KR102210013B1 - Adsorbent based chitin and Method for preparing the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 키틴에 링커와 양이온성 고분자를 코팅시켜 음이온성의 염료나 금속을 효과적으로 흡착할 수 있는 키틴 기반 흡착제 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 키틴 기반 흡착제는 키틴의 수산기와 아민기에 링커가 결합된 후 여기에 양이온성 고분자가 코팅되어 형성된다.
본 발명의 키틴 기반 흡착제는 음이온성의 염료에 대한 흡착율과 탈착율을 높여 재생 가능한 생체흡착제로서 사용될 수 있다.
본 발명은 작은 표면적, 다공성과 높은 결정성으로 인해 대부분 폐기되고 있는 키틴을 생체 흡착제로 재활용할 수 있어 환경보호 및 폐기물 관리에 기여할 수 있다.
The present invention relates to a chitin-based adsorbent capable of effectively adsorbing anionic dyes or metals by coating chitin with a linker and a cationic polymer, and a method for preparing the same.
The chitin-based adsorbent of the present invention is formed by bonding a linker to the hydroxyl group and amine group of chitin, and then coating a cationic polymer thereon.
The chitin-based adsorbent of the present invention can be used as a renewable biosorbent by increasing the adsorption rate and desorption rate for anionic dyes.
According to the present invention, chitin, which is mostly discarded due to its small surface area, porosity, and high crystallinity, can be recycled as a biosorbent, thereby contributing to environmental protection and waste management.

Description

키틴 기반 흡착제 및 이의 제조방법{Adsorbent based chitin and Method for preparing the same} Adsorbent based chitin and method for preparing the same

본 발명은 키틴 기반 흡착제 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 키틴에 링커와 양이온성 고분자를 코팅시켜 음이온성의 염료나 금속을 효과적으로 흡착할 수 있는 키틴 기반 흡착제 및 이의 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a chitin-based adsorbent and a method for preparing the same, and more particularly, to a chitin-based adsorbent capable of effectively adsorbing anionic dyes or metals by coating chitin with a linker and a cationic polymer, and a method for preparing the same.

지난 수십 년 동안 염료는 섬유, 종이, 의약품, 플라스틱, 가죽, 화장품, 고무, 식품 등과 같은 다양한 산업에서 사용되어 왔다. 100,000가지 이상의 다양한 상업용 염료와 안료가 사용되며 매년 세계적으로 약 7105톤 이상이 생산된다. 섬유 염색 과정에서 많은 양의 폐수가 발생하고 염료의 약 10 ~ 15%가 폐수에 포함되어 배출된다. 일반적으로 1,000mg/L의 염료가 염색 용액으로 사용되고, 사용 후 염색 용액에는 100mg/L가 남아있다. 따라서 이런 색이 짙은 폐수의 배출은 수면을 통한 햇빛의 침투를 억제하여 수생 생물의 광합성 작용을 감소시킨다. 게다가, 일부 염료는 가수 분해, 산화 등에 의해 독성, 발암성 및 돌연변이화 중간체를 생성하여 자연 및 인간에게 큰 위해성을 끼친다고 보고되었다. 하지만 대부분의 염료는 화학적으로 복잡한 방향족 분자구조로 이루어진 난분해성 합성물질로 일반적인 폐수처리공정으로는 분해 또는 제거가 쉽게 되지 않다. 염색 폐수는 응집/응고, 화학적 산화, 흡착, 막 분리, 생물학적 처리, 오존처리, 광촉매, 여과, 전기 화학, 막처리 등과 같은 방법으로 처리할 수 있다. 이 중 흡착공정은 흡착제의 재생, 회수 및 재활용 가능성뿐만 아니라 염료를 제거하기 위한 대규모의 효율, 용량 및 적용 가능성을 가진 효과적인 기술로 알려져 있다. 따라서 자연환경으로 방류하기 전 흡착기술을 이용한 폐수내 염료를 친환경적으로 제거하는 것은 매우 중요하다.In the past decades, dyes have been used in a variety of industries such as textiles, paper, pharmaceuticals, plastics, leather, cosmetics, rubber and food. More than 100,000 different commercial dyes and pigments are used, with over 7105 tonnes produced worldwide each year. A large amount of wastewater is generated during the textile dyeing process, and about 10 to 15% of the dye is contained in the wastewater and discharged. In general, 1,000 mg/L of dye is used as the dyeing solution, and 100 mg/L remains in the dyeing solution after use. Therefore, the discharge of this dark wastewater inhibits the penetration of sunlight through the water's surface, thereby reducing the photosynthetic action of aquatic organisms. In addition, it has been reported that some dyes produce toxic, carcinogenic and mutant intermediates by hydrolysis, oxidation, etc., causing great risk to nature and humans. However, most dyes are non-decomposable synthetic materials composed of chemically complex aromatic molecular structures, and are not easily decomposed or removed by a general wastewater treatment process. Dyeing wastewater can be treated by methods such as coagulation/coagulation, chemical oxidation, adsorption, membrane separation, biological treatment, ozone treatment, photocatalysis, filtration, electrochemistry, membrane treatment, and the like. Among them, the adsorption process is known as an effective technology with large-scale efficiency, capacity and applicability for removing dyes as well as regeneration, recovery and recyclability of adsorbents. Therefore, it is very important to environmentally remove dyes in wastewater using adsorption technology before discharging to the natural environment.

키틴은 세계에서 두 번째로 가장 풍부한 다당류 물질로 수산기와 N-아세틸기를 포함한 조밀한 구조로 되어있는 저비용, 생분해성 및 재생 가능한 생체고분자이다. 이런 천연고분자는 균류, 곤충의 외골격 및 가재, 새우, 게 등 갑각류의 껍질로부터 추출할 수 있고, 해면과 같은 무척추동물에서도 발견된다. 또한 키틴은 해산물 산업폐기물로부터 얻을 수 있으며 이런 고형 폐기물의 재활용은 환경보호 및 폐기물 관리에 기여할 수 있다. Chitin is the world's second most abundant polysaccharide material and is a low-cost, biodegradable and renewable biopolymer with a dense structure containing hydroxyl and N-acetyl groups. These natural polymers can be extracted from the shells of fungi, insect exoskeletons and crustaceans such as crayfish, shrimp and crab, and are also found in invertebrates such as sponges. In addition, chitin can be obtained from seafood industrial waste, and the recycling of such solid waste can contribute to environmental protection and waste management.

한국 공개 특허 10-2001-0094573호에는 중금속 이온을 제거하는 게껍질 생체 흡착제가 개시되어 있다. 상기 공개특허에는 게껍질을 키틴으로 가공하지 않고 단지 분쇄하여 흡착제로서 사용하고 있어 흡착성능에 한계가 있다.Korean Patent Laid-Open No. 10-2001-0094573 discloses a crab shell biosorbent that removes heavy metal ions. In the above disclosed patent, the crab shell is not processed with chitin, but only pulverized and used as an adsorbent, so there is a limit in adsorption performance.

본 발명은 음이온성 염료에 대한 흡착 성능을 향상시킨 키틴 기반의 흡착제를 제공하는 것이다.The present invention is to provide a chitin-based adsorbent with improved adsorption performance for anionic dyes.

