KR970007055B1 - 세라믹 분리막 및 그의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
내용없음
Description
제1도는 본 발명의 세라믹 분리막의 표면 확대 사진으로서, (a)는 여과를 수행하기 전의 200배 확대사진이고, (b)는 여과를 수행한 후의 300배 확대사진이다.
제2도는 본 발명의 세라믹 분리막의 단면 확대 사진으로서, (a)는 키토산 코팅 처리전의 2000배 확대사진이고, (b)는 키토산 코팅 처리후의 3000배 확대사진이다.
본 발명은 세라믹 분리막 및 그의 제조방법에 관한 것으로서, 상세하게는 고분자 합성수지 상에 금속 촉매를 포함하는 원적외선 방사 세라믹을 침적시키고 이를 키틴의 탈아세틸화물인 키토산 용액으로 코팅, 고정시켜 제조함으로써, 물이나 유기용제에 안정하고 높은 기계적 신장 강도를 가지면서도 통수성이 양호하여 하수 및 오염공기로부터 고분자 화합물, 유기 화합물 및 중금속 산화물 등을 선택적으로 분리시킬 수 있는 세라믹 분리막 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
산업 발달 및 인구 증가에 따라 대기 및 하천수의 오염은 점차 심각해 지고 있으며, 이에 따라 오염된 공기 및 하천수를 정화하려는 노력도 가중되고 있다. 대기오염의 발생원인인 차량 및 난방시설에서 발생하는 유해가스를 제거하여 오염된 공기를 정화시키는 방법으로서 필터를 사용하는 여과 방법이 있으나, 이는 주로 공기 정화장치 내부로 인입되는 공기 중에서 먼지 및 기타 일정 크기 이상의 고형입자만을 걸러내기 위하여 합성섬유 부직포로 만든 필터를 사용하는 것으로서 공기정화의 부수적인 수단이 되고 있을 뿐이다. 또한, 하천수의 정화 처리는 물리적, 화학적 및 생물학적 처리 단계가 있는데 물리적처리 단계중 모래, 활성탄, 규조토, 또는 세밀하게 짜여진 섬유 등으로 이루어진 매질층에 물을 통과시켜 부유물을 제거하는 여과단계가 있으나, 이는 하수 정화에 있어서 부수적인 단계에 지나지 않고 있다.
한편 산업 현장에서는 공기 조절 시스템을 위한 인입 공기의 여과, 반도체 분야 등과 같은 정밀 기기분야에서의 초청정 시스템을 위한 공기 정화의 목적으로 기공의 크기가 0.1-수십μm 범위에 있는 정밀 여과막을 사용하고 있다. 이러한 정밀 여과막을 구성하는 재료로서는 초산 셀룰로오스, 폴리아크릴로니트릴 또는 폴리아미드와 같은 고분자 합성수지가 사용되며 폴리에테르설폰계 등의 중공사(中空絲)가 사용되기도 한다. 이러한 정밀 여과막은 기공의 분포를 균일하게 제조하기 어려울 뿐 아니라 고가의 설비가 필요하다는 문제가 있다. 또한 이렇게 제조된 정밀 여과막은 알칼리나 산에 약하고 화학적 변화를 일으키기 쉬울 뿐 아니라, 콜로이드 상태의 미립자 및 기타 걸러진 불순물 등에 의해서 기공이 쉽게 막혀 그 성능이 저하되므로, 일정 기간 마다 침착된 불순물을 제거하거나 새로운 것으로 교체해야 한다.
한편, 원적외선은 파장 0.76-1000μm의 적외선 영역에 있어서 파장이 긴 부분을 지칭하는데, 그 파장 경계는 명확하게 정의되어 있지 않으며 본 발명에서는 2.5μm 이상의 파장 영역을 의미하는데 사용하기로 한다. 상기의 파장 영역은 자연계에 존재하는 유기 화합물 분자의 고유 진동수에 가까와 이와 쉽게 공진(共振)하기 때문에, 유기 고분자 화합물로 이루어진 생체 내로 잘 흡수되어 생체 내의 분자를 자극하여 활성화시키는 작용을 하게 된다. 다시 말하면 모든 물질은 구성 원자의 질량, 결합방법, 배열상태, 결합력 등에서 차이가 있으며 이에 따라 고유의 진동수와 회전주파수를 갖게 되는데, 파장 2.5-25μm 영역은 대다수 분자의 신축, 변각 등 진동상태에 변화를 주고 파장 25-100μm 영역은 분자의 회전에너지에 변화를 주어 활성화시키게 되는 것이다.
