KR20220099859A - Absorbent using rice husk and method for manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

The present invention discloses an adsorbent using rice husk, which has excellent anion adsorbability and anion adsorption selectivity through a graft copolymerization reaction and an amination reaction, and a preparation method thereof. The preparation method of an adsorbent according to the present invention comprises the step of: (a) pre-treating rice husk; (b) mixing the pretreated rice husk with an initiator, a crosslinking agent, an acrylic monomer, and an organic solvent to be graft copolymerized; and (c) adding an amine-based compound to the graft-polymerized polymer to be amineized.

Description

왕겨를 이용한 흡착제 및 그 제조 방법{ABSORBENT USING RICE HUSK AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}Absorbent using rice husk and manufacturing method thereof

본 발명은 왕겨를 이용한 흡착제 및 그 제조 방법에 관한 것이다. The present invention relates to an adsorbent using rice hull and a method for manufacturing the same.

인산염이나 질산염, 비소와 같은 이온은 생물의 성장에 필요한 주요 영양소이다. Ions such as phosphate, nitrate, and arsenic are major nutrients needed for the growth of living things.

하지만 이러한 이온의 농도가 높아짐에 따라 지표수와 지하수의 부영양화가 발생하게 되어 녹조 현상과 적조 현상과 같은 수질 오염이 증가하게 된다.However, as the concentration of these ions increases, eutrophication of surface water and groundwater occurs, and water pollution such as green algae and red algae increases.

예를 들어 비소는 발암 물질이며, 천연수와 식수에 주로 무기 음이온 형태로 존재한다. 물에서 비소를 제거하기 위해 이온 교환막, 응고, 침전, 흡착 등과 같은 많은 기술들이 개발되었다.For example, arsenic is a carcinogen and exists mainly in the form of inorganic anions in natural and drinking water. Many techniques have been developed to remove arsenic from water, such as ion exchange membranes, coagulation, precipitation, and adsorption.

이 중에서 흡착 기술이 비소와 같은 음이온을 제거하기에 가장 효과적인 것으로 알려져 있다. Among them, the adsorption technique is known to be the most effective for removing anions such as arsenic.

흡착 기술에 사용되는 흡착제는 기체나 용액의 분자들이 고체 표면에 달라붙는 현상인, 흡착을 받아들이는 고체물질을 의미한다. 이러한 흡착제는 단위부피당 흡착되는 표면의 넓이가 넓은 것, 즉, 반응 면적이 넓은 것이 우수한 흡착제이다.An adsorbent used in adsorption technology is a solid material that accepts adsorption, a phenomenon in which molecules of a gas or solution stick to a solid surface. Such an adsorbent is an excellent adsorbent that has a large surface area adsorbed per unit volume, that is, a large reaction area.

흡착제로는 고분자 기반의 흡착제가 주로 이용되고 있으나, 음이온을 흡착하는데 한계가 있다. Polymer-based adsorbents are mainly used as adsorbents, but there is a limit to adsorbing anions.

본 발명의 목적은 음이온 흡착성이 우수한 흡착제의 제조 방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a method for producing an adsorbent having excellent anion adsorption properties.

또한 본 발명의 목적은 음이온에 대한 흡착 선택성이 우수한 흡착제의 제조 방법을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a method for preparing an adsorbent having excellent adsorption selectivity for anions.

또한 본 발명의 목적은 음이온 흡착성이 우수한 흡착제를 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide an adsorbent having excellent anion adsorption properties.

또한 본 발명의 목적은 음이온에 대한 흡착 선택성이 우수한 흡착제를 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide an adsorbent having excellent adsorption selectivity for anions.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.The objects of the present invention are not limited to the objects mentioned above, and other objects and advantages of the present invention not mentioned may be understood by the following description, and will be more clearly understood by the examples of the present invention. It will also be readily apparent that the objects and advantages of the present invention may be realized by the means and combinations thereof indicated in the appended claims.

본 발명에 따른 흡착제의 제조 방법은 (a) 왕겨를 전처리하는 단계; (b) 상기 전처리된 왕겨를 개시제, 가교제, 아크릴 단량체 및 유기용매와 혼합하여 그라프트 공중합하는 단계; 및 (c) 상기 그라프트 공중합된 중합체에 아민계 화합물을 첨가하여 아민화하는 단계;를 포함한다.The method for producing an adsorbent according to the present invention comprises the steps of (a) pre-treating rice husk; (b) mixing the pretreated rice hull with an initiator, a crosslinking agent, an acrylic monomer and an organic solvent to perform graft copolymerization; and (c) adding an amine-based compound to the graft copolymerized polymer for amination.

상기 아크릴 단량체는 글리시딜 메타아크릴레이트(GMA)를 포함하고, 상기 아민계 화합물은 디에틸렌트리아민(DETA), 에틸렌디아민(EDA), 디메틸아민(DMA), 트리메틸아민(TMA) 중 1종 이상을 포함할 수 있다.The acrylic monomer includes glycidyl methacrylate (GMA), and the amine-based compound is one of diethylenetriamine (DETA), ethylenediamine (EDA), dimethylamine (DMA), and trimethylamine (TMA). may include more than one.

상기 (c) 단계는 40 ~ 100℃에서 1 ~ 8시간 동안 수행될 수 있다.Step (c) may be performed at 40 to 100° C. for 1 to 8 hours.

상기 (c) 단계 이후에, 아민화된 생성물을 여과한 후 세척하고, 건조하는 단계를 더 포함할 수 있다.After the step (c), the method may further include washing and drying the amination product after filtering.

본 발명에 따른 흡착제의 제조 방법은 그라프트 공중합 반응과 아민화 반응을 통해 음이온 흡착성이 우수하고, 음이온에 대한 흡착 선택성이 우수한 흡착제를 제조할 수 있다.The method for preparing an adsorbent according to the present invention can prepare an adsorbent having excellent anion adsorption property and excellent adsorption selectivity for anion through a graft copolymerization reaction and an amination reaction.

상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.In addition to the above-described effects, the specific effects of the present invention will be described together while describing specific details for carrying out the invention below.

