KR20120127354A - Chitosan-Biomass composite and Preparation method thereof - Google Patents

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KR20120127354A
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윤영상
곽인섭
배민아
원성욱
최순범
김석
마호주엔
송명희
박지영
이시인
크리쉬나머띠스
팜티풍투이
박성인
한도형
정용식
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전북대학교산학협력단
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Abstract

PURPOSE: A chitosan-biomass complex in which a bacterial biomass is supported in chitosan is provided to improve adsorption performance. CONSTITUTION: A chitosan-biomass complex contains amine group-containing cationic polymers crosslinked on the surface. The bacterial biomass is a solid waste. An amine group-containing cationic polymer is conjugated with a functional group existing in bacterial biomass. The amine group-containing cationic polymer is polyethylene imine, amine-terminated polyethylene oxide, amine-terminated polyethylene/propylene oxide, dimethyl amino ethyl methacrylate polymer, a copolymer of dimethyl amino ethyl methacrylate and vinyl pyrrolidone; a linear polymer of epichlorohydrin and dimethyl amine, polydialryldimethyl ammonium chloride, polyethanol amine/methyl chloride, or modified polyethylene. [Reference numerals] (AA) Anionic contaminant; (BB) Attractive force; (CC) Repulsive power; (DD) Biomass

Description

키토산-바이오매스 복합체 및 이의 제조방법{Chitosan-Biomass composite and Preparation method thereof}Chitosan-Biomass Composite and Preparation Method

본 발명은 키토산-바이오매스 복합체 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 바인더인 키토산에 세균 바이오매스가 담지된 키토산-바이오매스 복합체 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a chitosan-biomass complex and a method for preparing the same, and more particularly, to a chitosan-biomass complex having a bacterial biomass supported on a binder, chitosan, and a method for producing the same.

염색 공장 등의 각종 산업현장에서는 납, 수은, 카드뮴 등의 중금속 또는 염료가 함유된 폐수가 발생하고 있다. 이러한 중금속 또는 염료 함유 폐수가 수계에 유입시 심각한 오염을 유발하여 수중 생태계를 파괴하고 생물농축에 의해 인간에게까지 해로운 영향을 미치기 때문에 효과적인 처리 방법이 모색되고 있다.Wastewater containing heavy metals or dyes such as lead, mercury and cadmium is generated in various industrial sites such as dyeing plants. Since such heavy metal or dye-containing wastewater enters the water system, it causes serious pollution, destroys the aquatic ecosystem, and has a harmful effect on humans by bioconcentration.

산업 폐수 중의 염료 및 중금속 등의 오염물질을 제거하는 방법으로는 화학적 처리방법, 물리화학적 처리방법 및 생물학적 처리방법 등이 사용되고 있다. 화학적 처리방법으로는 대표적으로 염소계 산화법, 펜톤 시약법, 오존법 등이 있다. 그러나 이러한 화학적 처리방법은 화학적 슬러지를 발생하고 해로운 중간 생성물이 발생되며 운전비용이 비싸다는 단점이 있다.As a method for removing contaminants such as dyes and heavy metals in industrial wastewater, chemical treatment methods, physicochemical treatment methods and biological treatment methods are used. Chemical treatment methods include chlorine-based oxidation, Fenton's reagent method, ozone method and the like. However, this chemical treatment has the disadvantage of generating chemical sludge, generating harmful intermediates, and expensive operating costs.

생물학적 처리방법은 일반적으로 활성화된 호기성 미생물에 의해 유기물을 흡착 또는 분해시키는 활성슬러지 공정이 가장 많이 이용되고 있으나, 이것은 슬러지 발생량이 많고 침전조에서 고액분리가 잘 되지 않는 단점이 있다. 또한, 염색폐수 내의 염료는 대부분이 생물학적으로 분해하기 어려운 물질로 구성되어 있고 분해가 되더라도 독성물질을 생성할 수 있기 때문에 처리효율이 좋지 못하다. 산업 폐수의 물리적인 처리 방법으로는 침전법, 이온교환수지법, 흡착법, 전기영동법 및 막 제거법이 있으나, 이들 방법은 높은 슬러지의 생성, 비선택성, 과다한 초기 시설비와 높은 운전비 등의 문제가 있다. 따라서 환경친화적이면서도 염료 및 중금속 등의 난분해성 물질에 대한 높은 선택성 및 효율성을 가지는 생물학적 방법이 필요한데, 생물학적인 방법으로 이러한 난분해성 물질을 제거할 경우 선택적으로 제거할 수 있으며, 적당한 고정화 방법을 이용하면 기존의 공정과 비교하여 경제성 및 효율성이 높을 것으로 예상되므로 생체흡착기술에 대한 관심이 높아지고 있다. 따라서 염료, 중금속 등과 같은 난분해성 오염물질을 효과적으로 처리할 수 있는 바이오매스의 개발이 요구되고 있다.Biological treatment method is generally used the activated sludge process to adsorb or decompose organic matter by the activated aerobic microorganisms, but this has the disadvantage that the amount of sludge generated and the solid-liquid separation in the sedimentation tank is not good. In addition, the dyes in the dyeing waste water are mostly made of a material that is difficult to biologically decompose and can produce toxic substances even if degraded, resulting in poor treatment efficiency. Physical treatment methods of industrial wastewater include precipitation, ion exchange resin, adsorption, electrophoresis and membrane removal, but these methods have problems such as high sludge generation, non-selectivity, excessive initial facility cost and high operating cost. Therefore, there is a need for a biological method that is environmentally friendly and has high selectivity and efficiency for hardly decomposable substances such as dyes and heavy metals. If such hardly decomposable substances are removed by biological methods, they can be selectively removed. As economics and efficiency are expected to be higher than those of conventional processes, interest in biosorption technology is increasing. Therefore, there is a need for the development of biomass capable of effectively treating hardly degradable contaminants such as dyes and heavy metals.

한편, 유가금속(백금족 계열, 금 등)은 이들의 독특한 화학적, 전기적, 물리적 특성으로 다양한 산업체에서 이용되고 있다. 특히 유가금속의 촉매는 반응물질을 생산 후 유가금속이 포함된 폐액이 발생하고 있다. 이러한 유가금속이 포함된 폐액의 처리는 환경보전 측면뿐만 아니라 이들 유가금속은 매우 고가이고 국내에 부존량이 전무하여 대부분 수입에 의존하고 있어 유가금속이 포함된 폐액으로부터 유가금속의 회수는 자원확보 측면에서 매우 중요하다. 광물자원과 2차 자원(제조공정에서 발생하는 스크랩과 폐기물 그리고 사용 후 버리지는 폐제품, 폐촉매 등)으로부터 유가금속을 회수하는 제련공정은 금속의 농축, 추출, 분리정제 그리고 회수공정으로 이루어져 있다. 금속의 분리정제는 용액화학과 매우 밀접하게 연관되어 있으며, 널리 사용되고 있는 분리정제방법으로는 크게 화학침전법 및 결정화법, 용매추출법 및 이온교환법, 산화증류법, 전해정련법 등이 있다. 이 중 금속의 분리정제는 화학침전법 또는 용매추출법을 중심으로 이루어지고 있다. 하지만 최근 환경규제 및 작업조건의 인체 위해성에 대한 규제가 엄격하여짐에 따라 보다 환경친화적이고 안전한 조업을 보장할 수 있는 새로운 분리기술의 개발이 절실해지고 있다.
On the other hand, valuable metals (platinum group, gold, etc.) are used in various industries due to their unique chemical, electrical and physical properties. Particularly, catalysts of valuable metals generate waste materials containing valuable metals after producing reactants. The treatment of waste liquids containing these valuable metals is not only environmental preservation, but these valuable metals are very expensive and do not have any residual amount in Korea, and most of them depend on imports. very important. The smelting process, which recovers valuable metals from mineral resources and secondary resources (scrap and waste from manufacturing processes, waste products discarded after use, spent catalysts, etc.), consists of metal concentration, extraction, separation and refining processes. . Separation and purification of metals is very closely related to solution chemistry, and widely used separation and purification methods include chemical precipitation and crystallization, solvent extraction and ion exchange, oxidation distillation, and electrolytic refining. Separation and purification of the metal is mainly made of chemical precipitation or solvent extraction. However, with the recent stricter regulations on human risks of environmental regulations and working conditions, the development of new separation technologies that can guarantee more environmentally friendly and safe operation is urgently needed.

본 발명은 우수한 흡착능력을 가지면서 실제 공정에 적용하기 용이한 생체흡착제를 제공하는 것이다.The present invention is to provide a biosorbent having excellent adsorption capacity and easy to apply to the actual process.

본 발명은 생체흡착제로 사용가능한 키토산-바이오매스 복합체를 제공하는 것이다.The present invention provides a chitosan-biomass complex that can be used as a biosorbent.

본 발명의 하나의 양상은 바인더인 키토산에 세균 바이오매스를 담지된 키토산-바이오매스 복합체에 관계한다.One aspect of the present invention relates to a chitosan-biomass complex carrying a bacterial biomass in a binder of chitosan.

본 발명의 키토산-바이오매스 복합체는 표면에 가교된 아민기-함유 양이온성 폴리머를 포함한다. Chitosan-biomass composites of the present invention comprise an amine group-containing cationic polymer crosslinked on its surface.

본 발명의 또 다른 양상은 세균 바이오매스, 키토산 및 산성용액을 포함하는 혼합물을 교반하는 단계 ; 방사기에 염기용액과 상기 혼합물을 넣고 방사하는 단계를 포함하는 키토산-바이오매스 복합체의 제조방법에 관계한다.Another aspect of the invention is a step of stirring a mixture comprising bacterial biomass, chitosan and acidic solution; It relates to a method for producing a chitosan-biomass complex comprising the step of spinning the base solution and the mixture into the spinning machine.

본 발명은 상기 키토산-바이오매스 복합체를 아민기-함유 양이온성 폴리머 용액에 가하여 반응시키는 단계 ; 및 상기 키토산-바이오매스 섬유와 아민기-함유 양이온성 폴리머 용액에 가교제를 가하여 반응시키는 단계를 포함하는 키토산-바이오매스 섬유의 제조방법에 관계한다.The present invention comprises the steps of adding the chitosan-biomass complex to the amine group-containing cationic polymer solution to react; And a step of reacting the chitosan-biomass fibers with the amine group-containing cationic polymer solution by adding a crosslinking agent to the chitosan-biomass fibers.

