KR100768121B1 - 초임계 추출용 계면활성제, 그 제조방법 및 상기계면활성제를 이용한 초임계추출방법 - Google Patents

초임계 추출용 계면활성제, 그 제조방법 및 상기계면활성제를 이용한 초임계추출방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 초임계 추출용 계면활성제 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 하기 화학식 11 또는 화학식 12의 구조를 가진 퀴놀린 기반 초임계 추출용 계면활성제 및 그 제조방법에 관한 것으로, 본 발명의 계면활성제 및 상기 계면활성제를 이용한 초임계추출방법은, 마이크로에멀젼 형성 효과가 우수할 뿐더러 한편으로는 금속추출이 가능하도록 킬레이팅 능력이 뛰어난 계면활성제를 제공하여 생물학적으로 유해한 용매를 사용하지 않아 환경 친화적이고, 추출에 사용된 액체 또는 초임계 상태의 유체는 재생가능하며 피추출물질이 리사이클될 수 있어 경제적이다.
초임계추출, 계면활성제, 퀴놀린, 아마이드

Description

초임계 추출용 계면활성제, 그 제조방법 및 상기 계면활성제를 이용한 초임계추출방법{SURFACTANT FOR SUPERCRITICAL EXTRACTION, PRODUCTION METHOD THEREOF}
도 1은 이산화탄소의 상평형도
도 2는 본 발명의 초임계추출에 사용되는 초고압 반응기의 개략적인 구조를 설명하기 위한 구조도
도 3은 본 발명의 초임계추출용 계면활성제의 금속추출능력을 시험하기 위한 초고압 반응시스템의 개략도
도 4는 본 발명의 초임계추출용 계면활성제의 CO2 용해도 측정곡선
도 5는 본 발명의 초임계 추출용 계면활성제의 분자구조를 도식적으로 나타낸 분자구조도
〈주요 도면부호에 대한 간단한 설명〉
1: 이산화탄소 공급용기 2: 이산화탄소 정량가압 펌프
3: 고압반응 용기 4: 항온조
5: 포집용기 6: 교반기
7: 오염 시편
본 발명은 초임계 추출용 계면활성제 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 하기 화학식 11 또는 12의 구조를 가진 퀴놀린 기반 초임계 추출용 계면활성제 및 그 제조방법에 관한 것이다.
화학식 11 화학식 12
Figure 112006036135323-pat00001
Figure 112006036135323-pat00002
산업의 발달로 인한 편리함과 더불어, 인간의 자연친화적인 생활의 영위를 위해 산업화 과정에서 발생하는 오염물질을 배출하지 않는 일 뿐만 아니라, 발생된 오염물질을 환경친화적으로 환원하고, 제거하는 일이 중요하게 요구되는 현실이다.
이산화탄소는 풍부하며, 독성이 없고, 불연성을 가지고 있으며, 경제적인 용매로서 잔존에 대한 인체 무독성 때문에 산업적 모든 분야에서 안정한 용매로 사용가능하다. 이산화탄소는 낮은 임계온도 (31.1 oC)와 임계압력 (73.8 bar)을 가지고 있어, 쉽게 초임계상태에 도달 할 수 있으며, 초임계상태에서 높은 압축성으로 인 하여 압력변화에 따라 밀도 및 용매의 세기정도를 변화시킬 수 있는 (tunable) 성질을 가지고 있으며, 압력을 제거하면 용매로 사용한 이산화탄소는 쉽게 제거되기 때문에 일반적 잔류 유기 용매의 문제점이 전혀 발생하지 않고, 재사용할 수 있기에 산업적 폐기물의 발생과 처리과정이 없는 환경친화적이라고 할 수 있다 (Beckman E. J. J. of Supercritical Fluid, 2004, 28, 121, Kirby C. F. et al., Chem. Rev. 1999.99). 이러한 이산화탄소를 응용하는 예를 들면 산업적으로, 반도체 미세오염물질 세정, 원자력폐기물의 방사성 금속 및 오염물질 제거, 특정물질의 추출, 코팅과정 및 중합체 생산 및 가공을 포함한 많은 응용분야에서 또한 마이크로에멀젼을 형성하여 나노입자합성, 유기반응 및 효소전환 그리고 염료분야와 같은 많은 적용분야에서 사용되고 있다. (참조 문헌, Fulton et al., Langmuir 1995, 11, 4241, Hoefling et al., Fluid Phase Equilibria 1993, 83, 203, Jacobson, et al., J. Org. Chem. 1999, 64, 1201, Sawada, K. et al., Dyes and Pigments, 2005, 65, 67, Gao Yanan et al., Fluid Phase Equilibria, 2004, 226, 301). 