KR101092856B1 - 표면개질된 바이오매스의 제조방법 및 그를 이용하는 생체흡착제 - Google Patents

표면개질된 바이오매스의 제조방법 및 그를 이용하는 생체흡착제 Download PDF

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Abstract

본 발명은 세균 바이오매스의 표면에 아민기-함유 양이온성 폴리머를 반응시킨 후 음이온성 작용기를 알킬화하는 표면개질된 바이오매스의 제조방법 및 이에 의한 생체흡착제에 관한 것으로, 본 발명의 표면개질된 바이오매스는 음이온성을 띄는 오염물질이나 유가금속 흡착에 탁월한 성능을 보여준다.
아민기-함유 양이온성 폴리머, 코리네박테리움 글루타미쿰, 바이오매스, 알킬화, 생체흡착제

Description

표면개질된 바이오매스의 제조방법 및 그를 이용하는 생체흡착제{PREPARATION METHOD FOR SURFACE-MODIFIED BIOMASS, AND BIOSORBENT USING THE SAME}
본 발명은 표면개질된 바이오매스의 제조방법 및 이에 의한 생체흡착제에 관한 것으로, 보다 상세하게는 세균 바이오매스의 표면에 아민기-함유 양이온성 폴리머를 반응시킨 후 음이온성 작용기를 알킬화하는 표면개질된 바이오매스의 제조방법 및 이에 의한 생체흡착제에 관한 것이다.
염색 공장 등의 각종 산업현장에서는 납, 수은, 카드뮴 등의 중금속 또는 염료가 함유된 폐수가 발생하고 있다. 이러한 중금속 함유 폐수가 수계에 유입시 심각한 오염을 유발하여 수중 생태계를 파괴하고 생물농축에 의해 인간에게까지 해로운 영향을 미치기 때문에 효과적인 처리 방법이 모색되고 있다.
산업 폐수 중의 염료 및 중금속 등의 오염물질을 제거하는 방법으로는 화학적 처리방법, 물리화학적 처리방법 및 생물학적 처리방법 등이 사용되고 있다.
화학적 처리방법으로는 대표적으로 염소계 산화법, 펜톤 시약법, 오존법 등이 있다. 그러나 이러한 화학적 처리방법은 화학적 슬러지를 발생하고 해로운 중간 생성물이 발생되며 운전비용이 비싸다는 단점이 있다.
생물학적 처리방법은 일반적으로 활성화된 호기성 미생물에 의해 유기물을 흡착 또는 분해시키는 활성슬러지 공정이 가장 많이 이용되고 있으나, 이것은 슬러지 발생량이 많고 침전조에서 고액분리가 잘 되지 않는 단점이 있다. 또한, 염색폐수 내의 염료는 대부분이 생물학적으로 분해하기 어려운 물질로 구성되어 있고 분해가 되더라도 독성물질을 생성할 수 있기 때문에 처리효율이 좋지 못하다.
산업 폐수의 물리적인 처리 방법으로는 침전법, 이온교환수지법, 흡착법, 전기영동법 및 막 제거법이 있으나, 이들 방법은 높은 슬러지의 생성, 비선택성, 과다한 초기 시설비와 높은 운전비 등의 문제가 있다.
