[논문]라이신 첨가에 의한 폐 굴껍질 이용 vaterite형 탄산칼슘 제조

박영철

doi:10.9713/kcer.2021.59.1.118

[국내논문] 라이신 첨가에 의한 폐 굴껍질 이용 vaterite형 탄산칼슘 제조
Production of Vaterite Type Calcium Carbonate by using Oyster Shell Waste with Lysine 원문보기

Korean chemical engineering research = 화학공학, v.59 no.1, 2021년, pp.118 - 126

초록
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폐기물로 대량 발생되는 굴껍질을 활용한 vaterite 형 탄산칼슘 제조 실험을 하였다. 굴껍질을 800 ℃의 온도에서 항량이 되도록 가열하여 산화칼슘이 주성분인 소성 굴껍질을 제조하였다. 이 굴껍질을 질산 용액에 녹여 0.1 M 질산칼슘 수용액을 만들고, 0.1 몰 라이신/1 몰 생석회가 첨가된 0.1 M 탄산나트륨 수용액과 20 ℃, 600 rpm 교반 조건에서 1시간동안 반응시켜 탄산칼슘을 제조하였다. XRD, SEM, Size 분석을 하고 vaterite 84.5%, calcite 15.5% 함유한 구형 탄산칼슘을 확인하였다. 평균 입경 범위는 6.87 ㎛ 이었고, 아미노산 분석에서 탄산칼슘 내의 라이신 함유량은 0.1%이었다.

Abstract ▼ AI-Helper

The experiments to produce the vaterite type calcium carbonate were conducted for using the waste oyster shell as the recycling resources. Firstly, the oyster shell were calcinated at 800 ℃ for 24 h. Calcinated oyster shell were reacted with the nitric acid solution, and were diluted to 0.1 M Ca(NO3)2 solution. This solution was mixed with 0.1 M Na2CO3 contained 0.1 mol lysine/1 mol CaO at 20 ℃ and 600 rpm mixing condition for 1 h. The reaction products were identified to vaterite type calcium carbonate (84.5% vaterite, 15.5% calcite) by XRD and SEM analysis. Mean particle diameter was 6.87 ㎛, and the lysine content in calcium carbonate was analyzed to 0.1%.

Keyword

표/그림 (16)

그림 Fig. 1. Experimental procedure.
그림 Fig. 2. SEM image of calcium carbonate reagents.
그림 Fig. 3. XRD pattern of calcium carbonate reagents.
그림 Fig. 4. Detailed XRD pattern of calcium carbonate reagents (2θ: 29.2° ~ 29.9°).
그림 Fig. 5. Detailed XRD pattern of calcium carbonate reagents (2θ: 47.1° ~ 47.9°).
그림 Fig. 6. Detailed XRD pattern of calcium carbonate reagents (2θ: 48.5° ~ 48.9°).
그림 Fig. 7. SEM image of calcium carbonate formed from oyster shell (without lysine).
그림 Fig. 8. XRD pattern of calcium carbonate formed from oyster shell (without lysine).Korean Chem. Eng. Res., Vol. 59, No. 1, February, 2021
표 Table 1. XRD pattern analysis of calcium carbonate reagents
그림 Fig. 9. SEM image of calcium carbonate formed from oyster shell (with 0.1 mol lysine/1 mol CaO).
그림 Fig. 10. XRD pattern of calcium carbonate formed from oyster shell (with 0.1 mol lysine/1 mol CaO).
그림 Fig. 11. Size distribution of calcium carbonate formed from oyster shell (with 0.1 mol lysine/1 mol CaO).
그림 Fig. 12. XRD pattern of calcium carbonate formed from oyster shell (with 1 mol lysine/1 mol CaO).
그림 Fig. 13. Amino acid analysis of calcium carbonate formed from oyster shell (with 1 mol lysine/1 mol CaO).
그림 Fig. 14. XRD pattern of calcium carbonate formed from oyster shell (with 0.1 mol lysine-mono hydrochloride/1 mol CaO).
그림 Fig. 15. Size distribution of calcium carbonate formed from oyster shell (with 0.1 mol lysine-mono hydrochloride/1 mol CaO).

