KR101773627B1 - 폴리설폰-바이오매스 복합체를 포함하는 흡착제 및 이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 바인더인 섬유에 바이오매스가 담지된 섬유-바이오매스 복합체와 여기에 작용기를 가진 고분자가 코팅된 이중층 구조의 흡착제 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 의한 흡착제는 섬유를 흡착제 바인더로 사용하여 산, 염기에 대한 화학적 안정성이 높으며, 높은 기계적 물성을 제공하고 제조 및 공정 적용에 용이하다. 또한, 본 발명의 흡착제는 섬유에 코팅된 고분자의 작용기를 이용하여 흡착성능을 개선할 수 있다.

Description

폴리설폰-바이오매스 복합체를 포함하는 흡착제 및 이의 제조방법{Adsorbent comprising fiber-biomass composite and Preparation method thereof}
본 발명은 폴리설폰-바이오매스 복합체를 포함하는 흡착제 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 바인더인 폴리설폰에 바이오매스가 담지된 폴리설폰-바이오매스 복합체와 여기에 작용기를 가진 고분자가 코팅된 이중층 구조의 흡착제 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
염색 공장 등의 각종 산업현장에서는 납, 수은, 카드뮴 등의 중금속 또는 염료가 함유된 폐수가 발생하고 있다. 이러한 중금속 또는 염료 함유 폐수가 수계에 유입시 심각한 오염을 유발하여 수중 생태계를 파괴하고 생물농축에 의해 인간에게까지 해로운 영향을 미치기 때문에 효과적인 처리 방법이 모색되고 있다.
산업 폐수 중의 염료 및 중금속 등의 오염물질을 제거하는 방법으로는 화학적 처리방법, 물리화학적 처리방법 및 생물학적 처리방법 등이 사용되고 있다. 화학적 처리방법으로는 대표적으로 염소계 산화법, 펜톤 시약법, 오존법 등이 있다. 그러나 이러한 화학적 처리방법은 화학적 슬러지를 발생하고 해로운 중간 생성물이 발생되며 운전비용이 비싸다는 단점이 있다.
생물학적 처리방법은 일반적으로 활성화된 호기성 미생물에 의해 유기물을 흡착 또는 분해시키는 활성슬러지 공정이 가장 많이 이용되고 있으나, 이것은 슬러지 발생량이 많고 침전조에서 고액분리가 잘 되지 않는 단점이 있다. 또한, 염색폐수 내의 염료는 대부분이 생물학적으로 분해하기 어려운 물질로 구성되어 있고 분해가 되더라도 독성물질을 생성할 수 있기 때문에 처리효율이 좋지 못하다. 산업 폐수의 물리적인 처리 방법으로는 침전법, 이온교환수지법, 흡착법, 전기영동법 및 막 제거법이 있으나, 이들 방법은 높은 슬러지의 생성, 비선택성, 과다한 초기 시설비와 높은 운전비 등의 문제가 있다. 따라서 환경친화적이면서도 염료 및 중금속 등의 난분해성 물질에 대한 높은 선택성 및 효율성을 가지는 생물학적 방법이 필요한데, 생물학적인 방법으로 이러한 난분해성 물질을 제거할 경우 선택적으로 제거할 수 있으며, 적당한 고정화 방법을 이용하면 기존의 공정과 비교하여 경제성 및 효율성이 높을 것으로 예상되므로 생체흡착기술에 대한 관심이 높아지고 있다. 따라서 염료, 중금속 등과 같은 난분해성 오염물질을 효과적으로 처리할 수 있는 바이오매스의 개발이 요구되고 있다.
한편, 유가금속(백금족 계열, 금 등)은 이들의 독특한 화학적, 전기적, 물리적 특성으로 다양한 산업체에서 이용되고 있다. 특히 유가금속의 촉매는 반응물질을 생산 후 유가금속이 포함된 폐액이 발생하고 있다. 이러한 유가금속이 포함된 폐액의 처리는 환경보전 측면뿐만 아니라 이들 유가금속은 매우 고가이고 국내에 부존량이 전무하여 대부분 수입에 의존하고 있어 유가금속이 포함된 폐액으로부터 유가금속의 회수는 자원확보 측면에서 매우 중요하다. 광물자원과 2차 자원(제조공정에서 발생하는 스크랩과 폐기물 그리고 사용 후 버리지는 폐제품, 폐촉매 등)으로부터 유가금속을 회수하는 제련공정은 금속의 농축, 추출, 분리정제 그리고 회수공정으로 이루어져 있다. 금속의 분리정제는 용액화학과 매우 밀접하게 연관되어 있으며, 널리 사용되고 있는 분리정제방법으로는 크게 화학침전법 및 결정화법, 용매추출법 및 이온교환법, 산화증류법, 전해정련법 등이 있다. 이 중 금속의 분리정제는 화학침전법 또는 용매추출법을 중심으로 이루어지고 있다. 하지만 최근 환경규제 및 작업조건의 인체 위해성에 대한 규제가 엄격하여짐에 따라 보다 환경친화적이고 안전한 조업을 보장할 수 있는 새로운 분리기술의 개발이 절실해지고 있다.
