KR100345388B1 - 광분해성 계면활성제 복합체 및 그것의 용도 - Google Patents
광분해성 계면활성제 복합체 및 그것의 용도 Download PDFInfo
- Publication number
- KR100345388B1 KR100345388B1 KR1019990043777A KR19990043777A KR100345388B1 KR 100345388 B1 KR100345388 B1 KR 100345388B1 KR 1019990043777 A KR1019990043777 A KR 1019990043777A KR 19990043777 A KR19990043777 A KR 19990043777A KR 100345388 B1 KR100345388 B1 KR 100345388B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- surfactant
- tio
- compound
- complex
- carbon atoms
- Prior art date
Links
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 title claims abstract description 80
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 60
- 239000010779 crude oil Substances 0.000 claims abstract description 44
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 43
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 40
- -1 carboxylate compound Chemical class 0.000 claims abstract description 21
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 claims abstract description 21
- 239000003599 detergent Substances 0.000 claims abstract description 19
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 25
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 18
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 15
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 claims description 11
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 11
- 125000000217 alkyl group Chemical group 0.000 claims description 10
- 229910019142 PO4 Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 150000001298 alcohols Chemical class 0.000 claims description 6
- 239000010452 phosphate Substances 0.000 claims description 5
- 238000010992 reflux Methods 0.000 claims description 5
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 4
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims description 3
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052784 alkaline earth metal Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 3
- 150000003467 sulfuric acid derivatives Chemical class 0.000 claims description 3
- 150000003013 phosphoric acid derivatives Chemical class 0.000 claims description 2
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 claims description 2
- 150000004671 saturated fatty acids Chemical class 0.000 claims description 2
- 235000021122 unsaturated fatty acids Nutrition 0.000 claims description 2
- 150000004670 unsaturated fatty acids Chemical class 0.000 claims description 2
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims 1
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 14
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 abstract description 3
- 239000005416 organic matter Substances 0.000 abstract description 3
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 abstract description 3
- 238000011109 contamination Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 abstract 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 abstract 1
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 93
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 76
- QIQXTHQIDYTFRH-UHFFFAOYSA-N octadecanoic acid Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCCCCC(O)=O QIQXTHQIDYTFRH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 60
- 235000021355 Stearic acid Nutrition 0.000 description 59
- OQCDKBAXFALNLD-UHFFFAOYSA-N octadecanoic acid Natural products CCCCCCCC(C)CCCCCCCCC(O)=O OQCDKBAXFALNLD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 59
- 239000008117 stearic acid Substances 0.000 description 59
- YZXBAPSDXZZRGB-DOFZRALJSA-N arachidonic acid Chemical compound CCCCC\C=C/C\C=C/C\C=C/C\C=C/CCCC(O)=O YZXBAPSDXZZRGB-DOFZRALJSA-N 0.000 description 30
- DBMJMQXJHONAFJ-UHFFFAOYSA-M Sodium laurylsulphate Chemical compound [Na+].CCCCCCCCCCCCOS([O-])(=O)=O DBMJMQXJHONAFJ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 17
- 238000006303 photolysis reaction Methods 0.000 description 16
- 230000015843 photosynthesis, light reaction Effects 0.000 description 16
- 235000021342 arachidonic acid Nutrition 0.000 description 15
- 229940114079 arachidonic acid Drugs 0.000 description 15
- 125000003178 carboxy group Chemical group [H]OC(*)=O 0.000 description 11
- HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N Chloroform Chemical compound ClC(Cl)Cl HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N N-Butanol Chemical compound CCCCO LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- AMQJEAYHLZJPGS-UHFFFAOYSA-N N-Pentanol Chemical compound CCCCCO AMQJEAYHLZJPGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- ZSIAUFGUXNUGDI-UHFFFAOYSA-N hexan-1-ol Chemical compound CCCCCCO ZSIAUFGUXNUGDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- ANBFRLKBEIFNQU-UHFFFAOYSA-M potassium;octadecanoate Chemical compound [K+].CCCCCCCCCCCCCCCCCC([O-])=O ANBFRLKBEIFNQU-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 10
- 230000008859 change Effects 0.000 description 9
- 238000001157 Fourier transform infrared spectrum Methods 0.000 description 8
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 8
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 7
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 7
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 7
- 230000008569 process Effects 0.000 description 7
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 7
- 238000005033 Fourier transform infrared spectroscopy Methods 0.000 description 6
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 150000007942 carboxylates Chemical group 0.000 description 6
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 description 6
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 6
- 235000010482 polyoxyethylene sorbitan monooleate Nutrition 0.000 description 6
- 229920000053 polysorbate 80 Polymers 0.000 description 6
- 229940114930 potassium stearate Drugs 0.000 description 6
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L sulfate group Chemical group S(=O)(=O)([O-])[O-] QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 6
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 5
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 5
- 239000003995 emulsifying agent Substances 0.000 description 5
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 5
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 4
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 4
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 4
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 4
- 125000002467 phosphate group Chemical group [H]OP(=O)(O[H])O[*] 0.000 description 4
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 4
- 238000003917 TEM image Methods 0.000 description 3
