KR100380548B1 - 나노미터 수준의 철이 부착된 제올라이트를 포함하는반응벽체를 이용한 오염물의 정화방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 나노미터 수준의 철이 내부에 부착된 제올라이트를 이용한 오염물의 정화방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 반응물질로서 나노미터 수준의 철이 부착된 제올라이트를 포함하여 이루어지는 반응벽체를 만들고, 이를 오염물질이 통과하는 장소에 설치하는 단계; 오염물질을 상기 반응벽체를 통과시켜 오염성분을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면 종래 철을 포함하는 반응벽체를 이용하여 제거할 수 있었던 유기염화물과 종래 제올라이트를 오염물에 직접 투여하여 제거할 수 있었던 영양염류, 중금속 등을 단일 반응벽체를 이용하여 오염물로부터 제거할 수 있게 된다.
Description
본 발명은 반응벽체를 이용한 오염물의 정화방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 반응벽체를 오염물이 존재하는 지반에 설치하여 지하수 오염대
(contaminant plume)의 수리학적 흐름을 이용하여 반응매질(reactive media)과 오염물질 사이의 화학적 반응을 유도하여 오염 성분을 제거하는 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 상기 반응매질로서 나노미터 수준의 철이 부착된 제올라이트를 포함하는 반응벽체를 사용함으로써 철가루에 의한 유기염화물의 제거와 제올라이트에 의한 중금속 및 영양염류의 제거를 단일벽체 시스템에서 행할 수 있는 반응벽체 방법에 관한 것이다. 본 발명은 환경산업 중 특히, 지반환경 산업에 관련되는 것으로서 예를 들면, 지하 저유시설, 반도체 공장, 공단 밀집지역, 석유화학 단지, 변전시설 등의 산업시설 및 군사시설에 적용 가능한 방법이다.
종래의 오염된 지하수를 정화하기 위한 반응벽체 방법은 반응매질로서 철가루를 이용하고 있었다. 미국특허 제5,575,927호에서는 반응매질로서 철과 황화철(ferrous sulfide)을 상대적인 양으로 조합하여 사용하는 경우, 철이나 황화철(ferrous sulfide)을 단독으로 사용하는 경우 보다 더 빠르게 할로게네이티드 하이드로카본(halogenated hydrocarbon)을 환원시킬 수 있는 방법을 개시하고 있다.또한, 미국특허 제5,543,059호에서는, 반응매질로서 철 입자의 크기별로 구분된 최소한 3영역(zone)으로 이루어지는 층이 진 철 벽 또는 칼럼(iron wall or column)에 할로게네이티드 하이드로카본(halogenated hydrocarbon)을 포함하는 오염물을 통과시켜 이를 정화하는 방법을 개시하고 있다.
상기와 같은 종래 기술에서 영가철에 의한 오염물질의 제거 기작은 다음과 같은 것으로 밝혀졌다.
즉, 영가철로 존재하는 철(Fe0)은 산화를 일으키며 산화환원쌍(redox couple)을 형성한다. 이는 영가 금속이 전자를 잃으며 양이온 형태로 존재하려는 경향에 의하여 자발적 산화에 의해 발생하는 부식반응과 유사하다. 철의 경우 산화환원전위는 -0.44V이다.
Fe0↔ Fe2++ 2e- 식(1)
도 1은 PCE(C2Cl4, tetrachloroethylene)의 탈염소화 과정과 표준환원전위를 도식화한 도면이다. 도 1에 있어서 B에서 A로 갈 수록 탈염반응은 점점 느려지게 된다. 그리고, C 지점은 산화상태가 가장 높은 지점을 나타내고 D 지점은 산화상태가 가장 낮은 지점을 나타낸다. 도 1에서 예측할 수 있는 바와 같이, 염화유기화합물과 반응 가능한 주요 환원제는 Fe0, Fe2+, H2이다. 부식반응의 경우로는 Fe0로부터 표면에 흡착된 염화 알킬로의 직접적인 전자교환에 의한 것(식(2))이 주종을 이루나, 이외에도 부식반응으로 생성된 Fe2+의 탈염소화(식(3)), H2에 의한 탈염소화(식(4)) 또는 H2O에 의한 Fe의 작용 등이 있다. 이들 환원제에 의한 알킬 할라이드(alkyl halide: RX)의 탈염과정은 다음식과 같이 나타낼 수 있다.
