KR20220016728A - 바이오매스로부터 구형 실리카 입자를 제조하는 방법 및 이에 따라 제조된 구형 실리카 입자 - Google Patents

바이오매스로부터 구형 실리카 입자를 제조하는 방법 및 이에 따라 제조된 구형 실리카 입자 Download PDF

Info

Publication number
KR20220016728A
KR20220016728A KR1020200097036A KR20200097036A KR20220016728A KR 20220016728 A KR20220016728 A KR 20220016728A KR 1020200097036 A KR1020200097036 A KR 1020200097036A KR 20200097036 A KR20200097036 A KR 20200097036A KR 20220016728 A KR20220016728 A KR 20220016728A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
silica particles
biomass
spherical silica
temperature
producing spherical
Prior art date
Application number
KR1020200097036A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102437453B1 (ko
Inventor
천진녕
이진형
구양모
박지연
Original Assignee
한국세라믹기술원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국세라믹기술원 filed Critical 한국세라믹기술원
Priority to KR1020200097036A priority Critical patent/KR102437453B1/ko
Publication of KR20220016728A publication Critical patent/KR20220016728A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102437453B1 publication Critical patent/KR102437453B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B33/00—Silicon; Compounds thereof
    • C01B33/113—Silicon oxides; Hydrates thereof
    • C01B33/12—Silica; Hydrates thereof, e.g. lepidoic silicic acid
    • C01B33/18—Preparation of finely divided silica neither in sol nor in gel form; After-treatment thereof
    • C01B33/187—Preparation of finely divided silica neither in sol nor in gel form; After-treatment thereof by acidic treatment of silicates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/30—Particle morphology extending in three dimensions
    • C01P2004/32—Spheres
    • C01P2004/34—Spheres hollow
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/60—Particles characterised by their size
    • C01P2004/64—Nanometer sized, i.e. from 1-100 nanometer
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/30—Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Silicon Compounds (AREA)

Abstract

본 발명은 바이오매스로부터 구형 실리카 입자를 제조하는 방법 및 이에 따라 제조된 구형 실리카입자에 관한 것으로, 상기 바이오매스로부터 구형 실리카 입자를 제조하는 방법은 바이오매스와 알칼리 수용액을 반응시켜 실리케이트 용액을 제조하는 제1단계; 상기 실리케이트 용액에 PEG(polyethylene glycol)를 혼합하여 제1혼합물을 제조하는 제2단계; 상기 제1혼합물에 산(acid)을 추가한 후, 교반하여 실리카 입자를 침전시키는 제3단계; 및 상기 제3단계를 거쳐 침전된 실리카 입자를 수거한 후, 증류수를 사용하여 세척하는 제4단계;를 포함한다. 이때, 상기 제1단계의 실리케이트 용액은 감압여과를 통해 추출되고, 상기 제4단계의 실리카 입자는 감압여과 또는 원심분리 방식으로 수거될 수 있다. 또한, 본 발명은 상기 제3단계의 공정 온도를 조절함으로써, 구형 실리카 입자의 크기를 제어하는 것을 특징으로 한다. 1℃~100℃의 범위 내에서 상기 제3단계가 상온보다 저온에서 진행되는 경우, 마이크로미터의 실리카 입자를 제조할 수 있고, 상온 이상에서 진행되는 경우에는 나노미터의 실리카 입자를 제조할 수 있다. 본 발명은 낮은 온도와 낮은 농도의 알칼리 수용액을 사용하기 때문에, 공정의 편이성 및 단가 절감 측면에서 유리한 장점이 있다.

