KR100821732B1 - 활성 탄소를 포함하는 흡착성 단일체, 상기 단일체의 제조방법, 및 유체 흐름으로부터 화학 물질을 흡착하는 방법 - Google Patents

활성 탄소를 포함하는 흡착성 단일체, 상기 단일체의 제조방법, 및 유체 흐름으로부터 화학 물질을 흡착하는 방법 Download PDF

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로버트 케이 버클러
존 씨 매큐
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Abstract

본 발명의 단일체는 진공 건조법, 동결 건조법 또는 습도 제어 건조법으로 건조시킬 수 있다. 본 발명의 단일체는 유체 스트림으로부터 휘발성 유기 화합물 및 오존과 같은 기타 화학 물질을 제거하는 데 유용하다. 특히 유용한 용도에는 건식 인쇄 장치 및 다른 적합한 사무용 기기로부터 오존을 제거하고 자동차 엔진 공기 유입 시스템으로부터 휘발성 유기 화합물을 제거하는 흡착 필터가 있다.
흡착성 단일체, 활성 탄소, 세라믹 성형 재료, 압출, 건조, 소성(firing)

Description

활성 탄소를 포함하는 흡착성 단일체, 상기 단일체의 제조 방법, 및 유체 흐름으로부터 화학 물질을 흡착하는 방법 {Adsorptive monolith including activated carbon, method for making said monolith, and method for adsorbing chemical agents from fluid streams}
도 1은 본 발명의 실시태양에 따라 제조된 흡착성 단일체의 투시도이다.
도 2는 도 1의 단일체의 측면도로서, 단일층의 벌집형 통로를 통해 유체가 흐르는 것을 예시하기 위해 표피 일부가 제거되어 있다.
도 3은 본 발명의 실시태양에 따라 제조된 단일체의 축방향 파쇄 강도를 융제없이 제조한 단일체의 축방향 파쇄 강도와 비교하는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시태양에 따라 제조된 단일체의 겉보기 밀도를 융제없이 제조한 단일체의 겉보기 밀도와 비교하는 그래프이다.
본 발명은 활성 탄소를 포함하는 흡착성 단일체, 보다 구체적으로는 세라믹 재료 및 활성 탄소를 포함하는 흡착성 단일체 및 상기 단일체를 사용하여 유기 화합물, 오존 및 기타 화학 물질을 유체 흐름으로부터 제거하는 방법에 관한 것이다.
활성 탄소는 유체 흐름으로부터 휘발성 유기 화합물과 같은 화학 물질을 제거하는 데 유용하며, 또한 특수 용도를 위한 촉매 기질로서 유용하다. 활성 탄소를 사용하여 유체 흐름으로부터 화학 물질을 제거하기 위해, 유체 스트림은 활성 탄소 가까이로 이동되어야 한다. 활성 탄소는 컬럼에 채워진 입자, 기질 상의 코팅, 유체가 흐르는 통로를 갖는 단일체 등의 형태일 수 있다.
몇몇 활성 탄소를 적용하는 예에서는 활성 탄소 가까이에서 유체 흐름의 속도가 빠르고 배압이 낮은 것이 바람직하다. 따라서, 간혹 활성 탄소가 채워진 컬럼은 높은 배압이 형성될 수 있기 때문에 적합하지 않다. 활성 탄소가 담겨져 있고 관통하는 개방 통로를 갖는, 벌집형 활성 탄소 단일체와 같은 성형체가 상당히 빠른 유체 흐름과 낮은 배압이 요구되는 적용예에 사용하기 바람직한데, 문제는 흡착 필터로서 취급과 사용을 견디기에 충분한 강도를 갖는 형상을 형성하는 것이다. 결합제 없이 형성된 활성 탄소 단일체는 몇몇 적용에서 충분한 강도를 갖지 못할 수 있다.
오카바야시(Okabayashi) 등의 미국 특허 제 4,518,704호는 활성 탄소와 세라믹 재료를 포함하는 성형체를 개시하였다. 이 구조물은 개선된 강도 특성을 갖지만, 오카바야시는 원하는 결합 및 강도를 얻기 위해 1 내지 4 시간 동안 1100℃ 온도에서 소성(firing)시켜야 한다고 교시하였다. 그런데, 이처럼 높은 온도에서 이처럼 장시간 소성(firing)시키는 것은 경제적으로 바람직하지 않다.
활성 탄소와 세라믹 재료를 포함하는 흡착성 단일체를 제조하는데 있어서 또다른 문제점은 활성 탄소의 높은 다공성 때문에 활성 탄소와 세라믹 성형 재료의 혼합물을 혼합물 내 수분 함량이 낮도록 압출하기 어렵다는 것이다. 활성 탄소와 세라믹 성형 재료를 벌집형과 같은 형상으로 압출하기 위해서는 30 내지 65 중량%의 수분 함량이 요구된다. 이 수분은 성형되는 단일체의 완전성을 확보하기 위해 소성(firing) 전에 압출된 단일체로부터 실질적으로 제거되어야만 한다. 소성(firing) 중에 증가되는 온도 하에 놓이게 되는 세라믹 물품은 먼저 그의 수분 함량 중 대부분을 제거하지 않는다면, 남아있는 수분이 증기로 빠르게 전환되면서 균열, 꺼짐 또는 파열 형태의 현저한 손상을 입히게 될 것이다.
세라믹 성형 재료와 활성 탄소의 젖은 상태의 압출 단일체를 건조시키는 것은 매우 민감한 공정이다. 소성(firing)시키지 않은 세라믹 제품은 수분을 잃게되면서 수축하는 것이 일반적이며, 건조 중에 단일체로부터의 수분 손실율이 단일체 전역에서 균일하지 않다면 단일체는 균열될 수 있다.
따라서, 압출에 의해 성형할 수 있고, 균열 없이 건조시키고 소성(firing)시킬 수 있고, 저온 및 단시간과 같은 보다 경제적인 조건 하에서 소성(firing)시킬 수 있으며, 흡착성 필터로서 취급 및 사용을 견디기에 충분한 강도를 갖고, 충분한 유체 흐름 처리량을 수용하는 형상을 갖는 활성 탄소를 포함하는 성형체가 요구된다.
본 발명의 목적은 활성 탄소를 포함하는 개선된 흡착성 단일체 및 그러한 단일체를 제조하는 개선된 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 휘발성 유기 화합물 및 오존과 같은 화학 물질을 유 체 흐름으로부터 제거하는 흡착성 단일체를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 바람직한 강도 특성을 갖는 흡착성 단일체를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 활성 탄소, 세라믹 성형 재료 및 물을 포함하는 젖은 상태의 압출 단일체를 건조시키는 개선된 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 활성 탄소, 세라믹 성형 재료, 물 및 융제를 포함하는 압출가능 혼합물을 압출하는 것을 포함하는 흡착성 단일체의 형성 방법을 제공함으로써 상기 문제점을 해결한다. 융제는 세라믹 성형 재료가 녹아 세라믹 결합을 형성하는 온도를 낮춤으로써 소성(firing) 시 세라믹 성형 재료의 융화를 개선한다. 이로써 단일층은 저온에서 단시간에 소성(firing)시킬 수 있다. 또한, 본 발명은 진공 건조, 동결 건조 및 습도 제어 건조를 포함하는 젖은 상태의 압출 단일체를 건조시키는 방법을 포함한다. 상기와 같은 건조 방법에 의하면, 젖은 상태의 압출 단일체를 단일체의 균열 없이 건조시킬 수 있다.
