KR101028041B1 - Method for fabricating thermo-responsive micelle and method for treatment of toxic substance using thermo-responsive micelle - Google Patents
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Abstract
본 발명은 하폐수 내에 포함되어 있는 미량의 유해 화학물질을 효과적으로 제거할 수 있는 온도감응형 마이셀 및 그 제조방법 그리고 온도감응형 마이셀을 이용한 유해물질 처리방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 온도감응형 마이셀을 이용한 유해물질 처리방법은 상기 온도감응형 마이셀은, 코어 영역과 셀 영역으로 이루어지며, 상기 코어 영역은 소수성 고분자로 구성되고, 상기 셀 영역은 양친성 고분자로 구성되며, 상기 양친성 고분자는 용액 내에서 상기 용액이 임계용액온도보다 높으면 친수성을 띠고, 상기 용액이 임계용액온도보다 낮으면 소수성을 띠며, 상기 양친성 고분자가 친수성을 띠면 상기 코어 영역과 상기 셀 영역 사이에 외부 공간과 격리된 포집 영역이 구비되며, The present invention relates to a temperature sensitive micelle, a method for manufacturing the same, and a method for treating harmful substances using a temperature sensitive micelle, which can effectively remove a small amount of harmful chemicals contained in sewage water, and according to the present invention, a temperature sensitive micelle The method for treating harmful substances using the temperature-sensitive micelle is composed of a core region and a cell region, the core region is composed of a hydrophobic polymer, the cell region is composed of an amphiphilic polymer, and the amphiphilic polymer is a solution. The solution is hydrophilic when the solution is higher than the critical solution temperature, hydrophobic when the solution is lower than the critical solution temperature, and when the amphiphilic polymer is hydrophilic, trapping is isolated from the outer space between the core region and the cell region Area is provided,
상기 양친성 고분자가 소수성을 띠면 상기 포집 영역이 해제되며, 유해물질이 포함된 폐수 내에 상기 온도감응형 마이셀을 투여하는 (a) 단계와, 상기 폐수의 온도를 상기 양친성 고분자의 임계용액온도보다 높도록 하여 상기 포집 영역 내에 유해물질이 포집되도록 하는 (b) 단계와, 유해물질을 포집한 상기 온도감응형 마이셀을 상기 폐수로부터 걸러내어 별도의 저수조에 투여하는 (c) 단계와, 상기 저수조의 온도를 임계용액온도보다 낮도록 하여 마이셀 내에 포집되어 있는 유해물질이 배출되도록 하는 (d) 단계 및 상기 저수조 내의 온도감응형 마이셀을 걸러내는 (e) 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. When the amphiphilic polymer is hydrophobic, the collection region is released, and (a) administering the temperature sensitive micelle in the wastewater containing the hazardous substance, and the temperature of the wastewater is greater than the critical solution temperature of the amphiphilic polymer. (B) allowing the hazardous substances to be collected in the collection region so as to be high, and filtering the temperature-sensitive micelles that collect the hazardous substances from the wastewater and administering the same to a separate reservoir. (D) discharging the harmful substances trapped in the micelles by lowering the temperature below the critical solution temperature, and (e) filtering the temperature sensitive micelles in the reservoir.
마이셀, 온도감응, BTEX Micelles, temperature sensitive, BTEX
Description
본 발명은 온도감응형 마이셀 및 그 제조방법 그리고 온도감응형 마이셀을 이용한 유해물질 처리방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 하폐수 내에 포함되어 있는 미량의 유해 화학물질을 효과적으로 제거할 수 있는 온도감응형 마이셀 및 그 제조방법 그리고 온도감응형 마이셀을 이용한 유해물질 처리방법에 관한 것이다. The present invention relates to a temperature sensitive micelle, a method for manufacturing the same, and a method for treating harmful substances using a temperature sensitive micelle, and more particularly, a temperature sensitive micelle that can effectively remove a small amount of harmful chemicals contained in sewage water. And it relates to a manufacturing method and a method for treating harmful substances using a temperature sensitive micelle.
산업의 발달과 인구의 도시집중 현상으로 수질오염 문제는 날로 심각해지고 있으며, 인간 활동과 산업 생산의 증가로 하폐수나 폐수 내에 함유되어 있는 다량의 질소, 인 및 유기물은 더 이상 자연의 자정작용에 의한 처리에 의존할 수 없는 상황에 도달하게 되었다. Due to the development of industry and urban concentration of population, the problem of water pollution is getting serious day by day. Due to the increase of human activity and industrial production, the large amount of nitrogen, phosphorus and organic matter contained in sewage and waste water are no longer caused by natural self-cleaning action. A situation was reached in which processing could not be relied on.
