KR101450078B1

KR101450078B1 - 정수기용 세라믹 볼, 이의 제조방법, 이를 포함하는 정수기 및 이를 이용한 정수 방법

Info

Publication number: KR101450078B1
Application number: KR1020140052122A
Authority: KR
Inventors: 고상순
Original assignee: 주식회사 이앤이로하텍
Priority date: 2013-11-26
Filing date: 2014-04-30
Publication date: 2014-10-15

Abstract

본 발명은 규소를 포함하는 세라믹 볼, 이의 제조방법, 이를 포함하는 정수기 및 이를 이용한 정수 방법을 개시한다. 본 발명에 따른 다공성 세라믹 볼은 규소 성분이 일정하게 유지되며 약 알칼리성 음용수로서 적합한 물을 제공할 수 있다.

Description

정수기용 세라믹 볼, 이의 제조방법, 이를 포함하는 정수기 및 이를 이용한 정수 방법{A ceramic ball for a water purifier, a method for preparing the same, a water purifier comprising the same, and a method for purifying water using the same}

본 발명은 정수기용 세라믹 볼, 이의 제조방법, 이를 포함하는 정수기 및 이를 이용한 정수 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 규소를 포함하는 세라믹 볼, 이의 제조방법, 이를 포함하는 정수기 및 이를 이용한 정수 방법에 관한 것이다.

물(음용수)은 입을 통하여 섭취하면 우리 온몸을 순환하면서 세포의 형태를 유지하고 대사작용을 도와주며 영양소를 용해, 흡수, 및 운반 등을 통해 세포로 공급하고, 체내의 노폐물을 배출시키며 혈액을 중성 또는 약알카리성으로 유지하며 체온 조절 기능 등 생명 유지를 위한 필수적인 역할을 담당하는 물질이다.

그러나 최근에 들어와 산업화 및 인구 증가에 따른 수질 오염으로 가정에 공급되는 수돗물에 대한 불신으로 수돗물을 그대로 음용하는 것 보다 정수기를 이용하거나 시판되고 있는 생수를 음용하는 등 음용수를 처리하여 마시는 것이 대중화되고 있다.

특히 인체의 신진대사 및 호르몬에 깊이 관여하는 미네랄에 대한 관심이 많아 적정 미네랄을 함유한 기능수에 많은 관심을 가지고 있어 각종 기능을 갖춘 여과기 및 정수기가 시중에 출시되고 있고 이를 설치하여 음용하는 가구가 증가하고 있다. 이러한 정수기로는, 예를 들어, 칼슘, 마그네슘, 철, 망간 등의 알칼리성 금속물질에 의한 알칼리수용 정수기가 알려져 있다. 그러나, 대부분의 정수기는 탈취(주로 염소 소독제) 및 이물질(철분 등) 제거를 통해 물 맛을 향상시키는(전처리 여과기와 활성탄여과기, 정밀여과기 등) 단순정수기나, 최종 여과 장치로 역삼투압여과기를 부착시킨 역삼투압여과 정수기이다.

대한민국 공개특허 제10-2004-0077644호는 물의 기능성 면에서 물의 구조가 육각형이 되도록 정수기 내에 영구자석을 부착시킨 자화육각 정수기를 개시하고 있다.

대한민국 공개특허 제2011-0052404호는 인체의 활성산소를 제거시킬 목적으로 활성수소를 함유한 물을 공급하는 수소 정수기를 개시하고 있다.

이렇게 단일한 기능을 갖는 정수기는 판매되고 있으나 복합적인 기능수를 생산하는 정수기는 아직 시판되지 않고 있다.

또한, 시중에는, 일부 천연 미네랄 음용수에 규소를 함유한(약 30 ppm이상) 미네랄 수가 고가로 판매되고 있다. 그러나, 규소 자체가 난용성 물질이어서 자연수에는 단지 5 ppm 이하 정도의 소량만이 용해될 수 있으므로, 인위적으로 규소를 첨가하지 않고서 자연적으로 규소수를 제조하는 것은 대단히 어려운 실정이다.

더욱이, 처리될 물을 연속적으로 통과시켜 음용수를 생성하는 정수기에서는, 수용성 규산염의 함량 조절이 거의 불가능하여 규소 정수기는 아직까지 개발되지 못하고 있다.

그러므로, 미네랄이 풍부하면서, 인체에 유용한 규소가 용해된 규소수를 간편하게 제조할 수 있는 처리제 및 이를 이용한 규소수 정수기가 제조될 수 있다면 유익할 것이다.

본 발명은 하기와 같은 목적을 갖는다.

본 발명의 첫번째 목적은 규소가 용해된 음용가능한 규소수를 연속적으로 간편하게 제조할 수 있는 처리제를 제공하는 것이다.

본 발명의 두번째 목적은 상기한 처리제를 효율적으로 제조할 수 있는 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 세번째 목적은 규소가 용해된 음용가능한 규소수를 연속적으로 간편하게 제조할 수 있는 정수기를 제공하는 것이다.

본 발명의 네번째 목적은 규소수가 용해된 음용가능한 규소수를 연속적으로 간편하게 제조할 수 있는 정수 방법을 제공하는 것이다.

