KR101408025B1 - A composition of organic sericite carbon electrode - Google Patents
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Abstract
본 발명은 유기 견운모 탄소 전극 조성물에 관한 것으로, 전기 센서 시스템의 탄소 반죽 전극(carbon paste electrode)에 있어서, 탄소 반죽에 헥사데실트리메틸암모늄(hexadecyltrimetylammonium)과 견운모를 결합시킨 유기 견운모가 포함되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 유기 견운모 탄소 전극 조성물을 제공한다.The present invention relates to an organic sericite carbon electrode composition, characterized in that the carbon paste electrode of the electric sensor system comprises an organic sericite combined with hexadecyltrimetylammonium and sericite in the carbon paste By weight, based on the total weight of the composition.
Description
본 발명은 유기 견운모 탄소 전극 조성물에 관한 것이고, 보다 상세하게는 전기 센서 시스템의 탄소 반죽에 헥사데실트리메틸암모늄과 견운모를 결합시킨 유기 견운모가 포함된 유기 견운모 탄소 전극 조성물에 관한 것이다. The present invention relates to an organic sericite carbon electrode composition, and more particularly to an organic sericite carbon electrode composition comprising an organic sericite comprising a carbon dough of an electrical sensor system coupled with hexadecyltrimethylammonium and sericite.
산업현장에서 방류되는 폐수 중에는 환경 및 생체에 유해한 금속 이온들을 포함하고 있는 경우가 많다. 중금속 이온은 다른 화학 종과는 달리 생체 내에 지속적으로 축적되며, 단백질 분자와 강하게 결합하는 성질이 있어서 생물체 내 질병을 유발시키는 것으로 알려져 있다. Wastewater discharged from industrial sites often contains metal ions that are harmful to the environment and living organisms. Unlike other chemical species, heavy metal ions accumulate in the body continuously and have strong binding properties with protein molecules, which are known to cause diseases in living organisms.
이중 비소(AS)에 의한 수질 오염이 크게 우려되고 있다. 자연적인 수리지구과학적 활동과 비소함유 농약, 화학 작용제, 비료, 정유제품, 그리고 토양 매립폐기물 등과 같은 다양한 산업활동에 의해 고농도의 비소가 지하수 및 하천 등에 오염될 수 있음이 보고된 바 있다(Tiwari, D., et al.,Inorfanic and bio-materials in the removal/speciation of radiocesium and radiostrontium: an overview, Environmental Engineering Research, Vol.11,2006).There is a great concern about water contamination by double arsenic (AS). Natural remediation It has been reported that high concentrations of arsenic can be contaminated by groundwater and rivers by a variety of industrial activities such as earth science activities and arsenic-containing pesticides, chemical agents, fertilizers, refinery products, and landfill wastes (Tiwari, D., et al., Inorfanic and bio-materials in the removal / speciation of radiocesium and radiostrontium: an overview, Environmental Engineering Research, Vol.11,2006).
자연적 및 인간의 인위적인 공업활동에 의해서 자연환경에 노출되는 As(III)가 음용수 공급원으로 널리 이용되는 지표수 및 지하수를 오염시킬 경우 치명적인 독성으로 인하여 인체에 대한 만성 및 급성 독성을 유발시킬 수 있다(Markarian, J., Automotive and packaging offer growth opportunities for nanocomposities, Plast Addit Compound, 2005).As (III) exposed to the natural environment by natural and human artificial industrial activities can cause chronic and acute toxicity to the human body due to fatal toxicity when the ground water and ground water are widely used as drinking water source , J., Automotive and packaging offer growth opportunities for nanocomposities, Plast Addit Compound, 2005).
일반적으로 정수장에서 생산한 수돗물이 수용가까지 안전하게 공급하기 위해서는 관내 및 배수지 등의 공급과정에서 철저한 수질관리가 필요하다. 하지만, 국내 배수지의 수질관리 및 모니터링이 전혀 이루어지지 않고 있는 실정이다. 최근 정부는 먹는 물에 대한 수질관리기준을 강화하고 있으나, 먹는 물에 대한 수질측정 기반기술은 미국, 일본, 독일 등에 비하여 매우 빈약하다. 특히 수질 검사 및 분석기기의 핵심은 센서이나 이들 센서에 대한 기술이 매우 부족하다.Generally, in order to safely supply tap water produced by a water purification plant to the customer, it is necessary to thoroughly manage the water quality in the supply process of the pipe and the reservoir. However, water quality management and monitoring of domestic reservoirs are not performed at all. Recently, the government has strengthened water quality standards for drinking water, but the technology for measuring water quality in drinking water is very poor compared to the US, Japan, and Germany. Especially, the core of water quality inspection and analysis equipment is lack of technology for sensor and these sensors.
