KR20200048706A - 나노다공성인 폴리아닐린 복합체를 이용한 필터 - Google Patents

나노다공성인 폴리아닐린 복합체를 이용한 필터 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다공성의 비전도성 폴리아닐린 에머랄딘 염기에 유기산을 도핑하여 전도성을 부여한 후 금속 이온을 도핑함으로써, 금속 이온이 전도성 고분자 표면에 부착되는 불용성의 폴리아닐린 복합체의 제조방법에 의해 제조된 항균 및 중금속 제거용 폴리아닐린 복합체를 이용한 필터에 관한 것으로서, 세균 및 미생물 흡착 또는 제거와 중금속 제거 효능이 뛰어나 정수기 필터, 자동차용 또는 가정용 에어콘 필터, 공조기, 가스마스크, 상하수처리장치, 공기정화기, 클린룸 등 항균 및 중금속 제거의 용도로 다양하게 적용될 수 있다.

Description

나노다공성인 폴리아닐린 복합체를 이용한 필터 {Filter using nanoporous polyaniline complex}
본 발명은 폴리아닐린 전도성 고분자에 유기산 및 금속이온이 일정 순서로 도핑되는 방법에 의해 제조된 항균 및 중금속 제거용 폴리아닐린 복합체를 이용한 필터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다공성의 비전도성 폴리아닐린 에머랄딘 염기에 유기산을 도핑하여 전도성을 부여한 후 금속 이온을 도핑함으로써 금속 이온이 전도성 고분자 표면에 부착되는 불용성의 항균 및 중금속 제거용 폴리아닐린 복합체를 이용한 필터에 관한 것이다.
종래의 정수기, 상하수 처리장치, 공기정화기 및 클린룸 등에는 세균과 미생물을 제거할 수 있는 항균 필터가 장착되어 각종 바이러스(미생물) 혹은 단백질과 같은 오염물질을 흡착하여 제거할 수 있는 항균소재가 필터에 포함되어야 한다. 일반적으로 이와 같은 항균 기능 소재는 다공성 소재에 은, 구리, 금, 아연, 알루미나 및 이산화티타늄과 같은 금속 분말 소재를 수용액상에서 분산 및 점착시킨 소재를 이용한 항균 필터소재가 개발되어 있다. 다공성 소재로는 활성탄, 실리카겔, 폴리우레탄, 제올라이트, 활성탄, 숯, 페놀수지 등 매우 다양한 다공성 수지가 이용될 수 있다. 종래의 항균필터에 사용되는 활성탄 및 실리카 등의 다공성 소재의 경우에는 기공의 크기가 매우 작아 흡착된 오염물질에 의해 기공이 쉽게 막히게 됨으로 항균 성능이 시간이 지남에 따라 효율이 떨어지는 단점이 있다. 이러한 단점을 보완하기 위해 중공코어부와 다공성의 카본 셀부로 이루어진 카본볼에 항균성 금속 또는 금속염이 흡착된 항균필터에 관한 특허가 한국공개특허 제2005-0046497호에 보고되어 있다. 그러나, 항균필터에 사용되는 금속 또는 금속염은 다공성의 활성탄 기질에 단순히 흡착되어 있는 형태로 존재함으로써 외부의 수분, 열과 같은 환경변화에 따라 용출될 가능성이 높으며 일정량의 오염물질이 흡착되면 항균 능력이 급격히 떨어지는 단점을 초래한다.
대한민국 공개특허공보 제10-2012-0100079호(2012. 09. 12. 공개) 대한민국 특허등록공보 제1623195호(2016. 05. 20. 공고) 대한민국 공개특허공보 제10-2017-0092343호(2017. 08. 11. 공개)
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 항균필터 소재가 가지는 문제점을 해결하기 위하여 세균 및 미생물 흡착 또는 제거 효능이 뛰어나 공기필터에도 적용이 가능할 뿐만 아니라 물에 포함된 각종 중금속을 흡착할 수 있게 다공성의 비전도성 폴리아닐린 에머랄딘 염기에 유기산을 도핑하여 전도성을 부여한 후 금속 이온을 도핑함으로써 금속 이온이 전도성 고분자 표면에 부착되는 불용성의 항균 및 중금속 제거용 폴리아닐린 복합체의 제조방법에 의해 제조된 폴리아닐린 복합체를 이용한 필터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 a)종래의 계면 중합법을 이용하여 나노 섬유 형태를 가진 폴리아닐린 에머랄딘 염기(polyaniline emeraldine base)를 합성하는 단계, b)상기 a)단계의 폴리아닐린 에머랄딘 염기(polyaniline emeraldine base)에 유기산을 도핑(doping)하여 폴리아닐린 에머랄딘 염 복합체(polyanilne emeraldine salt complex)를 제조하는 단계 및 c)상기 b)단계의 폴리아닐린 에머랄딘 염 복합체(polyanilne emeraldine salt complex)에 금속이온 또는 금속염을 도핑(doping)하여 불용성의 폴리아닐린/금속 복합체(polyaniline/metal complex)를 제조하는 단계를 포함하는 폴리아닐린 복합체(polyanilne complex)의 제조방법에 의해 제조된 항균 및 중금속 제거용 폴리아닐린 복합체(polyanilne complex)를 이용한 필터를 제공하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명에서 항균 및 중금속 제거용 폴리아닐린 복합체(polyanilne complex)에 사용되는 염기성 폴리아닐린 전도성 고분자는 나노크기의 섬유 구조를 가지고 있는데, 미세한 기공 구조를 가지고 있어서 세균, 미생물 등이 쉽게 흡착될 수 있는 구조를 가지고 있다. 이러한 미세구조를 가진 폴리아닐린 합성법은 Huang 등(Huang et al., J. Am. Chem. Soc. 125, 314 (2003))은 유기층과 수용액층이 서로 섞이지 않는 계를 구성한 후에 아닐린 단위체는 유기층에, 개시제와 유기산은 수용액층에 용해시켜 계면에서 중합을 실시하여 나노 섬유형태의 폴리아닐린 제조방법을 보고한 바 있다.
한편 염기성 폴리아닐린 전도성 고분자는 단분자 사슬 내에 염기성인 아민구조를 가지고 있어서 중금속 이온과의 강한 상호작용으로 인하여 중금속을 쉽게 흡착시킬 수 있다. 또한 비전도성인 폴리아닐린 에머랄딘 염기(polyaniline emeraldine base)는 다양한 유기산들과도 산·염기 반응을 통하여 도핑이 되면 전도성을 가지게 되는데, 이때의 분자상태를 에머랄딘 염(salt)이라 부르며 세균 및 미생물이 가지고 있는 단백질 분자들과 상호작용하여 고분자 표면에 흡착될 수 있음을 ISAKOVA 등(PROTECTION OF METALS AND PHYSICAL CHEMISTRY OF SURFACES Vol. 52 No. 4, 2016)에서 보고하고 있다. 이때 사용되는 유기산은 캄포술폰산 등의 산성도가 큰 술폰산 유도체가 전기전도도 향상을 위해서 대표적으로 사용되나 본 발명에 사용되는 유기산의 종류는 약산인 카르복시산 유도체들이 유해성 및 독성면에서 술폰산 작용기를 가지는 유도체에 비해 자유로므로 카르복시산 종류의 유기산이 본 발명의 도펀트로 사용되는 것이 바람직하다. 카르복시산 작용기를 가진 유기산 중에는 분자 내에 2개의 아민 작용기와 4개의 카르복시산 작용기를 동시에 가진 분자로 에틸렌디아민테트라아세트산(EDTA)이 있는데 이 분자는 여러 가지 중금속 이온과의 강한 상호작용으로 인하여 킬레이트 화합물을 이루는 것으로 널리 알려진 물질이다. 따라서 본 발명에서는 에틸렌디아민테트라아세트산(EDTA)를 염기성 폴리아닐린 전도성 고분자에 도핑하면 분자 내에 4개의 카르복시산 중에 일부만 염기성 폴리아닐린 전도성 고분자에 도핑되어 불용성의 폴리아닐린 에머랄딘 염 복합체를 형성하게 되는데 도핑하지 않고 남아있는 카르복시산 작용기 및 아민 작용기는 여전히 남아 있음으로 다양한 중금속과 만나게 되면 킬레이트 화합물을 형성할 수 있게 설계한다.
