KR101434183B1 - 활성탄 시트, 그를 이용한 정수용 활성탄 필터 카트리지 및 그의 제조방법 - Google Patents

활성탄 시트, 그를 이용한 정수용 활성탄 필터 카트리지 및 그의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에서는 부직포층 및 상기 부직포층의 일면 또는 양면에 형성된 활성탄 슬러리 코팅층을 포함하는 활성탄 시트, 그를 이용한 정수용 활성탄 필터 카트리지 및 그의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 활성탄 시트는 제조공정이 간단하고 다양한 형상을 가진 활성탄을 부직포 상에 코팅된 시트 형태로 사용하고 있기 때문에 압력손실이 작아 사용수명이 연장되며 통수량 및 염 제거효율이 우수한 특징이 있다. 또한, 본 발명의 활성탄 시트로 구성된 필터는 활성탄 탈락의 위험이 없어 수도직결형 정수기, 가정용 정수기의 RO 전처리 필터로서 사용이 가능할 뿐만 아니라 일반 고도 정수처리 분야에도 적합하다.

Description

활성탄 시트, 그를 이용한 정수용 활성탄 필터 카트리지 및 그의 제조방법{Activated Carbon Sheet, Filter Cartridge for Water Purification Using the Same and Manufacturing Method thereof}
본 발명은 활성탄 시트, 그를 이용한 정수용 활성탄 필터 카트리지 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 활성탄을 슬러리 형태로 준비한 다음 이를 부직포 상에 코팅함으로써, 활성탄 탈락이 없으면서도 통수량 및 잔류염소 제거특성이 우수하고, 또한, 압력손실이 작고 필터수명이 연장된 활성탄 시트, 그를 이용한 정수용 활성탄 필터 카트리지 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
활성탄은 다양한 세공구조를 가진 탄소로서 오래전부터 대표적인 흡착제로 사용되어 왔다. 활성탄은 염소, 유기물의 제거나 트리할로메탄을 비롯한 전 유기 할로겐, 오존처리로 생기는 생물동화가 가능한 유기탄소 및 맛, 냄새의 원인물질을 제거할 수 있다. 현재 활성탄의 용도는 산업용으로는 폐가스 처리 및 휘발성 용제회수, 탈취분야, 수처리 분야에서는 독성유기물 제거 그리고 최근에는 정수장의 고도정수처리용이나 가정용 정수기내 전처리 흡착필터로도 사용되고 있어 그 사용용도 및 사용량이 점차 확대되고 있다.
활성탄은 평균적으로 500~2000m2/g의 비표면적을 갖고 있으며, 이러한 높은 표면적으로 인해 효과적인 흡착제로 사용될 수 있다. 또한 활성탄은 입자크기나 형태에 따라 분말, 입상 및 섬유상으로 나눌 수 있다. 분말 활성탄의 크기는 대개 1 내지 150 마이크론, 입상활성탄은 0.5 내지 4밀리미터의 입자크기를 가지며 섬유상 활성탄은 길이는 수백 ㎛에서 수 mm에 이르며 직경은 10 내지 20㎛ 크기이다. 섬유상 활성탄은 일반적으로 분말, 입상보다 비교적 높은 비표면적을 가지며 흡착에 관여하는 세공이 섬유표면에 대부분 노출되어있기 때문에 흡착 및 탈착속도가 입상이나 분말활성탄에 비해 매우 빠른 특징이 있다. 하지만 충전밀도가 낮고 단위 체적당 흡착량이 작은 단점이 있다. 이와 반면 입상이나 분말 활성탄은 단위체적당 흡착량이 높고 염소제거율이 우수한 반면, 통수량이 적거나 압력손실이 증가하는 문제가 있다.
