KR100290540B1 - Specific heavy metal ion adsorption chelate resin - Google Patents
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Abstract
본 발명은 특정 중금속이온 흡착용 킬레이트수지에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 주쇄측에 카르복실기로 전환될 수 잇는 구조를 갖는 단위체와 스니렌을 공중합시키되 디비닐벤젠을 가교제로 하여 망목(網目)형의 공중합체를 합성하고 난뒤, 이들 공중합체의 페닐기에 카르복실기를 추가도입시킴으로써 공중합체 수지의 킬레이트 관능기들의 기본골격이 벤젠을 공간자(spacer)로 하여 요철상태가 되도록 하여 특정 중금속이온들에 대한 킬레이트 형성능력을 보다 선택적으로 강화시킨 다음 화학식 1로 표시되는 카르복실기만을 함유하는 특정 중금속이온 흡착용 킬리에트수지에 관한 것이다.The present invention relates to a chelate resin for adsorption of specific heavy metal ions, and more particularly, a copolymer having a structure capable of converting a carboxyl group to a main chain side and sylene, but having divinylbenzene as a crosslinking agent. After synthesizing the copolymers, by adding carboxyl groups to the phenyl groups of these copolymers, the basic skeleton of the chelate functional groups of the copolymer resin is uneven with benzene as a spacer. The present invention relates to a chelating resin for adsorption of a specific heavy metal ion containing only a carboxyl group represented by the formula (1) and then selectively strengthening the chelate formation ability for the specific heavy metal ions.
상기 화학식 1에서 : A는 수소원자 또는 나트륨원자를 나타내고; Z=0 이면 X=Y=1 이고, Z=1 이면 X=0 및 Y=1 이다.In Formula 1, A represents a hydrogen atom or a sodium atom; If Z = 0 then X = Y = 1 and if Z = 1 then X = 0 and Y = 1.
Description
본 발명은 특정 중금속이온 흡착용 킬레이트수지에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 주쇄측에 카르복실기로 전환될 수 있는 구조를 갖는 단위체와 스티렌을 공중합시키되 디비닐벤젠을 가교제로 하여 망목(網目)형의 공중합체를 합성하고 난뒤, 이들 공중합체의 페닐기에 카르복실기를 추가도입시킴으로써 공중합체 수지의 킬레이트 관능기들의 기본골격이 벤젠을 공간자(spacer)로 하여 요철상태가 되도록 하여 특정 중금속이온들에 대한 킬레이트 형성능력을 보다 선택적으로 강화시킨 다음 화학식 1로 표시되는 카르복실기만을 함유하는 특정 중금속이온 흡착용 킬레이트수지에 관한 것이다.The present invention relates to a chelate resin for adsorption of specific heavy metal ions, and more particularly, copolymerizes styrene and a monomer having a structure which can be converted into a carboxyl group on the main chain side, and divinylbenzene is used as a crosslinking agent. After synthesizing the copolymer, by adding carboxyl groups to the phenyl group of these copolymers, the basic skeleton of the chelate functional groups of the copolymer resin is uneven with benzene as a spacer. The present invention relates to a chelate resin for adsorption of a specific heavy metal ion containing only a carboxyl group represented by Formula 1, after which the chelate formation ability for specific heavy metal ions is further enhanced.
화학식 1Formula 1
상기 화학식 1에서 : A는 수소원자 또는 나트륨원자를 나타내고; Z=0 이면 X=Y=1 이고, Z=1 이면 X=0 및 Y=1 이다.In Formula 1, A represents a hydrogen atom or a sodium atom; If Z = 0 then X = Y = 1 and if Z = 1 then X = 0 and Y = 1.
지금까지 연구된 결과에 따르면, 카르복실기를 관능기로 하는 킬레이트 수지는 Ca+2나 Fe+3이온들의 킬레이트에 유효한 것으로 보고되어 있다[J. Colloid Interface Sci., 161, 455(1993), Biophys, Chem., 57, 133(1996), Zhongguo Fangzhi Daxue Xuebao 17, 57(1991), 일본특허공개 평3-124,711호, 일본특허공개 평5-138,046호 및 일본특허공개 평8-010,763호]. 또한, 비닐리덴 디포스폰산의 테트라에틸 에스테르, 부틸 아크릴레이트, 스티렌과 디비닐벤젠을 공중합하여 일부 가수분해와 술폰화를 거쳐 제조된 카르복실기, 슬폰기와 포스포노기를 함께 갖는 킬레이트 수지(Macromolecules, 29, 1021(1996)]는 Eu+3 이온의 흡착에 유효하나, 공중합수율이 낮고 형태적으로는 구상(球狀)과 파우더(粒狀)의 혼합물로 얻어진다.According to the results studied so far, chelate resins having a carboxyl group as a functional group have been reported to be effective for chelation of Ca + 2 or Fe + 3 ions [J. Colloid Interface Sci., 161, 455 (1993), Biophys, Chem., 57, 133 (1996), Zhongguo Fangzhi Daxue Xuebao 17, 57 (1991), Japanese Patent Laid-Open No. 3-124,711, Japanese Patent Laid-Open No. 5- 138,046 and Japanese Patent Laid-Open No. 8-010,763. In addition, chelate resins having a carboxyl group, a sulfonic group and a phosphono group together prepared by copolymerization of tetraethyl ester of vinylidene diphosphonic acid, butyl acrylate, styrene and divinylbenzene and undergoing partial hydrolysis and sulfonation (Macromolecules, 29, 1021 (1996)] is effective for the adsorption of Eu + 3 ions, but has a low copolymerization yield and is obtained in the form of a mixture of spherical and powder.