본 발명은 흡착제로서 거의 사용되지 않는 키틴을 흡착제로서 활용하는 방법을 제공하는 것이다.The present invention is to provide a method of utilizing chitin, which is rarely used as an adsorbent, as an adsorbent.

본 발명은 키틴을 이용한 친환경 흡착소재를 제공하는 것이다.The present invention is to provide an eco-friendly adsorption material using chitin.

본 발명의 하나의 양상은 One aspect of the present invention

링커 용액에 키틴 분말을 넣어 반응시켜 링커가 결합된 키틴 분말을 제조하는 단계 ; 및Adding chitin powder to the linker solution and reacting to prepare chitin powder to which the linker is bound; And

링커가 결합된 상기 키틴 분말을 아민기 함유 고분자 용액에 넣어 반응시키는 단계를 포함하는 키틴 기반 흡착제 제조방법에 관련된다.It relates to a method for preparing a chitin-based adsorbent comprising the step of reacting the chitin powder to which the linker is bonded into a polymer solution containing an amine group.

다른 양상에서, 본 발명은 In another aspect, the present invention

키틴 분말(10) ;Chitin powder (10);

상기 키틴에 결합된 링커(20) ; 및 A linker (20) bonded to the chitin; And

상기 링커와 가교되어 상기 키틴 표면에 코팅된 아민기 함유 고분자층(30)을 포함하는 키틴 기반 양이온성 흡착제에 관련된다. It relates to a chitin-based cationic adsorbent comprising an amine group-containing polymer layer 30 crosslinked with the linker and coated on the chitin surface.

본 발명의 키틴 기반 흡착제는 키틴의 수산기와 아민기에 링커가 결합된 후 여기에 양이온성 고분자가 코팅되어 형성된다. The chitin-based adsorbent of the present invention is formed by coupling a linker to the hydroxyl group and amine group of chitin, and then coating a cationic polymer thereon.

본 발명의 키틴 기반 흡착제는 음이온성의 염료에 대한 흡착율과 탈착율을 높여 재생 가능한 생체흡착제로서 사용될 수 있다.The chitin-based adsorbent of the present invention can be used as a renewable biosorbent by increasing the adsorption rate and desorption rate for anionic dyes.

본 발명은 작은 표면적, 다공성과 높은 결정성으로 인해 대부분 폐기되고 있는 키틴을 생체 흡착제로 재활용할 수 있어 환경보호 및 폐기물 관리에 기여할 수 있다.According to the present invention, chitin, which is mostly discarded due to its small surface area, porosity, and high crystallinity, can be recycled as a biosorbent, thereby contributing to environmental protection and waste management.

도 1과 도 2는 본 발명의 키틴 기반 흡착제의 개념도이다.
도 3은 키틴 기반 흡착제 제조의 반응과정을 나타낸 것이다.
도 4는 raw chitin, GA-chitin, PEI-chitin을 대상으로 FE-SEM 측정한 것이다.
도 5는 raw chitin, GA-chitin, PEI-chitin을 대상으로 FTIR 분석한 그래프이다.
도 6은 100 mg/L의 AB25를 대상으로 각 단계별 샘플의 흡착량을 비교한 결과이다.
도 7은 pH 농도에 따른 염료 흡착량을 염료 농도에 따라 실험하여 측정한 그래프이고, 도 8의 a는 용리액 농도에 따른 탈착효율을, 도 8의 b는 3회 반복하여 흡착과 탈착을 반복한 후 흡착량과 탈착량을 측정한 그래프이고, 도 9는 온도에 따른(298, 308, 318, 328 K) PEI-chitin의 등온흡착곡선을 나타내고, 도 10은 시간에 따른 PEI-chitin의 염료(AB25) 흡착 실험 결과이고, 도 11은 GA 농도에 따른 염료 흡착량을 나타내고, 도 12는 PEI 농도에 따른 염료(RY2)의 흡착량을 나타내고, 도 13은 키틴 크기별로 염료(RY2)의 흡착량을 보여준다.
1 and 2 are conceptual diagrams of chitin-based adsorbents of the present invention.
Figure 3 shows the reaction process of the preparation of chitin-based adsorbent.
Figure 4 shows the measurement of FE-SEM for raw chitin, GA-chitin, and PEI-chitin.
5 is a graph of FTIR analysis for raw chitin, GA-chitin, and PEI-chitin.
6 is a result of comparing the adsorption amount of samples at each stage for 100 mg/L AB25.
7 is a graph measured by experimenting and measuring the amount of dye adsorption according to the pH concentration according to the dye concentration, FIG. 8A shows the desorption efficiency according to the eluent concentration, and FIG. 8B shows the repeated adsorption and desorption three times. It is a graph measuring the amount of adsorption and desorption afterwards, and FIG. 9 shows an isothermal adsorption curve of PEI-chitin according to temperature (298, 308, 318, 328 K), and FIG. 10 is a dye of PEI-chitin ( AB25) adsorption experiment results, FIG. 11 shows the amount of dye adsorption according to the GA concentration, FIG. 12 shows the adsorption amount of the dye (RY2) according to the PEI concentration, and FIG. 13 is the adsorption amount of the dye (RY2) by chitin size Shows.

이하에서 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

도 1과 도 2는 본 발명의 키틴 기반 흡착제의 개념도이고, 도 3은 키틴 기반 흡착제 제조의 반응과정을 나타낸 것이다.1 and 2 are conceptual diagrams of a chitin-based adsorbent of the present invention, and FIG. 3 is a diagram illustrating a reaction process for preparing a chitin-based adsorbent.

도 1 내지 도 3을 참고하면, 본 발명의 키틴 기반 흡착제 제조방법은 링커가 결합된 키틴 분말 제조단계(이하, 링커-키틴 분말 제조단계) 및 양이온성 고분자-키틴 제조단계를 포함한다.1 to 3, the chitin-based adsorbent manufacturing method of the present invention includes a linker-bonded chitin powder manufacturing step (hereinafter, a linker-chitin powder manufacturing step) and a cationic polymer-chitin manufacturing step.

링커-키틴 분말 제조단계는 링커(20) 용액에 키틴 분말을 넣어 반응시키는 단계이다.The linker-chitin powder manufacturing step is a step of reacting by adding chitin powder to the linker 20 solution.

상기 키틴(10)은 공지된 키틴 분말일 수 있다.The chitin 10 may be a known chitin powder.

키틴은 N-acetyl-D-glucosamine(GlcNAc)의 β-1,4 결합으로 이루어져있고, 구조적으로 셀룰로오스(cellulose)와 아주 유사하지만 셀룰로오스의 2번 탄소 위치에 있는 OH가 아세트아미드기로 치환된 구조를 가지고 있다. 또한 키틴은 자연계에 단독으로 존재하지 않고 키토산과 copolymer의 형태를 이루어 한 종류의 단량체가 모여 이루는 단일중합체인 셀룰로오스와는 차이를 보인다. Chitin is composed of β-1,4 bonds of N-acetyl-D-glucosamine (GlcNAc), structurally very similar to cellulose, but has a structure in which OH at the 2nd carbon position of cellulose is substituted with an acetamide group. Have. In addition, chitin does not exist alone in nature, but differs from cellulose, a homopolymer composed of one type of monomer by forming a copolymer with chitosan.