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 3
- 150000001732 carboxylic acid derivatives Chemical class 0.000 description 3
- 230000009881 electrostatic interaction Effects 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 3
- 239000011859 microparticle Substances 0.000 description 3
- 239000002736 nonionic surfactant Substances 0.000 description 3
- 235000021317 phosphate Nutrition 0.000 description 3
- 235000019333 sodium laurylsulphate Nutrition 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- WRIDQFICGBMAFQ-UHFFFAOYSA-N (E)-8-Octadecenoic acid Natural products CCCCCCCCCC=CCCCCCCC(O)=O WRIDQFICGBMAFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KBPLFHHGFOOTCA-UHFFFAOYSA-N 1-Octanol Chemical compound CCCCCCCCO KBPLFHHGFOOTCA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BBMCTIGTTCKYKF-UHFFFAOYSA-N 1-heptanol Chemical compound CCCCCCCO BBMCTIGTTCKYKF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LQJBNNIYVWPHFW-UHFFFAOYSA-N 20:1omega9c fatty acid Natural products CCCCCCCCCCC=CCCCCCCCC(O)=O LQJBNNIYVWPHFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QSBYPNXLFMSGKH-UHFFFAOYSA-N 9-Heptadecensaeure Natural products CCCCCCCC=CCCCCCCCC(O)=O QSBYPNXLFMSGKH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 description 2
- ZQPPMHVWECSIRJ-UHFFFAOYSA-N Oleic acid Natural products CCCCCCCCC=CCCCCCCCC(O)=O ZQPPMHVWECSIRJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000005642 Oleic acid Substances 0.000 description 2
- 238000000149 argon plasma sintering Methods 0.000 description 2
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 2
- MVPPADPHJFYWMZ-UHFFFAOYSA-N chlorobenzene Chemical compound ClC1=CC=CC=C1 MVPPADPHJFYWMZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ZTAPVQMJSZFABU-UHFFFAOYSA-N chloroform;octadecanoic acid Chemical compound ClC(Cl)Cl.CCCCCCCCCCCCCCCCCC(O)=O ZTAPVQMJSZFABU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- MWKFXSUHUHTGQN-UHFFFAOYSA-N decan-1-ol Chemical compound CCCCCCCCCCO MWKFXSUHUHTGQN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 235000014113 dietary fatty acids Nutrition 0.000 description 2
- ZUOUZKKEUPVFJK-UHFFFAOYSA-N diphenyl Chemical compound C1=CC=CC=C1C1=CC=CC=C1 ZUOUZKKEUPVFJK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LQZZUXJYWNFBMV-UHFFFAOYSA-N dodecan-1-ol Chemical compound CCCCCCCCCCCCO LQZZUXJYWNFBMV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 229930195729 fatty acid Natural products 0.000 description 2
- 239000000194 fatty acid Substances 0.000 description 2
- 150000004665 fatty acids Chemical class 0.000 description 2
- IPCSVZSSVZVIGE-UHFFFAOYSA-N hexadecanoic acid Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCCC(O)=O IPCSVZSSVZVIGE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000002430 hydrocarbons Chemical group 0.000 description 2
- QXJSBBXBKPUZAA-UHFFFAOYSA-N isooleic acid Natural products CCCCCCCC=CCCCCCCCCC(O)=O QXJSBBXBKPUZAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003305 oil spill Substances 0.000 description 2
- ZQPPMHVWECSIRJ-KTKRTIGZSA-N oleic acid Chemical compound CCCCCCCC\C=C/CCCCCCCC(O)=O ZQPPMHVWECSIRJ-KTKRTIGZSA-N 0.000 description 2
- 238000001782 photodegradation Methods 0.000 description 2
- XAEFZNCEHLXOMS-UHFFFAOYSA-M potassium benzoate Chemical compound [K+].[O-]C(=O)C1=CC=CC=C1 XAEFZNCEHLXOMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- 239000011882 ultra-fine particle Substances 0.000 description 2
- OYHQOLUKZRVURQ-NTGFUMLPSA-N (9Z,12Z)-9,10,12,13-tetratritiooctadeca-9,12-dienoic acid Chemical compound C(CCCCCCC\C(=C(/C\C(=C(/CCCCC)\[3H])\[3H])\[3H])\[3H])(=O)O OYHQOLUKZRVURQ-NTGFUMLPSA-N 0.000 description 1
- ISPYQTSUDJAMAB-UHFFFAOYSA-N 2-chlorophenol Chemical compound OC1=CC=CC=C1Cl ISPYQTSUDJAMAB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- MGBKJKDRMRAZKC-UHFFFAOYSA-N 3-aminobenzene-1,2-diol Chemical compound NC1=CC=CC(O)=C1O MGBKJKDRMRAZKC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000021314 Palmitic acid Nutrition 0.000 description 1
- 238000002835 absorbance Methods 0.000 description 1
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 1
- 125000000129 anionic group Chemical group 0.000 description 1
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 1
- 238000009360 aquaculture Methods 0.000 description 1
- 244000144974 aquaculture Species 0.000 description 1
- 150000001491 aromatic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000006065 biodegradation reaction Methods 0.000 description 1
- 235000010290 biphenyl Nutrition 0.000 description 1
- 239000004305 biphenyl Substances 0.000 description 1
- 159000000007 calcium salts Chemical class 0.000 description 1
- 125000002843 carboxylic acid group Chemical group 0.000 description 1
- 150000001735 carboxylic acids Chemical class 0.000 description 1
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 1
- 150000001793 charged compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 230000009918 complex formation Effects 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 230000000593 degrading effect Effects 0.000 description 1
- 238000001493 electron microscopy Methods 0.000 description 1
- 235000019441 ethanol Nutrition 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 description 1
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 230000005660 hydrophilic surface Effects 0.000 description 1
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 159000000003 magnesium salts Chemical class 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 239000000693 micelle Substances 0.000 description 1
- 238000000386 microscopy Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- WQEPLUUGTLDZJY-UHFFFAOYSA-N n-Pentadecanoic acid Natural products CCCCCCCCCCCCCCC(O)=O WQEPLUUGTLDZJY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KPSSIOMAKSHJJG-UHFFFAOYSA-N neopentyl alcohol Chemical compound CC(C)(C)CO KPSSIOMAKSHJJG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000021313 oleic acid Nutrition 0.000 description 1
- 238000000399 optical microscopy Methods 0.000 description 1
- 150000002891 organic anions Chemical class 0.000 description 1
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 1
- 238000005191 phase separation Methods 0.000 description 1
- 238000007539 photo-oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000011941 photocatalyst Substances 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N propan-1-ol Chemical compound CCCO BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 235000003441 saturated fatty acids Nutrition 0.000 description 1
- 239000013535 sea water Substances 0.000 description 1
- 238000005204 segregation Methods 0.000 description 1