이와 같은 원적외선을 상온에서 방사하는 물질로는 규사 등을 주성분으로 하는 세라믹이 있다. 인공 세라믹은 고순도의 알루미나(Al2O3), 실리카(SiO2), 지르코니아(ZrO2), 산화티탄(TiO2) 등을 주성분으로 하고 용도에 따라 천이금속인 산화제2철(Fe2O3), 산화망간(MnO2), 산화동(CuO), 산화칼슘(CaO), 산화크롬(Cr2O3) 등을 부성분으로 첨가하고 가소성 점토를 혼합하여 성형, 소성하여 제조한다. 자연의 원적외선 방사체인 점토는 산지에 따라 그 성분 및 함량이 다르나 공통적으로는 알루미나(Al2O3), 실리카(SiO2), 지르코니아(ZrO2), 산화티탄(TiO2), 산화제2철(Fe2O3), 산화칼슘(CaO), 산화마그네슘(MgO), 산화나트륨(Na2O), 산화칼륨(K2O) 등을 주성분으로 하고 있다. 상기와 같은 원적외선 방사 세라믹은 상기에서 언급한 바와 같이 원적외선 방사에 기인하는 물질 분자의 활성화작용 외에도 세라믹스 자체의 다공성에 기인하는 흡착, 흡수, 포균(捕菌)작용이 있어 물 중의 중금속류 및 균류를 흡착할 뿐 아니라 흡습성이 높아 탈습, 탈취, 곰팡이 방지 등의 효과가 있다.
본 발명에서는 종래의 여과막이 갖는 문제점을 고려하는 동시에, 원적외선 방사 세라믹의 작용 및 그 특성을 이용하여, 공기 및 물 중의 고분자 유기 화합물 및 중금속을 선택적으로 분리하여 정화시킬 수 있으며, 보관 및 사용이 편리하고 그 제조방법도 종래의 방법에 비하여 휠씬 간단하며 비용이 적게 드는 세라믹 분리막 및 그의 제조방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 세라믹 분리막은 산화망간, 산화동, 산화철, 2가 및 3가 철의 금속촉매를 금속으로서 0.1내지 5중량% 함유하는 원적외선 방사 세라믹이 폴리우레탄 수지와 함께 폴리에틸렌 부직포에 침적되고 키토산으로 코팅후 고정화된 것을 특징으로 한다.
상기의 또 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 세라믹 분리막의 제조방법은, 원적외선 방사 세라믹의 폴리비닐알콜 현탁액과, 망간, 동 및 철화합물의 폴리비닐알콜 현탁액을 소정 비율로 혼합하고 건조한 다음 1000℃ 이상에서 소성하여 다공성의 소결체로 하고, 상기의 다공성 원적외선 방사 세라믹과 폴리우레탄 수지를 디메틸포름아미드에 현탁시키고, 상기 현탁 조성물을 폴리에틸렌 부직포 상에 소정두께로 코팅하여 침적시킨 후 표면을 건조시키고, 상기 표면 건조된 부직포를 물에 담가서 조성물 중의 디메틸포름 아미드를 물로 치환한 다음 꺼내어 완전히 탈수 건조시키고, 2가 및 3가 철을 포함하는 폴리비닐알콜 수용액을 상기 탈수 건조된 표면에 분무한 다음 다시 건조시키고, 키틴을 탈아세틸화 처리한 키토산 용액을 상기 건조된 부직포에 코팅하고 알칼리용액으로 고정화시킨 후 건조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 제조한 본 발명의 세라믹 분리막은 그 촉매작용 및 여과효율을 보다 증진시키기 위하여, 폴리비닐알콜 현탁액에 물유리(Na2O·nSiO2)를 소량 포함시키고/시키거나, 상기 2가 및 3가 철의 폴리비닐알콜 수용액에 과망간산칼륨, 탄닌 및/또는 아스코르빈산을 첨가하여 함께 분무 코팅함으로써, 이들 성분 중 적어도 하나가 최정적으로 세라믹 분리막 중에 포함되도록 하는 것이 바람직하다.