한편, 본 발명에 사용되는 카르복시산 유도체는 에틸렌디아민테트라아세트산(EDTA) 뿐만 아니라 카르복시산 작용기를 2개 가진 글루타르산 및 아세트산도 불용성의 폴리아닐린 에머랄딘 염 복합체를 형성할 수 있으므로 에틸렌디아민테트라아세트산(EDTA)으로 한정되지는 않는다.
천연 항균제인 은(Ag)의 항균 및 살균 메카니즘은 아직까지 정확하게 규명되지는 않고 있으나, 수 많은 실험 및 적용 사례를 통해보면, 은(Ag)이 미생물의 -SH, -CO2H, -OH 등과 강력하게 결합하여 세균의 세포막을 파괴 또는 세포의 기능을 교란시키는 것으로 알려져 있다. 여타의 무기물 담체를 이용한 항균제에 있어서 무기물 담체로부터 해리된 항균 금속 이온(Ag+, Zn2+, Cu2+ 등)이 세포막 및 효소 등의 단백질과 결합하여 세포의 에너지 대사를 저해하는 것으로 추정하고 있으며, 이때 무기물 담체에 사용되는 금속 이온을 항균 금속이라 부른다. 본 발명에서는 세균 및 미생물 사멸과 같은 항균 기능을 극대화하기 위해 폴리아닐린 에머랄딘 염기에 EDTA, 글루타르산, 아세트산과 같은 유기산으로 도핑하여 제조된 폴리아닐린 에머랄딘 염 복합체에 상기의 항균 금속을 추가로 도핑하면 금속이온이 폴리아닐린 에머랄딘 염 복합체에 흡착되어 염기성 폴리아닐린 전도성 고분자가 고유하게 가지고 세균 및 미생물 흡착 기능 뿐만 아니라 항균 금속이 가지고 있는 미생물 사멸 기능을 추가 할 수 있게 된다.
특히, 본 발명에 사용되는 항균 금속이온 중에 은(Ag) 이온은 폴리아닐린 에머랄딘 염(polyanilne emeraldine salt)과 반응하여 은나노 금속입자로 환원되어 염기성 폴리아닐린 전도성 고분자와 폴리아닐린 에머랄딘 염 복합체를 형성할 수 있다. 이처럼 은(Ag) 이온 상태가 아니라 은나노 금속 고체가 되면 여러 용매에 대하여 불용성 복합체가 형성됨으로써 지속적인 항균 기능을 가지게 되어 장기간 항균 기능을 유지할 수 있는 장점이 있다.
이하, 본 발명인 필터에 이용되는 항균 및 중금속 제거용 폴리아닐린 복합체(polyanilne complex)의 제조방법을 설명하면 다음과 같다.
폴리아닐린 에머랄딘 염기(polyaniline emeraldine base)의 합성
먼저, 종래의 계면 중합법을 이용하여 하기의 화학식 1로 표기되는 나노 포러스한 폴리아닐린 에머랄딘 염기(polyaniline emeraldine base)를 합성한다.
또한, 본 발명인 필터에 이용되는 항균 및 중금속 제거용 폴리아닐린 복합체(polyanilne complex)에 있어서, 기재로 사용되는 염기성 폴리아닐린 전도성 고분자의 표면적을 극대화하기 위하여 계면중합을 이용하여 얻어진 다공성 나노섬유의 직경이 10 내지 500nm이며 나노섬유 사이에 형성된 기공의 직경이 1 내지 50nm인 것이 바람직하다.
Figure pat00001
폴리아닐린 에머랄딘 염 복합체(polyanilne emeraldine salt complex)의 제조
다음으로, 상기 폴리아닐린 에머랄딘 염기를 유기산인 EDTA로 수용액 상에서 도핑하는 단계를 포함하며, 예를 들어 EDTA 분자를 물에 녹인 다음 폴리아닐린 에머랄딘 염기를 초음파 세척기를 이용해 1시간 반응하여 EDTA가 결합된 하기의 화학식 2로 표기되는 폴리아닐린 에머랄딘 염 복합체(polyanilne emeraldine salt complex)를 제조한다.
본 발명인 필터에 이용되는 항균 및 중금속 제거용 폴리아닐린 복합체(polyanilne complex)에는 하기 화학식 2로 표시되는 전도성 고분자 복합체 모두가 사용될 수 있으며, 하기 화학식 2에서 도펀트로 사용되는 유기산으로 에틸렌디아민테트라아세트산(EDTA), 글루타르산, 아세트산 등이 1종 이상 사용될 수 있으며 2종류 이상의 유기산이 도핑된 폴리아닐린 에머랄딘 염 복합체일 수도 있다. 따라서 본 발명의 항균 및 중금속 제거용 폴리아닐린 복합체(polyanilne complex)는 용도에 따라 항균성 및 중금속 제거 등의 용도에 따라 다양한 조성으로 조합 및 구성될 수 있다.
또한, 유기산은 전도성 폴리아닐린 고분자 총 중량을 기준으로 20 내지 50중량%으로 포함되는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 20중량% 미만으로 포함되는 경우에는 본 발명인 필터에 이용되는 폴리아닐린 복합체(polyanilne complex)의 항균 및 중금속 제거 효율이 감소하고, 50중량% 초과로 포함되는 경우에는 도펀트인 유기산의 용출 문제가 발생하기 때문이다.
Figure pat00002
상기 화학식 2에서 A는 유기산의 종류로서 서로 독립적으로 사용되는 도펀트를 나타낸다.
폴리아닐린/금속 복합체(polyaniline/metal complex)의 제조
이렇게 얻어진 상기 폴리아닐린 에머랄딘 염 복합체를 질산은(AgNO3)이 녹아 있는 수용액에 첨가하여 12시간 반응시키면 은(Ag) 이온의 환원 반응이 폴리아닐린 고분자 표면에서 일어나 나노 입자 크기의 은(Ag) 금속이 골고루 부착되어 있는 것을 전자현미경으로부터 관찰할 수 있으며 하기 화학식 3으로 표시된다.