Fe0+ RX + H+↔ Fe2++ RH + X-식(2)
2Fe2++ RX + H+↔ 2Fe3++ RH + X-식(3)
H2+ RX ↔ RH + H++ X-식(4)
도 2는 영가철의 부식에 따른 전자교환에 의한 염화유기물의 환원적 탈염소화를 도식화한 도면이다. 도 2A는 영가철 표면에서 직접적으로 발생하는 영가철에 의한 염화유기화합물의 환원반응을 도식화한 도면이고, 도 2B는 철이온(ferrous ion)에 의해 간접적으로 일어나는 염화유기화합물의 환원반응을, 도 2C는 촉매존재하에서 H2에 의한 염화유기화합물의 환원반응에서의 영가철의 역할을 도식화한 도면이다.
한편, 제올라이트는 이온교환 작용에 의하여 암모니아성 질소 등의 영양염류와 카드뮴, 납, 구리, 아연 등의 중금속을 오염물로부터 제거할 수 있는 것으로 알려져 있었다. 여기에서 이온교환이란 액상에 존재하는 전하를 가지는 이온이 고체상에 존재하는 같은 전하를 가지는 다른 이온과 선택적으로 교환되는 것을 의미한다. 이러한 교환반응에 의하여 특정 이온의 분리 및 제거가 가능하게 된다. 이온교환 반응은 화학양론적으로 이루어지며 교환이 이루어지는 고체의 기본구조에는 영향을 미치지 않는 특성이 있어 재생(regeneration)이 가능하다.
이온교환 기작은 액상의 특정 이온(NH4 +)과 고체상(Z)의 교환될 이온(Na+)으로만 구성된 이원계(binary system)라 가정하는 경우 제올라이트, 예를 들면 클리노프틸로라이트의 본체를 Z로 표시하면 Z내의 Na+이온과 수용액중의 NH4 +이온과의 교환반응은 다음과 같이 일어난다.
ZㆍNa++ NH4 += ZㆍNH4 ++ Na+(5)
이온교환은 제올라이트의 포어(pore)(도 3에 도시된 포어(30) 참조)라는 곳에서 발생하며 클리노프틸로라이트의 경우 포어 크기는 4Å인 것이 알려져 있었다.
상기와 같은 종래의 철가루를 이용한 반응벽체 방법에서는 과립형의 철가루를 별도의 처리를 하거나 다른 성분물질과 혼합하지 않고 그대로 사용하였으므로, 철가루가 가지고 있는 산화환원능(redox potential)의 한계로 인하여 대상오염물질이 PCE, TCE, DCE, VC, CT 등의 물질에 한정되며, PCBs 등과 같이 높은 산화환원능을 요하는 물질 및 다른 중금속, 영양염류의 제거에는 적용할 수 없었다는 문제점이 있었다. 또한, 상기 제올라이트는 일반적으로 수용액 속에 직접 첨가되는 방식으로 사용되어 왔으며, 제거할 수 있는 물질도 중금속, 영양염류 등에 한정된다는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 종래 철가루를 포함하는 반응벽체가 제거할 수 있는 유기염화화합물 뿐만 아니라 제올라이트가 제거할 수 있는 중금속, 영양염류 등을 동시에 제거할 수 있도록 하는 물질을 개발하여 벽체의 두께를 최소화하고 비중차이에 의해 발생할 수 있는 철과 제올라이트의 상분리를 해결하는 단일 물질로 충진된 반응벽체 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
도 1은 PCE의 탈염소화 과정과 표준환원전위를 도식화한 도면이고,
도 2A는 영가철 표면에서 직접적으로 발생하는 영가철에 의한 염화유기화합물의 환원반응을 도식화한 도면이고,
도 2B는 철이온(ferrous ion)에 의해 간접적으로 일어나는 염화유기화합물의 환원반응에서의 영가철의 역할을 도식화한 도면이고,
도 2C는 촉매 존재 하에서 H2에 의한 염화유기화합물의 환원반응에서의 영가철의 역할을 도식화한 도면이고,
도 3은 나노미터 수준의 철이 부착된 제올라이트의 구조를 도식적으로 나타낸 도면이고,
도 4는 실시예1A에 따른 나노미터 수준의 철이 부착된 제올라이트의 함량에 따른 투수계수의 변화를 나타낸 도면이고,
도 5는 실시예1에 따른 PCE의 농도가 100μM인 수용액 중 PCE의 농도변화를 나타낸 도면이고,
도 6는 실시예2에 따른 암모니아(NH4 +) 이온의 농도변화를 나타한 도면이다
본 발명의 나노미터 수준의 철이 부착된 제올라이트(ZanF)(zeolite anchored nanoscale Fe)를 이용한 오염물의 정화방법은 반응물질로서, 나노미터 수준의 철이 부착된 제올라이트를 포함하여 이루어지는 반응벽체를 만들고, 이를 오염물질이 통과하는 장소에 설치하는 단계; 오염물질을 상기 반응벽체를 통과시켜 오염성분을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 나노미터 수준의 철이 부착된 제올라이트에 있어서, 상기 제올라이트는 암모니아성 질소, 인 등의 영양염류와 카드뮴, 납, 구리, 아연 등의 중금속을 이온교환 기작에 의하여 제거할 수 있는 물질로서, 여기에는 천연 제올라이트의 일종인 클리노프틸로라이트(clinoptilolite)가 포함된다. 표 1에서 볼 수 있는 바와 같이 제올라이트의 주성분인 SiO2는 철이 제올라이트에 결합되도록 하여 Fe이 안착된 제올라이트의 형태를 가지도록 하는 작용기로서의 역할을 한다.