본 발명의 세라믹 분리막은 본 발명자가 특허출원 제92-24085호로서 특허출원한 원적외선 세라믹 탈취제와 유사한 작용 원리를 갖는 것인데, 금속 촉매로서 산화망간, 산화동, 산화철, 2가 및 3가 철을 함유하는 원적외선 방사 세라믹을 폴리우레탄 수지와 함께 폴리에틸렌 부직포에 침적시킨 후 이를 갑각류 외피 성분인 키틴을 탈아세틸화처리한 키토산의 용액으로 코팅하고 알칼리 용액으로 처리하여 고정화시킨 것이다. 따라서, 본 발명의 세라믹 분리막은 그 기공에 의해 고분자 및 유기 화합물 등의 불순물을 흡착하고 이어서 원적외선 방사 세라믹 및 금속 촉매의 작용에 의해 이들을 분해 구축시키는 동시에 표면의 키토산 코팅에 의해서는 각종 금속이온이 배척되므로 물과 저분자 물질 만이 통과되어 분리시킬 수 있게 된다. 게다가 본 발명의 세라믹 분리막은 원적외선 세라믹 분말을 고분자수지와 혼합하여 부직포 상에 침적시킨 후, 셀룰로오스 계열의 고분자 화합물인 키토산으로 고정화시켰기 때문에 기계적 강도가 높고 화학적으로 안정할 뿐 아니라, 사용후에는 건조시켜서 표면에 누적된 불순물을 털어버리고 다시 사용할 수 있으며 그대로 건조하여 보관할 수 있으므로 편리하다.
이하 본 발명의 세라믹 분리막 및 그의 제조방법을 보다 상세히 설명하기로 한다.
본 발명에 사용되는 원적외선 방사 세라믹은 알루미나(Al2O3)와 실리카(SiO2)를 주요 구성 성분으로하여 그 조성식이 Al2Si2O5(OH)4로 되는 인공세라믹을 사용하거나, 또는 상기와 같은 성분을 주로 하는 점토를 원료로 하여, 본 발명자가 1989.7.21일자로 출원하여 공고번호 92-5094호(1992.6.26)로 공고된 원적외선 방사 세라믹 입자 제조방법에 의하여 제조되는 천연 원적외선 방사 세라믹을 사용할 수도 있고, 인공세라믹과 천연세라믹을 혼합하여 사용하여도 좋다.
원적외선 방사 세라믹의 구조 중에 포함되는 금속촉매로는 산화망간, 산화동 및 산화제2철이 포함된다. 이들 중 산화망간 및 산화동의 경우는 산화물의 상태로 첨가되거나 또는 소성에 의해 산화물로 되는 화합물의 형태로 첨가한 후에 소정공정을 수행함으로서, 세라믹 구조 중에 산화망간 및 산화동의 상태로 존재하도록 한다. 또한 산화제2철의 경우는, 황산철 등의 형태로 첨가하고 소성하여 α-Fe2O3및 γ-Fe2O3의 강자성체로 되게 하여 세라믹 구조 중에 자기장을 형성하도록 한다. 한편 2가 및 3가 철은 최종적으로 폴리비닐알콜의 수용액 중 이온 형태로 침적시켜 α- 및 γ-Fe2O3의해 형성된 자기장 내에서 서로 전자를 주고 받으면서 산화환원 반응을 촉진하도록 한다.
이에 따라, 원적외선 방사 세라믹의 폴리비닐알콜 현탁액과, 망간 및 동의 화합물, 그리고 황산철 등의 폴리비닐알콜 현탁액을 소정 비율로 혼합하여 건조한 다음 1000℃ 이상에서 소성하여 다공성의 소결입자로 한다. 또한, 여기에서 금속 촉매의 작용 촉진 및 접착제 작용을 하는 물유리(Na2O·SiO2)를 폴리비닐알콜 수용액에 첨가하는 것이 바람직하다.
상기의 다공성 소결체에, 그 양의 약 40내지 60중량%의 폴리우레탄 수지를 혼합하고, 이들 혼합물의 2내지 3배 중량의 디메틸포름아미드를 가하여 현탁시킨다. 이때 폴리우레탄 수지와 원적외선 방사 세라믹 상호간의 혼합 및 접착을 용이하게 하기 위하여 먼저 폴리우레탄 수지를 폴리비닐알콜과 혼합한 다음에 디메틸포름아미드를 가하여 현탁하고 이어서 원적외선 방사 세라믹을 혼합하는 것이 편리하다.
