KR101292524B1 - 다공성 알긴산 겔을 포함하는 복합체의 제조방법 - Google Patents

다공성 알긴산 겔을 포함하는 복합체의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다공성 알긴산 겔을 포함하는 복합체, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 오염물질 제거용 흡착제에 관한 것으로, 상기 복합체는 다공성 알긴산 겔; 및 상기 다공성 알긴산 겔의 기공 내부에 담지되어 있는 그래파이트 나노탄소를 포함하고 있어, 중금속 또는 휘발성 유기화합물에 대한 우수한 흡착능을 가지고 있으며, 이를 상기 오염물질에 대한 흡착제로 사용할 경우, 2차 오염물질의 유발 없이 오염물질을 효율적으로 제거할 수 있고, 처리 비용을 절감할 수 있다.

Description

다공성 알긴산 겔을 포함하는 복합체의 제조방법{Preparation Method of complex comprising a porous alginic acid gel}
본 발명은 다공성 알긴산 겔을 포함하는 복합체, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 오염물질 제거용 흡착제에 관한 것이다.
수질 오염원의 하나인 중금속에 의한 피해의 심각성은 오래전부터 잘 알려져 왔다. 중금속은 비록 미량일지라도 생태계의 먹이사슬을 통해 인체 내에 유입되면, 배출되지 않고 계속 축적되기 때문에 인체 내의 생리 작용에 여러 가지의 악영향을 미친다. 종래에는 하천수, 지하수 및 폐수에 존재하는 중금속의 제거를 위해, 화학적 침전법, 이온교환 수지 및 분리막을 이용한 제거법 등이 제시되었다, 그러나, 화학적 침전법을 이용하는 경우에는 중금속 제거 처리 후에 발생하는 많은 양의 슬러지가 2차 오염물질로 작용하고, 저농도의 중금속을 완전히 제거하지 못하는 문제점이 있다. 또한, 이온교환 수지나 분리막을 이용한 제거법은 고형의 오염물질을 다량 함유하는 오염수의 처리가 어렵고, 비용이 많이 드는 문제점이 있다.
최근에는 이와 같은 종래의 처리 기술이 지닌 문제점을 해결하는 대안으로서 생물학적 중금속 처리기술 개발에 대한 연구가 활발히 진행 중에 있다. 이는 특정한 미생물로부터 유래된 자연 물질이 중금속을 흡착하여 제거할 수 있다는 사실에 기인한 것이다. 이러한 생물학적 중금속의 흡착은 식물과 동물로부터 유래된 고분자 물질을 통해서도 가능하지만, 주로 미생물을 이용하여 연구되어 왔다. 중금속 흡착 제거에 이용되는 미생물 중에서도 조류에 대한 연구가 가장 활발히 진행되고 있다. 이는 조류가 자연계에 가장 풍부하게 존재하는 미생물 중의 하나이기 때문이다. 또한, 조류는 유기 탄소원이 없이도 햇빛을 에너지원으로 사용하여 성장할 수 있기 때문에 향후 상업화 시에도 용이하게 저비용으로 대량 생산을 할 수 있다는 장점을 가지고 있다.
조류가 중금속을 흡착하는 특성을 나타내는 것은 조류의 세포벽을 구성하는 주성분인 알긴산에 기인한다. 상기 알긴산은 화학적으로는 탄수화물에 속하지만 전분 섬유소들과는 달리 카복실기를 가지는 천연 고분자로서 음전하를 가지고 있기 때문에 양전하를 가지는 중금속과의 이온 교환 등에 의한 흡착이 가능하다.
한편, 최근에는 그래파이트 나노탄소를 이용하여 나노 크기의 입자를 경제적으로 합리적인 수준에서 생산할 수 있게 되었다. 나노탄소는 우수한 전기적, 기계적 및 열적 특성을 가지고 있어, 전기 제품 및 고기능 복합 제품 등에 상용화 되고 있으나, 수용액 상태의 환경오염 물질을 제거하기 위해 사용되지 않고 있다. 상기 그래파이트 나노탄소는 중금속 및 휘발성 유기화합물 등과 같은 환경 오염물질에 대한 뛰어난 흡착 효과를 가지고 있다. 그러나, 그래파이트 나노탄소는 일반적으로 부유물 상태로 존재하여 환경 정화재료로서 사용하는데 어려움이 있고, 나노 물질의 특성상 2차 환경오염 유발 가능성이 있어, 그 효과에 비해 사용이 용이하지 않다.
