KR930001602B1 - 미세다공질막에 의한 액체-액체 추출법 및 그 장치 - Google Patents
미세다공질막에 의한 액체-액체 추출법 및 그 장치 Download PDFInfo
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Abstract
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Description
제1도는 본 발명의 장치를 도시한 도면.
제2도는 일련의 추출과정에 있어서 총물질전달 계수(K)를 물의 유속(Vw)(섬유길이(1)에 대해 보정한 것)의 함수로 나타낸 그래프.
제3도는 제2도에 있는 바와 같은 동일한 추출과정에 있어서 총물질전달 계수(K)를 아밀아세테이트 유속(Vs)(섬유의 길이(1)에 대해 보정한것)의 함수로 나타낸 그래프.
제4도는 비교 추출과정에 있어서 총물질전달 계수(K)를 유기액체 유속(Vs)의 함수로 나타낸 그래프.
제5도는 본 발명의 미세다공질막의 액체-액체계의 미시적 축적에 대한 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 유공섬유 모듈 2 : 수성 공급물 저장기
3 : 유기추출제 저장기 4, 5 : 펌프
6, 7 : 유량계 50 : 미세다공질막
55 : 지지스크린 60 : 막의 기공
70 : 가용화 액체 80 : 다른 액체
75 : 두액체 사이의 계면
본 발명은 미세다공질막을 이용한 액체-액체 추출방법 및 그 장치에 관한 것이다. 이러한 액체-액체 추출에 있어서 물질전달(masstransfer) 속도는 본 발명에 의한 방법과 장치에 의해 증가된다는 것이 밝혀졌다.
일반적으로 물질전달 방식은 다음과 같은 식으로 나타낼 수 있다.
N=K(Ci-Co)
위의 식에서 N은 어떤 물질의 유량(流量), 즉 물질전달 속도이고 Ci와 Co는 상이한 시간에서의 어떤 물질의 농도, 즉 구동력이며 K는 물질전달에 대한 저항계수로서, 즉 흔히들 말하는 총물질전달 계수이다.
액체-액체 추출법은 두가지 액체 사이에 존재하는 화학적인 차이점을 이용해서 어떤 물질을 한 액체로부터 다른 액체로 물질전달 시키는 단위 조작인 분리방법이다. 액체-액체 추출에 전형적으로 사용되는 장치는 혼합기-침강기, 분무 및 충전식 추출탑 및 원심추출기 등을 포함한다[McCabe, W.L. and J.C.Smith, Unit Operations of Chemical Engineering, 3rd Ed.(MoGraw-Hill, N.Y.1976)pp.465-800 참고]. 이들 방법은 액체와 액체를 긴밀하게 접촉시켜 주는 것이기 때문에 역혼합이나 범람(flooding)같이 다른 액체로 인한 한 액체의 오염이나 에멀션 형성등의 문제가 생긴다[위의 인용문헌 pp.622-623참고].
긴밀한 액체간의 혼합을 시키는 추출법에서 고유하게 발생하는 문제점들을 해소키 위해 종래에는 여러가지의 막을 사용하여 한 액체가 다른 액체 속으로 분산되지 못하게 함과 아울러 추출된 물질을 한 액체로부터 다른 액체로 전달시키는 매체로서의 역할을 하도록 하고 있었던 것이다[Perry, R.H. and C.H.Chilton, Chemical Engineers' Handbook, 5th Ed.(McGraw-Hill, N.Y.,1969),pp.17-34 to 17-43참고].
더욱 근래에는 선택적으로 투과성인 막을 추출법에 사용하고 있다. 미국특허 제4,268,279호에 의하면 미세다공질의 유공섬유막(hollow fiber membrane)을 사용하는 기체 전달법을 이용하고 있다. 이 특허는 1차 액상의 유체와 2차 기상 또는 액상의 유체 사이에서 기상의 용질(溶質)의 전달시키는 방법에 관한 것이다.
따라서 여기서 사용된 막은 조작 조건하에서 기체 성분에 대해서는 투과성이 있으나 액체에 대해서는 불투과성이다.
미국 특허 제4,443,413호에는 몰리브덴 성분을 한 액상의 용액으로부터 다른 액상의 용액으로 막을 통해 전달시킴으로써 텅스텐 성분으로부터 몰리브덴 광물을 분리하는 방법이 나와 있다. 이 특허에서는 막을 통하여 유기추출용액과 액상의 침출물 용액을 간접 접촉시켜 추출물질이 액상의 공급물과 직접 접촉하지 못하도록 하는 방법을 사용하고 있다.
어떤 문헌[Kiani, A. et al, Journal of Membrane Science, vol.20, pp.125-145(1984)]에서는 부동화시킨 (immobilized)액체-액체 계면을 가진 미세다공질의 소수성막(hydrophobic membrane)을 사용하는 추출법에 관하여 나와 있다. 그러나 이 문헌에서는 초산 추출용의 평면상 소수성 막만을 언급하고 있으며 추출법에 대해 액체-액체와 막으로 된 계(system)를 선택하는 기준에 관해서는 언급이 없다. 본 발명은 특히 막을 습윤 시킴으로써 위에 나온 kiani 등의 논문에서 언급이 되지 않는 문제점인 액체-액체 추출에 있어서의 물질전달 속도를 크게 해줄 수 있는 적당한 액체를 선택하는데 관한 것이다.
본 발명에 의하여 액체-액체 추출법에 있어서의 물질전달 속도를 미세다공질막을 습윤시킬 수 있는 적당한 액체를 적절히 선택함으로써 종래의 추출공정에서의 물질전달 속도보다 수배나 크게 할 수 있다. 이제까지 사용된 방법에서는 용질을 운반하는 액체-액체와 막으로 된 계를 적절히 선택하므로써 액체-액체 추출공정에서 물질전달 속도를 효과적으로 크게 해 주는 방법에 관해서는 미쳐 인식도 하지 못하고 있었던 것이다.
따라서 본 발명의 목적은 미세다공질막을 사용해서 액체-액체 추출공정에서 물질전달 속도를 증가시켜 주는 방법을 제공함에 있고, 또한 물질전달 속도를 효과적으로 증가시켜 주기 위해 이러한 추출공정에 사용되는 미세다공질막을 습윤시켜 주는 액체를 선택하는 방법을 제공함에 있는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 습윤된 미세다공질막의 표면에서 부동화시킨 액체-액체 계면을 가진 추출장치와 추출방법을 제공함에 있다.
본 발명의 기타 목적들은 하기의 상세한 설명을 읽어봄으로써 잘 알게 될 것이다.
본 발명에서는 미세다공질막을 용질을 보다 많이 용해시키는 액체로 습윤시키고 습윤된 미세다공질막의 표면에 액체들 사이의 계면을 부동화시킨 다음 용질을 추출하는 것으로 된 비혼화성 액체 사이에서 용질을 미세다공질막을 통해 추출하는 방법을 제공하고 있다. 바람직한 것은 다수의 유공섬유를 미세다공질막으로 이용하는 것이다.
또한 본 발명에서는 가용화 액체를 결정하고, 막 표면이 있는 미세다공질막을 선택하며, 미세다공질막을 가용화 액체로 습윤시켜 습윤된 미세다공질막을 만들고, 막 표면에서 가용화 액체를 부동화시킨 후 용질을 액체사이에서 그리고 습윤된 미세다공질막을 통해 추출함으로써, 용질을 공급액체로부터 추출용매속으로 추출하는 방법을 제공하고 있다(이 두 액체들은 비혼화성이다). 이때 바람직한 것은 다수의 유공섬유를 미세다공질막으로 이용하는 것이다.
더욱이 본 발명에서는 공급액체류(stream)를 공급하는 수단, 추출용매를 공급하는 수단, 가용화 액체에 의해 습윤되고 막 표면을 가진 미세다공질막 및 막 표면에서 가용화 액체를 부동화시키는 수단으로 되어 있고, 공급액체로부터 추출용매속으로(이 액체들은 비혼화성이며 그중 한가지는 가용화 액체이다) 미세다공질막을 통해 용질을 추출하는 장치를 제공하고 있다. 바람직한 것은 다수의 유공섬유를 미세다공질막으로 이용하는 것이다.
본 발명에서는 물질전달 속도를 종래의 액체-액체 추출법보다 크게 향상시킨 것으로서 미세다공질막을 이용하는 액체-액체추출법과 그 장치를 제공하고 있다. 액체-액체 추출법에서는 전형적으로 비혼화성인 액상이 추출제류(stream)와 용질로 된 액상의 공급물류를 취급하고 있다. 용질의 물질전달은 두가지의 비혼화성 액상 사이의 계면에서 일어난다. 이들 방법에 있어서 두가지 상(相)사이의 계면 면적을 극대화함으로써 물질전달의 효율을 증가시키고자 하는 것이 전형적이다. 종래부터 액체-액체 추출법을 충전탑, 혼합기-침강기 등과 같은 계면 면적을 최적화 하는 장치에서 실시하고 있다. 그러나 이러한 장치에서 자주 일어나는 긴밀한 혼합으로 인하여 두가지 상(相)에서 안정한 에멀션이 생성되므로서 상분리와 제품 회수가 어렵게 되는 일이 자주 있다. 종래의 액체-액체추출계에서는 에멀션 생성이라는 문제를 촉진시킨다고 생각되는 유사한 밀도를 가진 액체의 사용을 피하였었다. 더우기 충전탑에서 나타나는 제약점으로 탑의 충전 조건과 범람이 발생한다는 점이다.
본 발명의 방법에서는 미세다공질막을 사용하여 두가지 비혼화성 액체 사이의 계면 접촉을 위한 지지체를 설정하고 있다. 이러한 미세다공질막이 액상의 유체로 습윤되면 유체가 막의 세공(細孔)을 메우게 된다. 만일 두 번째 비혼화성 액체를 막의 한쪽에서 막과 접촉시켜 주면 그쪽의 막 표면에서 계면 접촉면이 생기게 된다. 습윤성 액체보다는 비습윤성 액체에 대해 고압을 유지시키되 막의 세공으로부터 습윤성 액체대신 비습윤성 액체가 들어서는데 필요한 압력보다 낮은 압력을 유지시켜, 막 표면에서 이 계면을 안정화시킨다(이러한 안정화 조건은 Kinai 등이 거론한 바 있다). 위에 나온 방법에 있어서 미세다공질막의 표면에서 액체-액체 추출계면을 설정하게 되면 종래의 액체-액체 추출계에 대하여 앞서 나온바 있는 문제점들을 피할 수 있다.
본 발명은 특히 미세다공질막의 막물질을 이용하여 비혼화성 액체들 사이에서 용질을 추출하는 방법에 관한 것이다. 여기서 뜻밖에 확인된 사실로서는 미세다공질막을 습윤시키는 액체로서 용질을 보다 잘 용해시키는 액체를 선택함으로써 물질전달 속도를 크게 증가시킬 수 있다는 것이다. 따라서 공급액체가 막을 습윤시킬 수 있는 경우가 있고 추출용매인 액체가 막을 습윤시킬 수 있는 또 다른 경유가 있게 되는 것이다.
본 발명에서는 막을 습윤시키는 액체를 적절히 선택함과 아울러 형상이 유공(有孔)인 섬유, 즉 유공섬유 같은 것으로 된 미세다공질막을 사용해서 물질전달 속도를 상당히 증가시키고 있다. 유체접촉 표면적을 크게 해주며 추출공정에서 물질전달 속도를 증가시킬 수 있다는 것은 종래부터 잘 알려진 일이다. 따라서 이 방법은 평면형에 반하여 물질전달을 위한 표면적을 증가시킨다는 이유에서 유공섬유 형상의 막을 사용하면 여러가지 장점이 있음을 인식하고 있는 것이다. 그러나 종래의 방법에서는 미세다공질막을 습윤시키는 액체를 적절히 선택하여 물질전달 속도를 증가시키는 방법을 모르고 있었던 것이다. 주어진 공정에서 평면형 막보다 유공섬유를 사용하며 물질전달 속도가 산술적으로 증가한다. 뜻밖의 사실로 밝혀진 것은 미세다공질막을 습윤시키는 적당한 액체를 선택함과 아울러 유공섬유같은 적당한 막의 기하학적 형태를 택하여 주면 물질전달 속도가 예측한 것 보다는 훨씬 많이 배가(培加)된다는 사실이다.
본 발명에 의해 추출된 용질은 공급액체와 추출용매 모두에 대해 가용성인 물질이다. 본 발명에 의해 유기물질과 무기물질을 분리할 수 있고, 더우기 중합체 특히 단백질 같이 막의 기공 크기보다 작은 직경을 가진 중합체를 본 발명의 방법으로 분리할 수 있다.
또한 본 발명에 의하여 여러가지 용질을 분리할 수 있다. 바람직한 실시양태에 있어서 용질은 유기물질이다. 가장 바람직한 것은 생물학적 화합물(예 : 폴리펩티드, 단백질)과 생체작용 화합물(예 : 약품, 효소, 비타민, 호르몬)로 되어 있는 용질이다. 더우기 본 발명을 사용하여 무기화합물을 추출할 수 있는데 이 무기 화합물중에서 무기 이온과 금속착화 화합물 및 이들의 혼합물이 바람직하고 Au3+이 특히 바람직하다.
본 발명을 실시하자면 가용화 액체를 결정지어야 하는데, 즉 추출 대상인 용질이 공급 또는 추출액체중 그 어디에서 더 가용성인가를 알아여 한다. 이러한 결정은 공지방법으로 한다. 예를들자면 이들 방법중에는 막을 사용하지 않고 종래부터 알려져 있는 액체-액체 추출계에 대한 용해도 데이터, 효능, 또는 분배 계수를 사용하거나 시판되고 있는 특수 용질 분리용 추출용매에 관한 제조업자의 데이터를 이용하는 것등이 포함된다. 용질이 포함된 공급액체만이 알려져 있으면 추출용매를 선택할 때는 공급액체와 혼화성이 없는 것을 선택하고 당분야에 공지로 되어 있는 분배계수 실험에 의해 용질의 상대적인 용해도를 측정한다. 다시 말하자면 비혼화성 액체인 공급물 또는 추출제 중에서 한가지는 반드시 가용화 액체라야 한다. 즉 한가지는 용질을 보다 잘 용해시키는 액체라야 한다. 어느 비혼화성 액체중에서 용질이 보다 더 가용성인가를 결정하는 것을 당업자의 과제중에 속한다. 용질보다 잘 용해시키는 액체를 이후부터는 가용화 액체라 한다.
일단 가용화 액체가 결정되면 가용화 액체에 의해 습윤되는 미세다공질막을 선택한다. 막이 어떤 액체에 의해 습윤되는지를 결정하는 한가지 방법은 막의 투과율 변화에 의한 방법이다. 미세다공질막은 보통 반투명하지만 투명한 것은 아니다. 이러한 막을 액체속에 침지한 후 끄집어 내면 용액이 막을 습윤시킬 경우 막은 투명해지고 그렇지 않으면 막은 반투명 상태로 있다. 이러한 경우에 있어서 액체는 자발적으로 미세다공질막을 습윤시켰다고 말한다. 자발적 습윤현상은 액체의 표면 장력이 막의 임계 표면 장력보다 작을 때 일어나는데, 그 매개 변수들은 쉽게 알 수 있는 것이거나, 또는 당업자들에 의해 통상적으로 확인될 수 있는 것이다.
바람직한 미세다공질막 조성물로는 폴리올레핀, 셀룰로오스 에스테르 중합체, 폴리아미드, 폴리아크릴아미드, 폴리(술폰화 스티렌), 폴리술폰 및 폴리아크릴 등이 있다. 가장 바람직한 것들은 셀룰로오스 아세테이트 중합체, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리메틸펜텐 및 폴리테트라플루오로에틸렌이다.
바람직한 미세다공질막 구조는 벽두께가 1-75 마이크론이고 평균기공 크기가 50-2000 옹스트롬이며 가공율이 1% 이하에서 약 99%까지인 미세다공질막을 포함한다. 미세다공질의 유공섬유막의 경우에 있어서 바람직한 것은 이러한 막의 벽두께가 1-75 마이크론이고, 내경이 5-1500 마이크론이며 평균기공 크기가 50-2000 옹스트롬이고 기공율이 1% 이하에서부터 약 99%까지인 것이다. 특히 바람직한 것은 CelgardTM미세다공질막이고 가장 바람직한 것은 Celgard×20TM미세다공질막 유공섬유이다(이것은 Celanese Separations Products사 제품임).
제5도는 본 발명의 액체-액체 및 막으로 된 계의 미시적축적(微視的縮尺)이다. 미세다공질막(50)의 형상은 평면상의 기하하적 형태를 취하고 지지스크린(55) 같은 강인한 뒷받침(backing)에 의해 지지되어 있을 수 있다. 가용화 액체(70)는 막의 표면(62)과 접해 있어 막을 습윤시킴으로서 막의 기공(60)속에 존재해있다. 다른 액체(80)는 막의 다른 표면(64)과 접해 있다. 두가지 액체 사이에 있는 계면(75)을 막의 표면에서, 특히 비가용화 액체와 접해 있는 막의 표면에서 부동화 시킨다.
어느 액체가 미세다공질막을 습윤시키는 가용화 액체인가를 결정하면 가용화 액체가 공급물인가 추출제인가는 무관한 것이다. 본 발명을 실시하지만 막을 습윤시키는 액체가 추출대상인 용질을 보다 잘 용해시키는 것이면 충분하다. 바람직한 것은 추출용 액체가 가용화 액체인 것이다.
예를들자면 수용액으로부터 물에 비혼화성인 유기의 아세테이트속으로 페니실린을 추출하는 경우를 생각해 보자. 수용액이 pH7 이상의 염기성이면 페니실린은 이온화하여 유기상보다는 액상중에 더 잘 용해한다.
따라서 물에 의해 자발적으로 습윤되는 미세다공질막을 선택하여 추출공정에 사용한다. 적당한 미세다공질막 물질의 예로서는 셀룰로오스 아세테이트 또는 술폰화 폴리스티렌이 있다. 다른 한편으로는 수용액이 산성이면 페닐실린은 비온성이 되고 유기상중에서 보다 잘 용해된다. 이 경우에 있어서 유기 아세테이트에 의해 자발적으로 습윤되는 미세다공질막 물질을 선택하여 추출에 사용하는데, 그 예로서는 미세다공질 폴리프로필렌, 폴리메틸펜텐 또는 폴리술폰이 있다.
본 발명을 다음과 같은 비제한적인 실시예에 따라 설명한다.
[실시예 1]
본 실시예는 물공급액체로부터 아밀아세테이트 추출액체속으로 P-니트로페놀 용질을 추출하는 방법이다. 이 추출계를 사용해서 항생제 추출법에 응용한다. 사용된 장치는 제1도에 나와 있다. 투관형(透管型) 열교환기와 유사한 유공섬유 모듈(module)(1)은, 벽두께가 26.5마이크론이고 공극율이 40%이며 기공 크기가 약 0.03-약 0.05 마이크론이고 내경이 413마이크론인 미세다공질 폴리프로필렌 유공섬유(이것은 Celgard×20의 상품명으로 시판되고 있음) 120개로 되어 있다. 수성 공급물 저장기(2)에는 물속에 P-니트로페놀 용질을 가해서 된 용액을 함유하는데 이 저장기는 유량계(6)를 통해 모듈(1)의 관쪽에 연결된다. 유기추출제 저장기(3)에는 아밀아세테이트 추출액이 들어 있으며 이것은 유량계(7)를 통해 모듈(1)의 쉘(shell)쪽에 연결된다. 펌프(4, 5)를 통해 재순환 유체를 각각의 저장기에다 순환시킨다. 저장기의 농도를 분광광도 계법으로 측정했다. 측정결과는 용질이 공급액중에서 보다는 추출액중에서 70배나 더 많이 용해된다는 것이었다. 따라서 추출액은 가용화 액체로 결정되었다. 미세다공질 폴리프로필렌막이 극도로 소수성이어서 추출제인 가용화 액체에 의해 자발적으로 습윤되기 때문에 이 막을 선택했다.
공지방법으로 총물질전달 계수를 얻을 수 있으며 일련의 실험을 거쳐 이 경우에서 공급액체인 비가용화 액체의 유속에 대한 총물질전달 계수와의 관계를 결정할 수 있다. 이들 결과는 제2도에 나와 있다. 제2도에서 흰원과 까만원은 병류(竝流) 추출에 사용된 상이한 길이의 섬유 모듈을 나타내며, 정사각형은 역류(逆流)추출을 나타낸다. 이 도면에서 알 수 있는 것은 비습윤성 공급액의 유속(1/Vw)이 증가할수록 총물질 전달 계수로 증가한다는 점이다.
비습윤성 액체의 유속이 증가함에 따른 물질전달 계수의 증가가 얼핏 보기에는 예기치 못한 것이라고는 볼 수 없지만 제3도에 있는 결과를 보면, 이는 실로 뜻밖의 예기치 못한 것이다. 제3도에 나와 있는 원형의 데이터 포인트는 여러가지 유기추출액의 유속(1/Vs)에서의 물질전달 계수(K)를 나타내는 것이다. 점선은 예측된 결과를 나타내는 것으로서 물질전달에 대한 수성의 공급액체가 주는 저항이 전혀 없다는 것을 가정한 것이다. 제3도에서 알 수 있는 것은 습윤성 액체의 유속이 변해도 사실상 총물질전달 계수에는 영향을 주지 않는다는 것이다. 다시 말하자면, 습윤성 액체가 가용화 액체인 경우 물질전달 계수는 실제로 습윤성 액체의 유속과는 관계가 없다는 점이다.
[비교실시예 1]
실시예 1의 장치를 사용하여 물공급액체로부터 메틸아밀케톤(추출액체)속으로 아세트산 용질을 추출했다.
아세트산은 케톤중에서 보다는 물속에서 더 잘 용해하더라도(즉, 수성의 가용화 액체) 동일한 폴리프로필렌 미세다공질막 유공섬유막을 사용했는데, 즉 가용화 액체가 아닌 액체에 의해 미세다공질막은 습윤된다. 이 추출에 대한 결과는 제4도에 나와 있다. 원형은 고정된 수성 공급액의 유속이고 정4각형은 고정된 케톤 추출액의 유속이다. 점선은 물질전달 계수의 종래의 계산결과를 나타내는 것인데 여기서는 막으로 인한 저항이 없음을 가정한 것이다. 이 그래프에서 알 수 있는 것은 수성공급액의 유속이나 케톤의 유속이 변하여도 물질전달 계수에는 영향을 주지 않는다는 점이다.
아세트산 추출에 있어서 실제의 데이터 포인트와 예측된 결과와의 사이의 차이가 본 발명의 방법과 일치하고 있다. 미세다공질막 폴리프로필렌막이 케톤으로 습윤되고 용질을 보다 잘 용해하는 액체에 의해서는 습윤이 되지 않기 때문에 습윤성 액체를 적절히 선택하므로서 얻을 수 있는 것 보다는 추출속도가 훨씬 느리다. P-니트로페놀과 아세트산에 대한 확산계수는 물속에서는 모두가 약 10-5㎠./s.인데 아밀아세테이트나 메탈아밀케톤중에서 그다지 상이하다고는 예측되지 않는다. 그러나, 아세트산에 대한 물질전달 계수는 약 0.2×10-3㎝./s인데 반하여, P-니트로페놀 추출의 경우에는 약 3.0×10-3㎝./s이다. 따라서 P-니트로페놀 추출에 대한 물질전달 계수는 아세트산 추출의 경우보다 15배나 더 크다. 이 비교실시예는 Kiani 등이 유공섬유를 사용한 예에 관해 아무런 결과를 제시하지 못하고 있다는 점외에는 위에 나온 Kiani 등이 행한 추출법과 거의 동일한 것이다. 실제의 물질전달 속도는 물질전달을 위한 총면적, 시간에 따른 농도변화 및 총물질전달 계수와의 적(積)이다.
[실시예 2]
위에 나온 실시예들에서 사용된 것과 유사한 장치를 사용하고, 특히 미세다공질의 폴리프로필렌 유공섬유(Celgard×20)를 사용했다. 이 실시예에서는 염산공급액으로부터 디에틸렌글리콜디부틸에테르(DGDE) 추출액속으로 용질인 Au3+를 추출했다. 미세다공질 유공섬유막은 DGDE에 의해서 습윤되었고 용질인 Au3+은 염산중에서 보다는 DGDE중에서 50배나 더 잘 용해됨이 확인되었다(즉 분배계수 H는 50); 따라서 가용화액체는 미세다공질막을 잘 습윤시킨다.
위에 나온 추출법에서와 같이 물질전달 계수를 계산한 결과 이들 계수는 비가용화 액체(염산)의 유속에 따라서는 변하지만 가용화 액체(DGDE)의 유속에는 무관함이 밝혀졌다. 이 추출공정에서의 물질전달 계수는 약 1×10-3㎝/s였다.
[비교실시예 2]
실시예 2의 것과 동일한 장치를 사용하여 공급액인 DGDE로부터 추출용액인 pH9의 2% KCN 용액속으로 Au3+을 추출했다. 다시 DGDE를 사용해서 미세다공질 유공섬유막을 습윤시켰다. 그러나 이 경우에 있어서 H=0.027이었는데, 즉 Au3+은 DGDE중에서 보다는 KCN 용액중에서 37배 정도나 더 잘 용해되었다.(37의 역수는 0.027). 따라서, 가용화 액체인 KCN은 막을 습윤시키지 않는다.
앞서와 같이 해서 물질전달 계수를 계산할 결과 비습윤성인 가용화 액체(즉 액상의 KCN)의 유속에는 관계가 없었고 습윤성 액체(즉 DGDE)의 유속에는 극히 약간 관계가 있었다. 물질전달 계수에는 약 2×10-6㎝/s였는데 이 값은 막의 저항을 무시한 예측치보다 약 100배정도 더 작은 값이다.
실시예 2와 비교실시예 2로부터 알 수 있는 Au3+추출에 대한 물질전달 계수는 비가용화 액체가 막을 습윤시킬 경우보다는 바람직한 액체인 가용화 액체가 막을 습윤시킬 경우에 500배나 더 커진다는 점이다.
어떤 특별한 이론에 구애받을 필요는 없겠지만 신뢰할 수 있는 것은 이들 실험결과로부터 막의 기공을 통해서 물질전달이 일어나며 본 발명의 방법에 있어서 물질전달에 대한 상당한 저항은 비습윤성 액체와 막사이에 있는 경계층이라는 점이다. 용질은 보다 잘 용해시키는 액체로 막을 습윤시키면 막과 가용화 및 습윤성 액체에 의해 유발되는 물질전달에 대한 저항을 없애 준다고 믿어진다. 따라서 막의 기하학적 형상을 유리하게 취하고 또한 미세다공질막을 습윤시키는 액체를 적절히 선택해주므로서 유공섬유막만으로 얻을 수 있는 것보다 뜻밖에 더 큰 물질전달 속도를 얻게 되고 종래의 추출법보다 뜻밖에 더 큰 물질전달 속도를 얻게 된다.
Claims (18)
- 가용화 액체를 결정하고, 막표면이 있는 미세다공질막을 선택하며, 상기 미세다공질막을 상기 가용화 액체로 습윤시켜 습윤된 미세다공질막을 만들고, 막표면에서 가용화 액체를 부동화시킨 후, 액체들 사이에서, 그리고, 습윤된 미세다공질막을 통해 용질을 추출하는 것으로 구성되는, 서로 비혼화성인 공급액체로부터 추출액체속으로 용질을 추출하는 방법.
- 제1항에 있어서, 최소한 하나의 유공섬유로 된 미세다공질막을 사용하는 추출방법.
- 제1항에 있어서 미세다공질막으로는 벽두께가 1-75 마이크론이고 평균기공 크기가 50-2000 옹스트롬이며 기공율이 약 99%까지인 미세다공질의 폴리올레핀막을 사용하는 추출방법.
- 제2항에 있어서, 유공섬유 막으로서 벽두께가 1-75마이크론이고 내경이 5-1500마이크론이며 평균기공 크기가 50-2000 옹스트롬이고 기공율이 약 99%까지인 유공섬유 형태의 미세다공질 폴리올레핀막을 사용하는 추출방법.
- 제1항에 있어서 용질이 생체작용 화합물인 추출방법.
- 제1항에 있어서 용질이 약품, 효소, 단백질, 비타민 및 호르몬중에서 선택되는 유기화합물인 추출방법.
- 제1항에 있어서 용질이 무기화합물인 추출방법.
- 제1항에 있어서 용질이 금속이온과 금속착화합물 및 이들의 혼합물중에서 선택되는 화합물인 추출방법.
- 제8항에 있어서 용질이 Au3+인 추출방법.
- 용질을 보다 잘 용해시키는 액체로 미세다공질막을 습윤시키고 습윤된 미세다공질막의 표면에서 액체사이의 계면을 부동화시킨 후 용질을 추출하는 것으로 구성되는, 비혼화성 액체사이에서 미세다공질막을 통해 용질을 추출하는 방법.
- 제10항에 있어서 최소한 하나의 유공섬유로 된 미세다공질막을 사용하는 추출방법.
- 제10항에 있어서 용질이 약품, 효소, 단백질, 비타민 및 호르몬중에서 선택되는 유기화합물인 추출방법.
- 제10항에 있어서, 용질이 무기화합물인 추출방법.
- 제10항에 있어서 용질이 금속이온과 금속착 화합물 및 이들의 혼합물중에서 선택되는 화합물인 추출방법.
- 공급액체류(stream)를 공급하는 수단, 추출액체류를 공급하는 수단, 가용화 액체에 의해 습윤되고 막표면을 가지는 미세다공질막 및 습윤된 막표면에서 가용화 액체를 부동화시키는 수단으로 되어 있는, 공급액체류로부터 추출액체류(이때 이 두 액체들은 비혼화성이며 이중 한가지는 가용화 액체임)속으로 미세다공질막을 통해 용질을 추출하는 장치.
- 제15항에 있어서 미세다공질막이 최소한 하나의 유공섬유로 되어 있는 장치.
- 제15항에 있어서 막으로서는 벽두께가 1-75 마이크론이고 평균기공 크기가 50-2000 옹스트롬이며 기공율이 약 99%까지인 미세다공질의 폴리올레핀막을 사용한 장치.
- 제16항에 있어서 유공섬유막으로는 벽두께 1-75 마이크론이고 내경이 5-1500마이크론이며 평균기공 크기가 50-2000 옹스트롬이고 기공율이 약 99%까지인 미세다공질의 폴리올레핀막을 사용한 장치.
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