한국섬유소재연구원

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섬유 폐수에서 염료제거 나노 바이오고분자
연구소 2013-04-01 4486
천연 물 자원에 착색된 화합물의 존재는 심미적으로 바람직하지 않을 뿐 아니라 그것은 더 심각한 환경에 심각한 영향을 미친다. 매년 만 개 이상이 상업적으로 이용가능하고 7십 만 톤이 생산되고 있다. 결과적으로 섬유, 가죽, 제지, 플라스틱, 식품산업 등과 같이 다양한 산업에서 배출되고 있다.
섬유 염색 산업은 다른 공정 중 염색과 마무리 단계에서 많은 양의 물을 소비하고 있다. 물에 아주 작은 양의 염료도 쉽게 보이며 물이 독성을 가지게 한다. 이런 폐수로부터 염료의 제거는 환경적으로 필수적이 되었다. 물에서 가수분해 성질 때문에 반응성 염료는 다른 섬유 염료보다 더 많이 오염시키고 있다. 배수 중 면, 모, 폴리아미드와 같이 섬유를 염색한 후 모든 사용된 반응성 염료의 거의 10~50%가 남아 있게 된다.

이런 이유로 배수에서 반응성 염료의 제거는 자연에 색깔을 띤 해로운 물질 유입을 막는 것이 아주 필수적이다. 다양한 방법들이 배수에서 성능, 가격 효과, 및 생태학적인 면에서 색깔을 없애기 위해 개발되고 있다. 흡착제는 오염된 산업 폐수를 처리하는 좋은 기술이다. 이것은 전통적인 방법과 비교해서 기술적, 경제적, 환경적인 면에서 장점들을 가지고 있다. 많은 흡착제가 섬유 배수에서 염료의 제거 가능성이 실험되었다. 높은 성능을 가진 흡착제를 개발하는 것은 더 높은 흡착능으로 더 경제적이며 저렴한 흡착제가 필수적이다. 이에 키토산이 폐수의 섬유 흡착제의 높은 가능이 보고되었다.

이란의 Amirkabir 대학 연구팀은 키토산과 덴드리머 나노구조(CS-PPI)의 조합으로 만든 섬유폐수에서 염료를 제거하는 우수한 성능의 바이오 흡착제를 만들었다. 이런 바이오 흡착제의 독특한 특성으로는 높은 흡착능, 생분해성, 생체적합성 및 비 독성을 들 수 있다. 연구 목표는 반응성 염료를 함유한 폐수에서 염료를 제거하기 위한 키토산-덴드리머 조합물을 만드는 것이었다. 이를 위해, 첫 단계에서 키토산은 에틸아크릴을 사용하여 바뀌었고, 그런 다음 두 번째 단계에서 키토산-덴드리머의 조합이 덴드리머 PPI 2 세대를 사용하여 만들었다. [그림]

산도, 염료의 농도, 접촉 시간 및 온도를 포함하여 염료 제거 프로세스에 영향을 미칠 변수는 공정을 최적화하기 위해 RSM 프로그램에 의해 연구되었다. 또한 평형상태에서 역학 연구와 흡착 등온선은 흡착제에 흡수된 염료의 양을 측정하기 위해 평가되었다. 연구결과는 키토산-덴드리머 고분자 바이오 흡착제는 이러한 섬유 산업 폐수의 반응 염료 등의 음이온 화합물을 제거하는 높은 잠재력과 생분해성 바이오 흡착제로 사용될 수 있다는 보여 주었다. 높은 흡착 용량, 생분해성, 생체적합성 및 비독성이 흡수제의 고유한 속성이다.

이번 연구는 논문제목 "바이오폴리머로서 키토산-PPI 덴드리머를 이용한 섬유산업폐수에서 염료 제거: 최적화, 역학, 그리고 등온 연구"로 발표되었다. 이렇게 만들어진 CS-PPI의 화학적 특성을 살피기 위해 적외선 분광광도계, 수소 및 탄소 핵자기 공명분석기를 이용하였으며, CS-PPI의 표면 모폴로지에 대해서는 전자현미경을 이용하였다. 화학적으로 키토산 카르복실기 그룹과 PPI 덴드리머의 NH2간의 화학적 결합을 확인하였다. 두 가지 섬유 반응성 염료인 반응성black 5 (RB5)와 반응성 red 198(RB198)이 모델 화합물로 사용되었다. 최적의 공정 조건 하에서 염료 제거능은 RB5와 RR198 각각 97%와 99%로 매우 높게 나타났다.

더욱이 염료 흡착의 등온 역학 모델도 수행되었다.두 염료 모두에서 흡착은 Langmuir isotherm을 나타내었다. 흡착 역학 연구에서는 두 염료 모두 pseudo-second order 방정식을 만족하였다. 이 연구를 기초로 하면 CS-PPI는 높은 흡착능 (RB5;6250 mg/g, RR198;5882.35 mg/g)을 가지고 있어 색깔 용액으로부터 반응성 염료를 제거하기 위한 적합한 흡착제가 될 것으로 기대된다.

 
출처 : KISTI 미리안 글로벌동향브리핑
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