따라서, 본 발명자들은 그래파이트 나노탄소를 다공성 알긴산 겔의기공 내부에 담지함으로써, 그래파이트 나노탄소의 사용상의 어려움을 극복하였고, 특히 중금속 등 오염물질에 대한 흡착 효과가 뛰어난 그래파이트 나노탄소 및 알긴산염을 이용하여 종래보다 월등히 우수한 중금속 흡착 능력을 가지는 복합체를 개발하게 되었다.
본 발명은 다공성 알긴산 겔을 포함하는 복합체, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 오염물질 제거용 흡착제를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 다공성 알긴산 겔; 및 상기 다공성 알긴산 겔의 기공 내부에 담지되어 있는 그래파이트 나노탄소를 포함하는 복합체를 제공한다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위한 다른 수단으로서, 본 발명에 따른 복합체를 포함하는 오염물질 제거용 흡착제를 제공한다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위한 또 다른 수단으로서, 알긴산염 용액 및 그래파이트 나노탄소를 혼합하는 단계; 및 상기 혼합용액을 다가 양이온 용액에 적하(drop)하여 다공성 알긴산 겔을 제조하는 단계를 포함하는 본 발명에 따른 복합체의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 복합체는 다공성 알긴산 겔 및 상기 다공성 알긴산 겔의 기공 내부에 담지되어 있는 그래파이트 나노탄소를 포함하고 있어, 중금속 또는 휘발성 유기화합물에 대한 우수한 흡착능을 가지고 있으며, 이를 상기 오염물질에 대한 흡착제로 사용할 경우, 2차 오염물질의 유발 없이 오염물질을 효율적으로 제거할 수 있고, 처리 비용을 절감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 구체예에 따른 복합체의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 구체예에 따른 복합체의 표면을 나타내는 전자주사현미경 사진이다.
도 3은 본 발명의 일 구체예에 따른 복합체의 전체 모습을 나타내는 사진이다.
도 4는 농도가 1000 ㎍/L(ppb)인 중금속 용액에 대한 실시예 1 및 비교예 2의 흡착제별 시간에 따른 코발트 잔류 농도를 나타내는 그래프이다.
도 5는 농도가 100 ㎍/L(ppb)인 중금속 용액에 대한 실시예 1 및 비교예 2의 흡착제별 시간에 따른 코발트 잔류 농도를 나타내는 그래프이다.
도 6은 농도가 10 ㎍/L(ppb)인 중금속 용액에 대한 실시예 1 및 비교예 2의 흡착제별 시간에 따른 코발트 잔류 농도를 나타내는 그래프이다.
본 발명은 다공성 알긴산 겔; 및 상기 다공성 알긴산 겔의 기공 내부에 담지되어 있는 그래파이트 나노탄소를 포함하는 복합체에 관한 것이다.
이하, 본 발명의 복합체를 구체적으로 설명한다.
첨부된 도 1 은 본 발명의 일 구체예에 따른 복합체의 구조를 나타내는 단면도이다. 도 1 에 나타난 바와 같이, 본 발명의 복합체(1)는 다공성 알긴산 겔(2); 및 상기 다공성 알긴산 겔(2)의 기공(3) 내부에 담지되어 있는 그래파이트 나노탄소(4)를 포함할 수 있다. 첨부된 도 1 에서는 본 발명의 복합체 형태가 구형으로 도시되어 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 본 발명의 복합체의 형태는 특별히 한정되지 않고, 구형 및 다면체 등 다양한 형태로 존재할 수 있다.
첨부된 도 2 는 본 발명의 일 구체예에 따른 복합체의 표면을 나타내는 전자주사현미경 사진이다. 도 2에 나타난 바와 같이, (a)는 다공성 알긴산 겔의 표면을 나타내는 사진이고, (b)는 기공 내부에 그래파이트 나노탄소가 담지되어 있는 다공성 알긴산 겔의 표면을 나타내는 사진이다.
