WO2013100236A1 - 유가금속회수용흡착볼, 그의제조방법, 이를이용한 유동형 연속탈염장치 - Google Patents

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정원호
곽노석
박성규
박보령
구진선
박희만
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Definitions

  • the present invention is a flow through continuous deionization device (Flow through-Continuous deionization;
  • FT-CDI FT-CDI
  • Microsphere adsorption balls
  • the present invention relates to a valuable metal and a valuable metal in a solution containing valuable metal and valuable resources.
  • the present invention relates to providing a method for producing a suction ball.
  • Uranium (4.1 billion tons) is likely to be commercialized.
  • the present invention addresses valuable metals present in seawater and the like in response to the above requirements.
  • An object of the present invention is to provide a rheological CDI apparatus for preparing an adsorption ball for recovering and recovering valuable metals using the same.
  • the present invention provides an adsorption ball (microsphere) in the form of an organic-inorganic complex having a size of 1 to 2000 that can selectively adsorb and separate uranium of highly concentrated seawater, lithium and expensive useful metals. It is to provide a method for producing).
  • the present invention is Li ⁇ Mn ⁇ C ⁇ or Li m M x M ' y M " z 0 2 (wherein M is from Co, Ni, Mn
  • M ' is Al, Cr, V, Fe, Cu, Zn, Sn, Ti, Mg, Sr, B, Ga, At least one element selected from In, Si, Ge, and M "is at least one element selected from Mg, Ca, B, and Ga.
  • the complex metal oxide particles of alkali or alkaline earth metals containing various metal ions are dispersed. It is to provide a method for manufacturing the adsorption ball to make and ion exchange (activated) it to adsorb valuable metals.
  • the present invention also relates to flow through-continuous deionization
  • the polymer of the present invention may be polymerized alone or a crosslinked polymer support.
  • a crosslinked polymer support a crosslinking agent may be introduced. Since the cross-linked structure can be formed, the composite metal oxide containing metal ions can be stably dispersed and adsorbed in the matrix of the polymer.
  • the metal composite oxide is dispersed and then heated appropriately, thereby partially burning.
  • Microspheres are prepared to have porosity and are ion-exchanged by acid treatment with hydrochloric acid to form a microsphere of the present invention.
  • the adsorption balls (ion adsorptive microspheres) can be manufactured.
  • the adhesion between the composite metal oxide particles is weak and long-term use may be limited. However, if the composite metal oxides are well connected to each other and have strength. It is not limited.
  • the present invention is a conventional method for manufacturing microspheres.
  • Suspension polymerization is not particularly limited, and polymerization monomers are not particularly limited as long as they are monomers employed for ordinary suspension synthesis.
  • Monomers of the present invention include, for example, styrene-containing styrene;
  • Acryl-based, acrylonitrile or vinyl chloride containing methyl methacrylate may be used, but not limited thereto, and the crosslinking agent of the present invention may be divinylbenzene, divinylbenzene, trivinylbenzene, divinylluene, divinyl xylene, di Vinyl naphthalene
  • Polyfunctional (meth) acrylates such as tri (meth) acrylate
  • crosslinking materials such as pentaerythroxy triacrylate and pentaerythroxy tetraacrylate can be adopted, but are used in this technical field.
  • the crosslinking agent of the present invention can be appropriately selected from 0.01 to 5% by weight with respect to the weight ratio of the monomer.
  • for example, for producing a micro Iam of the present invention as an example, to prepare a lithium ion adsorbent of the spherical styrene and divinyl benzene is ⁇ a composite metal oxide for purifying using NaOH containing lithium ions 33 ⁇ ⁇
  • a complex metal oxide containing ions such as lithium ion such as 67 0 4 is added to the monomer mixture
  • the monomer mixture means a composition comprising a monomer and a crosslinking agent.
  • the amount of suspending agent is added as usual content of the suspension polymerization.
  • polyvinyl alcohol or the like can be used as a suspending agent.
  • the monomer mixture is added to the aqueous solution containing the suspension with vigorous stirring to initiate suspension polymerization.
  • a polymerization initiator may be added and, if necessary, an additional organic solvent may be added, such as toluene, xylene, normal nucleic acid, and cyclonucleic acid.
  • the metal complex oxides such as Li ⁇ Mn ⁇ C ⁇ in the form of particles can be stirred vigorously to be completely mixed with the monomer mixture solution and additionally stirred using ultrasonic waves.
  • the polymerized suspension polymer is dried by spray drying method.
  • Microspheres are prepared. Normal microsphere size is
  • microspheres prepared above are treated with an inorganic acid solution such as hydrochloric acid or sulfuric acid in order to adsorb the valuable metal or silver from the seawater media, and are subjected to acid treatment for ion exchange with the valuable metal present in the medium.
