KR20190131283A - Method for producing of silica using biomass - Google Patents

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KR20190131283A
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Abstract

The present invention relates to a silica manufacturing method, wherein the silica manufacturing method comprises following steps of: preparing a biomass; primary heat treatment to reduce a volume and a mass of the biomass by heating the biomass; secondary heat treatment conducting a reaction of the primarily heat treated biomass with either an acidic solution, an ionic solution or a microbial fermentation broth to remove metal ions from the biomass; washing and filtering the secondarily heat treated biomass; and tertiary heat treatment of the washed biomass for final pyrolysis of carbon components and other residues from the washed biomass, thereby capable of shortening a process time as well as a process volume.

Description

바이오매스를 이용한 실리카 제조방법{METHOD FOR PRODUCING OF SILICA USING BIOMASS}Silica manufacturing method using biomass {METHOD FOR PRODUCING OF SILICA USING BIOMASS}

본 발명은 실리카 제조 방법에 관한 것으로, 공정 초기에 열처리 공정을 추가한 바이오매스를 이용한 실리카 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a silica production method, and to a silica production method using a biomass to add a heat treatment step in the initial step.

바이오매스, 특히 리그로 셀룰로오스계 바이오매스에는 다량의 실리카가 존재하며, 특히 왕겨나 볏짚에는 약 10중량% 정도에 해당하는 실리카를 포함하는 것으로 알려져 있다.Biomass, especially ligno cellulose-based biomass, is present in a large amount of silica, and in particular, rice hulls and rice straws are known to contain about 10% by weight of silica.

이러한 바이오매스 유래의 실리카는 실리콘 원료(J.A.Amick, J.Electrochem. Soc.129,864 (1982); L.P.Hunt, J.Electrochem. Soc. 131,1683 (1984)), 실리콘 카바이드의 원료(R.V.Krishnarao, J. Am. Chem. Soc. 74,2869 (1991)), 시멘트 첨가물(Jose James, et.r, J.Sci. Ind. Res. 51, 383 (1992)) 등 다양한 용도로 연구되고 있다.Such biomass-derived silicas include silicon raw materials (JAAmick, J. Electrochem. Soc. 129,864 (1982); LPHunt, J. Electrochem. Soc. 131,1683 (1984)), raw materials of silicon carbide (RVKrishnarao, J Am. Chem. Soc. 74,2869 (1991)), cement additives (Jose James, et.r, J. Sci. Ind. Res. 51, 383 (1992)).

바이오매스로부터 실리카를 얻기 위하여, 바이오매스의 유기물(셀룰로오스, 헤미셀룰로오스, 리그닌 등)을 제거하는 기술개발의 연구는 지속적으로 이루어져 왔다.In order to obtain silica from biomass, research on technology development to remove organic matter (cellulose, hemicellulose, lignin, etc.) of biomass has been continuously conducted.

한편, 왕겨를 비롯한 식물체는 약 0.1g/mL 로 밀도가 매우 낮은 원료로써 매우 적은 질량임에도 불구하고 부피가 매우 커서 공정 부피가 커지고 세척 및 화학물질 처리시 과량이 물이 사용되게 된다.On the other hand, plants, including chaff is about 0.1g / mL is a very dense raw material, despite a very small mass, the volume is very large, the process volume is large, and excess water is used for washing and chemical treatment.

이러한 경우에는 물의 양이 많아질 뿐만 아니라 이로 인해서 반응기와 세척기의 부피가 커지게 되고, 세척 공정 중 식물체를 다룰 때 부피가 커서 취급(handling)에 어려움이 있으며, 관련 시설이 대량화되면서 설비 비용이 증가하는 문제가 있고 상용화급 공정에 적합하지 않은 문제가 있었다.In this case, not only the amount of water increases but also the volume of the reactor and the washing machine becomes large, and the handling volume of the plant during the washing process is large, which makes handling difficult, and the cost of the facility increases due to the increase of the related facilities. There was a problem that was not suitable for commercial grade process.

본 발명은 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다. 또 다른 목적은 식물체로부터 실리카를 제조하는 방법을 제공하는 것이다. It is an object of the present invention to solve the above and other problems. Another object is to provide a method for producing silica from a plant.

상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 측면에 따르면, 바이오매스(biomass)를 준비하는 단계; 상기 바이오매스를 가열하여 바이오매스의 부피 및 질량을 줄이는 1차 열처리 단계; 상기 1차 열처리된 바이오매스를 산성 용액, 이온성 용액 또는 미생물 발효액 중 어느 하나와 반응시켜 상기 바이오매스로부터 금속 이온을 제거하는 2차 열처리 단계; 상기 2차 열처리된 바이오매스를 세척 및 여과하는 단계; 및 상기 세척한 바이오매스로부터 탄소성분 및 기타 잔류물을 최종 열분해하기 위한 3차 열처리하는 단계를 포함하는 실리카 제조방법이 제공될 수 있다.According to an aspect of the present invention to achieve the above or another object, preparing a biomass (biomass); Heating the biomass to reduce the volume and mass of the biomass; A second heat treatment step of removing the metal ions from the biomass by reacting the first heat treated biomass with any one of an acidic solution, an ionic solution or a microbial fermentation broth; Washing and filtering the secondary heat-treated biomass; And a third heat treatment step for final pyrolysis of carbon components and other residues from the washed biomass.

본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 1차 열처리 단계는, 450~750℃의 온도 범위에서 이루어질 수 있다.According to one aspect of the invention, the first heat treatment step, may be made in a temperature range of 450 ~ 750 ℃.

본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 1차 열처리 단계는, 1~6시간 동안 수행될 수 있다.According to an aspect of the present invention, the first heat treatment step may be performed for 1 to 6 hours.

본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 2차 열처리 단계에서 산성 용액은 황산 용액 또는 염산 용액일 수 있다.According to one aspect of the invention, the acid solution in the second heat treatment step may be a sulfuric acid solution or hydrochloric acid solution.

본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 바이오매스는 미강, 왕겨, 볏짚, 갈대, 옥수수 잎 및 옥수수 줄기 중에서 선택된 적어도 어느 하나일 수 있다.According to an aspect of the present invention, the biomass may be at least one selected from rice bran, rice husk, rice straw, reeds, corn leaves and corn stalks.

본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 2차 열처리 단계에서 황산 용액을 이용하는 경우에는 상기 2차 열처리 단계는 20~40℃의 온도 범위에서 이루어지고, 상기 2차 열처리 단계에서 염산 용액을 이용하는 경우에는 상기 2차 열처리 단계는 80~100℃의 온도 범위에서 이루어질 수 있다.According to an aspect of the present invention, when the sulfuric acid solution is used in the secondary heat treatment step, the secondary heat treatment step is performed at a temperature range of 20 to 40 ° C., and when the hydrochloric acid solution is used in the secondary heat treatment step, The secondary heat treatment step may be made in the temperature range of 80 ~ 100 ℃.

본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 2차 열처리 단계에서 이온성 용액을 이용하는 경우에는 상기 2차 열처리 단계는 110~150℃의 온도 범위에서 이루어질 수 있다.According to an aspect of the present invention, in the case of using the ionic solution in the secondary heat treatment step, the secondary heat treatment step may be made in a temperature range of 110 ~ 150 ℃.

