KR20190010399A - Nanofiber membrane for mercury(ⅱ) adsorption, method for preparing using thereof and and applicatio thereof - Google Patents

Nanofiber membrane for mercury(ⅱ) adsorption, method for preparing using thereof and and applicatio thereof Download PDF

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KR20190010399A KR1020180003513A KR20180003513A KR20190010399A KR 20190010399 A KR20190010399 A KR 20190010399A KR 1020180003513 A KR1020180003513 A KR 1020180003513A KR 20180003513 A KR20180003513 A KR 20180003513A KR 20190010399 A KR20190010399 A KR 20190010399A
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정욱진
리무코 로렌스
니소라 그레이스
엘리소 레이
이성풍
서정길
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명지대학교 산학협력단
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Abstract

The present invention relates to a nano fiber membrane for mercury adsorption, a method of manufacturing the same and an application of the same. To be specifically, the present invention relates to the nano fiber membrane manufactured by using a polysulfide produced by an inverse vulcanization reaction of sulfur and hydrophilic comonomer, the method of manufacturing the same and the application of the same. In the present invention, the nano fiber membrane containing the polysulfide produced by an inverse vulcanization reaction of sulfur and hydrophilic comonomer has excellent mercury adsorption in water system, has a high mercury selectivity, is easy to process and can be reused repeatedly.

Description

수은 흡착용 나노섬유 멤브레인, 이의 제조방법 및 이의 응용{NANOFIBER MEMBRANE FOR MERCURY(Ⅱ) ADSORPTION, METHOD FOR PREPARING USING THEREOF AND AND APPLICATIO THEREOF}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a nanofiber membrane for mercury adsorption, a method of manufacturing the same, and an application thereof. [0002]

본 발명은 수은 흡착용 나노섬유 멤브레인, 이의 제조방법 및 이의 응용에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 황과 친수성 공단량체를 역가황 반응시켜 제조한 다황화물을 이용하여 제조한 수은 흡착용 나노섬유 멤브레인, 이의 제조방법 및 이의 응용기술에 관한 것이다.The present invention relates to a nanofiber membrane for mercury adsorption, a method for producing the nanofiber membrane, and a method for producing the same, and more particularly, to a nanofiber membrane for mercury adsorption, which is produced by using a polysulfide prepared by the reverse vulcanization reaction of sulfur and a hydrophilic comonomer, A method for producing the same, and an application technique therefor.

수은(Hg)은 독성이 있고, 생물농축이 가능한 중금속으로, 화석 연료의 연소과정 및 채굴과 같은 인위적인 활동으로 인해 환경에 방출되는 수은의 양이 상당히 증가하게 되었다. 대기 중에 방출되어 있는 수은 원소(Hg0)는 브로민(Br)과 같이 자연 발생하는 산화제와 반응하여 2가 형태(Hg2 +)를 형성한다. 이러한 무기 수은은 메틸화반응을 통해 먹이 사슬의 각 단계에 농축되는 잠재적 신경독소인 메틸수은을 생성한다. 이처럼 수은의 역효과로 인해, 전 세계적으로 수은의 위협으로부터 인간의 건강과 환경을 보호하고자 Minamata Convention of Mercury(2013)가 채택되었다.Mercury (Hg) is a toxic, biodegradable heavy metal, and the amount of mercury released into the environment has increased considerably due to anthropogenic activities such as fossil fuel combustion and mining. The mercury element (Hg 0 ) released to the atmosphere reacts with a naturally occurring oxidant such as bromine (Br) to form divalent form (Hg 2 + ). This inorganic mercury produces methyl mercury, a potential neurotoxin that is concentrated at each stage of the food chain through methylation. Because of this adverse effect of mercury, the Minamata Convention of Mercury (2013) was adopted to protect human health and the environment from the threat of mercury worldwide.

수은 처리 방법으로는 식물정화법, 생물정화법, 흡착 및 침전이 있다. 이러한 수은 처리 방법들 중, 흡착은 비용이 저렴하고 수처리에서의 효율성이 입증되었기 때문에 유망한 수은 처리 방법으로 알려져 있다. 최근, 티올-관능화된 다공성 방향족 골격(thiol-functionalized porous aromatic framework, PAF-SH)이 수용액(aqueous solution)으로부터 Hg2 +을 제거하는데 매우 효과적이라는 것이 밝혀졌다 (uptake capacity 1000 mg g-1 ). 이러한 ‘나노-트랩’은 현재까지 수은 분리용 흡착제의 기준(benchmark)으로 간주되고 있다. Mercury treatment methods include plant purification, biological purification, adsorption and precipitation. Of these mercury processing methods, adsorption is known as a promising mercury processing method because it is inexpensive and has proven its efficacy in water treatment. Recently, it has been found that the thiol-functionalized porous aromatic framework (PAF-SH) is very effective in removing Hg 2 + from an aqueous solution (uptake capacity 1000 mg g -1) . These 'nano-traps' are now regarded as benchmarks for adsorbents for mercury separation.

상기 PAF는 니켈을 촉매로 하는 교차 결합반응을 통해 사면체 구조의 테트라키스(4-브로모-페닐)메탄과 페닐 고리를 결합시키는 방법으로 합성되었다. PAF-기반 나노 트랩은 매우 높은 수준의 수은 흡착 용량을 보였으나, 대규모 응용에 적용하기에는 비용이 높고 분말 형태이기 때문에 취급이 어려우며, 재활용이 어려운 등의 단점이 있다. 따라서 효율적으로 수은을 흡착하는 대체가능한 방법에 대한 연구가 필요하다. The PAF was synthesized by a method in which tetraquis (4-bromo-phenyl) methane and a phenyl ring were bonded to each other through a nickel-catalyzed cross-linking reaction. PAF-based nanotrapes show very high levels of mercury adsorption capacity, but they are expensive to apply to large-scale applications and are difficult to handle because they are in powder form and have the disadvantage of being difficult to recycle. Therefore, there is a need for research on alternative methods of adsorbing mercury efficiently.

최근에는, Chung et al.(2013)에서 역가황반응을 통한 고함량의 황 중합체 제조방법을 공개하였다. 황 원소(S8)는 개환 중합(ROP) 반응 후 이어서 다이비닐성 공단량체(divinylic comonomer)(예: 1,3-다이이소프로페닐 벤젠(DIB))와 자유-라디칼 중합 반응을 하기 위해 바닥 온도(floor temperature(Tf = 159℃) 이상 온도로 가열되었다. 현재까지, 역가황된 중합체의 대부분은 리튬-황 배터리, 고굴절 중합체성 광학(high refractive index polymeric optics), 자극-반응 중합체성 시스템(stimuli-responsive polymeric systems) 및 광촉매 입자와 반도체 입자로 적용되고 있다. 아울러, Crockett et al. (2015)에서는 황을 납과 수은을 잠재적으로 제거하는 것으로 알려진 d-리모넨과 공중합하기 위해 역가황 반응을 수행하였다. 그러나 이렇게 역가황된 중합체의 대부분은 유리화 성질(vitrified characteristic)로 인해 수은 분리에 대한 적용이 제한되고 있다. Recently, Chung et al. (2013) disclosed a method for producing a high-content sulfur polymer through an inverse vulcanization reaction. The sulfur element S 8 is then subjected to a ring opening polymerization (ROP) reaction followed by the addition of a base to a free-radical polymerization reaction with a divinylic comonomer such as 1,3-diisopropenylbenzene (DIB) Up to now have been heated to a temperature above the floor temperature (T f = 159 ° C). To date, most of the inverse vulcanized polymers are lithium-sulfur batteries, high refractive index polymeric optics, In addition, Crockett et al. (2015) used styril-responsive polymeric systems and photocatalytic particles and semiconducting particles to cope with d-limonene, which is known to potentially remove lead and mercury. However, most of the reverse-vulcanized polymers have limited application to mercury separation due to the vitrified characteristic.

대한민국 등록특허 제10-1443718호Korean Patent No. 10-1443718

본 발명은 황과 친수성 공단량체를 역가황 반응시켜 제조한 다황화물을 이용하여 제조한 수은 흡착용 나노섬유 멤브레인, 이의 제조방법 및 이의 응용기술을 제공한다.The present invention provides a nanofiber membrane for mercury adsorption, which is produced by using a polysulfide prepared by an inverse vulcanization reaction of sulfur and a hydrophilic comonomer, a method for producing the nanofiber membrane, and an application technique therefor.

본 발명은, 황과 아크릴레이트기를 갖는 친수성 공단량체를 역가황 반응시켜 제조한 다황화물(PS)을, 고분자물질이 용매에 혼합된 도프 용액에 첨가한 후 전기방사하는 단계를 포함하는 수은 흡착용 나노 섬유 멤브레인 제조방법을 제공한다.The present invention relates to a mercury adsorption method comprising the step of adding a polysulfide (PS) prepared by an inverse vulcanization reaction of a hydrophilic comonomer having sulfur and an acrylate group to a dope solution in which a polymer substance is mixed with a solvent, A method for producing a nanofiber membrane is provided.

상기 공단량체는 메타크릴산(methacrylic acid), 2-카복시에틸 아크릴산(2-carboxyethyl acrylate), 다이알릴 말레이트(diallyl maleate) 및 글리시딜 메타크릴산(glycidyl methacrylate)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있으며 가장 바람직하게는 2-카복시에틸 아크릴산일 수 있다. Wherein the comonomer is selected from the group consisting of methacrylic acid, 2-carboxyethyl acrylate, diallyl maleate, and glycidyl methacrylate. And most preferably 2-carboxyethyl acrylic acid.

본 발명에서, 공단량체(comonomer)는 혼성 중합의 원료로 사용하는 종류가 다른 단량체 중, 어느 단량체를 중심으로 고려하였을 때의 다른 단량체를 의미한다.In the present invention, a comonomer means another monomer among the other monomers used as a raw material for the hybridization, when considering a monomer as a center.

상기 역가황 반응은 50 ~ 80℃에서 3~ 5시간 동안 반응시킨 후, 실온에서 3~ 5 시간 냉각시키는 방법으로 수행할 수 있다. 상기 실온은 1~35℃일 수 있다.The reverse vulcanization reaction may be carried out at 50 to 80 ° C for 3 to 5 hours, followed by cooling at room temperature for 3 to 5 hours. The room temperature may be between 1 and 35 ° C.

본 발명에서, 역가황반응(inverse vulcanization)은 고분자 사슬에 소량의 황을 첨가하는 ‘가황반응(vulcanization)’의 반대 개념으로, 다량의 황에 소량의 고분자 사슬을 첨가하는 반응을 의미한다.In the present invention, inverse vulcanization refers to the reaction of adding a small amount of a polymer chain to a large amount of sulfur, as opposed to a 'vulcanization' in which a small amount of sulfur is added to a polymer chain.

상기 황과 친수성 공단량체는 1: 0.5 ~ 2의 몰비로 반응시킬 수 있다.The sulfur and the hydrophilic comonomer can be reacted at a molar ratio of 1: 0.5 ~ 2.

상기 고분자물질은 폴리아크릴로니트릴(Polyacrylonitrile), 폴리술폰(Polysulfone), 폴리에테르술폰(Polyethersulfone), 폴리비닐리덴플루오라이드(Polyvinylidene fluoride), 셀룰로오스아세테이트(Cellulose acetate) 및 폴리비닐클로라이드(Polyvinyl chloride) 중에서 선택된 하나 이상을 포함하여 구성될 수 있다. 가장 바람직하게는 폴리아크릴로니트릴일 수 있다. The polymeric material may be selected from the group consisting of polyacrylonitrile, polysulfone, polyethersulfone, polyvinylidene fluoride, cellulose acetate, and polyvinyl chloride. And may include at least one selected. Most preferably polyacrylonitrile.

상기 용매는 디메틸포름아미드(Dimethylformamide), 디메틸포름알데하이드, 테트라하이드로퓨란, 디메틸아세트 아마이드 및 메틸피롤리돈으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다.The solvent may include at least one member selected from the group consisting of dimethylformamide, dimethylformaldehyde, tetrahydrofuran, dimethylacetamide and methylpyrrolidone.

상기 고분자물질이 용매에 혼합된 도프 용액은 고분자 물질을 5 ~ 15 중량% 포함할 수 있다. The dope solution in which the polymer material is mixed with the solvent may contain 5 to 15% by weight of the polymer material.

상기 다황화물은 고분자물질 100 중량부에 대하여 100~200 중량부 첨가될 수 있다.The polysulfide may be added in an amount of 100 to 200 parts by weight based on 100 parts by weight of the polymer material.

또한 본 발명은, 황과 아크릴레이트기를 갖는 친수성 공단량체를 역가황 반응시켜 제조한 다황화물(PS)을, 고분자물질이 용매에 혼합된 도프 용액에 첨가한 후 전기방사하여 제조한 수은 흡착용 나노 섬유 멤브레인을 제공한다.The present invention also relates to a mercury-adsorbing nano-particle (hereinafter, also referred to as " noble metal ") produced by adding a polysulfide (PS) prepared by inverse vulcanization reaction of a hydrophilic comonomer having an acrylate group and sulfur to a dope solution in which a polymer substance is mixed with a solvent, Fiber membrane.

또한 본 발명은, 다황화물(PS)과 고분자 물질을 포함하여 구성되고, 상기 다황화물은 황과 아크릴레이트기를 갖는 친수성 공단량체를 역가황 반응시켜 제조한 것을 특징으로 하는 수은 흡착용 나노 섬유 멤브레인을 제공한다.The present invention also provides a mercury-adsorbing nanofiber membrane comprising a polysulfide (PS) and a polymer substance, wherein the polysulfide is prepared by an inverse vulcanization reaction of a hydrophilic comonomer having sulfur and an acrylate group to provide.

상기 고분자 물질은 고분자물질은 폴리아크릴로니트릴(Polyacrylonitrile), 폴리술폰(Polysulfone), 폴리에테르술폰(Polyethersulfone), 폴리비닐리덴플루오라이드(Polyvinylidene fluoride), 셀룰로오스아세테이트(Cellulose acetate) 및 폴리비닐클로라이드(Polyvinyl chloride) 중에서 선택된 하나 이상을 포함하여 구성될 수 있다. 가장 바람직하게는 폴리아크릴로니트릴일 수 있다. The polymeric material may be at least one selected from the group consisting of polyacrylonitrile, polysulfone, polyethersulfone, polyvinylidene fluoride, cellulose acetate, and polyvinyl chloride chloride, and the like. Most preferably polyacrylonitrile.

또한 본 발명은, 황과 아크릴레이트기를 갖는 친수성 공단량체를 역가황 반응시키는 단계를 포함하여 구성되는 수은 흡착용 다황화물을 제조하는 방법을 제공한다.The present invention also provides a method for producing a polysulfide for mercury adsorption comprising a step of subjecting a hydrophilic comonomer having sulfur and an acrylate group to an inverse vulcanization reaction.

또한 본 발명은, 황과 아크릴레이트기를 갖는 친수성 공단량체의 역가황 반응으로 형성된 수은 흡착용 다황화물을 제공한다.The present invention also provides a polysulfide for mercury adsorption formed by an inverse vulcanization reaction of a hydrophilic comonomer having sulfur and an acrylate group.

상기 친수성 공단량체는 상기 공단량체는 메타크릴산(methacrylic acid), 2-카복시에틸 아크릴산(2-carboxyethyl acrylate), 다이알릴 말레이트(diallyl maleate) 및 글리시딜 메타크릴산(glycidyl methacrylate)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있으며 가장 바람직하게는 2-카복시에틸 아크릴산일 수 있다. The hydrophilic comonomer may be selected from the group consisting of methacrylic acid, 2-carboxyethyl acrylate, diallyl maleate, and glycidyl methacrylate. And most preferably may be 2-carboxyethyl acrylic acid.