최근 한국 공개특허(출원번호, 10-2010-64456)에는 친환경적이고 흡착성능이 우수한 키토산-바이오매스 복합체를 개시되어 있으나 상기 복합체는 지지체인 키토산의 낮은 기계적 물성과 약한 내산성으로 인하여 산 조건 또는 높은 기계적 물성을 요구하는 작업에서의 사용에 제한이 따르는 문제점이 있다.
본 발명은 우수한 흡착능력을 가지면서 높은 기계적 물성과 산, 염기에 대한 화학적 안정성이 높은 흡착제를 제조하는 것이다.
본 발명은 화학적으로 안정된 섬유에 작용기를 가지는 고분자를 코팅하여 실제 공정에 적용하기 용이한 섬유형 흡착제를 제공하는 것이다.
본 발명의 하나의 양상은 바인더인 섬유에 바이오매스가 담지된 섬유-바이오매스 복합체 ; 및 상기 복합체 표면에 가교된 아민기-함유 양이온성 폴리머를 포함하는 흡착제에 관계한다.
다른 양상에서 본 발명은 섬유 고분자 용액에 바이오매스를 혼합하는 단계 ; 상기 혼합용액을 방사하여 섬유-바이오매스 복합체를 제조하는 단계 ;
방사된 복합체를 아민기-함유 양이온성 폴리머 용액에 가하여 상기 복합체 표면에 아민기-함유 양이온성 폴리머 코팅층을 형성하는 단계 ; 및
상기 복합체와 상기 아민기-함유 양이온성 폴리머 용액에 가교제를 가하여 반응시키는 단계를 포함하는 흡착제 제조방법에 관계한다.
본 발명에 의한 흡착제는 폴리설폰을 흡착제 바인더로 사용하여 높은 기계적 물성을 가지고 산에 대한 화학적 안정성이 높으며, 제조 및 공정 적용에 용이하다. 또한, 본 발명의 흡착제는 섬유에 코팅된 고분자의 작용기를 이용하여 흡착성능을 개선할 수 있다.
도 1은 고형폐기물인 세균 바이오매스가 수용액 중에 존재할 때의 주요 작용기의 구조를 나타낸 모식도이다.
도 2는 폴리설폰 섬유(fiber)와 바이오매스 복합체(A), 아민기-함유 양이온성 폴리머(폴리에틸렌이민(PEI) 사용)가 복합체 표면에 가교된 흡착제(B)의 SEM사진 이미지이다.
도 3은 도 2의 (A), (B)의 FTIR(fourier transform infrared spectroscopy) 스펙트럼을 보여준다.
도 4는 본 발명에서 제조된 복합체의 개략도이다.
도 5는 본 발명의 이중층 구조의 흡착제를 나타낸다.
도 6은 실시예 1 및 비교예 1에서 수득한 소재를 Pt(IV)에 섞어 준 후 일정한 시간에 따른 흡착량의 변화를 나타내었다.
이하에서 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명은 섬유-바이오매스 복합체와 그 표면에 코팅된 아민기-함유 양이온성 폴리머를 포함하는 흡착제에 관련된다.
섬유-바이오매스 복합체는 바인더인 섬유에 바이오매스가 담지된 구조이다. 상기 섬유는 동물성 섬유, 식물성 섬유 및 광물성 섬유 중 하나 이상인 천연섬유와, 나일론, 폴리에스터, 아크릴로나이트릴, 폴리비닐알코올, 폴리염화비닐, 폴리염화비닐리덴, 폴리프로필렌, 폴리설폰, 폴리락틱산 및 폴리우레탄 중 어느 하나인 합성섬유를 포함할 수 있다.
