KR101300100B1 - 고형폐기물을 이용한 바이오 흡착제의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 피혁 제조과정 중에 발생되는 고형 폐기물(Shaving scrap)을 활용한 바이오 흡착제의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명은 피혁의 제조과정에서 발생하는 고형 폐기물(Shaving scrap)을 수집하여 콜라겐 섬유를 식물성 탄닌제로 처리하여 고정화시킨다. 고정화된 고형폐기물의 조직을 풀어헤치고 미분화시켜서 그 표면적을 최대화시킨다. 그 이후 Na-alginate 수용액에 혼합 반죽하여 염화칼슘(CaCl2)수용액에 점적시킴으로써 환(bead) 형태로 제조하여 중금속 이온 등에 대한 흡착 성능이 우수한 바이오 흡착제를 제조하게 된다.
본 발명은 산업폐기물을 재활용하는 한편, 재활용된 제품을 이용하여 폐수 중의 중금속을 제거하는데 사용함으로써, 친환경적이며 경제적인 장점을 가지고 있다.
본 발명은 피혁의 제조과정에서 발생하는 고형 폐기물(Shaving scrap)을 수집하여 콜라겐 섬유를 식물성 탄닌제로 처리하여 고정화시킨다. 고정화된 고형폐기물의 조직을 풀어헤치고 미분화시켜서 그 표면적을 최대화시킨다. 그 이후 Na-alginate 수용액에 혼합 반죽하여 염화칼슘(CaCl2)수용액에 점적시킴으로써 환(bead) 형태로 제조하여 중금속 이온 등에 대한 흡착 성능이 우수한 바이오 흡착제를 제조하게 된다.
본 발명은 산업폐기물을 재활용하는 한편, 재활용된 제품을 이용하여 폐수 중의 중금속을 제거하는데 사용함으로써, 친환경적이며 경제적인 장점을 가지고 있다.
Description
본 발명은 폐광폐수 및 산업폐수 등에 함유된 중금속을 제거하기 위한 흡착제를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 피혁 제조과정에서 발생하는 고형 폐기물을 주원료로 하여 중금속 이온 등을 흡착하는 바이오 흡착제의 제조방법에 관한 것이다.
산업폐수 및 폐광폐수 중에 포함되어 있는 중금속은 유기오염 물질과는 달리 생물학적으로 분해가 이루어지지 않고 안정한 물질로 먹이 사슬을 통해 축적이 되기 때문에 인간의 건강이나 생태계의 위협 요인으로 간주되고 있다. 수용액 중에 포함되어 있는 납이나 카드뮴, 구리와 같은 중금속은 높은 독성들로 인해 오랫동안 인체에 위해한 중금속으로 분류되어 왔으며, 이들 중금속을 효과적으로 제거하기 위하여 많은 연구가 진행되어 왔다. 수중의 중금속을 제거하기 위하여 현재 국내의 경우, 주로 분리막을 이용한 여과, 이온교환수지, 화학적 침전법 및 흡착법 등의 다양한 물리화학적 방법들이 적용되어 오고 있는데, 그중에서도 흡착을 통한 제거 방법이 적은 비용으로도 효과적으로 중금속을 제거하는 것으로 제안되고 있다.
흡착법에서는 활성탄이나 합성 제올라이트가 폐수 중의 독성 중금속 이온의 흡착제로 사용이 되어 왔고, 현재는 키토산과 여러 가지 무기물질이 금속 이온의 흡착 제거에 널리 사용되고 있다. 그러나, 이러한 종래의 흡착제들은 흡착 용량이 우수한 반면, 상대적으로 가격이 비싸기 때문에 경제성이 떨어지고, 또한 여러 가지 상평형 특성과 재생의 비효율성으로 인하여 흡착 효율이 제한되는 문제가 있다. 최근에는 고가의 흡착제를 사용함에 따른 고비용의 부담 경감은 물론 폐기물의 재활용에 따른 환경오염의 경감을 위하여 재생소재 개발에 많은 연구자들이 관심을 가지고 있다.
한편, 국내의 피혁 제조공정에서는 섬유산업과는 달리 동물체로부터 유래한 원피(hide & skin)를 주원료로 사용하기 때문에 공정 특성에 따라 펠트 스크랩(pelt scrap), 셰이빙 스크랩(shaving scrap)이나 트리밍 스크랩(trimming scrap) 등의 고형 폐기물이 상당량 발생하고 있다. 현재, 국내의 전문연구기관을 중심으로 이러한 고형 폐기물을 자원으로 재활용하기 위한 지속적인 연구개발이 진행되고 있고, 어느 정도 실효성을 거두고 있으나 대부분 제한된 용도로 사업화가 진행되고 있을 뿐, 매일 수백 톤 내지 수천 톤의 고형 폐기물이 효율적으로 재활용되는 데에 많은 어려움이 따르고 있는 실정이다.
