KR102474634B1 - 제올라이트를 이용한 부티르산 흡착제 및 이를 이용한 부티르산 흡착 분리 방법 - Google Patents

제올라이트를 이용한 부티르산 흡착제 및 이를 이용한 부티르산 흡착 분리 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 제올라이트를 이용한 부티르산 흡착제 및 이를 이용한 부티르산 흡착 분리 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 탄소원 발효 시 생성되는 유기산들 중 부티르산을 선택적으로 분리할 수 있고, 부티르산의 농도에 관계없이 부티르산에 대한 우수한 흡착 성능을 갖는, 제올라이트를 포함하는 부티르산 흡착제 및 이를 이용한 부티르산 흡착 분리방법에 관한 것이다.

Description

제올라이트를 이용한 부티르산 흡착제 및 이를 이용한 부티르산 흡착 분리 방법{BUTYRIC ACID ADSORBENT USING ZEOLITE AND BUTYRIC ACID ADSORPTION SEPARATION METHOD USING THE SAME}
본 발명은 제올라이트를 이용한 부티르산 흡착제 및 이를 이용한 부티르산 흡착 분리 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 탄소원 발효 시 생성되는 유기산들 중 부티르산을 선택적으로 분리할 수 있고, 부티르산의 농도에 관계없이 부티르산에 대한 우수한 흡착 성능을 갖는, 제올라이트를 포함하는 부티르산 흡착제 및 이를 이용한 부티르산 흡착 분리방법에 관한 것이다.
차세대 바이오 연료로서, 부탄올(butanol)이 주목받고 있다. 부탄올은 에탄올(ethanol)에 비해 에너지 밀도가 높아 연비손실이 적으며, 물에 대한 용해도와 부식성이 낮고, 온실가스 저감 효과가 우수하여 에탄올을 대체할 바이오 연료로 평가받는다.
부티르산(butyric acid, 부탄산)은 이러한 부탄올의 전구체로서 그 가치를 인정받고 있으며, 제약산업, 화학 산업, 음료, 식품 또는 화장품 등 다양한 산업분야에서 이용되고 있다.
부티르산을 생산하는 방법에는, 화학합성, 버터로부터 추출, 발효법 등이 알려져 있다. 특히, 미생물을 이용한 탄소원의 발효 시 부산물로 다량의 유기산(organic acid)들이 생산되는데, 유기산들 중에서 가장 많은 부분을 차지하는 것이 바로 부티르산이다. 따라서, 부티르산을 산업적으로 이용하기 위하여 유기산들 중에서 부티르산을 선택적으로 분리 및 회수하는 공정은 매우 중요하다.
종래의 부티르산을 분리 및 회수하는 방법으로는, 증류법, 전기투석법, 액체-액체 추출법, 투과증발법 그리고 흡착 분리법 등 다양한 방법이 있다. 그러나, 증류법은 요구되는 공간이 크고 높은 비용과 높은 에너지가 필요하다는 단점이 있고, 전기투석법은 회수된 물질의 순도가 낮은 단점이 있다. 액체-액체 추출 방법은 분리 공정 후 추출액을 역추출 혹은 증류법을 이용해서 회수하기 때문에, 공정이 복잡해지는 문제점이 있고, 투과증발법은 부산물에 의한 막 파울링 현상이 발생하여 시간이 지남에 따라 막 성능이 저하되는 문제점이 있다.
이에 본 발명에서는, 종래의 부티르산 분리 방법들 이외에, 보다 공정 과정이 간단하고, 소요시간이 적고, 경제적이면서도, 선택성 및 회수율이 우수한 부티르산 분리 방법에 대한 기술을 개발하기에 이르렀다.
