KR101578621B1 - Flake type polymer adsorbent having high adsorption ability for metal ions and preparation method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 우수한 금속이온 흡착능을 가지는 플레이크 형태의 고분자 흡착제 및 그 제조방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a polymer adsorbent in the form of flakes having excellent metal ion adsorptivity and a process for producing the same.
현대 사회의 금속이온을 제거하는 기술은 급속도로 발달되고 있다. 가장 큰 이유를 두 가지로 나누어 보면, 첫 번째는 수질 오염으로 인한 미래의 음용할 수 있는 수질 자원이 줄고 있다는 것이다. 이는 곧 인류의 전쟁의 시발점이 되고 있기에, 수질 자원은 매우 심각한 시점이다. 그 두 번째는 과학 기술에 다량으로 사용되고 있는 폐수의 재활용 문제이다. 현재 광산 자원을 보유하고 있는 국가들은 자원 수출을 제한함으로써 과학기술의 발전을 저해하고 있고, 자원을 가지고 있지 않은 국가들에게 자원을 무기화함으로써 위협하고 있다. 그래서 많은 금속이온 제거기술이 발달되고 있는데, 예를 들어 용매 추출(Solvent Extraction), 이온 교환(Ion Exchange), 약품 침전(Chemical Precipitation), 막 여과(Membrane Filtration), 응집-응결(Coagulation-Flocculation), 흡착(Adsorption) 등이 대표적이며, 이중에서도 경제적으로 그리고 환경적으로 흡착기술이 산업적인 부분에서 매우 유리하다. 흡착은 물리적 흡착과 화학적 흡착으로 나누어 지는데, 물리적 흡착은 보통 반데르발스 현상에 기인하고, 화학적 흡착은 이온결합 및 배위결합 등 원자 또는 분자간 상호작용에 기인한다. 특히, 흡착기술은 농축되는 현상 때문에 많은 양을 처리할 수 있고 낮은 가격으로 상업화할 수 있다.The technology to remove metal ions in modern society is rapidly developing. The first reason is that there are fewer water resources available for future use due to water pollution. This is the beginning of the war of mankind, so water resources are a very serious point. The second problem is the recycling of wastewater, which is heavily used in science and technology. Currently, countries with mineral resources are hampering the development of science and technology by restricting resource exports and threatening to weaponize resources for countries that do not have resources. Therefore, many metal ion removal technologies have been developed, such as solvent extraction, ion exchange, chemical precipitation, membrane filtration, coagulation-flocculation, , Adsorption (Adsorption) are typical, and economical and environmental adsorption technology is very advantageous in industrial part. Adsorption is divided into physical adsorption and chemical adsorption. Physical adsorption is usually caused by Van der Waals phenomenon, and chemical adsorption is caused by atomic or intermolecular interactions such as ionic bonding and coordination bonding. In particular, the adsorption technique can treat large amounts due to the phenomenon of concentration and can be commercialized at a low price.
기존의 흡착제는 대부분 무기계 흡착제인데, 무기계 흡착제의 경우 흡착에 많은 시간이 소용되고, 길게는 1주일 이상 걸린다. 하기 표 1은 기존 유기계 흡착제의 종류, 구조, 타겟, 용량을 나타낸 것이다. 표 1에 예시된 대부분의 유기계 흡착제는 흡착 용량이 낮고, 일부 높은 흡착 용량을 갖는 재료의 경우 대량 합성이 어려운 단점이 있다.Conventional adsorbents are mostly inorganic adsorbents. In the case of inorganic adsorbents, much time is spent on adsorption, and it takes longer than a week. Table 1 below shows the types, structures, targets and capacities of conventional organic adsorbents. Most of the organic adsorbents exemplified in Table 1 have a low adsorption capacity, and in the case of a material having a high adsorption capacity, mass synthesis is difficult.
CdNi,
CD
62.9 mg/g29.4 mg / g
62.9 mg / g
mmolmetal/
mmolCOOH 0.41
mmol metal /
mmol COOH
Zn,
CrCu,
Zn,
Cr
9.9 mg/g,
6.8 mg/g38 mg / g,
9.9 mg / g,
6.8 mg / g
고용량 흡착제의 합성기술은 다양한 방법으로 상기 표 1과 같이 진행되었다. 그러나, 기존의 관능기 도입을 위한 표면 개질 기술은 고용량 흡착물성을 맞추지 못하고 있는 실정이며, 또한 흡착 성능 저하로 인해 흡착 효율이 낮고, 친환경적이지 못하다는 문제가 있다. 관능기 도입을 위한 표면 개질 기술은 고용량 흡착물성을 맞출 수 없기 때문에, 원래의 흡착제가 다양한 관능기를 포함하는 것이 용량 증대 측면뿐만 아니라, 다양한 금속을 흡착할 수 있다는 측면에서 유리하다. 또한, 고용량 흡착제를 위해서는 친수성 관능기를 많이 포함하고 있어야, 빠른 흡착이 가능하고 흡착 효율이 높으며, 환경적인 측면과 가격적인 측면에서도 유리할 수 있다.
The synthesis technique of the high-capacity adsorbent proceeded as shown in Table 1 in various ways. However, existing surface modification techniques for introducing functional groups have not been able to meet high-capacity adsorption properties, and the adsorption efficiency is low due to poor adsorption performance and is not environmentally friendly. Since the surface modification technique for introducing a functional group can not meet the high-capacity adsorption property, it is advantageous that the original adsorbent contains various functional groups in addition to the capacity increase side as well as the adsorption of various metals. In addition, for a high-capacity adsorbent, a large amount of hydrophilic functional groups must be contained, which enables quick adsorption, high adsorption efficiency, and can be advantageous in terms of environmental aspects and cost.
따라서, 본 발명의 목적은 금속이온에 대한 흡착성능이 우수하고 친환경적이면서 낮은 가격 경쟁력을 확보할 수 있는 플레이크 형태의 고분자 흡착제 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a flake-type polymeric adsorbent which is excellent in adsorption performance to metal ions and can be eco-friendly and low in price competitiveness, and a method for producing the same.
본 발명의 다른 목적은 상기 고분자 흡착제를 이용한 금속이온의 처리방법을 제공하는 것이다.
Another object of the present invention is to provide a method for treating metal ions using the polymer adsorbent.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해, 하기 화학식 1로 표시되는 고분자 흡착제를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a polymeric adsorbent represented by the following general formula (1).
[화학식 1][Chemical Formula 1]
상기 식에서, R1 및 R2는 각각 독립적으로 하기 화학식 2 내지 4 중에서 선택될 수 있다.In the above formula, R 1 and R 2 may each independently be selected from the following formulas (2) to (4).
[화학식 2](2)
[화학식 3](3)
[화학식 4][Chemical Formula 4]
상기 식에서, n은 1 내지 100, m은 1 내지 100, l은 1 내지 100, o는 1 내지 100, p는 1 내지 100, q는 1 내지 100일 수 있다.In the above formula, n may be 1 to 100, m may be 1 to 100, l may be 1 to 100, o may be 1 to 100, p may be 1 to 100, and q may be 1 to 100.