최근에는 피혁의 제조공정에서 발생되는 고형폐기물을 재활용한 바이오 흡착제가 최근 많은 관심을 갖는 분야로 떠오르고 있다.
가죽 콜라겐 섬유를 이용한 흡착제의 최초 연구는 1995년 Steve 등에 의해 피혁과 올리브 스톤(4-6 과립 활성탄) 및 아몬드 껍질과 같은 여러가지 원료로 만들어진 분말형 활성탄에 대한 6가 크롬의 제거가 연구되었으며, Fathima 등은 생물체인 원피를 주요 원료로 하여 여기에 철을 결합시킨 흡착제를 개발하여 6가 크롬의 제거에 관한 연구를 수행하였다. Oliveira 등은 Cr-탄닌 피혁부산물을 이용하여 수용액 중의 As(V) 및 Cr(VI) 제거를 위한 연구를 수행하였다.
그러나, 이와 같은 연구들은 기본적으로 실제로 산업체에서 활용할 수 있을 정도로 발전되지 못하였고, 산업체에서 실질적으로 사용하기 위해서는 많은 측면에서 보완작업이 필요한 실정이다.
또한, 산업체들에서 실제로 발생되고 있는 산업폐기물을 재자원화하여 흡착제로서 활용될 수 있는 기술의 개발이 절대적으로 요구되고 있는 상황이다.
본 발명은 피혁 제조 과정에서 발생하는 고형 폐기물을 주원료로 사용함으로써, 1차적으로는 산업폐기물을 재활용하여 환경오염을 방지할 수 있고, 2차적으로는 산업폐수 등에 오염된 중금속을 흡착하여 제거할 수 있는 흡착제의 용도로 활용할 수 있는 바이오 흡착제의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 상기의 바이오 흡착제를 환(bead)의 형태로 제조하고, 그 제조장치를 간소화하는 동시에 제조시간을 단축할 수 있는 바이오 흡착제의 제조방법을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위하여, 피혁의 제조과정에서 발생하는 고형 폐기물(Shaving scrap)을 수집하여 콜라겐 섬유를 식물성 탄닌제로 처리하고 이를 미분화시킨 후 알지네이트(Na-alginate) 수용액에 혼합 반죽하여 염화칼슘(CaCl2) 수용액에 점적시킴으로써 환(bead) 형태로 제조하여 중금속 이온 등에 대한 흡착 성능이 우수한 바이오 흡착제를 제조하게 된다.
본 발명에 따른 바이오 흡착제 제조방법은, 상기 목적을 달성하기 위하여, 피혁 제조공정 중 크롬탄닌된 섬유상 상태의 물질을 원하는 두께를 얻기 위해 기계적인 방법으로 육면(Flesh side)을 깍는 공정에서 발생되는 고형 폐기물(Shaving scrap)을 중화한 후 식물성 탄닌제가 포함된 피클 용액에 침지시켜 고형 페기물(Shaving scrap) 중의 콜라겐과 결합시켜 고정화시키고; 상기 식물성 탄닌이 고정화된 콜라겐의 섬유상 조직을 풀어헤치고, 식물성 탄닌이 고정화된 콜라겐의 섬유상 조직체를 분쇄하여 미분화 과정을 거치며; 이 과정을 거친 중간체의 고형 폐기물(Shaving scrap)을 알지네이트(Na-alginate) 수용액에 혼합하는 단계와 혼합된 용액을 염화칼슘(CaCl2) 수용액에 점적시키는 단계를 거쳐 만들어진 환(bead)을 최종적으로 세척 건조하여 바이오 흡착제를 제조하게 된다.
여기서, 고형 폐기물(Shaving scrap)의 중화는 원료 100 중량 %를 기준으로 물 200 중량%, 포름산나트륨(HCOONa) 1 중량%, 탄산수소나트륨(NaHCO3) 1.5 중량%를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하며, 건조 세척 과정을 거친 후 물 200 중량%, 침투제 0~1.5 중량%, 식물성 탄닌 10~15 중량%, 탄닌 보조제 5~15 중량%를 포함하여, 온도 40℃에서 6시간 동안 탄닌 과정을 진행하고 1 중량% 포름산을 이용하여 고착하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 식물성 탄닌이 고정화된 콜라겐의 섬유상 조직을 해섬한 이후에 건조과정을 거치고 상기 식물성 탄닌이 고정화된 콜라겐의 섬유상 조직체를 50~100㎛의 크기로 분쇄하여 분말상의 바이오 흡착제를 제조하는 것이 바람직하다.
