KR20190101311A

KR20190101311A - 이온교환분말

Info

Publication number: KR20190101311A
Application number: KR1020190027791A
Authority: KR
Inventors: 공성욱; 사노라
Original assignee: 공성욱
Priority date: 2018-02-22
Filing date: 2019-03-11
Publication date: 2019-08-30
Also published as: KR102325517B1

Abstract

본 발명은 이온교환분말에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 양이온, 음이온 또는 양쪽성 흡착특성 및 우수한 흡착능을 갖는 수지로 된 이온교환분말로서, 수지분말 표면에 이온교환능을 가지는 치환기가 함유되어 있어서 다양한 중금속, 유가금속 및 유해성분의 흡착과 수질 및 대기정화 능력의 다기능성 흡착능을 가지는 이온교환분말에 관한 것이다.

Description

이온교환분말{Ion exchange powder}

중화학 산업의 발달과 더불어 인구증가로 인해 발생되는 생활하수, 산업폐수, 농·축산폐수 및 가축의 분뇨 등의 수질오염의 배출량이 증가 추세에 있다. 그 중 양적으로 가장 큰 비중을 차지하는 것이 생활하수이다.

생활하수와 이외의 오염원에서 발생되는 대부분의 수질 오염원은 양이온들의 중금속과 음이온들의 인 및 질소 화합물들인데, 오염 물질들의 양이 과다하면 하천이나 호수, 바다의 자정 능력이 마비되므로, 수질오염을 예방 및 감소시키기 위해서는 중금속 및 인, 질소 화합물 등의 수질 오염원들을 제거해야 하며, 이들의 제거를 위해 흡착제 관련 연구가 활발하게 진행되고 있다 (J. Colloid Interface Sci. 2004, 280(1):36-43; J. Appl. Polym. Sci. 101:2202-2209, 2006; Iranian Polymer Journal 19(12), 2010, 911-925).

섬유상 흡착제는 비드, 분말상 등의 흡착제에 비해, 다루기 편리하며 가공이 용이하다. 또한, 흡착후 슬러지의 생성 문제가 적고, 설비 운전 조건에 따른 모듈 설계가 단순하여 실제 응용처에 따라 펠트, 필터, 종이, 모듈화 등 다양하게 가공이 가능하다.

그 중에서도, 아크릴계 섬유는 니트릴 기능기를 이용하여 표면 개질이 용이하기 때문에, 일반적인 흡착 섬유의 지지체 물질로 많이 연구되고 있다.

그러나 섬유의 표면에 아민 기능기를 도입하는 정도에 따라 섬유의 강도와 신율 등 기계적 물성이 떨어지는 문제가 있다. 특히, 아민화 반응이 일정량 이상 진행되면 반응된 섬유가 쉽게 끊어지고 바스러지는 문제점이 발생하여 실제 산업에 적용하기 위해서는 가공상의 어려운 문제가 있다.

실제 산업에서 사용되고 있는 단일 배치 공정에서 순수한 아민 용액으로 개질하는 경우, 반응 속도가 매우 빠르기 때문에 목표하는 반응 정도의 생성물을 얻기 위한 섬세한 시간 조절과 압력, 외부의 온도, 증기압 등과 같은 외부 조건의 제어가 필요하다.

가장 치명적으로는, 빠른 반응 속도로 인해 가열시 열이 전체적으로 균일하게 전달되기 이전에 일부분의 반응이 진행되기 시작하므로, 반응기 내의 부분마다 반응 정도가 달라 그 성능이 고르지 못한 문제가 있다.

또한, 한국특허등록 제10-1521991호, 한국특허등록 제10-1506094호 등과 같이, 촉매를 사용하지 않는 경우에는 목표하는 섬유의 표면 개질 정도에 도달하기까지 24시간 이상의 시간이 소요되고, 특히 개질 이후 표면 개질반응 과정에서 섬유의 변질과 뭉침 현상 등이 발생함으로 인해 개질된 이온교환 섬유를 상품화하기까지 많은 공정이 필요하기 때문에 생산성을 향상시키기가 매우 어려운 문제가 있다.

그 외에도, 일본특허등록 제5545412호에서는 조성물 100중량% 중에 아크릴로니트릴 30중량% 이상을 함유하는 모노머 조성물을 중합한 아크릴계 폴리머 100중량부에 이온교환성 치환기를 도입한 폴리머A와, 1중량부 이상 100중량부 이하의 에폭시기 함유 폴리머에 이온교환성 치환기를 도입한 폴리머B를 함유하며, 상기 이온교환성 치환기는 모두 아민 화합물과의 반응에 의해 도입되는, 아민 화합물 유래의 이온교환성 치환기를 가진 이온교환 섬유에 관하여 제안하고 있다.

그러나 이러한 발명에서도 상기와 같은 공정상의 어려움을 근원적으로 해결하지 못하고 있다.

이를 극복하기 위하여 제조공정상에 촉매를 사용하는 방법이 제안되어 있는데, 그 중에서 가장 최근 제안된 한국특허등록 제10-1801294호에서는 비금속계 루이스산 촉매를 사용하는 반응조건 하에서 아크릴계 섬유 지지체와 아민 화합물을 반응시켜서 아크릴계 섬유 흡착제를 제조하는 기술이 제안되어 있다.

이러한 새로운 비금속계 루이스산 촉매의 사용방법은 기존에 비해 반응 공정을 훨씬 유리하게 조성한 점에서는 진일보하였으나, 여전히 이온교환섬유 제조 후에 사용화를 위한 후처리 과정은 매우 복잡하고 어려워서 제조 공정개선의 필요성을 완전하게 해소하지는 못하고 있다.

이와 같이, 기존의 이온교환섬유는 섬유의 물성을 유지하면서 표면에 이온교환기를 도입하기 위한 개질반응 공정이 까다로워서 정밀한 공정제어가 필요하고, 특히 섬유 전체에 균일한 열이 전해지기 전에 반응이 진행되는 경우 품질 불균일 등으로 인해 생산성이 크게 저하되고, 또 섬유상 제형으로 인해 부직포 등으로 사용되는 등 형태가 매우 제한적이므로 흡착소재로 사용하는 경우 적용범위에 한계가 있었다.

한국특허등록 제10-1521991호 한국특허등록 제10-1506094호 일본특허등록 제5545412호 한국특허등록 제10-1801294호

상기와 같은 종래기술의 문제점을 근원적으로 해결하기 위하여, 본 발명에서는 섬유상태가 아닌 다른 형태의 이온교환성 소재를 개발하는 것을 해결과제로 한다.

