KR101996926B1

KR101996926B1 - 산성오염물질 제거용 비드 및 이의 제조방법

Info

Publication number: KR101996926B1
Application number: KR1020180148090A
Authority: KR
Inventors: 류병환; 진항교; 김태경; 신수일; 김은아; 김한나; 박재득; 김종운
Original assignee: 한국화학연구원
Priority date: 2018-11-27
Filing date: 2018-11-27
Publication date: 2019-07-05

Abstract

본 발명은 산성오염물질 제거용 비드 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 산성오염물질의 제거 성능이 우수하면서도 작업 시 발생할 수 있는 위험요소를 줄일 수 있고, 이차오염을 최소화할 수 있으며, 나아가 제거 효율을 획기적으로 높일 수 있는 산성오염물질 제거용 비드 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

Description

산성오염물질 제거용 비드 및 이의 제조방법{BEAD FOR REMOVING ACID POLLUTANTS AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

생활 주변에 다양한 석유화학제품의 사용이 증대됨에 따른 화학 사고의 발생도 증가되고 있다. 이러한 화학 사고는 유출되는 성분에 따라 독성, 발화성, 가연성, 이차 화학반응 또는 폭발 등의 위험을 야기하고, 인체 및 환경에 악영향을 미치기 때문에 이를 효과적으로 대응하기 위한 수단이 요구된다.

일반적으로 산업현장에서 산(acid)이 누출된 경우에는 염기성 방재제를 도포하는 중화 처리방식이 이용되고 있다.

염기성 방재제로는 다양한 염기성 중화제가 알려져 있으며, 성분들에 따라 투입되는 방식, 반응 시간, 이차오염의 발생, 보관 관리 등 특성이 다양하기 때문에 처리 공정에 투입 시 개별적으로 고려해야 할 사안들이 많다.

한편, 강산으로 분류되는 황산, 염산, 질산, 불산 등과 같은 물질은 화학 사고에 따른 위험이 더욱 크다. 염기성 방재제의 투입 시 급격한 반응으로 사고 현장으로의 접근이 위험하고, 중화 반응 시 높은 중화열에 따른 제어가 어렵다. 또한, 이차오염물질의 발생으로 환경이 오염되거나 인체에 피해를 주며, 후처리가 요구되는 등 어려움이 많다.

따라서 투입이 용이하고 중화 반응 시 발생되는 열이나 속도를 제어할 수 있으며, 인체 또는 환경에 유해하지 않고, 후처리 등의 복잡한 공정을 요구하지 않는 신규한 산성오염물질을 효율적으로 제거하기 위한 제거제에 대한 연구개발이 필요하다.

한국등록특허 제10-1097394호(2011.12.15)

본 발명의 목적은 산성오염물질을 효과적으로 처리할 수 있는 산성오염물질 제거용 비드를 제공하는 것이다.

특히, 강산으로 분류되는 황산, 염산, 질산, 불산 등의 물질을 함유하는 산성오염물질의 경우는 수분의 접촉이 더욱 위험하며, 중화 처리 시 발생되는 높은 중화열을 제어하기 어렵고, 반응 속도 또한 급격히 빨라지는 등의 문제점을 가지고 있는 바, 이를 해결하기 위하여, 반응을 안정적으로 진행시켜 위험을 줄이고, 반응열을 낮출 수 있어 중화 처리 작업에 대한 제어가 용이한 산성오염물질 제거제를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명의 목적은 습기나 온도에 대하여 크게 물성이 변화되지 않아 보관 특성이 우수한 산성오염물질 제거용 비드를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 많은 양의 산성오염물질을 신속하게 처리할 수 있어 중화 처리 효율을 획기적으로 향상시킬 수 있는 산성오염물질 제거용 비드를 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 양태는 소듐바이카보네이트 및 점토를 포함하는 산성오염물질 제거용 비드에 관한 것이다.

본 발명의 다른 양태는 소듐바이카보네이트 및 점토를 함유하는 코어층; 및 상기 코어층을 감싸며, 수산화칼슘을 함유하는 쉘층;을 포함하는 산성오염물질 제거용 비드에 관한 것이다.

본 발명의 또 다른 양태는 시드 입자의 표면에, 소듐바이카보네이트 및 점토의 혼합분말을 코팅하여 코어 입자를 제조하는 단계 및 상기 제조된 코어 입자의 표면에, 수산화칼슘을 함유한 쉘층 형성용 조성물을 코팅하여 쉘층을 형성하는 단계를 포함하는 코어쉘 구조를 갖는 산성오염물질 제거용 비드 제조방법에 관한 것이다.

