[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

KR20030032775A - Manufacturing Method of Silica-Titania Composit Material with Nano sized pore for Protein Immobillization - Google Patents

Manufacturing Method of Silica-Titania Composit Material with Nano sized pore for Protein Immobillization Download PDF

Info

Publication number
KR20030032775A
KR20030032775A KR1020010064959A KR20010064959A KR20030032775A KR 20030032775 A KR20030032775 A KR 20030032775A KR 1020010064959 A KR1020010064959 A KR 1020010064959A KR 20010064959 A KR20010064959 A KR 20010064959A KR 20030032775 A KR20030032775 A KR 20030032775A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
silica
titania
silicate
reaction
surface area
Prior art date
Application number
KR1020010064959A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR100549163B1 (en
Inventor
김호건
박진구
송영상
이혜진
Original Assignee
김호건
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 김호건 filed Critical 김호건
Priority to KR1020010064959A priority Critical patent/KR100549163B1/en
Publication of KR20030032775A publication Critical patent/KR20030032775A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR100549163B1 publication Critical patent/KR100549163B1/en

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J29/00Catalysts comprising molecular sieves
    • B01J29/89Silicates, aluminosilicates or borosilicates of titanium, zirconium or hafnium
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F3/02Aerobic processes
    • C02F3/10Packings; Fillings; Grids
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N1/00Microorganisms, e.g. protozoa; Compositions thereof; Processes of propagating, maintaining or preserving microorganisms or compositions thereof; Processes of preparing or isolating a composition containing a microorganism; Culture media therefor
    • C12N1/04Preserving or maintaining viable microorganisms
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02WCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W10/00Technologies for wastewater treatment
    • Y02W10/10Biological treatment of water, waste water, or sewage

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Tropical Medicine & Parasitology (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Virology (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Biodiversity & Conservation Biology (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Silicon Compounds (AREA)
  • Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)

Abstract

PURPOSE: A fabrication method of silica-titania composite material with nano sized pore for protein immobilization is provided. CONSTITUTION: The method comprises the steps of inputting sodium silicate (SiO2 28.8%, Na2O 0.95%) into a raw material tank(2); inputting solution mixture of TiOCl2 and 18% sulfuric acid into the raw material tank(2); transferring the sodium silicate and the solution mixture to a reaction hopper(4) through a metering pump(3); causing reaction between the sodium silicate and solution mixture in the reaction hopper(4); keeping the reactant in ambient temperature for 6 hours, thereby converting silica-titania sol to hydrogel; crushing the hydrogel to have a size of 2-6 mm; and rinsing the crushed hydrogel using water with pH 3.8 at 23°C for 10 hours.

Description

나노세공구조를 갖는 실리카-티타니아 생체촉매 담체용 복합재료의 제법 {Manufacturing Method of Silica-Titania Composit Material with Nano sized pore for Protein Immobillization}Manufacturing Method of Silica-Titania Composit Material with Nano sized pore for Protein Immobillization

본 발명은 나노세공구조를 갖는 실리카-티타니아 생체촉매 담체용 복합재료를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 더욱 자세히는 TiCl4, H2O, HCl로부터 TiOCl2를 제조한 후 황산과 혼합액을 만들고 이것을 규산알칼리 수용액과 반응시켜 얻은 졸을 20-80℃ 정도의 온도에서 겔화 시킨 후 얻은 하이드로겔을 pH 3-9.5 정도의 조건에서 수세처리하고, 산 혹은 알칼리 혹은 중성 증류수로 수세처리하여 복합재료의 표면적 및 세공용적을 제어한 후 150-250℃ 범위에서 건조한 후 분쇄에 의하여 조분 혹은 미분의 생체 촉매 담체용 실리카-티타니아 복합재료를 제조하는 방법이다.The present invention relates to a method for preparing a composite material for a silica-titania biocatalyst carrier having a nanoporous structure, and more particularly, to prepare TiOCl 2 from TiCl 4 , H 2 O, and HCl, to prepare a mixed solution with sulfuric acid, The sol obtained by reacting with an aqueous alkali solution was gelled at a temperature of about 20-80 ° C., and the obtained hydrogel was washed with water at a pH of about 3-9.5, washed with acid, alkali or neutral distilled water, and the surface area of the composite material and After controlling the pore volume, it is dried in the range of 150-250 ° C. and then pulverized to prepare a silica-titania composite material for a biocatalyst carrier of coarse or fine powder.

또한 본 발명은 비교적 저가의 원료를 사용하여 나노세공구조를 갖는 다공성 복합재료를 합성할 수 있는 방법에 특징이 있는 것으로서. 본 발명의 실리카-티타니아 복합재료의 제조방법은 현재 생체촉매 담체로 사용하는 입자충전법에 의한 소재, 고가의 출발물질로 하는 졸-겔법, 스폰지에 의해 제조하는 다공체 등에 비해 균일한 다공성 무기소재를 생산할 수 있으며, 본 발명에 따른 담체용 재료는 폐수처리용 세라믹 담체, 호기성 및 혐기성 미생물의 고정화 담체, 오폐수 정화용 생물 담체, 광촉매용 세라믹 다공성 고표면적 담체로서 사용된다.In addition, the present invention is characterized by a method capable of synthesizing a porous composite material having a nanoporous structure using a relatively inexpensive raw material. The method for producing the silica-titania composite material of the present invention provides a uniform porous inorganic material as compared to the material by the particle filling method currently used as a biocatalyst carrier, the sol-gel method as an expensive starting material, the porous body produced by the sponge, and the like. The carrier material according to the present invention can be used as a ceramic carrier for wastewater treatment, an immobilized carrier for aerobic and anaerobic microorganisms, a biological carrier for wastewater purification, and a ceramic porous high surface area carrier for photocatalysts.

전술한 바와 같이, 실리카-티타니아 복합재료는 여러 용도로 사용되고 있으며, 특히 고급인쇄지용 경량충전제, 첨가제, 석유화학공업의 촉매(일부 티타니아 담지방법) 등으로 많이 이용되고 있는 실정이다. 그러나 지금까지 실리카 단독에 의한 촉매담체 제조에 관한 발명들은 많이 나와 있으나 혼합 무기산을 사용하여 저가의 규산염과 졸-겔 반응에 의해 합성한 방법, 특히 무기산 혼합액(TiOCl2+ H2SO4)과 규산염과의 졸-겔 반응에 의한 생체 촉매 담체의 제조는 보고되어 있지 않다.As described above, the silica-titania composite material is used for various purposes, and in particular, it is widely used as a lightweight filler for additive printing paper, an additive, a catalyst of petrochemical industry (some titania supporting method), and the like. However, there have been many inventions related to the preparation of catalyst carriers using silica alone, but a method synthesized by inexpensive silicate and sol-gel reaction using a mixed inorganic acid, in particular, an inorganic acid mixture (TiOCl 2 + H 2 SO 4 ) and silicate The production of biocatalyst carriers by sol-gel reaction with is not reported.

선행기술로서 일본특허 6-298520(1994년)에서는 산화티탄 초미립자를 실리카 콜로이드에 분산시킨 후 콜로이드를 겔화하고 다음에 분쇄하여 실리카-산화티탄의 초미립 상태를 제조하는 방법이 제시되었으나, 이 경우 산화티탄의 초미립자를 사용함으로써 실리카-산화티탄의 복합재료의 균일한 세공제어가 불가능하다. 왜냐하면 분말로 만들어진 산화티탄의 경우 미립자 형태로 되어 있어서 하이드로겔로 될 수 없을 뿐만 아니라 졸-겔 반응에 있어서 하이드로겔로부터는 중합 조건에 의해서 세공을 제어할 수 없는 문제점을 안고 있으며, 그 이유는 이미 망상구조가 되어버린 크세로겔(Xerogel)상의 분말로부터는 세공제어가 불가능하기 때문이다.As a prior art, Japanese Patent No. 6-298520 (1994) discloses a method of preparing ultrafine particles of silica-titanium oxide by dispersing ultrafine titanium oxide particles into silica colloids, then gelling the colloids and then grinding them. By using the ultrafine particles of titanium, it is impossible to control uniform pore of the composite material of silica-titanium oxide. Because titanium oxide made of powder is in the form of fine particles, it cannot be hydrogel, and in the sol-gel reaction, there is a problem in that the pores cannot be controlled by polymerization conditions. This is because pore control is impossible from the Xerogel phase powder which has become a network structure.