Description

바이오매스로부터 구형 실리카 입자를 제조하는 방법 및 이에 따라 제조된 구형 실리카 입자{Preparation method of spherical silica microparticles from Biomass and spherical silica microparticles made by thereof}
본 발명은 실리카(silicon dioxide, SiO2) 입자 제조 방법 및 이에 따라 제조된 구형 실리카 입자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 바이오매스, PEG 및 산을 이용하여 구형이면서 크기가 제어된 실리카 입자를 제조하는 방법 및 이에 따라 제조된 구형 실리카 입자에 관한 것이다.
[과제고유번호] 319109-02
[부처명] 농림축산식품부
[연구관리전문기관] 농림식품기술기획평가원
[연구사업명] 농축산물안전유통소비기술개발사업
[연구과제명] 왕겨 고기능성, 고부가가치 산업소재화 공정기술 개발 및 상용화
[기여율] 1/2
[주관기관] 한국세라믹기술원
[연구기간] 2019.09.25. ~ 2021.09.24.
[과제고유번호] 20183030091950
[부처명] 산업통상자원부
[연구관리전문기관] 한국에너지기술평가원
[연구사업명] 에너지기술개발사업-신재생에너지핵심기술
[연구과제명] 왕겨를 이용한 바이오슈가 생산 및 부산물 실리카의 부가가치화
[기여율] 1/2
[주관기관] ㈜슈가엔
[연구기간] 2018.10.01. ~ 2021.09.30.
바이오매스, 특히 리그로 셀룰로오스계 바이오매스에는 다량의 실리카가 존재하며, 특히 왕겨나 볏짚에는 약 10중량% 정도에 해당하는 실리카를 포함하는 것으로 알려져 있다.
이러한 바이오매스 유래의 실리카는 실리콘 원료(J.A.Amick, J.Electrochem. Soc.129,864 (1982); L.P.Hunt, J.Electrochem. Soc. 131,1683 (1984)), 실리콘 카바이드의 원료(R.V.Krishnarao, J. Am. Chem. Soc. 74,2869 (1991)), 시멘트 첨가물(Jose James, et. al., J.Sci. Ind. Res. 51, 383 (1992)) 등에서 다양한 용도로 연구되고 있다.
바이오매스로부터 실리카를 얻기 위하여, 바이오매스의 유기물(셀룰로오스, 헤미셀룰로오스, 리그닌 등)을 제거하는 기술개발의 연구는 지속적으로 이루어져 왔으나, 종래의 이러한 방법들은 실리카를 생산하는 데에만 중점을 두고 있을 뿐, 실리카의 형상을 제어하기 어려워 산업화 및 상용화에 한계가 있었다.
J.A.Amick, J.Electrochem. Soc.129,864 (1982); L.P.Hunt, J.Electrochem. Soc. 131,1683 (1984) R.V.Krishnarao, J. Am. Chem. Soc. 74,2869 (1991) Jose James, et. al., J.Sci. Ind. Res. 51, 383 (1992)
본 발명은 실리카(silicon dioxide, SiO2) 입자 제조 방법 및 이에 따라 제조된 구형 실리카 입자에 관한 것으로, 바이오매스, PEG 및 산을 이용하여 구형이면서 크기가 제어된 실리카 입자를 제조하는 방법에 관한 것이다.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 형태는, 바이오매스로부터 구형 실리카 입자를 제조하는 방법으로서, 바이오매스와 알칼리 수용액을 반응시켜 실리케이트 용액을 제조하는 제1단계; 상기 실리케이트 용액에 PEG(polyethylene glycol)를 혼합하여 제1혼합물을 제조하는 제2단계; 상기 제1혼합물에 산(acid)을 추가한 후, 교반하여 실리카 입자를 침전시키는 제3단계; 및 상기 제3단계를 거쳐 침전된 실리카 입자를 수거한 후, 증류수를 사용하여 세척하는 제4단계;를 포함한다. 이때, 상기 제1단계의 실리케이트 용액은 감압여과를 통해 추출되고, 상기 제4단계의 실리카 입자는 감압여과 또는 원심분리 방식으로 수거될 수 있다.
상기 제1단계의 바이오매스는, 미강, 왕겨, 볏짚, 갈대, 옥수수 잎 및 옥수수 줄기 중에서 선택된 적어도 어느 하나일 수 있다.
상기 제1단계의 알칼리 수용액은, 0.1~1M의 수산화나트륨(NaOH) 수용액인 것이 바람직하다.
상기 제1단계는, 60℃~100℃ 온도의 범위에서 수행되는 것이 바람직하다.