하지만, 이산화탄소의 비극성의 물리적 성질은 대부분의 극성물질, 고분자물질, 이온, 금속성물질에 대한 용해성이 크게 떨어지기 때문에 광범위한 응용분야에 제약이 따라, 이를 극복하기 위해서는, 이산화탄소 유체와 상기에서 언급한 극성물질의 섞이지 않는 계면을 활성화시켜주는 계면활성제를 개발하여야 한다. 따라서 초기에는 기존에 개발된 계면활성제를 초임계이산화탄소용 계면활성제로 사용 하려는 노력이 이루어졌고 (Consani, K. A. et. al., J. of Supercritical Fluids, 1990, 3, 51.) 이런 과정에서, 초임계 이산화탄소에 적용 가능한 화합물의 구조가 조금씩 알려졌고, 현재는 많은 연구그룹에서 이산화탄소 내에서 효과적으로 용해되어, 계면활성제로 사용가능한 화합물이 새롭게 개발되어지고 있지만, 아직까지 일부 화합물에 국한되어 사용되어졌다 (Woods H. M. et al., J. Mater. Chem. 2004, 14, 1663. Desimone J. M. et al., Curr. Opin.Solid. State Materi. Sci. 2001, 5, 333, Johnston K.P et al., Science 1996, 217, 624, Harrison, K et al., Langmuir 1994, 10, 3536, Liu Juncheng et al., Langmuir 2002, 18, 3086, Eastoe J. et al., Current Opinon in Colloid and Interface Science 2003, 8, 267. Lehmler, H-J. Chemosphere 2005, 58, 1471. H-S, Hwang et al., Maclomolecules 2005, 00, 00, D. Bonafoux et al., J. of Fluorine chemistry 2001, 11, 101. Eastoe J. et al.. Phys. Chem. 2000, 2, 5235, Lee Jr. et al., J. Phys. Chem. B 2001, 105, 3540,및 Liu, Z.-T. et al., Langmuir 2001, 17, 274 ), 이렇게 개발된 여러 이산화탄소용 계면활성제는 역할에 따라 크게 마이크로에멀젼형 계면활성제와 킬레이트형 계면활성제로 나뉘어 연구되고 있다.
상기 킬레이트형 계면활성제는 분자구조내에 금속성분을 추출하기 위하여 금속이온과 배위결합할 수 있는 극성원소 또는 극성부분 및 비극성 구조를 동시에 포함하는 구조로 되어 있기 때문에, 유기 용매에 용해될 수 있는 중성 금속 착화합물을 형성한다. 액체 또는 초임계 상태의 유체를 이용한 금속추출에 관한 연구는 대부분 디티오카르바메이트(dithiocarbamate), 베타-디케톤(β-diketone), 크라운 에테르(crown ether) 및 유기다공성 화합물과 같은 전통적인 용매 추출기술을 이용하는 데 초점이 맞추어져 있었다. 이러한 방법들은 미국특허 제5,087,380호, 미국특 허 제5,221,480호, 미국특허 제5,356,538호, 미국특허 제 5,770,085호, 미국특허 제5,730,874호, 미국특허 제5,606,724호, 미국특허 제5,561,066호의 특허공보, 사이토 등[Saito et al, Bull. Chem . Soc . Jpn, 63:1532-1534(1990)] 및 스마트 등[Smart et al, Ind . Eng . Chem . Res. 36:1819-1826(1997)]의 발표문헌에 기술되어 있다. 상기 문헌에 기재된 방법들은 많은 양의 킬레이팅 리간드 혹은 공용매(co-solvent)가 요구된다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 초임계 추출에 있어서 마이크로에멀젼 형성 효과가 우수할 뿐더러 한편으로는 금속추출이 가능하도록 킬레이팅 능력이 뛰어난 계면활성제 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 하기 화학식 11 또는 12의 구조를 가진 퀴놀린 기반 초임계 추출용 계면활성제를 제공한다.