종래의 활성탄을 이용한 정수용 필터는 특허문헌 1 내지 특허문헌 5 등에 공지되어 있다. 예를 들어, 특허문헌 1에는 입상활성탄과 아크릴섬유 바인더로 구성된 슬러리를 부직포에 흡착하고 건조를 통해 활성탄 필터 성형체를 제조하는 기술이 개시되어 있다. 또한, 특허문헌 2에는 입상활성탄과 분말활성탄 혼합물에 바인더와 폴리아미드 수지를 혼합한 활성탄 필터 성형체에 관한 기술이 개시되어 있다. 한편, 특허문헌 3에는 활성탄소 섬유를 파쇄하여 필터 충진제로 제조하는 기술이 개시되어 있다. 특허문헌 4에는 활성탄 및 금속이온을 담지한 제올라이트를 저융점 폴리머를 바인더로 고화한 다공질 성형체 제조에 관한 기술이 개시되어 있다. 특허문헌 5에는 적어도 2종류의 활성탄으로 혼합하고 일정 지름을 가진 다공질 폴리머 바인더로 결합한 수처리용 필터제조에 관한 기술이 개시되어 있다.
이상에서 살펴본 종래의 기술은 대개 활성탄 단독이나 2종 이상의 입자범위가 다른 활성탄을 바인더와 혼합하고 이를 열처리를 통해 튜브형태나 원통 형태 등으로 성형한 후 튜브 내외면을 부직포로 감싸는 방법 등으로 제조된다. 그러나 이러한 블록형태의 카본필터는 기공분포가 대칭적으로 구성되어 있기 때문에 압력손실이 증가하여 수명이 짧아지거나 채널링(channeling)현상 등으로 염소제거율이 낮아져 물의 정화성능이 나빠지는 문제점이 있다.
이에, 본 발명자들은 제조공정이 단순하고 제조비용이 저렴하면서도 압력손실이 낮고 높은 통수량 및 염소제거율을 가진 정수용 카본 필터를 제조하기 위해 노력한 결과, 다양한 입자모양을 가진 활성탄 슬러리를 부직포 형태의 시트 위에 코팅, 건조 후 상기 코팅층 위에 부직포를 합지하고 열처리를 통해 활성탄 시트를 제조하게 되면 종래의 카본블럭 형태의 필터에 비해 활성탄 탈락의 위험이 없음과 동시에 높은 통수량과 적은 압력손실, 이로 인해 연장된 필터수명을 가짐을 확인하고 본 발명을 완성하였다.
대한민국 특허 제341240호 대한민국 특허 제843576호 대한민국 특허 제473755호 일본국 공개특허공보 제2006-095517호 일본국 공개특허공보 제2010-104974호
본 발명의 목적은 활성탄을 슬러리 형태로 준비한 다음 이를 부직포 상에 코팅함으로써, 활성탄 탈락이 없으면서도 통수량 및 잔류염소 제거특성이 우수하고, 또한, 압력손실이 작고 필터수명이 연장된 활성탄 시트를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 활성탄 시트를 이용한 정수용 활성탄 필터 카트리지를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 활성탄 시트의 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시형태에 따르는 활성탄 시트는 부직포층; 및 상기 부직포층의 일면 또는 양면에 형성된 활성탄 슬러리 코팅층을 포함한다.
본 발명의 다른 실시형태에 따르는 활성탄 시트는 제1부직포층; 상기 부직포층의 일면에 형성된 활성탄 슬러리 코팅층; 및 상기 활성탄 슬러리 코팅층 상에 형성된 제2부직포층;을 포함한다. 이때, 상기 제1부직포층은 세섬도 부직포층이고 제2부직포층은 태섬도 부직포층인 것이 바람직하다.
상기 활성탄 슬러리 코팅층은 활성탄, 계면활성제 및 분산제를 포함하는 슬러리를 코팅한 다음 건조하여 형성된 것이다.
상기 활성탄은 비표면적이 500m2/g 이상이고, 요오드 흡착량이 950m2/g 이상인 것이 바람직하다.
상기 계면활성제는 음이온성 고분자 계면활성제, 양이온성 고분자 계면활성제 또는 이들의 혼합물인 것이 바람직하다.
상기 음이온성 고분자 계면활성제는 폴리아크릴산(PAA), 폴리스티렌설포네이트(PSS) 및 폴리아크릴아마이드(PAM)로 구성된 군으로부터 선택되는 하나 이상인 것이 바람직하다.
상기 양이온성 고분자 계면활성제는 폴리에틸렌이민(PEI), 폴리아릴아민하이드로클로라이드(PAH) 및 폴리디아릴디메틸암모늄 클로라이드(PDADMAC)로 구성된 군으로부터 선택되는 하나 이상인 것이 바람직하다.