본 발명에 사용가능한 섬유는 높은 기계적 물성을 가지고 내산성이 높은 합성섬유가 보다 바람직하다.
상기 바이오매스(biomass)는 산업 생산에 사용될 수 있는 살아있거나 죽은 생물학적 재료(biological material)를 나타내며, 예를 들면 세균, 바이러스, 진균(효모, 곰팡이), 조류, 균체, 해조류, 해초류, 폐지, 목재, 파티클 보드, 톱밥, 농업 폐기물, 오수, 사일리지, 목초(grasses), 왕겨, 바가스, 황마, 대마, 아마, 대나무, 사이잘마(sisal), 마닐라삼, 짚, 옥수수 속대, 옥수수 여물(corn stover), 지팽이풀(switchgrass), 자주개자리(alfalfa), 건초, 코코넛 헤어(coconut hair), 면, 해초 및 조류(algae)의 군에서 선택될 수 있다.
상기 바이오매스는 표면에 양이온성이나 음이온성 작용기가 풍부한 것이 바람직하다. 예를 들면, 대장균 또는 코리네박테리움 등의 사멸된 세균 바이오매스를 들 수 있다.
대장균이나 코리네박테리움과 같은 세균은 항생제, 항암제, 아미노산, 핵산 등의 물질을 생산하는 균주로 많이 이용되고 있는데, 사용된 후 사멸되어 고형의 발효폐기물로 폐기된다.
도 1은 고형폐기물인 세균 바이오매스가 수용액 중에 존재할 때의 주요 작용기의 구조를 나타낸 모식도이다. 도 1을 참조하면, 세균 바이오매스에는 음이온성 작용기(카르복실기 또는 인산기)와 양이온성 작용기(아민기)가 풍부하다.
도 2는 폴리설폰 섬유(fiber)와 바이오매스 복합체(A), 아민기-함유 양이온성 폴리머(폴리에틸렌이민(PEI) 사용)가 복합체 표면에 가교된 흡착제(B)의 SEM사진 이미지이다. 도 2의 (A)와 (B)를 참고하면, 폴리설폰 섬유에 바이오매스 입자가 담지되어 있음을 확인할 수 있다. 즉, 본 발명의 상기 복합체에서는 폴리설폰 섬유가 지지체 내지 매트릭스로 사용되고, 바이오매스가 섬유에 담지되어 외부에 노출되어 존재할 수 있다. 좀 더 상세하게는, 섬유가 경화되면서 바이오매스가 폴리설폰 섬유에 혼입되어 박혀서 고정(담지)될 수 있다. 도 2의 (B)에서는 (A)에 비하여 섬유 표면이 매끄러워졌는데, 이는 아민기-함유 양이온성 폴리머가 섬유 표면에 코팅되어 이중층을 형성하고 있기 때문이다.
도 3은 도 2의 (A), (B)의 FTIR(fourier transform infrared spectroscopy) 스펙트럼을 보여준다. 도 3을 참고하면, 키토산-바이오매스 복합체의 스펙트럼이 바이오매스와 폴리설폰 섬유의 특정적인 기능기들의 스펙트럼 특성이 나타나고 있어 섬유와 바이오매스가 잘 혼합되어 있음을 확인할 수 있다. 또한, 아민기-함유 양이온 폴리머가 가교된 흡착제 스펙트럼은 3500~3300 cm-1에서 broad한 peak의 변화를 관찰할 수 있었으며 1584 cm-1의 peak (amine groups and N-H stretching)가 복합체에 비해 상대적으로 증가하였다. 이것은 많은 양의 양이온 폴리머의 아민기가 코팅되어 아민기의 스펙트럼이 완만해지고, 가교제에 의해 폴리머가 가교되어 새롭게 생긴 아민기의 스펙트럼의 특성이 나타나고 있어 아민기-함유 양이온성 폴리머가 키토산-바이오매스 복합체 표면에 잘 코팅되어 있음을 확인할 수 있다.
상기 바이오매스는 1~95%(w/v), 섬유의 농도는 1~30% 바람직하게는 1~15%이다.
상기 바이오매스는 음이온(예, COO-, HPO4 -, SO3 - 등) 작용기를 가지는 것이 바람직하다. 대표적으로 세균, 바이러스, 진균(효모, 곰팡이), 조류, 균체, 해조류, 해초류, 조류 등을 들 수 있으며 목질계 바이오매스(예, 목재, 톱밥), 농업부산물도 사용할 수 있다.