화학식 11 화학식 12
Figure 112006036135323-pat00003
Figure 112006036135323-pat00004
또한, 본 발명은 상기 화학식 11 또는 12으로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상과 보조 리간드로서 NEt4PFOSA 또는 DEA를 더 포함한 것을 특징으로 하는 초임계 추출용 계면활성제를 제공한다.
본 발명의 또 다른 측면은 ⅰ)하기 화학식 1의 5-아미노-8-히드록시-퀴놀린(5-amino-8-hydroxy-quinoline)에 히드록시 보호기로서 TBDMSCl(tetrabutyldimethylsilyl chloride)를 가하여 하기 화학식 2 를 제조하는 단계; ⅱ)상기 화학식 2의 화합물을 촉매 존재하에 화학식 3의 아민화합물로 환원시키는 단계; ⅲ)상기 화학식 3의 아민화합물과 C5H11-CHO를 반응시키고, 추가적으로 환원반응을 시켜 하기 화학식 8의 아민 화합물로 제조하는 단계; ⅳ)상기 화학식 8 의 아민 화합물과 C5H11-COCl 또는 C5F11-COCl를 반응시켜 아실화 하여 하기 화학식 9 또는 10 의 아마이드 화합물로 제조하는 단계 및; ⅴ)상기 화학식 9 또는 10 의 아미이드 화합물로부터 상기 제1단계에서 부가하였던 히드록시 보호기를 제거하여 하기 화학식 11 또는 12 의 화합물로 제조하는 단계를 포함하는 하기 화학식 11 또는 12 의 구조를 가진 퀴놀린 기반 초임계 추출용 계면활성제 제조방법을 제공한다.
Figure 112006036135323-pat00005
이하에서 본 발명에 대해 보다 상세히 설명한다.
본 발명은 하기 화학식 11 또는 12의 구조를 가진 퀴놀린 기반 초임계 추출용 계면활성제를 제공한다.
화학식 11 화학식 12
Figure 112006036135323-pat00006
Figure 112006036135323-pat00007
본 발명에서 합성되어진 상기 화학식 11 또는 12의 퀴놀린 기반의 초임계 추출용 계면활성제는 이산화탄소 내에서 마이크로에멀젼이 가능하도록 분자내에 친이산화탄소성 (CO2-philic)영역과 동시에 극성 수용액에도 친화력이 있는 친수성 (hydrophilic) 영역을 동시에 갖고 있으며, 이산화탄소 내에서 친화성과 어느 정도의 반발력을 가지는 이중 사슬구조의 꼬리부분 (tail group)의 존재 등의 여러 조건이 잘 갖추어 좋은 용해도를 가지게 했을 뿐만 아니라 극성 수용액에서도 안정한 아마이드결합의 구조를 가지고 있다. 도 5는 본 발명의 초임계 추출용 계면활성제의 분자구조를 도식적으로 나타낸 분자구조도이다. 도 5에서 볼 수 있는 것과 같이, 본 발명의 퀴놀린 기반의 초임계 추출용 계면활성제에 있어서, 상기 친이산화탄소성 영역은 아민기의 알킬기 또는 플루오로화 알킬기이고, 반면 친수성 영역으로 킬레이팅을 담당하는 부분은 퀴놀린의 알콜기 및 고리구조 중의 질소원자이다.
본 발명의 초임계 계면활성제는 액체 또는 초임계 상태의 유체를 용매로 하여 작용한다. 상기 액체 또는 초임계 상태의 유체는 공지의 액체 또는 초임계 상태의 유체, 예를 들면 초임계 또는 액체 이산화탄소, 탄화수소류, 할로겐 치환된 탄화수소류, 에테르 또는 저급알콜 등 일 수 있으며, 비교적 구하기 쉽고 저가이며 취급이 용이하고 독성이 없으며 반응성이 낮은 이산화탄소가 바람직하다. 전술한 것과 같이, 금속추출에 사용되는 유체는 일반적으로 초임계 상태인 경우가 대부분이나 본 발명의 금속추출조성물에서 사용되는 유체는 초임계 상태 뿐 아니라 액체 상태에서도 금속의 추출이 가능하다.
