KR100200386B1 - 폐수처리용 chin, chitosan decorant polymer 의 합성방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 폐수처리용 Chitin, Chitosan Decolorant Polymer의 합성방법에 관한 것으로 특히, Chitin 또는 Chitosan을 N-(carboxy methyl)化 하여 수용성으로 제조한 다음 분지량 20,000 - 25,000 범위의 Low - molecular - weight Chitin 또는 Chitosan으로 조정한 후, 이 분말을 아세톤으로 세척하여 이물질을 제거하고 충진한 다음 Cu2+이온을 촉매로 하여 Chitin 또는 Chitosan을 형성하고, 응축기와 교반기 부설된 반응조에 염화 Chitin 또는 Chitosan을 인입하며 여기서 Chitosan 10.5kg에 대하여 2.5mol당량의 Pentanedial을 첨가, 60℃에서 2시간 동안 가열 교반한 다음, 다시 DCDA 27.1kg, 염화암모늄 17.20kg을 주입한 후 DCDA 27.1kg에 대하여 HCHO 또는 목적물에 따라 MeCHO, EtCHO등을 2.5mol 당량비로 첨가하여 80-90℃에서 2시간 축합시켜 합성시켜 완성함을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 폐수처리용 chitin, chitosan Decolorant Polymer의 합성방법에 관한 것 인데, 수용성 키틴 또는 키토산과 DCDA를 HOCH 또는 pentanedial, 2-HOC6H4CHO, MeCHO, CH2·CHCHO, PhCHO, PhCH·CHCHO, EtCHO, 4-MeC6H4CHO 등과의 축합반응으로 전수지(pre-resin)化한 다음, 다시 chitin 또는 chitosan과 전기한 전수지의 가교결합물을 조성해서 수용성의 액삼 고분자물질로 합성시키는 방법이다.
이에 본 발명의 합성방법을 제시한다.
chitin 또는 Chitosan을 N-(carboxy methyl)化 하여 수용성으로 제조한 분지량 20,000-25.000 범위의 Low-mo1ecu1ar-weight chitin 또 chitosan으로 조정한 후, 이 분말을 아세톤으로 세척하여 이물질을 제거하고 충진한 다음 Cu2+0|온을 촉매로 하여 chitin 또는 Chitosan을 형성하고, 응축기와 교반기가 부설된 반응조에 염화 chitin 또는 Chitosan을 인입하며 여기서 Chi tosan 10.5kg에 대하여 2.5mol당량의 Pentanedial을 첨가, 60℃에서 2시간 동안 가열 교반한 다음, 다시 DCDA 27.1kg,염화암모늄 17.20kg을 주입한 후 DCDA 27.10kg에 대하여 HCHO 또는 목적물에 따라 MeCHO,EtCHO등을 2.5mol 당량비로 첨가하여 80-90℃에서 2사간 축합시켜 합성시켜 완성한다
1)종래물질의 문제점과 단점, 기타 비합리적인 면 등
본 발명의 폴리머는 폐수의 색도성분 및 SS 등을 강력하게 분리제거시키는 전문적인 폐수의 색도제거용 합성물질인데 이와 유사한 것으로는, 국내에서 DCDA를 HOCH와 축합반응시켜 제조한 멜라민 전수지(Me1amine pre-resin)상태의 제품을 예로 들수 있다.
이 종래제품의 근본적인 사용목적은 폐수의 색도제거에 있는 것이 아니라 섬유의 염색공정에 있어서 염료의 고착 및 섬유의 방축방수 목적에 사용되는 고착제로서 이용되어 왔으나 우연히 폐수의 색도제거제로서 변용되어 활용되게 되었다.
그러나 폐수의 색도제거에는 그 전문성이 결여되어 성능에 한계가 있다.
예를 들면, 이런류의 기존 제품은 폐수중의 반응성 염료나, 붉은색, 노란색 등의 발색물질에 대하여는 응집 및 흡착기능이 전혀 없어서 효과를 보지못하고 있으며 또한 구조적으로 분자의 구성기구가 기존의 물질과는 다르다.
아직까지 기존 물질이나 본 발명의 물질에 있어서 명확한 분자구조가 밝혀진 바는 없으나, 합성공정 및 구성물질로 유추하여 볼 때 기존 물질은 DCDA를 기본 작용기로 하며 HOCH로 축합시킨 단순 물질이고, 본 발명의 chitin, Chitosan Decolorant Polymer는 chitin 또는 Chitosan이 기본물질이 되도록 구성하여 DCDA를 작용기로 구성하였으며, 이로서 분자구조의 구성에 차이가 있으며, 본 발명의 폴리머의 사용목적에 따라 축합촉진제로서의 전기한 합성방법에서 열거된 HOCH 뿐만 아니라 Pentandia1 또는 2-HOC6H4CHO, MeCHO등 다양한 분자구조의 조성이 이루어짐으로서 기본적으로 구조적 차이가 있다.