상기 첫번째 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제1 측면은 규소를 포함하는 광석 분말; 황토 분말; 및 수용성 규산염을 포함하는 다공성 세라믹 볼로서, 상기 규소를 포함하는 광석 분말, 상기 황토 분말 및 상기 수용성 규산염을, 상기 규소를 포함하는 광석 분말 20 내지 50 중량부; 상기 황토 분말 30 내지 80 중량부; 및 상기 수용성 규산염 5 내지 10 중량부의 비율로 포함하는 다공성 세라믹 볼을 제공한다.

본 발명의 제1 측면에 따른 일 구현예에서, 상기 규소를 포함하는 광석 분말은 자수정 분말, 맥반석 분말, 제올라이트 분말, 일라이트 분말 또는 이들의 혼합물일 수 있다.

본 발명의 제1 측면에 따른 다른 구현예에서, 상기 수용성 규산염은 규산나트륨(Na₂SiO₃)일 수 있다.

본 발명의 제2 측면은 i) 규소를 포함하는 광석 분말, 황토 분말 및 활성탄 분말을 혼합하여 제1 혼합물을 얻는 단계; ii) 상기 제1 혼합물에 수용성 규산염을 첨가하여 제2 혼합물을 얻는 단계; 및 iii) 상기 제2 혼합물을 성형한 후 가열 소성하여 다공성 세라믹 볼을 얻는 단계를 포함하는 다공성 세라믹 볼의 제조 방법을 제공한다.

본 발명의 두번째 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제2 측면에 따른 일 구현예에서, 상기 제2 혼합물은, 상기 규소를 포함하는 광석 분말 20 내지 50 중량부; 상기 황토 분말 30 내지 80 중량부; 상기 활성탄 분말 5 내지 15 중량부; 및 상기 수용성 규산염 5 내지 10 중량부의 비율로 포함할 수 있다.

본 발명의 제2 측면을 따른 다른 구현예에서, 상기 제2 혼합물은, 상기 규소를 포함하는 광석 분말 40 내지 50 중량부; 상기 황토 분말 30 내지 40 중량부; 상기 활성탄 분말 5 내지 10 중량부; 및 상기 수용성 규산염 5 내지 10 중량부의 비율로 포함할 수 있다.

본 발명의 제2 측면을 따른 또 다른 구현예에서, 상기 규소를 포함하는 광석 분말은 자수정 분말, 맥반석 분말, 제올라이트 분말, 일라이트 분말 또는 이들의 혼합물일 수 있다.

본 발명의 제2 측면을 따른 또 다른 구현예에서, 상기 수용성 규산염은 규산나트륨(Na₂SiO₃)일 수 있다.

본 발명의 제2 측면을 따른 또 다른 구현예에서, 상기 성형은 상기 제2 혼합물을 압출한 후 절단하여 다공성 세라믹 볼을 얻는 방식으로 수행되는 것일 수 있다.

본 발명의 제2 측면을 따른 또 다른 구현예에서, 상기 가열 소성은 500 내지 1500℃에서 수행될 수 있다.

본 발명의 제2 측면에 따른 또 다른 구현예에서, 상기 수용성 규산염은 5 내지 70 중량%의 규산염 용해액의 형태로 상기 제1 혼합물에 첨가될 수 있다.

본 발명의 세번째 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 제3 측면은 규소를 포함하는 광석 분말; 황토 분말; 및 수용성 규산염을 포함하는 다공성 세라믹 볼로서, 상기 규소를 포함하는 광석 분말, 상기 황토 분말 및 상기 수용성 규산염을, 상기 규소를 포함하는 광석 분말 20 내지 50 중량부; 상기 황토 분말 30 내지 80 중량부; 및 상기 수용성 규산염 5 내지 10 중량부의 비율로 포함하는 다공성 세라믹 볼을 포함하는 정수기를 제공한다.

본 발명의 제3 측면에 따른 일 구현예에서, 정수기는 프리 필터(prefilter)를 추가로 포함할 수 있다.

본 발명의 제3 측면에 따른 다른 구현예에서, 정수기는 전해 환원수 제조 장치를 추가로 포함할 수 있다.

본 발명의 네번째 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 제4 측면은 규소를 포함하는 광석 분말; 황토 분말; 및 수용성 규산염을 포함하는 다공성 세라믹 볼로서, 상기 규소를 포함하는 광석 분말, 상기 황토 분말 및 상기 수용성 규산염을, 상기 규소를 포함하는 광석 분말 20 내지 50 중량부; 상기 황토 분말 30 내지 80 중량부; 및 상기 수용성 규산염 5 내지 10 중량부의 비율로 포함하는 다공성 세라믹 볼에 비처리수를 통과시키는 단계를 포함하는 정수 방법을 제공한다.