따라서 본 발명의 목적은 기존의 고정관념을 깨고 새로운 개념의 이온교환 소재로서, 수지 분말의 표면에 이온교환 치환기가 도입되어 있는 새로운 형태의 이온교환분말을 제공한다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 양이온과 음이온은 물론 이들 모두에 대한 이온교환 능력을 가지는 다기능성 이온교환분말을 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 다양한 적용성과 성형성 등이 우수한 이온교환성 소재를 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 간단한 공정으로도 우수한 이온교환능을 가지는 이온교환성 소재의 제조에 널리 활용할 수 있는 제조공정 특성이 우수한 이온교환분말 소재를 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 새로운 형태의 이온교환분말을 이용한 흡착소재를 제공하는데 있다.

위와 같은 과제 해결을 위하여, 본 발명은 수지분말의 표면에 이온교환능을 가지는 치환기가 함유되어 있는 이온교환분말을 제공한다.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 이온교환분말은 수지분말의 개질반응으로 도입된 이온교환능의 치환기를 함유하는 이온교환분말을 포함할 수 있다.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 이온교환분말은 섬유 또는 벌크상의 수지가 개질반응된 후에 분말화되어 수지분말 표면에 이온교환능을 가진 치환기가 함유된 것을 포함할 수 있다.

본 발명은 상기 이온교환분말은 미소구체, 펠릿, 그래뉼, 다공성 미소 성형체 중에서 선택된 하나 이상으로 구성된 것을 포함할 수 있다.

본 발명은 상기 이온교환분말로 이루어진 구체, 펠릿, 그래뉼, 다공성 성형체 중에서 선택된 하나 이상의 알갱이 형태로 구성된 이온교환분말 성형체를 제공한다.

또한, 본 발명은 수지분말의 표면에 이온교환능을 가지는 치환기를 도입하는 개질반응을 시켜서 이온교환분말을 제조하는 방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 섬유 또는 벌크상의 수지를 개질반응시켜서 이온교환능을 가진 치환기를 도입한 다음 분말화하여 수지분말 표면에 이온교환능을 가진 치환기가 함유된 이온교환분말을 제조하는 방법을 제공한다.

본 발명에 따르면, 상기와 같은 이온교환분말은 수지 분말의 표면에 이온교환능을 가지는 치환기가 도입되어 있는 것으로서, 그 제조공정이 간단하고 분말 상이므로 여러 가지 형태의 필터 소재 제조과정에 다양한 방법으로 적용이 가능하기 때문에 사용처가 매우 다양한 흡착소재로 활용이 가능한 효과가 있다.

또한, 본 발명의 이온교환분말은 기존의 이온교환섬유에 비해 표면적이 넓어서 개질반응 과정에서 반응을 위한 접촉빈도가 높아서 반응시간이 비교적 짧으므로 섬유에 비해 이온교환 치환기의 도입을 위한 개질반응 공정이 매우 간편하기 때문에 그 제조공정이 간단하고 경제적이거나, 기존의 이온교환섬유를 분쇄하여 간단하게 제조할 수 있으므로 제조가 용이하다.

그리고 이온교환분말은 전체 표면적이 큰 수지분말 형태이므로, 비표면적이 가장 큰 형태의 분말 표면에 치환된 이온교환기가 존재하므로 상대적으로 이온교환기의 함량이 많거나 이온교환이 용이한 형태로 이온교환능의 치환기가 존재하므로 기존의 이온교환섬유에 비해 이온교환 능력이 우수한 효과가 있다.

특히, 본 발명은 기존의 이온교환섬유의 제조에 따른 개질반응 과정과 개질반응 후에 거쳐야 하는 공정상의 어려움이나 번거로움이 없으면서도 이온교환 치환기가 도입된 분말의 제조가 용이하고, 개질반응에 따른 제품 불량률이 없는 등 제조공정상의 우수한 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 이온교환분말은 그 표면에 이온교환능을 가진 치환기가 존재하여 다기능성을 가질 수 있으며, 또한 양이온, 음이온 또는 양쪽 이온성의 이온교환 능력이 우수한 특성을 가질 수 있어서 수질오염원이나 대기 오염원인 양이온 및 음이온을 모두 흡착할 수 있다. 그러므로 수질이나 대기 오염물질의 정화에 탁월한 효과가 있다.

그리고 본 발명의 일 구현예에 따르면, 높은 비표면적과 우수한 흡착능을 보이는 새로운 형태의 이온교환분말이기 때문에 어느 형태로든 적용이 용이하므로 경제적으로 다양한 용도의 흡착소재를 제조할 수 있는 효과가 있다. 따라서 본 발명에 따른 이온교환분말은 유해가스 및 대기정화 장치, 자동차 공기정화필터, 빌딩용 공조필터, 수처리용 정화장치, 여러 희귀금속과 중금속의 분리 및 회수장치 등 각종 필터 소재로 광범위하게 활용될 수 있다.

도 1a는 본 발명에 따른 이온교환분말의 제조공정을 간략하게 도시한 제조공정도이다.
도 1b는 본 발명에 따른 이온교환분말의 다른 실시예에 따른 제조공정을 간략하게 도시한 제조공정도이다.
도 2는 본 발명에 따라 제조예에서 제조된 아크릴계 수지 분말의 예시 사진으로서, 폴리아크릴로니트릴 수지분말에 대한 주사현미경 사진(SEM) 이다.
도 3는 본 발명에 따라 실시예에서 제조된 이온교환분말의 예시 사진으로서, 폴리아크릴로니트릴 수지분말에 아민기가 개질된 이온교환분말에 대한 주사현미경 사진(SEM) 이다.
도 4는 본 발명에 따라 실시예에서 제조된 이온교환분말에 대한 양이온 흡착 후의 예시 사진으로서, 이온교환분말에 Ce 이온이 흡착된 후의 분말에 대한 주사현미경 사진(SEM) 이다.
도 5는 본 발명에 따라 실시예에서 제조된 이온교환분말에 대한 양이온과 음이온 흡착 후의 예시 사진으로서, 이온교환분말에 Ce과 인(P)이 흡착된 후의 분말에 대한 주사현미경 사진(SEM) 이다.
도 6은 본 발명의 실험예에서 이온교환분말에 흡착된 양이온 및 음이온 흡착률에 대한 비교그래프로서, 이온교환분말에 인(p), Ce-P, Fe-P, Cu-P 등에 대한 각각의 흡착률을 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에서 제조된 이온교환분말에 대한 아민 농도별 이온교환능 측정 결과 그래프이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에서 아민농도 25%에서 제조된 이온교환분말에 대한 이온교환 온도에 따른 이온교환능 측정 결과 그래프이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에서 50% 아민농도와 120℃에서 제조된 이온교환분말에 대한 이온교환 시간에 따른 이온교환능 측정 결과 그래프이다.