본 발명에 따른 고분자 흡착제의 분자량은 중량평균분자량(Mw)으로서 100 내지 20,000일 수 있고, 고분자 흡착제의 표면적은 1 내지 1,000 mg2g-1일 수 있으며, 고분자 흡착제는 수상에서 원래 부피보다 1 내지 100% 크게 팽윤할 수 있고, 고분자 흡착제는 플레이크(flake) 형태일 수 있다.The molecular weight of the polymeric adsorbent according to the present invention may be 100 to 20,000 in weight average molecular weight (Mw), the surface area of the polymeric adsorbent may be 1 to 1,000 mg 2 g -1 , 100% swellable, and the polymeric adsorbent may be in the form of a flake.
또한, 본 발명은 하기 화학식 5로 표시되는 제1모노머, 하기 화학식 6 내지 8 중에서 선택되는 제2모노머, 하기 화학식 9로 표시되는 가교제, 개시제, 용매를 포함하는 원료를 중합하는 단계를 포함하는 고분자 흡착제의 제조방법을 제공한다.The present invention also relates to a polymer comprising a first monomer represented by the following general formula (5), a second monomer selected from the following general formulas (6) to (8), and a starting material including a crosslinking agent, A method for producing an adsorbent is provided.
[화학식 5][Chemical Formula 5]
[화학식 6][Chemical Formula 6]
[화학식 7](7)
[화학식 8][Chemical Formula 8]
[화학식 9][Chemical Formula 9]
상기 식에서 n은 1 내지 100이다.In the above formula, n is 1 to 100.
본 발명에 따른 고분자 흡착제의 제조방법에서, 개시제는 암모늄 퍼설페이트이고, 용매는 물일 수 있다.In the process for preparing a polymeric adsorbent according to the present invention, the initiator may be ammonium persulfate and the solvent may be water.
본 발명에 따른 고분자 흡착제의 제조방법에서, 용매를 제외한 중합 원료 중에서 제1모노머의 함량은 1 내지 95 중량%, 제2모노머의 함량은 1 내지 95 중량%, 가교제의 함량은 0.5 내지 50 중량%, 개시제의 함량은 0.05 내지 30 중량%이고, 용매 대 나머지 중합원료의 중량 비율은 1:2 내지 1:50일 수 있다.In the method for producing a polymeric adsorbent according to the present invention, the content of the first monomer is 1 to 95% by weight, the content of the second monomer is 1 to 95% by weight, the content of the crosslinking agent is 0.5 to 50% by weight, , The content of the initiator is 0.05 to 30 wt%, and the weight ratio of the solvent to the remaining polymerization raw material may be 1: 2 to 1:50.
본 발명에 따른 고분자 흡착제의 제조방법에서, 제1모노머 대 제2모노머의 비율은 몰 비율로서 0.1 내지 10일 수 있다.In the process for preparing a polymeric adsorbent according to the present invention, the molar ratio of the first monomer to the second monomer may be 0.1 to 10.
본 발명에 따른 고분자 흡착제의 제조방법에서, 중합은 자유 라디칼 중합방법 및 용액 중합방법을 이용하여 수행될 수 있다.In the process for producing a polymer adsorbent according to the present invention, polymerization can be carried out using a free radical polymerization method and a solution polymerization method.
본 발명에 따른 고분자 흡착제의 제조방법은 중합이 완료된 후 합성된 고분자를 투석을 통해 여과하고 진공 건조하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.The method for preparing a polymeric adsorbent according to the present invention may further include a step of filtering the synthesized polymer after completion of polymerization through dialysis and vacuum drying.
본 발명에 따른 고분자 흡착제의 제조방법에서, 중합 분위기는 공기 또는 질소 분위기이고, 중합 온도는 40 내지 100℃이며, 중합 압력은 0.1 내지 10기압이고, 중합 시간은 1 내지 100시간일 수 있다.In the method for producing a polymeric adsorbent according to the present invention, the polymerization atmosphere is an atmosphere of air or nitrogen, the polymerization temperature is from 40 to 100 ° C, the polymerization pressure is from 0.1 to 10 atm, and the polymerization time is from 1 to 100 hours.
또한, 본 발명은 상술한 고분자 흡착제를 이용하여 금속이온을 흡착하는 단계를 포함하는 금속이온의 처리방법을 제공한다.The present invention also provides a method for treating metal ions comprising the step of adsorbing metal ions using the above-described polymer adsorbent.
본 발명에 따른 금속이온의 처리방법에서, 고분자 흡착제는 금속이온과 배위결합을 통하여 침전을 유도할 수 있다.In the method of treating metal ions according to the present invention, the polymeric adsorbent can induce precipitation through coordination bonding with metal ions.
본 발명에 따른 금속이온의 처리방법에서, 고분자 흡착제의 흡착 용량은 고분자 흡착제 1 g을 기준으로, 코발트의 경우 50 내지 300 mg/g, 팔라듐의 경우 100 내지 450 mg/g, 카드뮴의 경우 100 내지 1,200 mg/g일 수 있다.In the method of treating metal ions according to the present invention, the adsorption capacity of the polymeric adsorbent is preferably 50 to 300 mg / g in the case of cobalt, 100 to 450 mg / g in the case of palladium, 100 to 300 mg / 1,200 mg / g.
본 발명에 따른 금속이온의 처리방법에서, 고분자 흡착제는 1시간 이내에 최대 흡착 용량의 70 내지 100%까지 도달할 수 있다.In the method of treating metal ions according to the present invention, the polymeric adsorbent can reach 70 to 100% of the maximum adsorption capacity within 1 hour.
본 발명에 따른 금속이온의 처리방법에서, 금속이온의 농도는 0.01 내지 1 M일 수 있다.
In the method of treating a metal ion according to the present invention, the concentration of the metal ion may be 0.01 to 1 M.
본 발명에 따른 고분자 흡착제는 표면적이 넓고, 다양한 관능기를 포함하고 있으며, 친수성 관능기의 함량이 높다. 이에 따라, 본 발명에 따른 고분자 흡착제는 흡착량 및 흡착효율이 우수하고, 친환경적이면서 낮은 가격 경쟁력을 확보할 수 있다. 본 발명에 따른 고분자 흡착제는 정수처리, 폐수처리 등 수처리 분야에 적용될 수 있는데, 금속이온을 제거하는 기술은 수질오염으로 인해 음용 가능한 수질 자원의 감소, 및 폐수의 재활용 문제 등을 해결할 수 있다는 점에서 시장성이 높을 것으로 판단된다.
The polymeric adsorbent according to the present invention has a wide surface area, contains various functional groups, and has a high content of hydrophilic functional groups. Accordingly, the polymeric adsorbent according to the present invention has excellent adsorption amount and adsorption efficiency, and is environmentally friendly, and can secure a low price competitiveness. The polymeric adsorbent according to the present invention can be applied to water treatment such as water treatment and wastewater treatment. The technique of removing metal ion can solve the problem of reduction of the water resource that can be consumed due to water pollution and the recycling of wastewater We believe the marketability will be high.
