KR102087571B1 - 고강도 고비표면적 산업용 하니컴 탈취 필터 - Google Patents

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KR102087571B1
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하태권
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강릉원주대학교산학협력단
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    • B01D2239/10—Filtering material manufacturing

Abstract

본 발명은 고강도 고비표면적 산업용 하니컴 탈취 필터에 관한 것으로, 알루미나 촉매 8 중량부, 활성탄 1 내지 3 중량부, 소석회 0.1 내지 6 중량부, 고령토 0.1 내지 1.5 중량부, 실리카졸 0.1 내지 2 중량부를 포함하는 원료를 이용하여 하니컴 형태로 형성된 탈취 필터를 제공한다.

Description

고강도 고비표면적 산업용 하니컴 탈취 필터{High strength high surface area industrial honeycomb deodorization filter}
본 발명은 탈취 필터 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
최근 환경오염에 대한 관심의 증대와 생활수준의 질적인 향상을 위한 노력이 다양한 곳에서 이루어지고 있으며, 이러한 경향은 실내공기를 보다 쾌적하게 하기 위한 노력으로까지 파생되었다.
특히 최근에 들어서, 그 수요가 급증하는 에어컨디셔너와 공기청정기 등에 사용되는 탈취필터는 공기중의 온도와 습도조절은 물론, 실내에서 발생 가능한 다양한 악취와, 새집증후군의 주요인으로 지적되는 각종 유해 물질을 제거하여 쾌적한 실내공기를 공급할 수 있도록 다양한 연구가 진행되고 있다.
뿐만 아니라, 이러한 필터들은 실내공기뿐만 아니라 실내에서 사용하는 냉장고의 악취제거에도 사용되며, 자동차, 항공기 등 각종 운송수단의 실내공기 탈취에도 사용되어 운송수단을 이용하는 사용자에게 보다 쾌적한 실내공기를 제공한다.
실내 또는 밀폐공간에서의 악취를 유발하는 주요 인자로는, 아민류 등의 질소계 화합물; 톨루엔, 스티렌, 이소프렌 등의 저급탄화 수소화합물; 그리고 황화수소, 메르캅탄, 황화디메틸 등의 유황화합물이 있다.
상술한 인자들에 의한 악취를 제거하기 위해, 방향제와 같은 다른 향기가 나는 물질로 악취를 마스킹 또는 감각적으로 중화시키는 방법, 액체탈취제를 산포 또는 휘발시키는 등의 의화적 탈취방법 등이 사용되었지만, 이러한 방법은 근본적인 악취의 인자를 제거하는 것이 아니라, 단지 악취를 다른 향기로 중화시켜 감각적으로 악취를 느끼지 못하게 하는 것으로 바람직하지 못하다.
악취를 근본적으로 제거하기 위한 방법으로, 정전기를 이용한 집진에 의한 탈취방법, 연소에 의한 탈취방법, 화학반응을 통한 탈취방법, 생물학적인 탈취방법 등 다양한 방법들이 사용되어 왔다.
그러나, 정전기를 이용한 집진방법과 연소에 의한 방법은 별도의 동력장치가 필요하며, 이러한 동력장치에 동력원의 공급이 중단될 경우에는 원하는 효과를 기대할 수 없게 된다.
그리고, 화학반응에 의한 탈취방법은 화학반응에 의해 발생하는 오염인자들이 원인이 되는 2차오염의 우려가 있으며, 생물학적인 탈취방법은 다양한 제품이나 환경에 적용하기가 어려울 뿐만 아니라 전체시스템의 압력손실이 높다는 문제점이 있다.
이러한 문제점들을 해소하기 위해서, 활성탄을 이용한 공기필터가 제시되었다. 활성탄이란 색소 및 가스 등에 대해서 흡착성이 있는 검은색 탄소 물질로서, 무결정 내지 미소 결정상 탄소로 이루어지고, 미세한 구멍이 많은 것이 특징이다.
