KR100464816B1 - 이온교환수지를 이용한 케미컬 필터여재 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반도체 및 산업현장에서 발생되는 극성을 갖는 유해가스를 처리하기 위해 필터 여재로 이온교환수지를 사용하는 케미컬 필터 제조 및 유해가스를 제거하는 방법이다. 극성을 갖는 유해가스의 제거성능을 향상시키는 목적으로 극성 가스와 이온교환할 수 있도록 화학 처리한 양이온 교환수지 또는 음이온 교환수지를 금속 망체에 부착시켜 케미컬 필터의 여재로 사용할 경우 첨착활성탄을 이용한 케미컬 필터 여재에 비해 제거 효율이 3-4배이상 증가하였고, 또한 첨착활성탄을 금속 망체에 부착시킨 여재에 비해 압력손실이 적기 때문에 운전의 효율성이 증가하여 장기간 사용이 가능하므로 극성을 갖는 유해가스를 제거하는 수단으로 사용되는 케미컬 필터의 교체주기를 연장할 수 있다. 또한 케미컬 필터의 여재로 이온교환부직포를 사용할 경우에 비해 제거성능은 1.5배 정도 증가하고, 여재 제조단가로 이온교환부직포에 비해 저렴한 장점이 있어 반도체 뿐만 아니라 화학 공장에서 배출되는 유해가스를 제거하는 케미컬 필터 여재로 이온교환수지를 금속 망체에 부착하여 사용하는 방법이다.

Description

이온교환수지를 이용한 케미컬 필터여재{chemical filter using ion exchange resin}
본 발명은 반도체 또는 일반 산업분야 등이나 공공장소, 특히 대기 오염에 노출되어 있는 산업현장으로부터 유해가스를 제거하기 위해 사용되고 있는 케미컬 필터 여재에 관한 것이다.
대기오염에 노출된 장소로부터 유해가스 제거를 위해 사용되고 있는 케미컬 필터로는 V형, 평판형, tray 형태의 케미컬 필터, ACF(Active Carbon Fiber) 또는 이온교환부직포를 이용한 케미컬 필터 등이 있다. V형, 평판형, tray 형태와 같은 형태의 케미컬 필터는 투입되는 첨착활성탄의 양이 많이 소요되기 때문에 고 농도의 유해가스 포집에 유리하며 유해가스 포집량이 많은 반면 압력손실이 크다는 단점이 있으며 ACF(Active Carbon Fiber) 또는 이온교환부직포 형태의 필터는 저 농도의 유해가스 포집에 유리하고, 압력손실이 적고, 무게가 가볍다는 장점을 가지는 반면 유해가스 포집량이 첨착활성탄을 이용한 케미컬 필터에 비해 낮고, 가격이 비싸다는 단점이 있다. 따라서 압력손실이 최소화하면서 유해가스의 흡착량이 우수한 케미컬 필터의 개발이 시급하다.
첨착활성탄을 이용한 유해가스의 흡착은 흡착제의 표면과 흡착질이 물리적 또는 화학적인 인력에 의하여 결합하는 현상으로 혼합된 흡착질에서 일정 성분을 선택적으로 분리 또는 정제하는데 이용되는 기술로서 대기 및 수질오염물질의 제거, 휘발성 용제의 회수, 혼합물의 분리 및 정제 등에 광범위하게 이용되고 있다. 이러한 첨착활성탄은 일반활성탄에 비해 유해가스의 흡착성능은 우수하지만 압력손실이 높고, 2차로 분진이 발생한다는 문제가 있다.
이온교환부직포는 이온교환방식에 의해 유해가스를 제거하는 방식으로, 이온교환부직포는 폴리올레핀 섬유에 전자빔이나 방사선을 조사하여 섬유 주 사슬에 라디칼을 생성시킨 후 폴리스티렌을 그라프팅한 다음 황산 또는 인산 등 제거하고자 하는 극성가스에 따라 여러 가지 종류의 기능화 반응을 거쳐서 제조된다. 이온교환부직포는 첨착활성탄에 비해 유해가스 제거성능은 떨어지지만 2차 유해물질이 발생하지 않고, 압력손실이 낮다는 장점이 있지만 제조비용이 높다는 단점이 있다.
