KR100791138B1 - Silica Compounds for Adsorbing Heavy Metals and Method for Synthesizing the compounds - Google Patents

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Abstract

본 발명은 표면에 머캅토기(-RSH)를 갖고 구형(球形)인 중금속 흡착용 실리카 화합물(단, 상기 R은 C1 내지 C12인 알킬기임)을 제공한다. 아울러, 본 발명은 테트라알콕시실란(TAOS)을 산성용액 또는 염기성 용액, 및 알코올과 반응시켜 표면에 수산기를 갖고 구형인 제1 실리카 화합물을 생성하는 제1 반응 단계, 및 상기 제1 실리카 화합물을 산성 또는 염기성 용액, 및 알코올의 혼합용액 내에서 3-(머캅토프로필)트리메톡시실란(MPTMS)과 반응시켜 표면에 머캅토기를 갖고 구형인 제2 실리카 화합물을 생성하는 제2 반응 단계를 포함하는 중금속 흡착용 실리카 화합물의 합성 방법을 제공한다. The present invention provides a silica compound for adsorption of spherical heavy metal having a mercapto group (-RSH) on a surface (wherein R is a C 1 to C 12 alkyl group). In addition, the present invention is a first reaction step of reacting tetraalkoxysilane (TAOS) with an acidic solution or a basic solution, and alcohol to produce a spherical first silica compound having a hydroxyl group on the surface, and acidic the first silica compound Or a second reaction step of reacting with 3- (mercaptopropyl) trimethoxysilane (MPTMS) in a basic solution and a mixed solution of alcohol to produce a spherical second silica compound having a mercapto group on the surface thereof. A method for synthesizing a silica compound for heavy metal adsorption is provided.

Description

중금속 흡착용 실리카 화합물 및 이의 합성 방법{Silica Compounds for Adsorbing Heavy Metals and Method for Synthesizing the compounds}Silica Compounds for Adsorbing Heavy Metals and Method for Synthesizing the compounds}

도 1은 2-프로판올에 대한 수산화암모늄의 부피비에 따른 실리카 화합물의 크기 변화를 보여주는 그래프이다. 1 is a graph showing the size change of the silica compound according to the volume ratio of ammonium hydroxide to 2-propanol.

도 2는 실시예 2에서 합성된 각각의 제2 실리카 화합물들의 전자현미경 사진들이다.2 is electron micrographs of each of the second silica compounds synthesized in Example 2. FIG.

도 3은 제2 실리카 화합물의 첨가량에 따른 납 이온 용액의 농도 변화를 보여주는 그래프이다.3 is a graph showing the concentration change of the lead ion solution according to the amount of the second silica compound added.

도 4는 실시예 4에 따른 각각의 실리카 화합물들의 첨가량에 따른 납 이온 용액의 농도 변화를 보여주는 그래프이다. Figure 4 is a graph showing the concentration change of the lead ion solution according to the addition amount of each of the silica compounds according to Example 4.

도 5는 제2 실리카 화합물의 생성 반응에 사용된 MPTMS의 제1 실리카 화합물에 대한 중량비에 따른 납 이온 용액의 농도 변화를 보여주는 그래프이다.FIG. 5 is a graph showing a change in concentration of lead ion solution according to a weight ratio of MPTMS to a first silica compound used in a production reaction of a second silica compound.

본 발명은 중금속 흡착용 화합물에 관한 발명으로서, 더욱 상세하게는 중금속 제거 효율이 매우 우수한 중금속 흡착용 실리카 화합물, 이를 포함하는 중금속 흡착제, 상기 중금속 흡착용 실리카 화합물의 합성 방법 및 상기 중금속 흡착용 실리카 화합물의 분리 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a compound for adsorption of heavy metals, and more particularly, a heavy metal adsorption silica compound having excellent heavy metal removal efficiency, a heavy metal adsorbent comprising the same, a method for synthesizing the silica compound for heavy metal adsorption, and the silica compound for heavy metal adsorption. It relates to a method of separation.

국제 환경규제의 강화와 함께 한국에서도 1999년부터 수은, 납, 카드뮴, 구리, 코발트 등과 같이 인체 및 자연생태계에 악영향을 줄 수 있는 중금속 물질에 관하여 유해화학물질배출량보고제도 (Toxic Release Inventory, TRI) 등을 통하여 배출규제를 강화하고 있다. 1990년대 초반까지의 폐수처리는 주로 후처리기술에 의존하였다. 1990년대 중반부터는 오염물질의 원천적인 발생방지와 재사용 등과 같은 청정기술개발을 통하여 오염물질 배출량을 극소화하는 방향으로 전환되고 있다. 자원과 에너지 절약 및 효율적 이용 측면에서 중금속에 대한 회수의 중요성이 증대되고 있다. In addition to strengthening international environmental regulations, Korea's hazardous chemical emission reporting system (Toxic Release Inventory, TRI) has been developed since 1999 regarding heavy metals that may adversely affect human and natural ecosystems such as mercury, lead, cadmium, copper and cobalt. Emissions regulations are being strengthened through such measures. Wastewater treatment up to the early 1990s mainly relied on aftertreatment technology. Since the mid-1990s, the development of clean technologies, such as the prevention and reuse of contaminants, has shifted to minimizing pollutant emissions. The importance of recovery of heavy metals is increasing in terms of saving resources, energy and efficient use.

종래에는 활성탄, 합성 제올라이트, 점토 등의 무기물질에 기능기를 부착하여 중금속 흡착에 이용하였다. 그러나 이들은 넓은 표면적을 가지고 있으면서도, 대체로 기공구조가 무정형이고 기공입구가 좁다. 결국, 액상에서 중금속이온의 기공 내 침투가 억제되어 기공 내 넓은 면적의 기능기와의 접촉을 막게 되고 중금속 흡착효율을 급격히 감소시킨다. Conventionally, functional groups are attached to inorganic materials such as activated carbon, synthetic zeolites, and clays, and used for adsorption of heavy metals. However, they have a large surface area, but are generally amorphous in pore structure and narrow inlet openings. As a result, the penetration of heavy metal ions into the pores in the liquid phase is suppressed to prevent contact with the functional group of a large area in the pores, and the heavy metal adsorption efficiency is drastically reduced.

이와 같이, 종래의 중금속 흡착제들은 흡착 효율이 좋지 않을 뿐만 아니라 극미량의 중금속을 검출할 수 있을 정도의 충분한 감도(sensitivity)를 갖고 있지 않아 유독성의 중금속을 완벽하게 제거하는 데에는 한계가 있었다. 따라서, 더욱 우수한 중금속 흡착제가 절실히 요구되고 있다. As such, the conventional heavy metal adsorbents are not only poor in adsorption efficiency but also do not have enough sensitivity to detect a trace amount of heavy metals, so there is a limit to completely remove toxic heavy metals. Therefore, there is an urgent need for a better heavy metal adsorbent.

따라서, 본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하고 시대적 요구를 감안한 것으로서, 중금속 흡착 효율이 현저히 우수한 중금속 흡착용 실리카 화합물을 제공함을 목적으로 한다. Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art and to take into account the needs of the times, and to provide a silica compound for heavy metal adsorption which is remarkably excellent in heavy metal adsorption efficiency.

본 발명은 또한 상기 실리카 화합물 등의 중금속 흡착용 화합물을 포함하는 중금속 흡착제를 제공함을 목적으로 한다. It is another object of the present invention to provide a heavy metal adsorbent containing a compound for adsorption of heavy metals such as the silica compound.

본 발명은 또한 상기 중금속 흡착용 실리카 화합물의 합성 방법을 제공함을 목적으로 한다. The present invention also aims to provide a method for synthesizing the silica compound for heavy metal adsorption.