보다 구체적으로, 본 발명은
(a) 활성 탄소; 세라믹 성형 재료; 융제; 및 물
을 포함하고, 압출 후 또는 단일체의 건조 중에 단일체의 형상을 유지할 수 있는 압출가능 혼합물을 하나 이상의 관통 통로를 갖는 형상의 단일체가 성형되도록 압출 다이를 통해 압출하는 단계,
(b) 압출된 단일체를 건조시키는 단계, 및
(c) 건조시킨 단일체를 세라믹 성형 재료가 서로 반응하여 세라믹 매트릭스를 형성하기 위한 온도에서 일정 시간 동안 소성(firing)시키는 단계를 포함하고, 압출 가능 혼합물이 젖은 상태의 압출 단일체의 강도를 증강시키고, 형상을 유지하기 위해 젖은 결합제를 포함하며, 세라믹 성형 재료가 건조 및 소성(firing)단계 중에, 단일체가수축되는 것을 제어하기 위해 충전재를 포함한다.
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적합한 세라믹 성형 재료는 볼 점토(ball clay)이다. 또한, 세라믹 성형 재료는 건조 및 소성(firing) 단계 중에, 단일체가 수축되는 것을 제어하기 위해 충전재를 포함하는 것이 바람직하다. 적합한 충전재는 소성 카올린 점토(calcinated kaolin clay)이다.
적합한 융제는 장석 함유 물질, 특히 하석 섬장암이다.
압출가능 혼합물은 젖은 상태의 압출 단일체의 강도를 증강시키고, 형상을 유지하기 위해 젖은 결합제를 포함하는 것이 바람직하다. 특히 적합한 젖은 결합제는 메틸셀룰로오즈이다. 아크릴계 결합제가 또한 적합하며, 메틸셀룰로오즈와 배합하여 사용할 수 있다.
압출가능 혼합물은 또한 결합제로서 건조 중에 단일체의 강도를 증강시키고 융제로서 소성(firing) 후 단일체의 강도를 증강시키는 규산나트륨을 포함할 수 있다.
흡착성 단일체는 복수개의 관통 통로를 갖는 것이 바람직하며, 벌집형인 것이 바람직하다.
압출 단일체는 초기에는 진공 챔버 내가 주변 실온 및 대기압 상태인 진공 챔버 내에 두고, 진공 챔버 내의 압력을 단일체 내의 물을 결빙시키기에 충분한 속도 및 수준으로 낮추고, 상기 저하된 진공 챔버내 압력을 단일체가 건조될 때까지 결빙된 물이 승화하기에 충분한 시간 동안 유지하는 것을 포함하는 진공 건조법에 의해 건조시킬 수 있다. 보다 구체적으로는, 진공 챔버 내 압력을 약 1 분 내에 대기압에서 약 1 torr 미만의 압력으로, 바람직하게는 30 미크론 내지 1 torr 범위 내로 낮출 수 있다.
젖은 상태의 압출 단일체를 동결 건조시키는 방법은 (1) 압출된 단일체 내의 물을 결빙시키는 단계, (2) 결빙된 압출 단일체를 초기에는 챔버 내 압력이 대기압인 진공 챔버 내에 넣는 단계, (3) 진공 챔버 내 압력 및(또는) 온도를 단일체 내 물을 결빙된 상태로 유지하는 데 충분한 속도 및 수준으로 낮추는 단계, 및 (4) 저하된 진공 챔버 내 압력 및 온도를 단일체가 건조될 때까지 단일체 내의 결빙된 물이 승화하기에 충분한 시간 동안 유지하는 단계를 포함한다. 결빙 단계 중에, 단일체 내의 물은 압출 단계 후 약 10초 내지 10 분 내에 결빙시키고, 단일체는 약 -25℉ 미만의 온도에 두는 것이 바람직하다. 보다 바람직한 것은 결빙 단계 중에, 단일체를 약 -80℉ 미만의 온도에 두는 것이다.
젖은 상태의 압출 단일체를 습도 제어 건조시키는 방법은 (1) 압출 단일체를 초기 챔버 내 상대 습도가 95% 이상인 챔버 내에 넣는 단계, 및 (2) 챔버내 상대 습도를 단일체가 건조될 때까지 서서히 낮추는 단계를 포함한다.
본 발명은 상기 방법에 따라 제조되는 흡착성 단일체 및 상기 단일체를 통해 초기에는 휘발성 유기 화합물 및 오존과 같은 화학 물질을 포함하는 유체 흐름을 통과시키는 단계를 포함하는 유체 공기 흐름으로부터 상기와 같은 화학 물질을 제거하는 방법을 포함한다.
본 발명의 흡착성 단일체는 세라믹 재료 및 상기 매트릭스에 고루 분산되어 있는 활성 탄소를 포함한다. 세라믹 재료는 서로 반응하여, 세라믹 매트릭스를 형성하고, 활성 탄소는 이 매트릭스에 의해 지지된다. 단일체는 유체 흐름을 수용하는 복수개의 관통 통로를 갖고, 벌집 형상인 것이 바람직하다. 또한, 단일체는 70% 이상 85% 이하의 개방 전면 영역을 갖고, 축방향 파쇄 강도가 약 500 내지 약 1600 psi인 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 목적, 특성 및 잇점이 하기 발명의 실시태양의 서술로부터 쉽게 이해될 것이다.
앞서 요약한 바와 같이, 본 발명은 활성 탄소를 포함하는 흡착성 단일체, 단일체를 건조시키는 방법을 포함하는 상기와 같은 단일체의 제조 방법 및, 휘발성 유기 화합물과 같은 화학 물질을 흡착하는 방법을 포함한다. 본원에서, 단일체(monolith)는 한 블록의 고상 재료를 의미한다. 도 1은 본 발명의 실시태양에 따라 제조된 단일체(10)을 예시하고 있다. 도 1에 도시된 단일체(10)은 활성 탄소 및 세라믹 재료를 포함하는 압출 단일체로서 벌집 형상을 하고 있다. 이 단일체는 전면 말단(14)에서부터 후면 말단(16)으로 단일체를 관통하는 복수개의 통로(12)를 갖고 있다. 통로(12)는 단면이 실질적으로 사각형이며, 길이를 따라 직선이고, 압출 재료의 외벽(18)으로 형성되어 있다. 그런데, 통로는 사각형, 원형, 삼각형, 육각형, 난형, 타원형 등과 같은 다른 형상의 단면을 가질 수 있다. 통로(12)는 압출 재료의 외부 표피(20)에 싸여있다.
단일체(10)는 기체상 또는 액상에서부터 다양한 화학 물질을 흡착하는 흡착 필터로서, 그리고 촉매 기질로서 유용하다. 예를 들면, 단일체(10)를 연료 분사 방식 내연 기관(fuel injected internal combustion engine)의 공기 유입 시스템에 설치할 경우, 단일체의 활성 탄소는 엔진이 꺼졌을 때, 주입구 포트에서 연료 누출로 빠져나가는 연료 증기를 흡착한다. 엔진이 재시동되면, 유입되는 공기가 벌집 구조물을 다시 쓸고 지나가 연료를 제거한다. 이후 연료는 엔진에서 연소된다. 도 2는 단일체(10) 내의 통로(12)를 통해 유체가 흐르는 것을 예시하고 있다. 흡착될 물질들은 단일체 구조의 벽에 유지된 활성 탄소에 의해 흡수된다.
다른 실시예에서는, 단일체(10)가 건식인쇄 장치의 배기 스트림 내에 설치되며, 벌집 구조의 활성 탄소는 오존을 흡착한다. 오존이 탄소에 의해 포획되면, 산소(촉매적 반응) 또는 이산화탄소(탄소와의 화학적 상호작용)로 전환되거나 흡착에 의해 장기간 포획된 상태로 유지된다. 아마도, 실제로는 상기의 소성(firing)이 일어날 것이다. 어느 경우에나, 흡착성 단일체 또는 필터는 공기 흐름으로부터 오존을 제거하여 그 지역의 사무실 노동자의 눈과 호흡기 조직에 가해질 수 있는 불편함과 잠재된 건강상 위협을 제거한다.
