KR100862970B1 - 이온화 수처리기용 탄소전극, 그 제조방법 및 상기탄소전극을 포함하는 이온화 수처리기 - Google Patents

이온화 수처리기용 탄소전극, 그 제조방법 및 상기탄소전극을 포함하는 이온화 수처리기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 이온화 수처리기용 탄소전극, 그 제조방법 및 상기 탄소전극을 포함하는 이온화 수처리기에 관한 것이다. 본 발명은 불소가 함유된 이온화 수처리기용 탄소전극를 제공한다. 또한, 본 발명은 탄소전극을 준비하는 단계; 및 상기 탄소전극을 상온 ~ 300℃의 온도에서 불소 함유 가스와 반응시켜 표면 처리하는 단계를 포함하는 이온화 수처리기용 탄소전극의 제조방법을 제공한다. 이에 더하여, 본 발명은 상기 탄소전극을 포함하는 이온화 수처리기를 제공한다. 본 발명에 따르면, 탄소전극에 불소가 함유되어 중금속 제거율이 우수한 효과를 갖는다. 구체적으로, 탄소전극의 표면에 결합된 불소 음이온(F-)이 물 속에서 양이온(+)으로 존재하는 중금속 이온을 효과적으로 흡착하여 중금속 제거율이 우수한 효과를 갖는다.
이온, 수처리, 탄소전극, 불소, 중금속

Description

이온화 수처리기용 탄소전극, 그 제조방법 및 상기 탄소전극을 포함하는 이온화 수처리기 {CARBON ELECTRODE FOR IONIZATION WATER TREATMENT APPARATUS, METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME AND IONIZATION WATER TREATMENT APPARATUS CONTAINING THE SAME}
본 발명은 이온화 수처리기용 탄소전극, 그 제조방법 및 상기 탄소전극을 포함하는 이온화 수처리기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 불소가 함유되어 중금속 제거율이 우수한 이온화 수처리기용 탄소전극 및 그 제조방법, 그리고 상기 탄소전극을 포함하는 이온화 수처리기에 관한 것이다.
일반적으로 수도관이나 물탱크의 급, 배수관 등과 같이 물이 지나는 관체는 오랜 시간 사용하다보면 물 속의 활성산소가 관체의 철분과 반응하여 내부가 부식되어 녹이 발생된다. 또한, 관체에는 물 속의 이물질이 퇴적되기도 한다. 이러한 녹 및 이물질 등이 퇴적되어 관체 내부에 스케일(scale), 슬라임(slime), 슬러리(slurry) 등이 발생되어 관체의 수명이 단축되고 물의 흐름 유속이 저하된다. 또한 관체를 지나는 물 속에는 인체에 유해한 산화철이나 불순물 및 세균 등의 각종 유해 물질이 포함되어 비위생적이었다.
위와 같은 관체의 퇴적물 및 유해물질 등을 제거하기 위하여 관체의 내부에 세척도구인 브러시 등을 진입시켜 녹이나 스케일 등을 제거하거나, 또는 새로운 관체로 교체함으로써, 상기와 같은 퇴적물 및 유해물질 등을 해소하였다. 그러나, 이와 같은 방법은 그 작업에 있어 퇴적물 및 유해물질을 해소할 수는 있으나 관체를 세척하거나 교체하는 과정에서 많은 시간과 인력 및 장비가 요구됨은 물론 적지 않은 기간 내에 다시 관체를 세척하거나 새로운 관체로 교체하는 작업을 반복해야함으로 많은 비용이 소모되어 효율적이지 못한 문제점이 있었다.
또한, 관체의 수명을 연장시키고 유해물질을 제거하기 위하여 화학제를 사용하거나, 고주파 발생기를 이용한 수처리 방법이 사용되고 있다. 그러나, 화학제를 사용하는 방법은 화학제(화약 약품)의 사용에 따른 또 다른 문제점이 발생되며, 고주파 발생기를 이용하는 방법은 동력을 필요로 하여 에너지가 소비되고 그 설비 또한 복잡하였다.
