KR100199702B1 - 담배필터용 활성탄 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 담배필터용으로 유용한 활성탄의 제조방법에 관한 것으로서, 활성탄을 수산화나트륨이나 수산화칼륨 용액을 사용하여 탈황 및 탈무기물화 처리하는 1단계; 상기 탈황 및 탈무기물 처리된 활성탄을 세척 및 산용액을 사용하여 2차 탈무기물 처리하는 2단계; 상기 2차 처리물을 세척 및 건조시키는 3단계를 포함한다.

이같은 방법에 따라 제조된 활성탄은 탄소 이외의 함유성분이 제거되어 탄소 복합 필터에 충진 사용할 때 담배의 끽미감을 우수하게 하고, 염기성 물질과 각종 용제의 제거능이 우수한 특징으로 갖는다.

본 발명은 탄화수소 화합물의 제조, 각종 산업장에서 배출되는 가스의 정화 및 각종 오염 정화 장치 등 각종 산업 분야에서 널리 사용되는 활성탄을 탈황 및 탈무기물 처리하여 순도를 높인 고순도 활성탄 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.

본 발명의 고순도 활성탄은 활성탄을 탈황 및 탈무기물 처리하는 1단계; 상기 탈황 및 탈 무기물 처리한 활성탄을 세척 및 2차 탈무기물 처리하는 2단계; 상기 처리물을 세척 및 건조시키는 3단계에 의해 제조된다.

이 방법에 의해 제조된 활성탄은 탄소 이외의 함유 성분이 제거되어 탄소 복합 필터에 충진 사용할 때 담배의 끽미감을 우수하게 하고, 염기성 물질과 각종 용제의 제거능이 우수한 특징을 갖는다.

Description

담배필터용 활성탄 및 그 제조방법

본 발명은 담배필터용 고순도 활성탄 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 탄소복합 필터에 사용하는 활성탄의 염소, 황, 철, 칼륨, 실리콘 등의 무기원소들을 효과적으로제거함으로써 담배필터로 이용시 챠콜취를 제거하여 담배의 끽미를 향상시킬 수 있는 고순도 활성탄을 제조하는 방법에 관한 것이다.

종전의 탄소 복합필터에 사용하던 활성탄에는 염소, 황 등과 같은 인체에 유해한 원소들과, 그 외에도 철, 알루미늄, 칼륨, 실리콘 등의 금속원소 등이 다량 함유되어 있으며, 이러한 원소들은 필터로 사용할 때 챠콜취를 발현시킨다. 활성탄에 함유된 금속원소들은 활성탄 제조공정시 외부에서 오염된 것이 아니라 대부분 자체가 가지고 있는 원소들이며, 이들은 유기화학 반응에 있어서 복잡한 촉매반응을 일으키는 것으로 알려져 있다. 이러한 무기원소들은 많은 화합물과 산화, 환원 촉매반응을 일으켜 담배 맛에 영향을 미친다.

또한, 종래 담배필터에 사용되는 활성탄은 pH 10~11 정도의 알카리성이기 때문에 암모니아와 같은 염기성 물질을 제거하지 못했다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 종래 담배필터용 활성탄에 함유되어 있는 카본 이외의 원소들의 함량을 줄여 이들로 인한 복잡한 촉매반응을 억제함으로써 챠콜취를 감소시키고 담배의 끽미감을 향상시킬 수 있는 담배필터용 활성탄을 제조하는 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 활성탄의 pH를 변화시켜 담배필터용 뿐만 아니라 각종 환경정화용으로 사용할 때 염기성 물질도 제거할 수 있도록 중성내지 약산성화시키는 방법을 제공하는 데 있다.

이와같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 담배필터용 활성탄의 제조방법은 분말상 또는 입상의 코올(coal) 또는 챠콜(charcoal) 등을 활성화시킨 활성탄을 수산화나트륨 또는 수산화칼륨과 같은 알카리로 처리하여 탈황(desulfurization) 및 탈무기물화(demineralization)시키는 1단계; 상기에서 처리된 활성탄을 세척 및 2차 산용액(염산 또는 황산)으로 잔여 무기물을 제거시키는 2단계; 상기 2차 처리물을 세척 및 건조하는 3단계에 의해 제조된다.