일반적으로, 단일체(10)는 활성 탄소, 세라믹 성형 재료, 융제, 결합제 및 물을 한데 혼합하여 압출가능한 혼합물을 만듦으로써 제조한다. 압출가능한 혼합물은 압출 다이를 통해 압출되어 벌집 구조를 갖는 단일체를 형성한다. 압출 후, 압출된 벌집형 단일체는 건조되고, 세라믹 성형 재료들이 반응하여 구조 내에 활성 탄소가 고르게 분산된 단일체를 형성하기에 충분한 온도에 및 시간 동안 소성(firing)되는 동안 그의 형상을 유지한다.
단일체(10)를 제조하는 방법은 먼저 압출가능 혼합물의 건조 성분을 혼합하고나서, 액상 성분을 건조 혼합물에 첨가하는 것을 포함하는 것이 바람직하지만, 성분들을 압출가능 혼합물에 첨가하는 순서는 적당량의 수분이 첨가되어 압출 중에 그리고 후에 그의 형상을 유지하는 압출가능 혼합물을 제조할 수 있다면 건조 및 액상 성분을 번갈아 혼합하여 변화시킬 수 있다.
활성 탄소는 압출가능 혼합물 중에 바람직하게는 약 20 내지 약 70 중량부, 보다 바람직하게는 약 30 내지 약 50 중량부의 양으로 존재한다. 활성 탄소는 휘발성 유기 화합물과 오존과 같은 다른 화학 물질을 흡수한다. 다양한 활성 탄소가 본 발명에 사용될 수 있다. 가장 적합한 활성 탄소는 의도된 용도, 특히 흡수하려는 물질의 성질에 좌우된다. 따라서, 표면적 및 공극 구조와 같은 활성 탄소의 물리적 특성은 용도에 따라 다를 수 있다. 질소 B.E.T.표면적이 약 600 내지 약 2000 m2/g인 활성 탄소가 바람직하다. 질소 B.E.T.표면적이 약 800 내지 약 1800 m2/g인 활성 탄소가 더욱 바람직하며, 질소 B.E.T.표면적이 약 1000 내지 약 1600 m2/g인 활성 탄소가 더욱더 바람직하다. 적합한 활성 탄소는 또한 활성 탄소의 40 중량% 이상이 325 메쉬 스크린을 통과할 수 있는 입자 크기를 갖는 것, 더욱 바람직하게는 활성 탄소의 65 중량% 이상이 325 메쉬 스크린을 통과할 수 있는 입자 크기를 갖는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 사용하기 적합한 활성 탄소는 역청탄, 갈탄, 토탄, 합성 고분자, 석유 역청물질, 석유 코우크스, 콜타르 피치 및 리그노셀룰로오즈 물질을 비롯한 다양한 전구체로부터 제조할 수 있다. 적합한 리그노셀룰로오즈 물질에는 목재, 목재 분진, 목분, 톱밥, 코코넛 껍질, 과일 씨, 견과류 껍질, 및 과석(fruit stone)을 포함한다. 특히 바람직한 구입가능한 활성 탄소는 웨스트바코 코포레이션(Westvaco Corporation, 미국 뉴욕주 뉴욕시 소재)으로부터 입수가능한 NUCHAR(등록상표) 활성 탄소이다.
세라믹 성형 재료는 압출가능 혼합물 중에 약 20 내지 약 60 중량부, 바람직하게는 약 30 내지 약 50 중량부의 양으로 존재한다. 용어 "세라믹 성형 재료"는 소성(firing)시 서로 반응하여 고강도, 결정/유리 혼합상 세라믹 매트릭스를 형성할 수 있는 알루미나/실리케이트 기재 물질을 의미한다. 본원에서, 반응한 세라믹 재료는 활성 탄소를 지지하는 매트릭스를 제공하고, 의도한 용도에서 단일체의 취급 및 사용을 견디기에 충분한 강도를 갖고 균열되거나 붕해됨 없이 의도된 형상을 유지한다. 세라믹 성형 재료는 가소성 성질을 가짐으로써 액체와 혼합되었을 때 일정 형상으로 성형되거나 압출될 수 있으며, 건조 및 소성(firing) 후에도 그 형상을 유지하는 성형가능 물질을 실질적으로 일부 포함하는 것이 바람직하다. 특히 적합한 구입가능한 볼 점토는 켄터키-테네시 클레이 컴패니(Kentucky-Tennessee Clay Company, 미국 켄터키주 매이필드 소재)로부터 입수가능한 OLD MINE #4 볼 점토이다. 다른 적합한 유사플라스틱 세라믹 성형 재료로는 플라스틱 카올린, 스멕타이트 점토 광물, 벤토나이트 및 이들의 혼합물이 포함된다. 벤토나이트와 스멕타이트를 볼 점토 또는 카올린과 배합하여 사용하는 것이 바람직하다.
세라믹 성형 재료는 또한 비가소성이고, 건조 및 소성(firing) 단계 중에, 단일체의 수축을 제한하는 충전재를 포함하는 것이 바람직하다. 적합한 세라믹 충전재는 소성 카올린 점토이다. 특히 적합한 구입가능한 소성 카올린 점토는 조지아 카올린 컴패니, 인크.(Georgia Kaolin Company, Inc., 미국 뉴저어지주 유니온시 소재)로부터 입수가능한 Glomax LL이다. 충전재는 압출가능 혼합물 중에 바람직하게는 약 15 중량부 이하, 더욱 바람직하게는 약 1 내지 약 15 중량부, 더욱더 바람직하게는 약 3 내지 약 10 중량부의 양으로 존재한다. 다른 적합한 충전재로는 소성 남정석, 멀라이트 근청석, 점토 그로그, 실리카, 알루미나 및 기타 소성 또는 비가소성 내화성 세라믹 재료 및 이들의 혼합물이 있다.
융제는 압출가능 혼합물 중에 약 4 내지 약 20 중량부의 양으로 존재하며, 세라믹 성형 재료 입자가 서로 반응하게 하여 융제가 존재하지 않았을 때 보다 낮은 소성(firing) 온도에서 세라믹 매트릭스를 형성하게 함으로써 세라믹 성형 재료들 간에 세라믹 결합을 형성하는 것을 돕는다. 보다 바람직한 것은 융제가 압출가능 혼합물 중에 약 4 내지 약 10 중량부의 양으로 존재하는 것이다. 적합한 융제로는 장석을 함유한 물질, 특히 하석 섬장암 및 장석, 리티아휘석, 소다, 가성 칼륨, 규산나트륨, 유리 백옥유, 기타 세라믹 융제 및 이들의 혼합물이 포함된다. 특히 바람직한 구입가능한 융제는 유니민 스페셜티 머티리알즈, 인크.(Unimin Specialty Materials, Inc., 미국 일리노이주 엘코시 소재)로부터 입수가능한 MINEX(등록상표) 하석 섬장암이다.
젖은 결합제는 압출가능 혼합물 중에 약 0.5 내지 약 5 중량부 (결합제의 고 체 함량 기준)의 양으로 존재하며, 압출 후 단일체의 강도를 증강시켜, 압출 단일체가 압출 후와 건조 및 소성(firing) 과정 내내 그의 형상을 유지할 수 있게 한다. 젖은 결합제는 압출가능 혼합물 중에 약 1 내지 약 3 중량부 (결합제의 고체 함량 기준)의 양으로 존재하는 것이 바람직하다. 특히 적합한 젖은 결합제는 메틸셀룰로오즈이며, 적합한 구입가능한 메틸셀룰로오즈는 다우 케미칼 컴패니(Dow Chemical Company, 미국 미시간주 미드랜드시 소재)로부터 입수가능한 METHOCEL A4M이다. 메틸셀룰로오즈는 압출가능 혼합물 중에 바람직하게는 압출가능 혼합물의 약 0.5 내지 약 5 중량부, 더욱 바람직하게는 약 1 내지 약 3 중량부의 양으로 존재한다. 메틸셀룰로오즈와 함께 사용되는 다른 적합한 결합제는 아크릴계 결합제이다. 이러한 중합체의 예로는 웨스트바코 코포레이션으로부터 입수가능한 JONREZ D-2106 및 JONREZ D-2104 및 롬앤하스(Rohm & Haas, 미국 펜실베니아주 몽고메리빌시 소재)로부터 입수가능한 Duramax 아크릴계 결합제이다. 중간 정도의 고유리 전이 온도를 갖는 아크릴계 중합체가 압출가능 혼합물의 약 4 중량부 이하(아크릴계 결합제의 고체 함량 기준)의 양으로 존재하는 것이 바람직하며, 압출가능 혼합물의 약 1 내지 약 4 중량부(아크릴계 결합제의 고체 함량 기준)의 양으로 존재하는 것이 더욱 바람직하다. 다른 적합한 결합제로는 히드록시프로필 메틸셀룰로오즈 폴리머, CMC, 폴리비닐 알콜, 및 기타 임시 결합제/가소제 첨가물이 있다.
