KR20230028631A - 아크릴산 개질 점토광물을 이용한 오염물질 정화소재 및 그 제조방법 - Google Patents

아크릴산 개질 점토광물을 이용한 오염물질 정화소재 및 그 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20230028631A
KR20230028631A KR1020210109549A KR20210109549A KR20230028631A KR 20230028631 A KR20230028631 A KR 20230028631A KR 1020210109549 A KR1020210109549 A KR 1020210109549A KR 20210109549 A KR20210109549 A KR 20210109549A KR 20230028631 A KR20230028631 A KR 20230028631A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
acrylic acid
clay mineral
bentonite
active metal
modified clay
Prior art date
Application number
KR1020210109549A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102557722B1 (ko
Inventor
배성준
황유훈
김태현
손영균
김유경
정원철
김세령
Original Assignee
건국대학교 산학협력단
서울과학기술대학교 산학협력단
주식회사 엔투셀
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 건국대학교 산학협력단, 서울과학기술대학교 산학협력단, 주식회사 엔투셀 filed Critical 건국대학교 산학협력단
Priority to KR1020210109549A priority Critical patent/KR102557722B1/ko
Publication of KR20230028631A publication Critical patent/KR20230028631A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102557722B1 publication Critical patent/KR102557722B1/ko

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/02Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
    • B01J20/10Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising silica or silicate
    • B01J20/12Naturally occurring clays or bleaching earth
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/02Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
    • B01J20/0203Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising compounds of metals not provided for in B01J20/04
    • B01J20/0225Compounds of Fe, Ru, Os, Co, Rh, Ir, Ni, Pd, Pt
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/30Processes for preparing, regenerating, or reactivating
    • B01J20/32Impregnating or coating ; Solid sorbent compositions obtained from processes involving impregnating or coating
    • B01J20/3231Impregnating or coating ; Solid sorbent compositions obtained from processes involving impregnating or coating characterised by the coating or impregnating layer
    • B01J20/3234Inorganic material layers
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B09DISPOSAL OF SOLID WASTE; RECLAMATION OF CONTAMINATED SOIL
    • B09CRECLAMATION OF CONTAMINATED SOIL
    • B09C1/00Reclamation of contaminated soil
    • B09C1/08Reclamation of contaminated soil chemically
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/28Treatment of water, waste water, or sewage by sorption
    • C02F1/281Treatment of water, waste water, or sewage by sorption using inorganic sorbents
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/28Treatment of water, waste water, or sewage by sorption
    • C02F1/288Treatment of water, waste water, or sewage by sorption using composite sorbents, e.g. coated, impregnated, multi-layered

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Soil Sciences (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Abstract

본 발명은 아크릴산 개질 점토광물을 이용한 오염물질 정화소재 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 친환경 오염물질 정화소재에 있어서, 아크릴산을 통해 개질된 천연 점토광물로 구성된 지지체; 및 상기 지지체에 결합되는 제1활성금속;을 포함하는 것을 특징으로 하는 아크릴산 개질 점토광물을 이용한 오염물질 정화소재에 관한 것이다.

