KR101657178B1

KR101657178B1 - 정수슬러지가 포함된 흡착탈취패드 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR101657178B1
Application number: KR1020150013411A
Authority: KR
Inventors: 박상규; 장태선; 최진호; 최민호
Original assignee: (주)비케이; 한국화학연구원
Priority date: 2015-01-28
Filing date: 2015-01-28
Publication date: 2016-10-25
Also published as: KR20160093150A

Abstract

본 발명은 정수슬러지가 포함된 흡착탈취패드 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 정수슬러지, 석회석, 양전하물질이 혼합된 흡착제를 겔혼합물로 가공하고, 가공된 겔혼합물을 여재 사이에 적층시켜 각종 유해가스의 흡착 및 탈취에 사용될 수 있는 흡착탈취패드에 관한 것이다.

Description

정수슬러지가 포함된 흡착탈취패드 및 그 제조방법{ADSORBING-DEODORIZING PAD CONTAINING WATERWORKS SLUDGE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

우리나라의 정수는 취수구-침사지-취수펌프장-오존처리-착수지/혼화지-침전지-여과지-오존처리-입상활성탄 여과지-정수지-양수장-배수지-수요지 등이 주요 단계를 통해 이루어지고 있다.

이러한 정수장에서 배출수 처리의 대상이 되는 것은 주로 침전지의 배출슬러지와 여과지의 세척배출수로서 그 성분은 원수 중의 대부분의 부유물질과 용해성 물질 및 응집제 등이다. 이들은 대개 무기성분이지만 최근에는 하천의 오탁과 부영양화 등의 진행에 따라 유기물질 함량이 점차 증가하고 있다.

원수의 불순물을 제거하는 일련의 공정에서 발생되는 슬러지는 모래, 실트, 용액속의 유기물, 부유물질, 경도를 유발하는 이온들, 박테리아와 유기체, 생산된 수질을 저하시키는 기타 물질들로 이루어져 있다. 상기 정수장 슬러지는 처리 방법과 화합물의 종류 및 사용량에 따라서 조성에 다양한 차이가 있지만 일반적으로는 무기물로 35∼50%의 SiO₂, 20∼30%의 Al₂O₃을 함유하고 있다.

이와같이 대한민국 정수처리장에서 발생하는 정수 슬러지는 2008년말 기준 1일 평균 1,800톤에 달하고 있으며, 정수장의 증설 및 상수도 보급율의 증가, 고도정수처리시설의 도입 등으로 정수 슬러지의 발생은 계속 증가되고 있다. 이들의 처리는 대부분 매립과 해양투기에 의존해 왔으나 기존 매립장의 포화에 따른 새로운 부지확보의 어려움, 침출수배출에 따른 민원발생 등의 문제를 안고 있으며, 런던협약에 따라 2007년부터 해양투기가 금지됨에 따라 새로운 정수 슬러지 처리의 필요성이 고조되면서 친환경적이고 경제성 있는 정수 슬러지 재활용기술개발이 시급히 요청되고 있다.

현재 정수슬러지를 재활용하는 기술로 건축자재 조성물, 타일재료 및 흡착제로 사용하는 방안이 제시되고 있다. 이 중 흡착제로 사용하는 방안은 거의 정수슬러지를 활성화시켜 다공질을 통해 유해성분의 흡착 제거시키고 있다.

한국등록특허 제10-1200629호(2012.11.06.등록; 이하 '선행문헌1' 이라 함)의 정수 슬러지를 이용한 기능성 흡착제 및 이의 제조방법에서는 정수슬러지를 인산 또는 황산을 이용하여 표면을 개질시켜 다공성 흡착제 분말을 제조하고, 이를 겔상태의 전분과 혼합하여 반죽하고, 펠렛 형상으로 성형하여 흡착제를 제조하는 방안을 제시하였다.

한국공개특허 제10-2014-0056650호(2014.05.12.공개; 이하 '선행문헌2'이라 함)의 정수슬러지를 이용한 흡착제 및 표면 개질된 흡착제는 정수슬러지와 인산을 반응시켜 표면을 개질시켜 메조기공을 형성시켜 활성화가 이루어지도록 한 흡착제 제조방안을 제시하였다.

이와같이 상기 선행문헌 1과 2는 모두 정수슬러지를 개질시켜 흡착성을 향상시킨 방안만을 제시하고 있어 제시된 흡착제 기공보다 작은 물질에 대해서는 흡착제거율이 낮은 단점이 있다.

따라서, 흡착제이 기공보다 작은 물질로 흡착제거하면서 다양한 실생활에 적용할 수 있는 형태의 흡착탈취제에 대한 연구가 필요하다.

한국등록특허 제10-1200629호(2012.11.06.등록) : 정수 슬러지를 이용한 기능성 흡착제 및 이의 제조방법 한국공개특허 제10-2014-0056650호(2014.05.12.공개) : 정수슬러지를 이용한 흡착제 및 표면 개질된 흡착제

이에 본 발명의 정수슬러지가 포함된 흡착탈취패드 및 그 제조방법은,

정수슬러지와 석회석의 혼합물에 양전하물질이 코팅된 흡착제를 겔혼합물로 성형한 다음 여재 사이에 적층시켜 흡착탈취패드를 제조함으로써 다양한 환경에서 유해성분의 흡착제거 및 탈취기능을 제공할 수 있는 흡착탈취패드 및 그 제조방법의 제공을 목적으로 한다.