본 발명인 필터에 이용되는 항균 및 중금속 제거용 폴리아닐린 복합체(polyanilne complex)에는 하기 화학식 3으로 표시되는 전도성 폴리아닐린/금속 복합체(polyaniline/metal complex) 모두가 사용될 수 있으며, 하기 화학식 3에서 사용되는 항균성 금속 또는 금속염으로는 은, 구리, 아연, 알루미나 등이 1종 이상 사용될 수 있으며, 2종 이상의 금속이온이 도핑된 폴리아닐린/금속 복합체일 수 있다. 따라서 본 발명인 필터에 이용되는 항균 및 중금속 제거용 폴리아닐린 복합체(polyanilne complex)는 용도에 따라 항균성 및 중금속 제거 등의 용도에 따라 다양한 조성으로 조합 및 구성될 수 있다.
또한, 금속이온 또는 금속염은 전도성 폴리아닐린 고분자 총 중량을 기준으로 5 내지 30중량%으로 포함되는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 5중량% 미만으로 포함되는 경우에는 본 발명인 필터에 이용되는 폴리아닐린 복합체(polyanilne complex)의 항균 및 중금속 제거 효율이 감소하고, 30중량% 초과로 포함되는 경우에는 도펀트인 금속 물질의 용출 문제가 발생하기 때문이다.
Figure pat00003
상기 화학식 3에서 M은 서로 독립적으로 사용되는 금속이온을 나타낸다.
본 발명의 항균 및 중금속 제거용 폴리아닐린 복합체를 이용한 필터는 세균 및 미생물 흡착 또는 제거와 중금속 제거 효능이 뛰어나 정수기 필터, 자동차용 또는 가정용 에어콘 필터, 공조기, 가스마스크, 상하수처리장치, 공기정화기, 클린룸 등 항균 및 중금속 제거의 용도로 다양하게 적용될 수 있다.
도 1은 본 발명에서 폴리아닐린 에머랄딘 염기가 나노 섬유 형태 및 수많은 기공들로 이루어져 있음을 보여주는 전자현미경 사진이다.
도 2는 본 발명에서 폴리아닐린 에머랄딘 염기에 유기산인 EDTA가 도핑된 폴리아닐린 에머랄딘 염 복합체의 구조가 나노 섬유 형태 및 수많은 기공들로 이루어진 형태로 유지됨을 보여주는 전자현미경 사진이다.
도 3은 유기산인 EDTA가 도핑된 폴리아닐린 에머랄딘 염 복합체에 은(Ag) 나노 입자가 폴리아닐린/금속 복합체 표면에 생성되어 흡착된 이미지를 나타낸 전자현미경 사진이다.
도 4는 본 발명에서 항균 및 중금속 제거용 폴리아닐린 복합체의 바이러스 제거활성 결과를 보여주는 사진이다.
도 5는 본 발명에서 항균 및 중금속 제거용 폴리아닐린 복합체의 박테리아 제거활성 결과를 보여주는 사진이다.
도 6은 본 발명인 폴리아닐린 복합체를 이용한 필터의 일실시예인 중공사막필터를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명인 폴리아닐린 복합체를 이용한 필터의 다른 실시예인 그래뉼 타입의 필터와 플리티드필터로 이루어진 복합필터를 나타낸 도면이다.
도 8 은 도 7의 A-A 단면도이다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 다음의 실시예는 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당업자에 의한 통상적인 변화가 가능하다.
<실시예 1>
본 발명인 필터에 이용되는 항균 및 중금속 제거용 폴리아닐린 복합체( polyaniline complex)의 제조
본 발명인 필터에 이용되는 항균 및 중금속 제거용 폴리아닐린 복합체의 제조방법은 다음과 같다.
(1)나노 섬유 형태를 가진 폴리아닐린 에머랄딘 염기(polyaniline emeraldine base)의 합성
아닐린(aniline) 96g을 클로로포름 500mL 용매에 첨가한 다음, 3M HCl 2L 수용액을 1시간에 걸쳐 천천히 첨가하면서 교반한 다음, 냉각기를 이용하여 반응조의 온도를 영하 28℃로 조절하였다. 상기 반응조의 용액이 낮은 온도에서 얼지 않게 하기 위하여 염화리튬(LiCl) 10g을 넣어 동결을 방지하고, 여기에 라디칼중합 개시제인 암모늄퍼설페이트(ammonium persulfate) 57g을 물 200mL에 녹인 다음 2시간에 걸쳐 적가한 후 12시간 동안 반응시켜 염산(HCl)이 도핑된 폴리아닐린 에머랄딘 염을 제조하였다. 상기 제조된 염을 거름종이에 거른 후 암모니아수로 처리하여 염산(HCl)이 탈도핑된 나노 섬유형태의 폴리아닐린 에머랄딘 염기(polyaniline emeraldine base) 25g을 제조하였다. 상기 제조된 폴리아닐린 에머랄딘 염기(polyaniline emeraldine base)를 주사전자현미경(scanning electron microscope)으로 촬영하였다.
그 결과를 도 1에 나타내었다.
도 1에서 확인할 수 있는 바와같이, 본 발명인 필터에 이용되는 폴리아닐린 에머랄딘 염기(polyaniline emeraldine base)가 수많은 나노크기의 섬유 형태 및 기공들로 이루어진 구조를 하고 있음을 확인할 수 있었다.
(2)폴리아닐린 에머랄딘 염 복합체(polyanilne emeraldine salt complex)의 제조
상기 합성된 폴리아닐린 에머랄딘 염기(polyaniline emeraldine base)에 유기산(organic acid)을 도핑하기 위하여 EDTA(ethylenediaminetetraacetic acid) 1g을 물 2L에 녹인 다음, 상기 합성된 폴리아닐린 에머랄딘 염기(polyaniline emeraldine base) 2g을 상기 EDTA 수용액에 넣고 초음파 세척기를 이용하여 1시간 동안 처리한 다음 12시간 교반기로 처리하여 EDTA가 도핑된 폴리아닐린 에머랄딘 염 복합체(polyanilne emeraldine salt complex) 2.5g을 제조하였다.
상기 제조된 폴리아닐린 에머랄딘 염 복합체(polyanilne emeraldine salt complex)를 거름종이에 거른 후 여러번 증류수를 이용하여 반응하지 않은 EDTA 분자를 세척하고 건조하였다. 상기 건조된 폴리아닐린 에머랄딘 염 복합체(polyanilne emeraldine salt complex)를 주사전자현미경으로 촬영하였다.
그 결과를 도 2에 나타내었다.
도 2에서 확인할 수 있는 바와 같이, 유기산인 EDTA가 도핑되었음에도 불구하고 폴리아닐린 에머랄딘 염 복합체(polyanilne emeraldine salt complex)의 구조가 여전히 수많은 나노 섬유 형태 및 기공들로 이루어진 형태를 유지함을 알 수 있었다.