또한 일본특허 3-296435(1991년)에서는 비표면적이 30-800㎥/g 및 세공용적 0.3-2.0ml/g 및 평균 세공경 80-1000Å의 실리카의 모체를 합성한 후 그 표면에 산화티탄을 담지 시키는 것을 특징으로 함으로써 실리카와 티타니아가 균일하게 복합재료로 이루어지지 않음을 알 수 있다.In addition, Japanese Patent 3-296435 (1991) synthesizes a matrix of silica having a specific surface area of 30-800 m 3 / g, pore volume of 0.3-2.0 ml / g, and an average pore diameter of 80-1000 mm 3, and then titanium oxide is deposited on the surface thereof. By supporting it, it can be seen that silica and titania are not uniformly made of a composite material.

효소를 이용한 바이오 전환 시스템은 화학적 방법에 비하여 환경친화적인 방법으로 공해물질의 발생을 억제할 수 있을 뿐 아니라 제품 생산시 제조공법의 간편화, 경비의 절감 등 여러 가지 유익한 효과 때문에 국내외에서 연구가 진행중이며 이러한 연구에 필요한 재료로서 다공성 세라믹 담체가 필요하다. 여기서 세라믹 담체의 조건은 여러 가지가 있으나 표면적, 기공, 세공용적, 흡유량 등의 제어가 중요하며 이러한 조건을 충족하는 발명이 요구되고 있다.Bio-conversion system using enzymes can suppress the generation of pollutants in an environment-friendly way compared to chemical methods, and research is being conducted at home and abroad due to various beneficial effects such as simplifying the manufacturing method and reducing costs in production. As a material required for this study, a porous ceramic carrier is needed. Here, there are various conditions for the ceramic carrier, but control of surface area, pore, pore volume, oil absorption, etc. is important, and an invention satisfying these conditions is required.

현재 사용하고 있는 생물 고정화용 다공성 세라믹 담체는 다음과 같은 종류 및 특징을 갖고 있으나 본 발명에서 이루고자하는 복합재료로 이루어지고 있는 것은 없다. Currently used porous ceramic support for immobilization has the following types and features, but is not made of a composite material to be achieved in the present invention.

제조방법Manufacturing method 특 징Characteristic 일반적 물성General physical properties 입자충전법Particle Filling Method ·간단한 제조공정·가공크기는 원료입자의 크기에 영향을 받음·고온 소결로 비경제적·가공그키 및 기공율 조절 취약Simple manufacturing process, processing size is influenced by the size of raw material particles, economical, high temperature sintering furnace, poor processing and poor porosity control ·기공율 40% 이내·고립기공을 형성·기공크기는 원룡입자의 크기로 조절(0.1-600㎛)· Porosity within 40% · Formation of pore size · Pore size is adjusted to the size of the pterosaur particle 졸-겔법Sol-gel method ·원재료의 고균질도 고순도로 원료비 고가·제조공정이 복잡하고 유기용매 취급High homogeneity and high purity of raw materials, high cost of raw materials, complicated manufacturing process, and handling of organic solvents ·기공율 50-60%·기공크기 수-수십㎛50-60% porosity 전구체 또는 스폰지법Precursor or sponge method ·공정이 간단하고 경제적임·기공형성이 용이하나 최종산물의 강도가 낮음·가연성 물질의 종류에 따라 기공의 특성 좌우· Simple process and economical · Easy pore formation but low strength of final product · Pore characteristics depend on type of combustible material ·기공율 70%내외·기공크기는 강녀성물질의 종류로 조절(수십-수백㎛)·강도가 낮음· Porosity of around 70% · Pore size is controlled by kinds of strong substance (several tens to hundreds of ㎛) 포말법Foam ·기공율 및 기공의 크기 조절 용이·대표적인 다공체 제조방법Easy to adjust porosity and pore size Representative porous body manufacturing method ·기공율 80%내외·기공크기는 첨가제의 종류로 조절(수십-수백㎛)-Porosity of around 80%, Pore size can be adjusted by the type of additive (tens-hundreds of ㎛) 고분자스폰지법Polymer Sponge Method ·망상형 세라믹스 제조·제조공정이 복잡하다Complex manufacturing and manufacturing process of reticulated ceramics ·기공율 85% 이상·기공크기 수㎚Porosity 85% or more Pore size nm

상기에서 보는 바와 같이 현재 생체 촉매 다공성 담체용으로 제조 및 연구 보고되어 있는 것을 보면 기공의 크기가 3-80nm 정도의 미세한 세공을 갖는 복합재료의 담체는 아직 있지 않으며 생물산업, 발효산업, 식품산업, 폐수처리 산업, 환경산업, 의약, 제약 산업, 바이오 관련산업 등에서 요구되는 3-80nm 정도의 세공분포를 갖는 복합 무기재료의 발명이 필요하다.As can be seen from the above, there are no carriers of composite materials having fine pores of about 3-80 nm in pore size and are currently produced and researched for biocatalytic porous carriers. There is a need for the invention of a composite inorganic material having a pore distribution on the order of 3-80 nm, which is required in the wastewater treatment industry, environmental industry, medicine, pharmaceutical industry, and bio-related industries.

따라서 본 발명은 생물고정화 담체로서 다공성 담체 안에 세포를 물리적으로 포획하거나 표면의 수산화기(-OH기)와 같은 작용기를 브롬화시안(CNBr)과 같은 약품으로 처리하여 사용하거나, 무기다공성 담체에 아민기를 갖는 실란으로 처리하여 사용한다. 그러나 다공성을 갖는 무기다공성 담체로서 지금까지 사용되어온 여러 담체들은 다음과 같은 조건을 충족하여야 하나 지금까지 하기 내용을 충족하는 다공성 담체는 발명되지 않고 있고 그 중 부분적인 물성만을 충족하여 사용하고 있다Therefore, the present invention is used as a bio-immobilized carrier by physically trapping the cells in the porous carrier or by treating a functional group such as hydroxyl group (-OH group) on the surface with a chemical agent such as cyanide bromide (CNBr), or having an amine group on the inorganic porous carrier. Used by treating with silane. However, various carriers which have been used as inorganic porous carriers until now have to satisfy the following conditions, but until now, porous carriers satisfying the following contents have not been invented and only partially satisfy their physical properties.

1. 재료는 어느 정도의 다공성을 갖고 있는가?1. How porosity does the material have?

2. 다공성 물질이라면 다공성 속으로 효소와 같은 고정화시킬 생체들이 충분히 들어갈 수 있는 몰포로지(Morphology)를 갖고 있는가?2. Does the porous material have a morphology that allows enough organisms to immobilize, such as enzymes, into the porosity?

3. 사용되는 담체 물질은 산, 알칼리, 고농도의 염이 존재하는 분위기, 유기 용매 등에 대해서 충분한 내구성을 갖고 있는가?3. Do the carrier materials used have sufficient durability against acids, alkalis, atmospheres with high concentrations of salts, organic solvents, etc.?

4. 담체 물질은 사용하기에 편리한가?4. Is the carrier material convenient for use?

5. 담체 물질은 높은 압축강도를 갖고 있는가?5. Does the carrier material have high compressive strength?

6. 단위 부피당 충분한 양의 효소와 같은 생체물질을 담지할 수 있는가?6. Can I carry enough biological material such as enzymes per unit volume?

7. 담체 물질은 최고 압력손실에 대해 충분히 견딜 수 있는가?7. Is the carrier material able to withstand the maximum pressure loss?

8. 담체의 입자크기, 형태 등에 의해 상기의 인자에 영향을 미치는가?8. Do these factors affect the particle size and shape of the carrier?

9. 담체 물질의 공급과 저장은 쉬운가?9. Is the supply and storage of carrier material easy?

그러나 상기과 같은 상기의 여러 가지 인자를 모두 충족할 수 있는 물질은 현재 존재하지 않고 있다.However, there is currently no material that can satisfy all of the above factors.

본 발명은 전술한 선행기술의 문제점을 해결하고 상기한 여러 가지 인자를 모두 충족할 수 있는 물질을 제조하기 위하여 창안한 것으로서, 본 발명에서는 상기한 인자중에서 상대적으로 기존의 재료인 다공성 실리카에 비해 알칼리 영역에서 내 알칼리성을 나타내는 복합재료의 제법을 제공하는 것이다.The present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art and to produce a material that can satisfy all of the various factors described above. It is to provide a manufacturing method of a composite material showing alkali resistance in the region.