도 1은 본 발명의 흡착제 제조 방법에 사용되는 그래프팅 반응기의 단면도이다.
도 2는 아민화 반응시간을 4시간으로 고정하고 반응온도를 40 ~ 100℃의 범위에서 변화시키는 조건에서 제조한 아민형 왕겨흡착제(RH-g-GMA-Am)의 반응온도별 NO3 - 이온의 흡착량을 보여주는 그래프이다.
도 3은 아민화 반응온도를 80℃로 고정하고 반응시간을 1 ~ 8시간으로 변화시키는 조건에서 제조한 RH-g-GMA-Am의 반응 시간별 NO3 -이온의 흡착량을 보여주는 그래프이다.
도 4는 염산, 소금물 및 가성소다 용액으로 활성화한 RH-g-GMA-Am의 NO3 - 흡착량을 보여주는 그래프이다.
도 5는 왕겨, 전처리 왕겨, 그라프트 중합체 RH-g-GMA 및 아민화된 RH-g-GMA-Am의 NO3 - 및 PO4 3- 흡착 제거율 차이를 비교한 그래프이다.
도 6은 FT-IR 스펙트럼을 비교하여 나타낸 것이다.
도 7은 그라프트 중합 및 아민화 과정과 화학적 구조변화를 보여주는 메커니즘이다.
도 8은 왕겨와 아민화된 RH-g-GMA-Am의 SEM 사진이다.
도 9는 왕겨, 그라프트 중합된 RH-g-GMA 및 아민화된 RH-g-GMA-Am를 대상으로 pH별 표면전위를 측정한 값을 나타낸 그래프이다.
도 10은 DETA, EDA, DMA 및 TMA를 이용하여 아민화시킨 왕겨흡착제(RH-g-GAM-Am)의 NO3 및 PO4에 대한 흡착능을 평가한 것이다.
도 11은 이온들의 초기농도가 각각 0.5 mmol/L가 되도록 혼합한 시험용액 100 mL에 RH-g-GMA-Am 흡착제 0.2 g을 투여하고 2시간 동안 흡착시킨 다음 각 이온의 흡착량, 및 강염기성(SAR)과 약염기성(WAR) 음이온 교환수지의 흡착 선택성을 나타낸 그래프이다.
1 is a cross-sectional view of a grafting reactor used in the method for preparing an adsorbent of the present invention.
Figure 2 shows the reaction temperature of the amine-type rice hull adsorbent (RH- g -GMA-Am) prepared under the conditions of fixing the amination reaction time to 4 hours and changing the reaction temperature in the range of 40 ~ 100 ℃ NO 3 - ions The graph shows the adsorption amount of
3 is a graph showing the adsorption amount of NO 3 - ions by reaction time of RH- g -GMA-Am prepared under the condition that the amination reaction temperature is fixed at 80° C. and the reaction time is changed from 1 to 8 hours.
Figure 4 is a graph showing the NO 3 - adsorption amount of RH- g -GMA-Am activated with hydrochloric acid, brine and caustic soda solution.
5 is a graph comparing the differences in the NO 3 - and PO 4 3- adsorption removal rates of rice hulls, pre-treated rice husks, graft polymers RH- g -GMA, and aminated RH- g -GMA-Am.
6 shows a comparison of FT-IR spectra.
7 is a mechanism showing the process of graft polymerization and amination and chemical structural change.
8 is a SEM photograph of rice husk and amination of RH- g -GMA-Am.
9 is a graph showing the measured values of the surface potential for each pH of rice husk, graft-polymerized RH- g -GMA, and aminated RH- g -GMA-Am.
10 is an evaluation of the adsorption capacity for NO 3 and PO 4 of the rice hull adsorbent (RH-g-GAM-Am) aminated using DETA, EDA, DMA and TMA.
FIG. 11 shows that 0.2 g of RH- g -GMA-Am adsorbent was administered to 100 mL of a test solution mixed so that the initial concentration of ions was 0.5 mmol/L, respectively, and adsorbed for 2 hours, then the adsorption amount of each ion, and strong basicity A graph showing the adsorption selectivity of (SAR) and weakly basic (WAR) anion exchange resins.

전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.The above-described objects, features and advantages will be described below in detail with reference to the accompanying drawings, and accordingly, those skilled in the art to which the present invention pertains will be able to easily implement the technical idea of the present invention. In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a known technology related to the present invention may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted. Hereinafter, preferred embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the same reference numerals are used to indicate the same or similar components.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 상기 구성요소들은 서로 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 다른 구성요소가 "개재"되거나, 각 구성요소가 다른 구성요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있는 것으로 이해되어야 할 것이다. When it is described that a component is “connected”, “coupled” or “connected” to another component, the components may be directly connected or connected to each other, but the other component is “interposed” between each component. Alternatively, it will be understood that each component may be “connected”, “coupled” or “connected” through another component.

이하에서는, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 왕겨를 이용한 흡착제 및 그 제조 방법을 설명하도록 한다.Hereinafter, an adsorbent using rice hull and a method for manufacturing the same according to some embodiments of the present invention will be described.

본 발명에 따른 흡착제의 제조 방법은 (a) 왕겨를 전처리하는 단계; (b) 상기 전처리된 왕겨를 개시제, 가교제, 아크릴 단량체 및 유기용매와 혼합하여 그라프트 공중합하는 단계; 및 (c) 상기 그라프트 공중합된 중합체에 아민계 화합물을 첨가하여 아민화하는 단계;를 포함한다.The method for producing an adsorbent according to the present invention comprises the steps of (a) pre-treating rice husk; (b) mixing the pretreated rice hull with an initiator, a crosslinking agent, an acrylic monomer and an organic solvent to perform graft copolymerization; and (c) adding an amine-based compound to the graft copolymerized polymer for amination.

상기 아크릴 단량체는 글리시딜 메타아크릴레이트(GMA)를 포함하고, 상기 아민계 화합물은 디에틸렌트리아민(DETA), 에틸렌디아민(EDA), 디메틸아민(DMA), 트리메틸아민(TMA) 중 1종 이상을 포함할 수 있다.The acrylic monomer includes glycidyl methacrylate (GMA), and the amine-based compound is one of diethylenetriamine (DETA), ethylenediamine (EDA), dimethylamine (DMA), and trimethylamine (TMA). may include more than one.

상기 (c) 단계는 40 ~ 100℃에서 1 ~ 8시간 동안 수행될 수 있다.Step (c) may be performed at 40 to 100° C. for 1 to 8 hours.

상기 (c) 단계 이후에, 아민화된 생성물을 여과한 후 세척하고, 건조하는 단계를 더 포함할 수 있다.After step (c), the method may further include washing and drying the aminated product after filtering.

이와 같이 왕겨를 이용한 흡착제 및 그 제조 방법에 대하여 그 구체적인 실시예를 살펴보면 다음과 같다.As described above, a detailed example of the adsorbent using rice husk and a method for manufacturing the same will be described as follows.

1. 흡착제의 제조1. Preparation of adsorbent

1) 실험 재료 및 시약 준비1) Preparation of experimental materials and reagents

왕겨(벼 껍질)는 지역 정미소에서 채취하였다. 채취된 왕겨는 증류수로 수회 세척하여 표면에 부착된 불순물을 제거한 다음 80℃에서 항량이 될 때까지 건조하였다. 건조된 왕겨는 디스크 밀을 이용하여 분쇄하고 체가름하여 0.3~0.6 mm로 입도를 조절한 다음 데시케이터에 보관하였다. The rice husks (rice husks) were collected at a local mill. The collected rice hulls were washed several times with distilled water to remove impurities attached to the surface, and then dried at 80°C until constant weight. The dried rice husks were pulverized using a disk mill, sieved, and the particle size was adjusted to 0.3-0.6 mm, and then stored in a desiccator.

왕겨의 전처리를 위한 시약으로는 가성소다(NaOH)를 사용하였다.Caustic soda (NaOH) was used as a reagent for pretreatment of rice hulls.