완성된 분말상의 바이오 흡착제를 환(Bead)의 형태로 제조하기 위하여, 1% 알지네이트(Na-alginate) 수용액과 충분히 혼합한 후 5% 염화칼슘(CaCl2) 수용액에 점적시킴으로서 일정한 크기와 형태를 갖춘 환(Bead)을 만들고, 세척 및 건조 과정을 통하여 바이오 흡착제를 제조할 수 있다.
본 발명은 피혁의 제조공정 중에서 발생된 고형 폐기물을 주원료로 활용하여 흡착제를 제조함으로써 고형폐기물을 재활용할 수 있는 장점이 있다. 따라서, 본 발명에 의한 바이오 흡착제의 제조방법은 산업폐기물을 재활용 재료로 사용한다는 측면에서 친환경 제조공법이라고 할 수 있다.
또한, 본 발명은 산업폐기물을 재활용하여 폐수 중에 포함된 중금속을 효율적으로 흡착할 수 있으므로, 산업폐기물에 의한 중금속의 제거라고 할 수 있는 이중의 효과를 거둘 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 제조방법에 의하여 중금속 흡착제를 제조할 경우, 주원료를 쉽게 공급받을 수 있고, 매우 저렴한 비용으로 구입할 수 있으므로, 중금속 흡착제를 매우 저렴한 비용으로 제조할 수 있는 장점도 있다.
또한, 본 발명에 의한 바이오 흡착제의 제조방법은, 종래의 방법들이 대부분 분말 형태의 흡착제를 소개하고 있는데 반하여, 일정한 형태를 갖춘 환(beads)으로 제조될 수 있으므로, 실제로 산업현장에서 직접 적용하여 활용할 수 있는 장점이 있으며, 이는 실질적으로 폐수 처리를 비롯한 환경분야 관련 산업의 발전에 크게 기여할 수 있을 것으로 기대된다.
이와 같이, 본 발명의 제조방법에 의하여 중금속 흡착제를 제조할 경우, 폐기물을 재활용함과 동시에 폐수 중의 중금속을 제거할 수 있으므로 환경적인 측면과, 저렴한 비용으로 흡착제를 제조할 수 있으므로 경제적인 측면에서 매우 유리한 장점이 있다.
도 1은 콜라겐 기재에 Cr(Ⅲ)을 탄닌 처리한 고형폐기물 흡착제의 화학구조식이고,
도 2는 콜라겐 기재에 식물성 탄닌을 고정화한 화학적 구조식이며,
도 3은 알지네이트의 화학적 구조식이고,
도 4(a)는 건조되기 전의 바이오 흡착제를 나타낸 사진이고,
도 4(b)은 세척 건조한 바이오 흡착제를 나타낸 사진이며,
도 5(a)는 pH 5 영역에서 Cu(Ⅱ)에 대한 흡착 경향을 나타낸 그래프이고,
도 5(b)는 pH 5 영역에서 Pb(Ⅱ)에 대한 흡착 경향을 나타낸 그래프이고,
도 5(c)는 pH 4 영역에서 Fe(Ⅲ)에 대한 흡착 경향을 나타낸 그래프이며,
도 5(d)는 pH 5 영역에서 Cd(Ⅱ)에 대한 흡착 경향을 나타낸 그래프이다.
도 2는 콜라겐 기재에 식물성 탄닌을 고정화한 화학적 구조식이며,
도 3은 알지네이트의 화학적 구조식이고,
도 4(a)는 건조되기 전의 바이오 흡착제를 나타낸 사진이고,
도 4(b)은 세척 건조한 바이오 흡착제를 나타낸 사진이며,
도 5(a)는 pH 5 영역에서 Cu(Ⅱ)에 대한 흡착 경향을 나타낸 그래프이고,
도 5(b)는 pH 5 영역에서 Pb(Ⅱ)에 대한 흡착 경향을 나타낸 그래프이고,
도 5(c)는 pH 4 영역에서 Fe(Ⅲ)에 대한 흡착 경향을 나타낸 그래프이며,
도 5(d)는 pH 5 영역에서 Cd(Ⅱ)에 대한 흡착 경향을 나타낸 그래프이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명한다. 다만, 아래의 실시예는 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해될 수 있도록 설명된 것으로서 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시예에 한정되는 것은 아니다.
