KR101949836B1 - Method and system for water treatment using photocatalytic nanocomposition - Google Patents
Method and system for water treatment using photocatalytic nanocomposition Download PDFInfo
- Publication number
- KR101949836B1 KR101949836B1 KR1020180007946A KR20180007946A KR101949836B1 KR 101949836 B1 KR101949836 B1 KR 101949836B1 KR 1020180007946 A KR1020180007946 A KR 1020180007946A KR 20180007946 A KR20180007946 A KR 20180007946A KR 101949836 B1 KR101949836 B1 KR 101949836B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- photocatalytic
- air
- nanocomposite
- reaction unit
- unit
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/72—Treatment of water, waste water, or sewage by oxidation
- C02F1/725—Treatment of water, waste water, or sewage by oxidation by catalytic oxidation
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2305/00—Use of specific compounds during water treatment
- C02F2305/10—Photocatalysts
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Catalysts (AREA)
- Treatment Of Water By Oxidation Or Reduction (AREA)
Abstract
Description
본 발명은 광촉매 나노 복합체(photocatalytic nanocomposition)를 이용하여 수처리를 하는 방법 및 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a method and system for water treatment using photocatalytic nanocomposition.
각종 산업이 고도로 발전하면서 산업 현장에서 발생되는 폐수에 포함되는 오염 물질 또한 다양화되는 등 환경 오염 문제가 심각해지고 있다. 종래에는 생물학적 처리, 물리적 처리, 화학적 처리 또는 이들 중 둘 이상을 조합하는 처리에 의하여 위와 같은 폐수를 해결하여 왔으나, 난분해성 화합물(non-degradable compounds)이 증가하면서 폐수 처리에 어려움을 겪게 되었다.As various industries are developed highly, the environmental pollution problem such as diversification of pollutants contained in wastewater generated in industrial sites is getting serious. Conventionally, such wastewater has been solved by biological treatment, physical treatment, chemical treatment, or a combination of two or more of them, but it has been difficult to treat wastewater with the increase of non-degradable compounds.
하지만, 나노 입자의 뛰어난 오염 물질 제거 능력은 환경 오염 문제를 해결하는 것에 관하여 큰 가능성을 제시해 주었고, 특히, 이산화티탄(TiO2) 나노 입자는 다른 나노 물질과 비교할 때 더 높은 오염 물질 제거 효율로 인해 많은 연구자들의 주목을 받아왔다.However, the excellent ability of nanoparticles to remove pollutants poses great potential for addressing environmental pollution problems, and in particular, titanium dioxide (TiO 2 ) nanoparticles have a higher pollutant removal efficiency compared to other nanomaterials Has attracted the attention of many researchers.
이러한 이산화티탄 나노 입자를 광촉매로서 활용하여 수처리를 할 때에는 고도 산화 공정(AOP; Advanced Oxidation Process) 기술이 기반이 되는데, 여기서 고도 산화 공정이란 보통의 산화 공정에서 사용되는 산화제보다 강력한 산화력을 가지는 하이드록실 라디칼(OH·, hydroxyl radical)을 생성시켜 이 라디칼이 물에 함유되어 있는 유기 화합물을 이산화탄소(CO2), 물(H2O), 염산(HCl) 등의 상대적으로 해가 적은 화합물로 분해시키는 공정을 의미한다.The titanium oxide nanoparticles are used as a photocatalyst for water treatment based on Advanced Oxidation Process (AOP) technology. Here, the advanced oxidation process is a process in which a hydroxyl group having a stronger oxidizing power than an oxidant used in an ordinary oxidation process (OH), hydroxyl radicals, and decomposes organic compounds contained in water into relatively less harmful compounds such as carbon dioxide (CO 2 ), water (H 2 O), hydrochloric acid (HCl) Process.
한편, 여기서 광촉매(photocatalysis)란 빛 에너지를 받아서 촉매 작용이 일어나게끔 하는 것인데, 그 일례인 이산화티탄은 표면에 밴드 갭 에너지(band gap energy)에 해당되는 빛 에너지를 받게 되면, 가전자대(VB; Valence Band)의 전자가 전도대(CB; Conduction Band)로 여기되면서, 가전자대에는 정공이 전도대에는 여기 전자(excited electron)가 형성된다. 형성된 정공과 전자는 강력한 산화력과 환원력을 바탕으로, 정공은 주위의 물과 반응하여 하이드록실 라디칼을 생성하고, 여기 전자는 흡착되어 있는 산소와 반응하여 과산소 라디칼(O2·)을 생성한 다음 물과 함께 과산화수소를 생성한다. 이렇듯 강한 산화력과 환원력을 가지고 있는 정공과 전자는 광촉매 표면에 반응이 일어날 수 있는 유기물이 없으면 다시 재결합을 하여 본래의 상태로 돌아가게 된다.Here, photocatalysis is a phenomenon in which light is received and catalyzed. As an example of titanium dioxide, when light energy corresponding to a band gap energy is received on a surface, a valence band (VB; The electrons in the Valence Band are excited into the conduction band (CB), and in the valence band, excited electrons are formed in the conduction band. The holes and electrons formed react with the surrounding water to generate hydroxyl radicals, and the electrons react with the adsorbed oxygen to generate an oxygen radical (O 2. ), Based on the strong oxidizing power and the reducing power Hydrogen peroxide is produced with water. The holes and electrons, which have strong oxidizing and reducing power, are recombined again to return to their original state if there is no organic substance capable of reacting on the surface of the photocatalyst.
