KR101095458B1 - 활성탄의 제법 및 그 탄화물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 활성탄의 제법 및 그 탄화물에 관한것으로 숯가마에 채워 넣은 목재를 1000~1200℃의 저산소분위기에서 건류하여 탄화물를 제조하는 것에 있어서, 숯가마의 황토층바닥에 죽염과 야자열매숯을 동량으로 혼합한 죽염혼합물층을 적층하여 바탕을 조성하고 그 바탕위에서 목재를 건류하는 탄화공정과, 냉각통의 바닥에 백탄과 죽염을 각각 동량으로 혼합한 죽염혼합층을 적층하여 바탕을 조성하고 그 바탕위에 가마에서 건류된 적열(赤熱)상태의 탄화물을 담고 그 위에 재(灰)를 덮어 공기의 접촉을 차단한 상태에서 냉각시키는 냉각공정의 결합으로 활성탄을 제조하는 것이다.

본 발명에 의하면, 목재의 탄화건류 및 탄화물의 냉각시에 고열처리된 죽염과, 흡착성이 양호한 야자열매숯을 혼합한 죽염혼합물층에 의한 안정된 내열성과 청결성이 유지된 환경에서 제조되기 때문에 활성탄의 제조과정에서 불순물의 유입이 억제되어, 별도의 정제처리 없이도, 활성탄의 순도와 기공율이 높아서 흡착력이 강하며, 음이온과 원적외선이 방출되어 활성도가 크다.

따라서, 실내 공기정화용, 식수정화용, 주방정화용, 취사용, 매트, 베개, 방석, 칫솔, 빗, 신발창, 직물섬유, 생활용기, 기타 각종 생활용품의 첨가재로 사용할 수 있다.

숯가마, 죽염혼합물층, 목재, 탄화물.

Description

활성탄의 제법 및 그 탄화물{METHOD OF PRODUCING ACTIVATED CHARCOAL AND CARBIDE THEREOF}

본 발명은 활성탄의 제법 및 그 탄화물에 관한 것이다.

종래의 참나무숯은 탄화 건류방법에 따라 무산소분위기에서 건류된 검탄과 저산소분위기에서 보다 높은 온도로 건류된 백탄으로 구분되며, 검탄과 백탄은 본래 연료용이었으나 최근에는 생활주변에서 백탄을 활성탄의 대용으로 사용하고 있다.

유해분진과 매연에 의한 대기오염, 유해물질의 범람에 의한 환경오염, 환경오염에 따른 수질오염등이 심각하고 도시의 밀집된 콘크리트 구조물로 인한 유해물질의 증가와 각종 미생물의 증가등으로 인하여 도심의 생활환경은 더욱 악화되고 있다.

이러한 유해가스나 유해물질을 흡착 및 제거하기 위하여, 활성탄의 사용이 증가되고 있다. 순수한 이화학적(理化學的) 활성탄은 동물뼈 또는 야자열매등의 탄화물을 화학적으로 정제(精製)처리하여 불순물을 제거하여 순도를 높인 것으로서 고가(高價)이기 때문에 숯매트나 방석, 일상의 생활용품에 첨가하여 사용하기 어렵 고 따라서 최근에는 한 대안(代案)으로 활성탄보다 값이 저렴한 백탄을 주로 사용하고 있는 실정이다.

백탄은, 숯가마에 참나무를 채워넣고 저산소분위기에서 1000~1100℃의 온도로 건류한 다음 숯가마에 공기의 유입을 차단한 상태에서 수일간 냉각시키어 제조한 것이다.

이와 같이, 백탄은 본래 연료로 생산된 것이므로 숯가마에서 목재의 탄화과정에서 각종 불순물의 유입에 대하여는 전혀 고려되어 있지 않다. 따라서 백탄에는 미량 성분이지만 중금속등의 인체에 유해한 성분이 포함될 수 있어, 이를 정제처리하지 않고 생활주변에서 활성탄의 대용으로 사용할 때, 위생에 대한 안전성이 미흡한 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 정제(精製)처리 없이 이화학적 활성탄의 수준으로 사용이 가능한 순도가 높고 흡착성이 강력한 활성탄의 제법 및 그 탄화물을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 숯가마에서 목재의 탄화 건류에 있어서, 숯가마의 내부환경을 안정된 내열성의 청결한 바탕으로 하여 목재를 건류하고 탄화물의 냉각시에도 안정된 내열성의 청결한 바탕에서 냉각하여, 불순물의 유입이 억제되어 순도(純度)와, 기공율이 높고 흡착력이 강한 활성탄을 보다 저렴하게 생산할 수 있는 활성탄의 제법 및 그 탄화물을 제공하려는데 있다.

