KR102351290B1 - 중금속 흡착용 키토산-젤라틴 하이드로겔의 제조방법 및 이에 따라 제조된 하이드로겔 - Google Patents

중금속 흡착용 키토산-젤라틴 하이드로겔의 제조방법 및 이에 따라 제조된 하이드로겔 Download PDF

Info

Publication number
KR102351290B1
KR102351290B1 KR1020170114720A KR20170114720A KR102351290B1 KR 102351290 B1 KR102351290 B1 KR 102351290B1 KR 1020170114720 A KR1020170114720 A KR 1020170114720A KR 20170114720 A KR20170114720 A KR 20170114720A KR 102351290 B1 KR102351290 B1 KR 102351290B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
chitosan
gelatin
solution
hydrogel
hours
Prior art date
Application number
KR1020170114720A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20190027661A (ko
Inventor
정인우
싸이풀라 론
Original Assignee
경북대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 경북대학교 산학협력단 filed Critical 경북대학교 산학협력단
Priority to KR1020170114720A priority Critical patent/KR102351290B1/ko
Publication of KR20190027661A publication Critical patent/KR20190027661A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102351290B1 publication Critical patent/KR102351290B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/22—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising organic material
    • B01J20/24—Naturally occurring macromolecular compounds, e.g. humic acids or their derivatives
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J13/00—Colloid chemistry, e.g. the production of colloidal materials or their solutions, not otherwise provided for; Making microcapsules or microballoons
    • B01J13/0052—Preparation of gels
    • B01J13/0065—Preparation of gels containing an organic phase
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/30—Processes for preparing, regenerating, or reactivating
    • B01J20/3021—Milling, crushing or grinding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/30—Processes for preparing, regenerating, or reactivating
    • B01J20/3042—Use of binding agents; addition of materials ameliorating the mechanical properties of the produced sorbent
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/30—Processes for preparing, regenerating, or reactivating
    • B01J20/3085—Chemical treatments not covered by groups B01J20/3007 - B01J20/3078
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/28—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption
    • C02F1/286—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption using natural organic sorbents or derivatives thereof

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
  • Water Treatment By Sorption (AREA)

Abstract

본 발명은 가교제를 이용하여 키토산과 젤라틴을 가교결합시켜서 오염된 폐수 내의 납, 카드뮴, 수은, 크롬 등 인체에 유해한 중금속을 효율적으로 제거할 수 있는 중금속 흡착용 키토산-젤라틴 하이드로겔의 제조방법 및 이에 따라 제조된 하이드로겔에 관한 것이다.
본 발명은 중량 평균분자량 100,000 내지 200,000인 키토산을 산성 수용액에 첨가하고, 상온에서 1 내지 24시간 동안 분산시켜 키토산 용액을 준비하는 제1단계; 중량 평균분자량 100,000 내지 200,000인 젤라틴을 물에 첨가하고, 20 내지 50℃ 온도에서 1 내지 5시간 동안 분산시켜 젤라틴 용액을 준비하는 제2단계; 상기 키토산 용액 및 젤라틴 용액을 혼합하는 제3단계; 상기 혼합액에 가교제를 첨가하여 상기 키토산 및 젤라틴을 가교결합시키는 제4단계; 상기 제4단계 후, 상기 혼합액으로부터 가교결합된 키토산-젤라틴 복합체를 분리하고 분쇄하여 하이드로겔을 제조하는 제5단계; 및 상기 하이드로겔의 pH가 6 내지 7.5 되도록 세척하고, 24시간 내지 72시간 동안 동결 건조하여 고형화하는 제6단계;를 포함하는 것을 기술적 요지로 한다.

