KR101641859B1 - 정수슬러지를 이용한 흡착제 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 정수슬러지를 이용한 흡착제 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 정수슬러지를 활용하여 흡착제를 제조하되 양전하물질을 코팅하여 기공에 의한 유해물질 또는 세균의 흡착제거는 물론 기공보다 작은 사이즈의 미세분진 또는 바이러스도 전위차에 의해 흡착 제거할 수 있는 흡착제 및 그 제조방법에 관한 것이다.

Description

정수슬러지를 이용한 흡착제 및 그 제조방법{ADSORBENT USING WATERWORKS SLUDGE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 정수슬러지를 이용한 흡착제 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 정수슬러지를 활용하여 흡착제를 제조하되 양전하물질을 코팅하여 기공에 의한 유해물질 또는 세균의 흡착제거는 물론 기공보다 작은 사이즈의 미세분진 또는 바이러스도 전위차에 의해 흡착 제거할 수 있는 흡착제 및 그 제조방법에 관한 것이다.
우리나라의 정수는 취수구-침사지-취수펌프장-오존처리-착수지/혼화지-침전지-여과지-오존처리-입상활성탄 여과지-정수지-양수장-배수지-수요지 등이 주요 단계를 통해 이루어지고 있다.
이러한 정수장에서 배출수 처리의 대상이 되는 것은 주로 침전지의 배출슬러지와 여과지의 세척배출수로서 그 성분은 원수 중의 대부분의 부유물질과 용해성 물질 및 응집제 등이다. 이들은 대개 무기성분이지만 최근에는 하천의 오탁과 부영양화 등의 진행에 따라 유기물질 함량이 점차 증가하고 있다.
원수의 불순물을 제거하는 일련의 공정에서 발생되는 슬러지는 모래, 실트, 용액속의 유기물, 부유물질, 경도를 유발하는 이온들, 박테리아와 유기체, 생산된 수질을 저하시키는 기타 물질들로 이루어져 있다. 상기 정수장 슬러지는 처리 방법과 화합물의 종류 및 사용량에 따라서 조성에 다양한 차이가 있지만 일반적으로는 무기물로 35∼50%의 SiO2, 20∼30%의 Al2O3을 함유하고 있다.
이와같이 대한민국 정수처리장에서 발생하는 정수 슬러지는 2008년말 기준 1일 평균 1,800톤에 달하고 있으며, 정수장의 증설 및 상수도 보급율의 증가, 고도정수처리시설의 도입 등으로 정수 슬러지의 발생은 계속 증가되고 있다. 이들의 처리는 대부분 매립과 해양투기에 의존해 왔으나 기존 매립장의 포화에 따른 새로운 부지확보의 어려움, 침출수배출에 따른 민원발생 등의 문제를 안고 있으며, 런던협약에 따라 2007년부터 해양투기가 금지됨에 따라 새로운 정수 슬러지 처리의 필요성이 고조되면서 친환경적이고 경제성 있는 정수 슬러지 재활용기술개발이 시급히 요청되고 있다.
현재 정수슬러지를 재활용하는 기술로 건축자재 조성물, 타일재료 및 흡착제로 사용하는 방안이 제시되고 있다. 이 중 흡착제로 사용하는 방안은 거의 정수슬러지를 활성화시켜 다공질을 통해 유해성분의 흡착 제거시키고 있다.
한국등록특허 제10-1200629호(2012.11.06.등록; 이하 '선행문헌1' 이라 함)의 정수 슬러지를 이용한 기능성 흡착제 및 이의 제조방법에서는 정수슬러지를 인산 또는 황산을 이용하여 표면을 개질시켜 다공성 흡착제 분말을 제조하고, 이를 겔상태의 전분과 혼합하여 반죽하고, 펠렛 형상으로 성형하여 흡착제를 제조하는 방안을 제시하였다.
한국공개특허 제10-2014-0056650호(2014.05.12.공개; 이하 '선행문헌2'이라 함)의 정수슬러지를 이용한 흡착제 및 표면 개질된 흡착제는 정수슬러지와 인산을 반응시켜 표면을 개질시켜 메조기공을 형성시켜 활성화가 이루어지도록 한 흡착제 제조방안을 제시하였다.
이와같이 상기 선행문헌 1과 2는 모두 정수슬러지를 개질시켜 흡착성을 향상시킨 방안만을 제시하고 있다.
그러나 상기 종래 방식의 흡착제는 기공보다 작은 물질에 대해서는 흡착제거율이 낮으므로 보다 새로운 방식에 의한 흡착제 및 제조방법에 대한 연구가 필요한 실정이다.