본 발명은 피혁 제조과정에서 발생하는 고형폐기물인 셰이빙 스크랩(Shaving scrap)을 수거하여 콜라겐 섬유기재(matrix)로 재활용하여 산업폐수 및 폐광폐수 등에 함유된 Cu(II) 및 Pb(II) 등과 같은 다양한 중금속들을 흡착제거할 수 있는 바이오 흡착제의 제조방법을 제공한다.
본 발명은 피혁의 제조공정에서 발생되는 고형폐기물을 수집하여 중화시키고, 중화된 고형폐기물을 식물성 탄닌으로 처리하여 고정화시키는 단계를 포함하고 있다.
본 발명은 피혁 제조공정 중에 크롬 탄닌후 발생되는 고형폐기물을 수집하여 흡착제의 원료로 사용한다. 고형폐기물은 셰이빙 스크랩(Shaving scrap)을 사용하는 것이 바람직하다. 본 발명은 상기의 고형폐기물을 중화시키는 것이 바람직하다. 고형폐기물 100 중량%를 기준으로 하여, 상기의 고형폐기물을 35℃ 내지 45℃의 물 200 중량%에 투입 후, 포름산 나트륨 1 중량%를 20분간 혼합하고, 탄산수소나트륨 1.5 중량%를 3회에 걸쳐 30분씩 반응시키고, 이후 2시간을 더 반응시킴으로써 pH 6.0으로 고정한다. 이후 세척ㆍ건조를 진행한다.
이어서, 상기 중화된 고형폐기물을 식물성 탄닌제가 포함된 피클(pickle) 용액에 침지시켜 식물성 탄닌을 상기 원료 중의 콜라겐과 리탄닌 단계를 거친다. 이 단계는 중화된 고형폐기물 100 중량%를 기준으로 35℃ 내지 45℃의 물 200 중량%에 투입 후, 식물성 탄닌제인 미모사(Mimosa) 15 중량%을 첨가하여 이루어진다. 이후 1 중량% 포름산을 30분간 반응시켜 고착화 단계를 진행한다.
도 1은 단백질의 천연 섬유조직으로 이루어져 있는 고형폐기물(Shaving scrap)의 콜라겐 기재에 Cr(Ⅲ)을 탄닌 처리한 것을 나타낸 화학식이고, 콜라겐의 아미노산 부사슬(side chain)의 카르복실기와 강한 착물을 이루고 Cr(Ⅲ)간에는 OH기에 의한 강한 결합을 이루기 때문에 쉽게 해리하지 않는 특성을 갖게 된다. 또한 이러한 구조는 흡착성이 매우 우수하여 천연 물질로서의 바이오 흡착제로 사용할 경우 유기물 및 무기물을 흡착 제거하는 데에 매우 우수한 성능을 지니는 것으로 알려져 있다.
본 발명에서는 이러한 고형폐기물(Shaving scrap)에 식물성 탄닌을 결합시켜 고정화시킨다. 통상적으로 식물성 탄닌은 구조적으로 인접한 다중 페놀릭 하이드록실(phenolic hydroxyl)을 보유하고 있어 대부분의 금속 이온에 대해 특별한 친화력을 지니고 있는 장점이 있다. 따라서, 식물성 탄닌은 수용액 중의 다양한 금속 이온을 제거하기 위한 흡착제 성분으로 유용하게 적용될 수 있다. 그러나, 식물성 탄닌을 흡착제 성분으로 그대로 이용할 경우, 이는 식물성 탄닌이 구조적 특성상 수용성이기 때문에, 적용하는 데에 분명한 한계가 있었다. 본 발명에서는 이러한 단점을 지닌 식물성 탄닌을 변성 고정화시킴으로써, 불용성 매트릭스화를 도모하기 위해 고형 폐기물(Shaving scrap)에 재 탄닌화시키는 것이다.
종래에 식물성 탄닌을 적용하여 중금속 제거용 흡착제로 사용한 사례를 검토해보면, 식물성 탄닌 성분을 포름알데히드, 글루타르알데히드 등의 몇 가지 알데히드 화합물로 변성 유동체화 반응을 통해 불용성 침전화를 하여 중금속 제거용 흡착여재로 사용하고 있음을 알 수 있다. 예컨대, 일본 특개평 3-206494 (미국특허 07/631,946)에서는, 알데히드 수용액에 탄닌을 용해하고, 이것에 암모니아를 첨가하여 침전물을 생성한 후, 이 침전물을 숙성하여 흡착제로 사용하고 있다.
이에 비해, 본 발명에서는 고정화된 식물성 탄닌을 도입하기 위해 피혁 제조시 발생하는 고형폐기물(Shaving scrap)에 식물성 탄닌을 결합시키는 메카니즘 원리를 활용한 것이다.