또한 본 발명은, 황과 아크릴레이트기를 갖는 친수성 공단량체를 역가황 반응시켜 제조한 다황화물(PS)을, 고분자물질이 용매에 혼합된 도프 용액에 첨가한 후 전기방사하여 제조한 수은 흡착제를 제공한다.The present invention also provides a mercury adsorbent prepared by adding a polysulfide (PS) prepared by an inverse vulcanization reaction of a hydrophilic comonomer having sulfur and an acrylate group to a dope solution in which a polymer substance is mixed with a solvent and then electrospinning do.

또한 본 발명은 다황화물(PS)과 고분자 물질을 포함하여 구성되는 나노 섬유 형태의 수은 흡착제로서, 상기 다황화물은 황과 아크릴레이트기를 갖는 친수성 공단량체를 역가황 반응시켜 제조한 것을 특징으로 하는 수은 흡착제를 제공한다.The present invention also relates to a nanofiber mercury adsorbent comprising a polysulfide (PS) and a polymer substance, wherein the polysulfide is produced by an inverse vulcanization reaction of a hydrophilic comonomer having sulfur and an acrylate group Thereby providing an adsorbent.

상기 고분자 물질은 폴리아크릴로니트릴(Polyacrylonitrile), 폴리술폰(Polysulfone), 폴리에테르술폰(Polyethersulfone), 폴리비닐리덴플루오라이드(Polyvinylidene fluoride), 셀룰로오스아세테이트(Cellulose acetate) 및 폴리비닐클로라이드(Polyvinyl chloride) 중에서 선택된 하나 이상을 포함하여 구성될 수 있다. 가장 바람직하게는 폴리아크릴로니트릴일 수 있다. The polymeric material may be selected from the group consisting of polyacrylonitrile, polysulfone, polyethersulfone, polyvinylidene fluoride, cellulose acetate, and polyvinyl chloride. And may include at least one selected. Most preferably polyacrylonitrile.

또한 본 발명은, 황과 아크릴레이트기를 갖는 친수성 공단량체를 역가황 반응시켜 제조한 다황화물(PS)을, 고분자물질이 용매에 혼합된 도프 용액에 첨가한 후 전기방사하여 수은 흡착용 나노 섬유 멤브레인을 제조하는 단계; 및 상기 멤브레인을 이용하여 수은이 포함된 용액으로부터 수은을 흡착하는 단계를 포함하는 수은 흡착 방법을 제공한다.In addition, the present invention relates to a method for producing a mercury-adsorbing nanofiber membrane (hereinafter, referred to as " nanofiber membrane ") for mercury adsorption by adding a polysulfide (PS) prepared by inversely vulcanizing a hydrophilic comonomer having sulfur and an acrylate group to a dope solution containing a polymer substance mixed with a solvent, Lt; / RTI > And a step of adsorbing mercury from a solution containing mercury by using the membrane.

본 발명에서 황과 친수성 공단량체를 역가황 반응시켜 제조한 다황화물을 포함하는 나노섬유 멤브레인은 수계에서 수은 흡착능이 우수하고, 수은에 대한 선택도가 높으며, 가공이 용이하고 반복적으로 재사용이 가능하다. 또한 종래의 역가황된 중합체의 대부분은 유리화 성질로 인해 수은 분리에 대한 적용이 제한적이었으나, 본 발명에 따르면 이러한 문제를 개선할 수 있다.In the present invention, a nanofiber membrane including a polysulfide prepared by inverse vulcanization reaction of sulfur and a hydrophilic comonomer has excellent mercury adsorption ability in a water system, has high selectivity to mercury, is easy to process, and can be repeatedly used . In addition, most of the conventional reverse-vulcanized polymers have limited application to mercury separation due to their vitrification properties, but according to the present invention, this problem can be solved.

도 1은 PS-PAN NM(1 M NaOH로 탈이온수 pH 조정, V=50 mL, m=25 mg PS)의 Na+ 회수에 관한 것이다.
도 2는 CEA를 S8에 직접 첨가하여 공중합시키는 방법에 관한 것으로 (a) 원소 황, CEA의 첨가부터 균일한 점성을 갖는 검정색 산물의 형성까지의 반응 과정에 대한 광학 이미지 및 (b) CEA와 S8의 공중합으로부터 폴리(S-r-CEA)를 형성하는 과정에 대한 모식도이다.
도 3은 CEA 및 S:CEA 몰비율별 폴리(S-r-CEA)(Poly(sulfur-random-carboxyethylacrylate)의 FTIR 스펙트럼에 관한 것이다.
도 4는 PS(S:CEA=2:1; 100 중량%)의 원소 분석 결과에 관한 것이다.
도 5는 PS 시료의 진동 레올로지(oscillatory rheology)에 관한 것으로 (a) S:CEA=1:2, (b) S:CEA=1:1 및 (c) S:CEA=2:1인 PS 시료에 관한 것이다.
도 6은 온도에 따라 S:CEA 몰비율별 다황화물의 점성 변화를 확인한 결과이다.
도 7은 20 ml/min 및 10℃/min 가열 속도의 질소분위기에서 S:CEA 몰비율별 다황화물을 동시 열분석한 결과에 관한 것이다.
도 8은 DMF를 용매로 사용하여 (a) 용융 전기방사 및 (b) 용액 전기방사를 통해 제조된 폴리(S-r-CEA)를 나타낸 것이다.
도 9는 S:CEA 몰비율별 다황화물에서 탄소와 황의 결합 에너지에 따른 강도를 표시한 도표이다. (a) 1:2 (b) 1:1 (c) 2:1
도 10은 S:CEA 몰비율별 다황화물의 접촉각을 확인한 결과이다.
도 11은 (a) 본 발명에 따른 역가황방법으로 다황화물을 제조하는 방법 (b) 다황화물과 PAN을 혼합하여 PS-PAN 나노섬유를 제조하는 방법에 대한 모식도이다.
도 12는 PS 로딩양에 따른 PS-PAN 나노섬유의 SEM 이미지(삽입도: 광학 이미지) 및 섬유 직경 분포에 관한 것이다.
도 13는 다황화물 로딩양에 따른 (a) 질소 흡착-탈착 곡선 및 (b) 나노섬유의 기계적 성질에 관한 것이다.
도 14는 다황화물과 나노섬유의 흡착 용량에 대한 S:CEA 몰비율별 효과에 관한 것이다(Co= 100 mg L-1, pH=5.4, T=30℃, 150 rpm, 48h).
도 15은 초기 pH별로 PS의 수은 흡착 용량 및 % 제거율에 관한 것이다(S:CEA=2:1, 100 중량%, Co= 100 mg L-1, T=30℃, 150 rpm, 48h).
도 16은 PS 로딩양(S:CEA=2:1)에 따른 PS-PAN NF의 평형 흡착 용량에 관한 것이다(Co= 100 mg L-1, pH=6, T=30℃, 150 rpm, 48h).
도 17은 PS의 흡착 등온선에 관한 것으로 (a) 랭뮤어 및 프로인드리히 등온 상수 및 열역학 특성에 대한 PS의 qe 도표(Co= 100-1000 mg L-1, pH=6, 150 rpm, 48h) (b) 랭뮤어 식 (c) 프로인드리히 식에 따른 도표이다.
도 18는 PS-PAN NM의 흡착 등온선에 관한 것으로 (a) 랭뮤어 및 프로인드리히 등온 상수 및 열역학 특성에 대한 온도별 PS-PAN NM의 qe 도표(Co= 100-800 mg L-1, pH=6, 150 rpm, 48h) (b) 랭뮤어 식 (c) 프로인드리히 식에 따른 도표이다.
도 19은 수은 결합 상호작용의 분광 특성에 관한 것으로 (a) 수은 흡착 전(빨간색) 및 후(검은색) PS-PAN NM의 FTIR 스펙트럼과 (b) 수은 흡착 전 및 (c) 수은 흡착 후 PS-PAN NM의 EDS 맵핑한 결과를 나타낸 것이다.
도 20은 전자 탐침 미량분석기법(electrone probe micro analysis, EPMA)을 통해 (a) 수은 흡착 전의 PS-PAN NM를 구성하는 탄소, 산소, 황 및 수은의 스펙트럼과 (b) 수은 흡착 후 PS-PAN NM를 구성하는 탄소, 산소, 황 및 수은의 스펙트럼을 나타낸 것이다.
도 21는 pH=6.0, m=25 mg PS인 용액에 Co=100-800 mg L-1인 수은을 사용하여 반트호프 플롯(plot)을 나타낸 것이다.
도 22은 pH=6.1에서 PS-PAN NM(S:CEA=2:1, 150 중량%)에서의 수은 흡착에 따른 시간 프로필(C0=200 및 800 mg L-1; T=30℃)을 나타낸 것이다.
도 23는 수은 흡착제인 PS-PAN 나노섬유의 재사용능 실험에 관한 것으로 (a) 용리제(C0=800 mg L-1, V=50 mL) 선정; (b) HCl 농도 최적화; (c) PS-PAN 나노섬유의 흡착-탈착 사이클 성능 결과를 나타낸 것이다.
Figure 1 relates to Na + recovery of PS-PAN NM (deionized water pH adjustment with 1 M NaOH, V = 50 mL, m = 25 mg PS).
Figure 2 is a schematic view of a method of direct addition of CEA to S 8 , (a) an optical image of the reaction process from the addition of elemental sulfur, CEA, to the formation of a black product with uniform viscosity, and (b) a schematic diagram of a process for forming a poly (Sr-CEA) from copolymerization of S 8.
Figure 3 relates to the FTIR spectra of poly (Sr-CEA) (poly (sulfur-random-carboxyethylacrylate) with CEA and S: CEA molar ratios.
Fig. 4 relates to an elemental analysis result of PS (S: CEA = 2: 1; 100 wt%).
FIG. 5 is a graph illustrating the oscillatory rheology of a PS sample with PS (a) S: CEA = 1: 2, (b) S: CEA = 1: It relates to the sample.
FIG. 6 shows the result of confirming the viscosity change of the polysulfide at S: CEA molar ratio according to the temperature.
FIG. 7 relates to the results of simultaneous thermal analysis of polysulfides at S: CEA molar ratios in a nitrogen atmosphere at a heating rate of 20 ml / min and 10 ° C / min.
Figure 8 shows poly (Sr-CEA) prepared using (a) melt electrospinning and (b) solution electrospinning using DMF as a solvent.
FIG. 9 is a graph showing the strength of carbon and sulfur in the polysulfide with S: CEA mole ratio according to binding energy. FIG. (a) 1: 2 (b) 1: 1 (c) 2: 1
Fig. 10 shows the result of confirming the contact angle of polysulfide with S: CEA molar ratio.
11 is a schematic diagram of a method for producing PS-PAN nanofibers by (a) a method of producing a polysulfide by a reverse vulcanization method according to the present invention, and (b) mixing a polysulfide and PAN.
Fig. 12 relates to SEM images (insertion degree: optical image) and fiber diameter distribution of PS-PAN nanofibers according to the amount of PS loading.
Figure 13 relates to (a) the nitrogen adsorption-desorption curves and (b) the mechanical properties of the nanofibers with respect to the amount of polysulfide loading.
Figure 14 relates to the effect of S: CEA molar ratio on adsorption capacity of polysulfides and nanofibers (C o = 100 mg L -1 , pH = 5.4, T = 30 ° C, 150 rpm, 48 h).
Figure 15 relates to mercury adsorption capacity and% removal rate of PS by initial pH (S: CEA = 2: 1, 100 wt%, C o = 100 mg L -1 , T = 30 属 C, 150 rpm, 48 h).
Figure 16 relates to the equilibrium adsorption capacity of PS-PAN NF with PS loading (S: CEA = 2: 1) (C o = 100 mg L -1 , pH = 6, T = 30 ° C, 48h).
Figure 17 relates to adsorption isotherms of PS (a) q e diagram of PS for the Langmuir and Prodrive isotherm constants and thermodynamic properties (C o = 100-1000 mg L -1 , pH = 6, 150 rpm , 48h) (b) Langmuir equation (c) Prodrive equation.
Figure 18 relates to the adsorption isotherms for PS-NM PAN (a) Langmuir and pro Aldrich temperature of each PS-PAN NM for the isothermal constants and the thermodynamic properties q e Table (C o = 100-800 mg L - 1 , pH = 6, 150 rpm, 48 h) (b) Langmuir equation (c) Prodrive equation.
Figure 19 relates to the spectroscopic characteristics of mercury-binding interactions. (A) FTIR spectra of PS-PAN NM before mercury adsorption (red) and after (black), (b) Before mercury adsorption and (c) -PAN NM shows the result of EDS mapping.
FIG. 20 shows the spectra of carbon, oxygen, sulfur and mercury constituting the PS-PAN NM before mercury adsorption and (b) the spectrum of the PS-PAN after the mercury adsorption, through the electron probe microanalysis (EPMA) Oxygen, sulfur and mercury constituting the NM.
FIG. 21 shows a Van Hope plot using mercury with C o = 100-800 mg L -1 in a solution with pH = 6.0 and m = 25 mg PS.
Figure 22 shows the time profiles (C 0 = 200 and 800 mg L -1 ; T = 30 ° C) for mercury adsorption at PS = PAN NM (S: CEA = 2: 1, 150% .
FIG. 23 is a graph showing the re-use ability of PS-PAN nanofiber as a mercury adsorbent. (A) eluent (C 0 = 800 mg L -1 , V = 50 mL); (b) HCl concentration optimization; (c) adsorption-desorption cycle performance of PS-PAN nanofibers.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 본 발명의 목적, 특징, 장점은 이하의 실시예를 통하여 쉽게 이해될 것이다. 본 발명은 여기서 설명하는 실시예에 한정되지 않고, 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 여기서 소개되는 실시예는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 따라서 이하의 실시예에 의해 본 발명이 제한되어서는 안 된다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. The objects, features and advantages of the present invention will be readily understood through the following examples. The present invention is not limited to the embodiments described herein, but may be embodied in other forms. The embodiments described herein are provided to enable those skilled in the art to fully understand the spirit of the present invention. Therefore, the present invention should not be limited by the following examples.

본 발명에서는, 오염된 물 등에서 효율적으로 Hg2 +를 제거하기 위해 폴리다황화물(PS, poly(sulfur-random-acrylate)) 나노섬유 멤브레인(멤브레인 매트)를 설계하였다. 황의 소수성을 경감시키기 위해 서로 다른 친수성 공단량체(예: 메타크릴산, 2-카복시에틸 아크릴산, 글리시딜 메타그릴산 및 다이알릴 말레이트)를 사용하였다. In the present invention, a poly (sulfur-random-acrylate) (PS) nanofiber membrane (membrane mat) was designed to efficiently remove Hg 2 + from contaminated water and the like. Different hydrophilic comonomers (e.g., methacrylic acid, 2-carboxyethylacrylic acid, glycidyl methacrylate and diallyl maleate) were used to alleviate the hydrophobicity of the sulfur.

이하 본 발명의 일 실시예에서는, 끓는점이 높고 카복실기가 이가 이온에 대해 추가적인 가교 자리를 제공할 수 있다는 점을 고려하여 2-카복시에틸 아크릴산을 공단량체로 사용한 다황화물(PS)를 제조하였다. 제조된 PS는 유동 레올로지(flow rheology)를 갖고 있으며 디메틸 포름아마이드(DMF)를 포함하는 일반적인 용매에 용해될 수 있다. 폴리아크릴로니트릴(PAN)은 DMF 등에 대해 상대적으로 친수성이고 화학적으로 안정하며 용해도가 좋아서 균질한 PS-PAN 도핑 용액을 제조하는데 유리할 수 있어 폴리머 필터로 사용하였다. PS-PAN 도핑 용액은 전기방사를 통해 제조되어 형태학적 특성과 기계적 특성이 유리한 PS-PAN 나노섬유 멤브레인(NM)으로 제조하게 되었고, 재활용이 가능한 Hg2 + 분리용 흡착제로 효과적이라는 것을 확인하였다.In one embodiment of the present invention, a polysulfide (PS) using 2-carboxyethylacrylic acid as a comonomer is prepared in consideration of the fact that the boiling point is high and the carboxyl group can provide an additional crosslinking site for the bivalent ion. The prepared PS has a flow rheology and can be dissolved in a common solvent containing dimethylformamide (DMF). Polyacrylonitrile (PAN) was used as a polymer filter because it is relatively hydrophilic, chemically stable, and soluble in DMF and can be advantageous for producing homogeneous PS-PAN doping solution. The PS-PAN doping solution was prepared by electrospinning to produce PS-PAN nanofiber membrane (NM), which is favorable in morphological and mechanical properties, and is effective as a recyclable Hg 2 + adsorbent for separation.