이상에서 살펴본 바와 같이 이산화티탄이 갖는 높은 산화력에도 불구하고 이산화티탄의 정공-전자의 빠른 재결합 특성 등으로 인해 광촉매 반응의 효율성이 높지 않았고(예를 들면, 빠른 재결합으로 인해 산화 환원 반응 시간이 짧아졌음), 이로 인해 수처리에 소요되는 시간이 길어지는 문제점이 존재하였다.As described above, despite the high oxidizing power of titanium dioxide, the efficiency of the photocatalytic reaction was not high due to the fast recombination characteristics of the hole-electron of the titanium dioxide (for example, the redox reaction time was shortened due to rapid recombination) ), Thereby causing a problem that the time required for water treatment is prolonged.
이에, 본 발명자(들)는, 은(Ag) 나노 입자를 코어로 하고 그 표면에 이산화티탄 나노 입자의 코팅층을 포함하는 코어 쉘 구조의 광촉매 나노 복합체를 이용하고 하이드록실 라디칼 등의 산화제를 포함하는 공기를 공급하여 수처리를 함으로써, 수처리 효율, 수처리 시간 등을 개선할 수 있는 신규한 발명을 여기서 제안하는 바이다.Accordingly, the present inventors have found that a photocatalytic nanocomposite having a core shell structure comprising silver (Ag) nanoparticles as a core and a coating layer of titanium dioxide nanoparticles on the surface thereof is used, and an oxidizing agent such as a hydroxyl radical A new invention capable of improving water treatment efficiency, water treatment time, and the like by supplying air and water treatment is proposed here.
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 모두 해결하는 것을 그 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve all the problems of the prior art described above.
또한, 본 발명은, 광촉매 나노 복합체를 이용하는 한편 하이드록실 라디칼 등의 산화제가 포함되어 있는 공기를 공급함으로써, 유기 오염 물질 등이 포함되어 있는 폐수에 대한 처리 효율을 향상시키고 폐수 처리 시간을 감소시키는 것을 다른 목적으로 한다.The present invention also provides a method for improving the treatment efficiency of wastewater containing organic pollutants and the like and reducing the wastewater treatment time by supplying air containing an oxidizing agent such as a hydroxyl radical using a photocatalytic nanocomposite For other purposes.
또한, 본 발명은 은 나노 입자를 코어로 하고 이산화티탄 나노 입자의 코팅층을 포함하는 코어 쉘 구조의 광촉매 나노 복합체를 이용하여 광원이 없거나 광원이 약한 경우에도 항균성이 극대화되도록 하는 것을 또 다른 목적으로 한다.Another object of the present invention is to maximize antimicrobial activity even when the light source is weak or light source by using a core shell-structured photocatalytic nanocomposite comprising silver nanoparticles as a core and a coating layer of titanium dioxide nanoparticles .
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 대표적인 구성은 다음과 같다.In order to accomplish the above object, a representative structure of the present invention is as follows.
본 발명의 일 태양에 따르면, 광촉매 나노 복합체를 이용하여 수처리를 하는 시스템으로서, 유기 오염 물질을 포함하는 폐수, 광촉매 나노 복합체를 포함하는 용액 및 공기가 공급되고, 내부에 빛을 조사하는 광촉매 반응부, 및 상기 광촉매 반응부로부터 배출되는 공기를 적어도 하나의 광촉매 필터를 통과시켜 상기 광촉매 반응부로 다시 공급하는 공기 순환부를 포함하고, 상기 광촉매 나노 복합체는 은 나노 입자를 코어로 하고 상기 은 나노 입자의 표면에 이산화티탄 나노 입자의 코팅층을 포함하는 코어 쉘 구조인 시스템이 제공된다.According to one aspect of the present invention, there is provided a system for performing water treatment using a photocatalytic nanocomposite, comprising: a photocatalytic reaction unit for supplying wastewater containing organic pollutants, a solution containing a photocatalytic nanocomposite, and air, And an air circulation unit for passing air discharged from the photocatalytic reaction unit through at least one photocatalytic filter and supplying the air to the photocatalytic reaction unit, wherein the photocatalytic nanocomposite comprises silver nanoparticles as a core and a surface of the silver nanoparticles There is provided a system which is a core shell structure comprising a coating layer of titanium dioxide nanoparticles.