에폭시기 도입을 위한 단량체로는 glycidyl methacrylate(GMA, 98%, Junsei)를, 그라프트 중합을 유도하기 위한 산화-환원 개시제로는 potassium peroxydisulphate(K2S2O8)를, 가교제로는

Figure pat00001
-methylene-bis-acrylamide(MBA, Aldrich)를, 반응용매로는 cyclohexane을 각각 사용하였다. 아민화를 위한 시약으로는 diethylenetriamine(DETA, 97%, Daejung), ethylenediamine(EDA, 97%, Deajung), dimethylamine(DMA, 40% in H2O, Aldrich), trimethylamine(TMA, 30% in H2O, Yakuri)를 사용하였다. A monomer for introducing an epoxy group is glycidyl methacrylate (GMA, 98%, Junsei), an oxidation-reduction initiator for inducing graft polymerization is potassium peroxydisulphate (K 2 S 2 O 8 ), and a crosslinking agent is
Figure pat00001
-methylene-bis-acrylamide (MBA, Aldrich) was used, and cyclohexane was used as a reaction solvent, respectively. Reagents for amination include diethylenetriamine (DETA, 97%, Daejung), ethylenediamine (EDA, 97%, Deajung), dimethylamine (DMA, 40% in H 2 O, Aldrich), trimethylamine (TMA, 30% in H 2 ). O, Yakuri) was used.

왕겨의 흡착능 평가용 인공폐수는 NaF, NaNO3, NaH2PO4, Na2SO4 적정량을 증류수 또는 아세트산 완충용액에 용해시켜 제조하였다. 아세트산 완충용액은 CH2COOH와 CH3COONa를 사용하여 제조하였다. 비교 흡착제로는 삼양사의 강염기성 음이온교환수지(TRILITE SAR10, -N+(CH3)3Cl-)와 약염기성 음이온교환수지(DIAION WA30, -(CH2)nN+(CH3)2)를 사용하였다. Artificial wastewater for evaluation of rice hull adsorption capacity was prepared by dissolving appropriate amounts of NaF, NaNO 3 , NaH 2 PO 4 , Na 2 SO 4 in distilled water or an acetic acid buffer solution. An acetic acid buffer solution was prepared using CH 2 COOH and CH 3 COONa. As comparative adsorbents, Samyang's strongly basic anion exchange resin (TRILITE SAR10, -N + (CH 3 ) 3 Cl - ) and weakly basic anion exchange resin (DIAION WA30, -(CH 2 ) n N + (CH 3 ) 2 ) was used.

2) 왕겨를 이용한 흡착제의 제조2) Preparation of adsorbent using rice husk

왕겨 중의 가용성분 및 페놀성 화합물 등을 제거하기 위해 가성소다 용액을 이용하여 전처리하였다. 5% 가성소다 용액 100 mL에 왕겨 10g을 넣고 50℃에서 2시간동안 교반(120rpm)한 다음 GF-C 여과지를 이용하여 여과하였다. 여지상의 고형물은 증류수를 이용하여 세척액의 pH가 6.0이 될 때까지 세척하고 80℃에서 완전히 건조시켰다.In order to remove the soluble components and phenolic compounds in the rice husk, it was pre-treated with a caustic soda solution. 10 g of rice husk was added to 100 mL of 5% caustic soda solution, stirred at 50° C. for 2 hours (120 rpm), and then filtered using GF-C filter paper. The solids on the filter paper were washed with distilled water until the pH of the washing solution reached 6.0, and then completely dried at 80°C.

500 mL의 삼구플라스크형 반응조에 증류수 100 mL, 전처리된 왕겨 10g, K2S2O8 1g과 MBA 0.5g을 투입하고 기계식 교반기를 이용하여 5분간 교반하여 혼합하였다(도 1). 이 혼합액에 GMA 15 mL와 cyclohexane 15 mL를 혼합한 단량체 용액을 첨가하고 70℃에서 4시간 교반(150rpm)하면서 왕겨와 GMA의 그라프트 공중합 반응을 유도하였다. 반응이 완료된 후 여과를 통해 왕겨를 분리하고 증류수로 2 ~ 3회 세척하고 60℃에서 완전히 건조하였다. 100 mL of distilled water, 10 g of pretreated rice husk, 1 g of K 2 S 2 O 8 and 0.5 g of MBA were added to a 500 mL three-necked flask-type reactor, and stirred for 5 minutes using a mechanical stirrer to mix (FIG. 1). A monomer solution of 15 mL of GMA and 15 mL of cyclohexane was added to this mixture, and a graft copolymerization reaction of rice husk and GMA was induced while stirring (150 rpm) at 70° C. for 4 hours. After the reaction was completed, the rice hulls were separated through filtration, washed with distilled water 2-3 times, and completely dried at 60°C.

아민화 반응은 100 mL 유리병에 GMA가 그라프트 공중합된 왕겨(RH-g-GMA) 5g, 아민류 시약 50 mL를 넣고 뚜껑으로 완전 밀봉한 다음 40 ~ 100℃에서 1 ~ 8시간동안 정치하면서 30분 간격으로 흔들어 재분산시키는 방법으로 실시하였다. For the amination reaction, put 5 g of GMA graft copolymerized rice hull (RH- g -GMA) and 50 mL of amine reagents in a 100 mL glass bottle, seal completely with a lid, and leave at 40 to 100°C for 1 to 8 hours while standing for 30 It was carried out by shaking and redispersing at intervals of minutes.

반응이 완료된 후 여과를 통해 왕겨를 분리하고 증류수로 충분히 세척하여 미반응 아민을 완전히 제거한 다음 60℃에서 완전히 건조하여 데시케이터에 보관하였다. 흡착능에 미치는 활성화의 영향을 확인하기 위해 세척된 왕겨의 일부는 0.2M 염산용액(HCl), 0.2M 소금물(NaCl) 및 0.2M 가성소다용액(NaOH)으로 상온에서 2시간 동안 처리한 후 pH가 중성이 될 때까지 증류수로 세척하고 건조하였다. After the reaction was completed, the rice hulls were separated by filtration, washed sufficiently with distilled water to completely remove unreacted amines, and then completely dried at 60° C. and stored in a desiccator. In order to confirm the effect of activation on the adsorption capacity, a part of the washed rice husk was treated with 0.2 M hydrochloric acid solution (HCl), 0.2 M brine (NaCl) and 0.2 M caustic soda solution (NaOH) at room temperature for 2 hours, after which the pH It was washed with distilled water until neutral and dried.

3) 흡착제의 특성평가3) Characteristics evaluation of adsorbent

GMA가 그라프트 공중합되고 아민기가 도입된 왕겨(RH-g-GMA-Am)의 표면특성 및 화학적 구조 변화를 고찰하기 위하여 주사전자현미경(SEM: Shimadzu S-3000N) 관찰, FT-IR (Magna IR Spectrometer 550) 분석 및 표면전위 분석을 실시하였다. Scanning electron microscope (SEM: Shimadzu S-3000N) observation, FT-IR (Magna IR) to examine the surface characteristics and chemical structure change of rice hull (RH- g -GMA-Am) in which GMA is graft copolymerized and amine group is introduced Spectrometer 550) analysis and surface potential analysis were performed.

표면전위 분석은 0.01M NaCl 용액 200mL에 시료 0.4g을 분산시키고 0.1M HCl과 0.1M NaOH를 첨가하여 pH 3 ~ 11까지 적정하는 방법으로 실시하였다. Surface potential analysis was carried out by dispersing 0.4 g of the sample in 200 mL of 0.01M NaCl solution, adding 0.1M HCl and 0.1M NaOH, and titrating to pH 3 to 11.