본 발명에 따른 산성오염물질 제거용 비드는 중화 처리 성능이 탁월하며, 다량의 산성오염물질을 신속하고 효율적으로 처리할 수 있는 장점을 가진다. 특히, 산성오염물질이 강산이 함유되는 경우 중화 처리 시 발생되는 급격한 반응 또는 높은 중화열을 비롯한 여러 위험 요소들을 줄이거나 제어하기 용이하고, 작업성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

또한, 이차오염으로 인한 인체 또는 환경에 대한 피해를 최소화할 수 있으며, 습기나 온도에 대한 민감성을 낮춰 장기 보관 안정성이 현저히 향상된 장점을 가진다.

이하, 본 발명의 산성오염물질 제거용 비드 및 이의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다. 본 발명은 하기의 실시예에 의해 보다 더 잘 이해될 수 있다. 하기의 실시예는 본 발명의 예시 목적을 위한 것이고, 첨부된 특허 청구범위에 의해 한정되는 보호범위를 제한하고자 하는 것은 아니다. 이때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어는 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가진다. 또한, 명세서 및 특허청구범위에서 사용되는 단수 형태는 문맥에서 특별한 지시가 없는 한 복수 형태도 포함하는 것으로 의도할 수 있으며, ‘포함한다’는 언급된 구성요소가 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는 것을 의미한다.

본 발명의 발명자들은 산성오염물질 제거제의 중화 성능에 대한 연구를 진행하던 중, 이들 제거제가 보관 혹은 중화 처리에 투입 시 공기 중의 수분에 의해 분해가 일어나 강도가 저하되는 등의 문제가 있고, 강산을 함유하는 산성오염물질을 대상으로 하는 경우 폭발적인 중화 반응으로 높은 중화열이 발생하여 제어가 어려운 점을 확인하게 되었다. 이에, 성능 안정성을 확보하면서 중화열이 높지 않고 제어가 용이하며 향상된 효율로 중화 반응을 유도할 수 있는 산성오염물질 제거용 비드를 개발하게 되었다. 본 발명은 소듐바이카보네이트 및 점토를 함유하는 산성오염물질 제거용 비드를 제공함으로써 종래 분말상의 중화제와 달리 강산과의 반응에도 중화열이 높지 않고, 급격히 반응이 일어나는 것을 억제할 수 있어 산성 오염물질이 누출되는 사고 현장에 적용 시 우수한 성능을 구현할 수 있음을 발견하여 본 발명을 완성하게 되었다.

이하, 본 발명에 따른 산성오염물질 제거용 비드 및 이의 제조방법에 대하여 구체적으로 설명한다.

본 발명의 일 양태는 소듐바이카보네이트 및 점토를 포함하는 산성오염물질 제거용 비드를 제공하는 것이다. 상기 소듐바이카보네이트는 산성물질과의 접촉반응으로 중화 처리를 수행하는 유효 성분으로, 중화열에 따른 높은 온도 또는 급격한 온도 상승이나 폭발적인 반응을 방지할 수 있고, 이차오염의 위험을 줄일 수 있는 효과를 가진다. 특히, 황산, 염산, 질산, 불산 등의 강산으로 분류되는 물질과의 중화 반응에 따른 온도 상승이 크지 않고, 유해물질을 발생하지 않는 효과를 가진다. 이는 높은 중화열을 발생시키거나 유해물질을 방출하는 다른 중화제와 비교 시 안정적인 중화 처리를 가능하게 할 뿐만 아니라 이차오염으로 인한 후처리를 요하지 않으며, 인체에 유해하지 않고 환경오염을 방지할 수 있는 측면에서 효과적이다.

본 발명의 일 양태에 따르면, 상기 산성오염물질 제거용 비드는 과립형인 것으로 분말과는 상이한 형태로 상대적으로 먼 거리에서도 분사가 가능하여 산 누출로 인해 발생된 사고 현장에 가까이 접근하지 않고도 중화 처리 작업을 실시할 수 있는 점에서 매우 효과적이다. 이러한 비드는 소듐바이카보네이트 및 점토의 결착으로 이루어진다. 본 발명에 따른 산성오염물질 제거용 비드는 이들 성분들의 조합으로 안정적인 고형의 형상을 구현할 수 있을 뿐만 아니라, 산 누출 현장에 투입 시 흩날림 없이 먼 거리에서도 목표 지점까지 투입이 가능하여 탁월한 중화 처리 작업성을 갖는 효과를 가진다. 나아가, 중화 처리 과정에서 입자가 적절하게 붕괴되면서 중화 처리하므로 황산 등의 강산 처리 시 급격한 반응이 일어나거나 높은 반응열에 의해 온도가 급상승 하는 것을 방지할 수 있으며, 처리 용량을 늘릴 수 있는 등 탁월한 중화 성능을 구현하는 데 있어 더욱 효과적이다.