상기 분산제는 저융점 폴리에틸렌 단섬유, 폴리에스터 단섬유 및 셀룰로스계 단섬유로 구성된 군으로부터 선택되는 하나 이상인 것이 바람직하다.
상기 슬러리는 활성탄 0.1 내지 10중량%, 계면활성제 0.1 내지 0.5중량%, 분산제 1 내지 5중량%, 및 잔량의 용매를 포함하는 것임이 바람직하다.
본 발명의 정수용 활성탄 필터 카트리지는 상기 활성탄 시트를 이용한 것이다.
본 발명의 활성탄 시트의 제조방법은 활성탄 0.1 내지 10중량%, 계면활성제 0.1 내지 0.5중량%, 분산제 1 내지 5중량%, 및 잔량의 용매를 포함하는 슬러리를 준비하는 제1단계; 상기 준비된 슬러리를 부직포 상에 코팅하는 제2단계; 및 상기 슬러리가 코팅된 부직포를 건조 및 열처리하는 제3단계;를 포함한다.
상기 제 2단계 이후에 부직포에 코팅된 슬러리 위에 다시 부직포를 적층하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
상기의 슬러리를 준비하는 제1단계는, 용매에 분산된 활성탄 분산액을 양이온 계면활성제와 혼합하는 제1-1단계; 상기 활성탄, 양이온 계면활성제의 분산액에 음이온 계면활성제를 첨가하는 제1-2단계; 및 상기 활성탄, 양이온 계면활성제 및 음이온 계면활성제 분산액에 분산제를 첨가하는 제1-3단계;를 포함하는 것이 바람직하다.
이와 같이 제조된, 본 발명의 활성탄 시트는 제조공정이 간단하고 다양한 형상을 가진 활성탄을 부직포 상에 코팅된 시트 형태로 사용하고 있기 때문에 압력손실이 작아 사용수명이 연장되며 통수량 및 제거효율이 우수한 특징이 있다.
이렇게 제조된 본 발명의 활성탄 시트로 구성된 필터는 활성탄 탈락의 위험이 없어 수도직결형 정수기, 가정용 정수기의 RO 전처리 필터로서 사용이 가능할 뿐만 아니라 일반 고도 정수처리분야에도 적합하다.
도1은 본 발명의 일 실시형태에 따르는 활성탄 시트의 모식적 단면도이고,
도2는 본 발명의 다른 실시형태에 따르는 활성탄 시트의 모식적 단면도이며,
도3은 본 발명의 또 다른 실시형태에 따르는 활성탄 시트의 모식적 단면도이다.
[활성탄 시트]
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따르는 활성탄 시트를 설명한다.
도1은 본 발명의 일 실시형태에 따르는 활성탄 시트의 모식적 단면도이고, 도2는 본 발명의 다른 실시형태에 따르는 활성탄 시트의 모식적 단면도이다. 도1을 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따르는 활성탄 시트(10)는 부직포층(11, 21); 및 상기 부직포층의 일면에 형성된 활성탄 슬러리 코팅층(12)을 포함한다.
도2를 참조하면, 본 발명의 다른 실시형태에 따르는 활성탄 시트(20)는 부직포층(21); 및 상기 부직포층의 양면에 형성된 활성탄 슬러리 코팅층(22, 22`)을 포함한다.
본 발명에 따르는 실시형태들에서 상기 부직포층과 활성탄 코팅층은 그 경계가 반드시 명확하게 형성될 필요는 없으며, 예를 들어 도1 및 도2에 도시된 바와 같이 상기 활성탄 코팅층(11, 21)은 일부가 부직포층(12, 22, 22`)에 침투된 것일 수 있다.
도3은 본 발명의 또 다른 실시형태에 따르는 활성탄 시트의 모식적 단면도이다. 도3를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시형태에 따르는 활성탄 시트(30)는 제1부직포층(31); 상기 제1부직포층의 일면에 형성된 활성탄 슬러리 코팅층(32); 및
상기 활성탄 슬러리 코팅층 상에 형성된 제2부직포층(31`)을 포함한다. 이때, 상기 제1부직포층(31)과 제2부직포층(31`)은 동일한 종류의 부직포를 사용하는 것일 수도 있고; 또는 제1부직포층(31)은 세섬도 부직포를 사용하고, 제2부직포층(31`)은 태섬도 부직포를 사용하여 제조하는 방식으로 서로 다른 섬도의 부직포를 사용하여 활성탄 시트가 제조될 수 있다. 서로 다른 섬도의 부직포를 사용하여 활성탄 시트를 제조하는 것은 압력손실을 최소화할 수 있다는 추가적인 장점이 있다.