활성탄을 이용한 공기필터의 흡착성능은 수많은 구멍과 그 내부의 표면에 산소, 수소, 질소, 황, 할로겐 등이 탄소와 결합한 착화합물의 형성에 의해 발생하게 된다.
그러므로, 흡착하고자 하는 물질에 따라 구멍의 크기를 조절하여 색소처럼 큰 분자에는 큰 세공이 많은 활성탄을 사용하고, 가스처럼 작은 분자에는 작은 세공이 많은 활성탄을 사용하여 흡착성능을 조절할 수 있다.
활성탄은 목탄, 목재, 톱밥, 야자껍질, 펄프 폐액, 리그닌, 석탄류(이탄, 갈탄, 역청탄, 무연탄), 토탄, 피치, 석유 코크스, 셀룰로오스 등의 원료를 소성, 탄화부활, 정제의 순서로 만들게 되며, 제품은 분말형태 또는 과립의 형태로 형성된다.
활성탄을 이용하여 다양한 공기필터가 제작되고 있으며, 공기필터는 표면적을 넓게 하여 흡착 및 탈취 효율을 극대화하기 위해 다수개의 구멍이 형성된 다공질의 활성탄 필터가 사용된다.
다공질의 활성탄 필터는 활성탄에 다양한 첨가제를 첨가한 후에 직접 발포하여 표면적을 넓게 하는 방법, 스펀지와 같은 다공성 고분자 폼에 활성탄과 첨가제 그리고 접착제 등의 혼합물을 열융착시키거나 압착시키는 방법을 통해 제조된다.
그리고, 이러한 활성탄 필터에는 성능을 개선하기 위한 다양한 첨가제가 사용되고, 첨가제의 결합을 위한 접착제가 사용된다.
한편, 일반적으로 사용되는 활성탄 필터는 장방형의 형상으로 발포되어 형성되며, 이러한 활성탄 필터는 별도의 케이스 또는 다른 필터와 조합되어 악취제거 및 공기정화를 위한 곳에 사용된다.
그러나 상술한 바와 같은 종래기술에는 다음과 같은 문제점이 있다.
종래의 활성탄 필터는 다공질의 폼에 첨가제와 접착제가 혼합된 바인더를 열융착 또는 압착하여 구성되며, 악취제거 및 공기정화가 필요한 곳에 장착되는데, 보다 다양한 환경에서 다양한 악취의 인자들을 제거하기 위해서는 다양한 첨가제가 사용된다.
따라서, 다양한 첨가제의 사용은 첨가제의 양적인 증가를 의미하며, 많은 양의 첨가제가 사용될 경우 다공질의 폼의 미세 구멍을 막게 되는 현상이 발생하며, 이로 인해 악취제거를 위한 공기와의 접촉면적이 줄어들게 되는 결과를 초래하여 탈취성능이 저해되는 문제점이 있다.
또한, 활성탄 필터를 비롯한 일반적인 다공성 탈취필터들은 표면적을 넓게 하기 위해서 발포성형 등의 제작방법을 통해 다수의 구멍을 형성하는데, 이렇게 제작된 다공질 폼은 구조적으로 투습도가 낮을 수 밖에 없기 때문에, 비교적 습도가 높은 여름철 또는 비 오는 날에는 효과적인 탈취성능을 발휘하기 어려우며, 비교적 습도가 높은 사용환경, 예를 들어 냉장고 안이나 화장실 등에서의 탈취성능 또한 떨어지는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 고강도 고비표면적 산업용 하니컴 탈취 필터를 제공하는 것이다.
본 발명은 상술한 목적을 달성하기 위해, 알루미나 촉매 8 중량부, 활성탄 1 내지 3 중량부, 소석회 0.1 내지 6 중량부, 고령토 0.1 내지 1.5 중량부, 실리카졸 0.1 내지 2 중량부를 포함하는 원료를 이용하여 하니컴 형태로 형성된 탈취 필터를 제공한다.
