KR20070116274A - 물에서 음이온 형태의 중금속 제거를 위한 다당류의 용도 - Google Patents

물에서 음이온 형태의 중금속 제거를 위한 다당류의 용도 Download PDF

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KR20070116274A
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Abstract

본 발명은 음이온 형태의 중금속이 함유된 물을 정제하는 단순한 방법에 관한 것이다. 본 발명의 방법은 전분 또는 식물성 고무와 같은 하나 이상의 다당류를 함유하는 조성물을 사용하는 것을 기초로 한다.

Description

물에서 음이온 형태의 중금속 제거를 위한 다당류의 용도{USE OF POLYSACCHARIDES IN ORDER TO ELIMINATE HEAVY METALS IN THE FORM OF ANIONS FROM WATER}
본 발명은 물처리 분야, 특히 물속에 음이온 형태로 존재하는 금속을 제거하는, 더 특히 천연수, 공업수 및 폐수로부터 비소를 제거하는 분야에 대한 것이다.
물에 존재하는 특정 금속은 그 독성으로 인해 특히 많은 건강 문제를 야기할 수 있다. 천연수에 존재하는 금속은 주로 천연 기원인 것이다. 예를 들어 비소는 지하수면 둘레의 바위에 존재하는 비소 As (Ⅲ) 또는 As (V) 의 용해에서 비롯된다. 지구상 특정 지역에서, 천연수에 존재하는 비소의 농도는 수백 ㎍/l 수치까지 높을 수 있다.
따라서, 물에서 비소, 안티몬, 주석, 바나듐, 게르마늄, 몰리브덴 및 텅스텐과 같은 독성 금속을 제거하는 것은 천연수로부터 만들어진 식수의 질을 보장하는 것의 주요 목표이다. 따라서 유럽에서, "1998. 11. 3 의 European Directive 98/83 EC" 에서는 식수에 대해 10　㎍/l 미만의 비소 수준, 5　㎍/l 미만의 안티몬을 요구하고, 이러한 제한은 세계보건기구에서도 승인된다.
현재 비소 제거를 위해 알루미나를 단독으로 사용하는 것이 공지되어 있다. 또한 특허 CA　1067627 에는 알루미나가 혼입된 지지체에 미리 증착된 철의 산화물 및/또는 수산화물을 사용하는 가능성이 기재된다. 그러나 이 시스템의 하나의 단점은 알루미나 상의 철 수산화물 기재 생성물을 미리 제조해야할 필요가 있다는 것이다. 또한 알루미나 상에 증착된 철 수산화물의 양이 충분히 많지 않고, 알루미나와 접촉시 철 수산화물에 간격이 존재할 경우, 공정에 철 수산화물을 첨가하는 것이 불가능하다.
특히, 상기한 단점이 없는, 비소와 같은 금속 제거 수단을 찾을 필요가 있다.
따라서 본 발명의 하나의 목적은, 특히 현재까지 공지된 수단보다 더 오래 유지될 수 있는, 비소와 같은 금속 제거 수단을 찾는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 투자 및 생산이 저렴한, 물로부터 비소와 같은 금속을 제거하는 수단을 제공하는 것이다.
본 출원인은 상기한 목적을 만족하는 단순한 방법에 따라 물을 정제하는 수단을 발견하였고, 이는 정제할 물과 특히 적합한 다당류를 접촉시키는 것을 포함한다.
본 발명의 첫번째 주제는 따라서 금속이 함유된 물을 정제하기 위한 하나 이상의 다당류를 함유하는 조성물의 용도이다.
본 발명의 용도에 따르면, 물속에 일반적으로 음이온의 형태로 존재하는 제거할 금속은 비소, 안티몬, 주석, 바나듐, 게르마늄, 몰리브덴 및 텅스텐을 포함하는 군에서 선택된다. 더 바람직하게, 본 발명의 용도는 비소 제거에 적용된다.
수용액에서 발견되는 비소의 형태는 pH 에 크게 의존한다. As(V) 는 pH　<　3 에서 중성 형태이고, 그 이상에서는 음이온 형태이다. As (Ⅲ) 는 pH　<　2 에서 양이온 형태이고, 2　<　pH　<　9 에서는 중성 형태이고, 그 이상에서는 음이온 형태이다.
본 발명에 따라 사용되는 다당류에는 특별한 제한이 없다. 참고로, 리뷰 문헌 "Progress in Polymer Science 30, (2005), 38-70" 에 기재된 모든 것이 사용될 수 있다.
본 발명의 특정 형태에 따르면 다당류는 셀룰로오스, 전분 및 식물성 고무를 포함하는 군에서 선택된다.