또한 본 발명은 종래의 문제점 중에서 내알칼리성을 증가하기 위해 저가의 무기염을 출발물질로하여 사용하는 것에 대한 제법에 관한 것이다.The present invention also relates to a method for using a low-cost inorganic salt as a starting material in order to increase alkali resistance among the conventional problems.

또한 향후 생체촉매 담체로 사용되는 유기 및 여러 유형의 담체 대용으로서 실리카-티타니아 복합재료 합성시 비정질의 실리카-티타니아 복합재료의 물성이 표면적 60-800㎡/g 정도이고 세공용적이 0.3-2.0ml/g 및 평균 세공경 30-100nm을 갖는 복합재료의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 일반적으로 생체 촉매 담체의 경우 비표면적이 너무 클 경우 세공이 너무 작은 문제점이 있고 또한 너무 세공이 클 경우 단위 면적당 생체 담지 효율이 떨어지는 문제점이 있다. 그러므로 본 발명에서는 세공의 크기가 3-60nm 정도의 실리카-티타니아 복합재료를 합성하여 생물산업, 발효산업, 식품산업, 폐수처리 산업, 환경산업, 의약, 제약 산업, 바이오 관련산업 등의 효소 고정화용 담체를 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, as an alternative to organic and various types of carriers used as biocatalyst carriers, the properties of amorphous silica-titania composites in the synthesis of silica-titania composites are about 60-800㎡ / g and the pore volume is 0.3-2.0ml / It aims at providing the manufacturing method of the composite material which has g and an average pore diameter of 30-100 nm. In general, in the case of a biocatalyst carrier, when the specific surface area is too large, there is a problem in that the pores are too small, and in the case where the pores are too large, there is a problem in that the supporting efficiency per unit area is lowered. Therefore, the present invention synthesizes a silica-titania composite having a pore size of about 3-60 nm to immobilize enzymes in biological industry, fermentation industry, food industry, wastewater treatment industry, environmental industry, medicine, pharmaceutical industry, bio-related industry, etc. It is an object to provide a carrier.

도 1은 본 발명의 제조반응기구의 개략적인 구성을 도시한 도면1 is a view showing a schematic configuration of a manufacturing reaction mechanism of the present invention

도 2는 FT-IR 스펙트로메터에 의한 측정율표 2 is a measurement rate table by the FT-IR spectrometer

도 3은 본 발명의 실리카-티타니아 복합체의 전자현미경 사진Figure 3 is an electron micrograph of the silica-titania composite of the present invention

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉 <Explanation of symbols for main parts of drawing>

1: TiOCl2+ H2SO4혼합산 탱크 One: TiOCl2+ H2SO4Mixed acid tank

2: 규산나트륨 또는 규산칼륨 혼합용액 탱크 2: Sodium Silicate or Potassium Silicate Mixture Tank

3: 정량펌프 3: metering pump

4: 리액터(반응기, Reactor) 4: Reactor

5: 실리카-티타니아 (TiO2/SiO2)복합재료 반응물 5: silica-titania (TiO2/ SiO2Composite reactant

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명을 상세히 설명한다.The present invention for achieving the above object will be described in detail.

본 발명은 TiCl4, H2O, HCl로부터 TiOCl2를 제조한 후 황산과 혼합액을 만들고 이것을 규산알칼리 수용액과 반응시켜 얻은 졸을 20-80℃ 정도의 온도에서 겔화 시킨 후 얻은 하이드로겔을 pH 3-9.5 정도의 조건에서 수세처리하고, 산 혹은 알칼리 혹은 중성 증류수로 수세처리하여 복합재료의 표면적 및 세공용적을 제어한 후 150-250℃ 범위에서 건조한 후 분쇄에 의하여 조분 혹은 미분의 생체 촉매 담체용 실리카-티타니아 복합재료를 제조하는 방법을 특징으로 한다.In the present invention, TiOCl 2 is prepared from TiCl 4 , H 2 O, and HCl, and then a mixed solution with sulfuric acid is prepared, and the sol obtained by reacting it with an aqueous alkali silicate solution is gelled at a temperature of about 20-80 ° C. Water-treated under the condition of -9.5, washed with acid, alkali or neutral distilled water to control the surface area and pore volume of the composite material, dried in the range of 150-250 ° C, and then pulverized for biocatalyst carrier A method for producing a silica-titania composite is characterized.

본 발명에 의해 제조되는 다공성 생체 촉매 담체를 사용하는 분야인 효소고정화의 기본개념은 효소를 이용한 생물화학공정의 효소의 활용기술에 관한 분야로서 효소의 생물학적 활성을 개량하는 기술분야와 그 활성을 안정화시키고 경제적으로 활용하는 기술분야로 구분할 수 있는데 전자는 유전공학적인 방향으로 연구가 진행되는데 비하여 후자는 고정화법을 중심으로 발전되어 왔다.Basic concept of enzyme immobilization, which is a field using a porous biocatalyst carrier prepared by the present invention, relates to a technique for utilizing enzymes in a biochemical process using enzymes, and a technique for improving the biological activity of enzymes and stabilizing its activity. The former has been developed in the field of genetic engineering, while the latter has been developed around immobilization.

효소를 고정화시키는 중요한 목적은 효소를 쉽게 회수하여 재 이용할 수 있기 때문에 효소 반응공정의 경제성을 높여줄 수 있으며, 반응양식을 회분식 또는 연속식으로 다양하게 적용할 수 있다는 데 있다. 따라서 자연 효소를 생물화학 공정에서 효과적으로 이용하기 위해서는 효소를 고정화 시켜야 하는데, 고정화시키는 방법에는 흡착법, 공유결합법, 고분자감금법 등이 있다. 흡착에 의한 고정화는 담체에 효소를 흡착시키는 것으로서, 담체의 구조적 특성이 효소에 대한 흡착함량이 크면서 세공확산 저항이 작아야 하고 또한 효소에 대한 결합력이 커서 효소가 유리되지 않아야 한다. 공유결합에 의한 고정화는 담체의 표면과 효소를 결합제 혹은 교각으로 공유결합시키는 방법으로 담체를 표면처리하거나 효소에 작용기를 도입하여야 하며, 지지된 효소의 활성소가 차폐되지 않도록 하여야 한다.An important purpose of immobilizing the enzyme is to improve the economics of the enzyme reaction process because the enzyme can be easily recovered and reused, and the reaction mode can be variously applied in batch or continuous mode. Therefore, in order to effectively use natural enzymes in biochemical processes, the enzymes must be immobilized. The immobilization methods include adsorption, covalent bonding, and polymer confinement. Immobilization by adsorption is to adsorb the enzyme to the carrier, and the structural characteristics of the carrier should be high in adsorption content to the enzyme, small in pore diffusion resistance, and large in binding force to the enzyme, thereby not freeing the enzyme. Immobilization by covalent bonds is a method of covalently bonding the surface of the carrier and the enzyme with a binder or a pier to surface-treat the carrier or to introduce functional groups into the enzyme, and to prevent the active enzymes of the supported enzyme from being blocked.

현재는 이와 같은 방법으로 상업적인 생산이 이루어지고 있으며 담체의 종류중에서 다공성 실리카의 유용성이 이미 검증된바 있다. 그러나 생체 효소 고정화에 사용하는 무기 다공성 담체로서 실리카-티타니아 복합재료의 제조는 보고된 바가 없다.At present, commercial production has been carried out in such a manner, and the usefulness of porous silica in the type of carrier has already been verified. However, the production of silica-titania composites as inorganic porous carriers used for bioenzyme immobilization has not been reported.

따라서 본 발명은 TiOCl2+ H2SO4의 혼합액을 만들고 이 혼합액을 저가의 무기염(규산나트륨, 규산칼륨 등)과 반응시켜서 유기 혹은 무기 담체가 사용되는 생체촉매 담체 물질로서 나노사이즈의 세공구조를 갖는 실리카-티타니아 복합재료를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.Therefore, in the present invention, a nano-sized pore structure as a biocatalyst carrier material in which an organic or inorganic carrier is used by making a mixed solution of TiOCl 2 + H 2 SO 4 and reacting the mixed solution with an inexpensive inorganic salt (sodium silicate, potassium silicate, etc.) It is to provide a method for producing a silica-titania composite having a.

이하 본 발명의 제조방법을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the manufacturing method of the present invention will be described in detail.