표면전위밀도

Figure pat00002
(C/cm2)는 산 및 염기의 첨가량과 측정된 평형 pH를 바탕으로 계산하였다.surface dislocation density
Figure pat00002
(C/cm 2 ) was calculated based on the amount of acid and base added and the measured equilibrium pH.

Figure pat00003
(1)
Figure pat00003
(One)

여기서 F는 파라데이 상수(96,500 C/mol), W는 왕겨의 투여량(g/L), CA와 CB는 산과 염기의 첨가농도(mol/L), [H+]와 [OH-]는 H+과 OH-이온의 평형농도, A는 왕겨의 비표면적(cm2/g)이다. where F is the Faraday constant (96,500 C/mol), W is the dose of rice husk (g/L), C A and C B are the concentrations of acid and base (mol/L), [H + ] and [OH - ] is the equilibrium concentration of H + and OH - ions, and A is the specific surface area of the rice husk (cm 2 /g).

흡착특성 평가는 이온종과 농도를 알고 있는 인공폐수 100 mL에 왕겨 흡착제 0.2g을 투여한 다음 항온 교반기를 이용하여 25℃에서 150rpm으로 교반하는 회분식 흡착실험을 바탕으로 실시하였다. The evaluation of adsorption characteristics was carried out based on a batch type adsorption experiment in which 0.2 g of rice hull adsorbent was administered to 100 mL of artificial wastewater of known ionic species and concentration, and then stirred at 25° C. at 150 rpm using a constant temperature stirrer.

흡착이 완료된 후 0.45 ㎛ 박막 여과지를 이용하여 여과하고, 그 여액 중에 잔류하는 음이온 농도를 UV spectrometer(Shimadzu UV 2401-PC) 또는 LC(Waters LC system)를 이용하여 분석하였다. 흡착량, q(mg/g)은 원액과 흡착반응 후 여액간의 음이온 질량수지를 바탕으로 계산하였다. After the adsorption was completed, it was filtered using a 0.45 μm thin-film filter paper, and the concentration of anions remaining in the filtrate was analyzed using a UV spectrometer (Shimadzu UV 2401-PC) or LC (Waters LC system). The adsorption amount, q (mg/g), was calculated based on the anion mass balance between the stock solution and the filtrate after the adsorption reaction.

Figure pat00004
(2)
Figure pat00004
(2)

여기서 Co와 C는 각각 초기 및 흡착실험 후 여과액의 양이온 농도(mg/L)이며, V는 실험용액의 부피(L), W는 왕겨의 투여량(g)이다. Here, C o and C are the cation concentrations (mg/L) of the filtrate after the initial and adsorption experiments, respectively, V is the volume of the experimental solution (L), and W is the dose (g) of rice husk.

2. 물성 평가 결과2. Physical property evaluation result

1) 증류수 100 mL에 기질 고분자로 왕겨 10g, 산화-환원 개시제로 K2S2O8 1 g, 단량체로 GMA 15 mL, 교차결합제로 MBA 0.5g, 용매로 cyclohexane 15 mL를 첨가하여 혼합하고 70℃에서 4시간동안 중합반응을 유도한 결과 110 ~ 130%의 GMA가 그라프트된 왕겨-GMA 중합체(RH-g-GMA)를 얻을 수 있었다. One) In 100 mL of distilled water, 10 g of rice husk as a substrate polymer, 1 g of K 2 S 2 O 8 as an oxidation-reduction initiator, 15 mL of GMA as a monomer, 0.5 g of MBA as a crosslinking agent, and 15 mL of cyclohexane as a solvent are added and mixed. As a result of inducing a polymerization reaction for 4 hours, rice hull-GMA polymer (RH- g -GMA) grafted with 110 to 130% of GMA was obtained.

이 중합체를 기질고분자로 하여 아민화 조건을 검토하였다. RH-g-GMA의 아민화를 위한 조건을 검토하기 위해서 먼저 DETA를 아민화 시약으로 사용하여 반응온도 및 반응시간에 따른 아민화 효율을 NO3 - 흡착능을 바탕으로 평가하였다. Amination conditions were studied using this polymer as a matrix polymer. In order to examine the conditions for the amination of RH- g -GMA, DETA was first used as an amination reagent, and the amination efficiency according to the reaction temperature and reaction time was evaluated based on the NO 3 - adsorption capacity.

도 2는 아민화 반응시간을 4시간으로 고정하고 반응온도를 40 ~ 100℃의 범위에서 변화시키는 조건에서 제조한 아민형 왕겨흡착제(RH-g-GMA-Am)의 반응온도별 NO3 - 이온의 흡착량을 보여주고 있다. Figure 2 shows the reaction temperature of the amine-type rice hull adsorbent (RH- g -GMA-Am) prepared under the conditions of fixing the amination reaction time to 4 hours and changing the reaction temperature in the range of 40 ~ 100 ℃ NO 3 - ions shows the amount of adsorption.

도 2에 나타낸 바와 같이 NO3 -이온의 흡착량은 반응온도를 40℃에서 60℃로 올릴 경우 23.30±0.26 mg/g에서 29.53±0.59 mg/g으로 약 27%가 증가하였으나, 80℃와 100℃에서는 흡착량이 각각 30.20±0.88 mg/g, 31.10±1.65 mg/g으로 60℃ 조건에 비해 3~7% 증가하는데 그쳐 흡착량에 미치는 온도상승효과가 적었다. As shown in FIG. 2, the adsorption amount of NO 3 - ions increased by about 27% from 23.30±0.26 mg/g to 29.53±0.59 mg/g when the reaction temperature was raised from 40°C to 60°C, but at 80°C and 100°C. At ℃, the adsorption amount was 30.20±0.88 mg/g and 31.10±1.65 mg/g, respectively, which increased only 3~7% compared to the 60℃ condition, so the effect of temperature increase on the adsorption amount was small.

도 3은 아민화 반응온도를 80℃로 고정하고 반응시간을 1 ~ 8시간으로 변화시키는 조건에서 제조한 RH-g-GMA-Am의 반응 시간별 NO3 -이온의 흡착량을 나타낸 것으로 반응시간을 1시간, 2시간, 4시간으로 증가시킴에 따라 흡착량이 18.20±1.90 mg/g, 28.09±0.89 mg/g, 30.20±0.88 mg/g으로 증가한 후 그 이상의 반응시간에서는 흡착량이 오차범위 이내로 수렴되는 경향을 보였다. Figure 3 shows the adsorption amount of NO 3 - ions by reaction time of RH- g -GMA-Am prepared under the condition that the amination reaction temperature is fixed at 80 ° C and the reaction time is changed from 1 to 8 hours. The adsorption amount increased to 18.20±1.90 mg/g, 28.09±0.89 mg/g, and 30.20±0.88 mg/g as the time was increased to 1 hour, 2 hours, and 4 hours. showed a trend.

이상의 결과로부터 반응온도 60℃ 이상, 반응시간 4시간 이상일 경우 RH-g-GMA의 아민화가 충분히 이루어짐을 알 수 있다. From the above results, it can be seen that amination of RH- g -GMA is sufficiently achieved when the reaction temperature is 60° C. or more and the reaction time is 4 hours or more.

일반적으로 아민화 반응 후 묽은 염산으로 처리하여 아민기를 활성화하는 후속처리가 널리 시행되고 있다. In general, after the amination reaction, treatment with dilute hydrochloric acid to activate the amine group is widely used.

이에 따라 본 연구에서도 아민기의 활성화가 흡착량에 미치는 영향을 확인하기 RH-g-GMA-Am을 0.2M의 염산용액(HCl), 소금물(NaCl) 및 가성소다용액(NaOH)으로 상온에서 2시간 동안 처리하여 활성화한 후 각각의 흡착능을 활성화하지 않은 것과 비교하여 보았다. Accordingly, in this study, to confirm the effect of amine group activation on the adsorption amount, RH- g -GMA-Am was mixed with 0.2M hydrochloric acid solution (HCl), brine (NaCl) and caustic soda solution (NaOH) at room temperature for 2 After activation by treatment for a period of time, the adsorption capacity of each was compared with that without activation.

활성화에 따른 흡착능 평가는 흡착능에 미치는 pH의 영향을 최소화하기 위하여 아세트산 완충용액을 사용하여 일정 pH(4.7) 조건에서 실시하였다. The evaluation of the adsorption capacity according to the activation was carried out at a constant pH (4.7) condition using an acetic acid buffer in order to minimize the effect of pH on the adsorption capacity.

그 결과 도 4에 나타낸 바와 같이 염산, 소금물 및 가성소다 용액으로 활성화한 RH-g-GMA-Am의 NO3 - 흡착량은 각각 26.50±1.21 mg/g, 26.17±2.02 mg/g, 25.63±1.98 mg/g으로 활성화하지 않은 RH-g-GMA-Am(25.33±1.96 mg/g)에 비해 약간 증가하는 경향을 보였으나 그 차이가 5% 미만으로 아민기의 활성화 처리가 흡착능 향상에 크게 기여하지 못함을 알 수 있다. As a result, as shown in FIG. 4, the NO 3 -adsorption amount of RH - g -GMA-Am activated with hydrochloric acid, brine and caustic soda solution was 26.50±1.21 mg/g, 26.17±2.02 mg/g, and 25.63±1.98, respectively. It showed a slight increase compared to RH- g -GMA-Am (25.33±1.96 mg/g) not activated at mg/g, but the difference was less than 5%. it can be seen that

따라서 이 후 실험에서는 활성화 과정을 생략하였다. Therefore, the activation process was omitted in subsequent experiments.

도 5는 왕겨, 전처리 왕겨, 그라프트 중합체 RH-g-GMA 및 아민화된 RH-g-GMA-Am의 NO3 - 및 PO4 3- 흡착제거율 차이를 비교하여 보여주고 있다. NO3 -의 경우 초기 농도 1 mmol/L, 흡착제 투여량 2 g/L의 조건에서 왕겨는 0.8%, 전처리 왕겨는 3.6%, RH-g-GMA는 6.3%로 매우 낮은 흡착제거율을 보였으나 아민화시킨 RH-g-GMA-Am은 85.6%의 흡착제거율을 보여 무처리 왕겨에 비해 100배 이상 증가하였다. PO4 3-의 경우도 동일 흡착실험 조건에서 왕겨 11.6%, 전처리 왕겨 15.0%, RH-g-GMA 16.0%의 흡착제거율을 보였으나 아민화시킨 RH-g-GMA-Am의 흡착제거율은 95.2%로 무처리 왕겨에 비해 8배 이상 증가하였다. Figure 5 shows the difference in the NO 3 - and PO 4 3- adsorption removal rate of rice hull, pre-treated rice husk, graft polymer RH- g -GMA and aminated RH- g -GMA-Am. In the case of NO 3 - , at an initial concentration of 1 mmol/L and an adsorbent dose of 2 g/L, rice hull was 0.8%, pre-treated rice hull was 3.6%, and RH- g -GMA was 6.3%, showing a very low adsorption removal rate. Minified RH- g -GMA-Am showed an adsorption removal rate of 85.6%, which was more than 100 times higher than that of untreated rice husk. In the case of PO 4 3- , 11.6% of rice hull, 15.0% of pre-treated rice hull, and 16.0% of RH- g -GMA were adsorbed and removed under the same adsorption test conditions. It increased more than 8 times compared to untreated rice husk.

이상의 결과는 GMA 그라프트 중합과 아민화 반응을 통해 왕겨 표면에 아민기가 도입되었으며, 도입된 아민기가 음이온 흡착 관능기로 작용하고 있음을 뒷받침한다.The above results support that an amine group was introduced to the surface of the rice hull through GMA graft polymerization and amination reaction, and the introduced amine group functions as an anion adsorption functional group.

2) 흡착제의 화학적 구조 및 표면 특성2) Chemical structure and surface properties of adsorbent

전처리, 그라프트 중합 및 아민화 반응에 의한 왕겨의 화학적 구조 및 표면특성 변화를 확인하기 위하여 왕겨, 전처리 왕겨, 그라프트 중합체 RH-g-GMA 및 아민화된 RH-g-GMA-Am을 대상으로 FT-IR분석, 표면전위분석 및 SEM 관찰을 수행하였다. In order to check the chemical structure and surface properties change of rice hull by pretreatment, graft polymerization, and amination reaction, rice husk, pre-treated rice husk, graft polymer RH- g -GMA and aminated RH- g -GMA-Am FT-IR analysis, surface potential analysis and SEM observation were performed.

도 6은 FT-IR 스펙트럼을 비교하여 나타낸 것으로, 무처리 및 전처리 왕겨의 경우 1030cm-1 부근에서 셀룰로오스의 C-O 신축에 기인하는 피크와 1440cm-1, 1650cm-1 및 3300cm-1 부근에서 C-H, C-C 및 O-H에 기인하는 피크들에 의해 특징되는 반면, GMA가 그라프트 중합된 왕겨의 경우 1720cm-1 및 2930cm-1 부근에서 C=O 및 C-H 신축에 기인하는 피크 등이 새롭게 검출되는 등의 특성을 보여 왕겨표면에 GMA가 도입되었음을 확인할 수 있었다. 6 is a comparison of FT-IR spectra, in the case of untreated and pre-treated rice husks, peaks due to CO stretching of cellulose at 1030 cm -1 and 1440 cm -1 , 1650 cm -1 and 3300 cm -1 CH, CC in the vicinity And while it is characterized by peaks due to OH, in the case of rice hulls in which GMA is graft polymerized, peaks due to C = O and CH stretching are newly detected in the vicinity of 1720 cm -1 and 2930 cm -1 It was confirmed that GMA was introduced on the surface of the rice husk.

한편 아민화된 왕겨의 경우 1480cm-1및 2840cm-1 부근에서 -CH2-NHR2 type의 질소와 지방족 C-N group의 피크가 특징적으로 검출되어 아민기의 존재를 확인할 수 있었다. On the other hand, in the case of aminized rice hull, peaks of -CH 2 -NHR 2 type nitrogen and aliphatic CN group were characteristically detected in the vicinity of 1480 cm -1 and 2840 cm -1 , confirming the presence of an amine group.

이를 바탕으로 추정한 그라프트 중합 및 아민화 과정과 화학적 구조변화는 도 7과 같다. The graft polymerization and amination process and chemical structural change estimated based on this are shown in FIG. 7 .

도 8은 왕겨와 아민화된 RH-g-GMA-Am의 SEM 사진을 대비시켜 나타낸 것이다. 왕겨의 표면은 수많은 돌기로 이루어진 외측과 평평하고 매끈한 내측으로 이루어져 있으나(도 8a), 그라프트 중합과 아민화 반응을 거친 왕겨의 표면은 외측과 내측 모두 불규칙한 형태의 덩어리와 피막으로 덮여 있어(도 8b) 왕겨 표면에 GMA가 고분자 형태로 그라프트 중합되어 있음을 잘 나타내고 있다. Figure 8 shows the contrast of SEM images of rice husk and amination RH- g -GMA-Am. Although the surface of the rice hull consists of an outer side made of numerous projections and a flat and smooth inner side (Fig. 8b) It shows well that GMA is graft-polymerized in the form of a polymer on the surface of the rice hull.

도 9는 왕겨, 그라프트 중합된 RH-g-GMA 및 아민화된 RH-g-GMA-Am를 대상으로 pH별 표면전위를 측정하여 비교한 것으로 왕겨와 RH-g-GMA의 표면전위는 pHpzc가 각각 6.2와 7.2로 차이를 보였으나 강산성과 강알칼리성 영역을 제외하고는 큰 변화없이 비슷한 특성을 보였다. 9 is a comparison of the surface potentials by pH for rice hull, graft-polymerized RH- g -GMA and amination RH- g -GMA-Am, and the surface potential of rice husk and RH- g -GMA is pH pzc showed a difference of 6.2 and 7.2, respectively, but showed similar characteristics without significant change except in the strongly acidic and strongly alkaline areas.

한편 RH-g-GMA-Am의 표면전위는 pHpzc 6.4를 기준으로 pH에 따라 큰 양의 값과 음의 값으로 변화하는 특성을 나타내었다. 이는 pH 6.4 이하에서는 그 표면이 강하게 양전하를 띠게 되어 음전하를 띠는 이온종들의 흡착이 보다 쉽게 이루어질 수 있음을 의미한다. On the other hand, the surface potential of RH- g -GMA-Am showed a characteristic of changing into a large positive value and a negative value depending on the pH based on pH pzc 6.4. This means that at pH 6.4 or less, the surface becomes strongly positively charged, so that the adsorption of negatively charged ionic species can be made more easily.

3) 아민 시약별 흡착성 및 흡착 선택성3) Adsorption and adsorption selectivity for each amine reagent

아민화 반응은 도 7에 나타낸 바와 같이 왕겨 표면에 그라프트 중합된 GMA의 에폭시기(-COC-)에 아민(-NH2)을 화학적으로 결합시켜 양전위의 관능기를 도입시키는 과정으로, 이때 결합된 아민기에 의해 음이온 흡착기능성이 좌우된다. The amination reaction is a process of introducing a functional group of positive potential by chemically bonding an amine (-NH 2 ) to an epoxy group (-COC-) of GMA graft-polymerized on the surface of rice husk as shown in FIG. Anion adsorption functionality is influenced by the amine group.

아민은 암모니아의 알킬 유도체로 치환된 수소의 숫자에 따라 일차, 이차, 삼차 아민의 세 가지 형태가 있다. 음이온 흡착관능기 도입을 위한 아민화 반응에는 일차 아민(R-NH2)이 가장 널리 사용되지만 이차 아민(2R-NH)과 삼차 아민(3R-N)을 사용하는 경우도 있다. There are three types of amines: primary, secondary, and tertiary amines depending on the number of hydrogens substituted with an alkyl derivative of ammonia. Primary amine (R-NH 2 ) is most widely used in the amination reaction for introducing anion adsorption functional group, but secondary amine (2R-NH) and tertiary amine (3R-N) are sometimes used.

본 연구에서는 이들 아민 형태가 RH-g-GMA의 아민화에 미치는 영향을 확인하기 위해 일차 아민인 EDA(H2N(CH2)2NH2), 이차 아민인 DMA((CH3)2NH) 및 삼차 아민인 TMA((CH3)3N)를 추가로 선정하여 DETA(H2N(CH2)2NH(CH2)2NH2)와 동일한 조건(80℃, 4시간)에서 아민화 반응을 실시하고 각 생성물(RH-g-GMA-Am)의 음이온에 대한 흡착능과 흡착 선택성을 비교 평가하였다. In this study, the primary amine EDA (H 2 N(CH 2 ) 2 NH 2 ) and the secondary amine DMA((CH 3 ) 2 NH ) and TMA (( CH 3 ) 3 N ) , which is a tertiary amine , were additionally selected to Minification reaction was carried out, and the adsorption capacity and adsorption selectivity of each product (RH- g -GMA-Am) for anions were comparatively evaluated.

도 10은 DETA, EDA, DMA 및 TMA를 이용하여 아민화시킨 왕겨흡착제(RH-g-GAM-Am)의 NO3 및 PO4에 대한 흡착능을 평가한 것으로, 동일 조건에서 평가한 상용의 강염기성(SAR) 및 약염기성(WAR) 음이온교환수지의 흡착능과 비교하여 보여주고 있다. 10 is an evaluation of the adsorption capacity for NO 3 and PO 4 of the rice hull adsorbent (RH-g-GAM-Am) aminated using DETA, EDA, DMA and TMA. Commercial strong basicity evaluated under the same conditions The adsorption capacity of (SAR) and weakly basic (WAR) anion exchange resins are compared.

흡착실험은 1.0 mmol/L의 NO3 또는 PO4 이온을 단일 이온종으로 포함하는 시험용액 100 mL에 흡착제 0.2 g을 투여하고 2시간 동안 흡착시키는 방법으로 실시하였다. 바탕용액으로는 일정한 pH 조건을 유지하기 위해 총 농도 0.01M의 아세트산 완충용액(pH 4.7)을 사용하였다. The adsorption experiment was conducted by administering 0.2 g of an adsorbent to 100 mL of a test solution containing 1.0 mmol/L of NO 3 or PO 4 ions as a single ion species and adsorbing them for 2 hours. As the blank solution, an acetic acid buffer solution (pH 4.7) with a total concentration of 0.01 M was used to maintain a constant pH condition.

RH-g-GMA-Am의 흡착능은 전체적으로 DETA≥EDA>DMA>TMA 순으로 높게 나타나 일차 아민이 가장 높고 이차 아민, 삼차 아민 순으로 아민 차수가 높을수록 감소하는 경향을 보였다. The adsorption capacity of RH- g -GMA-Am was generally high in the order of DETA≥EDA>DMA>TMA, showing a tendency to decrease as the primary amine was highest, followed by secondary and tertiary amines.

또한 이온별 흡착능은 DETA와 EDA의 경우 PO4>NO3, DMA와 TMA의 경우 NO3>PO4로 나타나 일차 아민은 PO4에 대한 흡착능이 더 높고 이차와 삼차 아민은 NO3에 대한 흡착능이 더 높아지는 특성을 보였다. In addition, the adsorption capacity for each ion is PO 4 >NO 3 in the case of DETA and EDA and NO 3 >PO 4 in the case of DMA and TMA . showed higher characteristics.

GMA의 에폭시기와 아민기의 결합이 에폭시그룹의 개환반응(ring-opening reaction)과 함께 에폭시 그룹의 메틸렌기(-CH2)가 아민의 수소를 치환하는 형태로 이루어지므로(도 7) 일차 아민의 경우 이차 아민, 이차 아민의 경우 삼차 아민, 삼차 아민의 경우 사차암모늄염의 형태로 결합되어야 하는 점을 고려할 때, 아민 형태별 흡착능의 차이는 에폭시기와 아민의 결합(반응) 용이성 및 결합된 아민기의 분자구조가 서로 다르기 때문으로 판단된다. Since the bond between the epoxy group and the amine group of GMA is formed in a form in which the methylene group (-CH 2 ) of the epoxy group replaces the hydrogen of the amine together with the ring-opening reaction of the epoxy group (FIG. 7), the primary amine In the case of secondary amines, secondary amines, tertiary amines, and tertiary amines, considering that they must be combined in the form of quaternary ammonium salts, the difference in adsorption capacity for each amine type is due to the ease of bonding (reaction) between the epoxy group and the amine and the molecule of the bound amine group. This is thought to be due to the different structures.

비교 흡착제로 사용한 음이온 교환수지는 모두 흡착 관능기가 삼차 아민 형태로 그 흡착능이 NO3>PO4인 특성을 보였다. All of the anion exchange resins used as comparative adsorbents had adsorption functional groups in the form of tertiary amines, and their adsorption capacity was NO 3 >PO 4 .

TMA를 이용하여 아민화한 경우 흡착능이 가장 낮은 것은 TMA가 사차암모늄염으로 전환되어야 하므로 아민기의 분자구조적 차이도 있겠지만 GMA와의 결합이 상대적으로 용이하지 않았기 때문으로 판단된다. In the case of amination using TMA, the lowest adsorption capacity is considered to be because TMA must be converted to a quaternary ammonium salt, so there may be differences in the molecular structure of the amine group, but binding to GMA was not relatively easy.

Liu et al은 TMA를 이용한 에폭시기의 아민화 반응에서 염산(HCl)을 촉매로 사용할 수 있음을 제시한 바 있어 추후 이를 검토해 볼 필요가 있다.Liu et al have suggested that hydrochloric acid (HCl) can be used as a catalyst in the amination reaction of an epoxy group using TMA, so it is necessary to review this later.

왕겨 흡착제(RH-g-GMA-Am)의 음이온에 대한 흡착 선택성을 고찰하기 위하여 음이온으로 F, NO3, PO4, SO4를 선정하고 이들 이온들이 공존해 있을 때 각 이온에 대한 흡착능을 비교 평가하였다. F, NO 3 , PO 4 , SO 4 were selected as anions to examine the adsorption selectivity of rice hull adsorbent (RH- g -GMA-Am) for anions, and the adsorption capacity for each ion was compared when these ions coexist. evaluated.

동일한 pH 환경에서 이온간 흡착경쟁을 평가하기 위하여 총 농도 0.01M의 아세트산 완충액(pH 4.7)을 바탕으로 이들 이온들의 초기농도가 각각 0.5 mmol/L가 되도록 혼합한 시험용액 100 mL에 RH-g-GMA-Am 흡착제 0.2 g을 투여하고 2시간 동안 흡착시킨 다음 각 이온의 흡착량을 구하여 도 11에 나타내었다. In order to evaluate the adsorption competition between ions in the same pH environment, based on a total concentration of 0.01M acetic acid buffer (pH 4.7), add RH- g - After administration of 0.2 g of GMA-Am adsorbent and adsorption for 2 hours, the adsorption amount of each ion was calculated and shown in FIG. 11 .

또한 RH-g-GMA-Am 흡착제의 흡착 선택성을 현재 상용되는 음이온교환수지와 비교하기 위해 동일 흡착 실험조건에서 강염기성(SAR)과 약염기성(WAR) 음이온 교환수지의 흡착 선택성을 평가하고 그 결과를 도 11에 비교하여 나타내었다. In addition, in order to compare the adsorption selectivity of the RH- g -GMA-Am adsorbent with the currently commercially available anion exchange resins, the adsorption selectivity of strong basic (SAR) and weakly basic (WAR) anion exchange resins was evaluated under the same adsorption experimental conditions. is shown in comparison with FIG. 11 .

RH-g-GMA-Am의 흡착 선택성은 역시 아민화에 사용된 아민 형태에 따라 달라지는 특성을 나타냈다. 즉, 아민화 시약으로 DETA와 EDA를 사용하는 경우에는 음이온에 대한 흡착 선택성이 SO4>PO4>NO3>F 순인데 반해 DMA를 사용하는 경우에는 SO4>NO3>PO4>F 순으로 높게 나타나 상용의 음이온 교환수지와 마찬가지로 NO3가 PO4에 비해 더 높은 선택성을 보였다. The adsorption selectivity of RH- g -GMA-Am was also dependent on the amine type used for amination. That is, when DETA and EDA are used as amination reagents, the adsorption selectivity for anions is SO 4 >PO 4 >NO 3 >F, whereas when DMA is used, SO 4 >NO 3 >PO 4 >F. , and NO 3 showed higher selectivity compared to PO 4 like commercial anion exchange resins.

TMA의 경우 DMA와 유사한 흡착 선택성을 보였지만 SO4를 제외한 모든 이온종의 흡착능이 매우 낮아 아민화 시약으로 그 효율성이 의심되었다. TMA showed adsorption selectivity similar to that of DMA, but the adsorption capacity of all ionic species except SO 4 was very low, so its effectiveness as an amination reagent was questionable.

이와 같은 흡착 선택성의 차이는 본 연구의 흡착 실험조건(pH 4.7)에서 각 음이온종이 -2가인 SO4 2- 이온을 제외하고 모두 -1가(NO3 -, H2PO4 -, F-)인 점을 고려할 때 산화수 차이와 함께 음이온 흡착관능기인 아민기의 분자구조적 차이를 반영하고 있음을 알 수 있다.The difference in adsorption selectivity is -1 valence (NO 3 - , H 2 PO 4 - , F - ) except for SO 4 2- ions, where each anionic species is -2 in the adsorption experimental condition (pH 4.7) of this study. Considering the point, it can be seen that the difference in the molecular structure of the amine group, which is the anion adsorption functional group, is reflected along with the difference in oxidation number.

RH-g-GMA-Am 흡착제(Am=DETA, EDA, DMA, TMA)와 상용 음이온교환수지(SAR, WAR)의 음이온 총 흡착량은 DETA≥EDA>SAR>WAR>DMA>TMA의 순으로 높았다. The total anion adsorption amount of RH- g -GMA-Am adsorbent (Am=DETA, EDA, DMA, TMA) and commercial anion exchange resin (SAR, WAR) was highest in the order of DETA≥EDA>SAR>WAR>DMA>TMA. .

이상의 결과로부터 DETA 또는 EDA를 이용하여 아민화한 RH-g-GMA-Am 흡착제는 상용의 음이온 교환수지와 동등 이상의 흡착능을 갖는 PO4-P 선택성 흡착제로 활용 가능함을 알 수 있었다.From the above results, it can be seen that the RH- g -GMA-Am adsorbent aminated using DETA or EDA can be used as a PO 4 -P selective adsorbent having an adsorption capacity equal to or higher than that of a commercial anion exchange resin.

4) 결론4) Conclusion

농업부산물인 왕겨를 이용하여 수용액 중의 음이온을 제거할 수 있는 생체흡착제를 제조하기 위하여 그라프트 중합반응과 아민화 반응을 통해 왕겨 표면에 음이온흡착기능성 아민기를 도입시키는 방법을 검토한 결과, 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.In order to prepare a biosorbent capable of removing anions in an aqueous solution using rice hull, an agricultural by-product, a method of introducing an anion adsorption functional amine group to the surface of the rice hull through graft polymerization and amination reaction was reviewed. could come to a conclusion.

1. K2S2O8를 산화-환원 개시제로 이용하는 그라프트 중합반응을 통해 GMA를 화학적으로 결합시킨 다음 이를 아민과 반응시키는 방법으로 왕겨표면에 음이온 흡착 관능기인 아민기(-NH)를 도입할 수 있었다. 1. By chemically bonding GMA through a graft polymerization reaction using K 2 S 2 O 8 as an oxidation-reduction initiator, and then reacting it with an amine. Could.

이를 통해 왕겨의 흡착능을 NO3-N에 대해서는 100배 이상, PO4-P에 대해서는 8배 이상 향상시킬 수 있었다.Through this, it was possible to improve the adsorption capacity of rice hulls by more than 100 times for NO 3 -N and more than 8 times for PO 4 -P.

2. 음이온 흡착기능성 관능기인 아민기의 도입은 왕겨 표면에 그라프트 중합된 GMA의 에폭시기와 아민을 결합시키는 아민화 반응을 통해 이루어졌으며, 최적의 아민화 반응조건은 반응온도 60℃ 이상, 반응시간 4시간 이상이었다. 2. The introduction of an amine group, a functional group with an anion adsorption function, was made through an amination reaction in which the epoxy group of GMA graft-polymerized on the surface of the rice hull and an amine were combined. It was over 4 hours.

3. 아민화된 왕겨(RH-g-GMA-Am)의 음이온 흡착능과 흡착 선택성은 아민화 반응에서 사용한 아민의 형태에 따라 달라지는 특성을 보였다. 3. The anion adsorption capacity and adsorption selectivity of amination rice hull (RH- g -GMA-Am) were different depending on the type of amine used in the amination reaction.

즉, 흡착능은 DETA≥EDA>DMA>TMA순으로 높게 나타나 일차아민이 가장 높고 이차아민, 삼차아민의 순으로 낮아져 아민 차수와 반비례적인 특성을 보였다.That is, the adsorption capacity was high in the order of DETA≥EDA>DMA>TMA, showing the highest primary amine, secondary amine and tertiary amine decreasing in the order, showing characteristics inversely proportional to the amine order.

흡착 선택성은 DETA와 EDA는 SO4>PO4>NO3>F 순으로 인데 반해 DMA와 TMA는 SO4>NO3>PO4>F 순으로 높게 나타났다. The adsorption selectivity of DETA and EDA was in the order of SO 4 >PO 4 >NO 3 >F, whereas DMA and TMA showed the highest in the order of SO 4 >NO 3 >PO 4 >F.

일차아민은 PO4에 대한 흡착능이 더 높고 이차와 삼차아민은 NO3에 대한 흡착능이 더 높아지는 특성을 보였다.Primary amine had higher adsorption capacity for PO 4 , and secondary and tertiary amines exhibited higher adsorption capacity for NO 3 .

4. 음이온 총 흡착량은 RH-g-GMA-DETA≥RH-g-GMA-EDA>강염기성 음이온 교환수지>약영기성 음이온 교환수지>RH-g-GMA-DMA>RH-g-GMA-TMA의 순으로 높게 나타났다. GMA를 그라프트 중합시키고 DETA 또는 EDA를 이용하여 아민화한 왕겨 흡착제는 상용의 음이온 교환수지와 동등 이상의 흡착능을 갖는 PO4-P 선택성 흡착제로 활용 가능함을 알 수 있었다.4. Total anion adsorption amount is RH- g -GMA-DETA≥RH- g -GMA-EDA>Strongly basic anion exchange resin>Weakly basic anion exchange resin>RH- g -GMA-DMA>RH- g -GMA-TMA appeared higher in the order of It was found that the rice hull adsorbent obtained by graft polymerization of GMA and amination using DETA or EDA can be used as a PO 4 -P selective adsorbent having an adsorption capacity equivalent to or higher than that of a commercial anion exchange resin.

이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시 예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시 예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을 지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.As described above, the present invention has been described with reference to the illustrated drawings, but the present invention is not limited by the embodiments and drawings disclosed in the present specification. It is obvious that variations can be made. In addition, although the effects according to the configuration of the present invention have not been explicitly described and described while describing the embodiments of the present invention, it is natural that the effects predictable by the configuration should also be recognized.

Claims (4)

(a) 왕겨를 전처리하는 단계;
(b) 상기 전처리된 왕겨를 개시제, 가교제, 아크릴 단량체 및 유기용매와 혼합하여 그라프트 공중합하는 단계; 및
(c) 상기 그라프트 공중합된 중합체에 아민계 화합물을 첨가하여 아민화하는 단계;를 포함하는 흡착제의 제조 방법.
(a) pre-treating the rice hull;
(b) mixing the pretreated rice hull with an initiator, a crosslinking agent, an acrylic monomer and an organic solvent to perform graft copolymerization; and
(c) adding an amine-based compound to the graft copolymerized polymer for amination;
제1항에 있어서,
상기 아크릴 단량체는 글리시딜 메타아크릴레이트(GMA)를 포함하고,
상기 아민계 화합물은 디에틸렌트리아민(DETA), 에틸렌디아민(EDA), 디메틸아민(DMA), 트리메틸아민(TMA) 중 1종 이상을 포함하는 흡착제의 제조 방법.
According to claim 1,
The acrylic monomer includes glycidyl methacrylate (GMA),
The amine-based compound is a method for producing an adsorbent comprising at least one of diethylenetriamine (DETA), ethylenediamine (EDA), dimethylamine (DMA), and trimethylamine (TMA).
제1항에 있어서,
상기 (c) 단계는 40 ~ 100℃에서 1 ~ 8시간 동안 수행되는 흡착제의 제조 방법.
According to claim 1,
The step (c) is a method for producing an adsorbent that is carried out at 40 ~ 100 ℃ for 1 ~ 8 hours.
제1항에 있어서,
상기 (c) 단계 이후에, 아민화된 생성물을 여과한 후 세척하고, 건조하는 단계를 더 포함하는 흡착제의 제조 방법.
According to claim 1,
After step (c), the method for producing an adsorbent further comprising the step of washing and drying the amination product after filtration.
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