한국등록특허 제10-1200629호(2012.11.06.등록) : 정수 슬러지를 이용한 기능성 흡착제 및 이의 제조방법 한국공개특허 제10-2014-0056650호(2014.05.12.공개) : 정수슬러지를 이용한 흡착제 및 표면 개질된 흡착제
이에 본 발명의 정수슬러지를 이용한 흡착제 및 그 제조방법은,
정수슬러지와 석회석을 혼합 가열시켜 유기물을 포함한 불순물을 제거한 후 양전하물질을 코팅시킴으로써 다공질에 의한 흡착과 양전하물질의 전위차에 의한 흡착이 동시에 제공될 수 있는 흡착제 및 제조방법의 제공을 목적으로 한다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 정수슬러지를 이용한 흡착제는,
정수슬러지와 석회석이 혼합된 활성슬러지를 탄화시킨 탄화슬러지에 양전하물질을 코팅하여 구성된다.
상기 흡착제는, 정수슬러지 100중량부에 대해 석회석 5~20중량부로 혼합한 활성슬러지를 탄화시키고, 탄화슬러지 100중량부에 대해 양전하물질 0.01~5중량부로 코팅하여 0.01~3mm의 크기로 구성된다.
여기서 상기 활성슬러지는, 정수슬러지 100중량부에 대해 금속 또는 금속산화물 0.001 ~ 0.2 중량부가 더 혼합되어 조성되고; 상기 금속 또는 금속산화물은, 이트륨(Y), 몰리브덴(Mo), 비스므스(Bi), 텔레늄(Te), 망간(Mn), 코발트(Co), 로듐(Rh), 이리듐(Ir), 니켈(Ni), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au) 및 알루미늄(Al) 중에서 1종 또는 2종 이상 선택하여 혼합될 수 있다.
또한, 상기 양전하물질은 키토산 및 4급 암모늄계로 이루어진 군으로부터 1종 또는 2종 이상 선택되어 코팅된다.
아울러 본 발명의 정수슬러지를 이용한 흡착제 제조방법은,
정수슬러지와 석회석을 혼합하고 교반시켜 활성슬러지를 제조하는 제1단계; 활성슬러지를 소성로를 이용하여 유기물을 탄화시켜 탄화슬러지를 제조하는 제2단계; 양전하물질을 용매에 용해하여 양전하물질 용해액을 제조하는 제3단계; 제2단계의 탄화슬러지를 제3단계의 양전하물질 용해액과 혼합한 다음 교반시키는 제4단계; 제4단계의 교반물을 건조로로 투입하여 건조시켜 탄화슬러지에 양전하물질이 코팅된 흡착제를 제조하는 제5단계;를 포함하여 이루어진다.
상기 제1단계에서 활성슬러지는 정수슬러지 100중량부에 대해 석회석 5~20중량부를 혼합하여 제조하고; 상기 제2단계에서 소성로의 소성온도는 400~600℃이고, 1~3시간 소성시켜 탄화슬러지를 제조하고; 상기 제3단계에는 용매는 물 또는 산(acid)을 포함한 용액이고, 양전하물질은 탄화슬러지 100중량부에 대해 0.01~5중량부가 코팅되도록 용매에 용해시키고; 상기 제4단계에서의 교반은 30분~2시간 실행하고; 상기 제5단계에서 건조는 100~180℃의 건조로에서 1~2시간 건조가 이루어지도록 할 수 있다.
또한, 상기 제1단계에는 정수슬러지 100중량부에 대해 금속 또는 금속산화물 0.001~0.2중량부가 혼합되는 단계가 포함될 수 있다.
상기 해결수단에 의한 본 발명의 정수슬러지를 이용한 흡착제 및 그 제조방법은,
기존 정수슬러지를 이용한 흡착제가 정수슬러지를 활성화하여 기공에 의해 미세먼지 또는 유해가스의 흡착제거가 이루어지도록 하는데 반하여 본 발명은 정수슬러지의 활성화와 전위차에 의한 흡착을 동시에 제공함으로써 기공에 의해 흡착되지 않는 기공보다 작은 크기의 미세 오염물질도 전위차에 의해 흡착 제거함으로써 다양한 크기의 오염물질에 대한 여과성능을 향상시킬 수 있는 흡착제의 제공이 가능하게 되었다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 흡착제 제조과정을 도시한 흐름도.
이하 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나 실시예는 본 발명의 기술적 사상의 내용과 범위를 쉽게 설명하기 위한 예시일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적 범위가 한정되거나 변경되는 것은 아니다. 또한 이러한 예시에 기초하여 본 발명의 기술적 사상의 범위 안에서 다양한 변형과 변경이 가능함은 당업자에게는 당연할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 흡착제 제조과정을 도시한 흐름도이다.
도 1을 참조하여 본 발명에 따른 정수슬러지를 이용한 흡착제 제조방법을 설명하면,
제1단계로 정수슬러지와 석회석을 혼합하고 교반시켜 활성슬러지를 제조한다.
