KR101940403B1 - 미세기공이 조절된 세라믹 필터의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 세라믹 필터 제조용 원료분말에 세라믹 필터의 기공을 조절하기 위한 기공조절제로써, 펄프 혹은 부직포의 분말의 직경 혹은 첨가량을 조절하여 상기 세라믹 필터 제조용 원료분말에 혼합하는 단계; 상기 기공조절제가 혼합된 원료분말로 세라믹 필터로 성형하는 단계; 및 상기 성형된 세라믹 필터를 소결시켜 미세기공을 형성하는 단계를 포함하는 미세기공이 조절된 세라믹 필터의 제조방법을 제공한다.

Description

미세기공이 조절된 세라믹 필터의 제조방법{Preparation Method of Ceramic Filter Having Controlled Micropore}

본 발명은 미세기공이 조절된 세라믹 필터의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 대기오염물질 제거용 혹은 수질오염물질 제거용 필터로 활용이 가능하며, 처리대상인 오염물질의 성질 내지 성상 및 환경적 요인에 따라 요구되어지는 미세기공의 분포 내지 크기를 조절할 수 있어 대기 혹은 수질의 오염물질의 제거효율을 극대화하는 미세기공이 조절된 세라믹 필터의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 각 산업공정에서 발생하는 분진, 매연, 폐가스, 연기, 휘발성 유기 화합물 등의 유해물질의 폐해는 더욱 늘어나고 있는 실정이다.

따라서 이러한 공해물질의 방출을 막기 위하여 일부에서는 고분자 필터나 산업용 필터, 부직포 필터를 사용하고 있으나 각 필터들은 각각의 문제점이 존재함에 따라, 최근에는 세라믹 필터가 사용되고 있다.

이러한 세라믹 필터는 세라믹 섬유(Fiber)를 이용한 튜브 형태를 진공성형이나 압축성형해서 제조되는 것으로, 필터내 형성된 미세기공의 크기나 분포를 조절할 수 없어, 처리대상인 오염물질의 성질 내지 성상 및 환경적 요인에 따라 요구되어지는 차별화된 필터 시스템을 구축하기에 많은 어려움이 있어 왔다.

나아가, 세라믹 필터는 진공챔버의 크기 제한에 따라 제작할 수 있는 세라믹 필터의 크기에 제약을 받게 되고 진공성형에 따라 제조된 세라믹 필터의 크기 제한을 가지므로 대형 필터는 제조하지 못하는 문제가 있다.

이를 극복하기 위하여, 종래 세라믹필터 제조는 등록특허 10-1359017에서 개진된 바와 같이, 망상 또는 다공질 구조체로 이루어진 담지체를 말아 중공 원통 또는 중공 다각기둥 형태의 틀 구조물 내부에 위치시킨 후, 틀 구조물을 회전시킨 상태에서 담지체 내부에 세라믹 분말을 포함한 슬러리를 분사하여 크기에 제한되지 않도록 제작되고 있다.

그러나 종래 세라믹필터는 필터링 대상물에 포함된 고형물의 이물질에 의해 필터링 효율이 저하되는 문제점이 있다.

이를 해소하기 위해, 세라믹필터 전에 집진장치를 별도로 더 설치하여 사용하고 있지만, 필터링 대상물 전체에 대한 집진 필터링이 필요함에 따라, 집진장치의 설치공간부가 별도로 필요함은 물론, 집진장치와 세라믹필터 간의 이동경로도 확보해야되는 등의 문제점이 있었다.

이에 따라, 세라믹필터를 거치기 전에 미세먼지를 제거함에 따라, 필터링 효율을 향상시킴은 물론, 비용과 설치공간을 절감시킬 수 있는 기술에 대한 개발이 절실히 요구되고 있는 실정이다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해소하기 위해 안출된 것으로써, 그 목적은 대기오염물질 제거용 혹은 수질오염물질 제거용 필터로 활용이 가능하며, 처리대상인 오염물질의 성질 내지 성상 및 환경적 요인에 따라 요구되어지는 미세기공의 분포 내지 크기를 조절할 수 있어 대기 혹은 수질의 오염물질의 제거효율을 극대화하는 미세기공이 조절된 세라믹 필터의 제조방법을 제공하는 것에 있다.

상기한 바와 같은 본 발명의 기술적 과제는 다음과 같은 수단에 의해 달성되어진다.

