KR101781679B1 - 수 처리 물질 및 그 제조 방법 - Google Patents
수 처리 물질 및 그 제조 방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR101781679B1 KR101781679B1 KR1020140163633A KR20140163633A KR101781679B1 KR 101781679 B1 KR101781679 B1 KR 101781679B1 KR 1020140163633 A KR1020140163633 A KR 1020140163633A KR 20140163633 A KR20140163633 A KR 20140163633A KR 101781679 B1 KR101781679 B1 KR 101781679B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- graphene oxide
- synthetic peptide
- water treatment
- carboxyl group
- water
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 89
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 39
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title description 12
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 114
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 claims abstract description 103
- 108090000765 processed proteins & peptides Proteins 0.000 claims abstract description 61
- 102000004196 processed proteins & peptides Human genes 0.000 claims abstract description 28
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 18
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 3
- 125000003178 carboxy group Chemical group [H]OC(*)=O 0.000 claims description 25
- 239000004475 Arginine Substances 0.000 claims description 15
- COLNVLDHVKWLRT-QMMMGPOBSA-N L-phenylalanine Chemical compound OC(=O)[C@@H](N)CC1=CC=CC=C1 COLNVLDHVKWLRT-QMMMGPOBSA-N 0.000 claims description 15
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 15
- ODKSFYDXXFIFQN-UHFFFAOYSA-N arginine Natural products OC(=O)C(N)CCCNC(N)=N ODKSFYDXXFIFQN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- COLNVLDHVKWLRT-UHFFFAOYSA-N phenylalanine Natural products OC(=O)C(N)CC1=CC=CC=C1 COLNVLDHVKWLRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- 230000035699 permeability Effects 0.000 claims description 12
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 11
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 10
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 6
- ODKSFYDXXFIFQN-BYPYZUCNSA-P L-argininium(2+) Chemical compound NC(=[NH2+])NCCC[C@H]([NH3+])C(O)=O ODKSFYDXXFIFQN-BYPYZUCNSA-P 0.000 claims description 5
- 150000001413 amino acids Chemical class 0.000 claims description 5
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 claims description 4
- 125000003118 aryl group Chemical group 0.000 claims description 4
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims description 3
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims description 3
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 claims description 3
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 3
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 16
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 6
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 6
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 6
- 108091006146 Channels Proteins 0.000 description 5
- 229940024606 amino acid Drugs 0.000 description 3
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 3
- 239000008055 phosphate buffer solution Substances 0.000 description 3
- 239000013535 sea water Substances 0.000 description 3
- LMDZBCPBFSXMTL-UHFFFAOYSA-N 1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimide Chemical compound CCN=C=NCCCN(C)C LMDZBCPBFSXMTL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 102000010637 Aquaporins Human genes 0.000 description 2
- 101710118890 Photosystem II reaction center protein Ycf12 Proteins 0.000 description 2
- 150000001408 amides Chemical group 0.000 description 2
- 238000010612 desalination reaction Methods 0.000 description 2
- 150000002118 epoxides Chemical class 0.000 description 2
- 238000007306 functionalization reaction Methods 0.000 description 2
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 2
- BQCIDUSAKPWEOX-UHFFFAOYSA-N 1,1-Difluoroethene Chemical compound FC(F)=C BQCIDUSAKPWEOX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 206010016952 Food poisoning Diseases 0.000 description 1
- 208000019331 Foodborne disease Diseases 0.000 description 1
- NQTADLQHYWFPDB-UHFFFAOYSA-N N-Hydroxysuccinimide Chemical compound ON1C(=O)CCC1=O NQTADLQHYWFPDB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 1
- 229960001230 asparagine Drugs 0.000 description 1
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- 238000004821 distillation Methods 0.000 description 1
- 239000000975 dye Substances 0.000 description 1
- 238000000909 electrodialysis Methods 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 230000007717 exclusion Effects 0.000 description 1
- 230000029142 excretion Effects 0.000 description 1
- 239000010842 industrial wastewater Substances 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 210000003734 kidney Anatomy 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000003472 neutralizing effect Effects 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 239000004417 polycarbonate Substances 0.000 description 1
- 229920000515 polycarbonate Polymers 0.000 description 1
- 229920000867 polyelectrolyte Polymers 0.000 description 1
- -1 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000010865 sewage Substances 0.000 description 1
- RPENMORRBUTCPR-UHFFFAOYSA-M sodium;1-hydroxy-2,5-dioxopyrrolidine-3-sulfonate Chemical compound [Na+].ON1C(=O)CC(S([O-])(=O)=O)C1=O RPENMORRBUTCPR-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 238000003828 vacuum filtration Methods 0.000 description 1
- 238000003911 water pollution Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/001—Processes for the treatment of water whereby the filtration technique is of importance
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
- B01D71/02—Inorganic material
- B01D71/021—Carbon
- B01D71/0211—Graphene or derivates thereof
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/28—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/44—Treatment of water, waste water, or sewage by dialysis, osmosis or reverse osmosis
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
Abstract
수 처리 물질이 제공된다. 상기 수 처리 물질은, 그래핀 산화물들, 및 상기 그래핀 산화물들의 표면에 연결된 합성 펩타이드들을 포함하되, 서로 인접한 상기 합성 펩타이드들 사이에 처리수가 여과되는 채널이 제공되는 것을 포함한다.