이하, 본 발명을 하나의 구현예로서 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 종래 이온교환섬유를 대체하여 중금속 등의 제거에 유용한 새로운 형태의 이온교환 흡착소재로서 종래 알려진 바 없는 이온교환분말에 관한 것이다.

본 발명은 수지분말의 표면에 이온교환능을 가진 치환기가 함유된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 이온교환분말은 개질반응 후에 분말화된 것이나, 또는 수지분말 상태에서 개질반응으로 도입된 이온교환능의 치환기를 함유하는 이온교환분말 중 어느 것이든 본 발명에 포함된다.

예컨대, 이러한 본 발명에 따른 이온교환분말은 이온교환능의 치환기가 전혀 없는 통상의 수지분말에 대해 개질반응을 통해 이온교환이 가능한 치환기를 새롭게 도입하여 이루어진 형태를 가지는 것으로 제조될 수 있다. 그러므로 수지분말 표면의 전체에 걸쳐서 치환기가 도입되어 있는 것이다.

또 다른 예로서, 이온교환섬유나 이온교환수지를 분말화하여도 수지분말 표면에 이온교환능을 가지는 치환기가 존재하므로 상기와 유사한 형태의 이온교환분말이 제조될 수 있다.

본 발명에서 ‘수지분말’이라 함은 통상의 분말을 포함하고, 그 분말은 미소구체, 원통형상, 부정형 분말, 그래뉼 형상 등 분말형태를 가지는 다양한 미세형상을 가지는 것을 포함한다. 또한, 경우에 따라서는 다소 긴 원통형상의 미세구조를 가지는 분말을 포함할 수 있다.

그러므로 본 발명의 이온교환분말은 미소구체, 펠릿, 그래뉼, 다공성 미소 성형체 중에서 선택된 하나이상으로 이루어질 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 이온교환분말로 이루어진 입자 또는 다소 큰 입자 형태의 성형체로서, 이온교환분말로 이루어진 구체, 펠릿, 그래뉼, 다공성 성형체 중에서 선택된 하나이상의 알갱이 형태로 구성된 이온교환분말 성형체를 포함할 수 있다.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 상기 수지분말의 표면에 존재하는 이온교환능의 치환기는 양이온성, 음이온성 또는 양이온 및 음이온의 양쪽성 치환기를 가지는 것일 수 있다.

예컨대, 본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 상기 이온교환능의 치환기는 아민기, 술폰기, 카르복실기, 인산기, 암모늄염기, 아미노기 중에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 치환기로서 예컨대 바람직하게는 아민기, 술폰기, 카르복실기 중에 하나 이상을, 더욱 바람직하게는 아민기를 포함할 수 있다.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 이러한 치환기는 각종 중금속, 인 등의 유해물질을 강력하게 흡착할 수 있기 때문에 이러한 치환기가 도입된 본 발명의 이온교환분말은 수질이나 대기 중에 존재하는 유해성 중금속이나 미세 이온성 성분들을 흡착하여 제거할 수 있는 것이다.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 상기 이온교환능을 가지는 치환기는 양이온 또는 음이온 성질 중 어느 하나 또는 양쪽의 성질 모두를 가지므로 다양한 유해물질을 효과적으로 흡착할 수 있는 것이다.

본 발명에 따르면 음이온성과 양이온성 모두의 양쪽성 치환기를 가지는 이온교환분말이 바람직하게 사용될 수 있다.

본 발명의 바람직한 일 구현예에 따르면, 본 발명의 이온교환분말의 형태는 수지분말의 표면이 치환기로 개질되어 있되 수지분말의 표면에 도입이 가능한 치환기를 함유하는 전구체 화합물의 반응에 의해 표면이 개질된 형태로 이루어지거나, 섬유나 벌크상의 수지 표면이 이온교환능을 가진 치환기로 개질된 후에 분말화된 것을 포함할 수 있다.

여기서 ‘벌크’상 수지라 함은 섬유상을 제외한 섬유와 유사한 형태의 수지 또는 다소 작은 입자로 이루어진 수지 구조체를 포함하는 것으로 해석된다. 본질적으로 크기가 너무 큰 벌크상 수지는 분쇄하는 경우 이온교환된 부분이 상대적으로 거의 없는 분말 또는 이온교환된 부분이 전혀 없는 분말이 존재하게 되어 본 발명의 목적달성이 어려울 수 있다. 그러므로 통상 벌크상의 수지는 전형적으로는 단섬유와 비슷한 가능 막대형, 그래뉼 입자형, 알갱이형태, 통상적인 펠릿형 수지원료 등이 포함될 수 있다.

본 발명의 바람직한 일 구현예에 따르면, 이온교환분말에서 지지체를 구성하는 수지분말로서는 물에 녹지 않는 수지인 수불용성 수지분말 또는 다공성 수지분말로 이루어질 수 있으며, 예컨대 아크릴계 수지, 스틸렌계 수지, 페놀계 수지 중에서 선택된 하나 이상의 수지분말이 사용될 수 있다. 이러한 수지분말은 다공성 구조를 가지는 분말일 수 있다.

본 발명의 수지분말의 일예로서 바람직하게는 아크릴계수지로 이루어진 분말이 사용될 수 있다.

본 발명의 바람직한 일 구현예로서, 수지분말은 폴리아크릴로니트릴 수지일 수 있다.

본 발명의 바람직한 일 구현예에 따르면, 수지분말을 구성하는 수지는 분자량이 10,000-300,000MW 것을 사용할 수 있다.

본 발명의 바람직한 일 구현예에 따르면, 수지분말은 평균입경이 1-1000㎛의 크기일 수 있다. 바람직하게는 1-200㎛, 더욱 바람직하게는 10-50㎛의 평균입경을 가질 수 있다.

본 발명에 따르면, 수지 분말은 그 직경이 작을수록 비표면적이 커지며 이에 따라 g 당 흡착량이 우수하기 때문에 이론적으로 직경이 작을수록 좋은 흡착능을 지닌다.

그러나 수지분말의 직경이 너무 작은 경우는 지지체의 역할이 미약하거나 표면에 이온교환능의 치환기 함량이 적어서 전체적인 흡착성능이 저하되는 문제점이 발생할 수 있다.

본 발명의 바람직한 일 구현예에 따르면, 이온교환분말은 치환기 개질률이 20~95%, 바람직하게는 30-90%, 더욱 바람직하게는 50-85%인 것으로 제조될 수 있다.

본 발명의 바람직한 일 구현예에 따르면, 이온교환분말은 0.5 내지 30 mmol/g 의 이온 흡착능을 가질 수 있다.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 이러한 이온교환분말의 제조는 도 1a 또는 도 1b에 도시한 바와 같은 공정을 거쳐서 간단하게 제조할 수 있다

본 발명에서 이온교환분말 제조를 위해 지지체로 사용되는 수지분말은 예컨대 통상적인 수지의 제조과정을 통해 얻을 수 있다.

