KR101753452B1 - 폐섬유 흡착제의 제조방법 및 이의 의한 흡착제 - Google Patents

폐섬유 흡착제의 제조방법 및 이의 의한 흡착제 Download PDF

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Abstract

본 발명은 폐섬유 흡착제의 제조방법 및 이의 의한 흡착제에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 폐섬유를 개질 및 가교하여 흡착능력이 우수하면서도 저가로 제조할 수 있는 폐섬유 흡착제의 제조방법 및 이의 의한 흡착제에 관한 것이다.
본 발명에 의한 흡착제는 셀룰로오스계 폐섬유를 원료로 사용하므로 섬유제조에 드는 비용이 거의 없어 저가의 소재 제조가 가능하다. 본 발명은 섬유형 흡착소재이므로 흡착속도가 대단히 빠르고, 섬유 특성상 내구성이 매우 뛰어나므로 다양한 조건의 공정에 적용이 용이하다.

Description

폐섬유 흡착제의 제조방법 및 이의 의한 흡착제{Method for preparing adsorbent from Waste fiber and adsorbent thereof}
본 발명은 폐섬유 흡착제의 제조방법 및 이의 의한 흡착제에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 폐섬유를 개질 및 가교하여 흡착능력이 우수하면서도 저가로 제조할 수 있는 폐섬유 흡착제의 제조방법 및 이의 의한 흡착제에 관한 것이다.
중금속을 함유하는 매질로부터 중금속을 제거하기 위한 다수의 방법들이 알려져 있다. 이들 방법에 따르면, 묽은 폐수 또는 산업 공정수의 유출과 관련된 문제가 발생하는 바, 이러한 유출의 주요 원인은 공정 단계에서 종종 세척 작업에 의해 유발되는 배출물(drag-out) 때문이다.
WO 89/00444호에는 수용액으로부터 니켈 이온을 분리하는 방법이 기재되어 있다. 이를 위해, 상기 수용액은 제 1단계에서 액체막 투과법(liquid membrane permeation)에 의해 처리되고, 제 2단계에서 잔류 니켈이 용매 추출법에 의해 제거된다. 최적화된 세척 개념을 이용함으로써 세척수의 양을 한정하고자 시도하였지만, 오염 물질과 함께 유용 물질 및 보조제들도 운반되기도 한다. 따라서, 내부-시설(intra-plant) 물질 및 물의 순환을 폐쇄함으로써 공정 중에 발생하는 폐수를 더욱 정화할 필요가 있다.
현재는 폐수를 정화하는 것뿐만 아니라, 더 나아가, 폐수내의 중금속이나 유가금속을 회수하여 재활용하는 시도가 활발해지고 있고, 결과적으로, 유가금속이나 중금속 등의 금속을 흡착하여 회수하는 흡착제의 요구가 높다.
이러한, 흡착제는 가격이 저렴하고 공정에 영향을 끼치지 않고, 자연상태에 다수 존재하거나 주요 공정의 부산물로 손쉽게 구할 수 있어야 한다. 또한, 실제 공정에 적용하는 경우 내구성 등 조건을 만족시키는 것이 중요하다.
종래, 중금속이나 유가금속을 회수하기 위해 용매 추출법, 화학침전법, 이온교환, 생체 흡착제 등이 사용되고 있으나 여전히 공정에 적용이 쉽고, 저렴한 흡착소재의 개발이 여전히 요구된다.
본 발명은 저렴하면서도 흡착효율이 높은 섬유형 흡착소재를 제공하는 것이다.
본 발명은 실제 공정에 적용하기 용이한 흡착소재를 제공하는 것이다.
본 발명의 하나의 양상은 섬유 표면을 카르복시메틸레이션(carboxymethylation) 시키는 단계 ; 및 상기 카르복시메틸레이션된 섬유를 가교시키는 단계를 포함하는 폐섬유 흡착제 제조방법에 관계한다.
다른 양상에서, 본 발명은 카르복시메틸레이션(carboxymethylation)된 셀룰로오스들이 가교되어 클러스트를 형성한 폐섬유 흡착제에 관계한다.
본 발명에 의한 흡착제는 셀룰로오스계 폐섬유를 원료로 사용하므로 섬유제조에 드는 비용이 거의 없어 저가의 소재 제조가 가능하다. 본 발명은 섬유형 흡착소재이므로 흡착속도가 대단히 빠르고, 섬유 특성상 내구성이 매우 뛰어나므로 다양한 조건의 공정에 적용이 용이하다.
도 1은 본 발명의 흡착제 제조 방법을 도시한 것이다.
도 2에 카르복시메틸레이션(CM) 반응이 도시된다.
도 3은 ECH(epichlorohydrin)를 사용하여 가교시키는 것을 나타낸다.
도 4는 Raw 리오셀 섬유와 개질된 섬유의 SEM 사진이다.
도 5는 Raw 리오셀 섬유와 개질된 섬유의 FTIR 결과이다.
도 6은 pH에 따른 Cd 흡착량을 나타낸다.
도 7은 실시예에서 흡착과 탈착량을 보여준다.
이하에서 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 흡착제 제조 방법을 도시한 것이다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 일구현예는 섬유 표면을 개질하는 단계 및 가교시키는 단계를 포함한다.