본 발명에 따르는 상기 실시형태들에서 활성탄 시트의 일 구성인 부직포층에 적용되는 부직포는 그 소재에 특별한 제한이 없고, 다양한 섬도 및 밀도를 가진 부직포가 사용가능하며 기계적 강도는 5 MPa이상이면 적용상 큰 문제가 없다. 슬러리와 부직포 간의 접착력을 강화하기 위해 정전 부직포를 사용하는 것도 좋다.
상기 실시형태들에서 활성탄 슬러리 코팅층은 활성탄, 계면활성제 및 분산제를 포함하는 슬러리를 코팅한 다음 건조하여 형성된 것이다.
상기 활성탄은 입자크기나 형태에 따라 분말, 입상 및 섬유상으로 나눌 수 있다. 상기 활성탄은 평균적으로 500 ~ 2000m2/g의 비표면적을 갖고 있으며, 이러한 높은 표면적으로 인해 효과적인 흡착제로 사용될 수 있다. 본 발명에서 사용되는 활성탄은 크기나 모양에 따라 다르나 잔류염소를 포함한 미세물질 제거 및 수명연장을 위해 사용되는 것으로 상기 분말, 입상 및 섬유상 중 어느 것이나 사용 가능하다. 다만, 비표면적 500m2/g 이상인 것이 바람직하고 특히 요오드 흡착량 기준으로 950m2/g이상인 것이 흡착성능 강화 및 필터 수명의 연장을 위해 유리하다.
상기 섬유상 활성탄은 직경이 10 내지 20㎛이고 길이는 100㎛에서 10mm에 이르며, 비표면적 700 내지 2000 m2/g의 섬유 형상의 활성탄이다. 상기 섬유상 활성탄은 일반적으로 분말, 입상보다 비교적 높은 비표면적을 가지며 흡착에 관여하는 세공이 섬유표면에 대부분 노출되어 있기 때문에 원수중의 잔류염소나 기타 냄새물질 등의 흡착 및 탈착속도가 입상이나 분말활성탄에 비해 매우 빠른 특징이 있다. 그러나 충진밀도가 낮고 단위 체적당 흡착량이 적은 단점이 있다. 한편, 본 발명의 입상 활성탄은 0.5 내지 4mm 입자크기, 700 내지 2000m2/g의 비표면적을 가지며, 상기 분말상 활성탄은 대개 1 내지 150㎛의 크기, 700 내지 2000m2/g의 비표면적을 갖는다.
상술한 활성탄은 적당한 용매를 사용하여 슬러리 형태로 준비되어 부직포층에 코팅된 다음 건조되어 슬러리 코팅층으로 형성된다. 이 목적으로 사용되는 용매는 특별한 제한은 없으나, 바람직하게는 알코올, 물 등을 사용한다. 상기의 슬러리 중 활성탄의 중량비는 전체 슬러리 중량에 대하여 0.1 내지 10중량%가 바람직하다. 만약 슬러리 중 활성탄의 함량이 0.1중량% 미만이면 충진율이 낮아 제거율이 낮고 10중량%를 초과하게 되면 압력손실 증가 및 통수량이 감소할 수 있다. 이때 각 활성탄 구성비는 바람직한 성능발현을 위해 섬유상:입상:분말상 중량비로 1:1:2이 바람직하나 상기의 활성탄으로 모두 포함하는 것이면 크게 관계없다. 더욱 본 발명은 사용자의 요구나 적용에 따라 구성비를 달리할 수도 있다.
상기 슬러리에는 고분자형 계면활성제가 추가된다. 상기 고분자형 계면활성제는 활성탄입자를 응집시키고, 상기 응집된 활성탄의 강도를 향상시키는 기능을 한다.
상기 목적의 고분자형 계면활성제로서는 음이온성 고분자 계면활성제, 양이온성 고분자 계면활성제 또는 이들의 혼합물이 사용될 수 있다.
상기 슬러리에 추가되는 양이온성 계면활성제로는 폴리에틸렌이민(PEI), 폴리아릴아민하이드로클로라이드(PAH), 폴리디아릴디메틸암모늄 클로라이드(PDADMAC)등 이고 바람직하게는 폴리디아릴디메틸암모늄 클로라이드(PDADMAC)이다. 또한 음이온성 계면활성제로는 폴리아크릴산(PAA), 폴리스티렌설포네이트(PSS), 폴리아크릴아마이드(PAM)이며 바람직하게는 폴리아크릴아마이드(PAM)이다. 상기 계면활성제에서 고분자의 중량평균 분자량은 50,000 내지 1,000,000 범위인 것이 바람직하다. 만약 중량평균 분자량이 50,000 미만이면 활성탄과 계면활성제 간의 응집이 충분치 않고 분자량이 1,000,000을 초과하게 되면 균일한 분산이 어렵다
상기 슬러리 중 고분자형 계면활성제의 함량은 슬러리 전체 중량의 0.1 내지 0.5중량%인 것이 바람직하다. 만약 계면활성제 함량이 0.1 중량% 미만이면 활성탄과 계면활성제 간의 응집이 잘 일어나지 않고, 0.5 중량%을 초과하게 되면 계면활성제들 사이의 응집, 마이셀 형성되므로 바람직하지 않다.
바람직하게는 상기 양이온성 및 음이온성 계면활성제를 혼합하여 사용함으로써 응집된 활성탄을 슬러리 내에 더욱 균일하게 분산시키도록 한다. 이때 구성비는 몰수비로 1:1.5가 바람직하며 몰수비가 1:1을 초과하게 되면 크게 문제가 없다.
한편 상기 슬러리의 구성중 분산제는 건조, 열처리 후 활성탄 응집물의 균일한 분산과 부직포 간의 접착 및 활성탄 시트 전체 강도를 향상시키기 위한 것으로, 상기 분산제의 사용량은 전체 슬러리 용액의 1 내지 5중량%가 바람직하다. 만약 분산제의 함량이 1중량% 미만이면 활성탄의 균일한 분산이 어렵고, 5중량% 이상이면 기계적 강도가 균일하지 않다. 대표적인 분산제로는 저융점 폴리에틸렌 단섬유, 폴리에스터 단섬유, 셀룰로스계 단섬유 등이며 바람직하게는 셀룰로스계 단섬유이다.
[활성탄 시트의 제조방법]
본 발명의 활성탄 시트의 제조방법은 활성탄, 계면활성제 및 분산제를 포함하는 슬러리를 준비하는 제1단계; 상기 준비된 슬러리를 부직포상에 코팅하는 제2단계; 및 상기 슬러리가 코팅된 부직포를 건조 및 열처리하는 제3단계;를 포함한다. 상기 제 2단계 이후에 부직포에 도포된 슬러리 위에 다시 부직포를 적층하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 제조방법 중 첫 번째 단계에서는 활성탄 0.1 내지 10중량%, 계면활성제 0.1 내지 0.5중량%, 분산제 1 내지 5중량%, 및 잔량의 용매를 포함하는 슬러리를 준비한다. 상기 슬러리의 조성 각각에 대하여는 이미 설명한 바와 같다.
슬러리 준비단계 있어서 일차적으로 물 등의 용매에 분산된 활성탄 분산액을 양이온 계면활성제와 충분히 혼합한다(제1-1단계). 혼합은 통상 교반을 통해 수행되며 교반속도는 100 내지 1000rpm 범위이고 교반시간은 30 내지 100분이 바람직하다. 만약 교반속도가 100rpm 미만이거나 1000rpm을 초과하게 되면 분산이 불균일하여 후에 첨가되는 음이온성 계면활성제와의 응집이 불균일해지고, 그 결과 제조된 활성탄 시트의 제거성능이 낮아진다.
이후 음이온 계면활성제를 첨가한 후 상기와 동일한 교반을 통해 충분한 분산이 이루어지도록 한다(제1-2단계). 이때 물 내에 분산된 활성탄 수용액에 계면활성제를 동시에 첨가하게 되면 침전이 일어나 활성탄 분산이 더욱 어려워지므로 약 5분 이상이 경과한 후에 첨가하는 것이 바람직하다. 첨가되는 양이온 및 음이온 계면활성제는 몰비로 1:1.5가 바람직한데 이는 양이온과 음이온 계면활성제 간의 충분한 응집과 균일한 분산을 위한 것이다.