압출가능 혼합물의 다른 바람직한 성분은 건조한 그러나 소성(firing)되지 않은 단일체와 소성(firing)된 단일체 모두의 강도를 증가시키며, 융제인 규산나트 륨이다. 따라서 규산나트륨은 단일체가 건조 상태일 때 결합제인 동시에 융제이며, 용액으로서 압출가능 혼합물에 첨가된다. 규산나트륨은 압출가능 혼합물 중에 바람직하게는 약 7 중량부 이하(규산나트륨의 고체 함량 기준), 더욱 바람직하게는 약 2 내지 약 7 중량부(규산나트륨의 고체 함량 기준)의 양으로 존재한다. 적합한 구입가능한 규산나트륨 용액은 피큐 코포레이션, 인더스트리얼 케미칼즈 디비젼(PQ Corporation, Industrial Chemicals Division, 미국 펜실베니아주 발리 포지시 소재)으로부터 입수가능한 40% 고체, Type N 용액이다. 건조시킨 단일체에 적합한 다른 결합제는 실리카 졸 및 알루미나 졸이 있다.
압출가능 혼합물은 압출가능 혼합물을 형성하기에 충분한 양의 물을 포함하며, 바람직하게는 약 60 내지 약 130 중량부를 포함한다. 물은 혼합물에 첨가하기 전에 냉각시키는 것이 바람직하며, 약 0℃로 시스템에 첨가되는 것이 더욱 바람직하다. 이렇게 낮은 온도는 혼합 중에 성분들을 차게 유지하여 성분들을 혼합함으로써 또는 기계적 혼합 작용의 결과 일어나는 혼합물의 가열로 인해 발생할 수 있는 임의의 발열 반응을 극복하는 것을 도와준다.
압출가능 혼합물을 압출 다이에 통과시킴으로써 최종 단일체 형상으로 압출가능 혼합물을 성형한다. 이 단일체는 블록 형상을 가지며, 길이 방향을 따라 하나 이상의 통로를 포함하고, 바람직하게는 단일체의 길이를 따라 뻗어있는 복수개의 통로를 포함한다. 단일체는 유체가 단일체 내의 통로로 밀려들어갈 수 있게 흡착할 물질을 함유한 유체 스트림 내에 배치되도록 설계되어 있다. 이상적인 것은 유체에 노출된 단일체의 내면적을 극대화하여 흡착 효율을 극대화하는 것이다. 벌 집형 구조가 바람직하다. 벌집형 압출물은 세라믹 업계에 공지되어 있으며, 세라믹 단일체를 제조하는 데 사용되어 왔다.
단일체(10)의 벌집형 구조는 건조 및 소성(firing) 후, 바람직하게는 70% 이상 80% 이하, 더욱 바람직하게는 약 73.8%의 개방 전면 영역을 갖는다. 단일체의 개방 전면 영역은 단일체의 길이에 실질적으로 직각인 평면에서 구한 단일체의 개방 면적의 퍼센트이다. 또한, 단일체(10)는 사각형 셀을 갖는 벌집형 패턴을 갖고 제곱 인치당 약 540개 셀을 갖는 것이 바람직하다. 벌집 구조는 셀투셀(cell-to-cell) 핏치가 약 0.043 인치이고, 셀 벽 두께가 약 6mils이며 셀 당 개방 전면 면적은 약 0.0014 제곱인치이다. 대체로 여러 용도를 위해 셀 밀도는 제곱 인치 당 1 내지 800개 셀 또는 그 이상일 수 있으며, 셀 벽 두께는 약 150 mil 내지 약 5 mil 범위이고, 셀투셀 피치는 약 1 내지 약 0.035 인치 범위일 수 있다.
벌집형 압출 단일체(10)는 구조의 균열이 방지된 방식으로 건조시킨다. 균열을 줄이기 위해, 단일체를 단일체 전역에서 실질적으로 동일한 비율로 물을 제거하여 건조시킨다. 바람직한 건조법은 진공 건조법, 동결 건조법 및 습도 제어 건조법을 포함한다. 보다 통상적인 건조법을 본 발명의 단일체를 건조하는 데 사용할 수 있지만 상업적으로 덜 실용적이다. 이러한 통상적인 방법에는 유전체 건조법과 단일체를 플라스틱으로 싸 건조시키는 온난 공기 건조법이 있다.
벌집형 압출 단일체의 진공 건조법은 압출 단일체를 초기에는 진공 챔버 내가 주변 실온 및 대기압 상태인 진공 챔버 내에 두고, 진공 챔버 내의 압력을 단일체 내의 물을 결빙시키기에 충분한 속도 및 수준으로 낮추고, 상기 저하된 진공 챔 버내 압력을 단일체가 건조될 때까지 결빙된 물이 승화하기에 충분한 시간 동안 유지하는 것을 포함한다. 이 건조 과정은 단일체가 결빙된 후 그 단일체를 다른 챔버로 옮기기 위해 잠시 중단될 수 있다. 단일체 내의 물을 결빙시키는 것은 물을 고정시켜 단일체의 크기 및 형상을 안정화시킨다. 초기 진공은 단일체를 빠르고 균일하게 결빙하도록 깊은 진공이 바람직하다. 진공은 대기압의 차가운 챔버 내에서 단일체를 결빙시킬 때 보다 더 균일하게 단일체를 결빙시킨다. 결빙 후, 단일체를 첫번째 챔버에서와 같은 깊은 진공이 요구되지 않는 두번째 챔버로 옮길 수 있다. 승화가 이 두번째 챔버내에서 이루어진다. 진공 건조 중에 진공 챔버 내 압력은 약 1 분 내에 대기압에서 약 1 torr 미만의 압력으로, 바람직하게는 30 미크론 내지 1 torr 범위 내 압력으로 낮춘다. 또는 이 두번째 챔버의 압력을 대기압이고, 온도가 어는점 이하일 수 있으며, 결빙된 단일체를 순환 탈습 공기로 건조시킬 수 있다.
벌집형 압출 단일체의 동결 건조법은 구조물을 승화에 의한 건조를 위해 진공 챔버 내에 두기 전에 순간 결빙시키는 것을 제외하고는 진공 건조법과 동일한 방식으로 수행한다. 젖은 단일체를 액체 질소 또는 당업자에게 알려진 다른 수단으로 냉각시킨 극냉 챔버 내에 넣어 결빙시킨다. 챔버 내 온도는 바람직하게는 약 -25℉ 이하, 보다 바람직하게는 약 -80℉ 이하이며, 순환 공기 또는 기체 환경을 갖는다. 또는, 단일체를 액체 질소와 같은 극냉 액체에 잠기게 하거나 담구어 단일체를 결빙시킬 수도 있다.
동결 건조법 또는 단일체를 진공 하에 두는 진공 건조법의 건조 단계 중에, 단일체의 온도는 건조 중에 독립적으로 복사, 전도, 대류, 또는 RF 또는 마이크로웨이브 에너지에 의한 에너지를 가하여 변화시킴으로써 물 제거를 촉진할 수 있다. 진공 건조법에 사용되는 것과 유사한 진공 수준을 사용한다. 단일체의 온도는 불균일 수분 유실 및 균열을 배제하기 위해 최대 32℉ 이하에 유지해야 한다.
