KR102289660B1 - 악취 제거용 조성물 및 그의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

악취 제거용 조성물 및 그의 제조방법을 개시한다. 본 발명은 다공성 코어-쉘 복합체; 미생물; 및 물;을 포함하고, 상기 다공성 코어-쉘 복합체는 제올라이트를 포함하는 코어; 및 상기 코어 표면의 일부 또는 전부 상에 위치하고, 금속-유기 구조체(Metal-organic framework, MOFs)를 포함하는 쉘;을 포함하는 것인 악취 제거용 조성물이 제공된다. 본 발명의 나노기공과 넓은 표면적을 갖는 다공성 코어-쉘 복합체를 포함하는 악취 제거용 조성물은 악취물질을 선택적으로 흡착할 수 있어 우수한 악취 저감 효과가 있다. 또한, 본 발명의 악취 제거용 조성물은 기존의 값비싼 유용미생물을 단독으로 사용할 때보다 저렴한 다공성 코어-쉘 복합체를 함께 사용함으로써 저렴한 가격으로 악취 저감이 가능한 효과가 있다. 또한, 본 발명의 악취 제거용 조성물을 유용미생물을 통한 악취물질의 분해 작용 후에도 다공성 코어-쉘 복합체로 악취물질을 흡착할 수 있어 보다 오랜 시간 동안 악취 저감 효과를 갖는다.

Description

악취 제거용 조성물 및 그의 제조방법{COMPOSITION FOR REMOVING ODOR AND METHOD OF PREPARING SAME}
본 발명은 악취 제거용 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 악취원인 물질을 분해할 수 있는 미생물 및 악취원인 물질을 선택적으로 흡착할 수 있는 다공성 코어-쉘 복합체를 포함하는 악취 제거용 조성물 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
2016년도 환경부 자료에 따르면 전체 냄새 민원 중 축산분야가 26%(6,398건)을 차지하였으며 계속하여 증가 추세에 있다. 최근 축산악취를 개선하지 않고는 지속 가능한 축산업을 할 수 없다는 위기감이 축산 업계뿐만 아니라 정부, 지방 자치단체 등에도 인식되고 있기 때문에 축산 악취의 효과적인 저감이 필요하다. 축산악취는 주로 가축의 분뇨로부터 발생되는데, 특히 우리나라 국민이 가장 많이 소비하고 있는 육류인 돼지고기를 생산하는 양돈 농가에서 배출되는 가축분뇨는 연간 가축분뇨(4,700만톤)의 40.4%(1,897만톤)나 되며 매우 심각한 악취를 발생시키고 있다. 돼지의 분뇨에서 악취를 발생시키는 원인 물질은 암모니아, 황화수소, 인돌류, 페놀류, 이성체지방산 등이 있다. 특히 암모니아와 황화수소는 대표적인 축산악취 발생 원인 물질로 농도가 일정수준일 때는 돼지의 질병 및 폐사에 까지 이르게 한다.
축산악취를 해결하기 위해서는 축사 내부를 청결히 유지하고 축사외부에 냄새저감 시설인 바이오필터, 바이오커튼, 스크러버 등을 설치하는 것이 필요하다. 또한 액비를 만들 때 분뇨처리시설에서 악취가 외부로 유출되지 않도록 적절한 시설을 갖추어 철저히 밀폐를 시키는 것이 필요하다. 하지만 이미 지어진 돈사에 악취 저감 시설을 일괄적으로 설치하는 것은 막대한 비용이 소요된다. 특히 악취저감 시설을 갖추기 위해서는 돈사의 구조 및 형태가 고려되어야 하는데 현재 완공된 돈사들은 각기 다른 형태와 구조를 갖고 있기 때문에 이를 일일이 고려하여 시설을 갖추기 위해서는 많은 시간과 비용이 소요된다. 그러므로 보다 범용적으로 적용될 수 있는 악취저감 방법이 필요하다. 그러므로 돈사에 범용적으로 적용할 수 있는 저렴하면서도 악취저감효과가 지속될 수 있는 악취저감제의 개발이 필요하다.