이 밖에도 관능기로서 카르복실기와 다른 킬레이트 관능기를 혼용해서 만든 킬레이트제나 이와 관련된 수지의 예로는 다음과 같다. 인산기, 아민기 및 카르복실기 등을 함께 적용하여 스케일을 억제하는 분산제로 호라용하였고[미국특허 제5,534,611호]. 아민기와 카르복실기를 함께 적용하며 철염을 만들거나 은(Ag)의 산화를 통해 표백기능을 부여하였다[독일특허 제3,621,025호(1987)].In addition, examples of the chelating agent and the related resins made by mixing a carboxyl group with another chelate functional group as a functional group are as follows. Phosphoric acid group, amine group and carboxyl group were used together as a dispersant to suppress scale (US Pat. No. 5,534,611). The amine group and carboxyl group were applied together to impart bleaching function through the formation of iron salt or oxidation of silver (Ag) (German Patent No. 3,621,025 (1987)).
본 발명에서는 미국특허 제5,457,163호와 유사한 기본골격구조를 가지면서 공중합체의 주쇄 및 측쇄에 카르복실기를 각각 배치한다면 기존 킬레이트 수지에서와는 달리 카르복실기에 의해서만 킬레이트될 수 있는 특정 중금속이온에 대한 흡착능을 현저하게 높일 수 있음을 알게됨으로써 본 발명을 완성하였다.In the present invention, if the carboxyl groups are arranged in the main chain and the side chain of the copolymer while having a basic skeleton structure similar to that of US Patent No. 5,457,163, unlike the conventional chelate resin, the adsorption capacity for a particular heavy metal ion that can be chelated only by the carboxyl group is significantly increased. The present invention has been completed by knowing that it can.
따라서, 본 발명에서는 미국특허 제5,457,163호와 유사한 기본골격구조를 만들기위해 공중합체수지의 기본골격인 주쇄에 킬레이트 형성이 가능한 카르복실기 구조를 도입하고, 또다시 공중합체수지의 측쇄인 클로로메틸기에 킬레이트 형성을 위한 카르복실기를 도입하여서, 공중합체수지의 기본골격내에서 측쇄인 클로로메틸기에 도입된 카르복실기를 정점으로 하여 주쇄에 배치된 카르복실기들이 서로간에 요철구조를 이루고 있는 다음 화학식 1로 표시되는 특정 중금속이온 흡착용 킬레이트 수지를 그 특징으로 한다.Therefore, in the present invention, in order to make a basic skeleton structure similar to US Patent No. 5,457,163, a carboxyl group structure capable of chelate formation is introduced in the main chain, which is a basic skeleton of the copolymer resin, and again a chelate is formed in the chloromethyl group, which is a side chain of the copolymer resin. By introducing a carboxyl group for the carboxyl groups introduced into the side chain chloromethyl group in the backbone of the copolymer resin, the carboxyl groups arranged in the main chain with each other uneven Characterized by the chelate resin for adsorption of a specific heavy metal ion represented by the following formula (1) having a structure.
화학식 1Formula 1
상기 화학식 1에서 : A는 수소원자 또는 나트륨원자를 나타내고; Z=0 이면 X=Y=1 이고, Z=1 이면 X=0 및 Y=1 이다.In Formula 1, A represents a hydrogen atom or a sodium atom; If Z = 0 then X = Y = 1 and if Z = 1 then X = 0 and Y = 1.
이와 같은 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.Referring to the present invention in more detail as follows.