Description

중금속 흡착용 키토산-젤라틴 하이드로겔의 제조방법 및 이에 따라 제조된 하이드로겔 {Chitosan-Gelatin Hydrogels for heavy metal adsorption and chitosan-gelatin hydrogels manufactured by the same method}
본 발명은 중금속 흡착용 키토산-젤라틴 하이드로겔의 제조방법 및 이에 따라 제조된 하이드로겔에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 가교제를 이용하여 키토산과 젤라틴을 가교결합시켜서 오염된 폐수 내의 납, 카드뮴, 수은, 크롬 등 인체에 유해한 중금속을 효율적으로 제거할 수 있는 중금속 흡착용 키토산-젤라틴 하이드로겔의 제조방법 및 이에 따라 제조된 하이드로겔에 관한 것이다.
일반적으로 사용되고 있는 폐수처리용 흡착제는 합성 고분자 기반으로 흡착성, 경제성, 작업성 등에서 우수한 특성이 있으나, 자연계에서 생분해되지 않고 2차 오염을 유발하며, 생체에 대한 독성 특히 암 및 돌연변이를 유발하기 때문에 선진국에서는 이들 사용을 규제하려는 경향이 있다.
폐수로부터 독성이 강한 중금속의 효과적인 제거는 매우 중요하다. 중금속 이온들은 미량이라도 독성을 나타내며, 분해되지 않아 심각한 환경문제를 유발시킨다. 이러한 독성이 강한 중금속을 제거하기 위해 수많은 연구가 진행되어 왔다. 그 예로 여과, 화학적 침전, 막분리, 이온교환 그리고 흡착 등이다. 여과는 비용이 저렴하고 부분적으로 중금속 이온들을 제거하는데 효과적이고, 화학적 침전 또한 저렴한 비용으로 많은 양의 금속 이온들을 제거할 수 있으나, 이러한 방법으로는 중금속 이온의 잔여 단계(trace level)까지 제거할 수 없다. 막분리법은 농도가 아주 낮은 중금속 이온들을 제거할 수 있으나, 시스템이 복잡하고 비용이 상승하며 전문적인 조작 기술이 필요하다. 이온교환은 극히 저농도의 금속 이온까지 분리할 수 있으나, 나트륨, 칼슘과 같은 1가 또는 2가 이온들이 다량 함유될 수 있어서 매우 비효율적이다.
이에 따라, 폐수의 저농도 중금속 이온을 효율적으로 제거할 수 있는 천연재료를 활용한 새로운 고체 흡착제의 개발이 필요한 실정이다.
KR 10-2006-0126081 A KR 10-2007-0076742 A KR 10-2013-0055847 A
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 오염된 폐수 내에 존재하는 납, 카드뮴, 수은, 크롬 등의 인체에 유해한 중금속을 효율적으로 제거하기 위하여 수중에서 적절한 팽윤성을 가지고, 중금속에 대한 흡착성능이 우수한 중금속 흡착용 키토산-젤라틴 하이드로겔의 제조방법 및 이에 따라 제조된 하이드로겔을 제공하는데 그 목적이 있다.
한편, 본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 중금속 흡착용 키토산-젤라틴 하이드로겔의 제조방법은 중량 평균분자량 100,000 내지 200,000인 키토산을 산성 수용액에 첨가하고, 상온에서 1 내지 24시간 동안 분산시켜 키토산 용액을 준비하는 제1단계; 중량 평균분자량 100,000 내지 200,000인 젤라틴을 물에 첨가하고, 20 내지 50℃ 온도에서 1 내지 5시간 동안 분산시켜 젤라틴 용액을 준비하는 제2단계; 상기 키토산 용액 및 젤라틴 용액을 혼합하는 제3단계; 상기 혼합액에 가교제를 첨가하여 상기 키토산 및 젤라틴을 가교결합시키는 제4단계; 상기 제4단계 후, 상기 혼합액으로부터 가교결합된 키토산-젤라틴 복합체를 분리하고 분쇄하여 하이드로겔을 제조하는 제5단계; 및 상기 하이드로겔의 pH가 6 내지 7.5 되도록 세척하고, 24시간 내지 72시간 동안 동결 건조하여 고형화하는 제6단계;를 포함한다.
본 발명에 따른 중금속 흡착용 키토산-젤라틴 하이드로겔은 중량 평균분자량 100,000 내지 200,000인 키토산을 산성 수용액에 첨가한 후, 상온에서 1 내지 24시간 동안 분산시켜 키토산 용액을 준비하고, 중량 평균분자량 100,000 내지 200,000인 젤라틴을 친수성 용매에 첨가한 후, 20 내지 50℃ 온도에서 1 내지 5시간 동안 분산시켜 젤라틴 용액을 준비하고, 상기 키토산 용액 및 젤라틴 용액을 혼합하고, 상기 혼합액에 가교제를 첨가하여 상기 키토산 및 젤라틴을 가교결합시키고, 상기 제4단계 후, 상기 혼합액으로부터 가교결합된 키토산-젤라틴 복합체를 분리하고 분쇄하여 하이드로겔을 제조하며, 상기 하이드로겔의 pH가 6 내지 7.5 되도록 세척한 후, 24시간 내지 72시간 동안 동결 건조하여 고형화하여 제조된다.