상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 정수슬러지가 포함된 흡착탈취패드 제조방법은,

정수슬러지와 석회석을 혼합하고 교반시켜 활성슬러지를 제조하는 제1단계; 상기 활성슬러지를 소성로에서 가열해 유기물을 탄화시켜 탄화슬러지를 제조하는 제2단계; 양전하물질을 용매에 용해하여 양전하물질 용해액을 제조하는 제3단계; 제2단계의 탄화슬러지를 제3단계의 양전하물질 용해액과 혼합한 다음 교반시키는 제4단계; 제4단계의 교반물을 건조로로 투입하여 건조시켜 탄화슬러지에 양전하물질이 코팅된 흡착제를 제조하는 제5단계; 흡착제에 물과 바인더를 혼합하는 제6단계; 제6단계의 혼합물에 가열하면서 혼합하여 겔상태의 겔혼합물을 제조하는 제7단계; 상기 겔혼합물의 상부와 하부에 여재가 배치되도록 적층하여 적층물을 제조하는 제8단계; 상기 적층물을 압착시켜 흡착탈취패드를 생성하는 제9단계; 및 상기 흡착탈취패드를 일정크기로 절단하여 제품화하는 제10단계;를 포함하여 이루어진다.

상기 제1단계에서 활성슬러지는 정수슬러지 100중량부에 대해 석회석 5~20중량부를 혼합하여 제조하고, 상기 제2단계에서 소성로의 소성온도는 400~600℃이고, 1~3시간 소성시켜 탄화슬러지를 제조하고, 상기 제3단계에는 용매는 물 또는 산(acid)용액이고, 양전하물질은 탄화슬러지 100중량부에 대해 0.01~5중량부가 코팅되도록 용매에 용해시켜 사용한다.

상기 제6단계는 흡착제 100중량부에 대해 물 10~20중량부, 바인더 5~15 중량부가 혼합되도록 하고, 상기 바인더는 Tg가 -50 ~ 110℃범위를 갖는 유기바인더이다.

상기 제7단계는 110~150℃의 범위로 가열하면서 혼합이 이루어지고, 상기 제8단계에서의 여재는 부직포, 섬유 및 펄프로 이루어진 군으로부터 1종 선택하여 사용하고, 상기 제9단계에서의 압착은 40~70℃의 열을 가하거나 상온에서 이루어지게 할 수 있다.

상기 제9단계에는 압착공정시 압착기의 압착면에 다수의 굴곡, 홈 또는 돌기를 형성하여 패드면에 다수의 엠보싱을 형성시키는 공정이 포함될 수 있다.

상기 방법에 의해 제조되는 본 발명의 정수슬러지가 포함된 흡착탈취패드는,

정수슬러지 100중량부에 대해 석회석 5~20중량부로 혼합하여 탄화시키고 탄화된 슬러지 100중량부에 대해 양전하물질 0.01~5중량부로 코팅하여 0.01~3mm의 크기를 갖는 흡착제를 물과 바인더와 혼합하여 겔혼합물층을 형성하고, 상기 겔혼합물층 상하부에 부직포, 섬유 및 펄프로 이루어진 군으로부터 1종 선택한 여재를 적층하여 다층구조를 갖도록 구성된다.

상기 패드의 일측면 또는 양측면에는 엠보싱을 형성하여 표면적을 증가시킬 수 있다.

상기 해결수단에 의한 본 발명의 정수슬러지가 포함된 흡착탈취패드 및 그 제조방법은,

기존 정수슬러지를 이용한 흡착제가 정수슬러지를 활성화하여 기공에 의해 미세먼지 또는 유해가스의 흡착제거가 이루어지도록 하는데 반하여 본 발명은 정수슬러지의 활성화와 전위차에 의한 흡착을 동시에 제공해 기공에 의해 흡착되지 않는 기공보다 작은 크기의 미세 오염물질도 전위차에 의해 흡착 제거가 가능함으로 각종 유해가스와 악취를 제거할 수 있다.

또한, 여재가 외부로 표출되고 흡착성분이 내재되는 형태의 다층구조의 패드형태로 제공되기 때문에 흡착성분에 의해 취급시 이물이 묻어나거나 안치위치가 오염되는 것을 방지할 수 있어 생활용품이나 건축자재 등 실생활과 밀접한 분야에 적용하여 유해가스와 악취를 제거할 수 있는 흡착탈취패드의 제공이 가능하게 되었다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 흡착탈취패드 제조과정을 도시한 흐름도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 흡착탈취패드의 단면도.

이하 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나 실시예는 본 발명의 기술적 사상의 내용과 범위를 쉽게 설명하기 위한 예시일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적 범위가 한정되거나 변경되는 것은 아니다. 또한 이러한 예시에 기초하여 본 발명의 기술적 사상의 범위 안에서 다양한 변형과 변경이 가능함은 당업자에게는 당연할 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 흡착탈취패드 제조과정을 도시한 흐름도이다.

도 1을 참조하여 본 발명에 따른 정수슬러지를 이용한 흡착탈취패드 제조방법을 설명하면,

제1단계로 정수슬러지와 석회석을 혼합하고 교반시켜 활성슬러지를 제조한다.

상기 정수슬러지의 일반적인 조성은 35∼50%의 SiO₂, 20∼30%의 Al₂O₃을 포함하는 무기물에 유기물이 일부 포함되어 구성되며, 다공질의 석회석을 혼합하여 표면적을 증가시켜 활성도를 높인 활성슬러지를 제조한다.

이때 상기 정수슬러지와 석회석의 혼합비율은 정수슬러지 100중량부에 대해 석회석 5~20중량부가 혼합되어 조성되는 것이 바람직하다. 상기 석회석이 5중량부 이하로 혼합되면 표면적 증가가 미비하고, 20중량부 이상으로 혼합될 경우 석회석에 의한 흡착성능 저감현상이 발생하기 때문에 제시된 혼합비율을 유지하는 것이 중요하다.

