KR101142040B1 - 다중분리필터 및 이를 이용하여 제조되는 항산화수 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 다중분리필터에 관한 것으로, 정밀여과막, 활성탄-기재 필터 및 세라믹 필터가 적층된 구조를 가지며, 활성탄-기재 필터는 활성탄과 제올라이트, 금, 은 및 이들의 혼합물에서 선택되는 하나 이상을 활성탄과 혼합하고 60,000 내지 70,000℃로 가열하여 생성된 플라즈마 가스를 진공 조건에서 -200 내지 -273℃로 급냉하여 제조되는 것이며, 세라믹 필터는 마그네슘을 60,000 내지 70,000℃로 가열하여 생성된 플라즈마 가스를 진공 조건에서 -200 내지 -273℃로 급냉하여 제조되는 것이다.
또한 본 발명은 상기 다중분리필터를 이용하여 제조되는 항산화수에 관한 것으로, 본 발명에 따른 항산화수는 산화환원전위가 음의 값을 가진다.

Description

다중분리필터 및 이를 이용하여 제조되는 항산화수{MULTIPLE SEPERATION FILTER AND ANTIOXIDANT WATER MADE THEREBY}
본 발명은 정밀여과막, 제올라이트, 활성탄 및 세라믹을 포함하는 다중분리필터, 이러한 필터의 제조 방법과 이를 이용하여 제조되는 항산화수에 관한 것이다.
소득수준 및 생활수준이 향상됨에 따라, 일반 생활 용수에 대하여 더 깨끗하게 정수된 물에 대한 수요가 증가하고 있으며, 또한 음용수에 있어서도 이온수, 알칼리 환원수, 연수 등 기능성을 가진 고품질 용수를 사용하고자 하는 욕구가 커지고 있다. 이에 부응하여 연수기, 이온수기, 알칼리 환원수 생성장치, 비데 등 통상의 필터 구조에 기능성이 부여된 기능상품 개발이 활발히 이루어지고 있다.
일반적으로 전기분해가 충분히 된 알칼리성 환원수는 위장내 이상발효, 만성설사, 소화불량, 위산과다, 변비에 효과가 있는 점이 인정되어서 전해 알칼리수를 만들어내는 대부분의 이온수기는 정수기로 보다는 의료용 물질생성기로 인정받고 있으며, 항산화수로서 건강보조제의 하나의 분야를 이루고 있다.
이와 관련하여, 시중에서 볼 수 있는 항산화수 제조 장치는 대부분 직류전기를 이용해 물을 전기분해하여 알칼리성의 항산화수를 제조하는 시스템이다. 그러나 전기분해 장치는 매우 고가이기 때문에, 다양한 광물 소재 세라믹을 이용하는 방법도 다수 제안되고 있다.
세라믹 등 광물 소재를 이용한 알칼리 항산화수 제조장치와 관련하여, 다양한 성분을 포함하는 필터층을 순차적으로 적층한 구조의 필터가 한국공개특허 제10-2007-0007979호에 개시되어 있으며, 이에 따르면, 적층한 구조의 알칼리 항산화수 생성필터는 촉매층, 음이온 발생 구슬층을 포함하는 제1 수소환원 필터층과 pH 조절 구슬층, 환원 촉매층 및 음이온 발생 알칼리 구슬층을 포함하는 제2 수소 필터층으로 이루어져 있다.
종래의 방법에 의하여 제조 및 시판되고 있는 항산화수는, 전기적으로 물을 전기 분해하여 얻는 경우 특히 전해 환원수 또는 수소 풍부수라고 한다. 그러나 전해 환원수 중에 함유된 수소 분자는 시간의 경과와 함께 점차적으로 공기 중에 분산되어 수소의 양은 점점 감소해 버리기 때문에, 결국에는 항산화 작용을 할 수 없게 된다는 문제점이 있다. 또한, 전해 환원수의 생성장치는 장치 자체의 비용도 고가이고 유지비용도 저렴하지는 않다.
이에, 보다 간편하고 저렴한 방법으로 개발된 제품으로 수소발생 미네랄 스틱을 물통에 장착시켜 판매되는 제품이 있다. 이러한 제품은 언제든지 필요할 때 환원수를 제조하여 섭취할 수 있으며 가격적으로도 유리하다. 그러나 이 경우에도, 시간 경과와 함께 항산화수 중의 수소 함량이 급격히 감소하는 문제가 해소된 것은 아니며, 나아가 수소발생 미네랄 스틱은 정수 기능이 없기 때문에 정수된 물에만 사용할 수 있다는 문제가 있다.
따라서 본 발명의 목적은, 상기 문제점을 해결하고 특히 수중 수소 이온 농도가 안정되게 유지되어 시간이 지나도 알칼리성을 띄며 항산화성이 유지되는 항산화수를 제조하기 위한 다중분리필터를 제공하기 위한 것이다.
본 발명은 적어도 세 개의 막 또는 필터가 적층된 수처리용 다중분리필터에 관한 것으로, 더 구체적으로 다중분리필터는 정밀여과막, 활성탄 기재 필터 및 세라믹 필터를 포함한다.