본 발명은 TiCl4, H2O, HCl로부터 TiOCl2를 제조한다. 이것은 TiCl4가 상온에서 불안정한 성상을 갖고 있으므로 TiO2의 전구체로서 상온에서 안정하게 하기 위한 방법이다. 이러한 방법으로 준비된 티타니아 전구체와 황산을 혼합하여 필요한 티타니아 전구체 혼합 물질을 제조한다. 이것은 기존의 실리카 미분말 혹은 티타니아 미분말 제조 후 바인더 혹은 기타의 방법으로 성형에 의해 제조되는 촉매 담체에 있어서 실리카와 티타니아 성분이 균일하게 분포되어 있지 않은 문제점에 대한 대안으로서 용액상태에서 이성분 혼합 장치(도 1)에 의해 균일하게 혼합되어 졸-겔 과정을 거쳐 복합재료가 생성되므로 복합재료의 이성분 분포가 균일하게 제어 될 수 있다.The present invention prepares TiOCl 2 from TiCl 4 , H 2 O, HCl. This is a method for stabilizing at room temperature as a precursor of TiO 2 because TiCl 4 has unstable properties at room temperature. The titania precursor prepared in this manner and sulfuric acid are mixed to prepare the necessary titania precursor mixed material. This is an alternative to the problem that the silica and titania components are not uniformly distributed in the catalyst carrier prepared by conventional silica fine powder or fine powder of titania after forming by binder or other method. 1) is uniformly mixed by the sol-gel process to produce a composite material, so that the distribution of two components of the composite material can be uniformly controlled.

본 발명은 상기의 제조된 혼합산과 무기염(규산나트륨, 규산칼륨) 반응 시0.1N 이상의 과잉산 분위기에서 반응함으로써 반응 후 실리카-티타니아 복합재료의 겔화 과정에서 물성을 충분히 제어할 수 있는 겔화 시간의 조정을 임의대로 할 수 있다. 이것은 졸-겔법에 있어서 실리카-티타니아 1차입자가 알칼리 영역에서 급속도로 중합반응에 의해 급격히 겔화되는 현상을 방지하여 최종 목표로 하는 물성의 표면적, 세공용적, 세공직경 등을 제어할 수 있다.The present invention is a gelling time that can sufficiently control the physical properties during the gelation process of the silica-titania composite material after the reaction by reacting the prepared acid and inorganic salts (sodium silicate, potassium silicate) in an excess acid atmosphere of 0.1N or more. Adjustment can be made arbitrarily. In the sol-gel method, this prevents the silica-titania primary particles from rapidly gelling due to the polymerization reaction in the alkali region, thereby controlling the surface area, the pore volume, the pore diameter, and the like of the target properties.

본 발명에서 제조되는 나노구조를 갖는 실리카-티타니아 복합재료는 입자의 크기는 1㎛ ∼ 5mm 정도에서 선택적으로 할 수 있고 또한 표면적은 50-850㎡/g, 세공용적은 0.3-2.0ml/g 등의 범위이다. 또한 실리카에 대한 티타니아 비율(TiO2/SiO2)은 통상 0.1-28wt%, 가장 이상적으로는 10-25wt%이다.The silica-titania composite material having a nanostructure prepared in the present invention may be selectively selected from about 1 μm to 5 mm in size, and the surface area is 50-850 m 2 / g, the pore volume is 0.3-2.0 ml / g, and the like. Range. Also, the titania to silica ratio (TiO 2 / SiO 2 ) is usually 0.1-28 wt%, most ideally 10-25 wt%.

본 발명에 있어서 첫번째는, TiCl4, H2O, HCl의 혼합에 의한 TiOCl2용액을만들고 여기에 황산을 혼합하여 혼합액을 규산알칼리 수용액과 반응시키며 여기서 사용하고 있는 규산알칼리 수용액은 통상 규산나트륨 혹은 규산칼륨을 사용한다. 그의 수용액은 예를 들면 5-28wt%이다. TiOCl2의 사용량은 제조하고자 하는 실리카-티타니아 복합재료의 실리카에 대한 티타니아 비율(TiO2/SiO2)에 의해 결정된다. 또한 황산의 농도는 5-12N 정도이다. 이 반응은 통상 교반장치를 갖춘 반응기에서 소정량의 규산알칼리 수용액중에 혼합산을 적하하는 방법으로 실시되었으나 본 발명에서는 도 1과 같은 구조로 된 반응기구를 이용하여 0.1N이상의 과잉산 분위기에서반응하여 졸영역에서 겔화 되는 반응속도를 제어할 수 있는 방법으로 반응을 진행하였다. 이때 반응기구를 통과하여 나오는 반응조의 온도는 10-60℃, 가장 좋은 것은 상온에서 행하는 것이다. 겔화 시간은 과잉산의 농도 및 실리카-티타니아 농도와 관련이 있으나 통상 상온에서 6시간 이상이 소요된다. 이 반응에 있어서 실리카와 티타니아 1차 입자는 서로 균일하게 분산되어 실리카-티타니아 졸이 얻어지고 다음 단계로 서서히 겔화가 진행되어 6시간 정도에서 실리카-티타니아 하이드로겔 복합재료가 형성된다. 이때 형성된 겔상 물질 속에는 Na+ ,Cl-, SO4 2-등의 이온들이 존재하며 pH 3-5정도의 산성수 혹은 pH 8-9.5 영역의 알칼리수 혹은 중성 증류수에 의해 온도 및 pH를 조정하여 실리카-티타니아 이외의 이온성 물질을 제거함과 동시에 세공용적, 표면적 등을 제어한다. 이 과정에서 생성되는 세공의 부피, 크기 및 표면적은 200-850㎡/g, 세공용적은 0.3-2.0ml/g 등으로 제어하였다. 또한 수열합성에 제조된 실리카-티타니아 복합체를 150℃이상의 압력용기에서 물에 의한 열처리를 실시하여 표면적을 50-500㎡/gr 정도로 제어하였다.In the present invention, first, a TiOCl 2 solution is prepared by mixing TiCl 4 , H 2 O, and HCl, and sulfuric acid is mixed therein to react the mixture with an aqueous alkali silicate solution. The aqueous alkali silicate solution used herein is usually sodium silicate or Potassium silicate is used. Its aqueous solution is, for example, 5-28 wt%. The amount of TiOCl 2 used is determined by the titania ratio (TiO 2 / SiO 2 ) to silica of the silica-titania composite material to be prepared. In addition, the concentration of sulfuric acid is about 5-12N. This reaction was usually carried out by dropping a mixed acid in a predetermined amount of alkali silicate aqueous solution in a reactor equipped with a stirring device, but in the present invention, by using a reactor having a structure as shown in FIG. The reaction was carried out in a way that can control the reaction rate to gel in the sol region. At this time, the temperature of the reaction tank passing through the reactor port is 10-60 ℃, the best is to perform at room temperature. Gelation time is related to the concentration of excess acid and the concentration of silica-titania but usually takes at least 6 hours at room temperature. In this reaction, the silica and titania primary particles are uniformly dispersed with each other to obtain a silica-titania sol, and the gelation proceeds slowly to the next step to form a silica-titania hydrogel composite material in about 6 hours. The formed gel-like substance ln Na +, Cl -, SO 4 2- ion, etc. are present, and by adjusting the temperature and pH of the distilled water by the alkaline or neutral pH approximately 3-5 or acidic pH 8-9.5 area of the silica- It removes ionic materials other than titania and controls pore volume and surface area. The volume, size and surface area of the pores produced in this process were controlled to 200-850 m 2 / g, pore volume of 0.3-2.0 ml / g and the like. In addition, the silica-titania composite prepared for hydrothermal synthesis was heat treated with water in a pressure vessel of 150 ° C. or more to control the surface area of about 50-500 m 2 / gr.

본 발명에서 얻어지는 실리카-티타니아 복합재료는 산성 분위기에서는 절대적으로 안정하며, 알칼리에서는 pH 10정도의 영역에서도 안정하다. 또한 표면적, 세공용적, 세공부피 등을 상기의 범위에서 임의대로 제어가 가능하여 소정의 물성치를 얻을 수 있음으로서 생체촉매 담체로서 이용이 가능하다. 또한 기존의 사용하고 있는 다공성 실리카 담체에 비해 1% NaOH 수용액에서 정적 내구성을 실험한 결과 실리카의 경우 1.5mg/㎡/16hr인반면 실리카-티타니아 복합재료의 경우 0.8mg/㎡/16hr로서 1% NaOH 수용액 상에서 내알칼리성은 기존의 다공성 실리카에 비해 배이상 내구성이 좋은 것으로 나타났다.The silica-titania composite material obtained in the present invention is absolutely stable in an acidic atmosphere, and is stable in an alkaline pH range. In addition, the surface area, pore volume, pore volume, and the like can be arbitrarily controlled within the above ranges, so that a predetermined physical property value can be obtained, and thus it can be used as a biocatalyst carrier. In addition, the static durability test was conducted in 1% NaOH aqueous solution compared to the existing porous silica carrier, and it was 1.5mg / m2 / 16hr for silica, while 0.8mg / m2 / 16hr for silica-titania composite material was 1% NaOH. Alkali resistance in aqueous solution was shown to be twice as durable as conventional porous silica.