상기 정수슬러지와 석회석이 균일하게 혼합되기 위해 전체중량 100중량부에 대해 10~20중량부의 물을 더 첨가하여 교반이 이루어지도록 할 수 있다. 상기 교반시간이 짧으면 정수슬러지와 석회석의 혼합이 균일하게 이루어지지 않고 교반시간이 과하면 균일혼합의 증진이 미비함으로 바람직한 교반시간은 30분 ~ 3시간 이내로 이루어지는 것이다.

또한 본 단계에서는 미생물이나 세균 또는 바이러스에 대해 항균력을 증가시키기 위해 금속 또는 금속산화물을 더 혼합하여 활성슬러지를 제조할 수 있다.

상기 금속 또는 금속산화물로는 이트륨(Y), 몰리브덴(Mo), 비스므스(Bi), 텔레늄(Te), 망간(Mn), 코발트(Co), 로듐(Rh), 이리듐(Ir), 니켈(Ni), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au) 및 알루미늄(Al) 중에서 1종 또는 2종 이상 선택할 수 있다.

이러한 금속 또는 금속산화물은 정수슬러지 100중량부에 대해 0.001~0.2중량부로 혼합되어 사용하는 것이 바람직하다. 상기 0.001 중량부 이하로 혼합될 경우 항균성이 미비하고, 상기 0.2중량부 이상으로 혼합될 경우에는 항균성의 증진효과가 커지나 금속 또는 금속산화물이 고가를 형성함으로 경제성이 떨어지는 문제점이 있으므로 상기 범위 내에서 혼합사용하는 것이 바람직하다.

제2단계는 활성슬러지를 소성로에서 가열하여 유기물을 탄화시켜 탄화슬러지를 제조하는 단계이다.

상기 소성온도는 400 ~ 600℃이고, 소성시간은 1~3시간으로 열을 가하여 활성슬러지에 내포된 유기물을 탄화시켜 탄화슬러지를 제조한다. 상기 소성에 의해 활성슬러지를 조성하는 정수슬러지의 일부 성분이 용융되어 인접성분과 결합됨으로 0.01~3mm 입경을 갖는 알갱이 형태로 탄화슬러지가 제조된다.

이 때 상기 소성온도가 400℃ 이하로 가해지면 활성슬러지의 건조 및 탄화시간이 오래 소요되고, 600℃이상의 온도로 가해지면 건조 및 탄화시간을 단축시킬 수 있으나 고열에 의해 정수슬러지 성분의 부분적인 용융정도가 증가되어 알갱이 입경이 과도하게 증가되는 단점이 있으므로 상기 범위로 가해지는 것이 바람직하다.

또한, 소성과정에서는 석회석(CaCO₃)이 열을 전달받아 탄산가스를 배출시키면서 다공질의 생석회(CaO)로 변화되며, 이러한 과정에서 표면적이 더욱 증대된다. 또한, 일부 생석회는 정수슬러지의 규산성분과 결합되어 규산칼슘(3CaO·SiO₂, 2CaO·SiO₂)으로 변화되며, 이후 물이 혼합되면 결정화가 이루어지면서 강도를 증가시켜 탄화슬러지를 알갱이화 할 수 있다.

본 단계에서의 탄화슬러지는 분말상 또는 0.01~3mm 입경을 갖는 알갱이를 의미하는 것이지만 이에 한정하는 것이 아니며, 0.01mm 이하의 입경을 갖는 분말상 또는 알갱이도 포함될 수 있으나 이는 취급이 까다로움으로, 취급용이성을 감안하여 0.01~3mm 입경을 갖는 알갱이가 전체량에 대해 90% 이상 분포되는 것을 사용하는 것이 바람직하다.

제3단계는 양전하물질을 용매에 용해하여 양전하물질 용해액을 제조하는 단계이다.

상기 양전하물질로는 키토산 또는 4급 암모늄계로 이루어진 군으로부터 1종 또는 2종 이상 선택하여 용매에 용해시켜 양전하물질 용해액을 제조한다. 상기 양전하물질 용해액은 탄화슬러지 100중량부에 대해 0.01~5중량부가 코팅되도록 하며, 용매로는 물 또는 산(acid)을 사용할 수 있다.

상기 키토산은 게나 가재, 새우 껍데기에 들어 있는 키틴을 60 % 이상, 바람직하기는 65 ~ 98 % 범위로 탈아세틸화하여 얻어낸 물질을 사용할 수 있다. 이때, 상기 키토산의 분자량은 10,000 ~ 100,000 범위를 유지하는 것이 좋다. 상기 분자량이 10,000 미만이면 탄화슬러지에 코팅할 때 접착력이 부족할 뿐만 아니라 양전하의 전위가 낮아지기 때문에 음전하를 띠고 있는 미세먼지나 분진의 부착 여과율이 떨어질 수 있으며, 100,000의 분자량을 초과하는 경우에는 용매로 용해하는 과정 중에 점도증가로 작업성의 효율이 떨어지는 문제점이 발생됨으로 상기 범위로 혼합사용하는 것이 바람직하다.

상기 키토산을 용해시키기 위한 용매로는 산(acid)용액인 구연산, 초산. 황산, 염산 및 질산으로 이루어진 군으로부터 1종 선택할 수 있고, 산용액은 물을 이용하여 희석하여 사용할 수 있으며, 냄새와 환경오염을 방지하기 위해서는 초산을 사용하는 것이 바람직하다.