대한민국 공개특허 제10-2004-0091215호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 부티르산의 물성에 부합하도록 기공 크기 등의 특성을 조절한 제올라이트를 이용함으로써, 탄소원 발효 시 생성되는 유기산들 중 부티르산을 선택적으로 분리할 수 있는 부티르산 흡착제를 제공하고자 한다. 또한, 본 발명은, 부티르산의 농도에 상관없이 부티르산에 대한 우수한 흡착 성능을 발휘함으로써, 보다 간단하고 경제적인 부티르산 흡착 분리 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 상기 및 다른 목적과 이점은 바람직한 실시예를 설명한 하기의 설명으로부터 분명해질 것이다.
상기 목적은, 다수개의 미세 기공을 구비하는 알루미노실리케이트 제올라이트 골격으로 이루어지고, 수분 및 1종 이상의 유기산 성분을 포함하는 혼합 성분으로부터 부티르산에 대해 선택성을 갖는 것을 특징으로 하는, 제올라이트 흡착제에 의해 달성될 수 있다.
상기 미세기공의 크기는 3.5 내지 15 Å 일 수 있다. 상기 제올라이트는, Si/Al의 비가 2.5 내지 50.0 일 수 있다. 상기 제올라이트는, LTA형, MFI형, FAU형 및 CHA형 중에서 선택되는 어느 하나일 수 있다. 상기 유기산은 부티르산, 아세트산, 프로피온산 또는 이들의 조합일 수 있다.
상기 목적은, 알루미노실리케이트 제올라이트를 하소(calcination)하여 흡착제를 준비하는 단계, 1종 이상의 유기산 성분을 포함하는 산 수용액을 1차 교반하는 단계, 상기 산 수용액 및 상기 흡착제를 혼합한 후 2차 교반하는 단계 및
상기 2차 교반 후에 원심분리하여 상기 산 수용액으로부터 부티르산 및 흡착제를 분리하는 단계를 포함하는, 부티르산 흡착 분리방법에 의해 달성될 수 있다.
상기 하소는, 상기 제올라이트를 0.5 내지 1.5℃/min의 승온 속도로 열처리하여, 24 내지 26℃에서 530 내지 560℃의 온도범위로 승온하는 단계 및 상기 승온 후 7 내지 9 시간 동안, 상기 530 내지 560℃의 온도범위를 유지하는 단계를 포함하는 것일 수 있다. 상기 하소는, 상기 제올라이트 내에 다수개의 미세 기공을 구비하는 다공성 구조를 형성하는 것이고, 상기 미세 기공의 크기는 3.5 내지 15Å 일 수 있다.
상기 제올라이트는, Si/Al의 비가 2.5 내지 50.0 일 수 있다. 상기 1차 교반은 24 내지 26℃에서, 450 내지 550 rpm의 속도로, 1.5 내지 2.5 시간 동안 수행되는 것일 수 있다. 상기 흡착제는 상기 산 수용액 1 중량부에 대하여 0.010 내지 0.050 중량부로 혼합될 수 있다.
상기 2차 교반은, 20 내지 40℃에서, 750 내지 850 rpm의 속도로, 23 내지 25 시간 동안 수행되는 것일 수 있다. 상기 원심분리는, 12,500 내지 14,500 rpm 의 속도로, 10 내지 20분 동안 수행되는 것일 수 있다. 상기 유기산은 부티르산, 아세트산, 프로피온산 또는 이들의 조합일 수 있다. 상기 제올라이트는, LTA형, MFI형, FAU형 및 CHA형 중에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
본 발명에 따르면, 탄소원의 발효 시 생성되는 유기산들 중 부티르산을 선택적으로 분리할 수 있는 부티르산 흡착제를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 부티르산의 농도에 상관없이 부티르산에 대한 우수한 흡착 성능을 발휘함으로써, 보다 간단하고 경제적인 부티르산 흡착 분리 방법을 제공할 수 있다.
다만, 본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 부티르산 흡착 분리방법을 순서대로 나타낸 흐름도이다.
도 2는, 본 발명의 실험예의 결과를 나타낸 그래프이다.
이하, 본 발명의 실시예와 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위해 예시적으로 제시한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가지는 자에 있어서 자명할 것이다.