상기 제2단계의 PEG는 수 평균 분자량이 1,500~20,000인 것이 바람직하다.
상기 제3단계에서 사용되는 산은 아세트산, 염산, 질산, 황산 중에서 선택된 적어도 어느 하나일 수 있고, 상기 산은 6.0~8.0의 pH 값을 갖도록 제1혼합물에 추가될 수 있다.
또한, 상기 제3단계의 공정 온도를 조절함으로써 제조되는 구형 실리카 입자의 크기를 제어할 수 있으며, 상기 제3단계의 교반은 적어도 30분 이상 24시간 이내의 시간 동안 수행되고, 1~100℃의 온도 범위에서 수행될 수 있다. 이때, 1℃이상 25℃미만에서는 0.8~5 마이크로미터의 구형 실리카 입자가 제조될 수 있고, 25℃이상 100℃이하에서는 50~900 나노미터의 구형 실리카 입자가 제조될 수 있다.
상기 제4단계 이후, 세척된 실리카 입자를 건조한 후, 500~700℃ 온도에서 열처리하는 단계;를 추가로 더 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시 형태는, 상기 방법에 따라 제조된 구형 실리카 입자이다.
본 발명에서는, 100℃ 이하의 온도와 낮은 농도의 알칼리 수용액을 사용하여 실리케이트 용액을 제조함으로써, 감압여과 방식을 통해 실리카의 분리가 가능하고, 분리된 실리카의 세척 또한 용이할 수 있다. 본 발명은 낮은 온도와 낮은 농도의 알칼리 수용액을 사용하기 때문에, 공정의 편이성 및 단가 절감 측면에서 유리하다.
또한, 본 발명에서는, PEG 고분자를 첨가하고, 제조 공정의 온도를 조절함으로써 구형이면서 크기가 제어된 실리카 입자를 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실리카 입자 제조방법의 순서도이다.
도 2는 실시예 1 내지 4의 실리카 입자를 SEM(주사전자현미경)으로 관찰한 결과이다
도 3는 비교예의 실리카 입자를 SEM(주사전자현미경)으로 관찰한 결과이다
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 상세히 설명하기에 앞서, 본 명세서의 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 함을 밝혀둔다.
본 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명에 따른 실리카 제조방법의 순서도이다. 도 1을 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 바이오매스로부터 구형 실리카 입자를 제조하는 방법은, 바이오매스와 알칼리 수용액을 반응시켜 실리케이트 용액을 제조하는 제1단계; 상기 실리케이트 용액에 PEG(polyethylene glycol)를 혼합하여 제1혼합물을 제조하는 제2단계; 상기 제1혼합물에 산(acid)을 추가한 후, 교반하여 실리카 입자를 침전시키는 제3단계; 및 상기 제3단계를 거쳐 침전된 실리카 입자를 수거한 후, 증류수를 사용하여 세척하는 제4단계;를 포함한다. 이때, 상기 제1단계의 실리케이트 용액은 감압여과를 통해 추출되고, 상기 제4단계의 실리카 입자는 감압여과 또는 원심분리방식으로 수거된다.
본 발명에서 상기 제4단계의 실리카 입자는 감압여과 방식으로 수거되는 것이 바람직하다. 상기 감압여과란, 여과지 내부의 압력을 대기압보다 낮게 조작해서 흡인하는 형태의 여과가 발생하는 여과법으로, 여과지에 용액을 붓는 부분을 포함하는 외부에는 보통 대기압이 작용하는바, 내부의 압력을 대기압보다 낮게 함으로써 압력 차이에 의해 여과가 진행되는 원리를 이용한다. 감압여과를 사용하는 경우, 대기압에 의존하는 경우보다 여과 속도를 높일 수 있으므로 빠른 시간에 많은 양의 물질을 여과할 수 있고, 순도가 높은 여과를 안정적으로 실시할 수 있으며, 비용이 저렴하다는 장점이 있다.
일 실시예에 있어서, 제1단계는 바이오매스를 알칼리 수용액과 반응시켜 실리케이트 용액을 제조하는 단계이다. 바이오매스는 미강, 왕겨, 볏집, 갈대, 옥수수 잎 및 옥수수 줄기 중에서 선택된 적어도 어느 하나일 수 있다.
