본 연구에서는 복막 투석 시스템에 있어서, 요소를 가수분해 후 발생하는 암모니아를 제거하기 위하여, 방사선 그라프트 중합법에 의해 다공성 중공사막에 술폰산기($SO_3H$)를 도입시킨 양이온 교환막(이때 얻어진 막을 SS막이라 함)을 합성하였다. 여기에 금속이온(Cu, Ni, Zn)을 이용하여 그라프트 체인을 가교시킨 이온가교형 양이온 교환막(이때 얻어진 막을 SS-M막이라 함)을 합성하여, SS막과 SS-M막의 투과 유속과 암모니아의 흡착에 대하여 고찰하였다. 술폰산기 밀도에 따라 순수투과 유속은 술폰산기 밀도가 높아짐에 따라 투과 유속이 급격히 감소하였으나, 금속 이온이 도입됨에 따라, 투과 유속이 빨라진다는 것을 알 수 있었다. SS막의 경우 암모니아 흡착은 이온교환기 용량에 따라 1 : 1로 흡착되었고, SS-M막 보다 높은 흡착량을 나타났다. 또한, SS막, SS-M막 모두 pH 9에서 가장 높은 흡착량을 나타냈다.
본 연구에서는 복막 투석 시스템에 있어서, 요소를 가수분해 후 발생하는 암모니아를 제거하기 위하여, 방사선 그라프트 중합법에 의해 다공성 중공사막에 술폰산기($SO_3H$)를 도입시킨 양이온 교환막(이때 얻어진 막을 SS막이라 함)을 합성하였다. 여기에 금속이온(Cu, Ni, Zn)을 이용하여 그라프트 체인을 가교시킨 이온가교형 양이온 교환막(이때 얻어진 막을 SS-M막이라 함)을 합성하여, SS막과 SS-M막의 투과 유속과 암모니아의 흡착에 대하여 고찰하였다. 술폰산기 밀도에 따라 순수투과 유속은 술폰산기 밀도가 높아짐에 따라 투과 유속이 급격히 감소하였으나, 금속 이온이 도입됨에 따라, 투과 유속이 빨라진다는 것을 알 수 있었다. SS막의 경우 암모니아 흡착은 이온교환기 용량에 따라 1 : 1로 흡착되었고, SS-M막 보다 높은 흡착량을 나타났다. 또한, SS막, SS-M막 모두 pH 9에서 가장 높은 흡착량을 나타냈다.
In this research, the cation-exchange membrane (SS membrane) containing sulfonic acid group was prepared by radiation induced grafted polymerization onto a porous hollow fiber membrane to effectively remove ammonia which was produced by urea decomposition for peritoneum dialysis system. And the meta...
In this research, the cation-exchange membrane (SS membrane) containing sulfonic acid group was prepared by radiation induced grafted polymerization onto a porous hollow fiber membrane to effectively remove ammonia which was produced by urea decomposition for peritoneum dialysis system. And the metal ionic cross-linking cation-exchange membrane (SS-M membrane) was prepared by the adsorption of metallic ions (Cu, Ni, Zn) to the SS membranes. The pure water flux and adsorption capacities of ammonia to SS and SS-M membranes were examined. The pure water flux of SS membrane decreased rapidly with the density of $SO_3H$ group increasing. As the metallic ions were adsorbed to the SS membrane, the pure water flux was increased. The adsorption capacities of ammonia at the SS membrane increased with increasing of density of $SO_3H$ group. The ion-exchange capacity of ammonia of the SS membrane was approximately proportional 1 : 1 to the density of $SO_3H$ group. The SS membrane had higher adsorption capacities than the SS-M membrane. The highest adsorption capacities of SS and SS-M membrane appeared the highest pH 9.