도 1은 본 발명에 따른 수-팽윤성 고분자 흡착제를 이용하여 희금속을 회수하는 침전 메커니즘을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2는 자유 라디칼 중합방법을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 3은 용액 중합방법을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 4는 실시예에서 합성된 고분자 흡착제의 구조를 확인하기 위한 FT-IR 분석결과를 나타낸 것이다.
도 5는 실시예에서 제조한 (a) poly(AA-co-MAA), (b) poly(AA-co-DMAEMA), (c) poly(AA-co-NIPAM) 고분자 흡착제의 FE-SEM 이미지이다.
도 6은 실시예에서 제조한 poly(AA-co-DMAEMA)를 이용한 팔라듐 흡착시험에 대한 광학 현미경 이미지이다.
도 7은 제2모노머의 비율에 따른 세 가지 금속의 흡착 용량을 비교한 그래프이다.
도 8은 금속 농도에 따른 poly(AA-co-MAA)의 흡착 용량을 나타낸 그래프이다.
도 9는 각 금속에 대한 흡착 평형 곡선을 나타낸 그래프이다.1 schematically shows a sedimentation mechanism for recovering a noble metal using a water-swellable polymer adsorbent according to the present invention.
Figure 2 schematically shows a free radical polymerization process.
Fig. 3 schematically shows a solution polymerization method.
FIG. 4 shows FT-IR analysis results for confirming the structure of the polymeric adsorbent synthesized in the examples.
FIG. 5 is a FE-SEM image of the (a) poly (AA-co-MAA), (b) poly (AA-co-DMAEMA) and (c) poly to be.
6 is an optical microscope image of a palladium adsorption test using poly (AA-co-DMAEMA) prepared in Example.
7 is a graph comparing adsorption capacities of three metals according to the ratio of the second monomer.
8 is a graph showing the adsorption capacity of poly (AA-co-MAA) according to metal concentration.
9 is a graph showing the adsorption equilibrium curve for each metal.
이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.
고분자 흡착제Polymer adsorbent
본 발명에 따른 고분자 흡착제는 하기 화학식 1로 표시되는 고분자 흡착제이다.The polymeric adsorbent according to the present invention is a polymeric adsorbent represented by the following general formula (1).
[화학식 1][Chemical Formula 1]
상기 식에서, R1 및 R2는 각각 독립적으로 하기 화학식 2 내지 4 중에서 선택되고, 즉 R1 및 R2는 서로 같거나 다를 수 있다.In the above formula, R 1 and R 2 are each independently selected from the following formulas (2) to (4), that is, R 1 and R 2 may be the same or different from each other.
[화학식 2](2)
[화학식 3](3)
[화학식 4][Chemical Formula 4]
상기 식에서, n은 1 내지 100, m은 1 내지 100, l은 1 내지 100, o는 1 내지 100, p는 1 내지 100, q는 1 내지 100일 수 있다. 바람직하게는, n은 3 내지 80, m은 3 내지 80, l은 3 내지 80, o는 3 내지 80, p는 3 내지 80, q는 3 내지 80일 수 있다. 더욱 바람직하게는, n은 5 내지 70, m은 5 내지 70, l은 5 내지 70, o는 5 내지 70, p는 5 내지 70, q는 5 내지 70일 수 있다. 일 실시형태에 따르면, n, m, l, o, p, q 값은 10±5일 수 있다.In the above formula, n may be 1 to 100, m may be 1 to 100, l may be 1 to 100, o may be 1 to 100, p may be 1 to 100, and q may be 1 to 100. Preferably, n may be from 3 to 80, m is from 3 to 80, l is from 3 to 80, o is from 3 to 80, p is from 3 to 80, and q is from 3 to 80. More preferably, n may be from 5 to 70, m is from 5 to 70, l is from 5 to 70, o is from 5 to 70, p is from 5 to 70, and q is from 5 to 70. According to one embodiment, the value of n, m, l, o, p, q may be 10 5.
n, m, l, o, p, q 값이 너무 작으면, 합성된 고분자 흡착제가 고체상으로 형성되지 않고 점성을 갖는 액상 상태가 될 수 있다. 반대로, n, m, l, o, p, q 값이 너무 크면, 합성된 고분자 흡착제가 딱딱해져서 유동성이 저하되고, 캡슐(비드) 등으로 가공하기도 어려울 수 있다.If the values of n, m, l, o, p and q are too small, the synthesized polymer adsorbent can be in a liquid state having a viscosity without being formed as a solid. On the contrary, if the values of n, m, l, o, p and q are too large, the resultant polymeric adsorbent becomes hard and fluidity is lowered, and processing with capsules (beads) or the like may be difficult.
본 발명에 따른 고분자 흡착제는 그물망 네트워크 형상 구조를 갖는 플레이크(flake) 타입의 가지형 고분자 흡착제이다. 플레이크는 얇은 조각을 의미하는 것으로, 본 발명에 따른 고분자 흡착제를 육안으로 보면 솜처럼 섬유 형태로 보일 수 있다. 가지형은 곁사슬이나 그래프트를 의미하는 것으로, 예를 들어 화학식 1에서 위쪽이 주사슬이고 아래쪽이 곁사슬일 수 있다.The polymer adsorbent according to the present invention is a flake type branched polymer adsorbent having a network network structure. The flake means a thin piece, and the polymeric adsorbent according to the present invention can be seen visually as a cotton-like fiber form. A branch type means a side chain or a graft. For example, in Formula 1, the upper side may be the main chain and the lower side may be the side chain.
본 발명에 따른 고분자 흡착제의 분자량은 중량평균분자량(Mw)으로서 100 내지 20,000, 바람직하게는 300 내지 16,000, 더욱 바람직하게는 500 내지 12,000일 수 있다. 일 실시형태에 따르면, 고분자 흡착제의 분자량은 2,000±500일 수 있다. 고분자 흡착제의 분자량이 너무 작으면 액상 상태가 될 수 있고, 너무 크면 가공성이 저하될 수 있다.The molecular weight of the polymeric adsorbent according to the present invention may be 100 to 20,000, preferably 300 to 16,000, and more preferably 500 to 12,000 as the weight average molecular weight (Mw). According to one embodiment, the molecular weight of the polymeric adsorbent may be 2,000 500. If the molecular weight of the polymeric adsorbent is too small, it may be in a liquid phase state, while if it is too large, the workability may be deteriorated.
본 발명에 따른 고분자 흡착제는 넓은 표면적을 가지며, 구체적으로 본 발명에 따른 고분자 흡착제의 표면적은 1 내지 1,000 mg2g-1, 바람직하게는 10 내지 800 mg2g-1, 더욱 바람직하게는 50 내지 600 mg2g-1일 수 있다. 일 실시형태에 따르면, 고분자 흡착제의 표면적은 200 내지 300 mg2g-1일 수 있다. 표면적이 너무 작으면 흡착량이 감소할 수 있고, 너무 크면 내구성이 저하될 수 있다.The surface area of the polymeric adsorbent according to the present invention is 1 to 1,000 mg 2 g -1 , preferably 10 to 800 mg 2 g -1 , more preferably 50 to 1000 mg, 600 mg 2 g < -1 >. According to one embodiment, the surface area of the polymeric adsorbent can be 200 to 300 mg 2 g -1 . If the surface area is too small, the adsorption amount may be decreased, and if it is too large, the durability may be deteriorated.
