KR20100072412A - 전기 방사법-기상증착 중합을 이용한 고분자 나노튜브의 제조와 중금속 흡착제로의 응용 - Google Patents

전기 방사법-기상증착 중합을 이용한 고분자 나노튜브의 제조와 중금속 흡착제로의 응용 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고분자 나노튜브의 제조와 중금속 이온의 효율적인 제거로의 응용에 관한 것으로, 전기방사된 고분자 나노섬유에 중금속 이온의 제거에 효율적인 관능기를 가지는 고분자를 기상증착 중합법을 이용하여 도입하여 이종의 고분자로 이루어진 동축나노섬유를 제조한 뒤, 코어부분의 전기방사된 고분자를 제거함으로 고분자 나노튜브를 제조하는 방법을 제공하며, 중금속 이온의 흡착제로 이용되었을 경우 높은 중금속 이온의 제거 효율을 보임으로 차세대 중금속 흡착막으로의 가능성을 제시하였다.
본 발명에 따르면, 간단하고 저렴한 전기방사와 기상증착 중합법에 의해 고분자 나노튜브를 용이하게 제조할 수 있는 장점을 가진다. 더욱이, 본 발명에서 제조될 수 있는 고분자 나노튜브는 고분자 나노튜브의 직경, 벽의 두께에 구애되지 않을 뿐만 아니라, 중금속 이온의 제거에 효과적인 관능기를 가지는 고분자의 종류에 제한없이 제조가 가능하다.
중금속 이온 제거, 고분자, 기상증착 중합, 전기방사법, 나노튜브

Description

전기 방사법-기상증착 중합을 이용한 고분자 나노튜브의 제조와 중금속 흡착제로의 응용 {Polymer nanotube using vapor deposition polymerization mediated electrospinning and their application as a adsorbent for heavy metal ions}
본 발명은 중금속 이온에 효과적인 관능기를 가진 고분자 단량체를 전기방사법 (electrospinning) 을 이용하여 제조된 고분자 나노섬유 (nanotube) 위에 기상증착 중합 (vapor deposition polymerization)을 이용하여 도입하여 동축 나노섬유를 제조한 뒤, 코어 부분의 고분자를 제거하여 중금속 이온의 제거에 효과적인 고분자로 이루어진 고분자 나노튜브를 제조하는 방법과 중금속 흡착제로의 응용에 관한 것으로서, 전기방사로 제조된 고분자 나노섬유 위에 2-100 mn 정도의 균일한 두께를 가지는 중금속에 효과적인 관능기를 가지는 고분자를 도입하여 상기 고분자로 이루어진 나노튜브로 이루어진 고분자막 (polymer membrane) 을 제조하는 방법을 제시하여 높은 중금속 제거효율을 가지는 중금속 제거용 흡착막을 제공한다.
나노크기로 이루어진 나노물질은 넓은 표면적과 결과적으로 나타나는 향상된 물성, 그리고 벌크물질 (bulk materials) 에 볼 수 없는 현상 (양자 효과, quantum effect) 등으로 인하여 최근에 주목을 받고 있는 물질 중의 하나이다. 이러한 나노 물질을 제조하는 방식으로 미셀구조 (micelle) 등을 사용하는 방법이 주목받고 있지만, 미셀을 만드는 것에 있어서 고가의 계면활성제 (surfactant) 가 필요하며, 제거시에도 세척 (washing) 과정을 여러번 거쳐야 하는 단점이 있고, 온도 등 실험 조건에 매우 민감하여 재생산성에 있어서 단점을 가지고 있다.
최근에 전기방사법 (electrospinning) 을 이용한 나노구조의 제조는 간단하고, 공정비용이 저렴하며, 연속적인 나노섬유를 제조할 수 있다는 장점으로 인하여 활발히 이용되는 방법 중의 하나이다. 더욱이, 전기방사법은 하나의 공정을 통하여 부직포 형태의 고분자 막을 얻을 수 있다는 공정 상의 장점 또한 가지고 있다. 그러므로 방사와 동시에 막 형태로 생산이 가능하며, 방사에 걸리는 시간이 다른 고분자 나노구조의 제조 방법에 비하여 훨씬 짧다.