본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 2차 열처리 단계에서 미생물 발효액을 이용하는 경우에는 상기 2차 열처리 단계는 170~230℃의 온도 범위에서 이루어질 수 있다.According to an aspect of the present invention, when using the microbial fermentation broth in the secondary heat treatment step, the secondary heat treatment step may be made in a temperature range of 170 ~ 230 ℃.

본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 3차 열처리 단계는 850~1050℃의 온도 범위에서 이루어질 수 있다.According to one aspect of the invention, the third heat treatment step may be made in a temperature range of 850 ~ 1050 ℃.

본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 이온성 액체는, 1-알릴-3-메틸이미다조늄 클로라이드, 1,3-디메틸이미다조늄 클로라이드, 1-부틸-3-메틸이미다조늄 클로라이드, 1-부틸-3-메틸이미다조늄 디시안아미드, 1-부틸-3-메틸이미다조늄 헥사프루오로안티모네이트, 1-부틸-3-메틸이미다조늄 헥사프루오로포스페이트, 1-부틸-3-메틸이미다조늄 하이드로겐카보네이트, 1-부틸-3-메틸이미다조늄 하이드로겐설페이트, 1-부틸-3-메틸이미다조늄 메틸설페이트, 1-부틸-3-메틸이미다조늄 테트라클로로알루미네이트, 1-부틸-3-메틸이미다조늄 테트라클로로보레이트, 1-부틸-3-메틸이미다조늄 티오시아네이트, 1-도데실-3-메틸이미다조늄 아이오다이드, 1-에틸-2,3-디메틸이미다조늄 클로라이드, 1-에틸-3-메틸이미다조늄 브로마이드, 1-에틸-3-메틸이미다조늄 클로라이드, 1-에틸-3-메틸이미다조늄 헥사플루오로포스페이트, 1-에틸-3-메틸이미다조늄 테트라플루오로보레이트, 1-헥실-3-메틸이미다조늄 테트라플루오로보레이트 및 1-부틸-4-메틸피리듐 클로라이드부터 선택되는 어느 하나를 포함할 수 있다.According to one aspect of the invention, the ionic liquid, 1-allyl-3-methylimidazonium chloride, 1,3-dimethylimidazonium chloride, 1-butyl-3-methylimidazonium chloride, 1- Butyl-3-methylimidazonium dicyanamide, 1-butyl-3-methylimidazonium hexafluorouromonate, 1-butyl-3-methylimidazonium hexafluorophosphate, 1-butyl- 3-methylimidazonium hydrogencarbonate, 1-butyl-3-methylimidazonium hydrogensulfate, 1-butyl-3-methylimidazonium methylsulfate, 1-butyl-3-methylimidazonium tetrachloroalumi Nate, 1-butyl-3-methylimidazonium tetrachloroborate, 1-butyl-3-methylimidazonium thiocyanate, 1-dodecyl-3-methylimidazonium iodide, 1-ethyl-2 , 3-dimethylimidazonium chloride, 1-ethyl-3-methylimidazonium bromide, 1-ethyl-3-methylimidazonium chloride, 1-ethyl-3- From thilimidazonium hexafluorophosphate, 1-ethyl-3-methylimidazonium tetrafluoroborate, 1-hexyl-3-methylimidazonium tetrafluoroborate and 1-butyl-4-methylpyridium chloride It may include any one selected.

본 발명에 따른 실리카 제조 방법의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.Referring to the effects of the silica production method according to the present invention.

본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 공정 초기에 열분해 공정을 거치도록 함으로써 초기 원료의 부피를 감소시킬 수 있는 효과가 있다.According to at least one of the embodiments of the present invention, it is possible to reduce the volume of the initial raw material by undergoing a pyrolysis process at the beginning of the process.

또한, 본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 공정 초기에 열분해를 통해서 유기물을 분해함으로써 세척 과정이 불필요하며 최종 열분해 시간도 감소시킬 수 있어서 공정 부피 뿐만 아니라 공정 시간도 단축시킬 수 있는 효과가 있다.In addition, according to at least one of the embodiments of the present invention, by decomposing organic matter through pyrolysis at the beginning of the process, the washing process is unnecessary and the final pyrolysis time can be reduced, thereby reducing the process volume as well as process time. have.

뿐만 아니라, 본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 공정 초기에 열분해를 통해서 유기물을 분해함으로써 미온수로 실시하는 세척 과정이 생략될 수 있다는 장점이 있다.In addition, according to at least one of the embodiments of the present invention, there is an advantage that the washing process performed in lukewarm water by decomposing organic matter through pyrolysis at the beginning of the process can be omitted.

본 발명의 적용 가능성의 추가적인 범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나 본 발명의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정은 당업자에게 명확하게 이해될 수 있으므로, 상세한 설명 및 본 발명의 바람직한 실시예와 같은 특정 실시예는 단지 예시로 주어진 것으로 이해되어야 한다.Further scope of the applicability of the present invention will become apparent from the following detailed description. However, various changes and modifications within the spirit and scope of the present invention can be clearly understood by those skilled in the art, and therefore, specific embodiments, such as the detailed description and the preferred embodiments of the present invention, should be understood to be given by way of example only.

도 1은 본 발명과 관련된 실리카 제조방법의 순서도이다.
도 2는 본 발명과 관련된 온도에 따른 열중량 분석 그래프이다.
1 is a flow chart of a silica manufacturing method related to the present invention.
2 is a thermogravimetric analysis graph according to the temperature related to the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소에는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described in detail with reference to the accompanying drawings, and the same or similar components will be given the same reference numerals regardless of the reference numerals, and redundant description thereof will be omitted. The suffix "part" for components used in the following description is given or mixed in consideration of ease of specification, and does not have meanings or roles that are distinguished from each other. In addition, in describing the embodiments disclosed herein, when it is determined that the detailed description of the related known technology may obscure the gist of the embodiments disclosed herein, the detailed description thereof will be omitted. In addition, the accompanying drawings are only for easily understanding the embodiments disclosed herein, the technical spirit disclosed in the specification by the accompanying drawings are not limited, and all changes included in the spirit and scope of the present invention. It should be understood to include equivalents and substitutes.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.Terms including ordinal numbers such as first and second may be used to describe various components, but the components are not limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise.

본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.In this application, the terms "comprises" or "having" are intended to indicate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, and one or more other features. It is to be understood that the present invention does not exclude the possibility of the presence or the addition of numbers, steps, operations, components, components, or a combination thereof.

본 발명의 일 실시예에는 바이오매스(biomass)로부터 실리카를 제조하는 방법에 관한 것으로, 중후반 공정의 편의를 위해 공정 초기에 바이오매스의 부피를 줄임으로써 전체적인 공정 시간을 단축할 수 있는 방법이 개시된다.One embodiment of the present invention relates to a method for producing silica from a biomass (biomass), a method for reducing the overall process time by reducing the volume of the biomass at the beginning of the process for the convenience of the mid-to-late process is disclosed. .

