감 껍질 추출물을 Sephadex LH-20 및 MCI-gel CHP 20 column을 이용하여 2개의 주요 탄닌을 분리할 수 있었으며, NMR, IR, FAB-mass 등을 이용한 구조 동정 결과(+)-catechin, (+)-gallocatechin으로 확인되었다. 소석회와 보조응집제로 정제 탄닌을 처리할 때 얻어진 탁도, T-N, T-P 및 CODcr 제거율은 gallocatechin이 catechin보다 우수한 것으로 나타났으며, 이는 탄닌 분자의 -OH기가 타 물질과의 반응성이 높아 하수속의 물질과 결합을 하게 되는데 분자구조에 이러한 -OH기가 많을수록 응집 침전하는 능력이 더 우수한 것으로 판단되었다. 또한 단일 탄닌을 첨가하는 것보다 혼합 탄닌 실험군이 탁도, T-N, T-P 및 CODcr 제거율이 다소 높은 것으로 나타나, 물질 간 synergy 효과도 있는 것으로 확인되었다.
감 껍질 추출물을 Sephadex LH-20 및 MCI-gel CHP 20 column을 이용하여 2개의 주요 탄닌을 분리할 수 있었으며, NMR, IR, FAB-mass 등을 이용한 구조 동정 결과(+)-catechin, (+)-gallocatechin으로 확인되었다. 소석회와 보조응집제로 정제 탄닌을 처리할 때 얻어진 탁도, T-N, T-P 및 CODcr 제거율은 gallocatechin이 catechin보다 우수한 것으로 나타났으며, 이는 탄닌 분자의 -OH기가 타 물질과의 반응성이 높아 하수속의 물질과 결합을 하게 되는데 분자구조에 이러한 -OH기가 많을수록 응집 침전하는 능력이 더 우수한 것으로 판단되었다. 또한 단일 탄닌을 첨가하는 것보다 혼합 탄닌 실험군이 탁도, T-N, T-P 및 CODcr 제거율이 다소 높은 것으로 나타나, 물질 간 synergy 효과도 있는 것으로 확인되었다.
The two major tannins were separated by Sephadex LH-20 and MCI-gel CHP-20 from peel of astringent persimmon fruits. Purified tannins were identified to (+)-catechin and (+)-gallocatechin by NMR, IR spectrum and FAB-mass spectrum. The removal rate of turbidity, T-N, T-P and CODcr in wastewater with l...
The two major tannins were separated by Sephadex LH-20 and MCI-gel CHP-20 from peel of astringent persimmon fruits. Purified tannins were identified to (+)-catechin and (+)-gallocatechin by NMR, IR spectrum and FAB-mass spectrum. The removal rate of turbidity, T-N, T-P and CODcr in wastewater with lime and (+)-gallocatechin was higher than those of (+)-catechin because (+)-gallocatechin has more hydroxyl groups. As increasing concentration of tannins from peel of astringent persimmon fruits, the removal rate of turbidity, T-N, T-P and CODcr were increased. Synergistic activity by mixed tannins(catechin+gallocatechin) was also observed.
The two major tannins were separated by Sephadex LH-20 and MCI-gel CHP-20 from peel of astringent persimmon fruits. Purified tannins were identified to (+)-catechin and (+)-gallocatechin by NMR, IR spectrum and FAB-mass spectrum. The removal rate of turbidity, T-N, T-P and CODcr in wastewater with lime and (+)-gallocatechin was higher than those of (+)-catechin because (+)-gallocatechin has more hydroxyl groups. As increasing concentration of tannins from peel of astringent persimmon fruits, the removal rate of turbidity, T-N, T-P and CODcr were increased. Synergistic activity by mixed tannins(catechin+gallocatechin) was also observed.
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문제 정의
현재 상주시가 재배, 생산하는 떫은감이 연간 약 3, 864 톤으로, 이중 약 70%가 곶감으로 가공되고, 10% 이상이 껍질로 제거된다고 보면, 발생되는 감 껍질은 연간 약 270 톤으로 상당히 많은 양이 버려지지만, 일부만 사료로 이용되고 상당량의 감 껍질은 길가에 방치되어 썩으면서 악취를 발생시키는 등 환경을 오염시키고 있는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 상주지방에서 곶감제조를 위해 떫은 감을 깍은 후 발생하는 감 껍질로부터 tannin을 분리하고 이를 응집보조제로 활용하는 방안을 연구하여 폐자원을 이용한 환경 친화적인 폐수처리를 위한 자료로 활용하고자 한다.
