KR101483263B1 - 필터 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 필터 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 황토 여과액으로 표면 개질된 활성탄 성형체를 포함함으로써, 우수한 VOCs 제거성능을 가지며 수명이 향상된 필터 및 그 제조방법을 제공한다.

Description

필터 및 그 제조방법{A filter and A method of preparing the same}
본 발명은 필터 및 그 제조방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 우수한 여과성능을 가질 뿐만 아니라 필터의 수명이 개선된 필터 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 우리가 숨쉬는 공기에는 미세먼지, 세균 등이 존재하며, 악취를 퍼트린다. 특히 황사가 발생하면 많은 모래와 미세먼지 등에 의하여 공기가 매우 오염되어 사람의 기관지 등에 악영향을 준다.
또한, 휘발성 유기 화합물(Volatile organic compounds, VOC)은 증기압이 높아 대기 중으로 쉽게 증발되고, 대기 중에서 질소산화물과 공존시 태양광의 작용을 받아 광화학반응을 일으켜 오존 및 PAN 등 광화학 산화성 물질을 생성시켜 광화학스모그를 유발하는 물질의 총칭이다. 이러한 휘발성 유기화합물은 발암성 물질이며, 대기오염 및 지구온난화의 원인물질이므로 국가마다 배출을 줄이기 위해 정책적으로 관리하고 있다. 이때 유기용매는 액체 상태이므로 배출 관리를 용이하게 할 수 있으나, VOC 가스는 기체 상태로 존재하므로 이를 관리하는 것이 어렵다.
이러한 공기 또는 수질에 존재하는 미세먼지, 세균, 악취, VOC 등을 제거하기 위하여 필터를 사용한다.
공기 또는 수질을 정화하기 위한 필터로서 현재 가장 광범위하게 사용되는 필터가 활성탄을 사용하는 필터이다. 활성탄은 탄화된 내부 메쉬구조를 이루고 있는 특성상 원적외선방사효과와 더불어 각종 이물질의 흡착율이 우수하여 가정은 물론, 산업현장의 공조기, 역삼투방식 혹은 중공사막방식의 여과필터를 이용하는 정수장치, 탈취제 등 다양한 분야에서 광범위하게 사용되고 있다.
하지만, 활성탄은 내부 기공이 오염물질로 포화되면 더 이상 필터로서의 기능을 하지 못하므로 주기적으로 새로운 활성탄으로 교체가 필수적이다. 따라서, 경제적인 측면이나 환경적인 측면에서 이러한 활성탄의 수명을 향상시키는 것이 필요하다.
따라서 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 우수한 성능을 가지며 수명이 향상된 필터 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
1. 황토 여과액으로 표면 개질된 활성탄 성형체를 포함하는 필터.
2. 위 1에 있어서, 위 황토 여과액은 물에 투입된 황토가 침전된 후 얻어지는 상등액인 필터.
3. 위 1에 있어서, 황토와 가소성 점토를 포함하는 바이오 토분 성형체를 더 포함하는 필터.
4. 위 3에 있어서, 위 바이오 토분 성형체에 포함되는 황토는 입자크기가 150 메쉬 내지 250 메쉬인 필터.
5. 위 3에 있어서, 위 바이오 토분 성형체에 포함되는 가소성 점토는 입자크기가 150 메쉬 내지 250 메쉬인 필터.
6. 위 3에 있어서, 위 바이오 토분 성형체는 황토 90 내지 99 중량부 및 가소성 점토 1 내지 10 중량부가 혼합된 필터.
7. 위 3에 있어서, 위 바이오 토분 성형체는 위 황토 및 가소성 점토의 혼합물 100 중량부에 대하여 샤모트를 5 내지 10 중량부 더 포함하는 필터.
8. 위 3에 있어서, 위 활성탄 성형체와 위 바이오 토분 성형체의 혼합 중량비는 4:6 내지 6:4인 필터.
9. 위 3에 있어서, 위 활성탄 성형체 및 바이오 토분 성형체는 서로 독립적으로 입자형, 원통형 및 판상형 중 어느 하나인 필터.
10. (A1) 황토를 물에 첨가한 후 부유물을 침전시키고 상등액을 분리하는 단계; 및
(A2) 위 분리된 상등액에 활성탄 성형체를 침지시킨 후 건조하여 표면 개질된 활성탄 성형체를 제조하는 단계;
를 포함하는 필터의 제조방법.