첨부된 도 3 은 본 발명의 일 구체예에 따른 복합체의 전체 모습을 나타내는 사진이다. 도 3 에 나타난 바와 같이, (a)는 기공 내부에 그래파이트 나노탄소가 담지되어 있는 다공성 알긴산 겔의 전체 모습을 나타내는 사진이고, (b)는 기공 내부에 그래파이트 나노탄소가 담지되어 있지 않은 다공성 알긴산 겔의 전체 모습을 나타내는 사진이다.
본 발명의 복합체는 다공성 알긴산 겔을 포함할 수 있다. 본 발명에서 상기 다공성 알긴산 겔은 중금속을 화학적으로 흡착할 수 있다. 상기 다공성 알긴산 겔의 평균 입자 크기는 특별히 한정되지 않지만, 바람직하게는 1 mm 내지 5 mm, 보다 바람직하게는 3 mm 내지 4 mm 일 수 있다.
본 발명에서 상기 다공성 알긴산 겔의 표면에는 다가 양이온이 결합되어 있을 수 있다. 다공성 알긴산 겔은 카복실기를 가지고 있어 표면에서 음전하를 띠므로, 다가 양이온과 이온 결합을 형성할 수 있다.
본 발명에서 상기 다가 양이온의 종류는 특별히 한정되지 않지만, 바람직하게는 칼슘 이온(Ca2 +), 스트론튬 이온(Sr2 +), 바륨 이온(Ba2 +) 및 알루미늄 이온(Al3+)로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상일 수 있고, 보다 바람직하게는 칼슘 이온, 스트론튬 이온 또는 바륨 이온 등의 2가 양이온일 수 있으며, 가장 바람직하게는 칼슘 이온일 수 있다.
본 발명의 복합체에 포함되는 다공성 알긴산 겔의 표면에 다가 양이온이 결합되어 있는 경우, 상기 복합체가 중금속 이온이 존재하는 용액에 놓이게 되면, 상기 다가 양이온이 다공성 알긴산 겔의 표면으로부터 분리되면서, 중금속 이온이 다공성 알긴산 겔의 표면에 결합되어 중금속을 흡착할 수 있다.
본 발명의 다공성 알긴산 겔의 표면에는 기공이 존재하며, 상기 기공의 크기는 120 nm 내지 400 nm, 바람직하게는 150 nm 내지 250 nm 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 복합체는 상기 다공성 알긴산 겔의 기공 내부에 담지되어 있는 그래파이트 나노탄소를 포함할 수 있다. 상기 그래파이트 나노탄소는 중금속 또는 휘발성 유기화합물을 흡착할 수 있다.
본 발명에서 상기 그래파이트 나노탄소의 평균 입자 크기는 80 nm 내지 200 nm, 바람직하게는 80 nm 내지 120 nm 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 그래파이트 나노탄소의 평균 입자 크기가 80 nm 미만이면, 다공성 알긴산 겔의 기공으로부터 그래파이트 나노탄소가 수중으로 빠져나 갈 우려가 있고, 200 nm를 초과하면 다공성 알긴산 겔의 기공에 그래파이트 나노탄소가 적절히 첨착이 되지 않을 우려가 있다.
본 발명은 또한, 본 발명에 따른 복합체를 포함하는 오염물질 제거용 흡착제에 관한 것이다.
본 발명의 오염물질 제거용 흡착제는 전술한 복합체를 포함하고 있어, 중금속 또는 휘발성 유기화합물(VOCs)에 대한 흡착 능력이 우수하다.
구체적으로, 다공성 알긴산 겔의 표면은 카복실기에 의한 음전하를 띠고 있어, 양전하를 띠고 있는 중금속 이온과 이온 결합을 할 수 있다. 또한, 다공성 알긴산 겔의 표면에 다가 양이온이 결합되어 있는 경우에는, 다가 양이온이 상기 다공성 알긴산 겔의 표면으로부터 분리되고, 그 자리를 대체하여 중금속 이온이 결합하게 되어, 중금속 흡착 능력이 더욱 향상될 수 있다.
