이미다졸계 이온성액체와 염을 포함한 수상이성분계를 이용한 숙신산의 추출 평형

• Published in: Clean Technology, 20(4) Vol. 20; no. 4; pp. 349 - 353
• Main Authors: 이용화(Yong Hwa Lee), 강정원(Jeong Won Kang), 홍연기(Yeon Ki Hong), 김기섭(Ki-Sub Kim)
• Format: Journal Article
• Language: Korean
• Published: 한국청정기술학회 2014
• Subjects: 화학공학; Imidazolium; 수상이성분계; Binodal curve; 이온성 액체; Aqueous two phase system; 바이노달 곡선; Succinic acid; 숙신산; 이미다졸; Ionic liquid
• ISSN: 1598-9712; 2288-0690
• DOI: 10.7464/ksct.2014.20.4.349

Succinic acid is an important precursor in industries producing biopolymers, pharmaceutical and food additives and green solvents. However, due to the high price of petroleum and the global $CO_2$ emission, the biological production of succinic acid from renewable biomass is a novel process due to the fixation of $CO_2$ into succinate during fermentation. In this study, aqueous two phase systems based on imidazolium ionic liquids/$K_2HPO_4$ were used as an effective separation and concentration process for succinic acid. Experimental results show that aqueous two phase systems can be formed by adding appropriate amount of imidazolium ionic liquids to aqueous $K_2HPO_4$ solutions in the presence of succinic acid. It can be found that the ability of imidazolium ionic liquids for phase separation followed the order [HMIm][Br]${\fallingdotseq}$[OMIm][Br]>[BMIm][Br]>[EMIm][Br]. The maximum value of extraction efficiency for succinic acid was about 90% and the amount of coextracted water into top phase is proportional to the chain length of cation in imidazolium ionic liquids. It was concluded that the aqueous two phase systems composed of imidazolium ionic liquids/$K_2HPO_4$ was effective for the selective extraction and concentration of succinic acid. 숙신산은 의약품, 식품 첨가물, 청정용매와 같은 종래의 응용 이외에도 생분해성 고분자의 중요한 전구물질로 주목 받고 있다. 그러나 최근 화석 연료의 높은 가격과 화석 원료 유래 제품의 전주기에 걸친 온실가스 배출로 인해 재생 가능한 바이오매스에 의한 숙신산의 생물학적 생산에 대한 관심이 높아지고 있다. 본 연구에서는 숙신산의 선택적인 추출과 농축을 동시에 수행할 수 있는 공정으로서 이미다졸계 이온성 액체/$K_2HPO_4$에 의한 수상이성분계를 적용하였다. 실험 결과 숙신산에 존재하는 $K_2HPO_4$ 수용액에 적정량의 이미다졸계 이온성 액체가 첨가됨에 따라 안정한 수상이성분계가 형성됨을 확인할 수 있었으며 수상이성분계 형성 능력은 [HMIm][Br]${\fallingdotseq}$[OMIm][Br]>[BMIm][Br]>[EMImBr]의 순서로 나타났다. 숙신산의 최대 추출 효율은 약 90%였으며 이온성 액체에서 양이온 사슬길이가 증가할수록 상부상으로 동반 추출되는 물의 양이 줄어들어 숙신산의 선택적 농축효과가 크게 나타났다. 따라서 본 연구에서 사용된 이미다졸계 이온성 액체와 $K_2HPO_4$으로 구성된 수상이성분계는 숙신산의 선택적 추출과 농축에 효과적임을 알 수 있었다.