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구에서는 폐 굴껍질을 이용하여 산업적으로 적용 가능한 라이신 첨가에 의한 vaterite 형 탄산칼슘 제조 최적 공정을 구하기 위한 기초실험을 수행하였다.
3% 정도만을 차지하므로 오차가 발생할 염려가 있다. 본 실험에서의 정량 분석은 XRD 장비 자체의 calcite, vaterite, aragonite의 data base를 기준으로 계산되어 이를 보완 한 것이다.

제안 방법

폐기물로 대량 발생되는 굴껍질을 활용한 vaterite 형 탄산칼슘 제조 실험을 하였다. 0.
Saksono 등[10]은 자력이 부가된 조건에서 이온적인 방법으로 CaC₁₂ 용액과 Na₂CO₃ 용액을 반응시켜 탄산칼슘을 제조하였다. 또한 Poly Acrylic Acid(PAA)용액을 첨가한 조건에서 CaC₁₂ 용액과 Na₂CO₃를 첨가하여 탄산칼슘 제조 시의 평균 입경과 형상 변화도 실험하였다[11]. Kim 등[12]은 아미노산이 복합된 Silk fibroin을 첨가한 경우에 탄산칼슘 결정에 미치는 영향을 살폈다.
앞의 조건과 동일하지만 라이신을 굴껍질 몰수의 0.1 배 첨가한 0.1 M Na₂CO₃250 cm³에 0.1 M 굴껍질 질산칼슘 수용액을 혼합하여 1시간 반응시켜 탄산칼슘을 제조하였다. 전체 pH 변화는 0.
87 μm이었다. XRD, SEM 분석을 하고 vaterite 84.5%, calcite 15.5% 함유한 구형 탄산칼슘을 제조하였다.

대상 데이터

굴껍질은 고성 지역의 굴 양식장에서 수집한 폐 굴껍질이 사용되었다. 화학성분은 Al₂O₃ 0.
53%이다. Sam chun 시약 급 60% 질산과 탄산나트륨, 염산 라이신이 사용되었다. TCI 시 약급 라이신이 사용되었고, Junsei 시약급 탄산칼슘이 표준 시료로 사용되었다.
Sam chun 시약 급 60% 질산과 탄산나트륨, 염산 라이신이 사용되었다. TCI 시 약급 라이신이 사용되었고, Junsei 시약급 탄산칼슘이 표준 시료로 사용되었다. 실험은 교반기와 온도계, pH meter가 설치된 1000 cm³ 비이커가 반응기로 사용되었다.
TCI 시 약급 라이신이 사용되었고, Junsei 시약급 탄산칼슘이 표준 시료로 사용되었다. 실험은 교반기와 온도계, pH meter가 설치된 1000 cm³ 비이커가 반응기로 사용되었다. 반응기는 항온수조에 담가 항온을 유지하였다.
1과 같다. 굴껍질을 800^oC의 온도에서 항량이 되도록 가열하여 산화칼슘이 주성분인 소성 굴껍질을 제조한다. 소성 굴껍질 1.
사용되었다. 결정 형태를 분석하기 위하여는 XRD (Bruker, D8 Advance A25)가 사용되었고 Cu X-Ray tube(60 kV, 2.2 kW), scan speed 0.5/min, step size는 0.01이었다. 입자 크기 분포를 분석하기 위하여는 Particle Size Analyzer (CILAS 사, 1090LB) 가사용되었다.
소성 굴껍질을 질산 수용액에 녹여 0.1 M Ca(NO₃)₂ 250 cm³를만들고, 20^oC에서 600 rpm 교반 조건에서 라이신이 들어 있지 않은 0.1 M Na₂CO₃ 250 cm³와 1시간 반응시켜 탄산칼슘을 제조하였다. 이 시료의 SEM 분석 결과 Fig.

이론/모형

결정의 형상 분석을 위하여는 Field-Emission SEM (JEOL사, JSM-7610F)이 사용되었다. 결정 형태를 분석하기 위하여는 XRD (Bruker, D8 Advance A25)가 사용되었고 Cu X-Ray tube(60 kV, 2.
01이었다. 입자 크기 분포를 분석하기 위하여는 Particle Size Analyzer (CILAS 사, 1090LB) 가사용되었다. 생성 탄산칼슘 내의 잔존 라이신 분석을 위하여는 Amino Acid Analyzer (Biochrome사, Biochrom30)가 사용되었다.