(3)폴리아닐린/금속 복합체(polyaniline/metal complex)의 제조
상기 유기산인 EDTA가 도핑된 폴리아닐린 에머랄딘 염 복합체(polyanilne emeraldine salt complex)에 항균성 금속이온을 도핑하기 위하여 5% 질산은(AgNO3) 1L 수용액에 상기 EDTA가 도핑된 폴리아닐린 에머랄딘 염 복합체(polyanilne emeraldine salt complex) 5g을 침지시켜 2일 동안 숙성하여 고분자 표면에서 부착된 은(Ag) 이온이 서서히 환원 반응이 일어나 은(Ag) 나노 입자가 고분자 표면에서 생성되는 불용성의 폴리아닐린/금속 복합체(polyaniline/metal complex) 5.4g을 제조하였다. 상기 제조된 폴리아닐린/금속 복합체(polyaniline/metal complex)는 증류수로 여러번 세척하여 반응하지 않은 질산은을 제거한 후 건조하였다. 상기 건조된 폴리아닐린/금속 복합체(polyaniline/metal complex)를 주사전자현미경으로 촬영하였다.
그 결과를 도 3에 나타내었다.
도 3에서 확인할 수 있는 바와 같이, 불용성의 폴리아닐린/금속 복합체(polyaniline/metal complex) 표면에 나노 크기의 은(Ag) 입자들이 골고루 성장하여 부착된 모습을 확인할 수 있었다.
<비교예 1>
금속이온 도핑 후 유기산이 도핑된 폴리아닐린 복합체(polyaniline complex)의 제조
상기 실시예 1의 폴리아닐린 에머랄딘 염기(polyaniline emeraldine base)에 유기산인 EDTA가 도핑된 폴리아닐린 에머랄딘 염 복합체(polyanilne emeraldine salt complex)의 제조 후 항균성 금속이온 질산은(AgNO3)이 도핑된 폴리아닐린/금속 복합체(polyaniline/metal complex)를 제조하는 방법에서 폴리아닐린 에머랄딘 염기(polyaniline emeraldine base)에 항균성 금속이온 질산은(AgNO3)을 도핑하여 폴리아닐린/금속 복합체(polyaniline/metal complex)를 제조한 후 유기산인 EDTA를 도핑하여 폴리아닐린 에머랄딘 염 복합체(polyanilne emeraldine salt complex)를 제조하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 항균 및 중금속 제거용 폴리아닐린 복합체를 제조하였다.
이하에서 자세히 설명하면 다음과 같다.
(1)폴리아닐린 에머랄딘 염기(polyaniline emeraldine base)의 합성
아닐린(aniline) 96g을 클로로포름 500mL 용매에 첨가한 다음, 3M HCl 2L 수용액을 1시간에 걸쳐 천천히 첨가하면서 교반한 다음, 냉각기를 이용하여 반응조의 온도를 영하 28℃로 조절하였다. 상기 반응조의 용액이 낮은 온도에서 얼지 않게 하기 위하여 염화리튬(LiCl) 10g을 넣어 동결을 방지하고, 여기에 라디칼중합 개시제인 암모늄퍼설페이트(ammonium persulfate)를 57g을 물 200mL에 녹인 다음 2시간에 걸쳐 적가한 후 12시간 동안 반응시켜 염산(HCl)이 도핑된 폴리아닐린 에머랄딘 염을 제조하였다. 상기 제조된 염을 거름종이에 거른 후 암모니아수로 처리하여 염산(HCl)이 탈도핑된 나노 섬유형태의 폴리아닐린 에머랄딘 염기(polyaniline emeraldine base) 25g을 제조하였다.
(2)폴리아닐린/금속 복합체(polyaniline/metal complex)의 제조
상기 합성된 폴리아닐린 에머랄딘 염기(polyaniline emeraldine base)에 항균성 금속이온을 도핑하기 위하여 5% 질산은(AgNO3) 1L 수용액에 상기 폴리아닐린 에머랄딘 염기(polyaniline emeraldine base) 5g을 침지시켜 2일 동안 숙성하여 고분자 표면에서 부착된 은(Ag) 이온이 서서히 환원 반응이 일어나 은(Ag) 나노 입자가 고분자 표면에서 생성되는 불용성의 폴리아닐린/금속 복합체(polyaniline/metal complex) 5.4g을 제조하였다. 상기 제조된 폴리아닐린/금속 복합체(polyaniline/metal complex)는 증류수로 여러번 세척하여 반응하지 않은 질산은을 제거한 후 건조하였다.
(3)폴리아닐린 에머랄딘 염 복합체(polyanilne emeraldine salt complex)의 제조
상기 금속이온이 도핑된 폴리아닐린/금속 복합체(polyaniline/metal complex)에 유기산을 도핑하기 위하여 EDTA(ethylenediaminetetraacetic acid) 1g을 물 2L에 녹인 다음, 상기 합성된 폴리아닐린/금속 복합체(polyaniline/metal complex) 2g을 상기 EDTA 수용액에 넣고 초음파 세척기를 이용하여 1시간 동안 처리한 다음 12시간 교반기로 처리하여 EDTA가 도핑된 폴리아닐린 에머랄딘 염 복합체(polyanilne emeraldine salt complex) 2.5g을 제조하였다.
상기 제조된 폴리아닐린 에머랄딘 염 복합체(polyanilne emeraldine salt complex)를 거름종이에 거른 후 여러 번 증류수를 이용하여 반응하지 않은 EDTA 분자를 세척하고 건조하였다.
<비교예 2>
유기산만 도핑된 폴리아닐린 복합체(polyaniline complex)의 제조
(1)폴리아닐린 에머랄딘 염기(polyaniline emeraldine base)의 합성
아닐린(aniline) 96g을 클로로포름 500mL 용매에 첨가한 다음, 3M HCl 2L 수용액을 1시간에 걸쳐 천천히 첨가하면서 교반한 다음, 냉각기를 이용하여 반응조의 온도를 영하 28℃로 조절하였다. 상기 반응조의 용액이 낮은 온도에서 얼지 않게 하기 위하여 염화리튬(LiCl) 10g을 넣어 동결을 방지하고, 여기에 라디칼중합 개시제인 암모늄퍼설페이트(ammonium persulfate)를 57g을 물 200mL에 녹인 다음 2시간에 걸쳐 적가한 후 12시간 동안 반응시켜 염산(HCl)이 도핑된 폴리아닐린 에머랄딘 염을 제조하였다. 상기 제조된 염을 거름종이에 거른 후 암모니아수로 처리하여 염산(HCl)이 탈도핑된 나노 섬유형태의 폴리아닐린 에머랄딘 염기(polyaniline emeraldine base) 25g을 제조하였다.
(2)폴리아닐린 에머랄딘 염 복합체(polyanilne emeraldine salt complex)의 제조
상기 합성된 폴리아닐린 에머랄딘 염기(polyaniline emeraldine base)에 유기산(organic acid)을 도핑하기 위하여 EDTA(ethylenediaminetetraacetic acid) 1g을 물 2L에 녹인 다음, 상기 합성된 폴리아닐린 에머랄딘 염기(polyaniline emeraldine base) 2g을 상기 EDTA 수용액에 넣고 초음파 세척기를 이용하여 1시간 동안 처리한 다음 12시간 교반기로 처리하여 EDTA가 도핑된 폴리아닐린 에머랄딘 염 복합체(polyanilne emeraldine salt complex) 2.5g을 제조하였다.
상기 제조된 폴리아닐린 에머랄딘 염 복합체(polyanilne emeraldine salt complex)를 거름종이에 거른 후 여러번 증류수를 이용하여 반응하지 않은 EDTA 분자를 세척하고 건조하였다.