따라서 환경 친화적이면서도 염료 및 중극속 등의 난분해성 물질에 대한 높은 선택성 및 효율성을 가지는 생물학적 방법이 필요한데, 생물학적인 방법으로 이러한 난분해성 물질을 제거할 경우 선택적으로 제거할 수 있으며, 적당한 고정화 방법을 이용하면 기존의 공정과 비교하여 경제성 및 효율성이 높을 것으로 예상되므로 생체흡착기술에 대한 관심이 높아지고 있다. 따라서 염료, 중금속 등과 같은 난분해성 오염물질을 효과적으로 처리할 수 있는 바이오매스의 개발이 요구되고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 하나의 기술적 과제는 음이온성 오염물질의 제거에 탁월한 성능을 가지는 표면 개질된 바이오매스의 제조방법 및 이에 의한 생체흡착제를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 음이온성 오염물질의 제거에 탁월한 성능을 보이는 생체흡착제로 이용가능한 표면개질된 바이오매스를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 하나의 양상은 건조된 세균 바이오매스를 아민기-함유 양이온성 폴리머 용액에 가하여 반응 시키는 단계; 상기 세균 바이오매스와 아민기-함유 양이온성 폴리머 용액에 가교제를 가하여 반응시키는 단계; 상기 반응 단계를 거친 바이오매스를 알코올에 넣은 후 산 촉매를 가하여 반응시키는 단계 ; 및 상기 반응단계를 거친 혼합물을 고-액 분리시킨 후 세정 및 건조시키는 단계를 포함하는 표면 개질된 세균 바이오매스의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 다른 양상은 세균 바이오매스 표면에 가교된 아민기-함유 양이온성 폴리머를 포함하는 세균 바이오매스에 관한 것으로서, 세균 바이오매스는 표면상의 카르복실기가 알킬화, 사이클로알킬화, 아릴화된 것에 관계한다.
본 발명의 일구현예에 의한 세균 바이오매스는 그 표면에 가교된 아민기-함유 양이온성 폴리머를 포함하고, 음이온성 작용기가 알킬화되어 염료, 중금속에 포 함된 음이온성 오염물질 또는 유가금속 흡착용으로 사용되는 것에 관계한다.
본 발명의 일구현예는 상기 표면 개질된 바이오매스를 포함하는 생체흡착제에 관계한다.
본 발명의 표면개질된 바이오매스는 발효폐기물을 재활용하는 것이므로 친환경적이고 경제적이며, 기존의 고가의 흡착제를 대체할 수 있는 저가의 생체흡착소재로서 널리 활용할 수 있다.
본 발명의 코리네박테리움 균체를 이용한 표면개질된 세균 바이오매스는 흡착성능이 우수하고 경제적이며, 반복하여 재생이 가능하고, 염색 폐수 중의 색도를 유발하는 염료물질을 효과적으로 흡착 제거할 수 있는 생체흡착제를 제공할 수 있다.
본 발명의 표면개질된 바이오매스는 추가로 음이온성 작용기를 알킬화하여 음이온성 오염물질에 대해 탁월한 흡착 성능을 시현한다.
이하에서 본 발명을 첨부 도면을 참고하여 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명의 일구현예는 바이오매스 표면에 아민기-함유 양이온성 폴리머를 가교시킨 후 그 표면의 음이온성 작용기를 알킬화하는 표면개질된 세균 바이오매스의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에서 “바이오매스(biomass)"라 함은 산업 생산에 사용될 수 있는 살아있거나 죽은 생물학적 재료(biological material)를 의미하는 것으로, 특히 본 발명의 세균 바이오매스는 대장균 또는 코리네박테리움 등의 사멸된 세균 균체로 이루어진 바이오매스를 의미한다.
본 발명에서 “아민기-함유 양이온성 폴리머(cationic polymer")라는 용어는 주쇄 또는 측쇄에 아민기를 포함하고 전체적으로 양전하를 띄는 폴리머를 의미한다. 본 발명의 아민기-함유 양이온성 폴리머는 하나 이상의 양이온성 모노머를 중합하거나, 하나 이상의 비이온성 모노머와 하나 이상의 양이온성 모노머를 중합하여 제조될 수 있다.
도 1은 고형폐기물인 대장균 바이오매스가 슬러리 상태일 때의 주요 작용기의 구조를 나타낸 모식도이다. 도 1을 참조하면, 대장균 바이오매스에는 음이온성 작용기(카르복실기 또는 인산기)와 양이온성 작용기(아민기)가 존재한다.
본 발명에서는 음이온성 오염물질을 흡착하기 위해 양이온성 작용기인 아민기를 다량 포함하는 아민기-함유 양이온성 폴리머를 바이오매스 표면에 도입함과 동시에 표면에 존재하는 음이온성 작용기를 알킬화하는 방법에 관한 것이다.