재료material

황(99.5+%, 정제됨)은 Acros-Organics(USA)에서 구입하였고, 2-카복시에틸 아크릴산(2-carboxyethyl acrylate, CEA) 및 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile, PAN, 평균 분자량 = 150,000 g mol-1)은 Sigma Aldrich(USA)에서 구입하였다. Acros-Organics(USA)에서 구입한 염화 수은(mercury chloride, HgCl2, 99.5%), 염화 크로뮴(chromium chloride, CrCl2, 99.9%), 염화 아연(zinc chloride, ZnCl2, 98+%), Alfa Aesar(USA)에서 구입한 염화 납(lead chloride, PbCl2, 99%), 염화 카드뮴(cadmium chloride, CdCl2, >99%), Sigma Aldrich(USA)에서 구입한 염화 구리(copper chloride, CuCl2, ≥99%) 및 Fisher Chemicals(UK)에서 구입한 염화 니켈 육수화물(nickel chloride hexahydrate, NiCl2 6H2O, >98%)은 배치 흡착 실험에 사용되는 모의 수은이온과 중금속 용액을 제조하기 위해 사용하였다. Daejung Chemicals Co.Ltd.(South Korea)에서 구입한 중금속 등급 질산(HNO3, RHM 70%), Samchun Pure Chemical Co.Ltd.(South Korea)에서 구입한 염산(HCl, RHM 35-37%) 및 Promega Corp.(USA)에서 구입한 에틸렌다이아민테트라아세트산(ethylenediaminetetraacetic acid, 0.5M EDTA pH 8.0)은 PS-기반 나노섬유에 로딩된 수은 이온의 탈착을 평가하기 위해 사용하였다. 모든 화학약품은 추가 정제없이 사용하였다.Sulfur (99.5 +%, being purified) were purchased from Acros Organics-(USA), 2- carboxyethyl acrylate (2-carboxyethyl acrylate, CEA) and polyacrylonitrile (polyacrylonitrile, PAN, average molecular weight = 150,000 g mol - 1 ) was purchased from Sigma Aldrich (USA). Mercury chloride (HgCl 2 , 99.5%), chromium chloride (CrCl 2 , 99.9%), zinc chloride (ZnCl 2 , 98+%), and Alfa a chloride of lead purchased from Aesar (USA) (lead chloride, PbCl 2, 99%), chloride, cadmium (cadmium chloride, CdCl 2,> 99%), copper chloride purchased from Sigma Aldrich (USA) (copper chloride , CuCl 2 , ≫ = 99%) and nickel chloride hexahydrate (NiCl 2 ) purchased from Fisher Chemicals (UK) 6H 2 O,> 98%) were used to prepare simulated mercury ions and heavy metal solutions used in batch adsorption experiments. Heavy metal grade nitric acid (HNO 3 , RHM 70%) purchased from Daejung Chemicals Co., Ltd. (South Korea), hydrochloric acid (HCl, RHM 35-37%) purchased from Samchun Pure Chemical Co. Ltd. Ethylenediaminetetraacetic acid (0.5M EDTA pH 8.0) purchased from Promega Corp. (USA) was used to evaluate the desorption of mercury ions loaded on PS-based nanofibers. All chemicals were used without further purification.

<실시예: 수은 흡착용 나노섬유 멤브레인의 제조>&Lt; Example: Preparation of nanofiber membrane for mercury adsorption >

다황화물의 합성Synthesis of polysulfides

황(2 g, 0.06 moles)을 자석 젓개가 장착된 20 mL 유리 바이알에 첨가한 후 황이 녹을 때까지(~2분) 185℃에서 가열하였다. 다양한 몰비율의 S:공단량체를 이용하여 PS(다황화물)를 제조하기 위해 미리 가열된 산출한 양의 공단량체를 시린지(syringe)를 통해 첨가하였다. 공단량체 첨가시, 25-30분 후에 일정한 교반(검은색 용액 형성)에 의해 서서히 균질화된 2개의 층이 관찰되었다. 이후 가열을 멈추고 냉각시켜 점성이 있는 산물로 형성한 후 70℃에서 24시간동안 진공 건조하였다.Sulfur (2 g, 0.06 moles) was added to a 20 mL glass vial equipped with a magnetic stirrer and heated at 185 [deg.] C until sulfur had dissolved (~ 2 min). The amount of comonomer pre-heated to produce PS (polysulfide) with various molar ratios of S: comonomer was added via a syringe. When comonomer was added, after 25-30 minutes, two layers slowly homogenized by constant agitation (black solution formation) were observed. Thereafter, the heating was stopped and the product was cooled to form a viscous product, followed by vacuum drying at 70 DEG C for 24 hours.

다황화물 나노섬유 멤브레인(NM)의 제조Preparation of polysulfide nanofiber membrane (NM)

60℃에서 DMF(디메틸포름아미드)에 10 중량%의 폴리아크릴로니트릴(PAN)을 용해시켜 도프 용액(dope solution)을 제조하였다. PAN의 용해과정에서(1시간), PS(PAN 중량 대비 100, 150 및 200 중량%)를 첨가하였고 3시간동안 추가로 교반하였다. 60℃에서 4시간동안 혼합한 후, PS-PAN 도프 용액을 4시간동안 일정하게 교반하면서 실온(room temperature)에서 냉각시켰다.10 wt% of polyacrylonitrile (PAN) was dissolved in DMF (dimethylformamide) at 60 ° C to prepare a dope solution. In the dissolution process of the PAN (1 hour), PS (100, 150 and 200 wt% based on the weight of PAN) was added and further stirred for 3 hours. After mixing for 4 hours at 60 ° C, the PS-PAN dope solution was cooled at room temperature with constant stirring for 4 hours.

도프 용액은 전기방사 기계(Model: ESP200D/ESP100D, NanoNC Co., Ltd., South Korea)로 전기방사 하였다. 도프 용액 12 mL를 폴리프로필렌(polypropylene) 시린지로 옮기고 시린지 펌프(KD Scientific 750, South Korea)를 사용하여 4 mL h-1의 일정한 유동속도에서 0.21 mm의 내부 직경을 갖는 니들(needle)을 통해 주입시켰다. 22-25 kV의 DC 전원을 금속 노즐과 알루미늄 포일로 싸여진 회전 스테인리스 스틸 리시버(receiver) 사이에 걸었다. 드럼-회전형 콜렉터는 500 rpm으로 회전하였고 니들로부터 120 mm 떨어져 있도록 하였다. PS-PAN NM는 30℃에서 24시간동안 진공건조 하였다.The dope solution was electrospun to an electrospinning machine (Model: ESP200D / ESP100D, NanoNC Co., Ltd., South Korea). 12 mL of the dope solution was transferred to a polypropylene syringe and injected via a needle having an internal diameter of 0.21 mm at a constant flow rate of 4 mL h -1 using a syringe pump (KD Scientific 750, South Korea) . A 22-25 kV DC power source was placed between the metal nozzle and a rotating stainless steel receiver wrapped with aluminum foil. The drum-rotatable collector was rotated at 500 rpm and spaced 120 mm from the needle. PS-PAN NM was vacuum dried at 30 ° C for 24 hours.

<실험예><Experimental Example>

물성 분석Property Analysis

PS 시료의 푸리에 변형 적외선(Fourier transform infrared, FTIR) 스펙트럼은 표준 ATR 방법을 사용하여 실온에서 Cary 630 FTIR(Agilent Technologies, USA) 분광광도계로 분석하였다. 원소 분석은 Elementar Vario EL cube(Germany)를 사용하여 수행하였다. PS 내 탄소, 수소, 산소, 질소 및 황(% CHONS)은 열전도탐지기를 사용하여 가연성 분석(combustible analysis)을 통해 결정하였다. PS 시료의 열적 거동을 측정하기 위해 동시 DTA-TG 기기(DTG-60H, DTA-TG 기기, Shimadzu, Japan)를 사용하였다. 20-25 mg 사이 크기의 시료를 각 실험마다 사용하였다. 실험로(furnace)는 20 mL min-1의 속도에서 질소로 퍼징(purging)하고 10℃ min-1의 가열 속도로 30℃에서부터 1000℃까지 가열시켰다. PS 시료의 레올로지(rheologies)는 Ares G2 레오미터(rheometer) (USA)를 사용하여 표준 진동 온도 램프 방법(standard oscillatory temperature ramp method)을 통해 결정하였다. 강제 대류 오븐(forced convection oven) 평행판(25 mm) 위에 시료를 올린 후 시료를 6.28 rad s-1의 각속도로 35℃에서 85℃까지 1℃ min-1의 가열 속도로 주입하여 서로 다른 온도에서의 저장(G′) 및 손실(G″) 탄성률, 점성 및 위상각(δ)을 결정하였다. PS-PAN NM의 형태 및 표면 특성은 에너지 분산형 X-선 분광분석기(Energy Dispersive X-ray Spectrometer, EDS, 50 mm2 X-maxN, Horiba, Japan)가 장착된 전계방출형 주사전자현미경(Field Emission Scanning Electron Microscope, FE-SEM, SU-70 Jitachi, Japan)으로 분석하였다. NM의 기계적 특성은 1 kN load cell이 장착된 Universal Testing Machine(UTM LFPlus, Lloyd Instruments, Ametec Inc., UK)을 사용하여 인장 시험(pull to break)을 통해 평가하였다. 0.02 kg-f만큼 미리 로딩되어 있던 절단된 시료(20 mm×50 mm)는 50 mm min-1의 크로스-헤드(cross-head) 속도 조건에서 분석하였다. 제조된 나노섬유의 실제 밀도(ρT)는 피크노미터(pycnometer) 방법으로 측정하였다. 브루나우어-에메트-텔러(Brunauer-Emmett-Teller, BET) 표면적은 Belsorp-mini Ⅱ(Mel Japan, Inc.)을 사용하여 수행하였다. 질소 흡착/탈착 등온선은 0.01과 1.0 사이의 상대 압력 범위(p p o -1 )에서 결정하였다. 나노섬유의 공극 크기 분포는 모세관 유동 포로미터(capillary flow porometer, CFP-1200AE, Porous Materials, Inc., USA)를 사용하여 측정하였다. 건조/습윤 모드는 습윤제인 Galwick(표면장력: 15.9 dynes/cm)을 사용하여 수행하였다.Fourier transform infrared (FTIR) spectra of PS samples were analyzed using a Cary 630 FTIR (Agilent Technologies, USA) spectrophotometer at room temperature using standard ATR methods. Elemental analysis was carried out using an Elementar Vario EL cube (Germany). Carbon, hydrogen, oxygen, nitrogen and sulfur (% CHONS) in PS were determined by combustible analysis using a thermal conductivity detector. A simultaneous DTA-TG instrument (DTG-60H, DTA-TG instrument, Shimadzu, Japan) was used to measure the thermal behavior of the PS sample. Samples between 20-25 mg were used for each experiment. The furnace was purged with nitrogen at a rate of 20 mL min -1 and heated from 30 ° C to 1000 ° C at a heating rate of 10 ° C min -1 . The rheologies of the PS samples were determined using a standard oscillatory temperature ramp method using an Ares G2 rheometer (USA). The sample was placed on a forced convection oven parallel plate (25 mm) and the sample was injected at a heating rate of 6.28 rad s -1 at a heating rate of 1 ° C min -1 from 35 ° C to 85 ° C, The storage (G ') and loss (G ") moduli of elasticity, viscosity and phase angle (δ) were determined. The morphology and surface characteristics of PS-PAN NM were measured by field emission scanning electron microscopy (SEM) equipped with an energy dispersive X-ray spectrometer (EDS, 50 mm 2 X-max N , Horiba, Japan) Field Emission Scanning Electron Microscope, FE-SEM, SU-70 Jitachi, Japan). The mechanical properties of NM were evaluated by a pull-to-break test using a Universal Testing Machine (UTM LFPlus, Lloyd Instruments, Ametec Inc., UK) equipped with a 1 kN load cell. Cut samples (20 mm x 50 mm) preloaded by 0.02 kg-f were analyzed at a cross-head speed of 50 mm min -1 . The actual density (rho T ) of the nanofibers produced was measured by a pycnometer method. Brunauer-Emmett-Teller (BET) surface area was performed using Belsorp-mini II (Mel Japan, Inc.). Nitrogen adsorption / desorption isotherms were determined in a relative pressure range ( pp o -1 ) between 0.01 and 1.0. The pore size distribution of the nanofibers was measured using a capillary flow porometer (CFP-1200AE, Porous Materials, Inc., USA). The drying / wetting mode was carried out using a wetting agent, Galwick (surface tension: 15.9 dynes / cm).

흡착 실험Adsorption experiment

수은 분리에 대한 PS와 PS-PAN의 효과는 평형 흡착 실험을 통해 평가하였다. 사전에 계량된 PS(25 mg), 순수 PAN 나노섬유(25 mg) 및 각기 다른 양의 PS(시료 질량: 100 wt%=50 mg; 150 wt%=41.67 mg; 200 wt%=37.31 mg; 시료 내 25 mg 폴리(S-r-CEA) 포함)가 로딩된 PS-PAN을 0.5 M HCL로 세척한 후, DI 워터로 pH=7이 될 때까지 전체적으로 씻어냈다. 시료는 50℃에서 12시간 동안 진공 건조한 후, 데시케이터에 저장하고 실제 질량(m)을 결정하기 위해 중량을 측정하였다. 시료는 50 mL 모의 수은 용액(simulated Hg2 + solution)에 담가두었고 24시간 동안 30℃에서 진탕배양기(160 rpm)에 두었다. 흡착 용량(q e )값은 하기 방정식 1에 따라 계산하였다:The effects of PS and PS-PAN on mercury separation were evaluated through equilibrium adsorption experiments. (25 mg), pure PAN nanofibers (25 mg) and different amounts of PS (sample mass: 100 wt% = 50 mg; 150 wt% = 41.67 mg; 200 wt% = 37.31 mg; The PS-PAN loaded with 25 mg poly (Sr-CEA) was washed with 0.5 M HCL and then rinsed thoroughly with DI water until pH = 7. The samples were vacuum dried at 50 ° C for 12 hours, then stored in a desiccator and weighed to determine the actual mass ( m ). The samples were immersed in 50 mL simulated Hg 2 + solution and placed in a shaker incubator (160 rpm) at 30 ° C for 24 hours. Adsorption capacity ( q e ) values were calculated according to the following equation:

Figure pat00001
(방정식 1)
Figure pat00001
(Equation 1)

여기서 C o C e 는 각각 초기 수은 농도와 평형 수은 농도를 의미하며, V는 용액의 부피를 의미한다.Where C o and C e mean initial mercury concentration and equilibrium mercury concentration, respectively, and V means the volume of the solution.