<비교예 3>
금속이온만 도핑된 폴리아닐린 복합체(polyaniline complex)의 제조
(1)폴리아닐린 에머랄딘 염기(polyaniline emeraldine base)의 합성
아닐린(aniline) 96g을 클로로포름 500mL 용매에 첨가한 다음, 3M HCl 2L 수용액을 1시간에 걸쳐 천천히 첨가하면서 교반한 다음, 냉각기를 이용하여 반응조의 온도를 영하 28℃로 조절하였다. 상기 반응조의 용액이 낮은 온도에서 얼지 않게 하기 위하여 염화리튬(LiCl) 10g을 넣어 동결을 방지하고, 여기에 라디칼중합 개시제인 암모늄퍼설페이트(ammonium persulfate)를 57g을 물 200mL에 녹인 다음 2시간에 걸쳐 적가한 후 12시간 동안 반응시켜 염산(HCl)이 도핑된 폴리아닐린 에머랄딘 염을 제조하였다. 상기 제조된 염을 거름종이에 거른 후 암모니아수로 처리하여 염산(HCl)이 탈도핑된 나노 섬유형태의 폴리아닐린 에머랄딘 염기(polyaniline emeraldine base) 25g을 제조하였다.
(2)폴리아닐린/금속 복합체(polyaniline/metal complex)의 제조
상기 합성된 폴리아닐린 에머랄딘 염기(polyaniline emeraldine base)에 항균성 금속이온을 도핑하기 위하여 5% 질산은(AgNO3) 1L 수용액에 상기 합성된 폴리아닐린 에머랄딘 염기(polyaniline emeraldine base) 5g을 침지시켜 2일 동안 숙성하여 고분자 표면에서 부착된 은(Ag) 이온이 서서히 환원 반응이 일어나 은(Ag) 나노 입자가 고분자 표면에서 생성되는 불용성의 폴리아닐린/금속 복합체(polyaniline/metal complex) 5.4g을 제조하였다. 상기 제조된 폴리아닐린/금속 복합체(polyaniline/metal complex)는 증류수로 여러번 세척하여 반응하지 않은 질산은을 제거한 후 건조하였다.
<시험예 1>
유기산과 금속이온의 도핑 순서를 달리한 경우의 항균활성 시험
상기 실시예 1의 본 발명인 필터에 이용되는 항균 및 중금속 제거용 폴리아닐린 복합체(polyaniline complex) 2g을 16×12 우레탄 호스에 충진하여 정수기용 필터를 제조하였다.
한편, 대조군으로서 상기 비교예 1의 폴리아닐린 복합체(polyaniline complex)를 사용한 것을 제외하고는 상기와 같이 정수기용 필터를 제조하였다.
1-1. 바이러스 제거 시험
사용된 바이러스는 MS2 Virus로서 바이러스 제거율은 VF 국제기준을 따라 판정하였다.
즉, MS2 Virus를 물 5L당 1mL 기준으로 넣어 수용액을 제조한 후 상기 정수기용 필터에 1kg 압력을 가하여 60mL/min 속도로 통과시킨 500mL 수용액을 채취하여 바이러스 테스트를 하였다.
그 결과를 표 1 및 도 4에 나타내었다.
도 4의 '가'사진은 MS2 바이러스 테스트에서 input Log값을 6을 주입하여 바이러스를 카운트하여 output Log값이 4 미만일 때를 나타낸 것이고, '나'사진은 log reduction값이 5일 때를 나타낸 것이며, '다'사진은 log reduction값이 6일 때를 나타낸 것이다.
하기의 표 1 및 도 4에서 확인할 수 있는 바와 같이, 본 발명인 필터에 이용되는 항균 및 중금속 제거용 폴리아닐린 복합체(polyaniline complex)인 실시예 1에서는 1일차 input Log값이 6.1이었으며 4일차에도 log reduction값이 5.7로 유지됨으로써 90% 이상 바이러스가 지속적으로 제거됨을 알 수 있었다.
한편, 금속이온과 유기산의 도핑 순서를 상기 실시예 1과 달리한 폴리아닐린 복합체(polyaniline complex)인 비교예 1에서는 1일차 input Log값이 6.3이었으며 4일차에는 log reduction값이 2.3으로 떨어져 약 30%의 바이러스가 제거됨을 알 수 있었다.
이상의 결과로부터, 비교예 1에서와 같이 금속이온 도핑 후 유기산을 도핑하는 순서로 폴리아닐린 복합체(polyaniline complex)를 제조하는 것 보다 본 발명에서와 같이 유기산 도핑 후 금속이온을 도핑하는 순서로 폴리아닐린 복합체(polyaniline complex)를 제조하는 것이 바이러스 제거 효과가 크게 나타남을 알 수 있었다.
구분 virus
pfu/㎖		 Input Input Log Output Log Log Reduction
실시예 1
 1일차 1.9×106 6.1 0.0 6.1
4일차 1.9×106 6.1 0.4 5.7
비교예 1
 1일차 1.9×106 6.3 0.0 6.3
4일차 1.9×106 6.3 4.0 2.3
1-2. 박테리아 제거 시험
사용된 박테리아는 E.coli로서 박테리아 제거율은 VF 국제기준을 따라 판정하였다.
즉, E. coli를 물 3L당 1mL 기준으로 넣어 수용액을 제조한 후 상기 정수기용 필터에 1kg 압력을 가하여 60mL/min 속도로 통과시킨 500mL 수용액을 채취하여 박테리아 테스트를 하였다.
그 결과를 표 2 및 도 5에 나타내었다.
도 5의 '가' 사진은 대장균 테스트 결과를 나타낸 것으로서 input Log값을 8 주입하여 log reduction값이 6 이하일 때를 나타낸 것이고, '나' 사진은 log reduction값이 6~8일 때를 나타낸 것이며, '다' 사진은 log reduction값이 8일 때를 나타낸 것이다.
하기의 표 2 및 도 5에서 확인할 수 있는 바와 같이, 본 발명인 필터에 이용되는 항균 및 중금속 제거용 폴리아닐린 복합체(polyaniline complex)인 실시예 1에서는 1일차 input Log값이 8.0이었으며 4일차에도 output Log값이 7.2정도로 유지됨으로써 박테리아가 90% 이상 지속적으로 제거됨을 알 수 있었다.
한편, 금속이온과 유기산의 도핑 순서를 상기 실시예 1과 달리한 폴리아닐린 복합체(polyaniline complex)인 비교예 1에서는 1일차 input Log값이 8.3이었으며 4일차 log reduction값이 4.0으로 떨어져 약 50%의 박테리아가 제거됨을 알 수 있었다.
이상의 결과로부터, 비교예 1에서와 같이 금속이온 도핑 후 유기산을 도핑하는 순서로 폴리아닐린 복합체(polyaniline complex)를 제조하는것 보다 본 발명에서와 같이 유기산 도핑 후 금속이온을 도핑하는 순서로 폴리아닐린 복합체(polyaniline complex)를 제조하는 것이 박테리아 제거 효과가 크게 나타남을 알 수 있었다.