또한, 달리 정의하지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 모든 기술적 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 기술 분야의 숙련자에 의해 통상적으로 이해되는 바와 동일한 의미를 가지며, 상충되는 경우에는, 정의를 포함하는 본 명세서의 기재가 우선할 것이다.
도면에서 제안된 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다. 그리고, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에서 기술한 "부"란, 특정 기능을 수행하는 하나의 단위 또는 블록을 의미한다.
각 단계들에 있어 식별부호(제1, 제2, 등)는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 실시될 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 실시될 수도 있고 실질적으로 동시에 실시될 수도 있으며 반대의 순서대로 실시될 수도 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본원의 구현예 및 실시예를 상세히 설명한다. 그러나, 본원의 이러한 구현예 및 실시예와 도면에 제한되지 않을 수 있다.
본 발명의 제올라이트(zeolite) 흡착제는, 다수개의 미세 기공을 구비하는 알루미노실리케이트(aluminosilicate) 제올라이트 골격으로 이루어지고, 수분 및 1종 이상의 유기산 성분을 포함하는 혼합 성분으로부터 부티르산에 대해 선택성을 갖는 것을 특징으로 한다. 상기 제올라이트는 구조체형 또는 분말상의 제올라이트로서 이용할 수도 있고, 알루미나 등의 다공질 지지체에 접합하여 형성된 막상 제올라이트로서 이용할 수도 있다. 일례로, 상기 제올라이트는 구조체형일 수 있다.
상기 흡착제는, 3.5 내지 15 Å, 구체적으로, 3.8 내지 7.4 Å인 미세 기공의 크기를 갖는 제올라이트일 수 있다. 예를 들어, 상기 제올라이트는, LTA형, Silicalite-1 또는 ZSM5 등의 MFI형, FAU형, 또는 SAPO-34 등의 CHA형일 수 있다. 상기 제올라이트는, 2.5 내지 50의 Si/Al 비, 보다 구체적으로, 1 내지 5의 Si/Al 비를 가질 수 있다.
일례로서, 상기 흡착제는, LTA형의 제올라이트일 수 있다. 상기 제올라이트의 미세기공의 크기는 3.81 내지 5.5Å, 구체적으로, 4.0 Å이고, 상기 제올라이트는, Si/Al의 비가 2.5 내지 3.5, 구체적으로, 3.06 일 수 있다. 상기 흡착제로써, 상기 제올라이트가 미세기공의 크기와 Si/Al의 비가 전술된 범위를 가지면, 혼합 성분 내 부티르산이 고농도로 함유되어도, 부티르산에 대한 선택성 및 흡착 효율을 현저히 높일 수 있다.
상기 제올라이트의 상기 미세기공의 크기와 Si/Al의 비가 전술된 범위를 벗어나면, 부티르산이 특정 농도보다 낮거나 높을 때, 부티르산에 대한 선택성 및 흡착효율이 저하될 수 있고, 특히, 부티르산이 혼합 성분 내에서 고농도로 함유되면, 부티르산에 대한 선택성 및 흡착 효율이 현저히 낮아질 수 있다.
상기 혼합 성분은, 부티르산을 포함하는 혼합성분이라면, 크게 제한되지는 않는다. 상기 혼합 성분은, 예를 들어, 미생물로부터 탄소원이 발효(fermentation)될 때, 부산물로 생성되는 유기산 및 수분을 포함하는 것일 수 있다. 상기 발효는 일례로, 탄수화물에서　아세톤,　부탄올 및　에탄올을 생산하는 과정인, 아세톤-부탄올-에탄올 발효(acetone-butanol-ethanol fermentation,　ABE fermentation)일 수 있다.