사전 실험(도 1)에서 PS-PAN NM가 Na+에 대해 친화성을 갖지 않는다는 것을 확인하였으므로, 수은 흡착에 대한 pH의 효과를 확인하는 실험에서 주입 용액의 pH를 조정하기 위해 1 M NaOH를 사용하였다. PS-PAN NM에서 수은 흡착에 대한 흡착 등온선 및 열역학적 특성을 확인하기 위해 초기 수은 농도가 다르고(Co=100-800 mg L-1) 온도가 다른(30-60℃) 조건에서 흡착 실험을 수행하였다. 흡착 거동은 평형에 도달할 때까지 흡착 시간(t)이 변화하는 동안의 리튬 회수(q t )를 측정하여 평가하였다(방정식 2):Since it was confirmed in the preliminary experiment (FIG. 1) that PS-PAN NM had no affinity for Na + , 1 M NaOH was used to adjust the pH of the infusion solution in experiments confirming the effect of pH on mercury adsorption Respectively. To determine the adsorption isotherm and thermodynamic properties for mercury adsorption in PS-PAN NM, adsorption experiments were performed at different initial mercury concentrations (C o = 100-800 mg L -1 ) at different temperatures (30-60 ° C) Respectively. The adsorption behavior was evaluated by measuring the lithium recovery ( q t ) during the time of adsorption ( t ) change until equilibrium was reached (equation 2):

Figure pat00002
(방정식 2)
Figure pat00002
(Equation 2)

다른 중금속에 대한 PS-PAN NM의 친화성은 농업용 토양 내 중금속의 평균 산추출성 농도(average acid-extractable concentration)를 기반으로 한 모의 중금속 용액(예: Cr3 +, Cu2 +, Zn2 +, Pb2 +, Ni2 +, Cd2 + 및 Hg2 +)에서의 흡착 실험을 수행하여 확인하였다. 흡착 평형 전과 후의 양이온 농도는 유도 결합 플라즈마 질량 분석기(inductively coupled plasma mass spectrometry, (ICP-MS Agilent series, USA))를 사용하여 분석하였다. The affinity of PS-PAN NM to other heavy metals is determined by the simulated heavy metal solution (eg Cr 3 + , Cu 2 + , Zn 2 + , etc.) based on the average acid-extractable concentration of heavy metals in agricultural soils Pb 2 + , Ni 2 + , Cd 2 + and Hg 2 + ). Cation concentration before and after adsorption equilibrium was analyzed by inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS Agilent series, USA).

흡탈착 반복 실험Repeated adsorption / desorption experiments

흡착된 수은을 용출시키기 위해 각기 다른 산 용액을 용리제(stripping agents)로 사용하였다. 수은이 로딩된 PS-PAN NM은 50 mL의 0.5 M HCL, 0.5 M HNO3 또는 0.5 M EDTA로 처리하였다. 용리제는 ICP-MS(하기 분석 방법 섹션 참고)를 사용하여 분석하였고 탈착된 수은에 대한 용리제의 효과를 비교하였다. 가장 효과가 좋은 용리제의 농도는 흡착된 수은을 100% 용출시키도록 최적화되었다. 그 후 가장 효과가 좋은 용리제의 최적 농도는 PS-PAN NM의 재사용능을 평가하기 위한 흡착-탈착 사이클 반복 실험에 적용하였다. 재생된 나노섬유는 DI 물로 중성 pH에 도달할 때까지 세척하였다. 세척된 나노섬유는 50℃에서 4시간동안 진공건조시키고, 무게를 다시 측정한 후 다음 흡착 사이클에 사용하였다.Different acid solutions were used as stripping agents to elute the adsorbed mercury. Mercury-loaded PS-PAN NM was treated with 50 mL of 0.5 M HCL, 0.5 M HNO 3, or 0.5 M EDTA. The eluents were analyzed using ICP-MS (see section below) and the effect of eluents on desorbed mercury was compared. The most effective concentration of eluent was optimized to elute 100% of adsorbed mercury. The optimal concentration of the most effective eluent was then applied to an adsorption-desorption cycle repeat experiment to evaluate the reusability of PS-PAN NM. The regenerated nanofibers were washed with DI water until neutral pH was reached. The washed nanofibers were vacuum dried for 4 hours at 50 &lt; 0 &gt; C, weighed again and used for the next adsorption cycle.

분석 방법Analysis method

주입 용액, 수은이 용출된 용액 및 수은을 용출하기 위한 산성 용액과 같은 수용액을 수집하고 0.2 ㎛ PVDF 시린지 필터를 통해 여과시켰다. ICP-MS 분석 전에, 5 mL 시료 일부를 MARS-5 마이크로 오븐(CEM, USA)에서 산으로 사전 처리(10 mL 60% HNO3, 0.2 mL 35% HCl 및 5 mL DI 물)하였다. 처리된 시료는 100 mL 폴리프로필렌 부피 플라스크에 중력을 통해 이동시켜 여과하고 탈이온(DI)수로 희석시켰다. 원소 분석은 유도 결합 플라즈마 질량 분석기(inductively coupled plasma mass spectrometry, (ICP-MS Agilent 7500 series, USA))를 사용하여 수행하였다. 수은의 메모리 효과를 피하기 위해, Au3 +(5 mg L- 1)을 AuCl3 형태로 모든 시료와 표준 용액 및 세척 용액에 첨가하였다. An aqueous solution, such as the injection solution, the mercury-eluted solution and the acid solution for eluting mercury was collected and filtered through a 0.2 μm PVDF syringe filter. Prior to ICP-MS analysis, 5 mL sample portion to MARS-5 was a microwave oven (CEM, USA) pre-treatment (10 mL 60% HNO 3, 0.2 mL 35% HCl and 5 mL DI water) in the acid. The treated sample was transferred to a 100 mL polypropylene volumetric flask by gravity, filtered and diluted with deionized (DI) water. Elemental analysis was performed using inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS Agilent 7500 series, USA). In order to avoid the memory effect of the mercury, Au 3 + - the (5 mg L 1) was added to all samples and standards and cleaning solutions in the form of AuCl 3.

실험예 1: 합성된 다황화물(Polysulfide, PS)의 공중합 특성 분석EXPERIMENTAL EXAMPLE 1 Analysis of Copolymerization Properties of Synthesized Polysulfide (PS)

역가황 반응으로 PS를 합성하기 위해 공단량체 선택시 고려 사항 중 하나는 S8의 바닥 온도(T f =159℃)보다 더 높은 온도에서 공단량체의 휘발을 저해할 수 있는 고비점(high boiling point)이다. 이 온도에서는 ROP(ring opening polymerization)를 통해 황 라디칼(radicals)이 생성되고 라디칼이 공단량체의 비닐기와 반응할 것으로 예상된다. 이전에는 1,3-다이이소프로페닐벤젠(1,3-diisopropenylbenzene, DIB b.p. = 231℃), 1,3-다이에티닐벤젠(1,3-diethynylbenzene, DEB b.p. = 189℃) 및 d-리모넨(d-limonene (b.p. = 178℃))을 사용하였다. 그러나 수은 분리에 적용하기 위해서는 황의 소수성을 경감시킬 수 있도록 최종 생성된 다황화물의 친수성도 고려해야 한다. 이는 PS와 수용성 공급원 사이의 좋은 접촉상태를 유지하게 하여 대량 공급 용액으로부터 흡착제로의 수은 이온의 확산을 촉진할 수 있다(결과적으로 폴리 설파이드 상의 수은 이온의 흡착). 본 실험에서는 메타크릴산, 2-카복시에틸 아크릴산, 다이알릴 말레이트 및 글리시딜 메타크릴산을 180℃에서 직접 첨가하여 황 원소(S8)와의 공중합 테스트를 수행하였다. 표 1은 S8과 반응하는 공단량체 각각의 구조와 최종 생성물의 광학 이미지를 보여준다. One of the considerations in comonomer selection for the synthesis of PS by the reverse vulcanization reaction is the high boiling point which can inhibit volatilization of comonomers at higher temperatures than the bottom temperature of S 8 ( T f = 159 ° C) )to be. At this temperature, it is expected that the radicals will be formed through ROP (ring opening polymerization) and the radical will react with the vinyl group of the comonomer. Previously, 1,3-diisopropenylbenzene (DIB bp = 231 ° C), 1,3-diethynylbenzene (DEB bp = 189 ° C) and d-limonene (d-limonene (bp = 178 ° C)) was used. However, for application to mercury separation, the hydrophilicity of the final polysulfide must also be considered to reduce the hydrophobicity of the sulfur. This can promote the diffusion of mercury ions from the bulk feed solution to the adsorbent by maintaining good contact between the PS and the aqueous source (and consequently the adsorption of mercury ions on the polysulfide). In this experiment, a copolymerization test with a sulfur element (S 8 ) was conducted by directly adding methacrylic acid, 2-carboxyethyl acrylic acid, diallyl maleate and glycidyl methacrylic acid at 180 ° C. Table 1 shows the structure of each comonomer reacting with S 8 and the optical image of the final product.

황 원소(S8)와 반응하는 친수성 공단량체[황:공단량체(mol) = 1:1]The hydrophilic comonomer (sulfur: comonomer (mol) = 1: 1) reacting with the sulfur element (S 8 ) 공단량체Comonomer 구조rescue 황과 공단량체의 반응 산물The reaction product of sulfur and comonomer 메타크릴산Methacrylic acid

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2-카복시에틸 아크릴산2-carboxyethylacrylic acid
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다이알릴 말레이트Diallyl maleate
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글리시딜 메타크릴산Glycidyl methacrylic acid
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카복실화된 단량체(예: 메타크릴산 및 2-카복시에틸 아크릴산)는 상기 단량체의 카복실기가 2가 이온에 대한 교차 결합 자리를 제공할 수 있으므로 첫 번째로 실험하였다. 용융된 황에 공단량체를 첨가했을 때 두 개의 액상 층을 관찰할 수 있었다(도 2a). 용융된 황은 보통 유기 시약과 섞이지 않으므로 두 가지의 상을 갖는 혼합물이 된다. 그러나 혼합물을 S8T f 이상의 온도에서 교반하고 가열함으로써 S8의 혼합을 촉진시킬 수 있다. 상기 혼합은 S8과 공단량체 사이의 반응을 촉진하여 단일상이면서 검은색의 점성이 있는 용액을 형성하였다(도 2a). 용융된 S8에 메타크릴산을 첨가하였을 때 액체 혼합물이 끓는 것을 관찰할 수 있었다. 이는 메타크릴산의 끓는점(161℃)이 S8T f 와 거의 유사하기 때문에 반응 온도(180℃)에서 메타크릴산의 증발로 이어졌다. 반응 산물의 광학 이미지는 균일하지 않은 색 분포를 보여주고 있는데 이는 증발된 메타크릴산으로 인해 반응이 불완전하게 진행됐기 때문이다. 이로 인해 2-카복시에틸 아크릴산(T b = 271℃)이 좋은 공단량체 후보일 것으로 판단되었다. 2-카복시에틸 아크릴산과 S8을 반응시킨 결과, 검은색의 점성이 있는 산물을 형성하였다. 잠재적 교차 결합 자리에 3개의 비닐기를 포함하는 다이알릴 말레이트(T b = 264℃)에 대해서도 실험하였다. 다이알릴 말레이트와 S8을 반응시킨 결과, 고체의 비점성 산물이 형성되었다. 그러나 180℃에서도 산물은 고체로 남아있었는데 이는 황 사슬과 다이알릴 말레이트 사이에 매우 많은 교차 결합이 형성되었음을 의미한다. 마지막으로, 에폭시 레진의 단량체로 사용되는 글리시딜 메타크릴산(T b = 189℃)에 대해 실험하였다. 실험 결과, 다이알릴 말레이트로 실험했을 때와 유사한 산물을 획득하였다. 생성된 산물은 100℃에서도 고체였다. 이러한 실험 결과에 근거하여, S8과 2-카복시에틸 아크릴산의 반응으로 생성된 일관된 특성을 보이는 다황화물에 대해 추가로 실험을 진행하였다. Carboxylated monomers such as methacrylic acid and 2-carboxyethyl acrylic acid have been tested for the first time since the carboxyl groups of the monomers may provide cross-linking sites for divalent ions. When the comonomer was added to the molten sulfur, two liquid phase layers could be observed (Figure 2a). The molten sulfur is not usually mixed with the organic reagent, resulting in a mixture having two phases. However, by stirring the mixture in the S 8 T f or more and the heating temperature may facilitate the mixing of the S 8. The mixing facilitated the reaction between S 8 and the comonomer to form a single-phase, black, viscous solution (Figure 2a). It was observed that when the methacrylic acid was added to the molten S 8 , the liquid mixture boiled. This was due to the evaporation of methacrylic acid at the reaction temperature (180 ° C) because the boiling point (161 ° C) of methacrylic acid was almost similar to the T f of S 8 . The optical image of the reaction product shows an uneven color distribution because the reaction is incomplete due to evaporated methacrylic acid. It was therefore determined that 2-carboxyethylacrylic acid ( T b = 271 ° C) was a good comonomer candidate. As a result of reacting 2-carboxyethyl acrylic acid with S 8 , a black viscous product was formed. Dialyl malate ( T b = 264 ° C) containing three vinyl groups in the potential cross-linking sites was also tested. Reaction of diallyl maleate with S 8 resulted in the formation of a solid inviscid product. However, at 180 ° C, the product remained a solid, meaning that there was a very high degree of cross-linking between the sulfur chain and the diallyl maleate. Finally, the glycidyl monomer is used as the epoxy resin dill methacrylic acid (T b = 189 &lt; 0 &gt; C). As a result of the experiment, a product similar to that in the experiment with diallyl maleate was obtained. The resulting product was also solid at 100 占 폚. On the basis of these experimental results, further experiments were carried out on the polysulfides having consistent properties produced by the reaction of S 8 with 2-carboxyethylacrylic acid.

도 3은 2-카복시에틸 아크릴산(CEA)과 S:CEA 몰비율이 서로 다른 PS의 FTIR 스펙트럼을 보여준다. 카복시기의 OH에 해당하는 2500-3400 cm-1의 넓은 피크는 모든 시료에서 나타났다. 모든 시료에서 나타나는 특징적인 피크로는 sp2 C=O를 나타내는 1640-1810 cm-1의 강력한 피크와 알콕시 C-O 결합을 나타내는 1050-1150 cm-1 피크인 것으로 나타났다. 주목할 만한 스펙트럼으로는 CEA에서 관찰되는 1620-1680 cm-1 사이에 나타나는 sp2 C=C 결합이며, 이는 다황화물 산물의 스펙트럼에서는 나타나지 않았다. 이는 CEA의 비닐기가 S8의 ROP에서 생성되는 자유 라디칼의 라디칼 공격에 의해 소비되었다는 것을 의미한다. 아울러, 다황화물 산물에서 S-S 신축에 해당하는 550-700 cm-1, C-S 신축에 해당하는 570-710 cm-1 피크와 S-H 결합에 해당하는 매우 약한 2640-2650 cm-1 피크가 관찰되었으나 CEA에서는 관찰되지 않았다. 이는 원소 분석에서 나타난 바와 같이 황과 CEA 사이에 성공적인 자유 라디칼 중합이 이루어져 황이 풍부한(42%) PS(도 4)를 생성하였다는 것을 의미한다.Figure 3 shows the FTIR spectra of 2-carboxyethylacrylic acid (CEA) and PS with different molar ratios of S: CEA. A broad peak of 2500-3400 cm -1 corresponding to the OH of the carboxy group was observed in all samples. The characteristic peaks appearing in all samples were a strong peak of 1640-1810 cm -1 indicating sp 2 C = 0 and a peak of 1050-1150 cm -1 indicating alkoxy CO bonding. A notable spectrum is the sp 2 C = C bond between 1620-1680 cm -1 observed in CEA, which is not present in the spectrum of the polysulfide product. This means that the consumption by the radical attack of free radicals produced by the vinyl group of the CEA ROP of S 8. In addition, in the polysulfide product, a peak of 550-700 cm -1 corresponding to SS stretching, a peak of 570-710 cm -1 corresponding to CS stretching, and a very weak 2640-2650 cm -1 peak corresponding to the SH bond were observed. However, CEA Not observed. This means that successful free radical polymerization between sulfur and CEA was achieved as shown in the elemental analysis, producing sulfur rich (42%) PS (FIG. 4).