또한, 본 발명의 초임계 추출용 계면활성제는 상기 화학식 11 및 12 으로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상과 보조 리간드로서 NEt4PFOSA(perfluoro-1-octanesulfonic acid tetraethylammonium salt) 또는 DEA를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 본 발명의 퀴놀린 기반 초임계 추출용 계면활성제는 다음과 같은 경로로 제조될 수 있다. 본 발명의 퀴놀린 기반 초임계 추출용 계면활성제는 ⅰ)상기 화학식 1 의 5-아미노-8-히드록시-퀴놀린(5-amino-8-hydroxy-quinoline)에 히드록시 보호기로서 TBDMSCl(tetrabutyldimethylsilyl chloride)를 가하여 하기 화학식 2 를 제조하는 단계; ⅱ)상기 화학식 2 의 화합물을 촉매 존재하에 화학식 3의 아민화합물로 환원시키는 단계; ⅲ)상기 화학식 3의 아민화합물과 C5H11-CHO를 반응시키고, 추가적으로 환원반응을 시켜 하기 화학식 8의 아민 화합물로 제조하는 단계; ⅳ)상기 화학식 8 의 아민 화합물과 C5H11-COCl 또는 C5F11-COCl를 반응시켜 아실화 하여 하기 화학식 9 또는 10 의 아마이드 화합물로 제조하는 단계 및; ⅴ)상기 화학식 9 또는 10의 아미이드 화합물로부터 상기 제1단계에서 부가하였던 히드록시 보호기를 제거하여 하기 화학식 11 또는 12 의 화합물로 제조하는 단계를 포함한다. 하기 스킴 1은 본 발명의 퀴놀린 기반 초임계 추출용 계면활성제의 제조과정을 도식화 한 것이다.
스킴 1.
Figure 112006036135323-pat00008
상기 방법으로 제조한 본 발명의 초임계 추출용 계면활성제는 이산화탄소 유체 내에서 전체, 또는 일부가 녹아들어갈 수 있고, 이들은 이산화탄소 유체 내에서 저분자, 고분자 극성 물질 또는 이온성, 금속성 물질과 에멀젼, 마이크로에멀젼, 현탁액, 분산액형태로 존재할 수 있으며, 바람직하게는 마이셀 또는 역마이셀 형태의 마이크로에멀젼을 이룬다. 본 발명의 상세 설명에서 언급되어지는 마이크로에멀젼은 역 마이셀을 의미하는 것으로 물과 극성 물질이 마이셀 내부에 위치하고, 계면활성제의 한 부분인 친 이산화탄소성 물질이 외부에 위치하여 이산화탄소와 한 상을 이루어진 형태를 기본으로 한다. 본 발명에서는 신규 합성된 계면활성제를 이산화탄소 중 물의 마이크로에멀젼으로 형성해서, 금속이온 물질 세정과 실리콘 기판위의 금속성 극성물질 세정, 여러 폐기름 오염물질의 세정 등의 구체적인 실험을 하였으며, 높은 활용성을 보여준다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명에 대한 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 하기 실시예로만 제한되는 것은 아니다.
(제조) 실시예 ( 초임계 추출용 계면활성제의 합성)
5-아미노-8히드록시-퀴놀린(5-amino-8-hydroxy-quinoline) 1 을 이용하여 먼저, 5번 위치에 아미노(amino)기를 친이산화탄소성 치환기로 변환시키기 전에 반응성이 있는 히드록시(hydroxy)기를 보호하고자 일반적으로 잘 알려져 있는 TBDMSCl(tetrabutyldimethylsilyl chloride)를 이용하여 OH기를 OTBDMS기로 도입하여 2 를 제조하였다. 그 다음, 5번 위치의 아미노기를 반응성이 있는 아민기로 환원, 3 을 제조하였다. 그 다음, 상기 화학식 3의 화합물에 각각 알킬기인 4 과 플루오르화알킬기인 6 을 도입하고, TBAF(TetraButylAmoniumFloride)를 이용하여 보호로 도입한 OTBDMS를 제거하여 화합물 5 와 7 을 합성하였다. 화합물 5 와 7 은 용해도 측정 결과 아마이드 결합의 수소 결합 (N-H) 때문에 용해성이 좋지 않게 나타나 이를 해결하기 위하여 아마이드의 수소결합을 대신 친 이산화탄소성 작용기를 합성하기 위하여 먼저 C-6인 알킬기를 도입하고자 quinoline에 hexyl aldehyde를 이용하여 이민화합물을 중간체로 형성한 후, NaB(CN)H3 환원제로 환원반응을 시켜 2 차 아민 8 을 만들었다. 본 발명에서는 3차 결합을 하여 아마이드 결합의 수소결합(N-H)을 제거한 형태를 원하므로 MC 용매 하에 TEA(트리에틸아민) 염기를 가해주고, 옥타노일 클로라이드(octanoyl chloride)와 펜타데카플루오로옥타노일 클로라이드(pentadecafluorooctanoyl chloride)를 가하여 각각 탄소사슬 알킬기 화합물 9 과 플루오르 알킬기를 도입한 화합물 10 을 합성하였으며, 이에 TBAF(TetraButylAmoniumFloride)를 이용하여 보호로 도입한 OTBDMS를 제거하여 화학식 11의 N-hexyl-N-(8-hydroxyquinolin-5-yl)octanamide와 12의 2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8-pentadecafluoro-N-hexyl-N-(8-hydroxyquinolin-5-yl)octanamide을 합성하였다. 하기 반응스킴에 상기 반응을 정리하였다.