도 2는 이렇게 식물성 탄닌을 고정화한 화학적 구조를 나타내고 있다. 이상적인 고정화 반응 결합 모델은 식물성 탄닌을 피혁 조직 내의 콜라겐과 공유결합을 강하게 유도하여 결과적으로 탄닌의 하이드록실 그룹(Hydroxyl group)이 거의 자유로운 상태로 존재하는 것이며, 이에 따라 금속 이온 흡착에 대한 배위자(Ligand)로서의 효율성이 커진다. 일반적으로 식물성 탄닌은 그 기본 구조가 방향족 폴리페놀 축합체로서 다수의 인접된 수산기를 보유하고 있어, 중금속 제거에 매우 효과적인 물질로 알려져 있다. 이러한 식물성 탄닌은 작업화나 등산화와 같은 강인한 물성의 제화와 두꺼운 가죽을 제조하는 데 적용되고 있으며, 피혁에 충만감과 적당한 감촉을 부여하는 효과를 지니고 있다. 산성 보조 탄닌제의 경우 표백 효과, 균염 효과 및 페일 셰이드(pale shade) 효과를 나타내며, 버핑 (buffing) 가죽의 경우 표면의 스무딩 효과 부여 등의 목적으로 적용되고 있다. 이같이 식물성 탄닌의 리간드로서의 특성과 내열성(내구성) 증진 등의 효과를 복합적으로 응용하여 흡착여재의 불용성 매트릭스화를 위해 적용함으로써 동물성 단백질 구조의 특성은 3차원적 섬유상으로 존재하게 되어 효율적인 흡착여재로 사용할 수 있게 된다.
본 발명은 고정화 처리된 고형폐기물을 조직의 표면적을 극대화시키기 위하여 섬유조직을 풀어헤치고 미세하게 분말화시키는 해섬 및 분말화 단계를 포함하고 있다.
본 발명은 상기의 탄닌과정을 거친 고형폐기물(Shaving scrap)을 섬유의 회수율 향상과 조직의 표면적을 극대화시키기 위하여 나이아가라 타격기(Niagara beater)를 이용하여 해섬과정을 거친 후, 70℃ 이하의 온도에서 열풍 건조한다. 위와 같이 식물성 탄닌이 고정화된 콜라겐의 섬유상 조직을 풀어헤치는 해섬 단계를 거칠 경우, 해섬 공정을 통해 섬유의 회수율을 향상시킬 수 있고 조직의 표면적을 극대화하여 중금속의 흡착 효율을 향상시킬 수 있게 된다.
본 발명은 또한 환(Bead) 형태로 제조시 효율 극대화를 위하여 분쇄기(Ball mill) 등을 이용하여 50㎛~100㎛의 크기로 미분화시킨다. 상기 해섬 단계를 거친 식물성 탄닌이 고정화된 콜라겐의 섬유상 조직체를 볼밀(Ball mill)을 이용하여 50㎛~100㎛로 분쇄하여 바이오 흡착제의 표면적을 최대화시킬 수 있다. 이 경우 분말상의 흡착제와 이것을 소정의 형상으로 만든 고형체의 흡착제는 그 흡착성능을 더욱 향상시킬 수 있게 된다. 본 발명은 상기의 분말상의 흡착제를 알지네이트(Na-alginate) 반응시켜 환(Bead) 형태로 제조하는 것이 바람직하다.
본 발명은 분말상의 흡착제와 알지닉산(Alginic acid)을 반응시켜 일정한 형태를 갖는 고체상의 바이오 흡착제를 만드는 고형체 형성단계를 포함하고 있다. 상기의 고형체 형성단계는 상기 분말상의 흡착제와 알지닉산(Alginic acid)을 혼합시켜 혼합물을 만들고, 그 혼합물에 정량펌프를 이용하여 일정한 유속을 유지한 가운데 5% 염화칼슘(CaCl2) 수용액 1L에 점적시켜 일정시간 방치하는 것이 바람직하다.
본 발명은 분말상의 흡착제를 알지닉산(Alginic acid)과 반응시켜 소정의 고체형상으로 제조하는 것이 바람직하다. 상기의 알지닉산(Alginic acid)은 해조로부터 추출된 다당류(polysaccharide)로서 미역이나 다시마 등과 같은 갈조류와 해조류의 세포벽을 이루는 주요 구성성분이다.