마지막으로, 별도로 준비된 분산제 용액을 상기의 활성탄 수용액과 충분히 혼합 후 슬러리로 완성된다(1-3단계). 분산제 용액의 구성은 상술한 셀룰로스계 단섬유 또는 펄프 등의 분산제와 물 등의 용매로 구성되고 분산제의 함량은 전체 슬러리 중량대비 1 내지 5중량%가 바람직하다. 만약 분산제의 함량이 1중량% 미만이면 활성탄의 균일한 분산이 어렵고 5중량%를 초과하면 기계적 강도가 균일하지 않다.
본 발명의 제조방법 중 두 번째 단계는 상기 준비된 슬러리를 부직포 상에 코팅하는 단계이다. 이때, 상기 코팅 방법으로는 공지의 방법이 적용될 수 있다. 예를 들어, 분무법, 도포법, 함침법, 캐스팅법, 진공법 등이 모두 가능하며 본 발명은 상기의 코팅법으로 한정하지 않는다. 일 예로 진공법의 경우 활성탄 슬러리 용액 내에 진공수단이 연결된 실린더 모양의 부직포에 진공을 걸어 슬러리를 흡착, 코팅할 수도 있다. 이후 활성탄 슬러리를 부직포 상에 코팅 후 롤링이나 칼렌더링, 플로팅 공정을 통해 스퀴징하여 슬러리나 부직포 상에 존재하는 다량의 수분을 제거하고 원하는 형태의 시트를 만드는 것이 바람직하다.
본 발명의 제조방법의 세 번째 단계는 상기 슬러리가 코팅된 부직포를 건조 및 열처리하는 단계이다. 상기 건조는 80 내지 150℃ 범위 내에서 열풍이나 적외선과 같은 수단을 이용하여 잔존하는 수분의 건조 및 슬러리와 부직포 간의 접착을 유도할 수 있다. 이 경우 건조온도가 80℃ 미만이면 수분제거가 충분치 않고 150 ℃를 초과하게 되면 코팅층이 불균일할 수 있다. 또한 건조시간은 30 내지 120분이 바람직하다. 이후 건조된 활성탄 슬러리와 부직포 간의 접착력을 증가시키기 위해 열처리를 수행하는데 열처리온도는 100 내지 300℃ 범위가 바람직하다. 만약 열처리 온도가 100℃ 미만이면 부직포와 슬러리 사이의 계면접착이 충분치 않아 절곡시 카본의 탈착이 일어날 수 있고, 300℃를 초과하는 경우 부직포의 부분용융에 의한 통수량 저하를 초래할 수 있다.
상기 두 번째 단계 후에는 부직포에 코팅된 슬러리 위에 다시 부직포를 적층하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 상기 3층의 구성으로 활성탄 탈락을 방지하고 슬러리와 부직포 층간의 접착력을 향상시킬 수 있다. 이때, 추가되는 부직포는 슬러리 코팅층을 가진 부직포의 섬도를 초과하는 것이 통수량 증가 및 압력손실 저감을 위해 더욱 바람직하다.
열처리 후 제조된 활성탄 시트는 절곡된 형태의 필터형태나 감겨진 형태의 필터 카트리지 등으로 사용될 수 있다,
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하고자 한다. 본 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것이며, 본 발명의 범위가 이들 실시예로 한정되는 것은 아니다.
< 실시예 1>
분말활성탄 (D사, 요오드흡착력;950 mg/g) 2g, 입상활성탄 (D사, 요오드흡착력;950 mg/g) 1g, 섬유상활성탄(D사, 요오드흡착력;1000 mg/g) 1g 을 물 100g에 500rpm의 교반속도로 분산시켰다. 여기에 PDADMAC (A사, Mw; 350,000) 0.1g을 첨가하여 균일하게 분산시켰다. 이후 약 10분간 교반 후 PAM (A사, Mw; 4,000,000) 0.15g을 첨가하여 활성탄 응집용액을 얻었다. 한편 셀룰로스 단섬유는 면솜 (D사)을 개섬하여 물 100g에 3g을 분산시킨 후 이를 상기의 활성탄 슬러리액과 합한 다음 800rpm의 교반속도를 통해 균일한 활성탄 슬러리를 준비하였다.
