Transcript 7. 가천대 P cycle (임송은)

녹조 방지를 위한
효과적이고 경제적인 인 회수
가천대학교
[P cycle]
임송은, 정솔민, 전한나
10. 28. 2015
1
연구 배경
2
연구 목표
3
연구 내용
4
활용 방안 및 기대효과
5
차후 계획
연구 배경
6월
강물의 속도 감소
적당한 수온
강한 햇살
부영양화
녹조발생
연구 배경
녹조에 의한 피해
1
남조류에 의한 1차 피해
• 수면 위의 녹조 발생 ☞수중으로
2
•
녹조의 부패에 의한 2차피해
증가한 녹조가 부패 시, 대량의
이산화탄소와 메탄가스가 발생.
유입되는 햇빛이 차단.
• 햇빛이 차단 시 수중 생물의 광합
성 량 감소 ☞ 산소의 생산 감소
•
이산화탄소는 용존 산소량을 감소
☞ 물고기의 집단 폐사를 일으킴.
• 물의 용존산소량 감소, 독성물질
을 생성하는 남조류가 수면 가까
이로 상승.
• 상승한 남조류의 독성으로 인해
수역의 생태계가 파괴.
•
메탄가스는 악취의 원인이 됨.
연구 배경
부영양화란?
부영양화
: 물속에 인과 질소가 많은 상태
인
: DNA의 구성물질로,
DNA합성 정도는 인의 양에 가
장 큰 영향을 받음
기존의 인처리 방식
• 하수처리시설이라는 대규모 시설을
통해서야 정제가 가능함.
• 인을 선택적으로 제어할 수 없음.
• 슬러지로 만들어 버린 인은 재사용
에 힘듦.
DNA구조
연구 목표
2
1
인 제거를 위한
흡착제 제작
회수된 인을 이용한
비료 생산
-인의 제거를 통해 녹조의
발생을 미연에 방지
-흡착제에 붙은 인을 다시
분리하여 액체 비료로 재
활용.
연구 내용
흡착제 재료 선정
흡착제 선정
재료 선택의 이유
Heated oyster shell powder
(Air 조건)
300, 500, 700, 900도의 조건에서 열처리를 통해 CaCO3에서 CO2가 생
겨 빠져나가며, 다공성 물질이 만들어질 것으로 예상
Heated coffee waste
(Ar gas 조건)
300, 500, 700, 900도의 조건을 통해 숯과 같은 흡착 기능이 있는
Bio-char가 만들어질 것으로 예상
Lanthianum (La2O3)
양이온기 입자를 이용해 전정기적 인력으로 인 흡착
Mg aminoclay
아미노기를 가지고 있는 점토를 활용하여
전정기적 인력을 통해 인을 흡착
Fe-SH aminoclay
아미노기를 가지고 있는 점토를 활용하여
전정기적 인력을 통해 인을 흡착
MgO-Fe2O3-biochar
(4% H2/96% Ar gas 조건)
FeCl3와 MgCl2를 Coffee waste 와 함께 열처리 하여 성질 변화
정전기적 인력을 통해 인을 흡착
연구 내용
Ascorbic acid method
산성조건에서,
ammonium molybdate (NH4)6Mo7O24·4H2O)
+
1
antimony potassium
tartrate (K(SbO)C4H4O6·½H2O)
+
제목 입력
묽은 orthophosphate
내용을 입력하세용
내용을 입력하세용
1시간 30분
내용을 입력하세용
Conbined reagent
•
Conbined reagent는 ascorbic acid 에 의해 파란색을 띤다.
•
이 complex의 흡광도는 880 nm에서 측정할 수 있다.
연구 내용
실험방법
3 ppm의 인 용액 10ml에 흡착 재료를 0.005g,
0.01g, 0.02g 넣는다.
24시간 기다린 후 상층액을 5ml 빼낸다.
5ml의 상층액에 Ascorbic acid method 의
combined reagent를 넣고 1시간 30분 후
880nm에서 흡광도를 측정한다.
미리 만들어 놓은 phosphate calibration curve와
비교하여 인의 농도를 산출한다.