본 발명의 세라믹 볼은 수용성 규소 성분이 5 내지 30 ppm으로 일정하게 유지되며 약 알칼리성(pH 7∼8.5)으로 음용하기에 적합한 음용수를 충분히 장기간 동안 연속적으로 생산할 수 있다. 본 발명의 세라믹 볼은 일반 여과기, 활성탄 여과기 및 정밀 여과기를 갖춘 정수기와 결합하면 규소성분이 5 내지 30 ppm으로 일정하게 유지되며 약 알칼리성(pH 7∼8.5)으로 음용하기에 적합한 음용수를 장시간 동안 연속적으로 생산할 수 있어 사용기간이 긴 규소수 정수기를 제공할 수 있다. 또한, 이러한 규소수 정수기에 전해 환원수 제조장치를 부착하면 알칼리 이온과 규소가 복합적으로 함유된 전해 환원성 수용성 규산 음용 정수기를 제공할 수 있다.

도 1a는 실시예에서 제조된 규산수 제조용 세라믹 볼의 이미지이다.
도 1b는 실시예에서 제조된 규산수 제조용 세라믹 볼이 파쇄된 형태의 이미지이다.
도 2는 수용성 규산염이 함유된 세라믹 볼 및 이를 포함하는 정수기의 제조 공정도를 나타낸다.
도 3은 실시예에서 제조된 규산수 정수기를 통과한 물의 시간에 따른 pH 및 규소 함량 변화를 나타내는 그래프이다.
도 4는 수용성 규산염이 함유된 세라믹 볼을 활용한 정수기의 일 구현예의 모식도이다.
도 5는 수용성 규산염이 함유된 세라믹 볼을 활용한 정수기의 다른 구현예의 모식도이다.

이하에서는 본 발명을 더욱 자세하게 설명한다.

본 발명의 일 구현예에 따른 다공성 세라믹 볼은 광석 분말; 황토 분말; 및 수용성 규산염을 포함하며, 상기 규소를 포함하는 광석 분말, 상기 황토 분말 및 상기 수용성 규산염을, 상기 규소를 포함하는 광석 분말 20 내지 50 중량부; 상기 황토 분말 30 내지 80 중량부; 및 상기 수용성 규산염 5 내지 10 중량부의 비율로 포함한다.

상기 다공성 세라믹 볼은 세라믹 볼의 기능에 따라 사용될 수 있는 임의의 첨가제 및 기타 성분들을 추가적으로 포함할 수 있으며, 이러한 임의의 첨가제 및 기타 성분들은 특정 종류로 제한되는 것은 아니다.

상기 다공성 세라믹 볼에 포함되는 광석 분말은 규소를 포함하는 광석 분말이며, 규소를 주성분으로 포함하는 광석 분말을 사용할 수 있다. 이러한 광석 분말의 예는 자수정 분말, 맥반석 분말, 제올라이트 분말, 일라이트 분말 또는 이들의 혼합물이 있고, 바람직하게는 자수정 또는 맥반석일 수 있다. 본 발명의 바람직한 일 구현예는, 상기 규소를 포함하는 광석 분말로 자수정 분말을 사용한다.

이러한 광석 분말은 점착성이 약하므로, 세라믹 볼의 성형을 위해서 황토 분말을 추가로 포함한다. 황토 분말은 다공성이어서 흡착력이 크고　물을 가하면 찰흙으로 되어 점착성이 우수하다. 그러므로, 상기 광석 분말과 함께 황토 분말을 적절한 비율로 혼합하면, 황토 분말의 상술한 성질로 인해, 견고한 세라믹 볼 형태의 성형이 가능하며, 수용성 규산염이 골고루 흡착 및 점착될 수 있다. 또한, 황토 분말을 포함하는 다공성 세라믹 볼을 사용한 규소수 정수기는 일정한 농도의 규소가 용출되며 수소 이온 농도도 적절하게　유지될 수 있다. 이러한 황토 분말이나 광석분말 속에는 알칼리 금속, 또는 알칼리 토금속의 미네랄 성분이 풍부하다.

본 발명의 세라믹 볼에 포함되는 수용성 규산염은 예를 들어, 규산나트륨(Na₂SiO₃)일 수 있다. 본 발명의 일 구현예에서, 수용성 규산염은 규산나트륨(Na₂SiO₃) 덩어리를 분쇄하여 분쇄된 광물을 물에 넣고 교반함으로써 규산염 용해액의 형태로 수득될 수 있다. 상기 규산나트륨은 결정수를 포함하는 메타규산나트륨(Na₂SiO₃)인 것이 바람직하다. 상기 규산염 용해액은 5 내지 70 중량%, 바람직하게는, 10 내지 50 중량%, 더욱 바람직하게는, 15 내지 30 중량%의 농도일 수 있다.

Na₂O·SiO₂으로 표시될 수 있는 규산나트륨이 물에 용해되면 하기와 같이 수용성 규산염을 형성할 수 있다.

Na₂SiO₃ + H₂O → NaOH + H₂SiO₃

H₂SiO₃ ↔ 2H⁺ + SiO₃ ² ^-

생성된 H₂SiO₃는 수중에서 SiO₃ ² ^- 형태의 이온을 생성할 수 있다.