이후 상기 준비된 슬러리액을 부직포 (W사, 밀도 15g/m2, 두께 130㎛) 일 면상에 1기압으로 가압하여 활성탄 슬러리가 흡착된 부직포 필터를 얻었다. 이후 100℃에서 60분간 건조한 다음, 180℃에서 30분간 열처리하여 활성탄 시트를 제조하였다.
< 실시예 2>
슬러리액을 실시예1과 동일한 과정을 이용하여 준비하였다. 슬러리액을 부직포(W사, 밀도 15g/m2, 두께 130㎛) 일 면상에 도포하고, 캐스팅 나이프 (100㎛ 두께)를 이용하여 균일한 슬러리 코팅층을 형성하게 하였다. 이후 건조 및 열처리과정은 실시예 1과 동일한 조건으로 수행하여 활성탄 시트를 제조하였다.
< 실시예 3>
슬러리액을 실시예1과 동일한 과정을 이용하여 준비하였다. 활성탄 슬러리액에 부직포(W사, 밀도 15g/m2,두께 130㎛)를 함침한 뒤 꺼내어 양면을 종이로 누른 뒤 슬러리가 코팅된 부직포를 제조하였다. 이후 건조 및 열처리과정은 실시예 1과 동일한 조건으로 수행하여 활성탄 시트를 제조하였다.
< 실시예 4>
실시예 2를 통해 제조된 활성탄 시트상의 활성탄 층에 제 2의 부직포 (W사, 밀도 50g/m2, 두께 500㎛)를 덮은 후 180℃에서 30분간 열처리하여 다층으로 구성된 활성탄 시트를 제조하였다.
< 비교예 1>
분말활성탄 (D사, 요오드흡착력;950 mg/g) 2g, 입상활성탄 (D사, 요오드흡착력;950 mg/g) 1g, 섬유상활성탄(D사, 요오드흡착력;1000 mg/g) 1g 을 물 100g에 500rpm의 교반속도로 분산시켰으나 수 분후 침전이 일어나 코팅이 불가능하였다.
<평가>
1. 건조후 활성탄 시트 무게의 측정
본 발명의 건조된 활성탄 시트를 가로 x 세로 10cm가 되도록 절단한 후 무게를 측정하였다.
2. 통수량의 측정
2. 통수량의 측정
본 발명으로부터 제조된 활성탄 시트를 원형으로 감겨진 형태로 카트리지에 삽입한 후 외부유입(outside-in)방식으로 2ppm의 원수를 20L/min의 유속으로 공급하고 여과된 물의 잔류염소 제거율이 95% 이상으로 유지되는 조건하에서 여과된 물의 누적량으로 정의하였다. 물의 잔류염소 농도는 잔류염소 측정기(TOA, 0~2mg/L)로 측정한 뒤 하기의 식으로 제거율을 계산하였다.
제거율 = (원수 중의 염소농도-여과수의 원수농도)/원수 중의 염소농도
3. 압력손실의 측정
상기의 통수량 측정 실험에서와 마찬가지로 본 발명으로부터 제조된 활성탄 시트 필터를 카트리지에 삽입한 후 외부유입(outside-in)방식으로 통수량 실험을 수행하는데 있어서 원수유입 측면과 원수유출 측면에 설치한 압력계상의 수치차이를 압력손실로 정의하였다.
구분 시트무게(g/m2) 통수량 (L) 압력손실 (MPa)
실시예1 24 590,000 0.02~0.06
실시예2 22 630,000 0.02~0.04
실시예3 31 520,000 0.03~0.06
실시예4 88 420,000 0.03~0.07
표 1에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명의 활성탄시트는 활성탄 층이 부직포 일면 상에 위치하거나, 양면에 위치하거나 혹은 부직포 사이에 위치하는 등의 특징을 가지며 우수한 통수량과 낮은 압력손실을 가짐을 확인할 수 있다.
