역상미셀내의 Cd2+ 가용화 및 CdS의 조제

박성은, 김형준, 이성식, 이종팔*

동아대학교 화학공학과, 동아대학교 화학과*

Solubilization of Cadmium ion and Preparation of

Camium Sulfide in Reverse Micelle

Park Seong Eun, Kim Hyung Jun, Lee Sung Sik, Lee Jong Pal*

Department of Chemical Engineering, Dong-A University,

Department of Chemistry, Dong-A University*

1. 서 론

역상미셀은 계면활성제의 회합콜로이드로써 내면에는 water pool이라 부르는 미소한 수상이 유기용매상에 분산 및 가용화하는 특징을 가지고 있으므로 이같은 특징을 활용하여, 초미립자의 조제, 금속추출담체, 단백질의 추출분리 또는 효소반응에 의한 물질의 생산에 많은 연구가 활발히 진행중이다.

본 연구는 역상미셀을 반응장으로 이용하여  생성과정, 형태 및 구조가 제어되는 CdS미립자를 조제코자 AOT 역상미셀내의 카드뮴이온의 가용화 및 AOT 역상미셀내에서의 CdS입자 조제특성을 실험조사하였다.

2. 실 험

2-1. 역상미셀용액 카드뮴의 가용화

Sodium bis(2-ethylhexyl) sulfosuccinate(AOT)를 isooctane에 용해한 유기용매를 유기상으로 완충용액으로 pH를 조절한 일정농도의 Cd(NO3)2또는 Na2S·9H2O수용액을 수상으로 하였다. 실험은 Fig.1과 같이 미셀내의 Cd2+ 또는 S2-이온의 가용화에 의한 역상미셀의 안정화 또는 미셀상호작용은 injection법으로 가용화하고 가용화된 미셀의 안정성을 전기전도도 측정으로 조사하였다. 또한 수상에서 유기상으로 카드뮴의 분배속도는 phase transper법으로 일정시간 변화에 따른 수상의 카드뮴이온의 농도를 원자흡광분광광도계로 측정하였다. 이때 함수율  WO는 [H2O]/[AOT]로 하였다.

Fig.1. Schematic diagram for experimental method

2-2. 미셀내의 CdS의 조제

S2- 이온과 Cd2+이온의 몰비 y(=[s2-] / [cd2+])값과 미셀내의 함수율WO(= [H2O]/

[AOT])값을 서로 변화시키면서 Cd2+이온 또는 S2-가 각각 가용화된 역상미셀을 조제하고 또한 두 용액을 급격히 혼합하여 Fig.2와 같이 역상미셀내에서 초미립자 CdS가 형성되는 과정을 흡수스펙트럼을 측정하여 확인하였다.

Fig.2. Intermicellar exchange process of contents in reverse micelles

3.결과 및 토론

3-1.역상미셀내의 카드뮴이온의 가용화

AOT/isooctane유기상에 카드뮴 수용액을 injection법으로 가용화시킨후 형성된 미셀의 전기전도도를 측정한 결과는 Fig.3과 같다. 미셀내에 가용화시킨 수상과 유기상의 부피율 □aq가 일정값 이상에서 전기전도도가 급격히 증가하는 percolation의 현상이 일어남을 알 수 있다. 이는 수상의 가용화로 인하여 미셀크기가 증가하여 미셀입자간의 상호작용이 갑자기 발생하여 미셀이 불안정화되기 때문이다. 이때 가용화된 수상중의 카드뮴 이온의 농도가 미셀간의 상호작용에도 커다란 영향을 줌을 알 수 있다.

Fig.4는 AOT 농도를 변화시켰을 때 미셀의 percolation이 일어나는 시작점에서의 미셀의 함수율과 미셀크기와의 관계를 프롯트한 것이다. AOT농도가 증가할수록 미셀의 percolation이 시작될때의 미셀이 갖는 함수율 WO도 증가함을 알 수 있다. 즉, 가용화된 미셀의 함수율이 높더라도 AOT농도가 크면, 미셀간의 상호작용이 작아 미셀이 안정화되기 때문이다. 또한 가용화된 카드뮴농도가 증가할 때 미셀이 안정화되는 것은  Fig.3. Variation of the electrical Conductivity

미셀내의 전기적 영향으로 생각된다.           with water content

Fig.4. Effect of the AOT concentrationon on the water contents

in the percolation threshold of reverse micelles

Fig.5는 phase transfer법으로 수상에서 유기상으로 2 상간에 전달된 카드뮴의 분배속도를 측정한 실험결과이다.

AOT농도가 50mM에서는 20분 후에 평형에 도달하였으며, 수상의 이온농도가 감소할수록 카드뮴 이온의 분배속도 및 분배비가 증가하였다.

Fig.5. Extraction rate of cadmium ion in aqueous solution through the

reverse micellar of AOT in pH5.5

3-2.흡수스펙트럼의 변화

역상미셀은 미셀간의 합일과정에 의하여 짧은 수명의 이량체를 형성하고, 재분산에 의하여 내부의 물질을 교환한다. Cd2+와 S2-가 각각 가용화된 2개의 역상미셀용액을 혼합한 후, 시간변화에 따른 흡수스펙트럼을 측정한 결과는 Fig.6과 같이 CdS입자의 생성을 나타내는 흡수의 강도가 증가함을 알 수 있다.

Fig.6. Changes in absorption spectra during formation of Cadmium sulfide

particles in reverse micelles.

4. 참고문헌

1) Sung-Sik Lee, Dong-Pyo Hong, Ryoichi, Isao Komasa, Koichiro Shiomori,      Yoshinobu Kawano : "Solubilization of Proteins into Reverse micelles its Effect      on Inter-micellar Interactions", Adv. Biosep. Eng.1995', Soc. of Engrs. Japan,24-29     (1996)

2) Kuboi, R., D.P.Hong, I.Komasawa, K.Shiomori, S.S.Lee ; "Effect of Proteins        Solubilized into AOT Reverse Micelles on their Back-extraction and Percolation      Process", Solv. Extr. Res. Dev. Japan, Vol. 3, 223-230 (1996)

3) Susumu Shiojiri, Takayuki Hirai, Iso Komasawa : "Preparation of cadmium sulfide     particles surfacemodified with thiols in reverse micellar systems and redispersion      in non-micellar solvents", Journal of chemical engineering of Japan (1997)

4) M.P.Pileni : "Reverse Micelles as Microreactors", J. Phys. Chem. (1993)

5) Takumi Kinugasa, Shin-Ichiro Tanahashi, Hiroshi Takeuchi : "Extraction of     Lysozyme Using Reversed Micellar Solution : Distribution Equilibrium and           Extraction Rates", Ind. Eng. Chem. Res. (1991)