이하 본 발명에 따른 다양한 실시예를 기술한다. Hereinafter, various embodiments according to the present invention will be described.

실시예 1.Example 1.

시중에서 판매하는 규산나트륨 3호 (몰비 SiO228.8%, Na2O 9.5%)를 도 1의 규산염 원료 탱크(2)에 넣는다. TiOCl2와 18% 황산과의 혼합산을 도 1의 혼합산 탱크(1)에 넣는다. 도 1의 규산염 및 혼합산 연속반응장치를 통하여 균일 정량펌프(2)(3)의 제어 게이지를 돌려서 규산염과 혼합산 반응시의 조건에서 혼합산을 과잉으로 펌핑하여 반응후 용액의 농도가 1.2N의 과잉산이 되도록 정량펌프(3)를 조정하여 반응호퍼(4)에 필요한 양만큼 반응을 시키고, 이것을 상온에서 6시간 정도 정치하여 실리카-티타니아 졸이 하이드로겔(hydrogel)이 되도록 한다. 완전히 겔이 형성되는 것을 확인 후 겔을 2-6mm 정도로 파쇄한다. 이것을 탱크 하부에 메쉬망을 설치하여 미분의 유실을 막으면서 상부로부터 하부로 수세수를 흘려 겔 내부의 이온성 물질을 수세한다. 이때 물의 온도는 23℃, pH 3.8, 시간은 10시간 정도로 수세한 후 건조하여 각종 물성을 갖는 제품(5)을 합성하였다. Commercially available sodium silicate No. 3 (molar ratio SiO228.8%, Na29.5%) is placed in the silicate raw material tank 2 of FIG. TiOCl2Mixed acid with 18% sulfuric acid is placed in the mixed acid tank (1) of FIG. The control gauge of the homogeneous metering pump (2) (3) was turned through the silicate and mixed acid continuous reactor of FIG. 1 to pump the mixed acid excessively under the conditions of the silicate and mixed acid reaction, and the concentration of the solution after the reaction was 1.2 N. Adjust the metering pump (3) to the excess acid of the reaction hopper (4), the amount required in the reaction hopper (4), and left for 6 hours at room temperature so that the silica-titania sol becomes a hydrogel (hydrogel). After confirming that the gel is completely formed, the gel is crushed to about 2-6mm. A mesh net is installed at the bottom of the tank to flush the ionic material inside the gel by flushing the water from the top to the bottom while preventing loss of fine powder. At this time, the water temperature of 23 ℃, pH 3.8, time washed with water about 10 hours and dried to synthesize a product (5) having various physical properties.

실시예 2.Example 2.

시중에서 판매하는 규산나트륨(몰비 SiO224.3%, Na2O 6.5%)을 도 1의 규산염 원료 탱크(2)에 넣는다. TiOCl2와 18% 황산과의 혼합산을 도 1의 혼합산 탱크(1)에 넣는다. 도 1의 규산염 및 혼합산 연속반응장치를 통하여 균일 정량펌프의 제어 게이지를 돌려서 규산염과 혼합산 반응시의 조건에서 혼합산을 과잉으로 펌핑하여 반응후의 용액의 농도가 0.7N의 과잉산이 되도록 정량펌프(3)를 조정하여 반응호퍼(4)에 필요한 양만큼 반응을 시키고, 이것을 상온에서 6시간 정도 정치하여 실리카-티타니아 졸이 하이드로겔이 되도록 한다. 완전히 겔이 형성되는 것을 확인 후 겔을 2-6mm 정도로 파쇄한다. 이것을 탱크 하부에 메쉬망을 설치하여 미분의 유실을 막으면서 상부로부터 하부로 수세수를 흘려 겔 내부의 이온성 물질을 수세한다. 이때 물의 온도는 23℃, pH 3.8, 시간은 10시간 정도로 수세한 후 건조하여 각종 물성을 갖는 제품(5)을 합성하였다.Commercially available sodium silicate (molar ratio SiO 2 24.3%, Na 2 O 6.5%) is placed in the silicate raw material tank 2 of FIG. The mixed acid of TiOCl 2 and 18% sulfuric acid is placed in the mixed acid tank 1 of FIG. 1. Through the silicate and mixed acid continuous reactor of FIG. 1, the control gauge of the uniform metering pump is turned to pump the mixed acid excessively under the conditions of the silicate and mixed acid reaction so that the concentration of the solution after the reaction becomes an excess acid of 0.7N. Adjust (3) to react as required in the reaction hopper (4), and let stand for 6 hours at room temperature so that the silica-titania sol becomes a hydrogel. After confirming that the gel is completely formed, the gel is crushed to about 2-6mm. A mesh net is installed at the bottom of the tank to flush the ionic material inside the gel by flushing the water from the top to the bottom while preventing loss of fine powder. At this time, the water temperature of 23 ℃, pH 3.8, time washed with water about 10 hours and dried to synthesize a product (5) having various physical properties.

실시예 3.Example 3.

시중에서 판매하는 규산나트륨 4호(몰비 SiO224.3%, Na2O 6.5%)를 도 1의 규산염 원료 탱크(2)에 넣는다. TiOCl2와 18% 황산과의 혼합산을 도 1의 혼합산 탱크(1)에 넣는다. 도 1의 규산염 및 혼합산 연속반응장치를 통하여 균일 정량펌프(3)의 제어 게이지를 돌려서 규산염과 혼합산 반응시의 조건에서 혼합산을 과잉으로 펌핑하여 반응후의 용액의 농도가 1N의 과잉산이 되도록 정량펌프를 조정하여반응호퍼(4)에 필요한 양만큼 반응을 시키고, 이것을 상온에서 6시간 정도 정치하여 실리카-티타니아 졸이 하이드로겔이 되도록 한다. 완전히 겔이 형성되는 것을 확인 후 겔을 2-6mm 정도로 파쇄한다. 이것을 탱크 하부에 메쉬망을 설치하여 미분의 유실을 막으면서 상부로부터 하부로 수세수를 흘려 겔 내부의 이온성 물질을 수세한다. 이때 물의 온도는 23℃, pH 3.8, 시간은 10시간 정도로 수세한 후 건조하여 각종 물성을 갖는 제품(5)을 합성하였다.Commercially available sodium silicate No. 4 (molar ratio SiO 2 24.3%, Na 2 O 6.5%) is placed in the silicate raw material tank 2 of FIG. The mixed acid of TiOCl 2 and 18% sulfuric acid is placed in the mixed acid tank 1 of FIG. 1. The control gauge of the homogeneous metering pump 3 is turned through the silicate and mixed acid continuous reactor of FIG. 1 to pump the mixed acid excessively under the conditions of the silicate and mixed acid reaction so that the concentration of the solution after the reaction becomes 1N excess acid. The metering pump is adjusted to react as required in the reaction hopper (4), which is allowed to stand for about 6 hours at room temperature so that the silica-titania sol becomes a hydrogel. After confirming that the gel is completely formed, the gel is crushed to about 2-6mm. A mesh net is installed at the bottom of the tank to flush the ionic material inside the gel by flushing the water from the top to the bottom while preventing loss of fine powder. At this time, the water temperature of 23 ℃, pH 3.8, time washed with water about 10 hours and dried to synthesize a product (5) having various physical properties.

실시예 4.Example 4.