이에, 금속-이온 센서들의 설계는 현장에서 실시간으로 유용하고 유해한 금속 이온들을 모두 검출할 수 있게 해주기 때문에 오랫동안 집중적인 연구의 대상이 되어 왔다. 이러한 센서는 일반 가정, 환경 모니터링, 발달 생물학 그리고 임상 독물학과 같은 분야에 응용될 수 있다. 최근에는 환경 분야, 방사능 폐기물 관리 연구, 재료분야 등 다양한 센서 분야에서 점토 광물의 활용성은 매우 잘 알려져 있다.Thus, the design of metal-ion sensors has long been the subject of intensive research because it allows detection of all the harmful metal ions that are useful in real time in the field. Such sensors can be applied in fields such as home, environmental monitoring, developmental biology, and clinical toxicology. Recently, the utilization of clay minerals in various sensor fields such as environment field, radioactive waste management research, material field is very well known.
견운모(sericite)는 규산염 광물로 이루어진 층상 구조물로 나노 크기의 층상구조 형태로 층간 거리는 약 10Å로 알려져 있으며, 알칼리 플럭스 및 화장품 분야에 널리 적용되어 왔을 뿐 아니라 최근 독성 중금속 이온의 제거에 대한 적용 연구가 활발하게 진행되고 있다. 하지만, 견운모는 비교적 낮은 양이온 교환능 때문에 환경 분야에서는 사용이 제한적이었다. Sericite is a stratified structure composed of silicate minerals. It is known as a nano-sized layered structure with an interlayer distance of about 10 Å. It has been widely applied in the field of alkaline fluxes and cosmetics as well as recent studies on the removal of toxic heavy metal ions It is actively proceeding. However, sericite has limited use in the environmental field because of its relatively low cation exchange capacity.
한편, 점토 광물에 유기물 분자의 접목(inoculation)은 점토의 비표면적을 증가시킬 뿐만 아니라 삽입된 유기물 작용기는 오염물질의 흡착에 적절하고 선택적인 특성을 제공한다. 또한 매우 낮은 농도의 오염물질을 검출하기 위한 센서의 제작에도 매우 유용한 것으로 알려져 있다. On the other hand, the inoculation of organic molecules to clay minerals not only increases the specific surface area of clay, but also the inserted organic functional groups are suitable for the adsorption of contaminants and provide selective properties. It is also known to be very useful in the manufacture of sensors for detecting very low concentrations of pollutants.
이에, 본 발명자는 현재까지 환경분야에 사용된 바 없는 견운모의 표면 구조를 개질하여 환경 분야에 적용하고자 하였다. Accordingly, the present inventor has attempted to modify the surface structure of the sericite, which has not been used in the environmental field up to now, to apply it to the environmental field.
따라서, 본 발명은 견운모를 수중 시스템에서 오염물질의 계측과 원격 감지를 위한 전극 센서에 사용할 수 있도록, 유기물과 결합하여 표면 구조가 개량된 견운모를 개발하여 센서에 적용함으로써, 궁극적으로 오염물질에 더욱 효율적이면서 선택적인 센서를 개발할 수 있도록 하였다. Accordingly, the present invention develops a sericite having improved surface structure by combining it with an organic material so that the sericite can be used in an electrode sensor for measurement and remote sensing of pollutants in an underwater system, and ultimately, So that efficient and selective sensors can be developed.
상술한 문제를 해결하기 위하여, 본 발명자는 견운모의 표면 구조를 변화시켜 중금속을 제거할 수 있도록, 견운모의 유효 표면적과 광물질 층 내부 공간을 증가시킬 수 있는 최적의 유기물을 선정하고 상기 선정된 유기물과 견운모를 결합시킨 유기 견운모(organo-sericite)를 개발한 다음, 이를 수처리 시스템에서 오염물을 선택적이면서 효율적으로 감지할 수 있는 탄소반죽전극에 적용하고자 하였다.In order to solve the above-mentioned problems, the inventors of the present invention selected an optimum organic material capable of increasing the effective surface area of the sericite and the inner space of the mineral layer so as to remove heavy metals by changing the surface structure of the sericite, Organo-sericite combined with sericite was developed and applied to a carbon paste electrode capable of selectively and efficiently detecting contaminants in a water treatment system.
