KR102703949B1 - 매크로 비드, 이를 포함하는 질소화합물 흡착제, 질소화합물의 제거방법, 이를 포함하는 반응기 및 이의 제조방법 - Google Patents
매크로 비드, 이를 포함하는 질소화합물 흡착제, 질소화합물의 제거방법, 이를 포함하는 반응기 및 이의 제조방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 명세서는 2 이상의 함침된 마이크로 비드를 포함하고, 상기 마이크로 비드는 카르복실산 관능기로 개질된 키토산 및 알코올 아민 화합물의 복합체를 포함하는 것인 매크로 비드, 이를 포함하는 질소화합물 흡착제, 질소화합물의 제거방법, 이를 포함하는 반응기 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
Description
본 명세서는 매크로 비드, 이를 포함하는 질소화합물 흡착제, 질소화합물의 제거방법, 이를 포함하는 반응기 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
대기 환경문제의 주요 원인인 질소산화물(NOx)은 NO2와 NO 등을 의미하며, 황산화물(SOx)는 SO2, SO3 등을 의미한다. 질소산화물은 발전소, 자동차, 중소형 사업장, 전자산업공정 등에서의 연소 과정 중 생성된다. 연소에 의한 질소산화물은 90%가 NO 형태로 배출되고 NO2가 10% 정도 배출되지만 NO는 대기 중에서 다시 NO2로 전환된다. NO2는 NO의 5-10배 정도 독성을 가지며, 고농도에서 호흡기 세포를 파괴하고 혈중 헤모글로빈과 결합하여 메타헤모글로빈을 형성하여 호흡곤란을 일으킨다. 발암성을 지녔으며 장기간 노출되는 경우 만성 중독으로 기관지염, 폐기종, 위장병, 불면증, 혈당감소 등 치명적인 영향을 미칠 수 있다. 대기 중의 수증기와 결합하여 아질산이나 질산으로 변화하여 지상에 떨어지면 산성비가 된다. 대기 중의 탄화수소(CH)와 태양광선 중의 자외선에 영향을 받아 광화학반응을 일으켜 2차 오염물질인 알데히드(aldehyde), 아크롤레인(acrolein), PAN(Peroxy Acetly Nitrate) 등을 형성하며, 오존층 파괴나 온실효과를 가져오기도 한다.
최근에 NOx의 배출규제가 강화되고, 주요 배출시설에서의 배출농도를 저감시켜야 할 필요성이 점차 높아지고 있다. 질소산화물은 주로 연소용 공기 중의 질소와 산소가 고온상태에서 반응하여 생성되므로, 그 발생을 줄이기 위해서 저산소 연소, 저온도 연소, 연소부분 냉각, 배기기체 재순환, 2단 연소, 버너 및 연소실의 구조개선 등 여러 가지 방법이 사용되고 있다. 발생한 NOx를 제거하기 위한 처리기술로는 산화 흡수방식, 선택적 무촉매 환원법(Selective Non-Catalytic Reduction, SNCR), 선택적 촉매 환원법(Selective Catalytic Reduction, SCR), 건식 흡착법 및 습식 흡수법 등이 있다.
연소설비에서 배출되는 배기가스 중 질소산화물(NOx) 제거하기 위해서 선택적 촉매환원(SCR: Selective Catalytic Reduction) 시스템이 가장 많이 이용되고 있다. 선택적 촉매환원 시스템은 촉매가 내부에 설치된 반응기에 배기가스와 암모니아 가스 등의 환원제를 함께 통과시키면서 배기가스에 함유된 질소산화물과 환원제를 반응시켜 질소와 수증기로 환원 처리하는 것이다. 선택적 족매 환원법은 아래와 같은 반응에 의해서 진행된다.
4NO + 4NH3 + O2 → 4N2 + 6H2O
NO + NO2 + 2NH3 → 2N2 + 3H2O
2NO2 + 4NH3 + O2 → 3N2 + 6H2O
6NO2 + 8NH3 → 7N2 + 12H2O
선택적 촉매환원 시스템은 촉매를 사용함으로써 비교적 높은 처리효율을 나타내고 있으나, 높은 설치비, 귀금속인 촉매 교환비, 연료비 등으로 유지관리비가 많이 든다.