Figure 112006036135323-pat00009
(사용) 실시예 1(CO 2 용해도 측정)
상기 (제조)실시예에서 수득한 계면활성제 1, 5, 7, 11, 12 들의 각각의 용해성을 도 2에 도시된 장치를 이용하여 초임계이산화탄소 내에서 측정하였다. 계면활성제 및 이산화탄소 중의 용해도, 운점 측정 및 마이크로에멀젼 측정 관찰을 위한 사파이어 윈도우 뷰셀 (view cell)에 시료와 CO2를 교반하기 위한 자석 교반 바를 넣어주고, HIP 변동 부피 압력 발생기를 사용하여 실시하였다. 고압-스틸 튜빙을 통하여 상기 셀에 연결된 ISCO 압축 펌프의 도움을 받아 CO2 를 주입하였다. 상기 자체제작 셀은 각각 압력 및 온도 판독을 위하여 압력 변환기 및 온도 측정 센서를 더 부착하였다. 측정된 양의 계면활성제와 마이크로에멀젼 형성을 위해 넣어준 물은 CO2 로 가압하기 전에 실온에서 첨가되었다. 시료는 고체인 경우에는 미량 저울을 이용하였으며, 액체시료의 경우에는 마이크로 피펫을 사용하여 정량을 넣었으며, 용해도 측정 장치에 사용된 가변부피 용해도 측정 장치의 초기 부피는 6.9 ml이다. 반응 용기 내 부피변화량은 부피조절장치(5)가 한 바퀴 회전할 때 0.3 ml의 단위로 변화한다. 용해도 측정 장치의 온도조절은 항온조를 사용하여 온도를 유지시켰으며 온도의 오차는 ± 1℃ 미만이다. 용해도 측정시 부피조절장치를 이용하여 부피를 증가시켜 반응 용기 내 시료의 몰분율을 변화시키며, 이러한 원리를 이용하여 넓은 범위의 몰분율에서의 용해도 및 운점를 측정할 수 있었다. 용해유무의 판단을 위해서는 운점 (cloud point)의 관찰을 필요로 하는데 완전용해 되기 직전에 갑자기 어두워지는 현상을 말한다. 운점이 관찰된 후 미세한 압력상승에 의해 완전 용해된 투명한 하나의 상이 관찰된다. 이러한 과정을 반복하면서 각각 다른 몰분율에서의 용해도 측정이 가능하며, 컴퓨터에 연결된 카메라로 넣어진 시료의 상변화를 관찰하기 때문에 보다 정확한 관찰이 가능하다. 용해도 측정이 마무리 된 후 출구밸브를 이용하여 압축된 이산화탄소와 이산화탄소 내에 용해되어 있는 시료를 방출하게 되는데 포집장치를 이용하여 포집하였다. 결과는 도 6에 도시하였다.