따라서, 본 발명의 목적은 전극 센서의 탄소 반죽 전극에 있어서, 탄소 반죽에 유기 견운모가 포함된 유기 견운모 탄소 전극 조성물을 제공하는 것이다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide an organic sericite carbon electrode composition in which a carbon dough of an electrode sensor contains an organic sericite.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 전기 센서 시스템의 탄소 반죽 전극(carbon paste electrode)에 있어서, 탄소 반죽에 헥사데실트리메틸암모늄(hexadecyltrimetylammonium)과 견운모를 결합시킨 유기 견운모가 포함되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 유기 견운모 탄소 전극 조성물을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a carbon paste electrode of an electric sensor system, which comprises an organic sericite formed by combining hexadecyltrimetylammonium and sericite in a carbon paste By weight, based on the total weight of the composition.
이하, 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.
이때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가진다.Here, unless otherwise defined in the technical terms and the scientific terms used, those having ordinary skill in the art to which the present invention belongs have the same meaning as commonly understood by those skilled in the art.
또한, 종래와 동일한 기술적 구성 및 작용에 대한 반복되는 설명은 생략하기로 한다.Repeated descriptions of the same technical constitution and operation as those of the conventional art will be omitted.
본 발명은 유효 표면적과 광물질 층 내부 공간이 개량된 유기 견운모 물질을 개발하고, 이를 수처리 시스템에서 오염물을 탐색하는 전기 센서의 탄소 반죽 전극 (carbon paste electrode, CPE)에 적용하여 오염물질인 비소 등에 대해서 더욱 유용하고 선택적이면서 보다 효율적인 유기 탄소 고체전극을 제공한 것이다.The present invention relates to an organic persimmon material having improved effective surface area and internal space of a mineral layer and is applied to a carbon paste electrode (CPE) of an electric sensor for detecting contaminants in a water treatment system, And provides a more useful, selective, and more efficient organic carbon solid electrode.
본 발명에 따른 유기 탄소 고체 전극은 오염물질의 저농도 정량 및 검출을 가능할 수 있도록 한 것이다.The organic carbon solid electrode according to the present invention enables low concentration determination and detection of contaminants.
본 발명에서 유기 견운모는 탄소 반죽 전극(carbon paste electrode, CPE)을 개량하기 위해, 헥사데실트리메틸암모늄(hexadecyltrimetylammonium)의 유기물 분자를 견운모와 결합(inoculation)시킨 것으로, 표면 구조가 변화되어 중금속을 제거할 수 있는 유효 표면적과 견운모 층 내부 공간을 증가시켜서 중금속 제거에 더욱 효과적인 상태로 되게 한 것이다.In order to improve the carbon paste electrode (CPE), the organic sericite of the present invention is formed by bonding organic molecules of hexadecyltrimetylammonium with sericite and inoculating the carbonaceous electrode. The surface structure is changed to remove heavy metals Which increases the effective surface area and the inner space of the sericite layer so that it becomes more effective in heavy metal removal.
본 발명에서 As(Ⅲ)는 3가의 아비소산(H3AsO3, arsenite)을 말하는 것이고, AS(0)는 0가의 비소를 말하는 것이다. 통상적으로 자연계에서는 3가와 5가의 비소가 대부분 존재하는 것으로 알려져 있다.In the present invention, As (III) means trivalent dibosanoic acid (H 3 AsO 3 , arsenite), and AS (0) means zero valent arsenic. Generally, it is known that most of the arsenic of trivalent and pentavalent are present in nature.