본 발명에 따른 고분자 흡착제는 수상에서 팽윤성을 가지며, 구체적으로 본 발명에 따른 고분자 흡착제는 수상에서 원래 부피보다 1 내지 100%, 바람직하게는 5 내지 80%, 더욱 바람직하게는 10 내지 60% 크게 팽윤하는 팽윤성을 가질 수 있다. 일 실시형태에 따르면, 고분자 흡착제는 원래 부피보다 20%±5 크게 팽윤될 수 있다. 고분자 흡착제의 팽윤성이 너무 작으면 흡착속도가 느려질 수 있고, 너무 크면 핸들링 하기가 어려울 수 있다.The polymeric adsorbent according to the present invention has swelling property in water phase. Specifically, the polymeric adsorbent according to the present invention swells 1 to 100%, preferably 5 to 80%, more preferably 10 to 60% And the like. According to one embodiment, the polymeric adsorbent can swell 20% 5% larger than the original volume. If the swelling property of the polymer adsorbent is too small, the adsorption rate may be slowed, and if it is too large, handling may be difficult.
도 1은 본 발명에 따른 수-팽윤성 고분자 흡착제를 이용하여 희금속을 회수하는 침전 메커니즘을 개략적으로 나타낸 것으로, 본 발명에 따른 고분자 흡착제는 수상에서 팽윤한 그물망 네트워크 형태를 나타내고, 금속이온이 존재할 경우 금속이온과 배위결합을 통하여 침전을 유도할 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 고분자 흡착제는 흡착제로서 유용하게 사용될 수 있다.FIG. 1 schematically shows a sedimentation mechanism for recovering a rare metal using a water-swellable polymeric adsorbent according to the present invention. The polymeric adsorbent according to the present invention shows a mesh network swelling in an aqueous phase, It is possible to induce precipitation through coordination with ions. That is, the polymer adsorbent according to the present invention can be usefully used as an adsorbent.
본 발명에 따른 고분자 흡착제의 흡착 용량은 고분자 흡착제 1 g을 기준으로, 코발트의 경우 50 내지 300 mg/g, 바람직하게는 100 내지 300 mg/g일 수 있다. 팔라듐의 경우, 100 내지 450 mg/g, 바람직하게는 200 내지 450 mg/g일 수 있다. 카드뮴의 경우, 100 내지 1,200 mg/g, 바람직하게는 200 내지 1,200 mg/g일 수 있다. 고용량 이온교환수지는 200 내지 300 mg의 흡착능을 갖는다 점을 감안하면, 본 발명에 따른 고분자 흡착제는 흡착용량이 상당히 큰 것이라 할 수 있다.The absorption capacity of the polymeric adsorbent according to the present invention may be 50 to 300 mg / g, preferably 100 to 300 mg / g in the case of cobalt based on 1 g of the polymer adsorbent. In the case of palladium, it may be 100 to 450 mg / g, preferably 200 to 450 mg / g. In the case of cadmium, it may be 100 to 1,200 mg / g, preferably 200 to 1,200 mg / g. Considering that the high-capacity ion-exchange resin has an adsorption capacity of 200 to 300 mg, the adsorbent of the polymeric adsorbent according to the present invention can be said to have a considerably large adsorption capacity.
본 발명에 따른 고분자 흡착제는 1시간 이내, 바람직하게는 30분 이내, 더욱 바람직하게는 10분 이내에, 최대 흡착 용량의 70% 이상, 바람직하게는 80% 이상, 더욱 바람직하게는 90% 이상까지 도달할 수 있다.The polymeric adsorbent according to the present invention reaches 70% or more, preferably 80% or more, more preferably 90% or more of the maximum adsorption capacity within 1 hour, preferably within 30 minutes, more preferably within 10 minutes can do.
본 발명에 따른 고분자 흡착제는 용액에서 금속이 고농도로 존재할 때 더욱 효과적으로 금속을 흡착할 수 있다. 금속 농도는 0.01 내지 1 M, 바람직하게는 0.03 내지 0.5 M, 더욱 바람직하게는 0.05 내지 0.2 M일 수 있다.
The polymer adsorbent according to the present invention can more effectively adsorb metal when a metal is present in a high concentration in a solution. The metal concentration may be 0.01 to 1 M, preferably 0.03 to 0.5 M, more preferably 0.05 to 0.2 M.
고분자 흡착제 제조방법Method of producing polymer adsorbent
본 발명에 따른 고분자 흡착제의 제조방법은 하기 화학식 5로 표시되는 제1모노머, 하기 화학식 6 내지 8 중에서 선택되는 제2모노머, 하기 화학식 9로 표시되는 가교제, 개시제, 용매를 포함하는 원료를 중합하는 단계를 포함한다.The method for producing a polymeric adsorbent according to the present invention comprises polymerizing a raw material comprising a first monomer represented by the following general formula (5), a second monomer selected from the following general formulas (6) to (8), a crosslinking agent represented by the following general formula (9) .
[화학식 5][Chemical Formula 5]
[화학식 6][Chemical Formula 6]
[화학식 7](7)
[화학식 8][Chemical Formula 8]
[화학식 9][Chemical Formula 9]
상기 식에서 n은 1 내지 100이다.In the above formula, n is 1 to 100.
제1모노머로는 화학식 5의 화합물을 사용할 수 있다. 화학식 5의 화합물은 알릴아민(Allylamine, AA)이고, 베이스 수지(base resin)으로서 주사슬을 만들며, 아민 관능기를 갖는다. 용매를 제외한 중합 원료(제1모노머, 제2모노머, 가교제, 개시제) 중에서 제1모노머의 함량은 1 내지 95 중량%, 바람직하게는 10 내지 90 중량%, 더욱 바람직하게는 20 내지 80 중량%일 수 있다. 제1모노머의 양이 너무 적으면 제2모노머가 가지형이 되지 않을 수 있고, 너무 많으면 단독 중합체(homo polymer)가 생길 수 있다.As the first monomer, the compound of the formula (5) can be used. The compound of Chemical Formula 5 is Allylamine (AA), which forms a main chain as a base resin and has an amine functional group. The content of the first monomer in the polymerization raw materials excluding the solvent (first monomer, second monomer, crosslinking agent, initiator) is 1 to 95 wt%, preferably 10 to 90 wt%, more preferably 20 to 80 wt% . If the amount of the first monomer is too small, the second monomer may not be branched, and if it is too much, a homo polymer may be generated.