본 발명의 다른 양상은 슬러리 세균 바이오매스와 아민기-함유 양이온성 폴리머 용액을 혼합하여 반응시키고, 그 상등액을 제거하는 단계 ; 상기 반응물에 키토산 및 산용매를 가한 혼합물을 교반하는 단계 ; 방사기에 염기용액과 상기 혼합물을 넣고 방사하는 단계 ; 방사된 섬유를 아민기-함유 양이온성 폴리머 용액에 가하여 반응시키는 단계 ; 및 상기 섬유와 아민기-함유 양이온성 폴리머 용액에 가교제를 가하여 반응시키는 단계를 포함하는 키토산-바이오매스 복합체의 제조방법에 관계한다.Another aspect of the present invention is to mix and react the slurry bacterial biomass and amine group-containing cationic polymer solution, and to remove the supernatant; Stirring the mixture of chitosan and an acid solvent added to the reactant; Inserting the base solution and the mixture into a spinning machine and spinning; Reacting the spun fiber by adding the amine group-containing cationic polymer solution; And adding a crosslinking agent to the fiber and the amine group-containing cationic polymer solution to react the chitosan-biomass composite.

다른 양상에서 본 발명은 세균 바이오매스 10~50%(w/v), 키토산 1~10%(w/v) 및 산용매 1~10%(v/v)를 포함하는 생체흡착제용 조성물에 관계한다.In another aspect, the present invention relates to a biosorbent composition comprising 10-50% (w / v) of bacterial biomass, 1-10% (w / v) of chitosan and 1-10% (v / v) of acid solvent. do.

본 발명은 상기 조성물을 적하하고 염기용액으로 경화시켜 형성된 키토산-세균바이오매스 복합체에 관계한다.The present invention relates to a chitosan-bacterial biomass complex formed by dropping the composition and curing with a base solution.

본 발명에 의한 키토산-바이오매스 섬유는 슬러리 상태의 바이오매스를 직접 사용할 수 있으므로 바이오매스의 건조공정을 생략할 수 있어 경제적이다. 또한, 본 발명에서는 바이오매스 자체로는 입자의 크기가 작아 실제 공정에 적용하기 어렵고, 특히 수두(압력)가 높게 걸려 원활한 유속을 얻기 어려운 단점을 비드나 섬유형태로의 키토산-바이오매스 복합체를 제공하여 해결하였다.Chitosan-biomass fibers according to the present invention can be used directly in the biomass in the form of a slurry, so that the drying step of the biomass can be omitted and economical. In addition, the present invention provides a chitosan-biomass composite in the form of beads or fibers, which is difficult to apply to the actual process due to the small size of the biomass itself, particularly difficult to obtain a smooth flow rate due to high head (pressure). Solved it.

본 발명에 의한 키토산-바이오매스 섬유나 복합체는 흡착성능이 더욱 개선되었다.Chitosan-biomass fibers or composites according to the present invention further improved the adsorption performance.

도 1은 세균 바이오매스가 수용액 중에 존재할 때의 주요 작용기의 구조를 나타낸 모식도이다.
도 2는 키토산 섬유(fiber)(a), 키토산-바이오매스 복합체(b), 가교제를 사용하지 않고 아민기-함유 양이온성 폴리머가 코팅된 키토산-바이오매스 복합체(c) 및 아민기-함유 양이온성 폴리머가 가교된 복합체(d)의 SEM사진 이미지이다.
도 3는 세균 바이오매스(a), 키토산 파우더(b), 키토산 섬유(c), 키토산-바이오매스 복합체(d), 아민기-함유 양이온성 폴리머가 가교된 키토산-바이오매스 복합체(d)의 FTIR(fourier transform infrared spectroscopy) 스펙트럼을 보여준다.
도 4는 제조예 1-7에서 수득한 키토산-바이오매스 복합체(실시예 1~7으로 대응)와 비교제조예 1, 2(비교예 1, 2로 대응)의 바이오매스를 루테늄이 포함된 초산폐액내에 넣어 루테늄 흡착 실험을 실시한 결과를 나타낸다.
도 5는 제조예 1(실시예 8 대응), 비교제조예 1(비교예 3 대응), 비교제조예 3(비교예 4 대응)을 흡착소재로 선정하여 Langmuir 모델과 Freundlich 모델을 이용하여 등온흡착 실험을 실시하고, 그 결과를 나타낸 그래프이다.
도 6은 루테늄의 초기농도가 61.6 mg/L일 때 시간에 따른 루테늄 흡착성능을 나타낸다.
도 7은 루테늄의 초기농도가 1822.9 mg/L일 때 시간에 따른 루테늄 흡착성능을 나타낸다.
1 is a schematic diagram showing the structure of a main functional group when bacterial biomass is present in an aqueous solution.
Figure 2 shows chitosan fibers (a), chitosan-biomass complexes (b), chitosan-biomass complexes (c) and amine group-containing cations coated with an amine group-containing cationic polymer without using a crosslinking agent. SEM image of composite (d) crosslinked with a polymer.
Figure 3 shows a chitosan-biomass complex (d) crosslinked with bacterial biomass (a), chitosan powder (b), chitosan fiber (c), chitosan-biomass complex (d), and amine group-containing cationic polymer Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) spectra are shown.
Figure 4 is a nitric acid containing ruthenium biomass of chitosan-biomass composites (corresponding to Examples 1-7) and Comparative Preparation Examples 1, 2 (corresponding to Comparative Examples 1, 2) obtained in Preparation Examples 1-7 It shows the result of carrying out ruthenium adsorption experiment in the waste liquid.
5 is an isothermal adsorption using the Langmuir model and Freundlich model by selecting Preparation Example 1 (Comparative Example 8), Comparative Production Example 1 (Comparative Example 3), Comparative Production Example 3 (Comparative Example 4) as the adsorption material It is a graph which performed the experiment and showed the result.
Figure 6 shows the ruthenium adsorption performance over time when the initial concentration of ruthenium is 61.6 mg / L.
Figure 7 shows the ruthenium adsorption performance over time when the initial concentration of ruthenium is 1822.9 mg / L.

이하에서 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

본 발명의 일구현예는 바인더인 키토산에 세균 바이오매스가 담지된 키토산-바이오매스 복합체에 관한 것이다.One embodiment of the present invention relates to a chitosan-biomass complex in which bacterial biomass is supported on a binder of chitosan.

본 발명에서 “바이오매스(biomass)"라 함은 산업 생산에 사용될 수 있는 살아있거나 죽은 생물학적 재료(biological material)를 의미하는 것으로, 특히 본 발명의 세균 바이오매스는 대장균 또는 코리네박테리움 등의 사멸된 세균 균체로 이루어진 바이오매스를 의미한다.As used herein, the term "biomass" refers to a living or dead biological material that can be used for industrial production. In particular, the bacterial biomass of the present invention is killed by E. coli or Corynebacterium. It means a biomass consisting of the bacterial cells.

대장균이나 코리네박테리움과 같은 세균은 항생제, 항암제, 아미노산, 핵산 등의 물질을 생산하는 균주로 많이 이용되고 있는데, 사용된 후 사멸되어 고형의 발효폐기물로 폐기된다. Bacteria such as Escherichia coli and Corynebacterium are widely used as strains producing substances such as antibiotics, anticancer agents, amino acids and nucleic acids. They are killed after being used and discarded as solid fermentation waste.

도 1은 고형폐기물인 세균 바이오매스가 수용액 중에 존재할 때의 주요 작용기의 구조를 나타낸 모식도이다. 도 1을 참조하면, 세균 바이오매스에는 음이온성 작용기(카르복실기 또는 인산기)와 양이온성 작용기(아민기)가 풍부하다. Figure 1 is a schematic diagram showing the structure of the main functional group when the solid waste bacterial biomass is present in the aqueous solution. Referring to FIG. 1, the bacterial biomass is rich in anionic functional groups (carboxyl or phosphate groups) and cationic functional groups (amine groups).

키틴은 N-아세틸-D-글루코사민이 β-1,4-글리코시드 결합한 점질 다당류의 일종으로 셀룰로오스의 글루코오스잔기 중 C-2의 수산기가 아세틸아미노기로 치환된 화학구조식이고, 키토산은 키틴에 존재하는 아세틸기가 제거된 구조식을 갖고 있다. 키토사은 키틴의 강알칼리로 탈아세틸화 하여 얻어진다. 그러나, 탈아세틸화는 완전하지 못해 일반적으로 키토산은 키틴과 탈아세틸레이트된 키틴이 혼합된 고분자이다. 글루코사민 잔기의 C-2자리에서 1차 아민은 키토산의 반응성, 용해전이성에 중요한 기능을 한다. 키토산은 일반적으로 탈아세틸화에 의하여 특징 지워지며, 물에 불용성이나, 약 pH 6.5 이하 (키토산의 아민 함량에 따라 약 pH 6.2 내지 pH 6.5의 범위일 수 있음) 대부분의 산성 매질에 용해된다. Chitin is a type of viscous polysaccharide in which N-acetyl-D-glucosamine is β-1,4-glycoside-bound, and is a chemical structural formula in which the hydroxyl group of C-2 in the glucose residue of cellulose is substituted with acetylamino group, and chitosan is present in chitin. It has a structural formula from which an acetyl group has been removed. Chitosa is obtained by deacetylation with strong alkali of chitin. However, deacetylation is not complete and chitosan is generally a polymer in which chitin and deacetylated chitin are mixed. The primary amine at the C-2 site of the glucosamine residue plays an important role in the reactivity and dissolution metastasis of chitosan. Chitosan is generally characterized by deacetylation and is insoluble in water, but is soluble in most acidic media up to about pH 6.5 (which may range from about pH 6.2 to pH 6.5, depending on the amine content of chitosan).

본 발명의 방법에 사용될 수 있는 키토산은 특별히 한정되지는 않다. 예를 들면, 상기한 바와 같이 희석 산에 용해되는 키토산뿐만 아니라, 변형된 키토산 유도체도 포함된다. 이러한 키토산에서는 키틴의 균일계 탈아세틸화에 의해 제조되어 탈이온수에 용해되는 수용성 키토산 및 N-아실화에 의해 제조되는 N-아실 키토산유도체, 혹은 카르복시알킬기가 도입된 N-카르복시알킬 키토산 유도체도 포함된다. 본 발명의 방법에 사용될 수 있는 키토산은, 바람직하게는 탈아세틸화도 40% 내지 100%이고, 분자량은 13,000 내지 1,000,000인 키토산이다.The chitosan which can be used in the method of the present invention is not particularly limited. For example, modified chitosan derivatives are included, as well as chitosan dissolved in dilute acid as described above. These chitosans also include N-acyl chitosan derivatives prepared by homogeneous deacetylation of chitin and dissolved in deionized water and N-acyl chitosan derivatives prepared by N-acylation, or N-carboxyalkyl chitosan derivatives having a carboxyalkyl group introduced therein. do. Chitosan that can be used in the process of the invention, preferably The degree of deacetylation is 40% to 100%, and the chitosan has a molecular weight of 13,000 to 1,000,000.