(1) 세라믹 필터 제조용 원료분말에 세라믹 필터의 기공을 조절하기 위한 기공조절제로써, 펄프 혹은 부직포의 분말의 직경 혹은 첨가량을 조절하여 상기 세라믹 필터 제조용 원료분말에 혼합하는 단계;

상기 기공조절제가 혼합된 원료분말로 세라믹 필터로 성형하는 단계; 및

상기 성형된 세라믹 필터를 소결시켜 미세기공을 형성하는 단계를 포함하는 미세기공이 조절된 세라믹 필터의 제조방법.

(2) 상기 (1)에 있어서,

펄프 혹은 부직포의 분말의 직경은 0.1~100㎛의 범위내에서 선택한 것을 특징으로 하는 미세기공이 조절된 세라믹 필터의 제조방법.

(3) 상기 (1)에 있어서,

펄프 혹은 부직포의 분말의 첨가량은 0.01~10 중량%의 범위내에서 선택한 것을 특징으로 하는 미세기공이 조절된 세라믹 필터의 제조방법.

(4) 상기 (1)에 있어서,

원료분말에 트리에틸아민을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 미세기공이 조절된 세라믹 필터의 제조방법.

(5) 상기 (1)에 있어서,

펄프 혹은 부직포의 분말은 헤미셀룰로오즈로 표면코팅된 것을 특징으로 하는 미세기공이 조절된 세라믹 필터의 제조방법.

(6) 상기 (1) 내지 (5)에서 선택된 어느 하나의 방법에 의해 제조된 미세기공이 조절된 세라믹 필터.

상기한 바와 같이, 본 발명에 의한 미세기공이 조절된 세라믹 필터의 제조방법에 의하면, 대기오염물질 제거용 혹은 수질오염물질 제거용 필터로 활용이 가능하며, 처리대상인 오염물질의 성질 내지 성상 및 환경적 요인에 따라 요구되어지는 미세기공의 분포 내지 크기를 조절할 수 있어 대기 혹은 수질의 오염물질의 제거효율을 극대화하는 미세기공이 조절된 세라믹 필터를 제공하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 세라믹필터 성형용 금형을 도시한 도면이고,
도 2는 본 발명에 따른 세라믹금형을 도시한 도면이며,
도 3은 본 발명에 따른 세라믹금형에 세라믹조정틀이 더 포함된 상태를 도시한 도면이고,
도 4는 본 발명에 따른 세라믹금형의 다른 실시 예를 도시한 도면이며,
도 5는 본 발명에 따른 촉매금형을 도시한 도면이고,
도 6은 본 발명에 따른 촉매금형에 촉매조정틀이 더 포함된 상태를 도시한 도면이며,
도 7은 본 발명에 따른 촉매금형의 다른 실시 예를 도시한 도면이고,
도 8은 본 발명에 따른 세라믹금형과 촉매금형에 가열부가 더 포함된 상태를 도시한 도면이며,
도 9는 본 발명에 따른 세라믹금형과 촉매금형에 회전부가 더 포함된 상태를 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명에 따라 제조된 세라믹필터의 SEM 사진.

본 발명에서 세라믹 필터의 성분 및 제조과정은 다음과 같다.

먼저, 공지의 세라믹 필터 제조용 원료분말에 세라믹 필터의 기공을 조절하기 위한 기공조절제로써, 펄프 혹은 부직포의 분말을 상기 세라믹 필터 원료분말에 혼합하여 준비한다.

상기와 같이 준비된 원료분말을 이용하여 후술하는 본 발명에서와 같은 방법에 의해 다양한 세라믹필터의 형상으로써 성형한 후, 소결시켜 미세기공이 조절된 세라믹 필터를 얻게 된다.

상기 원료분말 중, 세라믹 필터의 원료분말은 특별한 한정을 요하지는 않으며 예로, 통상적으로 세라믹 필터 성분으로 사용되는 규조토(50~70중량%), 탄소(20~30중량%), 프리트(5~10중량%), 바인더(CMC 등, 0.5~1.0중량%) 등의 분말을 포함하되, 이들 분말은 미분기(pulverizer)를 이용하여 1~10㎛로 분쇄된 것을 사용한다. 기공조절제로써, 펄프 혹은 부직포는 미분기를 이용하여 바람직하게는 0.1~100㎛로 분말화한다. 보다 바람직하게는 상기 펄프 혹은 부직포 분말은 분산특성의 개선 및 균일한 크기 및 형상의 기공을 형성하기 위해 헤미셀룰로오즈로 표면코팅된 것을 이용한다.