선택적 무촉매 환원법(SNCR)은 촉매를 사용하지 않고 고온의 배가스에 암모니아, 암모니아수, 요소수 등의 환원제를 직접 분사하여 NOx를 N2와 H2O로 분해하는 방법이다. SCR 방법과 비교할 때 별도의 반응기나 고가의 촉매를 사용하지 않기 때문에 공정이 비교적 단순하고 기존 설비에도 비교적 쉽게 적용이 가능하므로 투자비용이 적다. 그러나 반응온도가 900~1,000℃로 높고, NOx의 제거효율이 50~70%로 낮다는 단점이 있다. 선택적 무촉매 환원법은 아래와 같은 반응에 의해서 진행된다.
4NO + 4NH3 + O2 → 4N2 + 6H2O
활성탄을 사용한 흡착법은 활성탄이 쉽게 연소하기 때문에 120~150℃에서 흡착 및 SCR 반응이 이루어지며, 아황산가스의 탈착은 산소 없이도 활성탄을 가열하는 것만으로도 쉽게 이루어진다. 상기 흡착법은 활성탄 재생, 화재 및 폭발에 따른 문제가 있다.
복사법은 일명 전자빔(Electron beam)을 이용한 방법이다. 전자빔은 분자의 구조를 바꿈으로서 기존의 물질과 물리화학적 특성이 다른 물질로 전환시키는 성질을 가지고 있고 짧은 시간(108-101초 이내)에 반응이 진행되는 점에 특징이 있다. NOx와 SOx를 함유한 배연 가스의 전자선 복사는 질산염과 황산염의 음이온을 생성하며, 배연가스에 물과 암모니아를 첨가하여 NH4NO3과 (NH4)2SO4와 같은 고형물이 생성되면 이들을 분리하여 활용한다. 복사법은 장치가 복잡하고 대용량을 처리하기가 어렵다는 단점이 있다.
본 명세서는 질소화합물 흡착 성능이 우수한 매크로 비드, 이를 포함하는 질소화합물 흡착제, 질소화합물의 제거방법, 이를 포함하는 반응기 및 이의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시상태는 2 이상의 함침된 마이크로 비드를 포함하고, 상기 마이크로 비드는 카르복실산 관능기로 개질된 키토산 및 알코올 아민 화합물의 복합체를 포함하는 것인 매크로 비드를 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 실시상태는 상술한 매크로 비드를 포함하는 질소화합물 흡착제를 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 실시상태는 상술한 매크로 비드의 알코올 아민 화합물에 질소화합물을 흡착시키는 단계를 포함하는 것인 질소화합물의 제거방법을 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 실시상태는 상술한 질소화합물 흡착제를 포함하는 반응기를 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 실시상태는 카르복실산 관능기로 개질된 키토산 및 알코올 아민 화합물을 복합하여 2 이상의 마이크로 비드를 제조하는 단계; 및 상기 2 이상의 마이크로 비드를 매크로 비드에 함침시키는 단계를 포함하는 것인 상술한 매크로 비드의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시상태에 따른 매크로 비드는 질소화합물 흡착 성능이 우수하여, 질소화합물 흡착제로 사용하기 적합한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시상태에 따른 매크로 비드 구조를 나타낸 것이다.
도 2는 실시예 1 내지 3에서 사용된 트리에탄올아민 화합물을 포함하는 용액을 도시한 것이다.
도 3은 실시예 1 내지 3에서 제조된 마이크로 비드 입자를 도시한 것이다.
도 2는 실시예 1 내지 3에서 사용된 트리에탄올아민 화합물을 포함하는 용액을 도시한 것이다.
도 3은 실시예 1 내지 3에서 제조된 마이크로 비드 입자를 도시한 것이다.
이하, 본 명세서에 대해 상세히 설명한다.
