Removal of Aqueous Boron by Using Complexation of Boric Acid with Polyols: A Raman Spectroscopic Study
폴리올과 붕산의 착화합물 형성원리를 이용한 수용액 중의 보론 제거에 관한 라만 분광학 연구

Ki Heon Eom, Hui Cheol Jeong, Hye Young An, Jun-Heok Lim, Jea-Keun Lee, Yong Sun Won
2015 Korean Chemical Engineering Research  
요 약 해수 중에 보론은 주로 붕산(boric acid, B(OH) 3 )으로 존재하며 그 크기가 역삼투압(RO, reverse osmosis) 공정의 막의 공칭공경(nominal pore size)만큼 작아 이를 제거하기가 쉽지 않다. 이에 본 연구에서는 수용액 중 보론 화합물의 크기를 역삼투압 공정에서 제거가 용이하도록 키우기 위한 방법으로 B(OH) 3 가 폴리올과 착화합물을 형성하는 원리를 이용하고자 하며 착화합물의 형성 여부를 라만 분광학 연구를 통해 확인하고자 하였다. 먼저 B(OH) 3 와 붕산염(borate ion, B(OH) 4 -) 이온의 대칭(symmetric) B-O 신축운동 모드(stretching vibrational mode)의 진동수를 확인하기 위하여 pH를 증가시키며 라 만 스펙트럼을 측정한 결과 877 cm -1 에서 730 cm -1 으로 피크의 이동이 관찰되었다. 이는 수용액 중의 B(OH) 3 가 pH가 증가하면 서 B(OH) 4 -로 전환됨을
more » ... 나타내고 이러한 피크의 이동은 진동수 계산(frequency calculation)에 의한 예측과 정확하게 일 치하였다. 반면 B(OH) 3 수용액에 폴리올을 첨가한 경우 pH가 증가하여도 B(OH) 4 -의 특성 진동수인 730 cm -1 가 나타 나지 않았으며 이는 B(OH) 3 가 B(OH) 4 -로 전환되는 것이 아니라 폴리올과 착화합물을 형성함을 간접적으로 보여주고 있다. Abstract − Boron is difficult to be removed from seawater by simple RO (reverse osmosis) membrane process, because the size of boric acid (B(OH) 3 ), the major form of aqueous boron, is as small as the nominal pore size of RO membrane. Thus, the complexation of boric acid with polyols was suggested as an alternative way to increase the size of aqueous boron compounds and the complexation behavior was investigated with Raman spectroscopy. As a reference, the Raman peak for symmetric B-O stretching vibrational mode both in boric acid and borate ion (B(OH) 4 -) was selected. A Raman peak shift (877 cm -1 →730 cm -1 ) was observed to confirm that boric acid in water is converted to borate ion as the pH increases, which is also correctly predicted by frequency calculation. Meanwhile, the Raman peak of borate ion (730 cm -1 ) did not appear as the pH increased when polyols were applied into aqueous solution of boric acid, suggesting that the boric acid forms complexing compounds by combining with polyols. 1. 서 론 세계 각국에서는 물 부족 문제를 해결하기 위해 여러 가지 노력을 해왔다. 특히 지구 상에 존재하는 물의 97%를 차지하는 해수를 생 활에 이용하고자 하는 연구가 지속되고 있다[1]. 그러나 해수는 바로 실생활에 이용할 수는 없으므로 해수 내의 불필요한 물질들을 제거 하여 담수화한 후에 이용하게 된다. 해수담수화에 주로 이용하는 기 술은 세 종류인데, 순간적으로 증기를 방출하는 플래싱(flashing) 현 상을 이용해 해수를 증기로 만들어 준 후에 응축시켜서 담수를 생산 하는 다단증발법(multi-stage flash)[2], 관 내에서 응축하는 수증기와 관 외부를 흐르는 해수 간의 잠열 교환에 의한 증발과 용기 내의 압력을 낮추는 원리를 이용하는 다중효용증발법(multi-effect distillation)[3],
doi:10.9713/kcer.2015.53.6.808 fatcat:xdr4dzstejdbtoudnf7glsp3mu