETEK EDAX, Mahwah, New Jersey, USA) did The BET specific surface area of each material was measured using a 3Flex & TriStar 3020 model manufactured by Micrometrics (USA), and XRD (X-ray difraction, X'Pert Pro, Philps, Netherland) was used to analyze metal crystals. The 2θ angle was measured while continuously scanning X-rays from 5° to 80°.
주사전자현미경(SEM)을 사용하여 배율을 변화해 가면서 얻은 이미지를 이용하여 상기 커피박 및 커피박 기반 바이오차와 자성 커피박 바이오차의 표면 형태와 구조에 대한 형상을 분석하였다. 상기 커피박의 표면형태(도 2)와 상기 커피박을 500 ℃에서 열분해하여 제조한 바이오차(도 3)의 표면형태를 비교해 보면 상기 커피박을 500 ℃에서 2 시간 동안 열분해하면 표면에 공극이 많이 생성된다는 것을 확인할 수 있다.The surface morphology and structure of the coffee waste, coffee waste-based biochar, and magnetic coffee waste biochar were analyzed using images obtained at varying magnifications using a scanning electron microscope (SEM). Comparing the surface morphology of the coffee waste (FIG. 2) with the surface morphology of biochar (FIG. 3) prepared by thermally decomposing the coffee waste at 500 ° C. It can be seen that many are produced.
상기 커피박 및 300 ℃에서 열분해하여 제조한 바이오차 그리고 자성 커피박 바이오차의 구조를 비교해보면 모든 시료가 배율이 낮은 이미지에서는 서로 비슷한 구조 형태를 띠며 시료들 간의 구조 형태의 구분이 쉽지 않았지만 고배율에서 얻은 이미지들에서는 그 표면 구조 형태의 차이가 명확하게 나타남을 알 수 있다. Comparing the structures of the coffee waste, biochar prepared by pyrolysis at 300 ° C, and magnetic coffee waste biochar, all samples had similar structures in low-magnification images, and it was not easy to distinguish the structural forms between samples, but at high magnification In the obtained images, it can be seen that the difference in the shape of the surface structure is clearly visible.
도 4 내지 도 7에 나타난 바와 같이, 상기 커피박을 FeCl3·6H2O 용액에 침지하여 제조한 자성 커피박 바이오차의 표면에서 금속 결정체 형태의 입자가 관찰이 되었는데, 이러한 입자는 침지 용액의 농도에 상관없이 모든 자성 커피박 바이오차에서 관찰되었다. 상기 자성 커피박 바이오차의 표면에 나타나는 금속 결정체 형태의 입자는 자성을 띠게 하는 magnetite(Fe3O4)와 maghemite(Fe2O3 또는 γ-Fe2O3) 입자들일 것으로 판단된다.As shown in FIGS. 4 to 7, particles in the form of metal crystals were observed on the surface of the magnetic coffee ground biochar prepared by immersing the coffee grounds in the FeCl 3 .6H 2 O solution. It was observed in all magnetic coffee ground biochars regardless of concentration. It is determined that the particles in the form of metal crystals appearing on the surface of the magnetic coffee ground biochar are magnetite (Fe 3 O 4 ) and maghemite (Fe 2 O 3 or γ-Fe 2 O 3 ) particles that are magnetic.
도 2에 나타난 바와 같이, 상기 자성 커피박 바이오차를 제조하는데 사용한 커피박을 SEM으로 촬영한 표면의 형태를 살펴보면 그 바이오매스의 표면에 공극이 거의 존재하지 않음을 관찰할 수 있었는데 이 바이오매스를 열분해 하여 바이오차를 제조하면 그 입자의 표면에 공극이 생성되었고, FeCl3·6H2O 용액으로 커피박을 침지하여 제조한 자성 커피박 바이오차에서는 아래 [표 2]에 나타낸 것처럼 BET 비표면적이 20 배 이상 증가하였다. As shown in FIG. 2, looking at the shape of the surface of the coffee waste used to manufacture the magnetic coffee waste biochar by SEM, it was observed that there were almost no voids on the surface of the biomass. When biochar was produced by thermal decomposition, voids were created on the surface of the particles, and in the magnetic coffee waste biochar prepared by immersing coffee waste in FeCl 3 6H 2 O solution, the BET specific surface area was shown in [Table 2] below. increased more than 20 times.