본 발명의 일구현예에 의하면 발효폐기물인 세균 바이오매스를 표면개질하는 방법은 건조된 세균 바이오매스를 아민기-함유 양이온성 폴리머 용액에 가하여 반응 시키는 단계; 상기 세균 바이오매스와 아민기-함유 양이온성 폴리머 용액에 가교제를 가하여 반응시키는 단계; 상기 반응 단계를 거친 바이오매스를 알코올에 넣은 후 산 촉매를 가하여 반응시키는 단계 ; 및 상기 반응단계를 거친 혼합물을 고- 액 분리시킨 후 세정 및 건조시키는 단계를 포함한다.
이하에서 본 발명의 각 단계에 대해서 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다. 도 2는 본 발명의 일구현예에 의한 표면 개질된 대장균 바이오매스의 제조방법을 설명하기 위한 공정모식도이다.
가. 아민기 -함유 양이온성 폴리머를 반응시키는 단계
건조된 세균 바이오매스를 아민기-함유 양이온성 폴리머와 반응시켜 세균 바이오매스의 표면에 아민기-함유 양이온성 폴리머를 결합시킨다. 본 발명에서 사용되는 세균 바이오매스는 특별히 제한되지 않으나, 바람직하게는 코리네박테리움(Corynebacterium sp.), 에스케리치아 (Escherichia sp.), 바실러스 (Bacillus sp.) 및 세라샤 (Serratia sp.)로 구성되는 군에서 선택되는 세균의 바이오매스를 사용할 수 있다. 이러한 세균의 예들은 코리네박테리움 암모니아게네스(Corynebacterium ammoniagenes), 코리네박테리움 글루타미쿰(Corynebacterium glutamicum), 에스케리치아 콜라이(Escherichia coli), 바실러스 메가테리움 (Bacillus megatherium) 및 세라샤 마르세센스(Serratia marcescens) 및 브레비박테리움 암모니아게네스(Brevibacterium ammoniagenes)를 포함하나, 반드시 이들로 제한되는 것은 아니다.
본 발명에서 상기 아민기-함유 양이온성 폴리머는 폴리에틸렌이민, 아민-터미네이티드 폴리에틸렌옥사이드, 아민-터미네이티드 폴리에틸렌/프로필렌 옥사이드, 디메틸 아미노 에틸 메타크릴레이트의 폴리머 및 디메틸 아미노에틸 메타크릴 레이트와 비닐피롤리돈의 코폴리머, 에피클로로히드린과 디메틸아민의 선형 폴리머, 폴리디알릴디메틸암모니움 클로라이드, 폴리에탄올아민/메틸클로라이드 및 개질된 폴리에틸렌이민으로 구성되는 군에서 선택될 수 있다.
상기 아민기-함유 양이온성 폴리머의 구체예는 폴리에틸렌이민 호모폴리머 또는 개질된 폴리에틸렌이민일 수 있다.
본 발명의 더욱 바람직한 구현예에서, 상기 아민기 함유 폴리머는 하기 화학식 1로 표시될 수 있다.
Figure 112009014791713-pat00001
상기 식에서, n은 10 내지 500, 바람직하게는 12 내지 473이다.
본 발명의 일구현예에서 상기 아민기-함유 양이온성 폴리머는 폴리에틸렌이민 호모 리머이고 상기 바이오매스는 코리네박테리움 글루타미쿰(Corynebacterium glutamicum)의 바이오매스일 수 있다.
본 발명에서 사용되는 상기 아민기-함유 양이온성 폴리머는 70몰% 이상의 양 전하(cationic charge)를 갖고, 분자량은 1,000 내지 200,000의 범위 내인 것이 좋다.
상기 아민기-함유 양이온성 폴리머 용액은 용매로서 물, 메탄올, 클로로포름, 피리딘, 에탄올, 부탄올 등의 알콜류로 구성되는 군에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다. 이 단계에서 상기 바이오매스를 충분한 양의 아민기-함유 양이온성 폴리머에 분산시키는 것이 바람직하고, 예를 들면, 바이오매스와 아민기-함유 양이온성 폴리머의 비율을 1 : 0.5~2(w:w), 바람직하게는 1 : 1~2(w:w)로 혼합하는 것이 바람직하다.