본 발명의 목적은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로 악취물질을 선택적으로 흡착할 수 있는 다공성 코어-쉘 복합체가 유용미생물과 함께 사용되어 값비싼 유용미생물 제제의 사용을 줄일 수 있는 악취 제거용 조성물을 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 목적은 유용미생물을 통한 악취물질의 분해 작용 후에도 다공성 코어-쉘 복합체로 악취물질을 흡착할 수 있어 보다 오랜 시간 동안 악취 저감 효과를 갖는 악취 제거용 조성물 및 그의 제조방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 다공성 코어-쉘 복합체; 미생물; 및 물;을 포함하고, 상기 다공성 코어-쉘 복합체는 제올라이트를 포함하는 코어; 및 상기 코어 표면의 일부 또는 전부 상에 위치하고, 금속-유기 구조체(Metal-organic framework, MOFs)를 포함하는 쉘;을 포함하는 것인 악취 제거용 조성물이 제공된다.
또한 상기 제올라이트가 아날심(analcime), 캐버자이트(chabazite), 클리노프틸로라이트(clinoptilolite), 휼란다이트(heulandite), 내트롤라이트(natrolite), 필립사이트(phillipsite), 스틸바이트(stilbite) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
또한 상기 제올라이트가 기공을 포함하고, 상기 기공의 크기가 0.5 내지 10 nm일 수 있다.
또한 상기 코어의 비표면적이 100 내지 1,000 m2/g일 수 있다.
또한 상기 다공성 코어-쉘 복합체의 크기가 0.1 내지 10 μm일 수 있다.
또한 상기 금속-유기 구조체가 금속이온과 상기 금속이온에 배위결합된 유기 리간드를 포함할 수 있다.
또한 상기 금속이온이 철(Fe), 코발트(Co), 구리(Cu) 및 아연(Zn)으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 이온을 포함할 수 있다.
또한 상기 유기 리간드가 5-클로로벤지미다졸(5-chlorobenzimidazole), 2-메틸이미다졸(2-methylimidazole), 4-메틸이미다졸(4-methylimidazole), 2-메틸벤지미다졸(2-methylbenzimidazole), 벤지미다졸(benzimidazole), 2-니트로이미다졸(2-nitroimidazole), 5-니트로벤지미다졸(5-nitrobenzimidazole) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 이미다졸을 포함할 수 있다.
또한 상기 금속-유기 구조체가 기공을 포함하고, 상기 기공의 크기가 0.1 내지 5 nm일 수 있다.
또한 상기 쉘의 두께가 10 내지 500 nm일 수 있다.
또한 상기 금속-유기 구조체 및 상기 제올라이트가 각각 기공을 갖고, 상기 금속-유기 구조체의 기공의 크기가 상기 제올라이트 기공의 크기 보다 작을 수 있다.
또한 상기 미생물이 바실러스 푸지포르미스 속(Bacillus fusiformis sp.), 바실러스 안트라시스 속(Bacillus anthracis sp.), 패니바실러스 속(Paenibacillus sp.), 세라티아 마르세센스 속(Serratia marcescens sp.), 바실러스 튜린지엔시스(Bacillus thuringiensis), 아시네토박터 속(Acinetobacter sp.), 스트렙토미세스 속(Streptomyces sp.), 고르도니아 속(Gordonia sp.), 고르도니아시에 속(Gordoniaceae sp.), 슈도모나스 스튜트제리(Pseudomonas stutzeri) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
또한 상기 미생물의 크기가 0.1 내지 10 μm일 수 있다.
또한 상기 악취 제거용 조성물이 계면활성제를 추가로 포함할 수 있다.
또한 상기 악취 제거용 조성물이 상기 미생물과 물의 합계량 50 내지 98.99중량%; 상기 코어-쉘 구조체 1 내지 49.99중량%; 및 상기 계면활성제 0.01 내지 1중량%;를 포함할 수 있다.