아울러 상기 4급 암모늄계는 콜린(Choline), 카르니틴(Carnitine), 염화 벤잘코니움 (Benzalkonium chloride); 디나토늄(Denatonium); 브롬화 세트리모늄(Cetrimonium bromide); 염화 디알릴디메틸암모늄(Diallyldimethyl ammonium chloride); 3-클로로-2-하이드록시프로필트리메틸암모늄 클로라이드(3-chloro-2-hydroxypropyltrimethylammonium chloride, CHPTAC); 아크릴아미드와 4차화된 디메틸암모늄에틸메타크릴레이트의 공중합체(Copolymer of acrylamide and quaternized dimethylammoniumethyl methacrylate); 염화 디알릴디메틸암모늄고분자(Poly(diallyldimethylammonium chloride)); 아크릴아미드와 염화 디알릴디메틸암모늄의 공중합체(Copolymer of acrylamide and diallyldimethylammonium chloride); 4차화된 하이드록시에틸 셀룰로오스(Quaternized hydroxyethylcellulose); 비닐피롤리돈과 4차화된 디메틸아미노에틸 메타크릴레이트의 공중합체(Copolymer of vinylpyrrolidone and Quaternized dimethylaminoethyl methacrylate); 비닐피롤리돈과 4차화된 비닐이미다졸의 공중합체(Copolymer of vinylpyrrolidone and quaternized vinylimidazole); 아크릴산과 염화 디알릴디메틸암모늄의 공중합체(Copolymer of Acrylic Acid and Diallyldimethylammonium Chloride); 비닐피롤리돈과 메타크릴아미도프로필트리메틸암모늄의 공중합체(Copolymer of vinylpyrrolidone and methacrylamidopropyl trimethylammonium); 폴리(아크릴아미드 2-메타크릴옥시에틸 암모늄 클로라이드)(Poly(acrylamide 2-methacryloxyethyltrimethyl ammonium chloride)); 아크릴산과 아크릴아미드 및 염화 디알릴 디메틸암모늄의 3량체(Terpolymer of Acrylic Acid, Acrylamide and Diallyldimethylammonium Chloride); 비닐카프로락탐과 비닐피롤리돈 및 4차화된 비닐이미다졸의 3량체(Terpolymer of vinylcaprolactam, vinylpyrrolidone, and quaternized vinylimidazole); 및 아크릴산과 메타크릴아미도프로필트리메틸암모늄 및 아크릴산 메틸의 3량체(Terpolymer of Acrylic Acid, Methacrylamidopropyl Trimethyl Ammonium Chloride, and Methyl Acrylate) 중에서 선택사용할 수 있다. 4급 암모늄계를 용해시키는 용매로는 물(증류수)이 사용될 수 있다.

제4단계는 제2단계의 탄화슬러지를 제3단계의 양전하물질 용해액과 혼합한 다음 교반시키는 단계이다.

상기 교반은 탄화슬러지와 양전하물질 용해액을 균일하게 혼합되도록 하여 탄화슬러지의 표면에 양전하물질 용해액이 고르게 코팅되도록 한 것이다.

이러한 교반은 1000~3000 rpm 속도로 30분~2시간 실행하여 균일하게 혼합하는 것이 바람직하다. 상기 30분 이하로 교반하면 탄화슬러지와 양전하물질 용해액의 혼합이 균일하게 이루어지지 않아 탄화슬러지의 코팅률이 낮아지며, 2시간 이상으로 교반하면 균일코팅 정도가 미비함으로 상기 범위로 교반이 이루어지게 하는 것이 바람직하다.

제5단계는 제4단계의 탄화슬러지와 양전하물질 용해액의 교반물을 건조로로 투입하여 건조시켜 탄화슬러지에 양전하물질이 코팅된 흡착제를 제조하는 단계이다.

상기 건조는 건조로(드라이오븐)에서 완전건조가 이루어지는 것으로 건조로의 온도는 80~180℃의 범위로 가열이 이루어지고, 1~4시간 건조가 이루어지도록 하며, 바람직하게는 건조시간을 단축시키기 위해 100~180℃의 가열범위에서 1~2시간 내로 건조하는 것이다.

제6단계는 흡착제에 물과 바인더를 혼합하는 단계이다. 상기 혼합비로는 흡착제 100중량부에 대해 물 10~20중량부, 바인더 5~15 중량부가 혼합된다.

상기 물은 혼합시 흡착제의 유동성을 향상시키기 위해서 혼합하는 것으로, 10중량부 이하로 혼합되면 유동성 향상정도가 낮고, 20중량부 이상으로 혼합되면 유동성은 향상되나 이후 건조에 과다한 시간과 에너지가 소요되는 단점이 있으므로 상기 범위로 혼합하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 바인더의 함량이 5중량부 이하로 혼합되면 결착력이 미비하여 성형후 판상을 유지하지 못하여 부분적으로 흡착제 분말이 탈거되는 단점이 있고, 15중량부 이상으로 혼합할 때에는 과도한 바인더 혼합으로 탈취력이 저하되는 단점이 있으므로 상기 범위로 혼합사용하는 것이 바람직하다.

상기 바인더의 종류로는 Tg(유리전이온도)가 -50 ~ 110℃범위를 갖는 유기바인더를 사용할 수 있으며, 대표적으로는 아크릴에멀전, 폴리우레탄에멀전, 폴리올레핀 에멀전 및 폴리올레핀 분산용액, 스타이렌부타디엔공중합에멀전 및 이의 변성에멀전, 폴레비닐아세테이트에멀전, 폴리에틸렌비닐아세테이트에멀전으로 이루어진 군으로부터 1종 또는 2종이상 선택하여 사용할 수 있다. 이외에도 수성, 유성 및 무용제 타입의 유기바인더를 사용할 수 있다.

제7단계는 제6단계의 혼합물에 열을 가하면서 혼합하여 겔상태의 겔혼합물을 제조하는 단계이다. 이때 상기 가열온도는 110℃ 이하로 설정하면 Tg값보다 낮아 바인더와의 혼합이 잘 이루어지지 않고, 150℃ 이상의 온도에서는 교반성을 향상시키는 정도가 미비함으로 가열온도는 최소한 바인더의 Tg값 이상의 온도로 가열하되 110~150℃의 범위로 가열하는 것이 바람직하다.