상기 섬유는 표면에 작용기를 가지지 않아 흡착제로 사용될 수 없으나, 화학적으로 매우 안정되고, 탄성, 강도, 신축율 등이 키토산 등 생체 소재에 비해 우수하다. 특히, 섬유의 종류가 매우 다양하므로 공정조건(압력, 온도 등)에 적합한 섬유를 선택할 수 있어 다양한 공정이나 분야에 적용하기가 쉽다.
본 발명에서는 이러한 섬유를 바인더로 하고, 상기 섬유에 작용기를 가지고 있는 바이오매스 입자를 담지시키는데, 그 결과 복합체 섬유 표면에 작용기가 존재한다. 하지만, 상기 복합체에 존재하는 작용기가 많지 않아 원하는 흡착제 성능을 가질 수 없으므로 본 발명에서는 그 표면을 아민기 함유 양이온성 폴리머로 코팅하여 이중층 구조의 흡착제를 형성한다. 즉, 본 발명은 이중층 구조로서, 내층은 섬유와 바이오매스의 복합체, 외층은 아민기 함유 고분자로 형성된다.
도 4는 본 발명에서 제조된 복합체의 개략도이다. 도 4를 참고하면, 섬유(11)에 바이오매스(12)가 담지되지 않은 경우에는 아민기 함유 양이온성 폴리머가 결합되지 않으나, 섬유(11)에 바이오매스(12) 담지된 본 발명의 복합체(10)를 사용하면 아민기 함유 양이온성 폴리머가 코팅되어 이중층 구조를 형성한다.
도 5는 본 발명의 이중층 구조의 흡착제를 나타낸다. 바이오매스-섬유 복합체가 내층 지지체층(10)을 형성하고, 아민기 함유 양이온성 폴리머층(20)은 외층을 형성한다.
본 발명에서는 바이오매스에 존재하는 카르복실기와 양이온성 폴리머의 아민기의 화학결합을 통해 먼저 복합체 상에 아민기 함유 양이노성 폴리머를 코팅시키고, 그 이후에 가교제를 가하면 섬유에 담지된 바이오매스와 아민기-함유 양이온성 폴리머 사이의 화학적 결합을 더욱 공고하게 할 수 있다.
본 발명에서는 단순한 섬유를 바이오매스와 아민기-함유 양이온성 폴리머를 사용하여 화학적 안정성, 물리적 특성 및 흡착능력이 우수한 흡착소재를 제공한다.
본 발명에서 “아민기-함유 양이온성 폴리머(cationic polymer")라는 용어는 주쇄 또는 측쇄에 아민기를 포함하고 전체적으로 양전하를 띄는 폴리머를 의미한다. 본 발명의 아민기-함유 양이온성 폴리머는 하나 이상의 양이온성 모노머를 중합하거나, 하나 이상의 비이온성 모노머와 하나 이상의 양이온성 모노머를 중합하여 제조될 수 있다.
상기 복합체에 아민기-함유 양이온성 폴리머를 가교시키는 방법은 특별히 제한되지 않으나, 바람직하게는 상기 아민기-함유 양이온성 폴리머가 아민 그룹 또는 히드록시 그룹에 의해 세균 바이오매스 표면 내지 키토산 표면에 가교되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명에서 세균 바이오매스는 코리네박테리움(Corynebacterium sp.), 에스케리치아 (Escherichia sp.), 바실러스 (Bacillus sp .) 및 세라샤 (Serratia sp .)로 구성되는 군에서 선택되는 1종 이상의 세균 균체로 구성될 수 있다.
이러한 세균 바이오매스를 구성하는 세균의 비제한적인 예들은 코리네박테리움 암모니아게네스(Corynebacterium ammoniagenes), 코리네박테리움 글루타미쿰(Corynebacterium glutamicum), 에스케리치아 콜라이(Escherichia coli), 바실러스 메가테리움 (Bacillus megatherium) 및 세라샤 마르세센스(Serratia marcescens) 및 브레비박테리움 암모니아게네스(Brevibacterium ammoniagenes) 등의 세균을 포함할 수 있다.