11. 위 10에 있어서, 위 (A2) 단계에서 활성탄 성형체를 위 상등액에 침지 후 건조하는 과정을 2회 이상 반복하는 필터의 제조방법.
12. 위 10 또는 11에 있어서,,
(B1) 황토와 가소성 점토를 혼합하는 단계;
(B2) 위 황토 혼합물을 희석한 후 여과하는 단계;
(B3) 여과된 황토 혼합물을 건조시킨 후 성형기를 사용하여 바이오 토분 성형체로 제조하고 건조하는 단계; 및
(B4) 표면 개질된 활성탄 성형체와 위 (B3) 단계에서 얻어진 바이오 토분 성형체를 혼합하는 단계;
를 더 포함하는 필터의 제조방법.
13. 위 12에 있어서, 위 (B1) 단계에서, 황토 90 내지 99 중량부와 가소성 점토 1 내지 10 중량부를 혼합하는 필터의 제조방법.
14. 위 12에 있어서, 위 (B1) 단계에서 가소성 점토 및 황토의 혼합물 100 중량부에 대하여 샤모트를 5 내지 10 중량부 더 포함하는 필터의 제조방법.
15. 위 12에 있어서, 위 (B4) 단계에서 활성탄 성형체와 위 바이오 토분 성형체의 혼합중량비는 4:6 내지 6:4인 필터의 제조방법.
본 발명의 필터는 표면 개질된 활성탄 성형체는 종래의 활성탄 필터보다 우수한 VOCs 제거 성능을 가진다.
본 발명의 필터는 표면 개질된 활성탄 성형체 표면에 존재하는 미생물이 활성탄의 기공에 흡착된 오염물질을 제거함으로써 활성탄 성형체의 수명을 향상시킬 수 있다. 활성탄 성형체의 수명이 향상되면 경제적인 효과 외에도 활성탄 폐기물의 양도 줄일 수 있으므로 환경적인 면에서도 유리하다.
본 발명의 필터는 표면 개질된 활성탄 성형체와 황토와 가소성 점토를 포함하는 바이오 토분 성형체를 혼합하게 되면 필터의 성능 및 수명을 더욱 개선할 수 있다.
또한, 본 발명의 필터의 제조방법은 활성탄 성형체 표면을 간단하게 개질할 수 있으며, 활성탄 성형체와 바이오 토분 성형체를 혼합하는 공정도 간단하므로, 생산성이 매우 높다.
도 1은 실시예 1~2 및 비교예 1에 따라 제조된 각 필터의 시간에 따른 VOCs 제거율을 도시한 그래프이다.
도 2는 비교예 1 및 실시예 1의 각 활성탄 성형체의 사진이다.
본 발명은 황토 여과액으로 표면 개질된 활성탄 성형체를 포함함으로써, 우수한 VOCs 제거성능을 가지며 수명이 향상된 필터 및 그 제조방법을 제공한다.
이하에서 본 발명에 대해 상세하게 설명하도록 한다.
본 발명의 필터에 있어서, 활성탄 성형체는 그 재료로서 당분야에서 필터재로 사용하는 활성탄 성형체라면 특별한 제한없이 사용할 수 있으며, 따라서 본 발명에 따른 활성탄 성형체는 통상적인 활성탄 필터재가 갖는 오염물질의 흡착 성능을 보유한다. 아울러, 그 형태는 구체적인 용도에 따라 적절한 형상으로 당분야의 기술로 성형될 수 있다.
또한, 본 발명의 활성탄 성형체는 황토 여과액으로 표면이 개질된 활성탄 성형체이다. 본 발명에 있어서 황토 여과액이란, 황토를 물에 첨가한 후 부유물을 침전시키면 침전층 위에 형성되는 상등액을 의미한다. 본 발명에 있어서 황토 여과액으로 표면 개질된 활성탄 성형체란, 상기 얻어진 황토 여과액에 활성탄 성형체를 침지시킨 후 다시 꺼내어 건조시킴으로써, 황토 여과액에 포함되어 있는 성분들이 흡착되거나 부착된 활성탄 성형체를 의미한다.