- 229940067741 sodium octyl sulfate Drugs 0.000 description 1
- 159000000000 sodium salts Chemical class 0.000 description 1
- 229960000776 sodium tetradecyl sulfate Drugs 0.000 description 1
- XZTJQQLJJCXOLP-UHFFFAOYSA-M sodium;decyl sulfate Chemical compound [Na+].CCCCCCCCCCOS([O-])(=O)=O XZTJQQLJJCXOLP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- GGHPAKFFUZUEKL-UHFFFAOYSA-M sodium;hexadecyl sulfate Chemical compound [Na+].CCCCCCCCCCCCCCCCOS([O-])(=O)=O GGHPAKFFUZUEKL-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- WFRKJMRGXGWHBM-UHFFFAOYSA-M sodium;octyl sulfate Chemical compound [Na+].CCCCCCCCOS([O-])(=O)=O WFRKJMRGXGWHBM-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- UPUIQOIQVMNQAP-UHFFFAOYSA-M sodium;tetradecyl sulfate Chemical compound [Na+].CCCCCCCCCCCCCCOS([O-])(=O)=O UPUIQOIQVMNQAP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 238000000527 sonication Methods 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 239000006228 supernatant Substances 0.000 description 1
- TUNFSRHWOTWDNC-HKGQFRNVSA-N tetradecanoic acid Chemical compound CCCCCCCCCCCCC[14C](O)=O TUNFSRHWOTWDNC-HKGQFRNVSA-N 0.000 description 1
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C11—ANIMAL OR VEGETABLE OILS, FATS, FATTY SUBSTANCES OR WAXES; FATTY ACIDS THEREFROM; DETERGENTS; CANDLES
- C11D—DETERGENT COMPOSITIONS; USE OF SINGLE SUBSTANCES AS DETERGENTS; SOAP OR SOAP-MAKING; RESIN SOAPS; RECOVERY OF GLYCEROL
- C11D3/00—Other compounding ingredients of detergent compositions covered in group C11D1/00
- C11D3/0005—Other compounding ingredients characterised by their effect
- C11D3/0063—Photo- activating compounds
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C11—ANIMAL OR VEGETABLE OILS, FATS, FATTY SUBSTANCES OR WAXES; FATTY ACIDS THEREFROM; DETERGENTS; CANDLES
- C11D—DETERGENT COMPOSITIONS; USE OF SINGLE SUBSTANCES AS DETERGENTS; SOAP OR SOAP-MAKING; RESIN SOAPS; RECOVERY OF GLYCEROL
- C11D1/00—Detergent compositions based essentially on surface-active compounds; Use of these compounds as a detergent
- C11D1/02—Anionic compounds
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C11—ANIMAL OR VEGETABLE OILS, FATS, FATTY SUBSTANCES OR WAXES; FATTY ACIDS THEREFROM; DETERGENTS; CANDLES
- C11D—DETERGENT COMPOSITIONS; USE OF SINGLE SUBSTANCES AS DETERGENTS; SOAP OR SOAP-MAKING; RESIN SOAPS; RECOVERY OF GLYCEROL
- C11D17/00—Detergent materials or soaps characterised by their shape or physical properties
- C11D17/0004—Non aqueous liquid compositions comprising insoluble particles
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C11—ANIMAL OR VEGETABLE OILS, FATS, FATTY SUBSTANCES OR WAXES; FATTY ACIDS THEREFROM; DETERGENTS; CANDLES
- C11D—DETERGENT COMPOSITIONS; USE OF SINGLE SUBSTANCES AS DETERGENTS; SOAP OR SOAP-MAKING; RESIN SOAPS; RECOVERY OF GLYCEROL
- C11D3/00—Other compounding ingredients of detergent compositions covered in group C11D1/00
- C11D3/02—Inorganic compounds ; Elemental compounds
- C11D3/12—Water-insoluble compounds
- C11D3/1213—Oxides or hydroxides, e.g. Al2O3, TiO2, CaO or Ca(OH)2
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C11—ANIMAL OR VEGETABLE OILS, FATS, FATTY SUBSTANCES OR WAXES; FATTY ACIDS THEREFROM; DETERGENTS; CANDLES
- C11D—DETERGENT COMPOSITIONS; USE OF SINGLE SUBSTANCES AS DETERGENTS; SOAP OR SOAP-MAKING; RESIN SOAPS; RECOVERY OF GLYCEROL
- C11D3/00—Other compounding ingredients of detergent compositions covered in group C11D1/00
- C11D3/16—Organic compounds
- C11D3/20—Organic compounds containing oxygen
- C11D3/2003—Alcohols; Phenols
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C11—ANIMAL OR VEGETABLE OILS, FATS, FATTY SUBSTANCES OR WAXES; FATTY ACIDS THEREFROM; DETERGENTS; CANDLES
- C11D—DETERGENT COMPOSITIONS; USE OF SINGLE SUBSTANCES AS DETERGENTS; SOAP OR SOAP-MAKING; RESIN SOAPS; RECOVERY OF GLYCEROL
- C11D3/00—Other compounding ingredients of detergent compositions covered in group C11D1/00
- C11D3/16—Organic compounds
- C11D3/20—Organic compounds containing oxygen
- C11D3/2075—Carboxylic acids-salts thereof
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C11—ANIMAL OR VEGETABLE OILS, FATS, FATTY SUBSTANCES OR WAXES; FATTY ACIDS THEREFROM; DETERGENTS; CANDLES
- C11D—DETERGENT COMPOSITIONS; USE OF SINGLE SUBSTANCES AS DETERGENTS; SOAP OR SOAP-MAKING; RESIN SOAPS; RECOVERY OF GLYCEROL
- C11D2111/00—Cleaning compositions characterised by the objects to be cleaned; Cleaning compositions characterised by non-standard cleaning or washing processes
- C11D2111/10—Objects to be cleaned
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Emergency Medicine (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
Abstract
본 발명은 새로운 광분해성 계면활성제 복합체를 제공한다. 이 새로운 광분해성 계면활성제 복합체는 알콜, 카르복실레이트 화합물 또는 설페이트 화합물로부터 선택된 1종과 이산화티타늄 입자로부터 형성된 복합제 구조이다. 본 발명에 따른 계면활성제는 광분해성이 뛰어나기 때문에, 기존의 계면활성제가 갖는 그 자체에 의한 2차 오염의 문제점 없이 유출 원유를 효과적으로 제거하는데 이용될 수 있으며, 또는 세제류에 첨가제로 사용되어 광분해성 세제로 사용가능하다. 또한 유기물 폐수의 처리제로 사용하여 폐수속의 유기물을 광조사에 의해 분해하는데 사용가능하다.
Description
본 발명은 광분해성 계면활성제 복합체에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 이산화티타늄 나노입자와 분자중에 하이드록시기, 카르복실레이트기, 포스페이트기 또는 설페이트기 등의 음이온기를 갖는 화합물로 이루어진 계면활성제 복합체에 관한 것이다.
다양한 응용분야에 광범위하게 사용되는 많은 계면활성제는 박테리아를 통한생물학적인 분해와 생물학적인 제거가 매우 느리기 때문에 심각한 수질환경문제를 일으킬 수 있다. 계면활성제를 완전하게 생물학적으로 분해하기 위해서는 몇 주 혹은 몇 달이 필요하다.
한편으로는 바다에 유출된 원유를 분산시키는데 뛰어난 능력 때문에 원유 유출 문제를 해결하기 위해 계면활성제를 사용하는데 많은 관심이 모아져 왔다. 원유막의 확산은 생물학적인 분해나 광분해를 가속화시켜 준다. 이러한 원유막에 대한 계면활성제의 분산능력은 바닷물에서의 계면활성제들간의 강력한 소수성 상호작용에 기인한다. 계면활성제는 원유막과 혼합되어 원유막을 확산시킨다. 이러한 확산은 원유막과 계면활성제사이의 소수성 상호작용에 의해 오일방울(oil droplet)을 만들어낸다.
그러나 불행하게도 원유막을 제거하는데 사용되는 계면활성제는 바다와 양식장의 환경과 생태에 치명적인 해를 일으키는 원인이 될 수 있고, 이는 계면활성제 자체에 의한 2차 오염의 원인이 된다.
계면활성제로부터 발생되는 이러한 문제를 해결하기 위해 몇 가지 연구가 시도되고 있다. 우선 생물학적으로 분해가 가능한 합성 계면활성제가 제안되었다. 생물학적 분해가 가능한 계면활성제에서 주요한 관심사는 현재 사용되고 있는 계면활성제의 알려지지 않은 환경적인 요인이 이러한 분해에 어떤 영향을 미치는가 하는 것이다. 물론, 현재 개발되고 생산되는 화학물질들은 수명이 다할 때까지 무해한 물질이어야 하기 때문에 환경에 대한 영향을 평가해야 한다. 이러한 관점에서 계면활성제 산업은 생물학적으로 분해가 불가능한 계면활성제에서 생물학적으로 분해가 가능한 계면활성제로 완전히 전환되어야 한다.
그러나 현실은, 계면활성제 분자들이 생물학적으로 느리게 그리고 불충분하게 분해되는 것 때문에, 계면활성제들이 더욱 환경을 악화시키는 생태학적으로 심각한 문제를 일으킨다. 계면활성제의 생물학적 분해는 몇 주의 기간이 필요하기도 하지만 계면활성제의 분해 이성질체는 박테리아와의 수개월 동안의 접촉에도 불구하고 생물학적으로 분해가 되지 않는 경우가 있다.
현재, 독성 유기물질의 열분해 혹은 광분해를 촉매하는 반도체 입자(powder)의 사용이 큰 관심사가 되고 있다. 예를 들어, 폴리클로리네이트 비페닐, 클로로벤젠 또는 클로로페놀과 같은 할로겐화 방향족 화합물들이 반도체 입자에 의해 광분해되는 것이 보고되어 있다. 또한 지방족 할로겐화 탄화수소와 카르복시산의 광산화도 연구되고 있었다. 더욱이 반도체 입자는 계면활성제를 광분해시키기도 한다. 이는 계면활성제의 수용액에서 반도체 입자의 광분해 기능에 기초한 것이다.
그러나 수용액에서 광분해촉매 입자로부터 분리된 부분 때문에 계면활성제의 광분해는 한계가 있다. 그리고 오랜 시간이 지나면 반도체입자가 계면활성제로부터 떨어질 것이기 때문에 장기보존용의 대용량 용액을 사용할 수는 없다. 바다나 양식장에서의 원유막에 대해 적용함에 있어서도, 계면활성제와 반도체 입자 사이의 상 분리 때문에 적당한 방법이 될 수 없다.
