수중 중금속 제거를 위한 그래핀 산화물/키토산 흡착매질체 및 그 제조방법
Graphene Oxide/Chitosan absorbent for removal of heavy metal in aqueous system and the manufacturing method thereof
특허 요약
본 발명은, 수중 중금속 제거를 위한 그래핀 산화물/키토산 흡착매질체 및 그 제조방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 그래핀 산화물/키토산 흡착매질체는 수중에서 양이온 중금속을 효율적으로 제거할 수 있으며, 특히, 수중 중금속 제거에 효과적인 그래핀 산화물 및 중금속 흡착 성능이 우수한 키토산의 조합으로 인한 시너지로, 카드뮴(Cd), 납(Pb), 니켈(Ni), 구리(Cu) 및 아연(Zn) 등과 같은 수중 양이온 중금속에 대한 흡착 성능이 뛰어나다. 또한, 본 발명에 따른 폼 형태의 그래핀 산화물/키토산 흡착매질체는 종래 기술에 따른 분말 타입의 그래핀 산화물 대비 회수율 측면에서 우수하여 연속식 공정에 적용하기 용이하며, 종래 기술에 따른 스펀지형 흡착매질체에서 발생하게 되는 코팅 효율 저하 및 안정성 저하 문제를 효과적으로 극복할 수 있다.
청구항
번호청구항
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a) 그래핀 산화물 수용액 및 키토산 용액을 혼합하여 그래핀 산화물/키토산 혼합용액을 제조하는 단계; 및 b) 상기 그래핀 산화물/키토산 혼합용액을 동결건조하여 폼(foam) 형태의 흡착매질체를 제조하는 단계; 를 포함하고,상기 a 단계의 그래핀 산화물 수용액은 그래핀 산화물을 0.5 내지 2.0 mg/mL 범위 내로 분산시켜 수용액을 제조하되, 상기 수용액 내 이온성 물질의 전체 이온 세기(Ionic Strength)를 0.05 M 이하로 조절하고, 상기 수용액의 pH를 4 내지 10 범위로 조절한 다음 0.5 내지 1.5 시간 동안 초음파 처리하여 분산시키는 단계를 포함하는 방법에 의해 제조되며,상기 a 단계의 키토산 용액은 전체 용액 100 중량%를 기준으로, 1 중량%의 아세트산 및 2 중량%의 키토산이 포함되고,상기 a 단계의 혼합용액 제조 시, 그래핀 산화물과 키토산은 1 : 1의 중량부 비가 되도록 하며,상기 b 단계의 동결건조는 그래핀 산화물/키토산 혼합용액을 몰드에서 -20 내지 -40 ℃ 온도 범위로 동결한 다음, 내부 트랩 온도가 -65 내지 -75 ℃ 범위인 동결 건조기 내에서 진공 건조하여 수행되고,상기 b 단계에서 제조되는 폼(foam)은 그래핀 산화물/키토산 혼합용액을 동결건조한 후 건조된 혼합물을 0.5 M 수산화나트륨 용액에 침지시켜, 가교 반응(cross-linking)을 유도함으로써 제조되는 것이며,상기 제조된 폼 형태의 흡착 매질체는 3차원 네트워크를 가진 다공성 구조이며, 카드뮴 양이온(Cd2+)에 대한 흡착 성능을 갖는 것인, 그래핀산화물/키토산 흡착매질체 제조방법.

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제 1 항의 방법에 따라 제조되는 폼(foam) 형태의 흡착매질체로서,다공성 구조를 가지며, 하이드록시기(-OH), 카르복시기(-COOH) 및 아미노기(-NH2)를 포함하고,랭뮤어(Langmuir) 등온 흡착 실험 시 카드뮴 양이온에 대해 270 mg/g 이상의 최대 흡착 성능을 나타내는, 그래핀 산화물/키토산 흡착매질체.

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중금속 오염수를 처리하기 위한 방법으로서, 제 6 항의 흡착매질체를 오염수에 투입하여, 카드뮴 양이온(Cd2+)을 흡착하여 제거하는, 수중 중금속 흡착 제거 방법.

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