반도체 폐수 속 구리 이온(Cu2+)을 유로 막힘이나 손상 없이 효과적으로 걸러낼 수 없을까?
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반도체 공정 중 Cu2+를 포함한 폐수가 발생하며 수생 생물과 생태계에 독성을 나타냄
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저농도 중금속 제거가 가능하며 추가 연마 공정이 필요없는 흡착 공정이 필요
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유로 막힘과 압력 손실 없이 회수가 용이한 모듈이 필요
기존 방식의 문제점
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기존 비드 형태는 크기가 작아 회수가 어려움
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반복 사용 과정에서 구조 손상 발생 가능성
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유로 막힘과 압력 손실 등의 문제로 연속 흐름식 수처리 공정 적용에 한계
핵심 아이디어
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3D 프린팅 PLA 구조체와 알긴산 코팅층을 결합한 Cu2+ 회수 모듈 설계
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알긴산은 천연 고분자 기반 소재로 친환경 및 경제적
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PLA 기반 3D 구조체의 물리적 안정성
활용된 핵심 기술 또는 이론
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자이로이드 구조: 높은 비표면적과 연속적인 유로를 제공하여 유체 흐름을 유지하고 흡착 접촉 면적을 확보
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흡착: 알긴산의 카르복실기(-COO-)와 Cu2+ 사이의 이온 교환, 배위 결합, 정전기적 인력을 활용
기존 방식과의 차별성
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3D 프린팅 기반 흡착 구조체인 일체형 모듈로 제작하여 회수와 장착이 용이
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PLA 구조체와 알긴산 코팅층을 결합하여 구조적 안정성 향상
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자이로이드 구조의 균일한 공극과 연속적인 유로 확보
문제 해결 과정
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자이로이드 구조체를 FDM 방식 3D 프린터로 출력
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알긴산 농도별(4 wt%, 5 wt%, 7 wt%) 등온흡착 특성 평가
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Cu2+ 용액을 활용한 연속 흐름식 흡착 실험
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알긴산 4 wt% 조건의 파과곡선 도출 및 분석
최종 사용자
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반도체 및 이차전지 산업체의 폐수처리 공정 운영자
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광산폐수, 식품용수, 상·하수 처리, 산업 폐수 등 중금속 제거가 필요한 환경 처리 시설
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중금속 오염 저감이 필요한 환경 복원 및 정수 분야 사용자
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고도처리 및 연마 공정용 흡착 모듈을 필요로 하는 수처리 업체
기대효과
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미량의 잔류 중금속을 제거하여 고순도의 폐수 재이용 체계 구축
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하천 및 호소의 하상에 직접 적용 가능한 현장 수생 생태계 복원 형태로 확장
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공정 특성에 따라 구조체의 공극 구조와 코팅 조건을 조절하여 맞춤형 처리 효율 확보
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폐기물 슬러지 처리 비용의 절감
참여 정보
팀명
말랑구리
수강 교과목
환경공학 종합설계
지도 교수
최수훈
참여 개발자
김서진(환경공학과), 김혜연(환경공학과), 이아람(환경공학과), 이채연(환경공학과), 허다연(환경공학과)