연구 내용
인 흡착률 평가
흡착제 선정
재료 선택의 이유
결과
Heated oyster shell
powder
(Air 조건)
300, 500, 700, 900도의 조건에서 열처리를 통해 CaCO3에서 CO2
가 생겨 빠져나가며, 다공성 물질이 만들어질 것으로 예상
인 흡착 효능이 전혀 없음
Heated coffee waste
(Ar gas 조건)
300, 500, 700, 900도의 조건을 통해 숯과 같은 흡착 기능이 있는
Bio-char가 만들어질 것으로 예상
인 흡착 효능이 전혀 없음
Lanthianum (La2O3)
양이온기 입자를 이용해 전정기적 인력으로 인 흡착
인 흡착이 가능
Mg aminoclay
아미노기를 가지고 있는 점토를 활용하여
전정기적 인력을 통해 인을 흡착
인 흡착이 되지만, 점토가
물에 녹아 회수가 어려움
Fe-SH aminoclay
아미노기를 가지고 있는 점토를 활용하여
전정기적 인력을 통해 인을 흡착
인 흡착이 되고, 녹지 않음
MgO-Fe2O3-biochar
(4% H2/96% Ar gas 조건)
FeCl3와 MgCl2를 Coffee waste 와 함께 열처리 하여 성질 변화
정전기적 인력을 통해 인을 흡착
인 흡착이 되며, 자성을
띄기 때문에 회수에 용이함
연구 내용
인 흡착제 선정
MgO-Fe2O3-biochar
• 커피가루와 FeCl3, MgCl2를 열처리
(400℃, 3시간)하여 만든 자성을 띄
는 물질
• 자성을 띄기 때문에 수거에 용이할
것으로 예상
Fe–SH Aminoclay
• Fe 중심으로 아미노기와 SH기가
달린 나노입자.
• 물에 녹지 않아 수거가 용이할 것
으로 예상
연구 내용
MgO-Fe2O3-biochar 400℃ (SEM & 자성)
연구 내용
Fe–SH Aminoclay (SEM & Scheme)
연구 내용
3 ppm phosphate solution
3.5
Concentration (ppm)
3.0
MgO-Fe2O3-biochar
Fe-SH aminoclay
2.5
2.0
1.5
1.0
0.5
0.0
0.00
0.05
0.10
0.15
Adsorbed mass (g)
0.20
0.25
연구 내용
영산강 서창교
한강 마포대교
현장방문
연구 내용
0.5 ppm(Han, Youngsan River) phosphate solution
0.6
Concentration (ppm)
MgO-Fe2O3-biochar
0.5
Fe-SH aminoclay
0.4
0.3
0.2
0.1
0.00
0.02
0.04
0.06
Adsorbed mass (g)
0.08
0.10
0.12
연구 내용
액체 농축 인 비료 제작
*pH 7일 때, 인산기 -3가 pH 7일 때, 인산기 -3가
pH의 변화에
따라 인산기의
음전하량 감소
정전기적 인력
감소
흡착제로부터
분리됨
연구 내용
무순을 통한 독성 평가
MgO-Fe2O3-biochar
6
cm (length)
water
10 ppm
4
5 ppm
2
2.5 ppm
tap water
10ppm
0
2일
3일
4일
3일째
5ppm
Fe-SH aminoclay
cm (lenght)
6
2.5ppm
10 ppm
4
5 ppm
2
2.5 ppm
tap water
0
2일
MgO-Fe2O3biochar
Fe-SH
aminoclay
4일째
3일
4일
활용 방안 및 기대효과
1
인 수거
1. MgO-Fe2O3-biochar
2. Fe-SH aminoclay
2
현장으로의 도입
저렴한 시설 구축 비용
강물에서의 인의 제거 가능
단순한 공정 과정
3
인 농축비료
흡착된 인으로 액체 농축 비료 제작
100년 이내 인광석 고갈 문제 해결
차후 계획
추가 실험이 필요한 부분
• Scale-Up
• Fe-SH Amino Clay의 박리 현상 방지
• 농축 비료 제작을 위한 인 수거 효율 증가
• 흡착제의 추가적인 생태 독성평가
Referance
•
•
•
•
•
•
•
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clam shells and microwave hydrothermal treatment to recover boron from
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http://ion.chem.usu.edu/~sbialkow/Classes/3600/Overheads/H3A/H3A.html
감사합니다