도 2는 키토산 섬유(fiber)(a), 키토산-바이오매스 복합체(b), 가교제를 사용하지 않고 아민기-함유 양이온성 폴리머가 코팅된 키토산-바이오매스 복합체(c) 및 아민기-함유 양이온성 폴리머가 가교된 복합체(d)의 SEM사진 이미지이다. (a)를 참조하면, 키토산 섬유는 부드러우면서도 주름진 표면을 보여주고, (b)를 참조하면, 키토산-바이오매스 복합체는 고르지 않고 거친 형상을 나타낸다. 또한 (c)를 참조하면, 표면의 아민기-함유 양이온성 폴리머가 거칠고 불규칙적인 형상을 보여주지만, (d)와 같이 가교제를 이용하여 코팅시킨 경우에는 표면이 균일함을 알 수 있다.Figure 2 shows chitosan fibers (a), chitosan-biomass complexes (b), chitosan-biomass complexes (c) and amine group-containing cations coated with an amine group-containing cationic polymer without using a crosslinking agent. SEM image of composite (d) crosslinked with a polymer. Referring to (a), the chitosan fiber shows a smooth and wrinkled surface, and referring to (b), the chitosan-biomass composite shows an uneven and rough shape. In addition, referring to (c), the amine group-containing cationic polymer on the surface shows a rough and irregular shape, but when coated with a crosslinking agent as shown in (d) it can be seen that the surface is uniform.

도 2의 (a)와 (b), (c), (d)를 비교하면, 키토산 내부에 세균 바이오매스 입자가 담지되어 있음을 확인할 수 있다. 즉, 본 발명의 상기 복합체에서는 키토산이 지지체 내지 매트릭스로 사용되고, 세균 바이오메스가 키토산에, 바람직하게는 키토산 내부에 담지된다. 좀 더 상세하게는, 키토산이 경화되면서 바이오매스가 키토산에 혼입되어 박혀서 고정 내지 담지될 수 있다. 본 발명의 일구현에서는 세균 바이오매스, 키토산 및 산성용액을 포함하는 혼합물을 교반하여 키토산을 산성용액에 용해시키고 동시에 세균 바이오매스를 키토산 용액 속에 분산시킨다. 본 발명의 일구현예에서는 상기와 같이 블렌딩된 세균바이오매스와 키토산 용액의 혼합물을 염기성 용액을 사용하여 키토산을 섬유상 내지 비드상으로 경화시키고, 그 결과 세균 바이오매스 입자들을 경화된 키토산에 담지시켜 입상화할 수 있다. 여기서 입상화라함은 바이오매스 입자의 분말형태가 키토산 지지체에 담지되어 가시적으로 덩어리 형태로 됨을 의미한다.Comparing Fig. 2 (a) and (b), (c), (d), it can be seen that the bacterial biomass particles are supported inside the chitosan. That is, in the complex of the present invention, chitosan is used as a support or a matrix, and bacterial biomass is supported on chitosan, preferably inside chitosan. More specifically, as the chitosan is cured, the biomass may be incorporated into the chitosan and embedded and fixed or supported. In one embodiment of the present invention, the mixture containing the bacterial biomass, chitosan and acidic solution is stirred to dissolve the chitosan in the acidic solution and simultaneously disperse the bacterial biomass in the chitosan solution. In one embodiment of the present invention, the mixture of the bacterial biomass and chitosan solution blended as above is cured chitosan into fibrous or bead phase using a basic solution, and as a result, the bacterial biomass particles are supported on the cured chitosan and granulated. Can be mad. Here, granulation means that the powder form of the biomass particles is supported on the chitosan support and becomes visible in the form of agglomerates.

도 3은 세균바이오매스(a), 키토산 파우더(b), 키토산 섬유(c), 키토산-바이오매스 복합체(d), 아민기-함유 양이온성 폴리머가 가교된 복합체(e)의 FTIR(fourier transform infrared spectroscopy) 스펙트럼을 보여준다. 도 2를 참고하면, 키토산-바이오매스 복합체(d)의 스펙트럼이 세균 바이오매스(a)와 키토산(b)의 특정적인 기능기들의 스펙트럼 특성이 나타나고 있어 키토산과 바이오매스가 잘 혼합되어 있음을 확인할 수 있다. 또한, 아민기-함유 양이온 폴리머가 가교된 복합체(e)의 스펙트럼에서 많은 양의 양이온 폴리머의 아민기가 코팅되어 아미기의 스펙트럼이 완만해지고, 가교제에 의해 폴리머가 가교되어 새롭게 생긴 이민기의 스펙트럼의 특성이 나타나고 있어 아민기-함유 양이온성 폴리머가 키토산-바이오매스 복합체 표면에 잘 코팅되어 있음을 확인할 수 있다. FIG. 3 shows the four-ier transform of FTIR of bacterial biomass (a), chitosan powder (b), chitosan fiber (c), chitosan-biomass complex (d), and amine group-containing cationic polymer crosslinked (e) Infrared spectroscopy spectra. Referring to FIG. 2, the spectrum of the chitosan-biomass complex (d) shows the spectral characteristics of specific functional groups of the bacterial biomass (a) and the chitosan (b), confirming that the chitosan and the biomass are well mixed. Can be. In addition, in the spectrum of the complex (e) in which the amine group-containing cationic polymer is crosslinked, the amine group of the large amount of cationic polymer is coated to smooth the spectrum of the ami group, and the characteristics of the spectrum of the newly generated imine group by crosslinking the polymer by the crosslinking agent. This indicates that the amine group-containing cationic polymer is well coated on the surface of the chitosan-biomass composite.

상기 복합체를 이루는 키토산과 세균 바이오매스의 중량비가 1 : 1~20, 바람직하게는 1 : 1~5 일 수 있다. The weight ratio of chitosan and bacterial biomass constituting the complex may be 1: 1-20, preferably 1: 1: 1.

상기 세균 바이오매스의 크기는 1~20㎛, 바람직하게는 1~10㎛일 수 있다. The size of the bacterial biomass may be 1 ~ 20㎛, preferably 1 ~ 10㎛.

상기 복합체가 섬유형태인 경우에 직경이 50~1000㎛, 바람직하게는 50~200㎛일 수 있다.When the composite is in the form of a fiber, the diameter may be 50 to 1000 μm, preferably 50 to 200 μm.

상기 세균 바이오매스가 그 표면에 가교된 아민기-함유 양이온성 폴리머를 포함할 수 있으며, 또한, 세균 바이오매스, 키토산, 아민기-함유 양이온성 폴리머 및 산성용액을 포함하는 혼합물을 사용하여 경화시키면 세균 바이오매스, 키토산과 아민기-함유 양이온성 폴리머의 복합체를 형성할 수 있다. The bacterial biomass may comprise an amine group-containing cationic polymer crosslinked on its surface, and may also be cured using a mixture comprising bacterial biomass, chitosan, amine group-containing cationic polymer and acidic solution. A complex of bacterial biomass, chitosan and amine group-containing cationic polymer can be formed.

상기 키토산-바이오매스 복합체는 그 표면에 가교된 아민기-함유 양이온성 폴리머를 포함할 수 있다. 상기 키토산은 산에 용해되는 특성이 있어 흡착제로서 한계를 가지고 있었다. 본 발명에서는 이러한 문제점을 해결하기 위해 아민기-함유 양이온성 폴리머를 키토산 표면에 결합시킨후 가교제를 가하여 이들과의 결합을 공고히 하였다. 좀 더 상술하면, 아민기-함유 양이온성 폴리머는 바이오매스 표면에 존재하는 작용기 및 키토산에 존재하는 작용기와 반응하여 결합되고, 여기에 가교제를 가하면 키토산에 담지된 바이오매스와 아민기-함유 양이온성 폴리머 사이의 화학적 결합을 공고하게 할 수 있다. The chitosan-biomass complex may comprise an amine group-containing cationic polymer crosslinked on its surface. The chitosan had a property of dissolving in acid and had a limit as an adsorbent. In the present invention, in order to solve this problem, the amine group-containing cationic polymer is bonded to the chitosan surface, and then a crosslinking agent is added to consolidate the binding thereof. In more detail, the amine group-containing cationic polymer reacts with a functional group present on the surface of the biomass and a functional group present in the chitosan, and when a crosslinking agent is added thereto, the biomass and amine group-containing cationic supported on the chitosan are added. It is possible to consolidate chemical bonds between polymers.

상기 아민기-함유 양이온성 폴리머가 가교된 상기 복합체는 키토산이 산(Acid)에 용해되는 문제점이 해결되었고 또한, 복합체의 물리적 강도가 증가되었다. The complex in which the amine group-containing cationic polymer was crosslinked solved the problem that chitosan was dissolved in acid, and the physical strength of the composite was increased.

본 발명에서 “아민기-함유 양이온성 폴리머(cationic polymer")라는 용어는 주쇄 또는 측쇄에 아민기를 포함하고 전체적으로 양전하를 띄는 폴리머를 의미한다. 본 발명의 아민기-함유 양이온성 폴리머는 하나 이상의 양이온성 모노머를 중합하거나, 하나 이상의 비이온성 모노머와 하나 이상의 양이온성 모노머를 중합하여 제조될 수 있다. As used herein, the term “amine group-containing cationic polymer” refers to a polymer having an amine group in the main chain or side chain and having a totally positive charge. The amine group-containing cationic polymer of the present invention is one or more cations. It can be prepared by polymerizing a monomer, or by polymerizing one or more nonionic monomers and one or more cationic monomers.

상기 복합체에 아민기-함유 양이온성 폴리머를 가교시키는 방법은 특별히 제한되지 않으나, 바람직하게는 상기 아민기-함유 양이온성 폴리머가 아민 그룹 또는 히드록시 그룹에 의해 세균 바이오매스 표면 내지 키토산 표면에 가교되어 있는 것이 바람직하다.The method of crosslinking the amine group-containing cationic polymer to the complex is not particularly limited, but preferably, the amine group-containing cationic polymer is crosslinked to the bacterial biomass surface to the chitosan surface by an amine group or a hydroxy group. It is desirable to have.

본 발명에서 세균 바이오매스는 코리네박테리움(Corynebacterium sp.), 에스케리치아 (Escherichia sp .), 바실러스 (Bacillus sp .) 및 세라샤 (Serratia sp .)로 구성되는 군에서 선택되는 1종 이상의 세균 균체로 구성될 수 있다. In the present invention, bacterial biomass is Corynebacterium sp.), Escherichia sp . ), Bacillus sp . ) And Serratia sp . ) And one or more bacterial cells selected from the group consisting of.

이러한 세균 바이오매스를 구성하는 세균의 비제한적인 예들은 코리네박테리움 암모니아게네스(Corynebacterium ammoniagenes), 코리네박테리움 글루타미쿰(Corynebacterium glutamicum), 에스케리치아 콜라이(Escherichia coli), 바실러스 메가테리움 (Bacillus megatherium) 및 세라샤 마르세센스(Serratia marcescens) 및 브레비박테리움 암모니아게네스(Brevibacterium ammoniagenes) 등의 세균을 포함할 수 있다. Non-limiting examples of the bacteria that make up such bacterial biomass include Corynebacterium ammoniagenes, Corynebacterium glutamicum, Escherichia coli, and Bacillus megate. Bacteria such as Bacillus megatherium and Serratia marcescens and Brevibacterium ammoniagenes.