시중에서 판매하는 규산나트륨 4호(몰비 SiO224.3%, Na2O 6.5%)를 도 1의 규산염 원료 탱크(2)에 넣는다. TiOCl2와 18% 황산과의 혼합산을 그림 1의 혼합산 탱크(1)에 넣는다. 도 1의 규산염 및 혼합산 연속반응장치를 통하여 균일 정량펌프(3)의 제어 게이지를 돌려서 규산염과 혼합산 반응시의 조건에서 혼합산을 과잉으로 펌핑하여 반응후의 용액의 농도가 1N의 과잉산이 되도록 정량펌프를 조정하여 반응호퍼(4)에 필요한 양만큼 반응을 시키고, 이것을 상온에서 6시간 정도 정치하여 실리카-티타니아 졸이 하이드로겔이 되도록 한다. 완전히 겔이 형성되는 것을 확인 후 겔을 2-6mm 정도로 파쇄한다. 이것을 탱크 하부에 메쉬망을 설치하여 미분의 유실을 막으면서 상부로부터 하부로 수세수를 흘려 겔 내부의 이온성 물질을 수세한다. 이때 물의 온도는 60℃, pH 8.5, 시간은 17시간 정도로 수세한 후 건조하여 각종 물성을 갖는 제품(5)을 합성하였다.Commercially available sodium silicate No. 4 (molar ratio SiO 2 24.3%, Na 2 O 6.5%) is placed in the silicate raw material tank 2 of FIG. The mixed acid of TiOCl 2 and 18% sulfuric acid is placed in the mixed acid tank (1) of Figure 1. The control gauge of the homogeneous metering pump 3 is turned through the silicate and mixed acid continuous reactor of FIG. The metering pump is adjusted to react as required in the reaction hopper (4), which is allowed to stand for about 6 hours at room temperature so that the silica-titania sol becomes a hydrogel. After confirming that the gel is completely formed, the gel is crushed to about 2-6mm. A mesh net is installed at the bottom of the tank to flush the ionic material inside the gel by flushing the water from the top to the bottom while preventing loss of fine powder. At this time, the water temperature of 60 ℃, pH 8.5, time washed with water for about 17 hours and dried to synthesize a product (5) having various physical properties.

실시예 5.Example 5.

시중에서 판매하는 규산나트륨(몰비 SiO224.3%, Na2O 6.5%)을 도 1의 규산염 원료 탱크(2)에 넣는다. TiOCl2와 18% 황산과의 혼합산을 도 1의 혼합산 탱크(1)에 넣는다. 도 1의 규산염 및 혼합산 연속반응장치를 통하여 균일 정량펌프(3)의 제어 게이지를 돌려서 규산염과 혼합산 반응시의 조건에서 혼합산을 과잉으로 펌핑하여 반응후의 용액의 농도가 0.7N의 과잉산이 되도록 정량펌프를 조정하여 반응호퍼(4)에 필요한 양만큼 반응을 시키고, 이것을 상온에서 6시간 정도 정치하여 실리카-티타니아 졸이 하이드로겔이 되도록 한다. 완전히 겔이 형성되는 것을 확인 후 겔을 2-6mm 정도로 파쇄한다. 이것을 탱크 하부에 메쉬망을 설치하여 미분의 유실을 막으면서 상부로부터 하부로 수세수를 흘려 겔 내부의 이온성 물질을 수세한다. 이때 물의 온도는 60℃, pH 8.5, 시간은 18시간 정도로 수세한 후 건조하여 각종 물성을 갖는 제품(5)을 합성하였다.Commercially available sodium silicate (molar ratio SiO 2 24.3%, Na 2 O 6.5%) is placed in the silicate raw material tank 2 of FIG. The mixed acid of TiOCl 2 and 18% sulfuric acid is placed in the mixed acid tank 1 of FIG. 1. The control gauge of the homogeneous metering pump 3 was turned through the silicate and mixed acid continuous reactor of FIG. Adjust the metering pump so that the reaction hopper 4 is reacted with the required amount. The mixture is allowed to stand at room temperature for about 6 hours so that the silica-titania sol becomes a hydrogel. After confirming that the gel is completely formed, the gel is crushed to about 2-6mm. A mesh net is installed at the bottom of the tank to flush the ionic material inside the gel by flushing the water from the top to the bottom while preventing loss of fine powder. At this time, the water temperature of 60 ℃, pH 8.5, time washed with water for about 18 hours and dried to synthesize a product (5) having various physical properties.

실시예 6.Example 6.

시중에서 판매하는 규산나트륨 3호(몰비 SiO228.8%, Na2O 9.5%)를 도 1의 규산염 원료 탱크(2)에 넣는다. TiOCl2와 18% 황산과의 혼합산을 도 1의 혼합산 탱크(1)에 넣는다. 도 1의 규산염 및 혼합산 연속반응장치를 통하여 균일 정량펌프(3)의 제어 게이지를 돌려서 규산염과 혼합산 반응시의 조건에서 혼합산을과잉으로 펌핑하여 반응후의 용액의 농도가 1.2N의 과잉산이 되도록 정량펌프를 조정하여 반응호퍼(4)에 필요한 양만큼 반응을 시키고, 이것을 상온에서 6시간 정도 정치하여 실리카-티타니아 졸이 하이드로겔이 되도록 한다. 완전히 겔이 형성되는 것을 확인 후 겔을 2-6mm 정도로 파쇄한다. 이것을 탱크 하부에 메쉬망을 설치하여 미분의 유실을 막으면서 상부로부터 하부로 수세수를 흘려 겔 내부의 이온성 물질을 수세한다. 이때 물의 온도는 80℃, pH 8.5, 시간은 17시간 정도로 수세한 후 건조하여 각종 물성을 갖는 제품(5)을 합성하였다.Commercially available sodium silicate 3 (molar ratio SiO 2 28.8%, Na 2 O 9.5%) is placed in the silicate raw material tank 2 of FIG. The mixed acid of TiOCl 2 and 18% sulfuric acid is placed in the mixed acid tank 1 of FIG. 1. The control gauge of the homogeneous metering pump 3 is turned through the silicate and mixed acid continuous reactor of FIG. 1 to pump the mixed acid excessively under the conditions of the silicate and mixed acid reaction, and the concentration of the solution after the reaction is 1.2N. Adjust the metering pump so that the reaction hopper 4 is reacted with the required amount. The mixture is allowed to stand at room temperature for about 6 hours so that the silica-titania sol becomes a hydrogel. After confirming that the gel is completely formed, the gel is crushed to about 2-6mm. A mesh net is installed at the bottom of the tank to flush the ionic material inside the gel by flushing the water from the top to the bottom while preventing loss of fine powder. At this time, the water temperature of 80 ℃, pH 8.5, time washed with water about 17 hours and dried to synthesize a product (5) having various physical properties.

실시예 7.Example 7.

시중에서 판매하는 규산나트륨 4호(몰비 SiO224.3%, Na2O 6.5%)를 도 1의 규산염 원료 탱크(2)에 넣는다. TiOCl2와 18% 황산과의 혼합산을 도 1의 혼합산 탱크(1)에 넣는다. 도 1의 규산염 및 혼합산 연속반응장치를 통하여 균일 정량펌프(3)의 제어 게이지를 돌려서 규산염과 혼합산 반응시의 조건에서 혼합산을 과잉으로 펌핑하여 반응후의 용액의 농도가 1N의 과잉산이 되도록 정량펌프를 조정하여 반응호퍼(4)에 필요한 양만큼 반응을 시키고, 이것을 상온에서 6시간 정도 정치하여 실리카-티타니아 졸이 하이드로겔이 되도록 한다. 완전히 겔이 형성되는 것을 확인 후 겔을 2-6mm 정도로 파쇄한다. 이것을 탱크 하부에 메쉬망을 설치하여 미분의 유실을 막으면서 상부로부터 하부로 수세수를 흘려 겔 내부의 이온성 물질을 수세한다. 이때 물의 온도는 80℃, pH 9.0, 시간은 25시간 정도로 수세한 후 건조하여 각종 물성을 갖는 제품(5)을 합성하였다.Commercially available sodium silicate No. 4 (molar ratio SiO 2 24.3%, Na 2 O 6.5%) is placed in the silicate raw material tank 2 of FIG. The mixed acid of TiOCl 2 and 18% sulfuric acid is placed in the mixed acid tank 1 of FIG. 1. The control gauge of the homogeneous metering pump 3 is turned through the silicate and mixed acid continuous reactor of FIG. 1 to pump the mixed acid excessively under the conditions of the silicate and mixed acid reaction so that the concentration of the solution after the reaction becomes 1N excess acid. The metering pump is adjusted to react as required in the reaction hopper (4), which is allowed to stand for about 6 hours at room temperature so that the silica-titania sol becomes a hydrogel. After confirming that the gel is completely formed, the gel is crushed to about 2-6mm. A mesh net is installed at the bottom of the tank to flush the ionic material inside the gel by flushing the water from the top to the bottom while preventing loss of fine powder. At this time, the water temperature of 80 ℃, pH 9.0, time washed with water for about 25 hours and dried to synthesize a product (5) having various physical properties.