상기 과제의 해결 수단에 의해, 본 발명의 중금속 흡착용 키토산-젤라틴 하이드로겔의 제조방법 및 이에 따라 제조된 하이드로겔은 자연계에 풍부한 키토산과 젤라틴을 활용하여, 키토산 및 젤라틴의 결합 안정성이 양호하고, 폐수 내 중금속 흡착성능이 우수한 천연 흡착제로 이용할 수 있는 효과가 있다.
또한, 키토산-젤라틴 하이드로겔은 수중에서 적절히 팽윤 가능하므로, 폐수 내 중금속을 흡착할 수 있어서 폐수 내의 중금속 이온을 효율적으로 제거할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 중금속 흡착용 키토산-젤라틴 하이드로겔의 제조방법을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 키토산-젤라틴 하이드로겔이 수중에서 팽윤되는 것을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 키토산-젤라틴 하이드로겔의 전자현미경 사진이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 키토산-젤라틴 하이드로겔의 중금속 흡착능 실험방법을 개략적으로 나타낸 도면이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 그리고 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하고자 하는 것이 아니다. 본 명세서에서 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명하기로 한다. 한편, 해당 기술분야의 통상적인 지식을 가진자로부터 용이하게 알 수 있는 구성과 그에 대한 작용 및 효과에 대한 도시 및 상세한 설명은 간략히 하거나 생략하고 본 발명과 관련된 부분들을 중심으로 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 중금속 흡착용 키토산-젤라틴 하이드로겔의 제조방법을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하여 본 발명에 따른 중금속 흡착용 키토산-젤라틴 하이드로겔의 제조방법을 설명하면 아래와 같다.
본 발명에 따른 중금속 흡착용 키토산-젤라틴 하이드로겔의 제조방법은 키토산 용액을 준비하는 제1단계, 젤라틴 용액을 준비하는 제2단계, 상기 용액들을 혼합하는 제3단계, 가교제를 첨가하는 제4단계, 하이드로겔을 제조하는 제5단계 및 이를 고형화하는 제6단계를 포함한다.
제1단계는 중량 평균분자량 100,000 내지 200,000인 키토산을 산성 수용액에 첨가하고, 상온에서 1 내지 24시간 동안 분산시켜 키토산 용액을 준비한다.
키토산(Chitosan)은 게, 새우 등의 갑각류의 껍질에 존재하는 키틴(Chitin)을 고온, 강알칼리로 처리하여 탈아세틸화시킨 천연 고분자 물질로서, 분자내 유리 아미노기가 존재하므로, 화학, 의학 및 식품산업분야 등에 다양하게 이용되고 있다. 키토산은 합성킬레이트 수지보다 훨씬 높은 분리도를 가지며 흡착용량 또한 높을 뿐 아니라, 수용액 안의 미량 중금속 흡착제로 기대되고 있는 물질이다. 키토산은 그 자체로 우수한 천연 킬레이트 고분자로 알려져 있지만, 화공약품이나 산 또는 고온의 조건에서 보다 구조적으로 안정된 고분자 매트릭스(Matrix)를 만들면 안정된 구조체를 가지면서 효과적인 중금속 흡착제로 사용할 수 있다.
구체적으로, 상기 제1단계는 산성 수용액으로서 0.1몰 내지 1.0몰 아세트산 용액 100 중량부에 대해 키토산 1 내지 5 중량부를 혼합하는 단계와, 상기 키토산이 혼합된 용액을 상온에서 1 내지 24시간 교반하는 단계를 포함할 수 있다.
제2단계는 중량 평균분자량 100,000 내지 200,000인 젤라틴을 물에 첨가하고, 20 내지 50℃ 온도에서 1 내지 5시간 동안 분산시켜 젤라틴 용액을 준비한다. 이때, 본 발명에서 이용될 수 있는 물은 탈이온수, 증류수 또는 정제된 물을 의미하며, 바람직하게는 증류수일 수 있다.
젤라틴(Gelatin)은 콜라겐(Collagen)의 삼중나선 구조를 단일 나선 형태로 변형시킨 천연고분자이다. 젤라틴은 처리방법에 따라 젤라틴A와 젤라틴B의 두 가지 형태로 분류되며, 젤라틴A는 산처리에 의하여, 젤라틴B는 염기처리에 의하여 제조된다. 젤라틴은 생체 적합성과 가공의 용이성으로 인해 화장품, 생체조직, 흡착제 등의 다양한 분야에 이용되고 있다. 젤라틴을 가공한 가공물은 흡수력, 부착력 등의 장점이 있는 반면에 기계적 강도가 약하다는 단점이 있는데, 본 발명에서는 키토산과 젤라틴을 반응시킴으로써 기계적 강도가 약한 젤라틴의 단점을 해소하였다.
