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이온교환과 전기투석을 이용한 니켈회수의 비교연구
Comparative Study on Recovery of Nickel by Ion Exchange and Electrodialysis

심주현   (인하대학교 환경공학과UU0001092  ); 서형준   (인하대학교 환경공학과UU0001092  ); 서재희   (인하대학교 환경공학과UU0001092  ); 김대환   (인하대학교 환경공학과UU0001092  );
  • 초록

    도금공장에서 발생하는 폐수에는 니켈 등 중금속이 고농도로 함유되어 있어 그 처리가 매우 어려운 편이며, 최근에는 공해물질의 발생을 사전에 예방하는 공정을 도입하거나, 발생된 폐수 및 폐기물을 적절히 처리하여 재활용하는 청정기술이 도입되는 추세이다. 본 연구에서는 니켈 도금 공정에서 발생되는 폐수를 대상으로 이온교환과 전기투석 공정을 이용하여 니켈의 회수가능성 및 효율을 평가하였다. 이온교환수지 5 종을 이용한 이온교환 실험결과 S 1467(gel-type 강산성 양이온 교환수지)의 교환용량이 가장 높았으며 재생실험결과 4 N HCl을 재생재로 사용한 경우에서 재생율 및 재생농도가 가장 높았다. 전류밀도, 전극액 농도, 농축액 및 전극액 유량을 변화시켜가며 운전한 전기투석 실험결과 최적의 운전조건은 전류밀도 $250A/m^2$ , 전극액 농도 2 N $H_2SO_4$ , 전극액 및 농축액 유량 30 mL/min였다. 이온교환수지 500 mL를 사용한 이온교환 scale-up 실험결과 S 1467 수지의 교환용량은 1.88 eq/L resin, 재생율은 93.7% 이었고 cell pair 수를 2개로 증가시킨 전기투석의 scale-up 실험결과, 농축 및 희석효율은 증가하였으나, 전류효율은 일정하였다.


    It is difficult to treat wastewater involved in heavy metal in electroplating industry. Recently, many industries adopt the clean technology to prevent production of pollutant in the process or reuse after the appropriate pollutant treatment. In this study, we estimate the ability of recovery of nickel and the efficiency using lab-scale ion exchange and electrodialysis process with electroplating industry wastewater. In the ion exchange experiments with 5 types of resin, the result showed that S 1467(gel-type strong acidic cation exchange resin) has the highest exchange capacity. And it showed that the 4 N HCl has the highest in regeneration efficiency and maximum concentration in the regeneration experiments with various kinds md concentration of the regenerant. During the electrodialysis experiments, we varied the current density, the concentration of electrode rinse solution, the flow rate of concentrate and electrode rinse solution in order to find the optimum operating condition. As a result, we obtained $250A/m^2$ of current density, 2 N $H_2SO_4$ of concentration of electrode rinse solution, 30 mL/min of flow rate of concentrate and electrode rinse solution as the best operating conditions. We performed the scale-up experiments on the basis of ion exchange and electrodialysis experiments. And we obtained the experimental result that exchange capacity of S 1467 was 1.88 eq/L resin, and regeneration efficiency was 93.7% in the ion exchange scale-up experiment, we also got the result that concentration and dilution efficiency increased, and current efficiency kept constant in the scale-up experiments.


  • 주제어

    니켈 .   회수 .   이온교환 .   전기투석.  

  • 참고문헌 (14)