이러한 이유들로 인하여, 반도체 입자를 이용한 계면활성제의 광분해에서 대해서는 더 이상의 연구가 수행되지 않고 있는 실정이다.
이러한 상황하에서, 본 발명자들은 반도체 입자를 이용하여 광분해가 가능한 계면활성제를 제공하고자 하는 목적으로 광범위한 연구를 행하였고, 그 결과로서 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
즉, 본 발명은 광분해가 가능한 계면활성제 복합체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 목적은 이산화티타늄 입자와 분자중에 소수성의 알킬기 부위 및 친수성의 하이드록시기, 카르복실레이트기, 포스페이트기 또는 설페이트기 등의 음전하기를 함께 갖는 화합물로 이루어진 복합체 구조에 의해 달성된다.
본 발명은 또한 이산화티타늄 입자 및 분자중에 하이드록시기, 카르복실레이트기, 포스페이트기 또는 설페이트기를 갖는 화합물을 화학결합시켜 복합체를 제조함을 특징으로 하는 광분해성 계면활성제 복합체의 제조방법을 제공한다.
본 발명은 또한 상기 계면활성제 복합체를 이용하여 유출 원유를 제거하는 방법을 제공한다.
나아가 본 발명은 상기 계면활성제 복합체를 함유함을 특징으로 하는 광분해성 세제 조성물을 제공한다. 또한 상기 계면활성제 복합체는 유기물 폐수의 정제에도 사용할 수 있다.
도 1은 이산화티타늄과 음이온을 갖는 화합물 사이에 복합체 구조가 형성되는 과정을 보여주는 도식도이다.
도 2는 스테아린산과 스테아린산 칼륨염의 FT-IR 스펙트럼이다. 도 2에서 A는 스테아린산을, B는 스테아린산 칼륨염을 표시한다.
도 3은 스테아린산 단독 또는 스테아린산/TiO2나노입자 복합체(즉, 본 발명의 계면활성제 복합체)의 FT-IR 스펙트럼이다. 도 3에서, A는 스테아린산을, B는 스테아린산/TiO2나노입자 복합체를 표시한다.
도 4는 이산화티타늄 입자(도4a의 왼쪽) 및 스테아린산/TiO2나노입자 복합체(도 4b의 오른쪽)의 SEM 사진을, 그리고 도 4b는 스테아린산/TiO2나노입자 복합체의 TEM 사진이다.
도 5는 물/공기 계면에서 스테아린산/TiO2나노입자 복합체와 원유막의 광분해 실험을 위한 장치의 모식도이다.
도 6은 광분해성 스테아린산/TiO2나노입자 복합체에 의한 원유막의 광분해과정을 보여주는 모식도이다.
도 7은 물/공기 계면에서 빛 조사 시간에 따른 스테아린산/TiO2나노입자 복합체와 원유와의 혼합물에 의한 표면장력의 변화를 보여주는 그래프이다. 도 7에서, -○-는 원유만에 의한 표면장력을, -●-는 원유 및 스테아린산/TiO2나노입자 복합체 혼합물에 의한 표면장력을 나타낸다.
도 8은 물/공기 계면에서 시간경과에 따른 스테아린산/TiO2나노입자 복합체단독 또는 스테아린산/TiO2나노입자 복합체와 비이온성 계면활성제(Tween 80)의 혼합물에 의한 표면장력의 변화를 보여주는 그래프이다. 도 8에서, -○-는 스테아린산/TiO2나노입자 복합체 단독에 의한 표면장력을, -●-는 Tween 80과 스테아린산/ TiO2나노입자 복합체 혼합물에 의한 표면장력을 나타낸다.
도 9는 아라키돈산 단독 또는 아라키돈산/TiO2나노입자 복합체의 FT-IR 스펙트럼이다. 도 9에서, A는 아라키돈산을, B는 아라키돈산/TiO2나노입자 복합체를 표시한다.
도 10은 아라키돈산/TiO2나노입자 복합체의 SEM 사진이다.
도 11은 SDS 단독 또는 SDS/TiO2나노입자 복합체의 FT-IR 스펙트럼이다. 도 11에서, A는 SDS를, B는 SDS/TiO2나노입자 복합체를 표시한다.
도 12는 SDS/TiO2나노입자 복합체의 SEM 사진이다.
도 13은 알콜(부탄올, 펜탄올, 헥산올)/TiO2나노입자 복합체의 FT-IR 스펙트럼이다.
도 14는 알콜/TiO2나노입자 복합체의 입자분포도이다.
도 15는 알콜/TiO2나노입자 복합체에 의해 원유막이 분해되는 것을 UV 조사 시간 경과에 따라 관찰한 BAM(Brewster Angle Microscopy) 사진이다.
도 16은 공기/물 계면에 스테아린산/TiO2나노입자 복합체 단독; 복합체 + 원유; 또는 복합체 + 원유 + 유화제를 뿌렸을 때의 광분해 효율차이에 따른 표면장력의 변화를 보여주는 그래프이다. 도 16에서 -□-는 복합체 단독을; -○-는 복합체 + 원유를; 그리고 -△-는 복합체 + 원유 + 유화제를 나타낸다.
이산화티타늄 입자는 분자 표면에 약간의 양전하를 띄고 있다. 이 입자를 음전하를 갖고 있는 화합물과 접촉시키면 이산화티타늄의 양전하와 화합물의 음전하 사이에 이온 상호작용이 있게 되는데, 환류를 시키면 이온결합이 공유결합으로 바뀌면서 복합체 구조가 형성된다. 이렇게 형성된 복합체가 본 발명의 계면활성제 복합체이다. 이 과정을 도 1에 도시하였다.
본 발명에서 사용하는 이산화티타늄(TiO2) 입자는 수 nm에서 수천 nm의 입경을 갖는 미세입자이며, 본 명세서에서는 '이산화티타늄 나노입자 또는 TiO2나노입자'로도 호칭된다. 이산화티타늄 나노입자는 상업적으로 시판되는 것을 구입하여 사용할 수 있으며, 예를 들면 독일의 Degussa로부터 구입할 수 있다.
이산화티타늄과의 복합체를 이루게 될 음전하를 갖는 유기화합물들은 분자 내에 하이드록시기(OH), 카르복시기(COOH), 포스페이트기(PO3) 또는 설페이트기(SO4)를 갖는 것들이다. 하이드록시기를 갖는 화합물로는 탄소수가 4~12개인 직쇄 또는 분지쇄 알콜, 예를 들어 프로판올, 부탄올, 펜탄올, 헥산올, 네오펜탄올, 헵탄올, 옥탄올, 데칸올 또는 도데칸올을 예시할 수 있다.
카르복실기를 갖는 카르복실레이트 화합물로는 탄소수 5-20개의 포화 또는 불포화 지방산의 알칼리금속염 또는 알칼리토금속염을 사용할 수 있으며, 지방산의 구체적인 예로는 스테아린산, 아라키돈산, 올레인산, 리놀레산, 팔미트산, 라우르산, 미리스트산등을 예시할 수 있다. 알칼리금속염은 칼륨염 또는 나트륨염이 알칼리토금속염으로는 칼슘염, 마그네슘염 등이 사용될 수 있다.
그리고 설페이트기를 갖는 화합물로는 분자중에 탄소수 5-20개의 알킬기를 갖는 설페이트 화합물, 구체적으로는 소듐도데실설페이트(SDS) 소듐헥사데실설페이트, 소듐데실설페이트, 소듐옥틸설페이트, 소듐테트라데실설페이트등을 예시할 수 있다.