탄닌시료를 Sephadex LH-20 및 MCL-gel CHP 20 column 에 loading하고 EtOH:H2O(l:0->0:l) 및 H2O:MeOH (1:0->0:1)를 사용하여 gradient로 용출한 결과, 4개의 탄닌 분획을 얻을 수 있었으며, 이들 중 2개의 major 탄닌 분획에 대하여 본 연구를 진행하였다. 이들의 순수정제 여부는 TLC chromatography로 확인하였다
제안 방법
O(l:0-0:l)을 용출 용매로 하여 분획하였다. 분획물을 다시 Sephadex LH-20과 MCI-gel CHP 20 등의 column chromatography로 용출용매 EtOH:H2O(l:0->0:l), H2O:MeOH(1.0->0:l)를 사용하여 gradient로 용출하였으며, 분획물은 TLC로 분리 정도를 확인하면서 반복 정제하였다.
실험방법 : 모든 실험은 jar-test로 수행되었으며(4), 비이커에 하수 1000 mL를 취하여 응집제와 보조응집제를 주입하고 120 rpm에서 1분간 급속교반 시킨 후 곧이어 40 rpm으 로 15분간 완속교반을 실시하였다. 완속교반이 끝난 후 30분간 정치시켜 침전시킨 후 상등액 300 mL를 취하여 탁도는 Hach turbidimeter를 이용하여 분석하였으며, CODcr은 수질공정 시험법에 준하여 중크롬산칼륨(K2Cr2O7)법을 사용하여 측정하였고, T-P는 potassium peroxide sulfate로 산화시킨 후 ascorbic molybdate 시 약을 첨가하고 880 nm에서 흡광도를 측정하였다(14).
O:MeOH (1:0->0:1)를 사용하여 gradient로 용출한 결과, 4개의 탄닌 분획을 얻을 수 있었으며, 이들 중 2개의 major 탄닌 분획에 대하여 본 연구를 진행하였다. 이들의 순수정제 여부는 TLC chromatography로 확인하였다
대상 데이터
Ca(OH)2)를 50 mgM 농도로 원수에 첨가하여 주 응집제로 사용하였고, 황산알루미늄(Alum. A12(SO4)318H2O)과 염화제이철(FeCh) 및 탄닌을 각각 100-500 mg/L 농도 범위에서 보조응집제로 사용하였다.
본 실험에 사용된 시약은 Sephadax LH-20 (Pharmacia, Co. Sweden), MCI gel CHP 20(75-150 pm, Mitusbish Chemical. Co., Japan), Tannase(Sigma Co., USA) 등이고 기타 시약은 특급 시약을 사용하였다. 기기는 IR (PERKIN-ELMER IR- 1330, USA)은 KBr 정제법으로, 'H-NMR(BRUKER AM- 300, Japan)은 TMS[Tetramethylsilane; (CH3)4Si]를 기준 물질로 하여 측정 용매 CDCh+DMSO- D6+D2O를 이용하여 측정하였으며, MS(JEOL JMX-DX 300, Japan) 는 negative ion FAB-Mass system에 의해 분자량을 측정하였다.
본 실험에 사용한 재료는 상주지방에서 떫은감을 이용한 곶감 가공 시 발생하여 폐기되는 감껍질을 수거하여 사용하였다.
시료 : 응집실험에 사용한 원수는 상주소재 S대학의 기숙사에서 배출되는 하수와 M아파트 단지에서 배출되는 생활하수를 사용하였으며 원수의 성상은 Table 1과 같다.
이론/모형
Matsuo 등(11)의 방법에 따라 떫은감 껍질에 60 % acetone을 가하여 실온에서 24 시간 추출한 후 원심분리 (5000 X g, 30 min) 하여 상징액과 침전물을 얻었고 같은 추출과정을 3 회 반복하여 각각의 상징액을 모아 rotary evaporator로 농축한 후 동결 건조하여 탄닌 시료로 사용하였다.
Nonaka 등(13)의 방법에 따라 탄닌시료를 Sephadex LH-20 column에 loading하고 EtOH:H2O(l:0-0:l)을 용출 용매로 하여 분획하였다. 분획물을 다시 Sephadex LH-20과 MCI-gel CHP 20 등의 column chromatography로 용출용매 EtOH:H2O(l:0->0:l), H2O:MeOH(1.
완속교반이 끝난 후 30분간 정치시켜 침전시킨 후 상등액 300 mL를 취하여 탁도는 Hach turbidimeter를 이용하여 분석하였으며, CODcr은 수질공정 시험법에 준하여 중크롬산칼륨(K2Cr2O7)법을 사용하여 측정하였고, T-P는 potassium peroxide sulfate로 산화시킨 후 ascorbic molybdate 시 약을 첨가하고 880 nm에서 흡광도를 측정하였다(14). T-N은 spectrophotometer를 사용하여 220 mm에서 자외선 흡광도법(5)으로 측정하여 응집효율을 조사하였다.