최근 키토산을 이용하여 제조된 생체흡착제는 다양한 작용기를 가지고 높은 화학적 반응성, 유연한 고분자 구조로 인해 흡착효율이 좋으나, 산성 용액에 쉽게 용해되고 낮은 물리적 강도로 인해 다양한 흡착 공정에 적용하기 어려웠다. Recently, bioadsorbents prepared using chitosan have various functional groups, have high chemical reactivity, and have good adsorption efficiency due to their flexible polymer structure, but they are easily soluble in acidic solutions and are difficult to apply to various adsorption processes due to their low physical strength.

본 발명은 이러한 키토산을 대체하거나 보완하고자 키토산과 달리 산성, 염기성 및 유기용매와 같은 다양한 용매에서도 우수한 화학적 안정성을 가지는 키틴을 생체 흡착제의 지지체로 사용한다.The present invention uses chitin, which has excellent chemical stability in various solvents such as acidic, basic, and organic solvents, as a support for a bioadsorbent unlike chitosan to replace or supplement such chitosan.

본 발명에 사용가능한 키틴의 분말 크기는 100~850㎛, 바람직하게는 100~500㎛, 가장 바람직하게는 180~300㎛일 수 있다. 키틴 입자 크기가 180 ~ 300㎛ 범위일 때 흡착제 제조 공정이 유리하고, 또한, 흡착제로 사용되는 경우에 균일한 흡착량을 제공할 수 있다.The powder size of chitin usable in the present invention may be 100 to 850 μm, preferably 100 to 500 μm, and most preferably 180 to 300 μm. When the chitin particle size is in the range of 180 to 300 μm, the adsorbent manufacturing process is advantageous, and when used as an adsorbent, a uniform adsorption amount can be provided.

상기 링커(20)는 키틴뿐만 아니라 아민기 함유 고분자와도 결합할 수 있도록 복수의 반응성 부분(알데히드기, 비닐기, 카르복실기, 옥실란기 등)을 포함할 수 있다. 상기 링커는 2 개 이상의 반응성 부분을 가지는 화합물일 수 있다. 상기 링커는 분자량이 50 ~ 500 g/mol 일 수 있다. The linker 20 may include a plurality of reactive moieties (aldehyde group, vinyl group, carboxyl group, oxysilane group, etc.) so as to bind not only chitin but also amine group-containing polymer. The linker may be a compound having two or more reactive moieties. The linker may have a molecular weight of 50 to 500 g/mol.

상기 링커(20)는 글루타르알데하이드(glutaraldehyde), 비스디아조벤지딘, 트리아졸디알데하이드(triazole dialdehyde), 글리시딜 메타크릴레이트 (glycidyl methacrylate), 벤질트리아졸 카르브알데하이트 (benzyltiazole carbaldehyde), 벤조시아졸 카르”K실알데하이드 (benzothiazole carboxaldehyde), 에피클로로하이드린, 디알데하이드 (dialdehyde), 메틸렌비스아크릴아미드 (methylene-bis-acrylamide),글리옥살 (glyoxal), 아크릴산 (acrylix acid), 말레산 (maleic acid), 테트라에록시실란 (tetraetoxysilane) 및 트리폴리포스페이트 (tripolyphosphate) 중 어느 하나일 수 있다.The linker 20 is glutaraldehyde, bisdiazobenzidine, triazole dialdehyde, glycidyl methacrylate, benzyltiazole carbaldehyde, benzo Cyazole car”K-sylaldehyde (benzothiazole carboxaldehyde), epichlorohydrin, dialdehyde, methylene-bis-acrylamide, glyoxal, acrylic acid, maleic acid ( maleic acid), tetraetoxysilane, and tripolyphosphate.

상기 링커로서 글루타르알데하이드(GA)를 사용할 경우 GA가 키틴의 히드록시기와 아민기 모두에 결합되어 많은 양의 양이온성 고분자를 효과적으로 가교결합 시킬 수 있다When glutaraldehyde (GA) is used as the linker, GA is bound to both the hydroxy group and the amine group of chitin, so that a large amount of cationic polymer can be effectively crosslinked.

상기 링커-키틴 분말 제조단계에서 링커 용액 농도는 0.1~10%(w/v), 바람직하게는 1~3%(w/v), 가장 바람직하게는 3%(w/v) 내외일 수 있다. In the linker-chitin powder manufacturing step, the linker solution concentration may be 0.1 to 10% (w/v), preferably 1 to 3% (w/v), and most preferably 3% (w/v). .

키틴 분말을 상기 링커 용액 대비 0.01~0.05g/mL, 바람직하게는 0.03~0.05g/mL, 가장 바람직하게는 0.05g/mL 첨가할 수 있다.Chitin powder compared to the linker solution may be added 0.01 to 0.05 g/mL, preferably 0.03 to 0.05 g/mL, and most preferably 0.05 g/mL.

상기 링커 농도가 3%(w/v)를 초과하는 경우 흡착 성능이 감소할 수 있다.When the linker concentration exceeds 3% (w/v), adsorption performance may decrease.

예를 들면, 상기 링커-키틴 분말 제조단계는 다단진탕배양기(multi-shaking incubator)를 이용하여 상온에서 소정 시간동안 교반할 수 있다.For example, the linker-chitin powder manufacturing step may be stirred at room temperature for a predetermined time using a multi-shaking incubator.

도 3을 참고하면, 상기 링커는 키틴의 히드록시기나 아민기에 결합될 수 있다.Referring to FIG. 3, the linker may be bonded to a hydroxy group or an amine group of chitin.

상기 양이온성 고분자-키틴 제조단계는 링커-키틴을 아민기 함유 고분자 용액에 넣어 반응시키는 단계이다. 상기 양이온성 고분자-키틴 제조단계는 상기 양이온성 고분자가 상기 링커와 가교되어 상기 키틴 표면에 코팅될 수 있다. The cationic polymer-chitin preparation step is a step of reacting by putting linker-chitin into a polymer solution containing an amine group. In the step of preparing the cationic polymer-chitin, the cationic polymer may be crosslinked with the linker to be coated on the chitin surface.

본 발명에서 사용 가능한 상기 아민기-함유 고분자는 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. 상기 아민기-함유 고분자는 폴리에틸렌이민 또는 개질된 폴리에틸렌이민일 수 있다.The amine group-containing polymer usable in the present invention is polyethyleneimine, amine-terminated polyethylene oxide, amine-terminated polyethylene/propylene oxide, polymer of dimethyl amino ethyl methacrylate, and dimethyl aminoethyl methacrylate and vinyl It may be selected from the group consisting of a copolymer of pyrrolidone, a linear polymer of epichlorohydrin and dimethylamine, polydiallyldimethylammonium chloride, polyethanolamine/methylchloride, and modified polyethyleneimine. The amine group-containing polymer may be polyethyleneimine or modified polyethyleneimine.

상기 아민기-함유 고분자는 70몰% 이상의 양 전하(cationic charge)를 갖고, 중량평균 분자량은 1000내지 200,000의 범위 내인 것이 좋다.It is preferable that the amine group-containing polymer has a cationic charge of 70 mol% or more and a weight average molecular weight in the range of 1000 to 200,000.