최근에 환경오염의 피해가 속출하면서 환경친화적인 방식 (LOHAS, Lifestyles of Health and Sustainability) 과 환경오염 방지기술이 주목받고 있으며, 다양한 환경오염 유발물질을 흡착하거나 탐지하는 기술이 활발히 연구되고 있다. 특별히, 공업 폐수, 농업 활동, 산업 용수 등에서 배출된 중금속 이온은 다양한 경로를 통하여 인류와 생태계와 치명적인 위험으로 작용하고 있다. 따라서 중금속 이온을 제거하기 위하여 다양한 흡착제가 연구되고 있다.
상기에서 제시한 전기 방사법을 이용하여 제조된 섬유는 제조 조건에 따라서 수마이크로미터부터 수나노미터의 직경을 가지며, 단위 질량당 표면적이 매우 크고 유연하기에 흡착제로의 가능성이 제시되고 있으며, 섬유간 미세공간 (void) 이 많고 외부의 응력에 대한 분산이 큰 특징은 흡착막 (adsorption membrane) 으로 이용 시 유량의 흐름이 좋고 유량에 구조가 무너지지 않는 효율적인 흡착막으로 가능성을 나타내준다.
그러나 전기방사법을 이용하여 제조된 나노섬유는 중금속에 효과적인 관능기가 존재하지 않기 때문에 높은 표면적을 가지고 있음에도 불구하고 매우 낮은 중금속 제거효율을 지닌다. 더욱이 전기방사에 대표적인 폴리비닐알콜, 폴리비닐피롤리돈 등과 같이 물에 녹는 고분자의 경우, 중금속 이온이 수용액 형태에 대부분 존재하는 것을 고려할 때, 수용액에 대한 화학적 안정성이 떨어진다는 측면에서 중금속 이온의 흡착막으로의 응용이 제한적이다.
따라서 높은 표면적을 가지면서도 중금속 이온의 흡착에 효과적인 관능기를 가지며, 수용액에 대한 화학적 안정성이 뛰어난 고분자 나노구조를 제조하는 것이효율적인 중금속 이온 제거 및 흡착이 가능한 필터 시스템으로 이용하는 것과 중금속 이온의 독성과 위험성, 최근에 나타나고 있는 환경친화적인 정책, 연구 등을 고려할 때 강력히 요구되고 있다.
본 발명의 목적은 이러한 종래기술의 문제점들을 일거에 해결하고자 전기방사법을 이용하여 제조된 나노섬유의 표면에 기상증착 중합을 이용하여 중금속 이온의 제거에 효과적인 관능기를 가지는 고분자를 도입한 뒤, 전기방사 나노섬유를 제거하여 중금속 이온의 제거에 효과적인 고분자로 이루어진 고분자 나노튜브를 제조하는 방법을 제공하는 데 있다.
또한 본 발명의 또다른 기술적 과제는 상기 고분자 나노튜브가 종래의 기술에 따른 중금속 흡착제에 비하여 높은 공정성과 우수한 중슴속 제거 효율을 가지는 고분자 나노튜브를 제공하는 데 있다.
본 발명자들은 수많은 실험과 심도있는 연구를 거듭한 끝에, 이제껏 알려진 방법과는 다르게 전기 방사법을 이용하여 제조된 고분자 나노섬유의 표면에 중금속 이온의 제거에 효과적인 고분자를 기상증착 중합을 이용하여 도입하여 동축나노섬유를 제조한 뒤, 코어 (core) 부분의 전기방사로 제조된 고분자를 제거하는 방법을 이용하여 실험을 진행함으로써, 중금속 이온의 제거에 효과적인 고분자 나노튜브의 제조가 가능함을 확인하고, 제조된 고분자 나노튜브로 이루어진 고분자막 (polymer membrane) 이 기존에 사용되는 흡착제에 비하여 중금속 제거 효율이 현저히 향상된 것을 발견하고 본 발명에 이르게 되었다.
