일반기술

납이온을 선택적으로 제거하는 비고리 폴리에테르 디아미드 화합물 및 그의 제조방법

본 기술은 하기 비고리 폴리에테르 디아미드(Acyclic polyether diamide) 화합물, 그의 제조방법 및 납 이온(Pb2+)을 선택적으로 제거하는 유기 담체로서 사용하는 용도에 관한 것이다. 이온인식 물질은 양이온과 착물을 이룰 때 주게원자(donor-atom)와의 정전기적인 인력에 의해 양이온을 안으로 감싸고 말단기에 의해서 유사동공 구조를 이루어, 양이온에 대해서 선택성을 나타낸다고 알려져 있어 금속 이온과 선택적으로 결합하는 이온인식 물질에 대한 관심이 높아져 있었다. 최근 고준위 방사성 폐액의 부피를 감소시키고 관리를 용이하게 하면 자원을 재활용하는 등의 여러 가지 이유로 방사성 폐액에 함유되어 있는 여러 가지 핵종들을 유사한 화학적 성질에 따라 분리한 후, 수명이 긴 핵종을 원자로나 가속기를 이용하여 반감기가 짧은 핵종 또는 비방사능의 안정한 핵종으로 변환시키는 소멸처리 기술에 대한 연구가 선진 여러나라에서 활발히 진행되고 있다. 본 기술의 폴리에테르 디아미드를 이용하여 전이금속이 경쟁이동량을 살펴본 결과, 납 이온(II)의 이동량이 단일 이동의 결과보다 크게 나타났는데 이것은 수용액층과 유기용매층의 경계면에서 납 이온(II)과 다른 전이 금속 이온이 공존할 때 비고리 폴리에테르에 대한 납 이온(II)의 결합력이 원등히 크기 때문에 우선적으로 착물을 형성할 수 있기 때문이다. 본 기술의 화합물은 최종처리후의 방사성 폐액이나 산업폐수에 존재하는 중금속인 납을 제거하는 유기담체로 유용하게 사용되어 환경오염을 해결하는데 이바지할 수 있다. 최종처리 후의 방사성 폐액 또는 산업폐수에 존재하는 중금속 이온들 중 납이온을 선택적으로 추출하는 방법에 대한 연구가 최근에 바취 교수에 의해 이루어졌는데, 그는 비고리 폴리에테르를 포름알데히드로 고분자화하여 여러금속중 납을 선택적으로 수용액층에서 유기층으로 추출하는 방법을 제시하였는데, pH 4에서 납이온의 선택성이 최적조건이 됨을 밝혔다(Abstract of XIX International Symposium on Macrocyclic Chemistry, June 1994, Kansas, Lawrence, Kansas, USA). 일반적으로 비고리형 폴리에테르는 고리형 폴리에테르에 비해서 착물에 대한 안정도가 낮고 금속이온을 추출하는 능력이 낮기 때문에 고리형의 폴리에테르에 비해 많은 관심을 끌지 못했지만 보틀(Vogtle, F. ; Weber, E. Angew. Chem., Int. Ed. Engl. 1979, 18, 753)에 의해 비고리형 폴리에테르가 소개된 이후에 다양한 기능을 갖는 비고리형 담체들이 합성되기 시작하였고 이러한 비고리형의 폴리에테르와 이들의 유도체들은 합성이 용이하기 때문에 여러분야에서 관심의 대상이 되고 있다. 또한 포단드(podand)나 비고리형의 폴리에테르 등은 액체막 등의 실험을 통해서 수용액에서 유기용매층으로 금속이온이 이동될 때 우수한 선택성과 효율성을 갖는다고 알려져 있다. 본 기술의 제조방법에서는 우선, 카테콜(1)을 bis(2-클로로에틸에테르)와 반응시켜 비고리 폴리에테르 비스페놀 (2)을 제조하고, 질소하에서 비스페놀 (2)과 브롬아세트산을 수소화나트륨 (NaH) 존재하에서 반응시켜 비고리 폴리에테르 디카르복실산 (3)을 수율 좋게 얻는다. 이렇게 제조된 이온화될 수 있는 수소를 가진 비고리 폴리에테르 디카르복실산 (3)으로부터 디아미드를 합성하기 위하여 피리딘 존재하에서 염화옥살산 (Oxalyl chloride)을 사용하여 비고리 폴리에테르 디카르복실산의 염화물 (4)을 합성하고, 이어서 트리에틸아민 존재하에서 N,N-디알킬아민을 사용하여 반응시켜 목적 화합물을 수율 좋게 얻는다. 금속이 흡착된 본 기술의 비고리 폴리에테르는 1N의 질산을 사용하여 스트리핑(stripping)하면 쉽게 탈착이 가능하기 때문에 수회 반복하여 사용할 수 있고 납이온에 대한 선택성도 높은 우수한 화합물이다.