본 발명에서 헥사데실트리메틸암모늄-견운모는 헥사데실트리메틸암모늄 브롬화물(hexadecyltrimetylammonium bromide) 수용액에 견운모를 반응시켜서 건조한 것을 사용하는 것이 바람직하다. 보다 구체적으로는 중량기준으로 견운모 100 중량부를 CEC(양이온 치환능)이 100%인 헥사데실트리메틸암모늄 브롬화물 30 내지 35 중량부를 포함하는 수용액에 첨가하여 반응시키는 것이 바람직하다. 이는 견운모 100 중량부 기준으로 헥사데실트리메틸암모늄 브롬화물 30 중량부 미만을 사용하면 견운모의 표면적과 견운모 층 내부 공간 증가 효과가 저감되고 35 중량부를 초과하면 견운모와 미반응 유기물이 증가되어 센서가 불안정해지는 문제가 있기 때문에, 상술한 사용범위 내에서 사용하는 것이 바람직하다.In the present invention, the hexadecyltrimethylammonium-sericite is preferably prepared by reacting a solution of hexadecyltrimetylammonium bromide in an aqueous solution of sericite. More specifically, 100 parts by weight of sericite is preferably added to an aqueous solution containing 30 to 35 parts by weight of hexadecyltrimethylammonium bromide having 100% of CEC (cationic substitution ability) on a weight basis. The use of less than 30 parts by weight of hexadecyltrimethylammonium bromide on the basis of 100 parts by weight of sericite reduces the effect of increasing the surface area of the sericite and the inner space of the sericite layer. When the amount exceeds 35 parts by weight, sericite and unreacted organics are increased, It is preferable to use it within the use range described above.
이하, 본 발명에 따른 유기 견운모의 바람직한 제조방법은 다음과 같다. Hereinafter, the preferred method for producing the organotin compounds according to the present invention is as follows.
헥사데실트리메틸암모늄 브롬화물 30 내지 35 중량부를 증류수에 충분하게 용해시킨 후, 상기 수용액에 견운모 100 중량부를 넣고 12 시간 동안 실온에서 교반한다. 그런 다음, 증류수로 충분히 세척한 후 105℃ 오븐에서 파우더 형태로 건조하여, 유기 견운모를 수득한다. 이는 12 시간 이상 실온에서 교반할 경우 12시간 교반한 경우와 큰 차이가 없으며 105℃ 미만으로 건조할 경우 건조 시간이 증가되고 105 이상으로 건조할 경우 유기 견운모에 변성이 생길 수도 있으므로 상기 온도 설정 범위에서 건조하는 것이 바람직하다. 30 to 35 parts by weight of hexadecyltrimethylammonium bromide is sufficiently dissolved in distilled water, 100 parts by weight of sericite is added to the aqueous solution, and the mixture is stirred at room temperature for 12 hours. Then, it is thoroughly washed with distilled water and then dried in a powder form in an oven at 105 ° C to obtain an organic sericite. If stirring at room temperature for 12 hours or more, there is no significant difference from that of stirring for 12 hours. If drying at 105 ° C or less, drying time is increased. If drying at 105 or more, it may cause denaturation in organic montmorillonite. Drying is preferred.
하지만, 본 발명이 상술한 바람직한 유기 견운모의 제조방법에 국한되는 것은 아니며, 본 발명의 목적에 부합하는 것이라면 제조방법을 일부 변형하여 제조할 수 있다.However, the present invention is not limited to the above-described preferred method for producing the organosotics, and may be produced by partially modifying the method according to the purpose of the present invention.
본 발명에 따른 유기 탄소 전극 조성물은 카본 파우더와 헥사데실트리메틸암모늄과 견운모를 결합시킨 유기 견운모 외에 상기 카본 파우더와 유기 견운모를 균일하게 혼합하여 탄소 반죽(paste) 형태가 되도록 파라핀 오일을 첨가하는 것이 바람직한데, 구체적으로 카본 파우더 60~70 중량%, 유기 견운모 5~15 중량% 및 파라핀 오일은 20~30 중량%로 혼합되어 이루어지는 것이 바람직하다.The organic carbon electrode composition according to the present invention is preferably prepared by adding paraffin oil so as to be in the form of carbon paste by uniformly mixing the carbon powder and the organic sericite in addition to the organic sericite combined with carbon powder, hexadecyltrimethylammonium and sericite Specifically, it is preferable that 60 to 70% by weight of carbon powder, 5 to 15% by weight of organic sericite, and 20 to 30% by weight of paraffin oil are mixed.