본 발명에서 다공성 알긴산 겔의 기공 내부에 담지되어 있는 그래파이트 나노탄소 또한, 중금속 또는 휘발성 유기화합물에 대한 우수한 흡착 능력을 가지고 있다.
따라서, 본 발명의 복합체를 포함하는 오염물질 제거용 흡착제는 오염물질인 중금속 또는 휘발성 유기화합물에 대한 우수한 흡착 능력을 가지고 있어, 오염물질 제거에 탁월하다.
본 발명의 오염물질 제거용 흡착제가 흡착할 수 있는 중금속의 종류는 특별히 한정되지 않지만, 바람직하게는 Co, Cr, Ni, Zn, Cd, Cu 및 Pb로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 들 수 있고, 보다 바람직하게는 2가의 양이온으로 존재하는 Co(II), Cr(II), Ni(II) 및 Zn(II)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 들 수 있다. 본 발명의 복합체에 포함되는 다공성 알긴산 겔의 표면에 결합되어 있는 다가 양이온이 2가 양이온인 경우에는 상기 2가 양이온으로 존재하는 중금속에 대한 흡착 능력이 우수할 수 있다.
본 발명의 오염물질 제거용 흡착제가 흡착할 수 있는 휘발성 유기화합물(VOCs)의 종류는 특별히 한정되지 않지만, 바람직하게는 벤젠(benzene), 톨루엔(toluene), 자일렌(xylene), 스티렌(styrene), 포름알데히드(formaldehyde) 및 아세트알데히드(acetaldehyde)로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 들 수 있다.
본 발명은 또한, 알긴산염 용액 및 그래파이트 나노탄소를 혼합하는 단계; 및 상기 혼합용액을 다가 양이온 용액에 적하(drop)하여 다공성 알긴산 겔을 제조하는 단계를 포함하는 본 발명에 따른 복합체의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 복합체를 제조하기 위해, 우선 알긴산염 용액 및 그래파이트 나노탄소를 혼합하는 단계를 수행할 수 있다.
본 발명의 제조 방법에서 상기 알긴산염의 종류는 특별히 한정되지 않지만, 바람직하게는 알긴산나트륨일 수 있다. 구체적으로, 상기 알긴산나트륨은 점도가 20,000 내지 40,000 cps인 분말 형태의 입자일 수 있다. 상기 알긴산나트륨의 점도가 20,000 cps 미만이면, 겔화 현상이 일어나지 않을 우려가 있고, 40,000 cps를 초과하면, 알긴산염 용액을 제조하는 과정에서 강한 응집 현상이 일어날 우려가 있다.
본 발명의 제조 방법에서 상기 알긴산염 용액의 농도는 1 중량% 내지 10 중량%, 바람직하게는 1 중량% 내지 8 중량%, 보다 바람직하게는 3 중량% 내지 5 중량% 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 알긴산염 용액의 농도가 1 중량% 미만이면, 응집이 잘 일어나지 않아 겔화 현상이 충분히 진행되지 못 할 우려가 있고, 10 중량%를 초과하면, 알긴산염 용액을 제조하는 과정에서 과도한 응집 현상이 일어나 알긴산염 용액이 잘 섞이지 않을 우려가 있다.
본 발명의 제조 방법에서 상기 알긴산염 용액 및 그래파이트 나노탄소는 7:3 내지 9:1의 중량 비율로 혼합될 수 있다. 상기 알긴산염 용액 및 그래파이트 나노탄소의 혼합 비율을 상기 범위 내로 제어함으로써, 그래파이트 나노탄소가 알긴산염에 최대로 첨착이 되어 흡착능을 높일 수 있다.
본 발명의 제조 방법에서 알긴산염 용액 및 그래파이트 나노탄소를 혼합하는 단계는 알긴산염 용액의 농도에 따라 1 시간 내지 6 시간 동안 교반함으로써 수행될 수 있다. 상기와 같이, 알긴산염 용액 및 그래파이트 나노탄소를 혼합 용액을 교반함으로써, 그래파이트 나노탄소가 알긴산염과 첨착될 수 있다.