본 발명의 다른 태양에 따르면, 광촉매 반응부 및 공기 순환부를 포함하는 수처리 시스템에서 광촉매 나노 복합체를 이용하여 수처리를 하는 방법으로서, 상기 광촉매 반응부에서, 유기 오염 물질을 포함하는 폐수, 광촉매 나노 복합체를 포함하는 용액 및 공기를 공급하고, 이에 대하여 빛을 조사하는 단계, 및 상기 공기 순환부에서, 상기 광촉매 반응부로부터 배출되는 공기를 적어도 하나의 광촉매 필터를 통과시켜 상기 광촉매 반응부로 다시 공급하는 단계를 포함하고, 상기 광촉매 나노 복합체는 은 나노 입자를 코어로 하고 상기 은 나노 입자의 표면에 이산화티탄 나노 입자의 코팅층을 포함하는 코어 쉘 구조인 방법이 제공된다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method for water treatment using a photocatalytic nanocomposite in a water treatment system including a photocatalytic reaction unit and an air circulation unit, wherein the photocatalytic reaction unit comprises a wastewater containing an organic pollutant and a photocatalytic nanocomposite And supplying air containing the solution and air to the photocatalyst reaction unit and irradiating the photocatalyst to the photocatalyst reaction unit, and supplying air to the photocatalyst reaction unit through the at least one photocatalytic filter in the air circulation unit, Wherein the photocatalytic nanocomposite has a core shell structure including silver nanoparticles as a core and a coating layer of titanium dioxide nanoparticles on the surface of the silver nanoparticles.
본 발명에 의하면, 광촉매 나노 복합체를 이용하는 한편 하이드록실 라디칼 등의 산화제가 포함되어 있는 공기를 공급함으로써, 유기 오염 물질 등이 포함되어 있는 폐수에 대한 처리 효율을 향상시키고 폐수 처리 시간을 감소시킬 수 있다.According to the present invention, by using the photocatalytic nanocomposite and supplying the air containing the oxidizing agent such as a hydroxyl radical, it is possible to improve the treatment efficiency for wastewater containing organic pollutants and the like and reduce the wastewater treatment time .
또한, 본 발명에 의하면, 은 나노 입자를 코어로 하고 이산화티탄 나노 입자의 코팅층을 포함하는 코어 쉘 구조의 광촉매 나노 복합체를 이용하여 광원이 없거나 광원이 약한 경우에도 항균성이 극대화되도록 할 수 있다.According to the present invention, the photocatalytic nanocomposite having a core shell structure including silver nanoparticles as a core and a coating layer of titanium dioxide nanoparticles can be used to maximize antimicrobial activity even in the absence of a light source or a weak light source.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광촉매 나노 복합체의 구조를 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 광촉매 나노 복합체의 TEM 이미지를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 광촉매 나노 복합체의 제조 공정을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 광촉매 나노 복합체를 이용한 수처리 시스템을 예시적으로 나타낸 도면이다.1 is a view illustrating a structure of a photocatalytic nanocomposite according to an embodiment of the present invention.
2 to 4 are TEM images of a photocatalytic nanocomposite according to an embodiment of the present invention.
5 is a view illustrating a process of manufacturing the photocatalytic nanocomposite according to an embodiment of the present invention.
6 is a view illustrating an exemplary water treatment system using a photocatalytic nanocomposite according to an embodiment of the present invention.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이러한 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 본 명세서에 기재되어 있는 특정 형상, 구조, 성분 및 특성은 본 발명의 정신과 범위를 벗어나지 않으면서 일 실시예로부터 다른 실시예로 변경되어 구현될 수 있다. 또한, 각각의 실시예 내의 개별 구성요소의 위치나 배치, 또는 개별 구성요소 간의 혼합, 반응 등에 관한 환경이나 순서도 본 발명의 정신과 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 행하여지는 것이 아니며, 본 발명의 범위는 특허청구범위의 청구항들이 청구하는 범위 및 그와 균등한 모든 범위를 포괄하는 것으로 받아들여져야 한다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 구성요소를 나타낸다.The following detailed description of the invention refers to the accompanying drawings, which illustrate, by way of illustration, specific embodiments in which the invention may be practiced. These embodiments are described in sufficient detail to enable those skilled in the art to practice the invention. It should be understood that the various embodiments of the present invention are different, but need not be mutually exclusive. For example, certain features, structures, components, and characteristics described herein may be implemented and changed without departing from the spirit and scope of the invention, from one embodiment to another. It should also be understood that the circumstances and the sequence of the individual components within each embodiment, as well as the location or arrangement thereof, or the mix, reaction, etc., between the individual components may be changed without departing from the spirit and scope of the present invention. Therefore, the following detailed description is not to be taken in a limiting sense, and the scope of the present invention should be construed as encompassing the scope of the appended claims and all equivalents thereof. In the drawings, like reference numbers designate the same or similar components throughout the several views.
이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 여러 바람직한 실시예에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, various embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention.