제2모노머로는 제1모노머와 이종의 모노머로서 다양한 관능기를 가지는 모노머를 선정할 수 있으며, 구체적으로 화학식 6 내지 8 중에서 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있다. 화학식 6의 화합물은 메타크릴산(Methacrylic acid, MAA)이고, 화학식 7의 화합물은 2-(디메틸아미노)에틸 메타크릴레이트(2-?(Dimethylamino)?ethyl methacrylate, DMAEMA)이며, 화학식 8의 화합물은 N-이소프로필아크릴아미드(N-Isopropylacrylamide, NIPAM)이다. 용매를 제외한 중합 원료 중에서 제2모노머의 함량은 1 내지 95 중량%, 바람직하게는 10 내지 90 중량%, 더욱 바람직하게는 20 내지 80 중량%일 수 있다. 제2모노머의 양이 너무 적으면 제2모노머가 가지형이 되지 않을 수 있고, 너무 많으면 단독 중합체가 생기거나 응집이 일어날 수 있다. 또한, 제1모노머 대 제2모노머의 비율은 몰 비율로서 0.1 내지 10, 바람직하게는 0.3 내지 5, 더욱 바람직하게는 0.5 내지 2일 수 있다. 제2모노머의 비율이 너무 적으면 흡착 용량이 감소할 수 있다. 제2모노머의 비율이 너무 많으면 흡착 용량을 증가할 수 있으나, 염기성이 되어 가공성이 저하될 수 있다.As the second monomer, monomers having various functional groups may be selected as the first monomer and the different monomers, and specifically, at least one selected from the formulas (6) to (8) can be used. The compound of
가교제로는 화학식 9의 화합물을 사용할 수 있다. 화학식 9의 화합물은 폴리(에틸렌 글리콜)디아크릴레이트(Poly(ethylene glycol)diacrylate, PEGDA)이며, 분자량(Mw)은 575±100일 수 있다. 가교제로서 PEGDA를 이용하여 물에서 팽윤 현상을 극대화할 수 있다. 용매를 제외한 중합 원료 중에서 가교제의 함량은 0.5 내지 50 중량%, 바람직하게는 1 내지 40 중량%, 더욱 바람직하게는 3 내지 30 중량%일 수 있다. 가교제의 양이 너무 적으면 가교가 되지 않을 수 있고, 너무 많으면 하이드로겔이 될 수 있다.As the crosslinking agent, the compound of the formula (9) can be used. The compound of Formula 9 may be poly (ethylene glycol) diacrylate (PEGDA), and the molecular weight (Mw) may be 575 ± 100. The swelling phenomenon in water can be maximized by using PEGDA as a crosslinking agent. The content of the crosslinking agent in the polymerization raw materials excluding the solvent may be 0.5 to 50 wt%, preferably 1 to 40 wt%, more preferably 3 to 30 wt%. If the amount of the crosslinking agent is too small, crosslinking may not be carried out, and if it is too large, hydrogel may be formed.
개시제로는 특별히 제한되지 않고, 예를 들어 암모늄 퍼설페이트(Ammonium persulfate, APS)를 사용할 수 있다. 용매를 제외한 중합 원료 중에서 개시제의 함량은 0.05 내지 30 중량%, 바람직하게는 0.1 내지 20 중량%, 더욱 바람직하게는 0.3 내지 10 중량%일 수 있다. 개시제의 양이 너무 적으면 반응이 진행되지 않을 수 있고, 너무 많으면 중합열을 조절하기 어려울 수 있다.The initiator is not particularly limited, and for example, ammonium persulfate (APS) may be used. The content of the initiator in the polymerization raw materials excluding the solvent may be 0.05 to 30% by weight, preferably 0.1 to 20% by weight, more preferably 0.3 to 10% by weight. If the amount of the initiator is too small, the reaction may not proceed, while if too large, the polymerization heat may be difficult to control.
용매로는 특별히 제한되지 않으나, 물을 사용하는 것이 바람직하다. 즉, 본 발명의 고분자 흡착제는 수상에서 중합되는 것이 바람직하다. 용매의 함량은 용매를 제외한 중합 원료(제1모노머, 제2모노머, 가교제, 개시제)의 총 중량 대비 2 내지 50배, 바람직하게는 5 내지 40배, 더욱 바람직하게는 8 내지 30배일 수 있다. 즉, 용매 대 나머지 중합원료의 중량 비율은 1:2 내지 1:50, 바람직하게는 1:5 내지 1:40, 더욱 바람직하게는 1:8 내지 1:30일 수 있다. 용매의 양이 너무 적으면 반응의 안정성이 저하될 수 있고, 너무 많으면 생산성이 저하될 수 있다.The solvent is not particularly limited, but water is preferably used. That is, the polymeric adsorbent of the present invention is preferably polymerized in the water phase. The content of the solvent may be 2 to 50 times, preferably 5 to 40 times, and more preferably 8 to 30 times the total weight of the polymerization raw materials (first monomer, second monomer, crosslinking agent, initiator) excluding the solvent. That is, the weight ratio of the solvent to the remaining polymerization material may be 1: 2 to 1:50, preferably 1: 5 to 1:40, more preferably 1: 8 to 1:30. If the amount of the solvent is too small, the stability of the reaction may be deteriorated, and if too large, the productivity may be deteriorated.
본 발명에서 중합은 자유 라디칼 중합방법 및 용액 중합법을 이용하여 수행되는 것이 바람직하다. 도 2는 자유 라디칼 중합방법을 개략적으로 나타낸 것으로, 라디칼 중합은 성장 중합체의 말단에 있는 원자가 유리전자 1개를 갖는 자유 라디칼 상태에서 진행되는 중합반응이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 라디칼 중합은 연쇄 개시반응, 연쇄 성장반응, 연쇄 정지반응 단계를 포함하며, 분자량의 조절이나 혼성 중합체 조성의 예측이 가능하다.In the present invention, the polymerization is preferably carried out using a free radical polymerization method and a solution polymerization method. Fig. 2 schematically shows a free radical polymerization method. In the radical polymerization, the atoms at the terminal of the growth polymer are polymerized in a free radical state having one free electron. As shown in FIG. 2, the radical polymerization includes a chain initiation reaction, a chain growth reaction, and a chain stop reaction step, and it is possible to control the molecular weight or predict the composition of the copolymer.
도 3은 용액 중합방법을 개략적으로 나타낸 것으로, 용액 중합은 모노머를 적당한 용제에 용해시켜 용액 상태에서 중합하게 하는 방법이다. 용액 중합은 중합계의 점성도를 낮추어 중합열을 제어하기 쉽게 하여 국부적인 발열이나 급격한 발열을 피할 수 있으며, 분자량의 조절 등이 쉽고, 촉매와 기타 첨가물 제거도 유리하며, 녹는점이 높은 모노머의 중합에 적합하다.Fig. 3 schematically shows a solution polymerization method. Solution polymerization is a method in which monomers are dissolved in an appropriate solvent to cause polymerization in a solution state. Solution polymerization reduces the viscosity of the polymerization system and makes it easy to control the heat of polymerization, thereby avoiding local heat generation or rapid heat generation. It is easy to control the molecular weight, is also advantageous in removing catalysts and other additives, Suitable.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따르면, 비반응성 용매에 용해된 모노머를 포함하는 수상 용액을 가열 중합하여 폴리머 용액을 형성한 후, 여과 및 증발을 통해 플레이크 형태의 고분자 흡착제를 얻을 수 있다. 여과는 투석에 의해 수행될 수 있고, 증발은 진공 건조에 의해 수행될 수 있다. 본 발명에서는 자유 라디칼 중합 방법을 이용하고, 그 중 용액 중합 방법을 도입하여 플레이크 타입의 가지형 고분자 흡착제를 합성할 수 있다. As shown in FIG. 3, according to the present invention, a polymer solution is formed by heating polymerization of an aqueous solution containing a monomer dissolved in a non-reactive solvent, followed by filtration and evaporation to obtain a polymer adsorbent in flake form . Filtration can be carried out by dialysis and evaporation can be carried out by vacuum drying. In the present invention, it is possible to synthesize a flaky type branched polymer adsorbent by using a free radical polymerization method and introducing a solution polymerization method therein.