본 발명에서는 특정 중금속이온들을 효과적으로 킬레이트하는 수지를 제조하는데 있어서, 카르복실기로 전환될 수 있는 구조를 갖는 단량체로서 카르복실산 에스테르(디부틸말레이트, 디부틸푸말레이트, 이타콘산 디부틸에스테르 중의 하나)와 클로로메틸화스티렌, 디비닐벤젠 등의 비닐단량체를 공중합시킨 후 가수분해시킴으로써 공중합체 수지의 기본골격내에 킬레이트 형성이 가능한 카르복실기 구조를 만들고, 또 다시 공중합체 기본골격의측쇄인 클로로메틸기를 에탄올 용매하에서 가성카리로 친핵치환반응시켜 염소를 히드록시기 변환하고, 그 히드록시기를 진한질산으로 산화반응시켜서 카르복실기로 변환하였다.In the present invention, in preparing a resin that effectively chelates certain heavy metal ions, a carboxylic acid ester (dibutyl maleate, dibutyl fumarate, itaconic acid dibutyl ester) as a monomer having a structure that can be converted to a carboxyl group And copolymerize vinyl monomers such as chloromethylated styrene and divinylbenzene, and then hydrolyze to form a carboxyl group structure capable of chelate in the basic skeleton of the copolymer resin, and again, the chloromethyl group, the side chain of the copolymer basic skeleton, in ethanol solvent. Nucleophilic substitution was carried out by caustic carry, and chlorine was converted to a hydroxyl group, and the hydroxyl group was oxidized to concentrated nitric acid to convert to a carboxyl group.
본 발명에 따른 제조방법에 의해 제조된 킬레이트 수지는 기본골격의 주쇄와 측쇄에 모두 카르복실기의 킬레이트 관능기를 갖게 되는데, 측쇄인 페닐에 도입된 카르복실기를 정점(頂点)으로 주쇄의 카르복실기들과 측쇄의 카르복실기들 사이에 요철구조를 이루게 함으로써, 특정 중금속이온에 대한 킬레이트 형성능력이 보다 개선되도록 한다.The chelating resin prepared by the production method according to the present invention has a carboxyl group of a carboxyl group in both the main chain and the side chain of the basic skeleton, and the carboxyl group introduced into the phenyl, which is the side chain, has a peak and the carboxyl groups of the main chain and the carboxyl group of the side chain. Irregularities in between By making the structure, the ability to chelate for a particular heavy metal ion is improved.
또, 이러한 본 발명의 킬레이트 수지는 킬레이트 관능기들의 탄소원자에 직접 결합된 구조를 갖고 있어 흡착-탈착과정이 반복되는 재생시 산이나 알카리 용액등의 존재하에서 가수분해에 의해 각 관능기의 구조가 탈리(脫離)되지 않기 때문에 용액을 오염시키지도 않고 양호한 킬레이트 형성은 물론 재사용이 가능한 내구성을갖게 된다.In addition, the chelate resin of the present invention has a structure directly bonded to the carbon atoms of the chelate functional groups, so that the structure of each functional group is desorbed by hydrolysis in the presence of an acid or alkaline solution during regeneration in which the adsorption-desorption process is repeated. Iii) it does not contaminate the solution and has good chelate formation as well as durability that can be reused.
본 발명에 따른 킬레이트 수지의 제조과정을 개략적으로 도시하면 다음 반응식 1과 같이 나타낼 수 있다.Schematically illustrating the manufacturing process of the chelate resin according to the present invention can be represented by the following scheme 1.
상기 반응식 1에서 : Z=0 이면 X=Y=1 이고 Z=1 이면 X=0 및 Y=1 이다.In Scheme 1, when Z = 0, X = Y = 1, and when Z = 1, X = 0 and Y = 1.
상기 반응식 1에 따른 본 발명의 킬레이트 수지 제조방법을 좀 더 상세히 설명하면, 먼저 클로로메틸화스티렌, 디비닐벤젠, 디부틸말레이트 등의 단량체에 통루엔을 희석제로 첨가하여 라디칼 개시제를 가하고 40 ~ 90℃에서 2 ~ 50시간 현탁중합시켜 상기 화학식 2로 표시되는 공중합체를 제조한다. 제조된 상기 화학식 2로 표시되는 공중합체를 산촉매 존재하에서 40 ~ 100℃에서 1 ~ 60시간 가수분해시키게 되면 상기 화학식 3으로 표시되는 주쇄에 카르복실기를 함유한 공중합체가 제조된다. 여기서, 친수성(親水性)이 있는 카르복실산 에스테르인 디부틸말레이트와 상대적으로 친유성(親油性)의 스티렌, 디비닐벤젠 등의 단량체들간의 공중합은 현탁중합방법으로써, 제조된 중합체의 모양은 구상(球狀)으로 형성되며, 구상의 안쪽은 친유성의 스티렌 및 디비닐벤젠의 구조가 많이 포함되게 되고, 구상의 바깥쪽은 친수성이 큰 디부틸말레이트 구조가 많이 배열되게 된다.The chelate resin preparation method of the present invention according to Scheme 1 will be described in more detail. First, toluene is added as a diluent to monomers such as chloromethylated styrene, divinylbenzene, and dibutyl maleate, and a radical initiator is added thereto. Suspension polymerization at 2 ℃ for 50 hours to prepare a copolymer represented by the formula (2). When the copolymer represented by Chemical Formula 2 is hydrolyzed at 40 to 100 ° C. for 1 to 60 hours in the presence of an acid catalyst, a copolymer containing a carboxyl group is prepared in the main chain represented by Chemical Formula 3. Here, the copolymerization between dibutyl maleate, a hydrophilic carboxylic acid ester, and monomers, such as relatively lipophilic styrene and divinylbenzene, is a suspension polymerization method. Is formed in a spherical shape, the inside of the sphere contains a lot of the structure of the lipophilic styrene and divinylbenzene, the outside of the sphere is arranged a lot of dibutyl maleate structure of high hydrophilicity.