In this research, the cation-exchange membrane (SS membrane) containing sulfonic acid group was prepared by radiation induced grafted polymerization onto a porous hollow fiber membrane to effectively remove ammonia which was produced by urea decomposition for peritoneum dialysis system. And the metal ionic cross-linking cation-exchange membrane (SS-M membrane) was prepared by the adsorption of metallic ions (Cu, Ni, Zn) to the SS membranes. The pure water flux and adsorption capacities of ammonia to SS and SS-M membranes were examined. The pure water flux of SS membrane decreased rapidly with the density of $SO_3H$ group increasing. As the metallic ions were adsorbed to the SS membrane, the pure water flux was increased. The adsorption capacities of ammonia at the SS membrane increased with increasing of density of $SO_3H$ group. The ion-exchange capacity of ammonia of the SS membrane was approximately proportional 1 : 1 to the density of $SO_3H$ group. The SS membrane had higher adsorption capacities than the SS-M membrane. The highest adsorption capacities of SS and SS-M membrane appeared the highest pH 9.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
이에 다공성막에 이온교환기를 도입한 후 대류에 의한 물질 이동조작을 하면, 이온교환 속도를 빠르게 함으로써 이와 같은 결점을 극복할 수 있다 [9]. 따라서 본연구에서는 요소가수분해 시 발생되는 암모니아를 효과적으로 제거하기 위한 방법으로, 방사선 그라프트 중합법을 적용하여 다 공성막에 전자선을 조사시킨 후 glycidyl methacrylate (GMA)를 그라프트 중 합하여 술폰산기(SO3H)를 도 입시킨 양이온 교환막(SS막)을 합성하였다. 여기에 투과 유속을 향상시키기 위하여 금속이온(Cu, Ni, Zn)을 이용하여 그라프트 체인을 가교 시킨 이온 가교형 양이온 교환막(SS-M 막)을 합성하여 투과 유속과 암모니아의 흡착 특성을 검토하였다.
본 연구에서는 복막투석 시스템에 있어서, 요소를 가수분해 후 발생하는 암모니아를 제거하기 위하여, 방사선 그라프트 중 합법 의해술폰산기를 도입한 양이 온 교환 막(SS막)과 금속이온을 도입시킨 금속이온 가교형양이온 교환막(SS-M 막)을 합성하여 암모니아의 흡착 특성을 검토한 결과, 다음과 같은 결론을 얻었다.
제안 방법
(1) 방사선 그라프트 중 합법에 의한 양이온 교환 막과 금속이온을 이용한 이온가교형 양이온 교환막의 합성, (2) 얻어진 막의 투과 특성을 조사한다. (3) 암모니아흡착 특성을 조사한다.
GMA막 중의 에폭시기에 양이온 교환기인 술폰산기 (sulfonic acid)를 도입하기 위하여, sodium sulfite / iso propyl alcohol / water = 10 / 15 / 75의 혼합액에 소정 시간 반응시켰다. 이때 얻어 진 술폰산기의 밀도와 전화율을 다음 의 식으로 나타내었다.
합성된 술폰산기 밀도는 적정법[10, 11]에 의해 측정하였다. 또한, 이온교환기 도입 반응 후 막에 잔존하는 에폭시기를 제거하기 위하여 1 M 황산(H2SO4)을 2시간 반응하였다. 이 때 얻어진 막을 SS막이라 하였다.
막의 투과실험은 Fig. 2에 나타난 장치를 이용하여, 물을 0.1 MPa의 압력으로 막의 내면에서 외면으로 투과시켰으며, 정해진 시간 내에 투과한 물의 체적을 측정하여 막내면을 기준으로 투과 유속을 계산하였다.
따라서 본연구에서는 요소가수분해 시 발생되는 암모니아를 효과적으로 제거하기 위한 방법으로, 방사선 그라프트 중합법을 적용하여 다 공성막에 전자선을 조사시킨 후 glycidyl methacrylate (GMA)를 그라프트 중 합하여 술폰산기(SO3H)를 도 입시킨 양이온 교환막(SS막)을 합성하였다. 여기에 투과 유속을 향상시키기 위하여 금속이온(Cu, Ni, Zn)을 이용하여 그라프트 체인을 가교 시킨 이온 가교형 양이온 교환막(SS-M 막)을 합성하여 투과 유속과 암모니아의 흡착 특성을 검토하였다.
Feed tank에 10 ppm의 금속이온(Cu, Ni, Zn) 용액을 넣고, 일정한 압력으로 각각 투과시켰다. 이때 얻어진 금속이온의 도입량은, 막을 투과해 나온 용액 중 금속이온 농도를 원자흡광분광계(AAs; Shimadzu 6200)를사용 분석하여, 다음식에 의해 계산하였다.
유출량을 나타낸다. 이때 얻어진 막을 SS-M 막(금속 이온의 종류에 따라, SS-Cu막, SS-Ni막, SS-Zn 막)이라 하였다.