보다 구체적으로, 상기 커피박의 BET 비표면적은 0.147 ㎡/g이었지만, 상기 커피박을 500 ℃에서 열분해하여 제조한 CB에서의 BET 비표면적은 1.1891 ㎡/g으로 증가하였고, 상기 커피박을 FeCl3·6H2O 용액으로 침지하여 제조한 상기 자성 커피박 바이오차의 BET 비표면적은 전처리 용액의 농도에 따라 34.081 ㎡/g에서 40.1563 ㎡/g까지 크게 증가하였다. 이러한 자성 커피박 바이오차에서의 BET 비표면적의 증가는 유류의 제거율 향상에 도움이 될 것이고 다른 오염물질의 흡착 제거에도 긍정적으로 작용할 것으로 예상된다. FeCl3·6H2O 침지 용액의 변화에 따른 자성 커피박 바이오차의 BET 비표면적은 큰 차이를 나타내지 않았다.More specifically, the BET specific surface area of the coffee waste was 0.147
아래는 상기 [실시예 1] 내지 [실시예 7]에 의해 제조된 커피박, 자성 커피박 바이오차 및 커피박 바이오차를 이용한 유류 회수율을 확인한 것이다.The following is the oil recovery rate using the coffee waste, magnetic coffee waste bio-tea, and coffee waste bio-tea prepared in [Example 1] to [Example 7].
페트리접시에 5 ℃또는 25 ℃로 온도를 조절한 초순수 또는 인공해수 30 mL를 투입하였다. 새 디젤엔진 오일 또는 사용한 디젤엔진 오일 0.5 mL을 초순수 또는 인공해수 표면의 중앙에 살포하고 2 분 대기후 0.1 g의 자성 커피박 바이오차를 오일 위에 살포하여 3 분간 오일을 흡수·흡착하게 하였다. 네오디뮴 자석(25*25*50 mm)을 이용하여 자성 커피박 바이오차를 회수한 후 동결건조기에서 24 시간동안 동결 건조하여 회수한 오일에 포함되어 있는 수분을 제거한 후 오일 회수량을 측정한다.30 mL of ultrapure water or artificial seawater whose temperature was adjusted to 5 °C or 25 °C was added to the Petri dish. 0.5 mL of new diesel engine oil or used diesel engine oil was sprayed on the center of the surface of ultrapure water or artificial seawater, and after waiting for 2 minutes, 0.1 g of magnetic coffee ground biochar was sprayed on the oil to absorb and adsorb the oil for 3 minutes. After recovering the magnetic coffee waste biochar using a neodymium magnet (25 * 25 * 50 mm), freeze-drying it in a freeze dryer for 24 hours to remove moisture contained in the recovered oil, and then measuring the oil recovery amount.
자성 커피박 바이오차의 유류 회수 성능을 평가하기 위해 상기 방법대로 초순수 또는 인공 해수 30 mL에 새 디젤엔진 오일 또는 사용한 디젤엔진 오일 0.5 mL를 투입한 후 0.1 g의 상기 자성 커피박 바이오차를 살포하여 3 분 동안 오일을 흡수 및 흡착하게 한 후 네오디뮴 자석을 이용하여 회수하였다. 오일을 흡수 및 흡착한 상기 자성 커피박 바이오차를 동결 건조기에서 24 시간 동안 동결 건조하여 수분을 제거한 후 상기 자성 커피박 바이오차의 오일 회수량을 측정하였다.In order to evaluate the oil recovery performance of the magnetic coffee ground biochar, 0.5 mL of new diesel engine oil or used diesel engine oil was added to 30 mL of ultrapure water or artificial seawater as described above, and then 0.1 g of the magnetic coffee ground biochar was sprayed. The oil was allowed to absorb and adsorb for 3 minutes and then recovered using a neodymium magnet. The oil-absorbed and adsorbed magnetic coffee ground biochar was freeze-dried in a freeze dryer for 24 hours to remove moisture, and then the oil recovery amount of the magnetic coffee ground biochar was measured.