알지네이트 용액에 칼슘이온(Ca2+)과 같은 다가 이온(multivalent ion)을 넣어 주면 알지네이트에 존재하는 카르복실기와 정전기적 인력(electrostatic interaction)이 발생하여 알지네이트(alginate) 분자 사이를 연결하는 가교제 역할을 함으로써 겔을 형성하게 된다. 이것이 치과에서 새로 치아를 해 넣거나 교정 치료를 받을 때 분홍색 혹은 푸른색 말랑말랑한 덩어리를 이에 물고 본을 뜨는 알지네이트의 원리와 같다. 구조적 특성으로 알지네이트는 수분을 많이 흡수하고, 겔(gel)을 형성할 수 있고 독성이 없어서 위에서 언급한 바와 같이 치과에서의 인상재료, 특수분장 재료를 비롯하여 아이스크림이나 젤리류의 식품 첨가물, 중금속 제거제 등에 이용되고 있다. 겔(gel)화는 이온결합(binding)에 의해서 좌우되기 때문에, 일관되는 겔(gel) 구조를 만드는 데에는 2가 양이온의 조절이 중요하다.
도 3은 알지네이트(alginate)의 화학적 구조를 나타낸 그림이다. 알지네이트는 도 3에 나타난 바와 같이 β-(1,4)-D-만누로닉산(mannuronic acid)(M)과 α-L-굴루로닉산(guluronic acid)(G)으로 구성되어 있으며, 가지가 없는 선형의 고분자로서, 평균 분자량은 50~100,000g/mol로 매우 광범위하다. 알지네이트의 구조를 살펴보면 만누로닉산과 굴루로닉산의 1-4번 위치마다 아세탈 결합으로 계속 연결되어 있으며, 이들 두 가지 당의 비율이나 서열은 해조류의 종류나 성장 환경에 따라 달라지게 된다.
본 발명은 나트륨알지네이트(Na-alginate)의 나트륨이온이 칼슘이온과 치환됨에 따라 긴 사슬구조의 알지네이트(alginate)간 가교결합 형성을 용이하게 하여 겔화 현상이 이루어지는 원리를 이용한 것이다. 이는 중금속에 대한 우수한 흡착능을 갖는 분말상의 바이오 흡착제와 나트륨알지네이트(Na-alginate) 수용액을 혼합시키고, 그 혼합물을 염화칼슘(CaCl2) 수용액에 점적시켜 환(bead) 형태를 형성시키고 이를 실온에서 건조시켜 고체상의 바이오 흡착제를 제조하는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 분말상의 바이오 흡착제와 상기 나트륨알지네이트(Na-alginate) 수용액의 혼합 단계는 1% Na-alginate 수용액 1L에 상기 분말상의 바이오 흡착제 20g 내지 40g을 조금씩 투입하여 충분히 혼합되도록 한다. 혼합된 용액은 겔화되어 있지만, 아직 고체화되기 이전이므로, 이를 산업체에서 유용하게 활용할 수 있도록 하기 위해서는, 일정한 형상으로 고체화시키는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기의 혼합된 용액을 염화칼슘(CaCl2) 수용액에 점적시키는 단계는 바이오 흡착제와 1% Na-alginate 수용액이 혼합된 용액을 5% CaCl2 수용액에 1L에 일정한 크기로 떨어트려 환형태로 제조하고 수시간 방치한다.
본 발명에 있어서, 염화칼슘(CaCl2) 수용액에서 Ca2 +의 존재는 알지네이트(alginate)가 겔화되는데 기여하고, Ca2 +농도는 겔(gel)의 기계적 강도를 증가시키게 된다. 따라서 5% 염화칼슘(CaCl2) 수용액 1L를 재사용하게 되면 농도가 저하되어 겔화 되어진 흡착제의 강도가 현저하게 저하되어 일정한 강도를 유지하지 못하게 된다. 이는 환 성형 완료 후 강도를 저하시키는 원인이 되므로 재사용하지 않는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기의 고형체 환(bead)은 세척하고 건조시키는 것이 바람직하고, 이를 위하여 염화칼슘(CaCl2) 수용액에 점적시켜 환(bead)형태로 만들어진 흡착제를 증류수로 수 회 세척한 후 100℃로 유지된 건조기를 이용하여 건조시키는 것이 좋다.
본 발명은 전술한 바와 같은 제조공정에 기반하여 고형폐기물(Shaving scrap)의 총량을 30g으로 고정하여 제조하였다.
도 4(a)는 건조되기 전의 바이오 흡착제의 사진이고, 도 4(b)는 세척ㆍ건조된 이후의 바이오 흡착제를 나타낸 사진이다.
이와 같이 제조된 환(bead)형태의 흡착제에 대하여 Cu(Ⅱ) 및 Pb(Ⅱ), Fe(Ⅲ), Cd(Ⅱ) 등의 중금속에 대한 흡착능 평가 실험을 다음과 같이 실시하였다.