Description
본 발명은 수 처리 물질 및 그 제조 방법에 관련된 것으로, 보다 상세하게는, 그래핀 산화물의 표면에 형성된 합성 펩타이드들을 포함하는 수 처리 물질 및 그 제조 방법에 관련된 것이다.
최근 전세계적으로 물 부족 문제에 대한 관심이 높아지고 있다. 각종 언론의 보도에 따르면, 현재 전세계 인구의 약 40%가 식수난을 겪고 있으며, 2025년 세계 인구 30억 명, 전체 국가의 20%가 심각한 물 부족을 겪을 것으로 전망된다.
잘 알려져 있는 바와 같이 지구상 물의 약 97%가 해수에 해당하고 나머지 육지 상의 물 중세서도 별도의 처리 없이 직접적으로 인간이 사용할 수 있는 물의 양은 많지 않다. 또한 기상 이변, 사막화, 수자원 오염 등으로 인하여 물 부족 문제는 더욱 심각해질 것으로 예상된다. 이러한 물 부족 현상을 해결하기 위하여 다양한 방식의 수 처리 시스템이 고려되고 있다.
예를 들어, 열 증류 방식, 막 분리 방식, 또는 전기 투석법 등을 적용한 해수 담수화 시스템에 대한 연구 개발이 진행되고 있으며, 주거 및 공업 단지에서 배출되는 도시 하수 및 공업 폐수와 같은 다양한 오염수를 처리하는 수 처리 물질 및 방법에 대한 많은 연구개발이 필요한 실정이다.
본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는, 고신뢰성의 수 처리 물질 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 고효율의 수 처리 물질 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 투수율 및/또는 배제율을 제어할 수 있는 수 처리 물질 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술된 것에 제한되지 않는다.
상기 기술적 과제들을 해결하기 위해, 본 발명은 수 처리 물질을 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 수 처리 물질은, 그래핀 산화물들, 및 상기 그래핀 산화물들의 표면에 연결된 합성 펩타이드들을 포함하되, 서로 인접한 상기 합성 펩타이드들 사이에 처리수가 여과되는 채널이 제공되는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 합성 펩타이드는, 아로마틱 레지듀(aromatic residue)를 갖는 아미노산을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 합성 펩타이드는, pH 중성 수용액에서 양전하를 띄는 아미노산을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 합성 펩타이드는, 아르지닌(arginine) 및 페닐알라닌(phenylalanine)이 적어도 1회 이상 반복 공유 결합된 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 수 처리 물질은, 상기 합성 펩타이드들이 형성된 상기 그래핀 산화물들이 제공되는 다공성막을 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 그래핀 산화물은, 적어도 일부분이 환원된 그래핀 산화물(reduced graphene oxdie)를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 합성 펩타이드들은, 상기 그래핀 산화물들의 가장자리(edge)에 형성되는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 수 처리 물질은, 상기 그래핀 산화물의 표면의 카르복실기를 더 포함하되, 상기 합성 펩타이드는 상기 카르복실기와 아마이드 결합(amide bond)된 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 합성 펩타이드의 길이에 따라서, 상기 처리수의 투수율 및/또는 배제율일 조절되는 것을 포함할 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 수 처리 물질의 제조 방법을 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 수 처리 물질의 제조 방법은, 그래핀 산화물을 준비하는 단계, 상기 그래핀 산화물의 표면을 카르복실화하는 단계, 상기 그래핀 산화물의 상기 표면에 존재하는 카르복실기에 합성 펩타이드를 결합시키는 단계, 및 상기 합성 펩타이드가 형성된 상기 그래핀 산화물을 다공성 막에 제공하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 그래핀 산화물의 상기 표면을 카르복실화하는 단계는, 상기 그래핀 산화물이 분산된 용액에, NaOH 및 ClCH2COONa를 첨가하고 교반하여, 상기 그래핀 산화물의 상기 표면에 존재하는 작용기를 카르복실기로 변환하는 단계, 상기 용액에 산을 첨가하여 중화하는 단계, 및 카르복실화된 상기 그래핀 산화물을 세척 및 분리하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 그래핀 산화물의 상기 표면에 존재하는 카르복실기에 합성 펩타이드를 결합시키는 단계는. 카르복실화된 상기 그래핀 산화물을 활성화시키는 단계, 및 활성화된 상기 그래핀 산화물의 상기 표면에 존재하는 카르복실기에 합성 펩타이드를 결합시키는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 수 처리 물질은, 그래핀 산화물이 표면에 연결된 합성 펩타이드를 포함하고, 서로 인접한 합성 펩타이드들 사이에 처리수가 여과되는 채널이 제공된다. 