본 발명은 전기방사-기상증착 중합법을 이용하여 중금속 이온의 제거에 효과 적인 폴리피롤 (polypyrrole), 폴리아닐린 (polyaniline), 폴리이미다졸 (polyimidazole), 폴리씨오펜 (polythiophene), 폴리로다닌 (polyrhodanine), 페도트 (PEDOT, poly(3,4-ethylenedioxythiophene)) 를 전기방사된 고분자의 표면에 도입한 뒤, 전기방사 고분자를 제거함으로써 고분자 나노튜브를 제조하는 것을 내용으로 한다.
본 발명에 따른 고분자 나노튜브의 제조 방법은,
(A) 고분자를 녹인 용매의 전기 방사법을 이용하여 고분자 나노섬유를 제조하는 단계;
(B) 상기 고분자 나노섬유에 금속염이 포함된 용액을 담지하는 단계; 및,
(C) 상기 금속염이 도입된 나노섬유의 표면에 중금속 이온의 제거에 효과적인 고분자의 단량체를 기상증착 중합을 이용하여 도입하여 이종의 고분자로 이루어진 동축 나노섬유를 제조하는 단계; 및,
(D) 상기 제조된 고분자 동축 나노섬유에서 전기 방사법으로 제조된 고분자 나노섬유 부분을 제거하여, 중금속 이온의 제거에 효과적인 고분자 나노튜브를 제조하는 단계로 구성되어 있다.
본 발명에 따른 전기 방사법-기상증착 중합을 통한 고분자 나노튜브의 제조방법은 이제껏 보고된 바가 없는 전혀 새로운 방법으로서, 중금속 이온의 제거에 효과적인 고분자를 나노미터의 범위 내에서 일정한 벽 (tube wall) 과 직경 (tubediameter)을 가지는 나노튜브의 제조가 가능하다. 고분자의 두께는 기상증착 중합시 도입되는 고분자 단량체의 양에 따라서 용이하게 조절할 수 있었다. 또한 전기방사법을 이용하여 손쉽게 막으로 제조가 가능하며, 간단한 공정으로 인하여 제조된다는 측면에서 흡착막의 제조에 있어서도 공정상의 장점을 가지고 있다. 제조된 중금속 이온의 제거에 효과적인 고분자 나노튜브로 이루어진 고분자막의 중금속 제거 효율 성능은 높은 표면적, 고분자 나노튜브 사이의 미세공간으로 인하여 유량의 흐름에 제한을 두지 않으며 중금속 이온의 제거가 우수한 중금속 흡착막으로의 성능을 보였으며, 제조된 고분자 나노튜브는 폐수처리장이나 공장 등의 설비에 이용되는 차세대 흡착설비의 흡착제로서 이용될 수 있다.
단계 (A) 에서 고분자를 녹인 용매에 있어서 고분자의 종류는 특별히 한정되는 것은 아니며,물에 녹는 폴리비닐알콜 (polyvinylalcohol), 폴리비닐피롤리돈 (polyvinyl-pyrrolidone), 폴리비닐아세테이트 (polyvinyl-acetate) 와 유기용매에 녹는 폴리메틸메타아크릴레이트 (polymethyl-methacrylate), 폴리아크릴로나이트릴 (polyacrylonitrile), 폴리스타이렌 (poly-styrene), 폴리카보네이트 (polycarbonace) 등의 고분자가 바람직하다.