본 발명자에 의해 출원된 특허(출원번호 : 제 11201호, 출원일 : 2000.3.7)에 의하면 바인더를 이용하여 첨착활성탄을 금속 망체에 부착시키면 압력손실은 해결되지만 케미컬 필터의 사용수명이 짧아지는 단점이 있다. 이를 보완하기 위하여 본 발명자에 의해서 출원된 실용신안 (출원번호 : 제13759호, 출원일 : 2000. 5.16)에서는 유해가스 제거매체로서 첨착활성탄과 이온교환부직포를 사용하기 때문에 유해가스의 제거량이 크고, 고농도의 가스에 적용이 가능할 뿐만 아니라 압력손실이 적게 걸린다는 장점이 있지만 고가의 이온교환부직포를 사용하기 때문에 첨착활성탄을 사용하는 경우 보다 비용이 높아진다는 단점이 있다.
본 발명은 반도체 산업 또는 일반 산업 분야 등이나 공공장소, 특히 대기오염에 노출되어 있는 산업현장으로부터 유해가스를 제거하기 위해 사용되고 있는 케미컬 필터의 유해가스 제거효율을 증가시키고, 압력손실을 최소화하며, 케미컬 필터의 무게를 감소시키고, 운전비용을 절감시키는데 목적이 있다.
본 발명에서는 첨착활성탄에 비해 유해가스 제거성능이 우수한 이온교환수지를 이용하여 본 발명자가 이미 출원한 방법 (출원번호 : 제 11201호, 출원일 : 2000.3.7) 으로 금속 망체에 첨착활성탄과 이온교환수지를 부착하였고, 부착된 이온교환수지와 첨착활성탄을 혼합하여 사용하였다. 이러한 방법으로 제조된 케미컬 필터는 첨착활성탄에 비해 유해가스 흡착성능은 우수하며, 압력손실은 낮아지며, 이온교환부직포를 사용하여 제작된 케미컬 필터에 비해 가격도 저렴하다는 장점을 가지고 있다.
본 발명에 의한 케미컬 필터 여재에서의 압력손실 및 흡착성능은 이온교환수지를 금속 망체에 부착시킴으로서 달성된다. 또한 이온교환수지는 첨착활성탄에 비해 흡착성능이 우수하며, 이러한 이온교환수지를 금속 망체에 부착시킴으로서 압력손실이 적게 걸리고, 이온교환부직포에 비해 가격이 저렴하다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 이온교환수지를 금속 망체에 부착한 케미컬 필터 여재의 조립도
도 2는 본 발명에 따른 이온교환수지, 첨착활성탄, 이온교환부직포가 조합된 케미컬 필터 여재의 조립도
도 3은 본 발명에 따른 케미컬 필터의 단면도
도 4는 본 발명에 따른 케미컬 필터 전면도
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
(1) : 케미컬 필터 여재 (2) : 이온교환수지
(3) : 케미컬 필터 (4) : 금속 망체
(5) : 첨착활성탄 (6) : 이온교환부직포
본 발명은 유해가스를 처리하는 케미컬 필터에 있어서 반도체 산업 또는 일반 산업 분야 등에서 유해가스의 제거 효율을 증가시키며, 압력손실을 최소화하며, 케미컬 필터의 무게를 감소시키는 방법에 관한 것이다.
본 발명에서는 유해가스의 제거 효율을 증가시키기 위하여 기존에 수처리용으로 사용되어지고 있는 이온교환수지를 화학 처리하여 유해가스를 흡착할 수 있게제조한 후 이온교환수지의 입경이 작기 때문에 이온교환수지 자체로는 사용이 어려워 본 발명자가 특허 출원한 방법(출원번호 : 제 11201호, 출원일 : 2000.3.7)과 동일하게 금속 망체에 첨착활성탄 대신에 이온교환수지를 부착시켜 케미컬 필터 여재를 제조하고 이를 이용하여 극성 유해가스를 제거하는 방법이다.
이하 본 발명에 따른 유해가스 제거 효율을 증가시키기 위한 케미컬 필터 여재의 실시예를 첨부도면에 의거하여 설명하면 다음과 같다.