상기 단계는 상기 혼합물을 교반하여 상기 아민기-함유 양이온성 폴리머를 상기 바이오매스 표면에 흡착시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 단계는 바이오매스와 아민기-함유 양이온성 폴리머를 충분히 교반하여 아민기 함유 폴리머를 충분히 분산시키고, 이것에 의해 상기 아민기-함유 양이온성 폴리머를 상기 바이오매스에 흡착시킬 수 있다. 상기 흡착은 바이오매스와 폴리머 사이의 분산력과 정전기적 인력에 의한 이온결합 등에 의해 형성될 수 있다.
상기 단계는 상기 혼합물이 충분히 분산될 수 있도록 교반하면 충분하고 교반속도나 시간에 어떠한 제한이 있는 것은 아니다.
세균 바이오매스와 아민기-함유 양이온성 폴리머를 반응시키기 위한 온도는 특별히 제한되는 것은 아니나, 일례로 반응효율을 높이기 위해서 약 20도 내지 150℃의 온도에서 반응시킬 수 있다.
나. 가교제 처리 단계
세균 바이오매스의 표면에 아민기-함유 양이온성 폴리머가 가교되면, 세균 바이오매스와 아민기-함유 양이온성 폴리머 사이의 화학적 결합을 공고하게 하기 위하여 가교제를 처리한다. 이때 가교제로는 글루타르알데하이드 (glutaraldehyde), 이소시아나이드 유도체(isocyanide derivatives), 에피클로로히드린 (epichlorohydrin) 및 비스디아조벤지딘으로 구성되는 군에서 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 가교제를 처리하는 경우에는 가교제를 용액상태로 바이오매스와 아민기-함유 양이온성 폴리머의 혼합액에 대하여 약 1 : 1 내지 10 : 1의 부피비로 혼합할 수 있고, 바람직하게는 약 5 : 1 의 부피비로 혼합하는 것이 좋다.
용매로는 물, 메탄올, 클로로포름, 피리딘, 에탄올, 부탄올과 같은 알콜류 로 구성되는 군에서 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있다.
다. 바이오매스를 용액과 분리한 후 카르복실기를 알킬화하는 단계
상기 단계는 가교반응된 바이오매스를 용액으로부터 분리한 후 알코올에 넣고 산 촉매를 가하여 반응시키는 단계이다. 상기 반응에 의해 바이오매스 표면에 존재하는 카르복실기를 알킬화, 사이클로알킬화. 아릴화할 수 있다.
먼저 가교제 처리가 완료되면 상기 바이오매스를 용액으로부터 분리한다. 이후 상기 바이오매스에 잔존하는 가교제를 제거하기 위해 탈이온수로 세척할 수 있다. 또한 추가로 건조시킬 수 있다.
일반적으로 카르복실기를 제거하는 방법은 카르복실기를 알코올로 환원시키는 방법, 카르복실기의 OH기를 Cl로 치환하는 방법, 카르복실기를 산무수물로 치환하는 방법 및 에스터화 반응법 등이 알려져 있다.
본 발명에서는 상기 방법 중 카르복실기의 말단을 알킬화할 수 있고, 위해성 반응 부산물의 발생을 방지할 수 있는 에스터화 반응을 채택하였다.
본 발명의 에스터화 반응에 사용가능한 알코올은 하나 이상의 히드록시기와 탄소수 1 내지 14개인 알킬기, 사이클로알킬기 또는 아릴기를 포함할 수 있고, 바람직하게는 상기 알코올이 메탄올, 프로판올, 부탄올 또는 프로필알코올이다.
바람직하게는 본 발명의 일구현예서 카르복실기를 알킬화하는 방법은 하기 반응식 1과 같다.
B-COOH + R-OH → B-COO-R + H2O
상기 식에서 B는 바이오매스를 나타내고, R은 탄소수 1 내지 14개인 알킬기, 사이클로알킬기, 또는 아릴기이다.
상기 식에서 보다 바람직하게는 상기 R은 탄소수 1 내지 3인 알킬기이고, 가장 바람직하게는 메틸기이다.