본 발명의 일 양태에 따르면, 상기 비드의 성능 저하가 일어나지 않는 범위에서 산성물질을 제거하는 유효성분을 더 포함할 수 있다. 일예로, 칼슘카보네이트(CaCO₃), 소듐카보네이트(Na₂CO₃) 등을 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 이들 성분은 소듐바이카보네이트와의 조합으로 중화 처리 성능을 더욱 높이고, 처리 시간을 단축시킬 수 있는 효과를 가진다. 이때, 함량은 크게 제한되는 것은 아니며, 비한정적인 일예로 소듐바이카보네이트 100중량부에 대하여 1 내지 50중량부, 구체적으로 5 내지 40중량부 포함될 수 있다.

상기 점토는 소듐바이카보네이트와의 조합으로 입자의 안정성을 확보할 수 있으며, 장기 보관에 따른 성능 유지, 중화 반응 속도 및 중화열을 제어하는데 유리한 특성을 가진다. 또한, 흡착이 뛰어나 유해오염물질에 대한 흡착과 동시에 흡착된 산성물질에 대한 중화 반응을 서서히 안정적으로 진행하도록 유도할 수 있는 면에서 효과적이다.

상기 점토는 소듐바이카보네이트 100중량부에 대하여 점토 1 내지 70중량부, 구체적으로 5 내지 60중량부, 보다 구체적으로 10 내지 50중량부 포함될 수 있다. 상기 범위에서 비드의 강도가 우수하고, 안정적이고 향상된 중화 처리 성능을 구현하는 측면에서 더욱 효과적이나, 이는 비한정적인 일예일 뿐 상기 수치범위에 제한받지 않는다.

상기 점토는 본 발명의 달성하고자 하는 효과가 저해되지 않는 범위에서 그 종류가 크게 제한되는 것은 아니지만, 카오리나이트(kaolinite), 할로이사이트(halloysite), 세리사이트(sericite), 파이로필라이트(pyrophyllite), 몬모릴로나이트(montmorillonite), 사포나이트(saponite), 베이델라이트(beidelite), 라포나이트(laponite), 버미큘라이트(vermiculite) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나인 것일 수 있다. 바람직하게는 카오리나이트를 사용하는 것이 작업성, 중화 안정성 및 효율 향상 면에서 효과적이나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.

상기의 소듐바이카보네이트 및 점토를 포함하는 산성오염물질 제거용 비드는 소듐바이카보네이트 및 점토의 혼합분말을 이용하여 제조되며, 제조방법이 크게 제한되는 것은 아니지만, 원형 회전통을 이용한 건식 방법을 이용할 수 있다. 구체예로, 원형 회전통에 점토를 넣어 비드를 형성하기 위한 시드를 제조한 다음 소듐바이카보네이트와 점토를 적정한 양으로 투입하여 상기 시드 상에 코팅하는 방식으로 제조할 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다. 이때. 원형 회전통의 회전속도는 목적하는 입자 크기를 제어하는 범위에서 조절 가능하며, 크게 제한되는 것은 아니다.

본 발명의 다른 양태는 더욱 향상된 성능과 장기간 안정적인 성능을 확보하는 차원에서 상기 소듐바이카보네이트 및 점토를 포함하는 비드를 포함하는 코어-쉘 구조의 산성오염물질 제거용 비드를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 상기 코어-쉘 구조를 갖는 산성오염물질 제거용 비드는 소듐바이카보네이트 및 점토를 포함하는 코어층;과 상기 코어층을 둘러싸며 수산화칼슘을 포함하는 쉘층;을 포함한다.

상기 코어층 내 소듐바이카보네이트는 산성물질과의 접촉 반응에 따른 중화 처리를 위한 유효성분으로, 앞서 설명한 바와 같다. 또한, 코어층 내 점토 또한 앞서 설명한 바와 같다.

상기 소듐바이카보네이트 및 점토의 결착을 포함하여 이루어지는 코어층은 상기 소듐바이카보네이트 이외에 산성물질을 제거하는 유효성분을 더 포함할 수 있음은 물론이다. 또한, 상기 코어층은 소듐바이카보네이트 100중량부에 대하여 점토 1 내지 70중량부, 구체적으로 5 내지 60중량부, 보다 구체적으로 10 내지 50중량부 포함될 수 있다. 상기 범위에서 코어층을 이루는 복합체 입자의 고형 형상 강도가 우수하며, 급격한 반응을 억제하고 중화열을 제어하기 용이하며 특히 향상된 중화 처리 성능을 구현하는 측면에서 더욱 효과적이나, 이는 비한정적인 일예일 뿐 상기 수치범위에 제한받지 않는다.

상기 코어층은 비드를 형성하기 위한 시드 입자상에 형성될 수 있다. 일예로, 점토를 이용하여 시드 입자를 제조한 뒤, 시드 입자의 표면에 소듐바이카보네이트 및 점토 혼합물을 이용하여 코어층을 형성할 수 있다.