구분 bacteria
pfu/㎖		 Input Input Log Output Log Log Reduction
실시예 1
 1일차 1.9×106 8.0 0.0 8.0
4일차 1.9×106 8.0 0.8 7.2
비교예 1
 1일차 1.9×106 8.3 0.0 8.3
4일차 1.9×106 8.3 4.3 4.0
<시험예 2>
유기산만 도핑된 경우의 항균활성 시험
상기 실시예 1의 항균 및 중금속 제거용 폴리아닐린 복합체(polyaniline complex) 2g을 16×12 우레탄 호스에 충진하여 정수기용 필터를 제조하였다.
한편, 대조군으로서 상기 비교예 2의 폴리아닐린 복합체(polyaniline complex)를 사용한 것을 제외하고는 상기와 같이 정수기용 필터를 제조하였다.
2-1. 바이러스 제거 시험
사용된 바이러스는 MS2 Virus로서 바이러스 제거율은 VF 국제기준을 따라 판정하였다.
즉, MS2 Virus를 물 5L당 1mL 기준으로 넣어 수용액을 제조한 후 상기 정수기용 필터에 1kg 압력을 가하여 60mL/min 속도로 통과시킨 500mL 수용액을 채취하여 바이러스 테스트를 하였다.
그 결과를 표 3에 나타내었다.
하기의 표 3에서 확인할 수 있는 바와 같이, 본 발명인 필터에 이용되는 항균 및 중금속 제거용 폴리아닐린 복합체(polyaniline complex)인 실시예 1에서는 1일차 input Log값이 6.1이었으며 4일차에도 log reduction값이 5.7로 유지됨으로써 90% 이상 바이러스가 지속적으로 제거됨을 알 수 있었다.
한편, 유기산만 도핑된 폴리아닐린 복합체(polyaniline complex)인 비교예 2에서는 1일차 input Log값이 6.0이었으며 4일차 log reduction값이 3.1로 떨어져 약 50%의 바이러스가 제거되는데 불과함을 알 수 있었다.
이상의 결과로부터, 비교예 2에서와 같이 유기산만 도핑된 폴리아닐린 복합체(polyaniline complex)를 제조하는 것 보다 본 발명에서와 같이 유기산 도핑 후 금속이온을 도핑하는 순서로 폴리아닐린 복합체(polyaniline complex)를 제조하는 것이 바이러스 제거 효과가 크게 나타남을 알 수 있었다.
구분 virus
pfu/㎖		 Input Input Log Output Log Log Reduction
실시예 1
 1일차 1.9×106 6.1 0.0 6.1
4일차 1.9×106 6.1 0.4 5.7
비교예 2
 1일차 1.9×106 6.0 0.0 6.1
4일차 1.9×106 6.0 2.9 3.1
2-2. 박테리아 제거 시험
사용된 박테리아는 E.coli로서 박테리아 제거율은 VF 국제기준을 따라 판정하였다.
즉, E. coli를 물 3L당 1mL 기준으로 넣어 수용액을 제조한 후 상기 정수기용 필터에 1kg 압력을 가하여 60mL/min 속도로 통과시킨 500mL 수용액을 채취하여 박테리아 테스트를 하였다.
그 결과를 표 4에 나타내었다.
하기의 표 4에서 확인할 수 있는 바와 같이, 본 발명인 필터에 이용되는 항균 및 중금속 제거용 폴리아닐린 복합체(polyaniline complex)인 실시예 1에서는 1일차 input Log값이 8.0이었으며 4일차에도 output Log값이 7.2정도로 유지됨으로써 박테리아가 90% 이상 지속적으로 제거됨을 알 수 있었다.
한편, 유기산만 도핑된 폴리아닐린 복합체(polyaniline complex)인 비교예 2에서는 1일차 input Log값이 8.0이었으며 4일차에는 log reduction값이 5.1으로 떨어져 약 60%의 박테리아가 제거됨을 알 수 있었다.
이상의 결과로부터, 비교예 2에서와 같이 유기산만 도핑된 폴리아닐린 복합체(polyaniline complex)를 제조하는 것보다 본 발명에서와 같이 유기산 도핑 후 금속이온을 도핑하는 순서로 폴리아닐린 복합체(polyaniline complex)를 제조하는 것이 박테리아 제거 효과가 크게 나타남을 알 수 있었다.
구분 bacteria
pfu/㎖		 Input Input Log Output Log Log Reduction
실시예 1
 1일차 1.9×106 8.0 0.0 8.0
4일차 1.9×106 8.0 0.8 7.2
비교예 2
 1일차 1.9×106 8.0 0.0 8.0
4일차 1.9×106 8.0 2.9 5.1
<시험예 3>
금속이온만 도핑된 경우의 항균활성 시험
상기 실시예 1의 항균 및 중금속 제거용 폴리아닐린 복합체(polyaniline complex) 2g을 16×12 우레탄 호스에 충진하여 정수기용 필터를 제조하였다.
한편, 대조군으로서 상기 비교예 3의 폴리아닐린 복합체(polyaniline complex)를 사용한 것을 제외하고는 상기와 같이 정수기용 필터를 제조하였다.
3-1. 바이러스 제거 시험
사용된 바이러스는 MS2 Virus로서 바이러스 제거율은 VF 국제기준을 따라 판정하였다.
즉, MS2 Virus를 물 5L당 1mL 기준으로 넣어 수용액을 제조한 후 상기 정수기용 필터에 1kg 압력을 가하여 60mL/min 속도로 통과시킨 500mL 수용액을 채취하여 바이러스 테스트를 하였다.
그 결과를 표 5에 나타내었다.
하기의 표 5에서 확인할 수 있는 바와 같이, 본 발명인 필터에 이용되는 항균 및 중금속 제거용 폴리아닐린 복합체(polyaniline complex)인 실시예 1에서는 1일차 input Log값이 6.1이었으며 4일차에도 log reduction 값이 5.7로 유지됨으로써 90% 이상 바이러스가 지속적으로 제거됨을 알 수 있었다.
한편, 금속이온만 도핑된 폴리아닐린 복합체(polyaniline complex)인 비교예 3에서는 1일차 input Log값이 6.0이었으며 4일차에는 log reduction값이 3.8로 떨어져 약 50%의 바이러스가 제거되는데 불과함을 알 수 있었다.
이상의 결과로부터, 비교예 3에서와 같이 금속이온만 도핑된 폴리아닐린 복합체(polyaniline complex)를 제조하는 것 보다 본 발명에서와 같이 유기산 도핑 후 금속이온을 도핑하는 순서로 폴리아닐린 복합체(polyaniline complex)를 제조하는 것이 바이러스 제거 효과가 크게 나타남을 알 수 있었다.
구분 virus
pfu/㎖		 Input Input Log Output Log Log Reduction
실시예 1
 1일차 1.9×106 6.1 0.0 6.1
4일차 1.9×106 6.1 0.4 5.7
비교예 3
 1일차 1.9×106 6.0 0.0 6.0
4일차 1.9×106 6.0 2.2 3.8
3-2. 박테리아 제거 시험
사용된 박테리아는 E.coli로서 박테리아 제거율은 VF 국제기준을 따라 판정하였다.
즉, E. coli를 물 3L당 1mL 기준으로 넣어 수용액을 제조한 후 상기 정수기용 필터에 1kg 압력을 가하여 60mL/min 속도로 통과시킨 500mL 수용액을 채취하여 박테리아 테스트를 하였다.