질소와 인과 같은 생물학적 영양염류는 생물의 성장에 필수적인 영양요소이지만 처리가 미흡하여 수중에 다량 함유된 경우에는 부영양화 현상을 유발하여 수 질 오염을 악화시키는 역할을 한다. 이와 같은 생물학적 영양염류는 생물학적 하수처리공법 예를 들어, 연속흐름식 형태의 A2/O, VIP, MUCT, 5단 바덴포(Bardenpho), 간헐 폭기 등과 같은 공법 또는 연속회분식 반응조(Sequencing Batch Reactor)를 통해 대부분 제거된다. Biological nutrients such as nitrogen and phosphorus are essential nutrients for the growth of organisms, but when they are insufficiently treated, they cause eutrophication and exacerbate water pollution. Such biological nutrients may be prepared using biological sewage treatment methods such as continuous flow type A2 / O, VIP, MUCT, 5-stage Bardenpho, intermittent aeration, or sequencing batch reactors. Most are eliminated through.
한편, 하폐수 내에는 상술한 바와 같은 질소, 인 등의 생물학적 영양염류 이외에 벤젠(Benzene), 톨루엔(Toluene), 에틸벤젠(Etylbenzene), 크실렌(Xylene) 등의 미량의 유해 화학물질이 존재하는데, 이와 같은 미량의 유해 화학물질은 기존의 생물학적 하수처리공법을 통해서는 제거되지 않는 특성이 있다. 또한, 무기 산화물 광촉매를 이용하여 하폐수 내에 잔존하는 미량의 유기물을 분해, 정화하는 기술이 제시된 바 있으나 이 역시 벤젠, 톨루엔 등과 같은 발암성의 물질은 제거되지 않는 단점이 있다. Meanwhile, trace waste chemicals such as benzene, toluene, ethylbenzene, and xylene are present in the wastewater in addition to the biological nutrients such as nitrogen and phosphorus described above. The same trace chemicals are not removed through conventional biological sewage treatment. In addition, a technique of decomposing and purifying a small amount of organic matter remaining in the wastewater by using an inorganic oxide photocatalyst has been proposed, but also has a disadvantage in that carcinogenic substances such as benzene and toluene are not removed.
현재, 36,000 여종의 화학물질이 국내에서 유통되고 있으며 매년 200 여종의 신규 화학물질이 국내 시장에 진입하고 있음에 따라, 하폐수에 유입되는 유해 화학물질의 종류 및 양 역시 증가될 수밖에 없다. 따라서, 이와 같은 하폐수 내에 포함되어 있는 유해 화학물질을 효과적으로 제거할 수 있는 기술의 개발이 시급하다 할 수 있다. Currently, more than 36,000 chemicals are in circulation in Korea, and 200 new chemicals are entering the domestic market every year, and the amount and amount of harmful chemicals flowing into sewage water are bound to increase. Therefore, it is urgent to develop a technology that can effectively remove the harmful chemicals contained in such wastewater.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 하폐수 내에 포함되어 있는 미량의 유해 화학물질을 효과적으로 제거할 수 있는 온도 감응형 마이셀 및 그 제조방법 그리고 온도 감응형 마이셀을 이용한 유해물질 처리방법을 제공하는데 그 목적이 있다. The present invention has been made to solve the above problems, a temperature-sensitive micelle and a method of manufacturing the same and a method for treating harmful substances using a temperature-sensitive micelle that can effectively remove the trace amount of harmful chemicals contained in the waste water. The purpose is to provide.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 온도 감응형 마이셀은 코어 영역과 셀 영역으로 이루어지며, 상기 코어 영역은 소수성 고분자로 구성되고, 상기 셀 영역은 양친성 고분자로 구성되며, 상기 양친성 고분자는 용액 내에서 상기 용액이 임계용액온도보다 높으면 친수성을 띠고, 상기 용액이 임계용액온도보다 낮으면 소수성을 띠며, 상기 양친성 고분자가 친수성을 띠면 상기 코어 영역과 상기 셀 영역 사이에 외부 공간과 격리된 포집 영역이 구비되는 것을 특징으로 한다. The temperature-sensitive micelle according to the present invention for achieving the above object consists of a core region and a cell region, the core region is composed of a hydrophobic polymer, the cell region is composed of an amphiphilic polymer, the amphiphilic polymer Is hydrophilic when the solution is above the critical solution temperature in the solution, hydrophobic when the solution is below the critical solution temperature, and is isolated from the outer space between the core region and the cell region when the amphiphilic polymer is hydrophilic. Characterized in that the collection area is provided.