본 발명에 있어서, 황토(hwangto)란 암석이 화학적 풍화작용을 받아 변질되어 토양화된 풍화잔류토(풍화토)를 의미한다(J. Miner. Soc. Korea, 13, 147-163 (2000) 참조). 황토는 토양의 일종으로서, 암석의 풍화산물이므로 본래의 암석(모암)의 종류와 풍화정도 등에 따라 색, 성분, 물리화학적 성질 등이 다양하게 나타날 수 있다. 예를 들면, 그 화학적 조성은 이산화규소 45-55 중량%, 알루미나 20-30 중량%, 삼이산화철 10-20 중량%, 이산화티타늄 1.0-2.0 중량%, 산화마그네슘 1.0-2.0 중량%, 산화칼슘 0.0-0.5 중량%, 산화나트륨 0.05-0.15 중량% 및 산화칼륨 1.5-2.0 중량% 등을 포함할 수 있으나, 이는 단지 예시일 뿐 상기 함량 범위로 본 발명에 따른 황토가 제한되는 것은 아니다.
특히, 황토는 Bacillus속, Pesudomonas속, Nitrosomonas속 등의 다양한 미생물을 함유하고 있는 것으로 알려져 있으며, 상기 미생물들은 악취를 제거하고 VOC를 분해하는 기능을 하는 것으로 알려져 있다. 황토에 대해서는 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
본 발명에서 사용되는 황토는 다공성 물질로서, 예컨대 표면적이 넓은 벌집구조로서 수많은 구간이 복층 구조를 이루고 있다. 황토의 기공 안으로 태양광선 중 원적외선이 다량으로 흡수 및 저장되고, 방출되는 것으로 알려져 있다. 또한, 황토는 다공성 물질로서 높은 비표면적에 의해 미세먼지, 세균, 악취 등을 흡착하는 능력이 우수하다.
황토는 탄산칼슘, 실리카, 알루미나, 철, 마그네슘, 나트륨, 칼륨 등의 수많은 무기질, 카탈리아제, 디페놀옥시디아제, 사카리제, 프로테아제 등의 다양한 효소 및 Bacillus속, Pesudomonas속, Nitrosomonas속 등의 다양한 미생물을 함유하고 있다. 이때 효소는 독소제거, 분해력, 및 정화작용의 역할을 하며, 미생물은 VOC를 분해하며, 특히 악취를 이산화탄소와 물로 분해한다.
이에 따라, 본 발명에 따른 표면 개질된 활성탄 성형체는 황토가 함유하고 있던 여러 유기물, 예를 들면 효소나 미생물 등으로 그 표면이 개질된 것으로 판단된다. 구체적으로, 본 발명에 따른 활성탄 성형체는 그 표면에 황토 유래 미생물 등이 부착되어, 활성탄 표면에 흡착된 오염 물질들을 제거 및/또는 분해함으로써 활성탄의 필터재로서의 성능 및 수명을 향상시킬 수 있다. 물론, 상기 언급한 명칭의 미생물 외에도 황토에 함유되어 있는 미생물 및 기타 유기물이라면 본 발명의 범위에 포함된다.
선택적으로, 본 발명의 필터는 표면 개질된 활성탄 성형체 외에 황토와 가소성 점토를 포함하는 바이오 토분 성형체를 더 포함할 수 있다. 본 발명의 필터는 바이오 토분 성형체를 더 포함함으로써 필터의 성능을 더욱 개선할 뿐만 아니라 수명을 대폭 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따른 바이오 토분 성형체는 종래의 세라믹 필터가 소성공정을 필요로 하는 것과는 달리, 성형 후 건조만으로도 제조되나 그 강도가 우수할 뿐만 아니라, 소성공정을 거치지 않으므로 황토가 포함하고 있는 효소 및 미생물이 그대로 살아있다. 본 발명에 따른 바이오 토분 성형체는 다공성이므로 항균작용 및 탈취작용이 우수하고, 다량의 원적외선이 방사되므로 유해물질(악취, VOC, 세균, 미세먼지 등)의 제거 성능이 우수하다. 아울러, 바이오 토분 성형체는 활성탄 성형체와 혼합되어 서로 밀착하고 있으므로, 바이오 토분 성형체에 있는 미생물도 일부 활성탄 성형체에 흡착된 오염 물질을 제거하는 데 기여할 수 있다.