상기 미생물은 발효 공정, 구체적으로, 발효(acid fermentation)을 통해 부티르산을 포함하는 유기산을 생산할 수 있는 균주라면 어떤 균주라도 이용가능하다. 예를 들어, 상기 미생물은 혐기성 세균으로, 클로스트리디움 타이로부티리쿰(Clostridium tyrobutylicum), 클로스트리디움 부티리쿰(Clostridium butylicum), 클로스트리디움 아세토부티리쿰 (Clostridium acetobutyricum) 또는 클로스트리디움 베이저링키(Clastridium beijerinckii)일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
상기 탄소원은, 구체적으로, 탄수화물, 예컨대, 당을 포함하는 옥수수 전분, 설탕, 셀룰로오스, 사탕수수즙(Sugarcane Juice)등의 식물원료, 해조류, 유기성 폐기물 등 당화가 가능한 기질(예를 들어, 글루코스, 글리세롤) 일 수 있으며, 이에 한정되지는 않는다. 구체적으로, 상기 탄소원은, 음식물 폐자원, 즉, 식품의 생산, 유통, 가공, 조리과정에서 발생하거나, 또는 농/수/축산물로부터 나오는 남은 음식물 유래 탄소원일 수 있다.
다시 말해서, 본 발명은, 탄소원, 예컨대, 음식물 폐자원으로부터 생성되는 유기산 중 가장 많은 부분을 차지하는 부티르산을 선택 분리함으로써, 일례로, 바이오 연료인 부탄올의 전구체로 사용하는 등, 보다 친환경적이고 경제적인 대체 자원 생산에 기여할 수 있다.
상기 유기산은, 상기 발효 시 생성되는 유기산(volatile organic acid)일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 예를 들어, 상기 유기산은, 포름산(Formic acid), 아세트산(Acetic acid), 프로피온산 (Propionic acid), 부티르산(Butyric acid), 이소부티르산(Isobutyric acid), 발레르산(Valeric acid), 이소발 레르산(Isovaleric acid) 또는 이들의 조합일 수 있다. 일례로, 상기 유기산은 아세트산(Acetic acid), 프로피온산 (Propionic acid), 부티르산(Butyric acid) 또는 이들의 조합일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 부티르산 흡착 분리방법을 순서대로 나타낸 흐름도이다.
도 1을 참조하면, 상기 부티르산 흡착 분리방법은, 알루미노실리케이트 제올라이트를 하소(calcination)하여 흡착제를 준비하는 단계; 유기산 성분을 포함하는 산 수용액을 1차 교반하는 단계; 상기 산 수용액 및 상기 흡착제를 혼합한 후 2차 교반하는 단계; 및 상기 2차 교반 후에 원심분리하여 상기 산 수용액으로부터 부티르산 및 흡착제를 분리하는 단계;를 포함한다. 본 발명에 따른 부티르산 흡착 분리방법은, 종래 기술들에 비해 보다 간단하고 경제적인 공정으로도 부티르산을 고효율로 흡착 분리할 수 있도록 한다.
이하, 부티르산 흡착 분리방법에 대하여는, 후술되는 내용을 제외하고, 전술된 흡착제에 대한 설명과 동일하다.
상기 하소는, 상기 제올라이트를 열처리함으로써, 제올라이트에 다공성 구조를 형성하고, 제올라이트의 골격 구조를 보다 견고히 하는 공정일 수 있다. 구체적으로, 상기 하소는, 상기 제올라이트를 0.5 내지 1.5 ℃/min, 구체적으로, 1 ℃/min의 승온 속도로 열처리하여, 24 내지 26℃, 구체적으로, 25℃에서 530 내지 560℃, 구체적으로, 550℃의 온도범위로 승온시킬 수 있다. 그 다음에, 7 내지 9 시간 동안, 구체적으로, 8 시간 동안 상기 530 내지 560℃, 구체적으로, 550℃의 온도범위를 유지할 수 있다.
전술된 하소의 조건은, 상기 제올라이트가 부티르산에 대한 높은 선택성을 갖는 다공성 구조를 형성할 수 있도록 한다. 다시 말해서, 전술된 하소의 조건은, 상기 제올라이트의 다공성 구조 내 미세기공의 크기가 3.5 내지 15Å 의 범위를 갖도록 하는 것일 수 있다.