Description

아크릴산 개질 점토광물을 이용한 오염물질 정화소재 및 그 제조방법{Material and method for purifying contaminant using Acrylic acid modified Clay mineral}
본 발명은 아크릴산 개질 점토광물을 이용한 오염물질 정화소재 및 그 제조방법에 관한 것이다.
중금속에 의한 토양과 지하수 오염문제에 대응하기 위해서 특정 물질의 제거를 목적으로 한 흡착 여재가 활용되고 있다. 천연 제올라이트는 결정구조 내의 양이온의 작용에 의해서 불포화 탄화수소나 극성물질을 선택적으로 강하게 흡착하는 성질이 있기 때문에 오염물질 제거용 흡착 여재로서 널리 사용되고 있다. 제올라이트는 광물질 중에서 가장 뛰어난 양이온 교환능력이 있으며, 이런 특성 때문에 구리, 납, 카드뮴, 아연 등의 양이온성 오염물질을 제거하는 데 탁월한 성능을 발휘한다
그런데 오염물질에는 양이온성 오염물질만 있는 것은 아니다. 음이온성 오염물질을 제거함에 있어서 천연 제올 라이트는 적합하지 못했다. 양이온성 오염물질과 음이온성 오염물질은 다른 흡착 여재를 사용하는 것이 일반적이었다. 최근 제올라이트 표면에 산화철을 코팅하여 음이온성 중금속을 제거하려는 시도가 알려졌다. 그러나 음이 온성 물질 제거능을 얻는 반면 제올라이트의 양이온성 물질 제거 효율이 낮아지는 부작용이 생기는 문제가 있었다. 그래서 산화철을 부분 코팅하는 기술로 대응하였다.
또한 기존 합성정화소재에는 여러가지 문제점이 존재하였다. 도 1은 기존 합성정화소재의 문제점을 나타낸 도식도를 나타낸 것이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 기존 합성정화소재는 대량생산을 위해 많은 양의 chemical 및 고도화된 기술이 요구되어 고가 시설 및 시약이 필요하여 가격 경쟁력이 있는 저렴함 정화소재의 개발이 필요하며, 높은 표면 에너지에 의한 응집반응이 발생되어 주입관/토양 내 막힘이 발생되는 문제점이 존재한다. 따라서 정화소재 및 확산억제고재의 토양 및 지하수 내 분산성 및 전달성 극대화기술 개발이 필요한 상황이다. 또한, 대기 중 산소에 의한 표면산화가 발생되어 주입 동안 반응성이 저하되는 문제가 존재하여 산소 및 다른 영향인자에 최소한의 영향을 받는 표면처리기술의 개발이 필요하다. 그리고 잔류 chemical에 의한 지중생태계 독성 가능성이 존재하여 지중생태계를 교란시킬 수 있는 문제점이 존재한다. 따라서 최소한의 chemical이 필요한 친환경 소재개발이 필요한 상황이다.
도 2는 다양한 천연광물 사진을 나타낸 것이고, 도 3은 기능성 촉매의 지지체로 천연광물을 적용한, 천연광물 기반 기능성 정화소재에 대한 모식도를 도시한 것이다.
친환경 고효율 소재로서 천연광물은 그 종류마다 물리적, 화학적, 광학적 특성이 달라 선택적 사용이 가능하다. 예를 들어, 제올라이트, 벤토나이트는 높은 표면적, 다양한 작용기, 양이온 교환능력이 있어, 음이온성 콜로이드 입자, 유기 오염물질 및 중금속을 응집, 흡착할 수 있으며, 일라이트는 요곡성 및 탄성, 흡착성이 좋고 자체적인 정균작용 및 향균작용이 있어, VOC 흡착제 및 방향제, 탈취제 및 관련 보건산업에 적용될 수 있다. 또한 금속산화물의 표면 개질 및 촉매의 담체로 사용이 가능하며, 입자간 정전기적 반발력을 통해 촉매의 응집현상 저감 및 반응성을 향상시킬 수 있으며, 환경 친화적이고 풍부한 매장량을 갖는다는 장점을 갖는다. 500만 톤 이상의 미 이용 광물자원은 10여종 이상(180조 이상의 잠재가치)이 존재하며, 인공 합성 나노물질에 비해 안전하고 무해하며 자연 생태계에 영향을 덜 미치고, 토량 개량제, 화장품, 동물 사료 등에도 사용이 가능하다.
또한 벤토나이트와 같은 천연계 층상형 점토광물은 자연계에서 쉽게 얻을 수 있으며, 저렴한 가격으로 확보가 가능하다. 벤토나이트의 경우 비표면적이 타 광물에 비해 높으며 Swelling 효과로 개질가능성이 높은 장점이 있다. 그리고 음전하의 표면전하를 가지고 있어 양이온의 Fe 흡착가능성이 높다.
나노영가철(nZVI)의 경우 환원능이 뛰어나 질산성 질소, 의약물질 등을 제거할 수 있으며, nZVI 1g/L의 경우 TCE(Trichloroethylene)의 제거능은 약 10~20%이다. 또한 nZVI에 Nickel 도입 시 이중촉매 현상으로 TCE 제거능 90% 이상이 될 수 있다.
대한민국 등록특허 10-1937980 대한민국 등록특허 10-1168203 대한민국 등록특허 10-1142133
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 실시예에 따르면, 벤토나이트를 지지체로 하여, Fe과 Ni의 이중금속촉매를 적용하게 됨으로써, TCE에 대한 제거효율을 증대시킬 수 있으며, 아크릴산을 통해 개질된 벤토나이트를 지지체로 적용하여, 나노영가철에 대한 고정력을 증대시켜 Fe용출을 최소화할 수 있는, 아크릴산 개질 점토광물을 이용한 오염물질 정화소재 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 목적은, 친환경 오염물질 정화소재에 있어서, 아크릴산을 통해 개질된 천연 점토광물로 구성된 지지체; 및 상기 지지체에 결합되는 제1활성금속;을 포함하는 것을 특징으로 하는 아크릴산 개질 점토광물을 이용한 오염물질 정화소재로서 달성될 수 있다.