  • Adsorptive balls are prepared in the present invention.
  • the present invention adsorbs valuable metals dissolved in seawater as described above.
  • the present invention relates to a method for manufacturing a module using a flow through-continuous deionization apparatus (FT-CDI) of the present invention and an adsorption ball (Microsphere) used for the adsorbent through-type continuous desalination apparatus using the same.
  • FT-CDI flow through-continuous deionization apparatus
  • Microsphere adsorption ball
  • the present invention by using the adsorption ball of the adsorption of valuable metal ions and
  • the present invention provides a device for recovering valuable metals at a high concentration by desorption using an FT-CDI device.
  • the present invention adsorbs valuable metals using adsorption balls and has a CDI cell.
  • the continuous module By passing through the continuous module, that is, by applying a voltage to the electrode of the CDI, to provide a device for recovering by adsorbing the ionic material adsorbed in the adsorption ball on the electrode surface to make the electrode polarized.
  • the adsorption balls containing high concentration of valuable metal ions containing dissolved ions are continuously passed between two electrodes of the anode and the cathode, the adsorption ions of the adsorption ball When the current flows in the reverse direction by adsorbing to the cathode and shorting the two electrodes, the concentrated ions are desorbed from the electrodes to recover valuable metal ions.
  • FIG. 6 shows models of the FT-CDI apparatus of the present invention. To explain this, same.
  • the ion adsorption ball prepared in the present invention using the electrode plated with Pt on the electrode as the electrode of CDI as the electrode (C, K) has a bead supply path.
  • the metal ion adsorption beads of the bead supply unit (G) It is introduced through the inlet of the metal ion adsorption beads of the bead supply unit (G) to pass the silver and anion to be separated by an electrode installed at both ends. Subsequently, the metal ion adsorption beads passing through the bead supply unit flow out again through the outlet portion with some ions desorbed, and the spilled portions are repeatedly passed through another adjacent FT-CDI apparatus or the same FT-CDI repeat. Circulated to recover the adsorbed valuable metal ions.
  • the operation is performed by providing an ion separation membrane ( ⁇ , ⁇ ) on each side of the bead supply unit (G) of the FT-CDI of the present invention, and a cation separation membrane on the cathode side.
  • anion separation membranes are laminated and bonded around the edges through gaskets (F and H), and the separation membranes are laminated and coupled to the electrodes via gaskets (D and J).
  • the electrodes are then swept together by the case ( ⁇ , ⁇ ) via the gaskets (B, L) to form FT-CDI models. Therefore, in the present invention, by passing a medium such as seawater having an adsorption ball in which the organic metal is adsorbed into the FT-CDI model, the valuable metal precipitates and is recovered.
  • a pump or a pipe for recirculating a fluid including an adsorption ball is not separately indicated.
  • Example 1 is an electron micrograph of the adsorption ball of Example 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is an X-ray diffraction pattern analysis graph of the adsorption ball of Example 1.
  • FIG. 3 is a graph showing the lithium ion adsorption amount of Example 1.
  • Example 4 is a graph showing the amount of lithium ion adsorption according to Example 2.
  • Figure 6 illustrates the FT-CDI models of the present invention.
  • Li ⁇ Mn ⁇ ⁇ (average particle size 60nm) as a composite metal oxide was prepared by dispersing evenly. 0.1% polyvinyl alcohol (99% saponification degree) relative to the mass of the styrene monomer was added to distilled water and stirred to be mixed at a temperature of 80 ° C. In the prepared monomer mixture solution, 0.1% benzoyl peroxide and 10% toluene were mixed with respect to the monomer mass. Li ⁇ Mn ⁇ C ⁇ in particulate form was stirred vigorously to be completely mixed in the monomer mixture solution and further dispersed by ultrasonic wave for 30 minutes. Li ⁇ Mn ⁇ C ⁇ added styrene and divinyl benzene mixed solution was slowly added dropwise to the distilled water solution and stirred vigorously to proceed with suspension polymerization.
  • calcined adsorption balls were prepared by calcining under the conditions shown in Table 2 below.
  • the photograph of the surface structure of the spherical adsorption ball obtained in the above was observed through a cold type field emission scanning electron microscope.
  • Example 1 the final result obtained in Example 1 has a spherical shape having a size of 400 ⁇ has a large surface area Therefore, it can be confirmed that the adsorption balls are not lowered compared to the adsorption efficiency of the powder adsorbent.
  • the crystal structure was measured by X-ray diffractometer.
  • the X-ray diffraction pattern analysis was carried out in the range of 2 ⁇ of 10 ⁇ 90, the results are shown in FIG.
  • FIG. 2 As a result of X-ray diffraction pattern analysis of the crystal structure of the spherical lithium ion adsorbent thus prepared, as shown in FIG. 2, the diffraction pattern of the spinel crystal structure appeared.
