[보고서]중금속의 선택적 분리가 가능한 이온 각인 고분자 흡착제 제조 기술

김덕준

보고서 정보

주관연구기관

성균관대학교
SungKyunKwan University

연구책임자

김덕준

참여연구자

지앙양 , 김지은 , 김민지 , 시에레이 , Dinh

보고서유형

최종보고서

발행국가

대한민국

언어

한국어

발행년월

2011-02

과제시작연도

2010

주관부처

환경부

과제관리전문기관

한국환경산업기술원
Korea Environmental Industry & Technology Institute

등록번호

TRKO201200001732

과제고유번호

1485008469

DB 구축일자

2013-05-20

표 그림 1-1. Schematic representation of the molecular imprinting technique
표 그림 1-2. Optical photographs of MIP particles prepared by (a) Bulk and (b) O/Ws uspension polymerization methods, respectively
표 그림 3-1. FT-IR spectra of Cu(MAA)2 and MAA
표 그림 3-2. FT-IR spectra of core, core-shell and MIP
표 그림 3-3. Effect of particle size on the adsorption capacity of core-shell particles pH5.6, flow rate 1.0 ml/min.
표 그림 3-4. Effect of pH on the adsorption capacity of core-shell particles.
표 그림 3-5. The Schematic representation of the complex formation between copper ion and functional monomers.
표 그림 3-6. IR Spectra of non-MIP, Cu-removed MIP, and Cu-containing MIP, respectively.
표 그림 3-7. SEM images of (a) exterior and (b) interior of Cu(Ⅱ)-MIP, respectively.
표 그림 3-8. Effect of pH on the Cu(Ⅱ)-MIP adsortion capacity.(Initial Conc.: 10ppm)
표 그림 3-9. Effect of particle size on the Cu(Ⅱ)-MIP adsortion capacity.(Initial Conc.: 10ppm)
표 그림 3-10. Adsorption rates of metal ion on the Cu(Ⅱ)-MIP. (Initial Conc.: 10ppm)
표 그림 3-11. Effect of initial concentration on the Cu(Ⅱ)-MIP adsortion capacity.
표 그림 3-12. The comparison between MIP and commercial ion exchange resins : SR(strong acid resin), WR(weak acid resin) and CR(chelating resin) (Initial Conc.: 10ppm)
표 그림 3-13. Determination of Qmax from the linear relationship between 1/Qmax and 1/Ce from Langmuir adsorption isotherm.
표 그림 3-14. The adsortion behavior of Cu(Ⅱ)-MIP.(pH 6.0, flow rate 2ml/min)
표 그림 3-15. Structures of basic monomers : (1) Acrylonitrile, (2) Hydroxyethyl methacrylate, (3) Ally amine, (4) Dimethyl aminoethyl methacrylate (DMAEMA), (5) Dimethylaminopropyl methacrylamide (DMAPMA), (6) 2-(tert-butylamino)Ethyl methacrylate (BEMA), (7) 2-vinylpyridine (2-VP), and (8) 4-vinylpyridine (4-VP)
표 그림 3-16. The schematic representation of the complex formation between copper ion and functional monomers.
표 그림 3-17. The effect of pH on the adsorption capacity of MIP beads prepared with (a) 4-VP and (b) DMAEMA
표 그림 3-18. Adsorption kinetics of (a) Cu and (b) Ni ions on the adsorption capacity of MIP beads
표 그림 3-19. Effect of initial concentration of copper ion on the adsorption capacity of Cu(Ⅱ)-MIP
표 그림 3-20. Flowchart of NSGA-II-JG
표 그림 3-21. Structure of four-zone SMB for Cu-MIP resin
표 그림 3-22. Structure of three-zone SMB for Cu-MIP resin
표 그림 3-23. Pulse experimental results. (a) blue dextran, and (b) urea.
표 그림 3-24. Adsorption isotherm curve of Cu2+ ion in water (without buffer solution).
표 그림 3-25. Adsorption experiment results of Cu2+ ion (with buffer solution). (a) adsorption isotherm curve, and (b) Scatchard plot
표 그림 3-26. Adsorption experimental results of Zn2+ ion (with buffer). (a) adsorption isotherm curve, and (b) Scatchard plot.
표 그림 3-27. The results of Zn2+ ion capacity estimation. The solid line is the Langmuir adsorption isotherm curve obtained in previous experiment. The points are obtained form capacity estimation experiment.
표 그림 3-28. The single frontal effluent histories of Cu2+ and Co2+ ions in pH 6.0. Dotted profiles are experimental results and the solid lines are simulated results. (a) Cu2+ ion, and (b) Co2+ ion.
표 그림 3-29. The single frontal effluent histories of Cu2+ and Co2+ ions in pH 4.0. Dotted profiles are experimental results and the solid lines are simulated results. (a) Cu2+ ion, and (b) Co2+ ion.