실험예Experimental Example 2:  2: 다황화물(PS)의Of polysulfide (PS) 레올로지Rheology 특성 및 열 특성 분석 Characteristic and thermal characterization

PS의 열역학적 특성에 대한 황:공단량체 몰비의 영향을 확인하기 위해 동시열분석(simultaneous thermal analysis(STA))과 결합된 진동 레올로지(oscillatory rheology)를 수행하고 그 결과를 도 5에 나타내었다. 모든 시료는 온도 의존적인 것으로 확인되었으며 점성을 갖는 상태를 나타내었다(도 6). 점성 범위(즉, 점성)는 CEA의 몰량이 증가함에 따라 증가하였다. 초기 온도인 35℃에서, S:CEA=2:1인 PS가 가장 작은 점성(2,864 Pa-s)을 보였으며 이어서 S:CEA=1:1(10,004 Pa-s)인 PS순으로 점성이 작게 나타났고, S:CEA=1:2(36,670 Pa-s)인 PS가 가장 점성이 큰 것으로 나타났다.The oscillatory rheology combined with simultaneous thermal analysis (STA) was performed to confirm the effect of sulfur: comonomer mole ratio on the thermodynamic properties of PS, and the results are shown in FIG. All samples were confirmed to be temperature dependent and exhibited a viscous state (Figure 6). The viscosity range (ie, viscosity) increased with increasing molar amount of CEA. PS at S: CEA = 2: 1 exhibited the smallest viscosity (2,864 Pa-s) at an initial temperature of 35 ° C, followed by PS with S: CEA = 1: 1 (10,004 Pa-s) , And the PS with S: CEA = 1: 2 (36,670 Pa-s) was the most viscous.

STA를 통해, 220-290℃ 사이에서 PS가 분해되었으며 250℃까지 상당한 양의 PS가 분해된 것을 확인하였다(도 7). 이러한 분해 양상은 해중합 과정(S-S 결합 절단)에 기인한 흡열반응이다. 아울러, 유리 전이 온도(T g )뿐만 아니라 분해 온도 양상은 황의 양이 증가(예: S:CEA 몰비율 증가)함에 따라 감소하였다. 공중합체에 대한 황의 양이 증가함에 따라 점성, 남은 %중량(% weight remaining) 및 T g 가 감소하는 경향을 나타내었었다. 이러한 경향은 황의 양이 많을수록 PS 내 황 사슬의 길이(sulfur rank)가 길어진다는 가설과 일치한다. S-S(226 kJ mol-1) 결합 에너지가 C-S(272 kJ mol-1), C-C(346 kJ mol-1), C-O(358 kJ mol-1) 및 C=O(799 kJ mol- 1)와 같은 분자 간 결합보다 약하다는 점을 고려하면, 많은 양의 황(예: S:CEA = 2:1)을 갖는 PS가 적은 양의 황을 갖는 PS보다 상대적으로 낮은 온도에서 분해되고 낮은 T g 를 갖는 것을 예상할 수 있다. 따라서 PS의 열역학적 특성은 황과 CEA의 비율을 변화시키면서 조절할 수 있다.Through STA, PS was decomposed between 220-290 ° C, and a significant amount of PS was decomposed up to 250 ° C (FIG. 7). This decomposition is an endothermic reaction due to the depolymerization process (SS bond cleavage). In addition, the decomposition temperature profile as well as the glass transition temperature ( T g ) decreased with increasing sulfur content (eg S: CEA molar ratio increase). As the amount of sulfur in the copolymer increased, the viscosity, remaining% weight and T g tended to decrease. This tendency is consistent with the hypothesis that the higher the amount of sulfur, the longer the sulfur rank in the PS. Such as - (1 799 kJ mol) SS (226 kJ mol -1) the binding energy the CS (272 kJ mol -1), CC (346 kJ mol -1), CO (358 kJ mol -1) and C = O Considering that it is weaker than an intermolecular bond, PS with a large amount of sulfur (eg S: CEA = 2: 1) decomposes at a relatively lower temperature than PS with a low amount of sulfur and has a low T g &Lt; / RTI &gt; Thus, the thermodynamic properties of PS can be controlled by varying the ratio of sulfur to CEA.

실험예 3: PS-PAN 나노섬유 멤브레인(NM)의 특성 분석Experimental Example 3: Characterization of PS-PAN nanofiber membrane (NM)

고온(elevated temperature)에서 폴리(S-r-CEA) 시료의 온도 의존성 및 유동적인 점성(flowing viscosity)을 고려하여 용융 전기방사를 통해 시료를 가공하였다. 전기방사를 하는 동안(도 8a) 다황화물을 시린지 히터(Heater Kit 5SP, New Era Pump Systems, Inc., USA)를 사용하여 폴리프로필렌 시린지에서 가열하였다. 시린지 히터는 60℃로 설정하였다. 상기 온도에서, S:CEA=2:1, 1:1 및 1:2의 PS는 각각 3.26 Pa-s, 25.14 Pa-s 및 101.6 Pa-s의 점성을 갖는 것을 확인하였다. 비록 상기 PS의 점도(점성)는 용액 전기방사에서 일반적으로 제조되는 폴리머 도프 용액의 점도(<5 Pa-s)를 초과하지만, 용융 전기방사에서 제조되는 일반적인 용융 폴리머(40-200 Pa-s)의 점도보다는 낮다.The samples were processed by melt electrospinning considering the temperature dependence and the flowing viscosity of the poly (S-r-CEA) sample at elevated temperature. During electrospinning (FIG. 8A), the polysulfide was heated in a polypropylene syringe using a syringe heater (Heater Kit 5SP, New Era Pump Systems, Inc., USA). The syringe heater was set at 60 캜. At this temperature, it was confirmed that PS of S: CEA = 2: 1, 1: 1 and 1: 2 had viscosities of 3.26 Pa-s, 25.14 Pa-s and 101.6 Pa-s, respectively. Although the viscosity (viscosity) of the PS exceeds the viscosity (<5 Pa-s) of the polymer dope solution generally prepared in solution electrospinning, the general molten polymer (40-200 Pa-s) Lt; / RTI &gt;

PS에서 섬유를 뽑아내기 위해 유속, 전압, 수집 거리(collection distance) 및 방사구(spinneret) 직경과 같은 공정 매개 변수를 조정하였지만, 섬유로 제조하기는 어려웠다. 용액 전기방사를 통해 PS를 가공(process)하였을 때에도 상기와 유사한 결과를 관찰할 수 있었다. The process parameters such as flow rate, voltage, collection distance and spinneret diameter were adjusted to extract the fibers from the PS, but they were difficult to fabricate with fibers. Similar results were obtained when PS was processed through solution electrospinning.

이후 DMF에 폴리(S-r-CEA)를 용해시켜 폴리(S-r-CEA) 도프 용액(도 8b)을 제조하였다. 도프 용액의 점성을 조절하기 위해 DMF에 각기 다른 양으로 PS를 로딩하였다. 그러나 제조된 PS 사이에서 유사한 얼룩을 관찰할 수 있었다. 이는 용융 전기방사에서 냉각 또는 용액 전기방사에서 용매의 증발이 리시버에서 PS를 경화시키는 동안, 온도가 약간 상승하면서 온도에 민감한 PS의 점성으로 인해 얼룩이 생기기 때문이다.The poly (S-r-CEA) dope solution (Fig. 8b) was then prepared by dissolving poly (S-r-CEA) in DMF. PS was loaded in DMF in different amounts to control the viscosity of the dope solution. However, similar stains were observed between the PSs produced. This is because the evaporation of the solvent in cooling or solution electrospinning in molten electrospinning causes staining due to the viscosity of the temperature sensitive PS while the temperature is slightly increased while the PS is curing in the receiver.

이를 해결하기 위해, PAN를 폴리머 필러로 첨가하였다. 친수성과 DMF에 대한 용해성을 고려하여 PAN을 선정하였다. 섬유는 성공적으로 추출되었고 안정한 막이 형성되었다. 각기 다른 양의 PS(예: PAN에 대해 100 중량%, 150 중량% 및 200 중량% 첨가)를 준비하였다(도 11). 10 중량%의 PAN 용액에, 최대 200 중량% PS(S:CEA=2:1)가 첨가될 수 있다. 250 중량%의 PS는 용해되지 않은 상태로 관찰되었다.To overcome this, PAN was added as a polymer filler. PAN was selected considering hydrophilicity and solubility in DMF. The fibers were successfully extracted and a stable film was formed. Different amounts of PS (e.g. 100 wt%, 150 wt% and 200 wt% added to PAN) were prepared (Fig. 11). Up to 200 wt% PS (S: CEA = 2: 1) may be added to a 10 wt% PAN solution. 250 wt% of PS was observed in an undissolved state.

다양한 양의 PS를 로딩한 PS-PAN NM의 모폴러지(도 12)는 비드 형성없이 잘 형성된 섬유형태(예: 100 중량% 및 150 중량%)로 나타났다. 이는 PS-PAN NM를 제조하는 동안 사용된 도프 용액과 전기방사 조건이 적합했음을 의미한다. 다만 PS 농도가 200 중량%로 증가되는 경우 PS의 조각(fragment)이 생성되는 것이 관찰되었다. 이는 도프 용액의 농도가 임계치(예: 비드없이 균일한 나노섬유가 형성되는 농도) 이상으로 증가함에 따라 도프 용액의 흐름이 제한되어 나노섬유에 결함(또는 비드 생성)이 발생하기 때문이다.The morphology of PS-PAN NM loaded with varying amounts of PS (FIG. 12) appeared in well-formed fiber forms (e.g., 100 wt% and 150 wt%) without bead formation. This means that the dope solution and the electrospinning conditions used during the preparation of PS-PAN NM were suitable. However, when the PS concentration was increased to 200 wt%, it was observed that PS fragments were produced. This is because the flow of the dope solution is limited as defects (or bead generation) occur in the nanofibers as the concentration of the dope solution increases beyond a threshold value (for example, a concentration at which homogeneous nanofibers are formed without beads).

PS가 100 중량% 로딩된 섬유의 평균 섬유 직경은 1055 nm이었다(도 12). 이는 동일한 농도((i.e. 10 wt% wrt pure dope solution)에서 순수 PAN 나노섬유 직경(직경 범위 약 500 nm)의 거의 두 배이다. 이는 PS를 첨가함으로써 중합체 농도가 높아서 용액에서 중합체 사슬 사이의 사슬 얽힘이 증가하기 때문이라고 판단된다. 그러나 히스토그램에서는 PS 로딩에 따른 평균 섬유 직경에서의 양상이 반대로 나타났다. 즉, PS 로딩(loading)이 증가함에 따라 평균 섬유 직경은 감소하였다. 만일 결함이 있거나 비드 섬유(beaded fiber)가 아니라면, 이는 니들(needle)에서 고농축 폴리머 용액이 물리적으로 방해되어 섬유가 더 작은 섬유로 쪼개지기 때문일 수 있다. 이는 PS 로딩이 더 많은 섬유 직경의 불균일한 분포로부터 확인할 수 있다. 150 중량% 로딩된 섬유에서 PS-PAN NM은 평균 직경 627 nm 및 1032 nm의 이중 분포(bimodal distribution)를 갖는 것으로 확인되었다. PS 로딩에 따라 다르게 나타나는 PS-PAN 나노섬유의 형태에 따라 섬유의 표면적과 기계적 성질의 변화가 있었다(도 13). 섬유의 평균 크기는 다황화물의 양이 증가함에 따라 감소하며, 이는 다황화물의 접착성 질감으로 인해 섬유가 뭉쳐지는 경향이 있는 200 중량%의 섬유의 SEM 이미지에서 확인할 수 있다. 또한 상기 현상은 섬유 사이 빈 공간을 감소시킬 수 있고 나노섬유의 다공성에 영향을 줄 수 있다. PS 로딩에 따른 PS-PAN 나노섬유의 질소 흡착-탈착 지점(branches)에서 나타난 바와 같이 모든 시료는 유형 Ⅱ의 등온선을 보였다(도 13a). 100 중량%의 섬유는 다공성을 시사하는 이력 곡선(hysteresis loop)을 보인 반면, 200 중량%의 섬유는 비다공성(non-porous)인 순수 유형 Ⅱ의 등온선과 유사한 형태를 보였다. 실제로 겉보기 밀도(ρB)와 참밀도(ρT)로 산출된 다공성(P), CFP 분석에서 산출된 공극 간 직경 및 BET 표면적은 섬유의 평균 직경 크기가 감소함에도 불구하고 다황화물의 양이 증가함에 따라 감소하였다(표 2).The average fiber diameter of the fibers loaded with 100 wt% of PS was 1055 nm (Fig. 12). This is almost twice the diameter of pure PAN nanofiber (about 500 nm in diameter) at the same concentration (ie 10 wt% wrt pure dope solution) because of the high polymer concentration by the addition of PS, The average fiber diameter decreased as the PS loading increased, and the average fiber diameter decreased as the PS loading increased. beaded fiber, this may be because the highly concentrated polymer solution on the needles is physically disturbed and the fibers are split into smaller fibers, which can be seen from the uneven distribution of fiber diameters with more PS loading. PS-PAN NM in wt% loaded fibers was found to have a bimodal distribution with average diameters of 627 nm and 1032 nm PS There was a change in the surface area and mechanical properties of the fibers depending on the shape of the PS-PAN nanofibers, which vary depending on the loading (Figure 13). The average size of the fibers decreases with increasing polysulfide content, The SEM image of a 200 wt% fiber, which tends to aggregate due to the texture of the texture, can also be seen, which can reduce the void space between fibers and affect the porosity of the nanofiber. All of the samples showed an isotherm of type II as shown in the nitrogen adsorption-desorption branches of the PS-PAN nanofibers (Figure 13a) according to Figure 1. 100 wt% of the fibers had a hysteresis loop indicating the porosity, While the fibers of 200 wt% showed a similar shape to the non-porous pure type II isotherms. In fact, the porosity (P) calculated from the apparent density (r B ) and the true density (r T ) , The interplanar diameter and BET surface area calculated from the CFP analysis decreased with increasing amounts of polysulfides, even though the mean diameter size of the fibers decreased (Table 2).

PS-PAN NM의 구조적 특성Structural characteristics of PS-PAN NM PS 로딩양
(중량%)
PS loading amount
(weight%)
ρT(g cm-3)ρ T (g cm -3 ) ρB(g cm-3)ρ B (g cm -3 ) P(%)P (%) 공극 간 직경
(㎛)
Pore diameter
(탆)
BET SA
m2 g-1
BET SA
m 2 g -1
100100 1.15±0.061.15 ± 0.06 0.29±0.030.29 + 0.03 74.4674.46 1.64±0.021.64 + 0.02 5.655.65 150150 1.19±0.011.19 ± 0.01 0.38±0.010.38 ± 0.01 67.9667.96 1.12±0.061.12 + 0.06 2.352.35 200200 1.28±0.041.28 + 0.04 0.65±0.010.65 ± 0.01 49.3049.30 0.55±0.010.55 + - 0.01 1.811.81

PS 로딩을 증가시킬 때, 최대 로드(load), 강도 및 영률(Young’s modulus)을 포함하는 PS-PAN NM의 기계적 성질이 향상되었다(도 13b). PS 로딩이 증가되면 평균 섬유 직경을 감소시킬 있고 이는 결과적으로 섬유 대 섬유 접촉수가 증가하여 기계적 성질을 향상시킬 수 있다. 또한, PS의 접착 성질은 높은 PS 로딩을 갖는 PS-PAN NM의 기계적 특성의 개선을 보완할 수 있다. When increasing PS loading, the mechanical properties of PS-PAN NM including maximum load, strength and Young's modulus were improved (FIG. 13B). As the PS loading increases, the average fiber diameter decreases, which can result in an increase in the number of fiber-to-fiber contacts, which can improve the mechanical properties. In addition, the adhesion properties of PS can complement the improvement of the mechanical properties of PS-PAN NM with high PS loading.