상기 정수슬러지의 일반적인 조성은 35∼50%의 SiO2, 20∼30%의 Al2O3을 포함하는 무기물에 유기물이 일부 포함되어 구성되며, 다공질의 석회석을 혼합하여 표면적을 증가시켜 활성도를 높인 활성슬러지를 제조한다.
이때 상기 정수슬러지와 석회석의 혼합비율은 정수슬러지 100중량부에 대해 석회석 5~20중량부가 혼합되어 조성되는 것이 바람직하다. 상기 석회석이 5중량부 이하로 혼합되면 표면적 증가가 미비하고, 20중량부 이상으로 혼합될 경우 석회석에 의한 흡착성능 저감현상이 발생하기 때문에 제시된 혼합비율을 유지하는 것이 중요하다.
상기 정수슬러지와 석회석이 균일하게 혼합되기 위해 전체중량 100중량부에 대해 10~20중량부의 물을 더 첨가할 수 있다.
교반시간은 짧을 경우 정수슬러지와 석회석의 혼합이 균일하게 이루어지지 않고, 과하면 균일혼합의 증진이 미비함으로 바람직하게는 30분 ~ 3시간 이내로 이루어지는 것이다.
또한 본 단계에서는 미생물이나 세균 또는 바이러스에 대해 항균력을 증가시키기 위해 금속 또는 금속산화물을 더 혼합하여 활성슬러지를 제조할 수 있다.
상기 금속 또는 금속산화물로는 이트륨(Y), 몰리브덴(Mo), 비스므스(Bi), 텔레늄(Te), 망간(Mn), 코발트(Co), 로듐(Rh), 이리듐(Ir), 니켈(Ni), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au) 및 알루미늄(Al) 중에서 1종 또는 2종 이상 선택할 수 있다.
이러한 금속 또는 금속산화물은 정수슬러지 100중량부에 대해 0.001~0.2중량부로 혼합되어 사용하는 것이 바람직하다. 상기 0.001 중량부 이하로 혼합될 경우 항균성이 미비하고, 상기 0.2중량부 이상으로 혼합될 경우에는 항균성의 증진효과가 커지나 금속 또는 금속산화물이 고가를 형성함으로 경제성이 떨어지는 문제점이 있으므로 상기 범위 내에서 혼합사용하는 것이 바람직하다.
제2단계는 활성슬러지를 소성로에서 가열하여 유기물을 탄화시켜 탄화슬러지를 제조하는 단계이다.
상기 소성온도는 400 ~ 600℃이고, 소성시간은 1~3시간으로 열을 가하여 활성슬러지에 내포된 유기물을 탄화시켜 탄화슬러지를 제조한다. 상기 소성에 의해 활성슬러지를 조성하는 정수슬러지의 일부 성분이 용융되어 인접성분과 결합됨으로 0.01~3mm 입경을 갖는 알갱이 형태로 탄화슬러지가 제조된다.
이 때 상기 소성온도가 400℃ 이하로 가해지면 활성슬러지의 건조 및 탄화시간이 오래 소요되고, 600℃이상의 온도로 가해지면 건조 및 탄화시간을 단축시킬 수 있으나 고열에 의해 정수슬러지 성분의 부분적인 용융정도가 증가되어 알갱이 입경이 과도하게 증가되는 단점이 있으므로 상기 범위로 가해지는 것이 바람직하다.
또한, 소성과정에서는 석회석(CaCO3)이 열을 전달받아 탄산가스를 배출시키면서 다공질의 생석회(CaO)로 변화되며, 이러한 과정에서 표면적이 더욱 증대된다. 또한, 일부 생석회는 정수슬러지의 규산성분과 결합되어 규산칼슘(3CaOㅇSiO2, 2CaOㅇSiO2)으로 변화되며, 이후 물이 혼합되면 결정화가 이루어지면서 강도를 증가시켜 탄화슬러지를 알갱이화 할 수 있다.
본 단계에서의 탄화슬러지는 분말상 또는 0.01~3mm 입경을 갖는 알갱이를 의미하는 것이지만 이에 한정하는 것이 아니며, 0.01mm 이하의 입경을 갖는 분말상 또는 알갱이도 포함될 수 있으나 이는 취급이 까다로움으로, 취급용이성을 감안하여 0.01~3mm 입경을 갖는 알갱이가 전체량에 대해 90% 이상 분포되는 것을 사용하는 것이 바람직하다.
제3단계는 양전하물질을 용매에 용해하여 양전하물질 용해액을 제조하는 단계이다.
상기 양전하물질로는 키토산 또는 4급 암모늄계로 이루어진 군으로부터 1종 또는 2종 이상 선택하여 용매에 용해시켜 양전하물질 용해액을 제조한다. 상기 양전하물질 용해액은 탄화슬러지 100중량부에 대해 0.01~5중량부가 코팅되도록 하며, 용매로는 물 또는 산(acid)을 사용할 수 있다.