제8단계는 제조된 겔혼합물의 상부와 하부에 여재가 배치되도록 적층하여 적층물을 제조하는 단계이다. 상기 여재는 수분과 공기가 배출될 수 있는 다공질 재질로서 대표적으로는 부직포, 섬유, 펄프가 있다. 이외에도 내열성이 강한 수지필름에 다수의 미세통공이 형성된 필름형태로 사용할 수 있다.

상기 적층방식은 겔혼합물을 길이방향으로 연속되는 판상형으로 제조하면서 겔혼합물판의 하부와 상부에 각각 여재를 밀착시키거나, 하부여재 위에 겔혼합물을 투입하여 평탄화하고 그 상부에 상부여재를 적층시키는 방법으로 적층물을 제조할 수 있다. 여기서 겔혼합물이 형성하는 층의 두께는 사용되는 목적에 따라 다양한 두께를 형성할 수 있다. 또한 본 발명에서는 적층물을 여재층-겔혼합물층-여재층 으로 3층 구조를 제시하였으나, 이외에 본 발명은 여재층-겔혼합물층-여재층-겔혼합물층-여재층 등 5층 구조를 포함하는 다양한 다층구조도 포함된다 할 수 있다.

제9단계는 적층물을 압착시켜 흡착탈취패드를 생성하는 단계이다. 상기 압착은 각 층 사이에 존재할 수 있는 공기층을 제거하면서 겔혼합물과 여재를 더욱 밀착시키고, 겔혼합물 내의 조직간 간격도 더욱 조밀하게 형성되도록 한다.

이러한 압착은 압착롤이나 압착판에 의해 이루어질 수 있는 것으로 연속생산시에는 압착롤을 사용하고 일정크기로 소형생산일 경우에는 압착판에 의해 제조가 이루어지게 할 수 있다.

이 때 상기 압착이 이루어지는 압착공정은 압착롤 또는 압착판인 압착기에서 가압이 이루어지는 면에 다수의 굴곡, 홈 또는 돌기를 형성하여 생성되는 흡착탈취패드 면에 다수의 엠보싱이 형성되도록 하여 표면적을 증가시키거나 부분적인 강도를 향상시킬 수 있다. 예컨대 상기 홈이나 돌기는 직선, 메쉬 및 점 등 다양한 형태로 형성될 수 있으며, 상기 홈이나 돌기에 의해 흡착탈취패드 면이 돌출되거나 홈이 형성되도록 할 수 있다. 이와같이 흡착탈취패드의 면에 요철을 형성하면 다른 판상의 물체와 적층시 흡착탈취패드 면에 형성된 홈이 공기유통공으로 작용하여 공기와의 접촉성을 향상시켜 유해가스나 악취성분의 흡착 탈취가 용이하게 이루어지도록 할 수 있다.

제10단계는 흡착탈취패드를 일정크기로 절단하여 제품화하는 단계이다.

본 단계에서는 길이방향으로 길게 제조되거나 대형으로 제조된 흡착탈취패드를 일정크기로 절단하거나 사용형태에 따라 절단하여 제품화하는 단계이다. 예컨대, 건축자재로 사용시에는 단위크기로 절단하여 흡착탈취나, 흡음 및 단열패드로 사용하거나, 소형으로 절단하여 소비자가 필요한 형태로 절단하여 사용할 수 있게 하거나, 신발깔창으로 절단하여 탈취효과를 제공하는 등 절단을 통해 다양한 제품형태로 사용할 수 있게 할 수 있다.

상기 제조방법에 의해 제조된 본 발명의 흡착탈취패드(10)는,

정수슬러지 100중량부에 대해 석회석 5~20중량부로 혼합하여 탄화시키고, 탄화된 슬러지 100중량부에 대해 양전하물질 0.01~5중량부로 코팅하여 0.01~3mm의 크기로 구성한 흡착제와; 물과; 바인더를 교반하여 제조된 겔혼합물로 겔혼합물층(20)을 형성하고, 상기 겔혼합물층의 상하면에 각각 여재(30,40)를 적층시킨 후 압착하여 제조된 다층구조를 갖는다.

본 발명의 흡착탈취패드는 일측면 또는 양측면에 엠보싱을 형성하여 표면적을 증가시킬 수 있다. 상기 엠보싱 형태로는 점, 또는 직선, 메쉬 형태 등을 돌기 또는 홈으로 형성되도록 할 수 있고, 상기 홈은 서로 연결되어 공기유통공으로 활용되어 인접한 공기와의 접촉성을 향상시켜 공기에 내포된 유해가스나 악취성분을 흡착 및 탈취가 용이하게 이루어지도록 할 수 있다.

<실시예1 - 석회석 혼합량을 조절한 흡착제 제조>

대전 인근 정수처리장의 공급받아 건조시킨 정수슬러지 100g에 석회석의 혼합량을 변화하여 혼합하고 1500rpm으로 1시간 교반시켜 활성슬러지를 제조하였다.

제조된 활성슬러지는 소성로로 투입하여 500℃의 온도에서 1시간 소성하여 유기물을 탄화시켜 탄화슬러지를 제조하였다.

탈아세틸화된 키토산(분자량 50,000) 10g을 초산10ml와 증류수 90ml를 혼합한 용매에 혼합 및 교반하여 양전하물질 용해액을 제조하였다.

제조된 탄화슬러지 100중량부를 칭량하고, 이에 양전하물질이 10g 용해된 양전하물질 용해액 20ml를 투입하여 최종적으로 탄화슬러지 100중량부에 양전하물질 2g을 혼합하여 1500rpm속도로 1시간 교반하여 코팅이 이루어지도록 하였다.