본 발명에 따른 바이오 토분 성형체에서 사용되는 황토는 본 발명에 따른 표면 개질된 활성탄 성형체의 제조에 사용되는 황토와 동일한 황토를 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 바이오 토분 성형체에 사용되는 가소성 점토는 성형체 제조 시에 가소성 및 점성을 높이는 기능을 한다. 황토가 물에 분해되지 않도록 하며, 황토의 점력을 더욱 증가시켜 소성공정을 거치지 않고 건조공정만으로도 필터로서 우수한 강도를 갖도록 성형이 가능하다. 본 발명에서 사용가능한 가소성 점토는 세라믹 제품을 제조할 때 통상적으로 사용되는 가소성 점토라면 특별한 제한없이 본 발명에서 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 가소성 점토는 물이 첨가되고 원하는 형상으로 성형한 후 수분을 건조시키더라도 성형시 모양과 강도가 계속 유지되는 것이 바람직하다.
본 발명에서 사용가능한 가소성 점토는, 예를 들면 이산화규소 71-73 중량%, 알루미나 14-16 중량%, 삼이산화철 3-5 중량%, 이산화티타늄 0.1-0.5 중량%, 산화마그네슘 1.5-2.5 중량%, 산화칼슘 1.0-2.0 중량%, 산화나트륨 2.0-3.0 중량% 및 산화칼륨 0.1-1.0 중량% 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 바람직하게는, 벤토나이트, 게르마늄, 몬모릴로나이트 및 견운모로 이루어진 군 중에서 선택된 하나 또는 이들 중 2종 이상을 사용할 수 있으며, 보다 바람직하게는 벤토나이트를 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 바이오 토분 성형체에 있어서, 황토는 입자크기가 150-250 메쉬일 수 있으며, 바람직하게는 180-230 메쉬일 수 있다. 이때 입자크기가 150 메쉬 미만인 경우에는 물에 분해되어 필터의 강도를 저하시킬 수 있으며, 입자크기가 250 메쉬 초과인 경우에는 원적외선 방출이 감소하고 비표면적이 감소될 수 있다.
본 발명에 따른 바이오 토분 성형체에 있어서, 가소성 점토는 입자크기가 150-250 메쉬일 수 있으며, 바람직하게는 180-230 메쉬일 수 있다. 이때 입자크기가 150 메쉬 미만인 경우에는 황토의 점력을 증가시키지 못할 수 있고, 성형 후 필터의 형상을 유지할 수 없고, 입자 크기가 250 메쉬 초과인 경우에는 성형 후 필터의 형상을 유지하는 것이 어려울 수 있다.
본 발명에 따른 바이오 토분 성형체에 있어서, 황토는 바이오 토분 성형체 전체 100 중량부 대비 90 내지 99 중량부, 바람직하게는 91 내지 98 중량부가 사용된다. 이때 황토의 함량이 90 중량부 미만인 경우에는 강도 및 유해공해물질 제거능력이 저하될 수 있으며, 함량이 99 중량부 초과인 경우에는 필터가 성형시의 모양을 유지할 수 없다.
본 발명에 따른 바이오 토분 성형체에 있어서, 가소성 점토는 바이오 토분 성형체 전체 100 중량부 대비 1 내지 10 중량부, 바람직하게는 2 내지 9 중량부가 사용될 수 있다. 이때 가소성 점토의 함량이 1 중량부 미만인 경우에는 필터가 성형시의 모양을 유지할 수 없으며, 황토가 물에 분해되어 강도가 저하될 수 있고, 함량이 10 중량부 초과인 경우에는 황토와 혼합 후 단단하게 굳어서 성형이 불가능하고, 황토의 양이 줄어들므로 강도 및 유해공해물질 제거능력이 저하될 수 있다.
선택적으로, 본 발명의 바이오 토분 성형체는 샤모트를 더 포함할 수 있다. 샤모트는 약 1450 ℃에서 소성된 물질로서 샤모트를 첨가시 건조공정만으로도 바이오 토분 성형체의 형상이 계속 유지될 수 있도록 뼈대역할을 한다. 본 발명의 바이오 토분 성형체는 가소성 점토 및 황토만으로도 성형된 형상을 유지할 수 있지만 샤모트가 추가되면 더욱 견고하게 성형된 형상이 유지된다. 이러한 측면에서 샤모트는 가소성 점토 및 황토의 혼합물 100 중량부에 대하여 샤모트를 5 내지 10 중량부 더 포함하는 것이 바람직하다.