이에 따라, 최근 산업현장에서는 정전기 발생요소를 구비하여 정전기를 발생시켜 물을 정전기장으로 이온화시키고, 이러한 이온을 이용하여 물을 정화시킴은 물론 관체의 내부를 세척할 수 있는 무동력적이고 환경 친화적이며, 설비/설치가 간단한 이온화 수처리기가 사용되고 있다.
예를 들어, 대한민국 등록특허 제0312152호에는 상기와 같이 정전기장으로 물을 이온화하여 물을 정화하고 관체의 내부를 세척할 수 있는 정전기 발생요소를 구비한 이온 수처리기가 제시되어 있다. 구체적으로, 상기 선행 특허문헌에는 물과의 접촉 마찰을 통해 정전기장을 발생시키는 정전기 발생요소와, 이러한 정전기 발생요소가 삽입되며 내외부의 온도전달을 차단하여 습기 발생에 따른 정전기 발생요소의 성능 저하를 방지하는 단열관과, 상기 단열관으로 물이 유입되는 것을 방지하는 마감요소와, 상기 단열관 및 마감요소가 삽입되는 하우징과, 상기 하우징의 양측에 결합되어 관체와 연통시키는 하우징 연결구를 포함하는 이온화 수처리기가 제시되어 있다. 이때, 상기 정전기 발생요소는 탄소재료로 구성된 탄소전극과, 구리 등의 금속으로 구성된 금속전극을 포함하며, 상기 탄소전극 및 금속전극은 파이프에 끼워져 고정된다. 이와 같은 이온화 수처리기 내부로 유입된 물은 정전기 발생요소와의 마찰에 의해 발생되는 정전기장에 의해 이온화되어 활성화된다. 그리고 활성화된 활성수는 관체의 내부에 스케일 등의 발생을 방지 및 제거하고, 물 속에 함유된 세균이나 박테리아 등의 번식을 억제한다. 또한, 위와 같은 정전기장을 이용한 이온화 수처리기는 무동력적이고 환경 친화적이며, 설치가 간단하여 유용하다.
그러나 종래 기술에 따른 이온화 수처리기는 물 속에 함유된 중금속 등의 제거율(흡착 효율)이 떨어지는 문제점이 있다. 구체적으로, 물 속에는 철분(Fe), 납(Pb) 등의 인체에 유해한 중금속 등이 함유되어 있는데, 종래 기술에 따른 이온화 수처리기는 상기 중금속 등을 흡착 제거하기 위한 별도의 수단을 갖지 못하여 중금속 제거율이 떨어지는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술에 따른 문제점을 해결하기 위한 것으로, 중금속 제거율이 우수한 이온화 수처리기용 탄소전극 및 그 제조방법, 그리고 상기 탄소전극을 포함하는 이온화 수처리기를 제공하는 데에 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 이온화 수처리기용 탄소전극에 있어서, 불소가 함유된 이온화 수처리기용 탄소전극을 제공한다. 이때, 상기 탄소전극은 본 발명의 바람직한 구현예에 따라서 불소 함유 가스에 의해 표면 처리되어 불소가 함유된다.
또한, 본 발명은 탄소전극을 준비하는 단계; 및 상기 탄소전극을 상온 ~ 300℃의 온도에서 불소 함유 가스와 반응시켜 표면 처리하는 단계를 포함하는 이온화 수처리기용 탄소전극의 제조방법을 제공한다.
상기 불소 함유 가스는, 예를 들어 플루오르(F2), 플루오르화수소(HF), 나이트로젠트리플루오라이드(NF3), 브론트리플루오라이드(BF3), 포스페이트트리플루오라이드(PF3), 포스페이트펜타플루오라이드(PF5), 메틸플루오라이드(CH3F), 트리플루오로메탄(CHF3), 카본테트라플루오라이드(CF4), 디플루오로에틴(C2F2), 테트라플루오로 에틸렌(C2F4), 헥사플루오로에탄(C2F6), 및 퍼플루오로프로판(C3F8)으로 이루어진 군중에서 선택된 하나 또는 2 이상의 혼합을 사용할 수 있다.