본 발명의 제조 방법에서는 그래파이트 나노탄소가 알긴산염과 첨착되도록 충분히 교반한 후, 상기 혼합용액을 다가 양이온 용액에 적하하여 다공성 알긴산 겔을 제조하는 단계를 수행할 수 있다.
구체적으로, 알긴산염 및 그래파이트 나노탄소의 혼합용액을 용기를 이용하여 방울 형태로 다가 양이온 용액에 적하(drop)할 수 있다. 상기 혼합용액을 다가 양이온 용액에 적하하기 위해 사용될 수 있는 용기의 종류는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면, 본 발명에서는 주사기를 이용할 수 있다. 상기 혼합용액의 적하에 이용되는 용기의 형태에 따라, 제조되는 다공성 알긴산 겔의 형태가 결정될 수 있다. 예를 들면, 주사기를 이용하여 혼합용액을 다가 양이온 용액에 적하하는 경우에는 다공성 알긴산 겔이 구형의 형태가 될 수 있고, 주사기 바늘의 지름에 따라 다공성 알긴산 겔의 평균 입자 크기를 전술한 바와 같이 조절할 수 있다.
본 발명의 제조 방법에서 혼합용액을 다가 양이온 용액에 적하하게 되면, 다가 양이온이 상기 적하된 혼합용액의 방울 형태의 표면과 결합하면서, 알긴산염의 겔화 및 기공 형성을 유도할 수 있다. 알긴산염과 다가 양이온의 결합에 의한 표면에서의 겔화 및 기공 형성을 충분히 진행하기 위하여 20℃ 내지 35℃, 바람직하게는 22℃ 내지 26℃의 온도에서 24 시간 이상 보관할 수 있다.
상기와 같이, 알긴산염의 겔화가 충분히 진행되면, 표면에 기공을 가지는 다공성 알긴산 겔이 형성되고, 상기 기공 내부에는 첨착된 그래파이트 나노탄소가 담지된 상태로 존재할 수 있다. 상기 다공성 알긴산 겔 및 그래파이트 나노탄소에 관한 구체적인 내용은 전술한 바와 동일하다.
본 발명의 제조 방법에서 사용될 수 있는 다가 양이온 용액의 종류로는 염화칼슘(CaCl2) 용액, 염화스트론튬(SrCl2) 용액, 염화바륨(BaCl2) 용액 및 염화알루미늄(AlCl3) 용액으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 들 수 있고, 바람직하게는 염화칼슘 용액을 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 제조 방법에서 사용되는 다가 양이온 용액의 몰 농도는 특별히 한정되지 않지만, 바람직하게는 0.04 M 내지 0.05 M일 수 있다. 상기 다가 양이온 용액의 몰 농도에 따라, 다공성 알긴산 겔의 기공 크기를 조절할 수 있다. 상기 다가 양이온 용액의 몰 농도가 0.04 M 미만이면, 다공성 알긴산 겔의 기공 크기가 너무 작게 형성되어, 그래파이트 나노탄소가 적절히 첨착되지 않을 수 있고, 0.05 M을 초과하면, 다공성 알긴산 겔의 기공 크기가 너무 크게 형성되어, 그래파이트 나노탄소가 기공을 통해 빠져 나갈 수 있다.
본 발명의 복합체의 제조 방법은 상기 제조된 다공성 알긴산 겔을 세척하는 단계를 추가로 수행할 수 있다. 구체적으로는 3차 증류수를 이용하여 3 회 이상, 바람직하게는 5 회 이상, 보다 바람직하게는 7 회 이상 상기 제조된 다공성 알긴산 겔을 세척하여, 미반응의 다가 양이온 등 불순물이 제거될 수 있도록 한다.
본 발명의 제조 방법에 의해 제조된 복합체는 중금속 또는 휘발성 유기화합물에 대한 흡착 능력이 우수하여, 상기 중금속 또는 휘발성 유기화합물과 같은 오염물질 제거용 흡착제로 사용할 수 있다.