이때 샤모트는 이산화규소 50-60 중량%, 알루미나 30-37 중량%, 삼산화철 1-5 중량%, 이산화티타늄 1-5 중량%, 산화마그네슘 0.1-2.0 중량%, 산화칼슘 0.01-0.1 중량%, 산화나트륨 0.01-0.1 중량%, 산화칼륨 0.1-2.0 중량%를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 필터가 전술한 표면 개질된 활성탄 성형체와 바이오 토분 성형체들을 혼합하여 제조되는 경우에 혼합중량비는 4:6 내지 6:4인 것이 바람직하다. 혼합중량비가 상기 범위인 경우에 필터 성능을 우수하게 유지하면서도 활성탄 성형체의 수명을 개선하여 필터 전체의 수명을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따른 활성탄 성형체와 바이오 토분 성형체의 형태에 특별한 제한은 없으나 예를 들면 각각 입자형, 원통형 또는 판상형으로 제조될 수 있다.
이하에서는, 본 발명에 따른 필터의 제조방법의 일 구현에를 상세하게 설명하기로 한다.
먼저, 황토를 물에 첨가한 후 부유물을 침전시키고 상등액을 분리한다(A1).
본 발명에 따른 활성탄 성형체에 부착시킬 미생물을 함유하고 있는 황토를 충분한 양의 물에 첨가한다. 황토를 물에 첨가하면 황토 내에 존재하던 미생물 등이 물에 씻겨져 나오게 된다. 황토를 물에 첨가한 직후에는 상당량의 부유물도 생기며 물 색깔도 혼탁해지지만, 충분한 시간이 지나면 부유물은 침전하고 황토에서 씻겨져 나온 미생물 등을 포함하는 맑은 상등액층이 형성된다. 형성된 상등액(황토 여과액)은 분리한다.
다음으로, 상기 분리된 상등액에 활성탄 성형체를 침지시킨후 건조하여 표면 개질된 활성탄 성형체를 제조한다(A2).
분리된 상등액에는 황토가 포함하고 있던 미생물 등을 함유하고 있으므로, 상기 상등액에 활성탄 성형체를 침지시키면 미생물 등이 활성탄 표면에 부착하게 된다.
침지 시간은 활성탄 표면에 미생물 등이 부착되기에 충분한 시간을 갖도록 한다. 이러한 측면에서 12시간 이상 침지하는 것이 바람직하다. 12시간 미만으로 침지하게 되면 활성탄 성형체의 표면 개질이 충분하게 이뤄지지 않아 필터의 성능이 저하될 수 있다. 침지 시간의 상한은 특별히 제한되지는 않는다. 약 3일 정도까지 침지될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
활성탄 성형체를 상등액에 적당한 시간동한 침지시킨 후에는 건져내어 건조하여 활성탄 성형체 표면에 미생물 등이 안정적으로 부착되도록 한다. 건조방식은 대기 중에서 자연 건조하거나 70℃ 이하의 온도에서 건조기를 사용하여 건조할 수 있다. 자연 건조 시에는 직사광선을 피해 그늘에서 건조하는 것이 바람직하다.
건조하는 시간은 활성탄 성형체가 건조되고 미생물 등이 활성탄 성형체에 견고하게 부착될 수 있도록 충분한 기간을 갖도록 한다. 이러한 측면에서 2달 이상 건조하는 것이 바람직하다. 2달 미만으로 건조하게 되면 미생물 등이 활성탄 성형체 표면에 견고하게 부착되기가 어려워 필터의 성능 및 수명 개선 효과가 미미할 수 있다. 건조 시간의 상한은 특별히 제한되지는 않는다. 예를 들어 약 4달 정도까지 건조할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 이와 같은 건조가 완료되면 본 발명에 따른 표면 개질된 활성탄 성형체의 제조가 완료된다.
선택적으로, 황토에 포함되어 있던 성분들이 활성탄 성형체에 충분히 부착되어 표면 개질 효과를 더욱 높이기 위해서, 활성탄 성형체를 위 상등액에 침지한 후 건조하는 공정을 2회 이상 반복하여 수행할 수 있다. 이러한 공정을 2회 이상 반복하게 되면 본 발명에 따른 표면 개질된 활성탄 성형체의 여과 성능은 보다 더 개선된다. 반복 횟수의 상한은 특별히 제한되지는 않는다. 당업자는 반복 횟수에 따른 필터 성능의 개선을 실험을 통해 확인할 수 있으며, 더 이상 개선 효과가 나타나지 않을 때까지의 반복 횟수를 용이하게 판단할 수 있다.