이는 무기 흡착제가 전기 방사 폴리머 매트릭스에 고정화된 복합 나노 섬유에 비해 PS-PAN NM가 갖는 장점 중 하나이다. 이러한 복합 나노 섬유의 경우, 응집된 돌출부(aggregate protrusions)가 나노 섬유 구조에 미세 결함을 일으켜 나노 섬유 복합체를 기계적으로 약화시킬 수 있는 바, 기계적 성질은 흡착제 로딩과 상충된다. 그러나 PS-PAN NM에서는, PS 로딩을 증가시키면 수은 이온 회수에 최적화될 뿐만 아니라, 나노섬유의 기계적 성질을 향상시킬 수 있다.This is one of the advantages of PS-PAN NM compared to composite nanofibers in which the inorganic adsorbent is immobilized on the electrospinning polymer matrix. In the case of such composite nanofibers, aggregate protrusions can cause microfine defects in the nanofiber structure, which can mechanically weaken the nanofiber composite, which conflicts with the loading of the adsorbent. However, in PS-PAN NM, increasing the PS loading not only optimizes for mercury ion recovery, but also improves the mechanical properties of nanofibers.

실험예 4: PS-PAN NM의 수은 흡착 성능 확인Experimental Example 4: Confirmation of mercury adsorption performance of PS-PAN NM

PS-PAN NM을 제조한 후, 배치 흡착 실험을 통해 수은 분리를 평가하였다. 첫 번째로, PS와 PS-PAN NM의 수은 흡착에 대한 S:CEA 몰비율의 효과를 평가하였다. PAN 나노섬유는 미미한 수준으로 Hg2 +를 흡착(6.9 mg g- 1)하였다(도 14). 따라서 PS-PAN 나노섬유에 의한 Hg2 +의 분리는 주로 PS에 의한 것일 수 있다. 또한, 모든 PS는 각각의 PS-PAN NM보다 더 많이 수은을 흡착하였다. PAN으로 중금속을 제거하는 과정에서, 니트릴(nitrile)기는 메타놀릭 하이드록실아민(methanolic hydroxylamine)에서의 반응을 통해 아미독심(amidoxime)으로 변형된다. 그렇지 않으면, PAN이 리튬 회수용 지지체로 사용될 때 특정 양이온에 대해 최소한의 친화성만 보일 것이다. 아울러, PAN으로 개질된 레진(PAN-modified resin) 또한 수은에 대해 낮은 친화성을 보였다. After producing PS-PAN NM, mercury separation was evaluated through batch adsorption experiments. First, the effect of S: CEA mole ratio on mercury adsorption of PS and PS-PAN NM was evaluated. PAN nanofibers adsorb Hg 2 + a minimal were (6.9 mg 1 g) (Fig. 14). Therefore, the separation of Hg 2 + by PS-PAN nanofibers can be mainly due to PS. In addition, all PS adsorbed more mercury than each PS-PAN NM. In the process of removing heavy metals with PAN, the nitrile group is transformed into amidoxime through the reaction in methanolic hydroxylamine. Otherwise, when the PAN is used as a lithium recovery support, it will show only minimal affinity for certain cations. In addition, the PAN-modified resin also showed low affinity for mercury.

비활성 PAN 부분을 고려하면, 전체 물질의 단위 당 수은 흡착량은 상당히 감소할 것으로 예상된다. S:CEA=2:1일 경우에, 나노섬유(96 mg g- 1)는 순수 PS(206 mg g- 1)의 흡착 용량의 47%를 유지하였다. Considering the inactive PAN moiety, the amount of mercury adsorption per unit of the total material is expected to be considerably reduced. In the case of S: CEA = 2: 1, the nanofibers (96 mg g - 1 ) retained 47% of the adsorption capacity of pure PS (206 mg g - 1 )

실험예 5: HgExperimental Example 5: Hg 2+ 2+ 흡착에서의 초기 pH 효과 확인Identification of initial pH effect on adsorption

용액의 초기 pH는 흡착 시스템의 환경에 여러 가지 영향을 미치므로, PS-PAN NM을 이용한 Hg2 + 흡착에 대한 초기 pH의 효과를 조사하였다(도 15).Since the initial pH of the solution had various effects on the environment of the adsorption system, the effect of initial pH on adsorption of Hg 2 + using PS-PAN NM was investigated (FIG. 15).

실험 결과, pH=2에서부터 수은 흡착(uptake)이 증가하였고, pH=6에서 98%의 Hg2 + 흡착율(101 mg g-1)에 도달하였다. 그러나 더 높은 pH(>6)에서 Hg2 + 흡착이 감소하기 시작했다. 특정 산성 수계에서(예: pH<2.0) Hg2 +은 대부분 수화된 Hg2 +(hydrated Hg2 +(aq))상태로 존재한다. 이러한 Hg2 +(aq)은 pH가 증가(2.0-5.0)함에 따라 가수분해되어 양전하(HgOH+, pKOH,1=3.87) 및 중성의 금속-수산화종(Hg(OH)2, pKOH,2=2.77)을 형성한다. As a result, the mercury adsorption uptake increased from pH = 2, and the Hg 2 + adsorption rate (101 mg g -1 ) reached 98% at pH = 6. However, at higher pH (> 6), Hg 2 + adsorption began to decrease. In certain acidic water systems (eg pH <2.0), Hg 2 + is mostly present in hydrated Hg 2 + (hydrated Hg 2 + (aq)). These Hg 2 + (aq) is hydrolyzed with increasing pH (2.0 to 5.0), a positive charge (HgOH +, pK OH, 1 = 3.87) and a neutral metal-hydroxide species (Hg (OH) 2, pK OH, 2 = 2.77).

이러한 수은-수산화종(Hg-hydroxyl species)은 결합 자리에 대해 높은 친화성을 갖고 있는데 이는 루이스 산과 같은 약한 성질 때문(because of their softer properties as Lewis acid)이거나 수화된 수은 이온(hydrated Hg2 +(aq))에 비해 상대적으로 수화된 크기가 작기 때문일 수 있다. 본 실험에서, pH 4.0부터 2.0 범위에서 수은 흡착이 감소한 이유는 낮은 pH에서 HgOH+와 Hg(OH)2의 농도가 감소하고 흡착제의 흡착 자리에 대해 양성자가 경쟁적으로 결합하기 때문인 것으로 판단된다. 높은 pH에서 수은 흡착 용량이 감소한 이유는 Na+에 대한 PS-PAN NM의 친화성 실험에서 관찰한 바와 같이 PS가 염기성 용액에 용해되기 때문일 수 있다(도 1).These mercury-hydroxyl species have a high affinity for binding sites because of their softer properties as Lewis acid or hydrated Hg 2 + aq)), which is relatively small in hydrated size. In this experiment, the reduction of mercury adsorption in the range of pH 4.0 to 2.0 is considered to be due to the decrease of HgOH + and Hg (OH) 2 concentrations at low pH and the competitive binding of proton to the adsorbent sites. The reason for the decrease in the mercury adsorption capacity at high pH may be that PS is dissolved in the basic solution as observed in the affinity test of PS-PAN NM for Na + (FIG. 1).

실험예 6: HgExperimental Example 6: Hg 2+2+ 흡착에서 PS 로딩(loading)의 효과 분석 Analysis of the effect of PS loading on adsorption

PS-PAN NM에서 PS 로딩이 증가하면 Hg2 + 흡착이 증가할 것으로 보여졌다. 이는 로딩이 100 중량%(99.31 mg g-1)에서 150 중량%(124.86 mg g-1)로 증가한 경우에는 사실로 확인되었다(도 16). 150 중량%의 PS가 로딩된 PS-PAN NM으로 처리한 후에 Hg2 + 농도는 100.6 mg L-1에서 0.04 mg L- 1으로 99.96%가 제거되었다. 그러나 150 중량%부터 200 중량%로 로딩이 증가한 경우에는 흡착 용량이 감소(92.28 mg g- 1)하였다. 200 중량%에서는 응집이 형성되기 시작하여 전기방사 중에 다황화물의 분포가 불균일해지는 것을 관찰되었다. 이러한 불균일 분포는 250 중량%를 로딩할 경우에 더 확연히 드러났으며, 도프 용액에서 용해되지 않은 PS가 관철되었는 바, 이후 실험에 사용하지 않았다. PS-PAN NM의 흡착 특성에 대한 평가는 S:CEA=2:1인 PS 150 중량%가 로딩된 나노섬유를 적용하여 확인하였다.When PS loading increases from PS-PAN NM been shown to be the Hg + 2 adsorption increases. This fact was confirmed when the loading was increased from 100 wt% (99.31 mg g -1 ) to 150 wt% (124.86 mg g -1 ) (Fig. 16). After the 150% by weight of PS was treated with PS-loaded PAN NM Hg 2 + concentration is 0.04 mg L from 100.6 mg L -1 - The 99.96% was removed to one. However, when the loading was increased from 150 wt% to 200 wt%, the adsorption capacity decreased (92.28 mg g - 1 ). At 200 wt%, agglomeration began to be formed, and the distribution of polysulfide was found to be non-uniform during electrospinning. This heterogeneity distribution was more evident when loading 250 wt%, and the undissolved PS was carried in the dope solution and was not used in subsequent experiments. The evaluation of adsorption characteristics of PS-PAN NM was confirmed by applying nanofibers loaded with 150 wt% of PS with S: CEA = 2: 1.

실험예 7: PS-PAN NM의 흡착 등온선 및 열역학적 특성 확인Experimental Example 7: Determination of adsorption isotherm and thermodynamic characteristics of PS-PAN NM

동시 흡착 등온선(simultaneous adsorption isotherm)과 열역학 실험을 통해 PS-PAN NM의 Hg2+ 흡착과 관련된 흡착 메커니즘 및 고유 에너지 변화를 확인하였다. 배치 흡착 실험(Batch adsorption experiments)은 각기 다른 온도(30-60℃)에서 다른 수은 초기 농도(C o = 100-800 mg L-1)를 사용하여 수행하였다. 흡착 용량은 랭뮤어(Langmuir) 모델(방정식 3)과 프로인드리히(Freundlich) 모델(방정식 4)에 맞추었다.Simultaneous adsorption isotherm and thermodynamic experiments confirmed adsorption mechanisms and intrinsic energy changes associated with Hg 2+ adsorption of PS-PAN NM. Batch adsorption experiments were performed using different initial mercury concentrations ( C o = 100-800 mg L -1 ) at different temperatures (30-60 ° C). The adsorption capacity was fitted to the Langmuir model (Equation 3) and the Freundlich model (Equation 4).

Figure pat00011
(방정식 3)
Figure pat00011
(Equation 3)

Figure pat00012
(방정식 4)
Figure pat00012
(Equation 4)

상기 식에서, q m K L 은 각각 최대 흡착 용량과 랭뮤어 상수를 의미한다. K F 는 흡착 용량에 대한 프로인드리히 상수이고 n은 흡착 강도(adsorption intensity)이다.Wherein q m And K L mean the maximum adsorption capacity and the Langmuir constant, respectively. K F is the prodrug constant for the adsorption capacity and n is the adsorption intensity.

모든 온도에서 C o 에 따른 q e (q e with C o )의 증가(도 17a, 18a)는 높아진 Hg2 + 가용성(availability)을 나타내는데, 이는 결과적으로 PS 및 PS-PAN NM의 활성 자리에서 Hg2 + 의 흡착 구동력을 증가시킬 수 있다.Represent the q e (q e with C o) increased (Fig. 17a, 18a) is higher Hg 2 + availability (availability) of according to C o at all temperatures, which as a result Hg in the active site of PS and PS-PAN NM 2 + can be increased.

산출된 흡착 등온 계수(표 3, 표 4)를 고려할 때, PS와 PS-PAN 나노 섬유에 대한 Hg2 + 흡착은 Freundlich (도 17c 및 18c)보다 단층 랭뮤어 유형 (도 17b 및 18b)에 의해 더 잘 특성화 될 수 있다.Taking into account the calculated adsorption isotherm coefficients (Table 3, Table 4), the adsorption of Hg 2 + on PS and PS-PAN nanofibers was more pronounced than on Freundlich (Figures 17c and 18c) by the single layer Langmuir type (Figures 17b and 18b) Can be better characterized.

S:CEA 몰비율이 다른 PS의 흡착 등온 상수S: Adsorption isotherm constant of PSA with different molar ratio of CEA S:CEA 몰비율S: CEA molar ratio 프로인드리히Proindrih 랭뮤어Langmuir nn Kf
(mg g-1)
K f
(mg g -1 )
r2 r 2 KL
(L mg-1)
K L
(L mg -1 )
qm
(mg g-1)
q m
(mg g -1 )
r2 r 2
1:21: 2 1.751.75 13.2413.24 0.980.98 0.00140.0014 588.24588.24 >0.99> 0.99 1:11: 1 2.162.16 40.0140.01 0.960.96 0.00150.0015 666.67666.67 >0.99> 0.99 2:12: 1 2.732.73 123.73123.73 0.950.95 0.00110.0011 909.09909.09 >0.99> 0.99

[C o = 100-1000 mg Hg2 + L-1; pH=6][ C o = 100-1000 mg Hg 2 + L -1 ; pH = 6]

온도별 PS-PAN NM(S:CEA=2:1의 PS 150 중량% 로딩)의 흡착 등온 상수Adsorption isotherm constants of PS-PAN NM (S: CEA = 2: 1 loading of PS 150 wt%) by temperature 온도Temperature 프로인드리히Proindrih 랭뮤어Langmuir nn Kf
(mg g-1)
K f
(mg g -1 )
r2 r 2 KL
(L mg-1)
K L
(L mg -1 )
qm
(mg g-1)
q m
(mg g -1 )
r2 r 2
30℃30 ℃ 5.055.05 136.5136.5 0.940.94 0.030.03 473.0473.0 >0.99> 0.99 40℃40 ℃ 4.984.98 157.5157.5 0.890.89 0.050.05 525.7525.7 >0.99> 0.99 50℃50 ℃ 5.225.22 206.9206.9 0.830.83 0.130.13 591.4591.4 >0.99> 0.99 60℃60 ° C 6.416.41 270.2270.2 0.740.74 0.450.45 611.6611.6 >0.99> 0.99

[C o = 100-800 mg Hg2+ L-1; pH=6][ C o = 100-800 mg Hg 2+ L -1 ; pH = 6]

이러한 결과는 티올 관능화 및 아연-도핑된 생물자철광 입자(thiol-functionalized Zn-doped biomagnetite particles)와 티올 관능화된 다공성 방향족 골격(thiol-functionalized porous aromatic framework, PAF-SH)을 사용하여 Hg2 +를 분리한 경우와 유사하게 나타났다. 상기 데이터와 랭뮤어 흡착 모델이 일치하는 것은, 수은 흡착정도가 PS와 PS-PAN NM에 존재하는 특정 결합 자리(reduced organic S groups (like thiols), carbonyl-O, 및 carboxyl-O와 같은 특정 결합 자리)의 기능인 것으로 판단된다. 표 3에서 S:CEA 몰비율이 1:2, 1:1 및 2:1인 PS 샘플에서의 최대 Hg2 + 흡착 용량(qm)은 각각 588.24, 666.67 및 909.09 mg g-1로 나타났다. 이러한 값은 황 관능화된 다공성 탄소(518 mg g-1), 다공성 실리카(298 mg g-1), 칼코겐-1(645 mg g-1) 및 현재 수은 흡착에 대한 기준이 되고 있는 PAF-SH(1014 mg g-1) 같은 종래 흡착제보다 더 높게 나타났다. 이러한 우수한 수은 흡착 용량은 S:CEA 몰비율이 2:1인 PS에서 특히 PS에 존재하는 Hg2 +의 결합 자리가 풍부하기 때문일 수 있다.These results thiol functionalized and zinc using the doped biological magnetite particles (thiol-functionalized Zn-doped biomagnetite particles) with a thiol functionalized porous aromatic skeleton (thiol-functionalized porous aromatic framework, PAF-SH) Hg 2 + Which is similar to the case of separation. The Langmuir adsorption model is consistent with the above data because the mercury adsorption is dependent on the specific binding sites (reduced organic groups (like thiols), carbonyl-O, and carboxyl-O present in PS and PS- Seat) function. The maximum Hg 2 + adsorption capacities (q m ) in PS samples with S: CEA molar ratios of 1: 2, 1: 1 and 2: 1 in Table 3 were 588.24, 666.67 and 909.09 mg g -1 , respectively. These values were determined for sulfur-functionalized porous carbon (518 mg g -1 ), porous silica (298 mg g -1 ), chalcogen-1 (645 mg g -1 ) SH (1014 mg g &lt; -1 &gt;). This excellent mercury adsorption capacity may be due to the abundance of the bonding sites of Hg 2 + present in the PS especially in the PS with S: CEA molar ratio of 2: 1.