본 발명에서 원료는 유기 바인더 1 내지 3 중량부, 무기 바인더 0.1 내지 1 중량부, 가소제 0.1 내지 1 중량부, 분산제 0.5 내지 2 중량부, 보습제 0.1 내지 1 중량부, 윤활이형제 0.1 내지 1.5 중량부, 물 3 내지 7 중량부를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명에서 알루미나 촉매는 질산망간, 질산구리, 질산철을 5:1.5~2.0:1.2~1.7의 중량비율로 수산화알루미늄에 담지시킨 후 250 내지 350℃에서 2 내지 4시간 동안 소성시켜 제조할 수 있고, 알루미나 촉매의 비표면적은 180 내지 400 ㎡/g일 수 있으며, 소석회:고령토:실리카졸의 중량비율은 0.5~5:0.5~1:0.5~1.5일 수 있다.
본 발명에서 탈취 필터의 트리에틸아민 및 메틸메르캅탄에 대한 가스제거율은 90% 이상, 탈취 필터의 비표면적은 200 ㎡/g 이상, 탈취 필터의 횡축 압축강도는 30 kgf/㎠ 이상, 탈취 필터의 셀수는 200 셀/제곱인치 이상일 수 있다.
본 발명에 따르면, 고강도 고비표면적 산업용 하니컴 탈취 필터를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 탈취 필터의 제조과정을 나타낸 사진이다.
도 2는 본 발명에 따른 탈취 필터의 가스제거 특성을 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 탈취 필터의 비표면적 및 압축강도를 나타낸 것이다.
도 4는 산소, 질소, 에어 분위기 하에서의 수산화 알루미늄의 열분해 그래프를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 탈취 필터의 열특성 평가결과를 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명에 따른 탈취 필터의 가스제거 특성을 나타낸 것이다.
이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 탈취 필터는 알루미나 촉매 및 활성탄을 포함하는 원료를 이용하여 하니컴 형태로 형성될 수 있다. 하니컴 형태로 표면적이 증대하여 탈취성능을 개선할 수 있다.
구체적으로, 원료는 알루미나 촉매 8 중량부, 활성탄 1 내지 3 중량부, 소석회 0.1 내지 6 중량부, 고령토 0.1 내지 1.5 중량부, 실리카졸 0.1 내지 2 중량부를 필수적으로 포함하고, 또한 추가적으로 원료는 유기 바인더 1 내지 3 중량부, 무기 바인더 0.1 내지 1 중량부, 가소제 0.1 내지 1 중량부, 분산제 0.5 내지 2 중량부, 보습제 0.1 내지 1 중량부, 윤활이형제 0.1 내지 1.5 중량부, 물 3 내지 7 중량부를 포함할 수 있다. 이러한 성분 조성을 갖는 원료를 이용하여 탈취 필터를 제조함으로써, 고강도 고비표면적 산업용 하니컴 탈취 필터를 제공할 수 있다.
알루미나 촉매는 내열성을 높이기 위해 투입되는 것으로, 촉매 성분이 담체에 담지된 복합 촉매(BP 촉매)의 형태를 가질 수 있다. 알루미나 촉매는 질산망간, 질산구리, 질산철 금속염들을 5:1.5~2.0:1.2~1.7의 중량비율로 물에 용해시켜 담체인 수산화알루미늄에 담지시킨 후, 건조 및 분쇄하고 250 내지 350℃에서 2 내지 4시간 동안 소성시키고 분쇄하여 제조할 수 있다. 소성에 의해, 전이금속인 망간, 구리, 철은 각각 산화망간(MnO2), 산화구리(CuO), 산화철로 전환되어 홉칼라이트(Hopcalite) 촉매를 형성할 수 있고, 수산화알루미늄은 알루미나로 전환된다. 촉매 성분 중에서, 산화망간의 함량은 50 내지 95 중량%, 산화구리의 함량은 1 내지 45 중량%, 산화철의 함량은 1 내지 40 중량%일 수 있다. 알루미나 촉매의 비표면적은 180 내지 400 ㎡/g, 바람직하게는 300 내지 400 ㎡/g일 수 있다.