본 발명의 일예로서, 상기 아크릴계 수지 분말의 제조를 위해 사용되는 공중합 가능한 단량체로서는 예컨대 아크릴로니트릴, 비닐알콜, 비닐아세테이트, 비닐클로라이드, 메틸아크릴레이트, 부틸아크릴레이트, 비닐아세트산, 아크릴산, 메트아크릴산, 비닐리덴클로라이드, 아크릴아마이드, 2-하이드록실에틸메트아크릴레이트, 2-하이드록시에틸아크릴레이트, 글리시딜아크릴레이트, 글리시딜메트아크릴레이트, 알릴설폰산나트륨 및 스타이렌설폰산나트륨으로 이루어진 군에서 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 상기 아크릴계 수지 분말은 바람직하게는 아크릴로니트릴, 비닐알콜, 비닐아세테이트, 비닐클로라이드, 메틸아크릴레이트, 부틸아크릴레이트 및 비닐아세트산으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상을 포함하는 단량체로 제조된 아크릴계 수지 분말일 수 있다.

본 발명에 따른 이온교환 분말을 제조하기 위해서, 아크릴계 수지 분말로서는 폴리스테린, 폴리아크릴로니트릴 등이 사용될 수 있으나, 이온교환 치환기 도입 과정에서 -NH Triple-bond에서 double-bond로 결합의 변화가 생겨 용매반응이 원활이 이루어지는 특성을 고려한다면 가장 바람직하게는 폴리아크릴로니트릴 수지 분말을 제조하여 사용할 수 있다.

본 발명의 일 구현예로서, 아크릴계 수지분말로서 폴리아크릴로니트릴의 경우는 예컨대, 아세틸렌에 시안화수소산(청산)을 반응시켜 제조할 수도 있고, 보다 바람직하게는 프로필렌을 원료로 하여 시안화수소산과 같은 유해가스를 쓰지 않는 소하이오법으로 제조할 수 있다. 이렇게 제조된 아크릴계 수지의 예로서 폴리아크릴로니트릴(PAN)은 흰색이나 노란색의 부드럽고 불투명한 분말로 제조될 수 있다. 폴리아크릴로니트릴 분말을 제조하는 경우 용매는 디메틸포름아미드(DMF), 디메틸아세트아미드(DMAc), 디메틸설폭시드(DMSO), N-메틸-2-피롤리돈(NMP), 소디움티오시아네이트(NaSCN) 등을 사용할 수 있다.

본 발명에 따른 상기 아크릴계 수지 분말은 상기 공중합 단량체를 통상의 공중합 반응 조건에서 습식법으로 공중합시키고 반응용매를 증발시키면 용이하게 제조될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

또한, 본 발명에서 사용될 수 있는 수지분말로서는 스틸렌계 수지나 페놀계 수지 역시 통상의 방법으로 수지를 합성하여 분말상으로 수지분말을 제조하여 사용할 수 있다.

본 발명에서는, 상기와 같은 수지분말의 표면에 이온교환능을 가지는 치환기를 도입하는 개질반응을 시켜서 이온교환분말을 제조하는 방법을 제공한다.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 개질반응 단계에서 수지분말에 치환기를 도입하기 위한 전구체 화합물로서는 해당 치환기를 포함하는 화합물이 사용된다,

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 상기와 같은 개질반응은 수지 분말과 치환기 도입을 위한 전구체 화합물을 용매 중에서 촉매 존재 하에 시행될 수 있다. 촉매로서는 염화금속 촉매 또는 루이스산 촉매를 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 염화금속 촉매로서는 염화아연(ZnCl₂), 염화니켈(NiCl₂), 염화팔라듐(PdCl₂), 염화알루미늄, 염화철 및 염화주석 등의 염화금속 촉매 중에서 선택된 어느 하나 이상을 사용할 수 있다.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 상기 루이스산 촉매는 금속계나 비금속계 촉매가 사용될 수 있는데, 예컨대 아이오다인(VII) 다이옥사이드 트리플루오라이드, 트리스(펜타플루오로페닐)보레인, t-부틸다이메틸실릴, 보론트리플로라이드 수화물(BF₃ㆍ2H₂O) 및 노나플루오로부탄-설포닐이미드로 이루어진 군에서 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 바람직하게는 보론트리플로라이드 수화물(BF₃ㆍ2H₂O) 촉매가 사용될 수 있다.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 상기 촉매는 상기 전체 개질반응을 위한 전체조성물 대비 0.1-20 중량%, 보다 바람직하게는 0.5-10 중량%의 비율로 투입될 수 있다.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 치환기 도입을 위한 전구체 화합물로서 아민기 도입을 위한 아민계 화합물, 카르복실기 도입을 위한 카르복실산 화합물, 그리고 술폰기 도입을 위한 술폰산 화합물 등이 하나 이상 사용될 수 있다.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 상기 아민계 화합물은 아크릴계 섬유와 결합하는 리간드 역할을 하는 화합물로서, 상기 화합물은 알킬기를 가지며, 1차 또는 그 이상의 구조, 바람직하게는 1차 내지 3차 구조이고, 가지형 또는 고리형 구조의 화합물일 수 있다.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 상기 아민계 화합물은 에틸렌다이아민(EDA), 다이에틸렌트라이아민(DETA), 트리스(2-아미노에틸아민)(TAEA), 프로판-1,3-다이아민, 메테인 트라이아민, 3-(2-아미노에틸)프로판-1,5-다이아민, 멜라민, 디아미노푸라잔, 디아미노피리딘, 디아미노피리미딘, 디아미노푸라잔으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 성분이 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 더욱 바람직하게는 에틸렌다이아민(EDA), 다이에틸렌트라이아민(DETA), 트리스(2-아미노에틸아민)(TAEA) 중에서 선택된 어느 하나 이상이 사용될 수 있다.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 상기 카르복시기 도입 전구체 화합물로서는 아세트산이나 옥살산, 말론산, 석신산, 글루타르산, 아디프산, 피엘산, 서버산, 아젤라산, 세박산, 프탈산, 이소프탈산, 테레프탈산 등과 같은 디카르복실산 등이 사용될 수 있으나 이에 한정되지 않는다.

또한, 술폰기 도입 전구체 화합물로서는 암모늄퍼설페이트, p-톨루엔술폰산, 벤젠술폰산과 같은 아릴술폰산, 트리플루오로메탄술폰산, 트리플루오로부탄술폰산 등과 같은 퍼플루오로알킬술폰산, 메탄술폰산, 에탄술폰산, 부탄 술폰산 등과 같은 알킬술폰산 등이 사용될 수 있으나 이에 한정되지 않는다.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 상기와 같은 이온교환 작용기인 치환기를 도입하기 위해 수지 분말의 개질반응에 사용되는 전구체 화합물은 100% 화합물도 사용할 수 있으나 5-90중량%의 수용액, 예컨대 바람직하게는 10-85중량%의 수용액으로 사용될 수 있다.