표 그림 3-30. Desorption effluent of Co2+ ion in different buffer (wasing) solution. The concentration of Co2+ ion was 30mg/L and the vertical line is starting point of buffer washing. (a) pH 6.0, and (b) pH 4.0
표 그림 3-31. Desorption curve of Cu2+ ion 30mg/L. The desorption was conducted by buffer solution (pH 4.0). The vertical line is the starting point of buffer (washing) solution loading
표 그림 3-32. Desorption experiment of Cu2+ ion 30mg/L. The Cu2+ ion was adsorbed at pH 6.0 and the regeneration solution was 1M HNO3.
표 그림 3-33. The column profile of four-zone SMB which consists of Cu-MIP resin
표 그림 3-34. The schematic column profile of three-zone SMB with Cu-MIP resin. (a) step 1, and (b) step 2.
표 그림 3-35. The effect of HEC concentration on the size distribution of MIP beads.
표 그림 3-36. Sizes and Shapes of the MIP particles prepared with different concentration of the HEC stabilizer ; (a) 5wt%, (b) 6wt%, (c) 7wt% - S/M 비율 : 3.50 (RPM: 250)
표 그림 3-37. The effect of HEC concentration on the size distribution of MIP beads.
표 그림 3-38. Sizes and Shapes of the MIP particles prepared with different concentration of the HEC stabilizer ; (a) 5wt% and (b) 9wt%
표 그림 3-39. Sizes and Shapes of Cu(Ⅱ)-MIIP prepared at S/M 14.2
표 그림 3-40. Sizes and Shapes of the MIP particles prepared with different concentration of the HEC stabilizer ; (a) 2wt%, (b) 3wt%, (c) 5wt% and (c) 7wt%
표 그림 3-41. Sizes and Shapes of the MIP particles prepared with different concentration of the HEC stabilizer ; (a) 2wt%, (b) 3wt%, (c) 5wt%, (d) 6wt% and (e) 7wt%
표 그림 3-42. Sizes and Shapes of Cu(Ⅱ)-MIIP prepared at S/M 4.5.
표 그림 3-43. Sizes and Shapes of the MIP particles prepared with different concentration of the HEC stabilizer; (a) 2wt%, (b) 3wt%, (c) 5wt%, (d) 7wt%, (e) 9wt% and (f) 10wt%
표 그림 3-44. Effect of stabilizer concentration on S/M ratio
표 그림 3-45. The effect of initial concentration on the adsorption capacity of MIP beads preparing with different S/M ratio.
표 그림 3-46. The selective adsorption capacity of MIP beads preparing with different S/M ratio.
표 그림 3-47. IR Spectra of Pb-containing MIP, and Pb-removed MIP.
표 그림 3-48. EDX analysis of MIIP before and after removing Pb.
표 그림 3-49. Sizes and Shapes of the MIP particles prepared with S/M ratio ; (a) 14.2, (b) 7.1, (c) 4.7, and (d) 4.5
표 그림 3-50. Effect of stabilizer concentration on S/M ratio.
표 그림 3-51. The effect of initial concentration on the adsorption capacity of MIP beads preparing with different S/M ratio.
표 그림 3-52. Selectivity of initial concentration of copper and lead mixed ions.
표 그림 3-53. The effect of initial concentration on the adsorption capacity of Cu-Pb MIIP.
표 그림 3-54. Cu-MIP resin을 이용한 SMB의 구조
표 그림 3-55. Experimental set-up for the frontal experiment
표 그림 3-56. Valve structures for the (1-1-1) SMB. (a) Re-equilbrant, (b) Regenerant, (c) Feed, and (d) Desorbent valve
표 그림 3-57. Schematic diagram of (1-1-1) SMB. (a) loading step, and (b) Washing step
표 그림 3-58. Schematic diagram of (1-1-2) SMB
표 그림 3-59. LabVIEW interface for the two-step SMB
표 그림 3-60. Diagram of approach method in this study
표 그림 3-61. Pulse experiment results. (a) blue dextran, and (b) urea.
표 그림 3-62. Frontal experiment results of Cu2+ ion. (a) pH 4.0, and (b) pH 6.0
표 그림 3-63. Frontal experiment results of Co2+ ion. (a) pH 4.0, and (b) pH 6.0
표 그림 3-64. Comparison of Co2+ desorption curves between pH 4.0 and 6.0
표 그림 3-65. Adsorption curve fitting results. (a) Mn2+, (b) Co2+, and (c) Cu2+ ion
표 그림 3-67. Comparison of simulated and experimental effluent histories of mixture
표 그림 3-66. Roll-up of Mn2+ and Co2+ ions in frontal experiment of mixture
표 그림 3-68. Design approach of (1-1-2) SMB