활성탄으로는 요오드가 1000 내지 1400 및 비표면적(BET) 500 내지 2,000 ㎡/g의 야자계 활성탄을 사용할 수 있다. 하니컴 지지체를 값싼 활성탄 분말을 이용하여 제작함으로써 제조비용을 절감할 수 있다. 또한, 적절한 범위의 비표면적을 갖는 활성탄을 사용함으로써 유해가스 흡착 제거율을 개선할 수 있다. 활성탄의 함량은 알루미나 촉매 8 중량부를 기준으로 활성탄 1 내지 3 중량부일 수 있다.
소석회, 고령토, 실리카졸은 고강도를 구현하고 물성, 결합력, 성형성 등을 개선하기 위해 사용될 수 있고, 알루미나 촉매 8 중량부를 기준으로 소석회 0.1 내지 6 중량부, 고령토 0.1 내지 1.5 중량부, 실리카졸 0.1 내지 2 중량부를 사용할 수 있다. 소석회:고령토:실리카졸의 중량비율은 0.5~5:0.5~1:0.5~1.5일 수 있고, 최적 비율은 1.5:0.5:1일 수 있다.
유기 바인더로는 수용성 에폭시화 수지, 메틸셀룰로오스, 히드록시에틸셀룰로오스, 소듐카르복시메틸셀룰로오스, 정제된 녹말, 덱스트린, 폴리비닐알콜, 폴리비닐부티랄, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜, 파라핀, 왁스 에멀젼, 미결정 왁스 등을 사용할 수 있다. 유기 바인더의 함량은 알루미나 촉매 8 중량부를 기준으로 1 내지 3 중량부일 수 있다.
무기 바인더로는 염화마그네슘(MgCl2), 실리카, 알루미나, 알루미나 졸, 벤토나이트, 점토화물, 리튬실리게이트, 클레이 분산용액, 알루미늄 포스페이트 용액 등을 사용할 수 있다. 무기 바인더의 함량은 알루미나 촉매 8 중량부를 기준으로 0.1 내지 1 중량부일 수 있다.
가소제로는 프탈산디에스테르, 지방족 이염기산에스테르, 인산트리에스테르, 글리콜에스테르, 에폭시 화합물 등을 사용할 수 있다. 가소제의 함량은 알루미나 촉매 8 중량부를 기준으로 0.1 내지 1 중량부일 수 있다.
분산제로는 계면활성제, 고분자 등을 사용할 수 있다. 분산제의 함량은 알루미나 촉매 8 중량부를 기준으로 0.5 내지 2 중량부일 수 있다.
보습제로는 폴리에틸렌글리콜, 폴리비닐피롤리돈, 폴리비닐알콜, 폴리비닐아크릴산, 폴리비닐포름아마이드, 폴리비닐아세트아마이드 등을 사용할 수 있다. 보습제의 함량은 알루미나 촉매 8 중량부를 기준으로 0.1 내지 1 중량부일 수 있다.
윤활이형제로는 지방족 탄화수소 및 고급 알코올, 크리스탈린왁스, 천연파라핀, 합성 파라핀, 폴리올레핀왁스 등을 사용할 수 있다. 윤활이형제의 함량은 알루미나 촉매 8 중량부를 기준으로 0.1 내지 1.5 중량부일 수 있다.
물은 성형성 등을 개선하기 위해 사용될 수 있고, 물의 함량은 알루미나 촉매 8 중량부를 기준으로 3 내지 7 중량부일 수 있다.
탈취 필터의 트리에틸아민 및 메틸메르캅탄에 대한 가스제거율은 60분 기준으로 90% 이상, 바람직하게는 99 내지 100%일 수 있다.