상기 반응은 산 촉매하에서 이루어지는데, 여기서 산 촉매는 질산, 염산 또는 황산일 수 있다.
상기 반응에 의해, 바람직하게는 카르복실기가 알킬화되는 반응에 의해 음이온성 작용기가 제거될 수 있다. 도 2를 참조하면, 메탄올이 사용된 반응에서 카르복실기가 메틸화되었음을 확인할 수 있다.
라. 분리, 세정, 건조 단계
상기 단계는 표면개질된 바이오매스를 용매로부터 분리하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 분리 방법은 특별히 제한되는 것은 아니다. 일례로 상기 분리 방법은 원심분리를 이용하여 상기 바이오매스를 용매로부터 분리시킬 수 있다.
상기 분리된 바이오매스를 세척 및 건조시킨다. 상기 세척 및 건조 방법은 특별히 제한되는 것은 아니다. 일례로 바이오매스를 동결건조하거나 고온의 오븐에서 일정 시간 건조시킬 수 있으며 상온에서 자연건조도 가능하다. 건조 온도 및 건조 시간은 바이오매스의 함수율 등에 따라서 임의로 조정될 수 있다.
다른 양상에서, 본 발명은 바이오매스 표면에 가교된 아민기-함유 양이온성 폴리머를 포함하는 세균 바이오매스로서 상기 세균 바이오매스는 표면상의 카르복실기가 알킬화, 사이클로알킬화, 아릴화된 것에 관계한다.
본 발명에서 사용되는 세균 바이오매스는 특별히 제한되지 않으나, 바람직하게는 코리네박테리움(Corynebacterium sp.), 에스케리치아 (Escherichia sp.), 바실러스 (Bacillus sp.) 및 세라샤 (Serratia sp.)로 구성되는 군에서 선택되는 세균의 바이오매스를 사용할 수 있다. 이러한 세균의 예들은 코리네박테리움 암모니아게네스(Corynebacterium ammoniagenes), 코리네박테리움 글루타미쿰(Corynebacterium glutamicum), 에스케리치아 콜라이(Escherichia coli), 바실러스 메가테리움 (Bacillus megatherium) 및 세라샤 마르세센스(Serratia marcescens) 및 브레비박테리움 암모니아게네스(Brevibacterium ammoniagenes)를 포함하나, 반드시 이들로 제한되는 것은 아니다.
본 발명에서 상기 아민기-함유 양이온성 폴리머는 폴리에틸렌이민, 아민-터미네이티드 폴리에틸렌옥사이드, 아민-터미네이티드 폴리에틸렌/프로필렌 옥사이드, 디메틸 아미노 에틸 메타크릴레이트의 폴리머 및 디메틸 아미노에틸 메타크릴레이트와 비닐피롤리돈의 코폴리머, 에피클로로히드린과 디메틸아민의 선형 폴리머, 폴리디알릴디메틸암모니움 클로라이드, 폴리에탄올아민/메틸클로라이드 및 개질된 폴리에틸렌이민으로 구성되는 군에서 선택될 수 있다.
상기 아민기-함유 양이온성 폴리머의 구체예는 폴리에틸렌이민 호모폴리머 또는 개질된 폴리에틸렌이민일 수 있다.
본 발명의 더욱 바람직한 구현예에서, 상기 아민기 함유 폴리머는 하기 화학식 1로 표시될 수 있다.
[화학식 1]
Figure 112009014791713-pat00002
상기 식에서, n은 10 내지 500, 바람직하게는 12 내지 473이다.
본 발명의 일구현예에서 상기 아민기-함유 양이온성 폴리머는 폴리에틸렌이민 호모 리머이고 상기 바이오매스는 코리네박테리움 글루타미쿰(Corynebacterium glutamicum)의 바이오매스일 수 있다.
본 발명에서 사용되는 상기 아민기-함유 양이온성 폴리머는 70몰% 이상의 양 전하(cationic charge)를 갖고, 분자량은 1,000 내지 200,000의 범위 내인 것이 좋다.