상술한 세균 이외에도 코리네박테리움 베타이(Corynebacterium betae), 코리네박테리움 베티콜라(Corynebacterium beticola), 코리네박테리움 보비스(Corynebacterium bovis), 코리네박테리움 칼루나이(Corynebacterium callunae), 코리네박테리움 키스티티디스(Corynebacterium cystitidis), 코리네박테리움 디프테리아이(Corynebacterium diphtheriae), 코리네박테리움 에쿠이 (Corynebacterium equi), 코리네박테리움 파스키안스 (Corynebacterium fascians), 코리네박테리움 플라쿰파케엔스(Corynebacterium flaccumfaci), 코리네박테리움 플라베스켄스(Corynebacterium flavescens), 코리네박테리움 호아기(Corynebacterium hoagii), 코리네박테리움 일리키스(Corynebacterium ilicis), 코리네박테리움 인시디오숨(Corynebacterium insidiosum), 코리네박테리움 쿠트스케리(Corynebacterium kutscheri), 코리네박테리움 릴리움(Corynebacterium lilium) 등의 세균들도 포함할 수 있다. In addition to the above-mentioned bacteria, Corynebacterium betae, Corynebacterium beticola, Corynebacterium bovis, Corynebacterium callunae, Corynebacterium Corybacterium fascians, Corynebacterium flak, Corynebacterium diphtheriae, Corynebacterium equi, Corynebacterium fascians flaccumfaci, Corynebacterium flavescens, Corynebacterium hoagii, Corynebacterium ilicis, Corynebacterium insidiosum, Corynebacterio insidium bacterio Bacteria, such as Neybacterium kutscheri and Corynebacterium lilium, It may include.

본 발명에서 사용 가능한 상기 아민기-함유 양이온성 폴리머의 예들은 폴리에틸렌이민, 아민-터미네이티드 폴리에틸렌옥사이드, 아민-터미네이티드 폴리에틸렌/프로필렌 옥사이드, 디메틸 아미노 에틸 메타크릴레이트의 폴리머 및 디메틸 아미노에틸 메타크릴레이트와 비닐피롤리돈의 코폴리머, 에피클로로히드린과 디메틸아민의 선형 폴리머, 폴리디알릴디메틸암모니움 클로라이드, 폴리에탄올아민/메틸클로라이드 및 개질된 폴리에틸렌이민으로 구성되는 군에서 선택될 수 있다. 1차, 2차, 3차 아민들을 갖는 폴리머 가운데 1차 아민을 가진 폴리머가 더욱 바람직하다.Examples of the amine group-containing cationic polymer usable in the present invention include polyethyleneimine, amine-terminated polyethylene oxide, amine-terminated polyethylene / propylene oxide, polymer of dimethyl amino ethyl methacrylate and dimethyl aminoethyl meta It can be selected from the group consisting of copolymers of acrylate and vinylpyrrolidone, linear polymers of epichlorohydrin and dimethylamine, polydiallyldimethylammonium chloride, polyethanolamine / methylchloride and modified polyethyleneimines. . More preferred are polymers having primary amines among polymers having primary, secondary and tertiary amines.

상기 아민기-함유 양이온성 폴리머는 하기 화학식 1의 폴리에틸렌이민 호모폴리머 또는 개질된 폴리에틸렌이민일 수 있다.The amine group-containing cationic polymer may be a polyethyleneimine homopolymer of Formula 1 or a modified polyethyleneimine.

Figure pat00001
Figure pat00001

상시 식에서, n은 10 내지 500이다.In the formula, n is 10 to 500.

상기 아민기-함유 양이온성 폴리머는 70몰% 이상의 양전하(cationic charge)를 가질 수 있고, 상기 아민기-함유 양이온성 폴리머의 분자량은 특별히 제한되지 않으나, 일례로 1000 내지 200,000의 범위 내일 수 있다.The amine group-containing cationic polymer may have a cationic charge of 70 mol% or more, and the molecular weight of the amine group-containing cationic polymer is not particularly limited, but may be, for example, in the range of 1000 to 200,000.

상기 아민기-함유 양이온성 폴리머는 폴리에틸렌이민 호모 폴리머이고 상기 바이오매스는 코리네박테리움 글루타미쿰(Corynebacterium glutamicum)의 바이오매스일 수 있다.The amine group-containing cationic polymer is a polyethyleneimine homopolymer and the biomass may be a biomass of Corynebacterium glutamicum.

본 발명의 일구현예의 세균 바이오매스 내지 복합체는 음이온성 오염물질의 흡착능력 증대를 위해 표면상의 음이온성 작용기가 추가로 봉쇄될 수 있다.In an embodiment of the bacterial biomass to the complex of the present invention, anionic functional groups on the surface may be further blocked to increase the adsorption capacity of the anionic contaminants.

다른 양상에서 본 발명은 키토산-세균 바이오매스 복합체의 제조방법에 관계한다. 본 발명에 의해 키토산-세균 바이오매스 복합체를 제조하는 경우에는 세균 바이오매스, 키토산 및 산성용액을 포함하는 혼합물을 교반하고, 이어서 방사기에 염기용액과 상기 혼합물을 넣고 방사 경화하여 제조한다.
In another aspect the present invention relates to a method for preparing a chitosan-bacterial biomass complex. When preparing the chitosan-bacterial biomass complex according to the present invention, the mixture containing the bacterial biomass, chitosan and acidic solution is stirred, and then, the base solution and the mixture are added to the spinning machine, and then spin-cured.

이하에서 본 발명의 각 단계에 대해서 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.
Hereinafter, each step of the present invention will be described in more detail.

혼합물을 Mixture 교반하는Stirring 단계  step

상기 단계는 세균 바이오매스, 키토산 및 산성용액을 포함하는 혼합물을 교반하는 단계이다.The step is stirring the mixture containing the bacterial biomass, chitosan and acid solution.

상기 단계는 앞에서 상술한 세균 바이오매스와 키토산을 산성 용액에 넣어 혼합하여 키토산을 산성 용액에 용해시키고, 세균 바이오매스를 키토산 용액 속에 분산시킨다.In the step, the above-described bacterial biomass and chitosan are mixed in an acidic solution to dissolve the chitosan in the acidic solution, and the bacterial biomass is dispersed in the chitosan solution.

상기 세균 바이오매스 10~50%(w/v), 상기 키토산 1~10%(w/v)를 산성용액에 가할 수 있다. 상기 산성용액의 pH는 1 ~ 3인 것이 바람직하고, 그 함량도 특별히 제한되지 않지만, 바람직하게는 1~10%(v/v)를 포함할 수 있다.10 to 50% (w / v) of the bacterial biomass and 1 to 10% (w / v) of the chitosan may be added to the acidic solution. It is preferable that the pH of the acid solution is 1 to 3, and the content thereof is not particularly limited, but may preferably include 1 to 10% (v / v).

상기 산성용액은 초산, 주석산, 살리실산, 시트르산, 하이드록시초산, 링고산, 프로피온산, 젖산, 글리세린산, L-아스코르빈산, 크엔산,술포아닌산 및 포름산의 유기산과 염산, 황산 및 인산의 무기산으로 구성된 군으로부터 선택될 수 있다. 상기 세균 바이오매스가 슬러리 상태의 세균 바이오매스를 사용할 수 있다. 슬러리 상태의 바이오매스는 일반적으로 사멸한 균체폐기물로서 수분을 포함하고 있는 상태를 나타낸다. 슬러리 상태의 바이오매스에 열을 가해 수분을 일부 제거하고 사용할 수도 있다. The acidic solution is acetic acid, tartaric acid, salicylic acid, citric acid, hydroxyacetic acid, ringoic acid, propionic acid, lactic acid, glycerin acid, L-ascorbic acid, xenoic acid, sulfonic acid and formic acid, and organic acids of hydrochloric acid, sulfuric acid and phosphoric acid. It may be selected from the group consisting of. The bacterial biomass may be a bacterial biomass in a slurry state. Slurry biomass generally refers to a state in which water is contained as dead cell waste. The slurry may also be heated to remove some moisture by heating the biomass in the slurry state.

한편, 본 발명은 상기 슬러리 상태의 바이오매스를 원심분리한 후 상등액을 제거한 습식(wet) 상태의 바이오매스를 사용할 수 있다. 습식상태는 슬러리 상태의 수분을 일부 제거한 것을 나타낸다. 예를 들면, 일예로서, 슬러리 상태의 바이오매스는 수분 함량이 80~90%, 습식상태의 바이오매스는 수분이 일부 제거되어 그 함량이 60~70%일 수 있다. On the other hand, the present invention may use a wet (wet) biomass in which the supernatant is removed after centrifugation of the slurry biomass. The wet state indicates that some of the water in the slurry state has been removed. For example, the slurry biomass may have a water content of 80 to 90%, and the wet biomass may have some water removed, and thus the content may be 60 to 70%.

본 발명에서는 슬러리 상태의 바이오매스를 직접 사용할 수 있으므로 별도의 건조공정을 거치지 않아 경제적이다. In the present invention, since the biomass in the slurry state can be used directly, it is economical without undergoing a separate drying process.

상기 방법은 상기 혼합물에 아민기-함유 양이온성 폴리머 용액을 추가로 가할 수 있다. 상기 아민기-함유 양이온성 폴리머 용액에 대해서는 앞에서 상술하였으므로 이에 대한 설명은 생략한다.The method may further add an amine group-containing cationic polymer solution to the mixture. Since the amine group-containing cationic polymer solution has been described above, a description thereof will be omitted.

상기 아민기-함유 양이온성 폴리머 용액은 용매로서 물, 알코올, 클로로포름, 피리딘로 구성되는 군에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다. The amine group-containing cationic polymer solution may include one or more selected from the group consisting of water, alcohol, chloroform and pyridine as a solvent.

상기 혼합물은 세균 바이오매스, 키토산, 산성용액 및 아민기-함유 양이온성 폴리머 용액을 포함하여 형성될 수 있다. 상기 조성비에 대해서 제한이 없으나 바람직하게는 상기 세균 바이오매스 10~50%(w/v), 상기 키토산 1~10%(w/v), 아민기-함유 양이온성 폴리머 1~10%(w/v) 및 산성용액 1~10%(v/v)를 사용할 수 있다.The mixture may be formed comprising bacterial biomass, chitosan, acidic solution and amine group-containing cationic polymer solution. There is no restriction on the composition ratio, but preferably 10 to 50% (w / v) of the bacterial biomass, 1 to 10% (w / v) of the chitosan, and 1 to 10% (w / v) of the amine group-containing cationic polymer. v) and 1-10% (v / v) of acidic solution can be used.