본 발명은 또한 상기 중금속 흡착용 실리카 화합물에 흡착된 중금속을 상기 중금속 흡착용 실리카 화합물로부터 효율적으로 분리시킬 수 있는 분리 방법을 제공함을 목적으로 한다. Another object of the present invention is to provide a separation method capable of efficiently separating heavy metal adsorbed on the silica compound for heavy metal adsorption from the silica compound for heavy metal adsorption.

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 특징에 따른 중금속 흡착용 실리카 화합물은 표면에 머캅토기(-RSH)를 갖고 구형(球形)인 특징을 갖는다 (단, 상기 R은 C1 내지 C12인 알킬기임). The silica compound for heavy metal adsorption according to an aspect of the present invention for achieving the object of the present invention as described above has a mercapto group (-RSH) on the surface and has a spherical shape (wherein R is C 1 To C 12 alkyl group).

상기 실리카 화합물의 크기는 250 nm 내지 1000 nm일 수 있으며, 용도에 따라서는 적어도 1000 nm 이상일 수도 있다. The size of the silica compound may be 250 nm to 1000 nm, depending on the application may be at least 1000 nm or more.

상기 실리카 화합물은 상기 머캅토기를 제외한 구형 실리카 화합물 100 중량부에 대하여 머캅토기 5 내지 30 중량부를 함유하는 것이 바람직하다. It is preferable that the said silica compound contains 5-30 weight part of mercapto groups with respect to 100 weight part of spherical silica compounds except the said mercapto group.

상기 머캅토기는 상기 실리카의 규소(Si) 원자에 적어도 하나 이상 결합된 다. The mercapto group is bonded to at least one silicon (Si) atom of the silica.

상기 구형 실리카는 이산화규소(SiO2)의 공유결정체로 이루어져 있다. The spherical silica consists of covalent crystals of silicon dioxide (SiO 2 ).

본 발명의 일 특징에 따른 중금속 흡착제는 구형인 코어(core) 화합물 및 상기 코어 화합물의 표면에 결합된 복수의 중금속 흡착기로 이루어져 있다. The heavy metal adsorbent according to an aspect of the present invention comprises a spherical core compound and a plurality of heavy metal adsorbers bonded to the surface of the core compound.

상기 코어 화합물은 실리카 화합물 또는 폴리스티렌계 고분자 화합물로 이루어져 있으며, 상기 실리카 화합물은 구형의 이산화규소 공유결정체로 이루어져 있다. The core compound consists of a silica compound or a polystyrene-based high molecular compound, and the silica compound consists of spherical silicon dioxide co-crystals.

상기 중금속 흡착기는 머캅토(mercapto) 화합물 또는 킬레이트 화합물일 수 있다. 상기 킬레이트 화합물로서는 EDTA 등을 들 수 있다. The heavy metal adsorber may be a mercapto compound or a chelate compound. EDTA etc. are mentioned as said chelate compound.

상기 중금속 흡착용 화합물들은 10% 이내의 크기 편차를 갖도록 상기 중금속 흡착제 내에 분산되어 있다. The compounds for the adsorption of heavy metals are dispersed in the heavy metal adsorbent to have a size variation of less than 10%.

상기 중금속 흡착제는 고상(固狀) 또는 액상(液狀)으로 존재할 수 있다. The heavy metal adsorbent may be present in a solid phase or a liquid phase.

본 발명의 일 특징에 따른 중금속 흡착용 실리카 화합물의 합성 방법은 테트라알콕시실란(tetra-alkoxysilane; TAOS)을 산성용액 또는 염기성 용액, 및 알코올과 반응시켜 표면에 수산기를 갖고 구형인 제1 실리카 화합물을 생성하는 제1 반응 단계, 및 상기 제1 실리카 화합물을 산성 또는 염기성 용액, 및 알코올의 혼합용액 내에서 3-(머캅토프로필)트리메톡시실란(MPTMS)과 반응시켜 표면에 머캅토기를 갖고 구형인 제2 실리카 화합물을 생성하는 제2 반응 단계를 포함한다. A method for synthesizing a silica compound for heavy metal adsorption according to an aspect of the present invention comprises reacting tetra-alkoxysilane (TAOS) with an acidic solution or a basic solution and an alcohol to form a spherical first silica compound having a hydroxyl group on the surface thereof. The resulting first reaction step and the first silica compound is reacted with 3- (mercaptopropyl) trimethoxysilane (MPTMS) in a mixed solution of an acidic or basic solution and an alcohol to have a spherical mercapto group on the surface. A second reaction step of producing a phosphorus second silica compound.

상기 테트라알콕시실란으로는 테트라메톡시실란, 테트라에톡시실란, 테트라 프로폭시실란 및 테트라부톡시실란 등이 사용될 수 있다. As the tetraalkoxysilane, tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, tetra propoxysilane, tetrabutoxysilane, etc. may be used.

상기 제1 반응 단계 및 제2 반응 단계는 상온에서 이루어진다.The first reaction step and the second reaction step are performed at room temperature.

상기 알코올로서는 2-프로판올이 사용되는 것이 바람직하다. It is preferable that 2-propanol is used as said alcohol.

상기 제1 반응 단계 및 제2 반응 단계는 2-프로판올 및 수산화 암모늄 용액 하에서 이루어진다. The first reaction step and the second reaction step are carried out under a 2-propanol and ammonium hydroxide solution.

상기 MPTMS는 상기 제1 실리카 화합물 100 중량부에 대하여 5 내지 30 중량부가 사용되는 것이 바람직하다. The MPTMS is preferably used 5 to 30 parts by weight based on 100 parts by weight of the first silica compound.

본 발명의 일 특징에 따라 중금속이 흡착된 중금속 흡착용 화합물을 상기 중금속과 분리하기 위해서는, 상기 중금속이 흡착된 중금속 흡착용 화합물에 산성 화합물을 첨가할 수 있다. According to one aspect of the present invention, in order to separate the heavy metal adsorbed compound for heavy metal adsorption from the heavy metal, an acidic compound may be added to the heavy metal adsorbed compound.

이하 본 발명을 자세하게 설명하도록 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

중금속 흡착용 실리카 화합물Silica Compound for Heavy Metal Adsorption

본 발명에 따른 중금속 흡착용 실리카 화합물은 구형이며 표면에 복수의 머캅토기(-RSH)들을 함유한다. 즉, 상기 머캅토기들은 상기 중금속 흡착용 실리카 화합물의 외부로 노출되어 있다. The silica compound for heavy metal adsorption according to the present invention is spherical and contains a plurality of mercapto groups (-RSH) on its surface. That is, the mercapto groups are exposed to the outside of the silica compound for heavy metal adsorption.

상기 실리카 화합물은 이산화규소(SiO2)의 공유 결정체로 이루어져 있다. 상기 머캅토기의 'R'은 탄소수 1 내지 12인 알킬기이다. The silica compound consists of covalent crystals of silicon dioxide (SiO 2 ). 'R' of the mercapto group is an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms.

외부의 중금속 이온들은 상기 머캅토기의 황(S) 원자와 결합을 형성함으로써 상기 중금속 흡착용 실리카 화합물에 의하여 흡착될 수 있다. 상기 중금속 이온은 어느 하나의 황 원자와 단독으로 결합될 수도 있고, 인접하는 두 개의 황 원자들과 동시에 결합되어 있을 수도 있다.External heavy metal ions may be adsorbed by the silica compound for heavy metal adsorption by forming a bond with a sulfur (S) atom of the mercapto group. The heavy metal ions may be bonded to any one sulfur atom alone, or may be simultaneously bonded to two adjacent sulfur atoms.