본 발명에 따르면, 순수한 전구체 화합물을 사용하여 수지 분말의 개질을 진행하는 경우, 빠른 반응 가속도로 인해 미세한 반응시간 조절이 필요하며, 실제 대형화 공정에서 적용하기에 매우 민감한 문제점이 발생할 수 있다. 또한, 개질반응 과정에서 치환기의 흡착능을 고려하여 기능기의 개질률을 조절하기 위한 방법으로, 반응 속도를 조절하기 위해 반응물인 전구체 화합물을 물에 희석하여 개질반응을 진행하는 것이 바람직하다.

그러므로 본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 상기 개질반응에서 반응시간은 전구체 화합물의 농도가 증가할수록 반응시간을 단축할 수 있으나, 지나치게 고농도의 전구체 화합물을 사용하는 경우 오히려 공정의 제어가 어렵고 최종 개질반응된 이온교환분말의 물성이나 흡착성능이 좋지 못하여 경제적으로나 공정상 불리할 수 있다.

본 발명에 따르면, 상기와 같은 적절한 농도에서 개질반응시키는 이유는 고농도의 아민 수용액 조건에서 개질반응을 진행하게 되면, 개질반응 후 발생하는 폐수 문제와 섬유의 수세 문제가 현저히 줄어드는 장점을 기대할 수 있다.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 개질반응을 위한 전구체 화합물의 이러한 특성은 해당 전구체 화합물의 종류에 따라 더욱 바람직하게 조절할 수 있다.

이와 같이, 치환기 도입을 위해 사용되는 전구체 화합물의 농도가 높을수록 반응시간을 단축할 수 있으나 공정 제어가 어렵고 비경제적인 문제가 있으며, 개질된 이온교환분말의 물성이 저하되고 치환기 도입이 오히려 저하될 수 있다. 그러나 치환기 도입을 위해 사용되는 전구체 화합물의 농도가 너무 낮으면 개질반응에 시간이 많이 소요되거나 개질반응이 제대로 일어나지 않게 되고, 개질률이 저하되어 이온교환분말의 흡착능력이 저하될 수 있다. 그러므로 상기와 같은 5-70중량%의 농도의 전구체 화합물 수용액을 사용하는 경우 개질반응 조건으로 가장 유리하고 경제적이며 개질반응 후 잔여 전구체 화합물읠 제거나 개질반응 후의 세척 공정 등에서 유리하다.

또한, 본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 이러한 개질반응은DMF(dimethylformamide), DMSO(dimethyl sulfoxide), DETA(dimethyltriamine) 중에 선택된 용매 중에서 수지 분말과 개질반응을 위한 치환기 도입 화합물인 전구체 화합물을 1 : 5-15 중량비의 비율로 혼합하여 개질반응시키는 것이 바람직하다, 또한, 반응온도는 50~150℃에서, 반응시간은 30-240분 동안 개질반응시켜서 수행할 수 있다.

본 발명의 일 구현예로서, 예컨대 수지 분말에 아민기를 도입하는 경우 개질반응은 바람직하게는 반응온도 80~120℃, 더욱 바람직하게는 90~110℃에서 반응시키는 것이 바람직하고, 반응시간은 80~140분, 바람직하게는 90-100분 동안 반응시키는 것이 바람직하다. 또한, 상기 아민계 화합물의 농도는 10~30중량%의 수용액, 바람직하게는 15~25중량%의 조건에서 수행할 수 있다.

본 발명에 따라 제조된 상기 이온교환분말은, 그 수지분말의 개질반응에 의해 수질분말의 표면에 존재하는 반응기의 치환기 개질에 의한 개질률이 30-95%가 되도록 개질되어 치환기가 도입된 이온교환분말로 제조될 수 있다.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 본 발명은 상기의 방법에 의해 제조되는 아크릴계 이온교환분말은, 양이온과 음이온 중 어느 하나 또는 양쪽 이온을 모두 흡착할 수 있는 양쪽성의 기능을 갖는 흡착소재로서 제공될 수 있다.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 일 구현예에서 제조된 상기 이온교환분말은 예컨대 0.5-30 mmol/g, 바람직하게는 1.5-15 mmol/g 범위의 이온교환능을 보일 수 있다. 이러한 이온교환분말의 이온교환능은 이온교환 작용기인 치환기 도입을 위한 전구체 화합물의 종류에 따른 단량체 내 치환기의 수 및 차수, 수지 분말의 개질 정도, 그리고 흡착제와 흡착질의 전하적 상관관계에 따른 친화도와 관련이 있으며, 나아가 개질반응 조건, 그리고 활용처에 존재하는 흡착질의 성질에 영향을 받을 수 있다.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 상기와 같이 이온교환능을 가지는 치환기를 도입하는 개질반응 후에는 잔여 성분을 세척하는 단계를 거쳐서 이온교환분말을 제조할 수 있다.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 이러한 세척은 물로 세척할 수도 있으나, 치환기의 이온성을 고려하고 세척효과를 높이기 위해서는 산세척과 염기세척을 병용할 수 있다. 이때 산세척은 강산, 예컨대 HCl을 사용할 수 있고, 염기 세척은 강염기, 예컨대 NaOH을 사용할 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명에 따르면, 이렇게 세척하고 난 이후에는 용매를 제거하고 건조하면 치환기가 도입된 이온교환분말을 얻을 수 있다.

상기와 같이 제조된 이온교환분말은 양이온과 음이온 중 어느 하나 또는 양쪽 이온을 모두 흡착할 수 있는 양쪽성의 흡착 기능을 갖는 특성을 가질 수 있다.

한편, 본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 본 발명의 이온교환분말은 섬유나 벌크상의 수지의 표면에 이온교환능의 치환기를 도입한 후에 분쇄하여 분말화함으로서 간단하게 제조할 수도 있다. 예컨대 전형적으로는 이온교환섬유 즉 섬유상의 수지를 개질반응하여 이온교환섬유를 제조하고 이를 분쇄하여 본 발명의 이온교환분말을 얻을 수 있다.

또한, 벌크상의 수지를 이용하는 경우 예컨대 평균입도가 20~50㎛인 입자형태로 이루어진 벌크상의 수지를 개질반응하여 이온교환수지를 제조하고 있는 분말화하여 본 발명의 이온교환분말을 제조할 수도 있다.