셀룰로오스는 임의의 기원, 예를 들어, 식물성, 세균성, 동물성, 균성 또는 아메바성 기원의 것일 수 있고, 바람직하게, 식물성, 세균성 또는 동물성 기원이다. 셀룰로오스의 식물성 원천의 예로써 목재, 코튼, 리넨, 라미, 특정 조류(藻類), 쥬트, 농식품 산업 폐기물 등을 언급할 수 있다. 셀룰로오스의 동물성 원천의 예로써, 피낭동물족의 동물로 만들어진 것을 언급할 수 있다.
전분은 밀 전분, 감자 전분, 옥수수전분, 고구마 전분, 타피오카 전분, 카사바 전분, 사고 전분, 쌀 전분, 찰옥수수전분, 나종(waxy) 옥수수전분 및 아밀로오스 함량이 높은 옥수수전분 또는 이의 혼합물에서 선택할 수 있다. 전분은 그대로 사용되거나 예비호화 전처리, 예컨대 고온의 물 또는 증기에서 조리한 후 사용될 수 있다. 바람직하게 옥수수, 밀 또는 감자 전분이 선택된다.
전분의 순도에는 특별한 제한이 없다. 이와 관련하여 천연의 전분이 풍부한 곡분(flour), 예를 들어 밀가루 또는 옥수수가루 또는 감자가루와 같은 곡류의 분말이 사용될 수 있다.
따라서 용어 "전분" 은 정제 전분 및 천연 곡분 모두를 나타낸다.
본 발명에 사용되는 식물성 고무에는 특별한 제한이 없고, 사용될 수 있는 식물성 고무의 예로써 글루코만난, 예컨대 콘작(Konjac), 자일로글루칸, 예컨대 타마린드 고무, 갈락토만난, 예컨대 구아, 캐럽, 타라, 호로파 또는 "메스키트" 고무, 또는 아라비아 고무 또는 이의 혼합물이 포함된다. 바람직하게, 갈락토만난 및 특히 구아가 바람직하다.
식물성 고무의 순도에는 특별한 제한이 없다. 이와 관련하여 식물성 고무가 풍부한 천연 곡분, 예를 들어 제련하지 않은 천연 구아 분말 또는 천연 캐럽 분말 또는 이의 혼합물도 사용될 수 있다.
따라서 사용되는 용어 "식물성 고무" 는 정제된 식물성 고무 및 천연 곡분을 모두 의미한다.
본 발명의 구현예에 따르면, 다당류는 제거할 금속에 대한 친화성을 개선시키기 위해 임의로 개질되고, 따라서 이러한 금속을 포획하는 능력을 개선시키고, 한편으로는 이를 불용성으로 만들고, 다른 한편으로 처리할 액체 용액으로부터 더 용이하게 분리되도록 한다. 다당류의 친화성을 개선시키고, 불용성으로 만들기 위한 이러한 개질은 개별적으로, 그리고 요구되는 임의 순서로 수행될 수 있다. 또한 이러한 개질을 동시에 수행할 수도 있다.
수행되는 개질 중에서, 양이온성 또는 양이온화성 기의 도입을 언급할 수 있다. 용어 "양이온화성 기" 는 매질의 pH 의 함수로서 양이온성이 부여될 수 있는 기를 의미한다 (바람직한 pH: 예를 들어 3차 아민 작용기에 대해서 pH > 9 임).
양이온성 또는 양이온화성 기 중에서, 4차 암모늄 또는 1차, 2차 또는 3차 아민, 피리디늄, 구아니디늄, 포스포늄 또는 설포늄을 함유하는 기를 언급할 수 있다.
본 발명에서 사용되는 개질된 양이온성 다당류는 통상적인 방식으로, 상기 다당류 원료를 반응시켜 수득될 수 있다.
양이온성 또는 양이온화성 기를 다당류로 도입하는 것은 친핵성 치환 반응을 통해 수행할 수 있다.
암모늄기를 도입이 요구되는 경우, 사용될 수 있는 적합한 시약은 다음과 같다:
- (3-클로로-2-하이드록시프로필)트리메틸암모늄 클로라이드, 특히 Degussa 에서 판매되는 상품명 QUAB 188;
- 4차 암모늄을 가지는 에폭시드, 예컨대 (2,3-에폭시프로필)트리메틸암모늄 클로라이드, 특히 Degussa 에서 판매되는 상품명 QUAB 151, 또는 유사 화합물;
- (디에틸아미노)에틸 클로라이드;
또는 마이클 수용체, 예컨대, 4차 암모늄 또는 3차 아민을 가지는 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트.