하기 화학식(1)은 상기 중금속 흡착용 실리카 화합물의 모습을 개념적으로 나타낸다. Formula (1) conceptually shows the appearance of the silica compound for heavy metal adsorption.

Figure 112006041076187-pat00001
Figure 112006041076187-pat00001

상기 화학식(1)에서, 상기 R은 C1 내지 C12인 알킬기를 나타낸다. 상기 화학식(1)에서, 상기 구형 화합물을 평면적으로 나타내었으나, 실제로 상기 실리카 화합물은 입체적인 구 형상을 갖고, 상기 구의 표면에 머캅토기들이 결합되어 있다. In the formula (1), wherein R represents an alkyl group of C 1 to C 12. In the formula (1), the spherical compound is shown in plan, but in fact, the silica compound has a three-dimensional sphere shape, and mercapto groups are bonded to the surface of the sphere.

상기 중금속 흡착용 실리카 화합물의 크기는 250 내지 1000 nm를 갖는 것이 바람직하다. 상기 중금속 흡착용 실리카 화합물의 크기가 250 nm 이하이면, 상기 중금속이 흡착된 중금속 흡착용 실리카 화합물들을 원심 분리 또는 여과 장치 등을 이용하여 분리하기 어렵다. 반면에, 상기 중금속 흡착용 실리카 화합물의 크기가 1000 nm를 초과하면 중금속 흡착용 화합물의 크기 균일성이 저하되고 표면적이 감 소되어 중금속 흡착 효율이 저하되는 문제점이 있다. The size of the silica compound for the heavy metal adsorption is preferably having a 250 to 1000 nm. When the size of the silica compound for heavy metal adsorption is 250 nm or less, it is difficult to separate the heavy metal adsorbed silica compounds on which the heavy metal is adsorbed using a centrifugal separation or a filtration device. On the other hand, when the size of the silica compound for heavy metal adsorption exceeds 1000 nm, there is a problem in that the size uniformity of the compound for heavy metal adsorption is reduced and the surface area is reduced to reduce the heavy metal adsorption efficiency.

한편, 상기 중금속 흡착용 실리카 화합물의 크기가 250 nm 내지 600 nm이면 액상(液狀)이 유리하며, 반면에 실리카 화합물의 크기가 600 nm 내지 1000 nm이면 중금속이 흡착된 실리카 화합물이 쉽게 침전될 수 있어, 수용액으로부터의 침전을 이용한 실리카 화합물의 분리가 용이하다. On the other hand, if the size of the silica compound for heavy metal adsorption is 250 nm to 600 nm, the liquid phase is advantageous, whereas if the size of the silica compound is 600 nm to 1000 nm, the silica compound to which the heavy metal is adsorbed can be easily precipitated. The separation of the silica compound using the precipitation from the aqueous solution is easy.

한편, 경우에 따라서는 상기 중금속 흡착용 실리카 화합물은 1000 nm 이상의 크기를 갖는 것이 유리할 때도 있다. 상기 중금속 흡착용 실리카 화합물의 크기가 1000 nm 이상이면, 상기 중금속 흡착용 실리카 화합물을 각종 제품에 응용 시 비용절감을 기대할 수 있고, 보다 대중적으로 상기 중금속 흡착용 실리카 화합물을 이용할 수 있을 것이다. 상기 중금속 흡착용 화합물의 크기가 1000 nm를 초과하는 경우에도, 중금속 흡착 효율은 크게 저하되지 않으며, 사용량을 상대적으로 증가시킴으로써 거의 완벽하게 중금 이온을 제거할 수 있다. On the other hand, in some cases, the silica compound for heavy metal adsorption may advantageously have a size of 1000 nm or more. When the size of the silica compound for heavy metal adsorption is 1000 nm or more, the cost reduction can be expected when the silica compound for heavy metal adsorption is applied to various products, and the silica compound for heavy metal adsorption may be used more widely. Even when the size of the compound for adsorption of heavy metals exceeds 1000 nm, heavy metal adsorption efficiency is not significantly reduced, and the heavy metal ions can be almost completely removed by increasing the amount of use thereof.

상기 중금속 흡착용 실리카 화합물 내의 머캅토기의 총 중량은 상기 머캅토기를 제외한 실리카 화합물, 즉 구형의 코어(core) 부분(SiO2 공유결정체) 100 중량부에 대하여 5 내지 30 중량부인 것이 바람직하다. The total weight of the mercapto group in the silica compound for heavy metal adsorption is preferably 5 to 30 parts by weight based on 100 parts by weight of the silica compound excluding the mercapto group, that is, spherical core portion (SiO 2 covalent crystal).

상기 중량 관계를 만족할 경우 100%(99.999985%)에 가까운 중금속 흡착 성능을 발휘할 수 있으며, 상기 중량 관계를 벗어날 경우 흡착 성능의 급격한 저하가 초래될 수 있다.When the weight relationship is satisfied, the heavy metal adsorption performance may be close to 100% (99.999985%), and when the weight relationship is out of range, a sudden decrease in the adsorption performance may be caused.

본 발명에서 자세하게 설명되지는 않으나, 상기 중금속 흡착용 화합물은 폴 리스티렌계 고분자 화합물을 코어 부분으로 하고, EDTA 등의 킬레이트 화합물을 중금속 흡착을 위한 작용기로 하여 구성될 수도 있다. Although not described in detail in the present invention, the heavy metal adsorption compound may be composed of a polystyrene-based polymer compound as a core portion, and a chelate compound such as EDTA as a functional group for heavy metal adsorption.

중금속 흡착제Heavy metal adsorbent

본 발명에 따른 중금속 흡착제는 구형인 코어(core) 화합물 및 상기 코어 화합물의 표면에 결합된 복수의 중금속 흡착기로 이루어진 중금속 흡착용 화합물들을 포함한다. 이외에도, 구체적으로 예시되지는 않았으나 중금속 흡착 효율의 개선 및 상용화에 필요한 저장안정성 등의 일반 물성 향상을 위한 관용적인 첨가제들을 포함할 수 있다. The heavy metal adsorbent according to the present invention includes a spherical core compound and compounds for adsorption of heavy metal consisting of a plurality of heavy metal adsorbers bonded to the surface of the core compound. In addition, although not specifically illustrated, it may include conventional additives for improving general physical properties such as storage stability required for improvement and commercialization of heavy metal adsorption efficiency.

상기 코어 화합물로서는 전술한 실리카 화합물 또는 폴리스티렌계 고분자 화합물이 적용될 수 있다. 상기 코어 화합물은 구형으로서 표면적이 극대화 될 수 있어 중금속 흡착 효율을 증가 시킬 수 있다. As the core compound, the above-described silica compound or polystyrene polymer compound may be applied. The core compound may have a spherical surface area can be maximized to increase the heavy metal adsorption efficiency.

상기 실리카 화합물은 이산화규소의 공유 결정체로 이루어져 있다. The silica compound consists of covalent crystals of silicon dioxide.

상기 중금속 흡착기로서는 전술한 머캅토기 이외에도 EDTA 등의 킬레이트 화합물이 적용될 수 있다. As the heavy metal adsorber, a chelate compound such as EDTA can be applied in addition to the mercapto group described above.

즉, 상기 코어 화합물로서는, 실리카 화합물 또는 폴리스티렌계 고분자 화합물이 선택적으로 적용될 수 있고, 상기 중금속 흡착기로서는 머캅토기 또는 킬레이트 화합물이 선택적으로 적용될 수 있으며, 나아가 다양한 조합이 가능할 수 있다. That is, as the core compound, a silica compound or a polystyrene polymer compound may be selectively applied, and as the heavy metal adsorber, a mercapto group or a chelate compound may be selectively applied, and various combinations may be possible.