, USA) 등이고 기타 시약은 특급 시약을 사용하였다. 기기는 IR (PERKIN-ELMER IR- 1330, USA)은 KBr 정제법으로, 'H-NMR(BRUKER AM- 300, Japan)은 TMS[Tetramethylsilane; (CH3)4Si]를 기준 물질로 하여 측정 용매 CDCh+DMSO- D6+D2O를 이용하여 측정하였으며, MS(JEOL JMX-DX 300, Japan) 는 negative ion FAB-Mass system에 의해 분자량을 측정하였다.
실험방법 : 모든 실험은 jar-test로 수행되었으며(4), 비이커에 하수 1000 mL를 취하여 응집제와 보조응집제를 주입하고 120 rpm에서 1분간 급속교반 시킨 후 곧이어 40 rpm으 로 15분간 완속교반을 실시하였다. 완속교반이 끝난 후 30분간 정치시켜 침전시킨 후 상등액 300 mL를 취하여 탁도는 Hach turbidimeter를 이용하여 분석하였으며, CODcr은 수질공정 시험법에 준하여 중크롬산칼륨(K2Cr2O7)법을 사용하여 측정하였고, T-P는 potassium peroxide sulfate로 산화시킨 후 ascorbic molybdate 시 약을 첨가하고 880 nm에서 흡광도를 측정하였다(14). T-N은 spectrophotometer를 사용하여 220 mm에서 자외선 흡광도법(5)으로 측정하여 응집효율을 조사하였다.
Compound A : A물질은 negative FAB-MS에서 분자량이 289였으며, IR spectrum 3440에서 OH기가 1620에 aromatic의 C=C 결합을 알 수 있었고, 'H-NMR에서 alipatic 영역의 2.55 ppm(dd), 2.91 ppm(dd) spectruim의 분열 형태 및 배열에 의해 C-링의 4-H 위치에 1 H 분의 귀속이 가능하였고 4.01(m), 4.59 ppm(d)의 spectrum도 분열 형태로 보아 각각 C-링의 3-H, 2-H로 귀속 할 수가 있었다. Aromatic 영역에서 6.
Compound B : B물질은 negative FABMS에서 305의 분자량을 얻었고, 이런 결과는 (-)-epicatechin 및 (+)-catechin 에 산소 분자 1개가 더 결합한 물질임을 알 수 있었다. Compoimd B는 'H-NMR spectrum에서 2.
감 껍질 추출물을 Sephadex LH-20 및 MCI-gel CHP 20 column을 이용하여 2개의 주요 탄닌을 분리할 수 있었으며, NMR, IR, FAB-mass 등을 이용한 구조 동정 결과 (+)-catechin, (+)-gallocatechin으로 확인되었다. 소석회와 보조응집제로 정제 탄닌을 처리할 때 얻어진 탁도, T-N, T-P 및 CODcr 제거율은 gallocatechin이 catechin보다 우수한 것으로 나타났으며, 이는 탄닌 분자의 -OH기가 타 물질과의 반응성이 높아 하수속의 물질과 결합을 하게 되는데 분자구조에 이러한 -OH기가 많을수록 응집 침전하는 능력이 더 우수한 것으로 판단되었다.
74 ppm(d)은 catechol의 전형적인 signal로써 3,2-H를 확인할 수 있었다. 또한 5.86, 5.99 ppm spectrum은 doublet의 분열 양상으로 6,8-H임을 시사하였고 6.52 ppm의 2 H분의 singlet 는 2',6'-H로서 (+)-gallocatechin으로 동정하였다. 이러한 결과는 Sakanaka 등(16)의 결과와 일치하였다.
이는 탄닌 분자의 -OH기가 타 물질과의 반응성이 높아 하수속의 부유물질과 결합을 하게 되는데 분자구조에 이러한 -OH기가 많을수록 응집 침전하는 능력이 더 우수한 것으로 판단되었다(15,16). 또한 단일 탄닌을 첨가하는 것보다 탄닌을 섞은 실험군(mix)의 탁도 제거율이 다소 높은 것으로 나타나, 물질간 synergy 효과도 다소 있는 것으로 생각되었다 기숙사 하수의 경우도 Fig. 2에서와 같이 탄닌 첨가량을 100-500 mg/L로 늘림에 따라 탁도 제거율이 33.1-89.4%로 계속 증가하는 경향을 나타내었고 탄닌 종류간 탁도 제거양상은 아파트생활하수의 경우와 같은 경향을 나타내었다.
소석회와 보조응집제로 정제 탄닌을 처리할 때 얻어진 탁도, T-N, T-P 및 CODcr 제거율은 gallocatechin이 catechin보다 우수한 것으로 나타났으며, 이는 탄닌 분자의 -OH기가 타 물질과의 반응성이 높아 하수속의 물질과 결합을 하게 되는데 분자구조에 이러한 -OH기가 많을수록 응집 침전하는 능력이 더 우수한 것으로 판단되었다. 또한 단일 탄닌을 첨가하는 것보다 혼합 탄닌 실험군이 탁도, T-N, T-P 및 CODcr 제거율이 다소 높은 것으로 나타나, 물질간 synetgy 효과도 있는 것으로 확인되었다.