상기 키토산은 게나 가재, 새우 껍데기에 들어 있는 키틴을 60 % 이상, 바람직하기는 65 ~ 98 % 범위로 탈아세틸화하여 얻어낸 물질을 사용할 수 있다. 이때, 상기 키토산의 분자량은 10,000 ~ 100,000 범위를 유지하는 것이 좋다. 상기 분자량이 10,000 미만이면 탄화슬러지에 코팅할 때 접착력이 부족할 뿐만 아니라 양전하의 전위가 낮아지기 때문에 음전하를 띠고 있는 미세먼지나 분진의 부착 여과율이 떨어질 수 있으며, 100,000의 분자량을 초과하는 경우에는 용매로 용해하는 과정 중에 점도증가로 작업성의 효율이 떨어지는 문제점이 발생됨으로 상기 범위로 혼합사용하는 것이 바람직하다.
상기 키토산을 용해시키기 위한 용매로는 산(acid)용액인 구연산, 초산. 황산, 염산 및 질산으로 이루어진 군으로부터 1종 선택할 수 있고, 산용액은 물을 이용하여 희석하여 사용할 수 있으며, 냄새와 환경오염을 방지하기 위해서는 초산을 사용하는 것이 바람직하다.
아울러 상기 4급 암모늄계는 콜린(Choline), 카르니틴(Carnitine), 염화 벤잘코니움 (Benzalkonium chloride); 디나토늄(Denatonium); 브롬화 세트리모늄(Cetrimonium bromide); 염화 디알릴디메틸암모늄(Diallyldimethyl ammonium chloride); 3-클로로-2-하이드록시프로필트리메틸암모늄 클로라이드(3-chloro-2-hydroxypropyltrimethylammonium chloride, CHPTAC); 아크릴아미드와 4차화된 디메틸암모늄에틸메타크릴레이트의 공중합체(Copolymer of acrylamide and quaternized dimethylammoniumethyl methacrylate); 염화 디알릴디메틸암모늄고분자(Poly(diallyldimethylammonium chloride)); 아크릴아미드와 염화 디알릴디메틸암모늄의 공중합체(Copolymer of acrylamide and diallyldimethylammonium chloride); 4차화된 하이드록시에틸 셀룰로오스(Quaternized hydroxyethylcellulose); 비닐피롤리돈과 4차화된 디메틸아미노에틸 메타크릴레이트의 공중합체(Copolymer of vinylpyrrolidone and Quaternized dimethylaminoethyl methacrylate); 비닐피롤리돈과 4차화된 비닐이미다졸의 공중합체(Copolymer of vinylpyrrolidone and quaternized vinylimidazole); 아크릴산과 염화 디알릴디메틸암모늄의 공중합체(Copolymer of Acrylic Acid and Diallyldimethylammonium Chloride); 비닐피롤리돈과 메타크릴아미도프로필트리메틸암모늄의 공중합체(Copolymer of vinylpyrrolidone and methacrylamidopropyl trimethylammonium); 폴리(아크릴아미드 2-메타크릴옥시에틸 암모늄 클로라이드)(Poly(acrylamide 2-methacryloxyethyltrimethyl ammonium chloride)); 아크릴산과 아크릴아미드 및 염화 디알릴 디메틸암모늄의 3량체(Terpolymer of Acrylic Acid, Acrylamide and Diallyldimethylammonium Chloride); 비닐카프로락탐과 비닐피롤리돈 및 4차화된 비닐이미다졸의 3량체(Terpolymer of vinylcaprolactam, vinylpyrrolidone, and quaternized vinylimidazole); 및 아크릴산과 메타크릴아미도프로필트리메틸암모늄 및 아크릴산 메틸의 3량체(Terpolymer of Acrylic Acid, Methacrylamidopropyl Trimethyl Ammonium Chloride, and Methyl Acrylate) 중에서 선택사용할 수 있다. 4급 암모늄계를 용해시키는 용매로는 물(증류수)이 사용될 수 있다.
제4단계는 제2단계의 탄화슬러지를 제3단계의 양전하물질 용해액과 혼합한 다음 교반시키는 단계이다.
상기 교반은 탄화슬러지와 양전하물질 용해액을 균일하게 혼합되도록 하여 탄화슬러지의 표면에 양전하물질 용해액이 고르게 코팅되도록 한 것이다.
이러한 교반은 1000~3000 rpm 속도로 30분~2시간 실행하여 균일하게 혼합하는 것이 바람직하다. 상기 30분 이하로 교반하면 탄화슬러지와 양전하물질 용해액의 혼합이 균일하게 이루어지지 않아 탄화슬러지의 코팅률이 낮아지며, 2시간 이상으로 교반하면 균일코팅 정도가 미비함으로 상기 범위로 교반이 이루어지게 하는 것이 바람직하다.