상기 중금속 흡착용 화합물들은 10% 이내의 크기 편차를 갖는 것이 바람직하다. 상기 중금속 흡착제에 포함되는 상기 중금속 흡착용 화합물들의 크기 편차를 10% 이내로 하기 위해서는, 중금속 흡착용 화합물의 합성 방법을 이루는 각종 합성 조건 및 사용 시약의 양적 조건 등이 특별히 조절되어야 한다. 이에 대해서는 후술하도록 한다. The heavy metal adsorption compounds preferably have a size variation within 10%. In order to make the size variation of the heavy metal adsorption compounds included in the heavy metal adsorbent within 10%, various synthetic conditions and quantitative conditions of the reagents used for synthesizing the compound for heavy metal adsorption must be specifically controlled. This will be described later.

중금속 흡착용 실리카 화합물의 합성Synthesis of Silica Compound for Heavy Metal Adsorption

본 발명에 따른 중금속 흡착용 실리카 화합물을 합성하는 방법은 i) 표면에 수산기(-OH)를 갖고 구형인 제1 실리카 화합물을 생성하는 단계 및 상기 ii) 표면에 머캅토기(-RSH)를 갖고 구형인 제2 실리카 화합물을 생성하는 단계를 포함한다. 상기 제1 실리카 화합물을 합성하기 위해서는, 시작물질로서 테트라알콕시실란(tetra-alkoxysilane; TAOS)이 준비된다. 상기 TAOS는 산성 또는 염기성 용액, 및 알코올과 반응하여 표면에 수산기를 갖고 구형인 제1 실리카 화합물을 생성한다. 사용될 수 있는 알코올로서는, 메탄올, 프로판올, 부탄올 등을 들 수 있고, 특히, 2-프로판올이 사용되는 것이 바람직하다. 상기 구형 실리카 화합물의 생성 반응은 산성 또는 염기성 용액 하에서 이루어진다. 균일한 크기를 갖는 구형 실리카 화합물들을 생성하기 위해서는, 염기성 용액 하에서 반응을 수행하는 것이 바람직하다. The method for synthesizing a silica compound for heavy metal adsorption according to the present invention comprises the steps of: i) producing a first silica compound having a hydroxyl group (-OH) on the surface and spherical; and ii) having a spherical mercapto group on the surface Producing a phosphorus second silica compound. In order to synthesize the first silica compound, tetra-alkoxysilane (TAOS) is prepared as a starting material. The TAOS reacts with an acidic or basic solution and an alcohol to produce a spherical first silica compound having hydroxyl groups on its surface. Examples of the alcohol that can be used include methanol, propanol, butanol and the like, and in particular, 2-propanol is preferably used. The production reaction of the spherical silica compound is carried out under acidic or basic solution. In order to produce spherical silica compounds having a uniform size, it is preferable to carry out the reaction under basic solution.

상기 TAOS로는, 테트라메톡시실란, 테트라에톡시실란, 테트라프로폭시실란, 테트라부톡시실란 등을 사용할 수 있다. 상기 화합물들은 단독으로 또는 둘 이상의 조합으로 사용될 수 있다. As said TAOS, tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, tetrapropoxysilane, tetrabutoxysilane, etc. can be used. The compounds may be used alone or in combination of two or more.

상기 산성용액으로서는, 질산(HNO3) 용액, 염산(HCl) 용액, 아세트산(CH3COOH) 용액이 사용될 수 있고, 염기성 용액으로는 수산화 암모늄(NH4OH)이 사용될 수 있다. As the acid solution, nitric acid (HNO 3 ) solution, hydrochloric acid (HCl) solution, acetic acid (CH 3 COOH) solution may be used, and as basic solution, ammonium hydroxide (NH 4 OH) may be used.

특히, 상기 염기성 용액으로서, 수산화 암모늄을 사용하는 경우 생성되는 구형 실리카 화합물들의 크기 편차는 10%, 더욱 양호하게는 5% 이내가 되어 매우 균일한 크기를 갖는 실리카 화합물들이 생성될 수 있다. In particular, as the basic solution, the size deviation of the spherical silica compounds produced when using ammonium hydroxide is less than 10%, more preferably within 5% can be produced silica compounds having a very uniform size.

상기 생성되는 구형 실리카 화합물들의 크기가 균일하면, 중금속과 결합될 수 있는 표면적이 극대화 될 수 있는 바, 중금속 흡착 효율이 극대화 될 수 있고, 재료를 다루거나 분리공정 등에서 큰 장점을 갖는다. 따라서, 상기 구형 실리카 화합물들의 크기 편차는 10% 이내가 되도록 상기 구형 실리카 화합물의 크기가 조절되는 것이 바람직하다. If the size of the spherical silica compounds produced is uniform, the surface area that can be combined with the heavy metal can be maximized, the heavy metal adsorption efficiency can be maximized, has a great advantage in the material handling or separation process. Therefore, it is preferable that the size of the spherical silica compounds is adjusted so that the size deviation of the spherical silica compounds is within 10%.

상기 염기성 용액으로서, 수산화 암모늄이 사용되고 알코올로서 2-프로판올이 사용되는 경우, 상기 수산화 암모늄은 상기 2-프로판올에 대하여 100 내지 25 vol%가 되도록 사용되는 것이 바람직하다. When ammonium hydroxide is used as the basic solution and 2-propanol is used as the alcohol, the ammonium hydroxide is preferably used to be 100 to 25 vol% with respect to the 2-propanol.

상기 2-프로판올 대비 상기 수산화 암모늄의 사용량이 증가할 경우, 또한, 사용되는 테트라알콕시실란의 사용량이 증가할 경우, 생성되는 구형 실리카 화합물의 크기는 증가하게 된다. When the amount of the ammonium hydroxide is increased relative to the 2-propanol, and when the amount of the tetraalkoxysilane used is increased, the size of the spherical silica compound is increased.

상기 생성 반응에 의하여, 표면에 수산기(-OH)를 갖고 구형인 제1 실리카 화합물이 생성된다.By the production reaction, a spherical first silica compound having a hydroxyl group (-OH) on its surface is produced.

상기 중간 산물인 제1 실리카 화합물은 3-(머캅토프로필)트리메톡시실란[3-(mercaptopropyl)trimethoxysilane, MPTMS]과 반응하여 구형 표면이 머캅토기로 개질된 제2 실리카 화합물을 생성한다. The first silica compound, the intermediate product, is reacted with 3- (mercaptopropyl) trimethoxysilane (MPTMS) to produce a second silica compound whose spherical surface is modified with a mercapto group.

제2 실리카 화합물의 생성 반응 전에, 수득된 상기 제1 실리카 화합물은 반응액으로부터 원심 분리기를 이용하여 분리되고, 메탄올 등을 이용하여 수 차례 세척된다. Prior to the production reaction of the second silica compound, the first silica compound obtained is separated from the reaction solution using a centrifugal separator and washed several times with methanol or the like.

상기 제2 실리카 화합물의 생성 반응은, 염기성 또는 산성 용액 하에서 이루어진다. 또한, 제1 실리카 화합물의 생성 반응과 마찬가지로 알코올이 반응액 내에 포함되어 있어야 한다. 상기 알코올로서는 2-프로판올이 사용되는 것이 바람직하다. 사용될 수 있는 염기성 용액으로서는, 수산화 암모늄을 들 수 있고 산성용액으로서는 질산을 들 수 있다. The production reaction of the second silica compound is carried out under a basic or acidic solution. In addition, the alcohol must be included in the reaction solution in the same manner as the reaction for producing the first silica compound. It is preferable that 2-propanol is used as said alcohol. As a basic solution which can be used, ammonium hydroxide is mentioned and an acidic solution is nitric acid.