다당류에 양이온성 또는 양이온화성 기를 도입하는 것은, 아미노산, 예컨대 글라이신, 라이신, 아르기닌, 6-아미노카프로산, 또는 4차화 아미노산 유도체, 예컨대 베타인 하이드로클로라이드로 에스테르화시켜 수행할 수 있다.
다당류에 양이온성 또는 양이온화성 기를 도입하는 것은, 하나 이상의 양이온성 또는 양이온화성 기를 함유하는 단량체를 다당류에 그래프팅 시키는 것을 포함하는 라디칼 중합을 통해 수행할 수 있다.
라디칼 개시는 문헌 "European Polymer Journal, Vol. 12, p. 535-541, 1976" 에 기재된 바와 같이 세륨을 사용하여 수행할 수 있다. 이온화 조사 및 특히 전자빔 충격을 통해 라디칼 개시를 수행할 수 있다.
이러한 라디칼 중합을 수행하는데 사용되는 하나 이상의 양이온성 또는 양이온화성 기를 함유하는 단량체는 예를 들어, 하나 이상의 에틸렌성 불포화 및, 하나 이상의 4차 질소 원자 또는 pH 를 조정하여 4차화될 수 있는 질소 원자를 함유하는 단량체일 수 있다.
하나 이상의 에틸렌성 불포화 및, 하나 이상의 4차 질소 원자 또는 pH 를 조정하여 4차화될 수 있는 질소 원자를 함유하는 단량체 중에서, 하기 화학식 (I), (Ⅱ), (Ⅲ), (IV) 또는 (V) 의 화합물을 언급할 수 있다:
- 화학식 (Ⅰ) 의 화합물:
Figure 112007077023752-PCT00001
[식 중,
- An - 는 Cl-, Br-, I-, SO4 2 -, CO3 2 -, CH3-OSO3 -, OH- 또는 CH3-CH2-OSO3 - 이온을 나타내고;
- R1 내지 R5 는 동일 또는 상이하고, 서로 독립적으로 1 ~ 20 개의 탄소 원자를 가지는 알킬기, 벤질 라디칼 또는 H 원자를 나타내고; 및
- n 은 1 또는 2 임]; 또는
- 화학식 (Ⅱ) 의 화합물:
Figure 112007077023752-PCT00002
[식 중,
- X 는 -NH기 또는 산소 원자 O를 나타내고;
- R4 는 수소 원자 또는 1 ~ 20 개의 탄소 원자를 가지는 알킬기를 나타내고;
- R5 는 1 ~ 20 개의 탄소 원자를 가지는 알킬렌기를 나타내고;
- R1, R2 및 R3 는 동일 또는 상이하고, 서로 독립적으로 1 ~ 20 개의 탄소 원자를 가지는 알킬기를 나타내고;
- Bn - 는 Cl-, Br-, I-, SO4 2 -, CO3 2 -, CH3-OSO3 -, OH- 또는 CH3-CH2-OSO3 - 이온을 나타내고; 및
- n 은 1 또는 2 임]; 또는
- 화학식 (Ⅲ) 의 화합물:
Figure 112007077023752-PCT00003
[식 중,
- R1 내지 R6 는 동일 또는 상이하고, 서로 독립적으로 수소 원자 또는 1 ~ 20 개의 탄소 원자를 가지는 알킬기이나, R1 내지 R6 중 하나의 기는 -CH = CH2 기를 나타내고;
- Cn - 는 Cl-, Br-, I-, SO4 2 -, CO3 2 -, CH3-OSO3 -, OH- 또는 CH3-CH2-OSO3 - 이온을 나타내고; 및
- n 은 1 또는 2 임]; 또는
- 화학식 (IV) 의 화합물:
Figure 112007077023752-PCT00004
[식 중,
- Dn - 는 Cl-, Br-, I-, SO4 2 -, CO3 2 -, CH3-OSO3 -, OH- 또는 CH3-CH2-OSO3 - 이온을 나타내고; 및
- n 은 1 또는 2 임].
바람직하게, 하나 이상의 에틸렌성 불포화 및, 하나 이상의 4차 질소 원자 또는 pH 를 조정하여 4차화될 수 있는 질소 원자를 함유하는 단량체는 하기에서 선택된다:
- 2-디메틸아미노에틸 아크릴레이트 (ADAM);
- 4차화 2-디메틸아미노에틸 아크릴레이트 (ADAM-Quat);
- 2-디메틸아미노에틸 메타크릴레이트 (MADAM);
- 4차화 2-디메틸아미노에틸 메타크릴레이트 (MADAM-Quat);
- 클로라이드 형태로 4차화된 2-디에틸아미노에틸 메타크릴레이트, 특히 PLEXIMON 735 또는 TMAE MC 80 (Rohm) 으로 공지된 것;
- 디알릴디메틸암모늄 클로라이드 (DADMAC);
- 클로라이드 형태의 트리메틸 암모늄 프로필 메타크릴아미드, 특히 MAPTAC 로 공지된 것; 또는
- 이의 혼합물.