상기 양이온성 고분자-키틴 제조단계는 링커가 결합된 상기 키틴 분말 0.01~0.05g, 바람직하게는 0.03~0.05g을 상기 아민기 함유 고분자 용액 1~20%(w/v), 바람직하게는 5~10%(w/v)에 가할 수 있다. 상기 아민기 함유 고분자 용액에서 고분자 농도는 1~20%(w/v), 바람직하게는 10%(w/v) 내외일 수 있다. The cationic polymer-chitin preparation step includes 0.01 to 0.05 g, preferably 0.03 to 0.05 g of the chitin powder to which the linker is bonded, and 1 to 20% (w/v) of the amine group-containing polymer solution, preferably 5 to It can be added to 10% (w/v). In the amine group-containing polymer solution, the polymer concentration may be 1 to 20% (w/v), preferably about 10% (w/v).

상기 고분자 농도가 15%(w/v) 이상으로 과량이면, 고분자가 키틴 표면에 화학적으로 결합하지 못하고 잔류하여, 흡착 과정에 염료와 반응하여 침전할 수 있다.If the polymer concentration is an excess of 15% (w/v) or more, the polymer cannot chemically bind to the chitin surface and remains, and may react with the dye during the adsorption process to precipitate.

상기 양이온성 고분자-키틴 제조단계는 교반기를 이용하여 상온에서 소정 시간동안 교반할 수 있다.The cationic polymer-chitin manufacturing step may be stirred for a predetermined time at room temperature using a stirrer.

도 1 내지 도 3을 참고하면, 본 발명의 키틴 기반 양이온성 흡착제는 키틴 분말(10), 상기 키틴에 결합된 링커(20) 및 상기 링커와 가교되어 상기 키틴 표면에 코팅된 아민기 함유 고분자층(30)을 포함한다.1 to 3, the chitin-based cationic adsorbent of the present invention is a chitin powder (10), a linker (20) bound to the chitin, and an amine group-containing polymer layer coated on the chitin surface by crosslinking with the linker. It includes (30).

상기 키틴 분말 입자 크기는 100~850㎛, 바람직하게는 100~500㎛, 가장 바람직하게는 180~300㎛일 수 있다.The chitin powder particle size may be 100 to 850 μm, preferably 100 to 500 μm, and most preferably 180 to 300 μm.

상기 키틴, 링커 및 아민기 함유 고분자에 대해서는 앞에서 상술한 내용을 참고할 수 있다.For the chitin, linker and amine group-containing polymer, the above description may be referred to.

본 발명의 키틴 기반 양이온성 흡착제는 링커는 글루타르알데하이드, 상기 아민기 함유 고분자층(30)은 폴리에틸렌이민층일 수 있다.In the chitin-based cationic adsorbent of the present invention, the linker may be glutaraldehyde, and the amine group-containing polymer layer 30 may be a polyethyleneimine layer.

도 1 내지 도 3을 참고하면, 키틴 분말의 표면에는 히드록시기와 소량의 아민기만 존재하여 뛰어난 흡착성능을 기대하기는 어려웠다. 하지만, 본 발명의 키틴 기반 흡착제는 표면에 다량의 아민기를 가진 양이온성 고분자로 코팅되어 키틴의 표면에 다량의 아민기를 제공함으로써 흡착성능을 대폭 향상시킬 수 있다. 1 to 3, it was difficult to expect excellent adsorption performance because only hydroxy groups and a small amount of amine groups exist on the surface of the chitin powder. However, the chitin-based adsorbent of the present invention is coated with a cationic polymer having a large amount of amine groups on its surface to provide a large amount of amine groups on the surface of chitin, thereby significantly improving adsorption performance.

실시예 1Example 1

3% GA 용액 100mL에 가공되지 않은 키틴(raw chitin) 5g을 넣고 다단진탕배양기(multi-shaking incubator)를 이용하여 25 ℃에서 160 rpm으로 2시간 교반하였다. GA 처리된 키틴(GA-chitin)은 400mL의 증류수로 세척하여 미반응된 GA를 키틴 표면으로부터 제거하였고, GA-chitin은 곧바로 100 mL의 10% PEI 용액으로 옮겨 담아 25℃, 160rpm 조건에서 30분간 반응시켰다. 고액분리를 통해 분리된 PEI-chitin은 증류수로 3회 세척하였고 -100℃에서 24시간 동결 건조하여 실험에 사용하였다.Into 100 mL of 3% GA solution, 5 g of raw chitin was added and stirred at 25° C. at 160 rpm for 2 hours using a multi-shaking incubator. GA-treated chitin was washed with 400 mL of distilled water to remove unreacted GA from the chitin surface, and GA-chitin was immediately transferred to 100 mL of 10% PEI solution and placed at 25°C and 160 rpm for 30 minutes. Reacted. PEI-chitin separated through solid-liquid separation was washed three times with distilled water and freeze-dried at -100°C for 24 hours and used in the experiment.

흡착 성능 실험Adsorption performance experiment

흡착공정에 영향을 미치는 pH, 염료의 농도, 시간 및 온도와 같은 다양한 변수들은 회분식 흡착 실험을 통해 평가하였다. 실험은 50mL의 polypropylene conical tube에 염료(Acid Blue 25, AB25, 씨그마알드리치코리아) 30mL와 PEI-chitin 0.02g을 넣고 다단진탕배양기 안에서 160 rpm, 25 ℃의 조건으로 수행하였다. Various variables such as pH, dye concentration, time and temperature affecting the adsorption process were evaluated through batch adsorption experiments. The experiment was carried out in a polypropylene conical tube of 50 mL with 30 mL of dye (Acid Blue 25, AB25, Sigma-Aldrich Korea) and 0.02 g of PEI-chitin in a multi-stage shaking incubator at 160 rpm and 25 °C.

pH egde 실험은 PEI-chitin의 염료흡착에 있어 최종 pH와 염료 흡착량 간의 관계를 알아보기 위하여 수행하였다. 각 튜브는 0.1, 1, 5 M의 HCl과 NaOH를 사용하여 pH를 2 ~ 12까지 다르게 조절하였고, 24시간동안 각 tube의 pH가 유지될 수 있도록 조절하였다. 흡착평형에 도달한 후 최종 pH를 측정하였다. The pH egde experiment was performed to find out the relationship between the final pH and the amount of dye adsorption in dye adsorption of PEI-chitin. The pH of each tube was adjusted differently from 2 to 12 using 0.1, 1, 5 M HCl and NaOH, and the pH of each tube was maintained for 24 hours. After reaching the adsorption equilibrium, the final pH was measured.

흡착속도론 실험은 pH 2에서 흡착평형에 도달하는데 소요되는 시간을 확인하기 위하여 초기 염료농도 50 mg/L와 100 mg/L에서 실시하였다. 실험이 진행되는 동안에 모든 샘플들은 미리 결정한 시간 간격에 따라 일정하게 채취하였고, 수득한 샘플의 각 농도는 분광광도계(X-MA3000PC, Human Co., Ltd., Korea)를 이용하여 분석하였다. Adsorption kinetics experiments were conducted at initial dye concentrations of 50 mg/L and 100 mg/L to confirm the time required to reach adsorption equilibrium at pH 2. During the experiment, all samples were taken regularly according to a predetermined time interval, and each concentration of the obtained sample was analyzed using a spectrophotometer (X-MA3000PC, Human Co., Ltd., Korea).