상기 혼합물은 세균 바이오매스, 키토산, 산성용액, 아민기-함유 양이온성 폴리머 용액 및 가교제를 포함하여 형성될 수 있다. 상기 조성비에 대해서 제한이 없으나 바람직하게는 10~50%(w/v), 상기 키토산 1~10%(w/v), 아민기-함유 양이온성 폴리머 1~10%(w/v) 및 산성용액 1~10%(v/v) 및 가교제 0.1~10%(v/v)를 사용할 수 있다.
The mixture may be formed comprising bacterial biomass, chitosan, acidic solution, amine group-containing cationic polymer solution and crosslinking agent. There is no restriction on the composition ratio, but preferably 10 to 50% (w / v), the chitosan 1 to 10% (w / v), the amine group-containing cationic polymer 1 to 10% (w / v) and acidic Solutions 1-10% (v / v) and crosslinking agents 0.1-10% (v / v) can be used.

경화단계 Curing step

상기 단계는 상기 혼합물에 염기용액을 가하여 상기 혼합물을 경화시키는 단계이다. 상기 단계에 의해 블렌딩된 세균 바이오매스와 키토산 용액의 혼합물을 염기성 용액을 사용하여 키토산을 경화시키고, 그 결과 키토산에 세균 바이오매스 입자들이 담지될 수 있다.The step is to add a base solution to the mixture to cure the mixture. The mixture of the bacterial biomass and chitosan solution blended by the above step is used to cure the chitosan using a basic solution, and as a result, the bacterial biomass particles may be supported on the chitosan.

상기 경화단계는 방사기에 염기용액과 상기 혼합물을 넣고 방사하는 단계를 포함할 수 있다. 본 발명에 의하면, 상기 염기용액과 혼합물을 방사기에 넣고 방사하면 고분자인 키토산이 섬유(fiber)형태로 경화되고 키토산과 블렌딩되어 있던 바이오매스가 키토산 섬유에 담지된다. 그 결과 섬유상의 키토산-바이오매스 복합체를 제조할 수 있다. The curing step may include spinning the base solution and the mixture into a spinning machine. According to the present invention, when the base solution and the mixture are put into a spinning machine and spun, the polymer chitosan is cured in a fiber form, and the biomass blended with chitosan is supported on the chitosan fiber. As a result, a fibrous chitosan-biomass composite can be produced.

한편 상기 경화단계는 상기 혼합물을 적하하고 염기용액으로 경화할 수 있는데, 이런 경우 비드형태의 키토산-바이오매스 복합체를 제조할 수 있다. Meanwhile, in the curing step, the mixture may be dropped and cured with a base solution. In this case, a bead-type chitosan-biomass complex may be prepared.

상기 염기용액으로는 수산화나트륨 수용액, 수산화암모늄 수용액 등을 사용할 수 있다.
As the base solution, an aqueous sodium hydroxide solution, an aqueous ammonium hydroxide solution, or the like can be used.

중화단계Neutralization stage

본 발명은 상기 경화단계 이후에 키토산-바이오매스 복합체를 중화시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 상기 단계에 의해 염기용액으로 젖어있는 복합체를 키토산이 용해되지 않는 산성용액(예를 들면 황산)이나 증류수를 사용하여 중화시킬 수 있다. 중화시킬 때의 대략적인 pH 범위는 pH 5~9 이다.
The present invention may further comprise the step of neutralizing the chitosan-biomass complex after the curing step. In this step, the complex wetted with the base solution can be neutralized using an acid solution (for example sulfuric acid) or distilled water in which chitosan is not dissolved. The approximate pH range for neutralization is pH 5-9.

아민기An amine group -함유 -contain 양이온성Cationic 폴리머Polymer 가교 단계 Crosslinking stage

상기 단계는 키토산-바이오매스 복합체를 아민기-함유 양이온성 폴리머 용액에 가하여 반응시키는 단계이다. 상기 단계에 의해 키토산-바이오매스 복합체는 그 표면에 가교된 아민기-함유 양이온성 폴리머를 포함할 수 있다.This step is a step of adding a chitosan-biomass complex to the amine group-containing cationic polymer solution to react. By this step the chitosan-biomass complex may comprise an amine group-containing cationic polymer crosslinked on its surface.

상기 아민기-함유 양이온성 폴리머에 대해서는 앞에서 상술하였으므로 이에 대한 설명은 생략한다. 일예로서, 상기 아민기-함유 양이온성 폴리머는 70몰% 이상의 양 전하(cationic charge)를 갖고, 분자량은 1000 내지 200,000의 범위 내인 것이 좋다.Since the amine group-containing cationic polymer has been described above, a description thereof will be omitted. As one example, the amine group-containing cationic polymer has a cationic charge of at least 70 mol%, the molecular weight is preferably in the range of 1000 to 200,000.

본 발명의 방법은 상기 키토산-바이오매스 복합체는 표면상의 음이온성 작용기를 봉쇄하여 음이온성 오염물질에 대해서 반발력을 나타내는 작용기를 최소화화는 단계를 추가로 포함할 수 있다. The method of the present invention may further comprise the step of minimizing functional groups exhibiting repulsive force against anionic contaminants by blocking the anionic functional groups on the surface of the chitosan-biomass complex.

상기 단계에서 상기 키토산-바이오매스 복합체를 충분한 양의 아민기-함유 양이온성 폴리머에 분산시키는 것이 바람직하고, 예를 들면, 키토산-바이오매스 복합체와 아민기-함유 양이온성 폴리머의 비율을 1 : 0.01~1(w:w), 바람직하게는 1 : 0.01~0.1(w:w)로 혼합하는 것이 바람직하다. In this step, the chitosan-biomass complex is preferably dispersed in a sufficient amount of the amine group-containing cationic polymer, for example, the ratio of the chitosan-biomass complex and the amine group-containing cationic polymer is 1: 0.01. ˜1 (w: w), preferably 1: 0.01 to 0.1 (w: w) is preferably mixed.

상기 복합체와 아민기-함유 양이온성 폴리머를 반응시키기 위한 온도는 특별히 제한되는 것은 아니나, 일례로 반응효율을 높이기 위해서 약 20도 내지 150℃의 온도에서 반응시킬 수 있다. The temperature for reacting the complex with the amine group-containing cationic polymer is not particularly limited, but for example, the complex may be reacted at a temperature of about 20 ° C. to 150 ° C. to increase the reaction efficiency.

상기 반응에 의해 아민기-함유 양이온성 폴리머는 키토산-바이오매스 표면에 존재하는 아민기나 하이드록실기와 반응하여 결합된다.
By the above reaction, the amine group-containing cationic polymer reacts with the amine group or the hydroxyl group present on the surface of the chitosan-biomass and is bonded.

가교제Cross-linking agent 처리 단계 Processing steps

키토산-바이오매스 복합체의 표면에 아민기-함유 양이온성 폴리머가 가교되면, 상기 복합체와 아민기-함유 양이온성 폴리머 사이의 화학적 결합을 공고하게 하기 위하여 가교제를 처리한다. 이때 가교제로는 글루타르알데하이드 (glutaraldehyde), 이소시아나이드 유도체(isocyanide derivatives) 및 비스디아조벤지딘으로 구성되는 군에서 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있다.When the amine group-containing cationic polymer is crosslinked on the surface of the chitosan-biomass complex, a crosslinking agent is treated to solidify the chemical bond between the complex and the amine group-containing cationic polymer. In this case, at least one selected from the group consisting of glutaraldehyde, isocyanide derivatives, and bisdiazobibenzidine may be used as the crosslinking agent.

가교제를 처리하는 경우에는 가교제를 용액상태로 상기 복합체와 아민기-함유 양이온성 폴리머의 혼합액에 대하여 0.01~10%(v/v)로 혼합할 수 있고, 바람직하게는 0.01~1%(v/v)로 혼합하는 것이 좋다. In the case of treating the crosslinking agent, the crosslinking agent may be mixed in a solution state at 0.01 to 10% (v / v) with respect to the mixed solution of the complex and the amine group-containing cationic polymer, preferably 0.01 to 1% (v / v) is better to mix.

용매로는 물, 메탄올, 클로로포름, 피리딘, 에탄올, 부탄올과 같은 알콜류 로 구성되는 군에서 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있다. As the solvent, one or more selected from the group consisting of alcohols such as water, methanol, chloroform, pyridine, ethanol and butanol can be used.

본 발명에서는 아민기-함유 양이온성 폴리머를 상기 복합체 표면에 결합(접합)시킨후 가교제를 가하여 이들과의 결합을 공고히 할 수 있다.
In the present invention, the amine group-containing cationic polymer may be bonded (bonded) to the surface of the composite, and then a crosslinking agent may be added to solidify the bond with them.

세정 및 건조단계Cleaning and Drying Steps

가교제 처리가 완료되면 상기 복합체를 세척 및 건조시킨다. 상기 세척 및 건조 방법은 특별히 제한되는 것은 아니다. 일례로 복합체를 동결건조하거나 고온의 오븐에서 일정 시간 건조시킬 수 있다. 건조 온도 및 건조 시간은 복합체의 함수율 등에 따라서 임의로 조정될 수 있다.
When the crosslinker treatment is complete, the composite is washed and dried. The washing and drying method is not particularly limited. In one example, the composite may be lyophilized or dried for a period of time in a hot oven. The drying temperature and drying time can be arbitrarily adjusted according to the water content of the composite and the like.

다른 양상에서 본 발명은 슬러리 세균 바이오매스와 아민기-함유 양이온성 폴리머 용액을 혼합하여 반응시키고, 그 상등액을 제거하는 단계 ; 상기 반응물에 키토산 및 산용매를 가한 혼합물을 교반하는 단계 ; 방사기에 염기용액과 상기 혼합물을 넣고 방사하는 단계 ; 방사된 섬유를 아민기-함유 양이온성 폴리머 용액에 가하여 반응시키는 단계 ; 및 상기 섬유와 아민기-함유 양이온성 폴리머 용액에 가교제를 가하여 반응시키는 단계를 포함한다. In another aspect, the present invention comprises the steps of mixing the slurry bacterial biomass and the amine group-containing cationic polymer solution to react, and removing the supernatant; Stirring the mixture of chitosan and an acid solvent added to the reactant; Inserting the base solution and the mixture into a spinning machine and spinning; Reacting the spun fiber by adding the amine group-containing cationic polymer solution; And reacting the fiber with an amine group-containing cationic polymer solution by adding a crosslinking agent.

상기 방법은 바이오매스에 아민기 -함유 양이온성 폴리머를 먼저 반응 시킨다음 여기에 키토산과 산용매를 가하여 반응시킨다. 상기 바이오매스와 아민기-함유 양이온성 폴리머의 반응조건은 앞에서 상술한 키토산-바이오매스 복합체와 아민기-함유 양이온성 폴리머의 반응조건과 동일하다.The method first reacts the amine group-containing cationic polymer on the biomass, followed by the addition of chitosan and an acid solvent. The reaction conditions of the biomass and the amine group-containing cationic polymer are the same as the reaction conditions of the chitosan-biomass complex and the amine group-containing cationic polymer described above.

상기 방법은 상기 슬러리 세균 바이오매스와 아민기-함유 양이온성 폴리머 용액의 혼합 반응 단계에 가교제를 추가로 가하여 혼합 및 반응시키는 단계를 포함한다. The method further comprises adding a crosslinking agent to the mixing reaction step of the slurry bacterial biomass and the amine group-containing cationic polymer solution to mix and react.

상기 제조방법의 구체적인 내용은 앞에서 상술한 내용을 참고할 수 있다.
Specific details of the manufacturing method may refer to the above-described contents.

이하에서, 실시예를 들어 본 발명에 대하여 더욱 상세하게 설명할 것이나, 이들은 단지 본 발명의 바람직한 구현예를 예시하기 위한 것으로, 실시예가 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples, but these are merely to illustrate preferred embodiments of the present invention, and the examples do not limit the scope of the present invention.

실시예Example 1 One

발효 공정으로부터 슬러리 상태로 수득한 발효폐기물인 코리네박테리움 글루타미쿰 바이오매스(C. glutamicum biomass)(대상(주) 군산공장, 전북 군산) (수분함량 85%) 300mL를 7%(w/v) 키토산 21g, 5%(v/v)아세트산 15mL에 넣어 혼합물을 제조하고 이를 교반하였다. 위의 혼합물을 방사기에 넣고 2M NaOH 용액에 적하하여 키토산-바이오매스 섬유를 수득하였다. 이어서 키토산-바이오매스 섬유의 경화를 위해 교반한 후 상등액을 제거하고 1M황산을 첨가하여 키토산-바이오매스 섬유를 중화하였다. 이어서 증류수로 세척 후 키토산-바이오매스 섬유에 대해 부피비로 1 : 1 되도록 증류수 300mL를 넣고 3%(w/v) 폴리에틸렌이미드(중량평균분자량 2500g/L) 9g을 넣어 상온에서 약 24시간 동안 교반하였다. 반응이 끝난 후에 0.6%(v/v) 글루타르알데하이드 (glutaraldehyde) 1.8mL을 넣어준 후 상온에서 교반시켰다. 반응이 완료된 후 탈이온수로 세척하고 동결건조하여 표면개질된 바이오매스를 수득하였다.
Corynebacterium glutamicum biomass ( C. glutamicum) , a fermentation waste obtained in the form of slurry from the fermentation process 300 mL of biomass (target Gunsan Plant, Gunsan, Jeonbuk) (water content 85%) was added to 21 g of 7% (w / v) chitosan and 15 mL of 5% (v / v) acetic acid to prepare a mixture and stirred. The above mixture was placed in a spinning machine and dropped into 2M NaOH solution to obtain chitosan-biomass fibers. After stirring for curing the chitosan-biomass fibers, the supernatant was removed and 1M sulfuric acid was added to neutralize the chitosan-biomass fibers. Subsequently, after washing with distilled water, 300 mL of distilled water was added in a volume ratio of 1: 1 to the chitosan-biomass fiber, and 9 g of 3% (w / v) polyethyleneimide (weight average molecular weight 2500 g / L) was stirred at room temperature for about 24 hours. It was. After the reaction, 0.6% (v / v) glutaraldehyde (1.8 mL) was added thereto, followed by stirring at room temperature. After the reaction was completed, washed with deionized water and lyophilized to obtain a surface-modified biomass.

실시예Example 2 2

발효 공정으로부터 슬러리 상태로 수득한 발효폐기물인 코리네박테리움 글루타미쿰 바이오매스(C. glutamicum biomass)(대상(주) 군산공장, 전북 군산) (수분함량 85%) 300mL를 7%(w/v) 키토산 21g, 5%(v/v)아세트산 15mL, 3%(w/v) 폴리에틸렌이미드(중량평균분자량 25000g/l) 9g에 넣어 혼합물을 제조하고 이를 교반하였다. 이후 과정은 실시예 1과 동일하게 실시하였다.
Corynebacterium glutamicum biomass ( C. glutamicum) , a fermentation waste obtained in the form of slurry from the fermentation process biomass) (Daesan Gunsan Plant, Gunsan, Jeonbuk) (Water content 85%) 300 mL of 7% (w / v) chitosan 21 g, 5% (v / v) acetic acid 15 mL, 3% (w / v) polyethylene 9 g of mead (weight average molecular weight 25000 g / l) was added to prepare a mixture, which was stirred. Since the process was carried out in the same manner as in Example 1.

실시예Example 3 3

발효 공정으로부터 슬러리 상태로 수득한 발효폐기물인 코리네박테리움 글루타미쿰 바이오매스(C. glutamicum biomass)(대상(주) 군산공장, 전북 군산) (수분함량 85%) 300mL를 7%(w/v) 키토산 21g, 5%(v/v)아세트산 15mL, 3%(w/v) 폴리에틸렌이미드(중량평균분자량 25000g/l) 9g, 0.6%(V/V) 글루타르알데하이드 (glutaraldehyde) 1.8mL에 넣어 혼합물을 제조하고 이를 교반하였다. 이후 과정은 실시예 1과 동일하게 실시하였다.
Corynebacterium glutamicum biomass ( C. glutamicum) , a fermentation waste obtained in the form of slurry from the fermentation process biomass) (Daesan Gunsan Plant, Gunsan, Jeonbuk) (Water content 85%) 300 mL of 7% (w / v) chitosan 21 g, 5% (v / v) acetic acid 15 mL, 3% (w / v) polyethylene 9 g of mid (weight average molecular weight 25000 g / l) and 0.6% (V / V) glutaraldehyde were added to 1.8 mL of a mixture to prepare a mixture, which was stirred. Since the process was carried out in the same manner as in Example 1.

실시예Example 4 4

발효 공정으로부터 슬러리 상태로 수득한 발효폐기물인 코리네박테리움 글루타미쿰 바이오매스(C. glutamicum biomass)(대상(주) 군산공장, 전북 군산) (수분함량 85%)를 원심분리후 상등액을 제거하여 습식상태의 바이오매스를 수득하였다. 습식 바이오매스(수분함량 65%) 40g을 6%(w/v) 키토산 용액 20g에 넣어 혼합물을 제조하고 이를 교반하였다. 이후 과정은 실시예 1과 동일하게 실시하였다.
Corynebacterium glutamicum biomass ( C. glutamicum) , a fermentation waste obtained in the form of slurry from the fermentation process biomass) (subject, Gunsan Plant, Gunsan, Jeonbuk) (moisture content 85%) after centrifugation to remove the supernatant to obtain a wet biomass. 40 g of wet biomass (65% water content) was added to 20 g of 6% (w / v) chitosan solution to prepare a mixture, which was stirred. Since the process was carried out in the same manner as in Example 1.

실시예Example 5 5

발효 공정으로부터 슬러리 상태로 수득한 발효폐기물인 코리네박테리움 글루타미쿰 바이오매스(C. glutamicum biomass)(대상(주) 군산공장, 전북 군산) (수분함량 85%) 300mL를 3%(w/v) 폴리에틸렌이미드(중량평균분자량 25000g/l) 9g에 넣어 반응시키고 상등액을 제거하였다. 여기서 상기 40g의 반응물을 취하여 6%(w/v) 키토산 20g과 혼합하여 이를 교반하였다. 이후 과정은 실시예 1과 동일하게 실시하였다.
Corynebacterium glutamicum biomass ( C. glutamicum) , a fermentation waste obtained in the form of slurry from the fermentation process 300 mL of biomass (target Gunsan Plant, Gunsan, Jeonbuk) (water content 85%) was added to 9 g of 3% (w / v) polyethyleneimide (weight average molecular weight 25000 g / l) and the supernatant was removed. Here 40g of the reaction was taken and mixed with 20g of 6% (w / v) chitosan and stirred. Since the process was carried out in the same manner as in Example 1.

실시예Example 6 6

발효 공정으로부터 슬러리 상태로 수득한 발효폐기물인 코리네박테리움 글루타미쿰 바이오매스(C. glutamicum biomass)(대상(주) 군산공장, 전북 군산) (수분함량 85%) 300mL를 3%(w/v) 폴리에틸렌이미드(중량평균분자량 25000g/l) 9g, 0.6%(V/V) 글루타르알데하이드 (glutaraldehyde) 1.8mL에 넣어 반응시키고 상등액을 제거하였다. 여기서 상기 40g의 반응물을 취하여 6%(w/v) 키토산 20g과 혼합하여 이를 교반하였다. 이후 과정은 실시예 1과 동일하게 실시하였다.
Corynebacterium glutamicum biomass ( C. glutamicum) , a fermentation waste obtained in the form of slurry from the fermentation process biomass) (Daesan Gunsan Plant, Gunsan, Jeonbuk) (water content 85%) 300 mL of 3% (w / v) polyethyleneimide (weight average molecular weight 25000 g / l) 9 g, 0.6% (V / V) glutar The reaction was added to 1.8 mL of aldehyde (glutaraldehyde) and the supernatant was removed. Here 40g of the reaction was taken and mixed with 20g of 6% (w / v) chitosan and stirred. Since the process was carried out in the same manner as in Example 1.

실시예Example 7 7

발효 공정으로부터 슬러리 상태로 수득한 발효폐기물인 코리네박테리움 글루타미쿰 바이오매스(C. glutamicum biomass)(대상(주) 군산공장, 전북 군산) (수분함량 85%)를 원심분리후 상등액을 제거하여 습식상태의 바이오매스를 수득한 후 건조 하였다. 건조된 바이오매스(수분함량 0%) 40g을 6%(w/v) 키토산 용액 40g에 넣어 혼합물을 제조하고 이를 교반하였다. 이후 과정은 실시예 1과 동일하게 실시하였다.
Corynebacterium glutamicum biomass ( C. glutamicum) , a fermentation waste obtained in the form of slurry from the fermentation process biomass) (subject, Gunsan Plant, Gunbuk, Jeonbuk) (water content 85%) was centrifuged and the supernatant was removed to obtain wet biomass and dried. 40 g of dried biomass (0% water content) was added to 40 g of 6% (w / v) chitosan solution to prepare a mixture, which was stirred. Since the process was carried out in the same manner as in Example 1.

비교예Comparative example 1 One

발효폐기물인 코리네박테리움 글루타미쿰 바이오매스를 원심분리후 상등액을 제거하여 습식상태의 바이오매스를 건조하여 수득하였다.
The fermentation waste Corynebacterium glutamicum biomass was obtained by centrifugation to remove the supernatant and drying the wet biomass.

비교예Comparative example 2 2

전처리 없이 건조시킨 발효폐기물인 코리네박테리움 글루타미쿰(Corynebacterium glutamicum) 바이오매스 2g을 3%(w/v) 폴리에틸렌이미드(중량평균분자량 25000g/l) 500ml 증류수에 넣고 상온에서 2시간 동안 교반하였다. 이어서 0.6%(V/V) 글루타르알데하이드 (glutaraldehyde) 3mL 용액을 바이오매스가 포함된 혼합액에 넣고 교반하였다. 반응의 완료 후 탈이온수로 세척하고 동결건조하여 PEI-표면개질된 바이오매스를 수득하였다.
2 g of Corynebacterium glutamicum, a fermented waste dried without pretreatment, was added to 500 ml distilled water of 3% (w / v) polyethyleneimide (weight average molecular weight 25000 g / l) and stirred at room temperature for 2 hours. It was. Subsequently, a 3 mL solution of 0.6% (V / V) glutaraldehyde was added to a mixed solution containing biomass and stirred. After completion of the reaction, washed with deionized water and lyophilized to obtain PEI-surface modified biomass.

실험 1 Experiment 1

실시예 1-7에서 수득한 키토산-바이오매스 복합체와 비교예 1, 2에서의 바이오매스를 루테늄이 포함된 초산폐액내에 넣어 루테늄 흡착에 관한 등온흡착실험을 실시하였고 그 결과를 도 4에 나타내었다.
The chitosan-biomass complex obtained in Example 1-7 and the biomass in Comparative Examples 1 and 2 were placed in an acetic acid waste solution containing ruthenium and subjected to isothermal adsorption experiments for ruthenium adsorption. The results are shown in FIG. 4. .

도 4를 참조하면, 실시예 1 내지 7은 비교예 1, 2에 비해 높은 루테늄 흡착량을 보여줌을 확인할 수 있다. 실시예 1 내지 7을 참조하면, 슬러지 상태의 바이오매스를 사용하여도 성능이 우수한 흡착소재를 제조할 수 있음을 알 수 있다. 실시예 1은 바이오매스 슬러리를 바로 이용하고 PEI와 GA 처리를 단 한번만 하기 때문에 제조경비가 적게 들지만, 흡착성능 면에서도 결코 떨어지지 않는 장점이 있다.
Referring to FIG. 4, Examples 1 to 7 show higher ruthenium adsorption amounts than Comparative Examples 1 and 2. FIG. Referring to Examples 1 to 7, it can be seen that the adsorption material having excellent performance can be produced even by using the biomass in the sludge state. In Example 1, since the biomass slurry is directly used and the PEI and GA treatments are performed only once, the manufacturing cost is low, but there is an advantage of never falling in terms of adsorption performance.

비교예Comparative example 3 3

비교예 3으로 이온교환수지(Bayer Lewatit MONOPLUSTM M600)를 흡착소재로 사용하였다.
In Comparative Example 3, an ion exchange resin (Bayer Lewatit MONOPLUS M600) was used as an adsorption material.

실험 2Experiment 2

실시예 1, 비교예 1와 비교예 3을 흡착소재로 선정하여 이들의 루테늄 최대흡착량을 평가하기 위해 Langmuir 모델과 Freundlich 모델을 이용하여 등온흡착 실험을 실시하였고, 그 결과를 도 5에 나타내었다.
Example 1, Comparative Example 1 and Comparative Example 3 were selected as the adsorption material in order to evaluate the ruthenium maximum adsorption amount was carried out isothermal adsorption experiment using the Langmuir model and Freundlich model, the results are shown in Figure 5 .

도 5를 참조하면, 세 가지 흡착소재 모두 Langmuir 모델이 잘 맞는 것을 알 수 있다. Langmuir 모델로부터, 실시예 1의 루테늄 최대흡착량은 110.5 mg/g으로 비교예 3의 최대흡착량인 17.7 mg/g보다 약 6.2배, 비교예 4의 최대흡착량 6.7 mg/g보다 약 16.5배 많은 흡착량을 나타냄을 확인할 수 있다.
5, it can be seen that the Langmuir model fits all three adsorption materials. From the Langmuir model, the maximum adsorption amount of ruthenium of Example 1 was 110.5 mg / g, about 6.2 times higher than the maximum adsorption amount of Comparative Example 3, 17.7 mg / g, and about 16.5 times higher than the maximum adsorption amount of Comparative Example 4, 6.7 mg / g. It can be seen that it shows a large amount of adsorption.

실험 3Experiment 3

실시예 1과 비교예 3의 루테늄 흡착성능을 column 공정에서 유속 1.2 mL/min과 층부피 25 mL 조건에서 평가하였다. Column 실험은 저농도의 루테늄을 함유한 초산폐수(61.6 mg/L)와 고농도의 루테늄을 포함한 초산폐수(1822.9 mg/L)로 구분하여 실시하여 이를 도 6 및 도 7에 나타내었다.
The ruthenium adsorption performance of Example 1 and Comparative Example 3 was evaluated under the conditions of flow rate 1.2 mL / min and bed volume 25 mL in the column process. The column experiment was performed by dividing the acetate wastewater containing low concentration of ruthenium (61.6 mg / L) and the acetate wastewater containing high concentration of ruthenium (1822.9 mg / L) and shown in FIGS. 6 and 7.

도 6은 루테늄의 초기농도가 61.6 mg/L일 때 시간에 따른 루테늄 흡착성능을 나타낸다. 파과점(breakthrough point)은 루테늄의 초기농도의 10%가 방출되는 지점으로 설정하였다. 도 6을 참고하면, 비교예 3의 경우 파과점이 약 0.22 시간으로 루테늄의 처리시간이 대단히 짧았다. 이에 비해, 실시예 1의 파과점은 42.32 시간으로 많은 양의 루테늄을 흡착하였고 비교예 3에 비해 상당히 오랜 시간 동안 처리가 가능함을 보여주었다.
Figure 6 shows the ruthenium adsorption performance over time when the initial concentration of ruthenium is 61.6 mg / L. The breakthrough point was set to the point where 10% of the ruthenium initial concentration was released. 6, in Comparative Example 3, the breakthrough point was about 0.22 hours, and the ruthenium treatment time was very short. In contrast, the breakthrough point of Example 1 was found to adsorb a large amount of ruthenium at 42.32 hours and to be able to process for considerably longer time than Comparative Example 3.

도 7은 루테늄의 초기농도가 1822.9 mg/L일 때 시간에 따른 루테늄 흡착성능을 나타낸다. 이 실험에서는 온도를 20, 40, 60도 달리하여 평가하였다. 도 7을 참고하면, 실시예 1는 비교예 3에 비해 파과점이 훨씬 길다는 것을 확인할 수 있다. 또한, 컬럼 운전에서 온도가 증가할수록 파과점에 도달하는 시간은 증가함을 확인할 수 있다.
Figure 7 shows the ruthenium adsorption performance over time when the initial concentration of ruthenium is 1822.9 mg / L. In this experiment, the temperatures were evaluated at 20, 40, and 60 degrees. Referring to FIG. 7, it can be seen that Example 1 has a much longer breakthrough point than Comparative Example 3. In addition, it can be seen that the time to reach the breakthrough point increases as the temperature increases in the column operation.

이상에서 본 발명의 바람직한 구현예를 예로 들어 상세하게 설명하였으나, 이러한 설명은 단순히 본 발명의 예시적인 실시예를 설명 및 개시하는 것이다. 당업자는 본 발명의 범위 및 정신으로부터 벗어남이 없이 상기 설명 및 첨부 도면으로부터 다양한 변경, 수정 및 변형예가 가능함을 용이하게 인식할 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. Those skilled in the art will readily appreciate that various changes, modifications, and variations may be made without departing from the spirit and scope of the present invention, as defined by the following claims and accompanying drawings.

Claims (19)

세균 바이오매스가 바인더인 키토산에 담지된 키토산-바이오매스 복합체로서 상기 복합체는 그 표면에 가교된 아민기-함유 양이온성 폴리머를 포함하고,
상기 세균바이오매스는 사멸된 고형폐기물이고,
상기 복합체는 혼입된 상기 세균 바이오매스가 키토산의 경화과정 중에 키토산에 담지되어 형성되고,
상기 아민기-함유 양이온성 폴리머는 키토산 및 세균 바이오매스에 존재하는 작용기와 결합되고, 상기 아민기-함유 양이온성 폴리머는 폴리에틸렌이민, 아민-터미네이티드 폴리에틸렌옥사이드, 아민-터미네이티드 폴리에틸렌/프로필렌옥사이드, 디메틸 아미노 에틸 메타크릴레이트의 폴리머 및 디메틸 아미노에틸 메타크릴레이트와 비닐피롤리돈의 코폴리머, 에피클로로히드린과 디메틸아민의 선형 폴리머, 폴리디알릴디메틸암모니움 클로라이드, 폴리에탄올아민/메틸클로라이드 및 개질된 폴리에틸렌이민의 군에서 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 키토산-바이오매스 복합체.
A chitosan-biomass complex supported on chitosan, wherein the bacterial biomass is a binder, the complex comprising an amine group-containing cationic polymer crosslinked on its surface;
The bacterial biomass is dead solid waste,
The complex is formed by the mixed bacterial biomass supported on chitosan during the curing of chitosan,
The amine group-containing cationic polymer is combined with functional groups present in chitosan and bacterial biomass, and the amine group-containing cationic polymer is polyethyleneimine, amine-terminated polyethylene oxide, amine-terminated polyethylene / propylene Oxide, polymer of dimethyl amino ethyl methacrylate and copolymer of dimethyl aminoethyl methacrylate and vinylpyrrolidone, linear polymer of epichlorohydrin and dimethylamine, polydiallyldimethylammonium chloride, polyethanolamine / methyl Chitosan-biomass composites, characterized in that at least one selected from the group of chlorides and modified polyethyleneimines.
제 1항에 있어서, 상기 세균은 코리네박테리움 암모니아게네스( Corynebacterium ammoniagenes), 코리네박테리움 글루타미쿰(Corynebacterium glutamicum), 에스케리치아 콜라이(Escherichia coli), 바실러스 메가테리움 (Bacillus megatherium) 및 세라샤 마르세센스(Serratia marcescens) 및 브레비박테리움 암모니아게네스(Brevibacterium ammoniagenes)로 구성되는 군에서 선택되는 세균인 것을 특징으로 하는 키토산-바이오매스 복합체.The method of claim 1, wherein the bacterium is Corynebacterium ammoniagenes to Ness (Corynebacterium ammoniagenes), Corynebacterium glutamicum (Corynebacterium glutamicum ), Escherichia coli , Bacillus megatherium and Serratia marsense marcescens and Brevibacterium Ammonia genes ) chitosan-biomass complex, characterized in that the bacteria selected from the group consisting of. 제 1항에 있어서, 상기 키토산과 세균 바이오매스의 중량비가 1 : 1~20인 것을 특징으로 하는 키토산-바이오매스 복합체.The chitosan-biomass complex according to claim 1, wherein the weight ratio of the chitosan to the bacterial biomass is 1: 1 to 20. 제 1항에 있어서, 상기 복합체의 사이즈가 50~1000㎛인 것을 특징으로 하는 키토산-바이오매스 복합체.The chitosan-biomass composite according to claim 1, wherein the complex has a size of 50 to 1000 µm. 세균 바이오매스, 키토산 및 산성용액을 포함하는 혼합물을 교반하는 단계 ;
상기 혼합물에 염기용액을 가하여 상기 혼합물을 경화시키는 단계 ; 및
상기 경화단계에 의해 수득한 복합체를 아민기-함유 양이온성 폴리머 용액에 가하여 반응시키는 단계를 포함하되,
상기 세균바이오매스는 사멸된 고형폐기물이고,
상기 복합체는 상기 키토산의 경화과정 중에 혼입된 상기 세균 바이오매스가 키토산에 담지되어 형성되고,
상기 아민기-함유 양이온성 폴리머는 폴리에틸렌이민, 아민-터미네이티드 폴리에틸렌옥사이드, 아민-터미네이티드 폴리에틸렌/프로필렌 옥사이드, 디메틸 아미노 에틸 메타크릴레이트의 폴리머 및 디메틸 아미노에틸 메타크릴레이트와 비닐피롤리돈의 코폴리머, 에피클로로히드린과 디메틸아민의 선형 폴리머, 폴리디알릴디메틸암모니움 클로라이드, 폴리에탄올아민/메틸클로라이드 및 개질된 폴리에틸렌이민의 군에서 선택된 하나 이상인 것 특징으로 하는 키토산-바이오매스 복합체의 제조방법.
Stirring the mixture comprising bacterial biomass, chitosan and acid solution;
Adding a base solution to the mixture to cure the mixture; And
Adding the complex obtained by the curing step to an amine group-containing cationic polymer solution to react,
The bacterial biomass is dead solid waste,
The complex is formed by supporting the bacterial biomass incorporated into the chitosan during the curing of the chitosan,
The amine group-containing cationic polymers include polyethyleneimine, amine-terminated polyethylene oxide, amine-terminated polyethylene / propylene oxide, polymers of dimethyl amino ethyl methacrylate and dimethyl aminoethyl methacrylate and vinylpyrrolidone. Of the chitosan-biomass complex, characterized in that at least one selected from the group consisting of: copolymers of epichlorohydrin and dimethylamine, polydiallyldimethylammonium chloride, polyethanolamine / methylchloride and modified polyethyleneimine Manufacturing method.
제 5항에 있어서, 상기 방법은
상기 복합체에 상기 아민기-함유 양이온성 폴리머 용액을 가하여 반응시킨 후 추가로 가교제를 반응시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 키토산-바이오매스 복합체의 제조방법.
The method of claim 5, wherein the method
And adding a amine group-containing cationic polymer solution to the complex to react the crosslinking agent, and then reacting the chitosan-biomass complex.
제 5항에 있어서, 상기 경화단계는 방사기에 상기 혼합물을 넣고 염기용액내에 방사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 키토산-바이오매스 복합체의 제조방법.6. The method of claim 5, wherein the curing step comprises inserting the mixture into a spinning machine and spinning in a base solution. 제 5항에 있어서, 상기 경화단계는 상기 혼합물을 적하하고 염기용액으로 경화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 키토산-바이오매스 복합체의 제조방법.The method of claim 5, wherein the curing step comprises dropping the mixture and curing with a base solution. 제 5항에 있어서, 상기 방법은 경화되어 형성된 상기 키토산-바이오매스 복합체를 중화시키는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 키토산-바이오매스 복합체의 제조방법.6. The method according to claim 5, wherein the method further comprises neutralizing the chitosan-biomass complex formed by curing. 제 5항에 있어서, 상기 방법은 상기 키토산-바이오매스 복합체를 세정한 후 건조시키는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 키토산-바이오매스 복합체의 제조방법.The method of claim 5, wherein the method further comprises the step of washing and drying the chitosan-biomass complex. 제 5항에 있어서, 상기 방법은 슬러리 상태의 바이오매스를 사용하는 것을 특징으로 하는 키토산-바이오매스 복합체의 제조방법.The method of claim 5, wherein the method uses a slurry of biomass in the form of a chitosan-biomass composite. 제 5항에 있어서, 상기 방법은 상기 혼합물에 아민기-함유 양이온성 폴리머 용액을 추가로 가하는 것을 특징으로 하는 키토산-바이오매스 복합체의 제조방법.6. The method of claim 5, wherein the method further adds an amine group-containing cationic polymer solution to the mixture. 제 5항에 있어서, 상기 방법은 상기 혼합물에 아민기-함유 양이온성 폴리머 용액 및 가교제를 추가로 가하는 것을 특징으로 하는 키토산-바이오매스 복합체의 제조방법.The method of claim 5, wherein the method further comprises adding an amine group-containing cationic polymer solution and a crosslinking agent to the mixture. 제 5항에 있어서, 상기 방법은 슬러리 상태의 바이오매스를 원심분리한 후 상등액을 제거한 습식(wet) 상태의 바이오매스를 사용하는 것을 특징으로 하는 키토산-바이오매스 복합체의 제조방법.[Claim 6] The chitosan-biomass composite according to claim 5, wherein the wet mass biomass is removed from the supernatant after centrifugation of the slurry biomass. 슬러리 세균 바이오매스와 아민기-함유 양이온성 폴리머 용액을 혼합하여 반응시키고, 그 상등액을 제거하는 단계 ;
상기 반응물에 키토산 및 산성용액을 가한 혼합물을 교반하는 단계 ;
방사기에 염기용액과 상기 혼합물을 넣고 방사하는 단계 ;
방사된 섬유를 아민기-함유 양이온성 폴리머 용액에 가하여 반응시키는 단계 ; 및
상기 섬유와 아민기-함유 양이온성 폴리머 용액에 가교제를 가하여 반응시키는 단계를 포함하되,
상기 세균바이오매스는 사멸된 고형폐기물이고,
상기 섬유는 키토산의 경화과정 중에 혼입된 상기 세균 바이오매스가 키토산에 담지되어 형성되고,
상기 아민기-함유 양이온성 폴리머는 폴리에틸렌이민, 아민-터미네이티드 폴리에틸렌옥사이드, 아민-터미네이티드 폴리에틸렌/프로필렌 옥사이드, 디메틸 아미노 에틸 메타크릴레이트의 폴리머 및 디메틸 아미노에틸 메타크릴레이트와 비닐피롤리돈의 코폴리머, 에피클로로히드린과 디메틸아민의 선형 폴리머, 폴리디알릴디메틸암모니움 클로라이드, 폴리에탄올아민/메틸클로라이드 및 개질된 폴리에틸렌이민의 군에서 선택된 하나 이상인 것 특징으로 하는 키토산-바이오매스 복합체의 제조방법.
Mixing the slurry bacterial biomass with the amine group-containing cationic polymer solution to react, and removing the supernatant;
Stirring the mixture of chitosan and an acid solution added to the reactant;
Inserting the base solution and the mixture into a spinning machine and spinning;
Reacting the spun fiber by adding the amine group-containing cationic polymer solution; And
Reacting the fiber with an amine group-containing cationic polymer solution by adding a crosslinking agent,
The bacterial biomass is dead solid waste,
The fiber is formed by supporting the bacterial biomass incorporated into the chitosan during the curing of the chitosan,
The amine group-containing cationic polymers include polyethyleneimine, amine-terminated polyethylene oxide, amine-terminated polyethylene / propylene oxide, polymers of dimethyl amino ethyl methacrylate and dimethyl aminoethyl methacrylate and vinylpyrrolidone. Of the chitosan-biomass complex, characterized in that at least one selected from the group consisting of: copolymers of epichlorohydrin and dimethylamine, polydiallyldimethylammonium chloride, polyethanolamine / methylchloride and modified polyethyleneimine Manufacturing method.
제 15항에 있어서, 상기 방법은 상기 슬러리 세균 바이오매스와 아민기-함유 양이온성 폴리머 용액의 혼합 반응 단계에 가교제를 추가로 가하여 혼합 및 반응시키는 단계인 것을 특징으로 하는 키토산-바이오매스 복합체의 제조방법.The method of claim 15, wherein the method comprises the step of mixing and reacting by adding a crosslinking agent to the mixing reaction step of the slurry bacterial biomass and the amine group-containing cationic polymer solution, the chitosan-biomass composite Way. 제 5항 또는 제 15항에 있어서, 상기 방법은 상기 세균 바이오매스 10~50%(w/v), 상기 키토산 1~10%(w/v)를 가하는 것을 특징으로 하는 키토산-바이오매스 복합체의 제조방법.[Claim 16] The chitosan-biomass complex according to claim 5 or 15, wherein the method adds 10-50% (w / v) of the bacterial biomass and 1-10% (w / v) of the chitosan. Manufacturing method. 제 5항 또는 제 15항에 있어서, 상기 산성용액은 초산, 주석산, 살리실산, 시트르산, 하이드록시초산, 링고산, 프로피온산, 젖산, 글리세린산, L-아스코르빈산, 크엔산,술포아닌산 및 포름산의 유기산과 염산, 황산 및 인산의 무기산으로 구성된 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 키토산-바이오매스 복합체의 제조방법.The method of claim 5 or 15, wherein the acid solution is acetic acid, tartaric acid, salicylic acid, citric acid, hydroxy acetic acid, ringoic acid, propionic acid, lactic acid, glycerin acid, L- ascorbic acid, xenoic acid, sulfonic acid and formic acid Method for producing a chitosan-biomass complex, characterized in that selected from the group consisting of organic acids and inorganic acids of hydrochloric acid, sulfuric acid and phosphoric acid. 제 5항 또는 제 15항에 있어서, 상기 가교제는 글루타르알데하이드(glutaraldehyde), 이소시아나이드 유도체(isocyanide derivatives) 및 비스디아조벤지딘으로 구성되는 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 키토산-바이오매스 복합체의 제조방법.


16. The chitosan-bio according to claim 5 or 15, wherein the crosslinking agent is at least one selected from the group consisting of glutaraldehyde, isocyanide derivatives and bisdiazobibenzidine. Method for producing mass composite.


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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101452817B1 (en) * 2013-01-25 2014-10-23 (주)알티아이엔지니어링 Manufacturing apparatus for fibrous biosorbent
KR20160113375A (en) * 2015-03-18 2016-09-29 전북대학교산학협력단 Chitosan Core-shell adsorbent and method for preparing the same
KR20200114534A (en) * 2019-03-29 2020-10-07 가천대학교 산학협력단 Chitosan nanoparticles adsorbent loading lactic acid bacteria and method of preparing the same
KR20220108367A (en) * 2021-01-27 2022-08-03 고려대학교 산학협력단 Novel chitosan-biochar composite fibers for the removal of phosphorus from water, method of mamufacturing and absorbent composition for removing phosphorus

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