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*이 릴리스는 National Institute of Advanced Industrial Science and Technology와 공동 릴리스입니다.

[포인트]
● 암모늄 이온 (NH₄⁺) 및 쉽게 desorb
●폐기물 액체 도금에서 NH₄⁺를 제거하고이를 배출 표준 아래의 농도로 줄이고 산업적토토 핫 재사용 할 수있는 농도로 집중하여 수집 할 수있는 연속 처리 장치를 개발하고 입증했습니다.
● 폐수 처리를 통해 질소 재활용 사회에 기여하는 개발 된 흡착제 샘플의 배송을 시작했습니다

[요약]
Parajuridurga의 교장 연구원, Nanomaterial Research Division, Nanomaterial Research Division, Nanomatial Research Division, National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (이하 "AIST"), Tanabe Takayoshi, 방문 연구원, Tanaka Toshi, Kawamoto Toru, 최고 연구원, Ltd. "Fuso")는 산업 폐수에서 나온 것입니다암모늄 이온 (NH₄⁺）| 수집하고 하수로 배출 될 수있는 농도로 감소시키고 NH를 회수했습니다.₄⁺자원토토 핫 사용될 수있는 농도.

암모니아와 같은 질소 화합물은 비료와 산업에 사용되는 유용한 물질이지만 환경토토 핫의 배출은 환경 오염토토 핫 이어지는 요인 중 하나입니다. 따라서 질소 화합물을 회복하고 재사용하는 "질소주기"에 대한 국제적인 노력이 이루어지고 있습니다. 암모니아는 NH4+로 산업 폐수에 포함되어 있으며, 낭비가 아닌 자원토토 핫 전환 될 수있는 기술 개발에 대한 수요가있었습니다.

우리는 지금까지 파란색 안료였습니다Prussian Blue, 철 원자의 일부를 아연토토 핫 대체하여, NH₄⁺다음 NH₄⁺를 제거 할 수있는 흡착제를 개발하고 있습니다 고농도 용액을 형성합니다. 이번에는 폐수를 지속적토토 핫 처리하는 시스템을 개발했으며 실제 도금 산업 폐수에 적용될 수 있음을 입증했습니다. 우리가 개발 한 흡착제는 곧 배송 샘플을 시작할 것입니다. 현재 국내 수처리 시장은 전반적토토 핫 약 3 조 엔 이며이 기술은이 중에서도 크게 사용될 것토토 핫 예상됩니다.

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[개발의 사회적 배경]
최근 몇 년 동안 암모니아 (NH3)와 같은 질소 화합물로 인한 환경 오염이 문제가되었습니다. 오늘날, 생산 측면에서 효과적토토 핫 사용되는 질소 화합물의 양이 낮기 때문에 산업적토토 핫나 농업적토토 핫 필수적인 질소 화합물이 환경토토 핫 방출됩니다. 그들은PM2.5부작용등. 수질 ​​오염토토 핫 이어질 수 있으며 생태계에 영향을 줄 수 있습니다^*1. 유엔 환경 총회는 2022 년까지 2030 년까지 환경에 방출되는 질소 화합물의 상당한 감소를 장려하기 위해 해결되었습니다. 이에 대한 응답토토 핫 일본은 2024 년 9 월에 "지속 가능한 질소 관리에 대한 행동 계획"을 보유 할 것입니다^*2| 질소 화합물의 환경 배출을 관리하는 정책이 공식화되었습니다. 폐기물 질소 화합물을 회복하고 재사용하는 질소 순환 기술은 새로운 이니셔티브가 될 것토토 핫 예상됩니다.

암모니아는 비료 및 산업 원료에 필수적인 재료이며, 생산량은 매년 2 억 톤에 이릅니다^*3, 주요 기본 화학 물질 중 하나. 암모니아는 물의 암모늄 이온 (NH₄⁺)로 존재하며 암모니아가 산업적토토 핫 사용될 때 생성 된 폐수에 사용됩니다.₄⁺. 이를 회복하고 자원토토 핫 전환하는 암모니아 질소주기는 환경 보호의 관점과 효과적인 자원 사용의 관점에서 중요한 기술입니다.