그 결과를 표 6에 나타내었다.
하기의 표 6에서 확인할 수 있는 바와 같이, 본 발명인 필터에 이용되는 항균 및 중금속 제거용 폴리아닐린 복합체(polyaniline complex)인 실시예 1에서는 1일차 input Log값이 8.0이었으며 4일차에도 log reduction 값이 7.2정도로 유지됨으로써 박테리아가 90% 이상 지속적으로 제거됨을 알 수 있었다.
한편, 금속이온만 도핑된 폴리아닐린 복합체(polyaniline complex)인 비교예 3에서는 1일차 input Log값이 6.0이었으며 4일차에는 log reduction 값이 3.8로 떨어져 약 60%의 박테리아가 제거됨을 알 수 있었다.
이상의 결과로부터, 비교예 3에서와 같이 금속이온만 도핑된 폴리아닐린 복합체(polyaniline complex)를 제조하는 것보다 본 발명에서와 같이 유기산 도핑 후 금속이온을 도핑하는 순서로 폴리아닐린 복합체(polyaniline complex)를 제조하는 것이 박테리아 제거 효과가 크게 나타남을 알 수 있었다.
구분 bacteria
pfu/㎖		 Input Input Log Output Log Log Reduction
실시예 1
 1일차 1.9×106 8.0 0.0 8.0
4일차 1.9×106 8.0 0.8 7.2
비교예 3
 1일차 1.9×106 6.0 0.0 6.0
4일차 1.9×106 6.0 2.2 3.8
<시험예 4>
유기산과 금속이온의 도핑 순서를 달리한 경우의 중금속 제거 활성 시험
상기 실시예 1의 본 발명인 필터에 이용되는 항균 및 중금속 제거용 폴리아닐린 복합체(polyaniline complex) 2g을 16×12 우레탄 호스에 충진하여 중금속제거용 필터를 제조한 후, 중금속 이온이 1000ppm 함유된 2L 수용액을 통과시켜 초기 측정값에 대하여 최종 측정된 TDS 값을 산출하여 제거율을 측정하였다.
한편, 대조군으로서 상기 비교예 1의 폴리아닐린 복합체(polyaniline complex)를 사용한 것을 제외하고는 상기와 동일한 방법으로 시험하였다.
그 결과를 표 7에 나타내었다.
하기의 표 7에서 확인할 수 있는 바와 같이, 본 발명인 필터에 이용되는 항균 및 중금속 제거용 폴리아닐린 복합체(polyaniline complex)의 중금속 제거 실험 결과, 니켈(중금속 제거율 99%), 납(중금속 제거율 90%), 카드뮴(중금속 제거율 91%), 아연(중금속 제거율 91%), 구리(중금속 제거율 88%), 수은(중금속 제거율 88%), 크롬(중금속 제거율 86%) 정도로 나타나 중금속 제거율이 매우 우수함을 알 수 있었다.
한편, 금속이온과 유기산의 도핑 순서를 상기 실시예 1과 순서를 달리한 폴리아닐린 복합체(polyaniline complex)인 비교예 1의 중금속 제거 실험 결과, 니켈(중금속 제거율 85%), 납(중금속 제거율 95%), 카드뮴(중금속 제거율 90%), 아연(중금속 제거율 77%), 구리(중금속 제거율 89%), 수은(중금속 제거율 93%), 크롬(중금속 제거율 95%) 정도로 나타나 전반적으로 중금속 제거율이 떨어진 것을 알 수 있었다.
이상의 결과로부터, 비교예 1에서와 같이 금속이온 도핑 후 유기산을 도핑하는 순서로 폴리아닐린 복합체(polyaniline complex)를 제조하는 것보다 본 발명에서와 같이 유기산 도핑 후 금속이온을 도핑하는 순서로 폴리아닐린 복합체(polyaniline complex)를 제조하는 것이 중금속 제거 효과가 크게 나타남을 알 수 있었다.
중금속 종류
 중금속 제거율(%)
실시예 1 비교예 1
니켈 99 85
납 90 95
카드뮴 91 90
아연 91 77
구리 88 89
수은 88 93
크롬 86 95
<시험예 5>
유기산만 도핑된 경우의 중금속제거 활성 시험
상기 실시예 1의 본 발명인 필터에 이용되는 항균 및 중금속 제거용 폴리아닐린 복합체(polyaniline complex) 2g을 16×12 우레탄 호스에 충진하여 중금속제거용 필터를 제조한 후, 중금속 이온이 1000ppm 함유된 2L 수용액을 통과시켜 초기 측정값에 대하여 최종 측정된 TDS 값을 산출하여 제거율을 측정하였다.
한편, 대조군으로서 상기 비교예 2의 폴리아닐린 복합체(polyaniline complex)를 사용한 것을 제외하고는 상기와 동일한 방법으로 시험하였다.
그 결과를 표 8에 나타내었다.
하기의 표 8에서 확인할 수 있는 바와 같이, 본 발명인 필터에 이용되는 항균 및 중금속 제거용 폴리아닐린 복합체(polyaniline complex)인 실시예 1의 중금속 제거 실험 결과, 니켈(중금속 제거율 99%), 납(중금속 제거율 90%), 카드뮴(중금속 제거율 91%), 아연(중금속 제거율 91%), 구리(중금속 제거율 88%), 수은(중금속 제거율 88%), 크롬(중금속 제거율 86%) 정도로 나타나 중금속 제거율이 매우 우수함을 알 수 있었다.
한편, 유기산만 도핑한 폴리아닐린 복합체(polyaniline complex)인 비교예 2의 중금속 제거 실험 결과, 니켈 (중금속 제거율 81%), 납(중금속 제거율 78%), 카드뮴(중금속 제거율 81%), 아연(중금속 제거율 75%), 구리(중금속 제거율 59%), 수은(중금속 제거율 67%), 크롬(중금속 제거율 82%) 정도로 나타나 전반적으로 중금속 제거율이 떨어진 것을 알 수 있었다.
이상의 결과로부터, 비교예 2에서와 같이 유기산만 도핑된 폴리아닐린 복합체(polyaniline complex)를 제조하는 것보다 본 발명에서와 같이 유기산 도핑 후 금속이온을 도핑하는 순서로 폴리아닐린 복합체(polyaniline complex)를 제조하는 것이 중금속 제거 효과가 크게 나타남을 알 수 있었다.
중금속 종류
 중금속 제거율(%)
실시예 1 비교예 2
니켈 99 81
납 90 78
카드뮴 91 81
아연 91 75
구리 88 59
수은 88 67
크롬 86 82
<시험예 6>
금속이온만 도핑된 경우의 중금속 제거 활성 시험
상기 실시예 1의 본 발명인 필터에 이용되는 항균 및 중금속 제거용 폴리아닐린 복합체(polyaniline complex) 2g을 16×12 우레탄 호스에 충진하여 중금속제거용 필터를 제조한 후, 중금속 이온이 1000ppm 함유된 2L 수용액을 통과시켜 초기 측정값에 대하여 최종 측정된 TDS 값을 산출하여 제거율을 측정하였다.