또한 상기 미생물과 상기 물을 혼합한 수용액은 상기 미생물을 1.0 Х 106 내지 1.0 Х 1011 CFU/mL의 농도로 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, (a) 다공성 코어-쉘 복합체를 제공하는 단계; 및 (b) 상기 다공성 코어-쉘 복합체를 미생물을 포함하는 미생물 수용액에 분산시켜 악취 제거용 조성물을 제조하는 단계;를 포함하고, 상기 다공성 코어-쉘 복합체는 제올라이트를 포함하는 코어; 및 상기 코어 표면의 일부 또는 전부 상에 위치하고, 금속-유기 구조체(Metal-organic framework, MOFs)를 포함하는 쉘;을 포함하는 것인 악취 제거용 조성물의 제조방법이 제공된다.
또한 상기 단계 (a) 이전에, (a') 금속 전구체와 이미다졸을 제올라이트 존재 하에서 극성용매를 사용하여 반응시켜 다공성 코어-쉘 구조체를 제조하는 단계;를 추가로 포함할 수 있다.
또한 상기 단계 (a')에서, 상기 극성용매 100중량부에 대하여 상기 금속 전구체 0.1 내지 10중량부, 상기 이미다졸 0.2 내지 20중량부, 및 상기 제올라이트 0.1 내지 20중량부일 수 있다.
또한 상기 금속 전구체가 질산아연 수화물(Zn(NO3)2ㆍ6H2O), 황산아연 수화물(Zn(SO4)2ㆍ6H2O), 염화아연 수화물(ZnCl2ㆍ6H2O) 및 아세트산아연 수화물(Zn(CH3COO)2ㆍ2H2O)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 나노기공과 넓은 표면적을 갖는 다공성 코어-쉘 복합체를 포함하는 악취 제거용 조성물은 악취물질을 선택적으로 흡착할 수 있어 우수한 악취 저감 효과가 있다.
또한, 본 발명의 악취 제거용 조성물은 기존의 값비싼 유용미생물을 단독으로 사용할 때보다 저렴한 다공성 코어-쉘 복합체를 함께 사용함으로써 저렴한 가격으로 악취 저감이 가능한 효과가 있다.
또한, 본 발명의 악취 제거용 조성물은 유용미생물을 통한 악취물질의 분해 작용 후에도 다공성 코어-쉘 복합체로 악취물질을 흡착할 수 있어 보다 오랜 시간 동안 악취 저감 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명의 악취 제거용 조성물을 나타낸 개략도이다.
도 2는 본 발명의 악취 제거용 조성물의 제조방법을 나타낸 흐름도이다.
도 3은 실시예 1에 따라 제조된 다공성 코어-쉘 복합체의 저배율(좌) 및 고배율(우) SEM 이미지이다.
도 4는 제조예 1의 합성 제올라이트의 저배율(좌) 및 고배율(우) SEM 이미지이다.
도 5는 실시예 1에 따라 제조된 다공성 코어-쉘 복합체의 TEM 이미지이다.
도 6은 실시예 1에 따라 제조된 다공성 코어-쉘 복합체 및 제조예 1의 합성 제올라이트의 기공크기분포를 나타낸 그래프이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하도록 한다.
그러나, 이하의 설명은 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 악취 제거용 조성물을 나타낸 개략도이다.
이하, 도 1을 참고하여 본 발명의 악취 제거용 조성물에 대해 설명하도록 한다.
본 발명은 다공성 코어-쉘 복합체; 미생물(100); 및 물;을 포함하고, 상기 다공성 코어-쉘 복합체는 제올라이트를 포함하는 코어(300); 및 상기 코어 표면의 일부 또는 전부 상에 위치하고, 금속-유기 구조체(Metal-organic framework, MOFs)를 포함하는 쉘(200);을 포함하는 것인 악취 제거용 조성물을 제공한다.
다공성 코어-쉘 복합체
본 발명의 악취 제거용 조성물은 다공성 코어-쉘 복합체를 포함하고, 상기 다공성 코어-쉘 복합체는 제올라이트를 포함하는 코어(300); 및 상기 코어 표면의 일부 또는 전부 상에 위치하고, 금속-유기 구조체(Metal-organic framework, MOFs)를 포함하는 쉘(200);을 포함할 수 있다.