전기 방사법은 고분자를 녹일 수 있는 용매인 물이나 유기 용매에 상용 고분자를 녹여 상기 고분자 용액을 전기 방사하여 고분자 나노섬유를 제조하는 것을 말하며, 사용되는 상용 고분자의 분자량 범위는 9,000 에서 1,000,000 이 바람직하다. (D. Li and Y. Xia, Adv. Mater., 16, 1151, (2004))
전기 방사시, 가해지는 전압의 범위는 특별히 제한되는 것은 아니며, 바람직 하게는 1 에서 60 kV 이며, 1 kV 보다 낮은 전압에서는 고분자 섬유가 형성되지 않고 방울 (droplet) 형태로 고분자가 사출되며, 60 kV 보다 높은 전압에서는 높은 전압으로 인하여 제조되는 고분자 나노섬유가 연속성이 없거나 형태가 불규칙적이다.
전기 방사를 통해 제조되는 고분자 나노섬유의 직경의 범위는 10 나노미터에서 수마이크로미터이며, 용매의 농도, 점도, 가해지는 전압의 크기의 변수에 의해 조절이 가능하다. 고분자 용매에 있어서 고분자의 부가량은 고분자를 녹이는 용매 대비 1 에서 30 중량부이다.
단계 (B) 에서 사용되는 금속염은 중금속 이온의 제거에 효과적인 고분자를 중합하기 위한 개시제의 역할을 할 수 있는 금속염이며, 산화-환원 반응에 의한 산화제의 역할을 하는 것이 바람직하며, 본 발명에서는 염화철(III)(FeCl3), 염화철(III) 수화물 (FeCl3(H2O)6), 황산철(III)(Fe2(SO4)3), 염화구리(CuCl2), 황산세륨(CeSO4), 암모늄퍼설페이트 ((NH4)2S2O8), 쎄륨아모늄나이트레이트 (Ce(NH3)2(NO3)6) 가 특히 바람직하다.
금속염이 포함된 용액에 있어서 금속염을 녹일 수 있는 용매는 물이나 에탄올이 바람직하며, 금속염의 농도는 용매 대비 1 에서 50 중량부가 바람직하나 이보다 높거나 낮을 수 있다.
금속염을 담지하는 시간은 1 분에서 24 시간이 바람직하나, 이에 국한되는 것은 아니며, 금속염의 농도나 종류에 따라서 상기 범위 보다 짧거나 길 수 있다.
단계 (C) 에서 기상증착 중합을 이용하여 도입되는 고분자의 단량체는는 중금속 이온의 제거에 효과적으로 알려진 아민(amine) 관능기나 씨올 (thiol) 관능기를 가지는 폴리피롤 (polypyrrole), 폴리아닐린 (polyaniline), 폴리이미다졸 (polyimidazole), 폴리씨오펜 (polythiophene), 폴리로다닌 (polyrhodanine), 페도트 (PEDOT, poly(3,4-ethylenedioxythiophene))의 단량체가 특히 바람직하다.
도입되는 단량체의 부가량은 전기방사된 고분자 나노섬유 대비 5 에서 100 중량부가 바람직하며, 도입되는 단량체의 부가량에 따라서 중금속 이온의 제거에 효과적인 고분자 나노튜브의 벽 (tube wall) 의 두께가 2 에서 100 나노미터의 범위 내에서 조절될 수 있다.
기상증착 중합시 중합의 온도는 상온에서 150 도가 바람직하며, 중합의 시간은 1 분에서 24 시간이 바람직하나, 이에 국한되는 것은 아니며, 단량체의 종류에 따라서 상기범위보다 길거나 짧을 수 있다.
단계 (D) 에서 전기 방사법으로 제조된 고분자 나노섬유 부분을 제거하는 방법은 고분자를 녹이는 용매를 사용하는 것이 바람직하며, 물, 아세톤, 디메틸썰폭사이드 (Dimethyl sulfoxide), 메틸렌클로라이드 (methylene chloride) 클로르포름 (chloroform) 이 특히 바람직하다.
코어 부분의 전기방사 고분자 부분을 제거하는 온도는 상온에서 150 도가 바람직하며, 녹이는 시간은 1 에서 24 시간이 바람직하며, 고분자의 종류에 따라서 길거나 짧을 수 있다.