기공의 분포는 기공조절제의 첨가량을 통해서도 조절할 수 있으며, 바람직하게는 상기 원료분말의 중량을 기준으로 0.01~10 중량% 첨가되어지는 것이 바람직하다. 10 중량%를 초과하면, 기공의 분포가 너무 많아 피처리물의 흡착이 잘 이루어지지 않을 우려가 있고, 0.1 중량% 미만일 경우에는 기공이 잘 형성되지 않을 우려가 있다.

또한, 본 발명에서 기공조절제 분말의 직경은 제조하고자 하는 필터가 처리하고자 하는 피처리물, 예로, 기체, 혹은 액체에 따라 달리하여야 할 필요가 있으며, 이에 따라 요구되는 미세기공의 크기가 조절되어질 수 있다.

또한 본 발명에 따른 원료 조성물은 상기 기공조절제 분말의 분산성을 좋게 하기 위해 트리에틸아민을 0.1~1.0 중량% 함유한다. 상기 기공조절제는 미세분말 상태에서 전하를 띠게 되어 이를 중화하여 분산성을 개선하여 줄 필요가 있다.

본 발명에서 미세기공의 직경의 조절은 기공조절제 분말의 직경을 조절하는 것에 의해 이루어지고, 기공조절제가 원료분말에 혼합되어 성형과정을 거친 후 소결과정에서 소각되고 남은 자리에 원하는 직경을 갖는 미세기공이 형성되어질 수 있다.

이하, 상기와 같은 본 발명에 따른 세라믹 필터조성물을 이용하여 세라믹필터를 제조하는 과정에 관하여 실시예(다층 세라믹 필터)를 들어 상세하게 설명하면 다음과 같다.

또한, 본 실시 예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것은 아니고 단지 예시로 제시된 것이며, 그 기술적 요지를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변경이 가능함은 물론이다.

도 1은 본 발명에 따른 세라믹필터를 제조하기 위한 세라믹필터 성형용 금형을 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 세라믹필터를 제조하기 위한 세라믹금형을 도시한 도면이며, 도 3은 본 발명에 따른 세라믹필터를 제조하기 위한 세라믹금형에 세라믹조정틀이 더 포함된 상태를 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명에 따른 세라믹금형의 다른 실시 예를 도시한 도면이며, 도 5는 본 발명에 따른 촉매금형을 도시한 도면이고, 도 6은 본 발명에 따른 촉매금형에 촉매조정틀이 더 포함된 상태를 도시한 도면이며, 도 7은 본 발명에 따른 촉매금형의 다른 실시 예를 도시한 도면이고, 도 8은 본 발명에 따른 세라믹금형과 촉매금형에 가열부가 더 포함된 상태를 도시한 도면이며, 도 9는 본 발명에 따른 세라믹금형과 촉매금형에 회전부가 더 포함된 상태를 도시한 도면이다.

도면에서 도시한 바와 같이, 세라믹필터 성형용 금형(1)은 세라믹금형(20)과 촉매금형(30)으로 구성된다.

세라믹금형(20)은 내부에 설치공간부(102)가 형성된 세라믹부(100)를 성형하기 위해 구비된다.

그리고 촉매금형(30)은 내부에 관통공간부(202)를 갖고, 세라믹부(100)의 설치공간부(102)에 위치될 수 있는 외형으로 형성된 촉매부(200)를 성형하기 위해 구비된다.

이 세라믹금형(20)에 의해 내부에 설치공간부(102)가 형성된 세라믹부(100)를 성형하며, 촉매금형(30)에 의해 내부에 관통공간부(202)를 갖고, 세라믹부(100)의 설치공간부(102)에 위치될 수 있는 외형으로 형성된 촉매부(200)를 성형하게 된다.

이와 같은, 촉매부(200)를 세라믹부(100)의 설치공간부(102)에 끼워 세라믹필터(10)를 제조한다.

이를 위한, 세라믹금형(20)은 도 2에서 도시한 바와 같이, 세라믹외형틀(22)과 세라믹내형틀(24) 및 세라믹가압틀(26)로 구성된다.

세라믹외형틀(22)은 세라믹부(100)의 외형을 형성하기 위해 내부공간부(23)가 형성된다.