1. 광촉매 나노 복합체1. Photocatalytic Nanocomposite
먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 광촉매 나노 복합체에 관하여 아래에서 살펴보기로 한다.First, a photocatalytic nanocomposite according to an embodiment of the present invention will be described below.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광촉매 나노 복합체의 구조를 예시적으로 나타낸 도면이다.1 is a view illustrating a structure of a photocatalytic nanocomposite according to an embodiment of the present invention.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 광촉매 나노 복합체의 구조는, 은 나노 입자를 코어로 하고, 그 은 나노 입자의 표면에 복수의 이산화티탄 나노 입자를 포함하는 구조일 수 있다.As shown in FIG. 1, the structure of the photocatalytic nanocomposite according to an embodiment of the present invention is a structure in which silver nanoparticles are used as a core and a plurality of titanium dioxide nanoparticles are contained on the surface of the silver nanoparticles. have.
구체적으로, 은 나노 입자의 크기는 1 내지 30 nm(보다 구체적으로는, 10 내지 20 nm)일 수 있고, 이산화티탄 나노 입자의 크기는 20 내지 60 nm(보다 구체적으로는, 30 내지 50 nm)일 수 있다. 한편, 이러한 광촉매 나노 복합체는 코어 쉘 구조일 수 있다.Specifically, the size of the silver nanoparticles may be 1 to 30 nm (more specifically, 10 to 20 nm), and the size of the titanium dioxide nanoparticles may be 20 to 60 nm (more specifically, 30 to 50 nm) Lt; / RTI > On the other hand, such a photocatalytic nanocomposite may be a core shell structure.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 광촉매 나노 복합체의 TEM(Transmission Electron Microscope) 이미지를 나타낸 도면이다.2 to 4 are TEM (Transmission Electron Microscope) images of a photocatalytic nanocomposite according to an embodiment of the present invention.
도 2 내지 도 4의 TEM 이미지를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 광촉매 나노 복합체가 은 나노 입자를 중심으로 하고 그 주변에 복수의 이산화티탄 나노 입자가 형성되어 있는 형태인 것을 확인할 수 있다.Referring to the TEM images of FIGS. 2 to 4, it can be confirmed that the photocatalytic nanocomposite according to one embodiment of the present invention has a structure in which a plurality of titanium dioxide nanoparticles are formed around silver nanoparticles .
전술한 바와 같이, 이산화티탄은 광촉매 반응이 일어난 후에 추가적인 반응이 일어나게끔 할 수 있는 물질이 주위에 없으면 정공과 전자의 쌍이 빠르게 재결합하게 되므로, 이러한 정공-전자 쌍의 분리 시간을 늘릴 수 있다면(즉, 산화 환원 반응 시간이 길어질 수 있다면), 광촉매의 효율을 향상시킬 수 있게 된다. 따라서, 일 실시예에 따른 광촉매 나노 복합체는, 이산화티탄보다 높은 전도대를 갖고 있는 전이 금속(transition metal)인 은을 이산화티탄으로 코팅하거나 도핑함으로써, 이산화티탄의 정공-전자 쌍의 재결합을 늦출 수 있게 되고 그 광촉매 효율이 종래의 이산화티탄 나노 입자의 광촉매 효율보다 향상될 수 있게 된다. 즉, 일 실시예에 따른 광촉매 나노 복합체는 종래의 이산화티탄 나노 입자에 의하여 발생되는 하이드록실 라디칼에 비해 더 많은 양의 하이드록실 라디칼을 생성할 수 있게 된다.As described above, titanium dioxide can quickly recombine holes and electrons when there is no surrounding material that can cause additional reaction after the photocatalytic reaction. Therefore, if the separation time of such hole-electron pairs can be increased , If the oxidation-reduction reaction time can be prolonged), the efficiency of the photocatalyst can be improved. Accordingly, the photocatalytic nanocomposite according to one embodiment can be formed by coating or doping silver, which is a transition metal having a conduction band higher than titanium dioxide, with titanium dioxide to slow the recombination of the hole-electron pairs of titanium dioxide And the photocatalytic efficiency of the titanium dioxide nanoparticles can be improved more than the photocatalytic efficiency of the conventional titanium dioxide nanoparticles. That is, the photocatalytic nanocomposite according to an embodiment can generate a larger amount of hydroxyl radicals than the hydroxyl radicals generated by the conventional titanium dioxide nanoparticles.
또한, 광촉매 나노 복합체는 항균성 금속 원소인 은의 나노 입자를 포함함으로써 광원이 없거나 약한 경우에도 광촉매 나노 복합체의 항균성이 극대화되게끔 할 수 있다.In addition, the photocatalytic nanocomposite can contain silver nanoparticles as an antimicrobial metal element, thereby maximizing the antimicrobial activity of the photocatalytic nanocomposite even when the light source is weak or weak.
2. 광촉매 나노 복합체의 제조 공정2. Manufacturing process of photocatalytic nanocomposite
이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 광촉매 나노 복합체의 제조 공정을 살펴보기로 한다.Hereinafter, a process of manufacturing the photocatalytic nanocomposite according to an embodiment of the present invention will be described.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 광촉매 나노 복합체의 제조 공정을 예시적으로 나타낸 도면이다.5 is a view illustrating a process of manufacturing the photocatalytic nanocomposite according to an embodiment of the present invention.