[ 실시예 ]
이하 본 발명에 따르는 실시예 및 본 발명에 따르지 않는 비교예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하나, 본 발명의 범위가 하기 제시된 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
실시예 1
(1) 알긴산염 용액의 제조
알긴산염으로서 점도가 30,000인 분말 형태의 알긴산나트륨을 이용하여 농도가 5 중량%인 알긴산나트륨 용액을 제조하였다.
(2) 알긴산염 용액 및 그래파이트 나노탄소의 혼합용액 제조
상기 제조된 알기산염 용액 및 그래파이트 나노탄소를 9:1의 중량 비율로 혼합하고, 상기 혼합용액을 3 시간 동안 충분히 교반하여 그래파이트 나노탄소가 알긴산나트륨과 첨착되도록 하였다.
(3) 다가 양이온 용액에 혼합용액을 적하( drop )하여 다공성 알긴산 겔 제조
상기 그래파이트 나노탄소가 알긴산염과 첨착되어 있는 혼합용액을 주사기(바늘 지름: 0.59 mm)를 이용하여 0.045 M의 염화칼슘 용액 1 L에 방울 형태로 적하하였다. 이 때, 상기 혼합용액의 방울 크기가 일정하도록 하였으며, 그 방울 크기는 3 mm 내지 4 mm 이었다. 상기 혼합용액의 적하가 완료된 후, 25℃의 온도에서 24 시간 동안 방치하여, 다가 양이온인 칼슘 이온(Ca2 +)이 알긴산나트륨의 표면과 결합하도록 하여 알긴산나트륨의 겔화 및 기공 형성이 이루어지도록 하였다. 이로써, 기공 내부에 그래파이트 나노탄소가 담지되어 있는 다공성 알긴산 겔을 제조하였다.
(4) 다공성 알긴산 겔의 세척
3차 증류수를 이용하여 기공 내부에 그래파이트 나노탄소가 담지되어 있는 다공성 알긴산 겔을 10 회 반복 세척함으로써, 본 발명에 따른 복합체를 완성하였다.
비교예 1 내지 4
본 발명에 따른 복합체의 중금속 흡착 능력과 비교할 수 있는 비교예로서, Nafion 117 멤브레인(듀퐁사(제)), 자성 알긴산염 비드, 자성 하이드로젤) 및 탄소나노튜브를 각각 비교예 1 내지 4로 사용하였다.
실험예 1 ( Co ( II )에 대한 최대 흡착량 측정)
상기 제조된 실시예 및 비교예의 흡착제를 이용하여 대표적인 중금속 물질인 코발트(Co)에 대한 흡착 실험을 진행하였다. 우선, 코발트 수용액(CoCl2·6H2O)을 이용하여 각각 농도가 10 ㎍/L, 100 ㎍/L 및 1000 ㎍/L인 중금속 용액을 제조하였다. 이어서 상기 각각의 농도를 가지는 중금속 용액에 대하여 흡착제가 흡착 평형에 도달할 때까지 흡착을 진행하였다. 그 후, 중금속 용액의 부피, 중극속 용액에서의 코발트의 초기 농도 및 나중 농도, 사용된 흡착제의 질량을 측정하여 하기의 수학식 1에 대입하였다.
[수학식 1]
Qe = V×(Ci-Ce) / M
상기 수학식 1에서 Qe는 흡착제의 단위 질량당 흡착된 코발트 이온의 질량(mg Co(II) / g 흡착제)을 나타내고, V는 중금속 용액의 부피를 나타내며, Ci는 중금속 용액의 코발트 초기 농도를 나타내고, Ce는 중금속 용액의 코발트 나중 농도를 나타내며, M은 사용된 흡착제의 질량을 나타낸다.
상기와 같이, 각 흡착제별 코발트에 대한 최대 흡착량을 계산한 결과를 하기의 표 1에 기재하였다.