그리고나서, 상기 화학식 3으로 표시되는 공중합체 기본골격의 측쇄인 클로로메틸기를 50 ~ 80℃에서 공중합체 중량당 5 ~ 20 중량비의 에탄올 용매하에서 0.5 ~ 5 중량비의 가성카리와 10 ~ 50시간동안 친핵치환반응시켜 클로로메틸기의 염소를 히드록시화하여 상기 화학식 4로 표시되는 히드록시화된 공중합체를 제조한다. 이어서 20 ~ 60℃에서 히드록시화하여 건조된 공중합체 중량당 5 ~ 30 중량비의 진한질산을 넣고, 5 ~ 50시간동안 산화반응시키고, 세척 및 건조하여 상기 화학식 1a로 표시되는 이중 관능기를 가지는 H형 킬레이트 수지를 제조한다.Then, the chloromethyl group, which is the side chain of the basic skeleton of the copolymer represented by Chemical Formula 3, was nucleophilic for 0.5 to 5 parts by weight in a ethanol solvent of 5 to 20 parts by weight in an ethanol solvent at 5 to 20 parts by weight at 50 to 80 ° C. for 10 to 50 hours. Substitution reaction is hydroxylated chlorine of the chloromethyl group to prepare a hydroxylated copolymer represented by the formula (4). Subsequently, 5-30 weight percent concentrated nitric acid per weight of the copolymer dried by hydroxylation at 20-60 ° C., oxidized for 5-50 hours, washed and dried to have a double functional group represented by Chemical Formula 1a. A type chelate resin is prepared.
그리고, 상기 화학식 1a로 표시되는 H형 킬레이트 수지를 중화(中和)하여 친수성(親水性)을 높히고 흡착능력을 보다 개선시킨 상기 화학식 1b로 표시되는 Na형 킬레이트 수지를 제조한다.In addition, the Na-type chelate resin represented by Chemical Formula 1b is prepared by neutralizing the H-type chelate resin represented by Chemical Formula 1a to increase hydrophilicity and to improve adsorption capacity.
본 발명에 따른 킬레이트 수지는 공중합체의 기본골격의 측쇄인 페닐기에 도입된 카르복실기를 정점으로 기본 골격의 주쇄에 있는 카르복실기와 요철상태의 배치가 이루어져, 카르복실기들만에 의한 새로운 분자배열을 가짐으로써, 특정 중금속이온에 대한 선택적인 킬레이트 형성능력을 기대할 수 있게 된다.The chelating resin according to the present invention is a carboxyl group introduced into the phenyl group, which is the side chain of the basic skeleton of the copolymer, with the carboxyl group and the unevenness in the main chain of the basic skeleton. By the arrangement of states, having a new molecular arrangement by only carboxyl groups, it is possible to expect selective chelate formation ability for specific heavy metal ions.
한편, 상기 반응식 1에서 디부틸말레이트로 대표되는 카르복실산 에스테르는 공중합체 전체 조성중에 0.60 몰%이내(용액중합에서의 최대치)로 사용하는 것이 좋은데, 만일 카르복실산 에스테르의 함량이 0.60 몰%를 초과하면 구상(球狀)형태가 아닌 공중합체가 얻어지기 때문에 킬레이트 수지가 되었을 때 비표면적(比表面積)이 현저하게 저하되기 때문에 바람직하지 못하다.On the other hand, the carboxylic acid ester represented by dibutyl maleate in Scheme 1 is preferably used within 0.60 mol% (maximum in solution polymerization) in the total composition of the copolymer, if the content of the carboxylic acid ester is 0.60 mol If it exceeds%, a copolymer having a spherical shape is obtained, which is not preferable because the specific surface area of the chelating resin is significantly lowered.
또한, 본 발명에서 공중합시 가교제로 사용되는 디비닐벤젠은 사용된 단량체 총량에 대하여 2.0 ~ 30 중량%의 범위내에서 사용하는 것이 좋다. 즉, 디비닐벤젠은 스티렌계 구상 공중합체에 대해 기계적인 강도를주며 중금속 이온들이 드나들 수 있는 망상구조의 사다리 역할을 해주는 가교제로서, 상기의 사용량보다 적으면 망상구조가 사다리 역할을 못하기 때문에 좋지 않고, 또 너무 많으면 가교도가 커짐으로 인해 표면적이 작아지고 흡착효과가 감소되어 좋지 않게 된다.In addition, the divinylbenzene used as a crosslinking agent in the copolymerization in the present invention is preferably used within the range of 2.0 to 30% by weight based on the total amount of the monomers used. In other words, divinylbenzene is a crosslinking agent that gives mechanical strength to the styrene-based spheroidal copolymer and acts as a ladder of the network structure through which heavy metal ions can enter. It is not good and if too large, the surface area becomes small due to the increase in the degree of crosslinking and the adsorption effect is reduced, which is not good.