등온흡착실험은 AB25에 대한 PEI-chitin의 최대흡착량을 평가하기 위하여 4개의 다른 온도에서 평가하였다. 실험은 pH 2에서 염료의 초기농도를 0 ~ 300 mg/L까지 달리하여 24시간 동안 실시하였다. 그리고 각 샘플에 남아있는 염료의 농도를 측정하기 위하여 분석 샘플을 준비하였다.The isothermal adsorption experiment was evaluated at four different temperatures to evaluate the maximum adsorption amount of PEI-chitin to AB25. The experiment was carried out for 24 hours by varying the initial concentration of the dye from 0 to 300 mg/L at pH 2. In addition, an analysis sample was prepared to measure the concentration of the dye remaining in each sample.

분석샘플들은 9,000 rpm에서 5분간 원심분리 시킨 후 상등액만 취하여 증류수로 적당히 희석을 시켜 준비하였다. 흡광도 분석은 AB25의 최대 파장인 600nm에서 분광광도계로 측정하였고, 수학식(1)을 사용하여 흡착량 q(mg/g)을 계산하였다. Analytical samples were prepared by centrifuging at 9,000 rpm for 5 minutes, then taking only the supernatant and diluting it appropriately with distilled water. Absorbance analysis was measured with a spectrophotometer at 600 nm, which is the maximum wavelength of AB25, and the adsorption amount q (mg/g) was calculated using Equation (1).

Figure 112018131692915-pat00001
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여기서 Ci와 Cf (mg/L)는 염료의 초기농도와 최종농도를 의미하고, Vi와 Vf (L)는 용액의 초기부피와 최종부피를 의미한다. M(g)은 실험에서 사용된 흡착제의 양을 의미한다.Here, C i and C f (mg/L) are the initial and final concentrations of the dye, and V i and V f (L) are the initial and final volumes of the solution. M(g) means the amount of adsorbent used in the experiment.

탈착 및 재사용성 평가Desorption and reusability evaluation

AB25를 흡착한 PEI-chitin은 30 mL의 염료 수용액(100 mg/L)에 PEI-chitin 0.02 g을 넣고 pH 2에서 24시간 동안 교반하여 준비하였다. 흡착된 AB25의 효과적인 탈착 조건을 파악하기 위하여 용리액으로는 수산화나트륨(NaOH), 탄산수소나트륨(NaHCO3),탄산나트륨(Na2CO3)을 선정하였고, 용리액의 농도는 0.001 ~ 1 M로 달리하여 탈착 실험을 실시하였다. 탈착효율은 다음의 식(2)에 의하여 계산하였다.PEI-chitin adsorbing AB25 was prepared by adding 0.02 g of PEI-chitin to 30 mL of an aqueous dye solution (100 mg/L) and stirring at pH 2 for 24 hours. Sodium hydroxide (NaOH), sodium hydrogen carbonate (NaHCO3) and sodium carbonate (Na2CO3) were selected as eluents to determine the effective desorption conditions of the adsorbed AB25, and the concentration of the eluent was varied from 0.001 to 1 M, and a desorption experiment was conducted I did. Desorption efficiency was calculated by the following equation (2).

Figure 112018131692915-pat00002
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흡착제의 재사용 가능성평가는 앞서 수행한 흡착실험과 탈착실험을 동일하게 3회 반복적으로 수행하여 평가하였다. 흡착실험은 pH 2에서 수행되었으며, 탈착실험은 염료별 최적의 탈착용리액 및 농도 조건에서 수행하였다.The reusability evaluation of the adsorbent was evaluated by repeatedly performing the adsorption test and desorption test previously performed 3 times. The adsorption experiment was performed at pH 2, and the desorption experiment was performed under the optimum desorption eluent and concentration conditions for each dye.

도 4는 raw chitin, GA-chitin, PEI-chitin을 대상으로 FE-SEM 측정한 것이다. 도 4를 참고하면, PEI-chitin의 경우, PEI가 키틴 표면에 전체적으로 잘 분포되어 있음을 보여주었다. 5,000배로 찍은 이미지 4c'에서는 위의 결과를 보다 명확하게 보여주고 있으며, 키틴 표면에 보다 크고 많은 공극들이 존재함을 관찰하였다.FIG. 4 is an FE-SEM measurement of raw chitin, GA-chitin, and PEI-chitin. Referring to FIG. 4, in the case of PEI-chitin, it was shown that PEI was well distributed throughout the chitin surface. In image 4c' taken at a factor of 5,000, the above result was more clearly shown, and it was observed that there were larger and more pores on the chitin surface.

도 5는 raw chitin, GA-chitin, PEI-chitin을 대상으로 FTIR 분석한 그래프이다. 도 5를 참고하면, 아민피크를 나타내는 3440, 1423, 1129 cm-1을 살펴보면, 표면개질의 단계가 진행될수록 모든 피크들의 intensity가 증가하는 것을 볼 수 있고, 또한 키틴 및 PEI의 아민기와 GA간의 가교결합을 의미하는 C-N 피크는 1635 cm-1에서 나타났고, 표면개질의 단계가 진행될수록 해당 피크의 intensity가 증가하였다. PEI의 주요 특성 피크인 1423 cm-1(-NH bending 및 deformation vibration), 1650cm-1(-NH2또는 -NH), 3440cm-1(N-H stretching)에서는 raw chitin과 GA-chitin의 유사한 피크변화를 보였으나 PEI-chitin은 피크강도가 크게 증가하였다. 이와 같은 피크변화를 통해 PEI가 성공적으로 도입이 되었다는 것을 확인할 수 있다.5 is a graph of FTIR analysis for raw chitin, GA-chitin, and PEI-chitin. Referring to FIG. 5, looking at 3440, 1423, and 1129 cm -1 representing amine peaks, it can be seen that the intensity of all peaks increases as the surface modification step progresses, and cross-linking between amine groups of chitin and PEI The CN peak indicating binding appeared at 1635 cm -1 , and the intensity of the corresponding peak increased as the surface modification step proceeded. The main characteristic peaks of PEI, 1423 cm -1 (-NH bending and deformation vibration), 1650 cm -1 (-NH 2 or -NH), and 3440 cm -1 (NH stretching), showed similar peak changes of raw chitin and GA-chitin. However, the peak intensity of PEI-chitin increased significantly. Through this peak change, it can be confirmed that PEI was successfully introduced.

도 6은 100 mg/L의 AB25를 대상으로 각 단계별 샘플의 흡착량을 비교한 결과이다. Raw chitin, GA-chitin, PEI-chitin의 흡착량은 각각 55.93, 44.35, 144.28 mg/g으로서, 본 발명의 흡착제인 PEI-chitin은 키틴 분말(raw chitin)에 비해 약 2.6배 흡착성능이 증가하였다.6 is a result of comparing the adsorption amount of samples at each stage for 100 mg/L of AB25. The adsorption amounts of raw chitin, GA-chitin, and PEI-chitin were 55.93, 44.35, and 144.28 mg/g, respectively, and PEI-chitin, the adsorbent of the present invention, increased the adsorption performance by about 2.6 times compared to that of raw chitin. .