상기 가교단계는 섬유 표면을 카르복시메틸레이션(carboxymethylation) 시키는 단계이다.
상기 섬유는 천연섬유 또는 인조섬유를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 천연섬유, 더욱 바람직하게는 셀룰로오스를 가지는 천연 섬유(fiber)를 사용할 수 있다.
상기 섬유로는 리오셀(Lyocell)을 사용할 수 있다.
상기 리오셀은 용해 목재 펄프로부터 얻어지는 재생 가능한 셀룰로오스 섬유이지만, 그 표면에 활성 기능기가 거의 없어 흡착성능은 떨어진다.
상기 카르복시메틸레이션(carboxymethylation) 단계는 반응물로서 SCA(sodium chloroacetate)를 첨가할 수 있다.
도 2에 카르복시메틸레이션(CM) 반응이 도시된다. 알카리 수용액에서 SAC의 C-H와 셀룰로오스의 OH기가 에테르화에 반응으로 카르복시메틸 셀룰로오스(carboxymethyl cellulose (CMC))를 생성한다.
상기 가교단계는 가교제로 카르복시메틸 셀룰로오스들 사이를 연결한다. 상기 가교제로 ECH(epichlorohydrin)를 사용할 수 있다. 도 3에 가교 반응이 도시된다.
다른 양상에서, 본 발명은 폐섬유 흡착제에 관계한다.
상기 폐섬유 흡착제는 카르복시메틸레이션(carboxymethylation)된 셀룰로오스들이 가교되어 클러스트를 형성한다.
상기 폐섬유 흡착제는 섬유 표면이 SCA(sodium chloroacetate)로 화학적으로 개질되어 카르복시메틸레이션된 섬유 구조를 가진다. 또한, 상기 폐섬유 흡착제는 ECH(epichlorohydrin)로 가교되어 셀룰로오스들이 클러스트를 형성하여 내구성이 높아진다.
본 발명의 흡착제는 폐섬유를 원료로 사용할 수 있어 저가로 제조할 수 있으며, 섬유형 소재로서 흡착속도가 빠르다.
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.
실시예
carboxymethylation
이소프로필 알콜과 물의 혼합 용액(80 : 20 부피비)에 10ml 30%w/v NaOH 첨가되고, 이어서 리오셀 섬유 0.5g이 첨가되었다. 진탕 인큐베이터에서 25도 160rpm으로 한시간동안 교반하였다. 10g의 SCA가 첨가된 후 CM 반응을 3시간동안 45도에서 진행하였다. 섬유를 분리하여 세척하였다.
가교 - Epichlorohydrin
5g의 NaOH를 100ml 에틸 알코올에 녹이고, 여기에 20ml의 ECH(Epichlorohydrin)를 첨가하였다. 앞에서 준비된 섬유를 여기에 첨가하였다. 상기 혼합물을 진탕기에서 45도로 유지한 후 24시간이 지난 후에 섬유를 분리한 후 pH 7이하가 될 때까지 세척하였다. 이것을 상기 공기로 1시간 정도 에어 드라이 한 후 24시간 동안 추가로 냉동 건조하였다.
실험
SEM 측정
Raw 리오셀과 CMC-LF의 표면 모폴로지 증대여부를 확인하기 위해 SEM으로 측정하였으며, 개질 후 기능기 도입여부를 확인하기 위해 FTIR 분석을 Jasco FT/IR-4100 spectrophotometer로 수행하였다.
pH Edge 실험
흡착성능과 pH 관계를 알아보기 위해 pH 에지 실험을 수행하였다. pH는 2~8까지 질산으로 조절하였다. Cd(?) 300mg/L 30ml 용액에 CMC-LF 0.3g을 넣어 각 pH별로 3번 반복하여 실험을 수행하였다.
등온흡착 실험
초기농도 10~1000mg/L 농도조건에서 Cd(?) 흡착을 수행하였다. pH 6, pH4 로 pH를 조절하였다.
탈착
금속이 흡착된 섬유 소재를 원심분리기로 분리하고 탈이온수 100ml에 다시 분산시켰다. pH는 1로 조절하고 25도에서 160RPM으로 교반시켰다. 흡착섬유를 원심분리기로 분리하고, 상등액을 분석하였다.
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.

Claims (6)

  1. 알코올과 물의 혼합 용액에 셀룰로오스계 폐섬유를 넣어 교반하는 단계 ;
    상기 혼합 용액에 소듐 클로로아세테이트(sodium chloroacetate)를 넣어 상기 폐섬유 표면을 카르복시메틸기로 개질하는 단계 ;
    표면이 카르복시메틸기로 개질된 상기 폐섬유를 상기 혼합용액으로부터 분리 세척하는 단계 ; 및
    상기 분리 세척된 폐섬유와 가교제로 에피클로로히드린(epichlorohydrin)을 알코올에 넣어 반응시키는 가교 단계를 포함하되,
    상기 가교 단계는 표면이 카르복시메틸기로 개질된 셀룰로오스 폐섬유들이 가교되어 클러스트를 형성하는 단계인 것을 특징으로 하는 폐섬유를 이용한 섬유형 흡착제 제조방법.


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