이는 유기 탄소 전극 조성물 기준에서 카본 파우더의 경우에는 60 중량% 미만을 사용하면 베이스가 되는 탄소가 부족하여 전극 센서가 불안정하고, 70 중량%를 초과하여 사용하면 유기 견운모와 파라핀 오일 사용량을 충분하게 사용하지 못해 센서 효능을 저하되는 문제점이 있고, 유기 견운모의 경우에는 5 중량% 미만을 사용하면 유기 견운모를 사용한 전극에 대한 정확하고 원하는 데이터를 얻기 힘들고, 15%를 초과하여 사용하면 베이스가 되는 탄소파우더에 비해 유기 견운모가 많아지므로 센서가 불안정한 문제점이 있기 때문에, 상술한 사용범위 내에서 사용하는 것이 바람직하다. In the case of carbon powder based on the organic carbon electrode composition, when less than 60% by weight is used, the electrode sensor is unstable due to a lack of carbon serving as a base, and when it is used in excess of 70% by weight, the use of organic sericite and paraffin oil usage In the case of organic sericite, if less than 5% by weight is used, it is difficult to obtain accurate and desired data for an electrode using organic peridotite. If it is used in excess of 15%, the carbon powder , There is a problem that the sensor is unstable. Therefore, it is preferable to use the sensor within the above-described range of use.
또한, 유기 탄소 전극 조성물에서 파라핀 오일은 20 중량% 미만을 사용하면 카본 파우더와 유기 견운모의 탄소 반죽이 제대로 되지 않고 가루가 남게 되어 전극 제조 불가하고, 30%를 초과할 경우 반죽이 묽고 제조된 전극에 티타늄 와이어를 꽂으면 전극이 흘러내려 티타늄 와이어와 분리되는 문제점이 있기 때문에, 상술한사용범위 내에서 사용하는 것이 바람직하다.If the paraffin oil is used in an amount of less than 20% by weight in the organic carbon electrode composition, the carbon paste of the carbon powder and the organic sericite may not be properly formed and the powder may remain, There is a problem that the electrode flows down and separates from the titanium wire. Therefore, it is preferable to use it within the above-mentioned use range.
이상과 같이, 본 발명은 유효 표면적과 광물질 층 내부 공간이 개량된 유기 견운모 물질을 개발하고, 이를 수처리 시스템에서 오염물을 탐색하는 전기 센서의 탄소 반죽 전극 (carbon paste electrode, CPE)에 적용하여 오염물질인 비소 등에 대해서 더욱 유용하고 선택적이면서 보다 효율적인 유기 탄소 고체전극을 제공함으로써, 수처리 시스템에서 오염물질의 저농도 정량 및 검출을 가능할 수 있도록 한 것이다.As described above, the present invention has developed an organophotore material having improved surface area and internal space of a mineral layer, and applied it to a carbon paste electrode (CPE) of an electric sensor for searching for contaminants in a water treatment system, To provide a more useful, selective, and more efficient organic carbon solid electrode for arsenic, such as arsenic, to enable low-concentration quantification and detection of contaminants in a water treatment system.
도 1은 전기화학분석기기 측정에 있어서 전극에 대한 센서 시스템을 나타낸 모식도이다.
도 2는 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예의 유기 탄소 반죽 전극(MCPE)과 일반 견운모로 제조한 탄소반죽전극(CPE)의 전기화학적 효능을 비교해서 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예의 유기 탄소 반죽 전극(MCPE)을 As(Ⅲ) 100 ppm, pH 2.5, 1 M NaCl 용액의 전해액 조건에서 스캔률은 100 mV/s~ 200mV/s별로 조절하여 측정한 결과를 비교해서 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예의 유기 탄소 반죽 전극(MCPE)을 1M NaCl(a)과 1M NaHCO3(b)의 전해액에서 As(Ⅲ) 100 ppm, pH 2.5, 스캔률 150 mV/s의 조건에서 측정한 결과를 비교해서 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예의 유기 탄소 반죽 전극(MCPE)을 다양한 pH의 1M NaCl 전해액에서 As(Ⅲ) 100 ppm, 스캔률 150 mV/s의 조건에서 양극 전류(a)와 음극 전류(b)를 측정하여 나타낸 것이다.1 is a schematic diagram showing a sensor system for an electrode in an electrochemical analyzer measurement.
FIG. 2 is a graph comparing the electrochemical efficacy of an organic carbon paste electrode (MCPE) according to a preferred embodiment of the present invention and a carbon paste electrode (CPE) made of general sericite.
FIG. 3 is a graph showing the results of measurement of an organic carbon paste electrode (MCPE) according to a preferred embodiment of the present invention at a scan rate of 100 mV / s to 200 mV / s under an electrolyte condition of 100 ppm of As (III), pH 2.5, And comparing the measured results with each other.