구체적으로, 본 발명의 하나의 양태에 따르면, 정밀여과막, 활성탄 기재 필터 및 세라믹 필터가 순차적으로 적층된 다중분리필터로서, 상기 활성탄 기재 필터는, 활성탄 60중량부에 제올라이트 분말을 20~40중량부 혼합하고, 60,000~70,000℃의 플라즈마 가스로 처리하고 이어서 진공 조건에서 -200 내지 -273℃로 급냉하여 제조되는 것이며, 상기 세라믹 필터는 마그네슘을 60,000 내지 70,000℃로 가열하여 생성된 플라즈마 가스를 진공 조건에서 -200 내지 -273℃로 급냉하여 제조되는 것인 다중분리필터가 제공된다.
본 발명의 다른 하나의 양태에 따르면, 정밀여과막, 활성탄 기재 필터 및 세라믹 필터가 순차적으로 적층된 다중분리필터로서, 상기 활성탄 기재 필터는 활성탄 60중량부에 금 및 은에서 선택되는 하나 이상의 분말을 20~40중량부 혼합하고, 60,000~70,000℃의 플라즈마 가스로 처리하고 이어서 진공 조건에서 -200 내지 -273℃로 급냉하여 제조되는 것이며, 상기 세라믹 필터는 마그네슘을 60,000 내지 70,000℃로 가열하여 생성된 플라즈마 가스를 진공 조건에서 -200 내지 -273℃로 급냉하여 제조되는 것인 다중분리필터가 제공된다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, PVDF(폴리비닐리덴 플로라이드), 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 풀리스타이렌, 폴리아이소뷰틸렌, 폴리염화비닐, 테플론, 폴리아크릴나이트릴, 폴리케타크릴산메틸, 테프론, 나일론, 베이클라이트, 요소(우레아)수지, 폴리실록세인, 또는 이들의 혼합물을 수소열유도상분리(HTIPS)법에 의하여 제조한 고분자막을 이용한 정밀여과막을 포함하는 다중분리필터를 제공된다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 정밀 여과막에는 직경 0.025 내지 10㎛의 기공이 균일하게 분포되어 있고, 및/또는 정밀 여과막의 다공도는 60% 내지 70%인 다중분리필터가 제공된다.
또한 본 발명은 다중분리필터를 이용하여 제조하는 항산화수에 관한 것으로, 하나의 양태에 따르면, 정밀여과막, 활성탄 기재 필터 및 세라믹 필터가 순차적으로 적층된 다중분리필터로서, 상기 활성탄 기재 필터는, 활성탄 60중량부에 제올라이트, 금, 은 및 이들의 혼합물의 분말을 20~40중량부 혼합하고, 60,000 내지 70,000℃의 플라즈마 가스로 처리하고 이어서 진공 조건에서 -200 내지 -273℃로 급냉하여 제조되는 것이며, 상기 세라믹 필터는 마그네슘을 60,000 내지 70,000℃로 가열하여 생성된 플라즈마 가스를 진공 조건에서 -200 내지 -273℃로 급냉하여 제조되는 것인 다중분리필터를 사용하여 제조되는 항산화수로서, 산화 환원 전위가 -729 내지 -94mV인 항산화수를 제공한다.
본 발명의 다른 하나의 양태에 따르면, 정밀여과막, 활성탄 기재 필터 및 세라믹 필터가 순차적으로 적층된 다중분리필터로서, 상기 활성탄 기재 필터는, 활성탄 60중량부에 제올라이트, 금, 은 및 이들의 혼합물의 분말을 20 내지 40중량부 혼합하고, 60,000~70,000℃의 플라즈마 가스로 처리하고 이어서 진공 조건에서 -200 내지 -273℃로 급냉하여 제조되는 것이며, 상기 세라믹 필터는 마그네슘을 60,000 내지 70,000℃로 가열하여 생성된 플라즈마 가스를 진공 조건에서 -200 내지 -273℃로 급냉하여 제조되는 것이고, 정밀 여과막은 PVDF(폴리비닐리덴 플로라이드), 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 풀리스타이렌, 폴리아이소뷰틸렌, 폴리염화비닐, 테플론, 폴리아크릴나이트릴, 폴리케타크릴산메틸, 테프론, 나일론, 베이클라이트, 요소(우레아)수지, 폴리실록세인, 또는 이들의 혼합물을 수소열유도상분리(HTIPS)법에 의하여 제조되는 고분자막인 다중분리필터를 사용하여 제조되는 항산화수로서, 산화 환원 전위가 -729 내지 -94mV인 항산화수를 제공한다.
본 발명에 따른 항산화수는 환원성을 가지며, 물의 클러스터를 작게 만들어서 건강한 사람의 세포 내 물과 같은 클러스터를 갖고, 인체 내의 활성산소를 없애줄 수 있는 강한 항산화력을 갖는 음용수로 이용될 수 있다. 본 발명에 따라 제조되는 음용수는 환원력이 우수한 항산화수로서, 체내에서 활성산소를 소거하는 작용을 한다.
본 발명에 따른 항산화수는 음용수로 사용될 때, 물의 클러스터가 작기 때문에 세포 내 흡수력이 우수하고, 혈액과 체액을 맑게 해주고, 체내 면역력을 증강키는 작용을 한다.
도 1은, 이에 한정되는 것은 아니지만, 본 발명에 따라 제조된 다중분리필터를 장착한 항산화수제조장치의 하나의 예이다.
정밀여과막
본 발명에 따른 다중분리필터는 정밀여과막을 포함한다.