포스페이트 화합물로는 분자중에 탄소수 5-20개의 알킬기를 갖는 포스페이트화합물, 구체적으로는 비스(2-에틸헥실)히드로겐포스페이트를 예시할 수 있다.
이산화티타늄 나노입자와 유기화합물로 이루어진 계면활성제 복합체는 정전기적 방법을 통해 TiO2 표면의 양이온과 유기물 음이온이 정정기 결합을 한 후 80-120℃에서 환류 교반하면 TiO2 표면에 유기물의 작용기(-OH, -COOH, -SO3, -PO3등)가 공유 결합을 형성한다.
이렇게 해서 제조한 계면활성제 복합체는 각종 목적의 계면활성제로 사용할 수 있는데, 예를 들면 세제류 등에 혼합하여 사용하거나 또는 유출 원유를 제거하는 데 직접 사용될 수 있다. 세제류에 첨가하면, 세제가 하천이나 강으로 유입되었을 때 세제의 분해를 촉진할 수 있어, 세제류에 의한 하천이나 강의 2차 오염을 예방할 수 있다. 본 발명의 계면활성제 복합체를 첨가할 수 있는 세제류는 그 종류가 제한되지 않는데, 예를 들면 주방용 세제, 세탁용 세제, 기타 세정을 목적으로 하여 여러 분야에서 사용되는 각종 세제류에 적용할 수 있고, 그 첨가량은 전체 세제 중량의 2-5 중량% 정도이면 충분하다. 원유 제거를 목적으로 사용하는 경우, 그 사용량과 사용방법은, 유출된 원유 중량의 2-3 중량% 만큼의 상기 계면활성제 복합체를 유출유의 유막에 고루 뿌리면 태양광에 의해 분해된다.
본 발명에서는 TiO2나노입자와 지방산, 알콜, 포스페이트 또는 설페이트 화합물로부터 형성된 계면활성제 복합체, 이를 함유하는 세제, 유류 처리제 및 유류 처리 방법을 제공한다.
계면활성제 복합체는 FT-IR, UV-vis, SEM, TEM 영상을 통해 확인했다. 원유와의 혼화성과 상기 계면활성제 복합체의 원유에 대한 확산능력은 탁도측정과 광학현미경으로 직접 관찰하였다. 스테아린산, 아라키돈산, 소듐도데실설페이트(SDS), 부탄올, 펜탄올 또는 헥산올 등의 유기화합물과 이산화티타늄으로 이루어진 계면활성제 복합체의 광분해능 정도는 Xe 램프를 사용해 UV-vis 빛을 조사하는 동안에 표면장력을 측정하였다. 이것은 물/공기 계면에서 유기 화합물/TiO2나노입자 복합체, 즉 계면활성제 복합체의 광분해에 의한 표면장력의 변화에 기초를 두고 있다. 또한 원유막의 광분해도 같은 시스템에서 광분해성 계면활성제 복합체에 의해 촉진된다.
이하 각종 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하지만, 본 발명이 이들 실시예에만 국한되는 것은 아니다. 실시예에서는 계면활성제 복합체를 간단하게 "복합체"라고도 한다.
실시예 1
스테아린산(99+%)는 정제과정 없이 Aldrich Chemical. Co.에서 구입하여 사용하였다. TiO2나노입자(P25)는 독일의 Degussa에서 구입하여 사용하였다. 사용된 모든 용매는 정제과정 없이 사용하였고, 분광현미경 등급의 것을 사용하였다.
스테아린산과 TiO2나노입자와의 복합체의 형성에 있어서, 스테아린산은 칼륨염으로 전환하여 사용하였다. 스테아린산 칼륨염은 10ml의 0.1M KOH 수용액과 100ml의 0.1M 스테아린산 클로로포름 용액을 혼합하여 제조하였다. 혼합된 용액은 상온에서 6시간 동안 교반하고 분액깔데기로 물층과 클로로포름층을 분리하였다. 스테아린산 칼륨염을 클로로포름층에서 추출해 내는 것은 저압에서 클로로포름을휘발시켜 실시하였다. 스테아린산 칼륨염은 FT-IR 분광계(Perkin-Elmer 2000)로 확인하였다. 스테아린산과 스테아린산 칼륨염의 FT-IR 스펙트럼을 도 2에 도시하였다. 도 2에서 A는 스테아린산을, B는 스테아린산 칼륨염을 표시한다.
스테아린산과 TiO2나노입자와의 복합체 형성은 정전기적으로 수행하였다. 즉, TiO2나노입자를 4.29ml의 0.01 M TiO2(2.8448g)과 0.1 M의 HF 혹은 HCl 수용액과 혼합하여 6시간동안 격렬히 교반하여서 전처리하였다. 혼합물을 10000 rpm에서 20분간 원심분리하고 물을 제거한 뒤, 50ml의 메탄올을 첨가하여 10000 rpm에서 20분간 원심분리하여 물과 메탄올을 제거하고 같은 방법으로 두 번 더 원심분리하여 클로로포름 용액에 넣고 1시간 동안 격렬히 교반시켰다. 교반된 용액을 하루동안 정치하고 5ml의 톨루엔을 첨가하여 30분간 교반시켰다. 분액 깔데기에 혼합액을 넣고 미반응 침전물로부터 생성된 복합체를 분리해내고 상층액을 취하였다.
클로로포름을 제거하고 나서 스테아린산과 TiO2나노입자로 이루어진 복합체 (스테아린산/TiO2나노입자 복합체)를 최종적으로 만듦으로써, 본 발명의 계면활성제 복합체를 완성하였다. 스테아린산/TiO2나노입자 복합체는 FT-IR로 확인했다(도 3 참조). 도 3에서, A는 스테아린산을, B는 스테아린산/TiO2나노입자 복합체를 표시한다. 스테아린산이 TiO2나노입자에 결합함으로써 잘 확산되었다.
이것을 유리와 구리격자의 표면에 샘플링하여 SEM(Hitachi S-4200)과 TEM(JEOL 200CX) 영상으로 확인하였다 (도 4 참조). 도 4에서 맨 왼쪽사진은 이산화티타늄 입자의 SEM 영상이고, 가운데 사진은 스테아린산/이산화티타늄 복합체의 SEM 영상이며, 오른쪽 사긴은 스테아린산/이산화니타늄 복합체 구조의 TEM 사진이다.
광분해는 Xe 램프(ILC Tech)를 사용하여 UV-vis를 조사하는 동안에 표면장력계(Nima Tech, ST9000)으로 연구하였다. 실험 장치는 도 5에 도시한 바와 같다.
이상의 실험의 결과를 아래에서 정리한다.
TiO2나노입자의 전처리와 관련해서는, HF 전처리의 경우보다 HCl 전처리에 의해 보다 작은 입자의 보다 좋은 입자분리(segregation)를 보여주었다. HCl 또는 HF로 전처리된 TiO2나노입자의 SEM과 TEM 사진에서 HCl로 전처리한 것이 더욱 균질한 확산을 보여주었다. 이는 TiO2나노입자를 HCl로 전처리하면 TiO2나노입자들이 서로 엉겨붙지 않고 보다 양호하게 분리된다는 것을 의미한다. 이러한 결과의 이유는 아직 명확하지 않지만, 실험적으로 입자의 표면이 HCl에서 보다 HF에서 더 잘 녹는다는 것, 즉 HCl의 경우보다 HF의 경우에서 더욱 잘 응집된다는 것이 명백하다. 따라서 본 발명의 바람직한 구현예에서는, TiO2나노입자를 HCl로 전처리한다.