본 발명은 또한 상기에서 제조된 중금속 이온의 제거에 효과적인 관능기를 가지는 고분자 나노튜브의 중금속 제거용 흡착막으로의 응용에 관한 것이다. 본 발명의 방법에 의해 제조된 고분자 나노튜브는 나노튜브의 표면과 나노튜브의 안쪽면 양쪽면에 중금속 이온의 제거에 효율적인 관능기를 가지고 있다. 특별히 나노튜브는 상기와 같이 튜브 안쪽면에도 관능기를 가지고 있으며, 나노튜브의 벽이 용매나 이온에 있어서 튜브 안쪽으로도 물질 등이 들어올 수 있는 흡수성 (permeability) 를 가지고 있으며, 전기방사 나노섬유의 구조를 이용하여 고분자 나노튜브를 제조하였기 때문에 나노물질을 뭉쳐서 제조한 고분자막이나 벌크 고분자막에 비하여 많은 미세 기공을 가지고 있기에 우수한 유량의 흐름을 가지며, 이러한 특성으로 인하여 우수한 중금속 제거 효율을 보인다. 또한, 이러한 특징들은 상기의 물질을 높은 중금속 이온 제거효율을 가지는 중금속 이온 흡착막으로 사용할 수 있음을 나타낸다. 그러나, 본 발명에 따른 고분자 나노튜브는 이 예시적인 용도에 한정됨이 없이 추후 예상되는 다양한 용도에 응용, 적용될 수 있으며, 이들의 용도가 본 발명의 범주가 벗어나는 것은 아니다.
[실시예]
이하 실시예를 참조하여 본 발명의 구체적인 예를 설명하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1]
분자량 85,000 의 0.6 g 폴리비닐알콜 (polyvinylalcohol) 을 녹인 수용액 10 ml 를 15 kV 의 전압에서 전기방사를 실시하여 고분자 나노섬유를 제조하였으며 주사전자현미경 (Scanning Electron Microscopy, SEM) 을 이용하여 100 나노미터의 고분자 나노섬유를 관찰하였다. (도 1) 그런 다음, 금속염을 염화철 0.1 g 을 녹인 에탄올 1 ml 를 상기 고분자 나노섬유에 1 시간의 담금과정을 통해서 도입한뒤, 피롤 단량체 0.6 g 을 50 도에서 기상증착 중합과정을 통하여 동축케이블을 제조하였으며, 주사전자현미경 (SEM) 과 투과전자현미경 (Transmission Electron Microscopy,TEM) 을 이용하여 50 나노미터 두께의 폴리피롤이 도입된 200 나노미터 직경의 동축케이블을 관찰하였다.(도 2, 도 3) 과량의 물을 이용하여 70 도에서 동축케이블의 코어 부분인 폴리비닐알콜을 제거하여 폴리피롤 나노튜브를 제조하였으며, 투과전자현미경 (TEM) 을 통하여 200 나노미터 직경의 폴리피롤 나노튜브를 관찰하였다. (도 4)
[실시예 2]
실시예 1과 마찬가지의 방법을 이용하여 분자량 9,000 의 폴리비닐피롤리돈0.1 g 의 1 kV 에서 전기방사를 통하여 10 나노미터의 고분자 나노섬유를 제조하였으며, 0.1 g 의 피롤 단량체를 도입한 뒤, 코어부분을 제거함으로써, 중금속 이온의 제거에 효율적인 고분자 나노튜브를 제조하였다. (직경: 25 나노미터, 튜브벽의 두께: 약 7 나노미터)
[실시예 3]