이에 더하여, 본 발명은 상기 본 발명에 따른 탄소전극을 포함하는 이온화 수처리기를 제공한다. 본 발명의 바람직한 구현예에 따라서, 상기 이온화 수처리기는 정전기장을 이용한 것으로서, 정전기장을 발생시키는 정전기 발생요소; 상기 정전기 발생요소가 삽입되며 내외부의 온도전달을 차단하는 단열관 상기 단열관으로 물이 유입되는 것을 방지하는 마감요소; 상기 단열관과 마감요소가 삽입되는 하우징; 및 일측은 상기 하우징에 결합되고 타측은 관체에 연결되는 하우징 연결구를 포함하되, 상기 정전기 발생요소는 금속전극; 상기 금속전극의 양측에 배치된 2개의 탄소전극; 및 탄소전극과 금속전극이 조립되는 파이프를 포함하는 것이 좋다.
본 발명에 따르면, 탄소전극이 불소 처리에 의해 불소가 함유되어 중금속 제거율이 우수한 효과를 갖는다. 구체적으로, 탄소전극의 표면에 결합된 불소 음이온(F-)이 물 속에서 양이온(+)으로 존재하는 중금속 이온을 효과적으로 흡착하여 중금속 제거율이 우수한 효과를 갖는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 첨부된 도 면은 본 발명의 바람직한 실시예를 도시한 것으로서, 이에 의해 본 발명의 기술적 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명에 따른 이온화 수처리기의 바람직한 실시예를 보인 분해 사시도이고, 도 2는 본 발명의 이온화 수처리기를 구성하는 탄소전극의 바람직한 구현예를 보인 사시도이다. 그리고 도 3은 본 발명의 이온화 수처리기를 구성하는 정전기 발생요소와 마감요소가 결합된 모습의 단면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 이온화 수처리기의 바람직한 실시예를 보인 단면도로서, 상기 도 1이 결합된 모습의 종단면도이다.
먼저, 도 1을 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 이온화 수처리기는 정전기장을 발생시키는 정전기 발생요소(100); 상기 정전기 발생요소(100)가 삽입되며 내외부의 온도전달을 차단하는 단열관(200); 상기 단열관(200)으로 물이 유입되는 것을 방지하는 마감요소(300); 상기 단열관(200) 및 마감요소(300)가 삽입되는 하우징(400); 및 일측은 상기 하우징(400)에 결합되고 타측은 관체에 연결되는 하우징 연결구(450)를 포함한다. 바람직하게는, 도면에 도시한 바와 같이 상기 하우징(400)과 하우징 연결구(450)를 내장하는 금속 외장케이스(500)를 더 포함하며, 상기 금속 외장케이스(500)는 케이스 본체(520)와, 상기 케이스 본체(520)에 결합되는 밀봉캡(540)으로 구성된다.
상기 정전기 발생요소(100)는 물과 접촉(마찰)되어 정전기장을 발생시킬 수 있는 것으로서, 통상과 같이 구성될 수 있다. 구체적으로, 상기 정전기 발생요 소(100)는 탄소전극(120) 및 금속전극(140)을 적어도 포함하되, 상기 탄소전극(120)과 금속전극(140)을 고정하는 파이프(150)를 더 포함하여 구성될 수 있다. 바람직한 구현예에 따라서, 상기 정전기 발생요소(100)는 도면에 도시한 바와 같이 중앙의 금속전극(140); 상기 금속전극(140)의 양측에 배치된 2개의 탄소전극(120); 그리고 상기 탄소전극(120), 금속전극(140) 및 탄소전극(120)의 순서로 정연히 배치되도록 탄소전극(120) 및 금속전극(140)이 끼움 조립되는 파이프(150)를 포함하여 구성된다. 이때, 상기 파이프(150)는 합성수지제로서, 물이 통과하도록 내부에 중공부(153)를 가지며, 외주연에는 탄소전극(120) 및 금속전극(140)과 조립될 수 있도록 나사부(151)가 마련된 구조를 가질 수 있다. 또한, 상기 금속전극(140)은 구리(Cu), 알루미늄(Al) 및 아연(Zn) 등의 금속으로 성형된 봉 형상으로서, 내주연에 나사부가 형성되어 도시된 바와 같이 파이프(150)의 중앙 부분에 결합된다.