본 발명의 일 양태에 따르면, 상기 비드는 코어층을 감싸는 쉘층을 포함한다. 상기 쉘층은 수산화칼슘을 포함하며, 비드 표면에서의 수분을 효율적으로 흡착함으로써 내부 코어층에 수분이 침투되지 않도록 할 수 있으며, 이는 코어층에 함유되어 있는 유효성분의 성능 안정성을 확보하는 측면에서 효과적이다. 또한, 공기 중의 수분에 의해 소듐바이카보네이트가 분해되는 것을 방지함으로써 장기 저장 보관 시 더욱 유리한 특성을 가진다. 나아가, 중화 처리 공정에 투입 시 수분으로 인해 비드의 강도가 저하되는 것을 방지하고 유해물질을 흡수하는 성능 또한 저하되지 않도록 하는 효과를 가진다.

특히, 상기 쉘층은 비드의 강도 유지 측면에서 코어층을 보호하는데 더욱 유리한 특성을 가진다. 또한, 산 누출이 일어난 현장에 투입과 동시에 반응이 일어나는 것보다 코어층 내부에 처리대상물질이 스며들게 함으로써 급격한 반응이 일어나는 것을 억제할 수 있고, 중화에 따른 한꺼번에 많은 열이 발생하는 것을 방지할 수 있는 효과를 가진다. 또한, 비드 표면이 수분 흡착으로 굳어지면서 처리대상물질이 침투하지 못하는 일이 발생되지 않은 점에서, 다른 금속하이드록사이드 대비 우수한 특성을 가진다.

본 발명의 일 양태에 따르면, 상기 쉘층은 전분 및 점토 중에서 선택되는 어느 하나 이상을 더 포함할 수 있다. 구체 양태로, 상기 쉘층은 수산화칼슘 및 전분을 함유하거나, 수산화칼슘 및 점토를 함유하거나 혹은 수산화칼슘, 전분 및 점토를 함유하는 것일 수 있다. 이때, 코어층과 쉘층의 결착력 향상과 함께 쉘층에 부여된 성능 향상 측면에서 쉘층이 수산화칼슘, 전분 및 점토의 조합을 포함하는 것이 더욱 효과적이다.

본 발명의 일 양태에 따르면, 상기 코어-쉘 구조를 갖는 비드는 비드 전체 부피 중 코어층의 부피 비율이 크게 제한되는 것은 아니지만, 40부피% 이상, 구체적으로 60 내지 99부피%, 보다 구체적으로 70 내지 98부피%인 것이 목적하는 성능 효과 구현 측면에서 보다 바람직하나, 이는 비한정적인 일예일 뿐 상기 수치범위에 제한받지 않는다.

본 발명의 일 양태에 따르면, 상기 산성오염물질 제거용 비드는 과립형 입자로 중화 처리 작업에 투입 시 분말에 비하여 분사 거리가 길어 작업자가 오염물질이 있는 곳에 접근이 어려운 경우에 효과적이다. 또한, 처리 대상 오염물질이 있는 곳에 투입이 정확하게 이루어져 중화 처리 효율을 보다 향상시킬 수 있는 측면에서 더욱 효과적이다. 나아가, 산성오염물질이 내부 코어층에서 소듐바이카보네이트와의 중화 반응을 안정적으로 진행할 수 있도록 함으로써 중화 처리 작업 과정에서 급격한 반응 또는 높은 중화열 등으로 인한 위험을 방지할 수 있는 면에서 보다 더 효과적이다.

본 발명의 일 양태에 따른 산성오염물질 제거용 비드는 입자 크기가 크게 제한되는 것은 아니지만, 0.1 내지 20mm, 구체적으로 0.2 내지 15mm, 보다 구체적으로 0.4 내지 10mm인 것일 수 있다. 상기 범위에서 중화 처리 효율이 뛰어나며, 목적하는 효과 달성에 유리하나, 이는 비한정적인 일예일 뿐 상기 수치범위에 제한받지 않는다.

본 발명은 또 다른 양태는, 시드 입자의 표면에, 소듐바이카보네이트 및 점토의 혼합분말을 코팅하여 코어 입자를 제조하는 단계 및 상기 제조된 코어 입자의 표면에, 수산화칼슘을 함유한 쉘층 형성용 조성물을 코팅하여 쉘층을 형성하는 단계를 포함하는 코어쉘 구조를 갖는 산성오염물질 제거용 비드 제조방법을 제공한다.

본 발명의 일 양태에 따르면, 상기 코어 입자 제조단계는 우선 코어 입자를 제조하기 위한 시드 입자를 제조한 다음, 상기 시드 입자의 표면에 소듐바이카보네이트 및 점토의 혼합분말을 이용하여 코어층을 형성하는 것이다. 이때, 코어층 형성방법은 원형 회전통을 이용한 건식 코팅 공정일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 이때. 원형 회전통의 회전속도는 목적하는 입자 크기를 제어하는 범위에서 조절 가능하며, 크게 제한되는 것은 아니다.