도 8은 25℃와 5℃에서의 초순수로부터의 자성 커피박 바이오차에 의한 엔진오일 회수량을 나타낸 그래프로서 FeCl3·6H2O 침지 용액의 농도를 변화하면서 제조한 자성 나노복합재의 오일 회수량을 나타낸 것이다. 초순수 25 ℃에서 디젤 오일 회수량은 모든 자성 커피박 바이오차에서 2.47 g/g 이상으로 비슷한 수준의 오일 회수량을 나타내었다. 그러나 초순수 온도 5 ℃에서는 자성 커피박 바이오차 CB-0.025M은 0.34 g/g의 아주 낮은 오일 회수량을 나타내었고 CB-0.05M은 1.70 g/g의 오일 회수량을 나타내었으며 CB-0.1M과 CB-0.15M은 초순수 온도 25℃과 비슷한 2.6 g/g 이상의 오일 회수량을 나타내었다.8 is a graph showing the amount of engine oil recovery by magnetic coffee ground biochar from ultrapure water at 25 ° C and 5 ° C. is shown. Diesel oil recovery in ultrapure water at 25 °C was 2.47 g/g or more in all magnetic coffee waste biochars, showing a similar level of oil recovery. However, at an ultrapure water temperature of 5 ℃, magnetic coffee ground biochar CB-0.025M showed a very low oil recovery of 0.34 g/g, CB-0.05M showed an oil recovery of 1.70 g/g, and CB-0.1M and CB-0.15M showed an oil recovery of more than 2.6 g/g, similar to the ultrapure water temperature of 25 °C.
도 9는 25 ℃와 5 ℃에서의 초순수로부터의 자성 커피박 바이오차에 의한 사용한 디젤엔진 오일 회수량을 나타낸 그래프로서 FeCl3·6H2O 침지 용액의 농도를 변화하면서 제조한 자성 커피박 바이오차의 사용한 디젤엔진 오일 회수량을 나타낸 것이다. 초순수 25 ℃에서 CB-0.025M에 의한 사용한 디젤엔진 오일 회수량은 1.91 g/g으로서 사용하지 않은 디젤엔진 오일과 비교하여 낮은 수준의 오일 회수량을 나타내었다. CB-0.05M에 의한 사용한 디젤엔전 오일 회수량은 2.42 g/g을 나타내었으며, CB-0.1M과 CB-0.15M에 의한 사용한 디젤엔진 오일 회수량은 각각 2.5 g/g, 2.62 g/g으로서 새 디젤엔진 오일 회수량과 비슷한 수준의 오일 회수량을 나타내었다. 초순수 온도 5 ℃에서 상기 자성 커피박 바이오차 CB-0.025M은 0.05 g/g의 아주 낮은 사용한 오일 회수량을 나타내었고, CB-0.05M은 0.59 g/g의 오일 회수량을 나타내었으며, CB-0.1M과 CB-0.15M은 초순수 온도 25 ℃과 비슷한 2.46 g/g 이상의 오일 회수량을 나타내었다.9 is a graph showing the amount of used diesel engine oil recovered by magnetic coffee ground biochar from ultrapure water at 25 ° C and 5 ° C, and magnetic coffee ground biochar prepared while changing the concentration of FeCl 3 6H 2 O immersion solution It shows the amount of used diesel engine oil recovery. The used diesel engine oil recovery by CB-0.025M at 25 ℃ of ultrapure water was 1.91 g/g, indicating a low level of oil recovery compared to unused diesel engine oil. The used diesel engine oil recovery amount by CB-0.05M was 2.42 g/g, and the used diesel engine oil recovery amount by CB-0.1M and CB-0.15M was 2.5 g/g and 2.62 g/g, respectively. As a result, the oil recovery amount was similar to that of the new diesel engine oil recovery amount. At an ultrapure water temperature of 5 ° C, the magnetic coffee ground biochar CB-0.025M exhibited a very low used oil recovery of 0.05 g/g, and CB-0.05M exhibited an oil recovery of 0.59 g/g, and CB-0.05M exhibited an oil recovery of 0.59 g/g. 0.1M and CB-0.15M showed an oil recovery of more than 2.46 g/g, similar to the ultrapure water temperature of 25 °C.