상술한 세균 이외에도 코리네박테리움 베타이(Corynebacterium betae), 코리네박테리움 베티콜라(Corynebacterium beticola), 코리네박테리움 보비스(Corynebacterium bovis), 코리네박테리움 칼루나이(Corynebacterium callunae), 코리네박테리움 키스티티디스(Corynebacterium cystitidis), 코리네박테리움 디프테리아이(Corynebacterium diphtheriae), 코리네박테리움 에쿠이 (Corynebacterium equi), 코리네박테리움 파스키안스 (Corynebacterium fascians), 코리네박테리움 플라쿰파케엔스(Corynebacterium flaccumfaci), 코리네박테리움 플라베스켄스(Corynebacterium flavescens), 코리네박테리움 호아기(Corynebacterium hoagii), 코리네박테리움 일리키스(Corynebacterium ilicis), 코리네박테리움 인시디오숨(Corynebacterium insidiosum), 코리네박테리움 쿠트스케리(Corynebacterium kutscheri), 코리네박테리움 릴리움(Corynebacterium lilium) 등의 세균들도 포함할 수 있다.
본 발명에서 사용 가능한 상기 아민기-함유 양이온성 폴리머의 예들은 폴리에틸렌이민, 아민-터미네이티드 폴리에틸렌옥사이드, 아민-터미네이티드 폴리에틸렌/프로필렌 옥사이드, 디메틸 아미노 에틸 메타크릴레이트의 폴리머 및 디메틸 아미노에틸 메타크릴레이트와 비닐피롤리돈의 코폴리머, 에피클로로히드린과 디메틸아민의 선형 폴리머, 폴리디알릴디메틸암모니움 클로라이드, 폴리에탄올아민/메틸클로라이드 및 개질된 폴리에틸렌이민으로 구성되는 군에서 선택될 수 있다. 1차, 2차, 3차 아민들을 갖는 폴리머 가운데 1차 아민을 가진 폴리머가 더욱 바람직하다.
상기 아민기-함유 양이온성 폴리머는 하기 화학식 1의 폴리에틸렌이민 호모폴리머 또는 개질된 폴리에틸렌이민일 수 있다.
Figure 112012079378832-pat00001
상기 식에서, n은 10 내지 500이다.
상기 아민기-함유 양이온성 폴리머는 70몰% 이상의 양전하(cationic charge)를 가질 수 있고, 상기 아민기-함유 양이온성 폴리머의 분자량은 특별히 제한되지 않으나, 일례로 1000 내지 200,000의 범위 내일 수 있다.
상기 아민기-함유 양이온성 폴리머는 폴리에틸렌이민 호모 폴리머이고 상기 바이오매스는 코리네박테리움 글루타미쿰(Corynebacterium glutamicum)의 바이오매스일 수 있다.
본 발명의 일구현예의 세균 바이오매스 내지 복합체는 음이온성 오염물질의 흡착능력 증대를 위해 표면상의 음이온성 작용기가 추가로 봉쇄될 수 있다.
다른 양상에서 본 발명은 섬유-바이오매스 흡착제 제조방법에 관계한다.
본 발명은 섬유 고분자 용액에 바이오매스를 넣어 혼합한 후 상기 혼합물을 방사 경화하여 복합체 섬유를 제조한다. 섬유 고분자 용액은 섬유 고분자를 용매에 녹여 제조할 수 있다. 상기 용매는 섬유 고분자에 적합한 공지된 것을 사용할 수 있다.
상기 바이오매스 농도는 1~95%(w/v), 섬유 농도는 1~30% 바람직하게는 1~15%이다.
상기 방법은 상기 섬유 고분자 용액에 바이오매스뿐만 아니라 아민기-함유 양이온성 폴리머 용액을 추가로 가할 수 있다.
상기 단계에 의해 블렌딩된 바이오매스와 섬유 고분자 용액의 혼합물을 섬유방사기를 이용하여 증류수에 방사하여 바이오매스 입자가 담지된 섬유 복합체를 제조할 수 있다.
이어서, 방사된 복합체를 아민기-함유 양이온성 폴리머 용액에 가하여 상기 복합체 표면에 아민기-함유 양이온성 폴리머 코팅층을 형성한다.
상기 아민기-함유 양이온성 폴리머에 대해서는 앞에서 상술하였으므로 이에 대한 설명은 생략한다. 일예로서, 상기 아민기-함유 양이온성 폴리머는 70몰% 이상의 양 전하(cationic charge)를 갖고, 분자량은 1000 내지 200,000의 범위 내인 것이 좋다.