표 1. 클리노프틸로라이트의 화학 조성(%)
| 성분 | 함량(%) |
| SiO2 | 65∼68 |
| Al2O3 | 12∼15 |
| Fe2O3 | <1 |
| CaO | 4∼6 |
| MgO | 1∼2 |
| K2O | <1 |
| Na2O | <1 |
| L.O.I | 10∼12 |
상기 나노미터 수준의 철이 부착된 제올라이트는 다음의 단계를 포함하는 제조방법에 의하여 제조될 수 있다.
(i) 제올라이트를 증류수를 이용하여 3시간 동안 세척하는 단계;
(ii) 상기 (i)에서 세척된 제올라이트를 1N의 HNO3에 3일 정도 충분히 적신 후 탈기수로 세척하는 단계;
(iii) NaOH에 의하여 pH가 중화된 1.0M의 염화철(ferric chloride)(FeCl3ㆍ6H2O) 용액 1l에 상기 (ii)에서 탈기수로 세척된 제올라이트를 넣고 강하게 10시간 이상 교반하는 단계;
(iv) (iii)의 상징수를 조심스럽게 따라 버린 후 0.5mM의 NaCl 용액 1l를 부어넣고 24 시간 방치하는 단계;
(v) (iv)의 상징수를 조심스럽게 따라 버린 후 0.5mM의 NaCl 용액 1l를 부어넣고 24 시간 방치하는 것을 5회 반복하는 단계;
(vi) 얻어진 나노미터 수준의 철이 화학적으로 부착된 제올라이트를 건조시키는 단계.
또한, 상기 나노미터 수준의 철이 부착된 제올라이트는 다음의 단계를 포함하는 제조방법에 의하여 제조될 수 있다.
(i) 제올라이트를 증류수를 이용하여 3시간 동안 세척하는 단계;
(ii) 상기 (i)에서 세척된 제올라이트를 1.0M의 염화철(ferric chloride)(FeCl3ㆍ6H2O) 용액에 넣고, 2시간 동안 천천히 교반시키며 제올라이트의 내부 구조에 상기 염화철(ferric chloride)(FeCl3ㆍ6H2O) 용액이 충분히 스며들도록 하는 단계;
(iii) 상기 (ii)의 용액에 1.6M의 소듐 보로하이드라이드(NaBH4) 용액을 교반하면서 첨가시켜 제올라이트의 내부구조 중에 식(6)과 같은 Fe0의 침전이 발생하도록 유도하는 단계.
Fe(H2O)6 3-+ 3BH4-+ 3H2O → Fe0↓ + 3B(OH)3+ 10.5H2식(6)
상기와 같은 방법으로 침전된 나노미터 수준의 철은 제올라이트, 예를 들면 클리노프틸로라이트에 존재하는 옥사이드(oxide)와 강한 결합을 함으로써 FeO의 형태로 제올라이트의 내부 구조에 안착되게 된다. 도 3은 나노미터 수준의 철이 부착된 제올라이트의 구조를 도식적으로 나타낸 도면이다.
도 3에서 볼 수 있는 바와 같이 나노미터 수준의 철(20)은 제올라이트 구조의 외부에 존재하는 SiO2(10)와의 결합을 통하여 제올라이트에 부착되게 된다.