구체적으로, 젤라틴은 물 100 중량부에 대해 5 내지 15 중량부 첨가되는 것이 바람직하다.
제3단계는 상기 키토산 용액 및 젤라틴 용액을 혼합한다.
이때, 키토산과 젤라틴은 본 발명에 따른 하이드로겔의 골격을 유지하는 기본 고분자로서, 상기 키토산 용액 및 젤라틴 용액은 1:9 내지 5:5의 중량비로 혼합되며, 바람직하게는 1:3일 수 있다.
그리고, 키토산 용액 및 젤라틴 용액이 충분히 혼합되도록 1 내지 5시간 동안 교반하는 것이 바람직하다.
제4단계는 상기 혼합액에 가교제를 첨가하여 상기 키토산 및 젤라틴을 가교결합시킨다.
구체적으로, 상기 제4단계에서 상기 혼합액의 키토산 및 젤라틴은 20 내지 60℃에서 100 내지 500 rpm의 속도로 가교결합된다. 이때 가교제는 혼합액 100 중량부에 대해 0.01 내지 0.1 중량부 첨가되고, 1 내지 24시간 동안 충분히 반응시키는 것이 바람직하다.
특별히 한정하는 것은 아니나, 본 발명의 일실시예에 따른 가교제는 이피클로로히드린(Epichlorohydrine), 글루타르알데히드(Glutaraldehyde), 클로로메틸옥시란((Chloromethyl)oxirane), 아크릴산(Acrylic acid), 메타아크릴아미드(Methacrylamide) 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나일 수 있다.
제5단계는 상기 제4단계 후, 상기 혼합액으로부터 가교결합된 키토산-젤라틴 복합체를 분리하고 분쇄하여 하이드로겔을 제조한다.
상기 제5단계는 사용환경에 맞게 하이드로겔의 크기를 조절하는 단계로, 상기 하이드로겔은 직경 5 내지 100㎛으로 분쇄될 수 있고, 바람직하게는 20 내지 45㎛ 일 수 있다.
제6단계는 상기 하이드로겔의 pH가 6 내지 7.5 되도록 세척하고, 24시간 내지 72시간 동안 동결 건조하여 고형화한다.
한편, 본 발명의 중금속 흡착용 키토산-젤라틴 하이드로겔은 중량 평균분자량 100,000 내지 200,000인 키토산을 산성 수용액에 첨가한 후, 상온에서 1 내지 24시간 동안 분산시켜 키토산 용액을 준비하고, 중량 평균분자량 100,000 내지 200,000인 젤라틴을 친수성 용매에 첨가한 후, 20 내지 50℃ 온도에서 1 내지 5시간 동안 분산시켜 젤라틴 용액을 준비하고, 상기 키토산 용액 및 젤라틴 용액을 혼합하고, 상기 혼합액에 가교제를 첨가하여 상기 키토산 및 젤라틴을 가교결합시키고, 상기 제4단계 후, 상기 혼합액으로부터 가교결합된 키토산-젤라틴 복합체를 분리하고 분쇄하여 하이드로겔을 제조하며, 상기 하이드로겔의 pH가 6 내지 7.5 되도록 세척한 후, 24시간 내지 72시간 동안 동결 건조하여 고형화하여 제조된다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 키토산-젤라틴 하이드로겔의 전자현미경 사진으로서, a는 30배, b는 50배 확대한 사진이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따라 가교제에 의해 젤라틴과 키토산이 cross linking 되어 키토산과 젤라틴의 결합 안정성이 양호한 키토산-젤라틴 하이드로겔이 제조된 것을 확인할 수 있다.
상기 키토산-젤라틴 하이드로겔에 대한 구체적인 설명은, 상술한 키토산-젤라틴 하이드로겔의 제조방법에서 설명한 바와 동일하다.
이하, 본 발명을 실시예에 의하여 더욱 상세히 설명하나, 본 발명의 범위가 실시에에 의해 제한되는 것은 아니다.
< 실시예 >
1. 키토산-젤라틴 하이드로겔의 제조
실시예 1
키토산 3 중량부를 0.1M 아세트산 수용액에 첨가하고 상온에서 24시간 동안 교반하여 황색의 키토산 용액을 제조하고, 젤라틴 10 중량부를 40℃의 증류수에 첨가 및 교반하여 젤라틴 용액을 제조하였다.
키토산 용액과 젤라틴 용액을 혼합하여 2시간 동안 교반한 후, 가교제인 클루타르알데히드(Glutaraldehyde) 1 중량부를 첨가하였다. 키토산과 젤라틴을 충분히 가교결합시킨 후, 상기 혼합액으로부터 가교결합된 키토산-젤라틴 복합체를 분리하고 분쇄기로 분쇄하여 키토산-젤라틴 하이드로겔을 제조하였다.
그 다음, 키토산-젤라틴 하이드로겔의 pH가 7이 될 때까지 증류수로 세척하여 아세트산 및 과량의 글루타르알데히드를 제거하였고, 72시간 동안 동결 건조시키고 다시 연마하여 직경 45㎛ 키토산-젤라틴 하이드로겔 입자를 제조하였다.
비교예 1
40℃에서 24시간 진공 건조시킨 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 키토산-젤라틴 하이드로겔을 제조하였다.