규산 나트륨, 자수정 및 황토에 포함된 이산화규소는 수용성 규소 성분으로 변화되나, 이산화규소의 일부는 500 내지 1500℃, 바람직하게는, 600 내지 1300℃, 더욱 바람직하게는, 700 내지 1000℃의 고온에서 일부 유리화된다. 이에 따라, 본 발명의 다공성 세라믹 볼에 미처리수를 통과시키는 경우, 유리화된 이산화규소로 인해, 통과수는 pH 6.5 내지 8.5, 바람직하게는 pH 6.7 내지 8.2, 더욱 바람직하게는 pH 7.0 내지 8.2인 적정 수소 이온 농도가 되며 또한 수용성 규소함량이 5∼30ppm 범위로 일정하게 용출될 수 있다.

본 발명의 세라믹 볼은 다공성 구조를 가져, 미처리수와 같은 물이 세라믹 볼의 내부까지 용이하게 침투할 수 있다. 본 발명의 일 구현예에서, 다공성 구조인 세라믹 볼을 수득하기 위해, 활성탄 분말을 사용할 수 있다. 상기 활성탄 분말은 500℃ 이상의 고온으로 소성시, 공기 중의 산소에 의해 산화되면서 이산화탄소로 휘발되므로 세라믹 볼이 다공성 구조를 가질 수 있다. 본 발명에서, 활성탄 분말은 세라믹 볼의 다공성 구조의 형성에 적합한 것이라면 특별한 제한이 없다.

상기 다공성 세라믹 볼에서, 세라믹은 물에 함유되어 있는 염소, 중금속, 냄새 및 유해물질 등이 제거되는 항균작용, 환원기능 및 음이온작용에 의하여 음용감이 우수하고 유익한 생체 파동수를 얻을 수 있는 필터로서 작용할 수 있다.

본 발명의 다공성 세라믹 볼은 i) 규소를 포함하는 광석 분말, 황토 분말 및 활성탄 분말을 혼합하여 제1 혼합물을 얻는 단계; ii) 상기 제1 혼합물에 수용성 규산염을 첨가하여 제2 혼합물을 얻는 단계; 및 iii) 상기 제2 혼합물을 성형한 후 가열 소성하여 다공성 세라믹 볼을 얻는 단계를 포함하는 제조 방법에 의해 제조될 수 있다. 이하, 도 2를 참조하여 본 발명의 바람직한 구현예에 의한 세라믹 볼의 제조방법을 설명한다.

제1 혼합물은 규소를 포함하는 광석 분말, 황토 분말 및 활성탄 분말을 포함한다. 여기서, 제1 혼합물의 제조시, 규소를 포함하는 광석 분말, 황토 분말 및 활성탄 분말의 첨가 순서 및 혼합 방법에 특별한 제한은 없으며, 적절한 순서 및 방법을 선택하여 제조할 수 있다.

상기 광석 분말은 규소를 포함하는 광석 분말이며, 규소를 주성분으로 포함하는 광석 분말을 사용할 수 있다. 이러한 광석 분말은 천연 광석을 분쇄하여 수득할 수 있다. 광석 분말의 예는 자수정 분말, 맥반석 분말, 제올라이트 분말, 일라이트 분말 또는 이들의 혼합물이 있고, 바람직하게는 자수정 또는 맥반석일 수 있다. 본 발명의 바람직한 일 구현예는, 상기 규소를 포함하는 광석 분말로 자수정 분말을 사용한다.

황토 분말은 다공성이어서 흡착력이 크고　물을 가하면 찰흙으로 되어 점착성이 우수하므로, 견고한 세라믹 볼 형태의 성형을 위해 상기 광석 분말과 함께 적절한 비율로 혼합된다.

규소를 포함하는 광석 분말 없이, 황토 분말만을 사용할 경우, 토양에는 알루미늄 성분을 일정량 함유하고 있기 때문에 1,000℃ 이하의 저온에서 소성시 세라믹 볼을 통과한 음용수 중에 알루미늄 함량이 높아져(음용수 기준 0.2ppm 이상) 음용수 관리법상 음용이 부적합한 경우가 발생될 우려가 있다. 또한, 1,000℃ 이상의 고온에서 소성 시에는 수용성 규산염의 유리화(glassification)되어 규소의 용출이 용이하지 못하게 되는 문제가 발생할 수 있다.

규소를 포함하는 광석 분말과 함께 황토 분말을 사용하는 경우, 알루미늄 성분의 침출량을 낮출 수 있어 음용수 기준을 만족하는 수준의 알루미늄 함량을 갖는 음용수를 제공할 수 있다.

규소를 포함하는 광석 분말, 황토 분말 및 활성탄 분말을 혼합한 제1 혼합물에 수용성 규산염을 첨가하여 제2 혼합물을 수득할 수 있으며, 여기서, 수용성 규산염은 예를 들어, 규산나트륨(Na₂SiO₃)일 수 있다. 본 발명의 일 구현예에서, 수용성 규산염은 규산나트륨(Na₂SiO₃) 덩어리를 분쇄하여 분쇄된 광물을 물에 넣고 교반함으로써 규산염 용해액의 형태로 수득될 수 있다. 일 구현예에서, Na₂O·SiO₂으로 표시될 수 있는 메타규산나트륨을 분쇄하여 물에 넣고, 80℃에서 3 내지 4 시간 동안 교반하여 수용성 규산염 용해액을 제조하고, 제조된 수용성 규산염 용해액을 제1 혼합물에 첨가할 수 있다.