도 5에 도시된 광촉매 나노 복합체의 예시적인 제조 공정은 다음과 같다.An exemplary manufacturing process of the photocatalytic nanocomposite shown in FIG. 5 is as follows.
(i) 은 나노 분말 1 gr(약 64.8 mg)과 35%의 질산(HNO3) 1 mL를 혼합한 제1 혼합 용액을 준비한다. 이러한 제1 혼합 용액은 질산은 수용액(AgNO3)을 적정량만큼 포함할 수 있다.(i) is prepared by mixing 1 gr of a nano powder (about 64.8 mg) and 1 mL of 35% nitric acid (HNO 3 ). This first mixed solution may contain an appropriate amount of silver nitrate aqueous solution (AgNO 3 ).
(ii) 위의 제1 혼합 용액과 증류수 45 mL 및 사염화티탄(TiCl4) 4 mL을 혼합하고, -5 내지 5℃(보다 구체적으로는, 0℃)의 온도에서 20 내지 30시간(보다 구체적으로는, 24시간) 동안 교반하여 제2 혼합 용액을 제조한다.(ii) 45 mL of distilled water and 4 mL of titanium tetrachloride (TiCl 4 ) are mixed with the above first mixed solution, and the mixture is stirred at a temperature of -5 to 5 ° C. (more specifically, 0 ° C.) for 20 to 30 hours , For 24 hours) to prepare a second mixed solution.
(iii) 증류수 91.15 L와 모노에틸렌글리콜(MEG; Mono Ethylene Glycol) 8.8 L를 20 내지 30℃(보다 구체적으로는, 25℃)의 온도에서 0.5 내지 2시간(보다 구체적으로는, 1시간) 동안 교반하여 제3 혼합 용액을 준비한다.(iii) 91.15 L of distilled water and 8.8 L of Mono Ethylene Glycol (MEG) at a temperature of 20 to 30 DEG C (more specifically, 25 DEG C) for 0.5 to 2 hours (more specifically, 1 hour) Followed by stirring to prepare a third mixed solution.
(iv) 위의 제2 혼합 용약과 제3 혼합 용약을 혼합하여 3 내지 5시간(보다 구체적으로는, 4시간) 동안 광 환원(photo reduction) 또는 초음파 환원(sonic reduction)의 처리를 함으로써, 광촉매 나노 복합체를 포함하는 100 L의 용액을 제조할 수 있다.(iv) mixing the above second mixing reagent with the third mixing reagent and performing a photo reduction or a sonic reduction treatment for 3 to 5 hours (more specifically, 4 hours) A solution of 100 L containing the nanocomposite can be prepared.
3. 수처리 시스템3. Water treatment system
이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 광촉매 나노 복합체를 적용한 수처리 시스템에 관하여 살펴보기로 한다.Hereinafter, a water treatment system using the photocatalytic nanocomposite according to an embodiment of the present invention will be described.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 광촉매 나노 복합체를 이용한 수처리 시스템을 예시적으로 나타낸 도면이다.6 is a view illustrating an exemplary water treatment system using a photocatalytic nanocomposite according to an embodiment of the present invention.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 광촉매 나노 복합체를 이용한 수처리 시스템은 광촉매 반응부(100)와 공기 순환부(200)를 포함하여 구성될 수 있다.As shown in FIG. 6, the water treatment system using the photocatalytic nanocomposite according to an embodiment of the present invention may include a
먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 광촉매 반응부(100)는 유기 오염 물질을 포함하는 폐수와 본 발명의 일 실시예에 따른 광촉매 나노 복합체를 포함하는 용액이 그 내부로 공급될 수 있고, 그 내부에 광원으로부터의 빛(예를 들면, 자외선)이 조사되도록 할 수 있다. 광촉매 나노 복합체는 광촉매 반응부(100) 내의 폐수와 그것을 포함하는 용액에서 부유(浮遊)할 수 있다. 한편, 전술한 광원은 태양일 수도 있지만 광촉매 반응부(100)에 포함되는 램프(구체적으로는, 자외선 램프)일 수 있다.First, a