개질된 양이온성 다당류는 양이온성 또는 양이온화성 작용기의 전구체 단량체의 중합 후 화학적 전환을 통해 유도되는 양이온성 또는 양이온화성 단위를 함유할 수 있다. 예를 들어 3차 아민, 예컨대 트리메틸아민과의 반응 후 4차화 폴리(p-트리메틸아미노메틸스티렌)을 형성하는 폴리(p-클로로메틸스티렌)을 언급할 수 있다.
양이온성 또는 양이온화성 단위는 음전하 반대 이온과 조합된다. 이러한 반대 이온은 클로라이드, 브로마이드, 요오다이드, 플루오라이드, 설페이트, 메틸설페이트, 포스페이트, 수소포스페이트, 포스포네이트, 카보네이트, 수소카보네이트 또는 하이드록사이드 이온에서 선택될 수 있다. 바람직하게, 수소포스페이트, 메틸설페이트, 하이드록사이드 및 클로라이드에서 선택된 반대 이온이 사용된다.
본 발명에서 사용되는 개질된 양이온성 다당류의 치환도는 0.01 이상, 바람직하게 0.1 이상이다. 치환도가 0.01 미만이면, 제거 수행 효과가 감소된다. 치환도가 0.1 초과이면, 다당류는 액체내에서 불가피하게 팽윤된다. 0.1 초과 수준으로 치환된 개질된 다당류를 사용하기 위해서, 불용성을 부여하는 개질을 수행하는 것이 바람직하다. 이러한 개질은 하기에 기재된다.
개질된 양이온성 다당류의 치환도는 당 단위당 양이온성 전하의 평균 개수에 해당한다.
다당류의 친화성을 개선시키기 위한 개질 중에서, 전하를 띠지 않는 친수성 또는 소수성기 도입을 언급할 수 있다.
도입될 수 있는 친수성기 중에서, 특히 하나 이상의 당류 또는 올리고당류 잔기, 하나 이상의 에톡시기, 하나 이상의 하이드록시에틸기 또는 올리고(에틸렌 옥사이드) 를 언급할 수 있다.
도입될 수 있는 소수성기 중에서, 특히 알킬, 아릴, 페닐, 벤질, 아세틸, 하이드록시부틸 또는 하이드록시프로필기 또는 이의 혼합물을 언급할 수 있다.
표현 "알킬 또는 아릴 또는 아세틸 라디칼" 은 바람직하게 1 ~ 22 개의 탄소 원자를 가지는 알킬 또는 아릴 또는 아세틸 라디칼을 의미한다.
본 발명에서 사용되는 전하를 띠지 않는 친수성 또는 소수성기로 개질된 식물성 고무의 치환도는 0.01 이상, 바람직하게 0.1 이상이다.
전하를 띠지 않는 친수성 또는 소수성기로 개질된 다당류의 치환도는 당 단위당 전하를 띠지 않는 친수성 또는 소수성기의 평균 개수에 대응된다.
제거할 금속에 대한 다당류의 친화성을 증가시키기 위한 상기 제안한 여러 개질을 동일한 다당류에 수행할 수 있다.
다당류를 불용성으로 만들기 위한 개질 중에서, 특히 다당류의 화학적 가교를 수행, 또는 달리 이를 수불용성인 무기 또는 유기 지지체에 화학적 또는 물리적으로 흡착시키는 가능성을 언급할 수 있다.
바람직하게, 다당류의 화학적 가교는 이를 불용성으로 만든다. 다당류의 화학적 가교는 포름알데하이드, 글리옥살, 할로하이드린, 예컨대 에피클로로하이드린 또는 에피브로모하이드린, 포스포러스 옥시클로라이드, 폴리포스페이트, 디이소시아네이트, 비스에틸렌우레아, 폴리산, 예컨대 아디프산, 시트르산, 아크롤레인 등에서 선택되는 가교제의 작용을 통해 수득할 수 있다. 다당류의 화학적 가교는 또한 금속 착화제, 예컨대 지르코늄 (IV) 또는 소듐 테트라보레이트의 작용을 통해 수득할 수 있다. 다당류의 화학적 가교는 또한 이온화 조사의 효과하에서 수득할 수 있다.
다당류의 불용화도는 다당류 중 가용성 유기물 질량 분획이 10 % 미만이면 만족스럽다.