또한, 상기 나노미터 수준의 철이 부착된 제올라이트는 다음의 단계를 포함하는 제조방법에 의하여 제조될 수 있다.
(i) 제올라이트를 증류수를 이용하여 3시간 동안 세척하는 단계;
(ii) 제올라이트 2g을 0.5∼2M의 농도를 가지는 500ml의 페릭 나이트레이트(ferric nitrate)(Fe(NO3)3ㆍ9H2O) 용액에 함침시켜 24시간 동안 교반하는 단계;
(iii) 상기 (ii)의 상징수를 버리고 제올라이트를 탈이온화된 물(deionized water)로 세척하는 단계;
(iv) (ii)와 (iii)의 단계를 4회 반복하는 단계;
(v) (iv)의 제올라이트를 80℃에서 건조하는 단계;
(vi) (v)의제올라이트를 450℃에서 소성하는 단계.
본 발명에 적용될 수 있는 오염물질은 PCE(C2Cl4, tetrachloroethylene), TCE(C2HCl3, trichoroethylene), DCE(C2H2Cl2, dichloroethylene), VC(C2H3Cl, vinyl chloride), CT(CCl4, carbon tetrachloride), 트리클로로메탄(CHCl3:trichloromethane), 디클로로메탄(CH2Cl2:dichloromethane), 클로로메탄(CH3Cl: chloromethane), PCBs(polychlorinated biphenyls) 등의 유기화합물이 포함될 수 있으며, 이들은 영가철(Fe0)의 부식과정에서 발생되는 전자에 의하여 Cl-이온을 H+이온으로 대체시키는 환원적 탈염소화(reductive dehalgenation) 반응을 통하여 에탄(ethane)과 같은 무해물질로 변환된다.
상기 나노미터 수준의 철이 부착된 제올라이트를 포함하는 반응벽체의 설치는 백호(backhoes) 및 크렘셀(clamshells)를 사용하여 현장에서 도랑(trench)을 파고 그 도랑안에 설치한다. 철이 부착된 제올라이트는 하기의 실시예에 기술된 바와 같은 투수계수 측정결과로부터 도출된 혼합비에 따라 흙과 굴착토를 혼합한다. 상기 혼합과정에서는 혼합플랜트(mixing plant)를 이용하여 직접적으로 혼합하여 도랑에 부어 넣는다. 이 때 이와 같이 반응매질을 동안 도랑의 안정성을 확보하기 위하여 임시로 강철 시트 파일(steel sheet pile)을 근입시키면서 설치할 수 있다.
상기에서 철이 부착된 제올라이트와 혼합토의 혼합비에 있어서, 나노미터 수준의 철의 최대 함량은 공극을 막아 반응벽체의 투수율이 시간이 경과함에 따라 현저하게 떨어지게 하지 않는 최대 함량비가 된다. 또한, 최소 함량비는 오염물의 오염된 정도에 따라서 나노미터 수준의 철에 의하여 오염성분이 충분히 제거될 수 있는 함량이 된다. 바람직하기로는 나노미터 수준의 철의 함량비는 사질토를 포함하는 반응벽체 물질의 중량에 대하여 5∼20% 범위이며, 더욱 바람직하게는 20%이다.
이하 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 예시적인 목적일 뿐 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다.
실시예
실시예 1
A. 반응벽체의 투수계수의 평가
본 발명의 방법에 사용되는 반응물질인 철이 부착된 제올라이트와 흙을 중량비로 각각 10 : 90(반응물질 : 흙), 20 : 80(반응물질 : 흙), 30 : 70(반응물질 : 흙), 50 : 50(반응물질 : 흙)로 혼합하고 , 대한민국 표준규격 KSF-2322에 규정되어 있는 정수두 투수시험법에 의하여 투수계수를 평가하였다. 그 시험 방법은 다음과 같았다.
(1) 투수계수를 측정할 반응물질을 시료로 준비하고 그 중량을 측정하였다.
(2) 투수원관의 내경을 측정하여 단면적(A)를 계산하였다.
(3) 투수원관을 유공판에 올려놓고 고정시켰다.
(4) 용기의 저판 위에 74μm의 황동철망을 깔았다.
(5) 시료를 높이 10 cm까지 넣고 다짐봉으로 다지며 균등하게 채워서 시료
높이 (L)를 측정하였다.