< 실험예 >
1. 팽윤도 실험 결과
상기 실시예 1 및 비교예 1에 따라 제조된 키토산-젤라틴 하이드로겔의 팽윤도를 계산하여 비교하였다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 키토산-젤라틴 하이드로겔이 수중에서 팽윤되는 것을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 키토산-젤라틴 하이드로겔은 물에 담그면 부피 변화가 생긴다. 키토산-젤라틴 하이드로겔의 작용기는 모세관력에 의해 물을 빨아들이고, 외부로의 팽창 압력을 발생시켜 체적증가를 유도한다.
팽윤도(degree of swelling, DS)는 하기 수식을 통해 계산할 수 있다.
Figure 112017087164121-pat00001
상기 수식에서 DS는 팽윤도, Ww는 함수 상태의 키토산-젤라틴 하이드로겔의 질량(g), Wd는 건조 상태의 키토산-젤라틴 하이드로겔의 질량(g)을 의미한다.
비교예 1은 DS가 500 내지 700%인 것으로 나타났고, 빠른 팽창·탈수의 25회 주기를 반복한 후에도 원래의 형태를 유지하는 형상 기억 특성을 나타내었으며, 실시예 1은 한계 외부 용적 증가에 대해 8,000% 이상으로 관찰되었다.
2. 키토산-젤라틴 하이드로겔을 이용한 중금속 흡착 실험 결과
도 4는 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 키토산-젤라틴 하이드로겔의 중금속 흡착능 실험방법을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 둥근 바닥 플라스크에 중금속 이온이 함유된 수용액과, 상기 실시예 1에 따라 제조된 키토산-젤라틴 하이드로겔을 투입한 후, 30 내지 100 rpm의 속도로 상온에서 24시간 동안 교반하였으며, 상기 혼합물을 0.2㎛의 pore 크기를 갖는 주사기형 셀룰로오스 막을 통해 여과하였다(ASTM D4646). 이때, 중금속 이온이 함유된 수용액은 HgCl2, PbCl2, CdCl2, CrCl3의 중금속 염을 사용하여 제조하였다.
여과된 용액은 금속이온 검출을 위해 유도결합플라즈마 분광분석기(ICP-OES, Inductively Coupled Plasma- Optical Emission Spectrometer)을 이용하여 분석하였다(ASTM D1971-11). 용액에 남아있는 용질의 농도를 측정하고, 흡착된 용질의 양은 분배계수를 통해 알 수 있다. 분배계수는 키토산-젤라틴 하이드로겔에 흡착된 용질의 농도를 용액의 농도로 나눈 비율을 나타내며, 이는 비휘발성 유기성분에 대한 24시간 Kd 값을 결정할 때 유용하다. 이 방법은 휘발성 성분에 대해서는 적합하지 않으며, 본 실험예 1에서 24시간 흡착시간의 제한은 정상상태 Kd에 도달하기에 충분하였다.
분배계수는 하기 수식을 통해 계산할 수 있다.
Figure 112017087164121-pat00002
상기 수식에서 Kd는 분배계수(partition coefficient, mL/g), A는 blank의 평균 농도로 정의된 용질의 초기 농도(㎍/mL), B는 하이드로겔과 접촉 24시간 후의 용질의 최종 농도(㎍/mL), V는 사용된 용액의 부피(mL), Ms는 오븐 건조를 기준으로 표현된 하이드로겔의 질량(g)을 의미한다.
각 중금속 염의 중금속 이온 흡착에 대한 성능은 하기 표 1에 나타내었다.
구분 중금속 염 중금속 용액(mg/L) 금속 이온의
흡착(mg/g)		 Kd (mL/g)
1 PbCl2 802 27.2 51.3
2 HgCl2 824 81.1 6240
3 CdCl2 497 10.1 25.5
4 CrCl3 184 3.0 19.5
5
혼합		 Pb(Ⅱ) 327
Hg(Ⅱ) 349
Cd(Ⅱ) 254
Cr(Ⅲ) 88		 Pb(Ⅱ) 3.9
Hg(Ⅱ) 33.8
Cd(Ⅱ) 0.5
Cr(Ⅲ) 2.1		 Pb(Ⅱ) 13.5
Hg(Ⅱ) 3070
Cd(Ⅱ) 2.01
Cr(Ⅲ) 31.3
상기 표 1을 참조하면, 키토산-젤라틴 하이드로젤에 대해서 Pb(Ⅱ) 27.2mg/g, Hg(Ⅱ) 81.1mg/g, Cd(Ⅱ) 10.1mg/g, Cr(Ⅲ) 3.0mg/g의 흡착 성능을 보이는 것을 확인할 수 있다.
그리고, 24시간 흡착 평형을 가정하여 얻은 Kd는 Hg(Ⅱ) 이온이 가장 높은 값을 나타내었으며, 중금속 혼합용액에서도 가장 높은 선택성을 나타내었다.
전술한 내용은 후술할 발명의 청구범위를 더욱 잘 이해할 수 있도록 본 발명의 특징과 기술적 장점을 다소 폭넓게 상술하였다. 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (5)