상기 다공성 코어-쉘 복합체의 크기는 0.1 내지 10 μm일 수 있다. 상기 다공성 코어-쉘 복합체의 크기가 0.1 μm 미만이면, 악취원인 물질을 충분히 흡착할 수 있는 용량이 낮아지기 때문에 바람직하지 않고 해서 바람직하지 않고, 10 μm를 초과하면 분사노즐을 통한 원활한 분사가 어렵기 때문에 바람직하지 않다.
코어
상기 다공성 코어-쉘 복합체의 코어(300)는 제올라이트를 포함하고, 상기 제올라이트는 아날심(analcime), 캐버자이트(chabazite), 클리노프틸로라이트(clinoptilolite), 휼란다이트(heulandite), 내트롤라이트(natrolite), 필립사이트(phillipsite), 스틸바이트(stilbite) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 제올라이트는 기공을 포함하고, 상기 기공의 크기가 0.5 내지 10 nm일 수 있다. 상기 기공의 크기가 0.5 nm 미만이면, 수 옹스트롬 크기의 악취원인 물질 보다 기공 크기가 작아 악취원인 물질을 흡착하기 어려워 바람직하지 않고, 10 nm를 초과하면 악취원인 물질보다 기공 크기가 너무 커서 악취원인 물질의 효과적인 흡착이 어려워 바람직하지 않다.
상기 코어(300)의 비표면적은 100 내지 1,000 m2/g일 수 있다.
쉘
상기 다공성 코어-쉘 복합체는 쉘(200)을 포함하고, 상기 쉘(200)은 상기 코어(300) 표면의 일부 또는 전부 상에 위치하고, 금속-유기 구조체(Metal-organic framework, MOFs)를 포함할 수 있다.
상기 금속-유기 구조체는 금속이온과 상기 금속이온에 배위결합된 유기 리간드를 포함할 수 있다.
상기 금속이온은 철(Fe), 코발트(Co), 구리(Cu) 및 아연(Zn)으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 이온을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 아연을 포함할 수 있다.
상기 유기 리간드는 5-클로로벤지미다졸(5-chlorobenzimidazole), 2-메틸이미다졸(2-methylimidazole), 4-메틸이미다졸(4-methylimidazole), 2-메틸벤지미다졸(2-methylbenzimidazole), 벤지미다졸(benzimidazole), 2-니트로이미다졸(2-nitroimidazole), 5-니트로벤지미다졸(5-nitrobenzimidazole) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 이미다졸을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 2-메틸이미다졸을 포함할 수 있다.
상기 금속-유기 구조체는 기공을 포함하고, 상기 기공의 크기는 0.1 내지 5 nm일 수 있다. 상기 기공의 크기가 0.1 nm 미만이면, 수 옹스트롬 크기의 악취원인 물질이 통과하기 어려워 바람직하지 않고, 5 nm를 초과하면 악취원인 물질에 대한 선택성이 줄어들어 악취원인 물질의 선택적인 흡착이 어려워서 바람직하지 않다.
상기 쉘(200)의 두께는 10 내지 500 nm일 수 있다. 상기 쉘(200)의 두께가 10 nm 미만이면, 악취원인 물질의 투과 길이가 짧아 악취원인 물질뿐만 아니라 다른 물질도 함께 통과될 가능성이 커서 바람직하지 않고, 500 nm를 초과하면 악취원인 물질이 쉘(200)을 통과하는 것이 어려워 바람직하지 않다.
상기 금속-유기 구조체 및 상기 제올라이트는 각각 기공을 갖고, 상기 금속-유기 구조체의 기공의 크기는 상기 제올라이트 기공의 크기 보다 작을 수 있다.