먼저, 구리 중금속 [Cu(Ⅱ)]에 대한 흡착능을 평가하기 위하여, 구리 중금속이온 표준용액[Cu(NO3)2ㆍH2O, Junsei Chemical co. ltd] 에 초순수를 사용하여 1x 0-4M 농도의 중금속 인공폐수를 만들었다. 그 이후, 상기의 중금속 폐수를 50mL 원추형 폴리프로필렌 튜브(Falcon Co.)에 투입하고 이온세기(0.01M NaNO3)를 조절하여, 중금속 폐수를 초기 pH 5.0으로 조정하였다. 상기의 튜브에 본 발명에 의한 바이오 흡착제 0.1 g을 주입하고, 해그 로테이터(Hag rotator, FinePCR Co.)를 사용하여 30rpm 으로 회전시키면서 혼합 조건하에서 10~60분 동안 흡착 반응을 진행하였다. 그 다음, 0.45㎛ 멤브레인으로 여과한 후 여액을 4 ℃이하에서 냉장보관하면서 24시간 내로 여액 내의 잔여 중금속 이온의 농도를 ICP-AES(Perkins Elmer Optima 3000XL)를 이용하여 측정하였다. 그 측정결과를 도 5a에 나타내었다.
이어서, 납 중금속[Pb(Ⅱ)]에 대한 흡착성능을 확인하기 위하여, Pb 중금속이온 표준용액[Pb(NO3)2, Junsei Chemical co. ltd]에 초순수를 사용하여 1x 0-4M 농도의 중금속 인공폐수를 만들어 사용한 것을 제외하고, 그 이외에는 상기의 구리 중금속 흡착성능 실험과 동일하게 수행하였다. 그 측정결과를 도 5b에 나타내었다.
또한, 철 중금속[Fe(Ⅲ)]에 대한 흡착성능을 확인하기 위하여, Fe 중금속이온 표준용액[Fe(NO3)3, Junsei Chemical co. ltd]에 초순수를 사용하여 1x 0-4M 농도의 중금속 인공폐수를 만들어 사용하고, 중금속 폐수를 pH 4.0으로 조정하여 사용한 것을 제외하고, 그 이외에는 상기의 구리 중금속 흡착성능 실험과 동일하게 수행하였다. 그 측정결과를 도 5c에 나타내었다.
또한, 카드뮴 중금속[Cd(Ⅱ)]에 대한 흡착성능을 확인하기 위하여, Cd 중금속이온 표준용액[Cd(NO3)2ㆍ4H2O, Junsei Chemical co. ltd]에 초순수를 사용하여 1x 0-4M 농도의 중금속 인공폐수를 만들어 사용한 것을 제외하고, 그 이외에는 상기의 구리 중금속 흡착성능 실험과 동일하게 수행하였다. 그 측정결과를 도 5d에 나타내었다.
이와 같은 조건들에 의하여 측정된 결과는 아래와 같이 확인되었고, 이는 도 5a 내지 도 5d로 제시되었다.
도 5(a)는 pH 5 영역에서 주입농도 1 x 0-4M의 Cu(Ⅱ)에 대한 흡착 경향을 나타낸 그래프이다. 이는 본 발명에 의한 바이오 흡착제를 사용할 경우, 반응시간 60분을 기준으로 할 때, 흡착제 단위 당 1.22g의 Cu(Ⅱ) 중금속이 흡착되어 제거됨을 의미한다.
도 5(b)는 pH 5 영역에서 주입농도 1 x 0-4M의 Pb(Ⅱ)에 대한 흡착 경향을 나타낸 그래프이다. 이는 본 발명에 의한 바이오 흡착제를 사용할 경우, 반응시간 60분을 기준으로 할 때, 흡착제 단위 당 3.86g의 Pb(Ⅱ) 중금속이 흡착되어 제거됨을 의미한다.
도 5(c)는 pH 4 영역에서 주입농도 1x0-4M의 Fe(Ⅲ)에 대한 흡착 경향을 나타낸 그래프이다. 이는 본 발명에 의한 바이오 흡착제를 사용할 경우, 초기 반응시간 10분에서 100%의 제거율을 보여 다른 중금속에 비하여 우수한 흡착효율을 나타냈으며, 이러한 흡착율은 흡착제 단위 당 1.57g의 Fe(Ⅲ)이 흡착됨을 의미한다.
도 5(d)는 pH 5 영역에서 주입농도 1x0-4M의 Cd(Ⅱ)에 대한 흡착 경향을 나타낸 그래프이다. 이는 본 발명에 의한 바이오 흡착제를 사용할 경우, 반응시간 60분을 기준으로 할 때, 흡착제 단위 당 0.79g의 Cd(Ⅱ)을 중금속을 흡착제거함을 의미하는 것이다.