  1. 중량 평균분자량 100,000 내지 200,000인 키토산을 0.1몰 내지 1.0몰 아세트산 용액에 혼합하고, 상온에서 1 내지 24시간 교반하여 키토산 용액을 준비하는 제1단계;
    중량 평균분자량 100,000 내지 200,000인 젤라틴을 물에 첨가하고, 20 내지 50℃ 온도에서 1 내지 5시간 동안 분산시켜 젤라틴 용액을 준비하는 제2단계;
    상기 키토산 용액 및 젤라틴 용액을 각각 1:3의 중량비율로 혼합하는 제3단계;
    상기 혼합액에 가교제를 첨가하여 상기 키토산 및 젤라틴을 가교결합시키는 제4단계;
    상기 혼합액으로부터 가교결합된 키토산-젤라틴 복합체를 분리하고 분쇄하여 입자의 직경이 20 내지 45㎛인 하이드로겔을 형성하는 제5단계; 및
    상기 하이드로겔의 pH가 6 내지 7.5이 되도록 세척하고, 24시간 내지 72시간 동안 동결 건조하여 고형화하는 제6단계;를 포함하는 중금속 흡착용 키토산-젤라틴 하이드로겔의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제4단계에서 상기 혼합액의 키토산 및 젤라틴은 20 내지 60℃에서 100 내지 500 rpm의 속도로 가교결합되는 것을 특징으로 하는 중금속 흡착용 키토산-젤라틴 하이드로겔의 제조방법.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
KR1020170114720A 2017-09-07 2017-09-07 중금속 흡착용 키토산-젤라틴 하이드로겔의 제조방법 및 이에 따라 제조된 하이드로겔 KR102351290B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170114720A KR102351290B1 (ko) 2017-09-07 2017-09-07 중금속 흡착용 키토산-젤라틴 하이드로겔의 제조방법 및 이에 따라 제조된 하이드로겔