본 발명의 일 실시상태는 2 이상의 함침된 마이크로 비드를 포함하고, 상기 마이크로 비드는 카르복실산 관능기로 개질된 키토산 및 알코올 아민 화합물의 복합체를 포함하는 것인 매크로 비드를 제공한다. 상기 매크로 비드는 동일 부피 대비, 함침된 마이크로 비드의 양이 많아 질소산화물에 대한 흡착 성능이 개선된 효과를 갖는다. 또한, 매크로 비드 내에 마이크로 비드가 안정적으로 함침되어 있어 구조 안정성이 개선된 장점을 갖는다.
본 명세서에 있어서, '비드'는 Bead 입자를 의미한다.
본 명세서에 있어서, '매크로 비드'는 크기가'마이크로 비드'보다 큰 비드를 의미하며, 상기 매크로 비드 내에 마이크로 비드가 함침된 구조를 가질 수 있다. 도 1에 상기와 같은 구조가 예시되어 있는데, 도 1에는 트리에탄올아민(1), 카르복실산 관능기를 포함하는 키토산(2), 상기 키토산을 2개 이상 포함하는 키토산 집합체(4) 및 상기 키토산 또는 키토산 집합체가 함침된 매크로 비드(3)를 도시하였다.
본 명세서에 있어서, '키토산'은 D-글루코사민과 N-아세틸글루코사민으로 이루어진 선형 다당류이다. 대게, 새우와 갑각류 껍데기를 수산화나트륨 염기로 처리하면 얻어질 수 있다. 상기 키토산은 아래 화학식 1로 표시될 수 있으며, n은 반복단위이며 1 내지 1,000일 수 있다.
[화학식 1]
본 명세서에 있어서, '카르복실산 관능기로 개질된 키토산'은 카르복실산 관능기가 부여된 키토산을 의미한다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 복합체는 상기 카르복실산 관능기 및 상기 알코올 아민 화합물의 알코올기의 에스테르 결합을 포함할 수 있다. 상기 카르복실산 관능기로 개질된 키토산의 카르복실산 관능기와 상기 알코올 아민 화합물의 알코올기(-OH)와 에스테르화 반응을 일으킬 수 있다. 상기 에스테르 결합을 통해 매크로 비드의 구조가 안정적으로 유지될 수 있으며, 알코올 아민 화합물의 흡착 성능이 유지될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 알코올 아민 화합물은 알코올기와 아민기를 모두 포함하는 화합물을 의미하며, '흡착제'의 기능을 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 알코올 아민 화합물은 하기 화학식 2로 표시될 수 있다.
[화학식 2]
화학식 2에 있어서,
상기 R1, R2 및 R3는 서로 동일하거나 상이하고,
각각 수소; 직쇄 또는 분지쇄의 탄소수 C1 내지 C6의 알킬기; C1 내지 C6의 알코올기; 또는 직쇄 또는 분지쇄의 에테르기이고,
상기 R1, R2 및 R3 중 어느 하나 이상이 C1 내지 C6의 알코올기이다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 R1이 C1 내지 C6의 알코올기이고, R2 및 R3가 각각 수소; 직쇄 또는 분지쇄의 탄소수 C1 내지 C6의 알킬기; 또는 직쇄 또는 분지쇄의 에테르기일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 R1 및 R2가 C1 내지 C6의 알코올기이고, R3가 각각 수소; 직쇄 또는 분지쇄의 탄소수 C1 내지 C6의 알킬기; 또는 직쇄 또는 분지쇄의 에테르기일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 R1 내가 R3가 C1 내지 C6의 알코올기일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 C1 내지 C6의 알코올기는 메탄올, 에탄올, 프로판올 또는 부탄올일 수 있다. 바람직하게는 메탄올 또는 에탄올일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 알코올 아민 화합물은 모노에탄올아민, 디에탄올아민, 디글리콜아민, 디이소프로판올아민, 메틸디에탄올아민, 트리에탄올아민, N-메틸-2-아미노-1-프로판올, N-에틸-2-아미노-1-프로판올, N-이소프로필-2-아미노-1-프로판올, N-메틸-2-아미노-1-부탄올, N-메틸-2-아미노-1-펜탄올, N-이소프로필-2-아미노-1-펜탄올, 2-아미노-1프로판올, 2-아미노-1-부탄올, 2-아미노-3-메틸부탄올, 2-아미노-1-펜탄올, 2-아미노-1-헥산올, 2-아미노-1-프로판올, 3-아미노-1-부탄올, 4-아미노-1-펜탄올, 5-아미노-1-헥산올, 3-아미노-1-펜탄올, 3-아미노-1-헥산올, 및 피페라진(piperazine) 으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 알코올 아민 화합물은 트리메탄올아민 또는 트리에탄올아민일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 매크로 비드 전체 부피를 기준으로, 상기 마이크로 비드를 60vol% 이상 포함할 수 있다. 