상기 코어 영역의 소수성 고분자는 PMMA(polymethyl meta-acrylate)상기 셀 영역의 양친성 고분자는 P(NIPAm)(Poly(N-isopropyl acrylamide))일 수 있다. 상기 포집 영역은 상기 코어 영역의 소수성 고분자 및 셀 영역의 양친성 고분자의 분자량의 조절을 통해 그 크기가 제어될 수 있다. The hydrophobic polymer of the core region may be polymethyl meta-acrylate (PMMA). The amphiphilic polymer of the cell region may be P (NIPAm) (Poly (N-isopropyl acrylamide)). The size of the collection region may be controlled by controlling the molecular weight of the hydrophobic polymer of the core region and the amphiphilic polymer of the cell region.
본 발명에 따른 온도감응형 마이셀의 제조방법은 코어 영역의 고분자를 형성하는 단계와, 상기 코어 영역의 고분자에 연결부를 형성하는 단계 및 상기 연결부 에 셀 영역의 고분자를 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. The method of manufacturing a temperature sensitive micelle according to the present invention comprises the steps of forming a polymer in the core region, forming a connection in the polymer of the core region and forming a polymer in the cell region in the connection portion It features.
상기 코어 영역의 고분자는 PMMA로 이루어지고, 상기 셀 영역의 고분자는 P(NIPAm)로 이루어질 수 있으며, 상기 PMMA는 단분자와 개시제의 반응을 통해 형성될 수 있다. 또한, 상기 단분자와 개시제의 비율 조정을 통해 상기 PMMA의 분자량을 조절할 수 있으며, 상기 셀 영역의 고분자의 분자량은 상기 코어 영역의 고분자의 분자량에 비례한다. The polymer of the core region may be made of PMMA, the polymer of the cell region may be made of P (NIPAm), and the PMMA may be formed through the reaction of a single molecule and an initiator. In addition, the molecular weight of the PMMA may be adjusted by adjusting the ratio of the single molecule and the initiator, and the molecular weight of the polymer of the cell region is proportional to the molecular weight of the polymer of the core region.
본 발명에 따른 온도감응형 마이셀을 이용한 유해물질 처리방법은 상기 온도감응형 마이셀은, 코어 영역과 셀 영역으로 이루어지며, 상기 코어 영역은 소수성 고분자로 구성되고, 상기 셀 영역은 양친성 고분자로 구성되며, 상기 양친성 고분자는 용액 내에서 상기 용액이 임계용액온도보다 높으면 친수성을 띠고, 상기 용액이 임계용액온도보다 낮으면 소수성을 띠며, 상기 양친성 고분자가 친수성을 띠면 상기 코어 영역과 상기 셀 영역 사이에 외부 공간과 격리된 포집 영역이 구비되며, In the method for treating harmful substances using a temperature sensitive micelle according to the present invention, the temperature sensitive micelle comprises a core region and a cell region, the core region is composed of a hydrophobic polymer, and the cell region is composed of an amphiphilic polymer. The amphiphilic polymer is hydrophilic when the solution is higher than the critical solution temperature in the solution, hydrophobic when the solution is lower than the critical solution temperature, and the core region and the cell region when the amphiphilic polymer is hydrophilic. Between the outer space and the collection area is isolated,
상기 양친성 고분자가 소수성을 띠면 상기 포집 영역이 해제되며, 유해물질이 포함된 폐수 내에 상기 온도감응형 마이셀을 투여하는 (a) 단계와, 상기 폐수의 온도를 상기 양친성 고분자의 임계용액온도보다 높도록 하여 상기 포집 영역 내에 유해물질이 포집되도록 하는 (b) 단계와, 유해물질을 포집한 상기 온도감응형 마이셀을 상기 폐수로부터 걸러내어 별도의 저수조에 투여하는 (c) 단계와, 상기 저수조의 온도를 임계용액온도보다 낮도록 하여 마이셀 내에 포집되어 있는 유해물질이 배출되도록 하는 (d) 단계 및 상기 저수조 내의 온도감응형 마이셀을 걸러내는 (e) 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. When the amphiphilic polymer is hydrophobic, the collection region is released, and (a) administering the temperature sensitive micelle in the wastewater containing the hazardous substance, and the temperature of the wastewater is greater than the critical solution temperature of the amphiphilic polymer. (B) allowing the hazardous substances to be collected in the collection region so as to be high, and filtering the temperature-sensitive micelles that collect the hazardous substances from the wastewater and administering the same to a separate reservoir. (D) discharging the harmful substances trapped in the micelles by lowering the temperature below the critical solution temperature, and (e) filtering the temperature sensitive micelles in the reservoir.