또한, 상기 시드 입자는 비드를 형성하기 위한 것, 즉, 시드 입자 상에 코어층을 형성하기 위한 것으로, 그 제조방법에 크게 제한이 없다. 일 구체예로, 점토를 원형 회전통에 넣고 목적하는 비드 크기에 맞춰 일정 크기의 입자로 제조할 수 있다. 이때, 점토로 제조된 시드 입자는 코어층에 함유되어 있는 점토 성분과의 결착력 측면에서 더욱 유리한 특성을 가져 코어층 형성에 효과적이다.

상기 코어 입자는 비드 전체 부피 중 60부피% 이상, 구체적으로 60 내지 99부피%, 보다 구체적으로 70 내지 98부피%이 되도록 조절될 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 소듐바이카보네이트 및 점토의 혼합분말은 소듐바이카보네이트 100중량부에 대하여 점토가 1 내지 70중량부, 구체적으로 5 내지 60중량부, 보다 구체적으로 10 내지 50중량부일 수 있으며, 이는 비한정적인 일예일 뿐 상기 수치범위에 제한받지 않는다.

상기 제조되는 코어 입자는 내부로 처리 대상물질인 오염물질을 안정적으로 반응 처리할 수 있어, 높은 중화열 또는 급격한 반응으로 인한 작업성 저하를 해소할 수 있으며, 처리 용량을 늘릴 수 있어 사용량을 줄일 수 있는 효과를 가진다.

본 발명의 일 양태에 따르면, 상기 코어 입자는 소듐바이카보네이트 및 점토의 혼합분말에 유기알콕시실란을 더 포함할 수 있다. 상기 유기알콕시실란은 소듐바이카보네이트 및 점토와의 조합으로 코어 입자의 강도를 높일 수 있어, 중화 처리 작업 현장으로 투입은 물론 보관 또는 운반 시에도 입자의 손상을 막을 수 있는 효과를 가진다. 또한, 쉘층과의 결착력을 더욱 강화할 수 있으며, 중화 처리 성능 및 효율 향상에서도 보다 효과적이다.

상기 유기알콕시실란으로는 본 발명의 목적을 저해하지 않는 범위에서 그 종류가 크게 제한되는 것은 아니지만, 테트라에톡시실란, 테트라메톡시실란, 3-아미노프로필트리메톡시실란, 3-아미노프로필트리에톡시실란, 비닐트리메톡시실란, 비닐트리에톡시실란, 메틸트리메톡시실란, 메틸트리에톡시실란, 메틸다이메톡시실란, 메틸다이에톡시실란, 페닐트리메톡시실란, 페닐트리에톡시실란, 다이페닐다이메톡시실란, 다이페닐다이에톡시실란 등을 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 바람직하게는 3-아미노프로필트리메톡시실란을 들 수 있다.

다음으로, 상기 제조된 코어 입자의 표면에 쉘층을 형성하는 공정을 실시한다. 상기 쉘층을 형성하는 공정은 상기 제조된 코어 입자의 표면에 수산화칼슘을 함유한 쉘층 형성용 조성물을 코팅하는 것이다. 이는 원형 회전통을 이용한 건식 코팅법으로 실시될 수 있다. 구체적으로, 원형 회전통에 상기 코어 입자를 넣은 후 상기 쉘층 형성용 조성물 분말을 투입하여 건식 코팅하는 것일 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다. 이때, 상기 쉘층 형성용 조성물 분말은 코어 입자 100중량부에 대하여 수산화칼슘을 1 내지 30중량부, 구체적으로 2 내지 25중량부, 보다 구체적으로 5 내지 2중량부 포함될 수 있으나, 이는 비한정적인 일예일 뿐, 상기 수치범위에 제한받지 않는다.

상기 쉘층 형성용 조성물은 수산화칼슘을 함유함으로써 코어층을 효율적으로 보호할 수 있으면서도 동시에 중화 처리 성능의 안정적인 구현이 가능하도록 한다. 특히, 코어층 내부로의 오염물질의 유입되는 양을 제어하고, 포획함으로써 중화 반응이 안정적으로 진행되도록 하는 측면에서 효과적이다.

구체적인 일 양태로, 상기 쉘층 형성용 조성물은 수산화칼슘 및 전분을 함유하는 것일 수 있다. 다른 양태로, 상기 쉘층 형성용 조성물은 수산화칼슘 및 점토를 함유하는 것일 수 있다. 이들 양태는 쉘층으로서의 기능을 수행함과 동시에 코어층과의 결착력 향상에 효과적이다. 또 다른 양태로, 상기 쉘층 형성용 조성물은 수산화칼슘, 전분 및 점토를 함유하는 것일 수 있으며, 이러한 성분 내 조합은 쉘층으로서의 기능 향상에 더욱 효과적이다.

