KR100810126B1 - 공기정화기능을 구비하는 활성탄 성형체와 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공기정화기능을 구비하는 활성탄 성형체와 그 제조방법에 관한 것으로, 그 목적은 실내공간내에 존재하는 악취성분을 효과적으로 제거할 수 있는 공기정화기능을 구비하는 활성탄 성형체와 그 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명은 활성탄에 콜타르를 혼합하여 반죽하는 혼합 및 반죽단계와, 상기 활성탄과 콜타르 혼합반죽을 통해 성형체를 형성하는 성형단계와, 상기 성형체를 진공로에서 열처리하는 열처리단계와, 상기 열처리후 진공상태를 유지하며 서서히 냉각하는 노냉단계와, 상기 1차 냉각후 진공로내로 공기를 투입하여 냉각시키는 공냉단계를 통해 다양한 형상의 활성탄 성형체를 성형하도록 되어 있다.

활성탄, 공기정화, 알데히드흡착, 흡착력, 콜타르

Description

공기정화기능을 구비하는 활성탄 성형체와 그 제조방법{Activated carbon body having air cleaning function and the manufacture method thereof}

도 1 은 본 발명에 따른 성형체의 제조공정을 보인 블록예시도

도 2 는 본 발명에 따른 성형체 예시도

본 발명은 공기정화기능을 구비하는 활성탄 성형체와 그 제조방법에 관한 것으로, 활성탄에 콜타르를 첨가하여 반죽하고, 이를 형성화한 후 진공로에서 고온으로 가열하여 공기중의 오염성분 흡착성이 우수한 공기정화기능을 구비하는 활성탄 성형체와 그 제조방법에 관한 것이다.

산업사회의 심화에 따른 화석연료의 과도한 사용에 의하여 자동차 또는 산업설비 등에서 배출가스가 다량 발생하고, 도시기반시설의 확충 및 자동차의 급속한 보급 등에 따라 사람이 기거하는 공간 예를 들어 주택, 사무실 등의 주거지역까지도 분진, 꽃가루, 타르, 미생물 등의 유기고형물의 발생으로 인하여 그 오염정도가 점차 심해지고 있으며, 이러한 대기오염은 사회문제로 대두되고 있는 실정이다.

더욱이 급속히 보급된 아파트의 경우 콘크리트 벽체 등으로부터 발생하는 미세 시멘트 가루에 의해 실내의 공기도 좋지 않은 상태이기 때문에 아파트에 거주하는 대부분의 어린아이들은 감기, 미세기관지염, 아토피성 피부염 등 호흡기 및 피부 관련 질병이 있거나 빈번하게 앓고 있는 실정이다.

이와 같은 대기 오염이 심각성으로 인하여 공기정화의 중요성이 크게 높아지고 있으며, 이에 따라 각종 대형 빌딩, 산업 현장은 물론, 일반 가정에도 공기를 정화하기 위한 각종 공기 정화기, 청정제 및 살균제의 소비가 늘어나고 있는 추세이다.

그러나, 현재 사람이 기거하는 주택 또는 소형건물 등의 실내공기 정화방법은 국부적 방법에 의존하고 있다. 즉, 상기와 같이 실내공기를 국부적인 방법으로 정화할 때 예를 들어 주택의 경우 방 또는 거실의 일정위치에 공기정화기를 놓아두고 공기정화기를 놓아둔 실내의 공기만을 순환시키면서 정화하고 있어, 사람의 출입이 많은 주거공간내에서는 크게 실용적이지 못한 문제점이 있다.

또한, 종래의 공기정화기는 하나의 개별장치로 이루어져 있어, 설치공간의 확보가 필수적이며, 가동시에만 공기가 정화되므로 항시 쾌적한 상태를 유지하기 어려우며, 그 용량에 한계가 있어, 공기정화 면적에 따라 다수대의 공기정화기를 설치해야 하는 문제점이 있었다.