도 7은 pH 농도에 따른 염료 흡착량을 염료 농도에 따라 실험하여 측정한 그래프이다. 도 7을 참고하면, pH에 따른 전체적인 흡착량 변화는 pH 2에서 가장 높고 알칼리 영역으로 갈수록 흡착량이 급격히 감소하는 경향을 나타내었다. 염료가 저농도일 경우에는 pH2~8의 넓은 범위에서 고효율의 흡착 능력을 보여주었다.7 is a graph measured by testing the amount of dye adsorption according to the pH concentration according to the dye concentration. Referring to FIG. 7, the change in the overall adsorption amount according to the pH was highest at pH 2, and the adsorption amount showed a tendency to rapidly decrease as it went to the alkaline region. When the dye was at low concentration, it showed high-efficiency adsorption capacity in a wide range of pH 2 to 8.

도 8의 a는 용리액 농도에 따른 탈착효율을, 도 8의 b는 3회 반복하여 흡착과 탈착을 반복한 후 흡착량과 탈착량을 측정한 그래프이다. 도 8의 a를 참고하면, NaOH은 0.01 M에서 85.2%, NaHCO3은 0.01 M에서 78.7%, 그리고 Na2CO3은 0.1 M에서 47.6%로 0.01 M NaOH가 가장 높은 탈착율을 보였다. 도 8의 b를 참고하면, 본 발명의 흡착제는 2회와 3회의 흡착 및 탈착량이 1회에 비해 다소 낮아졌으나, 2회와 3회의 흡착량이 비슷하므로, 수회 반복사용이 가능함을 확인할 수 있다.FIG. 8A is a graph showing the desorption efficiency according to the eluent concentration, and FIG. 8B is a graph in which adsorption and desorption amounts are measured after repeating adsorption and desorption three times. Referring to a of Figure 8, NaOH is 85.2% at 0.01 M, NaHCO3 is 78.7% at 0.01 M, and Na2CO3 is 0.1 M at 47.6%, 0.01 M NaOH showed the highest desorption rate. Referring to b of FIG. 8, the adsorption and desorption amount of the adsorbent of the present invention is slightly lower than that of once, but it can be confirmed that the adsorption amount of the adsorbent of the present invention is similar to that of two and three times, so that it can be repeatedly used several times.

도 9는 염료(AB25_의 초기농도 0 ~ 300 mg/L 범위에서 온도에 따른(298, 308, 318, 328 K) PEI-chitin의 등온흡착곡선을 나타내었다. 하기 표 1은 참고 문헌에 보고된 다양한 흡착제들과 본 발명의 흡착제(PEI-chitin)의 최대 흡착량을 정리하여 나타낸 것이다. 최대흡착량 측면에서 PEI-chitin은 100mg/g미만의 hazelnut shell(참고문헌 1), base treated Shoreadasyphyllasawdust(참고문헌 2), NaOH-treated Ficusracemose(참고문헌 3), water lettuce(참고문헌 5), Azollapinnate(참고문헌 6)와 113.4 mg/g을 보인 biofilm(참고문헌 7)보다는 높은 최대흡착량을 가진 것으로 파악되었다. Waste tea activated carbon(참고문헌 4)의 최대흡착량은 203.34 mg/g으로 PEI-chitin보다 높았으나 친화도 값은 0.422 L/mg으로 상대적으로 낮음을 알 수 있었다. 따라서 본 발명의 양이온성 고분자(PEI)-키틴 생체흡착제는 염료(AB25)의 흡착에 있어 우수한 흡착제임을 확인할 수 있다.9 shows the isothermal adsorption curve of PEI-chitin according to the temperature (298, 308, 318, 328 K) in the range of 0 ~ 300 mg/L of the initial concentration of the dye (AB25_). Table 1 below is reported in the references. The maximum adsorption amount of the various adsorbents and the adsorbent of the present invention (PEI-chitin) of the present invention is summarized.In terms of the maximum adsorption amount, PEI-chitin is less than 100mg/g hazelnut shell (Ref. Ref. 2), NaOH-treated Ficusracemose (Ref. 3), water lettuce (Ref. 5), Azollapinnate (Ref. 6), and biofilm (Ref. 7) showing 113.4 mg/g. The maximum adsorption amount of waste tea activated carbon (Ref. 4) was 203.34 mg/g, which was higher than that of PEI-chitin, but the affinity value was relatively low at 0.422 L/mg. It can be seen that the polymer (PEI)-chitin bioadsorbent is an excellent adsorbent for adsorption of the dye (AB25).

SorbentSorbent qmax (mg/g)q max (mg/g) bL (L/mg)b L (L/mg) h (mg/g min)h (mg/g min) Temperature (K)Temperature (K) 참고문헌.references. Hazelnut shellHazelnut shell 60.260.2 0.0430.043 7.537.53 293293 [1][One] BTSD sawdustBTSD sawdust 24.3924.39 0.4300.430 2.652.65 300300 [2][2] Ficusracemosa(NTFR)Ficusracemosa (NTFR) 60.260.2 0.1340.134 2.382.38 323323 [3][3] Waste tea activated carbonWaste tea activated carbon 203.34203.34 0.4220.422 4.354.35 303303 [4][4] Water lettuce (WL)Water lettuce (WL) 24.524.5 0.0700.070 2.342.34 297297 [5][5] Azolla pinnata (AP)Azolla pinnata (AP) 50.550.5 0.0270.027 0.820.82 297297 [6][6] BiofilmBiofilm 113.4113.4 1.231.23 47.3047.30 303303 [7][7] PEI-chitinPEI-chitin 177.32177.32 3.2763.276 8.608.60 297297 실시예Example

[참고문헌] 1. Ferrero, F., “Dye removal by low cost adsorbents: Hazelnut shells in comparison with wood sawdust,” J.Hazard.Mater.142,144-152(2007).[Reference] 1. Ferrero, F., “Dye removal by low cost adsorbents: Hazelnut shells in comparison with wood sawdust,” J.Hazard. Mater. 142,144-152(2007).

2. Hanafiah, M. A. K. M., Ngah, W. S. W., Zolkafly, S. H., Teong, L. C. and Majid, Z. A. A.,” Acid Blue 25 adsorption on base treated Shorea dasyphylla sawdust: Kinetic, isotherm, thermodynamic and spectroscopic analysis,” J.Environ.Sci.24,261-268(2012).2. Hanafiah, MAKM, Ngah, WSW, Zolkafly, SH, Teong, LC and Majid, ZAA,” Acid Blue 25 adsorption on base treated Shorea dasyphylla sawdust: Kinetic, isotherm, thermodynamic and spectroscopic analysis,” J.Environ.Sci. 24,261-268 (2012).

3. Jain, S. N. and Gogate, P. R., “NaOH-treated dead leaves of Ficus racemosa as an efficient biosorbent for Acid Blue 25 removal,” Int.J.Environ.Sci.Technol.14,531-542(2017).3. Jain, S. N. and Gogate, P. R., “NaOH-treated dead leaves of Ficus racemosa as an efficient biosorbent for Acid Blue 25 removal,” Int.J.Environ.Sci.Technol. 14,531-542 (2017).

4. Auta, M. and Hameed, B. H., “Preparation of waste tea activated carbon using potassium acetate as an activating agent for adsorption of Acid Blue 25 dye,” Chem.Eng.J.171,502-509(2011).4. Auta, M. and Hameed, B. H., “Preparation of waste tea activated carbon using potassium acetate as an activating agent for adsorption of Acid Blue 25 dye,” Chem. Eng. J. 171,502-509 (2011).