도 10은 25 ℃와 5 ℃에서의 해수로부터의 자성 커피박 바이오차에 의한 디젤엔진 오일회수량을 나타낸 그래프로서 FeCl3·6H2O 침지 용액의 농도를 변화하면서 제조한 자성 커피박 바이오차의 디젤엔진 오일 회수량을 나타낸 것이다. 해수 25 ℃에서 CB-0.025M에 의한 디젤엔진 오일 회수량은 0.86 g/g으로서 초순수에서의 디젤엔진 오일 회수량과 비교하여 낮은 수준의 오일 회수량을 나타내었다. CB-0.05M에 의한 디젤엔전 오일 회수량은 2.46 g/g을 나타내었으며, CB-0.1M과 CB-0.15M에 의한 해수에서의 디젤엔진 오일 회수량은 각각 2.58 g/g, 2.56 g/g으로서 초순수에서의 디젤엔진 오일 회수량과 비슷한 수준의 오일 회수량을 나타내었다. 해수 온도 5 ℃에서 자성 커피박 바이오차 CB-0.025M은 0.04 g/g의 아주 낮은 오일 회수량을 나타내었고, CB-0.05M은 1.43 g/g의 오일 회수량을 나타내었으며 CB-0.1M과 CB-0.15M의 해수에서의 오일 회수량은 각각 2.21 g/g, 2.32 g/g으로서 해수 온도 25 ℃에서 보다는 낮은 오일 회수량을 보여주었다.10 is a graph showing the amount of diesel engine oil recovered by magnetic coffee ground biochar from seawater at 25 ° C and 5 ° C. It shows the amount of diesel engine oil recovery. The diesel engine oil recovery by CB-0.025M in seawater at 25 ℃ was 0.86 g/g, indicating a low level of oil recovery compared to the diesel engine oil recovery in ultrapure water. The recovery of diesel engine oil by CB-0.05M was 2.46 g/g, and the recovery of diesel engine oil from seawater by CB-0.1M and CB-0.15M was 2.58 g/g and 2.56 g/g, respectively. In g, the oil recovery amount was similar to that of diesel engine oil recovery in ultrapure water. At seawater temperature of 5 ℃, magnetic coffee ground biochar CB-0.025M showed a very low oil recovery of 0.04 g/g, CB-0.05M showed an oil recovery of 1.43 g/g, and CB-0.1M and The oil recovery in seawater of CB-0.15M was 2.21 g/g and 2.32 g/g, respectively, showing lower oil recovery than at seawater temperature of 25 °C.
도 11은 25 ℃와 5 ℃에서의 해수로부터의 자성 커피박 바이오차에 의한 사용한 디젤엔진 오일 회수량을 나타낸 그래프로서 FeCl3·6H2O 침지 전처리 용액의 농도를 변화하면서 제조한 자성 커피박 바이오차의 해수로부터의 사용한 디젤엔진 오일 회수량을 나타낸 것이다. 해수 25 ℃에서 CB-0.025M에 의한 사용한 디젤엔진 오일 회수량은 1.65 g/g으로서 사용하지 않은 디젤엔진 오일과 비교하여 높은 수준의 오일 회수량을 나타내었다. CB-0.05M에 의한 사용한 디젤엔전 오일 회수량은 2.37 g/g을 나타내었으며, CB-0.1M과 CB-0.15M에 의한 사용한 디젤엔진 오일 회수량은 모두 2.54 g/g으로서 새 디젤엔진 오일 회수량과 비슷한 수준의 오일 회수량을 나타내었다. 해수온도 5 ℃에서는 자성 커피박 바이오차 CB-0.025M은 0.15 g/g의 아주 낮은 사용한 오일회수량을 나타내었고, CB-0.05M은 0.82 g/g의 사용한 오일 회수량을 나타내었으며, 이것은 해수 온도 5℃에서의 일반 오일 회수량 보다도 낮은 수준의 오일 회수량이었다. 해수 5 ℃에서의 CB-0.1M에 의한 사용한 오일 회수량은 2.25 g/g으로서 일반 오일 회수량과 비슷한 수준의 오일 회수량을 나타내었지만 해수 온도 25 ℃에서의 사용한 오일 회수량에 비해서는 낮은 수준의 오일 회수량이었다.11 is a graph showing the amount of used diesel engine oil recovered by magnetic coffee waste biochar from seawater at 25 ° C and 5 ° C. It shows the amount of used diesel engine oil recovered from the car's seawater. The used diesel engine oil recovery by CB-0.025M at 25 °C seawater was 1.65 g/g, indicating a higher level of oil recovery compared to unused diesel engine oil. The used diesel engine oil recovery amount by CB-0.05M was 2.37 g/g, and the used diesel engine oil recovery amount by CB-0.1M and CB-0.15M were both 2.54 g/g, which is new diesel engine oil. The oil recovery rate was similar to that of the recovery rate. At seawater temperature of 5 ℃, magnetic coffee ground biochar CB-0.025M showed a very low used oil recovery of 0.15 g/g, and CB-0.05M showed a used oil recovery of 0.82 g/g, which is It was a lower level of oil recovery than the general oil recovery at a temperature of 5 ° C. The oil recovery amount used by CB-0.1M at 5 ℃ of seawater was 2.25 g/g, which was similar to that of general oil recovery, but lower than that at 25 ℃ sea water temperature. of oil recovery.
상기 자성 커피박 바이오차에 의한 디젤엔진 오일 회수량과 사용한 디젤엔진 오일 회수량은 현저한 차이를 보이지 않았지만 온도에 따른 자성 커피박 바이오차에 의한 오일의 회수량은 아주 큰 차이를 나타내었다. 아래 [표 3]은 연구에 사용한 오일의 점도를 나타내는 것으로서 사용하지 않은 디젤엔진 오일의 점도는 13 mPa·s이었지만 사용한 디젤엔진 오일의 점도는 86.4 mPa·s을 나타내었다. 이러한 오일의 종류에 따른 점도의 차이는 온도에 따른 점도의 차이에 비교하면 그 차이의 정도가 미미한 수준이었다. 일반적으로 오일은 온도가 낮을수록 점도가 큰 값을 보여주며 5 ℃와 25 ℃에서의 오일의 점도 차이는 최소 네 배 이상은 되는 것으로 알려져 있다. 두 실험 온도에서의 이러한 큰 점도 차이가 두 실험 온도에서의 오일 회수율의 차이를 초래했다고 판단된다.The amount of diesel engine oil recovered by the magnetic coffee ground biochar and the amount of used diesel engine oil recovered did not show a significant difference, but the amount of oil recovered by the magnetic coffee ground biochar according to temperature showed a very large difference. [Table 3] below shows the viscosity of the oil used in the study. The viscosity of the diesel engine oil not used was 13 mPa s, but the viscosity of the used diesel engine oil was 86.4 mPa s. The difference in viscosity according to the type of oil was insignificant compared to the difference in viscosity according to temperature. In general, oil shows a higher viscosity as the temperature decreases, and it is known that the difference in viscosity between 5 ° C and 25 ° C is at least four times higher. It is believed that such a large difference in viscosity at the two experimental temperatures caused the difference in oil recovery at the two experimental temperatures.