9%로 계속 증가하는 경향을 나타내었고 역시 gallocatechine 이 catechin보다 T-N 제거율이 높아지는 것을 알 수 있었으며, 분자구조에 -OH기가 많을수록 T-N 제거 능력이 더 우수한 것으로 판단되었다. 또한 혼합탄닌 실험군이 T-N 제거율이 다소 높은 것으로 나타나, 물질간 synergy 효과도 나타내었다. 기숙사 하수의 경우도 Fig.
감 껍질 추출물을 Sephadex LH-20 및 MCI-gel CHP 20 column을 이용하여 2개의 주요 탄닌을 분리할 수 있었으며, NMR, IR, FAB-mass 등을 이용한 구조 동정 결과 (+)-catechin, (+)-gallocatechin으로 확인되었다. 소석회와 보조응집제로 정제 탄닌을 처리할 때 얻어진 탁도, T-N, T-P 및 CODcr 제거율은 gallocatechin이 catechin보다 우수한 것으로 나타났으며, 이는 탄닌 분자의 -OH기가 타 물질과의 반응성이 높아 하수속의 물질과 결합을 하게 되는데 분자구조에 이러한 -OH기가 많을수록 응집 침전하는 능력이 더 우수한 것으로 판단되었다. 또한 단일 탄닌을 첨가하는 것보다 혼합 탄닌 실험군이 탁도, T-N, T-P 및 CODcr 제거율이 다소 높은 것으로 나타나, 물질간 synetgy 효과도 있는 것으로 확인되었다.
7과 8에 나타내었다. 아파트생활하수 및 기숙사 하수 모두 탄닌 첨가량을 높임에 따라 CODG 제거율이 25.6-73.2%로 계속 증가하는 경향을 나타내었으며 gallocatechin의 CODCr 제거율이 더 높았고 탄닌 물질간 syneagy 효과가 큰 것으로 판단되었다.
3과 4에 나타내었다. 아파트생활하수의 경우 Fig. 3에서와 같이 탄닌 첨가량을 100-500 mg/L로 늘림에 따라 T-N 제거율이 38.4-74.9%로 계속 증가하는 경향을 나타내었고 역시 gallocatechine 이 catechin보다 T-N 제거율이 높아지는 것을 알 수 있었으며, 분자구조에 -OH기가 많을수록 T-N 제거 능력이 더 우수한 것으로 판단되었다. 또한 혼합탄닌 실험군이 T-N 제거율이 다소 높은 것으로 나타나, 물질간 synergy 효과도 나타내었다.
5와 6에 나타내었다. 아파트생활하수의 경우 Fig. 5에서와 같이 탄닌 첨가량을 높임에 따라 T-P 제거율이 계속 증가하는 경향을 나타내었고 gallocatechine이 catechin보다 T-P 제거율이 높았으며, 탄닌 물질간 synergy 효과가 큰 것으로 나타났다. 기숙사 하수의 경우도 Fig.
Table 3은 하수시료에 소석회를 주입하여 응집처리 하였을 때 얻어진 결과를 나타내었다. 탁도, T-N, T-P, CODo의 제거율은 아파트 생활하수의 경우 각각 193%, 37.2%,35.6%, 18.4% 정도의 제거율을 나타내었고, 기숙사하수의 제거율은 탁도와 T-N이 21.4%와 38.7%였고, T-P, CODcr의 경우는 각각 33.2%, 19.3%이었다. 이러한 결과는 소석회로 도시하수를 처리한 Stemberg(18)와 성과 윤(1)의 결과와 유사하였다.
후속연구
성과 윤⑴은 소석회는 응집처리 후 많은 양의 슬러지를 발생시키는 특징이 있으나, 슬러지의 비저항이 작고, 탈수 특성이 좋으며, 무기응집제와 조합 주입하면 생성되는 슬러지의 부피를 현저히 감소시킬 수 있다고 하였다. 따라서 응집 보조제로서 폐기 감 껍질로부터 탄닌을 추출하여 소석회와 조합하여 이용할 경우 응집효율을 더 높이 증가 시킬 수 있고, 하수에 잔존하더라도 기타 무기응집보조제와 달리 환경오염을 시킬 염려가 없어 하수 처리에 매우 유용하게 활용될 수 있을 것이며 폐기, 방치되어 악취 등 환경공해를 일으키는 폐기 감 껍질의 이용도도 증가 시킬 것으로 판단된다.
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