본 발명에 따른 중합 반응은 하기 반응식과 같으며, 이에 따라 말단에 아민과 아크릴레이트로 관능화된 팽윤성 공중합체를 합성할 수 있다.The polymerization reaction according to the present invention is as shown in the following reaction formula, whereby a swellable copolymer functionalized with an amine and an acrylate at the terminal can be synthesized.
[반응식 1][Reaction Scheme 1]
중합 분위기는 공기 또는 질소 분위기일 수 있다. 중합 온도는 40 내지 100℃, 바람직하게는 50 내지 90℃, 더욱 바람직하게는 60 내지 80℃일 수 있다. 중합 압력은 0.1 내지 10기압, 바람직하게는 0.3 내지 5기압, 더욱 바람직하게는 0.5 내지 3기압일 수 있다. 중합 시간은 1 내지 100시간, 바람직하게는 5 내지 70시간, 더욱 바람직하게는 10 내지 40시간일 수 있다.
The polymerization atmosphere may be air or a nitrogen atmosphere. The polymerization temperature may be 40 to 100 占 폚, preferably 50 to 90 占 폚, more preferably 60 to 80 占 폚. The polymerization pressure may be 0.1 to 10 atm, preferably 0.3 to 5 atm, more preferably 0.5 to 3 atm. The polymerization time may be 1 to 100 hours, preferably 5 to 70 hours, more preferably 10 to 40 hours.
이하, 실시예를 통해 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of examples.
[실시예 1][Example 1]
폴리(Poly( 알릴아민Allylamine -코-메타크릴산)(- co-methacrylic acid) ( polypoly (( AAAA -- coco -- MAAMAA ) 흡착제의 제조) Preparation of adsorbent
250 ㎖ 반응기에 제1모노머로서 AA 4 g, 제2모노머로서 MAA 5 g, 가교제로서 PEGDA 0.5 g, 용매로서 증류수 130 ㎖를 투입한 후, 개시제로서 APS 0.2 g을 첨가함으로써, 자유 라디칼 중합 및 용액 중합 반응을 개시하였다. 중합은 질소 분위기, 상압의 압력 및 65℃의 온도 조건으로 1440분간 진행하였고, 중합이 완료된 후 투석을 통해 여과하고 진공 건조하여 플레이크 형태의 poly(AA-co-MAA) 흡착제를 제조하였다. 수율은 약 95%이었다. 제조된 poly(AA-co-MAA) 흡착제의 구조는 FT-IR(Fourier transform infrared spectroscopy)을 통해 확인하였고, 도 4에 그 데이터를 첨부하였다.
A 250 ml reactor was charged with 4 g of AA as a first monomer, 5 g of MAA as a second monomer, 0.5 g of PEGDA as a crosslinking agent and 130 ml of distilled water as a solvent and then adding 0.2 g of APS as an initiator, The polymerization reaction was initiated. The polymerization was carried out under a nitrogen atmosphere, a normal pressure and a temperature of 65 ° C for 1440 minutes. After completion of the polymerization, the poly (AA-co-MAA) adsorbent in flake form was prepared by filtration through dialysis and vacuum drying. The yield was about 95%. The structure of the prepared poly (AA-co-MAA) adsorbent was confirmed by Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR) and the data was attached in FIG.
[실시예 2][Example 2]
폴리(Poly( 알릴아민Allylamine -코-2-(디메틸아미노)- co-2- (dimethylamino) 에틸메타크릴레이트Ethyl methacrylate )() ( polypoly (( AAAA -- coco -- DMAEMADMAEMA ) 흡착제의 제조) Preparation of adsorbent
250 ㎖ 반응기에 제1모노머로서 AA 3 g, 제2모노머로서 DMAEMA 7 g, 가교제로서 PEGDA 0.6 g, 용매로서 증류수 130 ㎖를 투입한 후, 개시제로서 APS 0.2 g을 첨가함으로써, 자유 라디칼 중합 및 용액 중합 반응을 개시하였다. 중합은 질소 분위기, 상압의 압력 및 65℃의 온도 조건으로 1440분간 진행하였고, 중합이 완료된 후 투석을 통해 여과하고 진공 건조하여 플레이크 형태의 poly(AA-co-DMAEMA) 흡착제를 제조하였다. 수율은 약 90%이었다. 제조된 poly(AA-co-DMAEMA) 흡착제의 구조는 FT-IR을 통해 확인하였고, 도 4에 그 데이터를 첨부하였다.
A 250 ml reactor was charged with 3 g of AA as a first monomer, 7 g of DMAEMA as a second monomer, 0.6 g of PEGDA as a crosslinking agent and 130 ml of distilled water as a solvent and then adding 0.2 g of APS as an initiator, The polymerization reaction was initiated. The polymerization was carried out under a nitrogen atmosphere, a normal pressure and a temperature of 65 ° C for 1440 minutes. After completion of the polymerization, the polymer was filtered through dialysis and vacuum dried to prepare poly (AA-co-DMAEMA) adsorbent in flake form. The yield was about 90%. The structure of the prepared poly (AA-co-DMAEMA) adsorbent was confirmed by FT-IR, and the data was attached in FIG.
[실시예 3][Example 3]
폴리(Poly( 알릴아민Allylamine -코-N--Co-N- 이소프로필아크릴아미드Isopropyl acrylamide )() ( polypoly (( AAAA -- coco -- NIPAMNIPAM ) 흡착제의 제조) Preparation of adsorbent
250 ㎖ 반응기에 제1모노머로서 AA 7 g, 제2모노머로서 NIPAM 3 g, 가교제로서 PEGDA 0.6 g, 용매로서 증류수 130 ㎖를 투입한 후, 개시제로서 APS 0.1 g을 첨가함으로써, 자유 라디칼 중합 및 용액 중합 반응을 개시하였다. 중합은 질소 분위기, 상압의 압력 및 65℃의 온도 조건으로 1440분간 진행하였고, 중합이 완료된 후 투석을 통해 여과하고 진공 건조하여 플레이크 형태의 poly(AA-co-NIPAM) 흡착제를 제조하였다. 수율은 약 85%이었다. 제조된 poly(AA-co-NIPAM) 흡착제의 구조는 FT-IR을 통해 확인하였고, 도 4에 그 데이터를 첨부하였다.