상기 단계에서 상기 섬유-바이오매스 복합체를 충분한 양의 아민기-함유 양이온성 폴리머에 분산시키는 것이 바람직하고, 예를 들면, 섬유-바이오매스 복합체와 아민기-함유 양이온성 폴리머의 비율을 1 : 0.01~1(w:w), 바람직하게는 1 : 0.01~0.1(w:w)로 혼합하는 것이 바람직하다.
상기 복합체와 아민기-함유 양이온성 폴리머를 반응시키기 위한 온도는 특별히 제한되는 것은 아니나, 일례로 반응효율을 높이기 위해서 약 20도 내지 150℃의 온도에서 반응시킬 수 있다.
상기 코팅층을 형성하는 단계는 pH를 7~12, 바람직하게는 10.5~11 범위이다. 상기 pH 조건에 의해 아민기-함유 양이온성 폴리머의 아민기는 바이오매스 표면에 존재하는 카르복실기, 하이드록실기와 반응하여 결합된다.
섬유-바이오매스 복합체의 표면에 아민기-함유 양이온성 폴리머가 가교되면, 상기 복합체와 아민기-함유 양이온성 폴리머 사이의 화학적 결합을 공고하게 하기 위하여 가교제를 처리한다. 이때 가교제로는 글루타르알데하이드 (glutaraldehyde), 이소시아나이드 유도체(isocyanide derivatives) 및 비스디아조벤지딘으로 구성되는 군에서 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있다.
가교제를 처리하는 경우에는 가교제를 용액상태로 상기 복합체와 아민기-함유 양이온성 폴리머의 혼합액에 대하여 0.01~10%(v/v)로 혼합할 수 있고, 바람직하게는 0.01~1%(v/v)로 혼합하는 것이 좋다.
용매로는 물, 메탄올, 클로로포름, 피리딘, 에탄올, 부탄올과 같은 알콜류 로 구성되는 군에서 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있다.
가교제 처리가 완료되면 상기 흡착제를 세척 및 건조시킨다. 상기 세척 및 건조 방법은 특별히 제한되는 것은 아니다. 일례로 흡착제를 동결건조하거나 고온의 오븐에서 일정 시간 건조시킬 수 있다. 건조 온도 및 건조 시간은 흡착제의 함수율 등에 따라서 임의로 조정될 수 있다.
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 1
N,N-dimethylformamide (DMF)에 polysulfone을 용해시켜 9%w/w의 polysulfone 용액을 제조하였다. Polysulfone 용액에 14%w/w의 E. coli 분말을 혼합한 후, 약 10시간동안 E. coli의 분말이 잘 풀어지도록 교반하여 주었다. 교반이 완료된 E. coli 슬러리를 섬유방사기를 이용하여 증류수에 방사하여 섬유형 polysufone/biomass(PS/BS) 복합체를 제조하였다. 제조된 복합체 10g을 polyethylenimine (PEI) 용액 1L에 넣고 pH를 10.5 ~ 11사이로 조정하였다. pH 조정이 완료된 후 6시간 동안 복합체 표면에 PEI 코팅을 시켜준 후 0.75mL의 glutaraldehyde (25%)를 섞고 다시 3시간 동안 가교시켜 주었다. 반응이 완료된 PEI 코팅된 흡착제(PEI-PS/BS)를 증류수를 사용하여 3회 세척한 후 동결건조 시켰다.
비교예 1
실시예 1에서 PEI를 코팅하지 않은 복합체를 비교예 1로 사용하였다.
실험 1
실시예 1과 비교예 1의 수득한 소재의 금속 흡착성능을 평가하기 위하여 등온흡착실험과 반응속도론 실험을 수행하였다. 금속 흡착량 평가는 Pt(IV)를 사용하였으며 Pt(IV) 용액은 0.1M HCl 용액을 사용하여 제조하였다. 각 흡착성능 평가 실험은 pH의 조절을 하지 않았으며 25℃, 160rpm의 교반기를 사용하여 수행하였다. 반응이 완료된 후 금속의 농도는 inductively coupled plasma spectrometer (ICP-7510m Shimadzu, Japan)를 사용하여 분석하였다. Pt(IV)에 대한 흡착량은 다음과 같은 수학식 1을 사용하여 계산하였다.
Figure 112012079378832-pat00002
(1)
q (mg/g)은 소재의 흡착성능을 나타내며 Vi는 Pt(IV)용액의 초기부피를 나타낸다. Ci와 Cf (mg/L)는 각각 흡착반응 전후의 Pt(IV)의 농도를 나타내며 X (g)는 흡착소재의 양을 나타낸다.
