중금속 Cr (Ⅵ) 흡착용 셀룰로오스 나노크리스탈 기반

Poly (m-aminobenzene sulfonate) 공중합체 제조

유용호*, 배진호, 안량량, 진건송, 김용식†

(강원대학교 산림환경과학대학 제지공학과, †교신저자)

Preparation of Cellulose Nanocrystal-based Poly (m-aminobenzene

sulfonate) Copolymer for Heavy Metal Cr (VI) Adsorption

Yong Ho Yoo*, Jin Ho Bae , Liangliang An , Jiansong Chen , Yong Sik Kim†

(Department of Paper Science & Engineering, College of Forest and Environmental Sciences, Kangwon National University, †Corresponding Author)

요약: 본 연구에서는 cellulose nanocrystal (CNC)에 전도성 고분자인 poly (m-aminobenzene sulfonate) (PABS)를 공중합하여 CNC 기반 PABS 공중 합체를 합성하고 화학 구조 분석 및 Cr(VI) 흡착 효율을 분석하였다. PABS와 CNC-PABS의 화학 구조 분석을 통해 각각의 작용기 및 결합 구조를 확인하였으며 CNC-PABS가 성공적으로 제조된 것을 확인하였다. 또한 191.6 mg의 CNC-PABS를 첨가했을 때 30 mL의 Cr(VI) 수용액 (2.5 mg/L)에서 Cr(VI)을 100% 흡착하는 것으로 나타났고, CNC-PABS의 이론상 최대 Cr(VI) 흡착량은 99.81 mg/g 인 것으로 나타났다. pH에 따른 흡착 분석에서는 1∼3의 pH 범위에서 100%의 Cr(VI)이 흡착 된 반면, pH가 3에서 12로 증가함에 따라 흡착 효율은 급격히 감소하였다. 이는 PABS의 아민기가 산성 조건에서 4차 암모늄 양이온을 형성하여 HCrO4−을 흡착하기 때문인 것으로 보이고, 알칼리 조건에서는 흡착제에 SO3-가 음전하를 띄게 되어 HCrO4−와 정전기적 반발력으로 흡착반응이 일어나지 않는 것으로 나타났다.

Abstract: In this study, we have synthesized cellulose nanocrystal-based poly (m-aminobenzene  sulfonate) (PABS) copolymer by copolymerization with a conductive PABS onto cellulose  nanocrystal (CNC) as a high value-added biomaterial application and its chemical  structure analysis and Cr(VI) adsorption efficiency were analyzed. The chemical structure  analysis of PABS and CNC-PABS confirmed that each functional group and bonding  structure of them was identified and ultimately, CNC-PABS was successfully prepared. In  addition, CNC-PABS was found to adsorb 100% Cr(VI) in the 30 mL of Cr(VI)  aqueous solution (2.5 mg/L) when 191.6 mg of CNC-PABS added, showing the theoretical  maximum adsorption of Cr(VI) by CNC-PABS was found to be 99.81 mg/g. However, the  adsorption efficiency was dependent on the pH range. 100% Cr(VI) was adsorbed in the  pH range of 1~3, while the adsorption efficiency rapidly decreased as the pH was  increased from 3 to 12. This was because the amine of PABS formed quaternary  ammonium cation under acidic conditions, adsorbing anion species from Cr(VI) by  electrostatic attraction but the adsorption effect was greatly reduced by electrostatic  repulsion due to the sulfonate anions of PABS formed under alkaline conditions.

사사: 본 논문은 2018년도 정부(교육부)의 재원으로 한국연구재단 지원을 받아 수행된 기초연구사업임(No. 2018R1A6A1A0325582)