교반이 완료된 교반물을 건조로에 투입하여 120℃의 온도에서 1시간 건조시켜 완전 건조도도록 해 흡착제를 제조하여 하기 표1과 같이 조성되었다.

상기 AS-11 내지 AS-19는 정수슬러지를 이용하여 본 발명의 제조방법으로 제조된 흡착제이고, SS-1은 비교대상인 순수활성탄을 나타낸 것이다.

<실험예 1 - 탈취실험>

상기 표1의 샘플을 암모니아에 대한 탈취실험을 하였다.

1) 5L 크기의 테드라백(Tedlar bag)에 표 1의 시료 10g을 넣고, 시험가스로는 90ppm의 암모니아 주입하였고, 주입후 밀봉하였다.

시험가스는 KS I 2218의 규정에 의해 측정하였고, 시험중 온도는 23±4℃, 습도는 50±10%를 유지하였다.

탈취율(%)=[(blank 농도 - 측정가스농도)/blank 농도]×100

시험가스의 농도는 초기(0분), 30, 60, 90, 120 분 경과 시마다 측정하여 하기 표 2에 나타내었다

상기 표 2를 참조한 바와같이 정수슬러지에 석회석을 혼합하여 양전하물질을 코팅한 AS-16 내지 AS-18의 흡착제 시료의 경우 순수활성탄과 유사하게 암모니아에 대해 84.3% ~ 86.7%의 높은 탈취율이 나타남을 알 수 있다. 다만 석회석의 혼합이 정수슬러지 100중량부 대비 5중량부 이하로 혼합될 경우 활성화 정도가 낮아져 탈취율이 다소 저하되는 것을 알 수 있으며, 10중량부 이상으로 혼합될 경우에는 탈취율 증진정도가 미비하고 오히려 다소 낮아지게 결과가 나타났다.

<실시예2 - 양전하물질 혼합량을 조절한 흡착제 제조>

실시예1과 동일한 실험조건으로 흡착제를 제조하되,

정수슬러지와 석회석의 혼합비를 고정시키고, 양전하물질의 혼합량을 조절하였다. 즉, 초산10ml와 증류수 90ml를 혼합한 용매에 양전하물질인 키토산의 혼합량을 달리하여 혼합하였다.

최종적으로 제조된 양전하물질 용해액 중 20ml를 수취하여 혼합하고, 20ml에 포함된 양전하물질의 함량을 하기 표3로 나타내었다.

<실험예 2 - 여과율 측정>

상기 표 3의 시료 10g을 부직포층 사이에 안치하여 10cm 직경의 여과필터를 제조하였다.

카본블랙(상품명: Printex V-2)을 정확히 4g을 측량하여 1×1×1 m의 아크릴 챔버 내부에 넣고, 카본블랙의 분말이 비산되도록 소형선풍기의 바람을 불어주면서 챔버 상단에 배출구에 표 3의 시료가 안치된 여과필터를 안치하고 감압 여과하여 여과필터에 남아있는 카본블랙 분말의 잔존량을 측정하여 하기 표 4에 나타내었다.

상기 표 4에 나타난 바와 같이 양전하물질이 소량 코팅되면 미세분진인 카본블랙의 여과율이 높게 나타남을 알 수 있으며, AS-26의 흡착제 이상의 양전하물질이 코팅되면 여과율 증진정도가 미비하게 나타남을 알 수 있다.

따라서, 양전하물질의 혼합량은 정수슬러지 또는 탄화슬러지 100중량부에 대비하여 0.5~3 중량부의 범위로 혼합사용하여 여과율을 제공하는 것이 바람직하다.

<실시예3 - 양전하물질 종류를 변경시킨 흡착제 제조>

실시예1과 동일한 실험조건으로 흡착제를 제조하였다.

다만 정수슬러지와 석회석 및 양전하물질의 혼합비는 실시예2에서 결과가 우수하게 나타난 AS-26의 혼합비로 고정하였고, 하기 표 5와 같이 4급암모늄계열에서 대표적인 양전하물질로 변경하여 흡착제를 제조하였다. 이 때 상기 표 5의 양전하물질은 실시예2의 산물질 용매에 용해시키지 않고 물에 용해시켜 사용하였다.

<실험예 3 - 여과율 측정>

실험예2와 동일하게 여과율을 측정하였다.

시료 모두 카본블랙 잔존량이 3.70~3.73(g)으로 92.5~93.3%의 여과율을 나타내고 있어 키토산과 유사한 결과가 나타남으로 4급 암모늄 계열을 사용해 본 발명의 제조과정으로 흡착제를 제조할 수 있다.

<실시예4 - 금속 또는 금속산화물을 혼합한 흡착제 제조>

실시예1과 동일한 실험조건으로 흡착제를 제조하였다.

다만 정수슬러지와 석회석 및 양전하물질의 혼합비는 실시예2에서 결과가 우수하게 나타난 AS-26의 혼합비로 고정하였다.

양전하물질로는 키토산을 사용하였고, 금속 또는 금속산화물은 대표적으로 은(Ag)을 사용하였으며, 하기 표 6과 같이 혼합하였다.

<실험예 4 - 항균성 시험>

표6의 시료를 1g 씩 취하여 플라스크에 넣고 24시간 세균배양하여 항균성 평가시험을 하였다.

항균성 평가시험의 균주는 대장균(E. coli ATCC 25922) 및 황색 포도상구균(Staphylococcus aureus ATCC 6538)을 이용하여 균수측정법(KS K 0693)에 따라 수행하였고 그 결과를 하기 표 7에 나타내었다.

표 7에 나타난 바와같이 금속성분을 투입하지 않아도 흡착제 성질에 의해 기본적인 항균성을 제공함을 알 수 있다.

- 항균성 시험 반복실행

상기 항균성 시험을 1회 실시한 시료를 이용하여 시료 변경없이 항균성시험을 10회 반복하여 실시하였고, 실시 횟수에 따른 균수를 측정여부를 확인하였다.

금속성분이 포함되지 않은 AS-41 시료의 경우 3회 항균실험에서 균수가 측정되기 시작했으며, 금속성분이 미량 포함된 AS-41 시료도 6회 항균실험에서 균수가 측정되기 시작했고, 나머지 AS-43 내지 AS-49에서는 10회까지 균수가 측정되지 않아 지속적인 항균성능이 제공됨을 알 수 있다.

<실시예5 - 흡착탈취패드 제조>

정수슬러지와 석회석 및 양전하물질의 혼합비는 실시예2에서 우수한 결과가 나타는 AS-26의 혼합비에 의해 정수슬러지 100중량부에 대해 석회석10중량부, 양전하물질(키토산) 2중량부의 비율로 혼합하였고, 실시예1과 동일한 조건으로 흡착제를 제조하였다.

제조된 흡착제는 바인더와 물을 혼합하여 겔혼합물을 제조하였다.

상기 바인더로는 아크릴에멀전을 사용하였고 흡착제 100중량부에 대해 10중량부를 혼합하였다.

또한 물은 흡착제 100중량부에 대해 15중량부로 혼합하여 흡착제의 유동성을 제공하면서 건조가 용이하게 이루어지도록 하였다.

혼합된 성분은 120℃로 가열하면서 30분 혼합하여 겔상태의 겔혼합물을 제조하였다.

여재로 부직포를 사용하였고, 하부여재에 겔혼합물을 안치하고, 상부여재를 덮은 다음 60℃로 가열된 압착기로 가압하여 1.5mm의 두께를 갖는 흡착탈취패드를 제조하여 실온에서 충분히 건조시켰다.

<실험예 5 - 흡착탈취패드 탈취실험>

1) 암모니아

5L 크기의 테드라백(Tedlar bag)에 흡착탈취패드를 10*10cm로 절단한 공시체를 넣었다.

시험가스로는 90ppm 농도의 암모니아를 주입하였고, 주입후 밀봉하였다.

시험가스는 KS I 2218의 규정에 의해 측정하였고, 시험중 온도는 23±4℃, 습도는 50±10%를 유지하였으며, 실험예1과 동일한 방식으로 측정하여 하기 표 8에 나타내었다.

상기 표8을 참조한 바와같이 본 발명에 따른 흡착탈취패드의 탈취율은 흡착제만 사용했을 때보다는 낮은 75.3%로 나타났다. 이는 공기와의 접촉면적이 분말상일 때보다 낮아서 탈취율이 다소 낮아졌지만 여전히 높은 탈취율을 제공함을 알 수 있으므로, 고형물의 형태로도 탈취성능이 충분히 제공됨을 알 수 있다.

2) 포름알데히드(HCHO)

시험가스로 포름알데히드를 50ppm을 주입하여 밀봉하였고, 다른 실험조건 및 측정은 상기 암모니아와 동일한 방법으로 수행하여 그 결과를 하기 표9에 나타내었다.

상기 표9를 참조한 바와같이 포름알데히드에 대해서도 120분 경과시 74.5%의 탈취율을 나타내고 있어 탈취효과가 있음을 알 수 있다.

3) 황화수소

시험가스로 황화수소를 50ppm을 주입하여 밀봉하였고, 다른 실험조건 및 측정은 상기 암모니아와 동일한 방법으로 수행하여 그 결과를 하기 표9에 나타내었다.

상기 표10을 참조한 바와같이 황화수소에 대해서도 120분 경과시 70.8%의 탈취율을 나타내고 있어 탈취효과가 있음을 알 수 있다.

<실험예 6 - 흡착탈취패드 항균실험>

실시예5에 의해 제조된 흡착탈취패드를 10*10cm로 절단한 공시체를 플라스크에 넣고 24시간 세균배양하여 항균성 평가시험을 하였다.

항균성 평가시험의 균주는 대장균(E. coli ATCC 25922) 및 황색 포도상구균(Staphylococcus aureus ATCC 6538)을 이용하여 균수측정법(KS K 0693)에 따라 수행하였고 그 결과를 하기 표 11에 나타내었다.

상기 표 11에 나타난 바와같이 흡착제를 여재 사이의 흡착패드로 성형하여도 항균성이 유지됨을 알 수 있었다.

10 : 흡착탈취패드
20 : 겔혼합물층
30,40 : 여재

Claims

정수슬러지와 석회석을 혼합하고 교반시켜 활성슬러지를 제조하는 제1단계;
상기 활성슬러지를 소성로에서 가열해 유기물을 탄화시켜 탄화슬러지를 제조하는 제2단계;
양전하물질을 용매에 용해하여 양전하물질 용해액을 제조하는 제3단계;
제2단계의 탄화슬러지를 제3단계의 양전하물질 용해액과 혼합한 다음 교반시키는 제4단계;
제4단계의 교반물을 건조로로 투입하여 건조시켜 탄화슬러지에 양전하물질이 코팅된 흡착제를 제조하는 제5단계;
흡착제에 물과 바인더를 혼합하는 제6단계;
제6단계의 혼합물에 열을 가하면서 혼합하여 겔상태의 겔혼합물을 제조하는 제7단계;
상기 겔혼합물의 상부와 하부에 여재가 배치되도록 적층하여 적층물을 제조하는 제8단계;
상기 적층물을 압착시켜 흡착탈취패드를 생성하는 제9단계; 및
상기 흡착탈취패드를 일정크기로 절단하여 제품화하는 제10단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 흡착탈취패드 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 제1단계에서 활성슬러지는 정수슬러지 100중량부에 대해 석회석 5~20중량부를 혼합하여 제조하고, 상기 제2단계에서 소성로의 소성온도는 400~600℃이고, 1~3시간 소성시켜 탄화슬러지를 제조하고, 상기 제3단계에는 용매는 물 또는 산(acid)용액이고, 양전하물질은 탄화슬러지 100중량부에 대해 0.01~5중량부가 코팅되도록 용매에 용해시키되;
상기 산(acid)용액은 구연산, 초산. 황산, 염산 및 질산으로 이루어진 군으로부터 1종 선택하고,
상기 양전하물질은 키토산 및 4급 암모늄계로 이루어진 군으로부터 1종 또는 2종 이상 선택되되, 상기 4급 암모늄계는 콜린(Choline), 카르니틴(Carnitine), 염화 벤잘코니움 (Benzalkonium chloride); 디나토늄(Denatonium); 브롬화 세트리모늄(Cetrimonium bromide); 염화 디알릴디메틸암모늄(Diallyldimethyl ammonium chloride); 3-클로로-2-하이드록시프로필트리메틸암모늄 클로라이드(3-chloro-2-hydroxypropyltrimethylammonium chloride, CHPTAC); 아크릴아미드와 4차화된 디메틸암모늄에틸메타크릴레이트의 공중합체(Copolymer of acrylamide and quaternized dimethylammoniumethyl methacrylate); 염화 디알릴디메틸암모늄고분자(Poly(diallyldimethylammonium chloride)); 아크릴아미드와 염화 디알릴디메틸암모늄의 공중합체(Copolymer of acrylamide and diallyldimethylammonium chloride); 4차화된 하이드록시에틸 셀룰로오스(Quaternized hydroxyethylcellulose); 비닐피롤리돈과 4차화된 디메틸아미노에틸 메타크릴레이트의 공중합체(Copolymer of vinylpyrrolidone and Quaternized dimethylaminoethyl methacrylate); 비닐피롤리돈과 4차화된 비닐이미다졸의 공중합체(Copolymer of vinylpyrrolidone and quaternized vinylimidazole); 아크릴산과 염화 디알릴디메틸암모늄의 공중합체(Copolymer of Acrylic Acid and Diallyldimethylammonium Chloride); 비닐피롤리돈과 메타크릴아미도프로필트리메틸암모늄의 공중합체(Copolymer of vinylpyrrolidone and methacrylamidopropyl trimethylammonium); 폴리(아크릴아미드 2-메타크릴옥시에틸 암모늄 클로라이드)(Poly(acrylamide 2-methacryloxyethyltrimethyl ammonium chloride)); 아크릴산과 아크릴아미드 및 염화 디알릴 디메틸암모늄의 3량체(Terpolymer of Acrylic Acid, Acrylamide and Diallyldimethylammonium Chloride); 비닐카프로락탐과 비닐피롤리돈 및 4차화된 비닐이미다졸의 3량체(Terpolymer of vinylcaprolactam, vinylpyrrolidone, and quaternized vinylimidazole); 및 아크릴산과 메타크릴아미도프로필트리메틸암모늄 및 아크릴산 메틸의 3량체(Terpolymer of Acrylic Acid, Methacrylamidopropyl Trimethyl Ammonium Chloride, and Methyl Acrylate) 중에서 선택된 것 임을 특징으로 하는 흡착탈취패드 제조방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제6단계는
흡착제 100중량부에 대해 물 10~20중량부, 바인더 5~15 중량부가 혼합되는 것을 특징으로 하는 흡착탈취패드 제조방법.
제3항에 있어서,
상기 바인더는 Tg가 -50 ~ 110℃범위를 갖는 유기바인더이며,
아크릴에멀전, 폴리우레탄에멀전, 폴리올레핀 에멀전 및 폴리올레핀 분산용액, 스타이렌부타디엔공중합에멀전 및 이의 변성에멀전, 폴레비닐아세테이트에멀전, 폴리에틸렌비닐아세테이트에멀전으로 이루어진 군으로부터 1종 또는 2종이상 선택한 것 임을 특징으로 하는 흡착탈취패드 제조방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제7단계는 110~150℃의 범위로 가열하면서 혼합이 이루어지고,
상기 제8단계에서의 여재는 부직포, 섬유 및 펄프로 이루어진 군으로부터 1종 선택하여 사용하고,
상기 제9단계에서의 압착은 40~70℃의 열을 가하거나 상온에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 흡착탈취패드 제조방법.
제5항에 있어서,
상기 제9단계에는
압착공정시 압착기의 압착면에 다수의 굴곡, 홈 또는 돌기를 형성하여 패드면에 다수의 엠보싱을 형성시키는 공정이 포함되는 것을 특징으로 하는 흡착탈취패드 제조방법.
정수슬러지 100중량부에 대해 석회석 5~20중량부로 혼합하여 탄화시키고 탄화된 슬러지 100중량부에 대해 양전하물질 0.01~5중량부로 코팅하여 0.01~3mm의 크기를 갖는 흡착제를 물과 바인더와 혼합하여 겔혼합물층을 형성하고, 상기 겔혼합물층 상하부에 부직포, 섬유 및 펄프로 이루어진 군으로부터 1종 선택한 여재를 적층하여 다층구조를 갖도록 구성한 것을 특징으로 하는 흡착탈취패드.
제7항에 있어서,
상기 패드의 일측면 또는 양측면에는 엠보싱을 형성하여 표면적을 증가시킨 것을 특징으로 하는 흡착탈취패드.