수처리 분야에 있어서 막분리 공정은 크게 정밀여과막(microfilteration, MF), 한외여과막(Ultra filteration, UF), 나노여과막(Nanofilteration, NF), 역삼투막(Reverse osmosis, RO)으로 크게 분류 할 수 있다. 정밀여과공정이란 용액에 녹지 않는 콜로이드 크기 이상의 입자를 분리하는 공정을 말하며, 이때 사용되는 분리막을 정밀여과막이라 한다.
정밀여과막이 효과적으로 작용하기 위해서는, 먼저 기공의 크기가 균일해야 하며 다공성이 높고, 실질적인 분리가 이루어지는 최소 기공이 존재하는 활성층의 두께가 얇아야 한다.
본 발명에 따른 정밀여과막은 기공의 크기에 의하여 다른 막 또는 필터와 구별되며, 주로 직경이 0.025 내지 10㎛, 바람직하게는 0.025 내지 1㎛, 더욱 바람직하게는 0.025 내지 0.3㎛ 인 기공을 가지는 분리막을 말한다. 정밀여과막은 용액에 용해되어 있는 용질이, 비록 크기가 크다 하더라도, 막을 투과하는데 지장을 주지 않도록 다공도를 제어해야 하기 때문에, 주로 60% 내지 70%의 다공도를 가지는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 정밀여과막은 바람직하게 식용수 제조용으로 사용되며, 이때 정밀여과막은 수회 재생 사용이 가능하며, 반면, 일회용으로 사용될 수도 있다. 다른 한편으로는 멸균 용도로 사용될 수 있으므로 의약이나 제약에도 응용이 가능하다. 즉, 박테리아 중 크기가 작은 것이 약 0.3㎛정도 이므로, 의료적인 목적으로 대부분의 박테리아가 본 발명에 따른 정밀여과막에 의하여 제거될 수 있다. 또한, 콜로이드 상태의 미세 입자도 정밀여과막의 체걸음 메커니즘에 의하여 제거될 수 있다.
지금까지 다양한 종류의 정밀여과막이 개발되어 상품화되었다. 정밀여과막의 개발 초기 단계에는 질산염을 주재료로 사용한 것이 대부분이었으나, 제조 공정상의 안전 문제 때문에, 근래에는 폴리아미드, 폴리술폰, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리프로필렌, 셀룰로스아세테이트, 폴리에틸렌, 폴리테르라플루오로에틸렌, 폴리에테르술폰 등의 다양한 재료를 사용한 정밀여과막이 상용화되어 있다.
본 발명에 따른 정밀여과막은 PVDF(polyvinylidene fluoride)와 같은 고분자물질을 주재료로 사용하는 것으로, 수소열유도상분리(HTIPS: hydro thermally induced phase separation)법에 의하여 막 형상으로 제조한다. 즉, 고분자의 용융점을 상회하는 온도에서, 고분자를 매우 미세하게 시키는 희석제와 멜트-블렌딩하여 균일한 단일상의 용융액을 만들고 이를 적당한 막의 형태로 성형 후, 부가된 수소열을 급속 냉각시켜 상분리를 일으키고, 이어서 희석제를 적당한 추출제로 추출해 내면, 이 부분이 고분자 매트릭스 내에서 공극을 형성하고 그 결과 고분자 매트릭스에 전체적으로 다공성이 부여된다. 이때 냉각속도를 조절해줌으로써 상분리 도메인의 크기를 조절할 수 있고 공극 크기도 조절된다.
HTIPS법에 의해 만들어지는 고분자 매트릭스, 고분자 막의 미세구조는 채택되는 고분자와 희석제의 종류 및 상분리 과정에 따라 달라지며, 상기 변수의 적절한 조절을 통해 기공 크기 분포가 균일한 상태에서 기공의 크기 및 모양을 필요에 따라 자유롭게 변화시켜 다목적으로 이용할 수 있다. 또한 결정성 고분자 및 고강도 엔지니어링 프라스틱 등에 대하여 소재의 폭을 넓힐 수 있다. 이 출원 발명에서는 PVDF 외에도, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 풀리스타이렌, 폴리아이소뷰틸렌, 폴리염화비닐, 테플론, 폴리아크릴나이트릴, 폴리케타크릴산메틸, 테프론, 나일론, 베이클라이트, 요소(우레아)수지, 폴리실록세인, 또는 이들의 혼합물 등의 고분자 물질을 수소열유도상분리법에 의하여 정밀여과막으로 제조하여 사용한다.
활성탄 기재 필터
본 발명에 따른 다중분리필터는 활성탄 기재 필터를 포함하며, 이 필터는 활성탄을 주재료로 하여 여기에 제올라이트, 마그네슘, 금, 은 또는 이들의 혼합물 이 혼입된 것이다.
활성탄은 무수한 미세공(Micro Pore, Meso Pore, Macro Pore)으로 이루어진 탄소의 집합체로 이루어지며, 공기, 가스, 액체의 정화용 흡착제로 널리 알려져 있다. 본 발명에 따른 활성탄 기재 필터는 활성탄을 주재료로 하고 여기에 제올라이트 또는 마그네슘을 첨가 및 처리한 필터이다.
본 발명에서 활성탄은 과립, 원형, 덩어리, 분말로 된 것이 유용하며, 바람직하게는 분자수준의 내부 기공을 가지며 또한 망상조직을 가는 것이라면 형태를 가리지 않고 사용할 수 있으며, 1 그램당 내부 표면적이 500 내지 1,500㎡ 또는 그 이상인 것이 좋다.
본 발명에서는 다양한 방법에 의하여 활성화된 탄화물을 사용할 수 있으며, 800 내지 900℃ 정도의 고온에서 수증기, 이산화탄소 등으로 고정 탄소를 산화처리 하는 GAS법, 탄화물을 약품으로 처리하고 황산, 인산, 염화아연 등을 사용하여 미세공을 확장시키는 약품처리법에 의하여 제조된 탄화물이 좋다. 탄화물의 활성은 기체활성화법과 화학활성화법 중 어느 것에 의하더라도 좋지만, 활성탄 이외의 고체 배출물이 없으므로, 수증기, 이산화탄소, 산소, 공기 등의 산화성기체로 탄화물의 일부를 900도 내외의 고온에서 산화시켜 그 자리에 미세한 기공을 생성시키는 기체활성화법을 이용할 수도 있다. 또한, 활성화제가 활성탄과 혼합되어 버리기 때문에 세척공정이 추가로 필요하기는 하지만, 염화아연, 인산, 수산화칼륨이나 수산화나트륨 같은 알칼리수산화물 등의 활성화제로 탄화물 또는 비탄화물 원료를 화학반응에 의해 활성화시키는 화학활성화법을 이용하여도 좋다.
다른 한편으로, 본 발명에 따른 활성탄은 분말활성탄 또는 입상활성탄을 사용하는 것이 바람직하다. 바람직하게 분말활성탄은 건조한 톱밥을 산화되지 않게 300 내지 500℃의 열을 가하여 탄화시키고 소회 상태로 만든 후에, 소회를 800 내지 1000℃로 유지시킨 활성로에서 활성화시킨 것을 사용한다. 또한 바람직하게 입상활성탄은 야자껍질을 불완전 연소시킨 야자각을 800 내지 1000℃의 킬른에서 활성화시키고 8 내지 30 메쉬 이하로 분쇄시켜 사용한다.
본 발명에서 제올라이트는 활성탄 기재 필터에 혼입되는 성분으로서, 결정성 알루미노실리케이트를 총칭하는 의미로 사용된다. 제올라이트는 골격을 이루는 알루미노실리케이트의 알루미늄이 있는 자리마다 음전하를 띄고 있기 때문에 전하 상쇄를 위한 양이온들이 세공 (pore) 속에 존재하며 세공 내의 나머지 공간은 보통 물 분자로 채워져 있다. 제올라이트가 갖는 3차원적인 세공 구조는 모양과 크기에 따라 다르지만, 본 발명에 따른 제올라이트는 세공의 지름이 분자 수준에 해당하는 것이 바람직하다. 본 발명에서, 제올라이트는 세공의 크기 및 모양에 따라 세공 속으로 받아들이는 분자에 대한 크기 선택성 또는 형상 선택성을 제어할 수 있으며, 따라서 분자체(molecular sieve)와 같은 작용을 한다.
폐수 또는 물에 존재하는 중금속 이온을 비롯한 유해한 양이온성 및 음이온성 화합물을 동시에 효과적으로 제거하는 이온교환제는 알려진 바가 없다. 따라서, 보통 물에 존재하는 유해한 양이온과 음이온을 동시에 제거하기 위해 각각의 이온 제거에 활성을 보이는 이온교환제를 단순히 물리적으로 혼합하여 사용하는 것이 일반적이지만, 본 발명에 따른 활성탄 기재 필터는 제올라이트, 마그네슘, 금, 은 등을 후술하는 바와 같이 혼합 처리함으로써, 박테리아, 세균 등 미생물 수준의 오염물질을 제거할 뿐 아니라 유해한 양이온과 음이온을 동시에 제거할 수 있다.
본 발명과 관련되어 사용되는 용어, "제올라이트"는 유사 분자체를 포함하는 광의의 제올라이트를 의미한다. 즉, 본 발명에 적합한 제올라이트는 분자체로서, 하기에 제한되는 것은 아니지만, 천연 및 합성 제올라이트, 제올라이트 골격의 실리콘 원소 전부 또는 일부를 인 (P) 등의 다른 원소로 치환한 유사 분자체 (예: AlPO4, SAPO, MeAPO, MeAPSO), 제올라이트 골격의 알루미늄 원소를 보론(B), 갈륨(Ga), 티탄(Ti) 등의 다른 원소로 일부 또는 전부 치환한 분자체, 또는 상기를 조합한 분자체, 다공성 금속 또는 실리콘 산화물 (예: 실리카라이트, MCM계 다공성 실리카, 다공성 이산화티탄, 이산화니오븀 등) 및 이들의 복합 산화물의 분자체, 기타 여러 가지 원소들을 단독 또는 복합적으로 사용하여 제조한 다공성 분자체를 이용할 수 있다.
본 발명에서 제올라이트는 이하에 국한되는 것은 아니지만, 방비석(수화 나트 륨 알루미늄 규산염), 폴루사이트(Pollucite, 수화 세슘 나트륨 알루미늄 규산염), 및 와이러카이트(Wairakite, 수화 칼슘 나트륨 알루미늄 규산염), 벨베르자이트 (Bellbergite, 수화 칼륨 바륨 스트론튬 나트륨 알루미늄 규산염), 비키타아이트 (Bikitaite, 수화 리튬 알루미늄 규산염); 보그사이트(Boggsite, 수화 칼슘 나트륨 알루미늄 규산염), 브류스터라이트(Brewsterite, 수화 스트론튬 바륨 나트륨 칼슘 알루미늄 규산염), 캐버자이트(수화 칼슘 알루미늄 규산염) 및 윌헨데르소나이트 (Willhendersonite, 수화 칼륨 칼슘 알루미늄 규산염), 코울레사이트(Cowlesite, 수화 칼슘 알루미늄 규산염), 다치아르다이트(Dachiardite, 수화 칼슘 나트륨 칼륨 알루미늄 규산염), 에딩토나이트(Edingtonite, 수화 바륨 칼슘 알루미늄 규산염), 에피스틸바이트(Epistilbite, 수화 칼슘 알루미늄 규산염), 에리오나이트(Erionite, 수화 나트륨 칼륨 칼슘 알루미늄 규산염), 파우자사이트(Faujasite, 수화 나트륨 칼슘 마그네슘 알루미늄 규산염), 페리어라이트 (Ferrierite, 수화 나트륨 칼륨 마그네슘 칼슘 알루미늄 규산염); 아미사이트 (Amicite, 수화 칼륨 나트륨 알루미늄 규산염), 가로나이트 (Garronite, 수화 칼슘 알루미늄 규산염), 지스몬딘 (수화 바륨 칼슘 알루미늄 규산염), 및 고빈사이트(Gobbinsite, 수화 나트륨 칼륨 칼슘 알루미늄 규산염), 그멜리나이트(Gmelinite, 수화 나트륨 칼슘 알루미늄 규산염), 곤나르다이트(Gonnardite, 수화 나트륨 칼슘 알루미늄 규산염), 구세크리카이트(Goosecreekite, 수화 칼슘 알루미늄 규산염), 하모톰(수화바륨 칼륨 알루미늄 규산염), 필립사이트(Phillipsite, 수화 칼륨 나트륨 칼슘 알루미늄 규산염), 웰사이트(Wellsite, 수화 바륨 칼슘 칼륨 알루미늄 규산염), 클리놉틸로라이트(Clinoptilolite, 수화 나트륨 칼륨 칼슘 알루미늄 규산염) 및 휼란다이트(수화 나트륨 칼슘 알루미늄 규산염), 로몬타이트(Laumontite, 수화 칼슘 알루미늄 규산염), 레빈(Levyne, 수화 칼슘 나트륨 칼륨 알루미늄 규산염), 마자이트 (Mazzite, 수화 칼륨 나트륨 마그네슘 칼슘 알루미늄 규산염), 메를리노이트(Merlinoite, 수화 칼륨 나트륨 칼슘 바륨 알루미늄 규산염), 몬테솜마이트(Montesommaite, 수화 칼륨 나트륨 알루미늄 규산염), 모데나이트(Mordenite, 수화 나트륨 칼륨 칼슘 알루미늄 규산염), 메솔라이트(Mesolite,수화 나트륨 칼슘 알루미늄 규산염), 나트롤라이트(수화 나트륨 알루미늄 규산염), 및 스콜레사이트(Scolecite, 수화 칼슘 알루미늄 규산염), 오프레타이트(Offretite, 수화 칼슘 칼륨 마그네슘 알루미늄 규산염), 파라나트롤라이트(Paranatrolite, 수화 나트륨 알루미늄 규산염), 파울린자이트(Paulingite, 수화 칼륨 칼슘 나트륨 바륨 알루미늄 규산염), 페를리알라이트(Perlialite, 수화 칼륨 나트륨 칼슘 스트론튬 알루미늄 규산염), 배러라이트(Barrerite, 수화 나트륨 칼륨 칼슘 알루미늄 규산염), 스틸바이트(수화 나트륨 칼슘 알루미늄 규산염), 및 스텔러라이트(Stellerite, 수화 칼슘 알루미늄 규산염), 톰소나이트(Thomsonite, 수화 나트륨 칼슘 알루미늄 규산염), 처니카이트(Tschernichite, 수화 칼슘 알루미늄 규산염), 유가와라라이트(Yugawaralite, 수화 칼슘 알루미늄 규산염) 또는 이들의 혼합물을 사용하여도 좋다.
또한 본 발명에서 마그네슘, 금, 은 금속이 활성탄 기재 필터에 혼입된다. 마그네슘은 규산염, 황산염, 또는 탄산염 형태의 마그네슘을 이용할 수 있으며, 자연상태에서는 단일원소로 존재하지는 않지만 순수 마그네슘을 이용하여도 좋다. 바람직하게 마그네슘은 분말형태이며 입경 0.01 내지 0.09㎛의 분말을 사용한다. 본 발명에서 금, 은은 분말 형태이며 바람직하게는 입경이 2 내지 20nm이다.
이하에서는 활성탄에 제올라이트, 마그네슘, 금, 은을 혼입하는 방법을 설명한다.
본 발명에 따른 활성탄 기재 필터는, 활성탄 60중량부에 대하여, 제올라이트, 마그네슘, 금 및 은에서 선택되는 하나 이상의 분말을 20 내지 40중량부 혼합하여 제조된다. 이와 같이 혼합된 재료는 RF 전원 증폭기를 사용하는 플라즈마 토치 장치를 이용하여 생성한 60,000 내지 70,000℃의 플라즈마 가스로 처리하고, 이어서 진공조건에서 -200 내지 -273℃로 급냉하는 단계를 포함하여 제조된다. 이와 같이 본 발명에 따라 제올라이트, 마그네슘, 금 및 은에서 선택되는 하나 이상의 분말이 혼입된 활성탄은 상자성을 띄는 것으로 확인되었다.
본 발명의 하나의 양태로서, 활성탄에 제올라이트가 혼입된 활성탄 기재 필터의 조성은 다음과 같다.

성분
중량%

SiO2
68.9

Al2O3
12.4

CaO
2.6

Fe2O
1.4

MgO
0.2

Na2O
1.6

K2O
2.2

P2O
0.1
세라믹 필터
본 발명에 따른 다중 분리 필터는 세라믹 필터를 포함한다.
본 발명에서 세라믹이란, 고순도의 천연 무기물이나 인공물로 합성한 무기화합물을 원료로 하여 고도의 기능을 갖게 한 제품을 통칭한다.
마그네슘은 K 전자껍질에 2개, L 전자껍질에 8개, M 전자껍질에 2개의 전자를 보유하고 있으며, 이 전자 중 최외각 전자 2개는 불안정한 상태로 전자가 쉽게 방출될 수 있으므로 환원력이 있다. 마그네슘이 물과 반응할 경우, 마그네슘 한 분자와 물 2분자가 반응을 하게 되며, 이때 마그네슘은 유리되지 않고 수산화마그네슘이 형성되며, 이 과정에서 마그네슘에서 나온 전자의 일부는 수소기체 형성에 사용되고 나머지 전자는 물속에 남아있게 된다. 수산화마그네슘은 이온화되어 수산화기(OH-)가 형성되며, 즉 마그네슘은 산화되고 대신 물은 환원되어 환원수가 되게 된다.
마그네슘은 자연상태에서는 단일원소로 존재하지 않고 규산이나 황산이나 탄산들과 함께 결합한 염의 형태로 많이 존재한다. 본 발명에 따른 세라믹 필터는 염 형태의 마그네슘으로 이루어지며, 바람직하게는 순수한 마그네슘으로 이루어진다. 바람직하게 본 발명에 따른 세라믹 필터는 주성분을 마그네슘으로 하고, 불가피한 불순물로서 Al, Si, Mn 등의 금속을 포함할 수 있다.
본 발명의 세라믹 필터는 마그네슘을 주원료로 하며, 하나의 양태에 따르면 다음과 같은 조성을 가진다.

성분
중량%

Mg
99.93

Al
0.0043

Si
0.018

Mn
0.014

Fe
0.0027

Zn
0.0022

Cu
0.0005

Ni
0.0013
본 발명에 따른 세라믹 필터는, 마그네슘을 RF 전원 증폭기를 사용하는 플라즈마 토치 장치를 이용하여 60,000 내지 70,000℃로 가열하여 생성된 플라즈마 가스를 진공 조건에서 -200 내지 -273℃로 급냉하는 단계를 포함하여 제조된다. 이와 같이 본 발명에 따른 세라믹 필터는 상자성을 띄는 것으로 확인되었다.
다중분리필터
본 발명에 따른 다중분리필터는, 정밀여과막, 활성탄 기재 필터, 세라믹 필터를 카트리지 필터 하우징 내부에 순서대로 적층시켜 제조된다.
본 발명의 하나의 양태에 따르면, 다중분리필터는 정밀여과막과 활성탄 기재필터를 카트리지 필터 하우징 내부에 순서대로 적층시켜 제조된다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 다중분리필터는 정밀여과막과 세라믹 필터를 카트리지 필터 하우징 내부에 순서대로 적층시켜 제조된다.
항산화수의 제조 방법
본 발명에 따르면, 예를 들어, 지하수가 미네랄이 풍부한 암반층을 통과하여 천연의 알칼리수가 되는 자연의 원리를 적용한 다중분리필터를 통과시켜, 원수 속의 오염원과 유해 성분을 제거하고, 또한, 세라믹 필터 층을 통과시킴으로써 항산화수를 제조할 수 있다. 본 발명에 따른 다중분리필터를 이용하여 항산화수를 제조하는 방법에 대하여 자세히 설명한다.
본 발명에 따르면, 일차적으로 원수를 정밀여과막, 활성탄 기재 필터 및 세라믹 필터에서 선택된 하나의 막 또는 필터를 통과시킴으로써 불순물을 제거하고, 산화환원전위를 -94mV 내지 -729mV로 낮춘 뒤, 이어서 이차적으로 정밀여과막, 활성탄 기재 필터, 세라믹 필터가 카트리지 필터 하우징 내부에 순차적으로 적층된 다중분리필터를 통과시킴으로써, 수소 농도가 증가되고 아울러 물분자가 클러스터가 미세하게 쪼개진 항산화수가 제조된다.
구체적으로, 본원에 따른 세라믹 필터는 표면에 미세한 구멍이 분포하는 다공질 구조이기 때문에, 물이 통과하면 빠른 속도로 세라믹 필터의 내부에 흡수된다. 이 세라믹 필터는 자성을 띄고 있으며, N극과 S극 사이에 약 20mV의 전위차가 만들어지고, 이러한 필터에 물이 흡수 및 통과하는 동안 미세 전류가 흐르게 되고, 이에 따라 N극으로부터 수소 가스가 방출되어 물에 환원력을 부여하게 된다.
본원에 따른 다중분리필터는 가정용 정수기, 공장용 정수기 등 설비나 장치의 크기, 목적, 종류에 구속되지 않고, 적절한 형태의 카트리지 필터 하우징에 장착만 될 수 있다면, 다양한 형태의 물 정화장치에 이용될 수 있다. 하나의 양태로서 도 1에는 항산화수제조장치가 도시되어 있으며, 여기서, 201 내지 203으로 표시되는 필터층이 본원에 따른 다중분리필터에 해당한다.
이와 같은 물 정화장치에서 여과된 항산화수는 음(-)의 산화환원전위 값을 가는 환원력이 우수하며, 바람직하게는 -729 내지 -94mV 범위의 산화환원전위 값을 가지며, 더 바람직하게는 -150 내지 -729mV 범위의 값을 가진다.
[ 제조예 ]
PVDF를 희석제인 콩기름과 함께 반응 탱크를 200℃로 유지하면서 360분 동안 교반하여 균일하게 멜트 블렌드한 후, 멜트 스피닝, 상온 냉각을 거쳐 응고를 유도하고, 이어서 n-헥산올로 추출, 상온 건조, 및 120℃에서 막형상으로 어닐링하여 정밀여과막 1을 준비한다.
다음으로, 활성탄 60중량부에 대하여, 제올라이트를 30중량부 혼합하고 혼합물을 60,000 내지 70,000℃의 플라즈마 가스로 가열처리하고, 이어서 진공조건에서 -273℃로 급냉하여 활성탄 기재 필터 1을 준비한다. 한편, 제올라이트 대신에 은 분말을 30중량부 혼합하여 같은 방법으로 활성탄 기재 필터 2를 준비한다.
또한, 마그네슘을 주원료로 하고 상기 표 2와 같은 조성을 가지는 세라믹 필터 1을 준비한다.
[실시예 1]
정밀여과막 1, 활성탄 기재 필터 1를 순서대로 적층하여 다중분리필터 1을 구성한다.
[실시예 2]
정밀여과막 1, 활성탄 기재 필터 2를 순서대로 적층하여 다중분리필터 2를 구성한다.
[실시예 3]
정밀여과막 1, 활성탄 기재 필터 1, 세라믹 필터 1을 순서대로 적층하여 다중분리필터 3을 구성한다.
[실시예 4]
정밀여과막 1, 활성탄 기재 필터 2, 세라믹 필터 1을 순서대로 적층하여 다중분리필터 4를 구성한다.
[실시예 5]
실시예 1 내지 4에서 구성한 다중분리필터 1 내지 4를 각각 도 1에 도시된 항산화수 생성장치에 장착하여 항산화수를 제조한다. 수도물을 비교예로 하여, 이와 같이 제조된 항산화수의 상온에서 측정한 물성을 하기 표 3에 정리하였다.

온도(℃)
pH
산화전위(mV)
용존산소량(ppm)
용존수소량(ppb)

비교예: 수도물
13.1
7.5
+652
10.0
2.6-2.6

실시예 1
12.7
9.8
-94
9.4
400-450

실시예 2
13.2
10.3
-247
8.6
690-720

실시예 3
13.2
10.4
-494
8.2
880-900

실시예 4
13.7
10.7
-729
7.2
1030-1060
100: 항산화수생성장치
101: 원수 유입구
102: 항산화수 배출구
103: 상부캡
104: 하부캡
110: 하우징
201~203: 다중분리필터

Claims (7)

  1. 정밀여과막, 활성탄 기재 필터 및 세라믹 필터가 순차적으로 적층된 다중분리필터로서,
    상기 활성탄 기재 필터는, 활성탄 60중량부에 제올라이트 분말을 20 ~ 40중량부 혼합하고, 60,000 ~ 70,000℃의 플라즈마 가스로 처리하고 이어서 진공 조건에서 -200 ~ -273℃로 급냉하여 제조되는 것이며,
    상기 세라믹 필터는 마그네슘을 60,000 ~ 70,000℃로 가열하여 생성된 플라즈마 가스를 진공 조건에서 -200 ~ -273℃로 급냉하여 제조되는 것을 특징으로 하는 다중분리필터.
  2. 정밀여과막, 활성탄 기재 필터 및 세라믹 필터가 순차적으로 적층된 다중분리필터로서,
    상기 활성탄 기재 필터는 활성탄 60중량부에 금 및 은에서 선택되는 하나 이상의 분말을 20 ~ 40중량부 혼합하고, 60,000 ~ 70,000℃의 플라즈마 가스로 처리하고 이어서 진공 조건에서 -200 ~ -273℃로 급냉하여 제조되는 것이며,
    상기 세라믹 필터는 마그네슘을 60,000 ~ 70,000℃로 가열하여 생성된 플라즈마 가스를 진공 조건에서 -200 ~ -273℃로 급냉하여 제조되는 것을 특징으로 하는 다중분리필터.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 정밀 여과막은 PVDF(폴리비닐리덴 플로라이드), 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스타이렌, 폴리아이소부틸렌, 폴리염화비닐, 테플론, 폴리아크릴나이트릴, 폴리케타크릴산메틸, 테프론, 나일론, 베이클라이트, 요소(우레아)수지, 폴리실록세인 또는 이들의 혼합물을 수소열유도상분리(HTIPS)법에 의하여 제조되는 고분자막인 것을 특징으로 하는 다중분리필터.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 정밀 여과막에는 직경 0.025 ~ 10㎛의 기공이 균일하게 분포되어 있는 것을 특징으로 하는 다중분리필터.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 정밀 여과막의 다공도는 60% ~ 70%인 것을 특징으로 하는 다중분리필터.
  6. 삭제
  7. 삭제
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