  • Second activation was performed for 24 hours.
  • the activated spherical adsorbent twice was dried for 4 hours at 60 ° C in Aubon, and then activated by the desorption of lithium ions three times using 500 ml of 0.1 mol of HC1 solution.
  • the adsorption efficiency of the spherical lithium ion adsorbent prepared above was measured.
  • Lithium adsorbent was added to 100 ml of the prepared lithium single solution (lg, 2g, 3, g) while adsorbing lithium for 120 hours while stirring the prepared ion adsorption ball at a speed of 100 rpm. To measure the performance of lithium adsorption, the samples were collected at intervals of 0, 1, 2, 3, 4, 5, 10, 24, 48, 72, 96, and 120 hours. The amount of lithium adsorbed was determined by ICP analysis. A measurement of lithium adsorption in a single lithium solution (Li 0.2 ppm) is shown in FIG. 3. As shown in FIG.
  • the adsorption capacity of the lithium ions adsorption ball Sutokuk lithium was increased in the amount of the lithium adsorbent.
  • the spherical lithium ion adsorption ball prepared by adding 3 g of lithium adsorbent had a maximum adsorption amount of 0.16 ppm per 1 g of the adsorption ball.
  • FIG. 5 shows the result of desorption of the spherical activated adsorption ball prepared in Example 1 in which lithium ion was adsorbed using an FT-CDI apparatus.
  • FIG. 5 shows the desorption performance of the spherical lithium ion adsorbent.
  • the electrode was a Pt-plated electrode on a Ti substrate, and the flow rate was 40 ml / min.
  • Desorption amount was measured using 20 g of adsorbent in 2 L of sea water (Li 2.0 ppm, In HO 'ppm, Co 310 " 1 ppm, Na 1.110 7 ppm, Mg 1.310 6 ppm, Ca4.210 5 ppm).
  • the desorption capacity of the spherical lithium ion adsorbent was 0.14 ppm of lithium per lg adsorbent in artificial seawater with a lithium concentration of 0.2 ppm.
  • the spherical lithium ion adsorbent according to the present invention not only has a high adsorption capacity, but also has a spherical bead form and is easy to handle. It can be used as an effective material for lithium recovery by applying to various types of adsorption systems.

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Abstract

본발명은 유가 금속 및 자원의 회수를 위한 흡착볼 및그의 제조방법, 흡착볼을 이용하여 유가금속을 회수할 수 있는 유동형연속탈염모듈 및 이를 장치한 해 유동형 연속 탈염 (Flow Through - Continuous Deionization: FT-CDI)장치의 제조방법에 관한 것이다.

Description

명세서
발명의 명칭 : 유가금속 회수용 흡착볼,그의 제조방법,이를 이용한 유동형 연속 탈염장치
기술분야
[ 1 ] 본 발명은 유동형 연속 탈염장치 (Flow through-Continuous deionization;
FT-CDI)를 이용한 모들 및 이를 이용한 흡착제 관통형 연속 탈염장치 에 사용하는 흡착볼 (Microsphere)의 제조방법에 관한 것이다.
[2] 본 발명은 유가금속과 유가자원을 함유하고 있는 용액에서 유가금속 및
유가자원을 흡착할 수 있는 흡착볼을 제조하고 이를 이용하여 해수 등에 존재하는 유가금속을 흡착 한 후,흡착된 흡착볼로부터 유가금속을 연속적으로 모들을 통과하면서 유가금속 및 자원이 탈착 농축 및 회수할 수 있는 흡착볼의 제조방법을 제공하는 것에 관한 것이다.
배경기술
[3] 지구의 약 70%를 차지하는 해수에는 우라늄 (41억 톤) 외 에 우리 나라 10대 전략 희소 금속인 망간 (27억 톤), 몰리브덴 (140억 톤), 코발트 (1억 4000톤),텅스텐 (1억 4000톤),티타늄 (14억 톤), 리튬 (2천억 톤),마그네슘 (1840조 톤),인듬 (272억 톤), 회토류 (42억 톤), 크롬 (6천 8백만 톤)과 바나듐 (27억 톤),게르마늄 (8천만 톤), 비스무스 (2천만 톤)등의 약 80여종의 금속이 저농도의 이온형 태로 용존되어 있다. 특히 마그네슘 (1,840조 톤),리튬 (2천억 톤),몰리브덴 (140억 톤),
우라늄 (41억 톤) 등은 상업화 가능성 이 크다.
[4] 그러므로, 해수로부터 농도가 극히 낮은 리튬,우라늄과 같은 유가금속 이온을 선택적으로 분리 회수하여 자원화하기 위 한 노력들이 많이 이루어지고 있다.