바람직하게는, 60vol% 이상 80vol% 이하, 또는 60vol% 이상 99vol% 이하로 포함할 수 있다. 상기 수치 범위를 만족할 때, 마이크로 비드에 의한 질소 화합물 흡착 효과가 유지되며, 매크로 비드의 구조 안정성도 우수한 효과가 있다. 상기 매크로 비드 및 마이크로 비드의 부피는 상기 매크로 비드와 마이크로 비드가 각각 가상의 구체라고 가정하였을 때, 부피로 이해될 수 있다. 상기 가상의 구체는 상기 비드의 평균 직경을 지름으로 갖는 구형의 구조를 의미할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 매크로 비드 1개를 기준으로, 상기 마이크로 비드를 100만개 내지 2,000만개로 포함할 수 있다. 바람직하게는, 200만개 내지 1,800만개, 또는 500만개 내지 1,500만개로 포함할 수 있다. 상기 수치 범위를 만족할 때, 마이크로 비드에 의한 질소 화합물 흡착 효과가 유지되며, 매크로 비드의 구조 안정성도 우수한 효과가 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 마이크로 비드의 직경이 1um 내지 100um일 수 있다. 바람직하게는, 2um 내지 50um 또는 5um 내지 20um일 수 있다. 상기 수치 범위를 만족할 때, 마이크로 비드에 의한 질소 화합물 흡착 효과가 유지되는 효과가 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 매크로 비드의 직경이 1mm 내지 100mm일 수 있다. 바람직하게는, 1mm 내지 100mm, 또는 1mm 내지 100mm일 수 있다. 상기 범위를 만족할 때, 매크로 비드 내에 충분한 수의 마이크로 비드가 함침될 수 있어서, 마이크로 비드에 의한 질소산화물 흡착 효과가 우수한 효과가 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 매크로 비드는 지지체 및 마이크로 비드를 포함하고, 상기 마이크로 비드가 상기 지지체 내에 함침된 구조를 갖는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 지지체는 다공성 구조를 갖는 것일 수 있다. 상기 다공성 구조는 지지체에 마이크로 비드가 함침되는 공간을 의미할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 지지체의 기공율은 10% 이상 90% 이하, 20% 이상 80% 이하 또는 20% 이상 70% 이하일 수 있다. 상기 범위에서 마이크로 비드가 함침되는 공간이 충분히 확보되어, 충분한 수의 마이크로 비드가 함침될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 지지체는 제올라이트, 알루미나, 키토산 및 폴리비닐알코올로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나 이상일 수 있다. 바람직하게는 키토산 또는 폴리비닐알코올일 수 있다. 키토산 지지체를 사용하는 경우, 마이크로 비드와의 상용성이 우수한 효과가 있다.
본 발명의 일 실시상태는 상술한 매크로 비드를 포함하는 질소화합물 흡착제를 제공한다. 상기 매크로 비드는 마이크로 비드에 포함된 알코올 아민 화합물을 흡착제로 하여 흡착제 기능을 수행할 수 있다. 예를 들어, 상기 알코올 아민 화합물이 트리에탄올아민인 경우, 질소화합물을 흡착하는 반응식은 아래와 같다.
[반응식]
(HOCH2CH2)3N + 2NO2 → (HOCH2CH2)3NNO+HNO3 -
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 질소화합물은 일산화질소, 이산화질소 또는 이들의 혼합물을 의미할 수 있다.