또한, 상기 청정제 및 살균제 등의 약품은 악취의 신속한 제거는 가능하나, 이들 약품의 사용이 실내 공기중의 미량 유기오염물질, 악취 및 세균 등을 완벽하게 처리할 수 있는 것은 아니고 처리기기의 설치와 설치장소 및 비용등의 측면에서 도 바람직한 것은 아니다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위한 것으로, 그 목적은 실내공간내에 존재하는 악취성분을 효과적으로 제거할 수 있는 공기정화기능을 구비하는 활성탄 성형체와 그 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 탈취 및 흡착에 의한 포집능력과 항균성을 동시에 구비하고 있는 공기정화기능을 구비하는 활성탄 성형체와 그 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 담배냄새 등에 포함되어 있는 알데히드류의 악취에 대한 우수한 탈취효과를 구비하고 안정성이 높은 공기정화기능을 구비하는 활성탄 성형체와 그 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 50%의 고습도 실내조건에서도 우수한 공기정화기능을 발휘할 수 있는 공기정화기능을 구비하는 활성탄 성형체와 그 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 실내공간내에 설치되는 생활장식품들을 흡착탈취가 가능한 성형체로 형성하여 실내공기를 장기간 정화할 수 있는 공기정화기능을 구비하는 활성탄 성형체와 그 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명은 활성탄 100중량부에 콜타르 5∼60 중량부를 혼합하고, 이를 진공로내에서 고온으로 열처리하여 활성탄 성형체를 형성하도록 되어 있다.

상기 활성탄은 다공성을 구비하고 있으며, 탈취, 가수제거 등 공기정화기능을 구비하고 있는 것으로, 섬유상 활성탄, 분말 활성탄, 입상 활성탄을 단독 또는 소정비율로 배합하여 사용할 수 있다. 바람직하게는 입상활성탄을 사용한다.

상기 입상활성탄은 직경 0.5∼5㎜를 구비하고, 표면적 900∼1,200㎡/g 을 구비하고 상기 분말 활성탄의 입경은 특별히 한정하는 것은 아니나, 입경 200∼1000㎛ 을 구비하는 것이 바람직하며, 이와 같은 입경은 활성탄 성형체 형성시 우수한 통풍성 및 강도를 구비할 수 있다.

상기 섬유상 활성탄은 직경 20Å 이상 500Å 미만의 작은 구멍을 구비하며, 그 표면적은 150∼2,000㎡/g 을 구비하는 것이 바람직하다. 즉, 표면적이 150㎡/g 미만일 경우, 흡착력에 문제가 발생될 수 있으며, 표면적인 2,000㎡/g 초과할 경우, 활성탄 자체의 강도가 저하되는 현상이 발생될 수 있다.

상기 콜타르는 활성탄의 결합력을 향상시키기 위한 것으로, 활성탄의 결합도를 향상시키고, 활성탄의 탄화시 휘발 및 탄화되어 활성탄내에 거대세공을 생성함과 동시에, 활성탄의 순도를 향상시켜 준다.

또한, 상기 콜타르의 적절한 품질 즉, 콜타르내의 수분 관리포인트는 2% 정도를 구비하여야하나, 현재 출하되고 있는 일반적인 콜타르는 5∼7% 의 수분이 함유되고 있다. 본 발명은 상기와 같이 5∼7% 의 수분을 함유하고 있는 콜타르의 수분함유량을 간접가열에 의해 2% 이하로 낮춘 적정품질의 콜타르를 사용한다.

즉, 본 발명의 콜타르는 150℃ 이상의 고온스팀에 의한 간접가열에 의해 콜타르내 수분을 증발시켜, 수분함량을 2% 이하로 조절한 콜타르를 사용한다.

상기 콜타르는 그 첨가량이 너무 적을 경우, 성형체로의 성형이 곤란하고, 첨가량이 너무 많을 경우 성형체로의 성형이 자유로우나 성형체의 결합력(응집력)이 저하되어 성형체의 형상유지가 곤란하게 되므로, 활성탄 100 중량부에 대하여 5∼60 중량부를 첨가하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 콜타르에는 코발트 성분을 더 첨가하여 활성탄에 첨가할 수 있다. 즉, 상기 활성탄 100 중량부에 대하여 코발트 성분 0.1∼1 중량부 바람직하게는 0.1∼0.5 중량부를 더 첨가할 수 있으며, 상기 코발트성분은 Ｘ선 회절강도비가 50% 이상을 구비한다. 이때, 상기 Ｘ선 회절강도비는 활성탄 100 중량부에 대하여, 내부 표준물질로서 산화칼슘 30 중량부를 첨가한 것을 회절장치로 측정하고, 내부 표준물질과의 강도비를 산출한 것이다.

이와 같은 형태의 강도비의 코발트 성분이 활성탄내에 함유되어 있을 경우, 50%의 고습도하에서도 활성탄은 우수한 탈취성능 특히, 고습도하에서도 아세트알데히드의 제거작용에 효과적이다.