한편, 대조군으로서 상기 비교예 3의 폴리아닐린 복합체(polyaniline complex)를 사용한 것을 제외하고는 상기와 동일한 방법으로 시험하였다.
그 결과를 표 9에 나타내었다.
하기의 표 9에서 확인할 수 있는 바와 같이, 본 발명인 필터에 이용되는 항균 및 중금속 제거용 폴리아닐린 복합체(polyaniline complex)인 실시예 1의 중금속 제거 실험 결과, 니켈(중금속 제거율 99%), 납(중금속 제거율 90%), 카드뮴(중금속 제거율 91%), 아연(중금속 제거율 91%), 구리(중금속 제거율 88%), 수은(중금속 제거율 88%), 크롬(중금속 제거율 86%) 정도로 나타나 중금속 제거율이 매우 우수함을 알 수 있었다.
한편, 금속이온만 도핑된 폴리아닐린 복합체(polyaniline complex)인 비교예 3의 중금속 제거 실험 결과, 니켈 (중금속 제거율 72%), 납(중금속 제거율 82%), 카드뮴(중금속 제거율 78%), 아연(중금속 제거율 67%), 구리(중금속 제거율 73%), 수은(중금속 제거율 72%), 크롬(중금속 제거율 70%) 정도로 나타나 전반적으로 중금속 제거율이 떨어진 것을 알 수 있었다.
이상의 결과로부터, 비교예 3에서와 같이 금속이온만 도핑된 폴리아닐린 복합체(polyaniline complex)를 제조하는 것보다 본 발명에서와 같이 유기산 도핑 후 금속이온을 도핑하는 순서로 폴리아닐린 복합체(polyaniline complex)를 제조하는 것이 중금속 제거 효과가 크게 나타남을 알 수 있었다.
중금속 종류
 중금속 제거율(%)
실시예 1 비교예 3
니켈 99 72
납 90 82
카드뮴 91 78
아연 91 67
구리 88 73
수은 88 72
크롬 86 70
한편, 본 발명에서 이러한 나노다공성인 폴리아닐린 복합체를 이용한 필터의 실시예들은 도 6 내지 도 8에 나타낸 바와 같이 다음과 같다.
일실시예로 중공사막필터(10)가 입수구(40)를 구비한 상부캡(70)에 결합되고, 필터카트리지인 외장케이스(60)는 하부에 출수구(50)를 구비하면서 상기 중공사막필터(10)와 상부캡(70)을 수용하게 된다.
따라서, 입수구(40)를 통해 유입된 원수는 중공사막필터(10)를 통해 물을 필터링하여 출수구(50)를 통과하는 방식으로 정수가 이루어진다.
여기서, 상기 중공사막필터(10)는, 상술한 바와 같이 다공성의 폴리아닐린 에머랄딘 염기에 유기산을 도핑하여 전도성을 부여한 후 금속 이온을 도핑함으로써 금속 이온이 전도성 고분자 표면에 부착되는 불용성의 항균 및 중금속 제거용 폴리아닐린 복합체를 포함하여 제조한 것이고, 정수기용으로 주로 활용될 수 있다.
다른 실시예로, 플리티드필터(30)의 일단이 입수구(40)를 구비한 상부캡(70)에 결합되면서 타단은 하부캡(80)에 결합되고, 필터카트리지인 외장케이스(60)는 하부에 출수구(50)를 구비하면서 상기 플리티드필터(30)와 상·하부캡(70,80)을 수용하게 된다.
또한, 상기 플리티드필터(30)로 감싸진 내부에는 그래뉼(20) 타입의 가루로 채워져 있는데, 여기서 플리터드필터(30)는 적어도 한 겹 이상의 부직포가 겹쳐지며 여과면적을 넓히기 위한 주름이 등간격으로 원주 상에 형성되어 있고 부직포에는 상술한 바와 같이 다공성의 폴리아닐린 에머랄딘 염기에 유기산을 도핑하여 전도성을 부여한 후 금속 이온을 도핑함으로써 금속 이온이 전도성 고분자 표면에 부착되는 불용성의 항균 및 중금속 제거용 폴리아닐린 복합체가 우레탄 또는 에폭시 등에 의해 부착되어져 있다. 더불어 상기 그래뉼(20)도 상기 항균 및 중금속 제거용 폴리아닐린 복합체로 제조된 것이다.
따라서, 입수구(40)를 통해 유입된 원수는 그래뉼(20)를 통해 물을 1차로 필터링하고 플리티드필터(30)에서 2차로 필터링하여 출수구(50)를 통과하는 방식으로 정수가 이루어진다. 정수기 뿐만 아니라 공기정화기용으로도 활용될 수 있다.
10: 중공사막필터 20: 그래뉼
30: 플리티드필터 40: 입수구
50: 출수구 60: 외장케이스
70: 상부캡 80: 하부캡

Claims (7)

  1. a)종래의 계면 중합법을 이용하여 나노 섬유 형태를 가진 폴리아닐린 에머랄딘 염기(polyaniline emeraldine base)를 합성하는 단계;
    b)상기 a)단계의 폴리아닐린 에머랄딘 염기(polyaniline emeraldine base)에 유기산을 도핑(doping)하여 폴리아닐린 에머랄딘 염 복합체(polyanilne emeraldine salt complex)를 제조하는 단계; 및
    c)상기 b)단계의 폴리아닐린 에머랄딘 염 복합체(polyanilne emeraldine salt complex)에 금속이온 또는 금속염을 도핑(doping)하여 불용성의 폴리아닐린/금속 복합체(polyaniline/metal complex)를 제조하는 단계를 포함하는 폴리아닐린 복합체(polyanilne complex)의 제조방법에 의해 제조된, 나노다공성인 폴리아닐린 복합체(polyanilne complex)를 이용한 필터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 b)단계의 유기산은 카르복시기(carboxy group)가 들어있는 것을 특징으로 하는, 나노다공성인 폴리아닐린 복합체(polyanilne complex)를 이용한 필터.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 b)단계의 유기산은 EDTA(ethylenediaminetetraacetic acid)인 것을 특징으로 하는, 나노다공성인 폴리아닐린 복합체(polyanilne complex)를 이용한 필터.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 b)단계의 유기산은 전도성 폴리아닐린 고분자 총 중량을 기준으로 20 내지 50중량%로 포함되는 것을 특징으로 하는, 나노다공성인 폴리아닐린 복합체(polyanilne complex)를 이용한 필터.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 c)단계의 금속이온 또는 금속염은 은(Ag)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 나노다공성인 폴리아닐린 복합체(polyanilne complex)를 이용한 필터.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 c)단계의 금속이온 또는 금속염은 전도성 폴리아닐린 고분자 총 중량을 기준으로 5 내지 30중량%로 포함되는 것을 특징으로 하는, 나노다공성인 폴리아닐린 복합체(polyanilne complex)를 이용한 필터.
  7. 제1항에 있어서,
    폴리아닐린 복합체(polyanilne complex)의 제조방법에 의해 제조된, 나노다공성인 폴리아닐린 복합체(polyanilne complex)를 이용한 필터는 중공사막필터, 그래뉼 또는 플리티드필터인 것을 특징으로 하는, 나노다공성인 폴리아닐린 복합체(polyanilne complex)를 이용한 필터.
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