또한, 본 발명에서 공중합시 사용될 수 있는 톨루엔, 시클로헥산 등 소량의유기희석제는 사용된 단량체 총량에 대하여 2.0 ~ 20 중량%의 비율로 투입사용되는데, 이들은 공중합반응시 침전제로서 구상 공중합체의 표면에 물리적인 요철구조를 만드는데 쓰이고, 반응후는 구상 공중합체내에 물리적으로 혼합되어 있는 상태인데, 이들을 건조시킴으로써 구상 공중합체의 비표면적이 커지게 된다.In addition, a small amount of organic diluents such as toluene, cyclohexane, etc. which can be used in the copolymerization in the present invention is used at a ratio of 2.0 to 20% by weight based on the total amount of the monomers used, and these are used as precipitants on the surface of the spherical copolymer. Physical irregularities It is used to make the structure, and after the reaction, it is physically mixed in the spherical copolymer, and by drying them, the specific surface area of the spherical copolymer is increased.
한편, 본 발명에서는 라디칼 중합방법을 사용하게 되는 바, 이때 라디칼 개시제로서는 벤조일퍼옥시드, p,p'-디클로로벤조일퍼옥시드, 메틸에틸케톤퍼옥시드, 큐멘히드로퍼옥시드, 디-t-부틸퍼옥시드, 과황산칼륨 또는 광황산암모늄 등의과산화물 개시제나 비스아조이소부틸로니트릴 등의 아조계 라디칼 개시제 등을 모두 사용할 수 있다.In the present invention, a radical polymerization method is used, wherein as the radical initiator, benzoyl peroxide, p, p'-dichlorobenzoyl peroxide, methyl ethyl ketone peroxide, cumene hydroperoxide and di-t-butyl peroxide And peroxide initiators such as potassium persulfate or ammonium photosulphate, and azo radical initiators such as bisazisoisobutylonitrile.
또한, 본 발명의 공중합 방법은 라디칼 현탁중합방법을 사용하는데, 이때의 현탁제로서는 메틸셀룰로오즈, 부분가수분해화 폴리비닐알콜, 폴리비닐피롤리돈 또는 이들의 혼합물이 사용된다. 여기서 현탁제의 사용량은 투입되어 사용되는 단량체 총량에 대하여 0.01 ~ 4.0 중량%, 바람직하기로는 0.1 ~ 2.0 중량%이다.In addition, the copolymerization method of the present invention uses a radical suspension polymerization method, wherein the suspending agent is methyl cellulose, partially hydrolyzed polyvinyl alcohol, polyvinylpyrrolidone or a mixture thereof. Here, the amount of the suspending agent is 0.01 to 4.0% by weight, preferably 0.1 to 2.0% by weight relative to the total amount of the monomer used.
일반적으로 이러한 현탁중합은 수분산상(aqueous dispersion)에서 이루어지므로 본 발명의 공중합 방법에서도 라디칼 중합은 수분산상에서 일어나게 되고, 이때 유기 단량체들에 대한 물의 중량 비율은 0.5 ~ 15 중량비가 좋다. 만일 물이 0.5 중량비도 적게 투입되면 점도가 너무 커져서 균일한 수분산상을 얻기가 어렵고, 반면에 15 중량비보다 적게 투입되면 점도가 너무 커져서 균일한 수분산상을 얻기가 어렵고, 반면에 15 중량비보다 많게 투입되면 생산성이 낮아지고 많은 양의 물을 가열해야하므로 에너지 소비량이 많아지게 되어 좋지 않게 된다.In general, such suspension polymerization is carried out in an aqueous dispersion (aqueous dispersion), the radical polymerization occurs in the aqueous dispersion even in the copolymerization method of the present invention, wherein the weight ratio of water to organic monomers is 0.5 to 15 weight ratio is good. If less 0.5 weight ratio of water is added, the viscosity becomes so large that it is difficult to obtain a uniform aqueous dispersion, whereas if less than 15 weight ratio is added, the viscosity becomes too large to obtain a uniform aqueous dispersion, whereas more than 15 weight ratio is added. This leads to low productivity and a large amount of water, which leads to high energy consumption, which is not good.
본 발명에 따르면 현탁제의 사용량과 수분산상에서의 물과 유기 단량체들간의중량비율로부터 구상 공중합체의 입자크기를 조절하게 된다.According to the present invention, the particle size of the spherical copolymer is controlled from the amount of the suspending agent and the weight ratio between the water and the organic monomers in the aqueous phase.
