KR101781679B1 - Material for water treatment, and method of fabricating the same - Google Patents

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KR101781679B1 KR1020140163633A KR20140163633A KR101781679B1 KR 101781679 B1 KR101781679 B1 KR 101781679B1 KR 1020140163633 A KR1020140163633 A KR 1020140163633A KR 20140163633 A KR20140163633 A KR 20140163633A KR 101781679 B1 KR101781679 B1 KR 101781679B1
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Abstract

수 처리 물질이 제공된다. 상기 수 처리 물질은, 그래핀 산화물들, 및 상기 그래핀 산화물들의 표면에 연결된 합성 펩타이드들을 포함하되, 서로 인접한 상기 합성 펩타이드들 사이에 처리수가 여과되는 채널이 제공되는 것을 포함한다. A water treatment material is provided. The water treatment material comprises graphene oxides and synthetic peptides linked to the surface of the graphene oxides, wherein a channel is provided between the synthetic peptides that are adjacent to each other to filter the process water.

Description

수 처리 물질 및 그 제조 방법{Material for water treatment, and method of fabricating the same}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a water treatment material,

본 발명은 수 처리 물질 및 그 제조 방법에 관련된 것으로, 보다 상세하게는, 그래핀 산화물의 표면에 형성된 합성 펩타이드들을 포함하는 수 처리 물질 및 그 제조 방법에 관련된 것이다.The present invention relates to a water treatment material and a method for producing the same, and more particularly, to a water treatment material comprising synthetic peptides formed on the surface of graphene oxide and a manufacturing method thereof.

최근 전세계적으로 물 부족 문제에 대한 관심이 높아지고 있다. 각종 언론의 보도에 따르면, 현재 전세계 인구의 약 40%가 식수난을 겪고 있으며, 2025년 세계 인구 30억 명, 전체 국가의 20%가 심각한 물 부족을 겪을 것으로 전망된다. There has been a growing interest in water shortages worldwide in recent years. According to various media reports, about 40% of the world's population is suffering from food poisoning, and 3 billion people in 2025 and 20% of the total population are expected to suffer serious water shortages.

잘 알려져 있는 바와 같이 지구상 물의 약 97%가 해수에 해당하고 나머지 육지 상의 물 중세서도 별도의 처리 없이 직접적으로 인간이 사용할 수 있는 물의 양은 많지 않다. 또한 기상 이변, 사막화, 수자원 오염 등으로 인하여 물 부족 문제는 더욱 심각해질 것으로 예상된다. 이러한 물 부족 현상을 해결하기 위하여 다양한 방식의 수 처리 시스템이 고려되고 있다. As it is well known, about 97% of the earth's water is equivalent to sea water, and the rest of the land water medievalism does not have much water that can be directly used by humans without any special treatment. In addition, the water shortage problem is expected to become more serious due to the weather, desertification, and water pollution. Various water treatment systems have been considered to solve this water shortage problem.

예를 들어, 열 증류 방식, 막 분리 방식, 또는 전기 투석법 등을 적용한 해수 담수화 시스템에 대한 연구 개발이 진행되고 있으며, 주거 및 공업 단지에서 배출되는 도시 하수 및 공업 폐수와 같은 다양한 오염수를 처리하는 수 처리 물질 및 방법에 대한 많은 연구개발이 필요한 실정이다. For example, research and development on seawater desalination systems using thermal distillation method, membrane separation method, or electrodialysis method is under way, and a variety of polluted water such as city sewage and industrial wastewater discharged from residential and industrial complexes is treated A number of research and development on water treatment materials and methods are required.

미국공개특허 US2008/0116136 water treatment systemUS Published Patent US2008 / 0116136 water treatment system

본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는, 고신뢰성의 수 처리 물질 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다. The present invention provides a highly reliable water treatment material and a method for producing the same.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 고효율의 수 처리 물질 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.Another technical problem to be solved by the present invention is to provide a highly efficient water treatment material and a manufacturing method thereof.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 투수율 및/또는 배제율을 제어할 수 있는 수 처리 물질 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다. Another technical problem to be solved by the present invention is to provide a water treatment material and a manufacturing method thereof that can control the permeability and / or the rejection rate.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술된 것에 제한되지 않는다. The technical problem to be solved by the present invention is not limited to the above.

상기 기술적 과제들을 해결하기 위해, 본 발명은 수 처리 물질을 제공한다. In order to solve the above technical problems, the present invention provides a water treatment material.

일 실시 예에 따르면, 상기 수 처리 물질은, 그래핀 산화물들, 및 상기 그래핀 산화물들의 표면에 연결된 합성 펩타이드들을 포함하되, 서로 인접한 상기 합성 펩타이드들 사이에 처리수가 여과되는 채널이 제공되는 것을 포함할 수 있다. According to one embodiment, the water treatment material comprises graphene oxides and synthetic peptides linked to the surface of the graphene oxides, wherein a channel is provided between the synthetic peptides adjacent to each other to filter the treatment water can do.

일 실시 예에 따르면, 상기 합성 펩타이드는, 아로마틱 레지듀(aromatic residue)를 갖는 아미노산을 포함할 수 있다. According to one embodiment, the synthetic peptide may comprise an amino acid having an aromatic residue.

일 실시 예에 따르면, 상기 합성 펩타이드는, pH 중성 수용액에서 양전하를 띄는 아미노산을 포함할 수 있다. According to one embodiment, the synthetic peptide may comprise an amino acid that is positively charged in a pH neutral aqueous solution.