제5단계는 제4단계의 탄화슬러지와 양전하물질 용해액의 교반물을 건조로로 투입하여 건조시켜 탄화슬러지에 양전하물질이 코팅된 흡착제를 제조하는 단계이다.
상기 건조는 건조로(드라이오븐)에서 완전건조가 이루어지는 것으로 건조로의 온도는 80~180℃의 범위로 가열이 이루어지고, 1~4시간 건조가 이루어지도록 하며, 바람직하게는 건조시간을 단축시키기 위해 100~180℃의 가열범위에서 1~2시간 내로 건조하는 것이다.
아울러 상기 건조가 완료된 흡착제는 수용성결합제를 더 혼합하여 일정크기로 성형하는 성형단계(제6단계)가 더 이루어질 수 있다.
상기 성형단계는 수용성결합제를 일정량 흡착제와 교반시킨 다음 성형틀로 가압 또는 압출시켜 일정크기로 성형되도록 하거나, 진동판에 흡착제를 안치하여 진동이 이루어지도록 하면서 수용성결합제를 분무하여 양전하물질이 코팅된 흡착제가 수용성결합체와 결합되면서 일정크기로 뭉쳐 흡착볼로 성형한 다음 수분을 건조시키는 과정이 포함될 수 있다. 상기 흡착볼은 입경을 0.1~10mm의 범위로 형성할 수 있고, 석회석이 정수슬러지와 함께 소성후 수분과의 접촉에 의해 고형화되고, 수용성결합제가 혼합됨으로 결합력이 향상되어 다양한 분야에 적용하여 흡착성능을 제공할 수 있다.
상기 수용성결합제로는 전분, 셀룰로우즈 또는 그 유도체, 알긴산, 젤라틴, 폴리비닐알콜(PVA)이 포함되며, 수분산성결합제로서 수분산성아크릴수지 또는 그 유도체와 수분산성 비닐아세테이트수지가 포함되고, 그밖에 크로만인덴계 수지, 테르펜계 수지, 테르펜페놀계 수지, 방향족탄화수소 변성테르펜계 수지, 테르펜계 수소첨가계 수지, 테르펜페놀계 수소첨가계 수지, 로진계 수지, 수소첨가 로진에스테르계 수지, 로진변성페놀계 수지, 알킬페놀계 수지 등의 천연수지계의 점착성을 구비한 결합제나, 알킬페놀아세틸렌계 수지, 알킬페놀포름알데히드계 수지, 스티렌계 수지, 지방족계 석유수지, 지환족계 석유수지, 공중합계 석유수지, 방향족계 석유수지, 자일렌계 수지, 자일렌포름알데히드계 수지 등의 합성 수지계의 점착성을 구비한 결합제나, 폴리부텐, 액상계 고무 등의 올리고머계 점착부여제 등이 사용될 수 있다.
상기 제조방법에 의해 제조된 본 발명의 흡착제는 정수슬러지 100중량부에 대해 석회석 5~20중량부로 혼합하여 탄화시키고, 탄화된 슬러지 100중량부에 대해 양전하물질 0.01~5중량부로 코팅하여 0.01~3mm의 크기로 구성된다.
또한, 본 발명의 흡착제는 정수슬러지 100중량부에 대해 석회석 5~20중량부와 금속 또는 금속산화물 0.001 ~ 0.2 중량부를 혼합하여 탄화시키고, 탄화된 슬러지 100중량부에 대해 양전하물질 0.01~5중량부로 코팅하여 0.01~3mm의 크기로 구성된다.
이와같이 제조된 흡착제는 기공에 의한 이물질 또는 유해가스를 흡착시켜 여과시키는 것은 물론 흡착제에 코팅된 양전하물질에 의해 기공으로 여과되지 않은 미세먼지나 분진까지 전위차로 흡착분리하여 여과성능을 향상시킬 수 있다.
<실시예1 - 석회석 혼합량을 조절한 흡착제 제조>
대전 인근 정수처리장의 공급받아 건조시킨 정수슬러지 100g에 석회석의 혼합량을 변화하여 혼합하고 1500rpm으로 1시간 교반시켜 활성슬러지를 제조하였다.
제조된 활성슬러지는 소성로로 투입하여 500℃의 온도에서 1시간 소성하여 유기물을 탄화시켜 탄화슬러지를 제조하였다
탈아세틸화된 키토산(분자량 50,000) 10g을 초산10ml와 증류수 90ml를 혼합한 용매에 혼합 및 교반하여 양전하물질 용해액을 제조하였다.