표 그림 3-69. Mixture desorption curve by buffer solution.
표 그림 3-70. The schematic SMB structure in simulation for the determination of (1-1-2) SMB operating condition
표 그림 3-71. Column profile of Cu2+ ion in different switching time
표 그림 3-72. Desorption curve of Cu2+ ion by 1M HNO3. Before the desorption experiment, 30mg/L Cu2+ ion was adsorbed in pH 4.0 during 480min
표 그림 3-73. Experimental results of (1-1-2) SMB. (a) average concentrations of zone I, (b) zone II, and (c) zone III.
표 그림 3-74. Determination of switching time for the (1-1-1) Carousel
표 그림 3-75. Experimental results of (1-1-1) SMB. (a) effluent of zone I, (b) effluent of zone II, (c) effluent of zone III.
표 그림 3-76. Throughputs in different particle size
표 그림 3-77. The schematic representation of the complex formation between copper ion and functional monomers
표 그림 3-78. Sizes and shapes of Cu(Ⅱ)-MIIP prepared at different ratio of cross-linking agent to functional monomer(C/M);(a)C/M=2, (b)C/M=3, and (c)C/M=4, respectively.
표 그림 3-79. Interior structure of Cu(Ⅱ)-MIIP prepared at different ratio of crossinking agent to functional monomer(C/M) ; (a)C/M=2, (b)C/M=3, and (c)C/M=4, respectively.
표 그림 3-80. The specific surface area and total pore volume of Cu(Ⅱ)-MIP prepared at different ratio of cross-linking agent to functional monomer(C/M).
표 그림 3-81. (a) Adsorption rate and (b) Selective adsorption capacity of Cu(Ⅱ)-MIIP prepared at different ratio of cross-linking agent to functional monomer(C/M)
표 그림 3-82. The maximum adsorption capacity of Cu(Ⅱ)-MIP prepared at different ratio of cross-linking agent to functional monomer(C/M) ; Initial concentration of metal ions is 30ppm.
표 그림 3-83. Sizes and shapes of Cu(Ⅱ)-MIP prepared at different polymerization temperature; (a)70℃, (b)80℃, and (c)90℃, respectively.
표 그림 3-84. Interior structure of Cu(Ⅱ)-MIP prepared at different polymerization temperature; (a)70℃, (b)80℃, and (c)90℃, respectively.
표 그림 3-85. Sizes and shapes of MIP beads prepared at different polymerization temperature ; (a) 70℃, (b) 80℃ and (b) 85℃.
표 그림 3-86. The effect of polymerization temperature on the specific surface area and total pore volumn of Cu(Ⅱ)-MIIP.
표 그림 3-87. (a) Adsorption rate and (b) Selective adsorption capacity of Cu(Ⅱ)-MIIP prepared at different polymerization temperature.
표 그림 3-88. The maximum adsorption capacity of Cu(Ⅱ)-MIP prepared at different polymerization temperature.; Initial concentration of metal ions is 30ppm.
표 그림 3-89. Sizes and shapes of Cu(Ⅱ)-MIP prepared at different ratio of toluene to reactant(T/R) ; (a)T/R=0, (b)T/R=1, and (c)T/R=2, respectively.
표 그림 3-90. Interior structure of Cu(Ⅱ)-MIP prepared at different ratio of toluene to reactant(T/R) ; (a)T/R=0, (b)T/R=1, and (c)T/R=2, respectively.
$그림 3-91. The specific surface area and total pore volume of Cu(Ⅱ)-MIP prepared at different at different solvent fraction.$ 표 그림 3-91. The specific surface area and total pore volume of Cu(Ⅱ)-MIP prepared at different at different solvent fraction.
$그림 3-92. (a) Adsorption rate and (b) Selective adsorption capacity of Cu(Ⅱ)-MIIP prepared at different solvent fraction.$ 표 그림 3-92. (a) Adsorption rate and (b) Selective adsorption capacity of Cu(Ⅱ)-MIIP prepared at different solvent fraction.
$그림 3-93. The maximum adsorption capacity of Cu(Ⅱ)-MIIP prepared at different solvent fraction; Initial concentration of metal ions is 30ppm.$ 표 그림 3-93. The maximum adsorption capacity of Cu(Ⅱ)-MIIP prepared at different solvent fraction; Initial concentration of metal ions is 30ppm.
표 그림 3-94. Sizes and shapes of MIP beads prepared with different stabilizers ; (a) PVA1500, (b) PVA500 and (b) HEC.
