초음파를 이용한 실크 세리신/실리카 복합체의 제조와 팔라듐 이온 흡착제로의 응용

Abstract

초음파는 용액의 활동도를 향상시켜 반응의 계면을 증가시키고 반응 속도를 빠르게 한다고 알려져 있다. 실크 단백질 중 세리신은 보통 정련과정에서 버려지는 단백질인데, 이를 이용하여 금속 이온 흡착 및 실리카 합성 등에 응용하는 사례들이 보고된 바 있다. 본 연구에서는 실크 단백질에서 추출한 세리신 단백질을 이용하여 실리카를 합성함에 있어 초음파 조사가 어떠한 영향을 미치는지 살펴보았다. 초음파를 조사함으로써 실리카를 합성하는 데 소요되는 시간을 보다 단축할 수 있었으며, 열중량 분석과 적외선 분광 분석, 핵자기공명 분광분석을 통하여 실리카의 존재와 향상된 중합도를 보임을 알 수 있었다. 주사전자현미경 이미지에서는 초음파 처리군에서 보다 더 균일하고 작은 크기의 입자 형태가 관찰되었다. 세리신/실리카 복합체 생성량과 실리카 함량을 세리신과 실리카 전구체 비율, 초음파 강도, 시간에 따라 분석하여 각 영향인자에 대해 분석 결과, 세리신의 비율, 초음파의 강도 및 조사 시간이 증가할수록 복합체 및 실리카 생성량이 증가되었다. 이렇게 초음파를 조사하여 제조된 세리신/실리카 복합체를 이용하여 팔라듐 이온 흡착제로의 사용가능성을 살펴보았다. 세리신/실리카 복합체의 영전하점을 측정하여 흡착 용액에서의 복합체 표면 전하에 대한 정보를 얻음으로써 염산용액에서 음이온으로 존재하는 팔라듐(Ⅱ)의 흡착이 이론적으로 가능함을 알 수 있었다. 실제로 에너지분산형 분광분석 결과 세리신/실리카 복합체 표면에 팔라듐 흡착이 관찰되었다. 흡착제의 흡착 거동을 평가하기 위하여 흡착등온선을 얻고자 모델링을 진행하였을 때, BET모델이 가장 적합하게 나타났다. 또한 속도론적으로 분석하였을 때 2가 금속 이온 흡착 분석에 많이 이용되는 유사 2차 반응이 적합하였다. 재사용성을 확인한 결과, 안정한 단백질 복합체의 흡착제로의 활용가능성을 확인하였다. 이상의 결과를 토대로, 초음파를 이용하여 세리신/실리카의 복합체를 성공적으로 빠른 시간 내에 제조하였고, 이를 팔라듐 이온 흡착제로서의 가능성을 확인할 수 있었다.