탈취 필터의 비표면적은 200 ㎡/g 이상, 바람직하게는 210 내지 250 ㎡/g일 수 있다.
탈취 필터의 횡축 압축강도는 30 kgf/㎠ 이상, 바람직하게는 40 kgf/㎠ 이상, 더욱 바람직하게는 50 kgf/㎠ 이상, 가장 바람직하게는 60 내지 70 kgf/㎠일 수 있다. 횡축 압축강도는 종축 압축강도의 약 1/4 정도일 수 있다.
탈취 필터의 셀수는 200 셀/제곱인치(CPSI: Cell Per Square Inch) 이상, 바람직하게는 250 내지 500 CPSI일 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 탈취 필터의 제조과정을 나타낸 사진으로, 본 발명에 따른 탈취 필터는 상술한 원료를 압출기로 압출 성형하여 하니컴 형태로 제조할 수 있다. 압출 성형 단계 이후 건조 단계(45±10℃) 및 소성 단계를 거칠 수 있고, 하니컴 성형체를 모듈 형태로 제작한 후 모듈 프레임에 장착할 수 있다. 하니컴 형태로 성형한 후, 소성하기 전에, 질산망간, 질산구리 및/또는 질산철의 혼합물을 상술한 중량비율로 하니컴에 추가로 코팅할 수 있다.
[실시예]
고비표면적 고강도의 하니컴 촉매 필터를 개발하기 위해, 선행된 실험 결과들을 토대로 양산 하니컴 탈취 필터 제조실험을 하였다.
내열성을 높이기 위해 투입되는 알루미나 BP 촉매는 질산망간, 질산구리, 질산철(5:1.75:1.46%) 금속염들을 물에 용해시켜 수산화알루미늄에 담지시킨 후, 건조 분쇄하고 300℃에서 3hr 소성시켜 분쇄하였으며, 비표면적은 180~300 ㎡/g의 결과를 얻을 수 있었다.
하니컴 형태로 제조하기 위해, 야자계 활성탄과 제조된 알루미나 BP 촉매 등의 원료들을 혼합하여 압출하였고, 이때 고강도 하니컴 필터 제조를 위해 무기바인더를 첨가하였으며, 비율은 소석회:고령토:실리카졸 = 1.5:0.5:1 등의 배합비를 사용하였다.
하니컴 필터 원료 배합 시에 BP 촉매와 활성탄의 비율을 변화시키면서 성형하여 하니컴 촉매 필터의 성능 및 압축강도를 측정하였으며, 성능 향상을 위해 원료에 첨착물질 첨착과 불량률 감소를 위한 바인더 변화 등의 실험을 진행하였다.
알루미나 BP 촉매와 활성탄의 비율을 BP:AC = 2:8, 3:7, 5:5, 6:4, 8:2로 정하여 성능실험을 하였으며, 성형은 도 1에 보이는 대로 44mm×49mm 크기 및 250 CPSI의 하니컴 형태로 제조하여 성능 및 압축강도 실험을 하였다.
성능측정은 하니컴 형태를 가로 1 cm × 세로 1 cm × 두께 2 cm의 크기로 잘라 sus 반응기에 넣고 연속식 측정 반응장치에 장착하였으며, 측정하고자 하는 해당 가스 및 고순도 공기를 혼합한 mixing 가스를 400㎖/min의 속도로 흘려주면서 해당 가스에 대한 하니컴 촉매 필터의 제거 효율을 계산하였으며, 해당가스의 농도는 검지관을 이용하여 GACTEC사의 GV-100S 펌프로 측정하였다.
실험실 규모로 제조된 촉매는 수산화 알루미늄을 통하여 제조한 180~300 ㎡/g의 비표면적을 갖는 활성 알루미나를 담체로 주로 사용하였으며, 양산 실험은 실험실 규모에서 실험을 통해 얻어진 데이터를 토대로 양산 규모에서도 동일한 결과를 얻을 수 있는지 검증하는 것과 함께, 하니컴 사이즈 크기 변화 과정에서 달라진 조건들을 보정하기 위하여 시행되어졌다. 배합기 및 혼련기 장비들을 이용하여 촉매 함침, 흡착제 첨착, 활성 알루미나 담체 제조 실험을 진행하였다.
고강도 고비표면적을 갖는 하니컴 촉매 필터의 제조방법은 배합→혼련→성형 순으로 이루어졌다. 배합 공정은 성형하고자 하는 원재료인 촉매, 흡착제 등을 넣고, 성형을 위한 가소제, 성형체 유지를 위한 유기 바인더, 강도 증진을 위한 무기바인더, 보강제 등을 첨가하여 교반기로 혼합시키는 공정이다. 고강도를 위해, 이 단계에서 여러 가지 무기 바인더 첨가 실험을 하였으며, 여기에 사용하는 분말은 하니컴 성형을 위해서는 미세 분말이 필요하여 200 mesh 이하의 분말을 사용하였다.
최종 하니컴 탈취 필터는 요오드가 1200인 야자계 활성탄을 이용하였으며, 알루미나 BP 촉매 제조를 위해 질산구리, 질산망간, 질산철을 알루미나에 첨착하여 함침법으로 제조한 후, 활성탄과 혼합하여 하니컴으로 제조하였다. 촉매 함침법 중에서는 촉매가 균일하게 담체 내에 침적될수 있도록 유지시간 및 건조방법을 개선하였다. 또한, 코팅용액을 담을 반응조를 제작하여 분산된 용액을 담은 후, 하니컴을 딥(dip) 코팅하기 위해 제작한 트레이에 하니컴을 적재하고 팁 코팅을 실시하였으며, 딥 코팅 시간을 조절하면서 코팅량 변화를 체크하였고, 건조는 110℃에서 6시간 건조하였다.
표 1은 평가항목 및 시험결과를 나타낸 것이다. 도 2는 본 발명에 따른 탈취 필터의 가스제거 특성을 나타낸 것이고, 도 3은 본 발명에 따른 탈취 필터의 비표면적 및 압축강도를 나타낸 것이다.
정량적 목표 평가항목
(주요성능)		 단위 개발
목표치		 시험 결과 달성도
가스제거 성능
(트리메틸아민, 메틸 메르캅탄)		 % 90 이상 99.5 100%
비표면적 ㎡/g 200 이상 211.2 100%
압축강도 kgf/㎠ 30 이상 31.8 100%
[시험예]
1. 강도 증진을 위한 무기 바인더 선정 및 함량 조절 공정조건 확립
하니컴 세라믹 소재의 결합력을 높일 수 있는 무기 바인더를 조사 및 적용하였다. 주원료인 알루미나 촉매와 활성탄 함량 비율을 8:2로 개선하였다(기존 6:4). 소석회/고령토/실리카졸을 혼합한 무기바인더를 연구하고 압축강도를 측정하였다(14.1 kgf/㎠ → 40.5 kgf/㎠). 표 2는 무기바인더 복합물질 첨가에 따른 압축강도 측정결과를 나타낸 것이다.
순서 원료명 투입량(kg)
소석회 소석회/
실리카졸		 소석회/
알루미나졸		 알루미나졸/
실리카졸		 소석회/
고령토		 소석회/
고령토/
실리카졸
분말
배합		 알루미나
촉매		 8 8 8 8 8 8
활성탄 2 2 2 2 2 2
유기
바인더		 2 2 2 2 2 2
무기
바인더		 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
신규 첨가
(복합물질)		 1 0.5/0.5 0.5/0.5 0.5/0.5 0.5/0.5 0.5/0.5/0.5
분말 총계 13.5 13.5 13.5 13.5 13.5 14
액상
배합		 가소제 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
분산제 1 1 1 1 1 1
보습제 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2
윤활
이형제		 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7
H2O 5 5 5 5 5 5
액상 총계 7.4 7.4 7.4 7.4 7.4 7.4
압축강도(kgf/㎠) 28.7 33.2 24.5 19.6 30.7 40.5
무기바인더 최적화 조건 실험을 실시한 결과, 소석회:고령토:실리카졸 = 1.5:0.5:1의 최적화 조건을 확립하였다(압축강도 62.85 kgf/㎠). 표 3은 무기바인더 함량 변화에 따른 압축강도 측정결과를 나타낸 것이다.