상기 제올라이트는, LTA형, Silicalite-1, ZSM5 등의 MFI형, FAU형, 또는 SAPO-34 등의 CHA형일 수 있다. 상기 제올라이트는 2.5 내지 50의 Si/Al 비, 보다 구체적으로, 1 내지 5의 Si/Al 비를 가질 수 있다.
일례로, 상기 흡착제는, LTA형의 제올라이트일 수 있다. 상기 제올라이트의 미세기공의 크기는 3.81 내지 5.5Å, 구체적으로, 4.0 Å 이고, 상기 제올라이트는, Si/Al의 비가 2.5 내지 3.5, 구체적으로, 3.06 일 수 있다. 상기 흡착제로써, 상기 제올라이트가 미세기공의 크기와 Si/Al의 비가 전술된 범위를 가지면, 혼합 성분 내 부티르산이 고농도로 함유되어도, 부티르산에 대한 선택성 및 흡착 효율을 현저히 높일 수 있다.
상기 제올라이트의 상기 미세기공의 크기와 Si/Al의 비가 전술된 범위를 벗어나면, 부티르산이 특정 농도보다 낮거나 높을 때, 부티르산에 대한 선택성 및 흡착효율이 저하될 수 있고, 특히, 부티르산이 혼합성분 내에서 고농도로 함유되면,부티르산에 대한 선택성 및 흡착 효율이 현저히 낮아질 수 있다.
상기 산 수용액은, 상기 유기산 1 중량 대비 50 내지 500배의 중량부로 증류수, 일례로, 2차 증류수와 혼합한 것일 수 있다. 상기 유기산은 부티르산을 포함하는 1종 이상의 유기산일 수 있다. 일례로, 상기 유기산은, 아세트산, 프로피온산, 부티르산 또는 이들의 조합일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 상기 산 수용액의 농도는, 예컨대, 0.1 내지 15g/L, 구체적으로, 1 내지 14g/L, 보다 구체적으로, 2 내지 12 g/L 일 수 있다.
상기 산 수용액은 1차 교반을 수행할 수 있다. 상기 1차 교반은 24 내지 26℃, 구체적으로, 25℃ 에서, 450 내지 550 rpm, 구체적으로, 500 rpm의 속도로, 1.5 내지 2.5 시간, 구체적으로, 2시간 동안 수행될 수 있다.
상기 산 수용액 내의 부티르산의 농도와, 추후 수행될 흡착 분리 후의 부티르산 농도를 비교하기 위하여, 일례로써, 상기 산 수용액 1 중량부 대비 5 내지 10 중량부의 유기용매, 일례로, 에탄올과 혼합하여 가스 크로마토그래피(gas chromatography, Shimadzu, GC-2030)를 수행할 수 있다.
상기 2차 교반은, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 흡착제와 상기 산 수용액을 혼합하는 동안에, 상기 흡착제가 상기 산 수용액의 부티르산을 흡착하는 공정일 수 있다. 상기 흡착제는 상기 산 수용액 1 중량부에 대하여 0.010 내지 0.050 중량부, 구체적으로, 0.020 내지 0.030 중량부, 보다 구체적으로, 0.022 내지 0.027 중량부, 일례로, 0.025 중량부의 함량으로 혼합될 수 있다. 상기 흡착제의 함량이 전술된 범위를 벗어나면, 흡착물질의 수득률이 낮아질 수 있다.
구체적으로, 상기 2차 교반은, 20 내지 40℃, 구체적으로, 30℃에서, 750 내지 850 rpm, 구체적으로, 800 rpm 의 속도로, 23 내지 25 시간, 구체적으로, 24 시간 동안 수행될 수 있다. 상기 조건의 2차 교반에 의하여, 상기 흡착제는 부티르산을 포함하는 1종 이상의 유기산들 중에서, 보다 간단하고 경제적인 공정으로 부티르산을 선택적으로 흡착하여 분리할 수 있다.