FIG. 4 is a graph showing the results of measurement of an organic carbon paste electrode (MCPE) according to a preferred embodiment of the present invention in an electrolyte solution of 1 M NaCl (a) and 1 M NaHCO 3 (b) pH 2.5, and a scan rate of 150 mV / s.
FIG. 5 is a graph showing the relationship between anodic current (a) and cathode current (a) in a 1 M NaCl electrolytic solution at various pHs with 100 ppm of As (III) and a scan rate of 150 mV / (b).
이하, 본 발명을 하기의 실시예로써 더욱 상세히 설명하고자 한다. 하지만 이는 본 발명의 보다 쉬운 이해를 돕기 위한 것이지, 이들을 통하여 본 발명을 한정하고자 하는 것임은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the following examples. It is to be understood, however, that the same is by way of illustration and example only and is not to be taken by way of limitation.
[[ 실시예Example ]]
1. 실험재료1. Experimental material
본 연구에서 사용된 견운모는 (주)삼경광업에서 제공하였다. 제조에 사용된 유기물은 HDTMA(hexadecyltrimetylammonium bromide, JUNSEI)사용하였다.
The sericite used in this study was provided by Samyoung Mining Co., Ltd. The organic material used in the preparation was HDTMA (hexadecyltrimetylammonium bromide, JUNSEI).
2. 유기 2. Organic 견운모Sericite 제조 Produce
하기 표 1의 배합 비율로 HDTMA을 1L 증류수에 완전하게 녹인 후, 상기 HDTMA 수용액에 견운모를 용액에 넣고 12시간 동안 실온에서 교반하였다. HDTMA was completely dissolved in 1 L distilled water at the compounding ratio shown in Table 1, and then sericite was added to the HDTMA aqueous solution and stirred at room temperature for 12 hours.
그런 다음, 증류수로 충분히 세척한 후 105℃의 오븐에서 4 시간 동안 건조하여, 본 발명의 유기 견운모를 수득하였다. 이때, 수득된 유기 견운모는 유리병에 보관하였다.Then, it was thoroughly washed with distilled water and then dried in an oven at 105 DEG C for 4 hours to obtain an organic sericite of the present invention. At this time, the obtained organic sericite was stored in a glass bottle.
3. 탄소 전극 제조3. Manufacture of carbon electrodes
하기 표 2의 배합 비율로 카본 파우더(입자 크기 < 325 mesh)에 상기 실시예 2에서 수득한 유기 견운모를 섞은 후 파라핀 오일(Nujol, Plough Inc)과 혼합하여 탄소 반죽을 제조하였다. 그런 다음, 상기 탄소 반죽은 테플론 튜브(Teflon Tube, 6mm 내부 직경)에 혼합 재료를 빈틈없이 채워 유기 탄소 전극(modified carbon paste electrode, MCPE)을 제조하였다. 그리고, 전기 전도성이 좋은 티타늄 와이어를 탄소 전극 중간까지 꽂아 실험에 사용하였다. 이때, 비교 전극으로는 실시예 5와 동일한 방법으로 유기 견운모를 견운모로 대체하여 탄소전극(CPE)을 제조하였다.Carbon powder (particle size < 325 mesh) was mixed with paraffin oil (Nujol, Plow Inc) obtained in Example 2 at a compounding ratio shown in Table 2 below to prepare carbon dough. Then, the carbon paste was filled with a mixture of Teflon Tube (inner diameter: 6 mm) and a modified carbon paste electrode (MCPE). Then, a titanium wire having good electrical conductivity was inserted into the middle of the carbon electrode and used in the experiment. At this time, a carbon electrode (CPE) was prepared by replacing the organic sericite with the sericite in the same manner as in Example 5 for the comparative electrode.