본 발명의 일구현예인 세균 바이오매스는 발효폐기물인 대장균, 코리네박테리움 등의 각종 세균의 균체의 바이오매스를 원료로 이용하는 것으로, 다수의 아민기를 갖는 양이온성 폴리머가 바이오매스의 표면에 가교되고, 또한 추가적으로 음이온 작용기인 카르복실기를 알킬화, 사이클로알킬화 또는 아릴화함으로써 음이온성 오염물질의 흡착능력이 증대된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 표면개질된 세균 바이오매스는 각종 중금속 및 염료 등의 난분해성 화합물을 포함하고 있는 산업용 폐수의 처리에 이용시 저렴한 비용으로 오염물질을 효과적으로 흡착하여 제거할 수 있다. 특히, 염색 폐수의 처리에 이용시 음이온성을 나타내는 염료를 효과적으로 제거할 수 있다.
다른 양상에서 본 발명의 일구현예는 표면에 가교된 아민기-함유 양이온성 폴리머를 포함하고, 카르복실기가 알킬화, 사이클로알킬화, 아릴화된 바이오매스로서 상기 바이오매스가 염료, 중금속에 포함된 음이온성 오염물질 또는 유가금속 흡착용으로 사용되는 것에 관계한다.
상기 바이오매스의 표면에 양이온성을 나타내는 아민기 함유 폴리머가 흡착 되고 음이온성 작용기가 제거됨에 따라 본 발명의 일구현예에 의한 바이오매스는 음이온성을 띄는 오염물질이나 유가금속 흡착용으로 우수한 특성을 나타낸다.
또 다른 양상에서 본 발명의 일구현예는 상기 표면 개질된 바이오매스를 포함하는 생체흡착제로서 사용될 수 있다. 상기 표면개질된 바이오매스가 단독의 생 체흡착제로서 사용될 수 있고, 더 나아가 하나 이상의 다른 흡착제, 예를 들면 활성탄, 알루미나, 보오크사이트, 탈색카본 또는 실리카겔과 함께 사용될 수 있다.
이하에서, 실시예를 들어 본 발명에 대하여 더욱 상세하게 설명할 것이나, 이들은 단지 본 발명의 바람직한 구현예를 예시하기 위한 것으로, 실시예가 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다.
참조예 1
발효 공정으로부터 건조된 분말 형태로 수득한 발효폐기물인 코리네박테리움 글루타미쿰 바이오매스(C. glutamicum biomass)(대상(주) 군산공장, 전북 군산) 50g을 10%(W/V) 폴리에틸렌이미드가 첨가된 500 ml 메탄올 용액에 넣고 상온에서 약 24시간 동안 교반하였다. 반응이 끝난 후에 고액분리하여 바이오매스만을 따로 모으고 1%(V/V) 글루타알데하이드(glutaraldehyde) 500ml 용액에 다시 넣어준 후 상온에서 교반시켰다. 반응이 완료된 후 탈이온수로 세척하고 건조하여 표면개질된 바이오매스를 수득하였다.
실시예 1
발효 공정으로부터 건조된 분말 형태로 수득한 발효폐기물인 코리네박테리움 글루타미쿰 바이오매스(C. glutamicum biomass)(대상(주) 군산공장, 전북 군산) 50g을 10%(W/V) 폴리에틸렌이미드(PEI)가 첨가된 500 ml 메탄올 용액에 넣고 상온 에서 약 24시간 동안 교반하였다. 반응이 끝난 후에 고액분리하여 바이오매스만을 따로 모으고 1%(V/V) 글루타알데하이드(glutaraldehyde) 500ml 용액에 다시 넣어준 후 상온에서 교반시켰다. 반응이 완료된 후 PEI가 결합된 바이오매스를 세척 및 건조시켰다. 이어서, PEI가 결합된 바이오매스 7g을 메탄올 500ml에 넣고 교반시키고, 교반 시작 30분 후부터 염산 41 mL을 조금씩 첨가하였다. 계속하여 5시간 을 교반시켜 반응을 완료하였다. 상기 반응용액을 원심분리하여 상등액을 버리고, 24시간 건조시켜 표면개질된 바이오매스를 수득하였다.