상기 제1단계에서 바이오매스에 알칼리 수용액을 첨가하면, 바이오매스로부터 실리콘 성분이 추출되어 소듐 메타실리케이트(Na2SiO3) 또는 소듐 메타실리케이트에 결정수가 결합되어 있는 형태(Na2SiO3·nH2O)등의 실리케이트가 생성된다. 이때, 바이오매스 100g에 대해서 100~200ml의 알칼리 수용액을 첨가하는 것이 바람직하다. 알칼리 수용액은 수산화나트륨, 수산화리튬, 수산화칼슘 또는 탄산나트륨 등의 알칼리성 물질을 물에 녹인 것을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 제1단계에서 알칼리 수용액은 0.1~1M의 수산화나트륨(NaOH) 수용액인 것이 바람직하다. 알칼리 수용액의 농도가 1M보다 높을 경우 다량의 유기물이 실리케이트 용액에 같이 침출되어 나올 수 있다. 반면, 알칼리 수용액의 농도가 0.1 M보다 낮을 경우, 실리케이트 용액의 제조 자체가 어려울 수 있다.
또한, 상기 제1단계는, 60℃~100℃의 온도에서 수행되는 것이 바람직하다. 온도가 60℃보다 낮은 경우, 실리케이트 용액 제조 자체가 어려울 수 있다. 반면 온도가 100℃를 넘는 경우, 다량의 유기물이 실리케이트 용액에 같이 침출되어 나올 수 있다.
상기 제1단계에서 0.1~1M의 수산화나트륨(NaOH) 수용액을 사용하거나 상기 제1단계가 60℃~100℃의 온도에서 수행되는 경우뿐만 아니라, 상기와 같이, 실리케이트 용액에 다량의 유기물 성분이 같이 추출되는 경우에 제4단계에서 원심분리 방식을 이용하여 실리카 입자를 수거할 수 있다.
본 발명은 제1단계에서 60℃~100℃ 이하의 낮은 온도와 0.1 M~1M 범위의 낮은 농도의 알칼리 수용액을 사용하여 실리케이트 용액을 제조하여 전체 공정의 단가 절감 측면에서도 유리한 면이 있으며, 제4단계에서 감압여과 방식을 이용함으로써 생성된 실리카를 용이하게 분리 및 세척할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 제2단계는 제1단계에서 제조된 실리케이트 용액에 PEG를 혼합하여 제1혼합물을 제조하는 단계이다. 이때, 상기 PEG의 수 평균 분자량(이하 '분자량'이라 한다)은 1,500~20,000인 것이 바람직하다. PEG 고분자를 구성하는 ethylene oxide 체인이 충분할 경우, 실리카의 구형 형상 제어에 유리할 것으로 판단된다. 분자량이 작은 PEG를 사용하면, ethylene oxide 체인이 불충분하여 실리카 입자의 구형 제어에 어려울 수 있다.
한편, 소듐 실리케이트 용액 내 Na2O는 최대 10.6%, SiO2는 최대 26.5%가 포함될 수 있는바, 상기 PEG는 상기 제1단계로 제조되는 실리케이트 내 존재하는 실리카 성분의 중량 대비 0.1~2.0배로 사용되는 것이 바람직하다. PEG 사용량이 상기 0.1배보다 더 적을 경우에는 실리카 입자의 구형 제어가 어려울 수 있으며, PEG 사용량이 상기 2.0배보다 많아지는 경우, 실리카의 순도에 영향을 미칠 수 있어 바람직하지 않다.
일 실시예에 있어서, 제3단계는 제1혼합물에 산(acid)을 추가한 후, 교반하여 실리카 입자를 침전시키는 단계이다. 실리케이트로부터 실리카를 생성시키기 위해서는 산을 이용한 pH 조절이 필요하다. 이때, 상기 제3단계에서 사용되는 산은 아세트산, 염산, 질산, 황산 중에서 선택된 적어도 어느 하나일 수 있고, 아세트산을 사용하는 것이 바람직하며, 상기 산은 6.0~8.0의 pH 값을 갖도록 제1혼합물에 추가되는 것이 바람직하다.
상기 pH가 6.0 이하인 경우, 실리케이트 용액에 존재하는 유기물이 같이 침전되어 제4단계의 감압여과 진행시 속도가 저해된다는 문제가 생긴다. 반면 pH가 8.0 이상으로 조절될 경우, 생성되는 실리카 입자의 구형 형상 제어가 어려울 수 있다
본 발명은 상기 제3단계의 공정 온도를 조절함으로써 제조되는 실리카의 입자의 크기를 제어한다는 것을 특징으로 한다. 상기 제3단계가 상온보다 저온에서 진행되는 경우, 마이크로미터의 실리카 입자를 제조할 수 있고, 상온 이상에서 진행되는 경우에는 나노미터의 실리카 입자를 제조할 수 있다. 즉, 제3단계의 온도가 높아질수록 제조되는 실리카 입자의 크기는 더 작아지게 된다.
이때, 상기 제3단계에서 교반은, 30분 이상 24시간 이내의 시간 동안 100~1,500rpm의 속도로 수행되고, 1~100℃의 온도 범위에서 수행되는 것이 바람직하다. 온도가 1℃보다 더 낮아지면 실리케이트 용액이 얼게 되어 반응의 진행이나 교반이 어려울 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제3단계의 온도가 1℃에서 25℃미만으로 조절되는 경우, 실리카 입자의 크기가 1~2 마이크로미터의 크기를 갖게 됨을 확인하였다. 반면, 상기 온도가 25℃~100℃로 조절되는 경우, 실리카 입자의 크기가 100~800 나노미터 범위의 크기를 갖게 되었다. 즉, 1℃~100℃의 범위 내에서, 본 발명의 제3단계의 온도가 상온보다 낮아질수록 제조된 구형 실리카 입자의 크기가 마이크로미터 단위로 커지나, 상온보다 온도가 높아질수록 실리카 입자들이 더 촘촘히 배치되고, 크기가 나노미터 단위로 작아지며 비교적 뚜렷한 구형을 갖게 됨을 확인하였다.