상기 쉘층 형성용 조성물의 구체적인 양태에 있어서, 함유되는 성분들은 수산화칼슘 100중량부에 대하여 점토가 1 내지 30중량부, 구체적으로 2 내지 25중량부 포함되며, 전분이 0.5 내지 20중량부, 구체적으로 1 내지 15중량부 포함될 수 있으나, 이는 비한정적인 일예일 뿐 상기 수치범위에 제한받지 않는다.

또한, 상기 쉘층 형성용 조성물은 염화마그네슘(MgCl₂)를 더 포함할 수 있다. 상기 염화마그네슘은 수산화칼슘과의 조합으로 수분 흡착 향상과 동시에 코어층의 보호 강화 및 안정적인 반응을 실시하는 면에서 보다 효과적이다.

본 발명의 또 다른 양태는 상술한 산성오염물질 제거용 비드를 산성오염물질이 노출된 지점에 투입하여 중화 및 흡착하는 것을 포함하는 산성오염물질을 제거하는 방법을 제공하는 것이다.

비드의 투입 방법은 분사장치를 이용한 분사 방법일 수 있으며, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다. 분사를 이용한 비드의 투입은 분말 상의 것과 달리 먼 거리에서도 투척이 가능할 뿐만 아니라 오염 지점에 정확하게 투입이 가능하므로 안정성 및 효율 면에서 효과적이다.

본 발명은 강산을 함유한 산성오염물질이 누출되어 방제 작업 시 급격한 반응 또는 높은 중화열로 인한 접근이 어렵거나 이차오염을 포함한 위험 등으로부터 안전하며, 나아가 중화 처리 용량 및 처리 시간 면에서 효율을 극대화할 수 있어, 산성 화학물질의 누출 사고를 포함한 다양한 방제 처리 현장에서의 활용이 높을 것으로 기대한다.

이하 본 발명에 따른 산성오염물질 제거용 비드에 대한 일예를 들어 설명하는 바, 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.

(실시예 1)

카오리나이트를 원형 회전통에 투입하여 100 rpm으로 10시간 동안 회전시켜 평균입경이 2.0mm의 시드 입자를 제조하였다. 제조된 시드 입자를 원형 회전통에 넣은 다음, 소듐바이카보네이트 100 중량부에 대하여 카오리나이트 65중량부의 혼합 분말을 투입하고 원형 회전통을 100rpm으로 회전시켜 시드 표면에 소듐바이카보네이트 및 카오리나이트로 이루어진 평균입자크기는 4.0mm의 과립형의 비드를 제조하였다. 이후, 제조된 비드를 세라믹 용기에 담아 오븐에 넣고 60℃에서 30 시간 동안 열처리하여 최종 비드를 수득하였다.

(실시예 2)

카오리나이트를 원형 회전통에 투입하여 100 rpm으로 10시간 동안 회전시켜 평균입경이 2.0mm의 시드 입자를 제조하였다. 제조된 시드 입자(입경 2.0mm)를 원형 회전통에 넣은 다음, 소듐바이카보네이트 100 중량부에 대하여 카오리나이트 43중량부의 혼합 분말을 투입하고 원형 회전통을 100rpm으로 회전시켜 시드 표면에 소듐바이카보네이트 및 카오리나이트로 이루어진 코어층을 형성한 코어 입자를 제조하였다.

제조된 상기 코어 입자를 원형 회전통에 넣은 다음, 상기 코어 입자 100중량부를 기준으로 수산화칼슘 10중량부, 카오리나이트 2중량부 및 밀가루 1중량부의 쉘층 형성용 조성물을 투입하고, 원형 회전통을 100rpm으로 회전시켜 상기 코어 입자의 표면에 쉘층을 형성함으로써 산성오염물질 제거용 비드를 제조하였다. 이후, 제조된 비드를 세라믹 용기에 담아 오븐에 넣고 60℃에서 30 시간 동안 열처리하여 최종 비드를 수득하였다. 최종 비드의 평균입자크기는 4.0mm이였다. 또한, 제조된 비드 중 코어층의 부피 비율을 측정한 결과, 비드 전체 부피 중 63vol%이였다.

(실시예 3)

제조된 상기 코어 입자를 원형 회전통에 넣은 다음, 상기 코어 입자 100중량부를 기준으로 수산화칼슘 10중량부 및 카오리나이트 2중량부의 쉘층 형성용 조성물을 투입하고, 원형 회전통을 100rpm으로 회전시켜 상기 코어 입자의 표면에 쉘층을 형성함으로써 산성오염물질 제거용 비드를 제조하였다. 이후, 제조된 비드를 세라믹 용기에 담아 오븐에 넣고 60℃에서 30 시간 동안 열처리하여 최종 비드를 수득하였다. 최종 비드의 평균입자크기는 4.0mm이였다. 또한, 제조된 비드 중 코어층의 부피 비율을 측정한 결과, 비드 전체 부피 중 62vol%이였다.

(실시예 4)

제조된 상기 코어 입자를 원형 회전통에 넣은 다음, 상기 코어 입자 100중량부를 기준으로 수산화칼슘 10중량부 및 밀가루 2중량부의 쉘층 형성용 조성물을 투입하고, 원형 회전통을 100rpm으로 회전시켜 상기 코어 입자의 표면에 쉘층을 형성함으로써 산성오염물질 제거용 비드를 제조하였다. 이후, 제조된 비드를 세라믹 용기에 담아 오븐에 넣고 60℃에서 30 시간 동안 열처리하여 최종 비드를 수득하였다. 최종 비드의 평균입자크기는 4.0mm이였다. 또한, 제조된 비드 중 코어층의 부피 비율을 측정한 결과, 비드 전체 부피 중 61vol%이였다.

(실시예 5)

카오리나이트를 원형 회전통에 투입하여 100 rpm으로 10시간 동안 회전시켜 평균입경이 2.0mm의 시드 입자를 제조하였다. 제조된 시드 입자(입경 2.0mm)를 원형 회전통에 넣은 다음, 소듐바이카보네이트 100 중량부에 대하여 카오리나이트 5중량부의 혼합 분말을 투입하고 원형 회전통을 100rpm으로 회전시켜 시드 표면에 소듐바이카보네이트 및 카오리나이트로 이루어진 코어층을 형성한 코어 입자를 제조하였다.

제조된 상기 코어 입자를 원형 회전통에 넣은 다음, 상기 코어 입자 100중량부를 기준으로 수산화칼슘 10중량부, 카오리나이트 2중량부 및 밀가루 1중량부의 쉘층 형성용 조성물을 투입하고, 원형 회전통을 100rpm으로 회전시켜 상기 코어 입자의 표면에 쉘층을 형성함으로써 산성오염물질 제거용 비드를 제조하였다. 이후, 제조된 비드를 세라믹 용기에 담아 오븐에 넣고 60℃에서 30 시간 동안 열처리하여 최종 비드를 수득하였다. 최종 비드의 평균입자크기는 4.0mm이였다. 또한, 제조된 비드 중 코어층의 부피 비율을 측정한 결과, 비드 전체 부피 중 67vol%이였다.

(실시예 6)

카오리나이트를 원형 회전통에 투입하여 100 rpm으로 10시간 동안 회전시켜 평균입경이 2.0mm의 시드 입자를 제조하였다. 제조된 시드 입자(입경 2.0mm)를 원형 회전통에 넣은 다음, 소듐바이카보네이트 100 중량부에 대하여 카오리나이트 60중량부의 혼합 분말을 투입하고 원형 회전통을 100rpm으로 회전시켜 시드 표면에 소듐바이카보네이트 및 카오리나이트로 이루어진 코어층을 형성한 코어 입자를 제조하였다.

(비교예 1)

실시예 1에서 소듐바이카보네이트 대신에 수산화칼슘을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 비드를 제조하였다.

(비교예 2)

카오리나이트를 원형 회전통에 투입하여 100 rpm으로 10시간 동안 회전시켜 평균입경이 2.0mm의 시드 입자를 제조하였다. 제조된 시드 입자(입경 2.0mm)를 원형 회전통에 넣은 다음, 수산화나트륨 100 중량부에 대하여 카오리나이트 43중량부의 혼합 분말을 투입하고 원형 회전통을 100rpm으로 회전시켜 시드 표면에 소듐바이카보네이트 및 카오리나이트로 이루어진 코어층을 형성한 코어 입자를 제조하였다.

(비교예 3)

카오리나이트를 원형 회전통에 투입하여 100 rpm으로 10시간 동안 회전시켜 평균입경이 2.0mm의 시드 입자를 제조하였다. 제조된 시드 입자(입경 2.0mm)를 원형 회전통에 넣은 다음, 수산화칼슘 100 중량부에 대하여 카오리나이트 43중량부의 혼합 분말을 투입하고 원형 회전통을 100rpm으로 회전시켜 시드 표면에 소듐바이카보네이트 및 카오리나이트로 이루어진 코어층을 형성한 코어 입자를 제조하였다.

제조된 상기 코어 입자를 원형 회전통에 넣은 다음, 상기코어 입자 100중량부를 기준으로 탄산나트륨(Na₂CO₃) 10중량부, 카오리나이트 2중량부 및 밀가루 1중량부의 쉘층 형성용 조성물을 투입하고, 원형 회전통을 100rpm으로 회전시켜 상기 코어 입자의 표면에 쉘층을 형성함으로써 산성오염물질 제거용 비드를 제조하였다. 이후, 제조된 비드를 세라믹 용기에 담아 오븐에 넣고 60℃에서 30 시간 동안 열처리하여 최종 비드를 수득하였다. 최종 비드의 평균입자크기는 4.0mm이였다. 또한, 제조된 비드 중 코어층의 부피 비율을 측정한 결과, 비드 전체 부피 중 65vol%이였다.

[표 1]

(평가)

(1) 중화 처리 시 중화열 및 중화 처리 속도

실시예 및 비교예에서 제조된 산성오염물질 제거용 비드를 황산(95wt%), 질산(60wt%) 및 염산(35wt%)을 대상으로 중화 반응을 실시하였다. 상기 대상 성분은 20㎖로 하고 250㎖ 매스실린더에 넣었다. 상기 매스실린더에 투입되는 비드의 양은 황산, 질산 및 염산에 대하여 각각 100g, 60g 및 40g으로 하였다. 그 결과, 중화 시 발생되는 중화열에 따른 온도 및 중화를 완료한 시간을 하기 표 2에 나타내었다.

(2) 장기보관 안정성

실시예 및 비교예에서 제조된 산성오염물질 제거용 비드를 상온에서 480시간 방치한 후 방치 전후의 무게를 비교하여, 무게차가 0.2% 미만이면 ◎, 0.2% 이상 0.5% 미만이면 ○, 0.5% 이상 1% 미만이면 △, 1% 이상 차이가 있으면 ×로 표기하여 하기 표 2에 나타내었다.

[표 2]

상기 표 2에서 보는 바와 같이, 본 발명의 일 양태에 따른 실시예들은 중화 시 발열 온도가 높지 않고, 동시에 처리 시간 또한 단축시킬 수 있었다. 이는 소듐바이카보네이트가 중화 시 흡열 반응을 일으켜 산성물질과의 반응에도 급격한 반응을 억제할 수 있기 때문이다. 또한, 코어쉘 구조로 반응을 안정적으로 천천히 진행시켜 용이한 중화 처리 뿐 아니라, 향상된 처리 효율을 구현하였다. 장기보관 안정성 평가에서도 무게차이가 거의 변하지 않았다. 반면, 비교예들은 장기보관안정성을 확보할 수 없거나, 처리효율이 실시예 대비 현저히 저하되었다. 특히 비교예들은 황산에 대하여 중화 시 폭발적 반응과 발열로 인해 열이 발생하여 작업성이 좋지 않고 중화 처리가 불가하기도 하였다. 또한, 비교예들은 질산 및 염산의 중화 시 실시예들 대비 약 30~60℃ 높은 중화 온도를 나타내었고, 부분적으로 2차 폭발로 이어질 위험이 있었다. 비교예 3은 황산 처리시 일부 코어층의 유효성분이 황산과 반응하기는 하나, 비드 표면에 부산물이 발생하여 반응이 진전되지 않아 황산에 대한 중화 처리는 불가했다. 이는 CaSO₄가 표면에 발생하여 수산화칼슘의 중화반응을 차단한 것으로 생각된다. 반면, 실시예들은 중화 반응이 모두 20분 이하에서 완료되었으며, 특히 진한 황산(95wt%)에 대한 방제 성능이 매우 뛰어남을 확인할 수 있었다.

이상과 같이 본 발명에서는 한정된 실시예에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims

소듐바이카보네이트 및 점토를 함유하는 코어층; 및 상기 코어층을 감싸며, 수산화칼슘, 전분 및 점토를 함유하는 쉘층;을 포함하는 코어-쉘 구조의 산성오염물질 제거용 비드.
제1항에 있어서,
상기 코어층은 소듐바이카보네이트 100중량부에 대하여 점토 1 내지 70중량부를 포함하는 산성오염물질 제거용 과립형 비드.
삭제
삭제
제1항에 있어서,
상기 점토는 카오리나이트, 할로이사이트, 세리사이트, 파이로필라이트, 몬모릴로나이트, 사포나이트, 베이델라이트, 라포나이트, 버미큘라이트 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나인 산성오염물질 제거용 비드.
삭제
제1항에 있어서,
상기 코어층은 비드 전체의 40 부피% 이상인 산성오염물질 제거용 비드.
시드 입자의 표면에, 소듐바이카보네이트 및 점토의 혼합분말을 코팅하여 코어 입자를 제조하는 단계 및
상기 제조된 코어 입자의 표면에, 수산화칼슘, 전분 및 점토를 함유한 쉘층 형성용 조성물을 코팅하여 쉘층을 형성하는 단계
를 포함하는 코어쉘 구조를 갖는 산성오염물질 제거용 비드 제조방법.
제8항에 있어서,
상기 코어 입자는 소듐바이카보네이트 100중량부에 대하여 점토가 1 내지 70중량부 포함하는 산성오염물질 제거용 비드 제조방법.
삭제
제1항, 제2항, 제5항 및 제7항 중에서 선택되는 어느 한 항의 산성오염물질 제거용 비드를 산성오염물질이 노출된 지점에 투입하여 중화 및 흡착하는 것을 포함하는 산성오염물질을 제거하는 방법.