비교예 1
발효폐기물인 코리네박테리움 글루타미쿰 바이오매스를 세척한 후 아무런 처리를 가하지 않은 상태로 흡착제로 사용하였다.
실험예 1
삼성BP화학(주)에서 발생하는 루테늄(Ru)을 함유하고 있는 초산폐액을 대상으로 흡착등온 실험을 실시하였다. 실시예 1, 비교예 1 및 참조예 1에서 수득한 세 가지의 서로 상이한 흡착소재의 농도를 1~4g/L로 달리하여 초산폐액 30mL에 넣고 160 rpm으로 5시간 동안 교반시켰다. 흡착 평형에 도달한 후에 원심분리하여 상등액을 취하여 수용액 상에 남아 있는 잔류 루테늄의 농도를 ICP-AES로 분석하여 실험 데이터와 루테늄 흡착량을 표 1(비교예 1), 표2(참조예 1), 표 3(실시예 1) 및 도 3에 도시하였다.
초기Ru농도
[ppm]		 분석값x31 최종Ru농도
[ppm]		 흡착제농도
[g/L]		 흡착량
[mg/g]
85 1.61 49.8 1 35.2
85 1.07 33.2 2 25.9
85 0.70 21.7 3 21.1
85 0.71 22.1 4 15.7
초기Ru농도
[ppm]		 분석값x31 최종Ru농도
[ppm]		 흡착제농도
[g/L]		 흡착량
[mg/g]
85 0.84 25.9 1 59.1
85 0.39 11.9 2 36.5
85 0.35 10.7 3 24.8
85 0.32 10.0 4 18.7
초기Ru농도
[ppm]		 분석값x31 최종Ru농도
[ppm]		 흡착제농도
[g/L]		 흡착량
[mg/g]
85 0.57 17.7 1 67.3
85 0.26 8.0 2 38.5
85 0.33 10.3 3 24.9
85 0.33 10.2 4 18.7
도 3은 비교예 1(RB), 참조예 1(PEI), 실시예 1(PEI+DCB)의 루테늄(Ru)에 대한 흡착량을 비교한 그래프이다. 상기 그래프에서 y축은 Ru uptake(루테늄 흡착량)으로 y축의 값이 클수록 흡착량이 많다는 것을 나타내고 있다. 도 3을 참고하면, 실시예 1이 비교예 1에 비해 2배 이상의 흡착량을 보여주고, 참조예 1과 비교하여도 더 우수한 흡착력을 보여주고 있음을 확인할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 구현예를 예로 들어 상세하게 설명하였으나, 이러한 설명은 단순히 본 발명의 예시적인 실시예를 설명 및 개시하는 것이다. 당업자는 본 발명의 범위 및 정신으로부터 벗어남이 없이 상기 설명 및 첨부 도면으로부터 다양한 변경, 수정 및 변형예가 가능함을 용이하게 인식할 것이다.
도 1은 세균 바이오매스가 수용액 중에 존재할 때의 주요 작용기의 구조를 나타낸 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일구현예에 의한 표면 개질된 세균 바이오매스의 제조방법을 설명하기 위한 모식도이다.
도 3은 비교예 1(RB), 참조예 1(PEI), 실시예 1(PEI+DCB)의 루테늄(Ru)에 대한 흡착량을 비교한 그래프이다.