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170114720A KR102351290B1 (ko) 2017-09-07 2017-09-07 중금속 흡착용 키토산-젤라틴 하이드로겔의 제조방법 및 이에 따라 제조된 하이드로겔

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190027661A KR20190027661A (ko) 2019-03-15
KR102351290B1 true KR102351290B1 (ko) 2022-01-13

Family

ID=65762695

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170114720A KR102351290B1 (ko) 2017-09-07 2017-09-07 중금속 흡착용 키토산-젤라틴 하이드로겔의 제조방법 및 이에 따라 제조된 하이드로겔

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102351290B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102556035B1 (ko) 2023-02-13 2023-07-14 전남대학교산학협력단 키토산 기반 4-하이드록시벤조산 하이드로젤, 상기 하이드로젤 합성방법 및 상기 하이드로젤을 이용한 암모늄이온 농도 측정 방법

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102588424B1 (ko) * 2021-08-20 2023-10-12 부산대학교 산학협력단 오브젝트가 고정된 팽윤성 고분자의 제조 방법
WO2023022554A1 (ko) * 2021-08-20 2023-02-23 부산대학교 산학협력단 오브젝트가 고정된 팽윤성 고분자의 제조 방법
CN114369273B (zh) * 2022-01-17 2023-04-18 武汉大学 一种增强型电沉积壳聚糖水凝胶及其制备方法
CN114984916B (zh) * 2022-04-26 2024-03-08 贵州黔大生态环境与健康研究院有限公司 一种壳聚糖纳米微球、其制备方法及其应用