이는 성능면에 있어서 현격한 차이가 나타나는 바 앞에서 약간 언급된 색도제거 기능의 차이 뿐만 아니라 SS, TDS 및 COD 제거율에도 기존제품보다 20-60%이상의 우수한 효율을 보이고 있다.
이는 Chitosan과 DCDA의 기능성 매카니즘에 의한 상승적 효과에 따른 것으로 유추되며, 이로서 종래의 색도제거제가 폐수의 색도를 제거함에 있어 그 효과가 불완전함으로서 초래되는 산화제의 투여나 활성탄에 의한 탈색 등의 보조적 수단을 이용하지 않고도 본 발명의 합성 Polymer는 이를 만족함으로써 경제적인 면과 처리효율에 대한 개선효과가 크다고 할 수 있다.
2)종래물질의 제조방법 및 구성물함량
종래의 폐수처리용 색도제거제로 쓰이는 물질 즉, 통칭 탈색제는 일종의 멜라닌수지이며, 더욱 구체적으로는 이의 전단계라 할 수 있는 멜라민 전수지(Me1amine pre-resin)이다.
멜라민은 2,4,6-트리아미노-1,3,5-트리아진 이라는 6(員環) 구조를 이룬다고 보며 3개의 아미노기가 메틸올化 된다고 알려져 있는데 이의 분자식은 아래와 같다.
이들 멜라민의 제조법은 DCDA를 주원료로 하는 공정만을 예로 들 때 석회질소에서 직접 멜라민을 제조하는 방법과 DCDA를 암모니아 존재하에서 고압으로 반응시키는 방법으로 나눌 수 있다.
즉, 석회질소법은 석회질소(CaCN2)에 물을 첨가하여 DCDA를 만들며 이는 물과 반응해서 시아나미드, DCDA가 되는데 이의 분자식은 하기와 같다.
이것들의 혼합물을 반응관 속에서 가열하여 다음식에 의해 멜라민 또는 멜라민 전수지를 생성하는데 이의 분자식은 하기와 같다.
고압법은 DCDA를 암모니아 존재하에 고압으로 반응시키는 방법인데 DCDA를 액체암모니아에 용해하여 이것들을 고압반응기에 인입하고 가열해서 만든다.
이들의 반응예를 들면 다음과 같다.
그리고 이들의 제조방법 및 구성물량은 표 1에 표시하였다.
또 다른 예로서의 색도제거제의 제조법은 하기과 같이 di 또는 tirmethylole化 한 방법이 있다.
이 제법은 상기(표1)의 DCDA에 약2.5-3mol의 HCHO를 추가하여 제조하는 방법이다.
이 경우에는 용제 또는 희석제는 쓰지않고 압력도 고압이 아닌 상압의 조건하에서 반응시키며 반응온도는 90-120℃로 제조한다.
이상이 종래 색도제거제 제조방법 및 구성물 함량이다.
3) 본 발명의 chitin,Chitosan Decolorant Polymer의 특징과 효능 및 개선점
종래의 색도제거제인 Melamine pre-resin이 부분적으로 폐수에서 색도성분을 흡착제거할 수 있었던 것은 Melamine pre-resin이 폐수의 pH가 산성인 조건하에서 산(酸)과 염(鹽)을 형성함으로서 물에 분산이 용이할 뿐만 아니라 하기의 분자식과 같이 cation 전하를 지니게 되기 때문이다.
또한 분자식(B)와 같이 Methylomelamine에 산을 가함으로서 산과 염을 형성하여 cation전하를 지닌 화학적 거동을 나타내게 되며, 이로 인하여 폐수중에 분산되어 있는 음의 전하를 지닌 색소성분을 흡착하게 되는 것으로 사료된다.
이것은 즉, 멜라민의 해리정수가 Kb1=1×10-9, Kb2=1×10-14로서 아닐린보다 약간 강한 염기성을 지니며 알칼리성 내지 중성에서 산성에 걸쳐서 순차 비해리형→제1단→제2단 해리형으로 되는 것이 확인된 것으로 알려져 있으며 분자식(A)와 같이 pH 5.1 이하가 되면 제1단 해리형이 되어 Melamine 1 mol과 산 1 mol이 염으로 되며 또 pH 0 이하에서는 산 2 mol과 염으로 형성되는 것 알려져 있다.
이와 같이 종래의 Melamine pre-resin이 색도를 제거하는 매카니즘은Melamine이 산과 염을 형성함으로서 cation전하를 지니기 때문에 특히 OH-기를 띠는 음의 전하물질과 양호히 결합함으로서 고착성이 우수하기 때문이다.
그러나 폐수중의 색소성분이 반응성 염료이거나 비이온성 또는 알코올성 물질 또는 용제가 함유된 폐수일 경우에는 0|들 Melamine pre-resin은 기능을 상실할 뿐만 아니라 오히려 COD 성분을 증대시킬 경우도 초래될 수 있는 단점이 있다.
이를 개선하고 전문화하기 위하여 본 발명에서는 chitin 또는 Chitosan에 DCDA의 작용기를 부가시켜 가교결합을 이루게 함으로서 보다 안정될 뿐만 아니라 반응성 염료나 비이온성 염료에 이르기까지 광범위하게 모든 색소성분을 제거할 수 있도록 하는 특징과 효능을 부여케 하였다.