이상에서 본 발명은 기재된 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당 업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
상기에서 살펴본 결과, 본 발명의 활성탄 시트는 제조공정이 간단하고 다양한 입상을 가진 활성탄과 부직포 상에 코팅된 시트 형태로 사용하고 있기 때문에 압력손실이 작아 사용수명이 연장되며 통수량 및 제거효율이 우수한 특징이 있다.
이렇게 제조된 본 발명의 활성탄 시트로 구성된 필터는 활성탄 슬러리가 부직포 사이에 위치되어 있어 활성탄 탈락의 위험이 없고 수도직결형 정수기, 가정용 정수기의 RO 전처리 필터로서 사용이 가능할 뿐만 아니라 일반 고도 정수처리분야에도 적합하다
이렇게 제조된 본 발명의 활성탄 시트를 이용한 필터는 수도직결형 정수기, 가정용 정수기의 RO전처리 필터로서 사용이 가능할 뿐만 아니라 일반 고도 정수처리분야에도 적합하다.
10, 20, 30.. 활성탄 시트
11. 21. 31, 31`.. 부직포층
12, 22, 22`, 32.. 활성탄층

Claims (14)

  1. 삭제
  2. 제1부직포층;
    상기 제1부직포층의 일면에 비표면적이 500m2/g 이상이고 요오드 흡착량이 950m2/g 이상인 활성탄과, 계면활성제 및 분산제를 포함하는 슬러리를 코팅한 다음 건조하여 형성된 활성탄 슬러리 코팅층; 및
    상기 활성탄 슬러리 코팅층 상에 형성된 제2부직포층;을 포함하는 활성탄 시트.
  3. 제2항에 있어서, 제1부직포층은 세섬도 부직포층이고, 제2부직포층은 태섬도 부직포층인 것을 특징으로 하는 상기 활성탄 시트.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제2항에 있어서, 상기 계면활성제는 음이온성 고분자 계면활성제, 양이온성 고분자 계면활성제 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 상기 활성탄 시트.
  7. 제6항에 있어서, 상기 음이온성 고분자 계면활성제는 폴리아크릴산(PAA), 폴리스티렌설포네이트(PSS) 및 폴리아크릴아마이드(PAM)로 구성된 군으로부터 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 상기 활성탄 시트.
  8. 제6항에 있어서, 상기 양이온성 고분자 계면활성제는 폴리에틸렌이민(PEI), 폴리아릴아민하이드로클로라이드(PAH) 및 폴리디아릴디메틸암모늄 클로라이드(PDADMAC)로 구성된 군으로부터 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 상기 활성탄 시트.
  9. 제2항에 있어서, 상기 분산제는 저융점 폴리에틸렌 단섬유, 폴리에스터 단섬유 및 셀룰로스계 단섬유로 구성된 군으로부터 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 상기 활성탄 시트.
  10. 제2항에 있어서, 상기 슬러리는 활성탄 0.1 내지 10중량%; 계면활성제 0.1 내지 0.55중량%; 분산제 1 내지 5중량% ; 및 잔량의 용매로 이루어지는 것을 특징으로 하는 상기 활성탄 시트.
  11. 제2항의 활성탄 시트를 이용한 정수용 활성탄 필터 카트리지.
  12. 활성탄 0.1 내지 10중량%, 계면활성제 0.1 내지 0.5중량%, 분산제 1 내지 5중량%, 및 잔량의 용매로 이루어진 슬러리를 준비하는 제1단계;
    상기 준비된 슬러리를 부직포 상에 코팅하는 제2단계; 및
    상기 슬러리가 코팅된 부직포를 건조 및 열처리하는 하는 제3단계;를 포함하는 활성탄 시트의 제조방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 제 2단계 이후에 부직포에 코팅된 슬러리 위에 다시 부직포를 적층하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 상기 활성탄 시트의 제조방법.
  14. 제12항 또는 제13항에 있어서, 상기의 슬러리를 준비하는 제1단계는,
    용매에 분산된 활성탄 분산액을 양이온 계면활성제와 혼합하는 제1-1단계;
    상기 활성탄, 양이온 계면활성제의 분산액에 음이온 계면활성제를 첨가하는 제1-2단계; 및
    상기 활성탄, 양이온 계면활성제 및 음이온 계면활성제 분산액에 분산제를 첨가하는 제1-3단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 상기 활성탄 시트의 제조방법.
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