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문제 정의
- 또한 금속-ACFs에 대하여 비표면적 및 동공분석을 통하여 물리화학적 특성을 제시하였다. 이와 관련하여 SEM 분석을 통하여 표면성상에 대하여 연구하였고, 최종적으로 대장균(Esc/ieric/泣! coli, E. co")에 대한 금속-ACFs의 항균특성 및 그에 응용성에 대하여 제시하고자 한다.
제안 방법
- - 본 연구에서는 피치계 탄소섬유로부터 활성 탄소섬유를 제조한 후, 이에 대하여 금속을 처리하여 금속-ACFs를 제조하였다. 뿐만, 아니라 제조된 금속-ACFs에 대하여 흡착 및 표면특성、통하여 물리화학적 특성을 제시하였다.
- 등온곡선으로부터 얻어진 흡착된 부피와 SBET 값의 결과와 관련하여 Ag가 처리된 ACFs의 표면 양상을 알아보기 위하여 전자주사 현미경 (SEM)을 사용하여 각각의 시료에 대하여 표면상태를 고찰하였다. 이들의 결과의 대표적인 Agg-ACF와 Agm-ACF에 대한 표면구조를 Fig.
- 미세 동공을 가지는 흡착제는 낮은 상대압력에서 동공응축이 일어나고 이들의 외부 표면에서는 다분자층 흡착이 일어난다고 할 수 있다. 등온흡착곡선으로부터 상대압력이 0.40일 때의 흡착량으로 나눈 값을 기준으로 하여 a라고 하고 이 값의 변화에 따른 흡착량의 비로 하여 동공부피를 계산하였다. 제시된 바에 의하면 단위 질량당 미세 동공부피는 0.
- 제조하였다. 또한 금속-ACFs에 대하여 비표면적 및 동공분석을 통하여 물리화학적 특성을 제시하였다. 이와 관련하여 SEM 분석을 통하여 표면성상에 대하여 연구하였고, 최종적으로 대장균(Esc/ieric/泣! coli, E.
- 본 연구에서는 피치계 탄소섬유로부터 제조된 활성탄소 섬유(Activated Carbon Fiber, ACF)에 금속질화물 혹은 금속 염화물을 처리하여 금속-ACFs를 제조하였다. 또한 금속-ACFs에 대하여 비표면적 및 동공분석을 통하여 물리화학적 특성을 제시하였다.
- 뿐만, 아니라 제조된 금속-ACFs에 대하여 흡착 및 표면특성、통하여 물리화학적 특성을 제시하였다. BET식으로부터 금속이 처리된 활성탄소섬유의 비표면적을 구한 결과 Ag-ACF의 경우 136.
- 상업용 피치계 섬유로부터 KOH와 K2CO3를 사용한 화학적 활성법을 이용하여 환원 분위기 하에서 900~950℃의 활성화 온도에서 원료 ACF를 제조하였다. 상업용 일반 탄소섬유는 균일하게 사이징 처리되어 있으므로 활성 화전에 450~500℃의 온도에서 1차 탄화처리 후 사용하였다.
- coli가 활성을 잃게 되고 이때 발견되는 박테리아 수를 측정하여 금속-활성탄소섬유의 박테리아 저항성을 판독하였다. 시험법은 문헌자료를 참고로 하여 실행하였다 [10-12].
- coli를 멸균된 배지에 도포하여 각각의 몰수에 따라 제조된 금속-활성탄소 섬유를 일정 양으로 플라스크 안에 떨어뜨렸다. 이와 같이 만들어진 배지를 24시간 동안 항온 항습기 내에 보관하여 E. coli가 활성을 잃게 되고 이때 발견되는 박테리아 수를 측정하여 금속-활성탄소섬유의 박테리아 저항성을 판독하였다. 시험법은 문헌자료를 참고로 하여 실행하였다 [10-12].
- 경우 2차 오염의 여지가 있다. 항균특성을 알아보기 위하여 박테리아로써 대장균군의 일종인 E. coll를 멸균된 배지에 도포하여 각각의 금속-ACFs를 처리하였다. 이들 결과로부터 E.
대상 데이터
- A)를 이용하여 흡착 등온곡선을 얻었으며, 이를 가지고 비표면적을 구하였다. 이때 흡착질로는 99.99999 %의 질소개스(일본 산소(주), Japan)를 사용하였으며, 모든 종류의 흡착제는 측정하기 전에 250℃에서 3시간 동안 고진공에서 탈기시킨 '후에 측정에 임하였다. 제조된 금속-활성탄소섬유의 표면 상태 및 구조를 관찰하기 위해 주사 전자현미경 (Topcon sm-300, Japan)을 사용하였다.