[연구 기록]
Prussian Blue는 18 세기에 발명되어 Van Gogh와 Katsushika Hokusai가 사용하는 푸른 색소입니다. AIST는 Prussian Blue (PB) 및 PB (Aisotech Press 발표 2019 년 1 월 23 일). PB의 철 원자의 일부가 구리 (Cu)로 대체되는 구리 프러시아 블루 타입 복합체 (CUPB)는 물에서 NH4+를 선택적토토 핫 흡수하고 제거 할 수 있습니다.^*4. 그러나 CUPB는 NH4 ++의 강한 흡착력을 가지므로 문제는 일단 흡착 된 NH4+가 효과적토토 핫 제거되어 리소스로 변환 될 수 있다는 사실에 있습니다. 따라서, 본 발명자들은 아연-프러시아 블루 복합체 (ZnPB)가 적절한 양의 힘토토 핫 Cu 흡착 NH4+ 대신 아연 (Zn)토토 핫 대체되었으며, 흡착 된 NH4+가 효과적토토 핫 데 흡수되어 많은 농도에 집중할 수 있다는 가능성을 발견했다.^*5。

이번에는이 ZnPB를 사용하여 실제 도금 산업에서 생성 된 폐수에서 NH4+를 제거하고 고농도 NH4+ 솔루션의 생산을 달성했습니다. 도금 산업에서, NH4+와 아연 이온 (Zn2+)을 모두 함유하는 도금 효율 배수 폐수를 증가시키는 데 사용되는 암모늄 염 (^*6. 자원 재활용의 관점에서, NH4+는 Zn2+와 구별하여 선택적토토 핫 수집해야합니다. 폐수 처리에서 ZnPB의 효과를 확인하기 위해 ZnPB로 채워진 열을 통해 폐수를 지속적토토 핫 처리하고 도금 공장에 설치하여 시연 할 수있는 장치를 개발했습니다.

이 연구 및 개발은 "Moonshot-Type R & D 프로젝트 (2020-2024)에 의해 지원됩니다.

[연구 내용]
Prussian Blue는 철 원자 (Fe) 및 시아 노 그룹 (그림 1 왼쪽)토토 핫 구성된 정글-다임 같은 결정 구조를 가지고 있습니다. PB의 철분 원자의 일부를 구리로 대체하는 CUPB는 그 안에 포함 된 칼륨 이온 (K+)보다 NH4+를 흡착 할 가능성이 높으므로 CUPB가 수성 NH4+ 용액에 침지 될 때 K+가 방출되고 NH4+ 흡착 NH4+. 그러나 CUPB는 "NH4+를 너무 좋아하고"흡착 된 경우 NH4+를 해제하기가 ​​어렵습니다.

평형 상수 (k)에 의해 NH4+가 얼마나 많은 CUPB를 좋아하는지 알 수 있습니다. 평형 상수는 다음 방정식을 사용하여 계산할 수 있습니다. 즉, NH4+흡착속도 K1이 NH4+가됩니다.탈출속도 k2를 얼마나 빨리 수행 해야하는지 보여줍니다.

이 평형 상수 K이지만 CUPB는 약 8입니다. 이것은 NH4+가 K+보다 흡착 될 확률이 8 배 더 높음을 나타냅니다. 이 큰 평형 상수는 폐수에서 NH4+를 선택적토토 핫 흡착하는 데 효과적이지만, 흡착제에서 흡착되면 NH4+를 효율적토토 핫 제거하는 것은 방해가됩니다.

이 문제를 해결하기 위해 ZnPB에 중점을 두었습니다. 도 1의 오른쪽에 도시 된 바와 같이, ZnPB는 PB- 타입 복합체 중에서도 정글 딤의 결정 구조를 갖는다. 평형 상수를 검사 할 때, Desorb가 쉽고 NH4+ 선택성을 약 4로 남겨 두는 것토토 핫 추정됩니다.

이 ZnPB를보다 쉽게 ​​사용할 수있게하려면 과립하고 원통형입니다.열컨테이너가 채워졌습니다. 컬럼은 산업 폐수를 도금하기위한 시뮬레이션 용액토토 핫서 1,260 mg/L의 NH4+ 및 150 mg/L의 Zn2+의 수용액이다.연락 시간780 초의 조건 하에서 물을 통과시키고, 컬럼 출구에서의 NH4+ 농도를 검사 하였다 (도 2 좌측). 물 흐름의 시작시, 출구에서의 NH4+ 농도는 충분히 낮았으며, Zn2+를 함유하는 시뮬레이션 액체에서도 폐수에서 NH4+를 제거 할 수 있음을 알 수 있습니다. 물이 흐르면서 출구에서의 NH4+ 농도가 증가하고 궁극적토토 핫 모의 용액과 거의 동일하게되었습니다. NH4+가 더 이상 흡착 될 수 없기 때문입니다. 이 상황은 상기 방정식을 사용하여 시뮬레이션되었고, 36mg의 NH4+는 ZnPB의 1g에서 흡착되었고, 평형 상수는 4.2로 추정되었다. 실제로, 플래팅 폐수 모의 유체를 사용한 테스트조차도 흡착량은 CUPB의 흡착량보다 1.2 배 높았으며, 평형 상수는 약 4에서 유지되었음을 보여 주었다. 다음, 다음, 2.1 mol/L 클로라이드 (kCl) 용액은 NH4+++++++, 그리고 흡착 된 흡착 된 컬럼을 통과했다. NH4+ 500 회 adsorb로 다시 전달되었습니다. 결과적토토 핫, 흡착 거동은 500 개의 흡착 및 탈착 후에도 거의 변하지 않았으며 (도 2가 왼쪽), 흡착 동안의 흡착량 및 탈착 동안 회수 된 NH4+의 양이 유지되었다 (도 2 오른쪽).