이렇게 이온교환섬유나 이온교환수지를 분말화하여 제조된 이온교환분말의 경우 사용된 수지성분과 개질반응에 이용되는 이온교환능을 가지는 치환기를 도입하기 위한 전구체 화합물의 종류, 그리고 개질반응을 위한 조건 등은 상기 수지분말을 이용하는 경우와 유사한 조건에서 수행할 수 있다.

본 발명에 따르면, 이러한 수지분말이나 섬유 또는 벌크상 수지를 이용하여 이온교환수지를 제조함에 있어서는 개질반응을 마이크로웨이브나 오븐 등을 이용하여 이온교환능을 가지도록 개질시켜서 이온교환분말을 제조할 수 있다.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 이온교환분말의 전형적인 물성은 예컨대, 이온교환능이 2-15mmol/g 이고, 표면 개질율은 20-95%, 분말의 평균입경은이 1-200㎛인 것으로 제조될 수 있다.

또한 본 발명의 바람직한 제조방법으로서, 예컨대 이온교환분말은 마이크로웨이브를 이용하여 수지분말을 이온교환능을 가지는 치환기로 개질하는 경우 개질반응조건은 25-90% 아민수용액 중에서 80-200℃로 10-30분간 개질반응시켜서 제조할 수 있다.

다른 예로서, 드라이오븐을 이용하여 수지분말을 이온교환능을 가지는 치환기로 개질하는 경우 개질반응조건은 25-90% 아민수용액, 80-200℃로 20-200분간 개질반응시켜서 제조할 수 있다.

또 다른 예로서, 이온교환분말을 제조하기 위하여, 이온교환섬유 제조 후 분쇄하는 방법에서는 섬유를 이온교환능을 가지는 치환기로 개질하는 경우 개질반응조건은 20-90% 아민수용액 중에서 80-200℃로 1-5시간동안 개질반응시킨 다음 분쇄하여서 제조할 수 있다. 이때 분쇄는 이온교환된 섬유를 작게 자르고 액체질소를 이용하여 분말상으로 제조할 수 있다.

본 발명은 상기 이온교환분말을 그대로 사용할 수도 있으며, 이러한 분말은 미소구체, 펠릿, 그래뉼, 다공성 미소 성형체 중에서 선택된 하나이상으로 구성된 형태로 제조죌 수 있다.

또한 본 발명에 따르면, 상기 이온교환분말로 이루어진 다소 작거나 다소 큰 입자형태의 성형체로서 미소구체, 펠릿, 그래뉼, 다공성 미소 성형체 중에서 선택된 하나이상으로 구성하여 다양한 형태의 카트리지나 충전 공간, 필터링 하우징 등에 적용될 수 있다.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 본 발명의 이온교환분말은 음이온성, 양이온성 또는 양쪽성 흡착능력을 가짐과 동시에 다양한 유해성분에 대한 흡착능력이 우수한데, 예컨대 구리, 세륨(Ce), 철, 인(P), 크롬, 비소, 니켈, 아연, 수은, 납 등의 유해성분에 대한 흡착능력이 매우 우수한 특성을 나타낼 수 있다.

본 발명에 따른 이온교환분말이 흡착 가능한 양이온으로서는 상기 금속이온 외에도 Ra² ⁺, Ba² ⁺, Sr²⁺, Ca² ⁺, Mg² ⁺, Cd² ⁺, Tl⁺, Ag⁺, Cs⁺, Rb⁺, K⁺, NH4⁺, Na⁺, H⁺, Li⁺ 등이 예시될 수 있으며, 음이온으로서는 CrO_42-, SeO₄ ² ^-, SO₄ ^2-, HASO₄ ² ^-, HSO₄ ^-, I^-, NO₃ ^-, Br^-, SeO₃ ² ^-, HSO₃ ² ^-, NO₂ ^-, Cl^-, HCO₃ ^-, OH^-, F^-등을 들 수 있다.

또한, 본 발명에 따라 제조된 이온교환분말은 오염수 중에 함유된 유해금속이나 인 등의 수질 오염 유해성분, 유가금속 등에 대한 흡착능력이 특히 우수하며, 대기 오염물질인 미세먼지, 공장 배가스, 차량 배기가스, 휘발성 유기화합물(VOC), 방사성 물질 등에 대한 흡착능력도 우수하다.

따라서 본 발명에 따른 이온교환분말은 상기와 같이 수질이나 대기오염물질의 다양한 성분에 대하여 우수한 이온결합에 의한 흡착성능을 가지기 때문에 다기능성을 나타낼 수 있으므로 다양한 형태의 흡착소재로 광범위하게 사용할 수 있다.

본 발명에 따른 이온교환분말은 예를 들어 각종 흡착소재의 제조에 혼합하여 사용할 수 있다. 구체적으로는 예컨대, 본 발명의 이온교환분말을 담체에 혼합하거나, 부직포와 같은 다공성 지지체에 혼합시켜서 사용하는 방법, 성형물 제조 시에 혼합하는 방법, 통상적인 충전재와 혼합하여 흡착용 카트리지에 충전하는 방법, 기재성분 표면에 접착 또는 첨착시키는 방법 등으로 사용하여 흡착성능을 발휘하는 흡착소재로 구성하여 다양한 수질 또는 대기 정화용 흡착소재로 이용될 수 있다.

위와 같이, 본 발명에 따른 이온교환분말은 다기능성을 가지면서도 그 제조가 매우 용이한 효과가 있어서 경제적으로 흡착소재를 제조할 수 있다.

또한, 수질 정화나 대기 정화에 적용하는 경우 다양한 금속, 인, 유해성분 등과 양이온성 및 음이온성 유해물질에 대한 흡착성능이 우수하므로 다양한 형태의 흡착소재로 널리 활용할 수 있는 것이다.

본 발명에 따른 이온교환분말은 예컨대 단독으로 또는 다른 흡착소재와 혼합하여 섬유상의 필터, 충전식 필터, 적층식 필터 등에 다양한 형태로 적용될 수 있다. 또한, 흡착성능을 가지는 다양한 형태의 성형물, 시트상 표면재나 표피재, 내장재 등에 혼합하거나 코팅된 형태의 다양한 기능성 흡착소재로 적용될 수 있다.

따라서 본 발명에 따른 이온교환분말은 이를 포함하는 다양한 용도와 다양한 형태의 필터나 기능성 소재로 적용 가능한 수질 또는 대기 정화용 흡착소재로 활용될 수 있다. 이러한 흡착소재는 다양한 수질 또는 대기를 정화하기 위한 정화장치에 여러 가지 적합한 형태로 제작되어 적용될 수 있다.

본 발명을 흡착 소재로 사용하는 일예로서, 예컨대 본 발명의 이온교환분말을 함유하는 유해물질 흡착 기능성 벽지를 제조할 수 있다.