본 발명의 chitin, Chitosan Decolorant Polymer의 예측되는 분자의 구조는 하기와 같이 유추할 수 있다.
이를 좀더 상세히 설명하면, 앞에서 설명한 Chitin, Chitosan Decolorant Polyme의 제조법에서 먼저 Chitin 또는 Chitosan을 염화 Chitin 또는 염화Chitosan으로 조성함으로서 그 용액은 DCDA와 HOCH 또는 목적에 따라 Pentanedial이나 MeCHO와 반응을 시킬 때 그 용량을 DCDA에 대하여 2.5-3mol범위로 제한 함으로서 먼저 Trimethylo1의 축합물이 생성될 것이고, 점차적으로 염화 chitin 또는 Chitosan에 의하여 가교결합을 이루게 되는 것으로 사료된다.
이때 Trimethylo1化 된 DCDA의 축합물질은 HC1에 의하며 에틸롤基(-CH20H)의 1개가 점차적으로 방출되어 발생한 아미노基가 염산과 작용하며 cation성을 지닌 디메틸올 축합물의 염산염을 형성한다고 사료되며, 다음 분자에서 메틸렌 결합이 생기고 중합도 10-20정도의 고분자化로 진행되면서 위에서 제시한 바와 같이 염화 Chitin 또는 Chitosan과 거대 분자모형의 본 발명 분자식 구조를 이루는 것으로 유추된다.
본 발명은 이상과 같이 Chitin 및 Chitosan의 거대한 분자구조를 이루고 있으며 여기에 첨가하여 Chitosan 특유의 특성에 의하여 폐수처리 효능에 유익한 여러 가지 작용이 도출되는데, 예를들면 OH基는 비이온성이나 반응성염료 등에 대하여 고착성이 있으므로 이들 색소성분을 용이하게 제거시키며, 다음으로 Chitin, Chitosan의 기능중에 계면활성 작용이 있어서 용제 또는 소수성 물질에 대하여 양호한 흡착능력을 갖고 있다.
이러한 Chitin, Chitosan의 기능성은 폐수중의 DCDA와의 축합과정에서 여러형태로 선택적인 작용기를 조성시킬 수 있는 바, 본 발명에서는 색도제거측면에서 강한 cation성 기능과 비이온성 또는 반응성 색소에 대한 흡착기능을 높이도록 합성하는데 주목적을 두었다.
이와 같은 특징과 효능에 의하여 종래의 폐도제거제가 처리하지 못한 모든 폐수중의 색소를 제거할 수 있는 효과를 얻게 되었다.
4)Chitin, Chitosan Decolorant Polymer의 산업상 이용분야 및 산업상 응용 분야
모든 폐수의 색소성분 및 COD 제거에 사용할 수 있다.
5)Chitin, Chitosan Decolorant Polymer의 산업상 이용효과 또는 기대효과
기대효과는 첫째로,폐수중의 오염성분인 색소물질을 간단히 처리함으로서 이를 위한 부대시설의 설치 및 운전경비가 절약되고 둘째로,배출수의 수질을 향상시킴으로 지금까지 색도성분 때문에 고심하여온 폐수처리 문제를 해결하며 셋째로, 응집효과가 뛰어나 COD 성분의 오염물을 높은 수율로 제거한다.
이상과 같은 기능성 기대효과와 아울러 경제적인 측면에서 폐수처리의 단순화에 따른 전체적인 운전경비의 절약이라는 효과를 갖게되며 특히 염색, 나염, 제지, 화학공장의 폐수처리의 난점을 해결하는 큰 효과가 있다.
Claims (1)
- Chitin 또는 Chitosan을 N-(carboxy methyl)化 하여 수용성으로 제조한 다음 분지량 20,000-25,000 범위의 Low-molecular-weight Chitin 또는 Chitosan으로 조정한 후, 이 분말을 아세톤으로 세척하여 이물질을 제거하고 충진한 다음 Cu2+이온을 촉매로 하여 Chitin 또는 Chitosan을 형성하고, 응축기와 교반기가 부설된 반응조에 염화 Chitin 또는 Chitosan을 인입하며 여기서 Chitosan 10.5kg에 대하여 2.5mol당량의 Pentanedia1을 첨가, 60℃에서 2시간 동안 가열 교반한 다음, 다시 DCDA 27.1kg, 염화암모늄 17.20kg을 주입한 후 DCDA 27.10kg에 대하여 HCHO 또는 목적물에 따라 MeCHO, EtCHO등을 2.5mol 당량비로 첨가하여 80-90℃에서 2시간 축합시켜 합성시켜 완성함을 특징으로 하는 폐수처리용 Chitin, Chitosan Decolorant Polymer의 합성방법.
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| KR1019960074376A KR100200386B1 (ko) | 1996-12-23 | 1996-12-23 | 폐수처리용 chin, chitosan decorant polymer 의 합성방법 |
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