스테아린산/TiO2나노입자 복합체 구조는 TiO2나노입자와 스테아린산의 혼합에 의해 형성된다. 스테아린산과 TiO2나노입자를 혼합하기 전에 스테아린산을 스테아린산 칼륨염으로 전환시켰다. 스테아린산 칼륨염은 KOH 수용액과 스테아린산 클로로포름 용액의 격렬한 교반으로 만들어진다. 합성된 스테아린산 칼륨염의 구조는 도 2에서 보여지는 것처럼 FT-IR로서 확인할 수 있다. 스테아린산/TiO2나노입자의 복합체 구조를 형성하는 것은 도 3에서 보여지는 것처럼 FT-IR로서 확인하였다. 도 3에서, 카르복실산의 대칭 및 비대칭 신장 진동(stretching vibration)에 상응하는 1700cm-1근처의 피크가 사라지고 대신 카르복실레이트기의 대칭 및 비대칭 신장 진동에 상응하는 1450과 1650cm-1의 피크가 나타났다. 이것은 스테아린산과 TiO2나노입자가 정전기적인 상호작용을 한다는 것을 나타낸다. TiO2나노입자의 표면은 원래의 (+)전하를 가지게 되고 이것은 (-)전하를 띠는 스테아린산의 카르복실기와 정전기적 상호작용을 가능하게 한다. 이것은 도 1에 모식적으로 나타내었다. 따라서 TiO2나노입자의 표면이 스테아린산에 의해 잘 개질되었음을 알 수 있다.
종래의 연구에서도 이미 금속산화물의 초미세입자의 표면개질이 보고된 바 있고, 이 연구도 금속 산화물의 초미세입자와 유기계면활성제의 상호작용에 기초를 두고 있다. 즉, 올레인산이나 스테아린산과 같은 계면활성제는 친수성 카르복실기와 소수성 알킬 사슬을 가지고 있고, 이중 친수성의 머리부분(headgroup)이 미세입자를 확산시키는 역할을 한다. 보통의 미세입자와 유기계면활성제는 그들의 친수성 표면과 결합하기 어렵기 때문에 고착시킬 수 없다. 반면, 본 발명에서는 유기계면활성제의 카르복실산기를 카르복실레이트기로 전환시킴으로써, 금속산화물 미세입자에 카르복실기를 고착시키는 원동력(driving force)인 정전기적 상호작용이 가능하게 하였다.
TiO2나노입자의 균질한 확산은 전자현미경으로 관찰된다(도 4a 및 도 4b 참조). 음전하-함유 화합물이 결합도지 않은 입자는 확실히 응집된 상태로 보인다(도 4a의 왼쪽 사진). 이것은 입자표면에서 극성을 입자들간의 극성 상호작용(dipolar interaction)에 의해 일어난다. 음전하-함유 화합물이 입자표면에 코팅되었을 때, 입자는 각각으로부터 분리된다. 이것은 하나의 덩어리로서 도 4a의 SEM 사진(오른쪽)과 도 4b의 TEM 사진에서 볼 수 있다.
실험예 1
스테아린산/TiO2나노입자 복합체, 즉 계면활성제 복합체의 원유막과의 혼화성을 관찰하였는데, 이는 원유막과 상기 계면활성제 복합체(스테아린산/TiO2나노입자 복합체)를 혼합했을 때 원유막의 표면장력이 감소하는 것으로 간접적으로 조사하였다.
물론 물/공기 계면에서의 표면장력은 계면활성제 복합체로 인해 오일 방울을 형성하기 때문에 원유막과 복합체가 점유하는 물/공기 계면의 표면장력은 약간 증가했다. 오일 방울을 이루는 복합체는 UV-vis의 조사로 인해 쉽게 광분해 된다. 이 과정을 도 6에서 모식적으로 나타내었다.
계면활성제 복합체와 원유막의 혼화성은 스테아린산의 탄화수소 사슬과 원유의 탄화수소 사이의 소수성 상호작용에 기인한다. 또한 상기 계면활성제 복합체에 의한 미셀(micelle)의 형성은 그들 사이의 소수성 상호작용에 의한 오일방울을 자연스럽게 감싸준다. 이것은 또한 원유막의 혼화성에 의해 용액의 탁도가 증가되는 것으로도 확인할 수 있었다.
UV-vis 빛의 조사에 의한 TiO2/스테아린산 복합체의 혼합용액과 원유의 광분해의 실제 데이타를 도 7에 나타내었다. 원유의 표면장력의 변화는 광조사시간이 증가함에 따라 조금 증가하였을 뿐이다. 적은 분자량의 분자의 증발이 광조사에의해 물 표면의 표면장력이 약간 증가된다는 것을 보여준다. 그러나, 원유와 TiO2/스테아린산 복합체의 혼합물의 물 표면에서의 표면장력은 UV-vis 빛 조사와 함께 크게 증가하여 거의 62mN/m에 도달한다. 이것은 감광성 광분해성 TiO2/스테아린산 복합체로 UV-vis의 조사로 인해 물의 표면에서 혼합물이 거의 완전히 분해된다는 것을 나타낸다. 광분해성과 그것의 혼화성으로 인해 원유유출 문제를 해결하기 위해 TiO2/스테아린산 복합체를 효과적으로 응용할 수 있음을 보여준다.
실험예 2
스테아린산/TiO2나노입자 복합체 자체와 비이온성 계면활성제(Tween80)과의 혼합액의 광분해는 표면장력계로 연구되었다. 물 표면에서 Xe-램프를 사용해 UV-vis를 조사하는 동안의 시간에 대한 그들의 표면장력의 변화를 도 8에 도시하였다. 스테아린산/TiO2나노입자 복합체의 표면장력은 46mN/m부터 증가하기 시작하여 0.6 시간동안 조사한 후에는 일정값에 도달했다. 스테아린산/TiO2나노입자 복합체가 물과 비교하여 낮은 표면장력을 가지는 이유는 복합체의 유기 스테아린산의 낮은 표면장력 때문이다. 표면장력의 증가는 UV-vis 빛에 의해 복합체의 분해를 나타낸다. 분해된 화합물은 물의 표면장력을 증가시키는데, 이것은 물속으로 녹아 들어가지 때문이다.
상기 계면활성제 복합체(스테아린산/TiO2나노입자 복합체)가 최초로 물 표면에 떨어졌을 때 물 표면의 표면장력은 35 mN/m로 떨어지고, 그리고 나서 UV-vis 빛을 조사함에 따라 증가하기 시작한다. 표면장력의 증가는 광분해에 의해 55 mN/m에서 평형에 도달한다. TiO2/스테아린산 복합체와 비이온성 계면활성제(Tween80)의 혼합용액을 떨어뜨림으로서 물 표면의 가장 낮은 표면장력이 되는 것은 Tween80과 스테아린산이 표면장력을 떨어뜨린다는 것을 보여준다.