(6) 투수원관에 투입하기 전의 시료의 중량에서 투입하고 남은 시료의 중
량을 빼고 원관내의 시료 중량(wt)를 구하였다.
(7) 남은 시료에 대하여 비중과 함수비를 측정하였다.
(8) 시료를 넣은 원관에 물을 채워 포화시켰다.
(9) 투수원관의 상단으로부터 조용히 주입하여 상부의 월류구로부터 월류
시켜 수위를 일정하게 하였다.
(10) 시료의 저부의 배수구를 열어서 배수시키며 수조 내의 수위를 일정하게
하고 수조로부터 월류하는 수량이 거의 일정하게 될 때까지 기다렸다.
(11) 흘러나오는 물의 양(Q)과 시간(t)을 측정하였다.
(12) 시료의 상하에 작용하는 수두차(h)를 측정하였다.
(13) 수온(T)을 측정하였다.
(14) 시험후의 시료에 대하여 다시 함수량을 측정하였다.
(15) 측정치를 다음의 식으로 계산하였다.
k: 투수계수(cm/sec) L:시료의 길이(cm) A: 시료의 단면적(cm2)
h: 수두차(cm) t: 투수시간(sec) Q; 침투수량(cm3)
본 실시예1A에 따른 결과는 도 4에 나타낸 바와 같다. 도 4에서 볼 수 있는 바와 같이 나노미터 수준의 철이 부착된 제올라이트(ZanF)의 함량이 10 또는 20중량% 인 경우에는 시간의 경과에 따라 투수계수의 감소가 거의 없었다. 반면, 30 또는 50 중량%인 경우에는 시간의 경과에 따라 점차 투수계수가 현저하게 감소하는 추세를 보였다. 이는 나노미터 수준의 철이 부착된 제올라이트의 함량이 높아짐에 따라 철이 부착된 제올라이트에 의하여 공극이 막혀지기 때문인 것으로 생각된다.
B. 본 발명에 따른 PCE의 제거효과 평가
본 실시예에서는 나노미터 수준의 철이 부착된 제올라이트와 사질토를 중량비 20 : 80으로 포함하여 만들어진 반응벽체를 폭 1m, 깊이 0.5m, 두께 0.01m로 설치하고, 여기에 PCE의 농도가 100μM인 수용액을 통과시켰다. 통과된 수용액의 PCE의 농도를 시간에 따라 측정함으로써 본 발명의 나노미터 수준의 철이 부착된 제올라이트를 이용한 오염물의 정화방법의 효과를 평가하였다.
상기 나노미터 수준의 철이 부착된 제올라이트를 포함하여 만들어진 반응벽체의 투수계수는 측정결과 5cm/hr, 동수구배는 1/50이었다. 이로부터 산정된 다시(darcy) 유속은 0.1cm/hr로 나타났으며, 본 발명의 평가에 사용되는 지하수의 최대유속은 상기 다시 유속 값의 10배에 해당하는 1cm/hr로 설정하였다.
본 실시예에 사용된 PCE의 농도는 가스 크로마토그래피(gas chromatography)(6890 series, Hewlett Packard Co. 미국)를 사용하여 분석하였다. 가스 크로마토그래피의 분석조건을 표 1에 나타내었다.
표 1. 가스 크로마토그래피 분석조건.
| 칼럼 | HP-5(필름 두께 ; 0.32㎛, 길이 : 30m) |
| 검출기(detector) | ECD(electron capture detector) |
| 케리어 가스 | 질소(분석 : 99.9995%) |
| 가스유속 | 20psi |
| 검출기 온도 | 280℃ |
| 칼럼 온도 | 40℃에서 1분,그 후 8℃/min의 속도로 90℃상승, 90℃ 에서 2분. |
본 실시예1B에 다른 결과는 도 5에 나타낸 바와 같다. 도 5는 PCE의 농도가 100μM인 수용액 중 PCE의 농도변화를 도시한 도면이다. 도 5에서 볼 수 있는 바와 같이 약 100시간이 경과한 후에는 약 80% 이상의 PCE가 제거되었음을 알 수 있었다.
본 실시예의 결과에 나타낸 바와 같이 나노미터 수준의 철이 부착된 제올라이트를 포함하여 만들어진 반응벽체를 이용함으로써 유기염화물의 일종인 PCE를 오염물로부터 효과적으로 제거할 수 있었다.