본 발명에 따른 표면 개질된 활성탄 성형체는 대기, 수분의 여과에 매우 효과적으로 사용될 수 있다.
선택적으로, 본 발명의 필터는 위 바이오 토분 성형체를 더 포함할 수 있다. 바람직하게는, 수분의 여과 시에는 전술한 표면 개질 활성탄 성형체와 바이오 토분 성형체를 혼합한 필터를 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 바이오 토분 성형체의 제조방법의 일 구현예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
먼저, 가소성 점토와 황토를 혼합한다(B1).
본 발명에 따른 바이오 토분 성형체의 기본 원료인 가소성 점토와 황토를 혼합한다. 바람직하게는 혼합 전에 가소성 점토와 황토는 체거름등을 통해 불순물을 제거한 후 볼밀 등의 분쇄 과정을 통해 각각 적절한 입자 크기를 갖도록 한다. 가소성 점토와 황토의 입자 크기는 예를 들어 각각 150 메쉬 내지 250 메쉬, 바람직하게는 각각 180-230 메쉬이다. 또한, 혼합 시의 혼합비는 전술한 바와 같이 가소성 점토가 1 내지 10 중량부 및 황토가 90 내지 99 중량부인 것이 바람직하다.
다음으로, 상기 황토 혼합물을 희석한 후 여과한다(B2).
얻어진 황토 혼합물에 물과 같은 분산매를 첨가하여 희석한 후 여과 과정을 거쳐 입자들의 크기를 고르게 한다. 물은 여과가 용이하게 되도록 적절하게 첨가하며 여과는 진동체와 같은 여과장치를 통해 수행될 수 있다.
다음으로, 여과된 황토 혼합물을 건조시킨 후 성형기를 사용하여 바이오 토분 성형체로 제조하고 건조한다(B3).
여과된 황토 혼합물은 젖어 있는 상태이므로 건조과정을 통해 함유하고 있는 액체 성분을 어느 정도 제거하고 성형기를 사용하여 원하는 형상의 바이오 토분 성형체로 제조한다.
본 발명의 일 구현예로서, 판상형의 바이오 토분 성형체를 제조하는 과정을 설명하면 다음과 같다.
여과된 황토 혼합물을 필터프레스를 통과시킴으로써 액체 성분이 어느 정도 제거된 혼합 황토를 얻는다. 이때 필터프레스는 예를 들어 약 4 내지 10 kg/cm2 정도의 압력을 0.5 내지 1시간 동안 가하여 황토 혼합물을 탈수하여 혼합 황토를 얻을 수 있다. 바람직하게는, 탈수된 혼합 황토를 진공 토련기로 토련하여 탈기시킴으로써 혼합 황토에 내재된 기포를 전부 제거할 수도 있다.
그 후, 혼합 황토를 성형기 예컨대, 도판기로 예를 들어 15 내지 25 kg/cm2의 압력을 가하여 성형함으로써 판상형의 바이오 토분 성형체를 얻을 수 있다.
본 발명의 다른 구현예로서, 입자형의 바이오 토분 성형체를 제조하는 과정을 설명하면 다음과 같다.
젖은 상태의 여과된 황토 혼합물을 스프레이 드라이어(spray dryer)를 사용하여 원하는 입자크기의 과립형 분말 형태의 혼합 황토를 얻을 수 있다. 과립형 혼합 황토를 성형기, 예를 들어 제환기로 성형함으로써 입자형의 혼합 황토 성형체를 얻을 수 있다.
전술한 형태 외에도 바이오 토분 성형체의 형상은 필요에 따라 당분야에 알려진 방법을 사용하여 다른 형상으로도 제조될 수 있다.
바이오 토분 성형체가 얻어지면 자연건조 또는 건조기를 사용하여 약 70℃ 이하의 온도로 건조하는 과정을 거친다.
다음으로, 표면 개질된 활성탄 성형체와 상기 (B3) 단계에서 얻어진 바이오 토분 성형체를 혼합한다(B4).
전술한 바와 같이, 표면 개질된 활성탄 성형체와 바이오 토분 성형체의 혼합 중량비는 4:6 내지 6:4인 것이 바람직하다.
이와 같이 제조된 필터는 대기 환경 오염 방지 설비 및 수처리 설비의 필터로써, 공기청정기, 환기팬, 가정용 및 차량용 에어콘, 선풍기, 청소기, 의류건조기, 식기건조기, 주방쓰레기 처리기, 난방기, 가습기, 탈취기, 솔벤트 세척기, 음식물 저장기, 지장수제조기 등에 장착되는 필터로 이용될 수 있다. 구체적인 예를 들면, 본 발명의 필터는 물에 분해되지 않으므로 한국등록특허 제0815592호(2008.03.14)의 지장수제조기 및 한국등록특허 제0815593호(2008.03.14)의 공기청정기에 사용될 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 실시예를 들어 상세하게 설명한다. 그러나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 첨부된 특허청구범위를 제한하는 것이 아니며, 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 실시예에 대한 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.
실시예 1
<표면 개질된 활성탄 성형체 제조>
천연황토를 물 속에 첨가하고 부유물들이 침전하고 맑은 상등액이 형성될 때까지 유지하였다. 상등액층의 형성이 완료되면 분리하여 따로 저장하였다.
분리된 상등액에 활성탄 성형체를 침지시키고 약 1일 정도 유지하여 상등액 속의, 황토가 포함하고 있던 미생물 및 기타 유기물이 활성탄 성형체에 부착되도록 한 후, 햇빛이 없고 통풍이 잘되는 곳에서 약 90일(3달)동안 자연 건조하여 표면 개질된 활성탄 성형체를 제조했다.
실시예 2
(1) 바이오 토분 성형체 제조
각각 입자크기가 180 메쉬인 가소성 점토 9 중량부와 황토 91 중량부를 혼합하였다. 상기 황토 혼합물과 물을 1: 1.5의 비율로 혼합하여 황토 혼합물을 희석한 후, 진동체로 180 메쉬의 스크린에 통과시켜 미세한 입자크기로 여과하였다. 여과된 황토 혼합물을 필터프레스로 50분 동안 10kg/cm2의 압력을 가하여 탈수하고 이를 진공토련기로 탈기한 후 도판기로 22 kg/cm2의 압력을 가하여 성형함으로써 판상형의 바이오 토분 성형체를 얻었으며 그 후 자연건조시켜 바이오 토분 성형체를 제조하였다.
(2) 필터 제조
제조된 바이오 토분 성형체 80 cc(82g)와 위 실시예 1에서 제조된 활성탄 성형체 180 cc(87.15g)를 혼합하여 필터를 제조하였다.
비교예 1
필터로서 황토 유래 미생물이 부착되지 않은 활성탄 성형체를 사용하였다.
실험예 : VOC 제거 효율 측정
각각 260 cc의 동일한 부피를 갖는 실시예 1~2 및 비교예 1의 필터를 장착한 27-32℃ 항온조에 3.2-3.5 m/s의 유속으로 VOCs를 통과시켰다. 실험에 사용된 VOCs의 조성은 하기 표 1과 같다.
화합물 함량(중량%)
n-Nonane 5.20
Nonane 유도체 4.73
n-Decane 12.95
Decane 유도체 8.03
n-Undecane 7.21
Heptane 유도체 1.68
Octane 유도체 7.39
Cyclohexane 유도체 10.92
Xylene 1.27
Trimethylbenezene 유도체 5.71
Benzene 유도체 19.00
기타 15.91
시간에 따라 VOCs의 통과 전 후 농도(ppm)를 측정하여 제거율을 측정하였으며, 그 결과를 도 1에 도시하였다.
도 1을 참고하면, 전체적으로 실시예 1의 필터 성능이 가장 우수한 것을 알 수 있으며, 비교예 1의 필터가 성능이 가장 낮은 것을 알 수 있다.
구체적으로는, 도 1에는 각 필터의 제거효율 곡선에 대한 회귀곡선도 같이 표시하였으며, 각 회귀곡선과 x축(0-210 시간) 및 y축이 정의하는 면적은 각 필터의 VOC의 제거량에 비례하는데, 각각 계산해보면 14047.2(실시예 1), 13454.0(실시예 2), 11842.5(비교예 1)이다. 즉, 비교예 1에 대하여 실시예 1은 약 20%, 실시예 2는 약 14% 정도의 필터 성능 향상을 확인할 수 있다.
환경오염이 점차로 심각해지고 이에 대한 관심과 연구가 활발한 당분야의 실정을 고려할 때 이러한 수준의 필터 성능 개선은 현저한 수준임은 당업자에게 자명하다.
더욱이, 본 실험예는 210시간까지만 수행된 결과를 기재하였으나, 그래프의 추이를 보면 시간이 지날수록 실시예 1 및 실시예 2의 필터 성능과 비교예 1의 필터 성능은 더욱 차이가 벌어지는 것을 쉽게 예측할 수 있다. 즉, 실시예 1 및 실시예 2의 필터는 비교예 1의 필터에 비해 수명이 더 길고 필터 성능도 더욱 우수한 것을 확인할 수 있다.
참고로, 비교예 1의 표면 개질되지 않은 활성탄 성형체와 실시예 1에서 제조된 표면 개질된 활성탄 성형체의 사진을 도 2에 나타내었다.
표면 개질되지 않은 활성탄 성형체(a)에 비하여 표면 개질된 활성탄 성형체(b)는 검은 광택이 거의 없음을 확인할 수 있으며, 이로부터 그 표면이 개질되어 있음을 알 수 있다.

Claims (15)

  1. 황토 여과액에 침지시킨 후 건조한 활성탄 성형체; 및 황토와 가소성 점토를 포함하는 바이오 토분 성형체;를 포함하며,
    상기 황토 여과액은 물에 투입된 황토가 침전된 후 얻어지는 상등액이고,
    상기 활성탄 성형체와 상기 바이오 토분 성형체의 혼합 중량비는 4:6 내지 6:4인 필터.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 바이오 토분 성형체에 포함되는 황토는 입자크기가 150 메쉬 내지 250 메쉬인 필터.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 바이오 토분 성형체에 포함되는 가소성 점토는 입자크기가 150 메쉬 내지 250 메쉬인 필터.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 바이오 토분 성형체는 황토 90 내지 99 중량부 및 가소성 점토 1 내지 10 중량부가 혼합된 필터.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 바이오 토분 성형체는 상기 황토 및 가소성 점토의 혼합물 100 중량부에 대하여 샤모트를 5 내지 10 중량부 더 포함하는 필터.
  8. 삭제
  9. 청구항 1에 있어서, 상기 활성탄 성형체 및 바이오 토분 성형체는 서로 독립적으로 입자형, 원통형 및 판상형 중 어느 하나인 필터.
  10. (A1) 황토를 물에 첨가한 후 부유물을 침전시키고 상등액을 분리하는 단계;
    (A2) 상기 분리된 상등액에 활성탄 성형체를 침지시킨 후 건조하여 표면 개질된 활성탄 성형체를 제조하는 단계;
    (B1) 황토와 가소성 점토를 혼합하는 단계;
    (B2) 상기 황토 혼합물을 희석한 후 여과하는 단계;
    (B3) 여과된 황토 혼합물을 건조시킨 후 성형기를 사용하여 바이오 토분 성형체로 제조하고 건조하는 단계; 및
    (B4) 상기 (A2) 단계에서 얻어진 표면 개질된 활성탄 성형체와 상기 (B3) 단계에서 얻어진 바이오 토분 성형체를 혼합하는 단계;
    를 포함하며,
    상기 (A2) 단계에서 활성탄 성형체를 상기 상등액에 침지 후 건조하는 과정을 2회 이상 반복하는 필터의 제조방법.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 청구항 10에 있어서, 상기 (B1) 단계에서, 황토 90 내지 99 중량부와 가소성 점토 1 내지 10 중량부를 혼합하는 필터의 제조방법.
  14. 청구항 10에 있어서, 상기 (B1) 단계에서 가소성 점토 및 황토의 혼합물 100 중량부에 대하여 샤모트를 5 내지 10 중량부 더 포함하는 필터의 제조방법.
  15. 청구항 10에 있어서, 상기 (B4) 단계에서 활성탄 성형체와 상기 바이오 토분 성형체의 혼합중량비는 4:6 내지 6:4인 필터의 제조방법.
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