상기 규산염 용해액은 5 내지 70 중량%, 바람직하게는, 10 내지 50 중량%, 더욱 바람직하게는, 15 내지 30 중량%의 농도일 수 있다. 일 구현예에서, 상기 규산염 용해액은 약 30 중량%의 농도일 수 있다.

제2 혼합물은, 상기 제2 혼합물은 상기 규소를 포함하는 광석 분말을 20 내지 50 중량부, 바람직하게는 40 내지 50 중량부로 포함한다. 광석 분말을 50 중량부를 초과하여 포함하는 경우, 점착성이 떨어져 세라믹 볼의 성형이 어려우며, 광석 분말을 20 중량부 미만으로 포함하는 경우, 세라믹 볼의 규산수 제공 기능이 떨어지게 된다.

제2 혼합물은 상기 황토 분말을 30 내지 80 중량부, 바람직하게는 30 내지 40 중량부로 포함한다. 황토 분말을 80 중량부 초과로 포함하는 경우, 세라믹 볼의 규산수 제공 기능이 떨어지며, 황토 분말을 30 중량부 미만으로 포함하는 경우, 세라믹 볼의 성형이 어렵다.

또한, 제2 혼합물은 상기 활성탄 분말 5 내지 15 중량부, 바람직하게는 5 내지 10 중량부로 포함하고; 상기 수용성 규산염 5 내지 10 중량부로 포함한다.

제2 혼합물은 이후 구형으로 성형될 수 있으며, 성형 방법에는 특별한 제한은 없으며, 구형인 것으로 한정하지 않는다.

일 구현예에서, 제2 혼합물의 성형은 수용성 규산염 용해액이 첨가된 제2 혼합물을 압출한 후 압출물을 일정한 크기로 절단함으로써 수행된다. 절단된 압출물은 성형기 등으로 직경이 약 3 내지 10 mm인 구형으로 성형할 수 있다. 이 성형물을 상온에서 건조시켜 고형화한 후, 500 내지 1,500℃, 바람직하게는 600 내지 1,000℃, 더욱 바람직하게는 700 내지 1,000℃에서 소성하여 다공성 세라믹 볼을 제조할 수 있다.

시드(seed)를 이용하여 성형액을 스프레이(spray)하는 제조 방법은 성형품끼리 붙지 않도록 성형액의 첨가량이 20% 이하이어야 하는 성형액의 사용량 제한이 있고 함량 조절이 어려운 반면, 본 발명의 상술한 구현예에 따라 압출을 통해 성형하는 방법은 성형액을 70% 정도까지 첨가하여도 성형에 지장이 없고, 규산나트륨 함량을 정확히 첨가하여 제조할 수 있는 장점이 있다.

형성된 다공성 세라믹 볼의 모습은 도 1a의 이미지와 같고, 도 1b는 상기 다공성 세라믹 볼을 분쇄하였을 때의 모습을 나타낸다. 상기와 같이 형성된 다공성 세라믹 볼은 출고되어 규산수 정수기 등에 사용될 수 있다.

본 발명의 다공성 세라믹 볼을 사용하는 규산수 정수기에서 입수 및 출수 공정을 도 4 및 도 5에 기재하였다. 도 4를 참조하는 일 구현예에서, 규산수 정수기는 프리 필터(prefilter), 다공성 세라믹 볼, 활성탄, 및 중공섬유를 포함할 수 있다. 상기 규산수 정수기에 입수되면, 유입수는 프리 필터를 거쳐 세라믹 볼을 통과하게 되며, 상기 세라믹 볼을 통과하면서, 규소를 포함하게 된다. 이후 활성탄 및 중공 섬유를 통과한 후 출수될 수 있다.

상기 규산수 정수기에 입수되면, 유입수는 프리 필터(prefilter)를 거쳐 전해 환원수 제조 장치에 들어가게 되며, 이후 본 발명의 다공성 세라믹 볼을 통과하나, 이러한 순서에 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 규산수 정수기는 필요에 따라, 목적하는 성분을 함유하는 음용수를 제조하기 위한 추가의 장치를 포함할 수 있다.

본 발명의 프리 필터는 정수기의 내부에 장착되어, 유입된 물에 포함되어 있는 찌꺼기 등의 불순물을 제거하고, 추가로 향균 탈취하는 필터이며, 한쪽이 폐색되고 다른 쪽이 개구된 중공 원통 모양으로 형성될 수 있다. 상기 프리 필터는 부직포, 유리 섬유, 금속 메쉬, 섬유모양 활성탄 등으로 형성될 수 있으나, 특정한 유형인 것으로 제한되지 않는다.

본 발명의 정수기는 활성탄 여과 장치를 포함할 수 있다. 활성탄은 식물성 원료 물질에서 선별하여 400~700도에서 소회(charcoal) 상태로 만들고, 고온(900~1200도) 및 수증기 처리를 하여 제조된 흡착 성능이 뛰어난 무색 무취의 흑색 분말 또는 입상 물질이다. 활성탄은 탄소가 주성분으로 산알칼리 유기 용매 등에 녹지 않으며 탈취 및 탈색 흡착력은 고온 수증기 부활을 통해 아주 작은 세공(細工)을 갖게 되어 1g당 900~1500 m²의 비표면적을 갖는다. 이러한 활성탄을 이용한 활성탄 여과장치는 수중에 함유된 각종 유기물, 잔류염소, 냄새, 농약 및 세제류를 흡착 제거한다. 본 발명의 활성탄 여과 장치의 종류에 특별한 제한은 없다.

또한, 본 발명의 정수기는 중공 섬유 필터를 포함할 수 있다. 이러한 중공 섬유는 물속의 각종 불순물을 걸러내고 몸에 좋은 미네랄 성분은 통과시킨다.

본 발명의 다공성 세라믹 볼을 포함하는 정수기를 통과한 통과수는 pH 6.5 내지 8.5, 바람직하게는 pH 6.7 내지 8.2, 더욱 바람직하게는 pH 7.0 내지 8.2인 적정 수소 이온 농도를 갖는다. 또한, 수용성 규소함량이 5∼30ppm 범위로 일정하며, 알루미늄 함량은 음용수 기준 이하를 나타낸다.

도 5를 참조하는 다른 구현예에서, 규산수 정수기는 전해 환원수 제조 장치를 추가로 포함할 수 있다.

전해 환원수(electrolyzed reduced water) 제조 장치는 일반적인 음용수인 수돗물을 정수한 후 직류로 전기분해하여 음극 쪽에서 생성되는 pH 10.0 이하의 알칼리성 전해수를 제조하는 장치로, 전해 환원수에는 용존수소와 무기 미네랄 이온이 다량 포함되어 있으며 양이온이 모여 음극으로부터 전자(e)를 받는 반응이 일어나 전자가 증가함으로써 낮은 산화환원전위(oxidation reduction potential)를 갖는 특징이 있다. 본 발명의 전해 환원수 제조 장치는 구체적인 종류에 제한되지 않는다.

본 발명의 규산수 정수기는 필요에 따라, 목적하는 성분을 함유하는 음용수를 제조하기 위한 추가의 장치를 포함할 수 있다.

본 발명의 다공성 세라믹 볼은 정수 방법에도 사용될 수 있다. 본 발명의 정수 방법은 상술한 다공성 세라믹 볼을 이용하는 정수 방법으로, 구체적으로, 본 발명의 다공성 세라믹 볼에 미처리수를 통과시키는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 구현예에 따른 정수 방법은 미처리수를 이물질과 불순물이 여과되도록 하는 여과 단계, 및 바이오세라믹 여과장치를 거쳐 미립 물질을 흡착하고 유해 물질을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.

여기서 상기 바이오세라믹 여과 장치는 본 발명의 다공성 세라믹 볼을 포함할 수 있다. 본 발명의 다공성 세라믹 볼을 포함하는 정수 방법으로부터 불순물 및 유해 물질이 제거되고, 약알칼리성을 띄며 미네랄이 풍부하고 규소를 함유하는 처리수를 수득할 수 있다.

본 발명의 다른 구현예에 따른 정수 방법은 본 발명의 규산수 정수기를 이용할 수 있다. 본 발명의 규산수 정수기는 앞서 설명한 바와 같이, 프리 필터, 다공성 세라믹 볼, 중공 섬유, 활성탄 여과 장치 및 추가로, 전해 환원수 제조 장치를 포함할 수 있으며, 각각은 앞서 설명한 바와 같다.

이하에서, 본 발명의 다공성 세라믹 볼, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 정수기를 실시예에서 더욱 상세하게 설명하나, 본 발명이 하기 실시예의 범위로 한정되는 것은 아니다.

제조예 1

규소 함량이 90% 이상인 자수정 분말 400 g, 황토 분말 400 g 및 활성탄 분말 100 g을 혼합하였다. 규산나트륨(Na₂SiO₃) 덩어리를 적절한 크기로 분쇄한 후 분말을 물에 넣고 80℃에서 3 시간 동안 교반하여 30 중량%인 규산나트륨 수용액을 얻었다. 생성된 30 중량% 규산나트륨 수용액 약 333 g을 혼합물에 첨가하였다. 이후, 혼합물을 압출하였고, 압출물을 적당한 크기로 절단하였다. 절단된 압출물을 구형으로 성형하였다. 성형된 볼을 건조시킨 후, 약 700℃의 전기로(기건 이화학 기계 제작소, electric muffle furnace, 모델명: F-3-F)에서 12 시간 동안 소성하여 직경이 약 3~10 mm인 다공성 세라믹 볼을 제조하였다.

제조예 2

성형된 볼을 약 1,000℃의 전기로(기건 이화학 기계 제작소, electric muffle furnace, 모델명: F-3-F)에서 12 시간 동안 소성한 점을 제외하고 제조예 1에 기재된 방법과 동일하게 다공성 세라믹 볼을 제조하였다.

제조예 3

황토 분말 800 g 및 활성탄 분말 100 g을 혼합하였다. 규산나트륨(Na₂SiO₃) 덩어리를 적절한 크기로 분쇄한 후 분말을 물에 넣고 80℃에서 3 시간 동안 교반하여 30 중량%인 규산나트륨 수용액을 얻었다. 생성된 30 중량% 규산나트륨 수용액 약 333 g을 혼합물에 첨가하였다. 이후, 혼합물을 압출하였고, 압출물을 적당한 크기로 절단하였다. 절단된 압출물을 구형으로 성형하였다. 성형된 볼을 건조시킨 후, 약 600℃의 전기로(기건 이화학 기계 제작소, electric muffle furnace, 모델명: F-3-F)에서 12 시간 동안 소성하여 직경이 약 3~10 mm인 다공성 세라믹 볼을 제조하였다.

제조예 4

황토 분말 800 g 및 활성탄 분말 100 g을 혼합하였다. 규산나트륨(Na₂SiO₃) 덩어리를 적절한 크기로 분쇄한 후 분말을 물에 넣고 80℃에서 3 시간 동안 교반하여 30 중량%인 규산나트륨 수용액을 얻었다. 생성된 30 중량% 규산나트륨 수용액 약 333 g을 혼합물에 첨가하였다. 이후, 혼합물을 압출하였고, 압출물을 적당한 크기로 절단하였다. 절단된 압출물을 구형으로 성형하였다. 성형된 볼을 건조시킨 후, 약 1000℃의 전기로(기건 이화학 기계 제작소, electric muffle furnace, 모델명: F-3-F)에서 12 시간 동안 소성하여 직경이 약 3~10 mm인 다공성 세라믹 볼을 제조하였다.

실시예 1

제조예 1에서 수득된 다공성 세라믹 볼에 물을 통과시킨 후, 통과된 유출수에서 알루미늄 및 규소의 함량을 측정하였다. 알루미늄 함량은 공립 이화학 연구소의 pack test 시험 키트 WAK-Al을 이용하여 알루미늄 초산 비색법으로 측정하였고, 규소 함량은 미국 CHEMetrics사의 CHEMets® 키트(K-9010)를 사용하여 몰리브덴 청법으로 측정하였으며, 그 결과는 표 1에 나타내었다.

품　 명	배합비	소성조건	유입수	통과수
황토분말	40	700℃/12시간	알루미늄 : - ppm 규　 소 : 3.0ppm	알루미늄 : - ppm 규　 소 : 7.0ppm
자수정분말	40
규산나트륨	10
활성탄분말	10
합　 계	100

실시예 2

제조예 2에서 수득된 다공성 세라믹 볼에 물을 통과시킨 후, 실시예 1과 동일한 방법으로 알루미늄 및 규소의 함량을 측정하였다. 그 결과는 표 2 에 나타내었다.

품　 명	배합비	소성조건	유입수	통과수
황토분말	40	1,000℃/12시간	알루미늄 : - ppm 규　 소 : 3.0ppm	알루미늄 : - ppm 규　 소 : 5.0ppm
자수정분말	40
규산나트륨	10
활성탄분말	10
합　 계	100

비교예 1

제조예 3에서 수득된 다공성 세라믹 볼에 물을 통과시킨 후, 실시예 1과 동일한 방법으로 알루미늄 및 규소의 함량을 측정하였다. 그 결과는 표 3 에 나타내었다.

품　 명	배합비	소성조건	유입수	통과수
황토분말	80	600℃/12시간	알루미늄 :　 - ppm 규　 소 : 3.0ppm	알루미늄 : 0.4ppm 규　 소 : 7.0ppm
자수정분말	-
규산나트륨	10
활성탄분말	10
합　 계	100

비교예 2

제조예 4에서 수득된 다공성 세라믹 볼에 물을 통과시킨 후, 실시예 1과 동일한 방법으로 알루미늄 및 규소의 함량을 측정하였다. 그 결과는 표 4 에 나타내었다.

품　 명	배합비	소성조건	유입수	통과수
황토분말	80	1,000℃/12시간	알루미늄 : - ppm 규　 소 : 3.0ppm	알루미늄 :　 -ppm 규　 소 : 3.0ppm
자수정분말	-
규산나트륨	10
활성탄분말	10
합　 계	100

표 1 및 표 2를 참조하면, 제조예 1 및 2에서 제조된 세라믹 볼은 황토분말, 자수정분말, 활성탄분말, 및 규산나트륨을 혼합한 후 700∼1,000℃에서 소성하여 형성된 것으로, 음용수 통과시 통과수에서 알루미늄 성분은 검출되지 않았으며, 적절한 양(3.0 내지 7.0 ppm)의 규소 성분을 가졌다.

표 3 및 표 4를 참조하면, 제조예 3에서 600℃로 저온 소성하여 제조한 수용성 규산염이 함유된 세라믹 볼을 통과한 음용수에서 유입수에 비해 규소성분은 증대되나, 알루미늄 함량이 0.4ppm로 음용수 수질 기준에 부적합하였다.

또한, 제조예 4에서 1,000℃ 고온 소성하여 제조한 세라믹 볼을 통과한 음용수는 알루미늄 함량의 문제는 없으나 규소가 함유되지 않아, 규소수의 역할을 하지 못하였다.

실시예 3

제조예 1에서 제조된 세라믹 볼을 포함하는 규산수 정수기를 제조하였다. 제조된 규산수 정수기에 물을 통과시키기 시작한 지 1시간 후, 10시간 후, 100시간 후, 300 시간 후 및 500 시간 후에 통과된 물의 pH 및 규소 함량을 측정하였다. 이때, 규소 함량은 실시예 1과 동일한 방법을 이용하여 측정하였고, pH 수치는 6.2 내지 7.8의 pH 범위에서 세분 측정이 가능한 BTB 리트머스 시험지(Toyo Roshi Co. Ltd)를 사용하여 측정하였다. 그 결과는 표 5에 기재하였고, 이의 그래프를 도 3에 나타내었다.

구　 분	1시간	10시간	100시간	300시간	500시간
규소함량 (ppm)	7.0	10.0	13.0	16.0	20.0
pH	7.0	7.5	8.0	8.2	8.2

표 5를 참조하면, 수용성 규산염을 함유한 세라믹 볼을 이용하여 제조한 규산수 정수기를 통과한 물의 pH는 10시간 후에도 7에서 7.5로, 100시간 이후에도 8정도로 안정된 상태를 나타냈으며, 규소의 함량은 3 ppm에서 500시간 이후 20 ppm정도로 서서히 증가하여 규산수로서의 조건을 갖추었다.

따라서, 본 발명의 세라믹 볼은 수용성 규소성분이 5 내지 30 ppm으로 일정하게 유지되며 약 알칼리성(pH 7∼8.5)으로 음용하기에 적합한 음용수를 연속적으로 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 세라믹 볼을 포함하는 정수기는 규소 성분이 5 내지 30 ppm으로 일정하게 유지되며 약 알칼리성(pH 7∼8.5)으로 음용하기에 적합한 음용수를 장시간 동안 연속적으로 생산할 수 있다.

Claims

규소를 포함하는 광석 분말; 황토 분말; 및 수용성 규산염을 포함하는 다공성 세라믹 볼로서,
상기 규소를 포함하는 광석 분말, 상기 황토 분말 및 상기 수용성 규산염을,
상기 규소를 포함하는 광석 분말 20 내지 50 중량부;
상기 황토 분말 30 내지 80 중량부; 및
상기 수용성 규산염 5 내지 10 중량부의 비율로
포함하는 다공성 세라믹 볼.
제1항에 있어서, 상기 규소를 포함하는 광석 분말이 자수정 분말, 맥반석 분말, 제올라이트 분말, 일라이트 분말 또는 이들의 혼합물인 다공성 세라믹 볼.
제1항에 있어서, 상기 수용성 규산염은 규산나트륨(Na₂SiO₃)인 다공성 세라믹 볼.
i) 규소를 포함하는 광석 분말, 황토 분말 및 활성탄 분말을 혼합하여 제1 혼합물을 얻는 단계;
ii) 상기 제1 혼합물에 수용성 규산염을 첨가하여 제2 혼합물을 얻는 단계; 및
iii) 상기 제2 혼합물을 성형한 후 가열 소성하여 다공성 세라믹 볼을 얻는 단계를
포함하는 다공성 세라믹 볼의 제조 방법.
제4항에 있어서, 상기 제2 혼합물이,
상기 규소를 포함하는 광석 분말 20 내지 50 중량부;
상기 황토 분말 30 내지 80 중량부;
상기 활성탄 분말 5 내지 15 중량부; 및
상기 수용성 규산염 5 내지 10 중량부의 비율로
포함하는 제조 방법.
제5항에 있어서, 상기 제2 혼합물이,
상기 규소를 포함하는 광석 분말 40 내지 50 중량부;
상기 황토 분말 30 내지 40 중량부;
상기 활성탄 분말 5 내지 10 중량부; 및
상기 수용성 규산염 5 내지 10 중량부를
포함하는 제조 방법.
제4항에 있어서, 상기 규소를 포함하는 광석 분말은 자수정 분말, 맥반석 분말, 제올라이트 분말, 일라이트 분말 또는 이들의 혼합물인 제조 방법.
제4항에 있어서, 상기 수용성 규산염은 규산나트륨(Na₂SiO₃)인 제조 방법.
제4항에 있어서, 상기 성형은 상기 제2 혼합물을 압출한 후 절단하여 수행되는 것인 제조 방법.
제4항에 있어서, 상기 가열 소성은 500 내지 1500℃에서 수행되는 제조 방법.
제4항에 있어서, 상기 수용성 규산염이 5 내지 70 중량%의 규산염 용해액의 형태로 상기 제1 혼합물에 첨가되는 제조 방법.
제1항에 따른 다공성 세라믹 볼을 포함하는 정수기.
제12항에 있어서, 프리 필터(prefilter)를 추가로 포함하는 정수기.
제12항에 있어서, 전해 환원수 제조 장치를 추가로 포함하는 정수기.
제1항에 따른 다공성 세라믹 볼에 비처리수를 통과시키는 단계를 포함하는 정수 방법.