표 4에서, PS-PAN NM(S:CEA=2:1의 PS 150 중량% 로딩)의 최대 Hg2 + 흡착 용량(qm)은 흡착이 30℃, 40℃, 50℃ 및 60℃에서 수행되었을 때 각각 473.0, 525.7, 591.4 및 611.6 mg g- 1으로 산출되었다. 이러한 값은 순수 PS보다 낮은데 이는 Hg2 +에 대한 미니멀 어피니티(minimal affinity)을 갖는 PAN 단편(fraction)때문일 수 있다.In Table 4, the maximum Hg 2 + adsorption capacity (q m ) of PS-PAN NM (S: CEA = 2: 1 loading of PS 150 wt%) is determined by adsorption at 30 ° C, 40 ° C, 50 ° C and 60 ° C , Respectively, and 473.0, 525.7, 591.4 and 611.6 mg g - 1 , respectively. This value is lower than the pure PS, which may be due to a PAN fraction with minimal affinity for Hg 2 + .

상기와 같은, Hg2 +와 티올 및 황화물 그룹 사이의 결합 상호작용은 PS-PAN NM 흡착 전과 후의 FTIR로부터 관찰할 수 있다(도 19a). IR 스펙트럼은 수은이 로딩된 PS-PAN NM에서 2652 cm-1부터 2382 cm-1까지의 S-H 피크 이동과 709 cm-1부터 628 cm-1까지의 S-S 또는 C-S 피크 이동을 나타내었다. 이는 수은과 티올 및 황화물 그룹 사이의 강한 결합 상호작용을 시사한다. Hg2 +의 효과적인 흡착은 흡착 실험 전(도 19b)과 후(도 19c) 나노섬유의 EDS 맵핑을 통해 확인하였다. 흡착 실험 전에는 감지되는 Hg2 +가 없는 반면, 흡착 후에는 균일하게 분포된 Hg2 +이 감지되었다(도 20). 이는 Hg2 + 흡착을 촉진시키는 주요 인자인 황이 나노섬유에 균일하게 분포하기 때문일 수 있다.Binding interactions between Hg 2 + and thiol and sulfide groups as described above can be observed from FTIR before and after PS-PAN NM adsorption (Fig. 19A). IR spectra showed SH peak shifts from 2652 cm -1 to 2382 cm -1 and SS or CS peak shifts from 709 cm -1 to 628 cm -1 in mercury-loaded PS-PAN NM. This suggests strong binding interactions between mercury and thiol and sulfide groups. Effective adsorption of Hg 2 + was confirmed by EDS mapping of nanofibers before (FIG. 19B) and after (FIG. 19C) adsorption experiments. Hg 2 + was not detected before the adsorption experiment, while uniformly distributed Hg 2 + was detected after adsorption (FIG. 20). This may be due to the uniform distribution of sulfur, which is a major factor promoting Hg 2 + adsorption, on nanofibers.

PS-PAN NM에서 수은 흡착에 대한 고유 에너지 변화를 확인하기 위해, 흡착 온도를 변화시키면서 깁스 에너지(ΔG θ ), 엔탈피(ΔH θ ) 및 엔트로피(ΔS θ )의 변화를 관찰하였다. ΔG θ 는 분배 계수인 K d (K d = q e /C e )로 결정되는 무차원(dimensionless) 표준 평형 상수(K 0 )와 PS-PAN 나노섬유(ρNF = 1192.5±0.01 kg m-3)의 밀도로부터 산출하였다(방정식 5). 반트호프 식(Van’t Hoff equation)(방정식 6)은 ΔH θ ΔS θ 를 결정하기 위해 사용하였으며, R은 이상기체 상수(8.314 J K- 1 mol- 1)이고 T는 절대 온도(K)이다:In order to confirm the intrinsic energy change for mercury adsorption in PS-PAN NM, the change of Gibbs energy ( ΔG θ ), enthalpy ( ΔH θ ) and entropy ( ΔS θ ) were observed while changing the adsorption temperature. ΔG θ is a dimensionless standard equilibrium constant ( K 0 ) and PS-PAN nanofibers (ρ NF ) determined by the partition coefficient K d ( K d = q e / C e ) = 1192.5 ± 0.01 kg m -3 ) (Equation 5). The Van't Hoff equation (Equation 6) is used to determine ΔH θ and ΔS θ , where R is the ideal gas constant (8.314 JK - 1 mol - 1 ) and T is the absolute temperature (K) :

Figure pat00013
(방정식 5)
Figure pat00013
(Equation 5)

Figure pat00014
(방정식 6)
Figure pat00014
(Equation 6)

Figure pat00015
(방정식 7)
Figure pat00015
(Equation 7)

30℃에서 60℃까지 온도가 증가함에 따라 PS-PAN NM에서의 수은 q e 값이 증가하였다(도 18a). q e 값이 증가하는 동안, 수은 초기 농도마다 요구되는 ΔG θ 값은 더 음의 값이 되었는데 이는 흡착 구동력이 온도와 함께 증가했음을 의미한다(표 5). 아울러, 초기 농도마다 ΔG θ 절대값의 증가하였는데 이는 온도가 높아질수록 수은 흡착이 더 자발적이고 열역학적으로 안정해져서 q e 값이 증가하기 때문이다.As the temperature increased from 30 ° C to 60 ° C, the mercury q e value at PS-PAN NM increased (Fig. 18a). During the increase of q e , the required ΔG θ value for each mercury initial concentration became more negative, which means that the adsorption driving force increased with temperature (Table 5). In addition, the absolute value of ΔG θ increased at each initial concentration because the higher the temperature, the more spontaneous and thermodynamically stable mercury adsorption increases the q e value.

PS-PAN NM에서 수은 흡착의 열역학적 변수Thermodynamic parameters of mercury adsorption in PS-PAN NM Co=100 mg L-1 C o = 100 mg L -1 T(℃)T (占 폚) ΔH θ
(kJ mol-1)
ΔH θ
(kJ mol -1 )
ΔS θ
(J mol-1K-1)
ΔS θ
(J mol -1 K -1 )
ΔG θ
(kJ mol-1)
ΔG θ
(kJ mol -1 )
3030 68.9268.92 348.60348.60 -34.83-34.83 4040 -42.92-42.92 5050 -44.27-44.27 6060 -45.72-45.72 Co=200 mg L-1 C o = 200 mg L -1 T(℃)T (占 폚) ΔH θ
(kJ mol-1)
ΔH θ
(kJ mol -1 )
ΔS θ
(J mol-1K-1)
ΔS θ
(J mol -1 K -1 )
ΔG θ
(kJ mol-1)
ΔG θ
(kJ mol -1 )
3030 43.6643.66 227.14227.14 -25.32-25.32 4040 -27.23-27.23 5050 -29.64-29.64 6060 -32.11-32.11 Co=300 mg L-1 C o = 300 mg L -1 T(℃)T (占 폚) ΔH θ
(kJ mol-1)
ΔH θ
(kJ mol -1 )
ΔS θ
(J mol-1K-1)
ΔS θ
(J mol -1 K -1 )
ΔG θ
(kJ mol-1)
ΔG θ
(kJ mol -1 )
3030 62.7462.74 276.92276.92 -21.64-21.64 4040 -23.17-23.17 5050 -26.72-26.72 6060 -29.75-29.75 Co=400 mg L-1 C o = 400 mg L -1 T(℃)T (占 폚) ΔH θ
(kJ mol-1)
ΔH θ
(kJ mol -1 )
ΔS θ
(J mol-1K-1)
ΔS θ
(J mol -1 K -1 )
ΔG θ
(kJ mol-1)
ΔG θ
(kJ mol -1 )
3030 65.5065.50 282.83282.83 -20.54-20.54 4040 -22.55-22.55 5050 -25.72-25.72 6060 -28.96-28.96 Co=500 mg L-1 C o = 500 mg L -1 T(℃)T (占 폚) ΔH θ
(kJ mol-1)
ΔH θ
(kJ mol -1 )
ΔS θ
(J mol-1K-1)
ΔS θ
(J mol -1 K -1 )
ΔG θ
(kJ mol-1)
ΔG θ
(kJ mol -1 )
3030 63.2663.26 274.30274.30 -20.18-20.18 4040 -22.25-22.25 5050 -24.99-24.99 6060 -28.46-28.46 Co=600 mg L-1 C o = 600 mg L -1 T(℃)T (占 폚) ΔH θ
(kJ mol-1)
ΔH θ
(kJ mol -1 )
ΔS θ
(J mol-1K-1)
ΔS θ
(J mol -1 K -1 )
ΔG θ
(kJ mol-1)
ΔG θ
(kJ mol -1 )
3030 39.2139.21 192.62192.62 -19.29-19.29 4040 -20.75-20.75 5050 -23.29-23.29 6060 -24.87-24.87 Co=700 mg L-1 C o = 700 mg L -1 T(℃)T (占 폚) ΔH θ
(kJ mol-1)
ΔH θ
(kJ mol -1 )
ΔS θ
(J mol-1K-1)
ΔS θ
(J mol -1 K -1 )
ΔG θ
(kJ mol-1)
ΔG θ
(kJ mol -1 )
3030 24.9724.97 143.26143.26 -18.46-18.46 4040 -19.72-19.72 5050 -21.55-21.55 6060 -22.62-22.62 Co=800 mg L-1 C o = 800 mg L -1 T(℃)T (占 폚) ΔH θ
(kJ mol-1)
ΔH θ
(kJ mol -1 )
ΔS θ
(J mol-1K-1)
ΔS θ
(J mol -1 K -1 )
ΔG θ
(kJ mol-1)
ΔG θ
(kJ mol -1 )
3030 20.2120.21 125.38125.38 -17.80-17.80 4040 -18.91-18.91 5050 -20.48-20.48 6060 -21.45-21.45

모든 초기 Hg2 + 농도에서 반트호프식(도 21)은 좋은 선형성(r2>0.95)을 나타내었으나 Co=100 mg L-1(r2=0.53)인 경우는 그렇지 않았는데, 이는 최적화된 조건에서 수은이 모두 흡착(예: 100% Hg2 + 제거)되어 계산이 불완전해졌기 때문일 수 있다. 따라서 후속 실험은 Co=200 mg L-1에서 PS 150 중량%가 로딩된 PS-PAN NM(S:CEA=2:1)을 사용하여 수행하였다. 한편, 온도의 역수(reciprocal of temperautre)와 ln K o 사이에서 나타나는 선형의 음의 상관관계는 PS-PAN NM에서 수은의 흡착이 흡열과정임을 시사하고 있으며, 이는 모든 수은의 초기 농도에서의 양(positive)의 ΔH θ 값을 통해 확인할 수 있다. 상기 흡열과정은 PS-PAN NM의 활성 자리에서 Hg2 + 가 확산하는데 에너지가 필요하기 때문일 수 있다. 이러한 흡열성 Hg2 + 흡착의 자발성은 양의 ΔS θ 값을 통해 더욱 확연히 확인될 수 있으며 이는 흡착제의 계면에서 용액의 동적 운동성(kinetic mobility)이 증가하고 무작위도가 높아지기 때문일 수 있다.In all initial Hg 2 + concentration van't Hoff equation (21) is a good linearity (r 2> 0.95) if the indicated eoteuna C o = 100 mg L -1 ( r 2 = 0.53) did not have, which is optimized conditions (Eg, 100% Hg 2 + removal) because mercury has been completely adsorbed (eg, in 100% Hg 2 + removal). Subsequent experiments were therefore carried out using PS-PAN NM (S: CEA = 2: 1) loaded with 150 wt.% PS at C o = 200 mg L -1 . On the other hand, the reciprocal of temperature and ln The linear negative correlation between K o suggests that mercury adsorption is an endothermic process in PS-PAN NM, which can be confirmed by the positive ΔH θ value at the initial concentration of mercury. The endothermic process may be due to the energy required to diffuse Hg 2 + in the active site of PS-PAN NM. Spontaneity of this endothermic Hg 2 + absorption can be verified more clearly by the amount of ΔS θ value, which may be due to increased and becomes higher random Fig dynamic movement (kinetic mobility) of the solution at the interface between the adsorbent.

실험예 8: PS-PAN NM의 흡착 거동(adsorption kinetics) 확인Experimental Example 8: Determination of adsorption kinetics of PS-PAN NM

PS-PAN NM에서 Hg2 + 흡착 거동을 확인하기 위해, 프로세스 완료에 필요한 레지던스 타임을 결정하는 Hg2+ 흡착율을 조사하였다. 회수 실험 결과(도 22), 초기 농도가 800 및 200 mg L-1에서 흡착되는 Hg2 + 양이 증가하다가 각각 100분과 150분에 이르면서부터 흡착이 평형에 이르게 되었다. In order to confirm the adsorption behavior of Hg 2 + in PS-PAN NM, the Hg 2+ adsorption rate, which determines the residence time required to complete the process, was investigated. As a result of the recovery experiment (FIG. 22), the amount of Hg 2 + adsorbed at initial concentrations of 800 and 200 mg L -1 was increased, and adsorption reached equilibrium after 100 minutes and 150 minutes, respectively.

흡착의 전체 속도를 확인하기 위해 라게르그렌(Lagergren) 유사 일차 방정식(방정식 8)과 유사 이차 속도 방정식(방정식 9)의 카이네틱 모델(kinetic models)을 사용하였다:Kinetic models of the Lagergren pseudo-linear equation (equation 8) and a similar quadratic velocity equation (equation 9) were used to determine the overall rate of adsorption:

Figure pat00016
(방정식 8)
Figure pat00016
(Equation 8)

Figure pat00017
(방정식 9)
Figure pat00017
(Equation 9)

상기 방정식에서, k 1 k 2 는 각각의 방정식에 해당하는 속도 상수이다. 상관관계(r2 값) 값은 상기 두 모델 중 라게르그렌 유사 일차 속도 모델보다 유사 이차 속도 모델이 결과를 잘 나타내는 것을 시사한다(표 6).In the above equation, k 1 and k 2 are rate constants corresponding to the respective equations. The correlation (r 2 value) value suggests that the similar quadratic model shows better results than the Lagrangian-like primary rate model of the two models (Table 6).