중공사막을 질소 분위기 하에서 전자선을 200 KGy 조사한 후, 10 v/v% GMA-methanol 용액에 넣고 소정 시간 그라프트 중합을 하였다. 이때 얻어진 GMA 그라프트 중합막을 GMA막이라 하고, 그라프트율(degree of grafting, dg)을 다음과 같이 정의하였다.
대상 데이터
7H2O)를 사용하였고, 이온교환기 도입 반응 후 잔존에폭시기를 제거하기 위하여 1 M 황산(H2SO4) 을 사용하였다[10].금속이온 도입용 시약(Cu, Ni, Zn) 은 Kanto chemical사 제품을 사용하였다. 암모니아 용액과 암모니아 분석 시약은 Kanto chemical과, Shinyo pure chemical사에서 제조한 시약을 사용하였다.
Asahi Chemical Industry Co.로부터 내경 2 mm, 외경 3 mm, pore size 0.34 공극율 70%인 폴리에틸렌 다공성중공사 정밀여과 막을 사용하였다. 양이온교환 반응에 사용된 시약으로는 sodium sulfite (SS: Na2SO3 .
금속이온 도입용 시약(Cu, Ni, Zn) 은 Kanto chemical사 제품을 사용하였다. 암모니아 용액과 암모니아 분석 시약은 Kanto chemical과, Shinyo pure chemical사에서 제조한 시약을 사용하였다. 그 외다른 시약은 특급이나 그 이상의 등급의 것을 사용하였다.
양이온 교환기가 도입된 막의 물성 변화를 측정하기 위해 SEM (Philips, Model XL-30S-FEG)과 FT-IR (Bom- en, Model MB 100-10)을 이용하였다. 암모니 아 분석은 인도페놀법을 이용하여 UV (Shimadzu, Model 1201) 로분석하였다.
34 공극율 70%인 폴리에틸렌 다공성중공사 정밀여과 막을 사용하였다. 양이온교환 반응에 사용된 시약으로는 sodium sulfite (SS: Na2SO3 . 7H2O)를 사용하였고, 이온교환기 도입 반응 후 잔존에폭시기를 제거하기 위하여 1 M 황산(H2SO4) 을 사용하였다[10].금속이온 도입용 시약(Cu, Ni, Zn) 은 Kanto chemical사 제품을 사용하였다.
이론/모형
막에 대한 암모니아의 흡착 실험은 투과법에 의해 수행하였다. Fig.
Model MB 100-10)을 이용하였다. 암모니 아 분석은 인도페놀법을 이용하여 UV (Shimadzu, Model 1201) 로분석하였다.
15 MPa로 일정하게 유지시켜 투과시켰다. 투과해 나온 용액의 농도를 UV (Shi- madzu, Model 1201)로 인도 페놀법[12]에 의해 분석하였다. 이때 투과 유속의 변화를 동시에 측정하였다.
합성된 술폰산기 밀도는 적정법[10, 11]에 의해 측정하였다. 또한, 이온교환기 도입 반응 후 막에 잔존하는 에폭시기를 제거하기 위하여 1 M 황산(H2SO4)을 2시간 반응하였다.
성능/효과
기재 (Base Polymer), GMA막, SS막, SS-Zn막의 적 외 흡수스펙트럼의 측정 결과, 폴리에틸렌 막에 GMA" 방사선 그라프트 중합함으로서 peak 848〜1255 의 에폭시기, 1730 cm~'의 C=O와 1250〜1272 의 C-0 등이 생성되었음을 알 수 있다. 그후 양이 온 교환기가 도입됨에 따라에폭시기로부터 이온교환기가 도입되었음을 나타내고 있다.
1) 순수의 투과에 있어서, 금속이온의 도입양에 따라, Cu>Ni>Zn 순으로 투과 유속이 증가하는 것을 알 수 있었다.
2) 암모니아 흡착은 SS막이 이온교환기 용량에 따라 1 : 1로 가장 높은 흡착량을 보였고, SS-M 막의 경우는, SS-Cu >SS-Ni>SS-Zn순으로 암모니아의 흡착량이 나타났다. 또한 pH 9에서 가장 높은 흡착량을 나타냈다.
3) SS막에 흡착된 금속이온, 암모니아이온은 1 N NaOH와 1 N HC1 을 사용하여 금속 및 암모니아의 탈리 및 반복 사용이 가능함을 나타내었다.
GMA 그라프트율 150% 막을 사용하여, 술폰산기 도입반응에 있어, 반응 시간 5시간에 최대 41%의 전화율을 얻을 수 있었다. 이때의 양이온 교환 밀도는 2.