이와같은 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 담배필터용 고순도 활성탄의 제조방법을 보다 상세하게 설명한다.

1단계는 활성탄을 탈황 및 탈무기물화 처리하는 공정으로서, 이때 알카리로는 수산화나트륨 또는 수산화칼륨 용액, 바람직하게는 0.2N NaOH 또는 0.2N KOH를 활성탄에 대해 1:1~5 부피비로 혼합사용하는 것이 바람직하며, 이때 70~100로 약 1~2시간 반응시킨 후 냉각시킨다.

이와같은 단계의 탈황 및 무기물 제거 메카니즘은 다음과 같다;

미네랄 물질 + NaOH알루미네이트, 실리케이트, 페라이트 및 그 외 무기화합물

1단계를 거쳐 탈화 및 탈무기화 된 활성탄을 물로 수세한 후 2차적으로 탈무기물화하기 위해 산처리한다.

이때, 산용액으로는 황산 또는 염산을 사용하는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 0.1~1N H₂SO₄또는 0.1~1N HC1로 2차 처리하는 것이다.

이와같은 2단계 반응메카니즘은 다음과 같다;

그 다음, 3단계에서는 상기에서 2차 처리된 활성탄을 물로 여러번 세척한 후 110~200, 바람직하게는 160의 온도에서 건조시켜 본 발명의 담배필터용 고순도 활성탄을 제조한다.

이와같은 공정을 거쳐 제조된 담배필터용 활성탄에 대하여 각종 물성 및 함유 원소 등을 알아보고, 기존의 담배필터에 사용된 활성탄과의 차이를 알아보기 위해 각종 시험을 실시하였다.

종래 활성탄으로는 일반 시중 제품(동양 탄소 제품)을 사용하였으며, 본 발명의 활성탄은 상기에서 기술한 바와 같은 최적 조건에서 제조되 활성탄을 가지고 시험하였다.

이화학 성질 분석

1) 활성탄의 물리적 특성

다음 표 1에서 보는 바와 같이 활성탄을 0.2N NaOH로 탈황 및 탈무기물화 처리하였을 경우 비표면적이 대조구에 비해 약 10% 증가한 것으로 나타났다. 또한, 본 발명의 고순도 활성탄은 회분 함량이 0.35%로서, 대조구에 비해 그 함량이 8배 이상 감소되었고, 미세 동공과 동공의 부피도 증가하는 것으로 나타났다.

그리고, 본 발명 활성탄의 경도는 대조구에 비해 약 1% 정도 감소되었음을 알 수 있다.

2) 원소 분석

그 외에도 활성탄에 함유된 원소들, 특히 금속원소들과 이들의 함량을 조사하였으며, 이를 대조구와 비교하면 다음 표 2에 나타낸 바와 같다.

표 2를 참조하면, 본 발명의 활성탄에는 동, 식물의 생존에 요구되는 10대 무기원소들을 모두 함유되어 있음을 알 수 있다.

활성탄에 함유된 금속 원소들은 활성탄 제조 공정시 외부에서 오염된 것이 아니라 대부분 자체가 가지고 있는 원소들이며, 이들은 유기 화학반응에 있어 복잡한 촉매반응을 일으키는 것으로 알려져 있다.

금속원소들 중 Na와 K의 함량이 제일 높았으며, 특히 본 발명에 의한 고순도 활성탄은 대조구에 비해 Na와 K가 10배 정도, Fe는 2배 정도 감소되었다. 또한, 인체에 유해한 Cl은 10배 정도, S는 5배 정도 감소되었다. 따라서, 챠콜취와도 관계가 있는 이들 원소의 함량이 줄어드는 것으로 보아 본 발명의 활성탄을 담배의 탄소복합 필터에 적용하면 담배의 끽미감을 향상시킬 수 있다.

3) 활성탄의 표면 pH 측정

본 발명 활성탄의 표면 pH는 6.3이고, 대조구는 10.2이었다.

4) 활성탄 표면산성도

NaOH와 HCl로 세정한 본 발명 활성탄의 경우에는 대조구(산성도:0.45meq/g)와 비슷한 양의 산소함유 작용기를 함유하고 있는 것으로 나타났다. 그 결과는 다음 표 3에 나타낸 바와 같다.

5) 흡착능 분석

가) 용제 흡착능

아세톤, 벤젠, 사염화탄소, 에탄올 등에 대한 용제 흡착능을 KS 활성탄 시험법에 의해 시험한 결과, 본 발명의 활성탄이 대조구에 비해 용제 흡착능이 약간 향상된 것으로 나타났다.

나) 암모니아 흡착능

대조구는 pH가 10~11로서 표면이 염기성을 띠고 있어 암모니아와 같은 염기성 가스의 제거능을 갖고 있지 못한 반면, 본 발명에서와 같이 화학처리에 의해 표면 산성도를 증가시키면 일부 염기성 가스도 제거할 수 있다.

암모니아 평형농도 65ppm, 25RH 50%에서 24시간 흡착시험한 결과 대조구의 암모니아 흡착능은 0.5mg/g인 반면 본 발명의 활성탄은 1.1mg/g이었다.

즉, 본 발명의 활성탄의 염기성 물질 흡착능은 종래 활성탄에 비해 2배 이상이다.

그 결과는 다음 표 5에 나타낸 바와 같다.

다) 담배의 알데히드 흡착능

담배 연소장치의 가스상 출구와 포집 장치의 중간에 트랩을 설치한 후 50mg의 활성탄을 충진시키고, 5개피의 담배를 연속 연소시켜 담배연기를 포집한 후 GC에 의해 알데히드 흡착능을 측정하였다.

상기 표 6의 결과로부터, 대조구의 알데히드 이행량을 100으로 하였을 경우, 본 발명 고순도 활성탄의 아세트알데히드 이행량은 97, 아세톤 이행량은 60, 프로피온 알데히드 이행량은 81, 그리고 아크로레인 이행량은 39 수준이었다.

따라서, 본 발명의 활성탄이 종래 활성탄에 비하여 알데히드에 대한 높은 흡착능을 갖고 있음을 알 수 있다.

라) 관능(끽미) 시험

본 발명의 고순도 활성탄과 대조구가 충진된 탄소 복합 필터를 사용한 담배를 가지고, 국내 담배 전문가 및 일반인을 합하여 20명에게 끽미 시험을 실시한 결과, 끽미 시험에 참가한 사람 모두가 본 발명 활성탄을 충진한 탄소복합 필터를 사용한 담배 제품의 끽미감이 우수하다고 판단하였다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 활성탄을 종래 활성탄에 비해 비표면적이 크고 회분 함량이 적었으며, 암모니아와 같은 연기 흡착능이 2배 이상 증가시킬 수 있으며, 이를 탄소복합 필터에 적용하는 경우 챠콜취를 월등히 감소시켜 끽미감을 우수하게 하며, 특히 인체 유해원소의 함량이 종래 활성탄에 비해 적게 함유된 장점을 갖는다.

Claims (3)

1. 분말상 또는 입상의 코올(coal) 또는 챠콜(charcoal) 등을 활성화시킨 활성탄을 수산화나트륨 또는 수산화칼륨과 같은 알카리로 처리하여 탈황(desulfurization) 및 탈무기물화(demineralization)시키는 1단계; 상기에서 처리된 활성탄을 세척 및 2차 산용액(염산 또는 황산)으로 잔여 무기물을 제거시키는 2단계; 상기 2차 처리물을 세척 및 건조하는 3단계로 구성된 담배필터용 활성탄의 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 1단계에서 수산화나트륨 또는 수산화칼륨을 활성탄에 대해 1:1~5 부피비로 사용한 것을 특징으로 하는 담배필터용 활성탄의 제조방법.
3. 제1항의 방법으로 제조된 담배필터용 활성탄.