실시예 8.Example 8.

시중에서 판매하는 규산나트륨(몰비 SiO224.3%, Na2O 6.5%)을 도 1의 규산염 원료 탱크(2)에 넣는다. TiOCl2와 18% 황산과의 혼합산을 도 1의 혼합산 탱크(1)에 넣는다. 도 1의 규산염 및 혼합산 연속반응장치를 통하여 균일 정량펌프(3)의 제어 게이지를 돌려서 규산염과 혼합산 반응시의 조건에서 혼합산을 과잉으로 펌핑하여 반응후의 용액의 농도가 0.7N의 과잉산이 되도록 정량펌프를 조정하여 반응호퍼(4)에 필요한 양만큼 반응을 시키고, 이것을 상온에서 6시간 정도 정치하여 실리카-티타니아 졸이 하이드로겔이 되도록 한다. 완전히 겔이 형성되는 것을 확인 후 겔을 2-6mm 정도로 파쇄한다. 이것을 탱크 하부에 메쉬망을 설치하여 미분의 유실을 막으면서 상부로부터 하부로 수세수를 흘려 겔 내부의 이온성 물질을 수세한다. 이때 물의 온도는 80℃, pH 9.0, 시간은 28시간 정도로 수세한 후 건조하여 각종 물성을 갖는 제품(5)을 합성하였다.Commercially available sodium silicate (molar ratio SiO 2 24.3%, Na 2 O 6.5%) is placed in the silicate raw material tank 2 of FIG. The mixed acid of TiOCl 2 and 18% sulfuric acid is placed in the mixed acid tank 1 of FIG. 1. The control gauge of the homogeneous metering pump 3 was turned through the silicate and mixed acid continuous reactor of FIG. 1 to pump the mixed acid excessively under the conditions of the silicate and mixed acid reaction, and the concentration of the solution after the reaction was 0.7 N. Adjust the metering pump so that the reaction hopper 4 is reacted with the required amount. The mixture is allowed to stand at room temperature for about 6 hours so that the silica-titania sol becomes a hydrogel. After confirming that the gel is completely formed, the gel is crushed to about 2-6mm. A mesh net is installed at the bottom of the tank to flush the ionic material inside the gel by flushing the water from the top to the bottom while preventing loss of fine powder. At this time, the water temperature of 80 ℃, pH 9.0, time washed with water for about 28 hours and dried to synthesize a product (5) having various physical properties.

실시예 9.Example 9.

시중에서 판매하는 규산나트륨 3호(몰비 SiO228.8%, Na2O 9.5%)를 도 1의 규산염 원료 탱크(2)에 넣는다. TiOCl2와 18% 황산과의 혼합산을 도 1의 혼합산 탱크(1)에 넣는다. 도 1의 규산염 및 혼합산 연속반응장치를 통하여 균일정량펌프(3)의 제어 게이지를 돌려서 규산염과 혼합산 반응시의 조건에서 혼합산을 과잉으로 펌핑하여 반응후의 용액의 농도가 1.2N의 과잉산이 되도록 정량펌프를 조정하여 반응호퍼(4)에 필요한 양만큼 반응을 시키고, 이것을 상온에서 6시간 정도 정치하여 실리카-티타니아 졸이 하이드로겔이 되도록 한다. 완전히 겔이 형성되는 것을 확인 후 겔을 2-6mm 정도로 파쇄한다. 이것을 탱크 하부에 메쉬망을 설치하여 미분의 유실을 막으면서 상부로부터 하부로 수세수를 흘려 겔 내부의 이온성 물질을 수세한다. 이때 물의 온도는 85℃, pH 9.0, 시간은 25시간 정도로 수세한 후 건조하여 각종 물성을 갖는 제품(5)을 합성하였다.Commercially available sodium silicate 3 (molar ratio SiO 2 28.8%, Na 2 O 9.5%) is placed in the silicate raw material tank 2 of FIG. The mixed acid of TiOCl 2 and 18% sulfuric acid is placed in the mixed acid tank 1 of FIG. 1. The control gauge of the homogeneous metering pump 3 is turned through the silicate and mixed acid continuous reactor of FIG. 1 to pump the mixed acid excessively under the conditions of the silicate and mixed acid reaction, and the concentration of the solution after the reaction is 1.2N. Adjust the metering pump so that the reaction hopper 4 is reacted with the required amount. The mixture is allowed to stand at room temperature for about 6 hours so that the silica-titania sol becomes a hydrogel. After confirming that the gel is completely formed, the gel is crushed to about 2-6mm. A mesh net is installed at the bottom of the tank to flush the ionic material inside the gel by flushing the water from the top to the bottom while preventing loss of fine powder. At this time, the water temperature was 85 ℃, pH 9.0, time washed with water for about 25 hours and dried to synthesize a product (5) having various physical properties.

각 실시예에 따른 결과 비교표Results comparison table according to each example 실시예Example TiO2/SiO2wt%TiO 2 / SiO 2 wt% 비표면적㎡/gSpecific Surface Area㎡ / g 흡유량ml/100gOil absorption ml / 100g 평균세공면적ml/gAverage pore area ml / g 평균세공직경㎜Average pore diameter mm 수열합성후평균세공정㎜Average thin process mm after hydrothermal synthesis 실시예1Example 1 27/7327/73 750750 100100 0.150.15 2.42.4 1212 실시예2Example 2 25/7525/75 800800 9090 0.40.4 2.02.0 99 실시예3Example 3 25/7525/75 820820 8585 0.380.38 1.851.85 88 실시예4Example 4 25/7525/75 510510 170170 0.790.79 6.196.19 2727 실시예5Example 5 25/7525/75 500500 165165 0.80.8 6.46.4 2929 실시예6Example 6 25/7525/75 480480 160160 0.850.85 7.07.0 3131 실실시7Actual practice7 25/7525/75 310310 285285 1.21.2 15.515.5 8080 실시예8Example 8 25/7525/75 280280 305305 1.31.3 18.518.5 8383 실시예9Example 9 25/7525/75 300300 300300 1.251.25 16.716.7 8181

전술한 바와 같은 본 발명은,The present invention as described above,

1. 환경친화 및 재사용이 가능한 기능성 바이오 촉매 담체를 제공하므로서 악성폐수나 약품발생을 억제하는 효과가 있고,1. By providing a functional bio-catalyst carrier that is environmentally friendly and reusable, it has the effect of suppressing malignant wastewater or chemicals,

2. 실리카-티타니아 복합체로서 내알칼리성 분위기에서 실리카 단독으로 된 제품보다 내구성이 우수하며,2. Silica-titania composite is more durable than silica alone in alkali-resistant atmosphere,

3. 실리카-티타니아 복합재료로서 표면적 50-800㎡/g, 세공직경 5-100nm, 흡유량 50-300ml/100g 정도의 복합재료를 제조함으로서 생물산업, 발효산업, 식품산업, 폐수처리 산업, 환경산업, 의약, 제약 산업, 바이오 관련 산업에 공급이 가능하다.3. As a silica-titania composite material, it manufactures a composite material with a surface area of 50-800㎡ / g, pore diameter of 5-100nm and oil absorption of 50-300ml / 100g, so that the biological industry, fermentation industry, food industry, wastewater treatment industry and environmental industry It can be supplied to the pharmaceutical, pharmaceutical, and bio-related industries.

또한 본 발명에 의해 제조된 나노세공구조를 갖는 실리카-티타니아 복합재료 담체를 이용하여 표면에 아민기를 갖는 실란을 처리 후 글루타릭알데하이드와 반응시키고 아실라제를 고정화시킬 경우 단위 g당 100Unit 이상의 고정화 효율을 나타내었다.In addition, using a silica-titania composite material carrier having a nanoporous structure prepared according to the present invention after the treatment of the silane having an amine group on the surface after reacting with glutaraldehyde and immobilized acylase, the immobilization efficiency of 100Unit or more per unit Indicated.