그리고 점토광물은 벤토나이트인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한 상기 제1활성금속은 나노영가철인 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고 상기 지지체에 결합되는 제2활성금속인 니켈을 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한 상기 아크릴산은 1 ~ 10중량%를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고 상기 제2활성금속은 상기 제1활성금속 100중량부에 대하여 4 ~ 6중량부를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한 오염물질은 TCE인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 제2목적은, 친환경 오염물질 정화소재의 제조방법으로서, 천연 점토광물인 벤토나이트 현탁액에 아크릴산을 투입하여 상기 벤토나이트를 개질시켜 지지체를 제조하는 단계; 상기 지지체를 제1활성금속인 나노영가철 전구체 용액에 혼합하여 상기 지지체에 제1활성금속을 담지시키는 단계; 및 제2활성금속인 니켈을 도핑시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 아크릴산 개질 점토광물을 이용한 오염물질 정화소재의 제조방법으로서 달성될 수 있다.
그리고 상기 지지체를 제조하는 단계는, 상기 벤토나이트에 K2S2O8을 투입하여 상기 벤토나이트 표면의 하이드록시기에서 H를 제거한 후, 아크릴산을 투입하여 진공오븐 50 ~ 70도하에서 상기 벤토나이트를 개질시키고, NaCl를 투입시키는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고 상기 지지체를 제조하는 단계에서, 상기 아크릴산은 1 ~ 10중량%를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한 상기 니켈은 상기 나노영가철 100중량부에 대하여 4 ~ 6중량부를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고 상기 제1활성금속을 담지시키는 단계 후에, NaBH4 용액을 교반하면서 첨가하여 촉매를 활성화하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 아크릴산 개질 점토광물을 이용한 오염물질 정화소재 및 그 제조방법에 따르면, 벤토나이트를 지지체로 하여, Fe과 Ni의 이중금속촉매를 적용하게 됨으로써, TCE에 대한 제거효율을 증대시킬 수 있으며, 아크릴산을 통해 개질된 벤토나이트를 지지체로 적용하여, 나노영가철에 대한 고정력을 증대시켜 Fe용출을 최소화할 수 있는 효과를 갖는다.
한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석 되어서는 아니 된다.
도 1은 기존 합성정화소재의 문제점을 나타낸 도식도,
도 2는 다양한 천연광물 사진,
도 3은 기능성 촉매의 지지체로 천연광물을 적용한, 천연광물 기반 기능성 정화소재에 대한 모식도,
도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 아크릴산 개질 점토광물을 이용한 오염물질 정화소재 제조방법의 흐름도,
도 6은 본 발명의 실험예에 따른 아크릴산 주입량 대비 Fe 흡착능 비교 실험,
도 7은 본 발명의 실험예에 따른 고정된 Fe 용출분석 실험,
도 8은 본 발명의 실험예에 따른 나노영가철의 농도에 따른 TCE 제거능 그래프,
도 9는 본 발명의 실험예에 따른 아크릴산 농도별, NaCl 처리시, Fe 흡착능 비교 그래프,
도 10은 본 발명의 실험예에 따른 아크릴산 개질 전 후, Fe 용출량 그래프를 도시한 것이다.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 예를 들면, 직각으로 도시된 영역은 라운드지거나 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다. 따라서 도면에서 예시된 영역들은 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서의 다양한 실시예들에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.
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 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
아래의 특정 실시예들을 기술하는데 있어서, 여러 가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될 수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는, 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는데 있어 별 이유 없이 혼돈이 오는 것을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 아크릴산 개질 점토광물을 이용한 오염물질 정화소재의 구성, 기능 및 그 제조방법에 대해 설명하도록 한다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 아크릴산 개질 점토광물을 이용한 오염물질 정화소재 제조방법의 흐름도를 도시한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 아크릴산 개질 점토광물을 이용한 오염물질 정화소재는, 아크릴산을 통해 개질된 천연 점토광물로 구성된 지지체, 이러한 지지체에 결합되는 제1활성금속, 제2활성금속을 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 점토광물은 벤토나이트로 구성될 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 제1활성금속은 나노영가철이고, 지지체에 결합되는 제2활성금속은 니켈로 구성된다.