실시예 2
스테아린산과는 탄소수만 다르고 같은 카르복실기를 가지는 아라키돈산을 이용해서 계면활성제 복합체(아라키돈산/TiO2나노입자 복합체)를 형성하였는데, 전체적인 과정은 실시예 1에서와 동일하다. 즉, TiO2(Degussa P25) 1g을 실시예 1에서와 같은 방법으로 HCl을 이용해서 전처리한 후 수분이 제거된 TiO2를 CHCl350ml에 넣고 아라키돈산(Aldrich 99.9%)를 2g 넣고 1시간 동안 초음파처리하여 70℃에서 12시간 동안 환류시켜준다. 이렇게 합성된 복합체는 원심분리하여 미 반응물과 분리한 후 최종적으로 생성된 계면활성제 복합체인 아라키돈산/TiO2나노입자 복합체의 형성을 FT-IR 분광계(Perkin-Elmer 2000)로 확인하였고 (도 9), SEM 사진으로서 복합체의 형성이 균질하게 되었는지를 확인하였다 (도 10).
아라키돈산은 스테아린산과 비교하여 알킬기 사슬의 길이만 다르다. 도 9는 아라키돈산 또는 아라키돈산/TiO2나노입자 복합체의 FT-IR 스펙트럼이다. 스테아린산/TiO2나노입자 복합체의 경우에서와 같이 -COOH기의 1700cm-1의 피크가 감소하였고 카르복실산의 비대칭 신장 진동에 상응하는 1700cm-1근처의 피크가 사라지고카르복실레이트기의 대칭 및 비대칭 신장 진동에 상응하는 1450과 1650cm-1의 피크가 나타났다. 이러한 흡수 피크의 변화로 TiO2나노입자와 효과적으로 복합체를 형성한 것을 알 수 있었다. 또한 도 10에서 보여주듯이 아라키돈산/TiO2복합체가 균질하게 형성되었음을 확인할 수 있다.
실시예 3
TiO2나노입자와 결합하는 부분으로서 설페이트기를 가지는 SDS(Sodium Dodecyl Sulfate)와 TiO2나노입자의 복합체를 형성하기 위해서 TiO2(Degussa P25) 1g을 앞서와 같은 방법으로 HCl을 이용해서 전처리한 후 수분이 제거된 TiO2를 CHCl350ml에 넣고 SDS(Aldrich 99.9%)를 2g넣고 1시간 동안 초음파처리하여 70℃에서 12시간 동안 환류시켰다. 이렇게 합성된 복합체는 원심분리하여 미반응물과 분리한 후 최종적으로 생성된 SDS/TiO2나노입자 복합체의 형성을 UV-vis 분광계(Varian Cary)로 확인하였는데, 합성된 복합체 0.01g을 CHCl3100ml에 넣고 1시간 동안 초음파처리하여 10ml 용량의 플라스크에 2, 4, 6, 8, 0ml씩을 넣어 사용하였다. 복합체의 농도를 증가시키면서 275.5nm의 TiO2나노입자의 흡수 피크가 직선형태로 증가하는 것을 확인한다 (도 11). 또한 SEM 사진으로서 SDS/TiO2나노입자 복합체가 균질하게 형성되었는지를 확인했다 (도 12).
도 11은 합성된 SDS/TiO2나노입자 복합체를 275.5nm(TiO2나노입자의 흡수 피크)에서 농도에 따라 흡광도가 직선형태로 증가하는 것을 보여주는 그림이다. 이것으로 볼 때 SDS와 TiO2나노입자 복합체를 효과적으로 형성하여 CHCl3에 잘 녹았다는 것을 알 수 있다. 또한 도 12에서 보여주듯이 SDS/TiO2나노입자 복합체의 형성이 균질하게 형성이 되었음을 확인하였다.
실시예 4
알콜/TiO2나노입자 복합체의 형성은 부탄올, 펜탄올 및 헥산올 30ml에 TiO2(Degussa P25) 1g을 넣고 1시간동안 초음파처리하여 70∼80℃에서 24시간 동안 환류시켜준다.
이렇게 합성된 복합체는 추출에 의한 방법으로 미 반응물과 분리한 후 FT-1R 분광계 (Perkin-Elmer 2000)로 확인하였고 (도 13), 광산란법(light scattering method; Brookhaven BI-9000AT)로서 복합체의 입자분포도를 확인하였다 (도 14).
알콜은 카르복실산의 -COOH 기가 없기 때문에 1450, 1650, 1700cm-1의 피크의 변화를 관찰할 수 없다. 그러나 TiO2입자만의 스펙트럼에서는 C-H기가 없기 때문에 2900cm-1의 피크가 나타나지 않지만 알콜/TiO2복합체에서는 알콜의 C-H에 의하여 2900cm-1의 피크가 나타난다. 도 13에서는 부탄올, 펜탄올 및 헥산올을 TiO2와 형성한 복합체의 FT-IR 스펙트럼이다. 스펙트럼에서 2900cm-1에서 C-H 신장 밴드(stretching band)가 나타나는 것으로 보아 TiO2나노입자와 알콜이 복합체를 형성하였다는 것을 알 수 있다.
도 14는 광산란법으로 측정한 알콜/TiO2나노입자 복합체의 입자분포도 보여준다. 도 14에서 나타나듯이 입자크기가 약 290nm에서 중심 분포가 나타난다. 시료를 산으로 전처리 하는 과정을 거치지 않았고, 원심분리로 작은 입자만 분리하지 않았기 때문에 입자의 크기가 다소 크게 나온 것으로 해석된다. 그러나 입자의 분포를 보면 290nm(±50nm)에 약 80%가 분포하고 있으므로 비교적 균일한 분포를 나타낸다.
실험예 3
실시예 4에서 합성한 계면활성제 복합체인 알콜/TiO2나노입자 복합체에 의해 원유가 분해되는 과정을 관찰하였다. 분해과정에서 시간이 지남에 따라 알콜/TiO2복합체 주위의 원유막이 분해되어 구멍이 생기는 것을 도 15a 내지 도 15d에서 관찰 할 수 있다. 이것은 TiO2가 빛에 의하여 전이되어 원자가 밴드(valence band)의 구멍(hole)과 도전성 밴드(conduction band)의 전자가 가까이에 있는 원유의 유기물을 먼저 분해하기 때문인 것으로 해석된다. 또 분해가 계속되면서 구멍이 커지고 알콜/TiO2복합체 주위의 원유가 모두 분해되면 알콜/TiO2복합체내의 유기물을 분해시켜 TiO2는 물속으로 침전하게 된다.
실험예 4
공기/물 계면에 실시예 1에서 제조한 계면활성제 복합체인 스테아린산/TiO2나노입자 복합체 단독; 복합체 + 원유; 또는 복합체 + 원유 + 유화제(Tween 80)를 뿌렸을 때의 광분해 효율차이에 따른 표면장력의 변화를 측정하고, 결과를 도 16에 나타내었다.
복합체 + 원유를 뿌렸을 때 보다 복합체 + 원유 + 유화제를 뿌렸을 때 더욱 빨리 물의 표면장력에 도달하는 것은 유화제가 복합체와 유기화합물의 혼화성을 좋게 하므로 광분해가 더욱 용이해지기 때문으로 해석된다.
본 발명에 따른 TiO2/유기화합물 복합체 구조를 갖는 계면활성제 복합체는 2차 오염없이 원유 유출에 대한 처리제로서 유용하게 사용할 수 있으며, 세제에 첨가되어 세제가 하천이나 강으로 유입되었을 때 세제의 분해를 촉진하도록 사용될 수도 있다.
Claims (14)
- 나노미터 크기를 갖는 이산화티타늄 입자; 및분자중에 알킬기를 갖는 음전하-함유 화합물로서, 알콜류, 카르복실레이트 화합물, 설페이트 화합물 및 포스페이트 화합물로 이루어진 군에서 선택된 음전하-함유 화합물;이 서로 결합하여 이루어지는 광분해성 계면활성제 복합체.