실시예 2
본 실시예에서는 영양염류의 제거 효율을 알아보기 위하여 암모니아(NH4 +)의 농도가 40ppm인 수용액을 사용하였으며, 이온 크로마토그래피(DX500, Dionex, 미국)를 이용하여 암모니아의 농도를 분석한 것을 제외하고는 실시예1에 나타낸 조건과 동일하였다.
본 실시예에 따른 결과는 도 6에 나타낸 바와 같다. 도 6에 나타낸 바와 같이 암모니아(NH4 +) 이온은 Na+또는 Ca2+과 교환되어 통과개시 약 18시간 경과 후에는 약 87.5%의 암모니아가 제거되었음을 알 수 있었다.
본 실시예의 결과에 나타낸 바와 같이, 나노미터 수준의 철이 부착된 제올라이트를 포함하여 만들어진 반응벽체를 이용함으로써 영양염류인 일종의 암모니아 이온도 효과적으로 제거할 수 있었다.
본 발명에 따르면, 나노미터 수준의 철이 부착된 제올라이트를 포함하여 만들어진 반응벽체를 이용함으로써 종래 철을 포함하는 반응벽체를 이용하여 제거할 수 있었던 유기염화물과 제올라이트를 이용하여 제거할 수 있었던 영양염류, 중금속 등을 단일 반응벽체를 이용하여 오염물로부터 제거할 수 있게 된다.
Claims (8)
- 반응물질로서 나노미터 수준의 철이 부착된 제올라이트를 포함하여 이루어지는 반응벽체를 만들고, 이를 오염물질이 통과하는 장소에 설치하는 단계; 오염물질을 상기 반응벽체를 통과시켜 오염성분을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노미터 수준의 철이 부착된 제올라이트를 이용한 오염물의 정화방법.
- 제1항에 있어서, 상기 나노미터 수준의 철이 부착된 제올라이트는 다음의 단계를 포함하여 이루어지는 방법에 의하여 제조되는 것을 특징으로 하는 나노미터 수준의 철이 부착된 제올라이트를 이용한 오염물의 정화방법:(i) 제올라이트를 증류수를 이용하여 3시간 동안 세척하는 단계;(ii) 상기 (i)에서 세척된 제올라이트를 1N의 HNO3에 3일 정도 충분히 적신 후 탈기수로 세척하는 단계;(iii) NaOH에 의하여 pH가 중화된 1.0M의 염화철(ferric chloride)(FeCl3ㆍ6H2O) 용액 1l에 상기 (ii)에서 탈기수로 세척된 제올라이트를 넣고 강하게 10시간 이상 교반하는 단계;(iv) (iii)의 상징수를 조심스럽게 따라 버린 후 0.5mM의 NaCl 용액 1l를 부어넣고 24 시간 방치하는 단계;(v) (iv)의 상징수를 조심스럽게 따라 버린 후 0.5mM의 NaCl 용액 1l를 부어넣고 24 시간 방치하는 것을 5회 반복하는 단계;(vi) 얻어진 나노미터 수준의 철이 화학적으로 부착된 제올라이트를 건조시키는 단계.
- 제1항에 있어서, 상기 나노미터 수준의 철이 부착된 제올라이트는 다음의 단계를 포함하여 이루어지는 제조방법에 의하여 제조되는 것을 특징으로 하는 나노미터 수준의 철이 부착된 제올라이트를 이용한 오염물의 정화방법:(i) 제올라이트를 증류수를 이용하여 3시간 동안 세척하는 단계;(ii) 상기 (i)에서 세척된 제올라이트를 1.0M의 염화철(ferric chloride)(FeCl3ㆍ6H2O) 용액에 넣고, 2시간 동안 천천히 교반시키며 제올라이트의 내부 구조에 상기 염화철(ferric chloride)(FeCl3ㆍ6H2O) 용액이 충분히 스며들도록 하는 단계;(iii) 상기 (ii)의 용액에 1.6M의 소듐 보로하이드라이드(NaBH4) 용액을 교반하면서 첨가시켜 제올라이트의 내부구조 중에 식(6)과 같은 Fe0의 침전이 발생하도록 유도하는 단계.Fe(H2O)6 3-+ 3BH4-+ 3H2O → Fe0↓ + 3B(OH)3+ 10.5H2식(6)