한편, 종래의 키토산 매크로 비드는 사용 후 재생이 어려워 폐기되어야 하는 문제가 있었으나, 본 발명의 일 실시상태에 따른 매크로 비드의 경우, 알코올 아민 화합물에 흡착된 질소 화합물을 이용하여 지효성 비료로 사용할 수 있다. 이때, 매크로 비드에 포함된 지지체는 비료의 담체로 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태는 상술한 매크로 비드의 알코올 아민 화합물에 질소화합물을 흡착시키는 단계를 포함하는 것인 질소화합물의 제거방법을 제공한다. 상기 질소화합물은 상기 매크로 비드의 알코올 아민 화합물과 화학반응을 하여 제거된다. 이때의 화학반응은 상술한 화학식에 나타낸 바와 같다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 질소화합물의 제거방법은 상술한 매크로 비드를 준비하는 단계; 상기 매크로 비드에 질소화합물을 통과시키는 단계; 및 상기 매크로비드의 알코올 아민 화합물과 상기 질소화합물을 서로 반응시키는 단계를 포함할 수 있다. 이때, 상기 매크로 비드는 후술하는 반응기에 포함되는 질소화합물 흡착제로 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 매크로 비드에 질소화합물을 통과시키는 단계의 질소화합물은 상기 매크로 비드의 담체의 기공을 통해 알코올 아민 화합물에 도달할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 매크로 비드에 질소화합물을 통과시키는 단계의 질소화합물은 이를 포함하는 배기가스의 형태로 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태는 상술한 질소화합물 흡착제를 포함하는 반응기를 제공한다. 상기 반응기는 2대 이상의 반응기가 직렬 또는 병렬로 연결된 구조를 가질 수 있으며, 하나의 반응기의 수명이 다하거나, 성능이 저하된 경우 나머지 반응기가 이를 대체하여 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태는 키토산 및 알코올 아민 화합물을 복합하여 2 이상의 마이크로 비드를 제조하는 단계; 및 상기 2 이상의 마이크로 비드를 매크로 비드에 함침시키는 단계를 포함하는 것인 상술한 매크로 비드의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 카르복실산 관능기로 개질된 키토산 및 알코올 아민 화합물을 복합하여 2 이상의 마이크로 비드를 제조하는 단계는 상기 키토산 및 알코올 아민 화합물을 복합하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 카르복실산 관능기로 개질된 키토산 및 알코올 아민 화합물을 복합하는 단계는 상기 카르복실산 관능기로 개질된 키토산 및 알코올 아민 화합물을 혼합하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 카르복실산 관능기로 개질된 키토산 및 알코올 아민 화합물을 혼합하는 단계는 상기 카르복실산 관능기로 개질된 키토산을 포함하는 용액 및 상기 알코올 아민 화합물을 포함하는 용액을 혼합하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 카르복실산 관능기로 개질된 키토산을 포함하는 용액 및 상기 알코올 아민 화합물을 포함하는 용액을 혼합하는 단계는 상기 카르복실산 관능기로 개질된 키토산을 포함하는 용액을 상기 알코올 아민 화합물에 드로핑(dropping)하는 방법으로 수행될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 알코올 아민 화합물을 포함하는 용액의 농도는 1wt% 내지 30wt, 5wt% 내지 25wt% 또는 10wt% 내지 30wt%일 수 있다. 상기 수치 범위를 만족할 때, 키토산의 카르복실산 관능기와 알코올 아민 화합물의 알코올기가 반응하여 에스테르 결합이 충분히 생성될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 카르복실산 관능기로 개질된 키토산을 포함하는 용액 및 상기 알코올 아민 화합물을 포함하는 용액을 혼합하는 단계 이전에, 상기 알코올 아민 화합물의 아민기를 블로킹(blocking)하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이 단계는, 상기 알코올 아민 화합물의 아민기에 다른 관능기를 결합함으로써, 알코올 아민 화합물의 아민기와 상기 키토산의 카르복실산기가 반응하여 펩타이드 결합이 형성되는 것을 방지하기 위한 것이다. 이 경우, 알코올 아민 화합물의 알코올기와 상기 키토산의 카르복실산기가 반응하여 에스테르 결합이 형성되도록 유도할 수 있어, 공정의 수율과 선택성이 향상될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 알코올 아민 화합물의 아민기를 블로킹(blocking)하는 단계는 상기 알코올 아민 화합물 및 디-터트-부틸 디카르보네이트 화합물(Di-tert-butyl decarbonate:t-BOC)을 혼합하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 디-터트-부틸 디카르보네이트 화합물은 아래 화학식 3으로 표시될 수 있다.