미생물
본 발명의 악취 제거용 조성물은 미생물(100)을 포함하고, 상기 미생물은 바실러스 푸지포르미스 속(Bacillus fusiformis sp.), 바실러스 안트라시스 속(Bacillus anthracis sp.), 패니바실러스 속(Paenibacillus sp.), 세라티아 마르세센스 속(Serratia marcescens sp.), 바실러스 튜린지엔시스(Bacillus thuringiensis), 아시네토박터 속(Acinetobacter sp.), 스트렙토미세스 속(Streptomyces sp.), 고르도니아 속(Gordonia sp.), 고르도니아시에 속(Gordoniaceae sp.), 슈도모나스 스튜트제리(Pseudomonas stutzeri) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하며, 바람직하게는 바실러스 푸지포르미스 속을 포함할 수 있다.
상기 미생물의 크기는 0.1 내지 10 μm일 수 있다. 상기 미생물의 크기가 0.1 μm 미만이면, 악취원인 물질을 충분히 분해할 수 있는 용량이 낮아지기 때문에 바람직하지 않고, 10 μm를 초과하면 분사노즐을 통한 원활한 분사가 어렵기 때문에 바람직하지 않다.
계면활성제
본 발명의 악취 제거용 조성물은 계면활성제를 추가로 포함할 수 있다.
상기 계면활성제는 트리톤-X(Triton-X), 도데실 황산 나트륨(sodium dodecylsulfate), 디메틸디옥타데실암모늄 클로라이드(dimethyldioctadecylammonium chloride), 암모늄 라우릴 설페이트(ammonium lauryl sulfate), 소듐 미레스 설페이트(sodium myreth sulfate), 디옥틸 소듐 설포숙시네이트(dioctyl sodium sulfosuccinate), 퍼플루오로옥테인설포네이트(perfluorooctanesulfonate), 퍼플루오로뷰테인설포네이트(perfluorobutanesulfonate), 옥테니딘 디하이드로클로라이드(octenidine dihydrochloride), 세틸 트리메틸암모늄 브로마이드(cetyl trimethylammonium bromide), 염화 세틸 트리메틸암모늄(cetyl trimethylammonium chloride), 소듐 라우릴 설페이트(sodium lauryl sulfate), 염화 세틸피리디늄(cetylpyridinium chloride), 염화 벤잘코늄(benzalkonium chloride), 염화 벤제토늄(benzethonium chloride), 5-브로모-5-니트로-1,3-다이옥세인(5-Bromo-5-nitro-1,3-dioxane), 세트리모늄 브로마이드(cetrimonium bromide), 디옥타데실디메틸암모늄 브로마이드(dioctadecyldimethylammonium bromide) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 트리톤-X를 포함할 수 있다.
상기 악취 제거용 조성물은 상기 미생물과 물의 합계량 50 내지 98.99중량%; 상기 코어-쉘 구조체 1 내지 49.99중량%; 및 상기 계면활성제 0.01 내지 1중량%;를 포함할 수 있다.
상기 미생물과 상기 물을 혼합한 수용액은 상기 미생물을 1.0 Х 106 내지 1.0 Х 1011 CFU/mL의 농도로 포함할 수 있다.
도 2는 본 발명의 악취 제거용 조성물의 제조방법을 나타낸 흐름도이다.
이하, 도 2를 참고하여 본 발명의 악취 제거용 조성물의 제조방법에 대해 설명하도록 한다.
먼저, 다공성 코어-쉘 복합체를 제공한다(단계 a).
상기 다공성 코어-쉘 복합체는 상술한 본 발명의 다공성 코어-쉘 복합체에서의 설명과 동일하므로 구체적인 내용은 그 부분을 참조하기로 한다.
상기 단계 (a) 이전에, (a') 금속 전구체와 이미다졸을 제올라이트 존재 하에서 극성용매를 사용하여 반응시켜 다공성 코어-쉘 구조체를 제조하는 단계;를 추가로 포함할 수 있다.
상기 단계 (a')에서, 상기 극성용매 100중량부에 대하여 상기 금속 전구체 0.1 내지 10중량부, 상기 이미다졸 0.2 내지 20중량부, 및 상기 제올라이트 0.1 내지 20중량부일 수 있다.