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 실리카 제조방법의 순서도인데, 이하에서는 도 1을 참조하여 설명하기로 한다.1 is a flow chart of a silica manufacturing method according to an embodiment of the present invention, will be described below with reference to FIG.

먼저, 실리카의 출발 물질이 되는 바이오매스(biomass), 일예로 왕겨, 미강, 볏짚, 갈대, 옥수수 잎 및 줄기 중 어느 하나 이상을 준비(S110)한다. 준비된 바이오매스를 450~750℃의 온도 범위에서 가열(S120)함으로써 상기 바이오매스의 부피를 줄인다. 본 발명의 일 실시예에서는 이와 같이 공정 초기에 바이오매스를 열분해시킴으로써 바이오메스로부터 유기물을 제거하는 공정을 거치는데 이하에서는 이를 1차 열처리 단계(S120)로 칭하기로 한다. 이때, 열분해 온도가 450℃ 보다 낮은 경우에는 유기물 제거가 잘 되지 않아서 부피 감소 효과가 크지 않을 수 있고, 유기물에 부착된 금속성 양이온들 제거가 잘 되지 않을 수 있기 때문에 본 발명의 일 실시예에서는 450℃ 이상의 온도에서 열분해를 실시한다. 또한, 열분해 온도가 750℃를 초과하는 경우에는 실리카가 아닌 SiC 형태로 전환되어 실리카의 순도가 낮아질 수 있으므로 본 발명의 일 실시예에서의 열분해 온도는 750℃ 이하의 온도로 한정한다.First, at least one of biomass (biomass), which is a starting material of silica, for example chaff, rice bran, rice straw, reeds, corn leaves and stems is prepared (S110). By heating the prepared biomass in the temperature range of 450 ~ 750 ℃ (S120) to reduce the volume of the biomass. In an embodiment of the present invention, the organic material is removed from the biomass by thermally decomposing the biomass at the beginning of the process. Hereinafter, this process will be referred to as a primary heat treatment step (S120). At this time, when the pyrolysis temperature is lower than 450 ℃ in the organic material is not removed well because the volume reduction effect may not be large, and because the metal cations attached to the organic material may not be removed well in one embodiment of the present invention 450 ℃ Pyrolysis is performed at the above temperature. In addition, when the pyrolysis temperature exceeds 750 ° C., the pyrolysis temperature in the exemplary embodiment of the present invention is limited to a temperature of 750 ° C. or less because the purity of the silica may be reduced by converting to SiC instead of silica.

이와 같이, 공정 초기에 1차적으로 열분해하는 단계를 거침으로써 바이오매스의 부피를 줄이게 되어 이후의 공정이 보다 수월하게 되고, 초기에 열분해를 통하여 유기물을 분해함으로써 불필요한 미온수 세척 과정을 생략할 수 있다.As such, the first step of pyrolysis at the beginning of the process reduces the volume of the biomass, thereby facilitating subsequent processes, and thus eliminating unnecessary lukewarm water washing process by initially decomposing organic matter through pyrolysis.

이후, 상기 1차 열분해된 바이오매스를 산성 용액, 이온성 용액 또는 미생물 발효액 중 어느 하나와 반응시켜 상기 바이오매스로부터 금속 이온을 제거하는 단계(S130)를 거친다. 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 이온 제거 공정은 산성 용액, 이온성 용액 또는 미생물 발효액 등을 이용하여 미생물을 분해시키는데, 상기 금속 이온을 제거하는 2차 열처리 단계(S130)는 실리콘이 풍부(Si-rich)한 바이오매스를 제조하는 단계이다.Thereafter, the first pyrolyzed biomass is reacted with any one of an acidic solution, an ionic solution or a microbial fermentation broth to remove metal ions from the biomass (S130). Metal ion removal process according to an embodiment of the present invention is to decompose microorganisms using an acidic solution, ionic solution or microbial fermentation broth, etc., the secondary heat treatment step (S130) to remove the metal ions is rich in silicon (Si -rich) step of preparing a biomass.

이하에서는 산성 용액에 의한 미생물 분해 공정을 먼저 설명하기로 한다. Hereinafter, the microbial decomposition process by the acidic solution will be described first.

산성 용액은 특별히 제한되는 것은 아니나, 일예로 황산 용액을 사용할 수 있다. 바이오매스는 실리카를 제조하기 위한 원료 물질로서, 미강, 왕겨, 볏짚, 갈대, 옥수수 잎 및 옥수수 줄기 중에서 선택된 적어도 어느 하나일 수 있다. 구체적으로, 바이오매스와 순도 70~75wt%의 황산을 혼합하고 1시간 동안 반응하는 단계, 증류수를 넣어 황산의 농도를 2~5wt%로 조절하는 단계, 115~125℃의 고온고압 반응기에서 1시간 동안 반응하여 셀룰로오스, 헤미 셀룰로오스, 리그닌과 같은 유기물을 분해하고, 금속 이온을 용출하는 단계, 이를 여과하여 분해된 유기물과 용출된 금속 이온을 제거하고, 증류수로 세척한 후, 약 60℃에서 22~26 시간 건조하여 실리콘이 풍부(Si-rich)한 바이오매스를 제조하는 단계를 순차적으로 포함할 수 있다.The acidic solution is not particularly limited, but sulfuric acid solution may be used as an example. Biomass is a raw material for producing silica, and may be at least one selected from rice bran, rice husk, rice straw, reeds, corn leaves and corn stalks. Specifically, the step of mixing biomass and sulfuric acid with a purity of 70 ~ 75wt% and reacting for 1 hour, adjusting the concentration of sulfuric acid to 2 ~ 5wt% by adding distilled water, 1 hour in a high temperature and high pressure reactor of 115 ~ 125 ℃ During the reaction to decompose organic matters such as cellulose, hemi cellulose, and lignin, and elute metal ions, and then filter them to remove the decomposed organic matter and the eluted metal ions, and then wash with distilled water. Drying for 26 hours may include sequentially preparing a silicon-rich biomass.

또한, 상기 산성 용액으로 염산 용액을 사용할 수도 있는데, 염산 용액을 사용하는 경우에는 바이오매스와 순도 8~15wt%의 염산을 혼합하고 1시간 동안 반응하는 단계, 115~125℃의 고온고압 반응기에서 1시간 동안 반응하여 셀룰로오스, 헤미 셀룰로오스, 리그닌과 같은 유기물을 분해하고, 금속 이온을 용출하는 단계, 이를 여과하여 분해된 유기물과 용출된 금속 이온을 제거하고, 증류수로 세척한 후, 약 60℃에서 22~26 시간 건조하여 실리콘이 풍부(Si-rich)한 바이오매스를 제조하는 단계를 순차적으로 포함할 수 있다.In addition, a hydrochloric acid solution may be used as the acidic solution. When using a hydrochloric acid solution, biomass and hydrochloric acid having a purity of 8 to 15 wt% are mixed and reacted for 1 hour, in a high temperature and high pressure reactor at 115 to 125 ° C. Reacting for hours to decompose organic matters such as cellulose, hemi cellulose, lignin, eluting metal ions, by filtration to remove the decomposed organic matter and the eluted metal ions, washed with distilled water, and then at about 60 ℃ 22 Drying for 26 hours may sequentially include preparing a silicon-rich biomass.