(사용) 실시예 2(금속이온 추출실험)
본 발명의 신규 킬레이트 리간드의 금속염 추출성능을 알아보기 위하여 그림 3과 같은 창치를 이용하여, 금속염을 오염시킨 거름종이를 모의 시편으로 하여 추출 실험을 수행하였다. 먼저 Co, Cu, Zn 이온의 함유량이 1000ppm인 용액을 준비한 후 그 용액의 10㎕를 1.0 x 1.0 cm2 크기의 필터용지(whatman No.2)에 함침 시킨 뒤 건조시켜 시편을 준비 했다. 이 시편에 존재하는 각 금속의 함유량은 Co : 1.8x10-2M, Cu : 1.5x10-2M, Zn : 2.0x10-2M이다. 실험방법은 고압용 반응용기(10mL)에 킬레이트리간드와 보조제를 각각 시편 내 존재하는 금속이온을 기준으로 일정 몰수의 일정 배수가 되는 양을 넣고 건조시킨 뒤, 그 용기 안에 자석교반막대와 시편 그리고 첨가제(물)를 넣었다. 시편을 거치대 위에 두어, 시편이 항상 자석교반 막대의 위쪽에 위치하도록 하였다. 그리고 도 3과 같이 반응용기를 항온조에 넣어 일정한 온도를 유지시키면서 이산화탄소 가압정량펌프를 이용하여 실험조건의 압력으로 이산화탄소를 가압하였다. 실험은 정해진 압력 하에서 자석교반막대를 돌리면서 60분 간 정적추출을 수행하였다. 실험 후 시편을 1M 질산에 넣어 잔류금속이온을 용출하고, 용출된 양을 ICP-AES(유도결합쌍플라즈마원자분광계)를 이용하여 농도를 분석하였다. 기준 시편과 금속추출 후 시편의 금속 이온량을 비교하여 추출효율을 구하였다.
본 발명에서 개발한, 신규 킬레이트 리간드 12 의 이산화탄소내에서 금속염 추출효율을 알아보기 위해, 상기 설명한 금속이온 추출장치 그림 3을 이용하였다. 또한, 보조리간드인 NEt4PFOSA(perfluoro-1-octanesulfonic acid tetraethylammonium salt)의 사용 여부에 따른 추출 효율을 관찰하였다. 조건으로 상기 설명한 모의 시편에 각각의 Co, Cu, Sr 를 오염시킨 후 10mL cell에 넣은 후, 40℃를 유지하면서 초임계 이산화탄소 200bar을 유지하면서 1시간 교반한다. 상압으로 감압한 후, ICP로 분석해 본 결과 보조리간드가 들어간 것이 아래 표 1과 같이 전반적으로 높은 효율을 보였다.
[표 1]
금속염 킬레이트리간드 보조리간드 각성분간몰비 H2O P T Time 제거율
㎕ bar ℃ min (±5%)
Co 12 NEt4PFOSA 1:30:30 10 200 40 60 31.8
Cu 12 NEt4PFOSA 1:30:30 10 200 40 60 60.8
Sr 12 NEt4PFOSA 1:30:30 10 200 40 60 46.6
Co 12 - 1:30 10 200 40 60 12.8
Cu 12 - 1:30 10 200 40 60 31.7
Sr 12 - 1:30 10 200 40 60 18.4
추출 방법이 추출에 미치는 영향을 관찰하기 위하여 같은 조건의 실험을 준비하여 한 세트는 정적추출(계를 닫아 일정 압을 유지시킴) 20분 후 동적추출 (CO2를 일정하게 흘려주면서 일정 압을 유지시킴) 을 시행하였고 다른 한 세트는 정적추출만 60분을 시행하였다. 그 외의 다른 조건들은 전기한 실험과 동일하며, 모의 시편에 각각의 Co, Cu, Sr, Cd, Zn, Pb 를 오염시킨 후 10mL cell에 넣은 후, 40℃를 유지하면서 초임계 이산화탄소 200bar을 유지하면서 교반하였다. 상압으로 감압한 후, ICP로 분석해 본 결과 동적추출보다 정적 추출이 아래 표 2와 같이 전반적으로 높은 효율을 보였다
[표 2]
금속염 킬레이트리간드 보조리간드 각성분간몰비 DEA H2O P T Time 제거율 방법
㎕ ㎕ bar ℃ Min (±5%)
Co 12 NEt4PFOSA 1:50:50 16 10 200 40 40 26.5 동적추출
Cu 12 NEt4PFOSA 1:50:50 16 10 200 40 40 52.0 동적추출
Sr 12 NEt4PFOSA 1:50:50 16 10 200 40 40 0 동적추출
Cd 12 NEt4PFOSA 1:50:50 16 10 200 40 40 0 동적추출
Zn 12 NEt4PFOSA 1:50:50 16 10 200 40 40 57.9 동적추출
Pd 12 NEt4PFOSA 1:50:50 16 10 200 40 40 0 동적추출