실시예 1과 마찬가지의 방법을 이용하여 분자량 1,000,000 의 폴리비닐아세테이트 3 g 의 60 kV 에서 전기방사를 통하여 10 마이크로미터의 고분자 나노섬유를 제조하였으며, 3 g 의 피롤 단량체를 도입한 뒤, 코어부분을 제거함으로써, 중금속 이온의 제거에 효율적인 고분자 나노튜브를 제조하였다. (직경: 약 13 마이 크로미터, 튜브벽의 두께: 70 나노미터)
[실시예 4]
실시예 1과 마찬가지의 방법을 이용하여 폴리메틸메타아크릴레이트를 이용하여 150 나노미터의 고분자 나노섬유를 제조하였으며, 염화철 수화물을 금속염으로 도입한 뒤, 0.6 g 의 피롤 단량체를 도입한 뒤, 과량의 아세톤을 이용하여 코어부분을 제거함으로써, 중금속 이온의 제거에 효율적인 고분자 나노튜브를 제조하였다. (직경: 220 나노미터, 튜브벽의 두께: 35 나노미터)
[실시예 5]
실시예 1과 마찬가지의 방법을 이용하여 폴리아크릴로나이트릴을 이용하여 120 나노미터의 고분자 나노섬유를 제조하였으며, 황산철을 금속염으로 도입한 뒤, 0.6 g 의 피롤 단량체를 도입한 뒤, 과량의 디메틸썰폭사이드 (Dimethyl sulfoxide)를 이용하여 코어부분을 제거함으로써, 중금속 이온의 제거에 효율적인 고분자 나노튜브를 제조하였다. (직경: 200 나노미터, 튜브벽의 두께: 40 나노미터)
[실시예 6]
실시예 1과 마찬가지의 방법을 이용하여 폴리스타이렌을 이용하여 120 나노미터의 고분자 나노섬유를 제조하였으며, 염화구리을 금속염으로 도입한 뒤, 0.6 g 의 피롤 단량체를 도입한 뒤, 과량의 메틸렌클로라이드 (methylene chloride)를 이용하여 코어부분을 제거함으로써, 중금속 이온의 제거에 효율적인 고분자 나노튜브를 제조하였다. (직경: 190 나노미터, 튜브벽의 두께: 35 나노미터)
[실시예 7]
실시예 1과 마찬가지의 방법을 이용하여 폴리카보네이트을 이용하여 120 나노미터의 고분자 나노섬유를 제조하였으며, 황산세륨을 금속염으로 도입한 뒤, 0.6 g 의 피롤 단량체를 도입한 뒤, 과량의 클로르포름 (chloroform)를 이용하여 코어부분을 제거함으로써, 중금속 이온의 제거에 효율적인 고분자 나노튜브를 제조하였다. (직경: 180 나노미터, 튜브벽의 두께: 30 나노미터)
[실시예 8]
실시예 1과 마찬가지의 방법을 이용하여 폴리비닐알콜을 이용하여 고분자 나노섬유를 제조하였으며, 암모늄퍼설페이트을 금속염으로 도입한 뒤, 0.6 g 의 피롤 단량체를 도입한 뒤, 코어부분을 제거함으로써, 중금속 이온의 제거에 효율적인 고분자 나노튜브를 제조하였다. (직경: 190 나노미터, 튜브벽의 두께: 45 나노미터)
[실시예 9]
실시예 1과 마찬가지의 방법을 이용하여 폴리비닐알콜을 이용하여 고분자 나노섬유를 제조하였으며, 쎄륨암모늄나이트레이트를 금속염으로 도입한 뒤, 0.6 g 의 피롤 단량체를 도입한 뒤, 코어부분을 제거함으로써, 중금속 이온의 제거에 효율적인 고분자 나노튜브를 제조하였다. (직경: 210 나노미터, 튜브벽의 두께: 55 나노미터)
[실시예 10]
실시예 1과 마찬가지의 방법을 이용하여 폴리비닐알콜을 이용하여 고분자 나노섬유를 제조하였으며, 0.03 g 의 아닐린 단량체를 도입하여 2 나노미터의 아닐린 이 코팅된 동축케이블을 제조하였으며, 코어부분을 제거함으로써 중금속 이온의 제거에 효율적인 고분자 나노튜브를 제조하였다. (직경: 105 나노미터, 튜브벽의 두께: 약 2 나노미터)
[실시예 11]
실시예 1과 마찬가지의 방법을 이용하여 폴리비닐알콜을 이용하여 고분자 나노섬유를 제조하였으며, 1.2 g 의 페도트 단량체를 도입하여 100 나노미터의 이미다졸이 코팅된 동축케이블을 제조하였으며, 코어부분을 제거함으로써, 중금속 이온의 제거에 효율적인 고분자 나노튜브를 제조하였다. (직경: 300 나노미터, 튜브벽의 두께: 약 100 나노미터)
[실시예 12]
실시예 1과 마찬가지의 방법을 이용하여 폴리비닐알콜을 이용하여 고분자 나노섬유를 제조하였으며, 쎄륨암모늄나이트레이트를 금속염으로 도입한 뒤, 이미다졸 단량체를 도입하여 동축케이블을 제조하였으며, 코어부분을 제거함으로써, 중금속 이온의 제거에 효율적인 고분자 나노튜브를 제조하였다. (직경: 190 나노미터, 튜브벽의 두께: 45 나노미터)
[실시예 13]
실시예 1과 마찬가지의 방법을 이용하여 폴리비닐알콜을 이용하여 고분자 나노섬유를 제조하였으며, 쎄륨암모늄나이트레이트를 금속염으로 도입한 뒤, 로다닌 단량체를 도입하여 동축케이블을 제조하였으며, 코어부분을 제거함으로써, 중금속 이온의 제거에 효율적인 고분자 나노튜브를 제조하였다. (직경: 180 나노미터, 튜 브벽의 두께: 40 나노미터)
[실시예 14]
실시예 1과 마찬가지의 방법을 이용하여 폴리비닐알콜을 이용하여 고분자 나노섬유를 제조하였으며, 쎄륨암모늄나이트레이트를 금속염으로 도입한 뒤, 씨오펜 단량체를 도입하여 동축케이블을 제조하였으며, 코어부분을 제거함으로써, 중금속 이온의 제거에 효율적인 고분자 나노튜브를 제조하였다. (직경: 190 나노미터, 튜브벽의 두께: 45 나노미터)
[실시예 15]
상기 실시예 1에서 제시된 방법에 따라서 제조된 폴리피롤 나노튜브를 도 5 에서 제시한 것과 같이 고분자 나노튜브로 구성된 고분자막을 이용하여 중금속 이온의 제거를 위한 흡착필터로 구성한다. 제조된 폴리피롤 나노튜브 고분자막 필터를 통해 200 ppm 의 수은 용액 20 ml 를 흘리고, 필터를 거쳐 나온 용액을 유도결합플라즈마 (Inductively Coupled Plasma, ICP) 를 통해 수은 이온을 검출하였을 시, 0.1 ppm 의 수은 이온의 농도를 확인하였다. 0.2 ppm 이하의 중금속 이온 용액은 식품의약품안정청에서 규정한 중금속 이온의 허용 농도이며, 수은 이온의 성공적인 제거를 추가적으로 확인하기 위하여 미량의 수은 이온의 존재 시에도, 핑크색에서 녹색으로 색이 변하는 물질인 5, 10, 15, 20-tetraphenylporphinetetra sulfonic acid (TPPS) 를 이용하여, 필터를 거친 용액이 핑크색임을 볼 수 있었으며, 수은 이온이 고분자 나노튜브 고분자막을 통해서 성공적으로 제거되었음을 확인할 수 있었다.