상기 현탁 조성물을 폴리에틸렌 부직포 상에 건조후의 두께가 약 0.5내지 2mm가 되도록 코팅한 다음 약 15분 동안 방치하여 표면을 건조시켜 형상이 고정되도록 한다. 여기에서 부직포의 재료로서는 특별한 제한은 없으나, 예를 들어 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌 등이 바람직한 재료에 포함된다.
다음에는 상기 표면 건조된 조성물로 코팅된 부직포를 물에 담가서 조성물 중의 디메틸포름아미드를 물로 치환시킨다. 여기에서 물에 담그는 조작은 2단계로 나누어서 수행될 수 있는데, 먼저 냉수에 약30분 정도 담가 디메틸포름아미드의 대부분을 물로 치환한 다음, 약 70℃의 온수에 약 30분 동안 담가서 나머지를 완전히 치환시키는 것이 편리하다. 구조중 디메틸 포름아미드를 물로 완전히 치환시킨 다음에는 이것을 물에서 꺼내어 100℃ 이하에서 건조 탈수시켜 원하는 기공을 형성한다.
2가 및 3가 철염을 포함하는 폴리비닐알콜 수용액을 상기 탈수된 표면에 분무한 다음, 다시 100℃이하에서 건조한다. 이 때, 금속 촉매의 작용을 촉진시키기 위하여 과망간산칼륨, 탄닌 및/또는 아스코르빈산을 함께 폴리비닐알콜에 용해시켜 상기 부직포 상에 분무 코팅하는 것이 바람직하다. 본 발명에서 산화망간, 산화동, 산화철, 2가 및 3가 철로 되는 금속촉매의 양은 금속으로서 원적외선 방사 세라믹 중량의 0.1내지 5중량%가 되도록 조절하는데, 만약 0.1% 보다 작으면 촉매 작용이 미미하여 본 발명의 효과를 내기 어렵고, 5% 보다 클 경우에는 그 양의 증가에 따른 효과의 증진이 보이지 않아 비경제적 이므로 상기의 범위에서 사용한다.
다음에는 갑각류 외피를 염산용액 중에서 가열처리하여 얻은 키틴(chitin)을 물:질산(60 : 40)으로 탈아세틸화시켜 키토산(chitosan)의 용액을 얻는다. 여기에 오산화인과 폴리아크릴산을 소량 가하여 가열해 준 다음, 상기 세라믹이 침적된 부직포상에 건조후의 두께가 1내지 0.05μm가 되도록 코팅하여 침적시킨다. 이어서 수산화나트륨 용액으로 처리하여 키토산 피막을 고정시킨 후, 물로 세척하여 수산화나트륨을 완전히 제거하고 건조시켜 본 발명의 세라믹 분리막을 제조한다. 이 때, 수산화나트륨 용액의 농도에 따라 세공의 크기를 조절할 수 있는데, 5내지 10%의 농도가 바람직하며 세공의 크기는 0.4 내지 0.5μm로 된다.
이상에서 설명한 바와 같은 과정을 거쳐 다공성의 세라믹 구조 중에 산화망간, 산화동, 산화철, 2가 및 3가 철이 함침되어 있으며, 바람직하게는 산화나트륨, 과망간산칼륨, 탄닌 및/또는 아스코르빈산이 함께 함침된 원적외선 방사 세라믹이 폴리우레탄 수지에 의해 고정된 상태로 폴리에틸렌 부직포 중에 침적되고 이를 키토산으로 고정화시킨 세라믹 분리막을 제조할 수 있게 된다.
상기와 같이 제조한 본 발명의 세라믹 분리막이 그 효과를 발휘하는 작용기전은 다음과 같다.