Co 12 NEt4PFOSA 1:50:50 16 10 200 40 60 82.0 정적추출
Cu 12 NEt4PFOSA 1:50:50 16 10 200 40 60 95.5 정적추출
Sr 12 NEt4PFOSA 1:50:50 16 10 200 40 60 10.9 정적추출
Cd 12 NEt4PFOSA 1:50:50 16 10 200 40 60 24.3 정적추출
Zn 12 NEt4PFOSA 1:50:50 16 10 200 40 60 67.8 정적추출
Pd 12 NEt4PFOSA 1:50:50 16 10 200 40 60 19.2 정적추출
(사용) 실시예 3( DEA 의 금속이온 추출 영향력 측정 실험)
추가적인 보조리간드로서 DEA(Diethylamine)가 추출에 미치는 영향을 관찰하기 위하여 같은 조건의 실험을 준비하여 한 세트는 DEA를 넣어주지 않고, 다른 한 세트는 바람직하게는 DEA 16㎕를 넣어 실험을 시행하였다. 그 외의 다른 조건들은 전기한 실험과 동일하며, 모의 시편에 각각의 Co, Cu, Sr, Cd, Zn, Pb 를 오염시킨 후 10mL cell에 넣은 후 40℃를 유지하면서 초임계 이산화탄소 200bar을 유지하면서 교반하였다. 상압으로 감압한 후, ICP로 분석해 본 결과, DEA를 넣어준 경우 아래 표 3과 같이 전반적으로 높은 효율을 보였다.
[표 3]
금속염 킬레이트리간드 보조리간드 각성분간몰비 DEA H2O P T Time 제거율 방법
㎕ ㎕ bar ℃ min (±5%)
Co 12 NEt4PFOSA 1:50:50 0 10 200 40 60 13.2 정적추출
Cu 12 NEt4PFOSA 1:50:50 0 10 200 40 60 64.8 정적추출
Sr 12 NEt4PFOSA 1:50:50 0 10 200 40 60 8.8 정적추출
Cd 12 NEt4PFOSA 1:50:50 0 10 200 40 60 19.4 정적추출
Zn 12 NEt4PFOSA 1:50:50 0 10 200 40 60 26.7 정적추출
Pd 12 NEt4PFOSA 1:50:50 0 10 200 40 60 44.6 정적추출
Co 12 NEt4PFOSA 1:50:50 16 10 200 40 60 82.0 정적추출
Cu 12 NEt4PFOSA 1:50:50 16 10 200 40 60 95.5 정적추출
Sr 12 NEt4PFOSA 1:50:50 16 10 200 40 60 10.9 정적추출
Cd 12 NEt4PFOSA 1:50:50 16 10 200 40 60 24.3 정적추출
Zn 12 NEt4PFOSA 1:50:50 16 10 200 40 60 67.8 정적추출
Pd 12 NEt4PFOSA 1:50:50 16 10 200 40 60 19.2 정적추출
(사용) 실시예 4( DEA 의 금속이온 추출 영향력 측정 실험)
화학식 11 의 계면활성제에 대하여 DEA가 추출에 미치는 영향을 관찰하기 위하여 같은 조건의 실험을 준비하여 한 세트는 DEA를 넣어주지 않고, 다른 한 세트는 DEA 16㎕를 넣고, 또 다른 한 세트는 DEA 80㎕를 넣어 실험을 시행하였다. 그 외의 다른 조건들은 전기한 실험과 동일하며, 모의 시편에 각각의 Co, Cu, Sr, Cd, Zn, Pb 를 오염시킨 후 10mL cell에 넣은 40℃를 유지하면서 초임계 이산화탄소 200bar을 유지하면서 교반하였다. 상압으로 감압한후, ICP로 분석해 본 결과, DEA 16㎕과 80㎕ 를 넣어준 경우 아래 표 4와 같이 특정 금속에 대하여 각각 높은 효율을 보였다
[표 4]
금속염 킬레이트리간드 보조리간드 각성분간몰비 DEA H2O P T Time 제거율 방법
㎕ ㎕ bar ℃ min (±5%)
Co 11 NEt4PFOSA 1:50:50 0 10 200 40 40 29.5 정적추출
Cu 11 NEt4PFOSA 1:50:50 0 10 200 40 40 58.5 정적추출
Sr 11 NEt4PFOSA 1:50:50 0 10 200 40 40 2.9 정적추출
Cd 11 NEt4PFOSA 1:50:50 0 10 200 40 40 8.1 정적추출
Zn 11 NEt4PFOSA 1:50:50 0 10 200 40 40 68.1 정적추출
Pd 11 NEt4PFOSA 1:50:50 0 10 200 40 40 7.0 정적추출