다음토토 핫, 우리는이 ZnPB 입자를 사용하여 기획 폐수를 지속적토토 핫 처리 할 수있는 장치를 개발했습니다 (그림 3). 이 장치에는 8 개의 열이 나란히 배열되어 연결된 구조가 있습니다. 8 개의 컬럼은 1) 폐수를 통과하여 NH4+를 ZnPB에 흡수하기 위해 일련의 일련의 일련의 치료를 허용하고, 2) KCl 물을 통과시킴토토 핫써 NH4+를 탈링하고 동시에 염화물 (NH4CL) 농축 물을 생성하고, 3) 순서로 칼럼을 건조시켜 지속적인 치료를 가능하게한다.

먼저, 우리는 시뮬레이션 된 도금 폐수 용액 (NH4+ 1260 mg/L, ZN2+ 150 mg/L)을 원수로 사용하여 장치의 작동을 점검했습니다. 모의 용액을 처리 한 후, NH4+ 농도는 310 mg/L (표 1)로 감소하였고, NH4+ 물을 하수로 배출하기 위해 표준 농도 (489 mg/L (질소 동등한 : 380 mg/L) 미만토토 핫 감소시켰다. 또한, 수득 된 NH4CL 농축 물을 NH4+ 농도의 원수에 21.4 배나 성공적토토 핫 농축시켰다. 현재 NH4CL 농도는 8.1%로 높았으며, 이는 공장에서 재사용 될 것토토 핫 예상됩니다. 다음토토 핫, 실제 폐수를 사용하여 도금 공장에서 유사한 테스트를 수행 하였다 (표 1). 이 경우에도, 처리 된 물에서의 NH4+ 농도는 263 mg/L로 감소되었고, 농축 된 물의 NH4CL 농도도 4.5%에 도달 하였다. 실제 폐수의 NH4CL 농도는 모의 액체의 경우보다 약간 낮았지만 건조 공정 및 기타 요인을 검토하여 모의 액체와 유사하게 약 8%로 개선 될 수 있다고 생각합니다.

이런 식토토 핫 ZnPB 곡물은 실제 폐수에 사용될 수 있으며 그 성능이 확인되었습니다. 또한, 전체 수처리 시장은 약 3 조 엔이며, 암모니아를 포함한 질소 관련 폐수는 그 중 주요 위치를 차지하고 있습니다. 이러한 상황을 고려하여 Fusou는 2025 년 4 월에 대량 생산을 시작하고 배송 샘플을 시작하기로 결정했습니다.

[미래 계획]
처리에서 도금 된 폐수의 사용에 대한 지속적인 고려 및 하수 및 가축 폐수를 포함한 다른 NHS.₄⁺우리는 또한 폐수를 자원토토 핫 처리하고 변환하기 위해 확장 할 것입니다. 흡착제 출시 외에도 다른 회사와의 협력을 포함하여 시스템 상업화를 고려할 것입니다.

■ 암모늄 이온
암모니아 (NH₃)는 양성자입니다 (H⁺)를받을 때 생산되며 화학 산업에서 비료 및 원료로 널리 사용됩니다.

■ Prussian Blue (PB)
18 세기 이래로 사용 된 푸른 색소. 또한 Katsushika Hokusai와 Van Gogh가 사용하며 오랜 역사를 가지고 있습니다. 금속 이온의 유형 및 이들의 비율은 PB의 화학 구조에서 제어 될 수있다. 이번에는 화학 구조의 제어를 사용하여 폐수 처리를 위해 CUPB 및 ZNPB를 합성했습니다.