본 발명에 따른 온도 감응형 마이셀 및 그 제조방법 그리고 온도감응형 마이셀을 이용한 유해물질 처리방법은 다음과 같은 효과가 있다. The temperature sensitive micelle according to the present invention, a method for producing the same, and a method for treating harmful substances using the temperature sensitive micelle have the following effects.
임계용해온도에 따라 유해물질의 포집 및 해제가 선택적으로 진행됨에 따라, 벤젠 등의 유해 화학물질을 효과적으로 포집할 수 있으며, 또한 포집된 유해물질을 제거하여 재생할 수 있다. As the hazardous substance is selectively collected and released according to the critical melting temperature, it is possible to effectively collect harmful chemicals such as benzene, and also to remove and recycle the collected harmful substances.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 온도감응형 마이셀 및 그 제조방법 그리고 온도감응형 마이셀을 이용한 유해물질 처리방법을 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, a temperature sensitive micelle according to an embodiment of the present invention, a method for manufacturing the same, and a method for treating harmful substances using the temperature sensitive micelle will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 온도감응형 마이셀을 설명하기로 한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 온도감응형 마이셀은 도 1에 도시한 바와 같이 코어(core) 영역과 셀(shell) 영역으로 구성되며, 상기 코어 영역은 소수성 고분자로 이루어지고 상기 셀 영역은 양친성 고분자로 이루어진다. First, a temperature sensitive micelle according to an embodiment of the present invention will be described. The temperature sensitive micelle according to an embodiment of the present invention is composed of a core region and a shell region, as shown in FIG. 1, wherein the core region is made of a hydrophobic polymer and the cell region is amphiphilic. It consists of a polymer.
상기 코어 영역을 구성하는 소수성 고분자로는 PMMA(polymethyl meta-acrylate) 등이 이용될 수 있으며, 상기 셀 영역을 구성하는 양친성 고분자로는 P(NIPAm)(Poly(N-isopropyl acrylamide)) 등이 적용될 수 있다. 이 때, 상기 양친성 고분자라 함은 친수성과 소수성을 모두 띠는 고분자를 일컬으며, 본 발명에 있 어서 상기 양친성 고분자는 온도에 따라 친수성 또는 소수성을 갖는다. 세부적으로, 상기 양친성 고분자는 임계용액온도(lower critical solution temperature) 이상에서는 친수성을 띠고, 임계용액온도 이하에서는 소수성을 띤다. 여기서, 상기 임계용액온도는 양친성 고분자를 구성하는 물질에 따라 가변적이다. As the hydrophobic polymer constituting the core region, polymethyl meta-acrylate (PMMA) may be used. The amphiphilic polymer constituting the cell region may be P (NIPAm) (Poly (N-isopropyl acrylamide)) or the like. Can be applied. In this case, the amphiphilic polymer refers to a polymer having both hydrophilicity and hydrophobicity. In the present invention, the amphiphilic polymer has hydrophilicity or hydrophobicity depending on temperature. In detail, the amphiphilic polymer has hydrophilicity above a critical solution temperature and hydrophobicity below a critical solution temperature. Here, the critical solution temperature is variable depending on the material constituting the amphiphilic polymer.