- 특급시약인 AgNO3, Cu(NO3)2 및 Ni(NC)3)2를 1차 증류수에 녹여서 해당농도의 금속염 수용액을 제조하였다. 여기에 약 5 g의 준비된 촙형(Chop type)의 ACF를 50 mZ의 금속염 수용액에 넣고 거품이 일지 않을 때까지 마그네틱 스터러를 사용하여 1시간 동안 저어준 후에 실온에서 24시간 동안 방치하였다.
- 제조된 금속-활성탄소섬유의 표면 상태 및 구조를 관찰하기 위해 주사 전자현미경 (Topcon sm-300, Japan)을 사용하였다. 항균 실험을 위하여 박테리아로서 대장균의 일종인 E. coli를 사용하였다. 배양된 E.
이론/모형
- 각각 금속-활성탄소섬유의 비표면적 측정은 부피 측정 방법을 사용한 저온 질소 흡착 방법인 Sibata P-850(Si- bata, Japan) 흡착 장치 및 Digisorb 2500(Micrometrics Instruments Co., U.S.A)를 이용하여 흡착 등온곡선을 얻었으며, 이를 가지고 비표면적을 구하였다. 이때 흡착질로는 99.
성능/효과
- 뿐만, 아니라 제조된 금속-ACFs에 대하여 흡착 및 표면특성、통하여 물리화학적 특성을 제시하였다. BET식으로부터 금속이 처리된 활성탄소섬유의 비표면적을 구한 결과 Ag-ACF의 경우 136.2~1585 nS/g의 범위에, Cu가 처리된 활성탄소섬유에 경우 698.2-896.2 nf/g의 범위에, Ni-ACF의 경우 685.2~898.2 2/g의 범위에 분포하였다. 또한 黑-법을 사용하여 구한 미세 동공 부피는 Ag-ACF에 대하여 0.
- 특히 Agg-ACF의 경우 예상보다 큰 동공반경을 가지고 있으나 역시 미세 동공 영역에 분포함을 알 수 있다. 결과에 의하면 미세 동공을 가지는 Ag- ACFs는 중간영역 이상의 동공을 가지는 흡착제와는 달리 동공응축이나 흡착량의 비와 같은 요소들을 충분히 고려해야 할 것으로 여겨진다. Ag의 농도가 증가함에 따라 미세 동공 부피가 감소하는 현상은 처리된 Ag가 동공 주변 혹은 동공표면을 덮어버리는 현상을 초래한 것이라 할 수 있다.
- Ag의 농도가 증가함에 따라 미세 동공 부피가 감소하는 현상은 처리된 Ag가 동공 주변 혹은 동공표면을 덮어버리는 현상을 초래한 것이라 할 수 있다. 동공크기분포의 결과를 비교해 볼 때 동공 부피가 상당히 줄어들긴 하였으나 전체적인 동공 크기의 분포는 대부분이 25 A 이하의 범위에 존재함을 알 수 있다. 대표적인 Cu가 처리된 활성탄소섬유의 표면구조를 Fig.
- 이들 결과로부터 Ni가 처리된 피치계 ACFs 의 동공분포는 미세 동공의 범위에 분포하고 있음을 알 수 있었다. 또한 처리된 Ni의 농도를 증가시키면 흡착된 몰수의 증가와 함께 단위 질량 당 미세 동공 부피와 평균 동공 반경은 감수함을 나타내었다. 따라서 이들 결과로부터 얻은 중요한 사실은 처리된 Ni 양의 적정성에 따른 미세 동공을 최대한 유지 시켜주어 흡착특성을 보존해 주어야 한다는 것이다.
- 미세 동공부피 (micropore volume)는 micropOfe window 현상을 구체화하여 주고 있다. 본 연구에서 사용한 처리하지 않은 활성탄소섬유의 BET 비표면적 값이 2051 iS/g으로 다소 높은 것을 사용하였지만, 구리 처리 후에 활성탄소섬유의 BET 비표면적 값들은 698.2~896.2 n?/g의 범위에 분포하였다. 이와 같은 결과와 함께 BET식은 미세동공을 가지는 다공성 물질에서는 잘 적용되지 않으므로 미세동공을 가지늩 금속 처리된 활성탄소섬유에서도 잘 적용되지 않는 것으로 여겨진다.
- 4일 때의 흡착량을 나타낸 것이며 Gragg 등[15]과 Mikhael 등[16]이 정리한 %-법으로 정의된다. 이 방법에 의하여 미세 동공 분석을 시행한 결과, 평균동공반경은 5.5-12.8 A의 범위에 분포하였다. 역시 미세 동공부피와 평균 동공반경을 구하였으며, 이들 결과에 대하여 Fig.