[화학식 3]
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 키토산을 카르복실산 관능기를 갖는 개질제로 개질하는 단계를 포함할 수 있다. 이때, 상기 개질하는 단계를 산을 이용할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 키토산을 카르복실산 관능기를 갖는 개질제로 개질하는 단계는 pH 1 내지 6의 환경에 노출시키는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 카르복실산 관능기를 갖는 개질제는 아세트산일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 키토산을 카르복실산 관능기를 갖는 개질제로 개질하는 단계는 상기 키토산을 포함하는 용액 및 상기 카르복실산 관능기를 갖는 개질제를 포함하는 용액을 혼합하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 키토산을 포함하는 용액 및 상기 카르복실산 관능기를 갖는 개질제를 포함하는 용액의 농도는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 0.1wt% 내지 10wt%, 0.5wt% 내지 8wt% 또는 1wt% 내지 5wt%일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 마이크로 비드를 건조하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 건조는 25℃ 내지 100℃ 또는 25℃ 내지 80℃의 환경에서 수행될 수 있다. 상기 수치 범위에서 마이크로 비드의 수분이 충분히 제거될 수 있으며, 마이크로 비드가 손상되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 마이크로 비드를 건조하는 단계는 1분 내지 48시간, 10분 내지 24시간 또는 1시간 내지 10시간 동안 수행될 수 있다. 상기 수치 범위에서 마이크로 비드의 수분이 충분히 제거될 수 있으며, 마이크로 비드가 손상되는 것을 방지할 수 있다.
이하, 실시예를 통해 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
실시예
1
(
1)마이크로
비드의
제조
2~5wt% 농도의 키토산을 1~5wt%의 아세트산 용액에 녹여 키토산을 카르복실산 관능기로 개질하였다. 이후, 상기 키토산 용액을 직경 0.1mm의 주사기에 옮겨담았다.
30℃의 트리에탄올아민 화합물을 10wt%로 포함하는 용액을 준비하였으며, 상기 키토산 용액을 시린지 펌프를 이용하여 낙하시켜 마이크로 비드를 제조하였다. 이때, 마이크로 비드의 평균 직경이 10 내지 20um이었다.
이후, 상기 마이크로 비드를 건져내고 60℃ 건조기에서 건조하였다.
(
2)매크로비드의
제조
상기 마이크로 비드를 3wt%의 키토산이 용해된 1~5wt%의 아세트산 용액과 혼합하여 주사기에 옮겨담았다. 이후, 상기 혼합물을 30℃의 트리에탄올아민 화합물을 10wt%로 포함하는 용액에 낙하시켜 매크로 비드를 제조하였다.
상기 매크로 비드를 건져내고 60℃ 건조기에서 건조하였다. 상기 매크로 비드의 평균 직경이 4mm 내지 7mm이었다.
실시예
2
트리에탄올아민 화합물의 함량을 15wt%로 변경한 것 외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 매크로 비드를 제조하였다.
실시예
3
트리에탄올아민 화합물의 함량을 20wt%로 변경한 것 외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 매크로 비드를 제조하였다.
상기 실시예 1 내지 3에서 사용된 트리에탄올아민 화합물을 포함하는 용액을 도 2에 표시하였으며, 제조된 마이크로 비드 입자를 도 3에 도시하였다.
실험예
상기 제조된 매크로 비드를 반응기에 100cc 충진하였다.
상기 반응기에 이산화질소/공기 혼합기체(NO2/air)를 주입시키고, 반응기를 통과하여 배출된 기체 혼합물 내의 이산화질소 양을 측정하여 일산화질소 흡착량을 계산하였다.