상기한 바와 같이 다당류의 금속에 대한 친화성을 개선시키기 위한 개질은 개별적으로 및 요구되는 임의의 순서로 수행할 수 있다. 이러한 개질을 동시에 수행할 수도 있다. 다당류의 개질이 동시에 수행되는 예로써, 초과량의 에피클로하이드리과 트리메틸아민을 다당류를 함께 화합시켜 수득되는 불용성 양이온성 식물성 고무를 언급할 수 있다. 에피클로로하이드린은 인시츄에서, 한편으로 다당류에 양이온성을 부여할 수 있게 하는 4차 암모늄을 가지는 시약을 생성한다. 초과량의 에피클로하이드린은 반면 다당류를 가교할 수 있게 한다.
임의로 개질되고, 임의로 불용성인 본 발명의 다당류는 분말 형태 또는 달리 과립 형태로 사용될 수 있다.
화학적 가교 반응을 수행하여 불용성 과립을 수득할 수 있다.
임의로 개질된 전분은 가교 반응 중 과립화를 통해 형성되어, 처리할 매질에서 용이하게 제거할 수 있는 수 밀리미터(예, 200 ㎛ ~ 5 mm) 크기의 불용성 입자를 수득할 수 있다.
공업 설비 제도에서, 이러한 과립화 생성물은 교환 수지에서와 동일한 방식으로 컬럼에서 사용될 수 있다는 장점을 가지고, 따라서 압력 강하를 제한하면서 교환을 위한 넓은 면적을 제공한다.
임의로 개질되고, 임의로 불용성인 본 발명의 다당류를 단독으로, 또는 기타 포획제, 예컨대 교환 수지지와의 혼합물로 사용될 수 있다.
임의로 개질되고, 임의로 불용성인 본 발명의 다당류를 불활성 충전제, 예컨대 중합체 분말 또는 모래와 함께 혼합하여 이를 밸러스트(ballast) 시킬 수 있다.
하기 실시예는 본 발명의 범위를 비제한적으로 예시한다.
본 발명에 따른 전분 제조예 : 불용성 양이온성 전분 (전분 A) 의 합성
앵커형 기계적 교반기, 적하 깔때기 및 응축기가 장착된 1 리터 재킷형 반응기에 75 ml 의 탈염수를 도입한 후, 750 mg 의 소듐 클로라이드 및 50 g 의 나종 옥수수전분을 도입하였다. 혼합물을 질소 분위기하에 놓고, 100 rpm 으로 교반하였다. 5.2 ml 의 에피브로모하이드린을 도입하고, 혼합물을 3 분 동안 교반한 후, 20 ml 의 탈염수에 용해시킨 3 g 의 소듐 하이드록사이드 펠릿을 첨가하였다. 반응 매질은 매우 점성이고, 페이스트와 같은 외관을 가졌다. 이후 교반을 멈추고, 혼합물이 반응하도록 상온 (25 ℃) 에 16 시간 동안 정치시켰다. 그 후, 반응 혼합물이 확실하게 만들어졌다. 60 ml 의 탈염수 중 23 g 의 소듐 하이드록사이드 펠릿의 용액을 첨가하고, 교반을 100 rpm 으로 재시작하였다. 페이스트는 분해되어 액체에 분산되었다. 30 분 후, 반응 혼합물을 65 ℃ 로 가열하였다. 이 온도가 되면 90 ml 의 QUAB 188 (Degussa AG 에서 판매되는 물 중 69 % 인 클로로하이드록시프로필 트리메틸암모늄 클로라이드) 을 30 분 동안 적가하였다. 첨가가 완결되면, 반응기를 온도 60 ℃ 에서 교반하면서 2 시간 동안 정치시켰다. 이후 교반을 멈추고, 반응 혼합물을 상온에서 냉각되도록 정치시켰다. 혼합물을 2 시간 동안 정치시켜 고체가 침전되도록 하였다. 필터 팁 캐뉼러를 사용하여 상등액을 석션 제거하고, 600 ml 의 탈염수를 반응기에 재도 입하였다. 1 N 염산을 첨가하여 반응 혼합물을 pH = 6 으로 만들었다. 이후 2 시간 동안 교반하였다. 고체 + 액체 혼합물을 No.3 소결 깔때기를 통해 여과하였다. 70 ℃ 로 가열한 1 리터의 탈염수에 필터 케이크를 넣고, 2 시간 동안 강하게 교반하고, 그 후 교반을 정지하고 침전되도록 정치시켰다. 필터 팁 캐뉼러를 사용하여 상등액을 석션 제거하였다. 1 리터의 탈염수에 재분산시켜 세정하고, 침전 및 상층액을 제거하는 조작은 냉수를 이용하여 4 시간 동안 반복하였다. 최종 세정 조작의 말단에, 고체를 침전시키고 분리한 후 동결건조를 통해 얼리고, 건조시켰다.