표 그림 3-95. Sizes and shapes of MIP beads prepared at different the ratio of PVA1500 to HEC ; (a) PVA1500 : HEC(1:1), (b) PVA1500 : HEC(2:1) and (b) PVA1500 : HEC(3:1)
표 그림 3-96. The effect of pH on the adsorption capacity of MIP beads preparing with different S/M ratio.
표 그림 3-97. The selective adsorption capacity of MIP beads preparing with different S/M ratio.
표 그림 3-98. Selectivity of initial concentration of copper and lead mixed ions.
표 그림 3-99. Sizes and Shapes of Ni(Ⅱ)-MIP prepared at S/M 6.4
표 그림 3-100. Sizes and Shapes of Ni(Ⅱ)-MIP prepared at S/M 4.3
표 그림 3-101. Sizes and Shapes of Ni(Ⅱ)-MIP prepared at S/M 3.2
표 그림 3-102. Sizes and Shapes of Ni(Ⅱ)-MIP prepared at S/M 2.6
표 그림 3-103. Sizes and Shapes of Ni(Ⅱ)-MIP prepared at S/M 2.1
표 그림 3-104. Sizes and Shapes of Zn(Ⅱ)-MIP prepared at S/M 6.3
표 그림 3-105. Sizes and Shapes of Zn(Ⅱ)-MIP prepared at S/M 4.2
표 그림 3-106. Sizes and Shapes of Zn(Ⅱ)-MIP prepared at S/M 3.2
표 그림 3-107. Sizes and Shapes of Zn(Ⅱ)-MIP prepared at S/M 2.5
표 그림 3-108. Effect of stabilizer concentration on S/M ratio (a) Ni (b) Zn
표 그림 3-109. Sizes and Shapes of Na-MIP prepared at S/M 13
표 그림 3-110. Sizes and Shapes of Na-MIP prepared at S/M 3.3
표 그림 3-111. Sizes and Shapes of Na-MIP prepared at HEC Conc. (a) 2wt% (b) 5wt% (c) 7wt% (d) 10wt%
$그림 3-112. The effect of toluene fraction on the sizes and shapes of Na-MIP. (a) 10ml (b) 15ml (c) 20ml$ 표 그림 3-112. The effect of toluene fraction on the sizes and shapes of Na-MIP. (a) 10ml (b) 15ml (c) 20ml
표 그림 3-113. 반응 / 분리 장치
표 그림 3-114. 대용량 실험에서 얻은 Cu-MIP
표 그림 3-115. Schematic diagram of three-zone SMB for the Cu2+ ion recovery in buffer system
표 그림 3-116. Experimental results of (1-1-1) SMB. (a) effluent of zone I, (b) effluent of zone II, (c) effluent of zone III.
표 그림 3-117. Proposed new SMB system
표 그림 3-118. Schematic diagram of design method
표 그림 3-119. Re-equilibration test (a) pH profile comparison of DDW and 0.05M MA loading in re-equilibration step, and (b) pH profile of both equilibrant loading, first 50min is 0.05M MA and last 50min is DDW loading
표 그림 3-120. Frontal experiment of metal ion mixture. Feed mixture was loaded for 160min and then DDW was loaded.
표 그림 3-121. Experimental scheme for the selection of washing solution
표 그림 3-122. Effluent history in washing steps for the different washing solutions. The washing solutions loaded at 160min and the flow rate was 4mL/min. (a) DDW, (b) 1mM AA, (c) 10mM AA, and (d) 1mM Cu2+
표 그림 3-123. Cu2+ ion history in regeneration step with 0.1M HNO3 solution.
표 그림 3-124. Picture of four-zone MIP-SMB equipment. (1), (2), (3), and (5) Younglin SP 930D pump, (4) Series 200 Perkin-Elmer pump, (6) DDW and 0.05M magnesium acetate solution for re-equilibration, (7) 0.1M HNO3 solution for regeneration, (8) DDW for washing, (9) Feed mixture, (10) MIP columns, (11) ST valves from VICI valco Instruments. Co., and (12) LabVIEW 8.0 software from
표 그림 3-125. SMB experimental results operated by Oper. 1. (a) effluent hisotry of zone I, (b) zone II, (c) zone III, and (d) zone IV.
표 그림 3-126. SMB experimental results operated by Oper. 3. (a) effluent hisotry of zone I, (b) zone II, (c) zone III, and (d) zone IV.
표 그림 3-127. SMB experimental results operated by Oper. 2. (a) effluent hisotry of zone I, (b) zone II, (c) zone III, and (d) zone IV.
표 그림 3-128. Purity and yield distribution according to the different feed loading time in SMB experiments.
표 그림 3-129. 신흥시장의 강력한 경제 시장이 세계 비철금속 수요의 핵심
표 그림 3-130. The comparison between MIP and commercial ion exchange resins : SR(strong acid resin), WR(weak acid resin) and CR(chelating resin) (Initial Conc.: 10ppm)

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