성능/효과

Lyu 등[23]은 방향족 용매에 염화칼슘 수용액을 혼합하여 유화 상태로 만들고 탄산칼륨을 벌크 혼합한 20^oC 온도 조건에서 탄산칼슘을 생성하고 입경 분포를 관찰하였다. 여기서 입경 구간은 0~1 μm, 1~20 μm, 20~200 μm의 3개 구간을 나타내고 평균 입경은 벤젠 용매 조건에서는 25 μm, 크실렌 용매 조건에서는 12 μm이었고 온도가 낮을수록 평균 입경은 작게 나타났다. Han 등[24]은 연속식 공정을 사용하여 교반속도 100~500 rpm으로 변화 시켰을 때 교반 속도가 낮을수록 결정 크기가 작고 입자크기 분포도 좁아지는 안정한 결과를 얻었다.
500 rpm으로 교반 시에는 2차 핵 생성에 의하여 결정의 뭉침 현상이 커져 입도 분포에 큰 영향을 미치는 결과를 얻었고 calcite와 aragonite 형 결정이 생성되었다. 본 실험에서는 600 rpm이지만 평균 입경 6.87 μm의 vaterite 형 탄산칼슘을 얻을 수 있었다.
vaterite 형 탄산칼슘은 구형으로 용해성이 우수하여 식용 칼슘 제재로 활용성이 크므로 이 경우 라이신이 첨가된 식용 칼슘 제로 활용이 가능하다. 이를 위하여 라이신 0.37 g을 첨가하는 대신 염산 라이신 0.5 g을 첨가한 실험을 하였고 여기서 얻은 탄산칼슘의 결정을 XRD 분석한 결과 Fig. 14와 같이 vaterite 67.2%, calcite 함량 32.8%이었다. SEM 분석에서는 Fig.
9의 라이신 첨가에서와 유사한 형태를 나타내었으나 입경 크기가 다소 큰 형태를 보였다. 전체 입경 분포는 Fig. 15와 같이 10% 이하 입경이 6.35 μm, 50% 누적 입경 11.06 μm, 90% 누적 입경 15.88 μm이고 평균 입경은 10.82 μm로나타났다.

참고문헌 (24)

https://www.kmi.re.kr/web/contents View.do?rbsidx224, Korea Maritime Institute, Marine ocean statics(2018).
Park, S. C., Cho, H. S. and Chung, J. D., "Feasibility Study of Paper Filler Recycling using Oyster Shell," Journal of Korea Society of Waste Management, 33(5), 513-520(2016).

상세보기
Song, S. M., Seong, B. I., Koo, J. H. and Kim, I. H., "Effect of Aspartic Acid and Lysine on Polymorphism of Calcium Carbonate Crystal formed by Gas-liquid Reaction," Korean Chem. Eng. Res., 49(1), 109-113(2011).

원문보기 상세보기
Thenepalli, T., Jun, A. Y., Han, C., Ramakrishna, C., Ahn, J. W., "A Strategy of Precipitated Calcium Carbonate (CaCO 3 ) Fillers for Enhancing the Mechanical Properties of Polypropylene Polymers," Korean J. Chem. Eng., 32(6), 1009-1022(2015).