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100671965B1 (ko) 2005-06-03 2007-01-19 서울산업대학교 산학협력단 키토산-폴리에틸렌옥사이드를 기저로 하는 하이드로젤과 이의 제조방법
KR100849185B1 (ko) 2006-01-19 2008-07-30 서울산업대학교 산학협력단 키토산 또는 히알루론산-폴리에틸렌옥사이드 및키토산-히알루론산-폴리에틸렌옥사이드를 기저로 하는하이드로젤과　 이의 제조방법
AU2011381641B2 (en) 2011-11-21 2015-04-23 Innotherapy Inc. Hydrogel comprising catechol group-coupled chitosan or polyamine and poloxamer comprising thiol group coupled to end thereof, preparation method thereof, and hemostat using same
KR20140070727A (ko) * 2012-11-26 2014-06-11 한국지질자원연구원 흡착제, 흡착제 제조방법 및 흡착제를 이용한 오염수 복원방법

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102556035B1 (ko) 2023-02-13 2023-07-14 전남대학교산학협력단 키토산 기반 4-하이드록시벤조산 하이드로젤, 상기 하이드로젤 합성방법 및 상기 하이드로젤을 이용한 암모늄이온 농도 측정 방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR20190027661A (ko) 2019-03-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102351290B1 (ko) 중금속 흡착용 키토산-젤라틴 하이드로겔의 제조방법 및 이에 따라 제조된 하이드로겔
Köse et al. Applications and impact of nanocellulose based adsorbents
Kumar et al. Grafted cellulose: a bio-based polymer for durable applications
Mahdavinia et al. Facile and green rout to prepare magnetic and chitosan-crosslinked κ-carrageenan bionanocomposites for removal of methylene blue
CN102161781B (zh) 一种吸附重金属离子的改性壳聚糖材料及其制备方法
Türkmen et al. Heavy metal ions removal from wastewater using cryogels: A review
Tirtom et al. Removal of lead (II) ions from aqueous solution by using crosslinked chitosan-clay beads
CN104258830B (zh) 一种聚乙烯亚胺修饰的壳聚糖微球介质及其制备和应用方法
KR100954539B1 (ko) 키토산을 함유하는 수처리용 흡착제 및 이의 제조방법
CN104624178A (zh) 一种重金属离子吸附剂聚乙烯亚胺-木质素磺酸钠的制备方法
An et al. Effective phosphate removal from synthesized wastewater using copper–chitosan bead: Batch and fixed-bed column studies
JP6764464B2 (ja) 多孔性架橋セルロースゲル及びその製造方法
KR20200039994A (ko) 감나무잎 및 키토산을 이용한 중금속 이온 흡착제용 하이브리드 비드 및 이의 제조방법
Anirudhan et al. Investigation of the extraction of hemoglobin by adsorption onto nanocellulose-based superabsorbent composite having carboxylate functional groups from aqueous solutions: kinetic, equilibrium, and thermodynamic profiles
Song et al. Preparation and application of green chitosan/ploy (vinyl alcohol) porous microspheres for the removal of hexavalent chromium
Gedam et al. Blended composites of chitosan: adsorption profile for mitigation of toxic pb (ii) ions from water
KR101531231B1 (ko) 미세조류 비드, 및 이의 제조 방법
JP2017094259A (ja) 膜ファウリング抑制材
Athab et al. Enhanced macroporous cationic chitosan hydrogel by freezing and thawing method with superadsorption capacity for anionic dyes
Baimenov et al. Novel amphoteric cryogels for Cd2+ ions removal from aqueous solutions
KR101521991B1 (ko) 수분산 폴리우레탄/히드록시아파타이트/섬유 복합 흡착재 및 이의 제조방법
WO2013180176A1 (ja) エンドトキシン吸着材
JPH03278834A (ja) キトサン―磁性体複合粒子とその製造方法
JP4136220B2 (ja) 不溶性タンニンの製造方法及びこのタンニンを用いた六価クロムの吸着方法
Kotel’nikova et al. Immobilization of proteolytic enzymes trypsin and α-chymotrypsin to cellulose matrix

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant