KR102019645B1 - 염기성오염물질 제거용 비드 및 이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 염기성오염물질 제거용 비드 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 염기성오염물질에 대한 중화처리 성능이 우수하며, 신속한 처리와 작업 시 발생할 수 있는 이차오염을 포함한 위험요소를 줄일 수 있는 코어-쉘 구조의 염기성오염물질 제거용 비드 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

Description

염기성오염물질 제거용 비드 및 이의 제조방법{BEAD FOR REMOVING BASIC POLLUTANTS AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 염기성오염물질 제거용 비드 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 염기성오염물질에 대한 중화처리 성능이 우수하며, 신속한 처리와 작업 시 발생할 수 있는 이차오염을 포함한 위험요소를 줄일 수 있는 코어-쉘 구조의 염기성오염물질 제거용 비드 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
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.
화학 사고의 일예로, 실험실, 대규모 화학제품 제조공정 또는 수송 운반 과정에서 비정상적으로 염기물질이 누출된 경우를 들 수 있다. 이때, 누출된 염기물질로는 가성소다수, 암모니아수, 수산화칼륨용액 등이 있으며, 가스 상으로는 메틸아민, 에틸아민, 하이드라진 등이 있다. 가성소다, 암모니아수의 염기성 중화제로는 염산, 질산, 황산 등이 이용되고 있으나, 중화반응 시 격렬한 반응과 높은 반응열이 수반되고, 유해물질이 발생하는 등 중화 처리 시 위험이 따른다. 또한, 유해한 이차오염물질을 처리하기 위한 추가 작업이 요구되며, 이러한 누출 사고에 대비하여 중화제를 보관해야 함에 따른 보관 안정성 등이 고려된다. 하지만, 아직까지 누출 사고에 따른 안전하고 효율적인 처리 및 장기 저장안정성 등의 성능이 확보된 염기성 중화제에 대한 기술은 미흡한 수준이다.
이에, 누출된 염기성 오염물질에 대한 중화 처리 성능이 우수하고, 처리작업이 원활하며, 특히 반응 속도 및 반응열에 의한 제어, 이차오염물질에 따른 피해 방지, 용이한 투입, 향상된 중화성능을 가지는 신규한 염기성오염물질에 대한 연구개발이 필요한 상황이다.
한국등록특허 제10-1605382호(2016.03.16)
본 발명의 목적은 염기성 물질의 비정상적인 누출 사고에 효율적으로 대처할 수 있는 염기성오염물질 제거용 비드를 제공하는 것이다.
특히, 중화 처리 시 발생될 수 있는 급격한 반응을 억제하여 안정적으로 중화 처리할 수 있으며, 반응열을 낮춰 중화 처리 작업성을 향상시키고, 나아가 중화 처리 성능을 현저히 향상시킬 수 있는 염기성오염물질 제거용 비드를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명의 목적은 습기나 온도에 대하여 크게 물성이 변화되지 않아 보관 특성이 우수한 염기성오염물질 제거용 비드를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 많은 양의 염기성오염물질을 적은 양으로 신속하게 처리할 수 있어 중화 처리 효율을 획기적으로 향상시킬 수 있는 염기성오염물질 제거용 비드를 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 양태는
염기성 물질을 중화하는 유효성분 및 점토를 함유하는 코어층; 및 상기 코어층을 감싸며 점토 및 전분 중에서 선택된 어느 하나 이상의 성분을 포함하는 염기성오염물질 제거용 비드에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 염기성오염물질 제거용 비드에 있어서, 알루미늄설페이트(Al2(SO4)3), 알루미늄포타슘설페이트(Al2K(SO4)3), 소듐바이설페이트(NaHSO4), 암모늄설페이트(NH4)2SO4 및 이들의 수화물로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 설페이트계 화합물을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 염기성오염물질 제거용 비드에 있어서, 상기 유효성분은 옥살산, 시트르산, 아세트산, 푸마르산, 말레산, 벤조산 등의 유기산을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 염기성오염물질 제거용 비드에 있어서, 상기 유효성분은 소듐바이카보네이트(NaHCO3), 포타슘바이카보네이트(KHCO3), 소듐카보네이트(Na2CO3), 포타슘카보네이트(K2CO3) 등의 탄산계 화합물을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 염기성오염물질 제거용 비드에 있어서, 상기 코어층은 유효성분 100중량부에 대하여 점토 1 내지 70중량부를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 염기성오염물질 제거용 비드에 있어서, 상기 점토는 카오리나이트, 할로이사이트, 세리사이트, 파이로필라이트, 몬모릴로나이트, 사포나이트, 논트로나이트, 베이델라이트, 라포나이트, 버미큘라이트 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나인 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 염기성오염물질 제거용 비드에 있어서, 상기 쉘층은 수산화칼슘을 더 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 염기성오염물질 제거용 비드는 입자 크기가 0.1 내지 10mm인 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 염기성오염물질 제거용 비드에 있어서, 상기 코어층은 비드 전체의 40 부피% 이상인 것일 수 있다.
본 발명의 다른 양태는 시드 입자의 표면에, 염기성 물질을 중화하는 유효성분 및 점토의 혼합분말을 코팅하여 코어 입자를 제조하는 단계 및
상기 제조된 코어 입자의 표면에, 점토 및 전분 중에서 선택된 어느 하나 이상의 성분을 함유한 쉘층 형성용 조성물을 코팅하여 쉘층을 형성하는 단계
를 포함하는 코어쉘 구조를 갖는 염기성오염물질 제거용 비드의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 염기성오염물질 제거용 비드 제조방법에 있어서, 상기 코어 입자는 유효성분 100중량부에 대하여 점토가 1 내지 70중량부 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 염기성오염물질 제거용 비드 제조방법에 있어서, 상기 쉘층 형성용 조성물은 점토 및 전분 중에서 선택된 어느 하나 이상의 성분을 더 포함하는 것일 수 있다.
본 발명에 따른 염기성오염물질 제거용 비드는 염기성 물질의 누출 사고에 적용하여 중화 처리 성능을 획기적으로 향상시킬 수 있으며, 다량의 염기성오염물질을 신속하게 처리할 수 있는 효과를 가진다. 특히, 중화 처리 시 발생되는 급격한 반응과 높은 중화열을 제어함으로써 처리 작업에 따른 위험 요소들을 줄일 수 있고, 작업성을 향상시킬 수 있는 효과를 가진다. 또한, 이차오염으로 인한 인체 또는 환경에 대한 피해를 최소화할 수 있으며, 습기나 온도에 대한 민감성을 낮춰 장기보관안정성이 현저히 향상된 효과를 가진다.
이하, 본 발명의 염기성오염물질 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.
본 발명의 발명자들은 암모니아, 수산화나트륨, 수산화칼륨 또는 아민류의 액상 등의 염기성 화학물질의 누출 사고에 처리를 위한 중화제에 대한 연구를 진행하던 중, 이들 제거제가 보관 혹은 중화 처리에 투입 시 공기 중의 수분에 의해 분해가 일어나 성능 저하가 발생할 수 있고, 또한 중화 처리 과정에서 폭발적인 중화 반응과 높은 중화열이 발생하여 이를 제어하기 어렵고 작업에 위험이 따르는 문제점을 확인하였다. 이를 해결하고자, 안정적인 중화 반응을 유도할 수 있고, 중화열이 높지 않아 제어가 용이한 염기성오염물질 제거제로서, 코어-쉘 구조를 갖는 염기성오염물질 제거용 비드를 개발하게 되었다. 상기 코어-쉘 구조의 염기성오염물질 제거용 비드는, 염기 물질을 중화하는 유효성분을 함유하는 코팅층과 상기 코팅층을 감싸는 쉘층을 포함함으로써, 놀랍게도 중화 시 발생하는 열을 현저히 낮추고, 급격한 반응을 억제하는 효과를 구현하면서도 처리 효율을 획기적으로 높이며, 나아가, 장기보관안정성을 확보함으로써 염기성오염물질 제거 성능을 보다 향상시킬 수 있음을 발견하여 본 발명을 완성하게 되었다.
이하, 본 발명에 따른 염기성오염물질 제거용 비드 및 이의 제조방법에 대하여 구체적으로 설명한다.
본 발명의 일 양태는 코어-쉘 구조를 갖는 염기성오염물질 제거용 비드로서, 염기성 물질을 중화하는 유효성분 및 점토를 포함하는 코어층;과 상기 코어층을 둘러싸며 수산화칼슘을 포함하는 쉘층;을 포함한다.
상기 코어층 내 염기성 물질을 중화하는 유효성분은 염기성 물질과의 접촉 반응 시 중화열로 인한 온도 상승이나 급격한 반응이 없는 것이라면 크게 제한되지 않고 사용될 수 있다. 비한정적인 일예로, 알루미늄설페이트(Al2(SO4)3), 알루미늄포타슘설페이트(Al2K(SO4)3), 소듐바이설페이트(NaHSO4), 암모늄설페이트((NH4)2SO4) 및 이들의 수화물로 등으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 포함할 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다. 이는 염기성 물질의 중화 처리 시 온도 상승을 유발하지 않으며, 유해물질이 발생되지 않는 효과를 가진다. 바람직하게는 알루미늄설페이트, 알루미늄포타슘설페이트 및 이들의 혼합물 중에서 선택되는 어느 하나를 포함하는 경우 중화 시 물이 생성됨으로써 발생되는 중화열이 없고, 중화 처리 효율 및 작업성을 더욱 향상시키는 면에서 매우 효과적이다.
또한, 상기 염기성 물질을 중화하는 유효성분으로, 아세트산, 시트르산, 푸마르산, 말레산, 옥살산, 벤조산 등의 유기산을 더 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 구체적으로, 상기 설페이트계 화합물과 유기산의 조합, 보다 구체적으로 상기 설페이트계 화합물 및 옥살산의 조합을 포함하는 것이 목적하는 물성을 달성하는 측면에서 더욱 효과적이다.
또한, 소듐바이카보네이트(NaHCO3), 포타슘바이카보네이트(KHCO3), 소듐카보네이트(NaHCO3), 포타슘카보네이트(KHCO3) 등의 탄산계 화합물을 더 포함할 수 있다. 이들 성분은 과립형의 비드가 중화 처리 현장에 투입 시 입자의 붕괴와 함께 이산화탄소를 생성함으로써 과립 내의 압력을 높이고, 이는 과립 입자의 붕괴를 가속화함으로써 처음에는 반응을 서서히하다가 본격적으로 중화 처리 양이 많아지면서 처리 효율을 현저히 향상시키는 특성을 가진다.
또한, 인산 등과 같은 무기산 혹은 pH를 낮출 수 있는 에스테르와 산무수물 혹은 아민과 반응하여 아미드를 생성할 수 있는 물질 등을 혼합할 수 있다. 산무수물로는 말레산 무수물 등을 들 수 있으며, 가수분해되어 중성산을 형성할 수 있다.
상기 추가되는 성분들은 그 함량이 크게 제한되는 것은 아니지만, 염기성 물질과의 중화 반응 시 급격한 반응을 유발하지 않는 범위에서 그 함량이 크게 제한되는 것은 아니지만, 유효성분 내 함량이 1 내지 30중량%, 구체적으로 2 내지 25중량%, 보다 구체적으로 5 내지 20중량%일 수 있으나, 이는 비한정적인 일예일 뿐 상기 수치범위에 제한받지 않는다.
상기 코어층은 염기성 물질을 중화하는 유효성분 및 점토의 결착으로 이루어진다. 이들 성분의 조합은 안정적인 고형의 형상을 구현할 수 있다. 또한, 염기 누출로 인해 발생된 사고 현장에 투입 시 투입이 용이하고, 중화 처리 과정에서 입자가 붕괴되면서 반응을 진행하기 때문에 급격한 반응이 일어나거나 높은 반응열에 의해 온도가 급상승 하는 것을 방지할 수 있는 점에서 더욱 효과적이다.
상기 점토는 염기성 물질을 중화하는 유효성분과의 조합으로 입자의 안정성을 확보할 수 있으며, 중화 속도 및 반응열의 제어를 용이하게 할 수 있다. 이와 동시에 오염물질에 대한 흡착이 가능하고, 염기성물질에 대한 중화 반응을 안정적으로 진행할 수 있도록 유도하는 면에서 유리한 특성을 가진다.
상기 코어층은 염기성 물질을 중화하는 유효성분 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, 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.
상기 코어층은 비드를 형성하기 위한 시드 입자상에 형성될 수 있다. 일예로, 점토를 이용하여 시드 입자를 제조한 뒤, 시드 입자의 표면에 염기성 물질을 중화하는 유효성분 및 점토 혼합물을 이용하여 코어층을 형성할 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 상기 비드는 코어층을 감싸는 쉘층을 포함한다. 상기 쉘층은 반응시간을 지속시키고, 비드의 안정성을 확보할 수 있으며, 점토 및 전분 중에서 선택된 어느 하나 이상의 성분을 포함한다.
바람직하게는 상기 쉘층은 수산화칼슘을 더 포함할 수 있다. 이는 비드 표면에서의 수분을 효율적으로 흡착함으로써 내부 코어층을 보호하는데 유리한 특성을 가진다. 이는 코어층에 함유되어 있는 유효성분의 성능 안정성을 확보할 수 있고, 장기간 저장 안정성을 향상시킬 수 있는 측면에서 효과적이다. 또한, 수분으로 인해 비드의 강도가 저하되는 것을 방지하는데 효과적이다.
상기 쉘층은 비드의 강도 측면에서 코어층을 보호하는데 유리한 특성을 가지는데, 이는 염기 누출이 발생된 사고 현장에 투입 시 곧바로 반응이 일어나는 것보다 코어층 내부에 처리 대상물질이 스며들게 함으로써 급격한 반응이 일어나는 것을 억제할 수 있고, 중화에 따른 한꺼번에 많은 열이 발생하는 것을 방지할 수 있는 효과를 가진다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 상기 쉘층은 전분 및 점토 중에서 선택되는 어느 하나 이상을 더 포함할 수 있다. 구체 양태로, 상기 쉘층은 점토 및 전분을 함유하거나, 전분 및 수산화칼슘을 함유하거나, 점토 및 수산화칼슘을 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 염기성오염물질 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, 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 염기성오염물질 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 다른 양태로서, 시드 입자의 표면에, 염기성 물질을 중화하는 유효성분 및 점토의 혼합분말을 코팅하여 코어 입자를 제조하는 단계 및
상기 제조된 코어 입자의 표면에, 점토 및 전분 중에서 선택된 어느 하나 이상의 성분을 함유한 쉘층 형성용 조성물을 코팅하여 쉘층을 형성하는 단계
를 포함하는 코어쉘 구조를 갖는 염기성오염물질 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 염기성 물질을 중화하는 유효성분 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 염기성 물질을 중화하는 유효성분 및 점토의 혼합분말은 상기 유효성분 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 염기성 물질을 중화하는 유효성분 및 점토의 혼합분말에 유기알콕시실란을 더 포함할 수 있다. 상기 유기알콕시실란은 염기성 물질을 중화하는 유효성분 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 점토 및 전분 중에서 선택된 어느 하나 이상의 성분을 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 점토 또는 전분을 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 더 포함함으로써 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 점토 및 전분의 조합을 함유하거나, 점토 및 수산화칼슘, 또는 전분 및 수산화칼슘을 함유하는 것일 수 있다. 다른 양태로, 상기 쉘층 형성용 조성물은 점토, 전분 및 수산화칼슘을 함유하는 것일 수 있다. 이들 양태는 쉘층으로서의 기능을 수행함과 동시에 코어층과의 결착력 향상에 효과적이다. 다른 양태로, 상기 쉘층 형성용 조성물은 점토, 전분 및 수산화칼슘을 함유하는 것일 수 있으며, 이러한 성분 내 조합은 쉘층으로서의 기능 향상에 더욱 효과적이다.
본 발명의 일 양태에 따른 염기성오염물질 제거용 비드는 염기성 물질 누출 사고에 대응하는 방제, 특히 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 있는 효과를 가져, 염기성 화학물질 누출사고를 포함한 다양한 중화 처리 현장에서의 활용을 높일 수 있을 것으로 기대된다.
이하 본 발명에 따른 염기성오염물질 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 입자(입경 2.0mm)를 원형 회전통에 넣은 다음, 알루미늄설페이트(Al2(SO4)3) 및 상기 알루미늄설페이트 100 중량부에 대하여 카오리나이트 25중량부의 혼합 분말을 투입하고 원형 회전통을 100rpm으로 회전시켜 시드 표면에 소듐바이설페이트 및 카오리나이트로 이루어진 코어층을 형성한 코어 입자를 제조하였다.
제조된 상기 코어 입자를 원형 회전통에 넣은 다음, 상기 코어 입자 내 유효성분 100중량부를 기준으로 카오리나이트 1.625중량부 및 밀가루 1.625중량부의 쉘층 형성용 조성물을 투입하고, 원형 회전통을 100rpm으로 회전시켜 상기 코어 입자의 표면에 쉘층을 형성함으로써 염기성오염물질 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 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, 알루미늄포타슘설페이트(Al2K(SO4)3) 및 상기 알루미늄포타슘설페이트 100 중량부에 대하여 카오리나이트 25중량부의 혼합 분말을 투입하고 원형 회전통을 100rpm으로 회전시켜 시드 표면에 소듐바이설페이트 및 카오리나이트로 이루어진 코어층을 형성한 코어 입자를 제조하였다.
제조된 상기 코어 입자를 원형 회전통에 넣은 다음, 상기 코어 입자 내 유효성분 100중량부를 기준으로 카오리나이트 1.625중량부 및 밀가루 1.625중량부의 쉘층 형성용 조성물을 투입하고, 원형 회전통을 100rpm으로 회전시켜 상기 코어 입자의 표면에 쉘층을 형성함으로써 염기성오염물질 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 3)
실시예 2에서 쉘층 형성용 조성물로 점토 및 전분을 사용하던 것을 점토 및 수산화칼슘(Ca(OH)2)를 사용한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방법으로 비드를 제조하였다. 최종 평균입자크기는 4.0mm이였다. 또한, 제조된 비드 중 코어층의 부피 비율을 측정한 결과, 비드 전체 부피 중 64vol%이였다.
(실시예 4)
실시예 2에서 쉘층 형성용 조성물로 점토 및 전분을 사용하던 것을 전분 및 수산화칼슘(Ca(OH)2)를 사용한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방법으로 비드를 제조하였다. 최종 평균입자크기는 4.0mm이였다. 또한, 제조된 비드 중 코어층의 부피 비율을 측정한 결과, 비드 전체 부피 중 64vol%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, 알루미늄설페이트 37.5중량% 및 알루미늄포타슘설페이트62.5중량%의 유효성분 혼합물, 상기 혼합물 100 중량부에 대하여 카오리나이트 중량부의 혼합 분말을 투입하고 원형 회전통을 100rpm으로 회전시켜 시드 표면에 소듐바이설페이트 및 카오리나이트로 이루어진 코어층을 형성한 코어 입자를 제조하였다.
제조된 상기 코어 입자를 원형 회전통에 넣은 다음, 상기 코어 입자 내 유효성분 100중량부를 기준으로 카오리나이트 1.625중량부 및 밀가루 1.625중량부의 쉘층 형성용 조성물을 투입하고, 원형 회전통을 100rpm으로 회전시켜 상기 코어 입자의 표면에 쉘층을 형성함으로써 염기성오염물질 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 6)
실시예 2에서 쉘층 형성용 조성물로 점토 및 전분을 사용하던 것을 점토 및 수산화칼슘(Ca(OH)2)를 사용한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방법으로 비드를 제조하였다. 최종 평균입자크기는 4.0mm이였다. 또한, 제조된 비드 중 코어층의 부피 비율을 측정한 결과, 비드 전체 부피 중 62vol%이였다.
(실시예 7)
실시예 5에서 유효성분으로서 NaHCO3를 10중량부 더 포함한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방법으로 비드를 제조하였다. 최종 평균입자크기는 4.0mm이였다. 또한, 제조된 비드 중 코어층의 부피 비율을 측정한 결과, 비드 전체 부피 중 65vol%이였다.
(실시예 8)
실시예 5에서 유효성분으로서 옥살산(oxalic acid)를 5중량부 더 포함한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방법으로 비드를 제조하였다. 최종 평균입자크기는 4.0mm이였다. 또한, 제조된 비드 중 코어층의 부피 비율을 측정한 결과, 비드 전체 부피 중 63vol%이였다.
(실시예 9)
실시예 8에서 쉘층 형성용 조성물로 점토 및 전분을 사용하던 것을 전분 및 수산화칼슘(Ca(OH)2)를 사용한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방법으로 비드를 제조하였다. 최종 평균입자크기는 4.0mm이였다. 또한, 제조된 비드 중 코어층의 부피 비율을 측정한 결과, 비드 전체 부피 중 64vol%이였다.
(비교예 1)
소듐바이설페이트 및 상기 소듐바이설페이트 100 중량부에 대하여 카오리나이트 43중량부의 혼합 분말을 원형 회전통에 투입하여 100rpm으로 10시간 동안 회전시켜 평균입경이 4.0mm인 비드를 제조하였다. 이후, 제조된 비드를 세라믹 용기에 담아 오븐에 넣고 60℃에서 30 시간 동안 열처리하여 최종 비드를 수득하였다.
(비교예 2)
시트르산 및 상기 시트르산 100 중량부에 대하여 카오리나이트 43중량부의 혼합 분말을 원형 회전통에 투입하여 100rpm으로 10시간 동안 회전시켜 평균입경이 4.0mm인 비드를 제조하였다. 이후, 제조된 비드를 세라믹 용기에 담아 오븐에 넣고 60℃에서 30분 동안 열처리하여 최종 비드를 수득하였다.
(비교예 3)
소듐바이설페이트 및 시트르산이 1:1중량부로 혼합된 혼합물 100중량부에 대하여 카오리나이트 43중량부의 혼합 분말을 원형 회전통에 투입하여 100rpm으로 10시간 동안 회전시켜 평균입경이 4.0mm인 비드를 제조하였다. 이후, 제조된 비드를 세라믹 용기에 담아 오븐에 넣고 60℃에서 30분 동안 열처리하여 최종 비드를 수득하였다.
구분 코어(중량부) 쉘(중량부)
Al2(SO4)3 AlK(SO4)2 점토 NaHCO3 oxalic acid 점토 전분 Ca(OH)2
실시예 1 100 - 25 - - 1.625 1.625 -
실시예 2 - 100 25 - - 1.625 1.625 -
실시예 3 - 100 25 - - 1.625 - 1.625
실시예 4 - 100 25 - - - 1.625 1.625
실시예 5 37.5 62.5 25 - - 1.625 1.625
실시예 6 37.5 62.5 25 - - 1.625 - 1.625
실시예 7 37.5 62.5 25 10 - 1.625 1.625
실시예 8 37.5 62.5 25 - 5 1.625 1.625
실시예 9 37.5 62.5 25 - 5 - 1.625 1.625
비교예 1 코어쉘 구조 아님 (NaHSO4 + 점토)
비교예 2 코어쉘 구조 아님 (Oxalic acid + 점토)
비교예 3 코어쉘 구조 아님 (NaHSO4 + Oxalic acid + 점토)
(평가)
(1) 중화 처리 시 중화열 및 중화 처리 시간
실시예 및 비교예에서 제조된 염기성오염물질 제거용 비드를 28wt% 암모니아수, 50wt% 수산화나트륨 수용액 및 50wt% 수산화칼륨 수용액을 대상으로 중화하였다. 상기 대상 성분은 20㎖로 하고 250㎖ 매스실린더에 넣었다. 상기 매스실린더에 투입되는 비드의 양은 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 염기성오염물질 제거용 비드를 상온에서 480시간 방치한 후 방치 전후의 무게를 비교하여, 무게차가 1% 미만이면 ◎, 1% 이상 2% 미만이면 ○, 2% 이상 5% 미만이면 △, 5% 이상 차이가 있으면 ×로 표기하여 하기 표 2에 나타내었다.
구분 중화 시
발열 온도(℃)		 처리시간
(min)		 장기보관
안정성
암모니아수 수산화나트륨 수용액 수산화칼륨 수용액 암모니아수 수산화나트륨 수용액 수산화칼륨 수용액
실시예 1 20.1 19.9 24.6 26 24 24 ◎
실시예 2 19.5 20.4 25.3 27 25 24 ◎
실시예 3 18.7 19.5 19.7 25 23 22 ◎
실시예 4 19.0 19.2 19.6 28 25 25 ◎
실시예 5 19.6 20.4 21.2 29 26 27 ◎
실시예 6 19.7 20.7 21.1 25 23 22 ◎
실시예 7 19.3 20.2 20.9 40 38 37 ◎
실시예 8 19.4 20.2 21.3 27 25 24 ◎
실시예 9 19.5 20.1 21.2 35 33 31 ◎
비교예 1 50.4 51.9 52.6 19 18 17 ×
비교예 2 32.6 34.6 33.9 21 20 20 ×
비교예 3 41.8 42.6 44.5 20 19 18 ×
상기 표 2에서 보는 바와 같이, 본 발명의 일 양태에 따른 실시예들은 중화 시 발열 온도가 높지 않아 처리 작업성이 향상되었고, 동시에 중화 유효성분을 이용한 반응시간을 오랫동안 유지할 수 있어 처리 성능을 더욱 향상시킬 수 있는 효과를 나타내었다. 즉, 중화 반응을 안정적으로 서서히 진행시킴으로써 중화 처리를 용이하게 할 뿐 아니라, 현저히 향상된 처리 효율을 구현하였다. 장기보관 안정성 평가에서도 무게 차이가 거의 변하지 않았다. 반면, 비교예 1 내지 3은 본 발명에 따른 실시예 대비, 장기보관안정성을 확보할 수 없음은 물론, 처리 시 발열로 인한 높은 온도 때문에 처리 작업성이 용이하지 않고 중화 반응 시간이 단축되어 중화 처리 성능 또한 저하되었음을 확인하였다.
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 (10)

  1. 염기성 물질을 중화하는 유효성분 및 점토를 함유하는 코어층; 및 상기 코어층을 감싸며, 점토 및 전분 중에서 선택된 어느 하나 이상의 성분을 함유하는 쉘층;을 포함하며, 상기 유효성분은 알루미늄설페이트, 알루미늄포타슘설페이트, 소듐바이설페이트, 암모늄설페이트 및 이들의 수화물로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 염기성오염물질 제거용 비드.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 코어층은 유효성분 100중량부에 대하여 점토 1 내지 70중량부를 포함하는 염기성오염물질 제거용 비드.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 점토는 카오리나이트, 할로이사이트, 세리사이트, 파이로필라이트, 몬모릴로나이트, 사포나이트, 베이델라이트, 라포나이트, 버미큘라이트 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나인 염기성오염물질 제거용 비드.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 쉘층은 수산화칼슘을 더 포함하는 염기성오염물질 제거용 비드.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 비드는 입자 크기가 0.1 내지 20mm인 염기성오염물질 제거용 비드.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 코어층은 비드 전체의 40 부피% 이상인 염기성오염물질 제거용 비드.
  8. 시드 입자의 표면에, 염기성 물질을 중화하는 유효성분 및 점토의 혼합분말을 코팅하여 코어 입자를 제조하는 단계 및
    상기 제조된 코어 입자의 표면에, 점토 및 전분 중에서 선택된 어느 하나 이상의 성분을 함유한 쉘층 형성용 조성물을 코팅하여 쉘층을 형성하는 단계
    를 포함하며, 상기 유효성분은 알루미늄설페이트, 알루미늄포타슘설페이트, 소듐바이설페이트, 암모늄설페이트 및 이들의 수화물로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 코어쉘 구조를 갖는 염기성오염물질 제거용 비드의 제조방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 코어 입자는 유효성분 100중량부에 대하여 점토가 1 내지 70중량부 포함하는 염기성오염물질 제거용 비드의 제조방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 쉘층 형성용 조성물은 수산화칼슘을 더 포함하는 염기성오염물질 제거용 비드의 제조방법.
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