즉, 본 발명자가 본출원에 앞서 출원한 특허출원 제92-24085호의 원적외선 방사 탈취제의 작용기전에서도 기술한 바와 같이, 원적외선 방사 세라믹에서 방사하는 2내지 15μm의 원적외선 파장 영역은 대부분의 유기화합물 각 원자단의 고유 흡수 파장 범위와 일치하므로, 이들 유기화합물이 상기 범위의 원적외선을 쉽게 흡수하여 공명하게 되고 금속촉매 존재하에서는 분자구조가 다른 새로운 화합물로 변환될 수 있게 된다. 즉, 원적외선 방사 세라믹에 금속촉매를 함유시켰기 때문에 원적외선의 물질활성화 작용과 금속촉매의 활성화에너지 저하작용이 함께 일어나는데, 특히 에너지 상태가 비교적 높은 자유 기체 분자에 대해서 그 작용이 현저하다. 이에 따라 오염된 공기 중에 기체상태로 함유된 메탄 등의 유기 화합물, 암모니아 등의 질소화합물, 황화수소 및 황산화물 등의 황화합물, 그리고 일산화탄소 등이 다공성 구조 중에 흡착된 후 이산화탄소, 수증기 및 질소 등과 같은 기체로 변환되어 방출되므로 공기를 정화하는 기능을 할 수 있게 된다. 더우기 상기의 반응들은 실온에서 일어날 뿐 아니라, 여러가지 상호반응을 통해 계속적으로 되풀이하게 되므로 단순한 흡착에 의한 여과와는 근본적으로 달라서 장기간 청소 및 교체해 줄 필요가 없다는 장점이 있다. 또한 다공성 세라믹 구조에 의한 먼지 등 고형 불순물의 흡착 제거도 동시에 일어나게 됨은 물론이다.
본 발명의 세라믹 분리막을 액체의 분리 및 정화에 적용하였을 경우에는, 세라믹 분리막의 다공성 구조로 인하여 액중의 고형 불순물 성분이 제거될 뿐 아니라, 특히 원적외선 방사 세라믹 구조 중에 바람직하게 함침시킨 탄닌은 단백질, 전분, 젤라틴 등의 유기물질 뿐 아니라 금속염과 침전을 생성함으로써 이들을 제거할 수 있다. 또한 철, 칼슘 및 마그네슘 이온이 제거되므로 경수(硬水)를 연화시킬 수 있으며, 원적외선 방사 세라믹 구조 중에 함침되어 있는 산화동은 물 중의 황산이온과 결합하여 황산동을 생성하므로 본 발명의 분리막을 물 중에 넣어둘 경우에는 살균 및 미생물의 생장과 번식을 억제시킬 수 있는 효과도 있다. 하수중에 존재하는 유기물은 통상 수화되어 전하를 띠고 있는데 상호 인력과 전기적 반발력의 평형위치에서 안정화되어 존재하므로, 이러한 전위를 감소시키는 응집제를 가해주어야만 침전시켜 제거할 수 있는데, 본 발명의 세라믹 분리막을 사용하면 이러한 응집제의 양을 감소시킬 수 있다. 또한 본 발명의 세라믹 분리막은 금속촉매를 함유하는 원적외선 세라믹을 부직포에 침적시킨 후 이를 갑각류 외피성분으로부터 얻은 친수성 고분자 화합물인 키토산으로 고정화시켰기 때문에, 기계적 화학적 강도가 크고 고온의 액체에 사용할 경우에도 안정한 구조를 유지하면서 물과 저분자량의 물질만을 선택적으로 통과시킬 수 있다.
게다가 본 발명의 세라믹 분리막은 기체 또는 액체의 여과를 수행하는 동안 표면에 축적되는 불순물에 대해서는 배척성을 가지고 있기 때문에, 건조시킨 후 털어버리는 간단한 방법에 의하여 제거할 수 있어 여러번 재사용할 수 있을 뿐 아니라 재사용 중에도 처음과 동등한 여과 효율을 발휘할 수 있어 경제적이기도 하다. 또한 사용후에는 건조시켜서 그대로 보관할 수 있으므로 편리하다는 장점도 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다. 단, 하기의 실시예는 본 발명의 예시일 뿐 본 발명이 이로서 제한되는 것은 아니다.
(실시예)
원적외선 방사 세라믹을 그의 5배 중량의 5% 폴리비닐알콜 수용액 중에 가하여 균질하게 현탁시킨다. 산화망간 및 산화동, 그리고 황산제2철을 마찬가지로 5배 중량의 5% 폴리비닐알콜 수용액 중에 가하여 균질하게 현탁시키고, 여기에 물유리(Na2O·nSiO2)를 소량 첨가한다. 원적외선 방사 세라믹 현탁액과, 금속촉매 혼합물의 현탁액을 서로 혼합하되, 망간과 동의 양은 원적외선 방사 세라믹 중량의 0.5%가 되도록 하고 산화제2철에서의 철의 양은 원적외선 방사 세라믹 중량의 0.2%가 되도록 양을 조절하여 혼합한다. 상기의 폴리비닐알콜 현탁액을 80내지 120℃ 온도의 건조기에서 건조한 다음 약 900℃까지 온도를 높여 약 4시간에 걸쳐 소성함으로써, 그 기공 중에 금속촉매를 함유하는 다공성의 원적외선 방사 세라믹 소결체를 형성한다.
폴리우레탄 수지 300g에 5% 폴리비닐알콜 수용액을 소량 첨가하고 디메틸포름아미드 약 1500g을 가하여 혼합한 다음에, 상기에서 제조한 다공성의 원적외선 방사 세라믹 소결체 약 500g을 가하고 교반하여 현탁액으로 만든다. 상기의 현탁 조성물을 폴리에틸렌 부직포 상에 건조후의 두께가 약 1mm가 되도록 코팅한 다음 약 15분 동안 방치하여 표면이 건조되도록 한다.
상기와 같이 코팅 및 건조된 폴리에틸렌 부직포를 먼저 냉수에 약 30분 동안 담그고, 이어서 약70℃의 온수에 약 30분 동안 담가서 조성물중의 디메틸 포름아미드를 물로 완전히 치환시킨다. 다음에 이를 꺼내어 약 100℃ 이하의 온도에서 완전히 탈수 건조시킨다.
이어서, 황산제일철(FeSO4)과 염화제이철(FeCl3)을 5% 폴리비닐 알콜 수용액 중에 용해시키고 여기에 과망간산 칼륨, 탄닌 및 아스코르빈산을 용해시켜 상기의 건조된 표면에 분무한 다음 100℃ 이하에서 건조한다.
다음에는 갑각류 껍질을 2% 염산 용액에 넣고 가열하여 단백질, 칼슘, 회분 등을 제거한 다음 물 : 질산(60 : 40)으로 처리하여 키틴의 탈아세틸화물인 키토산의 용액을 얻는다. 여기에 오산화인과 폴리아크릴산 소량을 가하고 가열한 후 냉각시킨다. 이를 상기 세라믹이 침적된 부직포 상에 건조후의 두께가 1μm가 되도록 코팅하여 폴리우레탄 수지와 결합되도록 한다. 이어서 소량의 암모니아수를 첨가한 10% 수산화나트륨 수용액으로 세척하여 중화 및 고정시킨 후, 다시 물로 수산화나트륨을 완전히 세척하고 건조시켜 본 발명의 세라믹 분리막을 제조한다.
제1도는 본 발명의 세라믹 분리막의 표면 확대 사진으로서, (a)는 여과를 수행하기 전의 200배 확대사진이고, (b)는 여과를 수행한 후의 300배 확대사진이다. 여과가 수행된 후에는 (b)에서와 같이 세라믹 분리막 표면에 불순물이 침적되어 있는 것을 볼 수 있다.
제2도는 본 발명의 세라믹 분리막의 단면 확대 사진으로서, (a)는 키토산 코팅 처리전의 2000배 확대사진이고, (b)는 키토산 코팅 처리후의 3000배 확대사진이다. 키토산 용액의 코팅에 의해 분리막의 표면이 고정되어 진 것을 볼 수 있다.
상기와 같이 제조한 본 발명의 세라믹 분리막의 효과를 측정하기 위하여 하기와 같은 성능시험을 실시하였다.
(성능시험)
(1) 원적외선 방사 파장 영역 확인 시험
본 발명의 세라믹 분리막에서 방사하는 파장 영역을 확인하기 위한 시험에서, 온도 100℃, 거리 300mm에서 복사 조도를 측정한 결과 1.97mW/cm2로, GE 필터 투과율은 1.7μm 이하에서는 0이고, 2-15μm에서는 약 0.45이었다. 이로서, 본 발명의 분리막이 2-15μm 파장 영역의 원적외선을 방사함을 알 수 있었다.
(2) 생활 하수 정화 효과 시험
본 발명의 세라믹 분리막이 생활하수를 정화하는 효과를 측정하기 위하여, 하수를 분리막으로 통과시키기 전, 그리고 1차 및 2차로 통과시킨 후 각각의 BOD 및 COD를 측정한 결과를 다음의 표 1에 나타내었다.
[표 1]
상기 표 1에서 볼 수 있듯이 본 발명의 분리막을 통과시킨 하수는 BOD 및 COD 저하가 현저하여 그대로 방류해도 좋을 정도로 정화가 되는 것을 알 수 있었다.
(3) 경수의 연화시험
본 발명의 분리막이 경수를 연화하는 효과를 측정하기 위하여, 경수를 분리막으로 통과시키기 전과 통과시킨 후에 각각의 Fe++양을 측정하여, 그리고 Ca++및 Mg++양을 측정하고 CaCO3의 값으로 환산하여 다음의 표 2에 나타내었다.
[표 2]
상기 표 2에서 보듯이, 본 발명의 분리막을 통과시키기 전에는 경도가 135로서 비교적 약한 경수였으나, 분리막을 통과시킨 후에는 경도가 35로서 연수로 된 것을 알 수 있었다(참고로 경도가 0-75mg/l이면 연수, 75-150mg/l이면 비교적 약한 경수, 150-300mg/l이면 경수, 300mg/l 이상이면 아주 강한 경수라고 본다). 또한 Fe++제거 효율도 매우 큰 것을 볼 수 있었다.
(4) 공장 폐수의 정화 효과 시험
본 발명의 세라믹 분리막이 도금공장 폐수를 정화하는 효과를 측정하기 위하여, 폐수(pH 1-2)를 NaOH로 중화시켜 pH6.9-7.2로 하고 응집제를 가한 다음, 분리막으로 통과시키기 전과 통과시킨 후 각각의 BOD, COD 및 각종 이온 농도를 측정하며 그 결과를 다음의 표 3에 나타내었다.
[표 3]
상기 표 3에서 볼 수 있듯이 본 발명이 분리막을 통과시킨 폐수는 BOD, COD 및 각종 유해성분의 농도가 현저하게 저하되어 그대로 방류해도 좋을 정도로 정화가 되는 것을 알 수 있었다.
이상에서 살펴 본 바와 같이, 본 발명의 세라믹 분리막은 원적외선 방사 세라믹에 금속촉매를 함유시켜 폴리우레탄으로 고정시켜 폴리에틸렌 부직포 상에 침적시킨 후 이를 다시 키토산으로 고정화시킨 것으로서, 물이나 유기용제에 안정하고 높은 기계적 인장 강도를 가지면서도 친수성이므로 하수 및 오염공기로부터 고분자 화합물, 유기 화합물 및 중금속 산화물 등을 선택적으로 분리시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 세라믹 분리막은 공기 및 액체의 여과 및 정화를 위하여 반영구적으로 유용하고 편리하게 사용할 수 있는 매우 실용적인 발명인 것이다.
Claims (3)
- 산화망간, 산화동, 산화철, 2가 및 3가 철의 금속촉매를 금속으로서 0.1 내지 5중량% 함유하는 원적외선 방사 세라믹이 폴리우레탄 수지와 함께 폴리에틸렌 부직포에 침적되고 키토산으로 코팅후 고정화된 것을 특징으로 하는 세라믹 분리막.
- 제 1항에 있어서, 상기 분리막에 물유리(Na2O·nSiO2)로부터 유래된 산화나트륨, 과망간산칼륨, 탄닌 및 아스코르빈산 중 적어도 하나가 더욱 함유되는 것을 특징으로 하는 세라믹 분리막.
- 원적외선 방사 세라믹의 폴리비닐알콜 현탁액과, 망간, 동 및 철화합물의 폴리비닐알콜 현탁액을 소정 비율로 혼합하고 건조한 다음 1000℃ 이상에서 소성하여 다공성의 소결체로 하고, 상기의 다공성 원적외선 방사 세라믹과 폴리우레탄 수지를 디메틸포름아미드에 현탁시키고, 상기 현탁 조성물을 폴리에틸렌 부직포 상에 소정 두께로 코팅하여 침적시킨 후 표면을 건조시키고, 상기 표면 건조된 부직포를 물에 담가서 조성물 중의 디메틸포름아미드를 물로 치환한 다음 꺼내어 완전히 탈수 건조시키고, 2가 및 3가 철을 포함하는 폴리비닐알콜 수용액을 상기 탈수 건조된 표면에 분무한 다음 다시 건조시키고, 키틴을 탈아세틸화처리한 키토산 용액을 상기 건조된 부직포에 코팅하고 알칼리용액으로 고정화시킨후 건조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹 분리막의 제조방법.
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