상기 셀 영역은 상기 코어 영역을 중심으로 가지 형태로 배치되는데, 상기 셀 영역의 양친성 고분자가 친수성을 띠느냐 또는 소수성을 띠느냐에 따라 그 형태가 도 1의 (a) 및 (b)에 도시한 바와 같이 별 형상 또는 원형의 형상을 갖는다. 구체적으로, 상기 셀 영역의 양친성 고분자가 친수성을 띠는 경우 즉, 마이셀이 포함되어 있는 용액의 온도가 임계용액온도보다 높은 경우 마이셀은 원형의 형상을 갖게 되며(도 1의 (a) 참조), 반대로 상기 셀 영역의 양친성 고분자가 소수성을 띠는 경우 즉, 용액의 온도가 임계용액온도보다 낮은 경우 마이셀은 별 형상을 갖게 된다(도 1의 (b) 참조). 달리 표현하여, 용액의 온도가 임계용액온도보다 높으면 마이셀은 원형의 형상을 갖고, 임계온도보다 낮으면 마이셀은 별 형상을 갖는다. The cell region is arranged in the form of a branch around the core region. The cell region is shown in FIGS. 1A and 1B according to whether the amphiphilic polymer of the cell region is hydrophilic or hydrophobic. It has a star or circular shape as shown. Specifically, when the amphiphilic polymer in the cell region is hydrophilic, that is, when the temperature of the solution containing the micelle is higher than the critical solution temperature, the micelle has a circular shape (see FIG. 1A). On the contrary, when the amphiphilic polymer in the cell region is hydrophobic, that is, when the temperature of the solution is lower than the critical solution temperature, the micelle has a star shape (see FIG. 1B). In other words, if the temperature of the solution is higher than the critical solution temperature, the micelle has a circular shape, and if it is lower than the critical temperature, the micelle has a star shape.
또한, 마이셀이 원형의 형상을 갖는다는 것은 소정의 분자량을 갖는 물질 예를 들어, 벤젠(Benzene), 톨루엔(Toluene), 에틸벤젠(Etylbenzene), 크실렌(Xylene) 등의 유해 화학물질이 포집될 수 있는 공간에 구비됨을 의미한다. 구체적으로, 마이셀이 원형의 형상을 갖는 경우, 코어 영역과 셀 영역 사이에는 소정의 공간이 구비되며, 해당 공간은 포집 영역으로 정의된다. 상기 포집 영역은 상기 셀 영역에 의해 외부 공간과 차단된 상태를 이룬다. 반대로, 마이셀이 별 형상을 갖는다는 것은 포집 영역이 정의되지 않음을 의미하며, 이 상태에서는 유해 화학물질 등이 포집될 수 없다. In addition, the micelles have a circular shape, so that a substance having a predetermined molecular weight, for example, harmful chemicals such as benzene, toluene, ethylbenzene, and xylene may be collected. It means that it is provided in the space. Specifically, when the micelle has a circular shape, a predetermined space is provided between the core region and the cell region, and the space is defined as a collecting region. The collection region is in a state of being cut off from the external space by the cell region. On the contrary, the micelle shape means that the capture area is not defined, and no harmful chemicals or the like can be collected in this state.
이상, 본 발명의 일 실시예에 따른 온도감응형 마이셀에 대해 설명하였다. 다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 온도감응형 마이셀의 제조방법을 설명하기로 한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 온도감응형 마이셀의 제조방법은 크게 코어 영역 형성단계, 연결부 형성단계 및 셀 영역 형성단계의 순서로 진행된다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 온도감응형 마이셀의 제조방법을 나타낸 모식도이다. The temperature sensitive micelle according to the embodiment of the present invention has been described above. Next, a method of manufacturing a temperature sensitive micelle according to an embodiment of the present invention will be described. The method of manufacturing a temperature sensitive micelle according to an embodiment of the present invention proceeds in the order of a core region forming step, a connecting portion forming step, and a cell region forming step. Figure 2 is a schematic diagram showing a method of manufacturing a temperature sensitive micelle according to an embodiment of the present invention.
먼저, 코어 영역 형성단계는 단분자를 개시제(initiator)와 반응시켜 코어 영역을 이루는 소수성의 고분자를 형성하는 단계이다. 일 예로, 상기 단분자로는 MMA(methyl meta-acrylate)가 이용될 수 있고, 상기 개시제로는 2-bromoisobutyryl bromide이 이용될 수 있으며, 이를 통해 상기 코어 영역을 구성하는 소수성 고분자로 PMMA(polymethyl meta-acrylate)를 형성할 수 있다. 여기서, 상기 개시제의 특성에 따라 복수의 가지(branch)를 갖는 PMMA를 형성할 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 4개의 가지를 갖는 PMMA를 형성하였다. First, the core region forming step is a step of forming a hydrophobic polymer forming a core region by reacting a single molecule with an initiator. For example, MMA (methyl meta-acrylate) may be used as the single molecule, 2-bromoisobutyryl bromide may be used as the initiator, and PMMA (polymethyl meta) as a hydrophobic polymer constituting the core region. -acrylate) can be formed. Here, PMMA having a plurality of branches may be formed according to the properties of the initiator. In the embodiment of the present invention, PMMA having four branches was formed.