상기 탄소전극(120)은 물이 통과되는 유로가 형성된 것이면 본 발명에 포함하며, 바람직하게는 물과의 접촉 면적이 넓도록 벌집구조를 가지면 좋다. 도 2는 상기 탄소전극(120)의 바람직한 구현예를 도시한 것이다. 상기 탄소전극(120)은 도 2에 도시된 바와 같이, 그 일측은 마감요소(300)와 결합되도록 외주연에 나사부(121)가 형성되고, 정전기 발생효율이 좋도록 다수의 통수공(122)이 형성되어 벌집구조를 가지며, 타측은 확개부(125)를 가지면서 상기 파이프(150)에 조립되도록 확개부(125)의 내주연에는 나사부(121)가 마련된 다공통체인 것이 좋다.
도 3을 참조하여 설명하면, 탄소전극(120)과 물이 접촉되어, 이 접촉면에서의 마찰로 인하여 정전기가 발생되고, 이러한 정전기는 탄소통체(120)(+)에 집적되 어 금속전극(140)(-)으로 방출되면서 탄소전극(120)와 금속전극(140)의 사이에 물 흐름의 직각방향으로 고압의 얇은 정전기장이 형성된다. 정전기장을 통과하는 물(H2O)은 수소이온(H+)과 수산화이온(OH-)으로 이온화된다. 이때, 상기 탄소전극(120)이 다수의 통수공(122)이 형성된 벌집구조의 다공통체인 경우, 물과의 접촉 면적이 넓어 정전기 발생량이 많아진다.
상기와 같이 이온화된 물은 물분자의 결정구조가 미세하게 분해되어 더욱 빠르게 회전하면서 활성이 강한 물로 전환되며, 이렇게 활성화된 물은 활성산소를 물의 결정구조에 흡수시키게 됨으로 관체 부식의 원인이 되는 산소의 활성력이 저하되어 녹이 발생되는 것을 억제하게 됨은 물론 상기와 같이 이온 활성화된 물은 산소를 수중으로 끌어들이는 힘이 생기게 됨으로 적청(Fe2O3)을 흑청(Fe3O4)으로 변화시키는 환원반응을 일으켜 녹을 제거하게 된다.
상기 단열관(200)은 정전기 발생요소(100)가 삽입되어 외부와의 온도전달을 차단하여 습기 발생에 따른 정전기 발생요소(100)의 성능 저하를 방지하는 것으로서, 통상과 같이 단열성이 확보될 수 있는 합성수지 원통체가 사용될 수 있다.
상기 단열관(200)은, 예를 들어 폴리염화비닐(polyvinyl chloride) 또는 통상의 '테플론'이라고 불리는 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoro ethylene) 등의 합성수지를 사용하여 상기 마감요소(300)의 외경과 동일한 내경을 갖도록 성형한 원통체가 사용될 수 있으며, 이러한 단열관(200)의 표면에는 표면 처리되어 미세한 보풀(nap)이 형성된 것이 좋다. 이와 같이 표면 처리되어 형성된 보풀은 정전기 발생요소(100)와 하우징(400)의 완충 역할을 함과 동시에 마감요소(300)와 하우징(400) 사이에 끼워져 이들 상호간이 단열관(200)을 통하여 밀착되게 한다.