상기 금속 전구체는 질산아연 수화물(Zn(NO3)2ㆍ6H2O), 황산아연 수화물(Zn(SO4)2ㆍ6H2O), 염화아연 수화물(ZnCl2ㆍ6H2O) 및 아세트산아연 수화물(Zn(CH3COO)2ㆍ2H2O)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 질산아연 수화물을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 질산아연 수화물을 포함할 수 있다.
상기 극성용매는 메탄올, 에탄올, 프로판올, iso-프로판올, tert-부탄올, n-부탄올, 메톡시에탄올, 에톡시에탄올, 디메틸아세트아마이드, 디메틸포름아마이드, n-메틸-2-피롤리돈(NMP), 포름산, 니트로메탄, 아세트산, 증류수 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 메탄올을 포함할 수 있다.
마지막으로, 상기 다공성 코어-쉘 복합체를 미생물을 포함하는 미생물 수용액에 분산시켜 악취 제거용 조성물을 제조한다(단계 b).
이하, 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명을 상세히 설명한다. 그러나 이는 예시를 위한 것으로서 이에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
제조예 1: 합성 제올라이트
Jisim tech co.Ltd사의 JST-MS100를 합성 제올라이트로 사용하였다.
실시예 1: 다공성 코어-쉘 복합체 제조
200ml 메탄올에 금속 전구체인 Zn(NO3)2ㆍ6H2O 0.6g, 2-메틸이미다졸(2-methylimidazole) 1.4g, 제조예 1의 합성 제올라이트 5g을 넣고 5시간 동안 500rpm으로 상온에서 교반한 후 메탄올을 용매로 하여 센트리퓨즈를 5회 실시하고, 세척한 다음 강제순환식 오븐에서 12시간(100℃) 건조시켜 금속-유기 구조체인 ZIF-8(Zeolitic imidazolate framework-8)가 코팅된 제올라이트인 다공성 코어-쉘 복합체를 제조하였다.
실시예 2: 다공성 코어-쉘 복합체를 포함하는 악취 제거용 조성물 제조
실시예 1에 따라 제조된 다공성 코어-쉘 복합체 2g을 100ml의 1.0 Х 108 CFU/mL의 농도를 갖는 Bacillus fusiformis sp. 수용액에 첨가하였다. 이때 0.1g의 계면활성제인 Triton-X를 같이 첨가하고 분산시켜 악취 제거용 조성물을 제조하였다.
비교예 1: 제올라이트를 포함하는 악취 제거용 조성물
제조예 1의 합성 제올라이트 2g을 100ml의 1.0 Х 108 CFU/mL의 농도를 갖는 Bacillus fusiformis sp. 수용액에 첨가하였다. 이때 0.1 g의 계면활성제인 Triton-X를 같이 첨가하고 분산시켜 유용미생물 및 제올라이트를 포함하는 악취 제거용 조성물을 제조하였다.
[시험예]
시험예 1: SEM( Scanning Electron Microscope ) 분석
도 3 및 도 4는 각각 실시예 1에 따라 제조된 다공성 코어-쉘 복합체 및 제조예 1의 합성 제올라이트의 저배율(좌) 및 고배율(우) SEM 이미지이다. 이때 주사전자현미경은 TESCAN사의 MIRA3을 이용하였다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 실시예 1에 따라 제조된 다공성 코어-쉘 복합체는 합성 제올라이트 표면에 금속-유기 구조체인 ZIF-8이 코팅된 형태인 것을 확인할 수 있었다.
시험예 2: TEM( Transmission Electron Microscope ) 분석
도 5는 실시예 1에 따라 제조된 다공성 코어-쉘 복합체의 TEM이미지이다. 이때 투과전자현미경은 JEOL Ltd.사의 JEM-ARM200F를 이용하였다.
도 5를 참조하면, 50 내지 100 nm 두께의 ZIF-8 코팅층 즉, 쉘이 코어인 제올라이트의 표면에 형성된 것을 확인할 수 있었다.