또한, 광촉매 반응부(100)는 폐수와 광촉매 나노 복합체를 포함하는 용액이 이동될 수 있는 유동 경로(예를 들면, 이러한 경로는 지그재그 형태, ㄱ자 형태, ㄷ자 형태 등의 파이프일 수 있음)를 포함할 수 있고, 그 유동 경로 중 적어도 일부의 경로에 위의 광원으로부터의 빛이 조사되도록 할 수 있다. 즉, 광촉매 반응부(100)는 위의 유동 경로에 빛이 조사되도록 함으로써 부유 중인 광촉매 나노 복합체에 의해 광촉매 반응이 일어나도록 할 수 있고, 이를 통해 하이드록실 라디칼 등의 강력한 산화제가 생성될 수 있으며, 해당 산화제에 의해 폐수 속 오염 물질(예를 들면, 유기 물질)이 분해될 수 있게 된다.In addition, the
또한, 광촉매 반응부(100)는 그 내부에 존재하는 폐수와 광촉매 나노 복합체를 포함하는 용액에 산소를 포함하는 공기가 더 공급되도록 할 수 있고, 이를 통해 호기성 미생물(예를 들면, 박테리아) 등에 의한 생물학적 수처리의 효율(예를 들면, 호기성 미생물의 분해 능력)이 향상되도록 할 수 있다.In addition, the
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 광촉매 반응부(100)는 광촉매 멤브레인(110)을 더 포함하여 구성될 수도 있다. 이러한 광촉매 멤브레인(110)은 이산화티탄 기반의 멤브레인(예를 들면, TiO2 나노 섬유, TiO2 나노 튜브, TiO2 나노 와이어 등)일 수 있고, 이러한 광촉매 멤브레인(110)은 고분자(예를 들면, 폴리아미드, 폴리비닐리덴플로라이드(PVDF), 폴리에테르술폰(PES), 폴리비닐리덴플로라이드/술포네이트 폴리에테르술폰(PVDF/SPES), 폴리우레탄(PU), 폴리아크릴로니트릴(PAN), 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE) 등) 또는 세라믹(Al2O3 등)을 지지체로 하고 그 지지체에 이산화티탄이 고정되는 멤브레인 등일 수 있다. 또한, 광촉매 멤브레인(110)에는 본 발명의 일 실시예에 따른 광촉매 나노 복합체가 고정되어 있을 수도 있다.Meanwhile, the
예를 들면, 광촉매 반응부(100)는 폐수와 광촉매 나노 복합체를 포함하는 용액으로부터 슬러지(sluge)를 분리시키고, 그 분리된 용액이 광촉매 멤브레인(110)을 통과하도록 할 수 있으며, 그 광촉매 멤브레인(110)에 자외선이 조사되도록 함으로써 광촉매 멤브레인(110)에 포함되는 이산화티탄 등에 의해 광촉매 반응이 일어나도록 할 수 있다.For example, the
다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 순환부(200)는 광촉매 반응부(100)에서 배출되는 공기가 적어도 하나의 광촉매 필터를 통과하도록 한 후에 이것을 광촉매 반응부(100)로 공급할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 이러한 광촉매 필터에는, 이산화티탄, 본 발명의 일 실시예에 따른 광촉매 나노 복합체 등이 고정되어 있을 수 있다. 한편, 공기 순환부(200)는 위의 광촉매 필터에서 광촉매 반응이 일어날 수 있도록 광원(예를 들면, 태양광, 자외선 램프 등)으로부터 빛이 조사되도록 할 수 있으며, 해당 광원을 위한 집광기 등을 포함할 수 있다.Next, the
한편, 광촉매 반응부(100)로부터 배출되는 공기에는, 생물학적이거나 화학학적인 분해로 인해 가스, 미생물(microorganisms) 등이 포함되어 있을 수 있는데, 공기 순환부(200)는 광촉매 반응부(100)로부터 배출되는 공기가 적어도 하나의 광촉매 필터를 통과하도록 함으로써 그 공기에 포함된 세균, 미생물 등이 제거되도록 할 수 있고, 그 공기에 하이드록실 라디칼이 포함되도록 한 채로 공기를 광촉매 반응부(100)로 공급할 수 있다. 수처리 시스템의 공기 순환(즉, 광촉매 반응부(100) 및 공기 순환부(200) 사이의 공기 순환)은 개방형, 폐쇄형, 복합형 등의 다양한 형태로 이루어질 수 있다.The air circulated from the
이상에서 본 발명이 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항과 한정된 실시예 및 도면에 의하여 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위하여 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정과 변경을 꾀할 수 있다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, Those skilled in the art will appreciate that various modifications and changes may be made thereto without departing from the scope of the present invention.
따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 또는 이로부터 등가적으로 변경된 모든 범위는 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.Accordingly, the spirit of the present invention should not be construed as being limited to the above-described embodiments, and all ranges that are equivalent to or equivalent to the claims of the present invention as well as the claims .