또한, 상기 마감요소(300)는 정전기 발생요소(100)에 결합되어 단열관(200)에 물이 유입되는 것을 방지하는 것으로서, 이는 통상과 같은 구조를 갖게 할 수 있다. 상기 마감요소(300)는 합성수지로 성형한 것으로서, 일측은 탄소전극(120)의 나사부(121)와 조립될 수 있도록 그 내주연에 나사부(301)가 마련되며, 타측은 정전기 발생요소(100), 즉 탄소전극(120)으로 물이 용이하게 유입되도록 하는 경사면(302)이 형성된 것이 좋다. 이때, 물이 정전기 발생요소(100)의 내부로만 흐르고 마감요소(300)와 탄소전극(120)의 사이를 통하여 외부로 누수되지 않도록 마감요소(300)와 탄소전극(120), 그리고 탄소전극(120)과 파이프(150)의 사이에는 '오링(O-ring)'과 같은 고무패킹(도시하지 않음)이 내설되어 조립된다.
상기 하우징(400)과 하우징 연결구(450)는 금속(예를 들어, 황동)으로 성형한 것이 사용될 수 있다. 상기 하우징(400)은 단열관(200)의 외경과 동일한 내경을 갖는 것이 좋다. 상기 하우징(400)의 양측 외주연에는 하우징 연결구(450)와 조립되도록 나사부(401)가 마련될 수 있다. 상기 하우징 연결구(450)는 하우징(400)과 조립될 수 있도록 그 내주연에 나사부(451)가 마련된 일측의 확개부(455)와, 관체와 연결되도록 그 외주연에 나사부(451)가 마련된 타측의 체결구(458)가 일체로 구성된다. 이때, 체결구(458)는 도시된 바와 같이 관체와 끼움 조립이 용이하도록 관체측으로는 감소된 외경을 갖도록 하는 것이 바람직하다. 이러한 하우징 연결구(450)는 정전기 발생요소(100) 및 마감요소(300)가 삽입된 단열 관(200)을 하우징(400)에 삽입한 상태에서, 하우징(400)의 양쪽에 조립된다. 또한, 마감요소(300)와 하우징 연결구(450)의 사이로 물이 누수되는 것을 방지하도록 마감요소(300)와 하우징 연결구(450)의 접촉 부분에 고무패킹(도시하지 않음)이 내설되어 조립된다.
이상에서 설명한 본 발명에 따른 이온화 수처리기를 구성하는 정전기 발생요소(100), 단열관(200), 마감요소(300), 하우징(400) 및 하우징 연결구(450)는 통상의 구조를 가질 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 이온화 수처리기는 전술한 바와 같이 위와 같은 구성요소를 외부의 충격으로부터 보호하고 외부와의 단열을 위하여, 상기 하우징(400) 및 하우징 연결구(450)를 내장하는 금속 외장케이스(500)를 더 포함하여 구성될 수 있다. 상기 금속 외장케이스(500)는 원통형의 금속 케이스 본체(520)와, 상기 케이스 본체(520)의 양측에 결합되는 원반형의 금속 밀봉캡(540)으로 이루어지되, 밀봉캡(540)은 하우징 연결구(450)의 체결구(458)가 관통하여 외부로 노출되어 관체와 결합되도록 그 중앙 부분에 체결공(548)이 형성되어 있다. 그리고, 상기 케이스 본체(520)와 밀봉캡(540)은 상호간 맞춤 결합이 용이하도록 케이스 본체(520)의 양측 내주연에는 결합홈(526)이 형성되고, 이에 대응하여 밀봉캡(540)에는 연장부(546)가 구비된다.
이때, 상기 금속 외장케이스(500)에는 배출공(525)(545)이 형성되는 것이 바람직하다. 하우징(400)과 금속 외장케이스(500)의 사이에는 응축수가 발생될 수 있는데, 상기 응축수는 상기 배출공(525)(545)을 통해 외부로 자연 배수된다. 이에 따라, 응축수의 축적을 방지하여 수처리기의 부식 및 동파를 방지할 수 있다. 이때, 상기 배출공(525)(545)은 케이스 본체(520) 및/또는 밀봉캡(540)에 형성될 수 있다. 구체적으로, 상기 배출공(525)(545)은 케이스 본체(520)에만 형성되거나, 밀봉캡(540)에만 형성될 수 있으며, 또는 도면에 도시된 바와 같이 케이스 본체(520) 및 밀봉캡(540) 모두에 형성될 수 있다. 이때, 응축수는, 본 발명에 따른 이온 수처리기가 지면과 수평으로 설치되는 경우에는 케이스 본체(520)에 형성된 배출공(525)을 통하여 배수되며, 지면과 수직으로 설치된 경우에는 밀봉캡(540)에 형성된 배출공(545)을 통하여 배수된다. 상기 케이스 본체(520)에 하우징(400)과 하우징 연결구(450)의 조립체를 내장시키고 하우징 연결구(450)의 체결구(458)에 밀봉캡(540)의 체결공(548)이 삽입되도록 끼운 다음 볼트 등과 같은 체결부재(560)로 조임 결합시키면 조립이 완성된다.
도 4는 위와 같이 구성된 본 발명에 따른 이온화 수처리기의 조립된 모습의 종단면도를 보인 것이다. 도 4에 보인 바와 같이, 위와 같은 구성을 가지는 이온화 수처리기는 물과의 접촉 면적이 넓어 수처리의 효율을 높일 수 있고, 견고한 조립구조를 가지며, 금속 외장케이스(500)와 하우징(400)의 빈 공간(S)에 발생된 응축수는 배출공(525)(545)을 통하여 자연 배수된다.
상기 탄소전극(120)은 탄소재료로부터 성형된 것으로서, 이는 본 발명에 따라서 불소 처리되어 불소(F)가 함유된 것이면 본 발명에 포함한다. 구체적으로, 상기 탄소전극(120)은 탄소, 흑연, 탄소나노튜브 등의 탄소재료로부터 성형되어지되, 불소(F)가 함유된 것이면 본 발명에 포함한다. 이때, 상기 불소(F)는 탄소전극(120)의 성형 전에 개질 반응을 통해 함유되거나, 성형된 후에 표면 개질 반응을 통해 함유될 수 있다. 보다 구체적으로, 미세 분말 상의 탄소재료(탄소, 흑연, 탄소나노튜브 등)를 반응로에 투입한 다음, 상기 반응로에 불소 함유 가스를 주입하여 개질 반응시킴으로써, 불소(F)가 함유된 탄소재료를 얻은 후, 상기 불소(F)가 함유된 탄소재료를 통상과 같은 방법으로 탄소전극(120)으로 성형하여 불소(F)를 함유시킬 수 있다. 바람직하게는 미리 성형된 탄소전극(120)을 불소(F)로 표면 처리함으로써 함유시킬 수 있다. 구체적으로, 상기 탄소전극(120)은, 일정한 형상(바람직하게는 도 2에 보인 같은 다공통체의 형상)을 가지는 탄소전극(120)을 준비하는 단계; 및 상기 탄소전극(120)을 불소 함유 가스와 반응시켜 표면 처리하는 단계를 포함하여 제조되는 것이 바람직하다. 이때, 상기 불소 함유 가스는, 분자 내에 불소(F)를 함유한 것이면 여기에 포함하며, 예를 들어 플루오르(F2), 플루오르화수소(HF), 나이트로젠트리플루오라이드(NF3), 브론트리플루오라이드(BF3), 포스페이트트리플루오라이드(PF3), 포스페이트펜타플루오라이드(PF5), 메틸플루오라이드(CH3F), 트리플루오로메탄(CHF3), 카본테트라플루오라이드(CF4), 디플루오로에틴(C2F2), 테트라플루오로에틸렌(C2F4), 헥사플루오로에탄(C2F6), 및 퍼플루오로프로판(C3F8)으로 이루어진 군중에서 선택된 하나 또는 2 이상의 혼합을 사용할 수 있다.
탄소전극(120)을 위와 같은 불소 함유 가스와 반응시킴에 있어서는 탄소전극(120)의 비표면적 및 세공구조가 변형되지 않도록 300℃ 이하, 구체적으로는 상 온 ~ 300℃ 온도에서 반응로에서 진행시키는 것이 좋다. 이때, 반응로에는 불소 함유 가스를 공기, 아르곤, 헬륨, 질소 등의 운반가스와 함께 동시에 주입할 수 있으며, 상기 반응로는 수평 반응로 또는 수직 반응로 등의 열화학 기상증착 장치를 유용하게 사용할 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다. 탄소전극(120)은 불소 함유 가스와의 반응시간(접촉시간)이 길수록 불소(F)의 함유량이 많아지나, 반응시간이 너무 길면 공정이 길어지고, 또한 상대적으로 탄소(C)의 함량이 전극 특성이 저하될 수 있으므로, 반응시간은 10분 ~ 30분이 바람직하다. 이때, 탄소전극(120)을 반응로 안에 공급하는 방법으로는 니켈 보트 등의 용기 또는 지지부에 탄소전극(120)을 담은 후, 이를 반응기 안으로 주입하는 방법이 고려될 수 있다. 또한, 반응로로부터 표면 처리된 탄소전극(120)을 회수하는 방법은 고온의 상태를 유지하면서 사용된 보트 등의 용기를 반응로로부터 꺼내거나, 고온으로 가열된 반응로를 상온까지 냉각한 후, 반응로에서 도구를 이용하여 탄소전극(120)을 꺼내거나, 또는 자동화된 수거 수단을 이용하여 반응로 밖으로 표면 처리된 탄소전극(120)을 꺼내는 방법이 고려될 수 있다.
본 발명에 따르면, 위와 같은 불소 처리에 의해 탄소전극(120)의 표면에 불소(F)가 공유 결합(C-F)되어 중금속 제거율이 향상된다. 구체적으로, 탄소전극(120)의 표면에 공유 결합된 불소 원자들이 물 속에서 음전하(-)로 하전되고, 물속에 녹아있는 중금속 이온(+)들과 결합되어 중금속을 효율적으로 흡착, 제거한다.
본 발명에 따른 이온화 수처리기는 불소(F)가 함유된 탄소전극(120)을 포함하여 구성된 것이면 본 발명에 포함한다. 본 발명에 따른 이온화 수처리기는 축산 업계, 원예업계 등의 물 공급라인에 설치될 수 있으며, 이에 한정하는 것은 아니다. 예를 들어, 본 발명에 따른 이온화 수처리기는 축산업계에서 동물에게 물을 공급하기 위한 관체, 원예업에서 식물에게 물을 공급하기 하기 위한 관체에 연결하여 사용할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 이온화 수처리기는 물을 이온화 및 활성화하여 녹 발생을 방지하며, 또한 미세하게 분해된 물분자의 결정구조는 수중의 원자나 분자와 결합되어 하나의 큰 결정구조가 되려는 운동을 하게 되어 순수에 가까운 용해력을 갖게 되므로 물분자의 H+과 OH-이 물 속의 각종 무기질과 유기질에 원활히 용해되어 관체의 내부에 부착된 이물질이나 스케일 등을 박리하여 제거함은 물론 물 속에 함유된 유해성 세균이나 박테리아 등의 번식을 억제하게 된다. 그리고, 전원이 필요 없어 무동력적이고 환경 친화적이다. 또한, 이온을 함유하여 활성화된 물분자(활성수)는 클러스터(분자집단)가 작게 세분화되어 빠르게 회전하므로 사람을 비롯한 동식물의 세포에 대한 침투 흡수가 빨라져 사람과 동물의 경우 생체의 성장촉진과 전해질의 활성화에 기여하게 되어 각종 중금속과 노폐물을 신속히 제거하면서 필요한 영양분을 체내에 균형 있게 공급한다. 또한, 불소(F)가 함유된 탄소전극(120)에 의해 중극속 제거율이 우수하다.
이하, 본 발명의 실시예 및 비교예를 예시한다.
[실시예]
봉 형상의 탄소전극(탄소봉)을 헬륨 가스 분위기 하의 반응로에 넣고, 반응로의 온도를 200℃까지 승온한 후, 헬륨 10 부피당 1 부피의 반응 불소 가스(F2)를 투입한 다음 30 분간 유지하였다. 이때, 반응로의 내부 표면은 헬륨이나 반응 불소 가스와 반응하지 않도록 미리 불소 가스(F2)로 패시베이션(passivation)시켰다. 그리고 반응 불소 가스(F2)의 공급을 끊고 1시간 동안 냉각시켜 불소 처리된 탄소전극(탄소봉)을 얻었다.
그리고 1.0 mole/L FeCl3 수용액에 상기 탄소전극(탄소봉)과 금속전극(알루미늄 봉)을 함침한 다음, 10 mA/g의 정전류로 0.9V까지 충전한 후 시간에 따른 전압을 측정하고, 그 결과를 도 5에 그래프로 나타내었다. 또한, 정전류(mA/g)에 따른 정전용량(F/g)을 측정하고, 그 결과를 도 6에 그래프로 나타내었다.
[비교예]
상기 실시예와 비교하여 불소 처리하지 않은 탄소전극(탄소봉)을 사용한 것을 제외하고는 동일하게 실시하였으며, 시간에 따른 전압 및 정전류(mA/g)에 따른 정전용량(F/g)을 측정하여 그 결과를 도 5 및 도 6에 그래프로 나타내었다.
도 5 및 도 6에서, 상기 실시예에 따른 결과는 F200이며, 상기 비교예에 따른 결과는 Raw Carbon이다. 먼저, 도 5에 나타난 바와 같이, 불소 처리된 실시예(F200)의 경우가 시간에 따른 전압의 감소 폭이 낮음을 알 수 있다. 또한, 정전 용량이 높을수록 금속이온(전해액의 Fe3 +)과의 흡착능력이 증가함을 의미하는데, 도 6에 나타난 바와 같이 불소 처리된 실시예(F200)의 경우가 정전용량이 월등히 높게 평가됨을 알 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 이온화 수처리기의 바람직한 실시예를 보인 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 이온화 수처리기를 구성하는 탄소전극의 바람직한 구현예를 보인 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 이온화 수처리기를 구성하는 정전기 발생요소와 마감요소가 결합된 모습의 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 이온화 수처리기의 바람직한 실시예를 보인 단면도로서, 상기 도 1이 결합된 모습의 종단면도이다.
도 5는 시간에 따른 전압의 측정 결과이다.
도 6은 정전류에 따른 정전용량의 측정 결과이다.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
100 : 정전기 발생요소 120 : 탄소전극
140 : 금속전극 150 : 파이프
200 : 단열관 300 : 마감요소
302 : 경사면 400 : 하우징
450 : 하우징 연결구 500 : 금속 외장케이스

Claims (7)

  1. 이온화 수처리기용 탄소전극에 있어서,
    상기 탄소전극은 200℃의 온도에서 불소 가스(F2)에 의해 표면 처리되어 불소가 함유된 것을 특징으로 하는 이온화 수처리기용 탄소전극.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 탄소전극을 준비하는 단계; 및
    상기 탄소전극을 200℃의 온도에서 불소 가스(F2)와 반응시켜 표면 처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온화 수처리기용 탄소전극의 제조방법.
  5. 삭제
  6. 제1항에 따른 탄소전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 이온화 수처리기.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 이온화 수처리기는, 정전기장을 발생시키는 정전기 발생요소; 상기 정전기 발생요소가 삽입되며 내외부의 온도전달을 차단하는 단열관 상기 단열관으로 물이 유입되는 것을 방지하는 마감요소; 상기 단열관과 마감요소가 삽입되는 하우징; 및 일측은 상기 하우징에 결합되고 타측은 관체에 연결되는 하우징 연결구를 포함하되,
    상기 정전기 발생요소는 금속전극; 상기 금속전극의 양측에 배치된 2개의 탄소전극; 및 탄소전극과 금속전극이 조립되는 파이프를 포함하는 것을 특징으로 이온화 수처리기.
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