이와 같이, 본 발명은 피혁 제조과정 중의 한 단계인 크롬탄닌 이후 산업폐기물로 버려지는 고형 폐기물(Shaving scrap)을 중금속 이온 등의 흡착성능이 우수한 바이오 흡착제로 재 자원화할 수 있으므로, 친환경적이며 경제적으로도 매우 이익이 되는 바이오 흡착제가 될 것이다.
이상에서는 본 발명을 바람직한 실시예에 의거하여 설명하였으나, 이는 본 발명의 가장 바람직한 실시양태를 기재한 것일 뿐, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의해서 그 범위가 결정되어지고 한정되어진다.
또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 명세서의 기재내용에 의하여 다양한 변형 및 모방을 행할 수 있을 것이나, 이 역시 본 발명의 범위를 벗어난 것이 아님은 명백하다고 할 것이다.
Claims (6)
- 피혁의 제조공정에서 발생되는 고형폐기물을 수집하여 중화시키고, 중화된 고형폐기물을 식물성 탄닌이 함유된 피클 용액에 침지시키고, 상기 식물성 탄닌을 상기 고형폐기물 중의 콜라겐과 반응시키되,
고형폐기물(Shaving scrap) 100 중량%를 기준으로 물 200 중량%에 투입한 후, 포름산 나트륨 1 중량%를 20분간 혼합하고, 탄산수소나트륨 1.5 중량%를 3회에 걸쳐 30분씩 반응시키고, 그 이후 2시간을 추가 반응시킴으로써 pH 6.0으로 고정하여, 고형폐기물을 고정화시키는 단계와;
고정화 처리된 고형폐기물을 조직의 표면적을 극대화시키기 위하여 섬유조직을 풀어헤치고 미세하게 분말화시켜서 분말상의 바이오 흡착제를 제조하는 해섬 및 분말화 단계와;
상기 분말상의 바이오 흡착제와 나트륨 알지네이트(Na-alginate) 수용액을 혼합시키고, 그 혼합된 용액을 염화칼슘(CaCl2) 수용액에 투입하여 겔화시키고 고체화시켜 고형체를 제조하는 고형체 형성단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한 바이오 흡착제의 제조방법.
- 삭제
- 제 1항에 있어서,
상기의 고정화단계는 상기 중화된 고형폐기물 100 중량%를 기준으로 물 200 중량%에 투입한 후, 식물성 탄닌제(mimosa) 15 중량%를 포함하여 이루어지고, 그 이후 1 중량% 포름산을 30분간 반응시켜 진행하는 것을 특징으로 하는 바이오 흡착제의 제조방법.
- 제 1항에 있어서,
상기 해섬 및 분말화 단계는 식물성 탄닌이 고정화된 콜라겐의 섬유상 조직체를 건조시키고, 분쇄기로 분쇄하여 50㎛~100㎛의 크기로 분쇄하여 분말상의 바이오 흡착제를 제조함으로써 수행되고,
상기의 고형체 형성단계는 상기 분말상의 바이오 흡착제 20g 내지 40g을 기준으로 하여 1% 알지네이트(Na-alginate) 수용액 1L에 조금씩 투입하여 혼합되도록 하는 것을 특징으로 하는 바이오 흡착제의 제조방법.
- 제 1항에 있어서,
상기 고형체 형성단계는 상기 혼합된 용액을 정량펌프를 이용하여 일정한 유속을 유지한 가운데 5% 염화칼슘(CaCl2) 수용액 1L에 점적시켜 방치하는 것을 특징으로 하는 바이오 흡착제의 제조방법.
- 제 5항에 있어서,
상기 고형체 형성단계는 상기 수용액에 방치한 후, 환 형태의 고형체를 증류수로 수회 세척하고, 그 이후 100℃를 유지하여 건조시키는 것을 특징으로 하는 바이오 흡착제의 제조방법.
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Patent Citations (3)
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| US6989102B1 (en) | 1997-07-01 | 2006-01-24 | Samsung General Chemicals Co., Ltd. | Alginate gel based adsorbents for heavy metal removal |
| KR19990057014A (ko) * | 1997-12-29 | 1999-07-15 | 유현식 | 활성탄을 함유한 알긴산겔 수처리제 및 그 제조방법 |
| KR20110001249A (ko) * | 2009-06-30 | 2011-01-06 | (주)선진환경 | 동물 원피의 콜라겐을 이용한 바이오 흡착제의 제조방법 및 그 바이오 흡착제 |
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