한편, 본 발명에서 따른 가수분해는 건조한 공중합체 중량당 2 ~ 10배 중량비의 에탄올과 1 ~ 20배 중량비의 진한염산을 투입하고 40 ~ 100℃에서 1 ~ 60 시간동안 유지시키면 되며, 그 후의 정제는 휘발성 성분을 날려보내고 잔류물을 물과 메탄올로 씻은 다음 건조하면 된다.On the other hand, the hydrolysis according to the present invention is added to the ethanol and 1 ~ 20 times the ratio of concentrated hydrochloric acid in the ratio of 2 to 10 times by weight per dry copolymer weight and maintained at 40 to 100 ℃ for 1 to 60 hours, and then purified The volatiles can be blown off, the residue washed with water and methanol and dried.
한편, 본 발명에서 클로로메틸화스티렌의 사용으로 얻어진 공중합체 측쇄인 클로로메틸기에 대한 카르복실기의 동비반응은 50 ~ 80℃에서 공중합체 중량당 5 ~ 20 중량비의 에탄올 용매하에서 0.5 ~ 5 중량비의 가성카리와 10 ~ 50시간동안 친핵치환 반응시켜 클로로메틸기의 염소를 히드록시화하고, 여과, 세척, 건조하며, 이어서 20 ~ 60℃에서 히드록시화하여 건조된 수지 중량당 5 ~ 30 중량비의 진한질산을 넣고, 5 ~ 50시간 산화반응시킨 뒤, 반응물을 여과분리하고 증류수와 메탄올로 세척해서 건조하여 완성하였다. 여기서 친핵치환의 반응온도가 50℃ 미만이거나 10시간이내의 반응인 경우 히드록시기로의 변환율이 매우 낮았으며, 50 시간이상의 반응도 그 전환율에 도움을 주지 못했다. 한편 카르복실기 형성을위한 산화반응의 경우 반응온도가 너무 낮으면 전환율이 매우 낮고, 너무 높으면 히드록시기 이외의 분에도 산화가 이루어졌다.On the other hand, the kinetic reaction of the carboxyl group with respect to the chloromethyl group which is a copolymer side chain obtained by the use of chloromethylated styrene in the present invention is 0.5 to 5 weight ratio of caustic carry under 5 to 20 weight ratio ethanol solvent per copolymer weight at 50 to 80 ° C. Nucleophilic substitution reaction for 10 to 50 hours to hydroxylate the chloromethyl group chlorine, filtered, washed, dried and then hydroxylated at 20 ~ 60 ℃ to add 5 to 30 parts by weight of concentrated nitric acid per weight of dried resin After 5 to 50 hours of oxidation, the reaction was separated by filtration, washed with distilled water and methanol and dried. Where the reaction temperature of the nucleophilic substitution is less than 50 ℃ or less than 10 hours, the conversion to the hydroxyl group was very low, the reaction for more than 50 hours did not help the conversion rate. On the other hand, in the case of the oxidation reaction for forming a carboxyl group, if the reaction temperature is too low, the conversion rate is very low, and if it is too high, oxidation is performed even in the minutes other than the hydroxyl group.
또한, 본 발명에서의 중화는 30 ~ 90℃에서 공중합체 중량당 5 ~ 15배 중량비로, 1 ~ 5 노르말 농도의 가성소다를 사용하여 10분 ~ 3시간동안 교반시킨후, 증류수로 세척, 건조하면 된다.In addition, the neutralization in the present invention is a weight ratio of 5 to 15 times the weight of the copolymer at 30 ~ 90 ℃, stirred for 10 minutes to 3 hours using a caustic soda of 1 to 5 normal concentration, washed with distilled water, dried Just do it.
이상의 제조방법에 의해 제조된 본 발명의 킬레이트 수지는 카르복실기 관능기들에 대한 분자배치가 일부 특정 중금속이온에 대해서 선택적 킬레이트를 이루도록 하였으며, 이때 공중합체들의 주쇄 및 측쇄에 대한 카르복실기 함량의 영향, 가교제함량 및 비표면적의 크기에 따른 영향, 흡착-탈착에서 오는 재사용능력 등을 고려함으로써, 종래의 카르복실기 함유 킬레이트수지들에 비하여 선택흡착성과 재사용능력을 개선할 수 있게 되는 것이다.The chelating resin of the present invention prepared by the above production method is such that the molecular arrangement for the carboxyl functional groups form a selective chelate for some specific heavy metal ions, wherein the influence of the carboxyl group content on the main chain and side chain of the copolymers, crosslinking agent content and By considering the influence of the specific surface area, the reusability from adsorption-desorption, etc., it is possible to improve the selective adsorption and reusability compared to conventional carboxyl group-containing chelate resins.
이와 같은 본 발명은 다음의 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하겠는 바, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.Such a present invention will be described in more detail based on the following examples, but the present invention is not limited thereto.