이 때, 상기 단분자와 개시제의 비율 조정을 통해 코어 영역의 고분자 크기 즉, 분자량을 제어할 수 있다. 코어 영역의 고분자의 분자량을 조절하는 이유는 마이셀이 원형을 형상을 이룰 때 코어 영역과 셀 영역 사이에 존재하는 포집 영역의 크기를 선택적으로 조절하기 위함이며, 포집 영역의 크기 조절을 통해 다양한 크기의 유해 고분자를 포집할 수 있기 때문이다. In this case, the polymer size, that is, the molecular weight of the core region may be controlled by adjusting the ratio of the single molecule and the initiator. The reason for controlling the molecular weight of the polymer of the core region is to selectively control the size of the capture region existing between the core region and the cell region when the micelle forms a circular shape. This is because harmful polymers can be collected.
코어 영역의 고분자가 형성된 상태에서, 코어 영역의 각 가지에 셀 영역을 이루는 고분자를 형성해야 하는데, 상기 코어 영역의 고분자와 셀 영역의 고분자가 서로 잘 접합되도록 하기 위해 코어 영역의 각 가지에 연결부를 형성하는 단계를 먼저 진행한다. In the state in which the polymer in the core region is formed, a polymer forming a cell region must be formed in each branch of the core region. The forming step proceeds first.
연결부 형성 단계는 본 발명의 일 실시예에 있어서 세부적으로, 1) PMMA에 P(HEMA-TMS)를 형성하는 과정과, 2) PMMA-b-P(HEMA-TMS)를 PMMA-b-P(HEMA-IBB)로 변환하는 과정으로 구분된다. The connecting part forming step is in detail in one embodiment of the present invention, 1) forming P (HEMA-TMS) in PMMA, and 2) PMMA-bP (HEMA-TMS) PMMA-bP (HEMA-IBB) The process of converting to.
1) PMMA에 P(HEMA-TMS)를 형성하는 과정은 구체적으로, PMMA와 P(HEMA-TMS)를 혼합한 다음, ATRP(Atomic transfer radical polymerization) 반응을 통해 PMMA-b-P(HEMA-TMS)를 형성하는 과정이다. 다음으로, 2) PMMA-b-P(HEMA-TMS)를 PMMA-b-P(HEMA-IBB)로 변환하는 과정은, PMMA-b-P(HEMA-TMS)를 KF/TBAF 및 2-Br-IBB와 혼합하여 PMMA-b-P(HEMA-IBB)로 변환하는 과정이다. 1) The process of forming P (HEMA-TMS) on PMMA is specifically, mixing PMMA and P (HEMA-TMS), and then performing PMMA-bP (HEMA-TMS) through ATRP (Atomic transfer radical polymerization) reaction. It is a process of formation. Next, 2) the process of converting PMMA-bP (HEMA-TMS) to PMMA-bP (HEMA-IBB), PMMA-bP (HEMA-TMS) is mixed with KF / TBAF and 2-Br-IBB PMMA -bP (HEMA-IBB)
상기 1) PMMA에 P(HEMA-TMS)를 형성하는 과정과, 2) PMMA-b-P(HEMA-TMS)를 PMMA-b-P(HEMA-IBB)로 변환하는 과정을 통해 상기 코어 영역의 각 가지에 연결부의 형성이 완료된다. 1) forming P (HEMA-TMS) on the PMMA, and 2) connecting parts to each branch of the core region through the process of converting PMMA-bP (HEMA-TMS) into PMMA-bP (HEMA-IBB). The formation of is completed.
이와 같이, 연결부가 형성된 상태에서 상기 코어 영역의 각 가지에 셀 영역을 이루는 고분자를 형성하는 단계를 진행한다. 구체적으로, PMMA-b-P(HEMA-IBB)와 NIPAm(N-isopropyl acrylamide)을 혼합한 다음, ATRP 반응을 통해 P(NIPAm)으로 이루어지는 셀 영역의 고분자를 형성한다. 이 때, 상기 셀 영역의 고분자는 상기 코어 영역의 고분자와 마찬가지로 그 분자량을 제어할 수 있으며 그 목적은, 상기 코어 영역의 고분자 분자량 제어와 마찬가지로 마이셀이 원형의 형상을 이룰 때 포집 영역의 크기를 조절하기 위함이다. 상기 셀 영역의 고분자의 분자량 제어는 코어 영역의 분자량 제어에 의존한다. 즉, 코어 영역 고분자의 분자량이 작은 경우 셀 영역 고분자의 분자량 역시 작게 되며, 코어 영역 고분자의 분자량이 큰 경우 셀 영역 고분자의 분자량 역시 크게 된다. In this way, the step of forming a polymer forming a cell region on each branch of the core region in the state where the connection portion is formed. Specifically, PMMA-b-P (HEMA-IBB) and NIPAm (N-isopropyl acrylamide) are mixed, and then ATRP reaction to form a polymer of the cell region consisting of P (NIPAm). At this time, the polymer of the cell region can control the molecular weight similarly to the polymer of the core region, and its purpose is to control the size of the capture region when the micelle forms a circular shape similarly to the polymer molecular weight control of the core region. To do this. Molecular weight control of the polymer in the cell region depends on molecular weight control of the core region. That is, when the molecular weight of the core region polymer is small, the molecular weight of the cell region polymer is also small, and when the molecular weight of the core region polymer is large, the molecular weight of the cell region polymer is also large.
아래의 표 1과 표 2는 코어 영역 고분자와 셀 영역 고분자의 분자량을 각각 나타낸 것이다. 표 1 및 표 2에 나타낸 바와 같이, 코어 영역 고분자의 분자량과 셀 영역 고분자의 분자량은 비례 관계를 가짐을 알 수 있다. 다만, 코어 영역 고분자(PMMA)의 경우 분자량의 크기와 무관하게 생성 확률이 비교적 유사하였으나, 코어 영역 고분자(PMMA)의 분자량이 작은 경우 셀 영역 고분자(PNIPAM)의 생성 확률(8k PMMA는 14%, 15k PMMA는 25%)이 다소 떨어짐을 알 수 있다. Table 1 and Table 2 below show the molecular weight of the core region polymer and the cell region polymer, respectively. As shown in Table 1 and Table 2, it can be seen that the molecular weight of the core region polymer and the molecular weight of the cell region polymer have a proportional relationship. However, in the case of the core region polymer (PMMA), the probability of formation was relatively similar regardless of the size of the molecular weight, but in the case of the small molecular weight of the core region polymer (PMMA), the probability of formation of the cell region polymer (PNIPAM) was 14%, The 15k PMMA is 25%).
<표 1> PMMA의 분자량과 생성 확률Table 1 PMMA Molecular Weight and Probability
<표 2> PMMA의 분자량에 따른 PNIPAM의 분자량 및 생성 확률<Table 2> Molecular weight and production probability of PNIPAM according to the molecular weight of PMMA
이상, 본 발명의 일 실시예에 따른 온도감응형 마이셀 및 그 제조방법을 살펴보았다. 마지막으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 온도감응형 마이셀을 이용한 유해물질 처리방법을 설명하기로 한다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 온도감응형 마이셀을 이용한 유해물질 처리방법을 설명하기 위한 순서도이다. In the above, the temperature-sensitive micelle according to an embodiment of the present invention and a manufacturing method thereof have been described. Finally, a method for treating harmful substances using a temperature sensitive micelle according to an embodiment of the present invention will be described. Figure 3 is a flow chart for explaining a hazardous material treatment method using a temperature sensitive micelle according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 일 실시예에 따른 유해물질 처리방법에 사용되는 온도감응형 마이 셀은 상술한 바와 같은 온도감응형 마이셀 구조는 갖는다. 즉, 코어 영역과 셀 영역으로 이루어지고, 셀 영역을 구성하는 고분자는 양친성 고분자로서 주변 온도가 임계용액온도보다 높으면 친수성, 주변온도가 임계용액온도보다 낮으면 소수성을 갖는다. The temperature sensitive micelle used in the method for treating a hazardous substance according to an embodiment of the present invention has a temperature sensitive micelle structure as described above. That is, the polymer consisting of the core region and the cell region, and the polymer constituting the cell region is an amphiphilic polymer having hydrophilicity when the ambient temperature is higher than the critical solution temperature, and hydrophobic when the ambient temperature is lower than the critical solution temperature.
이와 같은 온도감응형 마이셀을 이용함에 있어서, 본 발명의 일 실시예에 따른 유해물질 처리방법은 크게 유해물질 포집단계와 마이셀 재생단계로 구분된다. In using such a temperature sensitive micelle, the method for treating harmful substances according to an embodiment of the present invention is largely divided into a hazardous substance collecting step and a micelle regeneration step.