한편, 일 실시예에 있어서 제4단계는, 제3단계를 거쳐 침전된 실리카 입자를 수거한 후, 증류수를 사용하여 세척하는 단계이다. 상기 제4단계 이후, 세척된 실리카 입자를 건조한 후, 500~700℃ 온도에서 열처리하는 단계를 추가로 더 포함할 수 있다. 500℃ 이상의 온도가 잔류 고분자를 제거하는데 바람직하며, 과도한 입자 응집 방지를 위해 700℃ 이하의 온도가 바람직하다.
이하에서는, 본 발명의 구체적인 실시예를 중심으로 설명하고자 한다. 그러나 본 발명의 범위가 이하의 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 이들 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위해 예시적으로 제시된 것일 뿐, 통상의 기술자라면 본 발명의 권리범위 내에서 본 명세서에 기재된 내용의 여러 가지 변형된 형태를 실시할 수 있음을 밝혀두고자 한다.
[실시예 1]
왕겨 50g을 0.5 M 알칼리 수용액(NaOH) 용액에 넣고, 80℃의 온도에서 3시간 동안 반응시킨 후, 감압여과 방식으로 액체 성분인 실리케이트 용액만 추출 및 분리하여 실리케이트 용액을 제조한다. (제1단계)
이어서 분자량 3,000의 PEG 고분자 3.0g을 실리케이트 용액 400ml에 넣어 녹인다. (제2단계)
상기 제2단계로 제조된 용액의 온도를 5℃로 조절하고, pH가 6.5가 될 때까지 아세트산을 투입한다. 5℃의 온도를 유지하면서 2시간 동안 교반을 진행하여 실리카 입자를 침전시킨다. (제3단계)
교반 후 침전물을 감압여과 방식을 통해 수거하고, 이를 증류수로 세척한다. (제4단계).
건조 후 공기중에서 550℃의 온도로 2시간 열처리하여 구형 실리카 입자 6.0g을 제조하였다. (제5단계).
[실시예 2]
실시예 1과 동일하게 제조하되, 제3단계의 온도를 25℃로 조절하여 구형 실리카 입자를 제조하였다.
[실시예 3]
실시예 1과 동일하게 제조하되, 제3단계의 온도를 60℃로 조절하여 구형 실리카 입자를 제조하였다
[실시예 4]
실시예 1과 동일하게 제조하되, 제3단계의 온도를 80℃로 조절하여 구형 실리카 입자를 제조하였다
[비교예]
실시예 1과 동일하게 제조하되, 제2단계에서 PEG 고분자를 첨가하지 않고 구형 실리카 입자를 제조하였다.
[실험예 1]
PEG 첨가에 따라 구형 실리카 입자가 제조되는지 여부를 확인하기 위해, 실시예 1과 비교예에 따른 결과를 표 1에 나타내었으며, 실시예 1의 실리카 입자를 SEM으로 관찰한 결과는 도 2에, 비교예의 실리카 입자를 SEM으로 관찰한 결과는 도 3에 나타내었다.
PEG 제3단계의 온도 형태 실리카 입자의 크기
실시예 1 3.0g 5℃ 구형 1~2 마이크로미터
비교예 - 불규칙 불규칙
상기 표 1에서 확인되듯이, PEG를 첨가하지 않은 비교예의 경우, 제조되는 실리카 입자가 구형을 갖지 않고 크기도 불규칙한 반면, PEG를 첨가한 실시예 1의 경우, 구형 실리카 입자가 제조됨을 확인할 수 있다.
[실험예 2]
본 발명의 실리카 입자를 제조하는 방법에서 제3단계의 온도 변화에 따라 제조되는 실리카 입자의 크기 변화를 확인하기 위해 하기의 표 2와 같이 실시예 1 내지 4를 제조하였으며, 실시예 1 내지 4의 실리카 입자를 SEM으로 관찰한 결과는 도 2에 나타내었다.
PEG 제3단계의 온도 형태 실리카 입자의 크기
실시예 1 3.0g 5℃ 구형 1~2 마이크로미터
실시예 2 25℃ 500~800 나노미터
실시예 3 60℃ 200~550 나노미터
실시예 4 80℃ 100~300 나노미터
상기 표 2에서 확인되듯이, 본 발명의 제3단계의 온도가 1℃이상 25℃미만의 범위 내인 실시예 1의 경우, 제조되는 실리카 입자의 크기가 마이크로미터단위를 나타냄을 알 수 있다. 또한, 상기 제3단계의 온도가 25℃이상 100℃이하인 실시예 2 내지 4의 경우, 나노미터 크기의 실리카 입자가 제조되었으며, 온도가 증가함에 따라 제조된 실리카 입자의 크기가 단계적으로 줄어드는 것을 확인할 수 있다.