시험예 3: 에너지분산형 X-선 분석(Energy Dispersive X-ray Spectroscopy, EDS)
주사전자현미경(SEM)의 전자빔으로 인해 발생되는 샘플의 특정 X선을 수집하여 샘플의 성분을 분석하는 에너지분산형 X-선 분석법(Energy Dispersive X-ray Spectroscopy, EDS)으로 실시예 1에 따라 제조된 다공성 코어-쉘 복합체의 조성을 분석하여 아래 표 1에 나타내었다.
원소 원소 비율(atom%)
O 16
Zn 3
Si 41
Al 40
상기 표 1을 참조하면, Zn 원소가 존재함을 확인할 수 있는데 이를 통해 Zn이 포함된 ZIF-8 코팅층이 제올라이트 표면에 형성된 것을 확인할 수 있었다.
시험예 4: 비표면적 및 기공 크기 분석
BET (Brunauer Emmett Teller) 물리흡착분석을 이용하여 실시예 1에 따라 제조된 다공성 코어-쉘 복합체 및 제조예 1의 합성 제올라이트의 비표면적을 측정하였고, 그 결과를 아래 표 2에 나타내었다.
비표면적(m2/g)
다공성 코어-쉘 복합체(실시예 1) 646.4902
합성 제올라이트(제조예 1) 484.9396
상기 표 2를 참조하면, 다공성의 금속-유기 구조체인 ZIF-8이 제올라이트 표면에 형성되어 합성 제올라이트에 비해 비표면적이 증가한 것을 확인할 수 있었다.
BET 물리흡착분석 방법으로 실시예 1에 따라 제조된 다공성 코어-쉘 복합체 및 제조예 1의 합성 제올라이트의 기공 크기를 측정하였고, 그 결과를 도 6에 나타내었다.
도 6을 참조하면, 실시예 1에 따라 제조된 다공성 코어-쉘 복합체의 경우 다공성의 금속-유기 구조체인 ZIF-8 코팅층이 제올라이트 표면에 도입됨으로써 기공크기의 분포가 2 nm 미만으로 집중되는 것을 확인할 수 있었다.
시험예 5: 악취 제거 효과 비교
악취 제거 효과를 비교하기 위해 10 ppm의 암모니아와 10 ppm의 황화수소가 각각 들어있는 1 m3 공간에 실시예 2 및 비교예 1에 따라 제조된 악취 제거용 조성물을 10 cc/min, 분사량 0.5 L/m3으로 분사한 후 암모니아와 황화수소의 농도를 측정하여 아래 표 3에 나타내었다.
암모니아(ppm) 황화수소(ppm)
실시예 2 2.23 2.06
비교예 1 2.90 4.18
상기 표 3을 참조하면, 다공성의 ZIF-8 코팅층이 제올라이트 표면에 도입된 다공성 코어-쉘 복합체를 포함하는 실시예 2의 악취 제거용 조성물이 비교예 1에 비해 암모니아와 황화수소를 효과적으로 흡착할 수 있음을 확인할 수 있었다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 미생물
200 : 쉘
300 : 코어

Claims (20)

  1. 다공성 코어-쉘 복합체;
    미생물; 및
    물;을 포함하고,
    상기 다공성 코어-쉘 복합체는 제올라이트를 포함하는 코어; 및 상기 코어 표면의 일부 또는 전부 상에 위치하고, 금속-유기 구조체(Metal-organic framework, MOFs)를 포함하는 쉘;을 포함하고,
    상기 금속-유기 구조체가 금속이온과 상기 금속이온에 배위결합된 유기 리간드를 포함하고,
    상기 금속이온이 아연(Zn) 이온을 포함하고,
    상기 유기 리간드가 2-메틸이미다졸(2-methylimidazole)을 포함하는 것인,
    악취 제거용 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제올라이트가 아날심(analcime), 캐버자이트(chabazite), 클리노프틸로라이트(clinoptilolite), 휼란다이트(heulandite), 내트롤라이트(natrolite), 필립사이트(phillipsite), 스틸바이트(stilbite) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 악취 제거용 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제올라이트가 기공을 포함하고, 상기 기공의 크기가 0.5 내지 10 nm인 것을 특징으로 하는 악취 제거용 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 코어의 비표면적이 100 내지 1,000 m2/g인 것을 특징으로 하는 악취 제거용 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 다공성 코어-쉘 복합체의 크기가 0.1 내지 10 μm인 것을 특징으로 하는 악취 제거용 조성물.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    상기 금속-유기 구조체가 기공을 포함하고, 상기 기공의 크기가 0.1 내지 5 nm인 것을 특징으로 하는 악취 제거용 조성물.