제조된 탄화슬러지 100중량부를 칭량하고, 이에 양전하물질이 10g 용해된 양전하물질 용해액 20ml를 투입하여 최종적으로 탄화슬러지 100중량부에 양전하물질 2g을 혼합하여 1500rpm속도로 1시간 교반하여 코팅이 이루어지도록 하였다.
교반이 완료된 교반물을 건조로에 투입하여 120℃의 온도에서 1시간 건조시켜 완전 건조도도록 해 흡착제를 제조하여 하기 표1과 같이 조성되었다.
Figure 112014098706379-pat00001
상기 AS-11 내지 AS-19는 정수슬러지를 이용하여 본 발명의 제조방법으로 제조된 흡착제이고, SS-1은 비교대상인 순수활성탄을 나타낸 것이다.
<실험예 1 - 탈취실험>
상기 표1의 샘플을 암모니아에 대한 탈취실험을 하였다.
1) 5L 크기의 테드라백(Tedlar bag)에 표 1의 시료 10g을 넣고, 시험가스로는 90ppm 농도의 암모니아를 주입하였고, 주입후 밀봉하였다.
시험가스는 KS I 2218의 규정에 의해 측정하였고, 시험중 온도는 23±4℃, 습도는 50±10%를 유지하였다.
탈취율(%)=[(blank 농도 - 측정가스농도)/blank 농도]×100
시험가스의 농도는 초기(0분), 30, 60, 90, 120 분 경과 시마다 측정하여 하기 표 2에 나타내었다
Figure 112014098706379-pat00002
상기 표 2를 참조한 바와같이 정수슬러지에 석회석을 혼합하여 양전하물질을 코팅한 AS-16 내지 AS-18의 흡착제 시료의 경우 순수활성탄과 유사하게 암모니아에 대해 84.3% ~ 86.7%의 높은 탈취율이 나타남을 알 수 있다. 다만 석회석의 혼합이 정수슬러지 100중량부 대비 5중량부 이하로 혼합될 경우 활성화 정도가 낮아져 탈취율이 다소 저하되는 것을 알 수 있으며, 10중량부 이상으로 혼합될 경우에는 탈취율 증진정도가 미비하고 오히려 다소 낮아지게 결과가 나타났다.
<실시예2 - 양전하물질 혼합량을 조절한 흡착제 제조>
실시예1과 동일한 실험조건으로 흡착제를 제조하되,
정수슬러지와 석회석의 혼합비를 고정시키고, 양전하물질의 혼합량을 조절하였다. 즉, 초산10ml와 증류수 90ml를 혼합한 용매에 양전하물질인 키토산의 혼합량을 달리하여 혼합하였다.
최종적으로 제조된 양전하물질 용해액 중 20ml를 수취하여 혼합하고, 20ml에 포함된 양전하물질의 함량을 하기 표3로 나타내었다.
Figure 112014098706379-pat00003
<실험예 2 - 여과율 측정>
상기 표 3의 시료 10g을 부직포층 사이에 안치하여 10cm 직경의 여과필터를 제조하였다.
카본블랙(상품명: Printex V-2)을 정확히 4g을 측량하여 1×1×1 m의 아크릴 챔버 내부에 넣고, 카본블랙의 분말이 비산되도록 소형선풍기의 바람을 불어주면서 챔버 상단에 배출구에 표 3의 시료가 안치된 여과필터를 안치하고 감압 여과하여 여과필터에 남아있는 카본블랙 분말의 잔존량을 측정하여 하기 표 4에 나타내었다.
Figure 112014098706379-pat00004
상기 표 4에 나타난 바와 같이 양전하물질이 소량 코팅되면 미세분진인 카본블랙의 여과율이 높게 나타남을 알 수 있으며, AS-26의 흡착제 이상의 양전하물질이 코팅되면 여과율 증진정도가 미비하게 나타남을 알 수 있다.
따라서, 양전하물질의 혼합량은 정수슬러지 또는 탄화슬러지 100중량부에 대비하여 0.5~3 중량부의 범위로 혼합사용하여 여과율을 제공하는 것이 바람직하다.
<실시예3 - 양전하물질 종류를 변경시킨 흡착제 제조>
실시예1과 동일한 실험조건으로 흡착제를 제조하였다.
다만 정수슬러지와 석회석 및 양전하물질의 혼합비는 실시예2에서 결과가 우수하게 나타난 AS-26의 혼합비로 고정하였고, 하기 표 5와 같이 4급암모늄계열에서 대표적인 양전하물질로 변경하여 흡착제를 제조하였다. 이 때 상기 표 5의 양전하물질은 실시예2의 산물질 용매에 용해시키지 않고 물에 용해시켜 사용하였다.
Figure 112014098706379-pat00005
<실험예 3 - 여과율 측정>
실험예2와 동일하게 여과율을 측정하였다.
시료 모두 카본블랙 잔존량이 3.70~3.73(g)으로 92.5~93.3%의 여과율을 나타내고 있어 키토산과 유사한 결과가 나타남으로 4급 암모늄 계열을 사용해 본 발명의 제조과정으로 흡착제를 제조할 수 있다.
<실시예4 - 금속 또는 금속산화물을 혼합한 흡착제 제조>
실시예1과 동일한 실험조건으로 흡착제를 제조하였다.
다만 정수슬러지와 석회석 및 양전하물질의 혼합비는 실시예2에서 결과가 우수하게 나타난 AS-26의 혼합비로 고정하였다.
양전하물질로는 키토산을 사용하였고, 금속 또는 금속산화물은 대표적으로 은(Ag)을 사용하였으며, 하기 표 6과 같이 혼합하였다.
Figure 112014098706379-pat00006
<실험예 4 - 항균성 시험>
표6의 시료를 1g 씩 취하여 플라스크에 넣고 24시간 세균배양하여 항균성 평가시험을 하였다.
항균성 평가시험의 균주는 대장균(E. coli ATCC 25922) 및 황색 포도상구균(Staphylococcus aureus ATCC 6538)을 이용하여 균수측정법(KS K 0693)에 따라 수행하였고 그 결과를 하기 표 7에 나타내었다.
Figure 112014098706379-pat00007
표 7에 나타난 바와같이 금속성분을 투입하지 않아도 흡착제 성질에 의해 기본적인 항균성을 제공함을 알 수 있다.
- 항균성 시험 반복실행
상기 항균성 시험을 1회 실시한 시료를 이용하여 시료 변경없이 항균성시험을 10회 반복하여 실시하였고, 실시 횟수에 따른 균수를 측정여부를 확인하였다.
금속성분이 포함되지 않은 AS-41 시료의 경우 3회 항균실험에서 균수가 측정되기 시작했으며, 금속성분이 미량 포함된 AS-41 시료도 6회 항균실험에서 균수가 측정되기 시작했고, 나머지 AS-43 내지 AS-49에서는 10회까지 균수가 측정되지 않아 지속적인 항균성능이 제공됨을 알 수 있다.

Claims (8)

  1. 정수슬러지 100중량부에 대해, 석회석 5~20중량부; 금속성분 0.001 ~ 0.2 중량부로 혼합한 활성슬러지를 탄화시키고,
    상기 탄화된 탄화슬러지 100중량부에 대해 4급 암모늄계 양전하물질 0.01~5중량부로 코팅하여 0.01~3mm의 크기로 구성되되,
    상기 금속성분은,
    이트륨(Y), 몰리브덴(Mo), 비스므스(Bi), 텔레늄(Te), 망간(Mn), 코발트(Co), 로듐(Rh), 이리듐(Ir), 니켈(Ni), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au) 및 알루미늄(Al) 중에서 1종 또는 2종 이상 선택하고,
    상기 4급 암모늄계 양전하물질은,
    콜린(Choline), 카르니틴(Carnitine), 염화 벤잘코니움 (Benzalkonium chloride); 디나토늄(Denatonium); 브롬화 세트리모늄(Cetrimonium bromide); 염화 디알릴디메틸암모늄(Diallyldimethyl ammonium chloride); 3-클로로-2-하이드록시프로필트리메틸암모늄 클로라이드(3-chloro-2-hydroxypropyltrimethylammonium chloride, CHPTAC); 아크릴아미드와 4차화된 디메틸암모늄에틸메타크릴레이트의 공중합체(Copolymer of acrylamide and quaternized dimethylammoniumethyl methacrylate); 염화 디알릴디메틸암모늄고분자(Poly(diallyldimethylammonium chloride)); 아크릴아미드와 염화 디알릴디메틸암모늄의 공중합체(Copolymer of acrylamide and diallyldimethylammonium chloride); 4차화된 하이드록시에틸 셀룰로오스(Quaternized hydroxyethylcellulose); 비닐피롤리돈과 4차화된 디메틸아미노에틸 메타크릴레이트의 공중합체(Copolymer of vinylpyrrolidone and Quaternized dimethylaminoethyl methacrylate); 비닐피롤리돈과 4차화된 비닐이미다졸의 공중합체(Copolymer of vinylpyrrolidone and quaternized vinylimidazole); 아크릴산과 염화 디알릴디메틸암모늄의 공중합체(Copolymer of Acrylic Acid and Diallyldimethylammonium Chloride); 비닐피롤리돈과 메타크릴아미도프로필트리메틸암모늄의 공중합체(Copolymer of vinylpyrrolidone and methacrylamidopropyl trimethylammonium); 폴리(아크릴아미드 2-메타크릴옥시에틸 암모늄 클로라이드)(Poly(acrylamide 2-methacryloxyethyltrimethyl ammonium chloride)); 아크릴산과 아크릴아미드 및 염화 디알릴 디메틸암모늄의 3량체(Terpolymer of Acrylic Acid, Acrylamide and Diallyldimethylammonium Chloride); 비닐카프로락탐과 비닐피롤리돈 및 4차화된 비닐이미다졸의 3량체(Terpolymer of vinylcaprolactam, vinylpyrrolidone, and quaternized vinylimidazole); 및 아크릴산과 메타크릴아미도프로필트리메틸암모늄 및 아크릴산 메틸의 3량체(Terpolymer of Acrylic Acid, Methacrylamidopropyl Trimethyl Ammonium Chloride, and Methyl Acrylate) 중에서 1종 또는 2종 이상 선택된 것을 특징으로 하는 흡착제.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 정수슬러지 100중량부에 대해 석회석 5~20중량부, 금속성분 0.001~0.2중량부를 혼합 및 교반시켜 활성슬러지를 제조하는 제1단계;
    상기 활성슬러지를 400~600℃ 소성로에서 1~3시간 가열하여 유기물을 탄화시켜 탄화슬러지를 제조하는 제2단계;
    4급 암모늄계 양전하물질로부터 1종 또는 2종 이상 선택한 양전하물질을 용매인 물에 용해하여 양전하물질 용해액을 제조하는 제3단계;
    제2단계의 탄화슬러지를 제3단계의 양전하물질 용해액과 혼합한 다음 30분~2시간 교반시키는 제4단계;
    제4단계의 교반물을 100~180℃의 건조로로 투입하여 1~2시간 건조시켜 탄화슬러지 100중량부에 대해 양전하물질 0.01~5중량부가 코팅된 흡착제를 제조하는 제5단계;를 포함하여 이루어지되,
    상기 금속물질은,
    이트륨(Y), 몰리브덴(Mo), 비스므스(Bi), 텔레늄(Te), 망간(Mn), 코발트(Co), 로듐(Rh), 이리듐(Ir), 니켈(Ni), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au) 및 알루미늄(Al) 중에서 1종 또는 2종 이상 선택한 것이고,
    상기 4급 암모늄계 양전하물질은,
    콜린(Choline), 카르니틴(Carnitine), 염화 벤잘코니움 (Benzalkonium chloride); 디나토늄(Denatonium); 브롬화 세트리모늄(Cetrimonium bromide); 염화 디알릴디메틸암모늄(Diallyldimethyl ammonium chloride); 3-클로로-2-하이드록시프로필트리메틸암모늄 클로라이드(3-chloro-2-hydroxypropyltrimethylammonium chloride, CHPTAC); 아크릴아미드와 4차화된 디메틸암모늄에틸메타크릴레이트의 공중합체(Copolymer of acrylamide and quaternized dimethylammoniumethyl methacrylate); 염화 디알릴디메틸암모늄고분자(Poly(diallyldimethylammonium chloride)); 아크릴아미드와 염화 디알릴디메틸암모늄의 공중합체(Copolymer of acrylamide and diallyldimethylammonium chloride); 4차화된 하이드록시에틸 셀룰로오스(Quaternized hydroxyethylcellulose); 비닐피롤리돈과 4차화된 디메틸아미노에틸 메타크릴레이트의 공중합체(Copolymer of vinylpyrrolidone and Quaternized dimethylaminoethyl methacrylate); 비닐피롤리돈과 4차화된 비닐이미다졸의 공중합체(Copolymer of vinylpyrrolidone and quaternized vinylimidazole); 아크릴산과 염화 디알릴디메틸암모늄의 공중합체(Copolymer of Acrylic Acid and Diallyldimethylammonium Chloride); 비닐피롤리돈과 메타크릴아미도프로필트리메틸암모늄의 공중합체(Copolymer of vinylpyrrolidone and methacrylamidopropyl trimethylammonium); 폴리(아크릴아미드 2-메타크릴옥시에틸 암모늄 클로라이드)(Poly(acrylamide 2-methacryloxyethyltrimethyl ammonium chloride)); 아크릴산과 아크릴아미드 및 염화 디알릴 디메틸암모늄의 3량체(Terpolymer of Acrylic Acid, Acrylamide and Diallyldimethylammonium Chloride); 비닐카프로락탐과 비닐피롤리돈 및 4차화된 비닐이미다졸의 3량체(Terpolymer of vinylcaprolactam, vinylpyrrolidone, and quaternized vinylimidazole); 및 아크릴산과 메타크릴아미도프로필트리메틸암모늄 및 아크릴산 메틸의 3량체(Terpolymer of Acrylic Acid, Methacrylamidopropyl Trimethyl Ammonium Chloride, and Methyl Acrylate) 중에서 1종 또는 2종 이상 선택된 것 임을 특징으로 하는 흡착제 제조방법.
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