KR101461414B1

KR101461414B1 - 테트라뷰톡시실란을 포함하는 표면 개질 활성탄, 그 제조방법 및 이를 포함하는 미생물 흡착제

Info

Publication number: KR101461414B1
Application number: KR1020130011307A
Authority: KR
Inventors: 박재우; 안상우; 장준원; 조은경
Original assignee: 한양대학교 산학협력단
Priority date: 2013-01-31
Filing date: 2013-01-31
Publication date: 2014-11-14
Also published as: KR20140098945A

Abstract

본 발명은 활성탄의 표면에 결합되어 있는 테트라뷰톡시실란을 포함하는 표면 개질 활성탄에 관한 것으로서, 상기 활성탄의 표면에는 -Si-O-CH₃ 및 -Si-OH 작용기를 포함하는 것을 특징으로 하고, 본 발명에 따르면, 테트라뷰톡시실란으로 표면 개질된 활성탄을 이용해 오염물질 환경에서 장기간 체류가 가능하여 분해효율을 향상시키고, 저농도 및 고농도 염기계 유기용매 환경에서 미생물이 환경에 능동적으로 대처하여 분해 활성을 나타낼 수 있게 하는 효과가 있다.

Description

테트라뷰톡시실란을 포함하는 표면 개질 활성탄, 그 제조방법 및 이를 포함하는 미생물 흡착제{Surface modified activated carbon comprising tetrabutoxysilane, method for preparing the same and microbial adsorbent}

본 발명은 테트라뷰톡시실란(TBOS, tetrabutoxysilane)을 포함하는 표면 개질 활성탄에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 염소계 유기용매를 분해하는 미생물을 흡착할 수 있는 테트라뷰톡시실란으로 활성탄의 표면을 개질함으로써 고농도 및 저농도 염소계 유기용매로 오염된 환경에 활용이 가능하고, 장시간 지속적인 전자공여체를 공급할 수 있는 표면 개질 활성탄, 그 제조방법 및 이를 포함하는 미생물 흡착제에 관한 것이다.

염소계 유기용매는 지하수와 토양에서 검출되는 대표적 오염물질로 위해성이 크고, 혐기 조건에서 효과적으로 분해하는 경향을 보인다. 또한, 혐기성 미생물이 생분해할 수 있는 1차 기질을 공급하면 염소계 유기 용매를 분해하기 위한 효소가 작용하여 최종적으로 2차 기질인 염소계 유기 용매의 탈염소화를 통해 오염물질이 점차적으로 분해된다.

이와 같은 혐기성 상호대사를 진행하기 위해서는 혐기성 미생물이 쉽게 생분해할 수 있는 1차 기질이 필요하며, 1차 기질로는 메탄올(methanol), 아세테이트(acetate), 벤조네이트(benzonate) 및 글루코오스(glucose) 등 여러 가지가 있으나, 이들 중 아세테이트(acetate)가 가장 효과적인 것으로 알려져 있다.(박대원, 정진영, 정윤철. 1994. 대한환경공학회지. 16, 23-29., Sung. Y, K.M. Ritalahti, R.A. Sanford, J.W. Urbance, S.J. Flynn, J.M. Tiedje and P.E. Loffler. 2003. Appl. Environ. Microbiol. 69, 2964-2974.)

이러한, 생물학적 탈염소화 과정은 수소, 아세테이트, 락테이트 및 저급 유기산을 전자공여체로 전자를 공급받아 치환이 되지만, 혐기성 미생물에 의한 분해가 서서히 점차적으로 진행되기 때문에 장기적인 1차 기질의 제공이 필요하다.

이런 1차 기질들 중 테트라뷰톡시실란(TBOS, tetrabutoxysilane)은 Slow Release Substrate(이하, ‘SRS’라 칭하기도 한다.)에 속한 물질로서, 수용해도가 낮아 대수층에서 천천히 용해되고 쉽게 흘러가지 않기 때문에, 장시간 동안 지속적으로 전자공여체의 공급이 가능하다.