상기 원심분리는, 상기 흡착제에 흡착된 흡착물질인 부티르산을 분리하는 공정일 수 있다. 구체적으로, 상기 원심분리는, 12,500 내지 14,500 rpm, 구체적으로, 13,500 rpm 의 속도로, 10 내지 20분, 구체적으로, 15분 동안 수행되는 것일 수 있다. 상기 원심분리가 전술된 범위의 조건으로 수행되면, 최종 얻어지는 흡착물질인 부티르산의 수득률을 더욱 높일 수 있다.
상기 원심분리 후에는, 상기 흡착물질, 즉, 부티르산의 흡착 후의 농도를 측정하기 위하여, 일례로써, 상기 흡착물질로부터 분리된 산 수용액 총 중량 대비 5 내지 10 배의 유기용매, 일례로, 에탄올과 혼합하여 가스 크로마토그래피(gas chromatography, Shimadzu, GC-2030)를 수행할 수 있다.
상기 부티르산의 흡착 분리 전과 후의 농도를 하기 수학식 1에 대입하여, 흡착제 단위 질량(g) 당 흡착된 흡착물질의 양(g)을 계산할 수 있다.
Figure 112021042680489-pat00001
q : 흡착제 단위 질량(g) 당 흡착된 흡착질의 양(g)
m : 흡착제 질량(g)
Ci: 흡착 분리 실험 진행 전 부티르산 수용액의 농도(g/L)
Cf: 흡착 분리 실험 진행 후 부티르산 수용액의 농도(g/L)
V : 흡착 분리 실험에 사용된 부티르산 수용액 부피(L)
상기 흡착 분리된 부티르산은, 일례로, 부탄올 등으로 전환되어 바이오 연료로 이용될 수 있다. 부탄올로 전환되는 방법은 공지의 기술을 따를 수 있다. 일례로, 에스테르화 반응을 통하여 부티르산으로부터 부틸부티레이트를 생산하고, 부틸부티레이트의 전부 또는 일부를 가수소분해하여 부탄올을 얻는 과정을 포함하는 화학적 전환 방법을 따를 수 있다. 이에, 부틸부티레이트는 부탄올과 함께 양질의 휘발유용 차세대 바이오 연료로 활용될 수 있다.
이하, 구체적인 실시예와 비교예를 통하여 본 발명의 구성 및 그에 따른 효과를 보다 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 본 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것이며, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[실험예]
실시예 1-5 [LTA(기공 크기 : 4.0Å), Silicalite-1(5.6Å), ZSM-5(5.6Å), FAU(7.4 Å), SAPO-34(3.8 Å)]의 각 흡착제를 하소하여 준비하였다. 하소는, 25 ℃에서 1 ℃/1 min 승온속도로 550 ℃까지 열처리한 다음, 8 시간 동안 550 ℃를 유지하는 것으로 수행되었다. 그 다음에, n-부티르산의 함량 및 농도를 달리하여 2차 증류수 40 ml와 각각 혼합한 다음, 25 ℃에서 500 RPM의 속도를 유지하며 2시간 이상 교반하여 n-부티르산 수용액을 제조하였다. 이후, 산 수용액 0.3 ml와 에탄올 2 ml를 혼합한 후 가스 크로마토그래피(gas chromatography, Shimadzu, GC-2030)를 이용하여 흡착 분리 실험 전 농도를 측정하였다.
각 n-부티르산 수용액 1 ml와 각 흡착제 0.025 g을 혼합하여 30 ℃에서 800 RPM 속도를 유지하며 24시간 동안 교반하였다. 24시간 경과 후, 원심분리기를 13,500 rpm에서, 15 분 동안 작동시켜 흡착제와 산 수용액을 분리하였다. 분리된 산 수용액 0.3 ml와 에탄올 2ml를 혼합한 후 가스 크로마토그래피(gas chromatography, Shimadzu, GC-2030)를 이용하여 흡착 분리 후의 농도를 측정하였다.