Claims (12)

  1. 바이오매스와 알칼리 수용액을 반응시켜 실리케이트 용액을 제조하는 제1단계;
    상기 실리케이트 용액에 PEG(polyethylene glycol)를 혼합하여 제1혼합물을 제조하는 제2단계;
    상기 제1혼합물에 산(acid)을 추가한 후, 교반하여 실리카 입자를 침전시키는 제3단계; 및
    상기 제3단계를 거쳐 침전된 실리카 입자를 수거한 후, 증류수를 사용하여 세척하는 제4단계;를 포함하고
    상기 제3단계의 공정 온도를 조절함으로써, 구형 실리카 입자의 크기를 제어하는 것을 특징으로 하는, 바이오매스로부터 구형 실리카 입자를 제조하는 방법
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1단계의 바이오매스는, 미강, 왕겨, 볏짚, 갈대, 옥수수 잎 및 옥수수 줄기 중에서 선택된 적어도 어느 하나인, 바이오매스로부터 구형 실리카 입자를 제조하는 방법
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1단계의 알칼리 수용액은, 0.1~1M의 수산화나트륨(NaOH) 수용액인, 바이오매스로부터 구형 실리카 입자를 제조하는 방법
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1단계의 실리케이트 용액은 감압여과를 통해 추출되고,
    상기 제4단계의 실리카 입자는 감압여과 또는 원심분리 방식으로 수거되는 것을 특징으로 하는, 바이오매스로부터 구형 실리카 입자를 제조하는 방법
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1단계는, 60℃~100℃ 온도의 범위에서 수행되는 것을 특징으로 하는, 바이오매스로부터 구형 실리카 입자를 제조하는 방법
  6. 제1항에 있어서,
    상기 PEG는 수 평균 분자량이 1,500~20,000인 것을 특징으로 하는, 바이오매스로부터 구형 실리카 입자를 제조하는 방법
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제3단계에서 사용되는 산은 아세트산, 염산, 질산, 황산 중에서 선택된 적어도 어느 하나일 수 있으며,
    상기 산은 6.0~8.0의 pH 값을 갖도록 제1혼합물에 추가되는 것을 특징으로 하는, 바이오매스로부터 구형 실리카 입자를 제조하는 방법
  8. 제1항에 있어서, 상기 제4단계 이후,
    세척된 실리카 입자를 건조한 후, 500~700℃ 온도에서 열처리하는 단계;를 추가로 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 바이오매스로부터 구형 실리카 입자를 제조하는 방법
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제3단계의 교반은 적어도 30분 이상 24시간 이내의 시간 동안 수행되고, 1~100℃의 온도 범위에서 수행되는 것을 특징으로 하는, 바이오매스로부터 구형 실리카 입자를 제조하는 방법
  10. 제9항에 있어서,
    1℃이상 25℃미만에서는 0.8~5 마이크로미터의 구형 실리카 입자가 제조되는 것을 특징으로 하는, 바이오매스로부터 구형 실리카 입자를 제조하는 방법
  11. 제9항에 있어서,
    25℃이상 100℃이하에서는 50~900 나노미터의 구형 실리카 입자가 제조되는 것을 특징으로 하는, 바이오매스로부터 구형 실리카 입자를 제조하는 방법
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 제조방법으로 제조된 구형 실리카 입자
KR1020200097036A 2020-08-03 2020-08-03 바이오매스로부터 구형 실리카 입자를 제조하는 방법 및 이에 따라 제조된 구형 실리카 입자 KR102437453B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200097036A KR102437453B1 (ko) 2020-08-03 2020-08-03 바이오매스로부터 구형 실리카 입자를 제조하는 방법 및 이에 따라 제조된 구형 실리카 입자