그리고 본 발명의 실시예에 따른 천연 벤토나이트는 아크릴산을 통해 개질된 것을 특징으로 한다. 아크릴산을 통해 개질된 벤토나이트를 적용하게 됨으로써, 제1활성금속인 나노영가철에 대한 고정력을 증대시킬 수 있게 된다. 이러한 아크릴산은 1 ~ 10중량%를 포함한다. 또한 제2활성금속인 니켈은 제1활성금속인 나노영가철 100중량부에 대하여 4 ~ 6중량부를 포함한다.
그리고 본 발명의 실시예에 따른 제거대상인 오염물질은 TCE일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 아크릴산 개질 점토광물을 이용한 오염물질 정화소재의 제조방법은, 먼저, 천연 점토광물인 벤토나이트 현탁액에 아크릴산을 투입하여 상기 벤토나이트를 개질시켜 지지체를 제조한다.
구체적으로, 벤토나이트에 K2S2O8을 투입하여 벤토나이트 표면의 하이드록시기(OH)에서 H를 제거한다(S1), 그리고 1 ~ 10w중량 %의 아크릴산을 투입하여 진공오븐 50 ~ 70도하에서 벤토나이트를 개질시켜 O:COOH 표면기를 생성시키고(S2), NaCl를 투입시켜 O:COONa 표면기를 생성시켜 지지체를 제조하게 된다(S3).
그리고 이러한 아크릴산으로 통해 개질된 벤토나이트 지지체를 제1활성금속인 나노영가철 전구체 용액에 혼합하여 지지체에 나노영가철을 담지시키게 된다(S4).
그리고 NaBH4 용액을 교반하면서 첨가하여 촉매를 활성화하고(S5), 제2활성금속인 니켈을 도핑시키게 된다(S6).
본 발명의 실험예에서는 Gas Chromatography 이용하여 TCE 제거능 확인하였다. TCE 0.1mM, nZVI-Ni-Bentonite 1g/L 투입하였다.
도 6은 본 발명의 실험예에 따른 아크릴산 주입량 대비 Fe 흡착능 비교 실험 모식도, 도 7은 본 발명의 실험예에 따른 고정된 Fe 용출분석 실험 모식도를 도시한 것이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 아크릴산 1wt% ~ 10wt%를 벤토나이트 현탁액에 주입하고, 24hr동안 FeSO4를 흡착하여 상등액과, 흡착된 소재를 분석하였다. 다양한 아크릴산 농도로 최적의 Fe 흡착능을 확인하였고, 최적의 아크릴산 농도 개질 nZVI-Ni-Bentonite 환원능을 비교하였다.
또한 도 7에 도시된 바와 같이, 아크릴산 개질(AA) nZVI 벤토나이트에 대하여 증류수 내에 24hr교반하여 Fe 키트 정량분석을 통해 고정된 Fe 용출을 분석하였다. 아크릴산 농도대비 아크릴산 개질 벤토나이트의 Fe 용출을 확인하였고, 본 발명에 따른 아크릴산 개질 벤토나이트는 Fe용출을 최소화할 수 있음을 확인하였다.
도 8은 본 발명의 실험예에 따른 아크릴산 개질(AA) nZVI 벤토나이트의 농도에 따른 TCE 제거능 그래프를 도시한 것이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 각각 0.5g/L, 0.1g/L, 0.05g/L의 아크릴산 개질(AA) nZVI 벤토나이트(5wt% Ni)를 주입한 경우, 0.05g/L 수준에서도 하루 내에 90%의 TCE를 제거할 수 있음을 알 수 있다. 즉, 아크릴산 개질을 통한 벤토나이트의 Fe에 대한 고정력, 흡착능을 향상시킬 수 있어, 최소의 나노영가철 투입 대비 높은 환원능을 가질 수 있음을 알 수 있다.
도 9는 본 발명의 실험예에 따른 아크릴산 농도별, Fe 흡착능 비교 그래프를 도시한 것이다. Fe 500ppm 용액에 5 g/L 흡착제를 주입하여 철의 흡착량을 평가하였을 때, 아크릴산으로 처리하지 않은 경우에는 철의 흡착이 거의 일어나지 않으나, 아크릴산을 통해 표면을 개질하였을 경우 철 흡착량이 크게 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 특히, 아크릴산 개질 후, NaCl치환시 흡착능이 현저히 상승됨을 알 수 있었으며, 아크릴산 농도증가시 높은 Fe 흡착능을 보이게 됨을 알 수 있다. 약 4중량% 이상의 아크릴산 주입량에서 흡착능 45-50 mg/g 내외로 향상됨을 알 수 있다. 즉, 아크릴산 농도 증가시 철 이온이 다량 부착하게 되어 결과적으로 형성되는 나노영가철의 비율이 증가되기 때문에 높은 TCE 제거 효율을 기대할 수 있다.
도 10은 본 발명의 실험예에 따른 아크릴산 개질 전 후, Fe 용출량 그래프를 도시한 것이다. 실험 조건은 0.15 g 흡착제/30ml 500 ppm Fe 2가 용액(1 g/L 흡착제 농도), 1hr 흡착, 5 g/L 흡착제, ICP-OES 분석하였다. 흡착제는 벤토나이트와, 아크릴산(AA) 3%로 개질된 벤토나이트에 대해 실험을 진행하였다. 도 10에 도시된 바와 같이, 유사한 양의 나노영가철을 부착시킨 두 시료(2.5 ~ 2.8 wt% Fe)를 사용하였음에도, 아크릴산을 이용하여 표면 개질한 경우에 철이 용출되는 비율이 30% 정도 감소하여 나노영가철을 더욱 안정적으로 부착할 수 있음을 확인하였다.
따라서 본 발명의 실시예에 따라 아크릴산을 통해 개질된 벤토나이트를 지지체로 적용하여, 나노영가철에 대한 고정력을 증대시켜 Fe용출을 최소화할 수 있게 됨을 알 수 있다.
또한, 상기와 같이 설명된 장치 및 방법은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