5. Kooh, M. R. R., Dahri, M. K., Lim, L. B. L., Lim, L. H. and Chan, C. M., “Separation of acid blue 25 from aqueous solution using water lettuce and agro-wastes by batch adsorption studies,” Appl.WaterSci.8,61(2018).5. Kooh, MRR, Dahri, MK, Lim, LBL, Lim, LH and Chan, CM, “Separation of acid blue 25 from aqueous solution using water lettuce and agro-wastes by batch adsorption studies,” Appl.WaterSci.8, 61(2018).

6. Kooh, M. R. R., Dahri, M. K., Lim, L. B. L. and Lim, L. H., “Batch Adsorption Studies on the Removal of Acid Blue 25 from Aqueous Solution Using Azolla pinnata and Soya Bean Waste,” Arab.J.Sci.Eng.41,2453-2464(2016).6. Kooh, MRR, Dahri, MK, Lim, LBL and Lim, LH, “Batch Adsorption Studies on the Removal of Acid Blue 25 from Aqueous Solution Using Azolla pinnata and Soya Bean Waste,” Arab.J.Sci.Eng.41 ,2453-2464 (2016).

7. Mawad, A. M. M., Yousef, N. M. H. and Shoreit, A. A. M., “Bioremediation of Acid Blue 25 Dye by Anthracene Degrading Pseudomonas Pseudoalcaligenes ASU-016,” CatrinaInt.J.Environ.Sci.10,53-60(2015).7. Mawad, A. M. M., Yousef, N. M. H. and Shoreit, A. A. M., “Bioremediation of Acid Blue 25 Dye by Anthracene Degrading Pseudomonas Pseudoalcaligenes ASU-016,” Catrina Int.J. Environ.Sci. 10,53-60 (2015).

도 10은 시간에 따른 PEI-chitin의 염료(AB25) 흡착 실험 결과이다. 실험은 50 mg/L과 100 mg/L의 AB25를 이용하여 25℃에서 약 31시간 동안 수행하였다. 도 10을 참고하면, 흡착은 초기에 대단히 빨랐으며 일정 시간 이후부터는 서서히 진행되다가 약 120분(50 mg/L)과 500분(100 mg/L) 후에 흡착평형에 도달하였다. 흡착량은 100 mg/L에서 150.38 mg/g으로 50 mg/L보다 약 2 배 높았으나 흡착평형에 도달하는 시간은 약 4.2배 증가하였다. 10 is a result of an experiment for adsorption of dye (AB25) of PEI-chitin over time. The experiment was performed at 25° C. for about 31 hours using 50 mg/L and 100 mg/L of AB25. Referring to FIG. 10, adsorption was very fast at the beginning, gradually progressed after a certain time, and reached adsorption equilibrium after about 120 minutes (50 mg/L) and 500 minutes (100 mg/L). The adsorption amount was about 2 times higher than that of 50 mg/L from 100 mg/L to 150.38 mg/g, but the time to reach adsorption equilibrium increased by about 4.2 times.

실시예 2Example 2

농도가 0.1 ~ 10%인 링커(GA)를 사용한 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 PEI-chitin을 각각 제조하였다. 각각의 PEI-chitin을 pH 2의 조건에서 염료(RY2, Reactive Yellow2)를 흡착한 후 흡착량을 측정하고, 도 11에 GA 농도에 따른 염료 흡착량을 나타내었다. PEI-chitin was prepared in the same manner as in Example 1, except that a linker (GA) having a concentration of 0.1 to 10% was used. After adsorbing dyes (RY2, Reactive Yellow2) to each PEI-chitin at pH 2, the adsorption amount was measured, and FIG. 11 shows the dye adsorption amount according to the GA concentration.

도 11을 참고하면, GA 농도 3%에서 최대 304.0 mg/g이고, GA 농도를 5%, 10%로 농도가 더욱 증가하였을 때, 흡착량은 다시 감소하는 경향을 보였다. Referring to FIG. 11, when the concentration of GA was up to 304.0 mg/g at 3%, and when the concentration was further increased to 5% and 10%, the adsorption amount showed a tendency to decrease again.

실시예 3Example 3

1 ~ 20%의 PEI를 각각 사용한 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 PEI-chitin을 제조하였다. 각각의 PEI-chitin을 pH 2의 조건에서 염료(RY2, Reactive Yellow2)를 흡착한 후 흡착량을 측정한 후, 도 12에 PEI 농도에 따른 염료(RY2)의 흡착량을 나타내었다.PEI-chitin was prepared in the same manner as in Example 1, except that 1 to 20% of PEI was used, respectively. After measuring the adsorption amount of each PEI-chitin after adsorbing the dye (RY2, Reactive Yellow2) under the condition of pH 2, FIG. 12 shows the adsorption amount of the dye (RY2) according to the PEI concentration.

도 12를 참고하면, 1%의 PEI를 사용하였을 때 147.1 mg/g에서 20%의 PEI를 사용하였을 때 최대 430.7 mg/g으로 흡착량이 큰 폭으로 증가하였다. 하지만 흡착공정 후 원심분리 과정에서 15% 이상의 PEI를 사용한 샘플에서는 염료의 응집 침전물이 생기는 것을 확인하였다. 이는 키틴의 표면에 화학적으로 완전히 결합되지 않고 물리적으로 결합되어있던 PEI가 흡착공정에서 떨어져 나와 RY2와 결합하여 나타난 현상으로 보인다. 이는 PEI-chitin의 흡착성능과는 무관한 현상이며, 개발 소재의 흡착성능을 평가하는데 방해되는 요소로 판단되어 본 연구에서는 침전물이 생기지 않는 최대농도인 10%의 PEI가 가장 적합한 농도인 것으로 판단하였다.Referring to FIG. 12, the adsorption amount increased significantly from 147.1 mg/g when 1% PEI was used to a maximum of 430.7 mg/g when 20% PEI was used. However, in the centrifugation process after the adsorption process, it was confirmed that aggregated precipitates of the dye were formed in the samples using more than 15% PEI. This seems to be a phenomenon that appeared when PEI, which was physically bound rather than chemically bound to the surface of chitin, was separated from the adsorption process and bound to RY2. This is a phenomenon that is independent of the adsorption performance of PEI-chitin, and is judged to be a factor that interferes with the evaluation of the adsorption performance of the developed material. In this study, the maximum concentration of 10% PEI without sediment was determined to be the most suitable concentration. .

실시예 4Example 4

키틴 분말의 크기를 5개 크기별 샘플로 사용한 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 PEI-chitin을 제조하였다. 각각의 PEI-chitin을 pH 2의 조건에서 염료(RY2, Reactive Yellow2)를 흡착한 후 흡착량을 측정한 후, 도 13에 키틴 크기별로 염료(RY2)의 흡착량을 나타내었다.PEI-chitin was prepared in the same manner as in Example 1, except that the size of chitin powder was used as a sample of 5 sizes. After measuring the adsorption amount of each PEI-chitin after adsorbing the dye (RY2, Reactive Yellow2) under the condition of pH 2, FIG. 13 shows the adsorption amount of the dye (RY2) by chitin size.