상기 산성 용액을 사용할 경우, 상기 염기성 용액을 사용하는 경우에 비하여 상대적으로 응집(aggregation)이 잘 일어나 제2 실리카 화합물의 표면적을 극대화하여 사욜할 수 없으므로, 염기성 용액을 사용하는 것이 바람직하다. In the case of using the acidic solution, it is preferable to use a basic solution, because aggregation can be performed relatively better than that of the basic solution, thereby maximizing the surface area of the second silica compound.

상기 제1 실리카 화합물 및 제2 실리카 화합물의 생성 반응은 상온에서 이루어진다. The production reaction of the first silica compound and the second silica compound is performed at room temperature.

상기 반응식(1)은 상기 제1 실리카 화합물 및 제2 실리카 화합물의 연속적인 생성 반응을 개념적으로 나타낸다. 또한, 하기 반응식(1)은 제2 실리카 화합물에 의하여 납(Pb)이 흡착된 모습을 보여준다. Scheme (1) conceptually represents a continuous production reaction of the first silica compound and the second silica compound. In addition, the following reaction formula (1) shows the state that the lead (Pb) is adsorbed by the second silica compound.

Figure 112006041076187-pat00002
Figure 112006041076187-pat00002

상기 반응식(1)에서, 상기 R은 탄소수 1 내지 12인 알킬기를 나타낸다. 또한, 상기 반응식(1)에서 상기 제1 실리카 화합물 및 제2 실리카 화합물은 평면적으로 도시되었으나, 이는 개념적인 것이며 실제로는 입체인 구(sphere) 형상을 갖는다. . In said Scheme (1), said R represents an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms. In addition, although the first silica compound and the second silica compound are shown planarly in the reaction formula (1), this is conceptual and actually has a three-dimensional sphere shape. .

상기 반응식(1)에서 보는 바와 같이, 납 이온(Pb2 +)은 머캅토기의 수소와 치환되어, 황(S) 원자와 결합된다. 또한, 상기 납 이온은 인접하는 두 개의 황 원자와 결합될 수도 있다.As shown in the reaction formula (1), lead ions (Pb + 2) is replaced by the hydrogen of the mercapto group, it is combined with sulfur (S) atom. In addition, the lead ions may be bonded to two adjacent sulfur atoms.

이하, 구체적인 실시예들을 들어 본 발명을 자세하게 설명하도록 한다. 그러나 하기 실시예들에 의하여 본 발명의 기술적 사상이 한정되는 것은 아니며 당업자라면, 하기 실시예들을 참고하여 다양한 변형 실시예를 구성할 수 있을 것이다. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to specific embodiments. However, the technical spirit of the present invention is not limited by the following embodiments, and those skilled in the art may configure various modified embodiments with reference to the following embodiments.

하기 실시예들에서는 하기와 같은 시약들이 사용되었다. In the following examples, the following reagents were used.

1. TEOS (99.9%, Aldrich사 제조) 1.TEOS (99.9%, manufactured by Aldrich)

2. MPTMS (95%, Aldrich사 제조)2.MPTMS (95%, manufactured by Aldrich)

3. 수산화암모늄 (28.3%, Mallinckrodt사 제조)3. Ammonium hydroxide (28.3%, made by Mallinckrodt)

4. 질산 (15.8 N, Fisher사 제조) 4. Nitric acid (15.8 N, manufactured by Fisher)

5. 2-프로판올 (98%, Aldrich사 제조)5. 2-propanol (98%, manufactured by Aldrich)

[실시예 1]Example 1

2-2- 프로판올Propanol 및 수산화암모늄의 부피 비에 따른 구형 실리카 화합물의 크기 변화 분석 Analysis of Size Changes of Spherical Silica Compounds Depending on Volume and Volume Ratio of Ammonium Hydroxide

12.5 ml의 2-프로판올에 수산화 암모늄을 상기 2-프로판올에 대하여 1:1, 1:2, 1:4 및 1:6의 부피피로 각각 혼합한 후, 각각의 혼합용액에 TEOS 250 mg을 첨가하여 상온에서 반응 시켰다. 수득된 각각의 제1 실리카 화합물들은 구형이었으며 그 크기를 전자현미경을 이용하여 측정하였다. 상기 크기는 구형 실리카 화합물의 지름을 의미한다. 그 결과를 도 1에 도시하였다. Ammonium hydroxide was mixed with 12.5 ml of 2-propanol in volume volumes of 1: 1, 1: 2, 1: 4 and 1: 6 with respect to the 2-propanol, and then 250 mg of TEOS was added to each mixed solution. The reaction was performed at room temperature. Each of the first silica compounds obtained was spherical and its size was measured using an electron microscope. The size refers to the diameter of the spherical silica compound. The results are shown in FIG.

도 1은 2-프로판올에 대한 수산화암모늄의 부피비에 따른 실리카 화합물의 크기 변화를 보여주는 그래프이다. 1 is a graph showing the size change of the silica compound according to the volume ratio of ammonium hydroxide to 2-propanol.

도 1을 참조하면, 상기 2-프로판올에 대한 수산화암모늄의 부피비가 증가할수록 상기 실리카 화합물의 크기(구의 크기)가 감소하는 것을 알 수 있었다. 또한, 수산화암모늄의 사용량에 따른 실리카 화합물의 크기는 거의 일차적으로 변화함을 알 수 있었다. 즉, 상기 수산화 암모늄의 사용량을 조절하여 실리카 화합물의 크기를 조절할 수 있다. 그러나, 구 크기의 결정요소는 주로 TAOS의 사용량에 의하여 좌우된다. Referring to FIG. 1, it can be seen that the size (sphere size) of the silica compound decreases as the volume ratio of ammonium hydroxide to 2-propanol increases. In addition, it can be seen that the size of the silica compound changes almost primarily with the amount of ammonium hydroxide used. That is, the amount of the silica compound may be adjusted by adjusting the amount of the ammonium hydroxide. However, the determinant of sphere size depends primarily on the amount of TAOS used.

[실시예 2]Example 2

중금속 흡착용 실리카 화합물 관찰Observation of silica compounds for heavy metal adsorption

12.5 ml의 2-프로판올 및 수산화암모늄 12.5 ml의 혼합 용액에 TEOS 250 mg을 첨가한 후 상온에서 반응 시켜 제1 실리카 화합물을 수득하였다. 상기 수득된 제1 실리카 화합물을 수산화 암모늄 10 ml 및 2-프로판올 10 ml의 혼합용액에 첨가하고, 상기 수득된 제1 실리카 화합물에 대하여 7 wt%의 MPTMS를 첨가하고 반응시켜 제 2 실리카 화합물을 생성하였다 (실시예 2-1). 250 mg of TEOS was added to a mixed solution of 12.5 ml of 2-propanol and 12.5 ml of ammonium hydroxide, followed by reaction at room temperature to obtain a first silica compound. The obtained first silica compound was added to a mixed solution of 10 ml of ammonium hydroxide and 10 ml of 2-propanol, and 7 wt% of MPTMS was added to the first silica compound and reacted to produce a second silica compound. (Example 2-1).

또한, 상기 수산화 암모늄 10 ml 및 2- 프로판올 10 ml 대신, 각각 질산 2 ml 및 2-프로판올 20 ml를 첨가하고 상기 실시예 2-1과 동일한 방법으로 제2 실리카 화합물을 수득하였다 (실시예 2-2).In addition, instead of 10 ml of ammonium hydroxide and 10 ml of 2-propanol, 2 ml of nitric acid and 20 ml of 2-propanol were added respectively to obtain a second silica compound in the same manner as in Example 2-1 (Example 2- 2).