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200097036A KR102437453B1 (ko) 2020-08-03 2020-08-03 바이오매스로부터 구형 실리카 입자를 제조하는 방법 및 이에 따라 제조된 구형 실리카 입자

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20220016728A true KR20220016728A (ko) 2022-02-10
KR102437453B1 KR102437453B1 (ko) 2022-08-30

Family

ID=80253710

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200097036A KR102437453B1 (ko) 2020-08-03 2020-08-03 바이오매스로부터 구형 실리카 입자를 제조하는 방법 및 이에 따라 제조된 구형 실리카 입자

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102437453B1 (ko)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012106911A (ja) * 2010-10-20 2012-06-07 Sumitomo Rubber Ind Ltd シリカの製造方法及びゴム組成物
JP2012227449A (ja) * 2011-04-21 2012-11-15 Nippon Shokubai Co Ltd 非晶質シリカ粒子
US20160304353A1 (en) * 2013-12-25 2016-10-20 Zhongying Changjiang International New Energy Investment Co., Ltd. Method for preparing nano silica and nano calcium carbonate using rice hull ash and flue gas
KR101902206B1 (ko) * 2017-06-23 2018-09-28 한국세라믹기술원 바이오매스로부터 표면적이 향상된 실리카를 제조하는 방법
KR102085232B1 (ko) * 2018-09-20 2020-03-05 한국세라믹기술원 바이오매스로부터 메조 다공성 실리카를 제조하는 방법

