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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 장민철
- 발행연도
- 2021
- 저작권
- 전남대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수2
이 논문의 연구 히스토리 (3)
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중금속 이온과 같은 수질 오염 물질의 처리는 깨끗한 환경을 유지하기 위해 해결
해야 할 중요한 문제이다. 본 논문에서는, 폐수 정화를 위해 중금속 이온에 대해 효
율적인 흡착 물성을 보이는 PEI가 기능화된 두 가지 유형의 미세 유체 결과물의 제
조에 대해 보고한다.
첫 번째로, 우리는 폴리에틸렌이민 (PEI)을 마이크로캡슐의 쉘에 기능화하기 위해
글루타알데히드 (GA)가 내장된 마이크로캡슐을 제조했다. 마이크로캡슐의 코어를
구성하는 GA 분자들은 마이크로캡슐의 쉘에 열 유도 생성된 미세균열을 통해 누출
되었고, 이어지는 Schiff 염기 반응을 통한 가교는 PEI 분자의 추가 처리 없는 기
능화가 가능하게 하였다. 마이크로캡슐의 PEI 기능화 성공과 표면 구조는 FTIR,
SEM, OM을 통해 증명되었다. 제작된 마이크로캡슐은 pH, 접촉시간 및 초기 금속
이온 농도와 같은 다양한 공정 변수의 조절 하에 수용액에서 Cu2+, Cd2+, 및 Zn2+
이온을 제거하기 위한 흡착제로 평가되었다. Sips 등온선 모델에 의해 계산된
Cu2+, Cd2+, 및 Zn2+ 이온에 대한 마이크로캡슐의 최대 흡착 용량은 각각 476.71
mg/g, 205.01 mg/g 및 262.6 mg/g에 도달하였다. 중금속 이온의 흡착이 완료된
후에, 마이크로캡슐은 외부 자기장에 의해 수용액으로부터 쉽게 분리될 수 있으며,
높은 흡착-탈착 순환 효율은 5회 동안 거의 유지되었다.
두 번째로, 우리는 폴리바이닐알코올 (PVA)와 GA의 아세탈화를 통해 마이크로겔
캡슐을 제조하고, 여기에 PEI를 기능화하였다. 마이크로겔 캡슐을 합성하기 위해
이중 액적의 중간 수상은 수소 이온에 노출되었으며, 결과적으로 액체에서 겔로 변
화했다. 가교 반응 후에는 GA 분자의 알데히드 그룹이 일부 남게 되었고, 따라서
PEI 분자는 카보닐 그룹과의 Schiff 염기 반응이 가능하여 이를 통해 마이크로겔
캡슐의 표면에 고정되었다. 제조된 마이크로겔 캡슐의 흡착 거동은 Sips 등온선 모
델 및 pseudo-second-order 모델과 잘 맞았으며, Cu2+, Cd2+, 및 Zn2+ 이온에 대
해 각각 781.98 mg/g, 334.62 mg/g, 및 371.15 mg/g 의 우수한 최대 흡착 용량
을 보였다. 또한 중금속 이온의 흡착 이후 부력 차이와 외부 자력을 가하여 현탁액
으로부터 마이크로겔 캡슐을 쉽게 회수할 수 있었다.
해야 할 중요한 문제이다. 본 논문에서는, 폐수 정화를 위해 중금속 이온에 대해 효
율적인 흡착 물성을 보이는 PEI가 기능화된 두 가지 유형의 미세 유체 결과물의 제
조에 대해 보고한다.
첫 번째로, 우리는 폴리에틸렌이민 (PEI)을 마이크로캡슐의 쉘에 기능화하기 위해
글루타알데히드 (GA)가 내장된 마이크로캡슐을 제조했다. 마이크로캡슐의 코어를
구성하는 GA 분자들은 마이크로캡슐의 쉘에 열 유도 생성된 미세균열을 통해 누출
되었고, 이어지는 Schiff 염기 반응을 통한 가교는 PEI 분자의 추가 처리 없는 기
능화가 가능하게 하였다. 마이크로캡슐의 PEI 기능화 성공과 표면 구조는 FTIR,
SEM, OM을 통해 증명되었다. 제작된 마이크로캡슐은 pH, 접촉시간 및 초기 금속
이온 농도와 같은 다양한 공정 변수의 조절 하에 수용액에서 Cu2+, Cd2+, 및 Zn2+
이온을 제거하기 위한 흡착제로 평가되었다. Sips 등온선 모델에 의해 계산된
Cu2+, Cd2+, 및 Zn2+ 이온에 대한 마이크로캡슐의 최대 흡착 용량은 각각 476.71
mg/g, 205.01 mg/g 및 262.6 mg/g에 도달하였다. 중금속 이온의 흡착이 완료된
후에, 마이크로캡슐은 외부 자기장에 의해 수용액으로부터 쉽게 분리될 수 있으며,
높은 흡착-탈착 순환 효율은 5회 동안 거의 유지되었다.
두 번째로, 우리는 폴리바이닐알코올 (PVA)와 GA의 아세탈화를 통해 마이크로겔
캡슐을 제조하고, 여기에 PEI를 기능화하였다. 마이크로겔 캡슐을 합성하기 위해
이중 액적의 중간 수상은 수소 이온에 노출되었으며, 결과적으로 액체에서 겔로 변
화했다. 가교 반응 후에는 GA 분자의 알데히드 그룹이 일부 남게 되었고, 따라서
PEI 분자는 카보닐 그룹과의 Schiff 염기 반응이 가능하여 이를 통해 마이크로겔
캡슐의 표면에 고정되었다. 제조된 마이크로겔 캡슐의 흡착 거동은 Sips 등온선 모
델 및 pseudo-second-order 모델과 잘 맞았으며, Cu2+, Cd2+, 및 Zn2+ 이온에 대
해 각각 781.98 mg/g, 334.62 mg/g, 및 371.15 mg/g 의 우수한 최대 흡착 용량
을 보였다. 또한 중금속 이온의 흡착 이후 부력 차이와 외부 자력을 가하여 현탁액
으로부터 마이크로겔 캡슐을 쉽게 회수할 수 있었다.
목차
ABSTRACT iiLIST OF FIGURES ivChapter ⅠⅠ-1. INTRODUCTION 1Ⅰ-2. EXPERIMENTAL DETAILS 42.1 Materials 42.2 Preparation of microfluidic device and PEI-functionalized microcapsules 42.3 Adsorption and desorption experiments 52.4 Characterization 6Ⅰ-3. RESULTS AND DISCUSSION 73.1 Preparation and Functionalization of Microcapsules 73.2 Adsorption Capacity 143.3 Adsorption Behaviors 173.4 Reusability Tests 23Ⅰ-4. CONCLUSIONS 26Ⅰ-5. REFERENCES 27Chapter ⅡⅡ-1. INTRODUCTION 32Ⅱ-2. EXPERIMENTAL DETAILS 342.1 Materials 342.2 Microfluidic fabrication and PEI-functionalization of microgel capsules 342.3 Batch experiments 352.4 Characterization 36Ⅱ-3. RESULTS AND DISCUSSION 373.1 Fabrication and Functionalization of Microgel Capsules 373.2 Effects of Adsorption Parameters and Adsorption Behaviors 433.3 Recovery of Microgel Capsules from Suspension 51Ⅱ-4. CONCLUSIONS 53Ⅱ-5. REFERENCES 54LIST OF PUBLICATIONS 58국문초록 59
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