상기 실시예 2-1 및 실시예 2-2에서 수득된 제2 실리카 화합물의 전자현미경 사진(SEM)을 도 2에 나타내었다. Electron micrographs (SEM) of the second silica compounds obtained in Examples 2-1 and 2-2 are shown in FIG. 2.

도 2는 실시예 2에서 합성된 각각의 제2 실리카 화합물들의 전자현미경 사진 들이다. 2 is electron micrographs of each of the second silica compounds synthesized in Example 2. FIG.

도 2-a는 제1 실리카 화합물을 염기성 용액(NH4OH)(base catalyzed method) 하에서 MPTMS와 반응시켜 얻어진 제2 실리카 화합물들의 전자 현미경 사진이고, 도 2-b는 제1 실리카 화합물을 산성 용액(HNO3)(acid catalyzed method) 하에서 MPTMS와 반응시켜 얻어진 제2 실리카 화합물들의 전자 현미경 사진이다. 2-a is an electron micrograph of second silica compounds obtained by reacting a first silica compound with MPTMS under a basic solution (NH 4 OH) (base catalyzed method), and FIG. 2-b shows an acid solution of the first silica compound. Electron micrographs of second silica compounds obtained by reaction with MPTMS under (HNO 3 ) (acid catalyzed method).

도 2를 참조하면, 염기성 용액 하에서 수득된 제2 실리카 화합물은 응집(aggregation) 현상이 일어나지 않고 균일한 분포로 분산되어 있음을 알 수 있었으며(a), 반면에 산성 용액 하에서 수득된 제2 실리카 화합물은 응집 현상이 일어나 불규칙한 분포를 이루고 있음을 알 수 있었다(b).  Referring to FIG. 2, it can be seen that the second silica compound obtained under the basic solution is dispersed in a uniform distribution without aggregation (a), while the second silica compound obtained under the acidic solution is obtained. Aggregation occurred and it was found that the irregular distribution (b).

따라서 산성용액 하에서보다 염기성 용액 하에서 제1 실리카 화합물을 MPTMS와 반응시키는 것이 보다 양질의 중금속 흡착용 실리카 화합물(제2 실리카 화합물)들을 얻는데 유리함을 알 수 있었다.Therefore, it was found that reacting the first silica compound with MPTMS under basic solution rather than under acidic solution is advantageous in obtaining higher quality silica compounds (second silica compound) for heavy metal adsorption.

또한, 본 실시예에서 중금속 흡착용 실리카 화합물은 약 370 nm의 크기를 갖는 것으로 나타났다.In addition, in this embodiment, the silica compound for heavy metal adsorption was found to have a size of about 370 nm.

[실시예 3]Example 3

중금속 흡착용 실리카 화합물의 첨가량에 따른 중금속 흡착 성능 평가Evaluation of Heavy Metal Adsorption Performance with Addition of Silica Compound for Heavy Metal Adsorption

실시예 2-1(acid catalized method) 및 실시예 2-2(base catalized method)에서 수득된 제2 실리카 화합물을 각각 10 ml의 납 이온(Pb2+)용액(최초 납이온 농 도: 1000 ppm)에 다양한 양으로 첨가한 후, 납 이온 용액의 농도 변화를 분석하였다. The second silica compound obtained in Example 2-1 (acid catalized method) and Example 2-2 (base catalized method) was respectively prepared with 10 ml of lead ion (Pb 2+ ) solution (initial lead ion concentration: 1000 ppm). ) In varying amounts, and then analyzed the change in concentration of the lead ion solution.

도 3은 제2 실리카 화합물의 첨가량에 따른 납 이온 용액의 농도 변화를 보여주는 그래프이다. 3 is a graph showing the concentration change of the lead ion solution according to the amount of the second silica compound added.

도 3을 참조하면, 최초 1000 ppm의 농도를 갖던 납 이온 용액은 실리카 화합물이 첨가됨에 따라 점차적으로 농도가 감소되었다. 즉, 납 이온은 실리카 화합물에 흡착되면서 점차적으로 제거됨을 알 수 있었다. Referring to FIG. 3, the lead ion solution, which had a concentration of the first 1000 ppm, gradually decreased as the silica compound was added. That is, it can be seen that lead ions are gradually removed while adsorbed onto the silica compound.

특히, 도 3에서 보는 바와 같이, 염기성 용액 하에서 생성된 제2 실리카 화합물의 중금속 흡착 성능이 더욱 우수하였으며, 상기 염기성 용액 하에서 생성된 제2 실리카 화합물의 경우 40 mg 이상 첨가될 경우 거의 100%(99.999985%)에 가까운 납 이온 제거 성능을 나타내었다.In particular, as shown in FIG. 3, the adsorption performance of the heavy metals of the second silica compound formed under the basic solution was better, and almost 100% (99.999985) when more than 40 mg was added to the second silica compound produced under the basic solution. Lead ion removal performance was close to%).

[실시예 4]Example 4

12.5 ml의 2-프로판올 및 수산화암모늄 12.5 ml의 혼합 용액에 TEOS 250 mg을 첨가한 후 상온에서 반응 시켜 제1 실리카 화합물을 생성하였다. 상기 수득된 제1 실리카 화합물을 수산화 암모늄 10 ml 및 2-프로판올 10 ml의 혼합용액에 첨가한 후, 상기 수득된 제1 실리카 화합물에 대하여 각각 8.26 wt%(Sphere-A), 6.78 wt%(Sphere-B) 및 5.90 wt%(Sphere-C)의 MPTMS를 첨가하고 반응시켜 각각 제 2 실리카 화합물을 생성하였다. 상기 생성된 제2 실리화 화합물을 10 ml의 납 이온 용액에 첨가량을 변경시켜 가면서 납 이온 용액의 농도 변화를 분석하였다. 최초 납 이온 용액의 농도는 81.388 ppm이었다. 250 mg of TEOS was added to a mixed solution of 12.5 ml of 2-propanol and 12.5 ml of ammonium hydroxide, followed by reaction at room temperature to produce a first silica compound. The obtained first silica compound was added to a mixed solution of 10 ml of ammonium hydroxide and 10 ml of 2-propanol, and then 8.26 wt% (Sphere-A) and 6.78 wt% (Sphere) with respect to the obtained first silica compound, respectively. -B) and 5.90 wt% (Sphere-C) MPTMS were added and reacted to produce a second silica compound, respectively. The concentration change of the lead ion solution was analyzed while changing the amount of the second silicide compound produced in the 10 ml of the lead ion solution. The concentration of the initial lead ion solution was 81.388 ppm.

도 4는 실시예 4에 따른 각각의 실리카 화합물들의 첨가량에 따른 납 이온 용액의 농도 변화를 보여주는 그래프이다. Figure 4 is a graph showing the concentration change of the lead ion solution according to the addition amount of each of the silica compounds according to Example 4.

도 4를 참조하면, Sphere-A 및 Sphere-B의 경우 30 mg 이상 첨가되면 납 이온이 거의 100%(99.999985%) 제거되는 것을 알 수 있었다. 반면, Spher-C의 경우 40 mg이 첨가되어도 여전히 납 이온이 용액 내에 잔류하는 것을 알 수 있었다. 그러나 그래프에 나타내지는 않았으나 상기 Sphere-C의 경우에도 과량 첨가하면 100% 가까운 납 이온 제거 성능을 발휘하였다. 따라서 중금속 제거 효율 면에서 상기 Sphere-A 및 Sphere-B가 Sphere-C에 비하여 우수한 것을 알 수 있었다. Referring to Figure 4, in the case of Sphere-A and Sphere-B it can be seen that the lead ions are removed almost 100% (99.999985%) is added more than 30 mg. On the other hand, in the case of Spher-C, even if 40 mg was added, it was found that lead ions remained in the solution. However, although not shown in the graph, even in the case of Sphere-C, the excessive amount of lead ion removal performance was nearly 100%. Therefore, it was found that Sphere-A and Sphere-B were superior to Sphere-C in terms of heavy metal removal efficiency.