Claims (12)

  1. 친환경 오염물질 정화소재에 있어서,
    아크릴산을 통해 개질된 천연 점토광물로 구성된 지지체; 및
    상기 지지체에 결합되는 제1활성금속;을 포함하는 것을 특징으로 하는 아크릴산 개질 점토광물을 이용한 오염물질 정화소재.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 점토광물은 벤토나이트인 것을 특징으로 하는 아크릴산 개질 점토광물을 이용한 오염물질 정화소재.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제1활성금속은 나노영가철인 것을 특징으로 하는 아크릴산 개질 점토광물을 이용한 오염물질 정화소재.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 지지체에 결합되는 제2활성금속인 니켈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 아크릴산 개질 점토광물을 이용한 오염물질 정화소재.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 아크릴산은 1 ~ 10중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 아크릴산 개질 점토광물을 이용한 오염물질 정화소재.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 제2활성금속은 상기 제1활성금속 100중량부에 대하여 4 ~ 6중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 아크릴산 개질 점토광물을 이용한 오염물질 정화소재.
  7. 제 3항에 있어서,
    상기 오염물질은 TCE인 것을 특징으로 하는 아크릴산 개질 점토광물을 이용한 오염물질 정화소재.
  8. 친환경 오염물질 정화소재의 제조방법으로서,
    천연 점토광물인 벤토나이트 현탁액에 아크릴산을 투입하여 상기 벤토나이트를 개질시켜 지지체를 제조하는 단계;
    상기 지지체를 제1활성금속인 나노영가철 전구체 용액에 혼합하여 상기 지지체에 제1활성금속을 담지시키는 단계; 및
    제2활성금속인 니켈을 도핑시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 아크릴산 개질 점토광물을 이용한 오염물질 정화소재의 제조방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 지지체를 제조하는 단계는,
    상기 벤토나이트에 K2S2O8을 투입하여 상기 벤토나이트 표면의 하이드록시기에서 H를 제거한 후, 아크릴산을 투입하여 진공오븐 50 ~ 70도하에서 상기 벤토나이트를 개질시키고, NaCl를 투입시키는 것을 특징으로 하는 아크릴산 개질 점토광물을 이용한 오염물질 정화소재의 제조방법.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 지지체를 제조하는 단계에서, 상기 아크릴산은 1 ~ 10중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 아크릴산 개질 점토광물을 이용한 오염물질 정화소재의 제조방법.
  11. 제 8항에 있어서,
    상기 니켈은 상기 나노영가철 100중량부에 대하여 4 ~ 6중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 아크릴산 개질 점토광물을 이용한 오염물질 정화소재의 제조방법.
  12. 제 8항에 있어서,
    상기 제1활성금속을 담지시키는 단계 후에, NaBH4 용액을 교반하면서 첨가하여 촉매를 활성화하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 아크릴산 개질 점토광물을 이용한 오염물질 정화소재의 제조방법.
KR1020210109549A 2021-08-19 2021-08-19 아크릴산 개질 점토광물을 이용한 오염물질 정화소재 및 그 제조방법 KR102557722B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210109549A KR102557722B1 (ko) 2021-08-19 2021-08-19 아크릴산 개질 점토광물을 이용한 오염물질 정화소재 및 그 제조방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210109549A KR102557722B1 (ko) 2021-08-19 2021-08-19 아크릴산 개질 점토광물을 이용한 오염물질 정화소재 및 그 제조방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20230028631A true KR20230028631A (ko) 2023-03-02
KR102557722B1 KR102557722B1 (ko) 2023-07-21