이에 따라, 수 처리 효율이 향상된 고신뢰성의 수 처리 물질이 제공될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 수 처리 물질을 갖는 수 처리막을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 수 처리 물질을 설명하기 위한 사시도로, 도 1의 A를 확대한 것이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 수 처리 물질의 설명하기 위한 단면도로, 도 1의 A를 확대한 것이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 수 처리 물질의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 수 처리 물질의 투수율을 설명하기 위한 그래프들이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 수 처리 물질의 배제율을 설명하기 위한 그래프이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 수 처리 물질을 설명하기 위한 사시도로, 도 1의 A를 확대한 것이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 수 처리 물질의 설명하기 위한 단면도로, 도 1의 A를 확대한 것이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 수 처리 물질의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 수 처리 물질의 투수율을 설명하기 위한 그래프들이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 수 처리 물질의 배제율을 설명하기 위한 그래프이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
또한, 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.
명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 또한, 본 명세서에서 "연결"은 복수의 구성 요소를 간접적으로 연결하는 것, 및 직접적으로 연결하는 것을 모두 포함하는 의미로 사용된다.
또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 수 처리 물질을 갖는 수 처리막을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 수 처리막은, 베이스 기판(10, base substrate), 및 상기 베이스 기판(10) 상에 배치된 수 처리 기능막(20, water treatment function layer)을 포함할 수 있다. 상기 수 처리막은, 해수 담수화 공정, 오염수 처리 공정 등과 같이 산업상 이용 될 수 있고, 또한, 인공 신장 등 인체에 활용될 수 있다.
상기 베이스 기판(10)은 다공성 막일 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 베이스 기판(10)은 약 200nm 크기의 기공을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 베이스 기판(10)은 polycarbonate, mixted cellulose ester, 또는 polyethylene, poly(vinylidenedifluoride) 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 수 처리 기능막(20)은, 기능화된 그래핀 산화물을 포함할 수 있다. 다시 말하면, 상기 수 처리 기능막(20)에 포함된 상기 그래핀 산화물은, 아쿠아포린(Aquaporin) 물 채널에서 물 선택 기능을 수행하는 필터 구조를 모사한 합성 펩타이드로 인해 기능화될 수 있다. 이하, 상기 수 처리 기능막(20)에 포함된 상기 그래핀 산화물 및 합성 펩타이드를 포함하는 수 처리 물질이 설명된다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 수 처리 물질을 설명하기 위한 사시도로, 도 1의 A를 확대한 것이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 수 처리 물질의 설명하기 위한 단면도로, 도 1의 A를 확대한 것이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 수 처리 물질(130)은, 그래핀 산화물(110)들, 및 상기 그래핀 산화물(110)들의 표면에 연결된 합성 펩타이드(120)들을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 그래핀 산화물(110)들의 적어도 일부분은, 부분적으로 환원된 그래핀 산화물(partially reduced graphene oxide)일 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 그래핀 산화물(110)의 탄소와 산소의 원자 비율 C/O는 1~20일 수 있다.
상기 그래핀 산화물(110)들의 탄소 및 산소의 비율은 서로 상이할 수 있다. 다시 말하면, 탄소 및 산소의 비율을 조절하여, 상기 그래핀 산화물(110)들이 적층될 수 있다. 예를 들어, 외곽에는 이온 및 분자 배제를 위해 탄소/산소 비율이 상대적으로 높은 혐기성 그래핀 산화물이 배치되고, 내부에는 빠른 투수를 위해 탄소/산소 비율이 상대적으로 낮은 친수성 그래핀 산화물이 배치될 수 있다.
상기 합성 펩타이드(120)들은, 아쿠아포린(Aquaporin) 물 채널에서 물 선택 기능을 하는 필터 구조인 aromatic/arginine(R) 필터를 모사한 것일 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 합성 펩타이드(120)들은, 아로마틱 레지듀(aromatic residue) 및/또는 pH 중성 수용액에서 양전하르 띄는 아미노산을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 합성 펩타이드(120)는, 아르지닌(arginine) 및 페닐알라닌(phenylalanine)이 적어도 1회 이상 반복하여 공유 결합된 것일 수 있다. 상술된 바와는 달리, 다른 실시 예에 따르면, 상기 합성 펩타이드(120)는 NPA(arginine-proline-asparagine) 선택 필터를 모사하는 NPA 합성 펩타이드를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 합성 펩타이드(120)들은, 상기 그래핀 산화물(110)의 상기 표면의 카르복실기(carboxyl group)과 아마이드 결합(amide bond)될 수 있다.
상기 합성 펩타이드(120)들은, 상기 그래핀 산화물(110)의 가장자리(edge) 또는 상기 가장자리에 인접한 부분에 배치될 수 있다. 서로 인접한 상기 합성 펩타이드들(120) 사이에 처리수가 여과되는 채널(200)이 제공될 수 있다. 상기 처리수는, 상기 그래핀 산화물(110)들 사이, 및 상기 합성 펩타이드(120)들 사이에 제공되는 상기 채널(200)을 통과하면서 여과될 수 있다. 이로 인해, 상기 처리수에 포함된 다양한 오염물질/염료 등이 상기 그래핀 산화물(110)들 및 상기 합성 펩타이드(120)들에 의해 여과되어, 고신뢰성 및 고효율의 수 처리 물질이 제공될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 합성 펩타이드(120)들의 길이에 따라서, 상기 처리수의 투수율 및/또는 배제율이 조절될 수 있다. 예를 들어, 상술된 바와 같이, 상기 합성 펩타이드(120)들이 아르지닌(arginine, R) 및 페닐알라닌(phenylalanine, F)의 반복 결합(RFRF...)된 것을 포함하는 경우, 아르지닌 및 페닐알라닌의 반복 결합 횟수에 따라서, 상기 처리수의 투수율 및/또는 배제율이 조절될 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 실시 예에 따른 수 처리 물질(130)은 다른 특성을 요구하는 다양한 어플리케이션(application)에 용이하게 활용될 수 있다.
도 2 및 도 3에서, 서로 인접한 상기 합성 펩타이드(120)들이 이격된 것으로 도시되었으나, 상기 합성 펩타이드(120)들의 일부는 서로 연결될 수 있으며, 상기 합성 펩타이드(120)들이 상기 그래핀 산화물(110)의 가장자리 부분에 연결되는 것으로 도시되었으나, 상기 합성 펩타이드(120)들의 일부는 상기 그래핀 산화물(110)의 중심 부분에 연결될 수 있다.
이하, 상술된 본 발명의 실시 예에 따른 수 처리 물질의 제조 방법이 도 3을 참조하여 설명된다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 수 처리 물질의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 4를 참조하면, 그래핀 산화물이 준비된다(S110). 상기 그래핀 산화물은, 부분적으로 환원된 그래핀 산화물을 포함할 수 있다. 상기 그래핀 산화물은, 용액 내에 분산될 수 있다.
상기 그래핀 산화물의 표면이 카르복실화될 수 있다(S120). 다시 말하면, 상기 그래핀 산화물 표면에 존재하는 작용기들이 카르복실기로 변환될 수 있다. 예를 들어, 상기 그래핀 산화물의 표면에 존재하는 에폭사이드, 하이드록시 등이 카르복실기로 변환될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 그래핀 산화물의 표면을 카르복실화하는 단계는, 상기 그래핀 산화물에 분산된 상기 용액에, NaOH 및 ClCH2COONa를 첨가하고 교반하여, 상기 그래핀 산화물의 표면에 존재하는 에폭사이드 및/또는 하이드록시 작용기를 카르복실기로 변환하는 단계, 상기 용액에 산을 첨가하여 중화하는 단계, 및 카르복실화된 상기 그래핀 산화물을 세척 및 분리하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 그래핀 산화물의 표면을 카르복실화하는 단계는, 1mg/ml의 농도로 상기 그래핀 산화물이 분산된 용액 100ml에 NaOH 5g 및 ClCH2COONa 5g을 첨가하고 bath sonic을 2시간 수행하는 단계, 1M HCl을 투입하여 중화하는 단계, 원심분리기를 이용하여 카르복실화된 상기 그래핀 산화물을 분리 및 세척하는 단계를 포함할 수 있다.
카르복실화된 상기 그래핀 산화물은, 인산 버퍼 용액에 분산될 수 있다. 예를 들어, 카르복실화된 상기 그래핀 산화물을 1mg/ml의 농도로, pH 7.4의 인산 버퍼용액(7.4 mM Na2HPO4, 2.6 mM KH2PO4) 100 ml 넣고 bath sonic으로 분산시킬 수 있다.