실시예 1 및 비교예 1에서 수득한 소재 0.05g을 500mg/L의 Pt(IV) 30mL 에 섞어 준 후 일정한 시간에 따른 흡착량의 변화를 도 6에 나타내었다.
도 6을 참조하면, Pt(IV)에 대한 실시예 1과 비교예 1은 약 200분의 반응시간이 지난 후 흡착평형에 도달하는 것을 알 수 있었다. 또한, 동일한 실험 조건에서 실시예 1은 비교예 1에 비해 Pt(IV)의 흡착성능이 5배가량 증가한 것을 알 수 있었다.
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 (12)

  1. 바인더인 폴리설폰에 양이온성이나 음이온성 작용기를 가진 사멸된 세균 바이오매스가 담지된 폴리설폰-바이오매스 복합체 ; 및
    상기 복합체 표면에 가교된 아민기-함유 양이온성 폴리머를 포함하는 흡착제로서,
    상기 흡착제는 상기 복합체가 내부 지지체를 형성하고, 상기 아민기-함유 양이온성 폴리머가 상기 복합체 표면에 코팅되어 외부층을 형성하고,
    상기 복합체는 상기 세균 바이오매스가 경화과정 중에 상기 폴리설폰에 담지되어 형성되고,
    상기 아민기-함유 양이온성 폴리머는 키토산 및 세균 바이오매스에 존재하는 작용기와 결합되고,
    상기 아민기-함유 양이온성 폴리머는 폴리에틸렌이민, 아민-터미네이티드 폴리에틸렌옥사이드, 아민-터미네이티드 폴리에틸렌/프로필렌옥사이드, 디메틸 아미노 에틸 메타크릴레이트의 폴리머 및 디메틸 아미노에틸 메타크릴레이트와 비닐피롤리돈의 코폴리머, 에피클로로히드린과 디메틸아민의 선형 폴리머, 폴리디알릴디메틸암모니움 클로라이드, 폴리에탄올아민/메틸클로라이드 및 개질된 폴리에틸렌이민의 군에서 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 흡착제.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1항에 있어서, 상기 폴리설폰과 바이오매스의 중량비가 1 : 1~20인 것을 특징으로 하는 흡착제.
  8. 폴리설폰 용액에 양이온성이나 음이온성 작용기를 가진 사멸된 세균 바이오매스를 혼합하는 단계 ;
    상기 혼합용액을 방사하여 폴리설폰-세균 바이오매스 복합체를 제조하는 단계 ; 및
    방사된 복합체를 아민기-함유 양이온성 폴리머 용액에 가하여 상기 복합체 표면에 아민기-함유 양이온성 폴리머 코팅층을 형성하는 단계를 포함하는 흡착제 제조방법으로서,
    상기 복합체는 상기 세균 바이오매스가 경화과정 중에 상기 폴리설폰에 담지되어 형성되고,
    상기 아민기-함유 양이온성 폴리머는 키토산 및 세균 바이오매스에 존재하는 작용기와 결합되고,
    상기 아민기-함유 양이온성 폴리머는 폴리에틸렌이민, 아민-터미네이티드 폴리에틸렌옥사이드, 아민-터미네이티드 폴리에틸렌/프로필렌옥사이드, 디메틸 아미노 에틸 메타크릴레이트의 폴리머 및 디메틸 아미노에틸 메타크릴레이트와 비닐피롤리돈의 코폴리머, 에피클로로히드린과 디메틸아민의 선형 폴리머, 폴리디알릴디메틸암모니움 클로라이드, 폴리에탄올아민/메틸클로라이드 및 개질된 폴리에틸렌이민의 군에서 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 흡착제 제조방법.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 방법은 상기 아민기-함유 양이온성 폴리머 코팅층을 형성한 후 가교제를 가하여 반응시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 흡착제 제조방법.
  10. 제 8항에 있어서, 상기 코팅층을 형성하는 단계는 pH를 10.5~11 범위로 조절하는 것을 특징으로 하는 흡착제 제조방법.
  11. 삭제
  12. 제 9항에 있어서, 상기 가교제는 글루타르알데하이드(glutaraldehyde), 이소시아나이드 유도체(isocyanide derivatives) 및 비스디아조벤지딘으로 구성되는 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 흡착제 제조방법.

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