[5] 그러나 해수 등에 용해되어 있는 유가금속을 회수하는 경우에는,유가금속의 농도가 너무 낮아 층분히 농축된 상태의 유가금속이 없기 때문에 과도한 전력 의 소모를 가져오는 단점 이 있어서 상업 적으로 유용한 공정 이 될 수 없다.
발명의 상세한 설명
기술적 과제
[6] 본 발명은 상기와 같은 요구에 부응하여 , 해수 등에 존재하는 유가금속을
회수하기 위 한 흡착볼을 제조하고 이를 이용하여 유가금속을 회수할 수 있는 유동학적 CDI 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
과제 해결 수단
[7] 본 발명은 상기와 같은 요구에 부웅하여 , 고농축 해수증의 우라늄과,리튬 및 고가의 유용금속을 선택적으로 흡착 분리가 가능한 1~2000 의 크기를 가지는 유무기복합체 형 태의 흡착볼 (microsphere)을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
[8] 즉, 본 발명은 Li^Mn^C^나 LimMxM'yM"z02(단, M은 Co, Ni, Mn으로부터
선택되는 적어도 1종의 원소이고, M'는 Al, Cr, V, Fe, Cu, Zn, Sn, Ti, Mg, Sr, B, Ga, In, Si, Ge으로부터선택되는적어도 1종의원소이고, M"는 Mg, Ca, B, Ga으로부터선택되는적어도 1종의원소이다.또한, 0.9≤X<1이고,
().001≤y≤0.5이고, 0≤z≤0.5이고, 0.5≤π^1다)등을포함한다양한금속이온올 포함하는알카리또는알카리토금속의복합금속산화물입자가분산된다공성의 흡착볼을제조하고이를이온교환 (활성화)시켜유가금속을흡착가능하게하는 흡착볼을제조하는방법을제공하는것이다.
[9] 또한본발명은유동형연속탈염장치 (Flow through-Continuous deionization;
FT-CDI)모들및이를이용한흡착제관통형연속탈염장치에사용하는 흡착볼 (Microsphere)을이용한유가금속회수방법에관한것이고또한
흡착제관통형연속탈염장치를제공하는것이다.
[1이 먼저본발명의흡착볼을제조하기위하여는금속이온을함유하는
복합금속산화물을지지체에도입할필요가있다.이러한방법의예로는고분자 지지체상에복합금속산화물을도입하는것을예로들수있다.
[11] 본발명의금속이은을함유하는복합금속산화물을고분자지지체에도입하는 여러방법으로는,고분자중합체단독이나또는가교고분자지지체를사용할수 있다.가교고분자지지체를사용하는경우에는가교제를도입함으로써 가교구조를형성시킬수있기때문에금속이온을함유하는복합금속산화물이 안정하게고분자의매트릭스내에분산및흡착되어질수있어서좋다.고분자 지지체의경우에는금속복합산화물을분산한후,이를적절히가열함으로써, 부분소성하여다공성을가지도록하는마이크로스피어를제조하고,이를 염산등의산처리하여이온교환시켜본발명의마이크로스피어형태의
흡착볼 (ion adsorptive microsphere)을제조할수있다.완전소성하는경우에는 복합금속산화물입자들간의접착력이약하여장기사용이다소제한되는점이 있을수있지만,복합금속산화물이서로잘연결되어강도를가지는경우라면 . 제한되지않는다.
[12] 본발명은마이크로스피어를제조하는방법으로는통상적인
현탁중합법이라면크게제한받지않으며,또한중합단량체또한통상의 현탁증합에채택하는단량체라면크게제한되지않는다.
[13] 본발명의단량체로는예를들면스티렌을포함하는스티렌계,
메틸메타크릴레이트를포함하는아크릴계,아크릴로니트릴이나염화비닐등을 사용하지만이에한정되지않고,본발명의가교제로는디비닐벤젠,디비닐벤젠, 트리비닐벤젠,디비닐를루엔,디비닐크실렌,디비닐나프탈렌,
트리비닐나프탈렌,디이소프로페닐벤젠,디 (메타)아크릴레이트,
트리 (메타)아크릴레이트등의다관능성 (메타)아크릴레이트를채택하며,예로는 펜타에리쓰리를트리아크릴레이트,펜타에리쓰리를테트라아크릴레이트등의 가교재를채택할수있지만이기술분야에사용되는통상의가교제라면제한 되지않는다.본발명의가교제는단량체의중량비에대하여 0.01~5\\ %로 적절히선택하여사용할수있다. [14] 본 발명의 마이크로스피 어를 제조하는 예를 들면, 일예로서,구상의 리튬 이온 흡착제를 제조하기 위해 styrene과 divinyl benzene은 NaOH를 이용해 정제하고 리튬이온을 함유하는 복합금속산화물로서 Ι 33Μη|.6704등의 리륨이온 등의 이온을 함유하는 복합금속산화물을 단량체 흔합물에 투입하여 층분히
분산한다. 단량체 흔합물은 단량체와 가교제를 포함하는 조성물을 의 미 한다. 현탁제의 함량은 현탁중합의 통상적 임 함량으로 투입 한다. 예를 들면, 폴리비 닐알콜 등의 것을 현탁제로 사용할 수 있다. 상기 단량체 흔합물을 승온하면서 충분히 교반한 후, 이를 중합온도에 도달하면,현탁제를 함유하는 수용액에 격 렬히 교반하면서 투입하여 현탁중합을 개시 한다. 상기 단량체 흔합물에는 중합개시 제를 투입하고 필요할 경우 추가의 유기용매, 예를 돌면, 를루엔,자일렌, 노말핵산, 사이클로핵산 둥을 투입 할 수 있다.
[15] 입자형 태의 Li^Mn^C^등의 금속복합산화물은 단량체 흔합용액에 완전히 흔합될 수 있도록 강하게 교반하고 초음파를 이용해 추가적으로 교반할 수 있다.
[16] 중합한 현탁중합체는 스프레 이건조 둥의 건조방법을 통하여 건조하고,
200~400도의 온도에서 1~10시간 정도 소성하여 마이크로 사이즈의
마이크로스피 어를 제조한다. 통상의 마이크로스피어 의 크기는
20-1000마이크론의 크기를 가지는 것이 좋다.
[17] 상기 에서 제조한 마이크로스피어는 해수 둥의 매체로부터 유가금속이은을 흡착하기 위하여 염산이나 황산 등의 무기산용액으로 처 리하여 이온교환하여 매체 내에 존재하는 유가금속과 이온교환될 수 있도록 산처 리 함으로써 본 발명 에서 목적으로 하는 흡착볼 (adsorptive ball)을 제조한다.
[18] 따라서 본 발명은 상기와 같이 해수에 용해되어 있는 유가금속을 흡착하여
회수하고 이를 본 발명의 유동형 연속 탈염장치 (Flow through-Continuous deionization; FT-CDI)를 이용한 모들 및 이를 이용한 흡착제 관통형 연속 탈염장치 에 사용하는 흡착볼 (Microsphere)의 제조방법에 관한 것이 다.
[19] 또한 본 발명은 상기 의 흡착볼을 이용하여 유가금속이온을 흡착하고 이를
FT-CDI 장치를 이용하여 탈착함으로서 , 고농도로 유가금속을 회수하는 장치를 제공하는 것이다.
[20] 본 발명은 흡착볼을 이용하여 유가금속을 흡착하고 이를 CDI셀을 가지는
연속모듈 내로 통과시 킴으로서 즉, CDI의 전극에 전압을 인가하여,상기 전극이 극성을 띄 게 하여 흡착볼의 내에 흡착된 이온성 물질을 전극 표면에 흡착시 켜 회수하는 장치를 제공하는 것이다. CDI 장치에 있어서 양극 및 음극의 두 전극 사이로 용존 이온을 함유하는 고농도의 유가금속이온을 함유하는 흡착볼을 연속적으로 통과시 킬 경우에는 흡착볼의 흡착된 이온이 음이온 성분은 양극에 , 양이온 성분은 음극에 흡착되어 농축되며,두 전극을 단락시 키는 등의 방법으로 역방향으로 전류가 흐르도록 하면 상기 농축된 이온들이 상기 각 전극으로부터 탈착된게 하여 유가금속 이온을 회수하게 되는 장치 이다.
[21] 도 6은 본 발명 의 FT-CDI 장치 의 모들을 나타낸 것이다. 이를 설명하면 다음과 같다. 먼저 전극 (C,K)으로서 예를 들면 Ή에 Pt를 도금한 전극을 CDI의 전극으로 사용하여 본 발명 에서 제조한 이온흡착볼을 비드공급로를 가지는
비드공급유닛 (G)의 금속이온흡착비드의 유입부를 통하여 유입 되고 이를 통과하여 양단에 설치된 전극에 의해 양이은과 음이온이 분리 되도록 한다. 이어서 비드공급유닛올 통과하는 금속이온흡착비드는 일부 이온이 탈착된 채로 다시 하부의 유출부를 통하여 유출하게 되고,유출된 것은 반복하여 인접 한 또 다른 FT-CDI장치를 통과하거나 또는 동일한 FT-CDI 반복 순환되 어 흡착된 유가금속이온을 회수하게 된다.
[22] 이 러 한 작동을 하는 것은,본 발명 의 FT-CDI 의 비드공급유닛 (G)의 각각의 측면에서는 이온분리막 (Ε,Ι)를 구비하여 음극측에는 양이온분리 막을
양극측에는 음이온분리막을 가장자리 주변을 기스켓 (F,H)을 매개로 하여 적층되어 결합되도록 하고,분리 막들은 다시 개스켓 (D,J)를 매개로하여 전극과 적층되어 결합되도록 한다. 이어서 전극들은 다시 개스켓 (B,L)을 매개로 하여 케이스 (Α,Μ)에 의해 채결 결합되어 FT-CDI 모들을 형성하게 된다. 따라서 본 발명 에서는 이 러 한 FT-CDI모들 내로 유기금속이 흡착된 흡착볼을 가지는 해수 등의 매개물을 연속적으로 통과시 킴으로써 , 유가금속이 전극으로 석출되어 회수하게 된다. 본 발명 에 따른 FT-CDI에서 흡착볼을 포함하는 유체를 재순환하는 핍프나 관로 등은 별도로 표시하지 않는다.
발명의 효과
[23] 기존의 CDI장치에 의 해서는 해수 등의 매질에 함유되어 있는 유가금속을 고농도로 농축시겨 회수하지 못하였지 만,본 발명 의 유가금속회수 흡착볼을 이용하여 이를 장시간 해수 등에 노출시키 거나 인위 적으로 해수를 환류시켜 유가금속을 고농도로 흡착볼에 흡착한 경우,이를 회수하여 FT-CDI모들내로 흡착볼을 연속적으로 통과시키는 경우,저 비용으로 고농도의 유가금속이온을 회수할 수 있다.
도면의 간단한 설명
[24] 도 1은 본 발명의 실시 예 1의 흡착볼의 전자현미 경사진이다.
[25] 도 2는 실시 예 1의 흡착볼의 X-선 회 절 패턴 분석 그래프이다.
[26] 도 3은 실시 예 1의 리튬이온 흡착량을 나타낸 그래프이다.
[27] 도 4는 실시 예 2에 따른 리튬이온 흡착량을 나타낸 그래프이다.
[28] 도 5. 실시 예 1에 따른 리튬이온 회수량을 나타낸 그래프이다.
[29] 도 6. 본 발명의 FT-CDI 모들을 도식화한 것이 다.
발명의 실시를 위한 최선의 형 태
[30] 이상 첨부된 도면 등을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명하였으나, 본 발명 이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 게 있어 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적 인 형 태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예 및 도면들은 모든 면에서 예시 적 인 것이며 한정 적 이 것이 아니 다.
[31]
[32] [실시 예 1]
[33] 흡착봄의 제조
[34] 구상의 리튬 이온 흡착제를 제조하기 위해 하기 표 1과 같이 styrene과 divinyl benzene은 NaOH를 이용해 수분을 제거하고, 리륨이온올 가지는
복합금속산화물로 Li^Mn^ ^를 (평균입 경 60nm) 층분히 분산시켜 준비하였다. 증류수에 상기 스티 렌단량체 질량 대비 의 0.1% 폴리 비 닐알콜 (Polyvinyl alcohol), 99%검화도)을 넣어 80°C의 온도에서 층분히 흔합되도록 교반하였다. 준비된 상기 단량체 흔합용액에 단량체 질량대비 0.1% benzoyl peroxide과 10% toluene 을 흔합하였다. 입자형 태의 Li^Mn^C^는 monomer 흔합용액에 완전히 흔합될 수 있도록 강하게 교반하고 추가적으로 초음파를 이용해 30분간 분산시 켰다. Li ^Mn^C^가 첨가된 styrene과 divinyl benzene이 혼합된 용액을 증류수 용액에 천천히 적하시 키면서 강력하게 교반하여 현탁중합을 진행하였다.
[35] 구상의 리튬 이온 흡착제를 제조하기 위 한 현탁중합의 조건은 표 1에
나타내었다. 원활한 중합을 진행하기 위해 80 C를 유지하고 6시간 반웅을 진행하였다. 수득한 합성물은 80°C의 오븐에서 12시 간 동안 서서 히 건조하였다. 미 반웅 물질과 수분을 완전히 제거하기 위해 전기로에서 300 의 온도로 2시간 소성하였다. '
[36]
[37] 표 1
[Table 1]
Figure imgf000007_0001
[38] 이어서,상기 제조된 마이크로스피어 구상의 흡착제를 완전히 소성하기 위하여 하기 표 2의 조건으로 소성하여 소성된 흡착볼를 제조하였다.
[39]
[40] 표 2
[Table 2]
Figure imgf000007_0002
상기 에서 수득한 구상 흡착볼의 표면 구조를 전자주사현미 경 (Cold type Field Emission Scanning Electron Microscope)을 통하여 관찰한 사진이 도 1에
나타내었다. 도 1에서 도시 한 바와 같이,상기 실시 예 1 에서 수득한 최종 결과물은 400μιη의 크기를 갖는 구상의 형 태를 지 니고 있어 넓은 표면적을 갖기 때문에 분말흡착제의 흡착효율에 비해 저하되지 않는 흡착볼이 제조되었음을 확인할 수 있다.
[42] 상기 에서 수득한 구상 흡착볼의 결정 구조를 X-선 회절 패턴 (Multipurpose
X-ray Diffractometer)을 통하여 결정구조를 측정하였다. 상기 X-선 회 절 패턴 분석은 10~90 의 2Θ의 범위 에서 실시하여,그 결과를 도 2에 나타내었다. 이 와 같이 제조된 구상 리튬 이온 흡착제의 결정구조를 도 2에서와 같이 X-선 회 절 패턴 분석을 실시 한 결과 spinel 결정구조의 회 절 패턴이 나타났다.
[43] 구상 흡착븀의 활성화 (이은교환)
[44] 이 어서,상기 에서 수득한 구상 흡착볼을 활성화 하기 위하여 산처 리 하였다. 산처 리는 0.1몰의 HC1 용액 500 ml 에서 100 rpm의 속도로 교반 하는 상태로 24시간 동안 진행하였다. 1회 활성화한 구상 흡착제는 60°C 오본에서 4시간 건조한 후 0.1몰의 HC1 용액 500 ml 에서 1회 반웅과 같은 속도로 교반하며
24시간동안 2차 활성화 하였다. 2회 활성화한 구상 흡착체는 전과 마찬가지로 60°C 오본에서 4시간 건조하고 이어서 다시 0.1몰의 HC1 용액 500 ml 을 이용하여 3회 리튬 이온의 탈착과정을 통하여 구상 흡착볼을 활성화 하였다.
[45] 활성화하 구상 흡착봄의 흡착성능 펴가
[46] 상기에서 제조한 활성화한 구상 흡착볼의 흡착성능을 확인하기 위하여
상기에서 제조된 구상 리튬 이온 흡착제의 흡착 효율을 측정하였다.
[47] 리튬 흡착성능을 측정하기 위하여 리튬 단일 용액은 LiCl 1.234 mg 을 1 L의
증류수에 녹여 0.2 ppm의 농도로 제조하였다. 제조된 리튬 단일용액 100 ml 에 리튬 흡착제의 양을 다르게 하여 (lg, 2g, 3,g) 제조된 이온 흡착볼을 100 rpm의 속도로 교반해 주면서 120 시간동안 리튬의 흡착을 진행 하였다. 리튬 흡착의 성능측정을 위 해 0시간, 1시 간, 2시간, 3시간, 4시간, 5시간, 10시간, 24시간, 48시간, 72시간, 96시간, 120시간 간격으로 시료를 분취하여 ICP 분석을 통해 흡착된 리튬의 양을 구하였다. 리튬 단일 용액 (Li 0.2 ppm)에서 리튬 흡착량을 측정 한 결과를 도 3에 나타내었다. 도 3에서와 같이 리튬 흡착제의 양이 많이 첨가된 리튬 이온 흡착볼일 수톡 리튬의 흡착능이 증가하는 것을 확인 할 수 있었다. 특히 3 g 의 리튬 흡착제를 첨가하여 제조한 구상 리튬이온 흡착볼의 경우 흡착볼 1 g 당 최 대 0.16 ppm의 흡착량을 갖는 것을 확인 할 수 있었다.
[48]
[49] ^시 예 2
[50] 상기 실시 예에서 제조한 활성화한 구상흡착볼을 이용하여 인공해수 (Li 2.0 ppm, In HO-! ppm, Co 310 1 ppm, Na 1.1107 ppm, Mg 1.3106ppm, Ca 4.2105ppm)에서 리륨 흡착량을 측정하였다. 리튬 흡착성능을 측정하기 위하여 인공해수는 인공해수염 (Marine reef salt) 3.64 g 을 증류수 1 L에서 용해시켜 제조하였다. 제조된 인공해수 100 ml 에 리튬 이온 흡착볼 l g 을 넣고 100 rpm의 속도로 교반해 주면서 120 시간동안 리튬의 흡착을 진행 하였다.
[51] 리튬 흡착의 성능측정을 위해 0시간, 1시간, 2시간, 3시간, 4시간, 5시간, 10시간, 24시간, 48시간, 72시간, 96시간, 120시간간격으로시료를분취하여 ICP분석을 통해흡착된리튬의양을구하였다.인공해수 (Li 0.2 ppm)에서리튬흡착량을 측정한결과를도 4에나타내었다.도 4에서와같이리튬흡착제의양이많이 첨가된리튬이온흡착볼일수록리튬의흡착능이증가하는것을확인할수 있었다.리튬단일용액에서의흡착성능과같이 3 g의리륨흡착제를첨가하여 제조한구상리튬이온흡착볼이가장높은흡착성능을갖는것을확인하였다.3 g의흡착제를첨가하여제조된리튬이온흡착볼의경우흡착볼 lg당최대 0.15 ppm의흡착량을갖는것을확인할수있었다.
[52]
[53] 심시예 3.휴착봄음이용하 FT-CDI장치를이용하리톱이온의희수
[54] 상기에서리튬이온이흡착된실시예 1에서제조한구상활성화된흡착볼를 FT-CDI장치를이용하여탈착을진행한결과를도 5에나타내었다.구상리튬 이온흡착제의탈착성능을확인하기위하여도 6의 FT-CDI모들을구비한 흡착제관통형연속탈염장치로서전극은 Ti기판에 Pt를도금한전극을 사용하였으며,유속 40 ml/min,전압 5.0 V, 3일간의공정을변수로인공해수 (Li 2.0 ppm, In HO 'ppm, Co 310"1 ppm, Na 1.1107 ppm, Mg 1.3106ppm, Ca4.2105ppm) 2L에서 20g의흡착제를사용하여탈착량을측정하였다.도 5와같이구상리튬 이온흡착제의탈착능은리튬농도 0.2 ppm의인공해수에서흡착제 lg당리튬 0.14 ppm으로 90%이상의리륨회수율을확인할수있었다.
[55] 상기실시예에서수득한구상리튬이온흡착제의흡착능을측정결과로부터 확인할수있는바와같이,본발명에따른구상리튬이온흡착제는높은 흡착능을갖을뿐아니라,구상의비드형태를갖고있어취급이용이하여여러 형태의흡착시스템에적용하여리튬회수에대한효과적인소재로이용될수 있다.

Claims

청구범위
[청구항 1] 금속복합산화물입자를단량체흔합물에분산하여중합하여
마이크로스피어를제조하는단계;
상기마이크로스피어를건조하고소성하는단계;
상기소성한마이크로스피어를무기산용액으로이온교환하는 단계
상기이온교환된마이크로스피어를건조하는단계
를포함하여제조되는흡착볼의제조방법.
[청구항 2] 제 1항에있어서,
상기금속복합산화물이리튬이온함유금속복합산화물인 흡착볼의제조방법.
[청구항 3] 제 1항에있어서,
상기소성온도는 200-500C에서소성하는것을특징으로하는 흡착볼의제조방법.
[청구항 4] 금속복합산화물입자를단량체흔합물에분산하여중합한
마이크로스피어를건조하고,무기산으로이온교환하여흡착볼을 제조하는단계 ;
상기흡착볼을이용하여유가금속이온을흡착하는단계;및 상기유가금속이온이흡착된흡착볼을유동형연속탈염모들을 연속적으로통과시켜유가금속이온을회수하는단계;를포함하는 유동형연속탈염장치를이용한유가금속회수방법 .
[청구항 5] 제 4항에있어서,
상기유동형연속탈염모들은비드공급유닛,상기
비드고급유닛의분리막,전극을적층하여구비하되,상기 비드공급유닛은금속이온흡착비드를유입하는유입구및 유출구를가지는것을특징으로하는유동형연속탈염장치를 이용한유가금속회수방법 .
[청구항 6] 제 4항에 있어서,
상기유동형연속탈염모들은흡착볼을반복순환하여유동시키는 것을특징으로하는유동형연속탈염장치를이용한유가금속 회수방법.
[청구항 7] 제 4항에있어서,
상기유동형연속탈염모들은 2이상의모들이연속으로연결되어 유가금속이온을회수하는유동형연속탈염장치를이용한 유가금속회수방법 .
[청구항 8] 제 4항에있어서,
상기유동형연속탈염모들은비드공급유닛,상기 비드고급유 ^의분리막,전극을적층하여구비하되,상기
비드공급유닛은금속이온흡착비드를유입하는유입구및 유출구를가지며,상기.모들은흡착볼을연속순환하여
유동하거나 2이상의모들이연속으로연결되는모듈을포함하는 유동형연속탈염장치
[청구항 9] 제 8항에있어서,
상기비드공급유닛과분리막및전극사이에는가장자리를밀봉할 수있는개스킷이적층되어누출을방지하는유동형연속 탈염장치.
PCT/KR2011/010360 2011-12-28 2011-12-30 유가금속회수용흡착볼, 그의제조방법, 이를이용한 유동형 연속탈염장치 WO2013100236A1 (ko)

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KR10-2011-0145090 2011-12-28
KR1020110145090A KR101334703B1 (ko) 2011-12-28 2011-12-28 유가금속 회수용 흡착볼, 그의 제조방법, 이를 이용한 유동형 연속 탈염장치

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