Family

ID=85508994

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210109549A KR102557722B1 (ko) 2021-08-19 2021-08-19 아크릴산 개질 점토광물을 이용한 오염물질 정화소재 및 그 제조방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102557722B1 (ko)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004524947A (ja) * 2000-11-16 2004-08-19 ハラ・エンジニアリング・アンド・インダストリアル・デヴェロップメント・カンパニー・リミテッド ナノメータースケールの鉄が付着したゼオライトを含む反応壁を利用する汚染物質の浄化方法
KR20120016888A (ko) * 2010-08-17 2012-02-27 경북대학교 산학협력단 개질점토와 인산염계 화합물을 이용한 중금속 오염토양의 흡착 및 고정화 처리 방법
KR101142133B1 (ko) 2010-06-08 2012-05-10 박형준 점토블록용 발수제 조성물 및 이를 이용한 발수성 점토블록의 제조방법
KR101168203B1 (ko) 2003-07-14 2012-07-25 헤드워터스 테크놀로지 이노베이션 엘엘씨 제어된 배위구조를 갖는 지지촉매 및 이러한 촉매의제조방법
KR20130109923A (ko) * 2012-03-28 2013-10-08 코웨이 주식회사 수처리용 토양 조성물 및 이의 용도
KR101937980B1 (ko) 2018-01-26 2019-01-14 조은산업주식회사 토양개량제 제조용 조성물, 토양개량제 및 토양개량방법
KR20200022908A (ko) * 2018-08-24 2020-03-04 한국건설기술연구원 일라이트를 아크릴산으로 개질하여 표면에 프러시안 블루가 형성된 세슘 흡착 소재를 제조하는 방법
KR102252239B1 (ko) * 2019-12-10 2021-05-14 광운대학교 산학협력단 나노 영가철/니켈 이원금속이 담지된 비산재 기반 제올라이트 흡착제 및 그 제조방법