도 12 내지 도 13은 초순수 25℃에서 사용하지 않은 디젤엔진 오일을 사용하여 상기 자성 커피박 바이오차의 디젤 엔진 오일 제거량을 1g의 자성 커피박 바이오차에 제거된 오일을 g으로 나타내었다. 12 to 13 show the amount of diesel engine oil removed from the magnetic coffee ground biochar using unused diesel engine oil at ultrapure water at 25 ° C. The amount of oil removed from 1 g of magnetic coffee ground biochar is expressed in g.
도 12에 나타난 바와 같이, 300 ℃에서 상기 열분해를 수행한 자성 커피박 바이오차의 경우 500 ℃ 및 600 ℃에서 열분해를 수행한 자성 커피박 바이오차와 비교할 때 매우 낮은 오일 제거량을 나타내었다. As shown in FIG. 12, in the case of the magnetic coffee ground biochar subjected to the thermal decomposition at 300 ° C., compared to the magnetic coffee ground biochar subjected to the thermal decomposition at 500 ° C. and 600 ° C., the amount of oil removal was very low.
도 13에 나타난 바와 같이, 2 시간 동안 상기 열분해를 수행한 자성 커피박 바이오차의 경우 1 시간 및 2.5 시간 동안 열분해를 수행한 자성 커피박 바이오차와 비교할 때 가장 높은 오일 제거량을 나타내었다. As shown in FIG. 13, the magnetic coffee ground biochar subjected to the thermal decomposition for 2 hours showed the highest oil removal amount compared to the magnetic coffee ground biochar subjected to the thermal decomposition for 1 hour and 2.5 hours.
상기 과제의 해결 수단에 의해, 본 발명은 나노 물질을 이용한 바이오매스 기반 흡착제로 수중으로부터 오염 물질을 제거하는 데에 탁월한 성능을 나타낸다. By means of solving the above problems, the present invention shows excellent performance in removing pollutants from water as a biomass-based adsorbent using nanomaterials.
또한, 본 발명은 바이오매스 기반 흡착제로 제조비용이 적게 들고, 대량생산이 가능하여 유용성이 높다.In addition, the present invention is a biomass-based adsorbent with low manufacturing cost and high usefulness because mass production is possible.
또한, 본 발명은 쉽게 제조 가능하고, 화학적으로 안정하며 생체 적합성이 높아 독성이 없는 무해한 물질이다.In addition, the present invention is a harmless, non-toxic material that can be easily manufactured, is chemically stable, and has high biocompatibility.
또한, 본 발명은 유류의 흡수 및 흡착 성능이 뛰어나고 자기장을 이용하여 쉽게 회수가 가능하다. In addition, the present invention has excellent oil absorption and adsorption performance and can be easily recovered using a magnetic field.
이와 같이, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.As such, it will be understood that the technical configuration of the present invention described above can be implemented in other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention by those skilled in the art to which the present invention pertains.
그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타나며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.Therefore, the embodiments described above should be understood as illustrative and not restrictive in all respects, and the scope of the present invention is indicated by the claims to be described later rather than the detailed description, and the meaning and scope of the claims and their All changes or modified forms derived from equivalent concepts should be construed as being included in the scope of the present invention.
S10. 커피박을 55 내지 65 ℃에서 6 내지 7 시간 동안 건조하는 제1단계
S20. 상기 건조된 커피박을 FeCl3·6H2O 용액에 투입 후 1.5 내지 2.5 시간 동안 교반하여 침지하는 제2단계
S30. 상기 침지된 커피박에서 상기 FeCl3·6H2O 용액을 필터한 후, 75 내지 85 ℃에서 3.5 내지 4.5 시간 동안 에이징하는 제3단계
S40. 상기 에이징 된 커피박을 2차 건조하는 제4단계
S50. 상기 2차 건조 된 커피박을 열분해하는 제5단계S10. The first step of drying the coffee grounds at 55 to 65 ° C. for 6 to 7 hours
S20. A second step of immersing the dried coffee grounds in FeCl 3 6H 2 O solution and stirring for 1.5 to 2.5 hours.
S30. A third step of aging at 75 to 85 °C for 3.5 to 4.5 hours after filtering the FeCl 3 .6H 2 O solution in the immersed coffee waste.