실시예
극성유해가스 제거에 사용되고 있는 케미컬 필터 여재(1)는 제거 효율을 증가시키기 위하여 본 발명자가 이미 출원한 방법(출원번호 : 제 11201호, 출원일 : 2000.3.7)으로 사용되고 있는 첨착활성탄이나 이온교환부직포 대신에 이온교환수지(2)를 사용하였다. 여기에 사용되는 이온교환수지(2)는 기존에 일반적으로 사용되고 있는 정수처리용 이온교환수지인데 극성 유해가스의 종류에 따라 양이온교환수지와 음이온교환수지를 사용한다. 이러한 이온교환수지(2)를 처리하는 방법으로 음이온 또는 양이온 교환수지를 준비한 후 산성 또는 염기성 용액을 사용하여 약 하루 정도 함침시킨다. 함침이 끝난 이온교환수지(2)는 필터에 의해 용액과 이온교환수지(2)를 분리한 후, 건조기에서 이온교환수지(2)가 변형이 되지 않는 온도인 약 80℃의 온도에서 건조시킨다.
위와 같은 방법으로 제조된 이온교환수지(2)는 입경이 작아 공기가 케미컬 필터(3)를 통과하면 압력손실이 많이 발생하기 때문에 실제적으로 유해가스를 제거하는 목적으로 사용되는 것이 불가능하므로 압력손실을 가장 최소화하기 위하여 본 발명자 출원한 방법에 의해 금속 망체(4)에 이온교환수지(2)를 부착하여 사용하였으며, 케미컬 필터 여재(1)를 제작할 때에는 금속 망체(4)에 부착된 이온교환수지(2) 양쪽에 부직포를 부착하여 사용하였다.
케미컬 필터 여재(1)로 금속 망체(4)에 부착된 이온교환수지(2)에 대한 극성 유해가스 제거실험을 수행하였다. 화학 처리된 이온교환수지(2)로 제조된 케미컬 필터 여재의 극성 유해가스 제거성능을 비교하기 위하여 일반활성탄, 첨착활성탄(5), 이온교환부직포(6)로 제조된 케미컬 필터 여재(1)를 사용하여 비교하였다. 대표적인 염기성 가스로 암모니아 가스를 선택하여 실험을 수행하였고, 실험방법으로는 케미컬 필터 여재(1)를 실험 칼럼에 고정시키고, 일정한 유량을 지속적으로 흘려주면서 입구와 출구의 농도를 측정하여 케미컬 필터 여재(1)의 제거 성능을 확인하였다. 표 1에 케미컬 필터 여재(1)의 제거 성능 실험조건을 나타내었다.
표 1 케미컬 필터 여재 제거 성능 실험조건
시험 항목 조건
시험 칼럼 직경 45 mm
온도 23℃
상대습도 45%
유량 18 L/min
유속 0.19 m/s
케미컬 여재 사용수 1 layer, 2 layer, 3 layer
암모니아 농도 20 ppm
시험에 사용되는 각각 케미컬 필터 여재(1)에 대한 극성 유해가스 제거 곡선을 그림 1에 나타내었다. 그림 1에서 보는 바와 같이 케미컬 필터 여재(1)를 사용하여 암모니아 가스 제거 실험한 결과 다른 케미컬 필터 여재(1) 보다도 이온교환수지(2)를 이용한 케미컬 필터 여재(1)가 가장 우수한 실험결과를 나타내고 있다.
케미컬 필터 여재(1)에 대한 제거 성능 비교를 표 2에 나타내었다.