- 제1항에 있어서, 상기 나노미터 수준의 철이 부착된 제올라이트는 다음의 단계를 포함하여 이루어지는 제조방법에 의하여 제조된 것임을 특징으로 하는 나노미터 수준의 철이 부착된 제올라이트를 이용한 오염물의 정화방법:(i) 제올라이트를 증류수를 이용하여 3시간 동안 세척하는 단계;(ii) 제올라이트 2g을 농도가 0.5∼2M인 페릭 나이트레이트(ferric nitrate)(Fe(NO3)3ㆍ9H2O)용액 500 ml에 함침시켜 24시간 동안 교반하는 단계;(iii) 상기 (ii)의 상징수를 버리고 제올라이트를 증류수(deionized water)로 세척하는 단계;(iv) (ii)와 (iii)의 단계를 4회 반복하는 단계;(v) (iv)의 제올라이트를 80℃에서 건조하는 단계;(vi) (v)의제올라이트를 450℃에서 소성하는 단계:
- 다음의 단계를 포함하여 이루어지는 제조방법에 의하여 제조된 나노미터 수준의 철이 부착된 제올라이트를 포함하는 반응벽체:(i) 제올라이트를 증류수를 이용하여 3시간 동안 세척하는 단계;(ii) 상기 (i)에서 세척된 제올라이트를 1N의 HNO3에 3일 정도 충분히 적신 후 탈기수로 세척하는 단계;(iii) NaOH에 의하여 pH가 중화된 1.0M의 염화철(ferric chloride)(FeCl3ㆍ6H2O) 용액 1l에 상기 (ii)에서 탈기수로 세척된 제올라이트를 넣고 강하게 10시간 이상 교반하는 단계;(iv) (iii)의 상징수를 조심스럽게 따라 버린 후 0.5mM의 NaCl 용액 1l를 부어넣고 24 시간 방치하는 단계;(v) (iv)의 상징수를 조심스럽게 따라 버린 후 0.5mM의 NaCl 용액 1l를 부어넣고 24 시간 방치하는 것을 5회 반복하는 단계;(vi) 얻어진 나노미터 수준의 철이 화학적으로 부착된 제올라이트를 건조시키는 단계.
- 다음의 단계를 포함하여 이루어지는 제조방법에 의하여 제조된 나노미터 수준의 철이 부착된 제올라이트를 포함하는 반응벽체:(i) 제올라이트를 증류수를 이용하여 3시간 동안 세척하는 단계;(ii) 상기 (i)에서 세척된 제올라이트를 1.0M의 염화철(ferric chloride)(FeCl3ㆍ6H2O) 용액에 넣고, 2시간 동안 천천히 교반시키며 제올라이트의 내부 구조에 상기 염화철(ferric chloride)(FeCl3ㆍ6H2O) 용액이 충분히 스며들도록 하는 단계;(iii) 상기 (ii)의 용액에 1.6M의 소듐 보로하이드라이드(NaBH4) 용액을 교반하면서 첨가시켜 제올라이트의 내부구조 중에 식(6)과 같은 Fe0의 침전이 발생하도록 유도하는 단계.Fe(H2O)6 3-+ 3BH4-+ 3H2O → Fe0↓ + 3B(OH)3+ 10.5H2식(6)
- 다음의 단계를 포함하여 이루어지는 제조방법에 의하여 제조된 나노미터 수준의 철이 부착된 제올라이트를 포함하는 반응벽체:(i) 제올라이트를 증류수를 이용하여 3시간 동안 세척하는 단계;(ii) 제올라이트 2g을 농도가 0.5∼2M인 페릭 나이트레이트(ferric nitrate)(Fe(NO3)3ㆍ9H2O) 용액 500ml에 함침시켜 24시간 동안 교반하는 단계;(iii) 상기 (ii)의 상징수를 버리고 제올라이트를 증류수(deionized water)로 세척하는 단계;(iv) (ii)와 (iii)의 단계를 4회 반복하는 단계;(v) (iv)의 제올라이트를 80℃에서 건조하는 단계;(vi) (v)의제올라이트를 450℃에서 소성하는 단계.
- 제1항에 있어서, 상기 나노미터 수준의 철이 부착된 제올라이트를 포함하여 이루어지는 반응벽체는 상기 나노미터 수준의 철이 부착된 제올라이트를 포함하는 반응물질과 흙과의 혼합비는 중량으로 5∼20 : 1의 범위인 것을 특징으로 하는 나노미터 수준의 철이 부착된 제올라이트를 이용한 오염물의 정화방법.
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