흡착 분리 실험 진행 전 농도(Ci), 흡착 분리 실험 진행 후(Cf) 농도를 하기 식 1에 대입하여 흡착제 단위 질량(g)당 흡착된 흡착 물질의 양(g)을 계산하였다. 정확한 분석을 위하여 실험은 두 번 수행하였으며, 그 평균 값을 하기 표 1 및 도 2에 나타내었다.
[식 1]
Figure 112021042680489-pat00002
Figure 112021042680489-pat00003
도 2는 본 발명의 실험예의 결과를 나타낸 그래프이다.
표 1 및 도 2를 함께 참조하면, 실시예들의 제올라이트는 부티르산에 대한 흡착 성능을 발휘함을 확인할 수 있었다. 그 중에서도, 실시예 1인 LTA형의 흡착제를 사용하면, 부티르산 농도가 증가하여도, 지속적으로 현저히 우수한 흡착분리 성능을 발휘함을 확인할 수 있었다.
본 명세서에서는 본 발명자들이 수행한 다양한 실시예 가운데 몇 개의 예만을 들어 설명하는 것이나 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고, 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.

Claims (15)

  1. 다수개의 미세 기공을 구비하는 알루미노실리케이트 제올라이트 골격으로 이루어지고,
    수분 및 1종 이상의 유기산 성분을 포함하는 혼합 성분으로부터 부티르산에 대해 선택성을 갖는 것을 특징으로 하고,
    상기 제올라이트는, LTA형의 구조체를 가지고, 미세 기공의 크기는 3.81 내지 5.5Å 이고, Si/Al의 비가 2.5 내지 3.5 인 것을 특징으로 하는, 제올라이트 흡착제.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 유기산은 부티르산, 아세트산, 프로피온산 또는 이들의 조합인 것을 특징으로 하는, 제올라이트 흡착제.
  6. 알루미노실리케이트 제올라이트를 하소(calcination)하여 흡착제를 준비하는 단계;
    1종 이상의 유기산 성분을 포함하는 산 수용액을 1차 교반하는 단계;
    상기 산 수용액 및 상기 흡착제를 혼합한 후 2차 교반하는 단계;및
    상기 2차 교반 후에 원심분리하여 상기 산 수용액으로부터 부티르산 및 흡착제를 분리하는 단계;를 포함하고,
    상기 하소는, 상기 제올라이트를 0.5 내지 1.5℃/min의 승온 속도로 열처리하여, 24 내지 26℃에서 530 내지 560℃의 온도범위로 승온하는 단계; 및
    상기 승온 후 7 내지 9 시간 동안, 상기 530 내지 560℃의 온도범위를 유지하는 단계;를 수행하는 것이고,
    상기 하소는, 상기 제올라이트 내에 다수개의 미세 기공을 구비하는 다공성 구조를 형성하는 것이되, 상기 미세 기공의 크기는 3.81 내지 5.5Å 으로 형성되고, 상기 제올라이트는, LTA형의 구조체를 가지고, Si/Al의 비가 2.5 내지 3.5 인 것을 특징으로 하고,
    상기 1차 교반은 24 내지 26℃에서, 450 내지 550 rpm의 속도로, 1.5 내지 2.5 시간 동안 수행되는 것이고, 상기 2차 교반은, 20 내지 40℃에서, 750 내지 850 rpm의 속도로, 23 내지 25 시간 동안 수행되는 것이고, 상기 원심분리는, 12,500 내지 14,500 rpm 의 속도로, 10 내지 20분 동안 수행되는 것을 특징으로 하는, 부티르산 흡착 분리방법.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제6항에 있어서,
    상기 흡착제는 상기 산 수용액 1 중량부에 대하여 0.010 내지 0.050 중량부로 혼합되는 것인, 부티르산 흡착 분리방법.
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 제6항에 있어서,
    상기 유기산은 부티르산, 아세트산, 프로피온산 또는 이들의 조합인 것을 특징으로 하는, 부티르산 흡착 분리방법.
  15. 삭제
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