카르복실화된 상기 그래핀 산화물에 합성 펩타이드가 형성될 수 있다(S130). 상기 합성 펩타이드는, 상기 그래핀 산화물의 표면에 존재하는 카르복실기와 아마이드 결합할 수 있다.
카르복실화된 상기 그래핀 산화물에 상기 합성 펩타이드를 형성하는 단계는, 카르복실화된 상기 그래핀 산화물을 활성화시키는 단계, 및 활성화된 상기 그래핀 산화물의 표면에 존재하는 카르복실기에 상기 합성 펩타이드를 아마이드 결합시키는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 카르복실화된 상기 그래핀 산화물을 활성화시키는 단계는, 카르복실화된 상기 그래핀 산화물이 분산된 상기 인산 버퍼 용액에 EDC(ethyl(dimethylaminopropyl) carbodiimide) 및 sulfo-NHS(N-Hydroxysuccinimide)를 첨가하고 교반하는 단계, 원심분리기 및 인산 버퍼 용액을 이용하여 분리 및 세척하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 활성화된 상기 그래핀 산화물의 표면에 존재하는 카르복실기에 상기 합성 펩타이드를 결합시키는 단계는, 아르지닌(arginine) 및 페닐알라닌(phenylalanine) 반복 합성 펩타이드 용액의 pH를 조절하는 단계, pH가 조절된 합성 펩타이드 용액에 활성화된 카르복실화된 상기 그래핀 산화물을 분산 및 교반시켜 상기 그래핀 산화물의 표면에 존재하는 카르복실기에 상기 합성 펩타이드를 결합시키는 단계, 및 원심분리기를 이용하여 상기 합성 펩타이드와 결합된 상기 그래핀 산화물을 분리 및 세척하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 합성 펩타이드 용액은 NaOH를 이용하여 pH 8로 조절될 수 있다.
이하, 상술된 본 발명의 실시 예에 따른 수 처리 물질의 특성 평가 결과가 설명된다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 수 처리 물질의 투수율을 설명하기 위한 그래프들이고, 도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 수 처리 물질의 배제율을 설명하기 위한 그래프이다.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 아래와 같이, 본 발명의 실시 예들 및 비교 예들에 따라 수 처리막을 제조하고, 1bar 조건에서 실시 예들 및 비교 예들에 따른 투수율을 측정하였다.
<제1 실시 예>
그래핀 산화물에 아르지닌(arginine, R) 및 페닐알라닌(phenylalanine, F)이 2쌍(RFRF, 4mer, RF4) 결합된 수 처리 물질을 제조하고, 다공성 막에 진공 여과법으로 증착하여, 제1 실시 예에 따른 수 처리막을 제조하였다.
<제2 실시 예>
그래핀 산화물에 아르지닌(arginine, R) 및 페닐알라닌(phenylalanine, F)이 4쌍(RFRFRFRF, 8mer, RF8) 결합된 수 처리 물질을 제조하고, 제1 실시 예와 동일한 방법으로, 제2 실시 예에 따른 수 처리막을 제조하였다.
<제3 실시 예>
그래핀 산화물에 아르지닌(arginine, R) 및 페닐알라닌(phenylalanine, F)이 6쌍(RFRFRFRFRFRF, 12mer, RF12) 결합된 수 처리 물질을 제조하고, 제1 실시 예와 동일한 방법으로, 제3 실시 예에 따른 수 처리막을 제조하였다.
<제1 비교 예>
기능화되지 않은 순수 그래핀 산화물(Pristine Graphene Oxide)을 이용하여, 제1 실시 예와 동일한 방법으로, 제1 비교 예에 따른 수 처리막을 제조하였다.
<제2 비교 예>
하이드록시기 등을 카르복시기로 전환하여 카르복시기를 증가시킨 그래핀 산화물을 이용하여, 제1 실시 예와 동일한 방법으로, 제2 비교 예에 따른 수 처리막을 제조하였다.
<제3 비교 예>
양전하를 갖는 다가 전해질 Polyallyamine hydrchloride(PAAH)로 기능화된 그래핀 산화물을 이용하여, 제1 실시 예와 동일한 방법으로, 제3 비교 예에 따른 수 처리막을 제조하였다.