100: 광촉매 반응부
110: 광촉매 멤브레인
200: 공기 순환부100: Photocatalyst reaction part
110: photocatalyst membrane
200: air circulation part
Claims (6)
상기 광촉매 멤브레인, 및 상기 적어도 하나의 광촉매 필터에는, 광촉매 나노 복합체가 고정되고,
상기 광촉매 반응부에는, 유기 오염 물질을 포함하는 폐수, 상기 광촉매 나노 복합체를 포함하는 용액, 및 공기가 공급되고, 내부에 빛이 조사되며,
상기 공기 순환부는, 상기 광촉매 반응부로부터 배출되는 공기를 상기 적어도 하나의 광촉매 필터를 통과시켜 상기 광촉매 반응부로 다시 공급하고, 상기 광촉매 나노 복합체에 의해 발생되는 하이드록실 라디칼을 상기 다시 공급되는 공기를 통해 상기 광촉매 반응부로 공급하며,
상기 광촉매 나노 복합체는 은 나노 입자를 코어로 하고, 상기 은 나노 입자의 표면에 이산화티탄 나노 입자의 코팅층을 포함하는 코어 쉘 구조이고,
상기 광촉매 반응부로부터 상기 공기 순환부로 배출되는 공기 및 상기 공기 순환부로부터 상기 광촉매 반응부로 공급되는 공기의 순환이 폐쇄형으로 이루어지는 수처리 시스템.1. A water treatment system comprising an air circulation part comprising a photocatalytic reaction part comprising a photocatalytic membrane and at least one photocatalytic filter,
The photocatalytic membrane, and the at least one photocatalytic filter are fixed with a photocatalytic nanocomposite,
The photocatalyst reaction part is supplied with wastewater containing organic pollutants, a solution containing the photocatalytic nanocomposite, and air, and is irradiated with light,
Wherein the air circulation unit supplies the air discharged from the photocatalyst reaction unit to the photocatalyst reaction unit through the at least one photocatalytic filter and supplies hydroxyl radicals generated by the photocatalytic nanocomposite to the air To the photocatalyst reaction unit,
Wherein the photocatalytic nanocomposite has a core shell structure comprising silver nanoparticles as a core and a coating layer of titanium dioxide nanoparticles on the surface of the silver nanoparticles,
Wherein the circulation of the air discharged from the photocatalyst reaction unit to the air circulation unit and the air supplied from the air circulation unit to the photocatalyst reaction unit is closed.
상기 광촉매 나노 복합체는 상기 광촉매 반응부 내에서 부유하는
시스템.The method according to claim 1,
The photocatalyst nanocomposite is floated in the photocatalyst reaction part
system.
상기 광촉매 반응부에, 유기 오염 물질을 포함하는 폐수, 상기 광촉매 나노 복합체를 포함하는 용액, 및 공기를 공급하고, 내부에 빛을 조사하는 단계; 및
상기 공기 순환부를 통하여, 상기 광촉매 반응부로부터 배출되는 공기를 상기 적어도 하나의 광촉매 필터를 통과시켜 상기 광촉매 반응부로 다시 공급하고, 상기 광촉매 나노 복합체에 의해 발생되는 하이드록실 라디칼을 상기 다시 공급되는 공기를 통해 상기 광촉매 반응부로 공급하는 단계를 포함하며,
상기 광촉매 나노 복합체는 은 나노 입자를 코어로 하고 상기 은 나노 입자의 표면에 이산화티탄 나노 입자의 코팅층을 포함하는 코어 쉘 구조이고,
상기 광촉매 반응부로부터 상기 공기 순환부로 배출되는 공기 및 상기 공기 순환부로부터 상기 광촉매 반응부로 공급되는 공기의 순환이 폐쇄형으로 이루어지는 수처리 방법.1. A water treatment method using a water treatment system comprising an air circulation part including a photocatalytic reaction part including a photocatalytic membrane to which a photocatalytic nanocomposite is fixed, and at least one photocatalytic filter to which the photocatalytic nanocomposite is fixed,
Supplying wastewater containing organic pollutants, a solution containing the photocatalytic nanocomposite, and air to the photocatalytic reaction unit and irradiating light therein; And
Wherein the air circulated through the at least one photocatalytic filter is supplied to the photocatalytic reaction unit through the air circulation unit and the air discharged from the photocatalytic reaction unit is supplied again to the photocatalytic reaction unit, To the photocatalyst reaction unit,
Wherein the photocatalytic nanocomposite has a core shell structure comprising silver nanoparticles as a core and a coating layer of titanium dioxide nanoparticles on the surface of the silver nanoparticles,
Wherein the circulation of the air discharged from the photocatalyst reaction unit to the air circulation unit and the air supplied from the air circulation unit to the photocatalytic reaction unit is closed.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020180007946A KR101949836B1 (en) | 2018-01-22 | 2018-01-22 | Method and system for water treatment using photocatalytic nanocomposition |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020180007946A KR101949836B1 (en) | 2018-01-22 | 2018-01-22 | Method and system for water treatment using photocatalytic nanocomposition |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR101949836B1 true KR101949836B1 (en) | 2019-02-19 |
Family
ID=65528633
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020180007946A KR101949836B1 (en) | 2018-01-22 | 2018-01-22 | Method and system for water treatment using photocatalytic nanocomposition |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101949836B1 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR200381675Y1 (en) * | 2004-12-02 | 2005-04-14 | 박영식 | Water Treatment system using Ozone lamp and Photocatalyst |
| JP2006281005A (en) * | 2005-03-31 | 2006-10-19 | Kurita Water Ind Ltd | Apparatus and method for treating water using photocatalyst |