SS막, SS-Cu 막의 경우, pH 9부근에서 가장 높은 흡착량을 나타내었다. pH가 낮아질수록 암모니아의 흡착량은 줄어들었으며, pH 9 이상에서는 급격한 감소 현상이 나타났다. 이것은 수용액에서 암모니아는 pH에 따라 두 가지 형태(NH& NHJ)로 존재하는데, 용액에서 존재하는 암모니아(NT%) 및 암모니아이온(NHJ)의 형태로 존재하는 비율은 pH에 따라 달라진다.
8에 나타냈다. 그 결과 SS막이 가장 높은 암모니아 흡착량을 나타내었으며, 이 경우 술폰산기 밀도에 대하여 암모니아이온이 1 : 1로 흡착하였다. 이것은 -SO3H + NH4+ t -SO3NH4의 반응에 의해 H+ 와 NH4+ 사이에 이온 교환이 이루어졌기 때문이다 [16].
3에 나타내었다. 그 결과 술폰산기 밀도에 대한 금속이온의 흡착량은 Cu>Ni>Zn 순으로 금속이온 이 도입되는 것을 알 수 있었다.
6에 나타내었다. 기재 (Base polymer)의 순수투과유속은 2.4 nVh였으나, 이온교환기가 증가함에 따라 투과유속이 감소하였다. 이것은 그라프트 체인 중의 이온교환기가 가지는 전하의 반발력으로 인해 pore의 유효직경이 감소하기 때문이다.
참고문헌 (16)
http://www.kidney2000.co.kr/menu/inl.htm
M. Kudo, K. Koyama, and I. Fukunishi, 'Depression and anxiety in patients on hemodialysis', J. of Psychosomatic Research, 55, 170 (2003)
S. J. Rubin, 'Continuous ambulatory peritoneal dialysis: Dialysate fluid cultures', Clinical Microbiology Newsletter, 6, 3 (1984)
W. Lee, K. Saito, S. Furusaki, T. Sugo, and K. Makuuchi, 'Design of urea-permeable anion-exchange membrane by radiation-induced graft polymerization', J. of Membrane Sci., 81, 295 (1993)
K. Saito, W. Lee, and T. Sugo, 'Preparation and evaluation of novel ion-exchange membranes prepared by rediation-induced graft polymerization', J. Ion Exchange, 7 (1996)
B. S. Kim, M. Kim, K. B. Heo, J. H. Hong, W. J. Na, and J. H. Kim, 'Preparation of anion-exchange membrane for selective separation of urea and ion', J. Korea Ind. Eng. Chem., 17, 303 (2006)
A. Shanableh, D. Abeysinghe, and A. Hijazi, 'Effect of cycle duration on phosphorus and nitrogen transformations in biofilters', Water Research, 31, 149 (1997)
M. Goto, N. Hayashi, and S. Goto, 'Adsorption and desorption of phenol on anion-exchange resin and activated carbon', Environ. Sci. Technol., 20, 463 (1986)
S. Tsuneda, H. Shinano, K. Saito, and S. Furusaki, 'Binding of lysozyme onto a cation-exchange microporous membrane containg tentacle-type grafted polymer branches', Biotechnol. Prog., 10, 76 (1994)
H. Shinano, S. Tsuneda, K. Satio, and S. Furusaki, T. Sugo, 'Ion exchange of lysozyme during permeation across a microporous sulfopropyl-groupcontaining hollow fiber', Biotechnol. Prog., 9, 193 (1993)
H. K. Chung and B. S. Kim, 'Determination of aqueous ammonia with indophenol method', J. of the Korean Enviromental Sci. Soc., 4, 91 (1995)
J. H. Kim, W. J. Na, B. S. Kim, and M. Kim, 'Chiral separation of tryptophan by immobilized BSA (bovine serum albumin) membrane', Membrane J., 16, 133 (2006)
H. Ogawa, K. Sugita, K. Satio, M. Kim, M. Tamada, A. Katakai, and T. Sugo, 'Binding of ionic surfactants to charged polymer brushes grafted onto porous substrates', J. of Chromatography A, 954, 89 (2002)
N. Sasagawa, K. Satio, K. Sugita, S. Kunori, and T. Sugo, 'Ionic crosslinking of SO3H-group-containing graft chains helps to capture lysozyme in a permeation mode', J. of Chromatography A, 848, 161 (1999)
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.