상기 코발트 성분은 특별히 제한되지는 않으나, 염화코발트, 질산코발트, 구연산 코발트, 아세틸렌화 코발트 등등의 코발트 화합물을 사용하며, 이와 같은 코발트 성분은 진공로에서의 열처리시 활성탄에 함유되게 된다.

이때, 상기 코발트 성분은 0.1 중량부 미만일 경우, 성형된 활성탄 성형체가 고습도에서 공기정화 기능을 원활하게 수행하지 못하게 되고, 1 중량부 초과하여 첨가될 경우, 활성탄내에서 금속 코발트 응집현상이 발생되어 이 역시 공기정화 기능을 원활하게 수행하지 못하게 된다.

또한, 상기 콜타르내에는 귀양석 0.1∼2 중량부를 더 첨가할 수 있다.

상기 귀양석은 다량의 음이온을 방출하고, 25℃의 상온에서 최고의 원적외선(96%)을 방출하는 광석으로, 전세계에서 유일하게 일본 군마현에서만 생상되는 장석계열의 천연석이다. 이와 같은 귀양석은 인체에 유익한 전류, 음이온 및 원적외선을 방출하는 기능을 구비하고 있으며, 본 발명의 귀양석은 혼합성 및 성형성을 고려하여 500∼1000메쉬의 입도를 구비한 분말을 사용한다.

또한, 상기 귀양석분말은 0.1 중량부 미만일 경우, 귀양석 분말 첨가로 인한 효과를 기대하기 곤란하고, 2 중량부 초과하여 첨가될 경우, 귀약석으로 인한 효과는 우수하나 다른 유효성분들의 첨가량에 영향을 미치게 되므로, 2 중량부 이하로 첨가하는 것이 바람직하다.

또한, 상기와 같은 구성성분들에 의해 형성된 활성탄 성형체에는 디에틸렌 트리아민(diethylene triamine)-말레산 또는 인산을 1∼10 중량부 범위 즉, 성형체내 활성탄의 흡착성을 저해하지 않는 범위내에서 더 첨가할 수 있다.

상기 디에틸렌 트리아민(diethylene triamine)-말레산 또는 인산은 적정량 미만으로 첨가될 경우, 그 효과가 미비하고, 적정량을 초과하여 첨가될 경우, 활성탄의 흡착성을 저하시키게 된다.

또한 상기 활성탄 성형체에는 다공성 키토산 0.5∼2 중량부를 더 첨가할 수 있다.

도 1 은 본 발명에 따른 성형체의 제조공정을 보인 블록예시도를 도시한 것으로, 본 발명은 활성탄에 콜타르를 혼합하여 반죽하는 혼합 및 반죽단계(S100)와, 상기 활성탄과 콜타르 혼합반죽을 통해 성형체를 형성하는 성형단계(S200)와, 상기 성형체를 진공로에서 열처리하는 열처리단계(S300)와, 상기 열처리후 진공상태를 유지하며 서서히 냉각하는 노냉단계(S400)와, 상기 1차 냉각후 진공로내로 공기를 투입하여 냉각시키는 공냉단계(S500)를 통해 활성탄 성형체를 형성하도록 되어 있다.

상기 혼합 및 반죽단계(S100)는 활성탄에 액상의 콜타르를 첨가하여 반죽하는 것으로, 활성탄 100 중량부에 콜타르 5∼60 중량부를 첨가하여 반죽한다.

이때, 상기 혼합 및 반죽단계(S100)에는 활성탄과 콜타르 혼합전에 활성탄 100 중량부에 대하여 코발트 성분 0.1∼0.5 중량부 또는 귀양석 0.1∼2 중량부를 콜타르에 첨가하는 단계(S110)를 더 추가할 수 있다.

상기 성형단계(S200)는 활성탄/콜타르 혼합반죽을 임의의 형상을 구비하는 성형체로 형성하는 것으로, 반죽상태 및 성형체의 형태에 따라 틀을 이용하거나, 직접적으로 성형체를 형성한 후, 그늘에서 건조한다.

상기 열처리단계(S300)는 비산화성 분위기하에서 열처리하는 것으로, 진공로내에 성형체 또는 성형체와 틀을 함께 넣고, 약 200∼500℃ 를 유지하며 약 50∼80 분정도 바람직하게는 300∼400℃에서 약 70분간 가열한다. 이와 같이 열처리할 경우, 활성탄 및 콜타르내 탄소성분은 탄화되어 일체화되어 성형체 형상을 유지하게 되고 콜타르내 수분 및 유지성분은 증발되어 혼합물의 표면 및 내부에 거대세공이 발생되게 된다.

상기 노냉단계(S400)는 진공로내에서 열처리된 성형체를 서서히 냉각시키는 것으로, 약 4∼6시간 정도 진공상태를 유지하며 냉각시킨다.

상기 공냉단계(S500)는 진공로내에 서서히 공기를 투입하고 약 30∼60분정도 냉각시킨다.

상기와 같은 열처리단계(S300), 노냉(S400) 및 공냉단계(S500)를 통해 열처리된 활성탄 성형체는 열처리되지 않은 활성탄과 대비할 경우, 표면 및 내부에 거대세공을 구비하게 되고, 우수한 흡착력을 구비하게 된다.

또한, 상기 공냉단계 후, 활성탄 성형체를 인산 수용액중에 침지시켜 인산을 흡착시킨 후 이를 여과 및 건조하는 인산첨착단계(S610) 또는 디에틸렌 트리아민(diethylene triamine)-말레산(maleic acid)을 침지시킨 후 이를 여과 및 건조하는 디에틸렌 트리아민-말레산 이온 콤플렉스 첨착단계(S620)를 더 추가할 수 있다.

상기 디에틸렌 트리아민-말레산 이온 콤플렉스 첨착단계(S620)는 디에틸렌 트리아민을 미리 활성탄 성형체에 소정량 흡착시키고, 이에 말레산 수용액을 분사한 후 100℃ 이상으로 건조한다.

이와 같이 디에틸렌 트리아민-말레산이 첨착된 활성탄 성형체는 유기산인 말레산이 아민을 안정화하고 있어 150℃에서도 디에틸렌 트리아민이 분해되지 않게 된다. 즉, 상기 디에틸렌 트리아민-말레산이 첨착된 활성탄 성형체는 우수한 흡착성능을 구비하는 종래 아닐린 첨착 활성탄의 열로 인한 문제점 즉, 열에 따른 내구 성 저하 문제를 해소할 수 있다.

또한, 상기 디에틸렌 트리아민-말레산의 이온 콤플렉스는 활성타의 마이크로 포어(macro pore) 표면부분에 첨착되기 되므로, 마이크로 포어의 활성저하가 적어 탄화수소의 흡착성도 비교적 우수한 특성을 구비하고 있다.

상기 인산첨착단계(S610)는 인산수용액내에 활성탄 성형체를 침지시키고 이를 여과 및 건조한다. 즉, 활성탄 성형체에 인산을 담지시킴으로써, 인산과 암모니아나 저급아민과 중화반응이 일어나게 되고, 이러한 반응에 의해 활성탄 성형체에 암모니아, 저급아민, 탄화수소,황화수소 등등이 흡착제거되게 된다.

또한, 상기 활성탄 성형체는 공냉단계 후, 우수한 항균성 및 항곰팡이성을 구비하고 있는 다공성 키토산을 담지시키는 단계(S630)를 더 추가하여 항균성능과 항곰팡이성능을 부여할 수 있다.

이때, 상기 다공성 키토산은 활성탄 100 중량부에 대하여 0.5∼2 중량부 첨가하는 것이 바람직하며, 0.5 중량부 미만으로 첨가될 경우, 그 효과를 기대하기 어려우며, 2중량부 초과하여 첨가할 경우, 항균성 및 항곰팡이성은 우수하나 다른 유효성분들의 첨가량을 고려할 경우, 활성탄의 다공성을 충전하는 현상이 발생되어 전체적인 흡착력이 저하되는 문제점이 발생될 수 있다.

상기 다공성 키토산은 키토산을 산성 수용액에 용해하고, 상기 키토산 산성수용액을 알칼리성 용액중에 낙하 응고시켜 키토산 구상체를 형성하고, 이를 중성이 될때까지 충분히 수세한 다음, 상기 구상체를 분쇄하여 미립화시킴으로써 형성한다.

이와 같이 형성된 다공성 키토산은 화학반응에 의한 탈취능 및 포집능력을 동시에 지니고 있으며, 대기중의 질소화합물 및 황화합물계 악취를 제거하고, 인체에 무해한 장점을 가지고 있다.

상기와 같이 형성된 활성탄 성형체는 그릇(10), 용기, 액자(20), 화분(30) 등등 여러가지 생활용품으로 다양하게 형성될 수 있으며, 봉형상(40), 원통형상(50), 판형상(60), 벽돌(70) 등등의 기하학적인 형상을 성형되어 건축자재로도 활용될 수 있다. 또한, 상기 활성탄 성형체는 벽체 또는 틈새등과 같은 사이공간내로도 삽입되어 실내공기를 자연정화시키는 정화필터(80) 등등 다양한 형상으로 성형될 수 있다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위내에 있게 된다.

이와 같이 본 발명은 활성탄을 콜타르에 결합하고 이를 진공상태에서 열처리하여 활성탄 성형체를 형성하므로, 고품질의 활성탄 성형체를 형성할 수 있으며, 이를 통해 우수한 탈취 및 흡착성능을 구비할 수 있다.

또한, 본 발명은 활성탄을 콜타르에 의해 반죽하여 성형하도록 되어 있어, 실내장식물등으로 용이하게 성형할 수 있다.

또한, 본 발명은 코발트 성분이 더 첨가되어 있어, 고습도하에서도 우수한 탈취 및 흡착성능을 구비하고 있다.

또한, 본 발명은 활성탄 성형체에 디에틸렌 트리아민-멜라산 또는 인산, 키토산을 더 담지할 수 있으며, 이를 통해 담배냄새의 주요원인인 지방족 알데히드 등의 악취성분을 용이하게 탈취할 수 있다.

또한, 상기와 같이 이루어진 본 발명은 장기간 사용에 따른 흡착성능 저하시, 이를 다시 진공로에 넣고 열처리단계에 의해 탄화처리할 경우, 다시 흡착성능을 회복시켜 반복하여 사용할 수 있는 등 많은 효과가 있다.

Claims (9)

1. 삭제
2. 활성탄 100중량부에 수분함량 2% 이하의 콜타르 5∼60 중량부를 혼합하고, 이를 진공로내에서 열처리하여 형성하되,

   상기 콜타르에는 귀양석 분말 0.1∼2 중량부가 첨가되는 것을 특징으로 하는 공기정화기능을 구비하는 활성탄 성형체.
3. 삭제
4. 제 2 항에 있어서;

   상기 활성탄 성형체에는 디에틸렌 트리아민(diethylene triamine)-말레산 또는 인산이 활성탄 100 중량부에 대하여 1∼10 중량부 첨가되어 있는 것을 특징으로 하는 공기정화기능을 구비하는 활성탄 성형체.
5. 제 2 항에 있어서;

   상기 활성탄 성형체에는 활성탄 100 중량부에 대하여 다공성 키토산 0.5∼2 중량부가 더 첨가되어 있는 것을 특징으로 하는 공기정화기능을 구비하는 활성탄 성형체.
6. 수분함량 2% 이하로 조절된 콜타르에 귀양석 분말을 첨가하고, 귀양석이 첨가된 콜타르를 활성탄에 혼합하여 반죽하는 혼합 및 반죽단계;

   상기 활성탄과 콜타르 혼합반죽을 통해 성형체를 형성하는 성형단계;

   상기 성형체를 진공로에서 열처리하는 열처리단계;

   상기 열처리후 진공상태를 유지하며 서서히 냉각하는 노냉단계;

   상기 1차 냉각후 진공로내로 공기를 투입하여 냉각시키는 공냉단계;를 통해 활성탄 성형체를 성형하되,

   상기 열처리단계는 진공로내에 성형체 또는 성형체와 틀을 함께 넣고, 200∼500℃를 유지하며 50∼80분 열처리하는 것을 특징으로 하는 공기정화기능을 구비하는 활성탄 성형체 제조방법.
7. 삭제
8. 제 6 항에 있어서;

   상기 활성탄 성형체를 인산 수용액중에 침지시켜 인산을 흡착시킨 후 이를 여과 및 건조하는 인산첨착단계 또는,

   디에틸렌 트리아민(diethylene triamine)-말레산(maleic acid)을 침지시킨 후 이를 여과 및 건조하는 디에틸렌 트리아민-말레산 이온 콤플렉스 첨착단계 또는,

   다공성 키토산을 담지시키는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 공기정화기능을 구비하는 활성탄 성형체 제조방법.
9. 삭제

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