하지만, SRS의 가수분해 및 미생물의 1차 기질로 활용하기 위해서는 더 장시간의 체류시간이 필요하며, 고농도 염소계 유기용매 환경에서 적용성에 한계를 가지며, 저농도의 염소계 유기용매 환경에서는 미생물의 활성이 낮아지는 문제가 있다.

이를 해결하기 위하여 본 발명자들은 활성탄을 이용해 장기간 체류가 가능하며, 저농도 염소계 유기용매 환경에서 유기용매의 흡착이 가능하고, 고농도 염소계 유기용매 환경에서 미생물의 1차 기질로 사용되어 능동적으로 대처할 수 있게 하는 물질을 개발하고자 하였다.

한국등록특허 KR 10-1124431 일본공개특허 JP 2003-226512 한국공개특허 KR 2005-0061758

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 염소계 유기용매를 효과적으로 분해하기 위하여 미생물 혐기적 조건에서 장기적인 전자공여체를 공급하고, 유기용매의 농도변화에 능동적으로 대처가 가능한 기질로써 테트라뷰톡시실란을 포함하는 표면개질 활성탄의 제조방법을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상기 특징을 갖는 표면 개질 활성탄을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상기 표면 개질 활성탄을 포함하는 미생물 흡착제를 제공하는 것이다.

본 발명은 상기 과제를 달성하기 위하여, (a) 활성탄을 증류수로 세척하고 건조하는 단계, (b) 상기 세척된 활성탄을 황산 용액으로 처리하여 활성탄 표면에 산소 작용기를 생성하는 단계 및 (c) 상기 산소 작용기가 표면에 생성된 활성탄을 테트라뷰톡시실란(TBOS, tetrabutoxysilane)으로 개질하는 단계를 포함하는 표면 개질 활성탄의 제조방법을 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 (b) 단계는 1-2 N의 황산용액에 상기 황산용액 100 중량부 기준 20-40 중량부의 활성탄을 침지한 후, 150-300 ℃에서 수행하는 것일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 (c) 단계는 0.01-0.06 몰의 테트라뷰톡시실란을 메탄올에 녹인 용액에 상기 용액 100 중량부 기준 5-15 중량부의 활성탄을 넣고 300-350 rpm으로 20-30 시간 동안 교반하는 것일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 (b) 단계 이후에 표면에 산소 작용기를 생성된 활성탄을 증류수로 세척한 후에 150-300 ℃에서 20-30 시간 동안 건조하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 (c) 단계 이후에 테트라뷰톡시실란으로 개질된 활성탄을 25-35 ℃에서 1-5 시간 동안 건조하는 단계를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 과제를 달성하기 위하여, 활성탄 및 상기 활성탄의 표면에 결합되어 있는 테트라뷰톡시실란을 포함하는 표면 개질 활성탄을 제공하고, 상기 활성탄의 표면에는 -Si-O-CH₃ 및 -Si-OH 작용기를 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 개질 활성탄을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 과제를 달성하기 위하여, 상기 표면 개질 활성탄을 포함하는 미생물 흡착제를 제공하고, 상기 미생물은 염소계 유기용매를 공대사 작용이나 대사 작용으로 분해할 수 있는 슈도모나스(Pseudomonas sp.), 지오박터(Geobacter sp.) 데할로코코이데스(Dehalococcoides sp.), 데설피토박테리움(Desulfitobacterium sp.), 데설포비브리오(Desulfovibrio sp.), 스피로캐타(Spirochaeta sp.), 언에어로무사(Anaeromusa sp.), 펠로박터(Pelobacter sp.) 및 언에어로비브리오(Anaer ovibrio sp.) 중에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 표면 개질 활성탄에 결합된 테트라뷰톡시실란은 가수분해되어 1-부탄올을 생성하고, 상기 1-부탄올은 흡착되는 미생물에 의해서 발효되어 뷰티레이트와 아세테이트를 생성하여 전자 공여체가 되는 것일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 전자 공여체에 의해서 염소계 유기 용매를 분해하는 것일 수 있다.