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012106911A (ja) * 2010-10-20 2012-06-07 Sumitomo Rubber Ind Ltd シリカの製造方法及びゴム組成物
JP2012227449A (ja) * 2011-04-21 2012-11-15 Nippon Shokubai Co Ltd 非晶質シリカ粒子
US20160304353A1 (en) * 2013-12-25 2016-10-20 Zhongying Changjiang International New Energy Investment Co., Ltd. Method for preparing nano silica and nano calcium carbonate using rice hull ash and flue gas
KR101902206B1 (ko) * 2017-06-23 2018-09-28 한국세라믹기술원 바이오매스로부터 표면적이 향상된 실리카를 제조하는 방법
KR102085232B1 (ko) * 2018-09-20 2020-03-05 한국세라믹기술원 바이오매스로부터 메조 다공성 실리카를 제조하는 방법

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
J.A.Amick, J.Electrochem. Soc.129,864 (1982); L.P.Hunt, J.Electrochem. Soc. 131,1683 (1984)
Jose James, et. al., J.Sci. Ind. Res. 51, 383 (1992)
R.V.Krishnarao, J. Am. Chem. Soc. 74,2869 (1991)

Also Published As

Publication number Publication date
KR102437453B1 (ko) 2022-08-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0531486B1 (en) A process for converting a cellulosic material into crystalline cellulose
JP2000509760A (ja) トウモロコシ繊維からのヘミセルロースの単離
Liao et al. Extraction of a novel fungal chitin from Hericium erinaceus residue using multistep mild procedures
CN109653012B (zh) 一种利用秸秆或能源植物制备溶解浆的方法
CN104507328A (zh) 来自豆类的可溶性蛋白质产物的改进的生产
CN1169452C (zh) 一种提取大豆分离蛋白的工艺
CN113145080A (zh) Tempo氧化综纤维素-壳聚糖吸附材料的制备方法、制得的吸附材料及应用
KR20130071451A (ko) 왕겨로부터 고순도의 실리카를 제조하는 방법
CN101899119A (zh) 一种玉米淀粉的制备方法
CN106633200A (zh) 一种羧甲基纤维素纳米复合膜的制备方法
CN107090478B (zh) 一种从香菇柄中提取水溶性膳食纤维的方法
KR102437453B1 (ko) 바이오매스로부터 구형 실리카 입자를 제조하는 방법 및 이에 따라 제조된 구형 실리카 입자
CN110679725A (zh) 一种具有热稳定性的大豆分离蛋白的制备工艺
CN111184224A (zh) 一种高活性膳食纤维粉的制备方法及其应用
JP2010057438A (ja) ライススターチの製造方法
CN111875647B (zh) 一种从燕窝中制备高纯度唾液酸方法
CN115246888A (zh) 一种疏水性纳米纤维素的制备方法
CN108456312B (zh) 一种以碱木素或硫酸盐木素为原料制备纳米木素的方法
CN108148142B (zh) 一种超声波辅助提取玉米淀粉的方法
EP1397389B1 (en) A method of isolation of immunostimulating glucan from oyster mushroom
KR102611175B1 (ko) 바이오매스로부터 구형 실리카 입자를 제조하는 방법 및 이에 따라 제조된 구형 실리카 입자
CN109678971A (zh) 一种球形纳米纤维素的制备方法
CN106381744A (zh) 一种从芦苇中分离纳米纤维素的方法
CN113402634A (zh) 一种提高硫酸软骨素澄清度工艺
CN110584137B (zh) 一种利用苹果渣制备不溶性膳食纤维的方法

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant