KR101198502B1

KR101198502B1 - 수소이온농도를 상승시키고 미네랄을 용출하는 세라믹

Info

Publication number: KR101198502B1
Application number: KR1020100107993A
Authority: KR
Inventors: 손호익
Original assignee: 손호익
Priority date: 2010-11-02
Filing date: 2010-11-02
Publication date: 2012-11-06
Also published as: KR20120047330A

Abstract

본 발명은 pH를 상승시키고 미네랄을 용출하여 정제 및 정수기 필터로 사용 할 수 있는 다공성 세라믹에 관한 것이다.
본 발명은 본 발명은 산화규소(SiO₂) 33~39 중량%, 산화알루미나(Al₂O₃) 18~22 중량％, 산화칼슘(CaO) 22~26 중량%, 산화마그네슘(MgO) 11~16 중량%, 산화철(Fe₂O₃) 1~2 중량%, 산화나트륨(Na₂O) 1 중량% 이하, 산화칼륨 (K₂O) 1 중량% 이하, 산화티타늄(TiO₂) 1 중량% 이하, 산화지르콘(ZrO₂) 1 중량% 이하로 구성된 다공성 세라믹조성물에 관한 것이다.
1~10mm의 크기와 900~1,100℃에서 소성한 세라믹을 정수기 필터로 제작하여 물이 세라믹필터를 통과하여 pH를 상승시키고 미네랄을 용출시키는 원리를 활용한 것이다.

Description

수소이온농도를 상승시키고 미네랄을 용출하는 세라믹 {Ceramic increasing Hydrogen ion concentration and releasing mineral}

본 발명은 수소이온농도를 상승시키고 미네랄을 용출하여 정제 및 정수기 필터로 사용할 수 있는 세라믹에 관한 것이다.

'수소 이온농도(水素─濃度, Hydrogen ion concentration)'란 물질의 산성, 알카리성의 정도를 나타내는 수치로, 수소 이온 활용도의 척도이다.

용액 1L 속에 존재하는 수소 이온(水素─, Hydrogen ion)의 몰수를 의미하며 [H⁺]로 나타낸다. 수소 이온이 많아질수록 용액은 산성에 가까워지며, 폐수처리를 할 경우 중화(中和, Neutralization)·응집(凝集, Coagulation) 등 화학적 처리를 할 때 중요한 구실을 한다. 순수한 물일 경우 1기압 25℃에서 수소 이온의 농도가 약 10^-7M(몰농도, Molarity)이며, 이를 기준으로 산성도(酸性度, Acidity)를 측정한다. 하지만 수소이온의 몰수는 이처럼 매우 작은 값이므로 표현하기가 불편하다. 따라서 간단하게 표현하기 위해 수소이온량(ㅡ量, Ionic weight)의 역수에 상용로그(Common Logarithm)를 취한 값을 수소 이온농도지수 pH로 사용한다.

수용액(水溶液, Aqueous Solution)속에서 물 분자의 일부는 수소 이온과 수산화 이온(水酸化─, Hydroxyl Ion)으로 이온화된다. 이때 같은 수소의 수소 이온과 수산화 이온이 생성되거나 사라지므로 수소 이온농도 [H⁺]와 수산화 이온의 농도 [OH^-]의 합은 용액의 액성과 관계없이 항상 일정하다.

물과 pH의 관계는, 화학적으로 물이나 물질 성분이 알카리 이온화된 것의 측정 기준을 'pH'라 하며 학술명으로는 '수소 이온 농도'라고 한다. pH는 보통 1~14까지의 수치로 나타내며, pH값이 7이면 중성, 7 이하면 산성, 7 이상이면 알카리성이다.

인간의 최적의 농도는 약 알카리성인데, 이 상태에서 효소 작용 및 항체 생성의 최적이다. 사람의 위액 산도는 pH 2.5(강산성)이므로, 이를 중화시키고 몸을 항상 최적의 상태로 유지시켜 줄 수 있는 약 알카리수가 좋은 물이다.

인체는 하루에 3.8L의 물이 필요하다. 그중 1.9L는 물위 형태로 공급되고 나머지는 물질대사(物質代謝, Metabolism)와 음식에 함유된 수분에서 공급된다. 그러나 인간이 먹는 음식 중 알카리를 형성하는 것보다 산성을 형성하는 것이 더 많다. 우리가 마시는 수돗물 또한 pH 7.0~7.2이다. 그러고 우리의 주면 환경은 산성화되었다.

생리학적 pH수치는 사람이 무얼 먹고 어떻게 행동하며 무엇을 느끼는가에 따라 달라진다. 혈액의 pH 수치는 7.36~7.42 정도이다. 그리고, 인체 세포 내부의 pH수치는 7.4이다. 이 상태에서 건강이 촉진되는 이유는 세포 내부에서 기능하는 효소에게 최적의 능률을 발휘기 때문이다.

알카리성 식품은 많은 적혈구 세포에 충분한 산소를 공급해준다. 이런 식품을 섭취하면 몸이 가뿐해지는 느낌을 가지며, 마음이 들뜨고, 기운이 나며, 자신감이 생기고, 즐겁고, 행복하고, 만족감을 느끼게 된다.

알카리수의 채내 생리 보호 작용 실험을 통해 알카리수가 대상물질을 물보다 증가된 수소 결망을 통하여 안정화시킬 수 있다. 따라서 이것은 산화적 손상을 야기시키는 자유라칼디(Free Radical)에 대한 알카리수가 물보다 큰 반응성를 보일 수 있는 기본 원인으로 볼 수 있다.

미네랄(無機鹽類, Mineral)은 생물체를 구성하는 원소 중에서 탄소, 수소, 산소 등의 3원소를 제외한 생물체의 무기적 구성요소이다. 또한, 미네랄은 광물질(鑛物質)이라고도 한다. 단백질·지방·탄수화물·비타민과 함께 5대 영양소의 하나이다. 인체 내에서 여러 가지 생리적 활동에 참여하고 있다. 무기염류 중 인체를 구성하는 원소인 칼슘(Ca), 인(P), 칼륨(K), 나트륨(Na), 염소(Cl), 마그네슘(Mg), 철(Fe), 아이오딘(I), 구리(Cu), 아연(Zn), 코발트(Co), 망가니즈(Mn) 등의 원소는 미량으로도 충분하지만 없어서는 안 되는 것들이다. 따라서 이들 무기염류의 섭취가 부족하면 각종 결핍증을 유발한다. 예를 들어, 칼슘은 뼈의 구성성분이며 근육 운동에 관여하기 때문에 칼슘이 부족하면 구루병이 생기거나 근육운동의 부조화가 일어난다. 또 나트륨은 우리 몸의 삼투압이나 pH를 조절하는 성분으로 부족하면 신경에 이상이 생기고, 망가니즈는 효소의 기능을 도와주는 역할을 하는 무기염류로서 부족할 경우 불임을 초래하기도 한다. 헤모글로빈의 성분인 철이나 적혈구를 만드는 데에 사용되는 구리, 코발트 등의 섭취가 부족하면 빈혈이 생길 수 있다.

본 발명은 산화규소(SiO₂) 33~39 중량%, 산화알루미나(Al₂O₃) 18~22 중량％, 산화칼슘(CaO) 22~26 중량%, 산화마그네슘(MgO) 11~16 중량%, 산화철(Fe₂O₃) 1~2 중량%, 산화나트륨(Na₂O) 1 중량% 이하, 산화칼륨 (K₂O) 1 중량% 이하, 산화티타늄(TiO₂) 1 중량% 이하, 산화지르콘(ZrO₂) 1 중량% 이하로 구성된 다공성 세라믹조성물에 관한 것이다.

세라믹 볼 조성 성분

구 분	중 량	소성온도
산화규소(SiO₂)	33~39％	900~1,100℃
산화알루미나(Al₂O₃)	18~22％
산화칼슘(CaO)	22~26％
산화마그네슘(MgO)	11~16％
산화철(Fe₂O₃)	1~2％
산화나트륨(Na₂O)	1％ 이하
산화칼륨 (K₂O)	1％ 이하
산화티타늄(TiO₂)	1％ 이하
산화지르콘(ZrO2)	1％ 이하

[표 1]의 특정 함량에 의한 구성으로 각 성분의 상승효과로 pH를 용출시키고, 우수한 미네랄 용출 효과를 얻을 수 있다. 또한, 상기 비율 외 가소성 첨가제와 탄소(炭素, Carbon)분말이나, 광물(鑛物, Mineral)을 파쇄하여 만든 광물 세립질(細粒質)입자를 사용할 수 있으며, 이들 첨가제로 세라믹 표면의 다공성 증가로 흡착하는 효율이 증가 되어 정수능력이 향상된다. 상기 광물입자는 단면적이 넓어 흡착력이 높아지므로 세균이나 바이러스 또는 각종 이물질을 빠른 속도로 흡착시킨다.

소성(燒成, firing) 가공이란 조합(調合)된 원료를 가열하여 경화성물질(硬化性物質)을 만드는 조작을 의미한다. 본 발명에 주요재료들의 서로 다른 녹는점과 끓는점을 이용하여 소성온도를 결정한다.

본 발명은 무기 미네랄을 세라믹 볼로 만들어서 정수기 필터에 장착하여 물속에 일정한 미네랄을 용출시켜서 pH 8.0 이상을 유지하며 인체에 부족한 미네랄을 물로서 섭취하는 방법이다. 상술한 방법으로 제조한 "pH를 상승시키고 미네랄을 용출하는 세라믹"은 물을 알칼리화시키고 물 분자의 산화 / 환원 능력을 증가시고 미네랄을 물속으로 용출시킴으로써, 동식물의 주요성분인 물 분자의 침투력을 향상시키는 효과를 나타낸다.

본 발명에 주요재료들의 서로 다른 녹는점과 끓는 점을 이용하여 소성온도를 결정한다.

[표 2]는 pH를 상승시키고 미네랄을 용출하는 세라믹에 사용되고 있는 주요재료는 서로 다른 녹는점과 끓는점을 가짐을 나타낸 것이다.

발명에서 사용된 점토의 녹는점 및 끓는점

구 분	녹는점	끓는점
CaO	850℃	1440℃
K₂O	635℃	774℃
Na₂O	97.90℃	877.50℃
MgO	650℃	1100℃

본 발명은 900~1,100℃에서 소성을 실시하는 것이다. 소성온도가 낮으면 세라믹은 물속에서 빨리 분해되고 불순물이 용출될 수 있다. 일정한 소결온도를 유지시키지 못한 세라믹의 조직체는 설탕이나 소금처럼 빨리 분해가 된다. 다시 말해,[표2]의 물질을 손상시키지 않는 온도에서 최대의 물질 간 구조결합(뮬라이트 형성 직전)을 가지게 하는 것이다. 이렇게 함으로서 세라믹 볼이 물과의 반응시간을 1년 이상 갖도록 하는 것이다.

상기 성분들의 입자의 크기는 모두 350 메쉬(mesh) 이상의 고운 정제입자이며 분말형태로 혼합 제조한다.

본 발명의 세라믹의 제조방법은 상기 9가지 화합물을 주성분으로 하고, 여기에 가소성 첨가제를 혼합하여 혼합물을 제조하고, 혼합물을 성형한 후 건조 소성 및 가공하는 단계를 포함하여, pH를 상승시키고 미네랄을 용출하는 다공질 세라믹 을 제조할 수 있다.

이때, 서로 다른 물질이 잘 혼합되려면 오랜 시간의 교반이 필요하므로, 상기 혼합물의 제조는 볼밀(Ball Mill)에서 습식으로 48시간 이상 혼합을 수행하는 것이 바람직하다.

시험은 pH 통수(通水)시험, 미네랄 용출시험, 먹는물수질공정시험(환경부고시제2009-233호)을 ‘한국환경수도연구소’에서 실시하였다.
[도 1],[도 2]pH 통수(通水)시험
시험방법은 통수(通水)법으로 실시하였다. 통수조건은 1일 100L씩 수도압력으로 통수 하였으며, 분석절차는 100L 통수 직후 멸균팩 4L에 통과수를 채수하여 pH를 측정하였다.
세라믹 볼 400g을 정수기 필터에 장착(裝着)한 후 pH 7.2 원수(수돗물)를 수압( 1kgf/㎠)으로 하루 100L의 물을 통수하여 pH를 측정하였다. 시험 환경은 온도 17~25℃, 상대습도; 18~56％ R.H.였다. 시험기간은 2010년 1월 20일부터 4월 13일이었다.
통수시험 결과 연구에서 사용된 세라믹 400g은 원수 pH 7.2의 수돗물을 하루 100L, 51일 동안 5,100L의 물을 pH 8.0 이상 유지시켜주었다.
[도 3]미네랄 용출시험
미네랄 용출 시험은 ‘정수기의 기준규격 및 검사기관지정고시’로 한국수도환경연구소에서 2010년 5월 13일부터 2010년 5월 24일까지 실시하였다. 시험방법은 환경부고시 제2009-233호 먹는물수질공정시험기준으로 실시하였으며 시험환경은 온도 24~25℃, 상대습도 52~62% R.N.였다.
시험 조건은 세라믹 볼 1.2kg을 증류수를 이용 pH 7로 조정한 시험 수 2L에 침전시켜 1시간 용출 후 용출 액을 버리고 1회 반복한 후 3번째 용출 액을 시험수로 분석하였다.
[도 4][도 5]먹는물수질공정시험
먹는물수질공정시험은 ‘정수기의 기준규격 및 검사기관지정고시’로 한국수도환경연구소에서 2009년 12월 22일부터 2010년 1월 11일까지 실시하였다. 시험방법은 환경부고시 제2009-233호 먹는물수질공정시험기준으로 실시하였으며 시험환경은 온도 18~24℃, 상대습도 18~33% R.N.였다.
시험결과 환경부고시 제2008-45호, 정수기의 기준 및 검사기관지정고시에 적합판정을 받았다.
본 발명은 무기 미네랄을 세라믹 볼로 제조하고 이를 정제 및 정수기 필터에 장착하여 물속에 일정한 pH를 용출시켜서 의학, 농업, 공업, 축산업, 수산업, 환경 등 다양한 분야에서 사용할 수 있게 하는 것이다.

본 발명은 pH를 용출하는 세라믹의 제조방법의 일례를 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 사용되는 재료는 각각 350mesh 이하의 산화규소(SiO₂) 33~39 중량%, 산화알루미나(Al₂O₃) 18~22 중량％, 산화칼슘(CaO) 22~26 중량%, 산화마그네슘(MgO) 11~16 중량%, 산화철(Fe₂O₃) 1~2 중량%, 산화나트륨(Na₂O) 1 중량% 이하, 산화칼륨 (K₂O) 1 중량% 이하, 산화티타늄(TiO₂) 1 중량% 이하, 산화지르콘(ZrO₂) 1 중량% 이하로 구성된 다공성 세라믹조성물로서 탄소분말 5 중량% 및 광물입자 5 중량%는 필요에 따라서 첨가할 수도 있다.

제조방법으로는, 첫 번째, 혼합 위하여 볼밀(Ball Mill) 에 재료를 적당량 투입하여 48시간 이상 습식으로 혼합한다. 혼합이 충분해야만 성형이 용이하고 소성 후에 pH용출이 일정하게 된다. 혼합을 마친 원료(Slip상태)는 압력여과기(壓力濾過器, Filter Press)를 사용하여 케이크(Cake)형태로 만들어 건조 후 분쇄(粉碎, Grinding)하여 분말상태로 만든다.

두 번째, 성형단계로 분말성형기(Palletizer)를 이용하여 볼을 성형한다. 볼의 크기는 1~8mm가 적당하다. 일정한 크기의 볼 보다는 다소 크기의 차이가 있것이 정수용 필터(통수)에 장착 시 용이하며 물과의 반응시간을 줄일 수 있어서 pH용출이 일정하게 된다. 세라믹은 볼 형태 이외에 타원, 다각형까지 포함할 수 있다.

마지막으로, 성형을 마친 볼은 충분한 건조를 한 후 내화그릇에 담아서 소성한다. 소성온도는 700~1,100℃가 적당하다. 소성온도가 700℃ 이하이면 물속에서 세라믹은 다른 이물질을 용출할 수 있다. 또한 소성온도가 1,100℃ 이상이면 pH는 용출되지 않는다.

이상과 같이, 본 발명의 pH를 상승시키고 미네랄을 용출하는 세라믹은 물을 알칼리화 시키고 물 분자의 산화 / 환원 능력을 증가시고 미네랄을 물속으로 용출시킴으로서 동식물의 주요성분인 물 분자의 침투력을 향상시키는 특성을 나타낸다.

Claims

산화규소(SiO₂) 33~39 중량%, 산화알루미나(Al₂O₃) 18~22 중량％, 산화칼슘(CaO) 22~26 중량%, 산화마그네슘(MgO) 11~16 중량%, 산화철(Fe₂O₃) 1~2 중량%, 산화나트륨(Na₂O) 1 중량% 이하, 산화칼륨 (K₂O) 1 중량% 이하, 산화티타늄(TiO₂) 1 중량% 이하, 산화지르콘(ZrO₂) 1 중량% 이하로 구성되는 것을 특징으로 하는 다공성 세라믹조성물.
제 1항에 있어서,
상기 다공성 세라믹조성물은 가소성 첨가제 5~10 중량% 및 탄소(유기물)분말입자 5~10 중량%를 더 첨가하여 구성되는 것을 특징으로 하는 다공성 세라믹조성물.
청구항 1 또는 청구항 2의 다공성 세라믹조성물을 소성하여 제조되는 것을 특징으로 하는 세라믹.
제3항에 있어서,
상기 세라믹은 900~1,100 ℃의 소성 온도에서 소성하여 크기 1~10mm의 볼 형태로 제조되는 것을 특징으로 하는 세라믹.