표 2 케미컬 필터 여재 비교
구분 일반활성탄 첨착활성탄 이온교환부직포 이온교환수지 비고
layer 2 2 2 2
파과시간(70%) 5분이하 30분 240분 340분
무게(g/m2) 1230 1640 900 1740
두께(mm) 3.5 3.5 3 4
차압(0.5m/s)(mmAq) 15 16 22 7
가격비교 10% 20% 100% 20% 이온교환부직포 기준
또한 각각의 케미컬 필터 여재(1)에 대해서 유기물의 제거 성능을 확인하였으며, 유기물의 제거성능을 확인하기 위해서 톨루엔을 사용하여 각각의 케미컬 필터 여재(1)에 대하여 시험을 수행하였다. 시험 방법으로는 각각을 케미컬 필터 여재(1)로 만든 다음 유량 : 5 L/min, Column dia. : 45 mm, 톨루엔 농도 : 300 ppm을 맞춘 후 제거 시험을 하였다. 그림 2는 톨루엔에 대한 제거성능을 나타낸 그림이고, 그림 2에서 보는 바와 같이 첨착활성탄(5) 또는 일반활성탄을 이용한 케미컬 필터 여재(1)는 톨루엔을 제거할 수 있지만, 그 외의 케미컬 필터 여재(1)에 대해서는 유기물이 전혀 제거되지 않는 것을 볼 수 있다.
위 실험 결과를 바탕으로 하여 금속 망체(4)에 이온교환수지(2)를 부착한 케미컬 필터 여재(1)를 이용하여 케미컬 필터(3)를 제작하면 흡착성능이 증가하며, 압력손실이 낮아지며, 무게가 가벼워 비용이 절감된다. 또한 금속 망체(4)에 부착시킨 이온교환수지(2)를 사용할 때 이온교환수지(2) 양쪽에 이온교환수지(2)가 유동이 생기지 않도록 하기 위하여 압력손실이 거의 없는 부직포를 사용하여 고정시키고 있지만, 일반부직포 대신에 이온교환부직포(6)를 조합하여 사용하게 되면 유해가스 제거효율은 더욱 증가하게 될 뿐만 아니라 각각의 장점을 이용한 첨착활성탄(5)과, 이온교환부직포(6), 이온교환수지(2)를 조합하여 사용하게 되면 특정가스에 대하여 흡착성능이 우수하며, 압력손실은 낮아지며, 또한 유기물을 동시에 제거가 가능하다. 표 3에 조합된 케미컬 필터 여재(1)의 제거 성능을 나타내었다. 그림 3에 각각의 여재를 조합한 형태의 케미컬 필터 여재(1)와 단일 형태의 케미컬 필터 여재(1)의 제거성능을 나타내었다. 그림 3에서 보는 바와 같이 조합한 형태의 케미컬 필터 여재(1)의 암모니아 제거성능이 단일 형태의 케미컬 필터 여재(1) 보다 2배이상 우수한 제거 성능을 나타내는 것을 볼 수 있다.
표 3 케미컬 필터 여재 제거 성능
구분 이온교환수지(2 layer) +일반부직포(2 layer) 이온교환수지(1 layer) +첨착활성탄(1 layer) +이온교환부직포(1 layer)+일반부직포(1 layer)
NH3파과시간(70%) 340분 610분
Target gas 염기성 가스 염기성가스, 유기물
본 발명은 기존에 사용하고 있는 첨착활성탄에 비해 흡착성능이 우수한 흡착제를 사용하므로 장기간 사용이 가능하므로 흡착제의 교체 주기를 연장하여 폐 흡착제의 발생으로 인한 폐기물의 양을 감소할 수 있을 뿐만 아니라 2차 유해물질이 발생하지 않으므로 케미컬 필터에 적용이 가능하다. 또한 첨착활성탄에 비해 흡착성능이 우수한 이온교환수지를 사용하여 유해가스에 의한 대기오염을 억제할 수 있다.
본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

Claims (4)

  1. 유해가스를 제거하기 위한 케미컬 필터 여재에 있어서,
    상기 케미컬 필터 여재는 금속망체에 이온교환수지가 부착되어 형성된 것을 특징으로 하는 케미컬 필터 여재.
  2. 제1항에서, 상기 이온교환수지는 양이온교환수지 또는 음이온교환수지인 것을 특징으로 하는 케미컬 필터 여재.
  3. 제1항에서, 상기 금속망체에 부착된 이온교환수지의 양쪽에 이온교환부직포가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 케미컬 필터 여재.
  4. 제1항에서, 상기 금속망체에 이온교환수지와 더불어 첨착활성탄이 추가로 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 케미컬 필터 여재.
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