<제4 비교 예>
염기성 분위기에서 부분 환원하여, 탄소/산소 비율이 높은 그래핀 산화물을 이용하여, 제1 실시 예와 동일한 방법으로, 혐기성의 수 처리막을 제조하였다.
| 구분 | 특성 |
| 제1 실시 예 | RF4 그래핀 산화물 |
| 제2 실시 예 | RF8 그래핀 산화물 |
| 제3 실시 예 | RF12 그래핀 산화물 |
| 제1 비교 예 | 순수 그래핀 산화물 |
| 제2 비교 예 | 카르복실기가 증가된 그래핀 산화물 |
| 제3 비교 예 | PAAH로 기능화된 그래핀 산화물 |
| 제4 비교 예 | 혐기성 그래핀 산화물 |
도 5에서 알 수 있듯이, 순수 그래핀 산화물, 카르복실기가 증가된 그래핀 산화물, 및 PAAH로 기능화된 그래핀 산화물을 이용하여 제조된 제1 내지 제3 비교 예들에 따른 수 처리막과 비교하여, 본 발명의 제1 실시 예에 따라 아르지닌(arginine, R) 및 페닐알라닌(phenylalanine, F)으로 기능화된 그래핀 산화물을 이용하여 제조된 수 처리막의 투수율이 현저하게 높은 것을 확인할 수 있다.
또한, 도 6에서 알 수 있듯이, 제1 내지 제3 실시 예들에 따른 수 처리 막의 투수율이, 제1 내지 제4 비교 예들에 따른 수 처리막의 투수율보다 현저하게 높은 것을 확인할 수 있다. 그리고, 아르지닌(arginine, R) 및 페닐알라닌(phenylalanine, F)의 반복 결합 횟수가 증가될수록, 투수율이 증가되는 것을 확인할 수 있다.
또한, 도 7에서 알 수 있듯이, 순수 그래핀 산화물을 이용하여 제조된 제1 비교 예에 따른 수 처리막과 비교하여, 제1 실시 예에 따라 아르지닌(arginine, R) 및 페닐알라닌(phenylalanine, F)으로 기능화된 그래핀 산화물을 이용하여 제조된 수 처리막이, 높은 투수율을 갖는 동시에 실질적으로 동일한 배제율을 갖는 것을 확인할 수 있다. 다시 말하면, 아르지닌(arginine, R) 및 페닐알라닌(phenylalanine, F)의 합성 펩타이드 결합을 이용하여 그래핀 산화물을 기능화시키고, 이를 이용하여 수 처리막을 제조하는 것이, 배제율을 열화시키지 않으면서 투수율을 향상시키는 방법임을 알 수 있다.
결론적으로, 아르지닌(arginine, R) 및 페닐알라닌(phenylalanine, F)의 합성 펩타이드 결합을 이용하여 그래핀 산화물을 기능화시키고, 이를 이용하여 수 처리막을 제조하는 것이, 수 처리막의 수 처리 효율을 향상시키는 효율적인 방법임을 확인할 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
10: 베이스 기판
20: 수 처리 기능막
110: 그래핀 산화물
120: 합성 펩타이드
130: 수 처리 물질
200: 채널
20: 수 처리 기능막
110: 그래핀 산화물
120: 합성 펩타이드
130: 수 처리 물질
200: 채널
Claims (12)
- 그래핀 산화물들; 및
상기 그래핀 산화물들의 표면에 연결된 합성 펩타이드들을 포함하되, 서로 인접한 상기 합성 펩타이드들 사이에 처리수가 여과되는 채널이 제공되는 것을 포함하는 수 처리 물질.
- 제1 항에 있어서,
상기 합성 펩타이드는, 아로마틱 레지듀(aromatic residue)를 갖는 아미노산을 포함하는 수 처리 물질.
- 제1 항에 있어서,
상기 합성 펩타이드는, 중성 pH 수용액에서 양전하를 띄는 아미노산을 포함하는 수 처리 물질
- 제1 항에 있어서,
상기 합성 펩타이드는, 아르지닌(arginine) 및 페닐알라닌(phenylalanine)이 적어도 1회 이상 반복 공유 결합된 것을 포함하는 수 처리 물질.
- 제1 항에 있어서,
상기 합성 펩타이드들이 형성된 상기 그래핀 산화물들이 제공되는 다공성막을 더 포함하는 수 처리 물질.
- 제1 항에 있어서,
상기 그래핀 산화물은, 적어도 일부분이 환원된 그래핀 산화물(reduced graphene oxdie)를 포함하는 수 처리 물질.
- 제1 항에 있어서,
상기 합성 펩타이드들은, 상기 그래핀 산화물들의 가장자리(edge)에 형성되는 것을 포함하는 수 처리 물질.
- 제1 항에 있어서,
상기 그래핀 산화물의 표면의 카르복실기를 더 포함하되,
상기 합성 펩타이드는 상기 카르복실기와 아마이드 결합(amide bond)된 것을 포함하는 수 처리 물질.
- 제1 항에 있어서,
상기 합성 펩타이드의 길이에 따라서, 상기 처리수의 투수율 또는 배제율이 조절되는 것을 포함하는 수 처리 물질.
- 그래핀 산화물을 준비하는 단계;
상기 그래핀 산화물의 표면을 카르복실화하는 단계;
상기 그래핀 산화물의 상기 표면에 존재하는 카르복실기에 합성 펩타이드를 결합시키는 단계; 및
상기 합성 펩타이드가 형성된 상기 그래핀 산화물을 다공성 막에 제공하는 단계를 포함하는 수 처리 물질의 제조 방법.
- 제10 항에 있어서,
상기 그래핀 산화물의 상기 표면을 카르복실화하는 단계는,
상기 그래핀 산화물이 분산된 용액에, NaOH 및 ClCH2COONa를 첨가하고 교반하여, 상기 그래핀 산화물의 상기 표면에 존재하는 작용기를 카르복실기로 변환하는 단계;
상기 용액에 산을 첨가하여 중화하는 단계; 및
카르복실화된 상기 그래핀 산화물을 세척 및 분리하는 단계를 포함하는 수 처리 물질의 제조 방법.
- 제10 항에 있어서,
상기 그래핀 산화물의 상기 표면에 존재하는 카르복실기에 합성 펩타이드를 결합시키는 단계는.
카르복실화된 상기 그래핀 산화물을 활성화시키는 단계; 및
활성화된 상기 그래핀 산화물의 상기 표면에 존재하는 카르복실기에 합성 펩타이드를 결합시키는 단계를 포함하는 수 처리 물질의 제조방법.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020140163633A KR101781679B1 (ko) | 2014-11-21 | 2014-11-21 | 수 처리 물질 및 그 제조 방법 |
| PCT/KR2015/011485 WO2016080672A1 (ko) | 2014-11-21 | 2015-10-29 | 수 처리 물질 및 그 제조 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020140163633A KR101781679B1 (ko) | 2014-11-21 | 2014-11-21 | 수 처리 물질 및 그 제조 방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20160061543A KR20160061543A (ko) | 2016-06-01 |
| KR101781679B1 true KR101781679B1 (ko) | 2017-09-26 |
Family
ID=56014154
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020140163633A Expired - Fee Related KR101781679B1 (ko) | 2014-11-21 | 2014-11-21 | 수 처리 물질 및 그 제조 방법 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101781679B1 (ko) |
| WO (1) | WO2016080672A1 (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20190130814A (ko) * | 2018-05-15 | 2019-11-25 | 국방과학연구소 | 그래핀 옥사이드-Arginine을 포함하는 다공성 멤브레인과 그 제조방법 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106693904B (zh) * | 2016-12-26 | 2019-03-22 | 信阳学院 | L-精氨酸/氧化石墨烯复合材料、制备方法及应用 |
| CN110252154B (zh) * | 2019-07-16 | 2021-09-07 | 华侨大学 | 一种甘氨酸修饰的氧化石墨烯/石墨相氮化碳复合膜的制备方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102492315A (zh) | 2011-12-14 | 2012-06-13 | 南京师范大学 | L-酪氨酸-羧基化氧化石墨烯纳米复合物及其制备方法 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7329358B2 (en) | 2004-05-27 | 2008-02-12 | Siemens Water Technologies Holding Corp. | Water treatment process |
| GB201016733D0 (en) * | 2010-10-05 | 2010-11-17 | Novabiotics Ltd | Compounds and their use |
| KR101399827B1 (ko) * | 2011-01-31 | 2014-06-19 | 고려대학교 산학협력단 | 표면 개질된 나노탄소 물질을 포함하는 역삼투막의 제조방법 |
| EP2684598B1 (en) * | 2011-03-09 | 2019-05-01 | Kurita Water Industries Ltd. | Method for improving blocking rate of reverse osmosis membrane, and use of a treatment agent for improving blocking rate of a reverse osmosis membrane |
| KR101308239B1 (ko) * | 2011-05-31 | 2013-09-16 | 경희대학교 산학협력단 | 고분자 복합체 전해질막 및 그 제조방법 |
| KR101745766B1 (ko) * | 2011-10-14 | 2017-06-09 | 서울대학교산학협력단 | 펩타이드 나노구조체 및 그 제조 방법 |
-
2014
- 2014-11-21 KR KR1020140163633A patent/KR101781679B1/ko not_active Expired - Fee Related
-
2015
- 2015-10-29 WO PCT/KR2015/011485 patent/WO2016080672A1/ko active Application Filing
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102492315A (zh) | 2011-12-14 | 2012-06-13 | 南京师范大学 | L-酪氨酸-羧基化氧化石墨烯纳米复合物及其制备方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| NANOTECHNOLOGY, 2011 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20190130814A (ko) * | 2018-05-15 | 2019-11-25 | 국방과학연구소 | 그래핀 옥사이드-Arginine을 포함하는 다공성 멤브레인과 그 제조방법 |
| KR102052092B1 (ko) * | 2018-05-15 | 2019-12-04 | 국방과학연구소 | 그래핀 옥사이드-Arginine을 포함하는 다공성 멤브레인과 그 제조방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20160061543A (ko) | 2016-06-01 |
| WO2016080672A1 (ko) | 2016-05-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Matshetshe et al. | Antifouling and antibacterial β-cyclodextrin decorated graphene oxide/polyamide thin-film nanocomposite reverse osmosis membranes for desalination applications | |
| Zularisam et al. | Behaviours of natural organic matter in membrane filtration for surface water treatment—a review | |