    1. Salmon, J. E. and Hale, D. K., Ion Exchange a Laboratory Manual, Academic Press, Inc., New York, pp. 1-13(1959) 
    2. Koivula, R., Lehto, J., Pajo, L., Gale, T., and Leinonen, H., 'Purification of metal plating rinse waters with chelating ion exchangers,' Hydrometallurgy, 56(1), 93 -108(2000) 
    3. 안주현, 김복련, 서양곤, '킬레이트 수지에 의한 몰리브덴과 텅스텐의 흡착특성', 한국공업화학회지, 11(2), 232-238(2000) 
    4. Bolto, B. A. and Pawlowski, L., Wastewater Treatment by Ion-Exchange, London E. & F. N. SPON. New York, pp. 1-12, 154-156(1987) 
    5. 심주현, 금속표면처리 산업에서의 고농도 질산 에칭폐액의 재활용에 관한 연구, 인하대학교 대학원 석사학위논문(2003) 
    6. 윤재홍, 김현수, 임실묵, 손명숙, 이상율, 표면공학, VISION 21, 서울, pp. 455-472(2001) 
    7. Mulder, M., The Use of Membrane Process in Environmental Problems in Membrane Process in Separation and Purification, Kluwer Academic Publisher, pp. 299(1993) 
    8. 심주현, 서형준, 조계민, 심진기, '이온교환공정과 전기분해공정을 이용한 고농도 질산에칭폐액의 재활용에 관한 연구,' 대한환경공학회지, 26(6), 675-681(2004) 
    9. Li, C. L., Zhao, H. X., Tsuru, T., Zhou, D., and Matumura, M., 'Recovery of spent electroless nickel plating bath by electrodialysis,' Journal of Membrane Science, 157(2), 241-249(1999) 
    10. Ben Sik Ali, M., Hamrouni, B., Bouguecha, S., and Dhahbi, M., 'Silica removal using ion-exchange resins,' Desalination, 167(15), 273-279(2004) 
    11. Thang, V. H., Koschuh, W., Kulbe, K. D., Kromus, S., Krotscheck, C., and Novalin, S., 'Desalination of high salt content mixture by two-stage electrodialysis as the first step of separating valuable substances from grass silage,' Desalination, 162(10), 340-353(2004) 
    12. Sata, T., Ion Exchange Membranes, The Royal Society of Chemistry, New York, pp. 221(2004) 
    13. Martell, A. E. and Smith, R. M., Critical Stability Constants 1, Plenum Press, New York, pp. 135(1974) 
    14. Ramon, V. P. and JoseA, I. M., 'Current-Voltage curves for an electrodialysis reversal pilot plant: determination of limiting currents,' Desalination, 141(1), 23-37(2001) 
  • 이 논문을 인용한 문헌 (3)

    1. Min, Ji-Hee ; Kim, Han-Seung 2008. "The removal of Nitrate-nitrogen from ground water by electrodialysis" 上下水道學會誌 = Journal of Korean Society of Water and Wastewater, 22(3): 307~314     
    2. Yun, Young-Ki ; Park, Yeon-Jin ; Oh, Sang-Hwa ; Shin, Won-Sik ; Choi, Sang-June ; Ryu, Seung-Ki 2009. "Removal of Nitrate-Nitrogen in Pickling Acid Wastewater from Stainless Steel Industry Using Electrodialysis and Ion Exchange Resin" 한국환경과학회지 = Journal of the environmental sciences, 18(6): 645~654     
    3. Lee, Sang-Hoon ; Hwang, Jae-Hoon ; Akhil, Kabra ; Lee, Dae Sung ; Jeon, Byong-Hun 2014. "Reduction of Highly Concentrated Perchlorate in Aqueous Medium by Newly Isolated Bacterial Strains Rhodococcus sp. YSPW01 and YSPW02" 대한환경공학회지 = Journal of Korean Society of Environmental Engineers, 36(5): 352~358     

 저자의 다른 논문

  • 심주현 (7)

    1. 2005 "응집-정밀여과에 의한 도시하수의 처리" 대한환경공학회지 = Journal of Korean Society of Environmental Engineers 27 (6): 581~589    
    2. 2006 "초음파에 의한 2중 수조에서의 조류제거효율에 관한 연구" 대한환경공학회지 = Journal of Korean Society of Environmental Engineers 28 (12): 1310~1315    
    3. 2007 "CEDI 공정에 의한 질산성질소 처리시 이온교환수지의 영향" 대한환경공학회지 = Journal of Korean Society of Environmental Engineers 29 (11): 1267~1273    
    4. 2007 "질소제거를 위한 금속표면처리폐수의 전기화학적 처리" 화학공학 = Korean chemical engineering research 45 (2): 190~196    
    5. 2008 "전기화학적공정에서 질산성질소 제거효율 향상에 관한 연구" 대한환경공학회지 = Journal of Korean Society of Environmental Engineers 30 (2): 155~160    
    6. 2009 "질소 제거를 위한 전기화학적 처리 공정의 최적 운전조건 및 폐수 성상에 따른 영향에 관한 연구" 대한환경공학회지 = Journal of Korean Society of Environmental Engineers 31 (1): 29~34    
  • 서형준 (15)

  • 서재희 (0)

  • 김대환 (2)

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