본 발명에 따른 테트라뷰톡시실란을 포함하여 표면 개질된 활성탄은 오염물질 환경에서 장기간 체류가 가능하여 미생물의 흡착 및 이로 인한 오염물질의 분해효율을 향상시키고, 저농도 뿐만 아니라, 고농도 염소계 유기용매 환경에서도 흡착된 미생물이 환경에 능동적으로 대처하여 분해 활성을 나타낼 수 있게 하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 테트라뷰톡시실란을 포함하는 표면 개질 활성탄의 제조방법을 나타낸 개략도이다.
도 2a는 활성탄의 표면을 촬영한 전계방출주사전자현미경(FE-SEM) 사진이다.
도 2b는 본 발명에 따른 테트라뷰톡시실란을 포함하는 표면 개질 활성탄의 표면을 촬영한 전계방출주사전자현미경(FE-SEM) 사진이다.
도 3a는 활성탄에 대해서 에너지 분산형 X선 분석장치(EDS)로 측정한 그래프이다.
도 3b는 본 발명에 따른 테트라뷰톡시실란을 포함하는 표면 개질 활성탄에 대한 에너지 분산형 X선 분석장치(EDS)로 측정한 그래프이다.
도 4는 테트라뷰톡시실란을 포함하는 표면 개질 활성탄(TAC)과 활성탄(AC)의 적외선 분광 광도기(FT-IR)로 측정한 그래프이다.
도 5는 테트라뷰톡시실란을 포함하는 표면 개질 활성탄(TAC)과 활성탄(AC)의 열 중량 분석기(TGA)로 측정한 그래프이다.
도 6은 테트라뷰톡시실란 표면 개질 활성탄의 제조방법 중 표면 개질 단계에서 테트라뷰톡시실란의 농도와 부착율을 나타내는 총유기탄소 전환율 그래프이다.
도 7은 가수분해 시간에 따른 테트라뷰톡시실란(TBOS) 농도와 부산물(BtOH, 1-butanol)의 상관관계를 나타낸 그래프이다.
도 8은 테트라뷰톡시실란 표면 개질 활성탄과 활성탄에서 슈도모나스(Pseudomonas sp.) 농도별 생장속도를 나타낸 그래프이다.
도 9a는 슈도모나스 건조중량대비 2 mg/L와 활성탄을 12 시간 배양한 후 활성탄의 표면을 촬영한 SEM 사진이다.
도 9b는 슈도모나스 건조중량대비 2 mg/L와 테트라뷰톡시실란 표면 개질 활성탄을 12 시간 배양한 후 활성탄의 표면을 촬영한 SEM 사진이다.

본 발명은 염소계 유기물질을 분해하는 미생물의 흡착율을 높이고, 오염물질의 분해효율을 향상 할 수 있는 테트라뷰톡시실란 표면 개질 활성탄 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 테트라뷰톡시실란을 포함하는 표면 개질 활성탄의 제조방법에 대한 개략도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 테트라뷰톡시실란 표면 개질 활성탄은 삼천리(주)에서 구매한 SPS-100이라는 활성탄 분말을 증류수로 세척하고 건조한 후, 테트라뷰톡시실란을 표면 개질하기 위한 전처리과정으로서, 상기 세척된 활성탄의 표면에 산소 작용기를 처리한다.

상기 활성탄 분말을 세척하는 단계는 활성탄에 존재하는 불순물을 제거하는 과정으로서 증류수를 이용하여 세척할 수 있으나 불순물을 제거할 수 있다면 이에 제한되지 않는다.

이를 위해 상기 세척된 활성탄을 상온에서 1-2 N 황산용액 100 중량부 기준 20-40 중량부의 활성탄을 침지한 후, 150-300 ℃에서 20-30 시간 동안 반응시킨 후, 산소 작용기가 생성된 활성탄을 20-30 시간 동안 증류수로 세척 후, 150-300 ℃에서 20-30 시간 동안 건조하는 과정을 포함한다.