상기 납 이온 농도는 ICP-MS(Inductively coupled plasma spectroscopy)를 이용하여 측정되었다. The lead ion concentration was measured using inductively coupled plasma spectroscopy (ICP-MS).

[실시예 5] Example 5

12.5 ml의 2-프로판올 및 수산화암모늄 12.5 ml의 혼합 용액에 TEOS 250 mg을 첨가한 후 상온에서 반응 시켜 제1 실리카 화합물을 생성하였다. 상기 수득된 제1 실리카 화합물을 수산화 암모늄 10 ml 및 2-프로판올 10 ml의 혼합용액에 첨가한 후, 상기 수득된 제1 실리카 화합물 중량에 대하여 다양한 중량비로 MPTMS를 첨가하여 각각 제2 실리카 화합물을 수득하였다. 250 mg of TEOS was added to a mixed solution of 12.5 ml of 2-propanol and 12.5 ml of ammonium hydroxide, followed by reaction at room temperature to produce a first silica compound. The obtained first silica compound was added to a mixed solution of 10 ml of ammonium hydroxide and 10 ml of 2-propanol, and then MPTMS was added in various weight ratios to the weight of the obtained first silica compound to obtain a second silica compound, respectively. It was.

상기 각각의 제 2 실리카 화합물들을 10 ml의 납 이온 용액에 첨가한 후 충분하 시간 경과 후 납 이온 용액의 농도 변화를 측정하였다. After the addition of each of the second silica compounds to 10 ml of the lead ion solution, the concentration change of the lead ion solution was measured after sufficient time.

도 5는 제2 실리카 화합물의 생성 반응에 사용된 MPTMS의 제1 실리카 화합물에 대한 중량비에 따른 납 이온 용액의 농도 변화를 보여주는 그래프이다. FIG. 5 is a graph showing a change in concentration of lead ion solution according to a weight ratio of MPTMS to a first silica compound used in a production reaction of a second silica compound.

도 5를 참조하면, 제1 실리카 화합물에 대한 MPTMS의 첨가 중량비가 5 wt% 미만 및 30 wt% 이상인 경우, 납 이온 제거 성능이 급격히 저하되는 것을 알 수 있었다. Referring to FIG. 5, when the weight ratio of the MPTMS added to the first silica compound is less than 5 wt% and 30 wt% or more, it was found that lead ion removal performance is rapidly lowered.

따라서, 상기 MPTMS는 제1 실리카 화합물의 중량에 대하여 5 내지 30 wt%로 사용되는 것이 바람직함을 알 수 있었다. 상기 MPTMS는 반응 후, 제2 실리카 화합물의 머캅토기를 이루는 성분으로서, 최종 중금속 흡착용 실리카 화합물 내의 머캅토기의 중량비 역시 구형인 실리카 중량에 대하여 상기 범위 내가 되도록 결합되는 것이 바람직한 것으로 보아도 무방할 것이다. Therefore, it was found that the MPTMS is preferably used at 5 to 30 wt% based on the weight of the first silica compound. The MPTMS is a component constituting the mercapto group of the second silica compound after the reaction, and it may be considered that the weight ratio of the mercapto group in the silica compound for final heavy metal adsorption is also within the above range with respect to the spherical silica weight.

한편, 상기 MPTMS는 거의 100%(99.999985%)가 반응하는 것을 알 수 있었다. On the other hand, the MPTMS was found to react almost 100% (99.999985%).

중금속 흡착용 화합물의 분리Separation of Compounds for Heavy Metal Adsorption

본 발명에 따른 중금속 흡착용 화합물은 수용액 내의 중금속 이온뿐만 아니라 대기 중의 중금속도 흡착할 수 있다. 상기와 같이 흡착된 중금속이 흡착된 중금속 흡착용 화합물은 우선적으로, 원심분리 또는 침전 현상을 이용하여 수용액으로부터 분리될 수 있고, 분리된 중금속이 흡착된 중금속 흡착용 화합물은 산성 화합물을 가함으로써, 상기 중금속 흡착용 화합물과 중금속이 화학적으로 분리될 수 있다. The compound for adsorption of heavy metals according to the present invention can adsorb not only heavy metal ions in aqueous solution but also heavy metals in the atmosphere. The heavy metal adsorbed compound adsorbed as described above may be preferentially separated from an aqueous solution by centrifugation or precipitation, and the heavy metal adsorbed compound adsorbed the separated heavy metal may be added by adding an acidic compound. The compound for heavy metal adsorption and the heavy metal can be separated chemically.

상기 산성 화합물로서는, 일반적인 산성용액이 사용될 수 있다. As the acidic compound, a general acidic solution may be used.

따라서, 이와 같은 분리 공정을 통하여 상기 중금속 흡착용 화합물은 재생될 수 있다. Therefore, the heavy metal adsorption compound may be regenerated through such a separation process.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 상기 중금속 흡착용 실리카 화합물은 적은 양의 사용으로도, 100%에 가까운 중금속 흡착 성능을 가지고 있어 수용액 또는 기체 상태의 중금속을 완벽하게 제거할 수 있다. As described above, according to the present invention, the silica compound for heavy metal adsorption has a heavy metal adsorption performance close to 100% even with a small amount of use, so that the heavy metal in aqueous solution or gaseous state can be completely removed.

또한, 수 ppm 미만의 농도를 갖는 극미량의 중금속과도 민감하게 반응할 수 있어 감도가 매우 우수하다.In addition, it can react sensitively with trace amounts of heavy metals having a concentration of less than several ppm, and thus has excellent sensitivity.

상기 중금속 흡착용 실리카 화합물은 크기에 따라 다양한 용도로 이용될 수 있을 것으로 기대된다. 즉, 중금속 흡착제의 일 성분으로 포함될 수도 있을 뿐만 아니라 그 자체로서, 각종 응용 분야에서의 소재(素材)로서 사용될 수도 있을 것이다. The silica compound for the heavy metal adsorption is expected to be used in various applications depending on the size. That is, not only may be included as one component of the heavy metal adsorbent, but may also be used as a raw material in various applications.

또한, 본 발명의 중금속 흡착용 화합물의 합성 방법에 따르면, 상기 중금속 흡착용 실리카 화합물은 단순한 공정에 의하여 상온에서도 쉽게 합성될 수 있어 대량 생산이 가능하고, 공정 효율을 극대화될 수 있다. 나아가, 최종 결화물인 화합물의 특성과 각종 합성 조건의 인과 관계를 구체적으로 제공함으로써, 다양한 용도에 부합하는 특이적인 중금속 흡착용 화합물의 제조를 가능케 할 수 있다. In addition, according to the method for synthesizing the compound for heavy metal adsorption of the present invention, the silica compound for heavy metal adsorption can be easily synthesized at room temperature by a simple process, so that mass production is possible, and process efficiency can be maximized. Furthermore, by specifically providing the properties of the compound as the final binder and the causal relationship of various synthetic conditions, it is possible to prepare a specific heavy metal adsorption compound suitable for various applications.

한편, 본 발명은 중금속이 흡착된 중금속 흡착용 화합물과 상기 중금속의 분리방법을 제공함으로써, 중금속의 제거뿐만 아니라 사후적인 중금속 분리를 용이하게 할 수 있어 중금속의 위험을 이중적으로 차단할 수 있다. 또한, 효과적인 중금 속 분리를 통하여 상기 중금속 화합물의 재생을 가능케 할 수 있다. On the other hand, the present invention by providing a method for separating the heavy metal adsorbed compound and the heavy metal adsorbed heavy metal, it is possible to facilitate the removal of heavy metals as well as post-heavy heavy metal separation can double the risk of heavy metals. In addition, it is possible to enable the regeneration of the heavy metal compound through effective heavy metal separation.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.As described above, although the present invention has been described with reference to limited embodiments and drawings, the present invention is not limited to the above embodiments, and those skilled in the art to which the present invention pertains various modifications and variations from such descriptions. This is possible. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be determined not only by the claims below but also by the equivalents of the claims.

Claims (20)

표면에 머캅토기(-RSH)를 갖고 구형(球形)인 중금속 흡착용 실리카 화합물로서, 상기 머캅토기는 상기 실리카의 규소(Si) 원자에 적어도 하나 이상 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 중금속 흡착용 실리카 화합물(단, 상기 R은 C1 내지 C12인 알킬기임). A silica compound for adsorption of a heavy metal having a mercapto group (-RSH) on a surface thereof and having a spherical shape, wherein the mercapto group is bonded to at least one silicon atom of the silica. Provided that R is an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms. 제1항에 있어서, 상기 실리카 화합물의 크기는 250 nm 내지 1000 nm인 것을 특징으로 하는 중금속 흡착용 실리카 화합물.The silica compound for adsorption of heavy metals according to claim 1, wherein the silica compound has a size of 250 nm to 1000 nm. 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서, 상기 실리카 화합물은 구형의 이산화규소(SiO2) 공유 결정체를 함유하는 것을 특징으로 하는 중금속 흡착용 실리카 화합물. The silica compound for adsorption of heavy metals according to claim 1, wherein the silica compound contains spherical silicon dioxide (SiO 2 ) covalent crystals. 제5항에 있어서, 상기 실리카 화합물은 상기 이산화규소 공유결정체 100 중량부에 대하여 머캅토기 5 내지 30 중량부를 함유하는 것을 특징으로 하는 중금속 흡착용 실리카 화합물.The silica compound for heavy metal adsorption according to claim 5, wherein the silica compound contains 5 to 30 parts by weight of mercapto group based on 100 parts by weight of the silicon dioxide co-crystal. 구형의 폴리스티렌계 고분자 화합물 및 구형의 이산화규소 공유결정체로 이루어진 실리카 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 코어(core) 화합물; 및 Any one core compound selected from the group consisting of a spherical polystyrene-based high molecular compound and a silica compound consisting of a spherical silicon dioxide co-crystal; And 상기 코어 화합물의 표면에 결합된 복수의 중금속 흡착기로 이루어진 중금속 흡착용 화합물들을 포함하는 중금속 흡착제. A heavy metal adsorbent comprising compounds for adsorption of heavy metals comprising a plurality of heavy metal adsorbers bonded to a surface of the core compound. 삭제delete 삭제delete 제7항에 있어서, 상기 중금속 흡착기는 머캅토(mercapto) 화합물 및 킬레이트 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 화합물기인 것을 특징으로 하는 중금속 흡착제. The heavy metal adsorbent according to claim 7, wherein the heavy metal adsorbent is any one compound group selected from the group consisting of a mercapto compound and a chelate compound. 제10항에 있어서, 상기 킬레이트 화합물은 EDTA인 것을 특징으로 하는 중금속 흡착제.The heavy metal adsorbent of claim 10, wherein the chelate compound is EDTA. 제7항에 있어서, 상기 중금속 흡착용 화합물들은 10% 이내의 크기 편차를 갖 도록 상기 중금속 흡착제 내에 분산되어 있는 것을 특징으로 하는 중금속 흡착제. The heavy metal adsorbent according to claim 7, wherein the compounds for adsorption of heavy metals are dispersed in the heavy metal adsorbent so as to have a size deviation within 10%. 제7항에 있어서, 상기 중금속 흡착제는 고상(固狀) 또는 액상(液狀)인 것을 특징으로 하는 중금속 흡착제. 8. The heavy metal adsorbent according to claim 7, wherein the heavy metal adsorbent is solid or liquid. 테트라알콕시실란(TAOS)을 산성용액 또는 염기성 용액, 및 알코올과 반응시켜 표면에 수산기를 갖고 구형인 제1 실리카 화합물을 생성하는 제1 반응 단계; 및A first reaction step of reacting tetraalkoxysilane (TAOS) with an acidic solution or a basic solution and an alcohol to produce a spherical first silica compound having a hydroxyl group on the surface; And 상기 제1 실리카 화합물을 산성 또는 염기성 용액, 및 알코올의 혼합용액 내에서 3-(머캅토프로필)트리메톡시실란(MPTMS)과 반응시켜 표면에 머캅토기를 갖고 구형인 제2 실리카 화합물을 생성하는 제2 반응 단계를 포함하는 중금속 흡착용 실리카 화합물의 합성 방법. Reacting the first silica compound with 3- (mercaptopropyl) trimethoxysilane (MPTMS) in a mixed solution of an acidic or basic solution and an alcohol to produce a spherical second silica compound having a mercapto group on its surface Synthesis method of silica compound for heavy metal adsorption comprising a second reaction step. 제14항에 있어서, 상기 테트라알콕시실란으로는 테트라메톡시실란, 테트라에톡시실란, 테트라프로폭시실란 및 테트라부톡시실란으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 화합물이 사용되는 것을 특징으로 하는 중금속 흡착용 실리카 화합물의 합성 방법. 15. The method of claim 14, wherein at least one compound selected from the group consisting of tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, tetrapropoxysilane and tetrabutoxysilane is used as the tetraalkoxysilane. Synthesis method of silica compound. 제14항에 있어서, 상기 제1 반응 단계 및 제2 반응 단계는 상온에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 중금속 흡착용 실리카 화합물의 합성 방법.15. The method of claim 14, wherein the first reaction step and the second reaction step are carried out at room temperature. 제14항에 있어서, 상기 알코올로서 2-프로판을 사용하는 것을 특징으로 하는 중금속 흡착용 실리카 화합물의 합성 방법.The method for synthesizing a silica compound for heavy metal adsorption according to claim 14, wherein 2-propane is used as the alcohol. 제14항에 있어서, 상기 제1 반응 단계 및 제2 반응 단계는 2-프로판올 및 수산화 암모늄 용액 하에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 중금속 흡착용 실리카 화합물의 합성 방법. 15. The method of claim 14, wherein the first reaction step and the second reaction step are performed under a 2-propanol and ammonium hydroxide solution. 제14항에 있어서, 상기 MPTMS는 상기 제1 실리카 화합물 100 중량부에 대하여 5 내지 30 중량부가 사용되는 것을 특징으로 하는 중금속 흡착용 실리카 화합물의 합성 방법. . 15. The method of claim 14, wherein the MPTMS is used in the synthesis of silica compounds for heavy metal adsorption, characterized in that 5 to 30 parts by weight based on 100 parts by weight of the first silica compound. . 중금속이 흡착된 제1항의 실리카 중금속 흡착용 화합물을 산성 용액 내에 첨가함으로써, 상기 중금속 흡착용 실리카 화합물로부터 상기 중금속을 분리하는 방법. A method for separating the heavy metal from the silica compound for heavy metal adsorption by adding the compound for adsorption of heavy metal of claim 1 in which heavy metal is adsorbed into an acidic solution.
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