또한, 본 발명의 일 실시예에서의 2차 열처리 단계는 바이오매스로부터 금속 이온을 제거하고, 실리콘이 풍부한 바이오매스를 제조하기 위하여, 산성 용액 대신 이온성 액체를 사용할 수 있다.In addition, the second heat treatment step in an embodiment of the present invention may use an ionic liquid instead of an acidic solution to remove metal ions from the biomass and to produce a silicon-rich biomass.

상기 이온성 용액(ionic liquid)은 이온만으로 구성된 액체를 일컬으며, 일반적으로 질소를 포함하는 거대 양이온과 보다 작은 음이온으로 이루어진다. 이러한 구조에 의하여 결정구조의 격자에너지가 감소하게 되고 결과적으로 낮은 녹는점과 높은 열안정성을 가지게 된다.The ionic liquid refers to a liquid composed only of ions, and is generally composed of a large cation containing nitrogen and a smaller anion. This structure reduces the lattice energy of the crystal structure, resulting in low melting point and high thermal stability.

상기 이온성 용액과 바이오매스를 접촉시키는 경우, 바이오매스에 존재하는 수산화기들의 수소결합이 이온성 용액에 의하여 약화되어 결정성 부분이 비결정성으로 변형되며, 이는 결과적으로 셀룰로오즈, 헤미셀룰로오즈, 리그닌 등의 가수분해 반응을 촉진시키게 된다.When the ionic solution is brought into contact with the biomass, the hydrogen bonds of the hydroxyl groups present in the biomass are weakened by the ionic solution and the crystalline portion is transformed into amorphous, resulting in cellulose, hemicellulose, lignin and the like. To promote the hydrolysis reaction.

즉, 이온성 용액의 음이온은 수산화기의 수소와 결합하고, 양이온은 수산화기의 산소와 결합함으로써 수산화기 사이의 복잡한 수소결합을 방해하게 되며, 결과적으로 바이오매스의 식이섬유들을 용해시키게 된다.In other words, the anion of the ionic solution binds to the hydrogen of the hydroxyl group, and the cation binds to the oxygen of the hydroxyl group, thereby interfering with complex hydrogen bonds between the hydroxyl groups, resulting in dissolution of the dietary fibers of the biomass.

이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면 이온성 용액을 사용함으로써 강산과 같은 유해성 합성물질을 사용하는 것보다 친환경적일 뿐만 아니라, 바이오매스의 분해가 좀 더 온화한 조건 하에서 이루어지기 때문에 열처리 온도나 시간 등 합성조건을 조절하여 생성되는 실리카의 구조를 제어하기가 용이하다.As such, according to an embodiment of the present invention, the use of an ionic solution is not only environmentally friendly than using a harmful compound such as a strong acid, but also a heat treatment temperature or time because the decomposition of the biomass is made under milder conditions. It is easy to control the structure of the silica produced by adjusting the synthesis conditions.

상기 이온성 용액은 바이오매스의 분해를 촉진하면서 높은 열안정성을 가질 수 있도록, a) 치환 또는 비치환된 이미다조늄, 피리듐, 암모늄, 포스포늄, 설포늄, 피라졸륨 및 피롤리듐으로부터 선택되는 어느 하나의 양이온, 및 b) BF4 -, PF6 -, Cl-, Br-, I-, OH-, NO3 -, SO4 2-, CF3CO2 -, CF3SO3 -, AlCl4 -, SCN-, (CF3SO2)2N-, CH3CO2 - 및 CH3SO4 - 으로부터 선택되는 적어도 어느 하나의 음이온을 포함하는 것이 바람직하다.The ionic solution is selected from a) substituted or unsubstituted imidazonium, pyridium, ammonium, phosphonium, sulfonium, pyrazollium and pyrrolidium so as to have high thermal stability while promoting decomposition of biomass. any one of the cation, and b) BF 4 -, PF 6 -, Cl -, Br -, I -, OH -, NO 3 -, SO 4 2-, CF 3 CO 2 -, CF 3 SO 3 -, AlCl 4 -, SCN -, (CF 3 SO 2) 2 N -, CH 3 CO 2 - it is preferable to include at least one of the anion is selected from - and CH 3 SO 4.

더욱 구체적으로는 상기 이온성 용액은 1-알릴-3-메틸이미다조늄 클로라이드, 1,3-디메틸이미다조늄 클로라이드, 1-부틸-3-메틸이미다조늄 클로라이드, 1-부틸-3-메틸이미다조늄 디시안아미드, 1-부틸-3-메틸이미다조늄 헥사프루오로안티모네이트, 1-부틸-3-메틸이미다조늄 헥사프루오로포스페이트, 1-부틸-3-메틸이미다조늄 하이드로겐카보네이트, 1-부틸-3-메틸이미다조늄 하이드로겐설페이트, 1-부틸-3-메틸이미다조늄 메틸설페이트, 1-부틸-3-메틸이미다조늄 테트라클로로알루미네이트, 1-부틸-3-메틸이미다조늄 테트라클로로보레이트, 1-부틸-3-메틸이미다조늄 티오시아네이트, 1-도데실-3-메틸이미다조늄 아이오다이드, 1-에틸-2,3-디메틸이미다조늄 클로라이드, 1-에틸-3-메틸이미다조늄 브로마이드, 1-에틸-3-메틸이미다조늄 클로라이드, 1-에틸-3-메틸이미다조늄 헥사플루오로포스페이트, 1-에틸-3-메틸이미다조늄 테트라플루오로보레이트, 1-헥실-3-메틸이미다조늄 테트라플루오로보레이트 및 1-부틸-4-메틸피리듐 클로라이드 중 어느 하나 이상이 사용될 수 있다.More specifically, the ionic solution is 1-allyl-3-methylimidazonium chloride, 1,3-dimethylimidazonium chloride, 1-butyl-3-methylimidazonium chloride, 1-butyl-3-methyl Imidazonium dicyanamide, 1-butyl-3-methylimidazonium hexafluoroantimonate, 1-butyl-3-methylimidazonium hexafluorophosphate, 1-butyl-3-methylimida Zonium Hydrogencarbonate, 1-Butyl-3-methylimidazonium hydrogensulfate, 1-Butyl-3-methylimidazonium methylsulfate, 1-butyl-3-methylimidazonium tetrachloroaluminate, 1-butyl 3-methylimidazonium tetrachloroborate, 1-butyl-3-methylimidazonium thiocyanate, 1-dodecyl-3-methylimidazonium iodide, 1-ethyl-2,3-dimethyl Midanium chloride, 1-ethyl-3-methylimidazonium bromide, 1-ethyl-3-methylimidazonium chloride, 1-ethyl-3-methylimida At least one of zonium hexafluorophosphate, 1-ethyl-3-methylimidazonium tetrafluoroborate, 1-hexyl-3-methylimidazonium tetrafluoroborate, and 1-butyl-4-methylpyridium chloride This can be used.