Claims (5)

규산염과 황산, TiOCl2의 혼합산을 이용하여 1차입자의 크기가 3-100nm, 세공용적이 0.3-1.3ml/g, 비표면적이 50-850㎡/g, 실리카-티타니아 복합체중에서 TiO2의 비율이 0.5-28%를 갖는 생체촉매 고정화용 실리카-티타니아 다공성 복합체 제조방법The primary particle size is 3-100nm, the pore volume is 0.3-1.3ml / g, the specific surface area is 50-850㎡ / g, the ratio of TiO 2 in the silica-titania composite, using a mixed acid of silicate, sulfuric acid and TiOCl 2 Silica-Titania porous composite for biocatalyst immobilization having 0.5-28% 생체촉매 고정화용 실리카-티타니아 다공성 복합체 세공용적 3-60nm, 비표면적 250-850㎡/g의 담체를 이용하여 온도 150-300℃, 압력 10-30kg/㎠의 조건에 의 한 수열합성으로 세공직경 5-100nm, 비표면적 50-600㎡/g의 실리카-티타니아 다공성 복합체 제조방법Silica-titania porous composite pore volume for biocatalyst immobilization Using a carrier of 3-60 nm, specific surface area 250-850 m2 / g, pore diameter by hydrothermal synthesis under conditions of temperature 150-300 ° C and pressure 10-30kg / cm2 Silica-Titania porous composite method of 5-100nm, specific surface area 50-600㎡ / g TiCl4의 가수분해에 의한 TiO2의 Seed를 합성후, 합성된 Seed와 규산염을 이용하여 1차입자의 크기가 3-100nm, 세공용적이 0.3-1.3ml/g, 비표면적이 50-850㎡/g, 실리카-티타니아 복합체중에서 TiO2의 비율이 0.5-28%를 갖는 생체촉매 고정화용 실리카-티타니아 다공성 복합체 제조방법After synthesis of the TiO 2 Seed by the hydrolysis of TiCl 4 , the size of the primary particles was 3-100nm, the pore volume was 0.3-1.3ml / g, the specific surface area was 50-850㎡ / g, Method of preparing silica-titania porous composite for biocatalyst immobilization in which the ratio of TiO 2 in the silica-titania composite is 0.5-28% TEOS를 이용하여 SiO2의 Seed를 합성후 합성된 Seed와 TiCl4를 반응시켜 1차입자의 크기가 3-100nm, 세공용적이 0.3-1.3ml/g, 비표면적이 50-850㎡/g, 실리카-티타니아 복합체중에서 TiO2의 비율이 0.5-28%를 갖는 생체촉매 고정화용 실리카-티타니아 다공성 복합체 제조방법After synthesis of Seed of SiO 2 using TEOS, the synthesized Seed and TiCl 4 were reacted to obtain primary particles with a size of 3-100 nm, pore volume of 0.3-1.3ml / g, specific surface area of 50-850㎡ / g, silica Method for preparing silica-titania porous composite for biocatalyst immobilization in which the ratio of TiO 2 in the titania composite is 0.5-28% 규산염을 이용하여 이온교환법 혹은 역삼투압(R/O)막법에 의해 SiO2Seed를 합성후 합성된 Seed와 TiCl4를 반응시켜 1차입자의 크기가 3-100nm, 세공용적이 0.3-1.3ml/g, 비표면적이 50-850㎡/g, 실리카-티타니아 복합체중에서 TiO2의 비율이 0.5-28%를 갖는 생체촉매 고정화용 실리카-티타니아 다공성 복합체 제조방법After synthesis of SiO 2 Seed by ion exchange method or reverse osmosis (R / O) membrane method using silicate, the synthesized Seed and TiCl 4 were reacted to make the primary particles 3-100nm in size and 0.3-1.3ml / g pore volume. , Silica-titania porous composite for biocatalyst immobilization having a specific surface area of 50-850 m2 / g and a TiO 2 ratio of 0.5-28% in the silica-titania composite
KR1020010064959A 2001-10-20 2001-10-20 Manufacturing Method of Silica-Titania Composit Material with Nano sized pore for Protein Immobillization KR100549163B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020010064959A KR100549163B1 (en) 2001-10-20 2001-10-20 Manufacturing Method of Silica-Titania Composit Material with Nano sized pore for Protein Immobillization

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020010064959A KR100549163B1 (en) 2001-10-20 2001-10-20 Manufacturing Method of Silica-Titania Composit Material with Nano sized pore for Protein Immobillization

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20030032775A true KR20030032775A (en) 2003-04-26
KR100549163B1 KR100549163B1 (en) 2006-02-03

Family

ID=29565671

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020010064959A KR100549163B1 (en) 2001-10-20 2001-10-20 Manufacturing Method of Silica-Titania Composit Material with Nano sized pore for Protein Immobillization

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100549163B1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100600838B1 (en) * 2004-09-02 2006-07-14 학교법인 포항공과대학교 SiO2/TiO2 photocatalyst for treating wastewaters containing alkylammoniums and its preparation method
KR20220009554A (en) 2020-07-16 2022-01-25 한국화학연구원 Antibacterial hyper-branched polymer and antibacterial spherical activated carbon using the same

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3265653B2 (en) * 1992-11-12 2002-03-11 ジェイエスアール株式会社 Composite particles, hollow particles and their production method
KR100310877B1 (en) * 1998-07-31 2002-02-28 유철진 Ceramic Carrier and its Manufacturing Method
KR20000031391A (en) * 1998-11-06 2000-06-05 김원배 Method for preparing granular structural body containing photo-catalyst
JP2001172089A (en) * 1999-12-16 2001-06-26 Univ Waseda Silica-titania porous body
JP2001259580A (en) * 2000-03-15 2001-09-25 Kazuyoshi Sato Porous ceramic for carrying microorganism

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100600838B1 (en) * 2004-09-02 2006-07-14 학교법인 포항공과대학교 SiO2/TiO2 photocatalyst for treating wastewaters containing alkylammoniums and its preparation method
KR20220009554A (en) 2020-07-16 2022-01-25 한국화학연구원 Antibacterial hyper-branched polymer and antibacterial spherical activated carbon using the same

Also Published As

Publication number Publication date
KR100549163B1 (en) 2006-02-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Du et al. MOF‐Based Nanotubes to Hollow Nanospheres through Protein‐Induced Soft‐Templating Pathways
Magner Immobilisation of enzymes on mesoporous silicate materials
CN103547363B (en) Spherical material comprising metallic nanoparticles trapped in a mesostructured oxide matrix and use thereof as catalyst in hydrocarbon refining processes
Du et al. Enzyme@ silica nanoflower@ metal-organic framework hybrids: A novel type of integrated nanobiocatalysts with improved stability
Aranda et al. Immobilization of nanoparticles on fibrous clay surfaces: towards promising nanoplatforms for advanced functional applications
CN108745274B (en) Rectorite mesoporous material and preparation method and application thereof
He et al. Hierarchically nanoporous bioactive glasses for high efficiency immobilization of enzymes
Li et al. Immobilization of porcine pancreas lipase on fiber-like SBA-15 mesoporous material
Kang et al. An instant, biocompatible and biodegradable high-performance graphitic carbon nitride
CN113856616B (en) Zirconium-containing silicon-based adsorbent, preparation method thereof and application of adsorbent in removal of methylene blue in water
Zhu et al. Sonochemical fabrication of morpho-genetic TiO 2 with hierarchical structures for photocatalyst
Chen Biogenic silica nanoparticles derived from rice husk biomass and their applications
KR100549163B1 (en) Manufacturing Method of Silica-Titania Composit Material with Nano sized pore for Protein Immobillization
Samuneva et al. Sol–gel synthesis and structure of silica hybrid materials
KR102666528B1 (en) Water-glass-based synthetic nano-silica particles having dendritic fibrous silica nanolayers and method for preparing the same
KR20180000383A (en) Graphene oxide involved porous magnetic materials and the preparation of the same
KR101263918B1 (en) Supported metal catalyst and method for selective catalytic conversion of cellulose to sorbitol in the presence of the catalyst
CN105688874A (en) TiO2 nanopowder provided with graded pore structure and preparation method of TiO2 nanopowder
CN101429505A (en) Solid support method for biological material and produced multifunctional nano-cage type bioreactor
Aziz et al. Electrospun aluminum silicate nanofibers as novel support material for immobilization of alcohol dehydrogenase
Anastasescu et al. SiO 2-Based Materials for Immobilization of Enzymes
CN110589881A (en) Preparation method of waxberry-shaped titanium dioxide/silicon dioxide composite structure particles
CN107297220A (en) A kind of worm meso-porous Al2O3/ molecular sieves compound material and preparation method thereof
CN113893841A (en) Barium titanate nano material for piezoelectric catalytic degradation of trace organic pollutants in water and preparation and application thereof
KR20160040362A (en) Preparation method of nanoporous magnetic powders

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20110120

Year of fee payment: 6

LAPS Lapse due to unpaid annual fee