Preparation of PES-g-COS-vc-GTMAC membrane and its use for biological hydrogen gas production

국문 초록 (Abstract)

Chitooligosaccharide-ascorbic acid와 glycidyltrimethylammonium chloride를 사용하여 quaternized COS-vc-GTMAC를 합성하였다. 합성된 q-COS-vc-GTMAC의 치환도 경향을 평가하기 위해 반응시간, 온도, 반응물 비율 등의 반응 조건을 변화시켜 실험하였다. 합성한 q-COS-vc-GTMAC를 이용하여 다공성의 PES막에 가교시켜 PES-g-COS-vc-GTMAC막을 제조하였다.합성된 q-COS-vc-GTMAC는 1H-NMR, FT-IR, EA를 이용하여 분석하였고, 그때의 조건은 반응시간 17 h, 온도 60 ℃, 비율 4:1 로 본 연구에 있어 가장 최적의 치환도 97 %의 결과를 얻었다.또한, 기공크기 0.2 ㎛ PES막을 지지체로 이용하여 q-COS-vc-GTMAC을 가교시킨 막을 제조하였다. 막의 다공성 구조를 이용해 Entrobacter aerogenes를 고정화하여 고농도의 수소와 수소생산에 적합한 막에 대한 연구를 위해 아무런 처리를 하지 않은 PES막 그리고 기존에 사용하였던 키토산 복합막과 비교 평가 하였다.PES-g-COS-vc-GTMAC 막의 가교방법은 다음과 같다. PES막을 오존으로 산화시켜 과산화물로 만든 다음, 가교를 시키기 위한 시약으로 아크릴 산을 사용한다. 여기에 1-ethyl-3-dimethylaminopropyl carbodiimide (EDC)의 활성화를 통해 COS-vc-GTMAC가 PES-g-PAA막에 공유결합을 할 수 있게 된다. 이렇게 제조된 막은 SEM을 통해 관찰하였으며, 침지형 평판 모듈로 제작하였다.침지형 분리막 반응기를 이용하여 수소생산 실험을 진행하여 발생량을 측정하고 GC를 통해 생산된 수소의 농도를 측정하였다. 측정한 수소의 농도는 최소 5.8 %, 최대 43.2 %의 범위이다.PES-g-COS-vc-GTMAC막은 키토산보다 저분자이면서 키토산의 생물학적 성질과 내구성을 가지고 있기 때문에 장기간 실험에 적용한다면, 다른 막들에 비해 수소생산에 더 유리할 것으로 기대된다.In this study, quaternized COS-vc-GTMAC was synthesized by using chitooligosaccharide-vitamin C (COS-vc) and glycidyltrimethylammonium chloride (GTMAC). For degree of substitution (DS) of synthesized q-COS-vc-GTMAC, several factors such as reaction time, temperature, mole ratio were performed. Their properties were confirmed by 1H-NMR, FT-IR, EA. The optimum value of DS 97 % was obtained, when the conditions were reaction time 17 h, temperature 60 ℃ and mole ratio 4:1.PES-g-COS-vc-GTMAC membrane was prepared the synthesized q-COS-vc-GTMAC, was grafted onto the porous PES membrane. Grafted q-COS-vc-GTMAC membrane were prepared by using 0.2 ㎛ pore size PES membrane as support layer. Grafting method is as following. PES membrane was treated with ozone to introduced peroxides, and then used acrylic acid as a grafting of functional agent, followed by the coupling of COS. COS can be covalently bound to the surface of PAA-g-PES membrane via the activation of 1-ethyl-3-dimethylaminopropyl carbodiimide (EDC). Prepared membrane was examined by SEM.Entrobacter aerogenes was fixed by using the porous structure of membrane and the membrane was manufactured to submerged plate-and-frame membrane module. By using the submerged separation membrane reactor, hydrogen gas volume was measured and hydrogen concentration via GC. The range of measured hydrogen concentration is minimum 5.8 %, maximum 43.2 %.COS, lower oligomer of chitosan, is not only water soluble but also exhibit versatile biological activities similar to chitosan. Because of q-COS-vc-GTMAC has hydrophilicity and antimicrobial properties, we can expect long term experience and obtain higher hydrogen production.