이와 같이 바이오매스와 이온성 용액이 준비되면, 바이오매스와 이온성 용액을 혼합한 후 2차 열처리(S130)를 하게 되는데, 이때 상기 2차 열처리는 바이오매스 100g 당 이온성 용액 0.5~2L를 혼합한 후, 100~200℃에서 24~72시간 반응시켜 이루어질 수 있으며, 이때 반응효율을 높이기 위하여, 상기 2차 열처리는 100~400rpm의 교반 하에 이루어지는 것이 바람직하다.As such, when the biomass and the ionic solution are prepared, the biomass and the ionic solution are mixed and then subjected to the second heat treatment (S130). In this case, the second heat treatment mixes 0.5 to 2 L of the ionic solution per 100 g of the biomass. After that, the reaction may be performed at 100 to 200 ° C. for 24 to 72 hours. At this time, in order to increase the reaction efficiency, the secondary heat treatment is preferably performed under stirring at 100 to 400 rpm.

한편, 바이오매스로부터 금속 이온을 제거하고, 실리콘이 풍부한 바이오매스를 제조하기 위하여, 산 용액 대신 미생물 발효액을 사용할 수 있다. 미생물 발효액을 사용할 경우, 황산과 같은 강산을 사용하지 않아도 되므로 보다 안전성을 확보할 수 있는 효과를 가질 수 있다.On the other hand, in order to remove metal ions from the biomass and to produce a silicon-rich biomass, microbial fermentation broth may be used instead of the acid solution. When using a microbial fermentation broth, there is no need to use a strong acid such as sulfuric acid can have an effect to ensure more safety.

구체적으로, 바이오매스 100g에 대해서 0.5~2L의 미생물 발효액을 혼합하는 단계, 이산화탄소 분위기 하, 120~200℃, 1~5atm의 반응조건에서 1~5시간 동안 반응하여 셀룰로오스, 헤미 셀룰로오스, 리그닌과 같은 유기물을 분해하고, 금속 이온을 용출하는 2차 열처리 단계를 거친다.Specifically, the step of mixing 0.5 ~ 2L of microbial fermentation broth with respect to 100g of biomass, and reacted for 1 to 5 hours at a reaction condition of 120 ~ 200 ℃, 1 ~ 5atm under carbon dioxide atmosphere, such as cellulose, hemi cellulose, lignin The organic material is decomposed and subjected to a second heat treatment step of eluting metal ions.

이후, 이를 여과하여 분해된 유기물과 용출된 금속 이온을 제거하고, 증류수로 세척(S140)한 후, 약 60℃에서 22~26 시간 건조하여 실리콘이 풍부(Si-rich)한 바이오매스를 제조하는 단계를 순차적으로 포함할 수 있다. 또는 반응 시간을 줄이기 위하여 미생물 발효액을 혼합한 후, 공기 분위기 하, 120~200℃, 250~1,200atm의 반응조건에서 30분~2시간 동안 반응하여 셀룰로오스, 헤미 셀룰로오스, 리그닌과 같은 유기물을 분해하고, 금속 이온을 용출할 수도 있다.Thereafter, the organic matter and eluted metal ions are removed by filtration, washed with distilled water (S140), and dried at about 60 ° C. for 22 to 26 hours to produce silicon-rich biomass (Si-rich). The steps may be sequentially included. Alternatively, after the microbial fermentation broth is mixed to reduce the reaction time, the reaction is carried out for 30 minutes to 2 hours at 120 to 200 ° C. and 250 to 1,200 atm under an air atmosphere to decompose organic substances such as cellulose, hemi cellulose, and lignin. It is also possible to elute metal ions.

상기 미생물 발효액은 식물병원성(phytopathogenic) 곰팡이 또는 사물기생성(saprophytic) 곰팡이의 발효액을 사용하는 것이 바람직한데, 상기 식물병원성 곰팡이 또는 사물기생성 곰팡이의 경우 식물세포벽을 분해할 수 있는 다양한 유효성분을 배출하는 것으로 알려져 있다. The microbial fermentation broth is preferably a fermentation broth of phytopathogenic fungi or saprophytic fungi, and in the case of the phytopathogenic fungi or fungi fungi, various active ingredients that can decompose plant cell walls are discharged. It is known.

특히, 세포질 효소(cytoplasmic enzyme)로 옥살로아세테이트 가수분해효소(oxaloacetate hydolase)를 포함하는 나무 뿌리 곰팡이의 경우, 상기 가수분해효소가 발효과정에서 유기산(oxalic acid 등)과 같이 셀룰로오즈, 헤미셀룰로오즈, 리그닌 등의 유기물들을 분해시킬 수 있는 유효성분들을 배출함으로써, 바이오매스의 불순물 제거를 더욱 촉진하게 된다.Particularly, in the case of tree root fungus containing oxaloacetate hydolase as a cytoplasmic enzyme, the hydrolase is cellulose, hemicellulose, and lignin, such as organic acids (oxalic acid) during fermentation. By discharging the active ingredients that can decompose organic materials, such as to further promote the removal of impurities in the biomass.

이러한 바이오 유래 성분들은 강산과 같은 유해성 합성물질을 사용하는 것보다 친환경적일 뿐만 아니라, 바이오매스의 분해가 좀 더 온화한 조건 하에서 이루어지기 때문에 열처리 온도나 시간 등 합성조건을 조절하여 생성되는 실리카의 구조를 제어하기가 용이하다.These bio-derived components are not only environmentally friendly than using harmful synthetic materials such as strong acids, but because the decomposition of biomass is carried out under milder conditions, the structure of silica produced by controlling the synthesis conditions such as heat treatment temperature and time is controlled. Easy to control

상기 옥살로아세테이트 가수분해효소(oxaloacetate hydolase)를 가지는 곰팡이는 다양한 종류가 사용될 수 있으나, 일 실시예로, Aspergillus niger, Paxillus involutus 등이 사용될 수 있다.The fungus having the oxaloacetate hydolase may be used in various kinds, but in one embodiment, Aspergillus niger, Paxillus involutus, etc. may be used.

이때, 셀룰로오즈, 헤미셀룰로오즈, 리그닌 등 기타 유기물들의 분해효율을 높이기 위하여, 상기 곰팡이는 6탄당을 탄소공급원으로 하여 pH 5~6의 조건 하에서 배양되는 것이 바람직하다.In this case, in order to increase the decomposition efficiency of cellulose, hemicellulose, lignin and other organic substances, the fungus is preferably cultivated under the conditions of pH 5-6 using a hexasaccharide as a carbon source.

이와 같이 바이오매스와 미생물 발효액이 준비되면, 바이오매스와 미생물 발효액을 혼합한 후 유기물을 제거하기 위하여 2차 열처리(S130)를 하게 되는데, 이때 상기 2차 열처리 단계는 고온고압 전처리로써 일 실시예로 바이오매스 100g 당 미생물 발효액 0.5~2L를 혼합한 후, 이산화탄소 분위기 하, 120~200℃, 1~5atm의 반응조건에서 1~5시간 동안 반응시켜 이루어질 수 있으며, 이 경우 세척 후 열처리는 700~1,000℃에서 3~5일 동안 이루어지는 것이 바람직하다.When the biomass and the microbial fermentation broth are prepared as described above, the biomass and the microbial fermentation broth are mixed and then subjected to a second heat treatment (S130) to remove organic matters. After mixing 0.5 ~ 2L of microbial fermentation broth per 100g of biomass, it can be made by reacting for 1 to 5 hours under the reaction conditions of 120 ~ 200 ℃, 1 ~ 5atm under carbon dioxide atmosphere, in this case heat treatment after washing 700 ~ 1,000 It is preferably made for 3 to 5 days at ℃.

또 다른 실시예로, 상기 2차 열처리는, 바이오매스 100g 당 미생물 발효액 0.5~2L를 혼합한 후, 공기 분위기하, 120~200℃, 250~1,200atm의 반응조건에서 30분~2시간 동안 반응시켜 이루어질 수 있으며, 이 경우 세척 후 열처리는 700~1,000℃에서 1~3일 동안 이루어질 수 있다.In another embodiment, the secondary heat treatment, after mixing 0.5 ~ 2L of microbial fermentation broth per 100g of biomass, the reaction for 30 minutes ~ 2 hours at 120 ~ 200 ℃, 250 ~ 1,200atm reaction conditions in an air atmosphere It may be made, in this case after the heat treatment may be made for 1 to 3 days at 700 ~ 1,000 ℃.

상기 2차 열처리가 완료된 혼합 용액은 필터 등을 통하여 여과물을 분리한 후 세척(S140)하는 과정을 거치게 된다.The mixed solution in which the secondary heat treatment is completed is subjected to a process of separating the filtrate through a filter and then washing (S140).

상기 세척과정은 발효액 성분이 모두 제거될 수 있도록 뜨거운 물로 맑은 색의 물이 나올 때까지 이루어지는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니며 세척액으로 유기물(에탄올, 메탄올)을 사용할 수도 있다.The washing process is preferably made until a clear color water comes out as hot water so that all of the fermentation broth components can be removed, but is not limited thereto, and organic matter (ethanol, methanol) may be used as the washing solution.

상기 세척과정이 완료된 여과물은 셀룰로오즈, 헤미셀룰로오즈, 리그닌과 같은 탄소성분 및 기타 잔류물을 최종열분해하기 위한 3차 열처리(S150) 단계를 거치게 되는데, 상기 3차 열처리는 2차 열처리 조건에 따라 달라질 수 있으며, 구체적으로는 700~1,000℃의 온도에서 1~3일 또는 3~5일 동안 이루어질 수 있다. 이와 같이 제조된 실리카는 95% 이상의 고순도를 나타낸다.After the washing process is completed, the filtrate is subjected to a third heat treatment (S150) step for the final pyrolysis of carbon components and other residues such as cellulose, hemicellulose, lignin, the third heat treatment depends on the second heat treatment conditions It may be, for example, may be made for 1 to 3 days or 3 to 5 days at a temperature of 700 ~ 1,000 ℃. The silica thus produced has a high purity of at least 95%.

[실시예 1] Example 1

왕겨 50g을 600℃에서 1차 열처리를 위하여 2시간을 가열하여 왕겨의 부피를 줄인 다음, 72wt% 황산 500mL에 넣어 상온에서 1시간 반응하였다.50 g of rice husk was heated at 600 ° C. for 2 hours to reduce the volume of rice husk, and then was added to 500 mL of 72 wt% sulfuric acid for 1 hour at room temperature.

이어서 증류수를 넣어 황산의 농도를 4wt%로 조정한 후 121℃의 고온고압반응기에서 1시간 반응시켰다. 이후 증류수로 세척하여 용액 내에 용출된 금속양이온 등의 불순물을 제거하고 60℃ 건조오븐에서 12시간 동안 건조하여 고체 시료(실리콘 풍부 바이오매스)를 제조하였다. 고체 시료를 80mL의 2.5M NaOH 용액에 넣어 실리케이트를 생성하였다. 이어서, 고분자인 폴리에틸렌 글리콜(polyethylene glycol) 4.6g을 첨가하고, 110℃ 오일 배쓰(oil bath)에서 3시간 동안 교반하여 고분자를 완전히 용해시키고, 필터링을 통해서 고체 잔류물을 제거하였으며, 여과액만 따로 수집하였다. 여과액에 계면활성제인 Igepal을 넣고 교반한 후, 5M 황산을 넣어서 pH 2.0에 맞추고 3시간 교반하여 고체 생성물(고분자-실리카 복합체)을 제조하였다. 이후 증류수로 고체 생성물을 세척하고 60℃ 건조오븐에서 건조 후, 900℃에서 3시간 동안 열분해시켜 실리카를 제조하였다.Subsequently, distilled water was added to adjust the concentration of sulfuric acid to 4 wt%, and the reaction was carried out in a high temperature high pressure reactor at 121 ° C. for 1 hour. After washing with distilled water to remove impurities such as metal cations eluted in the solution and dried for 12 hours at 60 ℃ drying oven to prepare a solid sample (silicon-rich biomass). The solid sample was placed in 80 mL of 2.5 M NaOH solution to produce a silicate. Subsequently, 4.6 g of polymer polyethylene glycol was added and stirred for 3 hours in an oil bath at 110 ° C. to completely dissolve the polymer, and remove solid residue through filtration. Collected. Igepal, a surfactant, was added to the filtrate, and then stirred. Then, 5 M sulfuric acid was added thereto to pH 2.0 and stirred for 3 hours to prepare a solid product (polymer-silica complex). Thereafter, the solid product was washed with distilled water, dried in a 60 ° C. drying oven, and pyrolyzed at 900 ° C. for 3 hours to prepare silica.

[실시예 2]Example 2

왕겨 50g을 600℃에서 1차 열처리를 위하여 2시간을 가열하여 왕겨의 부피를 줄인 다음, 1-butyl-3-methylimidazolium chloride 750mL을 넣고 130 ℃의 oil bath에서 300rpm으로 교반하면서 36시간 동안 반응시킨 후, Vaccum pump filter에서 뜨거운 물로 맑은 색이 나올 때까지 washing하였다. 이후, 세척된 slurry를 도가니에 옮겨, 800 ℃에서 48시간 동안 열 분해시켜 최종적으로 실리카를 제조하였다.50g of rice husk was heated for 2 hours for the first heat treatment at 600 ℃ to reduce the volume of rice husk, and then 750mL of 1-butyl-3-methylimidazolium chloride was added and reacted for 36 hours while stirring at 300rpm in an 130 ℃ oil bath. Washed with hot water until the clear color came out from the Vaccum pump filter. Thereafter, the washed slurry was transferred to a crucible and thermally decomposed at 800 ° C. for 48 hours to finally prepare silica.

[실시예 3] Example 3

Aspergillus niger을 설탕을 탄소공급원으로 하여 pH 6 하에서 배양한 후, 발효액을 분리하였다. 왕겨 20g을 600℃에서 1차 열처리를 위하여 2시간을 가열하여 왕겨의 부피를 줄인 다음, 1차 열처리된 왕겨 20g을 상기 발효액 200mL에 넣고 CO2 20psi, 200℃ 에서 3시간 동안 반응시킨 후, Vaccum filter에서 뜨거운 물로 맑은 색이 나올 때까지 washing하였다. 이후, 세척된 slurry를 도가니에 옮겨, 800℃에서 96시간 열 분해시켜 최종적으로 실리카를 제조하였다. Aspergillus niger was incubated at pH 6 using sugar as a carbon source, and then the fermentation broth was separated. By heating for 2 hours the chaff 20g to a primary heat treatment at 600 ℃ into the reduced volume of the rice hull, and then, rice hull 20g heat treated first in the fermentation broth 200mL CO 2 20psi, and then reacted at 200 ℃ for 3 hours, Vaccum The filter was washed with hot water until a clear color came out. Thereafter, the washed slurry was transferred to a crucible, and thermally decomposed at 800 ° C. for 96 hours to finally prepare silica.

상기 실시예 1 내지 3에 의해 제조된 실리카의 순도는 각각 99.65%, 99.5%, 99.55%로 나타났다. 즉, 공정이 단순화 되었음에도 실리카 순도는 종래의 공정과 큰 차이가 없음을 알 수 있었다.The purity of the silica prepared by Examples 1 to 3 was found to be 99.65%, 99.5% and 99.55%, respectively. That is, even though the process was simplified, it was found that silica purity was not significantly different from the conventional process.

도 2는 본 발명과 관련된 온도에 따른 열중량 분석 그래프로 상기 실시예 1 내지 3의 실험을 1차 열처리 온도를 달리하여 실험한 결과 그래프인데, 도 2를 참조하면, 왕겨의 TGA (열중량 분석)를 통해 온도별로 왕겨의 질량 변화를 알 수 있다. 도 2에서 알 수 있듯이 450℃ 이상의 온도에서는 왕겨의 유기물이 완전히 제거되는 것을 확인할 수 있고, 750℃ 이상의 온도에서는 무기물들이 결정화 (crystalline)되어서 화학 공정에 의해서 무기 불순물 제거가 이루어지지 않으며 1000℃ 이상부터는 SiC를 형성할 수 있다.Figure 2 is a thermogravimetric analysis graph according to the temperature associated with the present invention is a graph of the results of experiments of Examples 1 to 3 by varying the first heat treatment temperature, referring to Figure 2, TGA (thermogravimetric analysis of rice husk) ) Shows the change in mass of the rice hull at different temperatures. As can be seen in Figure 2 it can be seen that the organic matter of the chaff is completely removed at a temperature of 450 ℃ or more, the inorganic impurities are crystallized (crystalline) at a temperature of 750 ℃ or more is not performed by the chemical process and from 1000 ℃ or more SiC can be formed.

또한, 아래의 표 1은 온도에 따른 1차 열처리 전후의 왕겨의 질량을 나타낸 것인데, 표 1을 참조하면 325℃에서는 리그닌이 완전히 제거되지 않아서 중량 감소가 완전히 이루어지지 않았고 450℃에서는 일부 헤미셀룰로오즈가 남아있으며 600℃에서는 완전히 유기물이 제거되는 것을 확인할 수 있다. 즉, 1차 열처리 전 100g의 왕겨를 325℃, 450℃, 600℃의 온도에서 1차 열처리를 함으로써 왕겨의 질량이 각각 18.52g, 13.58g, 11.95g으로 감소한 것을 알 수 있다.In addition, Table 1 below shows the mass of the rice hull before and after the first heat treatment according to the temperature. Referring to Table 1, the lignin was not completely removed at 325 ° C., and thus the weight loss was not completely achieved. At 450 ° C., some hemicellulose was not obtained. It can be seen that the organic matter is completely removed at 600 ℃. That is, it can be seen that the mass of the rice husk was reduced to 18.52g, 13.58g, and 11.95g by first heat-treating 100g rice husk at the temperature of 325 ° C, 450 ° C and 600 ° C before the first heat treatment.

<1차 열처리 온도에 따른 왕겨의 잔량><Residual chaff according to the first heat treatment temperature> 온도Temperature 1 차 열처리 전(g)Before the first heat treatment (g) 1 차 열처리 후(g)After primary heat treatment (g) 325℃325 100100 18.5218.52 450℃450 100100 13.5813.58 600℃600 100100 11.9511.95

또한, 표 2는 왕겨 100g에 대하여 황산 용액을 사용하는 경우의 용수 사용량을 나타낸 것이고, 표 3은 왕겨 100g에 대하여 염산 용액을 사용하는 경우의 용수 사용량을 나타낸 것이다. 즉, 앞선 실시예 1에서 왕겨의 양을 100g으로 하고, 황산 및 염산 용액을 사용한 경우의 용수 사용량에 관한 것이다. 이때의 염산은 10wt% 염산을 사용하였으며, 1시간 동안 염산처리를 수행하였다. 나머지 공정은 황산을 사용한 경우와 동일하다.Table 2 shows the amount of water used when sulfuric acid solution is used for 100 g of rice husk, and Table 3 shows the amount of water used when hydrochloric acid solution is used for 100 g of rice husk. That is, the amount of chaff in the previous Example 1 is 100 g, and the amount of water used when sulfuric acid and hydrochloric acid solution are used. Hydrochloric acid at this time was used 10wt% hydrochloric acid, hydrochloric acid treatment was carried out for 1 hour. The rest of the process is the same as using sulfuric acid.

<황산 처리 공정에서의 용수 사용량><Water usage in sulfuric acid treatment process> 공정fair 기존공정Existing Process 실시예Example 1차 세척수1st wash water 30L30L 00 72% 황산72% sulfuric acid 1L1L 0.2L0.2L 4% 황산 희석수4% sulfuric acid diluted water 18L18L 3.6L3.6L 2차 세척수2nd wash water 10L10L 0.2L0.2L 총용수량Total water volume 59L59L 4.0L4.0L

<염산 처리 공정에서의 용수 사용량><Water usage in hydrochloric acid treatment process> 공정fair 기존공정Existing Process 실시예Example 1차 세척수1st wash water 30L30L 00 10% 염산10% hydrochloric acid 1L1L 0.2L0.2L 2차 세척수2nd wash water 10L10L 0.2L0.2L 총용수량Total water 41L41L 0.4L0.4L

상기 표 2 및 표 3은 사용되는 용수의 부피를 비교하는 것으로써 본 발명의 일 실시예에 따른 기술을 활용하면 용수 사용량을 획기적으로 감소시킬 수 있으며 이는 결국 공정 부피를 감소시켜서 시설 설비 비용 절감 및 대용량화 공정을 손쉽게 구현할 수 있으며 이는 상용화를 위해서 필수적인 과정이다.Table 2 and Table 3 compare the volume of water used, and by using the technology according to an embodiment of the present invention can significantly reduce the amount of water used, which in turn reduces the process volume to reduce facility equipment costs and It is easy to implement a large-capacity process, which is an essential process for commercialization.

또한, 초기 열분해 공정을 통해서 유기성 불순물을 제거하기 때문에 1차 세척 과정이 필요 없게 되고 표 1에서도 알 수 있듯이 3차 열처리 시간도 단축시킬 수 있다.In addition, since the organic impurities are removed through the initial pyrolysis process, the first washing process is not required, and as shown in Table 1, the third heat treatment time can be shortened.

상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.The foregoing detailed description should not be construed as limiting in all respects, but should be considered as illustrative. The scope of the present invention should be determined by reasonable interpretation of the appended claims, and all changes within the equivalent scope of the present invention are included in the scope of the present invention.

Claims (10)

바이오매스(biomass)를 준비하는 단계;
상기 바이오매스를 가열하여 바이오매스의 부피 및 질량을 줄이는 1차 열처리 단계;
상기 1차 열처리된 바이오매스를 산성 용액, 이온성 용액 또는 미생물 발효액 중 어느 하나와 반응시켜 상기 바이오매스로부터 금속 이온을 제거하는 2차 열처리 단계;
상기 2차 열처리된 바이오매스를 세척 및 여과하는 단계; 및
상기 세척한 바이오매스로부터 탄소성분 및 기타 잔류물을 최종 열분해하기 위한 3차 열처리하는 단계를 포함하는 실리카 제조방법.
Preparing a biomass;
A first heat treatment step of reducing the volume and mass of the biomass by heating the biomass;
A second heat treatment step of removing the metal ions from the biomass by reacting the first heat treated biomass with any one of an acidic solution, an ionic solution or a microbial fermentation broth;
Washing and filtering the secondary heat-treated biomass; And
And a third heat treatment for final pyrolysis of the carbon component and other residues from the washed biomass.
제1항에 있어서,
상기 1차 열처리 단계는,
450~750℃의 온도 범위에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 실리카 제조방법.
The method of claim 1,
The first heat treatment step,
Silica production method characterized in that made in the temperature range of 450 ~ 750 ℃.
제2항에 있어서,
상기 1차 열처리 단계는,
1~6시간 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 실리카 제조방법.
The method of claim 2,
The first heat treatment step,
Silica production method characterized in that performed for 1 to 6 hours.
제1항에 있어서,
상기 2차 열처리 단계에서 산성 용액은 황산 용액 또는 염산 용액인 것을 특징으로 하는 실리카 제조방법.
The method of claim 1,
In the second heat treatment step, the acid solution is a silica production method, characterized in that the sulfuric acid solution or hydrochloric acid solution.
제1항에 있어서,
상기 바이오매스는 미강, 왕겨, 볏짚, 갈대, 옥수수 잎 및 옥수수 줄기 중에서 선택된 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 실리카 제조방법.
The method of claim 1,
The biomass is a method for producing silica, characterized in that at least one selected from rice bran, rice husk, rice straw, reeds, corn leaves and corn stalks.
제4항에 있어서,
상기 2차 열처리 단계에서 황산 용액을 이용하는 경우에는 상기 2차 열처리 단계는 20~40℃의 온도 범위에서 이루어지고,
상기 2차 열처리 단계에서 염산 용액을 이용하는 경우에는 상기 2차 열처리 단계는 80~100℃의 온도 범위에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 실리카 제조방법.
The method of claim 4, wherein
In the case of using the sulfuric acid solution in the second heat treatment step, the second heat treatment step is made in a temperature range of 20 ~ 40 ℃,
When the hydrochloric acid solution is used in the secondary heat treatment step, the secondary heat treatment step is a silica production method, characterized in that made in the temperature range of 80 ~ 100 ℃.
제1항에 있어서,
상기 2차 열처리 단계에서 이온성 용액을 이용하는 경우에는 상기 2차 열처리 단계는 110~150℃의 온도 범위에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 실리카 제조방법.
The method of claim 1,
When the ionic solution is used in the secondary heat treatment step, the secondary heat treatment step is characterized in that the temperature range of 110 ~ 150 ℃ made.
제1항에 있어서,
상기 2차 열처리 단계에서 미생물 발효액을 이용하는 경우에는 상기 2차 열처리 단계는 170~230℃의 온도 범위에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 실리카 제조방법.
The method of claim 1,
When the microorganism fermentation broth is used in the second heat treatment step, the second heat treatment step is a silica production method, characterized in that made in the temperature range of 170 ~ 230 ℃.
제1항에 있어서,
상기 3차 열처리 단계는 850~1050℃의 온도 범위에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 실리카 제조방법.
The method of claim 1,
The third heat treatment step is a silica manufacturing method, characterized in that made in the temperature range of 850 ~ 1050 ℃.
제1항에 있어서,
상기 이온성 액체는,
1-알릴-3-메틸이미다조늄 클로라이드, 1,3-디메틸이미다조늄 클로라이드, 1-부틸-3-메틸이미다조늄 클로라이드, 1-부틸-3-메틸이미다조늄 디시안아미드, 1-부틸-3-메틸이미다조늄 헥사프루오로안티모네이트, 1-부틸-3-메틸이미다조늄 헥사프루오로포스페이트, 1-부틸-3-메틸이미다조늄 하이드로겐카보네이트, 1-부틸-3-메틸이미다조늄 하이드로겐설페이트, 1-부틸-3-메틸이미다조늄 메틸설페이트, 1-부틸-3-메틸이미다조늄 테트라클로로알루미네이트, 1-부틸-3-메틸이미다조늄 테트라클로로보레이트, 1-부틸-3-메틸이미다조늄 티오시아네이트, 1-도데실-3-메틸이미다조늄 아이오다이드, 1-에틸-2,3-디메틸이미다조늄 클로라이드, 1-에틸-3-메틸이미다조늄 브로마이드, 1-에틸-3-메틸이미다조늄 클로라이드, 1-에틸-3-메틸이미다조늄 헥사플루오로포스페이트, 1-에틸-3-메틸이미다조늄 테트라플루오로보레이트, 1-헥실-3-메틸이미다조늄 테트라플루오로보레이트 및 1-부틸-4-메틸피리듐 클로라이드부터 선택되는 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리카 제조방법.
The method of claim 1,
The ionic liquid,
1-allyl-3-methylimidazonium chloride, 1,3-dimethylimidazonium chloride, 1-butyl-3-methylimidazonium chloride, 1-butyl-3-methylimidazonium dicyanamide, 1- Butyl-3-methylimidazonium hexafluorouromonate, 1-butyl-3-methylimidazonium hexafluorophosphate, 1-butyl-3-methylimidazonium hydrogencarbonate, 1-butyl- 3-methylimidazonium hydrogensulfate, 1-butyl-3-methylimidazonium methylsulfate, 1-butyl-3-methylimidazonium tetrachloroaluminate, 1-butyl-3-methylimidazonium tetrachloro Borate, 1-butyl-3-methylimidazonium thiocyanate, 1-dodecyl-3-methylimidazonium iodide, 1-ethyl-2,3-dimethylimidazonium chloride, 1-ethyl-3 -Methylimidazonium bromide, 1-ethyl-3-methylimidazonium chloride, 1-ethyl-3-methylimidazonium hexafluorophosphate, 1-ethyl-3- A method for producing silica, comprising any one selected from methylimidazonium tetrafluoroborate, 1-hexyl-3-methylimidazonium tetrafluoroborate, and 1-butyl-4-methylpyridium chloride.
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