[실시예 16]
상기 실시예 11 에서 제시된 방법에 따라서 제조된 페도트 나노튜브를 이용하여 상기 실시예 15 와 마찬가지의 방법을 이용하여 20 ppm 의 카드뮴 용액 20 ml 를 흘렸을 때, 필터를 통한 용액의 카드뮴농도가 0.1 ppm 인 것을 확인할 수 있었다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 가하는 가능할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예 1에서 제조된 전기방사된 폴리비닐알콜 나노섬유의 주사전자현미경 사진이고;
도 2는 본 발명의 실시예 1에서 제조된 전기 방사법-기상증착 중합법을 이용하여 제조된 전기방사된 폴리비닐알콜 나노섬유/폴리피롤 동축 나노섬유의 주사전자현미경 사진이며;
도 3은 본 발명의 실시예 1에서 제조된 전기 방사법-기상증착 중합법을 이용하여 제조된 전기방사된 폴리비닐알콜 나노섬유/폴리피롤 동축 나노섬유의 투과전자현미경 사진이며;
도 4는 본 발명의 실시예 1에서 제조된 전기 방사법-기상증착 중합법을 이용하여 제조된 전기방사된 폴리비닐알콜 나노섬유/폴리피롤 동축 나노섬유의 폴리비닐알콜을 제거한 폴리피롤 나노튜브의의 투과전자현미경 사진이며;
도 5는 본 발명의 실시예 15 에서 제조된 폴리피롤 나노튜브를 이용한 고분자막을 이용한 중금속 제거용 필터를 나타낸 모식도이다.

Claims (8)

  1. 고분자를 녹인 용매의 전기 방사법을 이용하여 고분자 나노섬유를 제조하는 단계;
    상기 고분자 나노섬유에 금속염이 포함된 용액을 담지하는 단계; 및,
    상기 금속염이 도입된 나노섬유의 표면에 중금속 이온의 제거에 효과적인 고분자의 단량체를 기상증착 중합을 이용하여 도입하여 이종의 고분자로 이루어진 동축 나노섬유를 제조하는 단계; 및,
    상기 제조된 고분자 동축 나노섬유에서 전기 방사법으로 제조된 고분자 나노섬유 부분을 제거하여, 중금속 이온의 제거에 효과적인 고분자 나노튜브를 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 중금속 이온의 제거에 효과적인 고분자 나노튜브의 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 고분자를 녹인 용매에 있어서 고분자의 종류가 폴리비닐알콜, 폴리비닐피롤리돈, 폴리비닐아세테이트, 폴리메틸메타아크릴레이트, 폴리아크릴로나이트릴, 폴리스타이렌, 폴리카보네이트인 것을 특징으로 하는 중금속 이온의 제거에 효과적인 고분자 나노튜브의 제조방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 고분자를 녹인 용매에 있어서 고분자의 분자량의 범위가 9,000 에서 1,000,000 인 것을 특징으로 하는 중금속 이온의 제거에 효과적인 고분자 나노튜브의 제조방법.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 전기 방사법에서 가해지는 전압의 크기가 1 에서 60 kV 인 것을 특징으로 하는 중금속 이온의 제거에 효과적인 고분자 나노튜브의 제조방법.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 금속염이 염화철, 염화철수화물, 황산철, 염화구리, 황산세륨, 암모늄퍼설페이트, 쎄륨아모늄나이트레이트인 것을 특징으로 하는 중금속 이온의 제거에 효과적인 고분자 나노튜브의 제조방법.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 도입되는 중금속 이온의 제거에 효과적인 고분자가 폴리피롤, 폴리아닐린, 폴리이미다졸, 폴리씨오펜, 폴리로다닌, 페도트인 것을 특징으로 하는 중금속 이온의 제거에 효과적인 고분자 나노튜브의 제조방법.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 도입되는 중금속 이온의 제거에 효과적인 고분자의 두께가 2 나노미터에서 100 나노미터인 것을 특징으로 하는 중금속 이온의 제거에 효과적인 고분자 나노튜브의 제조방법.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 고분자 나노섬유 부분의 제거 시, 사용되는 용매가 물, 아세톤, 디메틸썰폭사이드, 메틸렌클로라이드, 클로르포름인 중금속 이온의 제 거에 효과적인 고분자 나노튜브의 제조방법.
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