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 쉘의 두께가 10 내지 500 nm인 것을 특징으로 하는 악취 제거용 조성물.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 금속-유기 구조체 및 상기 제올라이트가 각각 기공을 갖고, 상기 금속-유기 구조체의 기공의 크기가 상기 제올라이트 기공의 크기 보다 작은 것을 특징으로 하는 악취 제거용 조성물.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 미생물이 바실러스 푸지포르미스 속(Bacillus fusiformis sp.), 바실러스 안트라시스 속(Bacillus anthracis sp.), 패니바실러스 속(Paenibacillus sp.), 세라티아 마르세센스 속(Serratia marcescens sp.), 바실러스 튜린지엔시스(Bacillus thuringiensis), 아시네토박터 속(Acinetobacter sp.), 스트렙토미세스 속(Streptomyces sp.), 고르도니아 속(Gordonia sp.), 고르도니아시에 속(Gordoniaceae sp.), 슈도모나스 스튜트제리(Pseudomonas stutzeri) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 악취 제거용 조성물.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 미생물의 크기가 0.1 내지 10 μm인 것을 특징으로 하는 악취 제거용 조성물.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 악취 제거용 조성물이 계면활성제를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 악취 제거용 조성물.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 악취 제거용 조성물이 상기 미생물과 물의 합계량 50 내지 98.99중량%; 상기 코어-쉘 구조체 1 내지 49.99중량%; 및 상기 계면활성제 0.01 내지 1중량%;를 포함하는 것을 특징으로 하는 악취 제거용 조성물.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 미생물과 상기 물을 혼합한 수용액이 상기 미생물을 1.0 Х 106 내지 1.0 Х 1011 CFU/mL의 농도로 포함하는 것을 특징으로 하는 악취 제거용 조성물.
  17. (a) 다공성 코어-쉘 복합체를 제공하는 단계; 및
    (b) 상기 다공성 코어-쉘 복합체를 미생물을 포함하는 미생물 수용액에 분산시켜 악취 제거용 조성물을 제조하는 단계;를 포함하고,
    상기 다공성 코어-쉘 복합체는 제올라이트를 포함하는 코어; 및 상기 코어 표면의 일부 또는 전부 상에 위치하고, 금속-유기 구조체(Metal-organic framework, MOFs)를 포함하는 쉘;을 포함하고,
    상기 금속-유기 구조체가 금속이온과 상기 금속이온에 배위결합된 유기 리간드를 포함하고,
    상기 금속이온이 아연(Zn) 이온을 포함하고,
    상기 유기 리간드가 2-메틸이미다졸(2-methylimidazole)을 포함하는 것인,
    악취 제거용 조성물의 제조방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 단계 (a) 이전에,
    (a') 금속 전구체와 2-메틸이미다졸(2-methylimidazole)을 제올라이트 존재 하에서 극성용매를 사용하여 반응시켜 다공성 코어-쉘 구조체를 제조하는 단계;를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 악취 제거용 조성물의 제조방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 단계 (a')에서, 상기 극성용매 100중량부에 대하여 상기 금속 전구체 0.1 내지 10중량부, 상기 2-메틸이미다졸(2-methylimidazole) 0.2 내지 20중량부, 및 상기 제올라이트 0.1 내지 20중량부인 것을 특징으로 하는 악취 제거용 조성물의 제조방법.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 금속 전구체가 질산아연 수화물(Zn(NO3)2ㆍ6H2O), 황산아연 수화물(Zn(SO4)2ㆍ6H2O), 염화아연 수화물(ZnCl2ㆍ6H2O) 및 아세트산아연 수화물(Zn(CH3COO)2ㆍ2H2O)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 악취 제거용 조성물의 제조방법.
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