상기 산소 작용기가 생성된 활성탄을 0.01-0.06 몰의 테트라뷰톡시실란을 메탄올에 녹인 용액에 상기 용액 100 중량부 기준 5-15 중량부의 활성탄을 넣고 300-350 rpm으로 20-30 시간 동안 교반하는 과정을 거쳐 제조된다.

이와 같이, 표면 개질된 활성탄의 테트라뷰톡시실란의 합성효율을 더욱 향상시키기 위한 측면에서, 상기 표면 개질된 활성탄을 25-35 ℃에서 1-5 시간 동안 건조하여 불순물을 제거하는 과정을 추가로 포함할 수 있다.

또한, 상기 제조과정을 통해 제조된 테트라뷰톡시실란 표면개질 활성탄의 공기 중의 수분 흡수 방지 및 건조를 위해서 데시케이터에 보관할 수 있다.

본 발명은 또한 상기 활성탄의 표면에 결합되어 있는 테트라뷰톡시실란을 포함하는 표면 개질 활성탄으로서, -Si-O-CH₃ 및 -Si-OH 작용기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

도 2a는 활성탄 분말의 표면 사진이며, 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 활성탄이다. 상기 도면에 나타난 바와 같이 세척한 활성탄 분말의 표면에 비해 테트라뷰톡시실란 표면 개질 활성탄은 그 표면에 테트라뷰톡시실란이 결합되어 표면이 거칠고 기공이 덮여 있는 것을 관찰할 수 있다.

상기 제조방법을 통해 제조된 테트라뷰톡시실란 표면 개질 활성탄의 미생물 흡착 물질로써 결합된 테트라뷰톡시실란(TBOS, tetrabutoxysilane)은 Slow Release Substrate로써 점성이 높고 분해되는 속도가 매우 느려서 혐기성 조건에서도 미생물의 1차 기질로써 장기간 미생물이 염소계 유기 용매를 분해할 수 있는 전자를 제공하며, 테트라뷰톡시실란이 용출되어 주변 지역의 미생물 활성도를 높이고, 장기간 주변지역과 활성탄 내의 미생물의 영양공급이 가능하다.

본 발명에서 사용하는 테트라뷰톡시실란은 서서히 가수분해되어 1-부탄올을 생성하고, 상기 1-부탄올은 흡착되는 미생물에 의해서 발효되어 뷰티레이트와 아세테이트를 생성하여 전자 공여체가 되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 발효로 발생되는 전자를 이용하여 혐기 조건의 환경에서 염소계 유기 용매의 분해할 수 있는 것을 특징으로 하는 미생물 흡착제를 제공한다.

상기 미생물은 대사 작용 또는 공대사 작용으로 염소계 유기 용매를 분해할 수 있는 것으로서, 슈도모나스(Pseudomonas sp.), 지오박터(Geobacter sp.) 데할로코코이데스(Dehalococcoides sp.), 데설피토박테리움(Desulfitobacterium sp.), 데설포비브리오(Desulfovibrio sp.), 스피로캐타(Spirochaeta sp.), 언에어로무사(Anaeromusa sp.), 펠로박터(Pelobacter sp.) 및 언에어로비브리오(Anaer ovibrio sp.) 중에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 한다.

특히, 후술하는 본 발명의 일 실시예에서는 공대사 작용을 하는 슈도모나스 세파시아 G4를 사용하였으며, 슈도모나스 세파시아 G4는 1차 기질로서 톨루엔을 사용하여 톨루엔 모노 옥시겐네이즈(toulene mono-oxyganase)를 생성하여 염소계 유기용매를 분해할 수 있으며, 테트라뷰톡시실란이 가수분해되어 생성되는 부탄올도 기질로써 활용이 가능하다.

이하, 도면, 실시예 및 시험예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 그러나 이들 실시예 및 시험예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이에 의하여 제한되지 않는다는 것은 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.

실시예 1

활성탄 분말 20 g을 증류수로 세척 및 건조 처리하여 1-2 N 황산 용액 100-200 mL에 활성탄을 150-300 ℃에서 20-30 시간 동안 반응 한 후, 증류수로 세척하고 150-300 ℃에서 20-30 시간 동안 건조하여 활성탄 표면에 산소작용기를 생성하였다.

상기 황산 용액으로 처리한 활성탄을 0.01-0.03 몰 테트라뷰톡시실란을 포함하는 메탄올 용액 300 mL에 넣고, 300-350 rpm으로 20-30 시간 동안 교반한 후, 건조하여 테트라뷰톡시실란 표면 개질 활성탄을 얻었다.

실시예 2

테트라뷰톡시실란의 농도를 0.03-0.05 몰로 조절한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여 테트라뷰톡시실란 표면 개질 활성탄을 얻었다.

실험예 1

상기 실시예 1에 따라 제조된 본 발명의 표면 개질 활성탄과, 일반 활성탄(비교예 1)을 에너지 분산형 X선 분석장치(EDS)로 측정하고 그 결과를 하기 [표 1], [표 2], 도 3a 및 도 3b에 나타내었다.

[표 1]은 비교예 1을 에너지 분산형 X선 분석장치(EDS)로 측정한 비교예 1의 원소 함유량을 나타낸 표이며, [표 2]는 실시예 1을 에너지 분산형 X선 분석장치(EDS)로 측정한 실시예 1의 원소 함유량을 나타낸 표이다.

하기 도 3a, 도 3b와 [표 1] 및 [표 2]에 나타난 바와 같이 테트라뷰톡시실란을 이용한 활성탄의 표면 개질여부에 따라 에너지 분산형 X선 분석장치(EDS)의 측정 결과, 비교예 1의 Si 함유량 0.05%에 비해 실시예 1의 Si 원소 함유량은 5.51%로 상기 제조 과정을 통해 테트라뷰톡시실란이 표면 개질되어 Si 함유량이 증가한 것으로 확인되었다.

실험예 2

상기 실시예 1에 따라 제조된 본 발명의 표면 개질 활성탄과, 일반 활성탄(비교예 1)을 적외선 분광 광도기(FT-IR)로 측정하고, 그 결과를 하기 도 4에 나타내었다.

실시예 1과 비교예 1의 FT-IR 분석결과에 따르면 도 4의 실시예 1 결과에서만 -Si-OH 작용기를 나타내는 3800-3200 ㎝^-1그래프와 -Si-O-CH₃ 작용기를 나타내는 1150-1250 ㎝^-1그래프의 분포를 확인하였다.

이를 통해 본 발명에 따른 실시예 1의 활성탄 표면에 -Si-OH 작용기와 Si-O-CH₃ 작용기의 생성된 것을 알 수 있고, 이로부터 테트라뷰톡시실란으로 표면 개질되었음을 알 수 있다.

실험예 3

상기 실시예 1로 제조한 활성탄의 열 중량 분석기(TGA)로 측정하고, 그 결과를 도 5에 나타내었다.

도 5에 나타난 바와 같이, 테트라뷰톡시실란의 끓는점인 275 ℃에서 실시예 1의 중량감소가 이루어지는 것을 확인하였으며, 이는 활성탄에 테트라뷰톡시실란이 잘 분포되어 있는 것으로 확인되었다.

실험예 4

실시예 1, 실시예 2에서 제조한 활성탄의 표면에 부착된 테트라뷰톡시실란의 표면 개질 양을 파악하기 위하여 총 유기 탄소(TOC, Total organic carbon) 측정을 실시하였다.

우선, 실시예 1, 2에서 사용된 각각의 테트라뷰톡시실란의 농도에서 테트라뷰톡시실란이 전부 1-부탄올로 가수분해 될 때 생성되는 총 유기 탄소의 양을 산정하고, 실시예 1, 2로 제조된 시료를 30일간의 가수분해를 통해 생성된 총 유기 탄소의 양을 측정하여 실시예 1, 2으로 제조된 활성탄의 표면에서 가수분해 되는 테트라뷰톡시실란 양을 하기 [수학식 1]을 통해 계산하여 그 결과를 [표 3]과 도 6에 나타내었다.

[수학식 1]

상기 [표 3]에서, TOC는 TBOS가 전량 부탄올로 가수분해 되었을 때를 가정한 것으로서, 즉 4 몰의 부탄올이 16 몰의 이산화탄소를 생성하는데, TOC는 산화되었을 때의 이산화탄소의 양으로서 각각 21.12, 35.2 g/L이고, 이는 상기 [수학식 1]을 통해서 계산된 값이다.

또한, TAC가 가수분해되면서 수용액상에 방출되는 부탄올을 TOC로 측정하면 그 양은 각각 6.82, 4.25 g/L로서 가수분해된 양이며, 이것이 가수분해율이 된다.

상기 [표 3]과 도 6에서 나타난 바와 같이, 활성탄의 표면 개질을 위한 테트라뷰톡시실란의 농도별 실시예 1, 2의 경우 메탄올용액에 녹인 테트라뷰톡시실란의 농도가 0.03-0.05 몰보다 0.01-0.03 몰이 활성탄에 대한 테트라뷰톡시실란의 가수분해율이 2배 이상 높음을 확인할 수 있다.

실험예 5 내지 7

(1) 실험예 5

상기 실시예 1을 통해 제조된 테트라뷰톡시실란 표면 개질 활성탄과 40 mL 기본 염 배지(BSM, Basal salt medium)에 수도모나스(Pseudomonas sp.)를 건조 중량 대비 2 mg/L로 접종하여 12시간 배양하였다.

(2) 실험예 6

수도모나스(Pseudomonas sp.)를 건조 중량 대비 4 mg/L로 조절한 것을 제외하고는 상기 실험예 5와 동일한 방법으로 실시하였다.

(3) 실험예 7

수도모나스를 건조 중량 대비 6 mg/L로 조절한 것을 제외하고는 상기 실험예 5와 동일한 방법으로 실시하여 얻었다.

(4) 비교 실험예 1

일반 활성탄(비교예 1)과 40 mL 기본 염 배지(BSM, Basal salt medium)에 수도모나스(Pseudomonas sp.)를 건조 중량 대비 2 mg/L로 접종하여 12시간 배양하였다.

(5) 비교 실험예 2

수도모나스를 건조 중량 대비 4 mg/L로 조절한 것을 제외하고는 상기 비교 실험예 1과 동일한 방법으로 실시하였다.

(6) 비교 실험예 3

수도모나스를 건조 중량 대비 6 mg/L로 조절한 것을 제외하고는 상기 비교 실험예 1과 동일한 방법으로 실시하여 얻었다.

상기 실험예 5와 비교 실험예 1의 미생물 흡착 정도를 비교하기 위해 SEM을 통해 활성탄의 표면을 비교하였고, 그 결과를 하기 도 9a 및 도 9b에 나타내었다.

도 9a는 비교 실험예 1의 미생물이 부착된 활성탄 표면 사진으로서 미생물 부착량 1.75%으로 측정되었다.

이에 비해, 도 9b는 실험예 5의 미생물이 부착된 활성탄 표면 사진의 미생물 부착량은 18.46%으로서, 비교 실험예 1에 비해 약 10배 향상된 것으로 측정되어 테트라뷰톡시실란 표면 개질 활성탄에서 미생물 흡착률이 더 우수함을 확인할 수 있다.

또한, 실험예 5 내지 7, 비교 실험예 1 내지 3으로 제조된 시료들에서 각 발효과정을 통한 미생물 생장속도를 확인하기 위해 OD 600 nm와 건조중량을 측정하였으며, 그 결과를 하기 [표 4]와 도 8에 나타내었다.

상기 실험예 5 내지 7에서의 슈도모나스의 생장속도는 테트라뷰톡시실란 표면 개질된 활성탄에서 방출되는 테트라뷰톡시실란으로 인하여 미생물 건조중량과 무관하게 약 0.7 mg/day의 생장속도로 측정되었으나, 비교 실험예 1 내지 3의 경우 미생물 기질인 탄소원의 부족으로 인하여 슈도모나스의 생장제한요인으로 작용하였고, 비교 실험예 3에서는 - 0.3 mg/day로 수도모나스의 생장이 내생호흡 단계로 접어든 것으로 판단된다.

이와 같이, 테트라뷰톡시실란으로 표면 개질 되지 않은 활성탄에서는 각 건조중량에 반비례하게 생장속도가 측정되어 테트라뷰톡시실란이 미생물의 기질로써 작용함을 확인하였다.

따라서, 본 발명에 따른 테트라뷰톡시실란을 포함하는 표면 개질 활성탄은 유용한 미생물 흡착제로 활용이 가능하고, 이를 통하여 흡착된 미생물에 의해서 가수분해되는 테트라뷰톡시실란이 전자공여체 기질로 작용하여 염소계 유기 용매를 분해할 수 있다.

Claims

(a) 활성탄을 증류수로 세척하고 건조하는 단계;
(b) 상기 세척된 활성탄을 황산 용액으로 처리하여 활성탄 표면에 산소 작용기를 생성하는 단계; 및
(c) 상기 산소 작용기가 표면에 생성된 활성탄을 테트라뷰톡시실란(TBOS, tetrabutoxysilane)으로 개질하는 단계;를 포함하고,
상기 (b) 단계는 1-2 N의 황산용액에 상기 황산용액 100 중량부 기준 20-40 중량부의 활성탄을 침지한 후, 150-300 ℃에서 수행하는 것을 특징으로 하는 표면 개질 활성탄의 제조방법.
삭제
제1항에 있어서,
상기 (c) 단계는 0.01-0.06 몰의 테트라뷰톡시실란을 10-500 ml의 메탄올에 녹인 용액에 상기 용액 100 중량부 기준 5-15 중량부의 활성탄을 넣고 300-350 rpm으로 20-30 시간 동안 교반하는 것을 특징으로 하는 표면 개질 활성탄의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 (b) 단계 이후에 표면에 산소 작용기를 생성된 활성탄을 증류수로 세척한 후에 150-300 ℃에서 20-30 시간 동안 건조하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 개질 활성탄의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 (c) 단계 이후에 테트라뷰톡시실란으로 개질된 활성탄을 25-35 ℃에서 1-5 시간 동안 건조하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 개질 활성탄의 제조방법.
활성탄; 및 상기 활성탄의 표면에 결합되어 있는 테트라뷰톡시실란(TBOS, tetrabutoxysilane)을 포함하는 표면 개질 활성탄으로서,
상기 활성탄의 표면에는 -Si-O-CH₃ 및 -Si-OH 작용기를 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 개질 활성탄.
제6항에 따른 표면 개질 활성탄을 포함하는 미생물 흡착제로서,
상기 미생물은 슈도모나스(Pseudomonas sp.), 지오박터(Geobacter sp.) 데할로코코이데스(Dehalococcoides sp.), 데설피토박테리움(Desulfitobacterium sp.), 데설포비브리오(Desulfovibrio sp.), 스피로캐타(Spirochaeta sp.), 언에어로무사(Anaeromusa sp.), 펠로박터(Pelobacter sp.) 및 언에어로비브리오(Anaer ovibrio sp.) 중에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 미생물 흡착제.
제7항에 있어서,
상기 표면 개질 활성탄에 결합된 테트라뷰톡시실란은 가수분해되어 1-부탄올을 생성하고, 상기 1-부탄올은 흡착되는 미생물에 의해서 발효되어 뷰티레이트와 아세테이트를 생성하여 전자 공여체가 되는 것을 특징으로 하는 미생물 흡착제.
제8항에 있어서,
상기 전자 공여체에 의해서 염소계 유기 용매를 분해하는 것을 특징으로 하는 미생물 흡착제.