실시예 1 ~ 24Examples 1 to 24
교반기가 있는 반응기에 클로로메틸화스티렌, 디비닐벤젠, 디부틸말레이트, 톨루엔을 넣고, 여기에다 중합개시제로는 벤조일퍼옥시드를 단량체들에 대해 0.2중량% 사용했으며, 이들 단량체들과의 수비(치)를 2.5로 하고, 1% 메틸셀루로오즈 수용액을 분산제로 사용하였다.Chloromethylated styrene, divinylbenzene, dibutylmaleate, and toluene were added to a reactor with a stirrer, and as a polymerization initiator, benzoyl peroxide was used in an amount of 0.2% by weight based on monomers. C) to 2.5 and a 1% aqueous solution of methyl cellulose was used as a dispersant.
현탁중합반응은 70℃에서 25시간 유지하여 생성된 중합반응물을 여과수세하였으며, 이것을 60℃가 유지된 진공건조기에서 48시간 건조시킨 뒤 60/80메쉬(mesh)의 체(sieve)로 걸렀다.The suspension polymerization was maintained at 70 ° C. for 25 hours, and the resulting polymerization product was filtered and washed with water, which was dried for 48 hours in a vacuum dryer maintained at 60 ° C. and then filtered through a 60/80 mesh sieve.
공중합체의 주쇄에 대한 카르복실기의 도입은 디부틸말레이트 단량체를 공중합반응하여 얻은 건조된 수지의 중량당 메탄올 4 중량비와 진한염산 3 중량비를주가하고 90℃에서 42시간동안 환류시켜 가수분해를 통해 이루었으며, 이것의 정제는 휘발성분을 날려보내고 잔류물을 증류수로 씻은 다음 건조하였다.Introduction of the carboxyl group to the main chain of the copolymer is achieved by hydrolysis by refluxing at 90 ° C. for 42 hours, adding 4 parts by weight of methanol and 3 parts by weight of concentrated hydrochloric acid per weight of the dried resin obtained by copolymerizing the dibutyl maleate monomer. Its tablets blew away volatiles, washed the residue with distilled water and dried.
이후 공중합체 기본골격의 측쇄인 클로로메틸기에 대해 카르복실기의 도입을 위하여 60℃에서 공중합체 중량당 10 중량비의 에탄올 용매하에서 2 중량비의 가성카리와 20시간동안 친핵치환반응시켜 클로로메틸기의 염소를 히드록시화하고, 여과, 세척, 건조하며, 이어서 40℃에서 히드록시화하여 건조된 수지 중량당 10 중량비의 진한질산을 넣고, 30시간 산화반응시킨 뒤, 반응물을 여과분리하고 증류수와 메탄올로 세척하고 60℃에서 48시간동안 진공건조하여 노란색의 구상 킬레이트 수지[H형(酸形관능기)]를 제조하였다.Subsequently, in order to introduce a carboxyl group to the chloromethyl group, which is a side chain of the main skeleton of the copolymer, nucleophilic substitution reaction with 2 parts by weight of caustic carbonate for 20 hours was carried out at 60 ° C. under an ethanol solvent of 10 parts by weight of the copolymer for 20 hours. The reaction mixture was filtered, washed, dried, and then oxidized at 40 ° C. to 10% by weight of concentrated nitric acid per weight of the dried resin, oxidized for 30 hours, and then the reaction product was filtered off, washed with distilled water and methanol, and 60 It dried under vacuum at 48 degreeC for 48 hours, and produced the yellow spherical chelating resin [H-type functional group].
얻어진 킬레이트수지의 조성, 각 관능기 함량 및 중금속이온 흡착량은 다음 표1 (실시예 1 ~ 8) 기재된 바와 같다.The composition, the content of each functional group and the adsorption amount of heavy metal ions of the obtained chelate resin are as described in Table 1 (Examples 1 to 8).
또, 다음 표1에서와 동일한 조성, 각 관능기 함량은 갖는킬레이트 수지를 이용하여 해당되는 중금속 이온들을 흡착/탈착(실온에서 24시간 1M의 염산으로 이온들을 탈착하고 1M의 가송소다로 중화, 세척함)을 4회 반복시킨 후 이어 각 이온들의 흡착량을 측정하여 다음 표 2(실시예 9 ~ 16)에 기재하였다.In addition, the same composition as in Table 1, each functional group content by using a chelate resin having the adsorption / desorption of the corresponding heavy metal ions (desorption of ions with 1M hydrochloric acid at room temperature for 24 hours, neutralized, washed with 1M of soda) ) Was repeated four times, and then the adsorption amount of each ion was measured and described in the following Table 2 (Examples 9 to 16).