구분 실시예 비교예
1 1 2 3 4
코발트 최대 흡착량 / 흡착제 질량
( mg / g) 		232 54 26 110.07 2.6
상기 표 1에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 복합체를 흡착제로 이용한 경우, 코발트에 대한 단위 질량당 최대 흡착량이 232 mg/g으로 멤브레인을 이용한 비교예 1의 경우보다 약 4.3 배, 알긴산염을 이용한 비교예 2의 경우보다 약 8.9 배, 하이드로젤을 이용한 비교예 3의 경우보다 약 2.1 배, 탄소나노튜브를 이용한 비교예 4의 경우보다 약 89.2 배 정도 많음을 확인할 수 있었다.
실험예 2 ( Co ( II )에 대한 흡착 제거 효율 측정)
상기 제조된 실시예 1 및 비교예 2의 흡착제를 이용하여 대표적인 중금속 물질인 코발트(Co)에 대한 흡착 실험을 진행하였다. 우선, 코발트 수용액(CoCl2·6H2O)을 이용하여 각각 농도가 10 ㎍/L, 100 ㎍/L 및 1000 ㎍/L인 중금속 용액을 제조하였다. 이어서 각 흡착제별 시간에 따른 흡착평형을 실험하였다.
구체적으로, 각각 농도가 10 ㎍/L, 100 ㎍/L 및 1000 ㎍/L인 상기 중금속 용액 20 ㎖에 실시예 1의 복합체를 각각 0.2 g, 0.3g 및 0.4 g 을 넣고, 항온 수조에서 30 rpm으로 평형시간 만큼 교반한 후, 시간에 따른 코발트 잔류 농도를 측정하였다.
상기와 동일한 방법으로 비교예 2의 알긴산염 비드를 이용하여 시간에 따른 코발트 잔류 농도를 측정하였다.
상기 실시예 1 및 비교예 2의 흡착제를 이용하여 시간에 따른 코발트 잔류 농도를 측정한 결과를 첨부된 도 4 내지 도 6에 나타내었다. 첨부된 도 4 는 농도가 1000 ㎍/L(ppb)인 중금속 용액에 대한 실시예 1 및 비교예 2의 흡착제별 시간에 따른 코발트 잔류 농도를 나타내는 그래프이다.
첨부된 도 5 는 농도가 100 ㎍/L(ppb)인 중금속 용액에 대한 실시예 1 및 비교예 2의 흡착제별 시간에 따른 코발트 잔류 농도를 나타내는 그래프이다.
첨부된 도 6 은 농도가 10 ㎍/L(ppb)인 중금속 용액에 대한 실시예 1 및 비교예 2의 흡착제별 시간에 따른 코발트 잔류 농도를 나타내는 그래프이다.
상기 도 4 내지 도 6 에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 복합체를 흡착제로 이용하는 경우, 빠른 시간 내에 많은 양의 코발트 이온을 흡착 제거할 수 있음을 알 수 있었다.
1: 복합체 2: 다공성 알긴산 겔
3: 기공 4: 그래파이트 나노탄소

Claims (16)

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  10. 1 중량% 내지 10 중량% 농도의 알긴산염 용액 및 그래파이트 나노탄소를 7:3 내지 9:1의 중량 비율로 혼합하여 혼합용액을 제조하는 단계; 및
    상기 혼합용액을 0.04 M 내지 0.05 M 농도의 다가 양이온 용액에 적하(drop)한 후, 20 ℃ 내지 35 ℃의 온도에서 방치하여 기공 내부에 그래파이트 나노탄소가 담지되어 있는 다공성 알긴산 겔을 제조하는 단계
    를 포함하는, 다공성 알긴산 겔의 기공 내부에 그래파이트 나노탄소가 담지되어 있는 다공성 알긴산겔-그래파이트 나노탄소 복합체의 제조 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    알긴산염이 알긴산나트륨인 복합체의 제조 방법.
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 제 10 항에 있어서,
    다가 양이온 용액이 염화칼슘(CaCl2) 용액, 염화스트론튬(SrCl2) 용액, 염화바륨(BaCl2) 용액 및 염화알루미늄(AlCl3) 용액으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상인 복합체의 제조 방법.
  15. 삭제
  16. 제 10 항에 있어서,
    제조된 다공성 알긴산 겔을 세척하는 단계를 추가로 포함하는 복합체의 제조 방법.

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