공기로 매우 부풀려진 60 g 의 백색 분말을 수득하였고, 이 분말은 물에 용이하게 함침되나 용해되지는 않았다.
질소에 대한 원소 분석을 통해 생성물의 양이온성 DS 가 0.12 라는 것을 보였다.
본 발명의 전분 평가예
하기 두 실시예에서, 비소 검정은 불확실성 10 % 로 ICP/MS (Inductively Coupled Plasma/Mass Spectrometer) 를 사용하여 수행되었다. 분석할 샘플은 제거 직후 질산으로 산성화시키고, 폴리에틸렌 플라스크에 넣어 냉장고에 보관하였다.
실시예 1
이 시험에서, 가교된 양이온성 전분, 전분 A 의 As(V) 흡착 능력은 중성 pH, 7 ℃ 온도에서 측정되었다.
비소 옥사이드 As2O5 를 사용하여 500 mg/l 농도의 비소 (V) 모 용액을 제조하였다. 사용 직전에 모 용액을 희석하여 1 내지 50 mg 의 As/l 의 가변적인 농도를 제조하였다.
150 ml 파이렉스 비이커내의 각 딸 용액에 대해 42.5 mg 의 전분 A 를 교반하면서 도입하여 처리할 100 ml 의 용액을 만들었다. 현탁액의 pH 는 NaOH 및 HCl 의 진한 용액을 사용하여 pH 7 로 조정하였다.
7 ℃ 에서 15 시간 (>> 평형 시간) 의 접촉 시간 후에 현탁액의 상등액을 여과하여 회수하고, 그 잔여 비소 함량을 검정하였다. 여과를 위해 0.45 ㎛ 의 다공도를 가지는 PVDF Millex 시린지 필터를 사용하였다.
결과를 하기 표에 나타내었다:
초기 As (V) 농도 ( mg /l) 15 시간 접촉 후 As (V) 농도 ( mg /l) As (V) 흡착 능력 ( mg /l)
6 0.37 13
4 0.026 10
9 1.1 17
16 6.5 23
25 8.9 38
32 18 33
41 24 39
중성 pH 및 7 ℃ 의 온도에서 As(V) 제거를 위한 가교된 양이온성 전분의 효과를 시험하였다. 또한 고체의 g 당 약 40 mg 의 As 에서 생성물이 최대 흡착 능력을 가진다는 것을 확인할 수 있다.
실시예 2
렌 지역의 천연수를 응고/응결 처리하여 맑게 만든 후, 비소 옥사이드 As2O5 용액을 사용하여 100 ㎍ 의 As(V)/l 의 비소를 도핑한 것에 시험을 수행하였다.
이 시험을 위해, 7 ℃ 에서 교반하면서 도핑시킨 맑은 물 100 ml 에 시험할 가교된 양이온성 전분 "전분 A" 를 도입하였고, 15 시간의 접촉 시간 후, 현탁액을 0.45 ㎛ 의 다공도를 가지는 PVDF Millex 시린지 필터를 사용하여 여과하여, 이로부터 상등액을 회수하고, 천연 유기 물질 및 비소의 잔여 농도를 검정하였다.
천연 유기 물질의 검정은 Shimadzu UV-160 model 204-04550 기계를 사용하여 254 nm 에서 UV 분광법으로 수행하였다.
결과를 하기 표에 나타내었다.
254 nm 에서 UV 흡광도 As (V) 농도
T=0 15 시간의 접촉 시간 후 T=0 15 시간의 접촉 시간 후
도핑되지 않은 맑은 물 0.190 +/- 0.005 0.120 +/- 0.002 <5
100 ㎍/l 의 As(V) 가 도핑된 맑은 물 0.190 +/- 0.005 0.104 +/- 0.002 93 44
이 실시예는 가교된 양이온성 전분이 천연수 처리에 사용될 때, 천연 유기 물질의 분획을 제거할 수 있으나, 물에 일부의 비소가 남아 있음을 보여준다.
시험 조건 (7 ℃, 중성 pH, [전분] = 425 mg/l, 접촉 시간 = 15　시간, [As(V)] ~ 100 ㎍/l) 하에서, 전분 A 로 처리함으로써 254 nm 에서 UV 를 흡수할 수 있는 천연 유기 물질의 약 45 %, 및 비소 (Ⅴ) 45 % 를 제거할 수 있다.

Claims (26)

  1. 비소가 함유된 물을 정제하기 위한 하나 이상의 다당류를 함유하는 조성물의 용도.