A 250 ml reactor was charged with 7 g of AA as a first monomer, 3 g of NIPAM as a second monomer, 0.6 g of PEGDA as a crosslinking agent and 130 ml of distilled water as a solvent and then adding 0.1 g of APS as an initiator, The polymerization reaction was initiated. The polymerization was carried out under a nitrogen atmosphere, a normal pressure and a temperature of 65 ° C for 1440 minutes. After completion of the polymerization, the poly (AA-co-NIPAM) adsorbent in flake form was prepared by filtration through dialysis and vacuum drying. The yield was about 85%. The structure of the prepared poly (AA-co-NIPAM) adsorbent was confirmed by FT-IR, and the data was attached in FIG.
[시험예 1][Test Example 1]
팽윤성Swelling 고분자 흡착제의 형태 Form of polymer adsorbent
도 5는 실시예에서 제조한 (a) poly(AA-co-MAA), (b) poly(AA-co-DMAEMA), (c) poly(AA-co-NIPAM) 고분자 흡착제의 FE-SEM(field emission scanning electron microscope) 이미지이다. 이러한 합성된 고분자 흡착제의 표면 구조는 poly(AA-co-MAA) 및 poly(AA-co-DMAEMA)의 경우, 필름 형태로 얇은 막처럼 존재하기에 넓은 표면적을 가질 수 있으며, 이에 따라 우수한 용매 상호작용을 나타내어 회수율이 높다. poly(AA-co-NIPAM)의 경우, 바가지 주걱과 같은 구조로 물을 퍼올리는 것과 같은 화학적 흡착뿐만 아니라 물리적 흡착이 가능한 구조로 되어 있다.
FIG. 5 is a graph showing the FE-SEM (a) of the (a) poly (AA-co-MAA), (b) poly (AA-co- DMAEMA) and field emission scanning electron microscope. In the case of poly (AA-co-MAA) and poly (AA-co-DMAEMA), the surface structure of the synthesized polymer adsorbent has a large surface area because it exists like a thin film in a film form, And the recovery rate is high. In the case of poly (AA-co-NIPAM), the structure is capable of physically adsorbing as well as chemical adsorption, such as pouring water with a spatula-like structure.
[시험예 2][Test Example 2]
흡착시험Adsorption test
도 6은 실시예 2에서 제조한 poly(AA-co-DMAEMA)(제2모노머 비율 1.5)를 이용한 팔라듐 흡착시험에 대한 광학 현미경 이미지로서, 400배 확대한 것이다. (a)는 증류수에서 팽윤된 고분자 흡착제를 나타내고, (b) 및 (c)는 팔라듐 용액에 고분자 흡착제를 첨가한 후 각각 20초 및 60초 경과 후를 나타낸 것으로, 고분자 흡착제가 팔라듐을 흡착하여 침전을 형성함을 확인할 수 있다.FIG. 6 is an optical microscope image of a palladium adsorption test using poly (AA-co-DMAEMA) (second monomer ratio 1.5) prepared in Example 2 and magnified 400 times. (a) shows the polymer adsorbent swollen in distilled water, (b) and (c) show after 20 seconds and 60 seconds after the addition of the polymer adsorbent to the palladium solution, and the polymer adsorbent adsorbs palladium . ≪ / RTI >
도 7은 제2모노머의 몰 비율에 따른 세 가지 금속의 흡착 용량을 비교한 그래프로서, (a) 코발트(Co), (b) 팔라듐(Pd), (c) 카드뮴(Cd) 용액에서 이종 단량체의 함량에 따른 흡착능을 실험한 결과, 제2모노머의 비율이 높아질수록, 즉 이종 단량체의 기능기 함량이 높아질수록 높은 흡착능을 보였다. 특히, Cd의 경우 NIPAM 단량체를 공중합한 샘플(제2모노머 비율 1.5)은 1,000 mg까지 흡착능이 높아졌는데, 이러한 결과의 원인은 화학적인 결합뿐만 아니라 물리적인 흡착능이 크게 작용하였기 때문인 것으로 판단되었고, 이는 1회용 흡착제로도 가능함을 나타낸다. 이와 반대로, DMAEMA의 경우, 흡착능이 줄어드는 결과를 가져왔다. 참고로, 고용량 이온교환수지는 200 내지 300 mg의 흡착능을 갖는다.FIG. 7 is a graph comparing adsorption capacities of three metals according to the molar ratio of the second monomer, wherein (a) cobalt (Co), (b) palladium (Pd), and (c) cadmium As a result, the adsorption capacity was increased as the ratio of the second monomer was increased, that is, when the functional group content of the different monomer was increased. Particularly, in the case of Cd, a sample copolymerized with NIPAM monomer (ratio of the second monomer: 1.5) increased in adsorption capacity up to 1,000 mg. This result was attributed to the fact that not only the chemical bonding but also the physical adsorption ability were greatly influenced, Disposable adsorbent. Conversely, in the case of DMAEMA, the adsorption capacity was reduced. For reference, the high-capacity ion-exchange resin has an adsorption capacity of 200 to 300 mg.
도 8은 금속 농도에 따른 poly(AA-co-MAA)의 흡착 용량을 나타낸 그래프로서, 카드뮴 용액에서 poly(AA-co-MAA)(제2모노머 비율 1.5)의 흡착에 미치는 금속이온 농도의 영향을 조사한 것으로, (a)는 분산된 상태, (b)는 침전된 상태를 나타낸 것이다. 금속 농도에 따른 흡착능을 비교해 본 결과, 금속 농도가 0.04 M을 초과하면서부터 흡착용량이 급격히 증가하였고, 0.04 M과 0.06 M 사이에 임계 영역이 형성되었다. 0.06 M의 농도일 때 침전이 형성되면서 높은 흡착능을 가져왔으며, 우수한 용매 상호작용으로 인해 임계 농도가 낮아서 효율이 높았다. 이러한 결과를 통해, 본 발명에 따른 고분자 흡착제는 고농도의 금속을 함유하는 폐수용액에 활용도가 높은 것으로 사료되었다. Pd 및 CO의 경우에도 이와 유사한 결과가 나왔다.FIG. 8 is a graph showing the adsorption capacity of poly (AA-co-MAA) according to the metal concentration. The effect of metal ion concentration on the adsorption of poly (AA-co-MAA) (A) shows a dispersed state, and (b) shows a precipitated state. As a result of comparing the adsorption capacity according to the metal concentration, the adsorption capacity rapidly increased from the metal concentration exceeding 0.04 M, and the critical region was formed between 0.04 M and 0.06 M. At the concentration of 0.06 M, precipitation was formed and high adsorption capacity was obtained, and the efficiency was high because of low critical concentration due to excellent solvent interaction. These results suggest that the polymeric adsorbent of the present invention is highly applicable to a wastewater solution containing a high concentration of metal. Similar results were obtained for Pd and CO.