젖은 상태의 벌집형 압출 단일체의 습도 제어 건조법은 젖은 상태의 압출 단일체를 초기 챔버 내 상대 습도가 92% 이상인 챔버 내에 넣는 단계, 및 (2) 챔버내 상대 습도를 단일체가 건조될 때까지 서서히 낮추는 단계를 포함한다. 챔버 내 초기 상대 습도는 98% 이상인 것이 바람직하다. 챔버 내 습도를 여러 단계로 낮추어 각각의 건조 단계 중에, 단일체 전역에서 실질적으로 균일한 수분 유실이 결과되도록 할 수 있다. 습도 조절 공기를 건조 챔버와 벌집형 단일체의 통로 내에 순환시켜 단일체 전역에서 균일한 수분 제거율이 얻어지게 한다. 챔버 내 온도는 건조 작용을 촉진시키기 위해 변화시킬 수 있다.
건조 후, 건조된 벌집형 압출 단일체를 질소 또는 다른 비산화성 또는 약간의 환원성 분위기 하에 약 1600 내지 약 1900℉, 바람직하게는 약 1850 내지 약 1900℉의 온도에서 소성(firing)시킨다. 세라믹 성형 재료가 서로 반응하여 활성 탄소를 유지하고, 압출된 벌집 형상을 유지하는 매트릭스를 형성하기에 충분한 시간 동안 단일체를 소성(firing)시켜야 한다. 소성(firing)에 의해 형성되는 결합은 건식인쇄 장치를 위한 오존 필터, 자동차 공기 유입 시스템의 연료 흡착기, 또는 촉매 지지체와 같은 의도한 용도에서 단일체가 취급 및 사용을 견딜 수 있는 강도를 갖는 매트릭스를 형성하기에 충분해야 한다. 본 발명의 단일체를 촉매 지지 체로서 사용할 경우에는 통상적인 코팅법을 이용하여 통상적인 촉매 코팅으로 코팅할 수 있다. 본 발명의 단일체를 형성하는 재료의 표면적이 클수록 촉매 지지체로서 바람직할 것이다.
바람직한 실시태양에서, 단일체는 활성 탄소 30 중량부, 볼 점토 50 중량부, 소성 카올린 점토 10 중량부, 하석 섬장암 10 중량부, 메틸셀룰로오즈 2.5 중량부, 규산나트륨 고체 2.8 중량부, 및 물 75 중량부를 포함하는 혼합물을 압출하여 제조한다. 결과되는 벌집형 단일체는 우수한 구조적 완전성을 보이고, 축방향 강도가 약 1500 psi이며, 축방향 파열 모듈러스가 약 150 psi이다.
본 발명의 탄소 함유 세라믹 단일체는 단일체가 함유할 수 있는 탄소 함량의 범위가 넓기 때문에 다양한 용도에 사용될 수 있다. 예를 들면, 단일체 파열 강도는 탄소와 세라믹 성형 재료의 상대적 량, 소성(firing) 온도 및 성분들의 입자 크기에 좌우될 것이다. 특히, 단일체를 자동차 공기 유입 VOC 흡착 제품으로 사용하기 위해서는 높은 강도와 약 25 내지 약 35 중량%의 탄소 함량이 요구되며, 단일체를 오존 제거기로 사용하기 위해서는 높은 강도와 약 45 내지 약 60 중량%의 탄소 함량이 요구된다. 25 중량%의 탄소를 함유한 자동차 공기 유입 VOC 흡착 제품의 경우 축방향 파쇄 강도는 1200 내지 1600 psi 범위이고, 50%의 탄소를 함유한 오존 제거기의 경우 축방향 파쇄 강도는 500 내지 100 psi 범위이다.
하기 실시예는 본 발명을 실행하는 방법을 당업자에게 교시하기 위해 개시된 것이다.
실시예
표 1에 제시된 바와 같이 건조 성분들의 4개 배합물(A-D)을 약 4 분 동안 건식 블렌딩하였다. 압출가능 혼합물을 형성하는 적정량의 물을 첨가하고, 성분들을 고에너지 혼합기 내에서 허용되는 압출 특성을 갖는 혼합물이 얻어질 때까지 약 5 분 동안 습식 혼합하였다.
성분 배합물 (중량부)
A B C D
활성 탄소1 50 50 30 30
볼 점토2 42 36 58 50
소성 카올린3 8 7 12 10
하석 섬장암4 - 7 - 10
규산나트륨5(수용액의 고체) - 4.5 - 2.8
메틸셀룰로오즈6 3 3 2.5 2.5
물 83 102 66 75
1 웨스트바코 코포레이션(Westvaco Corporation, 미국 뉴욕주 뉴욕시 소재)으로부터 입수가능, BET 표면적이 1500 m2/g이고, 65 내지 85%가 325 메쉬 미만이고, 85 내지 95%가 200 메쉬 미만이고, 95% 내지 100%가 100 메쉬 미만임.
2 켄터키-테네시 클레이 컴패니(Kentucky-Tennessee Clay Company, 미국 켄터키주 매이필드 소재)로부터 상품명 OLD MINE #4 볼 점토로 입수가능.
3 조지아 카올린 컴패니, 인크.(Georgia Kaolin Company, Inc., 미국 뉴저어지주 유니온시 소재)로부터 상품명 Glomax LL로 입수가능.
4 유니민 스페셜티 머티리알즈, 인크.(Unimin Specialty Materials, Inc., 미국 일리노이주 엘코시 소재)로부터 상품명 MINEX(등록상표)로 입수가능.
5 피큐 코포레이션, 인더스트리얼 케미칼즈 디비젼(PQ Corporation, Industrial Chemicals Division, 미국 펜실베니아주 발리 포지시 소재)로부터 40% 고체, Type N을 함유한 용액 형태로 입수가능.
6 다우 케미칼 컴패니(Dow Chemical Company, 미국 미시간주 미드랜드시 소재)로부터 상품명 METHOCEL A4M로 입수가능.
이어서 4개의 혼합물을 따로따로 벌집형 압출 다이를 통해 압출하여 젖은 상태의 벌집형 성형 구조를 형성하고, 여러층의 플라스틱 필름으로 싸 수분 손실을 지연시키고, 약 180℉의 온난 공기 건조기에서 약 24 시간 동안 건조시켰다.
단일체가 충분히 건조되면, 배합물 A-D로부터 제조된 각각의 단일체로부터 4개의 샘플을 잘라낸다. 샘플들을 단일체의 통로 방향과 직각으로 자르며 두께는 12 ㎜이다. 이어서 이들 샘플을 30분 내지 1 시간 동안 불활성 분위기로 퍼어징되는 전기노에서 표 2에 제시된 온도로 소성(firing)시키고, 축방향 파쇄 강도 및 겉보기 밀도의 결과를 결정하고 비교하였다. 결과가 도 3 및 4에 각각 도시되어 있다.
소성(firing) 온도(OF)
배합물 샘플 1 샘플 2 샘플 3 샘플 4
A 1400 1600 1800 2000
B 1400 1600 1800 2000
C 1400 1600 1800 2000
D 1400 1600 1800 2000
도 3은 200 cpsi의 축방향 파쇄 강도를 갖는 활성 탄소 30%를 함유한 단일체와 540 cpsi의 축방향 파쇄 강도를 갖는 활성 탄소 50%를 함유한 단일체를, 유제로서 하석 섬장암 및 규산나트륨를 함유한 경우와 함유하지 않은 경우에 대해 비교하였다. 축방향 파쇄 강도는 ASTM C695-91에 따라 측정하였다. 활성 탄소 30%를 함유한 배합물 C 및 D가 활성 탄소 50%를 함유한, 즉, 세라믹 성형 재료의 양이 적은 배합물 A 및 B 보다 축방향 파쇄 강도가 현저하게 높음을 알 수 있다. 또한, 융제를 첨가하면, 동량의 탄소와 거의 동량의 세라믹 성형 재료를 갖고 동일 온도에서 소성(firing)시킨 단일체 보다 강도가 증가됨을 알 수 있다. 구체적으로, 도 3은 활성 탄소 50 중량부와 융제를 포함하는 배합물 B의 단일체가 활성 탄소 50 중량부를 포함하고 융제를 포함하지 않는 배합물 A의 단일체 보다 우수한 강도를 가짐을 제시하고 있다. 배합물 A의 단일체와 배합물 B의 단일체는 모두 동일한 온도에서 소성(firing)시켰다. 도 3은 또한 배합물 C와 D의 단일체에 대해서도 유사한 결과를 제시하고 있다. 배합물 C는 30 중량부의 탄소를 포함하고, 융제는 포함하지 않았으며, 배합물 D는 30 중량부의 탄소와 융제를 포함하였다. 이는 융제를 혼입하여 보다 낮은 공정 온도에서 소성(firing)시킬 때 유사한 배합물에 대해 동일한 강도를 얻을 수 있음을 의미한다.
도 4는 각각의 배합물에 따라 제조되고 여러 소성(firing) 온도에서 소성(firing)시킨 단일체로부터 취한 샘플의 겉보기 밀도값을 비교한 것이다. 겉보기 밀도는 단일체 표피를 제거하기 위해 등변등각의 평행육면체로 절단된 크기가 12 ㎜ x 12 ㎜ x 12 ㎜인 샘플에 대해 ASTM C838-91에 따라 측정하였다. 모든 배합물은 소성(firing) 온도가 올라갈수록 겉보기 밀도가 증가되는 것으로 나타났다. 이러한 겉보기 밀도의 증가는 존재하는 세라믹 성형 재료로부터 세라믹 구조가 형성되기 때문이다. 도 4는 활성 탄소 30%를 함유한, 즉, 활성 탄소 50%를 함유한 배합물 보다 더 많은 양의 세라믹 성형 재료를 함유한 배합물들에서 더 큰 밀도가 얻어짐을 제시하고 있다. 또한, 특히 배합물 D에서, 융제를 함유한 배합물이 융제를 함유하지 않은 배합물 보다 겉보기 밀도가 증가된 것으로 나타났다.
상기 설명은 본 발명의 실시태양에 관한 것으로 이후 정의되는 본 발명의 청구범위를 벗어나지 않으며 수정 및 변경을 구성할 수 있다.
본 발명은 활성 탄소, 세라믹 성형 재료, 물 및 융제를 포함하는 압출가능 혼합물을 압출하는 것을 포함하는 흡착성 단일체의 형성 방법을 제공함으로써 상기 문제점을 해결한다. 융제는 세라믹 성형 재료가 녹아 세라믹 결합을 형성하는 온도를 낮춤으로써 소성(firing) 시 세라믹 성형 재료의 융화를 개선한다. 이로써 단일층은 저온에서 단시간에 소성(firing)시킬 수 있다. 또한, 본 발명은 진공 건조, 동결 건조 및 습도 제어 건조를 포함하는 젖은 상태의 압출 단일체를 건조시키는 방법을 포함한다. 상기와 같은 건조 방법에 의하면, 젖은 상태의 압출 단일체를 단일체의 균열 없이 건조시킬 수 있다.

Claims (95)

  1. (a) 활성 탄소; 세라믹 성형 재료; 융제; 및 물
    을 포함하고, 압출 후 또는 단일체의 건조 중에 단일체의 형상을 유지할 수 있는 압출가능 혼합물을 하나 이상의 관통 통로를 갖는 형상의 단일체가 성형되도록 압출 다이를 통해 압출하는 단계,
    (b) 압출된 단일체를 건조시키는 단계, 및
    (c) 건조시킨 단일체를 세라믹 성형 재료가 서로 반응하여 세라믹 매트릭스를 형성하기 위한 온도에서 일정 시간 동안 소성(firing)시키는 단계를 포함하고, 압출 가능 혼합물이 젖은 상태의 압출 단일체의 강도를 증강시키고, 형상을 유지하기 위해 젖은 결합제를 포함하며, 세라믹 성형 재료가 건조 및 소성(firing)단계 중에, 단일체가 수축되는 것을 제어하기 위해 충전재를 포함하는 흡착성 단일체의 형성방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서, 압출가능 혼합물이 젖은 상태의 압출 단일체의 강도를 증강시키고, 형상을 유지하기 위해 젖은 결합제를 포함하고, 세라믹 성형 재료가 건조 및 소성(firing) 단계 중에, 단일체가 수축되는 것을 제어하기 위해 충전재를 포함하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 세라믹 성형 재료가 볼 점토(ball clay)를 포함하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 융제가 장석 함유 광물을 포함하는 방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 융제가 하석 섬장암을 포함하는 방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 결합제가 메틸셀룰로오즈를 포함하는 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 결합제가 아크릴계 결합제를 더 포함하는 방법.
  10. 제 1 항에 있어서, 압출가능 혼합물이 규산나트륨을 더 포함하는 방법.
  11. 제 1 항에 있어서, 세라믹 성형 재료 충전재가 소성 카올린 점토를 포함하는 방법.
  12. 제 1 항에 있어서, 세라믹 성형 재료가 볼 점토를 포함하고, 융제가 장석 함 유 광물을 포함하는 방법.
  13. 제 12 항에 있어서, 장석 함유 광물이 하석 섬장암인 방법.
  14. 제 4 항에 있어서, 세라믹 성형 재료가 볼 점토를 포함하고, 융제가 장석 함유 광물을 포함하고, 결합제가 메틸셀룰로오즈를 포함하고, 세라믹 성형 재료 충전제가 카올린 점토를 포함하는 방법.
  15. 제 14 항에 있어서, 장석 함유 광물이 하석 섬장암인 방법.
  16. 제 14 항에 있어서, 압출가능 혼합물이 규산나트륨을 더 포함하는 방법.
  17. 제 14 항에 있어서, 결합제가 아크릴계 결합제를 더 포함하는 방법.
  18. 제 1 항에 있어서, 활성 탄소가 20 내지 70 중량부의 양으로 압출가능 혼합물 중에 존재하고, 세라믹 성형 재료가 20 내지 60 중량부의 양으로 압출가능 혼합물 중에 존재하고, 융제가 4 내지 20 중량부의 양으로 압출가능 혼합물 중에 존재하는 방법.
  19. 제 18 항에 있어서, 압출가능 혼합물이 젖은 상태의 압출 단일체의 강도를 증강시키고 형상을 유지하기 위해 젖은 결합제 0.5 내지 5 중량부 (결합제의 고체 함량 기준)를 포함하는 방법.
  20. 제 18 항에 있어서, 세라믹 성형 재료가 건조 및 소성(firing) 단계 중에, 단일체가 수축되는 것을 제어하기 위해 1 내지 15 중량부의 양으로 압출가능 혼합물 중에 존재하는 충전재를 포함하는 방법.
  21. 제 18 항에 있어서, 압출가능 혼합물이 젖은 상태의 압출 단일체의 강도를 증강시키고 형상을 유지하기 위해 젖은 결합제 0.5 내지 5 중량부 (결합제의 고체 함량 기준)를 포함하고, 세라믹 성형 재료가 건조 및 소성(firing) 단계 중에, 단일체가 수축되는 것을 제어하기 위해 1 내지 15 중량부 압출가능 혼합물 중에 존재하는 충전재를 포함하는 방법.
  22. 제 18 항에 있어서, 세라믹 성형 재료가 볼 점토인 방법.
  23. 제 18 항에 있어서, 융제가 장석 함유 광물인 방법.
  24. 제 23 항에 있어서, 장석 함유 광물이 하석 섬장암인 방법.
  25. 제 18 항에 있어서, 압출가능 혼합물이 0.5 내지 5 중량부의 양으로 존재하는 메틸셀룰로오즈를 더 포함하는 방법.
  26. 제 18 항에 있어서, 압출가능 혼합물이 0.5 내지 5 중량부의 양으로 존재하는 메틸셀룰로오즈 및 1 내지 4 중량부의 양으로 존재하는 아크릴계 결합제를 더 포함하는 방법.
  27. 제 18 항에 있어서, 압출가능 혼합물이 규산나트륨 2 내지 7 중량부를 더 포함하는 방법.
  28. 제 20 항에 있어서, 세라믹 성형 재료가 소성 카올린 점토인 방법.
  29. 제 18 항에 있어서, 세라믹 성형 재료가 볼 점토이고, 융제가 장석 함유 광물인 방법.
  30. 제 29 항에 있어서, 장석 함유 광물이 하석 섬장암인 방법.
  31. 제 1 항에 있어서, 활성 탄소가 압출가능 혼합물 중에 20 내지 70 중량부의 양으로 존재하고, 세라믹 성형 재료가 20 내지 60 중량부의 양으로 압출가능 혼합물 중에 존재하는 볼 점토를 포함하고, 융제가 4 내지 20 중량부의 양으로 압출가능 혼합물 중에 존재하는 장석 함유 광물이고, 압출가능 혼합물이 0.5 내지 5 중량부의 양으로 압출가능 혼합물 중에 존재하는 메틸셀룰로오즈를 더 포함하고, 세라믹 성형 재료가 1 내지 15 중량부의 양으로 압출가능 혼합물 중에 존재하는 소성 카올린 점토를 더 포함하고, 물이 60 내지 130 중량부의 양으로 압출가능 혼합물 중에 존재하는 방법.
  32. 제 31 항에 있어서, 장석 함유 광물이 하석 섬장암인 방법.
  33. 제 31 항에 있어서, 압출가능 혼합물이 규산나트륨 2 내지 7 중량부를 더 포함하는 방법.
  34. 제 1 항에 있어서, 활성 탄소가 20 내지 70 중량부의 양으로 압출가능 혼합물 중에 존재하고, 세라믹 성형 재료가 20 내지 60 중량부의 양으로 압출가능 혼합물 중에 존재하는 볼 점토를 포함하고, 융제가 4 내지 20 중량부의 양으로 압출가능 혼합물 중에 존재하는 하석 섬장암이고, 압출가능 혼합물이 0.5 내지 5 중량부의 양으로 압출가능 혼합물 중에 존재하는 메틸셀룰로오즈를 더 포함하고, 압출가능 혼합물이 1 내지 4 중량부의 양으로 압출가능 혼합물 중에 존재하는 아크릴계 결합제를 더 포함하고, 세라믹 성형 재료가 1 내지 15 중량부의 양으로 압출가능 혼합물 중에 존재하는 소성 카올린 점토를 더 포함하고, 압출가능 혼합물이 2 내지 7 중량부의 양으로 압출가능 혼합물 중에 존재하는 규산나트륨 고체를 더 포함하고, 물이 60 내지 130 중량부의 양으로 압출가능 혼합물 중에 존재하는 방법.
  35. 제 1 항에 있어서, 압출 단계 중에, 압출가능 혼합물을 복수개의 관통 통로를 갖는 단일체가 성형되도록 압출 다이를 통해 압출하는 방법.
  36. 제 35 항에 있어서, 단일체와 상기 복수개의 통로가 벌집 형상을 형성하는 방법.
  37. 제 36 항에 있어서, 단일체가 70% 이상 85% 이하의 개방 전면 영역을 갖는 방법.
  38. 제 1 항에 있어서, 단일체를 비산화성 분위기 하에 1600 내지 1900℉의 온도에서 소성(firing)시키는 방법.
  39. 제 38 항에 있어서, 단일체를 0.5 내지 1 시간 동안 소성(firing)시키는 방법.
  40. 제 1 항에 있어서, 건조 단계가
    압출 단일체를 초기에는 진공 챔버 내가 주변 실온과 대기압 상태인 진공 챔버 내에 넣는 단계;
    단일체 내의 물을 결빙시키도록 하는 속도 및 수준으로 진공 챔버 내의 압력을 낮추는 단계;
    단일체 내에 결빙된 물이 승화하여 단일체가 건조되는 시간 동안 상기 저하된 진공 챔버 내의 압력을 유지하는 단계를 포함하는 방법.
  41. 제 40 항에 있어서, 압력을 낮추는 단계 중에, 진공 챔버 내 압력을 대기압에서 1 torr 미만의 압력으로 낮추는 방법.
  42. 제 40 항에 있어서, 압력을 낮추는 단계 중에, 진공 챔버 내 얍력을 1 분 내에 대기압에서 1 torr 미만의 압력으로 낮추는 방법.
  43. 제 1 항에 있어서, 건조 단계가
    압출 단일체 내의 물을 결빙시키는 단계;
    결빙된 압출 단일체를 초기에는 진공 챔버 내 압력이 대기압 상태인 진공 챔버 내에 넣는 단계;
    단일체 내의 물을 결빙된 상태로 유지하도록 하는 시간 동안 진공 챔버 내의 압력과 온도 중 어느 하나 또는 모두를 낮추는 단계;
    단일체 내에 결빙된 물이 승화하여 단일체가 건조되는 시간 동안 상기 저하된 진공 챔버 내의 압력과 온도 중 어느 하나 또는 모두를 유지하는 단계를 포함하는 방법.
  44. 제 43 항에 있어서, 결빙 단계 중에, 단일체 내의 물을 압출 단계 후 10초 내지 10 분 내에 결빙시키는 방법.
  45. 제 43 항에 있어서, 결빙 단계 중에, 단일체를 -25℉ 미만의 온도에 두는 방법.
  46. 제 43 항에 있어서, 결빙 단계 중에, 단일체를 -80℉ 미만의 온도에 두는 방법.
  47. 제 1 항에 있어서, 건조 단계가
    압출 단일체를 초기에는 챔버 내 상대 습도가 95% 이상인 챔버 내에 넣는 단계; 및
    챔버 내 상대 습도를 단일체가 건조될 때까지 서서히 낮추는 단계
    를 포함하는 방법.
  48. 제 1 항에 있어서, 소성(firing) 단계 후, 단일체의 셀 밀도가 1 내지 800 셀/제곱인치이고, 개방 전면 영역이 70% 이상 85% 이하인 방법.
  49. 제 1 항에 있어서, 활성 탄소가 역청탄, 갈탄, 토탄, 합성 고분자, 석유 역청물질, 석유 코우크스, 콜타르 피치 및 리그노셀룰로오즈 물질로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질로부터 유도된 것인 방법.
  50. 제 1 항에 있어서, 활성 탄소가 목재, 목재 분진, 목분, 톱밥, 코코넛 껍질, 과일 씨, 견과류 껍질, 및 과석(fruit stone)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 리그노셀룰로오즈 물질로부터 유도된 것인 방법.
  51. 제 1 항에 있어서, 활성 탄소가 600 내지 2000 m2/g의 질소 B.E.T.표면적을 갖는 것을 특징으로 하는 것인 방법.
  52. 제 1 항에 있어서, 활성 탄소가 800 내지 1800 m2/g의 질소 B.E.T.표면적을 갖는 것을 특징으로 하는 것인 방법.
  53. 제 1 항에 있어서, 활성 탄소가 1000 내지 1600 m2/g의 질소 B.E.T.표면적이 특징으로 하는 것인 방법.
  54. 제 1 항에 있어서, 활성 탄소가 그의 40 중량% 이상이 325 메쉬 스크린을 통과할 수 있는 입자 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 것인 방법.
  55. 제 1 항에 있어서, 상기 활성 탄소가 그의 65 중량% 이상이 325 메쉬 스크린을 통과할 수 있는 입자 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 것인 방법.
  56. 제 1 항의 방법에 의하여 제조되는 흡착성 단일체.
  57. 제 1 항의 방법에 의하여 제조되고, 하나 이상의 관통 통로를 포함하는 흡착성 단일체를 통하여, 초기에는 휘발성 유기 화합물 또는 오존을 포함하는 유체가 흐르도록 하는 단계를 포함하는, 흡착성 단일체를 이용하여 유체흐름으로부터 휘발성 유기 화합물 또는 오존을 제거하는 방법.
  58. 압출 단일체를 초기에는 진공 챔버 내가 대기 온도와 압력 상태인 진공 챔버 내에 넣는 단계;
    단일체 내의 물을 결빙시키도록 하는 속도 및 수준으로 진공 챔버 내의 압력을 낮추는 단계;
    단일체 내에 결빙된 물이 승화하여 단일체가 건조되는 시간 동안 상기 저하된 진공 챔버 내의 압력을 유지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 활성 탄소, 세라믹 성형 재료 및 물을 포함하는 젖은 상태의 압출 단일체를 건조시키는 방법.
  59. 제 58 항에 있어서, 압력을 낮추는 단계 중에, 진공 챔버 내 압력을 대기압에서 1 torr 미만의 압력으로 낮추는 방법.
  60. 제 58 항에 있어서, 압력을 낮추는 단계 중에, 진공 챔버 내 얍력을 1 분 내에 대기압에서 1 torr 미만의 압력으로 낮추는 방법.
  61. 압출 단일체 내의 물을 결빙시키는 단계;
    결빙된 압출 단일체를 초기에는 진공 챔버 내 압력이 대기압 상태인 진공 챔버 내에 넣는 단계;
    단일체 내의 물을 결빙된 상태로 유지하도록 하는 시간 동안 진공 챔버 내의 압력과 온도 중 어느 하나 또는 모두를 낮추는 단계;
    단일체 내에 결빙된 물이 승화하여 단일체가 건조되는 시간 동안 상기 저하된 진공 챔버 내의 압력과 온도 중 어느 하나 또는 모두를 유지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 활성 탄소, 세라믹 성형 재료 및 물을 포함하는 젖은 상태의 압출 단일체를 건조시키는 방법.
  62. 제 61 항에 있어서, 결빙 단계 중에, 단일체 내의 물을 압출 단계 후 10초 내지 10 분 내에 결빙시키는 방법.
  63. 제 61 항에 있어서, 결빙 단계 중에, 단일체를 -25℉ 미만의 온도에 두는 방법.
  64. 제 61 항에 있어서, 결빙 단계 중에, 단일체를 -80℉ 미만의 온도에 두는 방법.
  65. 압출 단일체를 초기에는 챔버 내 상대 습도가 95% 이상인 챔버 내에 넣는 단계; 및
    챔버 내 상대 습도를 단일체가 건조될 때까지 서서히 낮추는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는, 활성 탄소, 세라믹 성형 재료 및 물을 포함하는 젖은 상태의 압출 단일체를 건조시키는 방법.
  66. 유체 흐름을 수용하는 복수개의 관통 통로를 갖고, 개방 전면 영역이 70% 이상 85% 이하이고, 소성(firing)된 세라믹 재료와 상기 세라믹 재료에 고르게 분산된 활성 탄소를 포함하며, 상기 세라믹 재료가 매트릭스를 형성하고, 상기 활성 탄소가 그 매트릭스에 의해 지지되어 있는 벌집형 흡착성 단일체.
  67. 제 66 항에 있어서, 활성 탄소가 20 내지 70 중량부의 양으로 존재하고, 세라믹 재료가 20 내지 60 중량부의 양으로 존재하는 흡착성 단일체.
  68. 제 66 항에 있어서, 단일체의 축방향 파쇄 강도가 500 내지 1600 psi인 흡착성 단일체.
  69. 제 66 항에 있어서, 상기 활성 탄소가 역청탄, 갈탄, 토탄, 합성 고분자, 석유 역청물질, 석유 코우크스, 콜타르 피치 및 리그노셀룰로오즈 물질로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질로부터 유도된 흡착성 단일체.
  70. 제 66항에 있어서, 상기 활성 탄소가 목재, 목재 분진, 목분, 톱밥, 코코넛 껍질, 과일 씨, 견과류 껍질, 및 과석(fruit stone)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 리그노셀룰로오즈 물질로부터 유도된 흡착성 단일체.
  71. 제 66 항에 있어서, 상기 활성 탄소가 600 내지 2000 m2/g의 질소 B.E.T.표면적을 갖는 것을 특징으로 하는 흡착성 단일체.
  72. 제 66 항에 있어서, 상기 활성 탄소가 800 내지 1800 m2/g의 질소 B.E.T.표면적을 갖는 것을 특징으로 하는 흡착성 단일체.
  73. 제 66 항에 있어서, 상기 활성 탄소가 1000 내지 1600 m2/g의 질소 B.E.T.표면적이 특징으로 하는 흡착성 단일체.
  74. 제 66 항에 있어서, 상기 활성 탄소가 그의 40 중량% 이상이 325 메쉬 스크린을 통과할 수 있는 입자 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 흡착성 단일체.
  75. 제 66 항에 있어서, 상기 활성 탄소가 그의 65 중량% 이상이 325 메쉬 스크 린을 통과할 수 있는 입자 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 흡착성 단일체.
  76. 제 57 항에 있어서, 활성 탄소가 20 내지 70 중량부의 양으로 존재하고, 세라믹 재료가 20 내지 60 중량부의 양으로 존재하는 방법.
  77. 제 57 항에 있어서, 단일체의 축방향 파쇄 강도가 500 내지 1600 psi인 방법.
  78. 제 57 항에 있어서, 활성 탄소가 역청탄, 갈탄, 토탄, 합성 고분자, 석유 역청물질, 석유 코우크스, 콜타르 피치 및 리그노셀룰로오즈 물질로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질로부터 유도된 것인 방법.
  79. 제 57 항에 있어서, 활성 탄소가 목재, 목재 분진, 목분, 톱밥, 코코넛 껍질, 과일 씨, 견과류 껍질, 및 과석(fruit stone)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 리그노셀룰로오즈 물질로부터 유도된 것인 방법.
  80. 제 57 항에 있어서, 활성 탄소가 600 내지 2000 m2/g의 질소 B.E.T.표면적을 갖는 것을 특징으로 하는 것인 방법.
  81. 제 57 항에 있어서, 활성 탄소가 800 내지 1800 m2/g의 질소 B.E.T.표면적을 갖는 것을 특징으로 하는 것인 방법.
  82. 제 57 항에 있어서, 활성 탄소가 1000 내지 1600 m2/g의 질소 B.E.T.표면적이 특징으로 하는 것인 방법.
  83. 제 57 항에 있어서, 활성 탄소가 그의 40 중량% 이상이 325 메쉬 스크린을 통과할 수 있는 입자 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 것인 방법.
  84. 제 57 항에 있어서, 활성 탄소가 그의 65 중량% 이상이 325 메쉬 스크린을 통과할 수 있는 입자 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 것인 방법.
  85. 제 66 항에 있어서, 장석 함유 광물이 하석 섬장암인 흡착성 단일체.
  86. 제 66 항에 있어서, 융제가 규산나트륨을 더 포함하는 흡착성 단일체.
  87. 제 66 항에 있어서, 세라믹 성형 재료가 볼 점토, 가소성 카올린, 스멕타이트 점토 광물, 벤토나이트 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 흡착성 단일체.
  88. 제 66 항에 있어서, 소성(firing)시킨 세라믹 재료가 수축 방지 충전재를 더 포함하는 흡착성 단일체.
  89. 제 87 항에 있어서, 수축 방지 충전재가 소성 카올린 점토인 흡착성 단일체.
  90. 제 57 항에 있어서, 융제가 장석 함유 광물인 방법.
  91. 제 90 항에 있어서, 장석 함유 광물이 하석 섬장암인 방법.
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  94. 제 57 항에 있어서, 소성(firing)시킨 세라믹 재료가 수축 방지 충전재를 더 포함하는 방법.
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