Article
  • Synthesis of Modified Chelate Resins Containing N-methyl-D-glucamine and Improvement of Boron Removing Characteristics

  • Young-Kill Bang*,**, Changhyun Park*,**, Jung Hyun Han**, Tae Jin Lee**, Youngju Choi**, and Hyung-Il Kim*,†

  • *Department of Industrial Chemistry, Chungnam National University, Daejeon 34134, Korea
    **R&D Center, BP Chemical Co. Ltd., Daejeon 34314, Korea

  • 글루카민기 변성 킬레이트 수지의 합성 및 보론 제거 특성 향상

  • 방영길*,** · 박창현*,** · 한정현** · 이태진** · 최영주** · 김형일*,†

  • *충남대학교 공과대학 공업화학과, **㈜비피케미칼, R&D센터

Abstract

Poly(St-co-DVB) crosslinked polymer, poly(St-co-MMA-co-DVB) crosslinked copolymer, and poly(St-co-GMA-co-DVB) crosslinked copolymer were synthesized by suspension polymerization in order to apply these to the water treatment system. These crosslinked polymers were subjected to the subsequent chloromethylation reaction to prepare chelate resins having glucamine groups and the boron removal characteristics of chelate resins were evaluated depending on their structural differences. Each of chelate resins exhibited porous spherical particle shape having an average particle size of 500 nm. Poly(St-co-MMA-co-DVB) and poly(St-co-GMA-co-DVB) based chelate resins showed both larger specific surface area and pore volume than poly(St-co-DVB) based chelate resin. The adsorption amounts of boron ions on these three different chelate resins were 6.9, 6.7, and 10.2 mg/g-resin, respectively. Therefore, poly(St-co-GMA-co-DVB) based chelate resin showed the best boron removal characteristics.


수처리 시스템에 적용하기 위하여 보론 제거용 소재로 poly(St-co-DVB) 가교중합체, poly(St-co-MMA-co-DVB) 가교공중합체 및 poly(St-co-GMA-co-DVB) 가교공중합체를 현탁중합으로 합성하였다. 이러한 가교중합체에 대하여 클로로메틸화 반응을 거쳐 글루카민기가 도입된 킬레이트 수지를 제조하였으며, 이들의 구조적 차이에 따른 보론 제거특성을 평가하였다. 각각의 킬레이트 수지는 평균 입경 500 μm 구형으로서 다공성을 나타냈다. Poly(Stco-DVB) 기반의 킬레이트 수지에 비하여 poly(St-co-MMA-co-DVB) 및 poly(St-co-GMA-co-DVB) 기반의 킬레이트 수지의 비표면적과 세공용적이 더 크게 나타났다. 이러한 3종류 킬레이트 수지에 대한 보론 이온의 흡착량은 각각 6.9, 6.7, 10.2 mg/g-resin으로 나타나 poly(St-co-GMA-co-DVB) 기반의 킬레이트 수지의 보론 제거 특성이 가장 우수하였다.


Keywords: chelate resin, glucamine, boron removal, water treatment, ion exchange

서 론

글루카민기가 결합된 킬레이트 수지는 보론이온에 대한 선택적 흡착능이 매우 큰 특성을 보이지만 그 응용성이 제한적 이었고 관련 연구도 그리 많지 않았다.1 그러나 수처리 시스템에서는 매우 중요한 소재로서 높은 보론 농도 수질을 갖는 지역에서 음용수용 및 해수 담수화 처리시스템에서의 보론제거 목적으로 그 필요성이 크게 대두되고 있는 상황이다.2,3
일반적으로 용액 중에 존재하는 보론을 제거하기 위해서는 보론농도에 따라서 다양한 방법이 적용되고 있다.4 10 mg/L 이하 저농도의 보론을 함유하는 용액은 이온교환수지, 역삼투막, 용액의 농축조작, 담수화 조작 그리고 pH 변화 조작 등의 방법을 이용해 보론을 제거한다.5,6 그러나 고농도의 보론을 함유하는 용액에 대해서는 강산성 양이온 교환수지와 강염기성 음이온 교환수지의 조합에 의한 흡착방법이나 styrene과 divinylbenzene 공중합(poly(St-co-DVB)) 다공성 가교수지에 N-methylglucamine 등을 결합시킨 킬레이트 수지에 의한 흡착방법이 적용된다.7,8 글루카민이 결합된 킬레이트 수지를 제조하는 방법에는 2-ethyl-1,3-hexanediol 용매를 이용해 글루카민을 함침시키는 방법 및 N-methyl-pyrrolidone에 글루카민을 용해시켜 합성하는 등 다양한 방법들이 알려져 있다.9 본 연구에서는 poly(St-co-DVB) 가교수지에 클로로메틸기를 도입시킨 후 티오에테르를 반응시키고, 이곳을 친핵성 치환반응에 의해 술포늄 이온으로 전환시킨 후, N-methyl-Dglucamine을 첨가하여 글루카민기가 효과적으로 결합되도록 하였다.10-12 글루카민 작용기가 결합된 킬레이트 수지는 보론이온에 대한 선택적 흡착능이 매우 크며, 다른 보론제거 방법과 다르게 반복적인 사용이 가능하다.1,13,14
본 연구에서는 기존에 사업화된 흡착 소재의 기계적 물성
변화를 최소화하면서 보론제거 특성을 향상시키기 위해서 공중합에 의해 흡착소재의 화학 구조를 변경시키고 이러한 구조적 변성에 따른 보론의 흡착 성능 변화를 조사하고자 하였다. 이를 위하여 기존에 적용되던 poly(St-co-DVB) 가교수지 뿐만 아니라 아크릴계 단량체인 methyl methacrylate(MMA) 및 glycidyl methacrylate(GMA)를 각각 5% 공중합시킨 가교수지를 합성하였다. 이러한 구조변성 가교수지에 대해 치환반응 과정을 통해 글루카민기를 도입하여 개질 킬레이트 수지를 제조하였고, 이들의 구조적 차이에 따른 물성 및 보론흡착 성능 변화를 조사하였다.

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  • Polymer(Korea) 폴리머
  • Frequency : Bimonthly(odd)
    ISSN 0379-153X(Print)
    ISSN 2234-8077(Online)
    Abbr. Polym. Korea
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  • Indexed in SCIE

This Article

  • 2018; 42(3): 409-416

    Published online May 25, 2018

  • 10.7317/pk.2018.42.3.409
  • Received on Oct 24, 2017
  • Revised on Jan 5, 2018
  • Accepted on Jan 22, 2018

Correspondence to

  • Hyung-Il Kim

  • *Department of Industrial Chemistry, Chungnam National University, Daejeon 34134, Korea

  • E-mail: hikim@cnu.ac.kr
  • ORCID:
    0000-0001-6975-1126