또한, 다음 표 1에서와 동일한 조성, 각 관능기 함량은 갖는 킬레이트 수지를 실온에서 1몰의 가정소다수용액에 넣고 3시간 교반하고, 여과, 세척시킨 후 건조하여 킬레이트 수지내의 카르복실기나 슬폰기의 관능기들을 나트륨염 형(Na형)으로 바꾸고, 이어 각 이온들의 흡착량을 측정하여 다음 표 3(실시예 17 ~ 24)에 기재하였다.In addition, the same composition as in Table 1, each functional group content of the chelating resin having a 1 mol of home soda solution at room temperature, stirred for 3 hours, filtered, washed, and dried to remove the functional groups of the carboxyl group or the sulfonic group in the chelate resin The sodium salt type (Na type) was changed, and the adsorption amount of each ion was measured and described in the following Table 3 (Examples 17 to 24).
비교예 1 ~ 7Comparative Examples 1 to 7
교반기가 있는 반응기에 클로로메틸화스티렌, 부틸아크릴레이트, 디비닐벤젠, 톨루엔을 넣고, 여기에다 중합개시제로는 벤조일퍼옥시드를 단량체들에 대해 0.2 중량% 사용했으며, 이들 단량체들과의 수비(치)를 2.5로 하고, 1% 메틸셀루로오즈 수용액을 분산제로 사용하였다.Chloromethylated styrene, butyl acrylate, divinylbenzene and toluene were added to a reactor with a stirrer, and as a polymerization initiator, benzoyl peroxide was used in an amount of 0.2% by weight based on monomers. C) to 2.5 and a 1% aqueous solution of methyl cellulose was used as a dispersant.
여기서 현탁중합반응은 70℃에서 25시간 유지하여 생성된 중합반응물을 여과 수세하였으며, 이것을 60℃가 유지된 진공건조기에서 48시간 건조시킨 뒤 60/80메쉬(mesh)의 체(sieve)로 걸렀다.In this case, the suspension polymerization was maintained at 70 ° C. for 25 hours, and the resultant polymerization reaction was filtered and washed with water, and dried in a vacuum dryer maintained at 60 ° C. for 48 hours, and then filtered through a 60/80 mesh sieve. .
공중합체의 주쇄에 대한 카르복실기의 도입은 상기에서와 같이 부틸 아크릴 레이트 단량체를 공중합반응하여 얻은 건조된 수지의 중량당 메탄올 4 ㅈ둥량비와 진한염산 3 중량비를 주가하고 90℃에서 42시간동안 환류시켜 가수분해를 통해 이루었으며, 이것의 정제는 휘발성분을 날려보내고 잔류물을 증류수로 씻은 다음 건조하였다.Introduction of the carboxyl group to the main chain of the copolymer was carried out by refluxing the mixture at 90 ° C. for 42 hours and adding methanol 4 weight ratio to 3 weight ratio of concentrated hydrochloric acid per weight of the dried resin obtained by copolymerizing the butyl acrylate monomer as described above. This was achieved by decomposition, and its purification was blown off volatiles, the residue was washed with distilled water and dried.
이후, 본 발명에서 클로로메틸화스티렌의 사용으로 얻어진 공중합체 측쇄인 클로로메틸기에 대한 카르복실기의 도입방법은 60℃의 반응온도에서 공중합체 수지 중량당 상간이동촉매로 1 중량비의 테트라부틸암모늄브로마이드를 사용하고, 6 중량비의 아질산나트륨을 7시간 반응시킨 뒤, 반응물을 여과분리하고 증류수와 메탄올로 세척한 다음, 60℃에서 48시간동안 진공건조하여 노란색의 구상 킬레이트 수지[H형(酸形관능기)]를 제조하였다. 얻어진 킬레이트 수지의 조성, 각 관능기 함량 및 중금속이온 흡착량은 다음 표 4에 기재한 바와 같다.Thereafter, in the present invention, a method of introducing a carboxyl group into a chloromethyl group, which is a copolymer side chain obtained by using chloromethylated styrene, uses tetrabutylammonium bromide in a 1 weight ratio as a phase transfer catalyst per weight of copolymer resin at a reaction temperature of 60 ° C. After 6 hours of reaction with sodium nitrite for 7 hours, the reaction mixture was filtered off, washed with distilled water and methanol, and dried under vacuum at 60 ° C. for 48 hours to obtain a yellow spherical chelating resin [H-type functional group]. Prepared. The composition, the content of each functional group, and the heavy metal ion adsorption amount of the obtained chelate resin are as shown in Table 4 below.
[표4]Table 4
[표2][Table 2]
[표3]Table 3
[표4]Table 4
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 킬레이트수지는 기본골격의주쇄와 측쇄에 킬레이트 관능기로서 카르보실기가 도입되어 있고 측쇄에 도입된 카르복실기와 주쇄에 도입된 카르복실기들 사이에 요철구조를 이루도록 함으로써 특정 중금속이온에 대한 킬레이트 형성능력이 현저하게 개선된 효과를 가진다.As described above, the chelate resin of the present invention has a carbosyl group introduced as a chelating functional group in the main chain and the side chain of the basic skeleton, and forms a concave-convex structure between the carboxyl group introduced into the side chain and the carboxyl groups introduced into the main chain. Has the effect of significantly improved chelate formation ability.
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