이러한 이온교환분말 수지의 적용 예는 벽지의 표면에 접착성분을 이용하여 이온교환분말을 표면 접착시켜서 제조할 수 있으며, 또는 이온교환분말을 이용하여 직접 종이를 제조하고 이를 벽지와 합지시켜서 유해성분 흡착용 기능성 벽지로 제조할 수도 있다.

본 발명에 따르면 이렇게 제조된 기능성 벽지는 실내에서 대기 중에 함유된 각종 미세먼지, 중금속, 유해가스성분, 휘발성 유기화합물(VOC), 각종 악취, 라돈, 방사성 물질 등 각종 유해 환경물질에 대한 정화효과를 얻을 수 있는 것이다.

또한, 산업폐수로부터 유가금속을 회수하기 위한 흡착소재로 사용될 수도 있다.

이하, 본 발명은 실시예에 의거 상세하게 설명하겠는바, 본 발명이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

제조예 : 아크릴계 수지분말의 제조

프로필렌, 암모니아 및 산소를 원료로 하여 소하이오법으로 아크릴로나이트릴을 제조하는 방법으로 폴리아크릴로니트릴 분말을 DMF 용매 존재 하에 제조하였다.

시용된 프로필렌은 농도가 40∼90%인 것, 여기서는 60%인 것을 원료로서 사용하여, 반응온도는 450∼500℃, 압력은 3atm 이하에서 제조하여 공중합시킴으로써 폴리아크릴로니트릴 수지 분말을 제조하였다.

이렇게 제조된 폴리아크릴로니트릴 분말에 대한 주사현미경 사진(SEM)은 첨부 도면 도 2로 제시한 사진과 같다.

실시예 1

비금속계 루이스산 촉매인 염화 알루미늄(Aluminum chloride) 0.25g, 폴리아크릴로니트릴 분말 5g, 트리스(2-아미노에틸아민)(TAEA) 20%(w/w) 수용액 50g과 함께 250ml 부피 크기의 둥근 바닥 플라스크에 넣은 후, 상온에서 30분간 고르게 휘저어 분산시켰다.

플라스크의 입구를 밀봉하고 반응온도 100℃에서 90분간 반응시킨 후, 상온까지 냉각시킨 다음, 반응물을 수세한 후 건조시켜 아민으로 개질된 이온교환분말을 제조하였다.

상기 제조된 이온교환분말 입자는 그 평균입자 크기가 약35㎛ 인 것으로 확인되었다.

이렇게 제조된 이온교환분말에 대한 주사현미경 사진(SEM)은 첨부도면 도 3으로 제시한 사진과 같다.

실시예 2

상기 실시예 1과 동일하게 실시하되 치환기 도입을 위한 전구체 화합물로 프탈산을 사용하여 카르복실기로 개질된 이온교환분말을 제조하였다.

실시예 3

상기 실시예 1과 동일하게 실시하되 치환기 도입을 위한 전구체 화합물로 p-톨루엔술폰산를 사용하여 술폰기로 개질된 이온교환분말을 제조하였다.

실시예 4

상기 실시예 1과 동일하게 실시하되 아민기와 카르복실기(1;1)로 개질된 이온교환분말을 제조하였다.

실시예 5

상기 실시예 1과 동일하게 실시하되 아민기와 술폰기(1:1)로 개질된 이온교환분말을 제조하였다.

실시예 6

상기 실시예 1과 동일하게 실시하되 카르복실기와 술폰기(1:1)로 개질된 이온교환분말을 제조하였다.

실시예 7

상기 실시예 1과 동일하게 실시하되 아민기와 카르복실기 및 술폰기(1:1:1)로 개질된 이온교환분말을 제조하였다.

실시예 8

상기 실시예 1에서 제조된 이온교환분말을 이용하여 벽지를 제조하였다. 벽지는 부직포를 이용한 벽지를 이용하고 그 벽지의 표면에 접착제로서 아마인유 : 동물성 액체왁스 : 테리핀유 : E.V.A(Ethyl Vinyl Acetate)수지가 6 : 1 : 1 : 1로 혼합된 접착성분(2,800cp)을 도포하고, 여기에 이온교환분말을 부착시킨 다음 건조하여 벽지 표면에 이온교환분말이 도포된 기능성 벽지를 제조하였다.

비교예 1-7

상기 실시예 1-7과 동일하게 실시하되 수지분말 대신에 폴리아크릴로니트릴 섬유에 대하여 각각의 방법과 동일한 방법으로 치환기를 도입하기 위해 개질반응시켜서 각각의 치환기를 가지는 이온교환섬유를 제조하였다.

실험예 1 : 양이온 흡착실험

100mM 농도의 Ce³ ⁺을 100ml 삼각 플라스크에 80㎖ 준비하였다. 상기 실시예 1에서 제조된 이온교환분말을 0.1g 집어넣고, 삼각 플라스크를 완전히 밀봉하여 24시간 동안 교반을 하며 이온을 흡착시켰다.

24시간이 지난 후 건조하여 양이온의 흡착 상태를 확인한 결과 Ce 양이온 흡착 이온교환분말의 사진(SEM) 확인 결과는 도 4에 나타내었다.

실험예 2 : 양이온 및 음이온 흡착실험

100mM 농도의 양이온(Ce³ ⁺)용액 80㎖를 준비하여 상기 실험예 1과 동일한 방법으로 수행하고, 그 결과의 이온교환분말을 진공 오븐에서 완전히 건조시켰다.

건조된 양이온이 흡착되어 있는 이온교환분말을 100mM 농도의 음이온(PO₄ ^3-) 용액 80㎖에 0.1g 집어넣고, 상기 실험에 1과 동일한 방법으로 수행하여, 24시간이 지난 후 이온교환분말을 빼내고, 용액에 남아있는 양을 유도결합 플라즈마 발광 분석기(ICP-OES)를 통해 양이온 및 음이온의 흡수 상태를 확인한 결과 Ce 양이온과 P 음이온 흡착 이온교환분말의 사진(SEM) 확인 결과는 도 5에 나타내었다.

또한, 본 실험에서 이온교환분말에 흡착된 Ce-P 흡착율은 도 6에 그래프로 나타내었다.

실험예 3 : 음이온 흡착률 실험

100mM 농도의 음이온(PO₄ ^3-)을 100ml 삼각 플라스크에 80㎖ 준비하였다. 상기 실시예 1에서 제조된 이온교환분말 0.1g 집어넣고, 삼각 플라스크를 완전히 밀봉하여 24시간 동안 교반을 하며 이온을 흡착시켰다.

24시간이 지난 후 이온교환분말을 빼내고, 용액에 남아있는 양을 유도결합 플라즈마 발광 분석기(ICP-OES)를 통해 음이온의 흡수율을 평가한 결과를 도 6에 그래프로 나타내었다.