이때, 반응기에 주입되는 혼합기체의 유량이 1,000 sccm이고, 혼합 기체 내 이산화질소의 유입 농도는 5,000 ppm이며, 실험은 상온(25℃)에서 진행되었다. 또한, 혼합기체의 주입 속도는 98 cm/min이었다. 총 주입 시간은 500분이었으며, 500분 이후부터 출구 NO2농도가 급격히 증가되었다. 흡착 반응기 크기는 지름 3.6센티 길이 10센티이며 비드를 충진시켰다.
화학양론을 이용하여, 매크로 비드의 충진량(Liter) 대비 흡착된 이산화질소의 부피(Liter)는 25l/l로 계산되었다.
Claims (9)
- 2 이상의 함침된 마이크로 비드를 포함하고,
상기 마이크로 비드는 카르복실산 관능기로 개질된 키토산 및 알코올 아민 화합물의 복합체를 포함하고,
상기 알코올 아민 화합물은 아민기를 블로킹한 것이고,
상기 복합체는 상기 카르복실산 관능기 및 상기 알코올 아민 화합물의 알코올기의 에스테르 결합을 포함하고,
상기 마이크로 비드가 함침되는 다공성 구조의 지지체를 포함하는, 매크로 비드. - 삭제
- 청구항 1에 있어서,
상기 알코올 아민 화합물은 하기 화학식으로 표시되는 것인 매크로 비드.
[화학식]
여기서, 상기 R1, R2 및 R3는 서로 동일하거나 상이하고,
각각 수소; 직쇄 또는 분지쇄의 탄소수 C1 내지 C6의 알킬기; C1 내지 C6의 알코올기; 또는 직쇄 또는 분지쇄의 에테르기이고,
상기 R1, R2 및 R3 중 어느 하나 이상이 C1 내지 C6의 알코올기임. - 청구항 1에 있어서,
상기 알코올 아민 화합물은 모노에탄올아민, 디에탄올아민, 디글리콜아민, 디이소프로판올아민, 메틸디에탄올아민, 트리에탄올아민, N-메틸-2-아미노-1-프로판올, N-에틸-2-아미노-1-프로판올, N-이소프로필-2-아미노-1-프로판올, N-메틸-2-아미노-1-부탄올, N-메틸-2-아미노-1-펜탄올, N-이소프로필-2-아미노-1-펜탄올, 2-아미노-1프로판올, 2-아미노-1-부탄올, 2-아미노-3-메틸부탄올, 2-아미노-1-펜탄올, 2-아미노-1-헥산올, 2-아미노-1-프로판올, 3-아미노-1-부탄올, 4-아미노-1-펜탄올, 5-아미노-1-헥산올, 3-아미노-1-펜탄올, 3-아미노-1-헥산올, 및 피페라진(piperazine) 으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상인 것인 매크로 비드. - 청구항 1, 3, 및 4 중 어느 한 항에 따른 매크로 비드를 포함하는 질소화합물 흡착제.
- 청구항 1, 3, 및 4 중 어느 한 항에 따른 매크로 비드의 알코올 아민 화합물에 질소화합물을 흡착시키는 단계를 포함하는 것인 질소화합물의 제거방법.
- 청구항 5에 따른 질소화합물 흡착제를 포함하는 반응기
- 카르복실산 관능기로 개질된 키토산 및 아민기를 블로킹한 알코올 아민 화합물을 복합하여 2 이상의 마이크로 비드를 제조하는 단계; 및
상기 2 이상의 마이크로 비드를 다공성 구조의 지지체를 포함하는 매크로 비드에 함침시키는 단계를 포함하는 것인 청구항 1, 3, 및 4 중 어느 한 항에 따른 매크로 비드의 제조방법. - 청구항 8에 있어서,
상기 키토산을 카르복실산 관능기를 갖는 개질제로 개질하는 단계를 포함하고,
상기 알코올 아민 화합물은 디-터트-부틸 디카르보네이트 화합물(Di-tert-butyl decarbonate)이 혼합된 것인 매크로 비드의 제조방법.
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