본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

즉, 통상의 숯가마에 목재를 채워넣고 1000~1200℃의 저산소분위기에서 40~48시간 건류하여 탄화물을 제조하는 것에 있어서, 숯가마의 황토층바닥에 죽염과 야자열매숯을 동량으로 혼합한 죽염혼합물층을 균일한 두께로 적층하여 바탕을 조성하고 그 바탕위에 참나무와 옻나무등의 목재를 건류하여 탄화시키는 건류공정 과, 냉각통(드럼통)의 바닥에도 입자상(粒子狀)의 백탄과 죽염을 각각 동량으로 혼합한 죽염혼합물층을 적층한 바탕을 조성하고 그 바탕 위에 숯가마에서 건류된 적열(赤熱)상태의 탄화물을 담고 탄화물 위에 재(灰)를 덮어 공기의 접촉을 차단한 상태에서 냉각하는 탄화물의 냉각공정의 결합으로 구성된 것이다.

고온의 건류과정에서 목재에 함유된 수분과 각종수지(樹脂), 무기질등의 물질은 기화되면서 연소되거나 증발하여 외부로 배출된다. 목재를 탄화하는 건류온도가 높을 수록 연소분(燃燒分)이 많게 되어 탄화물의 수율(收率)은 적게 되나, 탄화물의 기공율은 증대된다.

특히 본 발명에서는 죽염혼합물층의 바탕에서 건류하기 때문에 안정된 내화성과 청결성이 유지되어 탄화물의 제조과정에서 숯가마의 지면으로부터 유해물질의 유입이 차단되어 탄화물의 순도가 높게 된다.

본 발명에서 숯가마의 바닥에 적층되는 죽염(竹鹽)은 대나무에 넣은 소금을 1000~1200℃의 고열로 7~9번 반복적으로 소성(燒成)한 것으로 소금의 물성(物性)이 안정(安定)되어, 내화(耐火)벽돌처럼 고열에서도 녹지 않고 내열성이 높으며, 휘발성 물질을 발생하지 않는다. 또한 야자열매숯은 순도가 높은 탄화물로서 죽염과 혼합하여 숯가마의 바닥에 적층하였을 때, 숯가마 내부의 고온에서 전혀 휘발성 물질이 발생되지 않을 뿐 아니라 오히려 불순물의 흡착성이 있다. 또한 숯가마 내에서 야자열매숯은 공기의 접촉이 거의 되지 않기 때문에 연소가 거의 없이 화학적으로 안정된 탄화상태로 유지된다. 따라서 죽염혼합물층에 의해 숯가마 내부의 바탕을 안정된 내화성과 청결성을 유지할 수 있기 때문에 순도와 기공율이 높은 탄화물의 제조가 가능하다.

또 냉각통의 바닥에도 죽염혼합물층의 바탕이 구비되어 있고 적열상태의 탄화물에 재가 덮여 있기 때문에 탄화물 중에 혹 잔류된 휘발물질은 재를 통하여 외부로 이탈되고 탄화물의 냉각과정에서 유해물질의 유입의 우려가 없어, 별도의 정제처리 없이 사용가능한 순도높은 활성탄을 얻을 수 있다.

본 발명에서 탄화물의 목재는 참나무, 옻나무, 각종 목재를 탄화물로 할 수도 있고 단일목재나 혼합목재를 탄화물로 할 수도 있다.

옻나무는 산에도 수량이 많지 않아 숯의 재목으로 사용되고 있지 않으나, 옻나무는 각종 유효성분이 함유된 식물이기 때문에 인체에 유익한 탄화물 목재로 선택해 본 것이며, 어떠한 약리작용을 목적으로 한 것은 아니다.

본 발명의 활성탄은 순도가 높고 흡착성이 강할 뿐 아니라 음이온과 원적외선이 방출되어 탄화물의 활성도가 높다.

본 발명의 활성탄은 숯가마의 바닥에 죽염혼합물의 바탕을 조성한 다음 그 바탕 위에서 목재를 탄화 건류하였기 때문에 불순물의 유입이 차단되어 종래의 백탄에 비하여 순도와 기공율이 높으며, 음이온과 원적외선이 방출되어 탄화물의 활성이 크다. 따라서 별도의 정제처리 없이 이화학적 활성탄의 수준으로 사용이 가능하다.

또한 본 발명의 활성탄을 분쇄하고 용도별로 입도(粒度)를 조절하여, 실내 공기정화용, 식수정화용, 주방용, 취사용, 매트, 베개, 방석, 칫솔, 치약, 빗, 신발창, 세제, 직물섬유, 생활용기, 기타 각종 생활용품의 첨가재로 사용할 수 있다.

또한 종래의 활성탄에 비하여 값이 보다 저렴하여 친환경적으로 우리 생활에 보다 유용하게 사용할 수 있는 효과가 있다.

1. 목재의 탄화 건류공정

도1에 표시된 바와 같이, 2~3t의 재목을 한 번에 건류할 수 있는 크기의 통상의 돔형상의 숯가마(1)의 황토바닥(2)에 죽염과 야자열매숯을 각각 20kg씩 동량으로 혼합한 죽염혼합물층(3)을 약 15~20cm 두께로 적층한 바탕을 조성한다. 상기 죽염혼합물층(3)의 바탕 위에, 숯가마(1)에 넣기에 적당한 길이(50~180cm)로 재단된 참나무(w)를 채워넣고 옻나무(k)을 섞어 넣고자 하는 경우에는 참나무와 옻나무 를 3:1의 중량비로 섞어 넣는 것이 바람직하다.

숯가마의 입구(1a)를 황토로 막은 다음 화구(1b)를 통하여 점화하고 화구(1b)를 통하여 공기를 적량 유입시키면서 약 40~48시간 목재를 건류하여 탄화시킨다. 이때 가마의 내부온도는 약 1000~1200℃의 고온으로 유지되게 한다. 화구(1b)를 통한 공기 유입량의 가감 조절에 의하여 숯가마의 내부온도를 제어할 수 있으며, 상기의 건류온도가 유지되는 조건으로 공기의 유입량을 조정하여 둔다.

죽염혼합물층(3)은 내화벽돌처럼 내열성이 높으면서도 고온에서도 물성이 안정되어, 휘발물질이 생성되지 않고 청결성이 유지되어, 목재의 건류과정에서 숯가마의 지면으로부터 어떤 유해물질의 유입을 차단하는 역할을 한다.

본 실시예에서 죽염혼합물층의 바탕은 중요한 요건이지만 그 두께는 특정되는 것이 아니고 생산코스트를 감안하여 최소의 안정성이 유지되는 두께로 적층하면 된다.

2. 탄화물의 냉각공정

도2에 표시된 바와 같이, 냉각통(드럼통)(4)의 바닥에 입자상의 백탄과 죽염을 각각 20kg씩 동량으로 혼합한 죽엽혼합물층(3a)을 약 15~20cm 두께로 균일하게 적층하여 바탕을 조성한다. 여기에 상기 숯가마(1)에서 건류된 적열(赤熱)상태의 탄화물(C)을 냉각통(4)에 담고 상기 탄화물(C) 위에 미리 준비된 재(灰)(5)를 약 30~40cm의 두께로 덮어 공기의 접촉을 차단한 상태에서 약 24~28시간 방치하여 냉각시킨다.

냉각통(4)에 담긴 탄화물(C)은 초기에는 고열을 함유하고 있기 때문에 혹 탄 화물에 잔류된 가스는 재(5)를 통하여 외부로 발산되며, 죽염혼합물층(3a)의 안정된 청결성으로 인하여 탄화물의 냉각과정에서 불순물의 유입이 없다. 냉각된 다음 채질하여 재를 제거하고 본 발명의 활성탄을 얻는다.

참나무숯은 입자에 경성(硬性)이 있고 옻나무숯은 부드러우며 기공의 조밀성이 있다. 수종(樹種)에 따라 탄화물의 조직형태도 다양하다. 따라서 사용목적에 따라 각종 목재를 섞어 탄화처리하거나, 개별적으로 탄화처리한 다음 탄화물의 분말 입자를 적절한 비율로 혼합하여 사용할 수 있다.

본 발명의 탄화물은 이를 분쇄기로 분쇄하여 30, 50, 100, 200메쉬로 입도를 조정하여 포장하여 출하한다.

본 발명에 의한 활성탄은 순도가 높고 미세한 기공률이 높기 때문에 흡착성이 강하다. 또 숯으로부터 음이온과 원적외선이 방출되어 탄화물의 활성이 높다.

본 발명의 활성탄의 탈취시험의 결과는 다음 표1과 같다.

시험항목	탈취시험 (HCHO)
	경과시간(분)	BLACK농도(ppm)	시료농도(ppm)	탈취율(%)
시험결과	0	2	82	-
	30	79	5	93.7
	60	77	2	97.4
	90	75	1	98.7
	120	73	0.5	99.3
시험방법	KICM-FIR-1086:2006

상기 표에 의하여 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 활성탄의 탈취능력이 30분 경과시 93.7%, 120분 경과시 99.3%로 나타났으며, 이는 일반 백탄의 경우 탈취능력이 30분 경과시 78.8%, 120분 경과시 88.1에 불과하여 본 발명의 탈취능력이 백탄에 비하여 흡착율이 매우 높은 사실을 알 수 있다. 이는 기공율이 크기 때문이다.

본 발명의 활성탄의 원적외선 방사율은 다음 표2와 같다.

시험항목		시험결과	시험방법
원적외선 방출량 (40℃)	방사율(5~20um)	0.929	KICM-FIR-1005 : 2006
	방사에너지(W/m3)	3.75X 102

상기 표에서 알 수 있는 바와 같이, 40℃에서의 활성탄의 원적외선의 방사율과 방사에너지가 백탄에 비하여 약간 높았다.

본 발명의 탄화물에서 방출되는 음이온의 양을 측정한 결과 기준 시험재료 음이온량 75에 대하여 본 발명의 탄화물은 76으로 높았다.

본 발명의 활성탄은 별도의 정제처리 없이, 실내공기정화용, 식수정화용, 주방용, 취사용, 매트, 베개, 방석, 칫솔, 치약, 빗, 신발창, 세제, 직물섬유, 생활용기, 기타 각종 생화용품의 첨가재로 유용하게 사용할 수 있다.

도1는 본 발명의 가마에서 목재를 건류하는 실시예의 단면도

도2는 본 발명의 가마에서 건류된 탄화물을 냉각하는 실시예의 단면도

[도면중 중요한 부분에 대한 부호설명]

1 : 숯가마, 2 : 황토층, 3,3a : 죽염의 혼합물층,

4 : 냉각통, 5 : 재,

C : 탄화물.

Claims (2)

1. 숯가마의 내부에 채워넣은 목재를 1000~1200℃의 저산소분위기에서 40~48시간 건류하여 탄화물을 제조하는 것에 있어서, 숯가마의 황토층바닥에 죽염과 야자열매숯을 동량으로 혼합한 죽염혼합물층을 균일한 두께로 적층하여 바탕을 조성하고 그 바탕 위에서 목재를 건류하여 탄화하는 건류공정과,

   냉각통의 바닥에 죽염과 백탄을 동량으로 혼합한 죽염혼합물층을 적층한 바탕을 조성하고 그 바탕 위에, 숯가마에서 건류된 적열(赤熱)상태의 탄화물을 담고 상기 탄화물 위에 재(灰)를 덮어 공기와 차단한 상태에서 24~28시간 냉각하는 탄화물의 냉각공정의 결합으로 활성탄을 제조하는 것을 특징으로 하는 활성탄의 제법.
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