먼저, 유해물질 포집단계를 설명하면, 벤젠(Benzene), 톨루엔(Toluene), 에틸벤젠(Etylbenzene), 크실렌(Xylene) 등의 미량의 유해물질이 포함되어 있는 폐수 내에 상기 마이셀을 투여한다(S301)(도 4a 참조). 상기 폐수의 온도가 마이셀의 셀 영역을 구성하는 양친성 고분자의 임계용액온도보다 높으면 투여된 마이셀은 원형의 형상을 이루게 되며 코어 영역과 셀 영역 사이에 포집 영역이 형성되며, 상기 포집 영역 내에 유해물질이 포집된다(S302)(S303)(도 4b 참조). 참고로, 도 5는 임계용액온도가 약 20℃ 정도인 양친성 고분자가 적용된 마이셀이 액의 온도가 32℃일 경우 유해물질이 포집하는 과정을 나타낸 사진이다.First, the step of capturing the hazardous substances, the micelles are administered in the wastewater containing traces of harmful substances such as benzene, toluene, ethylbenzene, and xylene (S301). (See FIG. 4A). If the temperature of the waste water is higher than the critical solution temperature of the amphiphilic polymer constituting the cell region of the micelles, the administered micelles form a circular shape, and a trapping region is formed between the core region and the cell region, and harmful substances in the collecting region. This is collected (S302) (S303) (see Fig. 4B). For reference, FIG. 5 is a photograph showing a process in which harmful substances are collected when a micelle to which amphiphilic polymer is applied having a critical solution temperature of about 20 ° C. has a temperature of 32 ° C.
반면, 폐수의 온도가 임계용액온도보다 낮으면 상기 폐수의 온도를 상기 임계용액온도보다 높여 상기 마이셀이 원형의 형상을 갖추도록 하여 유해물질을 포집 영역 내에 포집되도록 한다. On the other hand, when the temperature of the wastewater is lower than the critical solution temperature, the temperature of the wastewater is higher than the critical solution temperature so that the micelles have a circular shape, so that the hazardous substances are collected in the capture area.
마이셀 내에 유해물질이 포집된 상태에서, 마이셀의 재생단계를 진행한다. 구체적으로, 유해물질을 포집한 마이셀을 상기 폐수로부터 걸러내어 별도의 저수조에 투여한다(S304). 이어, 상기 저수조의 온도를 임계용액온도보다 낮도록 하여 마 이셀 내에 포집되어 있는 유해물질이 배출되도록 한다(S305)(S306). 그런 다음, 저수조 내의 마이셀을 걸러내면 마이셀의 재생단계는 완료된다(S307). In a state where harmful substances are collected in the micelles, the regeneration step of the micelles is performed. Specifically, the micelles collecting harmful substances are filtered from the wastewater and administered to a separate reservoir (S304). Subsequently, the temperature of the reservoir is lower than the critical solution temperature so that harmful substances collected in the micelle are discharged (S305) (S306). Then, filtering the micelles in the reservoir is completed (S307).
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 온도감응형 마이셀을 나타낸 구성도. 1 is a block diagram showing a temperature sensitive micelle according to an embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 온도감응형 마이셀의 제조방법을 나타낸 모식도. Figure 2 is a schematic diagram showing a method of manufacturing a temperature sensitive micelle according to an embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 온도감응형 마이셀을 이용한 유해물질 처리방법을 설명하기 위한 순서도. Figure 3 is a flow chart for explaining a hazardous material treatment method using a temperature sensitive micelle according to an embodiment of the present invention.
도 4a는 유해물질이 포함된 폐수 내에 온도감응형 마이셀이 투여된 상태를 나타낸 참고도. Figure 4a is a reference diagram showing a state in which the temperature sensitive micelles are administered in the wastewater containing harmful substances.
도 4b는 온도감응형 마이셀에 의해 폐수 내의 유해물질이 포집된 상태를 나타낸 참고도. Figure 4b is a reference diagram showing a state in which harmful substances collected in the waste water by the temperature sensitive micelle.
도 5는 임계용액온도가 약 20℃ 정도인 양친성 고분자가 적용된 마이셀이 액의 온도가 32℃일 경우 유해물질이 포집되는 과정을 나타낸 사진.5 is a photograph showing the process of collecting harmful substances when the temperature of the solution is 32 ℃ micelle to which the amphiphilic polymer is applied, the critical solution temperature is about 20 ℃.
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