| JP2011122206A (en) * | 2009-12-10 | 2011-06-23 | Osaka Univ | METHOD FOR PRODUCING SILVER NANOPARTICLE COATED WITH TiO2 |
| KR20120127763A (en) * | 2011-05-16 | 2012-11-26 | 대구대학교 산학협력단 | Method to treat fluid containing VOC and malodor |
| KR20140134990A (en) * | 2013-05-15 | 2014-11-25 | 한국화학연구원 | A water treatment system including porous alumina membranes immobilized photocatalysts, operating method thereof, and purifying method of wastewater using thereby |
-
2018
- 2018-01-22 KR KR1020180007946A patent/KR101949836B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR200381675Y1 (en) * | 2004-12-02 | 2005-04-14 | 박영식 | Water Treatment system using Ozone lamp and Photocatalyst |
| JP2006281005A (en) * | 2005-03-31 | 2006-10-19 | Kurita Water Ind Ltd | Apparatus and method for treating water using photocatalyst |
| JP2011122206A (en) * | 2009-12-10 | 2011-06-23 | Osaka Univ | METHOD FOR PRODUCING SILVER NANOPARTICLE COATED WITH TiO2 |
| KR20120127763A (en) * | 2011-05-16 | 2012-11-26 | 대구대학교 산학협력단 | Method to treat fluid containing VOC and malodor |
| KR20140134990A (en) * | 2013-05-15 | 2014-11-25 | 한국화학연구원 | A water treatment system including porous alumina membranes immobilized photocatalysts, operating method thereof, and purifying method of wastewater using thereby |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Tahir et al. | Role of nanotechnology in photocatalysis | |
| Natarajan et al. | Visible light driven redox-mediator-free dual semiconductor photocatalytic systems for pollutant degradation and the ambiguity in applying Z-scheme concept | |
| Banerjee et al. | Physics and chemistry of photocatalytic titanium dioxide: visualization of bactericidal activity using atomic force microscopy | |
| Orimolade et al. | Bismuth vanadate in photoelectrocatalytic water treatment systems for the degradation of organics: A review on recent trends | |
| El-Fawal et al. | Designing AgFeO2-graphene/Cu2 (BTC) 3 MOF heterojunction photocatalysts for enhanced treatment of pharmaceutical wastewater under sunlight | |
| Doudrick et al. | Nitrate reduction in water using commercial titanium dioxide photocatalysts (P25, P90, and Hombikat UV100) | |
| Alhaddad et al. | Co3O4 nanoparticles accommodated mesoporous TiO2 framework as an excellent photocatalyst with enhanced photocatalytic properties | |
| Mondal et al. | Photocatalytic oxidation of pollutant dyes in wastewater by TiO2 and ZnO nano-materials–a mini-review | |
| EP2830757B1 (en) | Method of manufacturing a photocatalyst | |
| CN111836785A (en) | Method and system for water treatment using ultrasonic action and/or photocatalytic reaction | |
| Dou et al. | UV-improved removal of chloride ions from strongly acidic wastewater using Bi2O3: efficiency enhancement and mechanisms | |
| Ahmadpour et al. | Design and optimization of TiO2-based photocatalysts for efficient removal of pharmaceutical pollutants in water: Recent developments and challenges | |
| Ding et al. | Emerging heterostructured C 3 N 4 photocatalysts for photocatalytic environmental pollutant elimination and sterilization | |
| KR20150139429A (en) | Photocatalytic Process Integr ated to Microbial Fuel Cell to Treat Pollutants of Wastewater | |
| Chen et al. | Constructing Z‐Scheme Bi2O3/In2O3 Heterojunction for Efficient Photocatalytic Degradation of Rhodamine B | |
| Yu et al. | Enhanced photoelectrocatalytic degradation of tetracycline using a bifacial electrode of nickel-polyethylene glycol-PbO2//Ti//TiO2-Ag2O | |
| Chen et al. | Hydroxyl radical and carbonate radical facilitate chlortetracycline degradation in the bio-photoelectrochemical system with a bioanode and a Bi2O3/CuO photocathode using bicarbonate buffer | |
| Raub et al. | Photocatalytic activity enhancement of nanostructured metal-oxides photocatalyst: a review | |
| Naraginti et al. | Fabrication of novel BiPO4/Ag3PO4@ rGO hybrid composite for effective detoxification of tetracycline | |
| Murugesan et al. | Photocatalytic degradation of Reactive Black dye using ZnO–CeO2 nanocomposites | |
| Devi et al. | Industrial problems and solution towards visible light photocatalysis | |
| Cui et al. | CuCe-LDHs anchored on CNTs-COOH/copper foam cathode for the electrocatalytic degradation of sulfamethoxazole under near-neutral conditions | |
| Mahmoud et al. | Visible-light-prompted photocatalytic degradation of emerging contaminants over facile constructed ZIF-67/Bi25FeO40 hybrids | |
| KR101949836B1 (en) | Method and system for water treatment using photocatalytic nanocomposition | |
| Bora et al. | Intensification strategies of solar photocatalytic disinfection-a review |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GRNT | Written decision to grant |