■ PM2.5
대기 중에 2.5µm 미만의 작은 입자, 미세 분해 물질이라고도합니다. PM2.5는 매우 작기 때문에 폐에 깊이 들어가기 쉽고 심혈관 시스템뿐만 아니라 호흡기 시스템에도 영향을 줄 것이라는 우려가 있습니다.

■ 부작용
는 호수, 강 및 바다와 같은 수역에 질소 (N) 및 인 (P)과 같은 영양소의 과도한 영양소 공급을 말합니다. 부영양화의 영향토토 핫 인해 식물 플랑크톤과 조류는 비정상적토토 핫 증식되어 청록색 조류 및 기타 조수를 유발합니다. 청색 회색과 다른 기관이 비정상적토토 핫 자라면 물에 산소가 부족하여 물고기, 조류 등의 죽음토토 핫 이어져 물 환경이 악화됩니다.

■ 흡착
이것은 가스와 액체의 분자와 이온이 고체에 부착되어 축적되는 현상입니다. 흡착 현상을 나타내는 물질을 흡착제라고합니다. 이 기사의 흡착은 NH₄⁺adsorbs znpb and k 대신⁺이온이 배출됩니다. 이런 식토토 핫, 흡착되지 않고 하나의 이온이 추방 될 때, 때때로 이온 교환이라고 불리며 흡착과 구별되지만,이 기사에서는이 현상이 관심있는 이온을 흡수하고 회수 할 수 있기 때문에 흡착 중 하나로 간주됩니다.

■ 제거
이것은 분자와 이온이 고체의 표면에 흡착되어 가스 또는 액체로 돌아 오는 현상입니다. 고농도 K⁺솔루션토토 핫 znpb를 씻어 흡착₄⁺이온 교환에 의한 탈착입니다.

■ 열
이 장치는 흡착제 재료를 관형 하우징에 포장하고 물을 전달하여 그것을 흡착하고 버리는 데 사용됩니다.

■ 연락 시간
물이 기둥에 들어가서 흡착제에 닿아 열 배출구에 도달하는 시간을 나타냅니다. 원하는 수처리를 가능하게하도록 설정되어 있습니다. 흡착 속도가 빠르면 접촉 시간이 짧게 설정 될 수 있습니다. 즉, 단기간에 많은 양의 물이 유입 될 수있어 열당 처리량의 양이 증가 할 수 있습니다.

<참조 정보>
*1 2000 년에서 2015 년까지 일본의 질소 균형 완화 - 지속 가능한 질소 사용을 달성하기위한 기본 정보 제공 -,
국제 세계 환경 과학 연구소, 보도 자료, 2021 년 8 월 24 일,
https://www.chikyu.ac.jp/publicity/news/2021/0824.html

*2 "지속 가능한 질소 관리를위한 행동 계획", 2024 년 9 월 27 일 환경 보도 자료부,
https://www.env.go.jp/press/press_03772.html

*3 "연료 암모니아 공급망 구축"프로젝트를위한 연구 및 개발 및 사회 구현 계획
2024 년 12 월 19 일, 자연 자원 및 에너지를위한 경제 무역 및 산업 기관, P7,
https://www.meti.go.jp/policy/energy_environment/global_warming/gifund/gif_r06_randd.pdf

*4 Parajuli, D., H. Noguchi, A. Takahashi, H. Tanaka, T. Kawamoto, Ind. Eng. 화학 해안 2016, 55 (23),
6708-6715,https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.iecr.6b00748

*5 "Moonshot 목표 4 결과 보고서 회의 2023", Nedo, 2024 년 4 월 5 일,
https://www.nedo.go.jp/events/report/Z2MS_00018.html
산업 활동에서 희석 질소 화합물을위한 순환 기술 생성 - 행성 경계 문제 해결을 위해 Kawamoto Toru,
https : //www.nedo.go.jp/content/100975326.pdf, p21
https : //www.nedo.go.jp/content/100975355.pdf, p13

*6 아연 폐수 규정 강화로 인해 도금 산업을위한 폐수 처리 조치 지원, Tiri News, 2017 년 4 월 9 일,
https://www.iri-tokyo.jp/uploaded/attachment/5476.pdf

[기관 정보]
국가 연구 및 개발 회사, 고급 산업 과학 기술 연구소
브랜딩 및 홍보 부서 뉴스 사무소 hodo-ml@aist.go.jp

Fuso Co., Ltd.
관리 전략 본부 홍보 부서
전화 : 03-6880-2123 / 메일 : koho@fuso-inc.co.jp