그리고 세라믹내형틀(24)은 세라믹외형틀(22)의 내부공간부(23)에 위치되어 세라믹외형틀(22)과의 사이에 성형공간부(25)를 형성하여 세라믹부(100)의 내주면을 형성하게 된다.

세라믹가압틀(26)은 세라믹외형틀(22)과 세라믹내형틀(24)에 의해 형성된 성형공간부(25)에 충진된 본 발명에 따른 세라믹 필터조성물로 이루어진 분말(이하, 세라믹분말이라 함)을 압축하기 위해 구비된다.

이러한 세라믹외형틀(22)과 세라믹내형틀(24)은 지지된 상태에서 세라믹가압틀(26)을 프레스장치(미 도시)에 의해 충진된 세라믹분말이 가압되어 세라믹부(100)를 성형하게 된다.

여기서, 도 3에서 도시한 바와 같이, 세라믹금형(20)은 세라믹조정틀(28)이 더 포함된다.

이 세라믹조정틀(28)은 세라믹외형틀(22)의 내부공간부(23)와 세라믹내형틀(24)의 외측 중 어느 하나 이상에 위치되어 성형공간부(25)의 크기를 조절함에 따라, 세라믹부(100)의 사이즈를 조절할 수 있다.

다시 말해, 세라믹조정틀(28)을 세라믹외형틀(22)의 내부공간부(23)에 설치할 경우, 세라믹부(100)의 외경을 조절할 수 있고, 세라믹내형틀(24)의 외측에 설치될 경우, 세라믹부(100)의 설치공간부(102) 사이즈를 조절할 수 있다.

물론, 세라믹부(100)의 외경과 세라믹부(100)의 설치공간부(102) 사이즈를 동시에 조절할 수도 있다.

여기서, 세라믹내형틀(24)의 하단부는 세라믹외형틀(22)의 내부공간부(23) 저면과 닿도록 위치시켜 세라믹부(100)를 성형하게 된다.

이러한 세라믹금형(20)에 의하면, 설치공간부(102)가 상측과 하측으로 개방된 세라믹부(100)를 성형하고, 성형된 세라믹부(100)를 소결시켜 세라믹필터로 제조된다. 이때 소결과정에서 펄프, 부직포 등의 소각재가 제거되고 기공이 형성된다.

한편, 도 4에서 도시한 바와 같이, 세라믹내형틀(24)의 하단부는 세라믹외형틀(22)의 내부공간부(23) 저면과 일정 간격 이격되도록 위치시켜 세라믹부(100)를 성형하게 된다.

이러한 세라믹필터 성형용 금형(1)에 의하면, 설치공간부(102)가 상측으로만 개방된 세라믹부(100)를 성형하고, 세라믹부(100)은 소결된다.

또한 촉매금형(30)은 도 5에서 도시한 바와 같이, 촉매외형틀(32)과 촉매내형틀(34) 및 촉매가압틀(36)로 구성된다.

촉매외형틀(32)은 촉매부(200)의 외형을 형성하기 위해 내부공간부(33)가 형성된다.

그리고 촉매내형틀(34)은 촉매외형틀(32)의 내부공간부(33)에 위치되어 촉매외형틀(32)과의 사이에 성형공간부(35)를 형성하여 촉매부(200)의 내주면을 형성하게 된다.

촉매가압틀(36)은 촉매외형틀(32)과 촉매내형틀(34)에 의해 형성된 성형공간부(35)에 충진된 촉매분말을 압축하게 된다.

이러한 촉매외형틀(32)과 촉매내형틀(34)은 지지된 상태에서 촉매가압틀(36)을 프레스장치(미 도시)에 의해 충진된 촉매분말이 가압되어 촉매부(200)를 성형하게 된다.

여기서, 도 6에서 도시한 바와 같이, 촉매금형(30)은 촉매조정틀(38)이 더 포함된다.

이 촉매조정틀(38)은 촉매외형틀(32)의 내부공간부(33)와 촉매내형틀(34)의 외측 중 어느 하나 이상에 위치되어 성형공간부(35)의 크기를 조절함에 따라, 촉매부(200)의 사이즈를 조절할 수 있다.

다시 말해, 촉매조정틀(38)을 촉매외형틀(32)의 내부공간부(33)에 설치할 경우, 촉매부(200)의 외경을 조절할 수 있고, 촉매내형틀(34)의 외측에 설치될 경우, 촉매부(200) 내부에 관통공간부(202) 사이즈를 조절할 수 있다.

물론, 촉매부(200)의 외경과 촉매부(200)의 관통공간부(202) 사이즈를 동시에 조절할 수도 있음이 당연하다.

여기서, 촉매내형틀(34)의 하단부는 촉매외형틀(32)의 내부공간부(33) 저면과 닿도록 위치시켜 촉매부(200)를 성형하게 된다.

이러한 촉매금형(30)에 의하면, 관통공간부(202)가 상측과 하측으로 개방된 촉매부(200)를 성형하고, 촉매부(200)는 소결된다.

한편, 도 7에서 도시한 바와 같이, 촉매내형틀(34)의 하단부는 촉매외형틀(32)의 내부공간부(33) 저면과 일정 간격 이격되도록 위치시켜 촉매부(200)를 성형하게 된다.

이러한 촉매금형(30)에 의하면, 관통공간부(202)가 상측으로만 개방된 촉매부(200)를 성형하고, 촉매부(200)는 소결된다.

또한 도 8에서 도시한 바와 같이, 세라믹금형(20)과 촉매금형(30)은 해당 내부를 가열하기 위한 가열부(40)가 더 구비된다.

이 가열부(40)는 해당 금형(20, 30)을 각각 가열시키는 것으로, 해당 분말이 충진되어 성형될 경우, 열을 공급하여 더욱 용이하고 견고하게 성형시킬 수 있다.

그리고 도 9에서 도시한 바와 같이, 세라믹금형(20)과 촉매금형(30)은 해당 중심축을 기준으로 정방향과 역방향 중 어느 하나 이상으로 회전시키는 회전부(50)가 각각 더 구비된다.

이 회전부(50)는 해당 금형(20, 30)의 성형 시, 원심력을 이용하여 해당 분말을 용이하게 충진 및 가압시킬 수 있어 밀집도를 향상시킬 수 있다.

이와 같은, 세라믹금형(20)과 촉매금형(30)에 의해 외경과 내경이 상이한 복수의 기공이 조절된 세라믹부(100)와 촉매부(200)를 성형할 수 있어 적어도 하나 이상의 세라믹부(100)와 촉매부(200)를 갖는 세라믹필터(10)를 제조할 수 있는 것이다.

상기와 같이 제조된 본 발명에 따른 세라믹필터는 도 10의 SEM 사진에 나타난 바와 같이, 미세기공이 균일하게 잘 형성된 것을 확인할 수 있다.

10 : 세라믹필터 20 : 세라믹금형
22 : 세라믹외형틀 24 : 세라믹내형틀
26 : 세라믹가압틀 28 : 세라믹조정틀
30 : 촉매금형 32 : 촉매외형틀
34 : 촉매내형틀 36 : 촉매가압틀
38 : 촉매조정틀 40 : 가열부
50 : 회전부 100 : 세라믹부
200 : 촉매부

Claims (6)

1. 세라믹 필터 제조용 원료분말에 세라믹 필터의 기공을 조절하기 위한 기공조절제로써, 펄프 혹은 부직포의 분말의 직경 혹은 첨가량을 조절하여 상기 세라믹 필터 제조용 원료분말에 혼합하는 단계;
   상기 기공조절제가 혼합된 원료분말로 세라믹 필터로 성형하는 단계; 및
   상기 성형된 세라믹 필터를 소결시켜 미세기공을 형성하는 단계를 포함하되,
   상기 펄프 혹은 부직포의 분말은 헤미셀룰로오즈로 표면코팅된 것을 특징으로 하는 미세기공이 조절된 세라믹 필터의 제조방법.
2. 제 1항에 있어서,
   펄프 혹은 부직포의 분말의 직경은 0.1~100㎛의 범위내에서 선택한 것을 특징으로 하는 미세기공이 조절된 세라믹 필터의 제조방법.
3. 제 1항에 있어서,
   펄프 혹은 부직포의 분말의 첨가량은 0.01~10 중량%의 범위내에서 선택한 것을 특징으로 하는 미세기공이 조절된 세라믹 필터의 제조방법.
4. 제 1항에 있어서,
   원료분말에 트리에틸아민을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 미세기공이 조절된 세라믹 필터의 제조방법.
5. 삭제
6. 제 1항 내지 제 4항 중 선택된 어느 한 항의 방법에 의해 제조된 미세기공이 조절된 세라믹 필터.
   

Images