순서 원료명 투입량(kg)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
분말
배합		 알루미나 촉매 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8
활성탄 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2
유기 바인더 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2
무기 바인더 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
소석회 0.5 1 3 5 2 2 2 2 1.5 1.5
고령토 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 1 0.5 0.5 0.5 0.5
실리카졸 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 1 1.5 1.5 1
분말 총계 14 14.5 16.5 18.5 15.5 16 16 16.5 16 15.5
액상
배합		 가소제 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
분산제 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
보습제 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2
윤활이형제 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7
H2O 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5
액상 총계 7.4 7.4 7.4 7.4 7.4 7.4 7.4 7.4 7.4 7.4
압축강도(kgf/㎠) 40.5 53.2 64.5 67.6 60.7 60.5 64.7 66.6 63.1 62.8
2. 고비표면적 하니컴 담체 조성 설계
첨가제인 수산화알루미늄의 소결 온도 및 시간, 소결량, 소결 분위기 변경 실험을 실시하였고, 소결 공정 조건 확립을 통해 비표면적 특성을 개선하였다(300℃ = 330 ㎡/g). 도 4는 산소, 질소, 에어 분위기 하에서의 수산화 알루미늄의 열분해 그래프를 나타낸 것이다. 표 4는 소성 온도 변화에 따른 BET 비표면적 결과를 나타낸 것이다.
소성 온도 300℃ 400℃ 500℃
비표면적(㎡/g) 330 251 203
고성능 촉매/흡착제 제조 및 성능 실험을 실시하여 수산화 알루미늄과 혼합할 BP 촉매 배합비를 개선하였으며, 구체적으로 질산망간:질산구리:질산철 = 5:1.75:1.46%이었다. 메틸메르캅탄(MM), 트리메틸아민(TMA), H2S, NH3 제거능 향상/수명 연장 연구를 실시한 결과, 기존 제거능력보다 향상되어 90%에서 98%로 제거효율이 향상되었고 30% 이상 수명이 연장되었다. 표 5에 나타낸 것처럼, 악취 가스 전반에 걸쳐 BP촉매와 활성탄의 비율이 5:5이거나 6:4일 때 좋았으며, 8:2일 때 제거율이 높았다. 각각 하나의 비율이 높아질 때보다 두 물질이 비슷한 비율로 혼합되었을 때 성능이 높은 것으로 보아 서로 상호 보완 작용을 하는 것으로 판단되며, 압축강도의 경우는 알루미나보다 활성탄 비율이 높아질수록 강도가 높아지는 경향이 있었다. 결과적으로 알루미나보다 활성탄이 더 미분이어서 충진률이 높아 강도 상승을 가져온 것으로 보인다. 표 5는 배합비 변경에 따른 하니컴 촉매 필터의 가스 제거특성을 나타낸 것이다.