일 실시 예에 따르면, 상기 합성 펩타이드는, 아르지닌(arginine) 및 페닐알라닌(phenylalanine)이 적어도 1회 이상 반복 공유 결합된 것을 포함할 수 있다. According to one embodiment, the synthetic peptide may include at least one repeated covalent bond of arginine and phenylalanine.

일 실시 예에 따르면, 상기 수 처리 물질은, 상기 합성 펩타이드들이 형성된 상기 그래핀 산화물들이 제공되는 다공성막을 더 포함할 수 있다. According to one embodiment, the water treatment material may further comprise a porous membrane provided with the graphene oxides on which the synthetic peptides are formed.

일 실시 예에 따르면, 상기 그래핀 산화물은, 적어도 일부분이 환원된 그래핀 산화물(reduced graphene oxdie)를 포함할 수 있다. According to one embodiment, the graphene oxide may comprise reduced graphene oxide, at least a portion of which is reduced.

일 실시 예에 따르면, 상기 합성 펩타이드들은, 상기 그래핀 산화물들의 가장자리(edge)에 형성되는 것을 포함할 수 있다. According to one embodiment, the synthetic peptides may comprise being formed at the edges of the graphene oxides.

일 실시 예에 따르면, 상기 수 처리 물질은, 상기 그래핀 산화물의 표면의 카르복실기를 더 포함하되, 상기 합성 펩타이드는 상기 카르복실기와 아마이드 결합(amide bond)된 것을 포함할 수 있다. According to one embodiment, the water treatment material further comprises a carboxyl group on the surface of the graphene oxide, and the synthetic peptide may include an amide bond with the carboxyl group.

일 실시 예에 따르면, 상기 합성 펩타이드의 길이에 따라서, 상기 처리수의 투수율 및/또는 배제율일 조절되는 것을 포함할 수 있다. According to one embodiment, depending on the length of the synthetic peptide, the permeability and / or excretion of the treated water may be controlled.

상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 수 처리 물질의 제조 방법을 제공한다. In order to solve the above technical problems, the present invention provides a method for producing a water treatment material.

일 실시 예에 따르면, 상기 수 처리 물질의 제조 방법은, 그래핀 산화물을 준비하는 단계, 상기 그래핀 산화물의 표면을 카르복실화하는 단계, 상기 그래핀 산화물의 상기 표면에 존재하는 카르복실기에 합성 펩타이드를 결합시키는 단계, 및 상기 합성 펩타이드가 형성된 상기 그래핀 산화물을 다공성 막에 제공하는 단계를 포함할 수 있다. According to one embodiment, the method for preparing the water treatment material comprises the steps of preparing a graphene oxide, carboxylating the surface of the graphene oxide, adding a synthetic peptide to the carboxyl group present on the surface of the graphene oxide And providing the grafted oxide on which the synthetic peptide has been formed to the porous membrane.

일 실시 예에 따르면, 상기 그래핀 산화물의 상기 표면을 카르복실화하는 단계는, 상기 그래핀 산화물이 분산된 용액에, NaOH 및 ClCH2COONa를 첨가하고 교반하여, 상기 그래핀 산화물의 상기 표면에 존재하는 작용기를 카르복실기로 변환하는 단계, 상기 용액에 산을 첨가하여 중화하는 단계, 및 카르복실화된 상기 그래핀 산화물을 세척 및 분리하는 단계를 포함할 수 있다. According to one embodiment, carboxylating the surface of the graphene oxide comprises adding NaOH and ClCH 2 COONa to the graphene oxide dispersed solution and agitating the graphene oxide to the surface of the graphene oxide Converting an existing functional group to a carboxyl group, adding an acid to the solution to neutralize it, and washing and separating the carboxylated graphene oxide.

일 실시 예에 따르면, 상기 그래핀 산화물의 상기 표면에 존재하는 카르복실기에 합성 펩타이드를 결합시키는 단계는. 카르복실화된 상기 그래핀 산화물을 활성화시키는 단계, 및 활성화된 상기 그래핀 산화물의 상기 표면에 존재하는 카르복실기에 합성 펩타이드를 결합시키는 단계를 포함할 수 있다.According to one embodiment, the step of binding the synthetic peptide to the carboxyl group present on the surface of the graphene oxide comprises: Activating the carboxylated graphene oxide and binding the synthetic peptide to the carboxyl group present on the surface of the activated graphene oxide.

본 발명의 실시 예에 따르면, 수 처리 물질은, 그래핀 산화물이 표면에 연결된 합성 펩타이드를 포함하고, 서로 인접한 합성 펩타이드들 사이에 처리수가 여과되는 채널이 제공된다. 이에 따라, 수 처리 효율이 향상된 고신뢰성의 수 처리 물질이 제공될 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the water treatment material comprises a synthetic peptide in which graphene oxide is connected to the surface, and a channel through which the treatment water is filtered between adjacent synthetic peptides. Thus, a highly reliable water treatment material with improved water treatment efficiency can be provided.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 수 처리 물질을 갖는 수 처리막을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 수 처리 물질을 설명하기 위한 사시도로, 도 1의 A를 확대한 것이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 수 처리 물질의 설명하기 위한 단면도로, 도 1의 A를 확대한 것이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 수 처리 물질의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 수 처리 물질의 투수율을 설명하기 위한 그래프들이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 수 처리 물질의 배제율을 설명하기 위한 그래프이다.1 is a view for explaining a water treatment film having a water treatment material according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view for explaining a water treatment material according to an embodiment of the present invention, which is an enlarged view of FIG. 1 A. FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view for explaining a water treatment material according to an embodiment of the present invention, and is an enlarged view of FIG. 1 A. FIG.
4 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a water treatment material according to an embodiment of the present invention.
5 and 6 are graphs for explaining the permeability of the water treatment material according to the embodiment of the present invention.
7 is a graph for explaining the rejection rate of a water treatment material according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the technical spirit of the present invention is not limited to the embodiments described herein but may be embodied in other forms. Rather, the embodiments disclosed herein are provided so that the disclosure can be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art.