상세보기
Maruo Calcium, "Monodispersed Vaterite type Calcium Carbonate, and Shape Control Method," Korea Patent No 10-0176250(1998).
KAIST, "Method for preparing Hydroxyapatite from Vaterite containing Catechol Amine," Korea Patent No 10-1318348(2013).
Lyu, S. G,, Ryu, S. O., Park, Y, H. and Sur, G. S., "The preparation of Spherical Vaterite in the presence of NH 4 Cl by Carbonation Process," Korean Chem. Eng. Res., 36(2), 262-266(1998).
Kang, Y. C. and Park, S. B., "Preparation of Cubic-type Calcium Carbonate particles from High Concentration Calcium Hydroxide Suspension by Controlling Hydration Temperature of Calcium Oxide," Korean Chem. Eng. Res., 35(6), 846-849(1997).
Lee, S. G., Jung, W. M., Kim, W. S. and Choi, C. K., "Effect of Agitation on Gas-Liquid Reaction Crystallization of Calcium Carbonate in an MSMPR Reactor," Korean Chem. Eng. Res., 36(1), 49-55(1998).
Saksono, N., Gozan, M., Bismo, S, Krisanti, E., Widaningrum, R. and Song, S. K., "Effects of Magnetic Field on Calcium Carbon ate Precipitation : Ionic and Particle Mechanism," Korean J. Chem. Eng., 25(5), 1145-1150(2008).

상세보기
Han, H. K., Kim, B. M. and Kim, J. A., "Influence of Temperatures and PAA Solution in the Formation of Calcium Carbonate Crystal," Korean Chem. Eng. Res., 46(6), 1052-1056(2008).
Kim, J. H., Kim, J. M., Kim, W. S. and Kim, I. H., "Polymorphism of Calcium Carbonate Crystal by Silk Digested Amino Acid," Korean Chem. Eng. Res., 46(6), 1107-1112(2008).
Kim, J. H., Kim, J. M., Kim, W. S. and Kim, I. H., "Polymorphism of Calcium Carbonate Crystal by addition of various Amino," Korean Chem. Eng. Res., 47(2), 213-219(2009).
Kim, J. H., Song, S. M., Kim, J. M., Kim, W. S. and Kim, I. H., "CaCO 3 Crystallization with feeding of Aspartic Acid," Korean J. Chem. Eng., 27(5), 1532-1537(2010).

상세보기
Son, C., Song, W., Hwang D. S., Hong, Y. K., Joo, J. and Choi, Y. S., "Recombinant Production and Biochemical Characterization of a Hypothetical Acidic Shell Matrix Protein in Escherichia Coli for the preparation of Protein-based CaCO 3 Biominerals," Korean J. Chem. Eng., 33(8), 2406-2410(2016).

상세보기
Song, S. M., Seong, B. I., Koo, J. H. and Kim, I. H., "Effect of Aspartic Acid and Lysine on Polymorphism of Calcium Carbonate Crystal Formed by Gas-Liquid Reaction," Korean Chem. Eng. Res., 49(1), 109-113(2011).

원문보기 상세보기
Kralj, D. and Brecevic, L., "Vaterite Growth and Dissolution in Aqueous Solution 1. Kinetics of Crystal growth," J. Crystal Growth, 104, 793-800(1990).

상세보기
Albeck, S., Weiner, S. and Addadi, L., "Polysaccharides of Intracrystalline Glycoproteins Modulate Calcite Crystal Growth In vitro," Chem. Eur. J., 2(3), 278-284(1996).

상세보기
Zhang, S. and Gonsalves, K. E., "Influence of the Chitosan Surface Profile on the Nucleation and Growth of Calcium Carbonate Films," Langmuir, 14, 6761-6766(1998).

상세보기
Ogino, T., Suzuki, T. and Sawada, K., "The Rate and Mechanism of Polymorphic Transfomation of Calcium Carbonate in Water," Journal of Crystal Growth, 100, 159-167(1990).

상세보기
Rao, M. S., "Kinetics and Mechanism of the Transformation of Vaterite to Cacite," Bulletin of the Chemical Society of Japan, 46, 1414-1417(1973).

상세보기
Kontoyannis, C. and Vagenas, N. V., "Calcium Carbonate Phase Analysis using XRD and FT-Raman Spectroscopy," Analyst, 125, 251-255(2000).

상세보기
Lyu, S. G., Sur, G. S. and Kang, S. H., "A Study of Crystal Shape of the precipitated Calcium Carbonate formed in the Emulsion State," Korean Chem. Eng. Res., 35(2), 186-191(1997).
Han, H. K., Jeong, O. H., Lim, M. H. and Kim, J. A., "Effect of RPM and Temperature on the CSD in the CMSMPR Calcium Carborate Crystallization," Korean Chem. Eng. Res., 44(3), 289-293(2006).

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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