도 9는 poly(AA-co-DMAEMA)(제2모노머 비율 1.5)의 각 금속에 대한 흡착 평형 곡선을 나타낸 그래프로서, 이때 금속 농도는 약 0.05 M이었다. 시간에 따라 흡착능을 판별했을 때, 기존의 망간 산화물이나 다른 무기물은 12 내지 24시간 또는 1주일 정도가 지나야 완전한 흡착이 가능하지만, 본 발명에 따라 합성된 고분자 흡착제의 경우 4 내지 6분 이내에 빠른 흡착이 가능함을 확인할 수 있다.9 is a graph showing the adsorption equilibrium curve for each metal of poly (AA-co-DMAEMA) (second monomer ratio 1.5), wherein the metal concentration was about 0.05 M; When the adsorption capacity is determined according to time, the existing manganese oxides and other minerals can be completely adsorbed after 12 to 24 hours or 1 week, but in the case of the polymer adsorbent synthesized according to the present invention, rapid adsorption Can be confirmed.
Claims (17)
[화학식 1]
상기 식에서,
R1 및 R2는 각각 독립적으로 하기 화학식 2 내지 4 중에서 선택되고,
[화학식 2]
[화학식 3]
[화학식 4]
n은 1 내지 100, m은 1 내지 100, l은 1 내지 100, o는 1 내지 100, p는 1 내지 100, q는 1 내지 100이다.
A polymeric adsorbent represented by the following formula (1):
[Chemical Formula 1]
In this formula,
R 1 and R 2 are each independently selected from the following formulas (2) to (4)
(2)
(3)
[Chemical Formula 4]
n is from 1 to 100, m is from 1 to 100, l is from 1 to 100, o is from 1 to 100, p is from 1 to 100, and q is from 1 to 100.
고분자 흡착제의 분자량은 중량평균분자량(Mw)으로서 100 내지 20,000인 것을 특징으로 하는 고분자 흡착제.
The method according to claim 1,
Wherein the molecular weight of the polymeric adsorbent is 100 to 20,000 as a weight average molecular weight (Mw).
고분자 흡착제의 표면적은 1 내지 1,000 mg2g-1인 것을 특징으로 하는 고분자 흡착제.
The method according to claim 1,
Wherein the surface area of the polymeric adsorbent is from 1 to 1,000 mg 2 g -1 .
고분자 흡착제는 수상에서 원래 부피보다 1 내지 100% 크게 팽윤하는 것을 특징으로 하는 고분자 흡착제.
The method according to claim 1,
Wherein the polymeric adsorbent swells by 1 to 100% greater than the original volume in the aqueous phase.
고분자 흡착제는 플레이크(flake) 형태인 것을 특징으로 하는 고분자 흡착제.
The method according to claim 1,
Wherein the polymeric adsorbent is in the form of a flake.
[화학식 5]
[화학식 6]
[화학식 7]
[화학식 8]
[화학식 9]
상기 식에서 n은 1 내지 100이다.
The polymer according to claim 1, which comprises a step of polymerizing a raw material comprising a first monomer represented by the following formula (5), a second monomer selected from the following formulas (6) to (8), a crosslinking agent represented by the following formula Method of producing adsorbent:
[Chemical Formula 5]
[Chemical Formula 6]
(7)
[Chemical Formula 8]
[Chemical Formula 9]
In the above formula, n is 1 to 100.
개시제는 암모늄 퍼설페이트이고, 용매는 물인 것을 특징으로 하는 고분자 흡착제의 제조방법.
The method according to claim 6,
Wherein the initiator is ammonium persulfate and the solvent is water.
용매를 제외한 중합 원료 중에서 제1모노머의 함량은 1 내지 95 중량%, 제2모노머의 함량은 1 내지 95 중량%, 가교제의 함량은 0.5 내지 50 중량%, 개시제의 함량은 0.05 내지 30 중량%이고, 용매 대 나머지 중합원료의 중량 비율은 1:2 내지 1:50인 것을 특징으로 하는 고분자 흡착제의 제조방법.
The method according to claim 6,
The content of the first monomer is 1 to 95% by weight, the content of the second monomer is 1 to 95% by weight, the content of the crosslinking agent is 0.5 to 50% by weight, the content of the initiator is 0.05 to 30% by weight in the polymerization raw materials excluding the solvent , And the weight ratio of the solvent to the rest of the polymerization raw material is 1: 2 to 1:50.
제1모노머 대 제2모노머의 비율은 몰 비율로서 0.1 내지 10인 것을 특징으로 하는 고분자 흡착제의 제조방법.
The method according to claim 6,
Wherein the ratio of the first monomer to the second monomer is 0.1 to 10 in terms of molar ratio.
중합은 자유 라디칼 중합방법 및 용액 중합방법을 이용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 고분자 흡착제의 제조방법.
The method according to claim 6,
Wherein the polymerization is carried out using a free radical polymerization method and a solution polymerization method.
중합이 완료된 후 합성된 고분자를 투석을 통해 여과하고 진공 건조하는 단계를 추가로 포함하는 고분자 흡착제의 제조방법.
The method according to claim 6,
And filtering the synthesized polymer after dialysis and vacuum-drying the synthesized polymer after polymerization is completed.
중합 분위기는 공기 또는 질소 분위기이고, 중합 온도는 40 내지 100℃이며, 중합 압력은 0.1 내지 10기압이고, 중합 시간은 1 내지 100시간인 것을 특징으로 하는 고분자 흡착제의 제조방법.
The method according to claim 6,
Wherein the polymerization atmosphere is air or a nitrogen atmosphere, the polymerization temperature is from 40 to 100 占 폚, the polymerization pressure is from 0.1 to 10 atm, and the polymerization time is from 1 to 100 hours.
A method for treating metal ions, comprising the step of adsorbing metal ions using the polymeric adsorbent according to claim 1.
고분자 흡착제는 금속이온과 배위결합을 통하여 침전을 유도하는 것을 특징으로 하는 금속이온의 처리방법.
14. The method of claim 13,
Wherein the polymeric adsorbent induces precipitation through coordination bond with the metal ion.
고분자 흡착제의 흡착 용량은 고분자 흡착제 1 g을 기준으로, 코발트의 경우 50 내지 300 mg/g, 팔라듐의 경우 100 내지 450 mg/g, 카드뮴의 경우 100 내지 1,200 mg/g인 것을 특징으로 하는 금속이온의 처리방법.
14. The method of claim 13,
The adsorption capacity of the polymeric adsorbent is in the range of 50 to 300 mg / g for cobalt, 100 to 450 mg / g for palladium, and 100 to 1,200 mg / g for cadmium, based on 1 g of the polymeric adsorbent. Lt; / RTI >
고분자 흡착제는 1시간 이내에 최대 흡착 용량의 70 내지 100%까지 도달하는 것을 특징으로 하는 금속이온의 처리방법.
14. The method of claim 13,
Wherein the polymeric adsorbent reaches 70 to 100% of the maximum adsorption capacity within 1 hour.
금속이온의 농도는 0.01 내지 1 M인 것을 특징으로 하는 금속이온의 처리방법.14. The method of claim 13,
Wherein the concentration of the metal ion is 0.01 to 1 M.
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