또한, 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.Further, in the drawings, the thicknesses of the films and regions are exaggerated for an effective explanation of the technical content. Also, in this specification, 'and / or' are used to include at least one of the front and rear components.

명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 또한, 본 명세서에서 "연결"은 복수의 구성 요소를 간접적으로 연결하는 것, 및 직접적으로 연결하는 것을 모두 포함하는 의미로 사용된다. The singular forms "a", "an", and "the" include plural referents unless the context clearly dictates otherwise. It is also to be understood that the terms such as " comprises "or" having "are intended to specify the presence of stated features, integers, Should not be understood to exclude the presence or addition of one or more other elements, elements, or combinations thereof. Also, in this specification, the term "connection " is used to include both indirectly connecting and directly connecting a plurality of components.

또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 수 처리 물질을 갖는 수 처리막을 설명하기 위한 도면이다.1 is a view for explaining a water treatment film having a water treatment material according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 수 처리막은, 베이스 기판(10, base substrate), 및 상기 베이스 기판(10) 상에 배치된 수 처리 기능막(20, water treatment function layer)을 포함할 수 있다. 상기 수 처리막은, 해수 담수화 공정, 오염수 처리 공정 등과 같이 산업상 이용 될 수 있고, 또한, 인공 신장 등 인체에 활용될 수 있다. 1, a water treatment film according to an embodiment of the present invention includes a base substrate 10 and a water treatment function layer 20 disposed on the base substrate 10 . The water-treated film can be used industrially, such as a seawater desalination process, a contaminated water treatment process, and the like, and can be applied to a human body such as an artificial kidney.

상기 베이스 기판(10)은 다공성 막일 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 베이스 기판(10)은 약 200nm 크기의 기공을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 베이스 기판(10)은 polycarbonate, mixted cellulose ester, 또는 polyethylene, poly(vinylidenedifluoride) 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. The base substrate 10 may be a porous film. According to one embodiment, the base substrate 10 may have a pore size of about 200 nm. For example, the base substrate 10 may include at least one of polycarbonate, mixed cellulose ester, and polyethylene or poly (vinylidenedifluoride).

상기 수 처리 기능막(20)은, 기능화된 그래핀 산화물을 포함할 수 있다. 다시 말하면, 상기 수 처리 기능막(20)에 포함된 상기 그래핀 산화물은, 아쿠아포린(Aquaporin) 물 채널에서 물 선택 기능을 수행하는 필터 구조를 모사한 합성 펩타이드로 인해 기능화될 수 있다. 이하, 상기 수 처리 기능막(20)에 포함된 상기 그래핀 산화물 및 합성 펩타이드를 포함하는 수 처리 물질이 설명된다. The water treatment functional film 20 may comprise functionalized graphene oxide. In other words, the graphene oxide contained in the water-treated functional membrane 20 can be functionalized with synthetic peptides that simulate a filter structure that performs a water selection function in an Aquaporin water channel. Hereinafter, a water treatment material comprising the graphene oxide and the synthetic peptide contained in the water treatment functional film 20 will be described.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 수 처리 물질을 설명하기 위한 사시도로, 도 1의 A를 확대한 것이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 수 처리 물질의 설명하기 위한 단면도로, 도 1의 A를 확대한 것이다. FIG. 2 is a perspective view for explaining a water treatment material according to an embodiment of the present invention, which is an enlarged view of FIG. 1, FIG. 3 is a cross-sectional view for explaining a water treatment material according to an embodiment of the present invention, 1 of A is enlarged.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 수 처리 물질(130)은, 그래핀 산화물(110)들, 및 상기 그래핀 산화물(110)들의 표면에 연결된 합성 펩타이드(120)들을 포함할 수 있다. 2 and 3, a water treatment material 130 according to an embodiment of the present invention includes graphene oxides 110 and synthetic peptides 120 connected to the surfaces of the graphene oxides 110 .

일 실시 예에 따르면, 상기 그래핀 산화물(110)들의 적어도 일부분은, 부분적으로 환원된 그래핀 산화물(partially reduced graphene oxide)일 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 그래핀 산화물(110)의 탄소와 산소의 원자 비율 C/O는 1~20일 수 있다. According to one embodiment, at least a portion of the graphene oxides 110 may be partially reduced graphene oxide. According to one embodiment, the carbon / oxygen atomic ratio C / O of the graphene oxide 110 may be 1 to 20.

상기 그래핀 산화물(110)들의 탄소 및 산소의 비율은 서로 상이할 수 있다. 다시 말하면, 탄소 및 산소의 비율을 조절하여, 상기 그래핀 산화물(110)들이 적층될 수 있다. 예를 들어, 외곽에는 이온 및 분자 배제를 위해 탄소/산소 비율이 상대적으로 높은 혐기성 그래핀 산화물이 배치되고, 내부에는 빠른 투수를 위해 탄소/산소 비율이 상대적으로 낮은 친수성 그래핀 산화물이 배치될 수 있다. The carbon and oxygen ratios of the graphene oxides 110 may be different from each other. In other words, by adjusting the ratio of carbon and oxygen, the graphene oxides 110 can be laminated. For example, on the outside, a relatively high carbon / oxygen ratio of anaerobic graphene oxide is disposed for ion and molecular exclusion, and a hydrophilic graphene oxide with a relatively low carbon / oxygen ratio for fast penetration may be placed have.

상기 합성 펩타이드(120)들은, 아쿠아포린(Aquaporin) 물 채널에서 물 선택 기능을 하는 필터 구조인 aromatic/arginine(R) 필터를 모사한 것일 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 합성 펩타이드(120)들은, 아로마틱 레지듀(aromatic residue) 및/또는 pH 중성 수용액에서 양전하르 띄는 아미노산을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 합성 펩타이드(120)는, 아르지닌(arginine) 및 페닐알라닌(phenylalanine)이 적어도 1회 이상 반복하여 공유 결합된 것일 수 있다. 상술된 바와는 달리, 다른 실시 예에 따르면, 상기 합성 펩타이드(120)는 NPA(arginine-proline-asparagine) 선택 필터를 모사하는 NPA 합성 펩타이드를 포함할 수 있다. The synthetic peptides 120 may be those mimicking an aromatic / arginine (R) filter, which is a filter structure that functions as a water selector in aquaporin water channel. According to one embodiment, the synthetic peptides 120 may comprise amino acids that are positively charged in aromatic residues and / or pH neutral aqueous solutions. For example, the synthetic peptide 120 may be one in which arginine and phenylalanine are repeatedly covalently bonded at least one time. In contrast to the above, according to another embodiment, the synthetic peptide 120 may comprise an NPA synthetic peptide that mimics an arginine-proline-asparagine (NPA) selection filter.

일 실시 예에 따르면, 상기 합성 펩타이드(120)들은, 상기 그래핀 산화물(110)의 상기 표면의 카르복실기(carboxyl group)과 아마이드 결합(amide bond)될 수 있다. According to one embodiment, the synthetic peptides 120 may be amide bonds with the carboxyl groups of the surface of the graphene oxide 110.

상기 합성 펩타이드(120)들은, 상기 그래핀 산화물(110)의 가장자리(edge) 또는 상기 가장자리에 인접한 부분에 배치될 수 있다. 서로 인접한 상기 합성 펩타이드들(120) 사이에 처리수가 여과되는 채널(200)이 제공될 수 있다. 상기 처리수는, 상기 그래핀 산화물(110)들 사이, 및 상기 합성 펩타이드(120)들 사이에 제공되는 상기 채널(200)을 통과하면서 여과될 수 있다. 이로 인해, 상기 처리수에 포함된 다양한 오염물질/염료 등이 상기 그래핀 산화물(110)들 및 상기 합성 펩타이드(120)들에 의해 여과되어, 고신뢰성 및 고효율의 수 처리 물질이 제공될 수 있다.The synthetic peptides 120 may be disposed at an edge or an edge of the graphene oxide 110. A channel 200 through which the treatment water is filtered may be provided between the synthetic peptides 120 adjacent to each other. The treated water may be filtered through the channel 200 provided between the graphene oxides 110 and between the synthetic peptides 120. Therefore, various contaminants / dyes contained in the treated water are filtered by the graphene oxides 110 and the synthetic peptides 120, and a highly reliable and highly efficient water treatment material can be provided .

일 실시 예에 따르면, 상기 합성 펩타이드(120)들의 길이에 따라서, 상기 처리수의 투수율 및/또는 배제율이 조절될 수 있다. 예를 들어, 상술된 바와 같이, 상기 합성 펩타이드(120)들이 아르지닌(arginine, R) 및 페닐알라닌(phenylalanine, F)의 반복 결합(RFRF...)된 것을 포함하는 경우, 아르지닌 및 페닐알라닌의 반복 결합 횟수에 따라서, 상기 처리수의 투수율 및/또는 배제율이 조절될 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 실시 예에 따른 수 처리 물질(130)은 다른 특성을 요구하는 다양한 어플리케이션(application)에 용이하게 활용될 수 있다. According to one embodiment, the permeability and / or rejection rate of the treated water may be adjusted depending on the length of the synthetic peptides 120. For example, as described above, when the synthetic peptides 120 comprise repeating bonds (RFRF ...) of arginine (R) and phenylalanine (F), arginine and phenylalanine Depending on the number of repeated bonding, the permeability and / or rejection rate of the treated water can be adjusted. Accordingly, the water treatment material 130 according to the embodiment of the present invention can be easily utilized in various applications requiring different characteristics.

도 2 및 도 3에서, 서로 인접한 상기 합성 펩타이드(120)들이 이격된 것으로 도시되었으나, 상기 합성 펩타이드(120)들의 일부는 서로 연결될 수 있으며, 상기 합성 펩타이드(120)들이 상기 그래핀 산화물(110)의 가장자리 부분에 연결되는 것으로 도시되었으나, 상기 합성 펩타이드(120)들의 일부는 상기 그래핀 산화물(110)의 중심 부분에 연결될 수 있다.
Although the synthetic peptides 120 adjacent to each other are shown as spaced apart in FIGS. 2 and 3, some of the synthetic peptides 120 may be connected to one another, and the synthetic peptides 120 may be coupled to the graphene oxide 110, A part of the synthetic peptides 120 may be connected to the center portion of the graphene oxide 110. [

이하, 상술된 본 발명의 실시 예에 따른 수 처리 물질의 제조 방법이 도 3을 참조하여 설명된다. Hereinafter, a method of manufacturing the water treatment material according to the above-described embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 수 처리 물질의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다. 4 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a water treatment material according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 그래핀 산화물이 준비된다(S110). 상기 그래핀 산화물은, 부분적으로 환원된 그래핀 산화물을 포함할 수 있다. 상기 그래핀 산화물은, 용액 내에 분산될 수 있다. Referring to FIG. 4, graphene oxide is prepared (S110). The graphene oxide may comprise partially reduced graphene oxide. The graphene oxide may be dispersed in a solution.

상기 그래핀 산화물의 표면이 카르복실화될 수 있다(S120). 다시 말하면, 상기 그래핀 산화물 표면에 존재하는 작용기들이 카르복실기로 변환될 수 있다. 예를 들어, 상기 그래핀 산화물의 표면에 존재하는 에폭사이드, 하이드록시 등이 카르복실기로 변환될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 그래핀 산화물의 표면을 카르복실화하는 단계는, 상기 그래핀 산화물에 분산된 상기 용액에, NaOH 및 ClCH2COONa를 첨가하고 교반하여, 상기 그래핀 산화물의 표면에 존재하는 에폭사이드 및/또는 하이드록시 작용기를 카르복실기로 변환하는 단계, 상기 용액에 산을 첨가하여 중화하는 단계, 및 카르복실화된 상기 그래핀 산화물을 세척 및 분리하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 그래핀 산화물의 표면을 카르복실화하는 단계는, 1mg/ml의 농도로 상기 그래핀 산화물이 분산된 용액 100ml에 NaOH 5g 및 ClCH2COONa 5g을 첨가하고 bath sonic을 2시간 수행하는 단계, 1M HCl을 투입하여 중화하는 단계, 원심분리기를 이용하여 카르복실화된 상기 그래핀 산화물을 분리 및 세척하는 단계를 포함할 수 있다. The surface of the graphene oxide may be carboxylated (S120). In other words, the functional groups present on the graphene oxide surface can be converted to carboxyl groups. For example, the epoxide, hydroxy, etc. existing on the surface of the graphene oxide may be converted into a carboxyl group. According to one embodiment, the step of carboxylating the surface of the graphene oxide comprises the steps of adding NaOH and ClCH 2 COONa to the solution dispersed in the graphene oxide and stirring, Converting the epoxide and / or hydroxy functionality to a carboxyl group, adding the acid to the solution to neutralize it, and washing and separating the carboxylated graphene oxide. For example, in the step of carboxylating the surface of the graphene oxide, 5 g of NaOH and 5 g of ClCH 2 COONa are added to 100 ml of the solution in which the graphene oxide is dispersed at a concentration of 1 mg / ml, , Neutralizing by the addition of 1 M HCl, separating and washing the carboxylated graphene oxide using a centrifuge.

카르복실화된 상기 그래핀 산화물은, 인산 버퍼 용액에 분산될 수 있다. 예를 들어, 카르복실화된 상기 그래핀 산화물을 1mg/ml의 농도로, pH 7.4의 인산 버퍼용액(7.4 mM Na2HPO4, 2.6 mM KH2PO4) 100 ml 넣고 bath sonic으로 분산시킬 수 있다. The carboxylated graphene oxide may be dispersed in a phosphate buffer solution. For example, 100 ml of a carboxylated phosphate buffer solution (7.4 mM Na 2 HPO 4 , 2.6 mM KH 2 PO 4 ) at a concentration of 1 mg / ml was added to the carboxylated graphene oxide and dispersed in a bath sonic have.

카르복실화된 상기 그래핀 산화물에 합성 펩타이드가 형성될 수 있다(S130). 상기 합성 펩타이드는, 상기 그래핀 산화물의 표면에 존재하는 카르복실기와 아마이드 결합할 수 있다. A synthetic peptide may be formed on the carboxylated graphene oxide (S130). The synthetic peptide may be amide bonded to a carboxyl group present on the surface of the graphene oxide.

카르복실화된 상기 그래핀 산화물에 상기 합성 펩타이드를 형성하는 단계는, 카르복실화된 상기 그래핀 산화물을 활성화시키는 단계, 및 활성화된 상기 그래핀 산화물의 표면에 존재하는 카르복실기에 상기 합성 펩타이드를 아마이드 결합시키는 단계를 포함할 수 있다.Wherein the step of forming the synthetic peptide in the carboxylated graphene oxide comprises the steps of activating the carboxylated graphene oxide and forming the synthetic peptide on the carboxyl group present on the surface of the activated graphene oxide with amide And < / RTI >

일 실시 예에 따르면, 카르복실화된 상기 그래핀 산화물을 활성화시키는 단계는, 카르복실화된 상기 그래핀 산화물이 분산된 상기 인산 버퍼 용액에 EDC(ethyl(dimethylaminopropyl) carbodiimide) 및 sulfo-NHS(N-Hydroxysuccinimide)를 첨가하고 교반하는 단계, 원심분리기 및 인산 버퍼 용액을 이용하여 분리 및 세척하는 단계를 포함할 수 있다. According to one embodiment, the step of activating the carboxylated graphene oxide comprises reacting ethyl (dimethylaminopropyl) carbodiimide (EDC) and sulfo-NHS (N -Hydroxysuccinimide) and stirring, separating and washing using a centrifugal separator and a phosphate buffer solution.

일 실시 예에 따르면, 활성화된 상기 그래핀 산화물의 표면에 존재하는 카르복실기에 상기 합성 펩타이드를 결합시키는 단계는, 아르지닌(arginine) 및 페닐알라닌(phenylalanine) 반복 합성 펩타이드 용액의 pH를 조절하는 단계, pH가 조절된 합성 펩타이드 용액에 활성화된 카르복실화된 상기 그래핀 산화물을 분산 및 교반시켜 상기 그래핀 산화물의 표면에 존재하는 카르복실기에 상기 합성 펩타이드를 결합시키는 단계, 및 원심분리기를 이용하여 상기 합성 펩타이드와 결합된 상기 그래핀 산화물을 분리 및 세척하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 합성 펩타이드 용액은 NaOH를 이용하여 pH 8로 조절될 수 있다.
According to one embodiment, the step of binding the synthetic peptide to the carboxyl group present on the surface of the activated graphene oxide comprises the steps of adjusting the pH of the arginine and phenylalanine repeating peptide solution, Dispersing and agitating the activated carboxylated graphene oxide in a synthetic peptide solution adjusted to have a carboxyl group on the surface of the graphene oxide and binding the synthetic peptide to a carboxyl group present on the surface of the graphene oxide, And separating and washing the graphene oxide associated with the graphene oxide. For example, the synthetic peptide solution can be adjusted to pH 8 using NaOH.

이하, 상술된 본 발명의 실시 예에 따른 수 처리 물질의 특성 평가 결과가 설명된다. Hereinafter, the evaluation results of the characteristics of the water treatment material according to the embodiment of the present invention described above will be described.

도 5 및 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 수 처리 물질의 투수율을 설명하기 위한 그래프들이고, 도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 수 처리 물질의 배제율을 설명하기 위한 그래프이다. FIGS. 5 and 6 are graphs for explaining permeability of a water treatment material according to an embodiment of the present invention, and FIG. 7 is a graph for explaining the rejection rate of a water treatment material according to an embodiment of the present invention.

도 5 내지 도 7을 참조하면, 아래와 같이, 본 발명의 실시 예들 및 비교 예들에 따라 수 처리막을 제조하고, 1bar 조건에서 실시 예들 및 비교 예들에 따른 투수율을 측정하였다. Referring to FIGS. 5 to 7, a water treatment film was prepared according to the embodiments of the present invention and comparative examples as follows, and the permeability according to Examples and Comparative Examples was measured at 1 bar.

<제1 실시 예>&Lt; Embodiment 1 >

그래핀 산화물에 아르지닌(arginine, R) 및 페닐알라닌(phenylalanine, F)이 2쌍(RFRF, 4mer, RF4) 결합된 수 처리 물질을 제조하고, 다공성 막에 진공 여과법으로 증착하여, 제1 실시 예에 따른 수 처리막을 제조하였다. A water treatment material in which graphene oxide is bound to two pairs of arginine (R) and phenylalanine (F) (RFRF, 4mer, RF4) was prepared and vacuum filtration was applied to the porous membrane, Was prepared.

<제2 실시 예>&Lt; Embodiment 2 >

그래핀 산화물에 아르지닌(arginine, R) 및 페닐알라닌(phenylalanine, F)이 4쌍(RFRFRFRF, 8mer, RF8) 결합된 수 처리 물질을 제조하고, 제1 실시 예와 동일한 방법으로, 제2 실시 예에 따른 수 처리막을 제조하였다.(RFRFRFRF, 8mer, RF8) of arginine (R) and phenylalanine (F) were combined with graphene oxide, and the water treatment material was prepared in the same manner as in Example 1, Was prepared.

<제3 실시 예>&Lt; Third Embodiment >

그래핀 산화물에 아르지닌(arginine, R) 및 페닐알라닌(phenylalanine, F)이 6쌍(RFRFRFRFRFRF, 12mer, RF12) 결합된 수 처리 물질을 제조하고, 제1 실시 예와 동일한 방법으로, 제3 실시 예에 따른 수 처리막을 제조하였다.(RFRFRFRFRFRF, 12mer, RF12) of arginine (R) and phenylalanine (F) were combined with graphene oxide, and in the same manner as in Example 1, Was prepared.

<제1 비교 예>&Lt; Comparative Example 1 >

기능화되지 않은 순수 그래핀 산화물(Pristine Graphene Oxide)을 이용하여, 제1 실시 예와 동일한 방법으로, 제1 비교 예에 따른 수 처리막을 제조하였다. Using the unfunctionalized pure graphene oxide, a water treatment film according to the first comparative example was produced in the same manner as in the first embodiment.

<제2 비교 예>&Lt; Comparative Example 2 >

하이드록시기 등을 카르복시기로 전환하여 카르복시기를 증가시킨 그래핀 산화물을 이용하여, 제1 실시 예와 동일한 방법으로, 제2 비교 예에 따른 수 처리막을 제조하였다. A water treatment film according to Comparative Example 2 was prepared in the same manner as in Example 1 except that graphene oxide having a carboxyl group increased by converting a hydroxyl group or the like to a carboxyl group.

<제3 비교 예>&Lt; Third Comparative Example &

양전하를 갖는 다가 전해질 Polyallyamine hydrchloride(PAAH)로 기능화된 그래핀 산화물을 이용하여, 제1 실시 예와 동일한 방법으로, 제3 비교 예에 따른 수 처리막을 제조하였다.A water treatment film according to Comparative Example 3 was prepared in the same manner as in Example 1 except that graphene oxide functionalized with a polyelectrolyte polyallyamine hydrchloride (PAAH) having a positive charge was used.

<제4 비교 예>&Lt; Comparative Example 4 >

염기성 분위기에서 부분 환원하여, 탄소/산소 비율이 높은 그래핀 산화물을 이용하여, 제1 실시 예와 동일한 방법으로, 혐기성의 수 처리막을 제조하였다. An anaerobic water-treated film was produced in the same manner as in Example 1, using a graphene oxide having a high carbon / oxygen ratio and partial reduction in a basic atmosphere.

구분division 특성characteristic 제1 실시 예First Embodiment RF4 그래핀 산화물RF4 graphene oxide 제2 실시 예Second Embodiment RF8 그래핀 산화물RF8 graphene oxide 제3 실시 예Third Embodiment RF12 그래핀 산화물RF12 graphene oxide 제1 비교 예Comparative Example 1 순수 그래핀 산화물Pure graphene oxide 제2 비교 예Comparative Example 2 카르복실기가 증가된 그래핀 산화물Graphene oxide with increased carboxyl groups 제3 비교 예Comparative Example 3 PAAH로 기능화된 그래핀 산화물Graphene oxide functionalized with PAAH 제4 비교 예Comparative Example 4 혐기성 그래핀 산화물Anaerobic graphene oxide

도 5에서 알 수 있듯이, 순수 그래핀 산화물, 카르복실기가 증가된 그래핀 산화물, 및 PAAH로 기능화된 그래핀 산화물을 이용하여 제조된 제1 내지 제3 비교 예들에 따른 수 처리막과 비교하여, 본 발명의 제1 실시 예에 따라 아르지닌(arginine, R) 및 페닐알라닌(phenylalanine, F)으로 기능화된 그래핀 산화물을 이용하여 제조된 수 처리막의 투수율이 현저하게 높은 것을 확인할 수 있다. As can be seen from Fig. 5, in comparison with the water treatment films according to the first to third comparative examples prepared using pure graphene oxide, graphen oxide having increased carboxyl group, and graphene oxide functionalized with PAAH, According to the first embodiment of the present invention, it is confirmed that the water permeability of the water treatment membrane prepared using the graphene oxide functionalized with arginine (R) and phenylalanine (F) is remarkably high.

또한, 도 6에서 알 수 있듯이, 제1 내지 제3 실시 예들에 따른 수 처리 막의 투수율이, 제1 내지 제4 비교 예들에 따른 수 처리막의 투수율보다 현저하게 높은 것을 확인할 수 있다. 그리고, 아르지닌(arginine, R) 및 페닐알라닌(phenylalanine, F)의 반복 결합 횟수가 증가될수록, 투수율이 증가되는 것을 확인할 수 있다. As can be seen from FIG. 6, it can be confirmed that the water permeability of the water treatment film according to the first to third embodiments is significantly higher than that of the water treatment film according to the first to fourth comparative examples. It can be seen that as the number of repeating bonds of arginine (R) and phenylalanine (F) is increased, the permeability is increased.

또한, 도 7에서 알 수 있듯이, 순수 그래핀 산화물을 이용하여 제조된 제1 비교 예에 따른 수 처리막과 비교하여, 제1 실시 예에 따라 아르지닌(arginine, R) 및 페닐알라닌(phenylalanine, F)으로 기능화된 그래핀 산화물을 이용하여 제조된 수 처리막이, 높은 투수율을 갖는 동시에 실질적으로 동일한 배제율을 갖는 것을 확인할 수 있다. 다시 말하면, 아르지닌(arginine, R) 및 페닐알라닌(phenylalanine, F)의 합성 펩타이드 결합을 이용하여 그래핀 산화물을 기능화시키고, 이를 이용하여 수 처리막을 제조하는 것이, 배제율을 열화시키지 않으면서 투수율을 향상시키는 방법임을 알 수 있다. As can be seen from FIG. 7, arginine (R) and phenylalanine (phenylalanine, F) were obtained according to the first embodiment as compared with the water treatment film according to the first comparative example prepared using pure graphene oxide, ) Has a high water permeability and substantially the same rejection ratio as the water treatment film prepared using the graphene oxide functionalized with the above-mentioned water-soluble organic solvent. In other words, functionalization of graphene oxide using synthetic peptide bonds of arginine (R) and phenylalanine (F), and production of a water-treated membrane using the peptide bond, It can be said that it is a way to improve.

결론적으로, 아르지닌(arginine, R) 및 페닐알라닌(phenylalanine, F)의 합성 펩타이드 결합을 이용하여 그래핀 산화물을 기능화시키고, 이를 이용하여 수 처리막을 제조하는 것이, 수 처리막의 수 처리 효율을 향상시키는 효율적인 방법임을 확인할 수 있다.
It is concluded that functionalization of graphene oxide using a synthetic peptide bond of arginine (R) and phenylalanine (F), and production of a water treatment film by using it, It can be confirmed that it is an efficient method.

이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the scope of the present invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. It will also be appreciated that many modifications and variations will be apparent to those skilled in the art without departing from the scope of the invention.

10: 베이스 기판
20: 수 처리 기능막
110: 그래핀 산화물
120: 합성 펩타이드
130: 수 처리 물질
200: 채널10: base substrate
20: Water treatment function membrane
110: graphene oxide
120: synthetic peptide
130: Water treatment material
200: channel

Claims (12)

그래핀 산화물들; 및
상기 그래핀 산화물들의 표면에 연결된 합성 펩타이드들을 포함하되, 서로 인접한 상기 합성 펩타이드들 사이에 처리수가 여과되는 채널이 제공되는 것을 포함하는 수 처리 물질.
Graphene oxides; And
Wherein the synthetic peptides comprise synthetic peptides linked to the surface of the graphene oxides, wherein a channel is provided between the synthetic peptides that are adjacent to each other to filter the process water.
제1 항에 있어서,
상기 합성 펩타이드는, 아로마틱 레지듀(aromatic residue)를 갖는 아미노산을 포함하는 수 처리 물질.
The method according to claim 1,
Wherein said synthetic peptide comprises an amino acid having an aromatic residue.
제1 항에 있어서,
상기 합성 펩타이드는, 중성 pH 수용액에서 양전하를 띄는 아미노산을 포함하는 수 처리 물질
The method according to claim 1,
The synthetic peptide may be a water-treating material comprising an amino acid that is positively charged in a neutral pH aqueous solution
제1 항에 있어서,
상기 합성 펩타이드는, 아르지닌(arginine) 및 페닐알라닌(phenylalanine)이 적어도 1회 이상 반복 공유 결합된 것을 포함하는 수 처리 물질.
The method according to claim 1,
Wherein said synthetic peptide comprises at least one repeated covalent bond of arginine and phenylalanine.
제1 항에 있어서,
상기 합성 펩타이드들이 형성된 상기 그래핀 산화물들이 제공되는 다공성막을 더 포함하는 수 처리 물질.
The method according to claim 1,
Further comprising a porous membrane on which the graphene oxides on which the synthetic peptides are formed are provided.
제1 항에 있어서,
상기 그래핀 산화물은, 적어도 일부분이 환원된 그래핀 산화물(reduced graphene oxdie)를 포함하는 수 처리 물질.
The method according to claim 1,
Wherein the graphene oxide comprises reduced graphene oxide at least a portion of which is reduced.
제1 항에 있어서,
상기 합성 펩타이드들은, 상기 그래핀 산화물들의 가장자리(edge)에 형성되는 것을 포함하는 수 처리 물질.
The method according to claim 1,
Wherein said synthetic peptides are formed at the edges of said graphene oxides.
제1 항에 있어서,
상기 그래핀 산화물의 표면의 카르복실기를 더 포함하되,
상기 합성 펩타이드는 상기 카르복실기와 아마이드 결합(amide bond)된 것을 포함하는 수 처리 물질.
The method according to claim 1,
Further comprising a carboxyl group on the surface of the graphene oxide,
Wherein the synthetic peptide comprises an amide bond with the carboxyl group.
제1 항에 있어서,
상기 합성 펩타이드의 길이에 따라서, 상기 처리수의 투수율 또는 배제율이 조절되는 것을 포함하는 수 처리 물질.
The method according to claim 1,
Wherein the water permeability or rejection rate of the treated water is controlled depending on the length of the synthetic peptide.
그래핀 산화물을 준비하는 단계;
상기 그래핀 산화물의 표면을 카르복실화하는 단계;
상기 그래핀 산화물의 상기 표면에 존재하는 카르복실기에 합성 펩타이드를 결합시키는 단계; 및
상기 합성 펩타이드가 형성된 상기 그래핀 산화물을 다공성 막에 제공하는 단계를 포함하는 수 처리 물질의 제조 방법.
Preparing graphene oxide;
Carboxylating the surface of the graphene oxide;
Coupling a synthetic peptide to a carboxyl group present on the surface of the graphene oxide; And
Providing the graphene oxide on which the synthetic peptide has been formed to the porous membrane.
제10 항에 있어서,
상기 그래핀 산화물의 상기 표면을 카르복실화하는 단계는,
상기 그래핀 산화물이 분산된 용액에, NaOH 및 ClCH2COONa를 첨가하고 교반하여, 상기 그래핀 산화물의 상기 표면에 존재하는 작용기를 카르복실기로 변환하는 단계;
상기 용액에 산을 첨가하여 중화하는 단계; 및
카르복실화된 상기 그래핀 산화물을 세척 및 분리하는 단계를 포함하는 수 처리 물질의 제조 방법.
11. The method of claim 10,
The step of carboxylating the surface of the graphene oxide comprises:
Adding NaOH and ClCH 2 COONa to the solution in which the graphene oxide is dispersed and stirring to convert the functional group existing on the surface of the graphene oxide to a carboxyl group;
Adding an acid to the solution to neutralize it; And
And washing and separating the carboxylated graphene oxide.
제10 항에 있어서,
상기 그래핀 산화물의 상기 표면에 존재하는 카르복실기에 합성 펩타이드를 결합시키는 단계는.
카르복실화된 상기 그래핀 산화물을 활성화시키는 단계; 및
활성화된 상기 그래핀 산화물의 상기 표면에 존재하는 카르복실기에 합성 펩타이드를 결합시키는 단계를 포함하는 수 처리 물질의 제조방법.11. The method of claim 10,
The step of binding the synthetic peptide to the carboxyl group present on the surface of the graphene oxide comprises:
Activating the carboxylated graphene oxide; And
And binding the synthetic peptide to the carboxyl group present on the surface of the activated graphene oxide.
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