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004524947A (ja) * 2000-11-16 2004-08-19 ハラ・エンジニアリング・アンド・インダストリアル・デヴェロップメント・カンパニー・リミテッド ナノメータースケールの鉄が付着したゼオライトを含む反応壁を利用する汚染物質の浄化方法
KR101168203B1 (ko) 2003-07-14 2012-07-25 헤드워터스 테크놀로지 이노베이션 엘엘씨 제어된 배위구조를 갖는 지지촉매 및 이러한 촉매의제조방법
KR101142133B1 (ko) 2010-06-08 2012-05-10 박형준 점토블록용 발수제 조성물 및 이를 이용한 발수성 점토블록의 제조방법
KR20120016888A (ko) * 2010-08-17 2012-02-27 경북대학교 산학협력단 개질점토와 인산염계 화합물을 이용한 중금속 오염토양의 흡착 및 고정화 처리 방법
KR20130109923A (ko) * 2012-03-28 2013-10-08 코웨이 주식회사 수처리용 토양 조성물 및 이의 용도
KR101937980B1 (ko) 2018-01-26 2019-01-14 조은산업주식회사 토양개량제 제조용 조성물, 토양개량제 및 토양개량방법
KR20200022908A (ko) * 2018-08-24 2020-03-04 한국건설기술연구원 일라이트를 아크릴산으로 개질하여 표면에 프러시안 블루가 형성된 세슘 흡착 소재를 제조하는 방법
KR102252239B1 (ko) * 2019-12-10 2021-05-14 광운대학교 산학협력단 나노 영가철/니켈 이원금속이 담지된 비산재 기반 제올라이트 흡착제 및 그 제조방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR102557722B1 (ko) 2023-07-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Sharma et al. Selective adsorption of Pb (II) from aqueous medium by cross-linked chitosan-functionalized graphene oxide adsorbent
Zhang et al. Chitosan-stabilized FeS magnetic composites for chromium removal: characterization, performance, mechanism, and stability
Qiu et al. Recyclable nanocomposite of flowerlike MoS2@ hybrid acid-doped PANI immobilized on porous PAN nanofibers for the efficient removal of Cr (VI)
Zhang et al. Nanoconfined hydrated zirconium oxide for selective removal of Cu (II)-carboxyl complexes from high-salinity water via ternary complex formation
Sayari et al. Applications of pore-expanded mesoporous silica. 1. Removal of heavy metal cations and organic pollutants from wastewater
Sheng et al. Enhanced sequestration of Cr (VI) by nanoscale zero-valent iron supported on layered double hydroxide by batch and XAFS study
Wang et al. Removal of trace arsenite through simultaneous photocatalytic oxidation and adsorption by magnetic Fe3O4@ PpPDA@ TiO2 core–shell nanoparticles
Qiu et al. Fabrication and evaluation of a regenerable HFO-doped agricultural waste for enhanced adsorption affinity towards phosphate
Qiu et al. Enhanced As (Ш) removal from aqueous solutions by recyclable Cu@ MNM composite membranes via synergistic oxidation and absorption
Zhou et al. Sb (V) reduced to Sb (III) and more easily adsorbed in the form of Sb (OH) 3 by microbial extracellular polymeric substances and core–shell magnetic nanocomposites
Wu et al. In situ preparation of stabilized iron sulfide nanoparticle-impregnated alginate composite for selenite remediation
Tan et al. Efficient removal of arsenate from water by lanthanum immobilized electrospun chitosan nanofiber
Shan et al. Efficient removal of trace Se (VI) by millimeter-sized nanocomposite of zerovalent iron confined in polymeric anion exchanger
Liu et al. Nanoscale zero-valent iron confined in anion exchange resins to enhance selective adsorption of phosphate from wastewater
Chu et al. Tyrosine-immobilized montmorillonite: an efficient adsorbent for removal of Pb2+ and Cu2+ from aqueous solution
Yan et al. Efficient removal of As (V) from diluted aqueous solutions by Fe/La oxide magnetic microspheres
Zhao et al. Efficient fluoride removal from water by amino Acid-enriched Artemia Cyst motivated Sub-10 nm La (OH) 3 confined inside superporous skeleton
Mahmoud et al. A novel multifunctional sandwiched activated carbon between manganese and tin oxides nanoparticles for removal of divalent metal ions
Bury et al. Cleaning the environment with MXenes
Khoshraftar et al. On the performance of perlite as a mineral adsorbent for heavy metals ions and dye removal from industrial wastewater: A review of the state of the art
Yao et al. Construction of lignin-based nano-adsorbents for efficient and selective recovery of tellurium (IV) from wastewater
Li et al. The simultaneous reduction and adsorption for V (V) and Cr (VI) anionic species in aqueous solution by polyethyleneimine cross-linked titanate nanotubes
Shahid et al. Packed Bed column for adsorption of arsenic on mixed-valent iron [Fe (II)-Fe (III)] oxide synthesized from industrial waste
Jain et al. Arsenite oxidation and arsenic adsorption strategy using developed material from laterite and ferromanganese slag: electron paramagnetic resonance spectroscopy analysis
Zhang et al. Preparation and mechanism of modified quaternary amine straw for efficient nitrate removal from aqueous solution

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant