KR101919150B1 - 중금속을 포함한 오염물질 제거 및 막오염 방지가 가능한 이중기능성 흡착제 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 중금속을 포함한 오염물질 제거 및 막오염 방지가 가능한 이중기능성 흡착제 조성물에 관한 것으로서, 상세하게는 활성탄소, 탄소나노튜브, 그래핀 산화물, 제올라이트, 실리카겔, 실리카-알루미나계 및 실리카-타이타늄계로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 중금속을 포함한 오염물질 제거용 흡착제; 및 산화철, 산화알루미늄 및 산화티타늄으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 금속 산화물을 포함하는 막오염 방지용 흡착제;를 포함하는, 중금속을 포함한 오염물질 제거 및 막오염 방지가 가능한 이중기능성 흡착제 조성물에 관한 것이다.

Description

중금속을 포함한 오염물질 제거 및 막오염 방지가 가능한 이중기능성 흡착제 조성물{double functional adsorption material for removing contaminants including heavy metals and preventing membrane fouling}
본 발명은 중금속을 포함한 오염물질 제거 및 막오염 방지가 가능한 이중기능성 흡착제 조성물에 관한 것으로서, 상세하게는 중금속을 포함한 오염물질 제거용 흡착제 및 막오염 방지용 흡착제를 포함함으로써, 분리막에 의한 수처리에 있어서, 폐수 중 중금속을 포함한 오염물질 흡착·제거는 물론이고 이와 함께 막오염을 방지할 수 있는 것을 특징으로 하는, 중금속을 포함한 오염물질 제거 및 막오염 방지가 가능한 이중기능성 흡착제 조성물에 관한 것이다.
원자력발전소의 저준위 액체 방사성폐기물의 대부분은 60Co, 90Sr, 137Cs와 같은 중·장반감기 핵종으로 이루어지고, 상기 저준위 액체 방사성폐기물은, 방사능 세기는 낮지만 방사성 폐기물의 85% 이상을 차지한다.
또한, 상기 액체 방사성 폐기물의 상당량은, 방사능에 오염된 기기의 제염, 방사선 작업시 오염된 옷의 세탁 그리고 방사선 작업자의 샤워 등에 의한 세탁배수계통에서 발생됨에 따라 상기 폐기물에는 계면활성제, 방사성 물질 그리고 현탁 및 용존 고형물등을 포함하게 된다.
이러한 원자력발전소의 액체 방사성 폐기물은 이온교환수지, 정밀 또는 한외여과막, 역삼투막, 열처리법, 추출법 등을 이용한 단일공정에 의해 처리되었다. 그러나, 상기 단일공정만으로는 다양한 물리적 화학적 성상을 지닌 방사성 폐액을 처리하는데는 한계가 있어, 혼성 시스템 및 상기 방사성 폐기물 중 선택적으로 중·장반감기 핵종인 60Co, 90Sr, 137Cs를 흡착할 수 있는 흡착제 자체에 대한 연구가 진행되고 있다.
이에 따라, 여과막에 착화제로서 수용성 고분자를 포함하여, Cs 및 Co 이온을 포함한 금속이온과 결합함으로써 방사성 핵종을 제거할 수 있도록 한다. 그러나 상기 착화제로서 이용된 고분자를 회수 및 재생하는 데 어려움이 있고, 상기 고분자에 의한 심각한 막 오염이 발생하는 문제가 있다.
또한, 상기 여과막에 흡착제로서 고분자, 다공성 금속 산화물, 고분자 수지 및 생체흡착제 등 다양한 흡착제가 연구되고 있으나 상기 흡착제는 K+, Na+, Ca2+ 및 Ma2+와 같은 바탕금속 이온에 의하여 방사성 핵종인 Cs, Sr 및 Co 이온에 대한 선택적 흡착성이 저하되거나 또는 상기 방사성 핵종에 대해서는 우수한 선택적 흡착성을 나타내나 상기 여과막에 오염물질을 발생시킴에 따라 상기 방사성 핵종 제거 효율을 저하시키는 문제점이 있다.
이에, 본 발명자들은 상기와 같은 점에 착안하여, 중금속을 포함한 오염물질 제거용 흡착제 및 막오염 방지용 흡착제를 포함함으로써, 방사성 폐기물은 물론이고 일반적인 폐수에 대한 분리막에 의한 수 처리 공정에 있어서 중금속을 포함한 오염물질 흡착 및 제거는 물론이고 이와 함께 막오염을 방지할 수 있도록 하는 이중기능성 흡착제를 개발하고 본 발명을 완성하였다.
따라서 본 발명은 중금속을 포함한 오염물질 제거 및 막오염 방지가 가능한 이중기능성 흡착제 조성물를 제공하는 것을 그 해결과제로 한다.
상기 본 발명의 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면,
활성탄소, 탄소나노튜브, 그래핀 산화물, 제올라이트, 실리카겔, 실리카-알루미나계 및 실리카-타이타늄계로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 중금속을 포함한 오염물질 제거용 흡착제; 및
산화철, 산화알루미늄 및 산화티타늄으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 금속 산화물을 포함하는 막오염 방지용 흡착제;를 포함하는, 중금속을 포함한 오염물질 제거 및 막오염 방지가 가능한 이중기능성 흡착제 조성물을 제공한다.
본 발명은 중금속을 포함한 오염물질 제거용 흡착제 및 막오염 방지용 흡착제를 포함하는 중금속을 포함한 오염물질 및 막오염 방지가 가능한 이중기능성 흡착제 조성물임에 따라, 분리막을 이용한 수처리 공정에 상기 이중기능성 흡착제 조성물을 투입함으로써, 상기 수중에 존재하는 유기물을 비롯한 중금속을 선택적으로 흡착하여 제거할 수 있음은 물론이고, 상기 막에 케이크층이 형성되어 오염되는 것을 방지할 수 있다.
특히, 본 발명은 상기 이중기능성 흡착제 조성물에 있어서, 상기 중금속을 포함한 오염물질 제거용 흡착제로는 실리코타이타네이트(crystalline silicotitanate, CST)를 이용하고, 상기 실리코타이타네이트에 혼합되는 막오염 방지용 흡착제로는 페리하이드라이트(ferrihydrite, FH)를 포함함으로써, Cs, Sr 및 Co에 대한 높은 선택적 흡착 및 제거를 나타냄과 동시에, 상기 CST에 FH가 소량 혼합됨에도 불구하고 우수한 막 오염 방지 기능을 나타낼 수 있다.
이에 따라, 본 발명에 의한 이중기능성 흡착제 조성물을 막을 이용한 수처리 공정에 이용함으로써, 중금속을 포함한 오염물질을 흡착하여 용이하게 제거할 수 있음은 물론이고 이용되는 막의 오염을 방지함에 따라 막 손실을 방지하여 수처리 공정 효율을 증대시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 이중기능성 흡착제 조성물을 이용하는 분리막 흡착기를 모식화하여 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라, 중금속을 포함한 오염물질 제거용 흡착제 또는 막오염 방지용 흡착제만을 포함하는, 단일 흡착제 및 흡착제를 포함하지 않은 경우에 대한 (a) Co 및 (b) Sr의 제거율을 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라, 중금속을 포함한 오염물질 제거용 흡착제 또는 막오염 방지용 흡착제만을 포함하는 단일 흡착제와, 흡착제를 미포함한 경우에 대한 막간차압(transmembrane pressure, TMP)을 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라, 중금속을 포함한 오염물질 제거용 흡착제인 실리코타이타네이트(crystalline silicotitanate, CST) 및 막오염 방지용 흡착제인 페리하이드라이트(ferrihydrite, FH)를 함량을 달리하여 포함하는 이중기능성 흡착제에 대한 Co, Sr 및 Cs의 제거율을 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라, 중금속을 포함한 오염물질 제거용 흡착제인 실리코타이타네이트(crystalline silicotitanate, CST) 및 막오염 방지용 흡착제인 페리하이드라이트(ferrihydrite, FH)를 함량을 달리하여 포함하는 이중기능성 흡착제에 대한 막간차압(transmembrane pressure, TMP)을 나타낸 그래프이다.
이하, 본 발명에 대하여 보다 상세히 설명한다.
본 발명의 일 측면에 따르면,
활성탄소, 탄소나노튜브, 그래핀 산화물, 제올라이트, 실리카겔, 실리카-알루미나계 및 실리카-타이타늄계로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 중금속을 포함한 오염물질 제거용 흡착제; 및
산화철, 산화알루미늄 및 산화티타늄으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 금속 산화물을 포함하는 막오염 방지용 흡착제;를 포함하는, 중금속을 포함한 오염물질 제거 및 막오염 방지가 가능한 이중기능성 흡착제 조성물을 제공한다.
본 발명은 중금속을 포함한 오염물질 제거용 흡착제 및 막오염 방지용 흡착제를 포함함으로써, 분리막에 의한 수처리에 있어서, 폐수 중 중금속을 포함한 오염물질 흡착·제거는 물론이고 이와 함께 막오염을 방지할 수 있는 것을 특징으로 하는, 중금속을 포함한 오염물질 제거 및 막오염 방지가 가능한 이중기능성 흡착제 조성물에 관한 것이다.
본 발명에 있어서, 상기 중금속을 포함한 오염물질 제거용 흡착제는 다공성 물질로서, 폐수에 투입됨으로써, 방사성 금속을 포함한 중금속을 선택적으로 흡착함 및 제거함은 물론이고 유기 오염물질에 대해서도 흡착하여 제거할 수 있는 흡착제이다.
상세하게는, 상기 중금속을 포함한 오염물질 제거용 흡착제는, 활성탄소, 탄소나노튜브, 그래핀 산화물, 제올라이트, 실리카겔, 실리카-알루미나계 및 실리카-타이타늄계로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 활성탄소는 균일한 세공경을 갖는 분자체 활성탄소(CMS) 및 활성탄소섬유(ACF)인 것이 바람직하다.
또한, 상기 실리카-타이타늄계로 이루어진 중금속을 포함한 오염물질 제거용 흡착제는 실리코타이타네이트(crystalline silicotitanate, CST)인 것이 바람직하다.
상기 실리코타이타네이트는 배경 금속 이온으로 Na+, K+, Ca2+ 및 Mg2+가 존재하는 경우에도 방사성 핵종인 코발트(Co), 스트론튬(Sr) 및 세슘(Cs)에 대한 높은 선택적 흡착성을 나타냄에 따라 상기 방사성 금속인 Co, Cs 및 Sr를 효과적으로 제거할 수 있다. 또한, 상기 실리코타이타네이트는 상기 방사성 금속 흡착에 있어서, 실리코타이타네이트에 결합되어 있는 Na+이온이 떨어져 나가면서 상기 방사성 금속 이온과 결합을 형성하는, 이온 교환에 의한 선택적 흡착 및 제거를 나타내는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 실리코타이타네이트는 pH 변화에 관계없이 상기 방사성 금속을 포함하는 중금속에 대한 높은 선택적 제거율을 나타내는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 막오염 방지용 흡착제는 분리막을 이용한 수처리 공정에 투입됨으로써, 막 표면에 형성되는 케이크 층의 치밀도를 감소시켜 막 오염을 방지하도록 하는 흡착제이다.
상세하게는 상기 막오염 방지용 흡착제는 산화철, 산화알루미늄 및 산화티타늄으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 금속 산화물이고, 보다 상세하게는 상기 산화철은, 페리하이드라이트(ferrihydrite), 헤마타이트(hematite), 마그네타이트(maghematite), 고에타이트(goethite), 레피도크로사이트(lepidocrocite) 및 아카가네이트(akaganeite)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 산화철인 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 산화철은 페리하이드라이트인 것을 특징으로 한다.
상기 페리하이드라이트는 분리막을 이용한 수처리 공정에 투입될 때, Co와 같은 일부 중금속에 대해 선택적 흡착성을 나타내나 중금속의 종류에 따라 흡착성을 나타내지 않는 경우가 많으므로 중금속 흡착 및 제거를 위한 흡착제로 이용하는 것에는 한계가 있다. 반면, 상기 분리막을 이용한 수처리 공정에서, 상기 페리하이드라이트는 넓은 비표면적에 상기 중금속을 부착함으로써, 상기 부착된 중금속 이온 사이에 발생되는 반발력에 의해 상기 페리하이드라이트 입자 간 간격이 넓어져 케이크층의 치밀도를 낮출 수 있다. 즉, 상기 페리하이드라이트를 포함하는 막 오염 방지용 흡착제는 막에 형성되는 케이크층의 치밀도를 저하시킴으로써 막 오염을 방지할 수 있고 이에 따라, 상기 막오염 방지용 흡착제는 막간차압(transmembrane pressure, TMP)을 시간당 0.001~0.05kPa 범위로 유지할 수 있는 것이다.
상기와 같이, 중금속을 포함한 오염물질 제거용 흡착제는 유기물을 비롯하여 중금속을 선택적으로 흡착 및 제거할 수 있고, 막오염 방지용 흡착제는 막에 형성되는 케이크 층의 치밀도를 감소시킴으로써 막오염을 방지하는 것을 특징으로 하고 있으나, 상기 중금속을 포함한 오염물질 제거용 흡착제는 분리막을 이용한 수 처리 공정에 투입될 경우, 분리막에 케이크층이 조밀하게 형성되도록 하여 막 오염을 유발할 수 있고, 상기 막오염 방지용 흡착제는 중금속을 용이하게 선택적으로 흡착할 수 없는 문제점을 안고 있다.
따라서 본 발명, 이중기능성 흡착제 조성물은 상기 중금속을 포함한 오염물질 제거용 흡착제 및 상기 중금속을 포함한 오염물질 제거용 흡착제에 혼합된 상기 막오염 방지용 흡착제를 포함함으로써, 분리막을 이용한 수 처리 공정에 있어서 유기물을 비롯한 중금속을 선택적으로 흡착 및 제거할 수 있음과 함께 막오염을 방지하여 효율적으로 폐수를 처리할 수 있는 것이다.
이때, 상기 중금속은 코발트(Co), 스트론튬(Sr) 또는 세슘(Cs)인 것을 특징으로 한다.
상기 이중기능성 흡착제 조성물은, 상기 중금속을 포함한 오염물질 제거용 흡착제 및 막오염 방지용 흡착제의 함량에 의해 중금속 흡착 및 막오염 방지 효율이 변화된다.
바람직하게는, 상기 이중기능성 흡착제 조성물은 상기 중금속을 포함한 오염물질 제거용 흡착제로 실리코타이타네이트 0.3g/L, 막오염 방지용 흡착제로 0.1~0.75g/L의 Fe를 함유하는 페리하이드라이트가 혼합되어 포함되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 이중기능성 흡착제 조성물은 유기물을 비롯한 중금속 제거 및 막오염 방지 기능을 갖는 상기 중금속을 포함한 오염물질 제거용 흡착제 및 이에 혼합된 막오염 방지용 흡착제를 포함하고 있음에 따라, 막 이용 수처리 공정용 흡착제로 바람직하다.
이하 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다.
이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명할 것이다.
<실시예>
원자력 발전소 모의 세탁폐액 제조
본 실시예를 위하여, 모의로 원자력 발전소 세탁폐액을 합성하였으며, 이의 화학조성 및 주요 특성은 하기 표 1에 나타내었다. 또한, 하기 표 1에 있어서, 비이온계면활성제(nonionic surfactant)로는 Tween 80(Sigma-Aldrich사)을 이용하였다.
Figure 112015042193638-pat00001
실리코타이타네이트(crystalline silicotitanate, CST) 제조
Sigma-Aldrich 사(미국)의 테트라에틸 올소실리케이트(tetraethyl orthosilicate) 1.12g과 Sigma-Aldrich사(미국)의 티타늄 이소프로폭사이드(titanium isopropoxide) 1.62g를 테프론 압력 반응기에서 혼합하여 혼합물을 제조한 다음, 상기 혼합물에 탈이온수 15mL와 Kanto Chemicals 사(일본)의 소디움 하이드록사이드(sodium hydroxide) 1.825g을 첨가한 후 30분간 교반하였다.
다음으로, 상기 교반된 용액이 담긴 상기 테프론 압력 반응기를 스테인레스 스틸 재질의 반응기에 넣고 밀봉하여 오븐에서 185℃로 84시간 동안 가열한 후, 실온에서 냉각시킨 다음 45㎛ 필터(Millipore, 미국)를 이용하여 용액을 여과함으로써 CST 입자를 수득하였다.
상기 수득된 CST 입자는 탈이온수로 한번 세척한 후, 순수 에탄올로 수회 세척하고, 마지막으로 탈이온수로 다시 세척한 다음 오븐에서 65℃로 24시간 동안 건조시킴으로써 최종적으로 CST를 제조하였다.
페리하이드라이트(ferrihydrite, FH) 제조
1.0M의 페릭 니트레이트(ferric nitrate) 용액을 2.0M의 소디움 하이드록사이드(sodium hydroxide) 용액을 이용하여 중화시킴으로써 침전물을 형성하고, 상기 형성된 침전물을 전해질이 제거될 때까지 수회 세척한 후, 4℃의 냉장고에 보관함으로써 FH를 수득하였다.
<시험예>
<시험예 1> 단일 흡착제의 중금속 제거 및 막 오염 방지 성능 시험
1-1 단일 흡착제를 포함한 경우의 중금속 제거율 시험
폐수에 있어서, 중금속을 포함한 오염물질 제거용 흡착제 또는 막오염 방지용 흡착제만을 포함하는, 단일 흡착제를 포함한 경우의 중금속 제거 효율을 알아보기 위하여, 상기 모의로 합성된 원자력 발전소 세탁폐액에 단일 흡착제로서 중금속을 포함한 오염물질 제거용 흡착제인 CST 0.3g/L와, 막오염 방지용 흡착제인 Fe를 1.5g/L 포함하는 FH 및 Fe를 3.0g/L를 포함하는 FH 를 각각 투입하고 상기 각각의 경우에 대한 Co 및 Sr에 대한 제거 효율을 측정하였다.
또한, 상기 단일 흡착제의 Co 및 Sr에 대한 제거 효율의 정도를 알아보기 위하여, 상기 세탁폐액에 흡착제를 투입하지 않은 경우에 대해서도 Co 및 Sr에 대한 제거 효율을 측정하였다.
도 2는 상기 중금속을 포함한 오염물질 제거용 흡착제 또는 막오염 방지용 흡착제만을 포함하는, 단일 흡착제 및 흡착제를 포함하지 않은 경우에 대한 Co 및 Sr에 대한 제거 효율을 나타낸 그래프이다.
이를 참고하면, 흡착제를 세탁폐액에 투입하지 않은 경우, Co 및 Sr 에 대한 제거 효율은 무시할 수 있을 정도로 거의 나타나지 않는 것을 알 수 있다.
반면, 단일 흡착제로서 CST 0.3g/L을 상기 세탁폐액에 투입한 경우, Co 및 Sr 모두에서 대한 우수한 제거효율을 나타내는 것을 확인할 수 있다.
또한, 단일 흡착제로서 FH를 Fe 함량을 달리하여 상기 세탁폐액에 투입한 경우, 상기 Fe 함량이 증가할수록 보다 더 우수한 Co에 대한 제거 효율을 나타내나, Sr의 제거에 있어서는 함량과 무관하게 흡착제를 미포함한 경우와 유사하게 나타남에 따라 FH는 Sr에 대한 선택적 흡착성을 나타내지 않음을 확인 할 수 있다.
1-2 단일 흡착제를 포함한 경우의 막오염 방지 시험
막을 이용한 수처리 공정에 있어서, 중금속을 포함한 오염물질 제거용 흡착제 또는 막오염 방지용 흡착제만을 포함하는, 단일 흡착제에 의한 막오염 정도를 알아보기 위하여, 도 1에 나타난 분리막 흡착기에 단일 흡착제로서 중금속을 포함한 오염물질 제거용 흡착제인 CST 0.3g/L와, 막오염 방지용 흡착제인 Fe를 1.5g/L 포함하는 FH 및 Fe를 3.0g/L를 포함하는 FH 를 각각 투입하고, 폐수로서 상기 모의로 합성된 원자력 발전소 세탁폐액을 이용함에 따른 막간차압(transmembrane pressure, TMP)을 측정하였다.
또한, 상기 단일 흡착제의 막 오염 방지 정도를 알아보기 위하여, 상기 세탁폐액에 흡착제를 투입하지 않은 경우에 대해서도 막간차압을 측정하였다.
도 3은 상기 단일 흡착제 및 흡착제를 포함하지 않은 경우에 대한 막간차압을 나타낸 그래프이다.
이를 참고하면, 흡착제를 세탁폐액에 투입하지 않은 경우, 막이 쉽게 오염 되고 시간이 경과함에 따라 오염의 정도가 심해져 막간차압이 시간이 경과함에 따라 약 14kPa까지 증가하는 것을 확인할 수 있다.
또한, 단일 흡착제로서 CST 0.3g/L을 상기 세탁폐액에 투입한 경우에도, 상기 흡착제를 투입하지 않은 경우와 유사하게 막 오염을 방지할 수 없음은 물론이고 시간이 경과함에 따라 오염의 정도가 심해져 막간차압이 시간의 경과와 함께 증가하는 것을 확인할 수 있다. 즉, CST는 막 오염 방지 기능을 나타내지 않는 것을 알 수 있다.
반면, 단일 흡착제로서 FH를 Fe 함량을 달리하여 상기 세탁폐액에 투입한 경우, 상기 Fe 함량이 소량인 경우에도 막 오염을 용이하게 방지함에 따라 막간차압이 낮게 유지됨을 확인할 수 있다. 즉, FH는 넓은 비표면적을 갖음에 따라 상기 세탁폐액의 주요 막 오염 물질로 작용되는 계면활성제인 Tween 80을 표면에 충분히 흡착할 수 있고, 상기 Tween 80상에는 상기 폐액 속의 중금속 이온이 결합됨에 따라 상기 금속 간 반발력이 발생되어, 막 표면에 형성되는 케이크 층의 조밀도를 감소시킴으로써 막오염을 방지하게 되는 것이다.
<시험예 2> 중금속을 포함한 오염물질 제거용 흡착제 및 막오염 방지용 흡착제를 모두 포함한 이중기능성 흡착제 조성물의 중금속 제거 및 막 오염 방지 성능 시험
2-1 중금속을 포함한 오염물질 제거용 흡착제 및 막오염 방지용 흡착제를 모두 포함한 이중기능성 흡착제 조성물의 중금속 제거율 시험
폐수에 있어서, 중금속을 포함한 오염물질 제거용 흡착제 및 막오염 방지용 흡착제를 혼합하여 모두 포함하는 이중기능성 흡착제 조성물의 중금속 제거 효율을 알아보기 위하여, 상기 모의로 합성된 원자력 발전소 세탁폐액에 중금속을 포함한 오염물질 제거용 흡착제인 CST 와 막오염 방지용 흡착제인 FH를 혼합한 이중기능성 흡착제 조성물을 투입하여, Co, Sr 및 Cs에 대한 제거율을 측정하였다.
단, 이때, 상기 이중기능성 흡착제 조성물의 CST 및 FH의 함량은 달리하여 상기 Co, Sr 및 Cs에 대한 제거율을 측정하였다.
도 4는 상기 이중기능성 흡착제 조성물(CST+FH)의 CST 및 FH에 대한 각각의 함량을 달리하여 Co, Sr 및 Cs의 제거율을 나타낸 그래프이다.
이를 참고하면, Co는 이중기능성 흡착제 조성물(CST+FH)에 있어서, CST 또는 FH가 소량 포함되어 혼합된 이중기능성 흡착제 조성물에 의해서도 선택적으로 흡착되어 용이하게 제거됨을 알 수 있다.
또한, Sr은 상기 도 2에서 확인할 수 있는 바와 같이 FH가 Sr에 대한 선택적 흡착성을 갖지 않음에 따라 FH함량은 상기 Sr 제거에 아무런 영향을 주지 않으며, CST 함량에 의존하는 것을 알 수 있다. 즉, CST 함량이 0.15g/L인 경우보다 CST가 0.3g/L인 경우 Sr 제거율이 향상되는 것이다.
또한, Cs는 CST 0.3g/L에 소량의 FH(0.15g/L의 Fe)가 혼합된 이중기능성 흡착제 조성물(CST+FH)에 의해서 선택적으로 흡착됨으로써, 99%이상 제거되고, 60시간 이상의 긴 시간동안 상기 제거율이 유지되는 것을 알 수 있다.
2-2 중금속을 포함한 오염물질 제거용 흡착제 및 막오염 방지용 흡착제를 모두 포함한 이중기능성 흡착제 조성물의 막오염 방지 시험
막을 이용한 수 처리 공정에 있어서, 중금속을 포함한 오염물질 제거용 흡착제 및 막오염 방지용 흡착제를 혼합하여 모두 포함하는 이중기능성 흡착제 조성물의 막오염 방지 정도를 알아보기 위하여, 도 1에 나타난 분리막 흡착기에 중금속을 포함한 오염물질 제거용 흡착제인 CST 및 막오염 방지용 흡착제인 FH를 혼합한 이중기능성 흡착제 조성물(CST+FH)을 투입하고, 폐수로서 상기 모의로 합성된 원자력 발전소 세탁폐액을 이용함에 따른 막간차압(transmembrane pressure, TMP)을 측정하였다.
단, 이때 상기 이중기능성 흡착제 조성물의 각 흡착제의 함량은 달리하여 막오염 방지 시험을 실시하였으며, 이를 도 5에 그래프로 나타내었다.
이를 참고하면, 0.15g/L의 CST와 FH(0.75g/L의 Fe)를 혼합한 이중기능성 흡착제 조성물과 0.3g/L CST와 FH(0.1g/L의 Fe)를 혼합한 이중기능성 흡착제 조성물은 비슷한 막간차압을 나타냄을 알 수 있다.
또한, 상기 이중기능성 흡착제 조성물에 의한 막간차압을 상기 도 3의 막오염 방지 기능을 갖지 않는 CST 단일 흡착제 0.3g/L를 이용한 경우의 막간차압과 비교하면, 상기 이중기능성 흡착제 조성물은 상기 CST 흡착제에 막오염 방지 기능을 갖는 FH 흡착제가 혼합되어 포함되어 있음에 따라 현저히 저하된 막간차압을 나타낼 수 있고, 이에 따라 상기 이중기능성 흡착제의 막오염 방지 효율이 현저히 향상됨을 알 수 있다.
더욱이, 상기 이중기능성 흡착제(CST+FH)는 막오염 방지 기능은 없으나 중금속 흡착 기능을 갖는 CST에 막오염 방지 흡착제인 FH를 소량(0.1g/L 및 0.75g/L의 Fe를 함유) 혼합하여 포함함으로써 6~8kPa의 낮은 막간차압을 나타내게 된다.
이를 도 3에서 막오염 방지 흡착제 FH만을 포함하고, 상기 FH가 1.5g/L 및 3.0g/L의 높은 함량의 Fe를 함유함에 따라, 6~8kPa의 낮은 막간차압을 나태내는 것과 비교하면, 상기 이중기능성 흡착제는 중금속 제거용 흡착제(CST) 및 막오염 방지용 흡착제(FH)를 혼합하여 모두 포함함으로써, 상기 막오염 방지용 흡착제의 함량을 감소시키면서도 보다 향상된 막오염 방지 효과를 나타냄을 알 수 있다.
상기와 같이, 본 발명은 중금속을 포함한 오염물질 제거용 흡착제 및 막오염 방지용 흡착제를 포함함으로써, 분리막에 의한 수처리에 있어서, 폐수 중 중금속을 포함한 오염물질 흡착·제거는 물론이고 이와 함께 막오염을 방지할 수 있는 것을 특징으로 하는, 중금속을 포함한 오염물질 제거 및 막오염 방지가 가능한 이중기능성 흡착제 조성물에 관한 것이다.

Claims (5)

  1. 폐수 1L를 기준으로 0.15g/L 내지 0.3g/L의 실리카-타이타늄계로 이루어지는 오염물질 제거용 흡착제; 및
    폐수 1L를 기준으로 0.1g/L 내지 0.75g/L의 Fe를 함유하는 산화철로 이루어지는 막오염 방지용 흡착제;를 포함하며,
    코발트(Co), 스트론튬(Sr) 또는 세슘(Cs)을 포함하는 오염물질에 대해 80% 이상의 제거율을 나타내는 것을 특징으로 하는, 오염물질 제거 및 막오염 방지가 가능한 이중기능성 흡착제 조성물.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 이중기능성 흡착제 조성물은 막 이용 수처리 공정용 흡착제인 것을 특징으로 하는, 중금속을 포함한 오염물질 제거 및 막오염 방지가 가능한 이중기능성 흡착제 조성물.

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