  2. 제 1 항에 있어서, 다당류가 셀룰로오스, 전분 및 식물성 고무를 포함하는 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 용도.
  3. 제 2 항에 있어서, 셀룰로오스가 식물성, 세균성, 동물성, 균성 또는 아메바성 기원, 바람직하게 식물성, 세균성 또는 동물성 기원인 것을 특징으로 하는 용도.
  4. 제 2 항에 있어서, 전분이 밀 전분, 감자 전분, 옥수수전분, 고구마 전분, 타피오카 전분, 카사바 전분, 사고 전분, 쌀 전분, 찰옥수수전분, 나종(waxy) 옥수수전분 및 아밀로오스 함량이 높은 옥수수전분 또는 이의 혼합물에서 선택되는 것을 특징으로 하는 용도.
  5. 제 2 항에 있어서, 예를 들어 고온의 물 또는 증기에서 조리하는 것과 같이 전분에 예비호화 전처리를 수행하는 것을 특징으로 하는 용도.
  6. 제 2 항에 있어서, 식물성 고무가 콘작(Konjac) 과 같은 글루코만난, 타마린드 고무와 같은 자일로글루칸, 구아, 캐럽, 타라, 호로파 또는 "메스키트" 고무와 같은 갈락토만난, 또는 아라비아 고무 또는 이의 혼합물에서 선택되는 것을 특징으로 하는 용도.
  7. 제 2 항에 있어서, 식물성 고무가 구아와 같은 갈락토만난에서 선택되는 것을 특징으로 하는 용도.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 다당류가 개질되고, 하나 이상의 양이온성 또는 양이온화성 기를 함유하는 것을 특징으로 하는 용도.
  9. 제 8 항에 있어서, 양이온성 또는 양이온화성 기가 4차 암모늄 또는 3차 아민, 피리디늄, 구아니디늄, 포스포늄 또는 설포늄을 함유하는 기에서 선택되는 것을 특징으로 하는 용도.
  10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서, 양이온성 또는 양이온화성 기의 식물성 유도체로의 도입을 친핵성 치환 반응을 통해 수행하는 것을 특징으로 하는 용도.
  11. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서, 양이온성 또는 양이온화성 기의 도입을 예를 들어 글라이신, 라이신, 아르기닌, 6-아미노카프로산과 같은 아미노산, 또는 예 를 들어 베타인 하이드로클로라이드와 같은 4차화 아미노산 유도체를 이용한 에스테르화를 통해 수행하는 것을 특징으로 하는 용도.
  12. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서, 양이온성 또는 양이온화성 기의 도입이, 하나 이상의 양이온성 또는 양이온화성 기를 함유하는 단량체를 다당류에 그래프팅 하는 것을 포함하는 라디칼 중합을 통해 수행되는 것을 특징으로 하는 용도.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 라디칼 중합을 수행하는데 사용되는 하나 이상의 양이온성 또는 양이온화성 기를 함유하는 단량체가 하기 화학식 (Ⅰ), (Ⅱ), (Ⅲ), (IV) 또는 (V) 의 화합물에서 선택되는 것을 특징으로 하는 용도:
    - 화학식 (Ⅰ) 의 화합물:
    Figure 112007077023752-PCT00005
    [식 중,
    - An - 는 Cl-, Br-, I-, SO4 2 -, CO3 2 -, CH3-OSO3 -, OH- 또는 CH3-CH2-OSO3 - 이온을 나타내고;
    - R1 내지 R5 는 동일 또는 상이하고, 서로 독립적으로 1 ~ 20 개의 탄소 원자를 가지는 알킬기, 벤질 라디칼 또는 H 원자를 나타내고; 및
    - n 은 1 또는 2 임]; 또는
    - 화학식 (Ⅱ) 의 화합물:
    Figure 112007077023752-PCT00006
    [식 중,
    - X 는 -NH기 또는 산소 원자 O를 나타내고;
    - R4 는 수소 원자 또는 1 ~ 20 개의 탄소 원자를 가지는 알킬기를 나타내고;
    - R5 는 1 ~ 20 개의 탄소 원자를 가지는 알킬렌기를 나타내고;
    - R1, R2 및 R3 는 동일 또는 상이하고, 서로 독립적으로 1 ~ 20 개의 탄소 원자를 가지는 알킬기를 나타내고;
    - Bn - 는 Cl-, Br-, I-, SO4 2 -, CO3 2 -, CH3-OSO3 -, OH- 또는 CH3-CH2-OSO3 - 이온을 나타내고; 및
    - n 은 1 또는 2 임]; 또는
    - 화학식 (Ⅲ) 의 화합물:
    Figure 112007077023752-PCT00007
    [식 중,
    - R1 내지 R6 는 동일 또는 상이하고, 서로 독립적으로 수소 원자 또는 1 ~ 20 개의 탄소 원자를 가지는 알킬기이나, R1 내지 R6 중 하나의 기는 -CH = CH2 기를 나타내고;
    - Cn - 는 Cl-, Br-, I-, SO4 2 -, CO3 2 -, CH3-OSO3 -, OH- 또는 CH3-CH2-OSO3 - 이온을 나타내고; 및
    - n 은 1 또는 2 임]; 또는
    - 화학식 (IV) 의 화합물:
    Figure 112007077023752-PCT00008
    [식 중,
    - Dn - 는 Cl-, Br-, I-, SO4 2 -, CO3 2 -, CH3-OSO3 -, OH- 또는 CH3-CH2-OSO3 - 이온을 나타내고; 및
    - n 은 1 또는 2 임].