Claims (11)

  1. 건조된 세균 바이오매스를 아민기-함유 양이온성 폴리머 용액에 가하여 반응 시키는 단계;
    상기 세균 바이오매스와 아민기-함유 양이온성 폴리머 용액에 가교제를 가하여 반응시키는 단계로서, 여기서 상기 가교제는 글루타르알데하이드 (glutaraldehyde), 이소시아나이드 유도체(isocyanide derivatives), 에피클로로히드린 (epichlorohydrin) 및 비스디아조벤지딘으로 구성되는 군에서 선택되는 1종 이상이고 ;
    상기 반응 단계를 거친 바이오매스를 알코올에 넣은 후 산 촉매를 가하여 반응시키는 단계 ; 및
    상기 반응단계를 거친 혼합물을 고-액 분리시킨 후 세정 및 건조시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 개질된 세균 바이오매스의 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 알코올이 탄소수 1 내지 14개인 알킬기, 사이클로알킬기 또는 아릴기를 포함하는 것을 특징으로 하는 표면개질된 세균 바이오매스의 제조방법.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 알코올이 메탄올, 프로판올, 부탄올 또는 프로필알코올인 것을 특징으로 하는 표면개질된 세균 바이오매스의 제조방법
  4. 제 1항에 있어서, 상기 산 촉매가 질산, 염산 또는 황산인 것을 특징으로 하는 표면개질된 세균 바이오매스의 제조방법.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 세균 바이오매스를 아민기-함유 양이온성 폴리머 용액에 가하여 반응시키는 단계는 상기 아민기 함유 폴리머를 상기 바이오매스 표면에 흡착시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 표면개질된 세균 바이오매스의 제조방법.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 세균은 코리네박테리움 암모니아게네스(Corynebacterium ammoniagenes), 코리네박테리움 글루타미쿰(Corynebacterium glutamicum), 에스케리치아 콜라이(Escherichia coli), 바실러스 메가테리움 (Bacillus megatherium) 및 세라샤 마르세센스(Serratia marcescens) 및 브레비박테리움 암모니아게네스(Brevibacterium ammoniagenes)로 구성되는 군에서 선택되는 세균인 것을 특징으로 하는 표면개질된 세균 바이오매스의 제조방법.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 아민기-함유 양이온성 폴리머는 폴리에틸렌이민, 아민-터미네이티드 폴리에틸렌옥사이드, 아민-터미네이티드 폴리에틸렌/프로필렌 옥사이드, 디메틸 아미노 에틸 메타크릴레이트의 폴리머 및 디메틸 아미노에틸 메타크릴레이트와 비닐피롤리돈의 코폴리머, 에피클로로히드린과 디메틸아민의 선형 폴리머, 폴리디알릴디메틸암모니움 클로라이드, 폴리에탄올아민/메틸클로라이드 및 개질된 폴리에틸렌이민으로 구성되는 군에서 선택되는 것임을 특징으로 하는 표면개질된 세균 바이오매스의 제조방법.
  8. 삭제
  9. 바이오매스 표면에 가교된 아민기-함유 양이온성 폴리머를 포함하는 세균 바이오매스로서,
    상기 아민기-함유 양이온성 폴리머가 아민 그룹 또는 히드록시 그룹에 의해 세균 바이오매스 표면에 가교되어 있고, 여기서 상기 아민기-함유 양이온성 폴리머가 폴리에틸렌이민, 아민-터미네이티드 폴리에틸렌옥사이드, 아민-터미네이티드 폴리에틸렌/프로필렌 옥사이드, 디메틸 아미노 에틸 메타크릴레이트의 폴리머 및 디메틸 아미노에틸 메타크릴레이트와 비닐피롤리돈의 코폴리머, 에피클로로히드린과 디메틸아민의 선형 폴리머, 폴리디알릴디메틸암모니움 클로라이드, 폴리에탄올아민/메틸클로라이드 및 개질된 폴리에틸렌이민으로 구성되는 군에서 선택되는 1종 이상이고, 및
    상기 세균 바이오매스는 표면상의 카르복실기가 알킬화, 사이클로알킬화, 아릴화된 것을 특징으로 하는 표면개질된 세균 바이오매스.
  10. 표면에 가교된 아민기-함유 양이온성 폴리머를 포함하고, 카르복실기가 알킬 화, 사이클로알킬화 또는 아릴화된 바이오매스로서 상기 바이오매스가 염료, 중금속에 포함된 음이온성 오염물질 또는 유가금속 흡착용으로 사용되는 것을 특징으로 하는 표면개질된 세균 바이오매스.
  11. 제 1항 내지 제7항, 및 제 9항 중 어느 한 항에 따라 제조된 표면 개질된 바이오매스를 포함하는 것을 특징으로 하는 생체흡착제.
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