| Brandhuber et al. | Alternative methods for membrane filtration of arsenic from drinking water | |
| Dutta et al. | Aromatic conjugated polymers for removal of heavy metal ions from wastewater: a short review | |
| KR101781679B1 (ko) | 수 처리 물질 및 그 제조 방법 | |
| Kim et al. | Effects of wastewater effluent organic materials on fouling in ultrafiltration | |
| KR20160136572A (ko) | 이중 가교구조의 알긴산나트륨/폴리비닐알코올 복합체 나노여과막 및 그 제조방법 | |
| CN110975622A (zh) | 一种新型荷电纳滤膜及其制备方法 | |
| Khulbe et al. | Art to use electrospun nanofbers/nanofber based membrane in waste water treatment, chiral separation and desalination | |
| KR102002917B1 (ko) | 역삼투 멤브레인 또는 나노필터 멤브레인 및 이의 제조 방법 | |
| CN110882631B (zh) | 一种聚酰胺复合纳滤膜及其制备方法 | |
| US10179321B2 (en) | Method for removal of metals from aqueous solutions using bio adsorbents | |
| KR101944118B1 (ko) | 내오염 성능이 우수한 역삼투 복합막 및 그 제조방법 | |
| CN104649447B (zh) | 一种海水淡化及水质净化的处理系统 | |
| Koli et al. | Surface-modified ultrafiltration and nanofiltration membranes for the selective removal of heavy metals and inorganic groundwater contaminants: a review | |
| Zhang et al. | Hybridly charged NF membranes with MOF incorporated for removing low-concentration surfactants | |
| Kundu et al. | Perspective of membrane processes for the removal of arsenic from water: an overview | |
| Zahmatkesh et al. | Removing polyfluoroalkyl substances (PFAS) from wastewater with mixed matrix membranes | |
| Wen et al. | Towards enhanced performance of fertilizer-drawn forward osmosis process coupled with sludge thickening using a thin-film nanocomposite membrane interlayered with Mxene scaffolded alginate hydrogel | |
| Trivunac et al. | Zinc removal from wastewater by complexation-microfiltration process | |
| Foorginezhad et al. | Emerging Membrane Technologies for Sustainable Water Treatment: A Review of Recent Advances | |
| Nompumelelo et al. | Fabrication, modification, and mechanism of nanofiltration membranes for the removal of heavy metal ions from wastewater | |
| Koh et al. | Surface modification of PVDF hollow fiber ultrafiltration membranes for biopharmaceutical products, virus, and bacterial phage removal technology | |
| Shao et al. | MOFs and surface modification synergistically modulated cellulose membranes for enhanced water permeability and efficient tellurium separation in wastewater | |
| Bing-zhi et al. | The removal of bisphenol A by ultrafiltration |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| PA0109 | Patent application |
Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 20141121 |
|
| PA0201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| PE0902 | Notice of grounds for rejection |
Comment text: Notification of reason for refusal Patent event date: 20160407 Patent event code: PE09021S01D |
|
| PG1501 | Laying open of application | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| PE0701 | Decision of registration |
Patent event code: PE07011S01D Comment text: Decision to Grant Registration Patent event date: 20170828 |
|
| GRNT | Written decision to grant | ||
| PR0701 | Registration of establishment |
Comment text: Registration of Establishment Patent event date: 20170919 Patent event code: PR07011E01D |
|
| PR1002 | Payment of registration fee |
Payment date: 20170919 End annual number: 3 Start annual number: 1 |
|
| PG1601 | Publication of registration | ||
| PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20200713 Start annual number: 4 End annual number: 4 |
|
| PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20210817 Start annual number: 5 End annual number: 5 |
|
| PC1903 | Unpaid annual fee |
Termination category: Default of registration fee Termination date: 20230630 |