도 13을 참고하면, 키틴의 입자 크기가 감소함에 따라 흡착량은 증가하였으며, 흡착량은 180㎛미만일 경우 307.8 mg/g으로 가장 높았다. 그러나 180㎛미만 크기에서는 흡착제 제조 공정이 까다로울 뿐만 아니라 제조된 소재의 흡착량이 균일하지 못해 본 발명에서는 180 ~ 300 ㎛ 크기의 키틴이 바람직한 크기로 판단하였다.Referring to FIG. 13, as the particle size of chitin decreases, the adsorption amount increases, and when the adsorption amount is less than 180 μm, the adsorption amount is the highest at 307.8 mg/g. However, in the case of a size of less than 180 μm, not only the manufacturing process of the adsorbent was difficult, and the amount of adsorption of the prepared material was not uniform, so in the present invention, chitin having a size of 180 to 300 μm was determined as a preferred size.

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. In the above, a preferred embodiment of the present invention has been described in detail, but this description merely describes and discloses an exemplary embodiment of the present invention. Those skilled in the art will readily recognize that various changes, modifications and variations are possible from the above description and accompanying drawings without departing from the scope and spirit of the present invention.

10 : 키틴 20 : 링커
30 : 아민기 함유 고분자층
10: chitin 20: linker
30: amine group-containing polymer layer

Claims (13)

링커 용액에 키틴 분말을 넣어 반응시켜 링커가 결합된 키틴 분말을 제조하는 단계 ; 및
링커가 결합된 상기 키틴 분말을 아민기 함유 고분자 용액에 넣어 반응시키는 단계를 포함하고,
상기 링커가 결합된 키틴 분말 제조단계는 링커 용액의 농도를 1~10%(w/v), 키틴 분말을 상기 링커 용액 대비 0.01~0.05g/mL 첨가하고,
상기 반응 단계는 링커가 결합된 상기 키틴 분말 0.01~0.05g을 상기 아민기 함유 고분자 용액 1~10%(w/v)에 가하고,
키틴 분말 크기가 100~500㎛이고,
상기 링커는 상기 키틴 분말 및 아민기 함유 고분자와도 결합가능하도록 복수의 반응기를 가지는 화합물인 것을 특징으로 하는 키틴 기반 흡착제 제조방법.
Adding chitin powder to the linker solution and reacting to prepare chitin powder to which the linker is bound; And
Including the step of reacting the chitin powder to which the linker is bonded to the polymer solution containing an amine group
In the step of preparing the linker-bonded chitin powder, the concentration of the linker solution is 1-10% (w/v), and the chitin powder is added 0.01-0.05 g/mL compared to the linker solution,
In the reaction step, 0.01 to 0.05 g of the chitin powder to which a linker is bound is added to 1 to 10% (w/v) of the amine group-containing polymer solution,
The chitin powder size is 100 ~ 500㎛,
The linker is a chitin-based adsorbent manufacturing method, characterized in that it is a compound having a plurality of reactive groups to be able to bind to the chitin powder and the amine group-containing polymer.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제 1항에 있어서, 상기 링커는 글루타르알데하이드(glutaraldehyde), 비스디아조벤지딘, 트리아졸디알데하이드(triazole dialdehyde), 글리시딜 메타크릴레이트 (glycidyl methacrylate), 벤질트리아졸 카르브알데하이드 (benzyltiazole carbaldehyde), 벤조시아졸 카르복스알데하이드 (benzothiazole carboxaldehyde), 에피클로로하이드린, 디알데하이드 (dialdehyde), 메틸렌비스아크릴아미드 (methylene-bis-acrylamide), 글리옥살 (glyoxal), 아크릴산 (acrylic acid), 말레산 (maleic acid), 테트라에톡시실란 (tetraetoxysilane) 및 트리폴리포스페이트 (tripolyphosphate) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 키틴 기반 흡착제 제조방법.The method of claim 1, wherein the linker is glutaraldehyde, bisdiazobenzidine, triazole dialdehyde, glycidyl methacrylate, benzyltiazole carbaldehyde. , Benzothiazole carboxaldehyde, epichlorohydrin, dialdehyde, methylene-bis-acrylamide, glyoxal, acrylic acid, maleic acid ( Maleic acid), tetraethoxysilane (tetraetoxysilane), and a chitin-based adsorbent manufacturing method, characterized in that any one of tripolyphosphate (tripolyphosphate). 키틴 분말(10) ;
상기 키틴에 결합된 링커(20) ; 및
상기 링커와 가교되어 상기 키틴 표면에 코팅된 폴리에틸렌이민층(30)을 포함하고,
상기 키틴 분말 입자 크기는 100~500㎛이고,
상기 링커는 글루타르알데하이드(glutaraldehyde), 트리아졸디알데하이드(triazole dialdehyde), 글리시딜 메타크릴레이트 (glycidyl methacrylate), 벤질트리아졸 카르브알데하이드 (benzyltiazole carbaldehyde), 벤조시아졸 카르복스알데하이드 (benzothiazole carboxaldehyde), 에피클로로하이드린, 디알데하이드 (dialdehyde), 메틸렌비스아크릴아미드 (methylene-bis-acrylamide), 글리옥살 (glyoxal), 아크릴산 (acrylic acid), 말레산 (maleic acid), 테트라에톡시실란 (tetraetoxysilane) 및 트리폴리포스페이트 (tripolyphosphate) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 키틴 기반 양이온성 흡착제.
Chitin powder (10);
A linker (20) bonded to the chitin; And
It includes a polyethyleneimine layer 30 crosslinked with the linker and coated on the chitin surface,
The chitin powder particle size is 100 ~ 500㎛,
The linker is glutaraldehyde, triazole dialdehyde, glycidyl methacrylate, benzyltiazole carbaldehyde, benzothiazole carboxaldehyde , Epichlorohydrin, dialdehyde, methylene-bis-acrylamide, glyoxal, acrylic acid, maleic acid, tetraetoxysilane And a chitin-based cationic adsorbent, characterized in that any one of tripolyphosphate (tripolyphosphate).
삭제delete 삭제delete 삭제delete 음이온성 염료나 음이온성 금속 이온 용액을 상기 제 7항의 흡착제에 접촉시키는 단계 ; 및
상기 흡착제를 회수하는 단계를 포함하는 키틴 기반 흡착제를 이용한 흡착 방법.
Contacting the anionic dye or the anionic metal ion solution with the adsorbent of claim 7; And
Adsorption method using a chitin-based adsorbent comprising the step of recovering the adsorbent.
제 11항에 있어서, 상기 접촉 단계는 용액의 pH를 8이하로 조절하는 것을 특징으로 하는 키틴 기반 흡착제를 이용한 흡착 방법.The method of claim 11, wherein in the contacting step, the pH of the solution is adjusted to 8 or less. 제 11항에 있어서, 상기 방법은 회수된 흡착제를 알카리성 용리액에 넣어 염료나 금속을 탈착시키는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 키틴 기반 흡착제를 이용한 흡착 방법.

The method of claim 11, wherein the method further comprises the step of desorbing the dye or metal by putting the recovered adsorbent in an alkaline eluent.

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KR101773627B1 (en) * 2012-09-28 2017-09-01 전북대학교산학협력단 Adsorbent comprising fiber-biomass composite and Preparation method thereof

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