  14. 제 12 항에 있어서, 상기 라디칼 중합에 사용되는 하나 이상의 양이온성 또는 양이온화성 기를 함유하는 단량체가 하기에서 선택되는 것을 특징으로 하는 용도:
    - 2-디메틸아미노에틸 아크릴레이트 (ADAM);
    - 4차화 2-디메틸아미노에틸 아크릴레이트 (ADAM-Quat);
    - 2-디메틸아미노에틸 메타크릴레이트 (MADAM);
    - 4차화 2-디메틸아미노에틸 메타크릴레이트 (MADAM-Quat);
    - PLEXIMON 735 또는 TMAE MC 80 (Rohm) 으로 공지된 클로라이드 형태로 4차화된 2-디에틸아미노에틸 메타크릴레이트;
    - 디알릴디메틸암모늄 클로라이드 (DADMAC);
    - MAPTAC 로 공지된 클로라이드 형태의 트리메틸 암모늄 프로필 메타크릴아미드; 또는
    - 이의 혼합물.
  15. 제 8 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서, 양이온성 또는 양이온화성 기가, 클로라이드, 브로마이드, 요오다이드, 플루오라이드, 설페이트, 메틸설페이트, 포스페이트, 수소포스페이트, 포스포네이트, 카보네이트, 수소카보네이트 또는 하이드록사이드 이온에서 선택되는 음전하 반대 이온과 조합되는 것을 특징으로 하는 용도.
  16. 제 8 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 양이온성기의 도입을 통해 개질되는 식물성 고무의 치환도가 0.01 이상, 바람직하게 0.1 이상인 것을 특징으로 하는 용도.
  17. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서, 다당류를 불용성으로 만들기 위해 개질시키는 것을 특징으로 하는 용도.
  18. 제 17 항에 있어서, 식물성 고무의 화학적 가교를 통해, 또는 이를 수불용성인 무기 또는 유기 지지체에 화학적 또는 물리적으로 흡착시켜서 불용성 다당류를 수득하는 것을 특징으로 하는 용도.
  19. 제 17 항에 있어서, 화학적 가교를 통해 불용성 다당류를 수득하는 것을 특징으로 하는 용도.
  20. 제 19 항에 있어서, 포름알데하이드, 글리옥살, 에피클로로하이드린 또는 에피브로모하이드린과 같은 할로하이드린, 포스포러스 옥시클로라이드, 폴리포스페이트, 디이소시아네이트, 비스에틸렌우레아, 아크롤레인, 시트르산, 아디프산과 같은 폴리산 등에서 선택되는 가교제의 작용을 통해 화학적 가교를 수득하는 것을 특징으로 하는 용도.
  21. 제 19 항에 있어서, 화학적 가교는 예를 들어 지르코늄 (IV) 또는 소듐 테트라보레이트와 같은 금속 착화제의 작용에 의해 수득되는 것을 특징으로 하는 용도.
  22. 제 19 항에 있어서, 화학적 가교는 이온화 조사의 효과에 의해 수득되는 것을 특징으로 하는 용도.
  23. 제 19 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가교는 다당류 중 가 용성 유기 물질의 질량 분획이 10 % 미만이 될 때까지 수행되는 것을 특징으로 하는 용도.
  24. 제 1 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서, 다당류는 조성물 중 분말 형태 또는 과립 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 용도.
  25. 제 1 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 있어서, 임의로 개질되고, 임의로 불용성인 본 발명의 다당류를 기타 포획제와 혼합하는 것을 특징으로 하는 용도.
  26. 제 1 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서, 임의로 개질되고, 임의로 불용성인 본 발명의 다당류가 모래 또는 중합체 분말과 같은 불활성 충전제와 혼합되는 것을 특징으로 하는 용도.
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