샘플
조건		 가스 초기값
(ppm)		 5분 30분 60분 90분 120분 150분 180분
AC 8
BP 2		 CH3CHO 80 100 62.5 30
CH3COOH 80 100 87.5 85 81.3 82.5
TMA 100 100 70 65 61.2 53.4
NH3 80 100 72.1 53.7 45.9 　
AC 7
BP 3		 CH3CHO 80 100 87.5 80 72.5 65
CH3COOH 80 100 91.2 88.5 87.2 87.3
TMA 100 100 73.5 64.2 57.8 51.3
NH3 80 100 85.7 77.5 71.7 63.1 54.6
AC 5
BP 5		 CH3CHO 80 100 97.5 95 92.5 88.8 85 80
CH3COOH 80 100 96.3 95 93.8 95 96.3 96.3
TMA 100 100 82 85 82 72 62 52
NH3 80 100 87.5 81.3 72.5 60 47.5
AC 4
BP 6		 CH3CHO 80 100 96.3 92.5 90 87.5 83.8 78.8
CH3COOH 80 100 93.8 96.3 95 96.3 93.8 95
TMA 100 100 80 82 80 72 64 52
NH3 80 100 90 81.3 75 68.8 60
AC 2
BP 8		 CH3CHO 80 100 90 85 81 74
CH3COOH 80 100 95.7 95.1 94.4 95.2 94.1 93.6
TMA 100 100 65.3 63.2 51.9 43
NH3 80 100 69.5 45 36.2
도 5는 본 발명에 따른 탈취 필터의 열특성 평가결과를 나타낸 것으로, 활성탄과 알루미나의 배합비 변경에 따라 제조된 하니컴 필터의 열특성을 평가한 결과, 350℃의 온도에서도 무게 중량변화가 없는 것을 확인할 수 있었으므로, 내열성 문제도 개선되었음을 확인할 수 있었다.
3. 세라믹 하니컴 필터 제품 생산공정 개선
알루미나에 첨착시킬 촉매 물질의 함량은 알루미나에 질산망간 5wt%, 질산구리 1.75wt%, 질산철 1.46wt% 혼합물이 되도록 양을 제조하여 함침시켜 제조하였다. 성능 및 수명 향상을 위하여, 제조된 알루미나 BP 촉매와 활성탄을 혼합하여 제조한 하니컴에 질산구리/질산망간 혼합물을 다시 한번 코팅하였으며, 방법은 물에 용해시킨 후 스프레이로 하니컴에 분사한 후 건조하였으며, 소성은 300℃로 승온 시간 3시간, 유지 3시간 동안 소성하였다. 제조된 하니컴 촉매의 성능 실험은 1루베 챔버에 장착하여 실시하였고, 그 결과를 도 6에 나타내었다. 도 6은 본 발명에 따른 탈취 필터의 가스제거 특성을 나타낸 것이다.

Claims (4)

  1. 알루미나 촉매 8 중량부, 활성탄 1 내지 3 중량부, 소석회 0.1 내지 6 중량부, 고령토 0.1 내지 1.5 중량부, 실리카졸 0.1 내지 2 중량부, 유기 바인더 1 내지 3 중량부, 무기 바인더 0.1 내지 1 중량부, 가소제 0.1 내지 1 중량부, 분산제 0.5 내지 2 중량부, 보습제 0.1 내지 1 중량부, 윤활이형제 0.1 내지 1.5 중량부, 물 3 내지 7 중량부를 포함하는 원료를 이용하여 하니컴 형태로 형성되며,
    알루미나 촉매는 질산망간, 질산구리, 질산철을 5:1.5~2.0:1.2~1.7의 중량비율로 수산화알루미늄에 담지시킨 후 250 내지 350℃에서 2 내지 4시간 동안 소성시켜 제조하고, 알루미나 촉매의 비표면적은 180 내지 400 ㎡/g, 소석회:고령토:실리카졸의 중량비율은 0.5~5:0.5~1:0.5~1.5이며,
    탈취 필터의 트리에틸아민 및 메틸메르캅탄에 대한 가스제거율은 90% 이상, 탈취 필터의 비표면적은 200 ㎡/g 이상, 탈취 필터의 횡축 압축강도는 30 kgf/㎠ 이상, 탈취 필터의 셀수는 200 셀/제곱인치 이상인 것을 특징으로 하는 탈취 필터.
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