Co 11 NEt4PFOSA 1:50:50 16 10 200 40 60 74.9 정적추출
Cu 11 NEt4PFOSA 1:50:50 16 10 200 40 60 91.9 정적추출
Sr 11 NEt4PFOSA 1:50:50 16 10 200 40 60 0 정적추출
Cd 11 NEt4PFOSA 1:50:50 16 10 200 40 60 10.5 정적추출
Zn 11 NEt4PFOSA 1:50:50 16 10 200 40 60 71.9 정적추출
Pd 11 NEt4PFOSA 1:50:50 16 10 200 40 60 0 정적추출
Co 11 NEt4PFOSA 1:50:50 80 10 200 40 60 34.1 정적추출
Cu 11 NEt4PFOSA 1:50:50 80 10 200 40 60 42.1 정적추출
Sr 11 NEt4PFOSA 1:50:50 80 10 200 40 60 8.2 정적추출
Cd 11 NEt4PFOSA 1:50:50 80 10 200 40 60 54.7 정적추출
Zn 11 NEt4PFOSA 1:50:50 80 10 200 40 60 58.8 정적추출
Pd 11 NEt4PFOSA 1:50:50 80 10 200 40 60 16.7 정적추출
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 계면활성제 및 상기 계면활성제를 이용한 초임계추출방법은, 마이크로에멀젼 형성 효과가 우수할 뿐더러 한편으로는 금속추출이 가능하도록 킬레이팅 능력이 뛰어난 계면활성제를 제공하여 생물학적으로 유해한 용매를 사용하지 않아 환경 친화적이고, 추출에 사용된 액체 또는 초임계 상태의 유체는 재생가능하며 피추출물질이 리사이클될 수 있어 경제적이다.
앞에서 설명된 본 발명의 일실시예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기 술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.

Claims (3)

  1. 하기 화학식 11 또는 12의 구조를 가진 퀴놀린 기반 초임계 추출용 계면활성제.
    화학식 11 화학식 12
    Figure 112006036135323-pat00010
    Figure 112006036135323-pat00011
  2. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 11 또는 12 으로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상과 보조 리간드로서 NEt4PFOSA(perfluoro-1-octanesulfonic acid tetraethylammonium salt)또는 디에틸아민(DEA)를 더 포함한 것을 특징으로 하는 초임계 추출용 계면활성제.
  3. ⅰ)하기 화학식 1의 5-아미노-8-히드록시-퀴놀린(5-amino-8-hydroxy-quinoline)에 히드록시 보호기로서 TBDMSCl(tetrabutyldimethylsilyl chloride)를 가하여 하기 화학식 2를 제조하는 단계;
    ⅱ)상기 화학식 2 의 화합물을 촉매 존재하에 화학식 3의 아민화합물로 환원 시키는 단계;
    ⅲ)상기 화학식 3의 아민화합물과 C5H11-CHO를 반응시키고, 추가적으로 환원반응을 시켜 하기 화학식 8의 아민 화합물로 제조하는 단계;
    ⅳ)상기 화학식 8의 아민 화합물과 C5H11-COCl 또는 C5F11-COCl를 반응시켜 아실화 하여 하기 화학식 9 또는 10 의 아마이드 화합물로 제조하는 단계 및;
    ⅴ)상기 화학식 9 또는 10 의 아미이드 화합물로부터 상기 제1단계에서 부가하였던 히드록시 보호기를 제거하는 단계를 포함하는 하기 화학식 11 또는 12 의 구조를 가진 퀴놀린 기반 초임계 추출용 계면활성제 제조방법.
    Figure 112006036135323-pat00012
KR1020060046275A 2006-05-23 2006-05-23 초임계 추출용 계면활성제, 그 제조방법 및 상기계면활성제를 이용한 초임계추출방법 KR100768121B1 (ko)

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