실험예 4 : 양이온 및 음이온 흡착률 실험

100mM 농도의 Fe³ ⁺및 PO₄ ^3-이온을 100ml 삼각 플라스크에 80㎖ 준비하였다. 상기 실시예 1에서 제조된 이온교환분말을 0.1g 집어넣고, 삼각 플라스크를 완전히 밀봉하여 24시간 동안 교반을 하며 이온을 흡착시켰다.

24시간이 지난 후 이온교환분말을 빼내고, 용액에 남아있는 양을 유도결합 플라즈마 발광 분석기(ICP-OES)를 통해 양이온 및 음이온의 흡수율을 평가한 결과를 도 6에 나타내었다.

실험예 5 : 양이온 및 음이온 흡착률 실험

100mM 농도의 Cu³ ⁺및 PO₄ ^3-이온을 100ml 삼각 플라스크에 80㎖ 준비하였다. 상기 실시예 1에서 제조된 이온교환분말을 0.1g 집어넣고, 삼각 플라스크를 완전히 밀봉하여 24시간 동안 교반을 하며 이온을 흡착시켰다.

실험예 6 ; 이온교환분말의 치환기 개질률에 따른 흡착 비교실험

이온교환분말의 개질반응에 따른 개질률에 따른 흡착효과를 알아보기 위하여 상기 실시예 1과 같은 방법으로 이온교환분말을 제조하되 개질률이 서로 다른 이온교환분말을 하기 표 1과 같은 개질률을 가지는 것으로 준비하고 이들에 대하여 각각 pH 2의 조건에서 이온흡착 효과를 비교하였다.

그 결과는 다음 표 1과 같다.

개질률(%)	10	20	30	40	50	60	70	80	85	90	95
Ce흡착량 (mmol/g)	1	1.2	7	8	14	17	18	19	21	20	20
P흡착량 (mmol/g)	0.1	0.2	1.0	1.4	2.6	2.9	3.4	3.8	4.2	4.0	4.0

실험예 7

아크릴 섬유를 오븐을 사용하여 개질반응시키되 아민수용액의 농도를 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%로 변경시키면서 온도 120℃로 4시간 각각 개질반응시켜서 이온교한섬유를 이용하여 이온교환분말을 제조하기 위하여 드라이오븐에서 건조된 이온교환섬유를 준비한다.

제조된 이온교환섬유를 잘게 자르고, 분쇄기로 파쇄하여 분말상으로 제조하고, 제조한 분말을 40℃에서 5~6시간 건조시킨다.

건조한 분말을 0.1N HCl 수용액 에 넣어 MEQ 측정한다.

그 측정결과는 도 7을 통하여 이온교환분말에 대한 아민 농도별 이온교환능 측정 결과 그래프로 나타내었다.

실험예 8

Microwave를 이용하여 아크릴 분말을 이온교환분말로 제조하되 개질반응은 아민농도 25%로 하여, 온도별로 개질반응시켰다.

개질반응은 시간별로 60분 시행하였다. 개질반응은 80℃, 90℃, 100℃ 에서 각각 시행하고, 그 결과 얻어진 이온교환분말에 대해 개질반응 온도별 흡착량(mmol/g)을 비교 측정하여 도 8에 나타내었다.

실험예 9

드라이오븐 이용하여 아크릴 분말을 이온교환분말로 제조하되 개질반응은 아민농도 50%로 하고, 온도 120℃에서 개질반응시켰다.

개질반응은 시간별로 30분, 60분 동안 시행하였다. 그 결과 얻어진 이온교환분말에 대해 개질반응 시간별 흡착량(mmol/g)을 비교 측정하여 도 9에 나타내었다.

본 발명에 의한 방법에 의해 제조된 이온교환분말은 종래의 이온교환섬유나 흡착 소재에 비해 우수한 흡착 능을 지니며, 양이온과 음이온의 양쪽성 특성을 갖게 하여 수질 오염원과 대기 오염원인 양이온과 음이온을 모두 흡착할 수 있는 양쪽성 기능(dual function)을 지니는 장점이 있기 때문에, 본 발명이 속하는 기술분야, 특히 흡착소재 분야에 다기능성 이온교환분말로 적용하여 다기능성 필터와 기능성 소재로 유용하게 사용될 수 있다.

Claims

수지분말의 표면에 이온교환능을 가지는 치환기가 함유되어 있는 이온교환분말.
청구항 1에 있어서, 이온교환능의 치환기는 아민기, 술폰기, 카르복실기, 인산기, 암모늄염기, 아미노기 중에서 선택된 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 이온교환분말.
청구항 1에 있어서, 수지분말은 아크릴계 수지, 스틸렌계 수지, 페놀계 수지 중에서 선택된 하나 이상의 수지 분말을 포함하는 것을 특징으로 하는 이온교환분말.
청구항 1에 있어서, 이온교환분말은 치환기 개질률이 20~95%인 것을 특징으로 하는 이온교환분말.
청구항 1에 있어서, 0.5 내지 30 mmol/g 의 이온흡착능을 가지는 것을 특징으로 하는 이온교환분말.
청구항 1 내지 청구항 5 중에서 선택된 어느 하나의 항에 따른 이온교환분말로 이루어진 구체, 펠릿, 그래뉼, 다공성 성형체 중에서 선택된 하나이상의 알갱이 형태로 구성된 이온교환분말 성형체.
수지분말의 표면에 이온교환능을 가지는 치환기를 도입하는 개질반응을 시키는 것을 특징으로 하는 이온교환분말의 제조방법.
섬유 또는 벌크상의 수지를 개질반응시켜서 이온교환능을 가진 치환기를 도입한 다음 분말화하여 수지분말 표면에 이온교환능을 가진 치환기가 함유된 이온교환분말을 제조하는 것을 특징으로 하는 이온교환분말의 제조방법.
청구항 8에 있어서, 이온교환섬유 제조 후 분쇄하는 방법에서는 섬유를 이온교환능을 가지는 치환기로 개질하는 경우 개질반응조건은 20-90% 아민수용액 중에서 80-200℃로 1-5시간동안 개질반응시킨 다음, 이온교환된 섬유를 분쇄기를 이용하여 분말상으로 제조하는 것을 특징으로 하는 이온교환분말의 제조방법.
청구항 1 내지 청구항 5 중에서 선택된 어느 하나의 항에 따른 이온교환분말 또는 청구항 6의 이온교환분말 성형체를 함유하는 수질 또는 대기 정화용 흡착소재.
청구항 1 내지 청구항 5 중에서 선택된 어느 하나의 항에 따른 이온교환분말을 함유하는 유해물질 흡착 기능성 벽지.