수은 분리에 대한 PS-PAN NM의 카이네틱 상수Kinetic constants of PS-PAN NM for mercury separation C o
(mg L-1)
C o
(mg L -1 )
유사 일차(Pseudo-first order)Pseudo-first order 유사 이차(Pseudo-second order)Pseudo-second order
q e
(mg g-1)
q e
(mg g -1 )
k 1 x10-2
(min-1)
k 1 x 10 -2
(min -1 )
r2 r 2 q e
(mg g-1)
q e
(mg g -1 )
k 2 x10-4
(g mg- 1min-1)
k 2 x 10 -4
(g mg - 1 min -1)
r2 r 2
200200 96.6996.69 1.571.57 0.950.95 222.22222.22 2.182.18 0.990.99 800800 64.7164.71 1.451.45 0.600.60 454.55454.55 2.202.20 0.990.99

pH = 6±0.1; m40 mg; T=30℃pH = 6 ± 0.1; m40 mg; T = 30 ° C

표 6에서, 초기 농도가 200 및 800 mg L-1일 때 k 2 는 각각 2.18×10-4 및 2.20×10-4 g mg- 1min-1인 것으로 나타났다. 초기 Hg2 + 농도가 높을 때 상대적으로 높은 k 2 는, 수은이 풍부하기 때문에 다량의 주입 용액에서 PS-PAN NM의 활성 자리까지 Hg2 + 가 더 빨리 확산된다는 것을 의미할 수 있다. 상기 유사 이차 거동 모델은 다공성 흡착제로 흡착물질(금속 이온)이 흡착하는 연속적인 세 단계를 포함한다: (1) 용액에서 흡착제 표면까지 금속 이온의 이동; (2) 흡착제 기공 내로 금속 이온의 이동; 및 (3) 흡착제의 내부 표면에서 금속 이온의 흡착.In Table 6, when the initial concentration of 200 and 800 mg L -1 k 2 are respectively 2.18 × 10 -4 and 2.20 × 10 -4 g mg - was found to be 1 min -1. Initial Hg 2 + k 2 is relatively high at high levels, it may indicate that the mercury is rich in the due to a large amount of the impregnation solution to the active site of PS-PAN NM Hg + 2 diffuses faster. The pseudo-second-order behavior model involves three successive stages in which the adsorbent (metal ion) adsorbs as a porous adsorbent: (1) migration of metal ions from solution to adsorbent surface; (2) migration of metal ions into adsorbent pores; And (3) adsorption of metal ions on the inner surface of the adsorbent.

실험예 9: 나노섬유의 이온 선택성 확인Experimental Example 9: Determination of ion selectivity of nanofiber

폴리(S-r-CEA) 나노섬유의 이온 선택성을 확인하기 위해, 농업용 토양 내 중금속의 평균 산추출성 농도를 기반으로 한 중금속 용액으로 모의 실험을 진행하였다.To verify the ion selectivity of poly (S-r-CEA) nanofibers, simulations were conducted with heavy metal solutions based on average acid extractable concentrations of heavy metals in agricultural soils.

PS-PAN NM(S:CEA=2:1, PS 150 중량%)의 이온 선택성 확인Determination of ion selectivity of PS-PAN NM (S: CEA = 2: 1, PS 150% by weight) 양이온Cation CC oo (mg/L)(mg / L) CC oo (( mmolmmol /L)/ L) CC ee (( mmolmmol /L)/ L) QQ ee (( mmolmmol /g)/ g) KK dd (mL/g)(mL / g) α (Hg/Me)alpha (Hg / Me) CFCF
(L/g)(L / g)
Hg2 + Hg 2 + 1.09 1.09 0.01 0.01 4.99 x 10-6 4.99 x 10 -6 0.01 0.01 1945341 1945341 1.00 1.00 1.79 1.79 Cr2 + Cr 2 + 40.46 40.46 0.78 0.78 0.40 0.40 0.68 0.68 1729.45 1729.45 1124.83 1124.83 0.88 0.88 Cu2 + Cu 2 + 45.01 45.01 0.71 0.71 0.59 0.59 0.21 0.21 348.06 348.06 5589.14 5589.14 0.29 0.29 Zn2 + Zn 2 + 120.70 120.70 1.85 1.85 1.49 1.49 0.63 0.63 425.64 425.64 4570.44 4570.44 0.34 0.34 Pb2 + Pb 2 + 49.01 49.01 0.24 0.24 0.13 0.13 0.18 0.18 1357.91 1357.91 1432.60 1432.60 0.77 0.77 Ni2 + Ni 2 + 26.8426.84 0.460.46 0.410.41 0.080.08 186.51186.51 9.279.27 0.170.17 Cd2 + Cd 2 + 1.811.81 0.020.02 0.020.02 0.000.00 26.0726.07 13.3513.35 0.030.03

표 7에서, 초기 농도가 1.1 mg L-1일 때 PS-PAN NM 처리 후 수은을 감지할 수 없었다. 이와 달리 수은과 초기 농도가 유사한 Cd2 +의 농도는 감소하지 않았다. Ni2 +의 농도도 크게 감소되지 않았다. PS-PAN NM은 Cr3 +, Zn2 + 및 Pb2 +에 대하여 친화성을 가지며 Cu2 +에 대하여 약간의 친화성을 갖는 것으로 확인되었다. 상기 데이터로부터 PS-PAN NM은 낮은 농도에서도 다른 중금속을 분리하는데 효과적이라는 것을 알 수 있다.In Table 7, mercury was not detected after PS-PAN NM treatment when the initial concentration was 1.1 mg L -1 . In contrast, the concentration of Cd 2 + , which is similar to the initial concentration of mercury, did not decrease. The concentration of Ni 2 + was not significantly decreased. PS-PAN NM were found to have affinity to Cr 3 +, Zn 2 + and Pb + 2 having some affinity for Cu + 2. From this data it can be seen that PS-PAN NM is effective at separating other heavy metals at low concentrations.

실험예 10: PS-PAN NM의 재사용능 확인Experimental Example 10: Confirmation of reusability of PS-PAN NM

PS-PAN NM의 재사용능을 확인하기 위해, HNO3, HCl 및 EDTA를 용리제로 사용하였다(도 23a). 동일한 농도(0.5 mol L- 1)에서 재사용능 실험을 수행한 결과, 모든 용리제는 흡착된 Hg2 + 전부를 용출시키지는 못했다. HCl은 가장 높은 탈착율(49.8%)을 보였고, 이어서 EDTA(45.9%), HNO3(42.6%) 순으로 나타났다. 이를 통해, HCl은 수은을 100% 용출하고자 하는 목적에 최적인 용리제인 것을 확인하였다(도 23b). HNO 3 , HCl and EDTA were used as eluents to confirm the reusability of PS-PAN NM (FIG. 23A). As a result of the reusability test at the same concentration (0.5 mol L - 1 ), not all eluents were able to elute the adsorbed Hg 2 + . HCl showed the highest desorption rate (49.8%), followed by EDTA (45.9%) and HNO 3 (42.6%). Through this, it was confirmed that HCl is an eluent that is optimal for the purpose of eluting 100% of mercury (FIG. 23B).

탈착(스트리핑) 효율은 HCl 몰농도가 증가함에 따라 증가하다가, ~ 100 % 탈착은 5 및 6 M HCl에서 달성되었다. 이는 티올 관능화된 다공성 방향족 골격(thiol-functionalized porous aromatic framework) 및 알킬티올 TMMPS 관능화된 다공성 실리카 (alkythiols TMMPS-functionalized mesorporous silica) 에서 Hg2 +를 탈착하기 위해 사용된 12 M HCl보다 덜 농축된 값이다. 재생된 PS-PAN 나노섬유는 Hg2+를 분리하기 위해 재사용하였고 실험 결과, PS-PAN NM은 5번의 재생 및 재사용과정동안 기존 로딩 용량의 >97%를 유지하였다(도 23c).Desorption (stripping) efficiency increased with increasing HCl molarity, while ~ 100% desorption was achieved at 5 and 6 M HCl. This is a less concentrated than the 12 M HCl is used to remove the Hg 2 + in a thiol functionalized porous aromatic skeleton (thiol-functionalized porous aromatic framework) and alkyl thiol TMMPS functionalized porous silica (alkythiols TMMPS-functionalized mesorporous silica) Value. The regenerated PS-PAN nanofibers were reused to separate Hg 2+ . As a result, the PS-PAN NM maintained> 97% of the original loading capacity during the 5 regeneration and reuse cycles (FIG. 23C).

이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시 양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to specific embodiments thereof, those skilled in the art will appreciate that such specific embodiments are merely preferred embodiments and that the scope of the present invention is not limited thereto will be. It is therefore intended that the scope of the invention be defined by the claims appended hereto and their equivalents.

Claims (18)

황과 아크릴레이트기를 갖는 친수성 공단량체를 역가황 반응시켜 제조한 다황화물을, 고분자물질이 용매에 혼합된 도프 용액에 첨가한 후 전기방사하는 단계를 포함하는 수은 흡착용 나노 섬유 멤브레인 제조방법.
A method for preparing a nanofiber membrane for mercury-adsorbing adsorption comprising the step of adding a polysulfide prepared by inversely vulcanizing a hydrophilic comonomer having sulfur and an acrylate group to a dope solution in which a polymer material is mixed with a solvent, followed by electrospinning.
청구항 1에 있어서,
상기 공단량체는 메타크릴산, 2-카복시에틸 아크릴산, 다이알릴 말레이트 및 글리시딜 메타크릴산로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 수은 흡착용 나노 섬유 멤브레인 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the comonomer is selected from the group consisting of methacrylic acid, 2-carboxyethyl acrylic acid, diallyl maleate, and glycidyl methacrylic acid.
청구항 1에 있어서,
상기 공단량체는 2-카복시에틸 아크릴산인 것을 특징으로 하는 수은 흡착용 나노 섬유 멤브레인 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the comonomer is 2-carboxyethyl acrylic acid.
청구항 1에 있어서,
상기 역가황 반응은 50 ~ 80℃에서 3~ 5시간 동안 반응시킨 후, 실온에서 3~5 시간 냉각시키는 방법으로 수행하는 것을 특징으로 하는 수은 흡착용 나노 섬유 멤브레인 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the inverse vulcanization reaction is performed at 50 to 80 ° C for 3 to 5 hours and then at room temperature for 3 to 5 hours to cool the nanofiber membrane for mercury adsorption.
청구항 1에 있어서,
상기 황과 친수성 공단량체는 1: 0.5 ~ 2의 몰비로 반응시키는 것을 특징으로 하는 수은 흡착용 나노 섬유 멤브레인 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the sulfur and the hydrophilic comonomer are reacted at a molar ratio of 1: 0.5 to 2. The method for producing a nanofiber membrane for mercury adsorption according to claim 1,
청구항 1에 있어서,
상기 고분자물질은 폴리아크릴로니트릴, 폴리술폰, 폴리에테르술폰, 폴리비닐리덴플루오라이드, 셀룰로오스아세테이트 및 폴리비닐클로라이드 중에서 선택된 하나 이상을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 수은 흡착용 나노 섬유 멤브레인 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the polymer material comprises at least one selected from polyacrylonitrile, polysulfone, polyethersulfone, polyvinylidene fluoride, cellulose acetate, and polyvinyl chloride.
청구항 1에 있어서,
상기 용매는 디메틸포름아미드, 디메틸포름알데하이드, 테트라하이드로퓨란, 디메틸아세트 아마이드 및 메틸피롤리돈으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 수은 흡착용 나노 섬유 멤브레인 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the solvent comprises at least one selected from the group consisting of dimethylformamide, dimethylformaldehyde, tetrahydrofuran, dimethylacetamide and methylpyrrolidone.
청구항 1에 있어서,
상기 다황화물은 고분자물질 100 중량부에 대하여 100~200 중량부 첨가되는 것을 특징으로 하는 수은 흡착용 나노 섬유 멤브레인 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the polysulfide is added in an amount of 100 to 200 parts by weight based on 100 parts by weight of the polymer material.
황과 아크릴레이트기를 갖는 친수성 공단량체를 역가황 반응시켜 제조한 다황화물(PS)을, 고분자물질이 용매에 혼합된 도프 용액에 첨가한 후 전기방사하여 제조한 수은 흡착용 나노 섬유 멤브레인.
A nanofiber membrane prepared by adding a polysulfide (PS) prepared by inverse vulcanization reaction of a hydrophilic comonomer having sulfur and an acrylate group to a dope solution in which a polymer substance is mixed with a solvent and electrospinning.
다황화물과 고분자 물질을 포함하여 구성되고,
상기 다황화물은 황과 아크릴레이트기를 갖는 친수성 공단량체를 역가황 반응시켜 제조한 것을 특징으로 하는 수은 흡착용 나노 섬유 멤브레인.
Comprising a polysulfide and a polymer material,
Wherein the polysulfide is prepared by an inverse vulcanization reaction of a hydrophilic comonomer having sulfur and an acrylate group.
청구항 9 또는 청구항 10에 있어서,
상기 고분자 물질은 폴리아크릴로니트릴인 것을 특징으로 하는 수은 흡착용 나노 섬유 멤브레인.
The method according to claim 9 or 10,
Wherein the polymer material is polyacrylonitrile. &Lt; RTI ID = 0.0 &gt; 21. &lt; / RTI &gt;
황과 아크릴레이트기를 갖는 친수성 공단량체를 역가황 반응시키는 단계를 포함하여 구성되는 수은 흡착용 다황화물을 제조하는 방법.
And a step of subjecting the hydrophilic comonomer having an acrylate group and sulfur to an inverse vulcanization reaction to produce a polysulfide for mercury adsorption.
황과 아크릴레이트기를 갖는 친수성 공단량체의 역가황 반응으로 형성된 수은 흡착용 다황화물.
A polysulfide for mercury adsorption formed by an inverse vulcanization reaction of a hydrophilic comonomer having sulfur and an acrylate group.
청구항 13에 있어서,
상기 친수성 공단량체는 2-카복시에틸 아크릴산인 것을 특징으로 하는 수은 흡착용 다황화물.
14. The method of claim 13,
Wherein the hydrophilic comonomer is 2-carboxyethyl acrylic acid.
황과 아크릴레이트기를 갖는 친수성 공단량체를 역가황 반응시켜 제조한 다황화물을, 고분자물질이 용매에 혼합된 도프 용액에 첨가한 후 전기방사하여 제조한 수은 흡착제.
A mercury sorbent prepared by adding a polysulfide prepared by an inverse vulcanization reaction of a hydrophilic comonomer having sulfur and an acrylate group to a dope solution mixed with a polymer material and then electrospinning.
다황화물과 고분자 물질을 포함하여 구성되는 나노 섬유 형태의 수은 흡착제로서,
상기 다황화물은 황과 아크릴레이트기를 갖는 친수성 공단량체를 역가황 반응시켜 제조한 것을 특징으로 하는 수은 흡착제.
A nanofiber mercury sorbent comprising a polysulfide and a polymeric material,
Wherein the polysulfide is prepared by an inverse vulcanization reaction of a hydrophilic comonomer having sulfur and an acrylate group.
청구항 15 또는 청구항 16에 있어서,
상기 고분자 물질은 폴리아크릴로니트릴인 것을 특징으로 하는 수은 흡착제.
The method according to claim 15 or 16,
Wherein the polymer material is polyacrylonitrile.
황과 아크릴레이트기를 갖는 친수성 공단량체를 역가황 반응시켜 제조한 다황화물(PS)을, 고분자물질이 용매에 혼합된 도프 용액에 첨가한 후 전기방사하여 수은 흡착용 나노 섬유 멤브레인을 제조하는 단계; 및
상기 멤브레인을 이용하여 수은이 포함된 용액으로부터 수은을 흡착하는 단계를 포함하는 수은 흡착 방법.
Preparing a nanofiber membrane for mercury adsorption by adding a polysulfide (PS) prepared by inversely vulcanizing a hydrophilic comonomer having sulfur and an acrylate group to a dope solution in which a polymer material is mixed with a solvent, and electrospinning the solution; And
And adsorbing mercury from a solution containing mercury using the membrane.
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