S40. 4th step of secondary drying the aged coffee waste
S50. The 5th step of thermally decomposing the secondarily dried coffee waste
Claims (5)
상기 건조된 커피박을 FeCl3·6H2O 용액에 투입 후 1.5 내지 2.5 시간 동안 교반하여 침지하는 제2단계;
상기 침지된 커피박에서 상기 FeCl3·6H2O 용액을 필터한 후, 75 내지 85 ℃에서 3.5 내지 4.5 시간 동안 에이징하는 제3단계;
상기 에이징 된 커피박을 2차 건조하는 제4단계;
상기 2차 건조 된 커피박을 열분해하는 제5단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 유류 회수용 자성 커피박 바이오차 제조방법.
A first step of drying the coffee grounds at 55 to 65 ° C. for 6 to 7 hours;
A second step of immersing the dried coffee grounds in FeCl 3 .6H 2 O solution and stirring for 1.5 to 2.5 hours;
A third step of filtering the FeCl 3 .6H 2 O solution in the immersed coffee grounds and then aging at 75 to 85 °C for 3.5 to 4.5 hours;
A fourth step of secondary drying the aged coffee waste;
A method for producing magnetic coffee waste biochar for oil recovery, comprising a fifth step of thermally decomposing the secondarily dried coffee waste.
상기 제5단계에서 열분해는,
450 내지 550 ℃에서 수행하는 것을 특징으로 하는 유류 회수용 자성 커피박 바이오차 제조방법.
According to claim 1,
Thermal decomposition in the fifth step,
Magnetic coffee ground biochar manufacturing method for oil recovery, characterized in that carried out at 450 to 550 ℃.
상기 제5단계에서 열분해는,
질소가스를 2500 ㎤/min의 유량으로 주입하는 것을 특징으로 하는 유류 회수용 자성 커피박 바이오차 제조방법.
According to claim 1,
Thermal decomposition in the fifth step,
A method for producing magnetic coffee grounds biochar for oil recovery, characterized in that nitrogen gas is injected at a flow rate of 2500 cm 3 / min.
Magnetic coffee ground biochar, characterized in that the BET specific surface area is 34 to 41 m 2 / g by immersing the coffee grounds in FeCl 3 6H 2 O solution.
An oil recovery adsorbent comprising the magnetic coffee waste biochar according to claim 4.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210075418A KR102537269B1 (en) | 2021-06-10 | 2021-06-10 | Manufacturing method of spent coffee ground(scg) based magnetic biochar and scg based magnetic biochar manufactured using the method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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| KR20190134335A (en) * | 2018-05-25 | 2019-12-04 | 서울대학교산학협력단 | Heavy Metal Absorbent having Nano Zero Valent Iron and Used Coffee Grounds, and Manufacturing Method thereof |
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-
2021
- 2021-06-10 KR KR1020210075418A patent/KR102537269B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101936286B1 (en) | 2016-09-08 | 2019-01-08 | 한국과학기술연구원 | Magnetic biochar impregnated magnetite and apparatus for fabricating the same |
| US20190099743A1 (en) * | 2017-10-04 | 2019-04-04 | Board Of Supervisors Of Louisiana State University And Agricultural And Mechanical College | Catalyst Composition Including a Biochar, and Related Methods |
| KR20190134335A (en) * | 2018-05-25 | 2019-12-04 | 서울대학교산학협력단 | Heavy Metal Absorbent having Nano Zero Valent Iron and Used Coffee Grounds, and Manufacturing Method thereof |
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Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 류재형 외 1명. 폐기 바이오매스 기반 자성 복합재를 이용한 해양 유출유의 제거. 한국항해항만학회 2020년도 추계학술대회. 2020.11.11.,pp23-24.1부.* * |
| 오희소 외 1명. 다시마 기반 자성바이오차와 소나무 기반 자성바이오차에 의한 양이온음이온 염료 제거특성 비교. 대한환경공학회지. 제42권제6호, 20020년6월.pp309-318.1부.* * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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