[[ 실험예Experimental Example ]]
1. 전기화학적 측정 조건1. Electrochemical measurement conditions
전기 화학적 측정을 위해 가미(Gamry)사의 전기화학분석기기 (Potentiostat/Galvanostat/ZRA Reference 600TM instrument, 미국)를 사용하였다. 기기 신호 데이터를 받을 컴퓨터와 연결하고 이켐(EChem) 소프트웨어를 사용하여 데이터를 분석하였다. 이때, 도 1에 도시한 바와 같이 백금(Pt) 전극을 보조/대 전극(auxiliary/counter electrode)으로 사용하고, 견운모를 넣은 탄소 전극(CPE)와 유기 견운모를 넣은 탄소전극(MCOE)는 각각 작업 전극(working electrode)으로 사용하고, 은-염화은(Ag/AgCl) 전극은 기준 전극(reference electrode)으로 사용하였고, 스캔 한계(Scan limit)는 -1.0V ~ 1.0V로 하고, 스캔률(scan rate, mV/s)을 조정하였다. An electrochemical analyzer (Potentiostat / Galvanostat / ZRA Reference 600TM instrument, USA) of Gamry was used for the electrochemical measurement. The instrument was connected to a computer to receive the signal data and data was analyzed using EChem software. As shown in FIG. 1, a platinum (Pt) electrode is used as an auxiliary / counter electrode, and a carbon electrode (CPE) containing a sericite and a carbon electrode (MCOE) containing an organic sericite (Ag / AgCl) electrode was used as a reference electrode. The scan limit was -1.0V to 1.0V, and the scan rate , mV / s) were adjusted.
2. 2. MCPEMCPE 와 Wow CPECPE 의 전기화학 측정 효능Of electrochemical measurement
본 실험은 상기 실시예 5의 MCPE와 비교 전극인 CPE의 전기화학 측정 효능을 비교하기 위해 수행한 것으로, 실험용액은 As(Ⅲ) 100 ppm으로 하고 pH는 2.5로 조절하였다. 스캔률(Scan rate)은 150 mV/s으로 조정하여 분석하였다. This experiment was carried out to compare the electrochemical measurement effect of the MCPE of Example 5 and CPE, which is a comparative electrode. The experimental solution was adjusted to 100 ppm of As (Ⅲ) and pH of 2.5. The scan rate was adjusted to 150 mV / s.
이의 결과, 도 2에 도시한 바와 같이 CPE는 반응이 거의 일어나지 않는 반면, MCPE는 As(Ⅲ)에 대한 흡수 및 산화환원반응이 활발하게 일어나는 것을 볼 수 있었다. 이에 본 발명에 따른 MCPE는 비소측정을 위한 적용성이 CPE보다 매우 뛰어난 것을 확인할 수 있었다.As a result, as shown in FIG. 2, almost no reaction occurred in the CPE, whereas MCPE showed active absorption and redox reaction to As (III). Therefore, it was confirmed that the MCPE according to the present invention is superior in applicability for arsenic measurement to CPE.
3. 3. 스캔률의Scan rate 효과( effect( EffectEffect ofof ScanScan RateRate ))
As(Ⅲ) 100 ppm, pH 2.5, 1 M NaCl 용액의 전해액에 스캔률은 100 mV/s~ 200mV/s로 조절하여 분석하였다.As (Ⅲ) 100 ppm, pH 2.5, 1 M NaCl solutions were analyzed by controlling the scan rate from 100 mV / s to 200 mV / s.
스캔률별 비교 실험 결과, 도 3에 도시한 바와 같이 관찰된 거의 대부분의 스캔률은 음극과 양극에서 선형관계로 관찰되었다. As a result of comparing the scan rates, almost all the scan rates observed as shown in FIG. 3 were observed in a linear relationship in the cathode and the anode.
As(Ⅲ) 순환전류전압테스트는 약 0.69V 포텐셜(potential)에서 특징적인 피크를 나타내었다. 이때, 나타난 산화와 환원반응식은 아래 반응식 1과 같다. The As (III) cyclic voltammetry test showed characteristic peaks at about 0.69V potential. At this time, the oxidation and reduction reactions shown in the following
[반응식 1][Reaction Scheme 1]
H3AsO3 + H2O H3AsO4 + 2H+ + 2eH 3 AsO 3 + H 2 OH 3 AsO 4 + 2H + + 2e
4. 전해액 효과(4. Electrolyte Effect EffectEffect ofof BackgroundBackground ElectrolytesElectrolytes ))
1M NaCl과 1M NaHCO3의 전해액에서 As(Ⅲ) 100 ppm, pH 2.5, 스캔률 150 mV/s의 조건에서 전기화학적 측정을 진행하였다.In the electrolytic solution of 1 M NaCl and 1 M NaHCO 3 , As (Ⅲ) 100 ppm, The electrochemical measurements were carried out at pH 2.5 and scan rate of 150 mV / s.
이의 결과, 도 4에 도시한 바와 같이 NaCl(a)보다 NaHCO3(b)가 산화환원반응이 활발하게 일어나며 전류값도 더 큰 것을 확인할 수 있었다.As a result, as shown in FIG. 4, it was confirmed that the redox reaction of NaHCO 3 (b) was more active than NaCl (a) and the current value was larger.
5. 5. pHpH 효과( effect( EffectEffect ofof SolutionSolution pHpH ))
본 실험은 pH 실험은 다양한 pH 조건에서 양극 전류(anodic current)와 음극 전류(cathodic current)를 확인하기 위한 것으로, 1M NaCl 전해액에 pH를 2.5, 4, 6, 8로 조절하고 As(Ⅲ) 100 ppm, 스캔률 150 mV/s의 조건에서 전기화학적 측정을 진행하였다.This experiment was conducted to confirm the anodic current and the cathodic current under various pH conditions. The pH was adjusted to 2.5, 4, 6, 8 in 1M NaCl electrolyte and As (Ⅲ) 100 ppm and a scan rate of 150 mV / s.
이의 결과, 도 5에 도시한 바와 같이 pH 2.5에서 높은 양극 전류를 나타내었다. 이는 As(Ⅲ)가 As(0)로, As(0)가 As(Ⅲ)로의 산화환원작용 향상은 MCPE와 As(Ⅲ)의 강력한 바인딩에 의한 결과라고 볼 수 있다. 이때, 도 5(a)는 양극 전류, 도 5(b)는 음극 전류를 측정한 결과이다.As a result, a high anodic current was exhibited at pH 2.5 as shown in Fig. This is probably due to the strong binding of As (Ⅲ) to As (0) and As (Ⅲ) to As (Ⅲ). 5 (a) shows the result of measuring the anode current, and FIG. 5 (b) shows the result of measuring the cathode current.
또한, 아래 반응식 2의 반응으로 낮은 pH에서 높은 전류가 관찰되었다. Also, a high current was observed at a low pH due to the reaction shown in the following reaction formula (2).
[반응식 2][Reaction Scheme 2]
H3AsO3 + H2O H3AsO4 + 2 H+ + 2eH 3 AsO 3 + H 2 OH 3 AsO 4 + 2 H + + 2e
그러나 높은 pH에서 As(Ⅲ)의 산화와 전류의 흐름에 방해가 되어 비교적 낮은 전류 값을 나타내었다. However, at high pH, As (Ⅲ) oxidation and current flow were interfered and showed relatively low current values.
1 대조 전극, 2 작업 전극, 3 보조/대 전극1 control electrode, 2 working electrode, 3 auxiliary electrode
Claims (4)
탄소 반죽에 헥사데실트리메틸암모늄(hexadecyltrimetylammonium)과 견운모를 결합시킨 유기 견운모가 포함되어 이루어지며;
탄소 반죽은 카본 파우더 60~70 중량%, 유기 견운모 5~15 중량% 및 파라핀 오일은 20~30 중량%로 혼합되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 유기 견운모 탄소 전극 조성물.In a carbon paste electrode of an electrical sensor system,
The carbon dough is composed of an organic sericite combined with hexadecyltrimetylammonium and sericite;
Wherein the carbon paste comprises 60 to 70% by weight of carbon powder, 5 to 15% by weight of organic sericite, and 20 to 30% by weight of paraffin oil.
상기 유기 견운모는 헥사데실트리메틸암모늄 브롬화물(hexadecyltrimetyl- ammonium bromide) 수용액에 견운모를 반응시켜서 건조한 유기 견운모인 것을 특징으로 하는 유기 견운모 탄소 전극 조성물. The method according to claim 1,
Wherein the organic sericite is an organosolute carbon black prepared by reacting sericite with an aqueous solution of hexadecyltrimethylammonium bromide.
상기 유기 견운모는 중량기준으로 견운모 100 중량부에 헥사데실트리메틸암모늄 브롬화물 30 내지 35 중량부를 반응시키는 것을 특징으로 하는 유기 견운모 탄소 전극 조성물.The method of claim 3,
Wherein said organic sericite comprises 30 to 35 parts by weight of hexadecyltrimethylammonium bromide per 100 parts by weight of sericite.
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