- 삭제
- 제 1항에 있어서, 상기 음전하-함유 화합물이 공유결합을 통하여 상기 이산화티타늄 입자 표면에 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 계면활성제 복합체.
- 제 1항에 있어서, 상기 이산화티타늄 입자는 입경이 100-200nm임을 특징으로 하는 계면활성제 복합체.
- 제 1항에 있어서, 상기 알콜류는 탄소수 4-12의 직쇄 또는 분지쇄 알콜임을 특징으로 하는 계면활성제 복합체.
- 제 1항에 있어서, 상기 카르복실레이트 화합물은 탄소수 5-20를 갖는 포화 또는 불포화 지방산의 알칼리금속염 또는 알칼리토금속염임을 특징으로 하는 계면활성제 복합체.
- 제 1항에 있어서, 상기 설페이트 화합물은 탄소수 5-20의 알킬기를 갖는 설페이트 화합물임을 특징으로 하는 계면활성제 복합체.
- 제 1항에 있어서, 상기 포스페이트 화합물은 탄소수 5-20의 알킬기를 갖는 포스페이트 화합물임을 특징으로 하는 계면활성제 복합체.
- 제 1항의 계면활성제 복합체를 전체 세제 중량에 대하여 2-10 중량%의 양으로 함유함을 특징으로 하는 세제 조성물.
- 다음 단계:(a) 탄소수 4-10의 알콜류, 탄소수 8-20의 알킬기를 갖는 카르복실레이트 화합물, 탄소수 8-20의 알킬기를 갖는 포스페이트 화합물 또는 탄소수 8-20의 알킬기를 갖는 설페이트 화합물로 이루어진 군에서 선택된 1종의 화합물을 준비하는 단계;(b) 이산화티타늄 입자를 준비하는 단계;(c) 상기 단계 (a)의 화합물과 단계 (b)의 입자를 혼합하고 교반하에 환류하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 광분해성 계면활성제 복합체의 제조방법.
- 제 10항에 있어서, 상기 단계 (b)의 이산화티타늄 입자를 할로겐화수소산으로 처리하는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 방법.
- 제 11항에 있어서, 상기 할로겐화수소산은 HCl임을 특징으로 하는 방법.
- 수면에 유출된 유출 원유를 제거하는 방법에 있어서, 상기 제 1항 및 제 3항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 의한 광분해성 계면활성제 복합체를 유출 원유와 접촉시킴을 특징으로 하는 유출 원유의 처리방법.
- 제 13항에 있어서, 상기 계면활성제 복합체는 상기 유출 원유의 중량에 대하여 2-3 중량%의 양으로 사용됨을 특징으로 하는 방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1019990043777A KR100345388B1 (ko) | 1999-10-11 | 1999-10-11 | 광분해성 계면활성제 복합체 및 그것의 용도 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1019990043777A KR100345388B1 (ko) | 1999-10-11 | 1999-10-11 | 광분해성 계면활성제 복합체 및 그것의 용도 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20010036669A KR20010036669A (ko) | 2001-05-07 |
| KR100345388B1 true KR100345388B1 (ko) | 2002-07-26 |
Family
ID=19614761
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1019990043777A KR100345388B1 (ko) | 1999-10-11 | 1999-10-11 | 광분해성 계면활성제 복합체 및 그것의 용도 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR100345388B1 (ko) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR19990013935A (en) * | 1997-07-18 | 1999-02-25 | Coatex Sas | Use of a copolymer with a surface-active structure as a dispersing and/or crushing agent |
-
1999
- 1999-10-11 KR KR1019990043777A patent/KR100345388B1/ko not_active IP Right Cessation
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR19990013935A (en) * | 1997-07-18 | 1999-02-25 | Coatex Sas | Use of a copolymer with a surface-active structure as a dispersing and/or crushing agent |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20010036669A (ko) | 2001-05-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Nguyen et al. | Photocatalytic remediation of persistent organic pollutants (POPs): a review | |
| Lv et al. | Efficient adsorption of diclofenac sodium in water by a novel functionalized cellulose aerogel | |
| Kumar et al. | Novel CuO/chitosan nanocomposite thin film: facile hand-picking recoverable, efficient and reusable heterogeneous photocatalyst | |
| EP2867005B1 (en) | Method for forming a nanomaterial | |
| Deebansok et al. | Sphere-like and flake-like ZnO immobilized on pineapple leaf fibers as easy-to-recover photocatalyst for the degradation of congo red | |
| Sun et al. | Self-assembly of tungstophosphoric acid/acidified carbon nitride hybrids with enhanced visible-light-driven photocatalytic activity for the degradation of imidacloprid and acetamiprid | |
| Basnet et al. | Superior dye adsorption capacity of amorphous WO 3 sub-micrometer rods fabricated by glancing angle deposition | |
| CN111994917A (zh) | 纳米蒙脱土活性剂以及制备方法、应用 | |
| Shi et al. | Preparation of amphiphilic TiO2 Janus particles with highly enhanced photocatalytic activity | |
| Aadnan et al. | Synthesis and physicochemical characterization of a ZnO-Chitosan hybrid-biocomposite used as an environmentally friendly photocatalyst under UV-A and visible light irradiations | |
| Sudhaik et al. | Peroxymonosulphate-mediated metal-free pesticide photodegradation and bacterial disinfection using well-dispersed graphene oxide supported phosphorus-doped graphitic carbon nitride | |
| Prakash et al. | Design and fabrication of a novel metal-free SiO 2/gC 3 N 4 nanocomposite: a robust photocatalyst for the degradation of organic contaminants | |
| CN115975208B (zh) | 一种金属-有机框架纳米杂化物以及制备方法及应用 | |
| Xu et al. | Stable and efficient demulsifier of functional fluorinated graphene for oil separation from emulsified oily wastewaters | |
| Yu et al. | A mussel‐inspired method to fabricate a novel reduced graphene oxide/Bi12O17Cl2 composites membrane for catalytic degradation and oil/water separation | |
| Abadi et al. | Mechanisms of the removal of the metal ions, dyes, and drugs from wastewaters by the electrospun nanofiber membranes | |
| Nyankson et al. | Microwave-and formaldehyde-assisted synthesis of Ag–Ag3PO4 with enhanced photocatalytic activity for the degradation of rhodamine B dye and crude oil fractions | |
| Roy et al. | Integrated adsorption and photocatalytic degradation based removal of ciprofloxacin and sulfamethoxazole antibiotics using Fc@ rGO-ZnO nanocomposite in aqueous systems | |
| Sudapalli et al. | Ag@ rGO coral reef morphology exhibits excellent optical properties and photocatalytic activity against methyl orange under sunlight | |
| Anku et al. | Chitosan–sodium alginate encapsulated Co-doped ZrO 2–MWCNTs nanocomposites for photocatalytic decolorization of organic dyes | |
| KR100345388B1 (ko) | 광분해성 계면활성제 복합체 및 그것의 용도 | |
| Zhang et al. | Bifunctional remediation of oil spills based on pickering emulsification of polypyrrole-Ag3PO4/AgCl@ Palygorskite | |
| US11866633B2 (en) | Lignin composition, methods of making and using the composition for adsorption onto petrochemical oil and oil removal | |
| Zhang et al. | Enhanced photodegradation of pentachlorophenol by single and mixed nonionic and anionic surfactants using graphene–TiO 2 as catalyst | |
| Zhao et al. | Turning calcium carbonate into a cost-effective wastewater-sorbing material by occluding waste dye |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20050707 Year of fee payment: 4 |
|
| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |