KR101438760B1 - 하이드록시 아파타이트를 함유한 정수필터의 제조방법 - Google Patents
하이드록시 아파타이트를 함유한 정수필터의 제조방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 하이드록시 아파타이트를 함유한 정수필터의 제조방법에 관한 것으로, 구체적으로는 정수필터에 하이드록시아파타이트를 함유시킴으로써, 세균의 제거효율이 우수할 뿐만 아니라 정수되는 물에 미네랄을 공급하여 인체에 유익한 칼슘의 함량을 향상시키고, 또한 정수된 물이 인체에 유익하게 약알칼리성을 띄도록 하며, 아울러, 상기와 같은 정수필터를 제조함에 있어, 폴리에틸렌을 결합제로하여 하이드록시아파타이트와 활성탄을 혼합한 후, 가열성형하여 정수필터를 제조함으로써, 세균의 제거효율 및 칼슘의 함량을 더욱 향상시킬 뿐만 아니라 그 설치 및 관리 등의 사용 편의성을 향상시킬 수 있도록 하는 하이드록시아파타이트를 함유한 정수필터의 제조방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 정수필터에 하이드록시아파타이트를 함유시킴으로써, 세균의 제거효율이 우수할 뿐만 아니라 정수되는 물에 미네랄을 공급하여 인체에 유익한 칼슘의 함량을 향상시킬 수 있도록 하는 하이드록시 아파타이트를 함유한 정수필터의 제조방법에 관한 것이다.
모든 생명체가 살아감에 있어 필수적인 요소는 산소, 영양소 그리고 물이다. 물은 인체의 70%를 구성하고 있는 요소로서 인류 생존에 필수불가적인 요소이다. 따라서, 물의 효율적 공급과 관리, 엄격한 수질규제에 대응하기 위하여 다양한 정수소재를 이용하여 물을 처리하고 있다.
그 중에서도 분리막을 이용한 수처리 기술은 가장 혁신적인 대안으로 부상하고 있다. 상기 분리막은 원수 내의 다양한 물질을 제거하기 위한 반투과성 막으로 기공의 크기에 따라 네가지로 분류되며, 구체적으로는 첫째, 역삼투압이라 불이는 RO(reverse osmosis)막은 물속의 용질이나 이온을 제거하기 위한 목적으로 0.2~0.5nm의 입자를 제거하며 주용도는 반도체 공정의 초순수, 해수담수에 이용된다. 둘째, 나노여과막은 0.5~1nm의 유기물이나 다가이온과 같은 물질을 제거하기 위해 이용된다. 셋째, 한외여과막은 0.001~0.1㎛의 부유성 입자를 제거하기하는 것으로 바이러스나 단백질 농축에 이용한다. 넷째, 정밀여과막은 0.1~10㎛의 기공크기를 갖는 여과막으로 박테리아 제거나 식음료 청징공정에 이용된다.
한편, 국내에 적용되는 정수법은 크게 흡착여과식 정수, 자연여과식 정수, 역삼투압 정수, 이온수기, UF(ultrafiltration) 중공사막 정수 등으로 구분된다.
상기 흡착여과식 및 자연여과식 정수기에는 활성탄 방식과 이온교환수지 방식, 세라믹 필터링방식이 있는데 관련 선행기술로써 특허문헌 1 내지 3 등이 있다.
하지만, 상기와 같은 종래기술은 강력한 흡착성능을 이용하여 수중 염소성분과 유기물질을 제거하지만 세균의 제거효율이 미비한 문제점이 있었다.
또한 이온수기와 관련된 선행기술에는 특허문헌 4 등이 있으나, 전기분해 장치를 이용하여 물을 산성수와 알칼리수로 만들어 주는 것으로 오염물질의 완전 여과를 기대하기 어려우므로 별도의 활성탄 필터나 중공사막 필터와 결합해야 충분한 정수효과를 나타낼 수 있는 문제점이 있었다.
따라서, 최근에는 역삼투압 정수기와 중공사막 정수기가 주종을 이루고 있으며 국내 정수기의 95% 이상이 이들 방식을 채택하고 있고 관련 선행기술로써 특허문헌 5 및 6 등이 있다.
하지만, 상기와 같은 종래기술은 여과기능은 우수하나 인체에 유익한 미네랄까지 제거하고 정수량이 적어 인위적 고압펌프나 저장탱크가 필요하게 되는 문제점이 있었다.
한편, 특허문헌 7에서는 제올라이트, 아황상칼슘, 맥반석, 자석 등을 적층하여 필터를 구성한 기술이 공개되어 있으나, 상기와 같은 종래기술의 경우 각 충진물이 적층되어 구성됨에 따라 그 설치 및 정비, 교체 등의 관리가 매우 번거로울 뿐만 아니라 제올라이트의 경우 워낙 미세한 기공구조를 지니고 있어 상대적으로 흡착 반응 시간이 매우 느리게 되는 문제점이 있었다.
즉, 상기와 같이 종래에 물의 정수과정에 다양한 필터가 사용되고 있으나 세균 등의 제거효율이 미비하거나 또는 인체에 유익한 미네랄까지 제거하는 필터가 대부분이며, 또한 그 설치 및 관리 등이 어려운 구조로 되어 있다. 따라서, 이러한 문제점들을 보완하기 위하여 새로운 정수필터에 대한 개발이 시급한 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 정수필터에 하이드록시아파타이트를 함유시킴으로써, 세균의 제거효율이 우수할 뿐만 아니라 정수되는 물에 미네랄을 공급하여 인체에 유익한 칼슘의 함량을 향상시키고, 또한 정수된 물이 인체에 유익하게 약알칼리성을 띄도록 하는 하이드록시 아파타이트를 함유한 정수필터의 제조방법을 제공함을 과제로 한다.
아울러, 상기와 같은 정수필터를 제조함에 있어, 폴리에틸렌을 결합제로하여 하이드록시아파타이트와 활성탄을 혼합한 후, 가열성형하여 정수필터를 제조함으로써, 세균의 제거효율 및 칼슘의 함량을 더욱 향상시킬 뿐만 아니라 그 설치 및 관리 등의 사용 편의성을 향상시킬 수 있도록 하는 하이드록시아파타이트를 함유한 정수필터의 제조방법을 제공함을 다른 과제로 한다.
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본 발명은 하이드록시 아파타이트를 함유한 정수필터의 제조방법에 있어서,
입자 크기가 1 ~ 45㎛인 하이드록시 아파타이트 분말 3 ~ 7 중량%, 활성탄 50 ~ 60 중량% 및 폴리에틸렌 37 ~ 43 중량%을 혼합하는 단계(S100); 및
상기 혼합하는 단계(S100)에서 혼합된 혼합물을 150 ~ 250℃에서 1 ~ 2시간 동안 혼련한 후, 100 ~ 200kg/㎠의 압력으로 가열성형하는 단계(S200);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 하이드록시 아파타이트를 함유한 정수필터의 제조방법을 과제의 해결 수단으로 한다.
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본 발명은 정수필터에 하이드록시아파타이트를 함유시킴으로써, 세균의 제거효율이 우수할 뿐만 아니라 정수되는 물에 미네랄을 공급하여 인체에 유익한 칼슘의 함량을 향상시키고, 또한 정수된 물이 인체에 유익하게 약알칼리성을 띄도록 하며, 아울러, 상기와 같은 정수필터를 제조함에 있어, 폴리에틸렌을 결합제로하여 하이드록시아파타이트와 활성탄을 혼합한 후, 가열성형하여 정수필터를 제조함으로써, 세균의 제거효율 및 칼슘의 함량을 더욱 향상시킬 뿐만 아니라 그 설치 및 관리 등의 사용 편의성을 향상시킬 수 있도록 하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이드록시 아파타이트를 함유한 정수필터의 제조방법을 나타낸 공정흐름도
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이드록시 아파타이트를 함유한 정수필터의 실물사진
도 3은 도 2에 따른 정수필터를 필터 하우징 내에 설치한 실물사진
도 4는 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 정수필터의 세균제거효율을 나타낸 그래프
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이드록시 아파타이트를 함유한 정수필터의 실물사진
도 3은 도 2에 따른 정수필터를 필터 하우징 내에 설치한 실물사진
도 4는 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 정수필터의 세균제거효율을 나타낸 그래프
상기의 효과를 달성하기 위한 본 발명에 따른 하이드록시 아파타이트를 함유한 정수필터의 제조방법은 본 발명의 기술적 구성을 이해하는데 필요한 부분만 설명하되, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.
이하 본 발명에 따른 하이드록시 아파타이트를 함유한 정수필터를 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 정수필터는 하이드록시 아파타이트 분말 3 ~ 7 중량%, 활성탄 50 ~ 60 중량% 및 폴리에틸렌 37 ~ 43 중량%로 이루어진다.
상기 하이드록시 아파타이트는, 화학식 Ca10(PO4)6(OH)2으로 표현되는 인산칼슘화합물로써, 결정의 표면에 인산기, 하이드록시기 및 칼슘이 노출되어 있어 정수필터의 세균 제거효율을 향상시키고, 정수되는 물에 미네랄을 공급하여 인체에 유익한 칼슘의 함량을 향상시키고, 정수된 물이 인체에 유익하게 약알칼리성을 띄도록 한다.
한편, 상기와 같은 하이드록시 아파타이트 분말은 하이드록시 아파타이트를 분말화시킨 것으로 입자크기가 1 ~ 45㎛인 것을 사용하는데, 입자크기가 1㎛ 미만일 경우, 입자의 크기가 나노 사이즈이므로 가격이 비싸 비경제적이며, 입자의 크기가 45㎛를 초과할 경우, 입자의 크기가 커지는 것에 비례하여 하이드록시 아파타이트 전체량이 증가함으로서 사용량이 많아지고 필터성형시 분산효과가 떨어지며 물과 접촉하는 비표면적이 작아짐으로써, 항균효과가 저하할 우려가 있다.
아울러, 상기와 같은 하이드록시 아파타이트 분말은 3 ~ 7 중량%가 함유되는데, 상기 함유량이 3 중량% 미만일 경우, 하이드록시 아파타이트에 의한 상기 효과가 충분히 발현되지 못할 우려가 있으며, 7 중량%를 초과할 경우, 후술되어질 활성탄 및 결합제의 함량이 상대적으로 감소되어 정수필터로의 성형이 원활하지 않을 우려가 있다.
상기 활성탄은, 대부분의 구성물질이 탄소질로 이루어지고 흡착성이 강하여 염소성분과 유기물질 등을 제거할 수 있으며, 상기 하이드록시 아파타이트와 함께 정수필터의 세균 제거효율 및 칼슘의 함량을 더욱 향상시키기 위해 첨가된다.
한편, 상기와 같은 활성탄은 50 ~ 60 중량%가 함유되는데, 상기 함유량이 50 중량% 미만일 경우, 활성탄에 의한 상기 효과가 충분히 발현되지 못할 우려가 있으며, 60 중량%를 초과할 경우, 과량의 활성탄이 첨가됨에 따라 상대적으로 결합제의 양이 줄어들게 되어 정수필터의 성형성 및 기계적 물성이 저하할 우려가 있다.
상기 폴리에틸렌은 상기 하이드록시 아파타이트와 활성탄을 결합시키는 결합제로써 첨가되는 것으로 37 ~ 43 중량%가 사용되는데, 상기 폴리에틸렌의 사용량이 37 중량% 미만일 경우, 하이드록시 아파타이트와 활성탄이 제대로 결합되지 못할 우려가 있으며, 43 중량%를 초과할 경우, 상대적으로 하이드록시 아파타이트 및 활성탄의 함량이 감소하여 세균 제거효율 및 칼슘 함량의 향상효과가 미비해질 우려가 있다.
이하 본 발명에 따른 하이드록시 아파타이트를 함유한 정수필터의 제조방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 정수필터의 제조방법은 도 1에 도시된 바와 같이, 하이드록시 아파타이트 분말, 활성탄 및 폴리에틸렌을 혼합하는 단계(S100) 및, 상기 혼합물을 가열성형하는 단계(S200);를 거쳐 정수필터가 제조된다.
즉, 특허문헌 7에서와 같이, 각 조성물이 각각 적층되어 충진되는 구성과 달리, 폴리에틸렌을 결합제로하여 하이드록시아파타이트와 활성탄을 혼합한 후, 가열성형하여 정수필터를 제조함으로써, 세균의 제거효율 및 칼슘의 함량을 더욱 향상시킬 뿐만 아니라 그 설치 및 관리 등의 사용 편의성을 향상시킬 수 있게 된다.
상기 S100 단계는, 본 발명의 정수필터를 구성하는 하이드록시 아파타이트 분말, 활성탄 및 폴리에틸렌을 혼합하는 단계로써, 상기 각 조성물에 대한 설명, 함량 및 임계적 의의는 이미 상술하였으므로 생략한다.
상기 S200 단계는, 상기 S100에서 혼합된 혼합물을 가열성형하는 단계로써, 정수필터와 같은 형태로 성형할 수 있는 다양한 금형을 사용할 수 있으며, 특정한 금형으로 한정되지는 않는다.
한편, 상기 혼합물은 150 ~ 250℃에서 1 ~ 2시간 동안 혼련한 후, 100 ~ 200kg/㎠의 압력으로 가열성형하는 것이 바람직한데, 가열성형 조건이 상기 범위를 벗어날 경우, 정수필터로의 성형이 원활하지 않을 우려가 있다.
이하 본 발명에 따른 하이드록시 아파타이트를 함유한 정수필터의 제조방법을 하기의 실시예를 통해 구체적으로 설명하면 다음과 같으며, 본 발명은 하기의 실시 예에 의해서만 반드시 한정되는 것이 아니다.
1. 하이드록시 아파타이트를 함유한 정수필터의 제조
(실시예 1)
하이드록시 아파타이트 분말 3 중량%, 활성탄 60 중량% 및 폴리에틸렌 37 중량%를 혼합(S100)하고, 상기 혼합된 혼합물을 150℃에서 2시간 동안 혼련한 후, 200kg/㎠의 압력으로 가열성형(S200)하여 정수필터를 제조하였다.
(실시예 2)
하이드록시 아파타이트 분말 7 중량%, 활성탄 50 중량% 및 폴리에틸렌 43 중량%를 혼합(S100)하고, 상기 혼합된 혼합물을 250℃에서 1시간 동안 혼련한 후, 100kg/㎠의 압력으로 가열성형(S200)하여 정수필터를 제조하였다.
(비교예 1)
활성탄 70 중량% 및 폴리에틸렌 30 중량%를 혼합하고, 상기 혼합된 혼합물을 150℃에서 1시간 혼련한 후, 150kg/㎠의 압력으로 가열성형하여 정수필터를 제조하였다.
2. 하이드록시 아파타이트를 함유한 정수필터의 평가
본 발명의 실시예에서 사용한 정수필터는 도 2의 사진에 도시된 바와 같은 정수필터를 사용하였고, 도 3의 사진에 도시된 바와 같은 구조로 설치하여 물을 정수하였다.
가, 세균 제거효율 측정
상기 실시예 1, 2 및 비교예 1에 따른 정수필터를 이용하여 수처리 한 후, 정수된 물을 상온에서 5시간, 24시간 및 48시간 동안 방치한다. 이 후 각 시간별로 그 상층액을 20㎕씩 추출하여 대장균 배양액 50㎕가 이미 도말된 고체 배지에 도말하고 30℃에서 48시간 배양 후 나타난 세균의 집락수를 육안으로 세어 세균수(CFU)를 측정하였다.
아래 [표 1]은 상기 측정된 세균수 및 알카리 농도의 결과를 나타낸 것이며, 도 4는 상기 [표 1]의 결과치를 그래프로 나타낸 것이다.
구분 |
5시간 | 24시간 | 48시간 | ||||||
실시예1 | 실시예2 | 비교예1 | 실시예1 | 실시예2 | 비교예1 | 실시예1 | 실시예2 | 비교예1 | |
pH | 7.00 | 7.05 | 5.81 | 7.39 | 7.40 | 6.76 | 7.36 | 7.39 | 6.69 |
세균 (CFU) |
0 | 0 | 47 | 0 | 0 | 76 | 2 | 0 | 153 |
상기 [표 1], 도 4에서와 같이, 본 발명에 따른 실시예 1, 2의 정수필터는 하이드록시 아파타이트가 함유됨에 따라, 하이드록시 아파타이트가 함유되지 않은 비교예 1에 비하여 세균 제거효율이 우수함을 알 수 있다. 또한 pH에 있어서도 실시예 1, 2는 인체에 유익하도록 약알칼리성을 띄는데 반해, 비교예 1은 약산성을 띄는 것을 확인할 수 있었다.
나, 칼슘 농도 측정
상기 실시예 1, 2 및 비교예 1에 따른 정수필터를 이용하여 수처리 한 후, 정수된 물의 상온에서 1시간, 5시간, 10시간 및 24시간 동안 방치한 후 각 시간별로 칼슘 농도를 칼슘농도측정기(HI 93752,(주)유인스계측기)로 측정하였으며, 그 결과를 아래 [표 2]에 나타내었다.
구분 | 1시간 | 5시간 | 10시간 | 24시간 |
실시예 1 | 3.338 | 5.481 | 7.453 | 4.979 |
실시예 2 | 5.026 | 9.753 | 10.340 | 6.871 |
비교예 1 | 0.574 | 0.617 | 0.980 | 0.626 |
상기 [표 2]에서와 같이, 본 발명에 따른 실시예 1, 2의 정수필터는 하이드록시 아파타이트가 함유됨에 따라, 하이드록시 아파타이트가 함유되지 않은 비교예 1에 비하여 인체에 유익한 칼슘의 함량이 우수함을 알 수 있다.
상술한 바와 같은, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 하이드록시 아파타이트를 함유한 정수필터의 제조방법을 상기에서 설명하였지만, 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사항을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능하다는 것을 이 분야의 통상적인 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.
Claims (5)
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- 하이드록시 아파타이트를 함유한 정수필터의 제조방법에 있어서,
입자 크기가 1 ~ 45㎛인 하이드록시 아파타이트 분말 3 ~ 7 중량%, 활성탄 50 ~ 60 중량% 및 폴리에틸렌 37 ~ 43 중량%을 혼합하는 단계(S100); 및
상기 혼합하는 단계(S100)에서 혼합된 혼합물을 150 ~ 250℃에서 1 ~ 2시간 동안 혼련한 후, 100 ~ 200kg/㎠의 압력으로 가열성형하는 단계(S200);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 하이드록시 아파타이트를 함유한 정수필터의 제조방법.
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