- 3(c)에 제시하였다. 이들 결과로부터 Ni가 처리된 피치계 ACFs 의 동공분포는 미세 동공의 범위에 분포하고 있음을 알 수 있었다. 또한 처리된 Ni의 농도를 증가시키면 흡착된 몰수의 증가와 함께 단위 질량 당 미세 동공 부피와 평균 동공 반경은 감수함을 나타내었다.
- coli 치사율을 보였다. 이들 결과로부터 본 연구에서 사용한 Ag를 포함한 금속 입자들 또는 이온들도 강한 항균성을 나타내고 있으며, 그 농도를 증가시키면 항균성이 증가함을 알 수 있었다. 따라서 금속을 처리한 항균성 탄소섬유는 수질 및 대기분야에서 항균 정화계에 유용하게 사용할 수 있을 것으로 예상된다.
- 세가지 금속의 경우, blocking의 효과를 금속의 특성에 따라 다르게 나타남을 알 수 있다. 이들 사실과 관련하여 결과적으로 같은 양의 금속을 처리할지라도 비표면적, 동공부피 및 평균 기공의 크기가 다르게 나타남을 알 수 있다. 또한 표면에 존재하는 금속염의 형태는 서로 각각 다른 형태를 나타내고 있다.
- 2 n?/g의 범위에 분포하였다. 이와 같은 결과와 함께 BET식은 미세동공을 가지는 다공성 물질에서는 잘 적용되지 않으므로 미세동공을 가지늩 금속 처리된 활성탄소섬유에서도 잘 적용되지 않는 것으로 여겨진다. 일반적으로 BET식은 mesopore 이상의 영역에서 잘 적용된다고 보고하고 있다[13, 14], Microporef- 가지는 흡착제는 낮은 상대압력에서 동공응축이 일어나고 이들의 외부 표면에서 다분자층 흡착이 일어난다고 할 수 있다.
- 7 cn?/g,의 범위에 분포함을 알 수 있었다. 이와 관련하여 SEM 분석을 통하여 표면성상에 대하여 연구한 결과, 처리된 금속은 섬유표면 주위를 부분적으로 또는 전 범위에 걸쳐서 피복되어 있음이 관찰되었다. 최종적으로 대장균(E.
- 이러한 금속들의 특징적인 현상을 “oligodynamic action”이라고 한다[20]. 정량된 균의 수를 비이커에 준비하여 금속 처리된 피치계 ACFs를 24시간 동안 작용시킨 후 균의 수를 세어본 결과, 처리농도가 Ag05-ACF, CU0.3-ACF 및 Ni0.8-ACF의 이상의 농도에서는 살아 있는 E. coli는 하나도 발견되지 않았으므로 100 %의 항균 효과가 있음을 알 수 있었고, 이들 농도이하의 경우 92.5~98.7 %의 범위에 E. coli 치사율을 보였다. 이들 결과로부터 본 연구에서 사용한 Ag를 포함한 금속 입자들 또는 이온들도 강한 항균성을 나타내고 있으며, 그 농도를 증가시키면 항균성이 증가함을 알 수 있었다.
- 40일 때의 흡착량으로 나눈 값을 기준으로 하여 a라고 하고 이 값의 변화에 따른 흡착량의 비로 하여 동공부피를 계산하였다. 제시된 바에 의하면 단위 질량당 미세 동공부피는 0.07- 1.2cm3/g의 범위에 분포하였고, 평균동공 반경은 9.8~ 21.9 A의 범위에 다양한 동공 크기분포를 하고 있음을 알 수 있다. 특히 Agg-ACF의 경우 예상보다 큰 동공반경을 가지고 있으나 역시 미세 동공 영역에 분포함을 알 수 있다.
- 이와 관련하여 SEM 분석을 통하여 표면성상에 대하여 연구한 결과, 처리된 금속은 섬유표면 주위를 부분적으로 또는 전 범위에 걸쳐서 피복되어 있음이 관찰되었다. 최종적으로 대장균(E. c湖)에 대한 금속-ACFs의 항균특성에 대한 결과로부터 금속의 양이 증가함에 따라 항균효과가 크게 증가함을 알 수 있었다.
후속연구
- 이들 결과로부터 본 연구에서 사용한 Ag를 포함한 금속 입자들 또는 이온들도 강한 항균성을 나타내고 있으며, 그 농도를 증가시키면 항균성이 증가함을 알 수 있었다. 따라서 금속을 처리한 항균성 탄소섬유는 수질 및 대기분야에서 항균 정화계에 유용하게 사용할 수 있을 것으로 예상된다.
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