KR102216723B1 - 휘발성유기화합물 제거용 허니컴형 흡착제 조성물 - Google Patents

휘발성유기화합물 제거용 허니컴형 흡착제 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 휘발성유기화합물 제거용 허니컴형 흡착제 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 제올라이트 흡착제, 촉매, 충전재 및 바인더로 이루어진다.
상기의 성분으로 이루어지는 흡착제 조성물은 활성탄을 사용한 흡착제에 비해 흡착력이 우수하며 휘발성유기화합물이 고농도일 때는 제올라이트를 이용하여 흡착하고, 저농도일 때는 촉매를 이용하여 흡착물을 분해하기 때문에 교체주기가 반영구적으로 향상될 뿐만 아니라, 우수한 악취개선 효과를 나타낸다.

Description

휘발성유기화합물 제거용 허니컴형 흡착제 조성물 {HONEYCOMB TYPE ADSORBENT COMPOSITION FOR REMOVING VOLATILE ORGANIC COMPOUNDS}
본 발명은 휘발성유기화합물 제거용 허니컴형 흡착제 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 활성탄을 사용한 흡착제에 비해 흡착력이 우수하며 휘발성유 기화합물이 고농도일 때는 제올라이트를 이용하여 흡착하고, 저농도일 때는 촉매를 이용하여 흡착물을 분해하기 때문에 교체주기가 반영구적으로 향상될 뿐만 아니라, 우수한 악취개선 효과를 나타내는 휘발성유기화합물 제거용 하니컴형 흡착제 조성물에 관한 것이다.
휘발성유기화합물(VOCs, Volatile organic compounds)은 인체 및 생태계에 미치는 영향이 커서 특정 대기 유해물질로 분류되고 있으며, 또한 광화학 반응을 통하여 오존 등과 같은 2차 오염물질인 광화학 산화물을 생성시킨다.
이와 같은 휘발성 유기화합물은 발암성이 높다고 알려져 있는 화학물질이 다수 포함되어 있기 때문에 인체에 유독하며 오존층 파괴, 지구온난화, 광화학 스모그, 악취 등의 문제점을 야기한다.
휘발성 유기화합물의 인체에 대한 직접적인 영향은, 방향족 탄화수소류의 휘발성 유기화합물 중 벤젠의 경우에는 백혈병과 중추신경 장애를 일으킨다고 알려져 있으며, 매우 낮은 농도의 벤젠에 노출되었던 사람에게도 염색체 이상이 종종 발견된다고 보고되고 있다.
한편, 유기 용제류는 그 자체가 독성을 지니고 있거나 그 속에 포함된 이 물질들의 독성이 높아 문제시되고 있다. 대표적인 유기용제로는 벤젠, 톨루엔, 크실렌 등의 방향족 탄화수소류가 있다.
종래에는 휘발성유기화합물을 흡착 및 제거하는 흡착제 조성물로 활성탄이 주로 사용되고 있는데, 활성탄의 제조 원료로는 목재, 석탄, 코코넛 열매와 같은 탄소함유 물질이 사용되며, 활성탄의 종류로는 분말탄, 입상탄 그리고 섬유상 활성탄 등이 있다.
이중 입상활성탄은 충분히 넓은 표면적을 가지며 압력강하가 적고 흡착된 휘발성 유기화합물을 비교적 쉽게 회수할 수 있어 가장 널리 사용되고 있다. 반면 섬유상 활성탄은 최근 많은 각광을 받고 있는 흡착제이며, 이는 섬유상 활성탄의 기공 크기가 미세공으로만 이루어져 있으며 흡착부분이 섬유 표면으로부터 직접 미세공으로 연결되어 있어 흡착과 탈착속도가 빠르다는 장점을 지니고 있기 때문이다. 또한 벌집구조나 판형 등 여러 모양으로 만들 수 있어 표면을 최대한 사용할 수 있는 장점이 있다.
그러나, 상기에 나열된 장점에도 불구하고, 활성탄을 원료로 하여 제조되는 흡착제의 경우 생활악취 물질에 대한 흡착력이 낮고, 단순히 흡착하는 방식만으로 악취물질을 제거하기 때문에 교체주기가 1 내지 2개월로 짧은 문제점이 있었다.
이에 본 발명자는 활성탄을 사용한 흡착제에 비해 흡착력이 우수하며 교체주기가 반영구적으로 향상될 뿐만 아니라, 휘발성유기화합물이 고농도일 때는 제올라이트를 이용하여 흡착하고, 저농도일 때는 촉매를 이용하여 흡착물을 분해하기 때문에 우수한 악취개선 효과를 나타내는 휘발성유기화합물 제거용 흡착제 조성물을 개발함으로써 본 발명을 완성하게 되었다.
한국특허등록 제10-0350395호(2002.08.14) 한국특허공개 제10-2015-0019486호(2015.02.25)
본 발명의 목적은 활성탄을 사용한 흡착제에 비해 흡착력이 우수하며 휘발성유기화합물이 고농도일 때는 제올라이트를 이용하여 흡착하고, 저농도일 때는 촉매를 이용하여 흡착물을 분해하기 때문에 교체주기가 반영구적으로 향상될 뿐만 아니라, 우수한 악취개선 효과를 나타내는 휘발성유기화합물 제거용 허니컴형 흡착제 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 제올라이트 흡착제, 촉매, 충전재 및 바인더로 이루어지는 것을 특징으로 하는 휘발성유기화합물 제거용 허니컴형 흡착제 조성물을 제공함에 의해 달성된다.
본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 휘발성유기화합물 제거용 허니컴형 흡착제 조성물은 제올라이트 흡착제 100 중량부, 촉매 45 내지 55 중량부, 충전재 150 내지 200 중량부 및 바인더 30 내지 40 중량부로 이루어지는 것으로 한다.
본 발명의 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 촉매는 구리-망간 촉매인 것으로 한다.
본 발명의 더욱 바람직한 특징에 따르면, 상기 충전재는 수경성 산화알루미늄, 팔리고르스카이트 및 세피올라이트로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 이루어지는 것으로 한다.
본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 충전재는 수경성 산화알루미늄 100 중량부, 팔리고르스카이트 25 내지 35 중량부 및 세피올라이트 25 내지 35 중량부로 이루어지는 것으로 한다.
본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 바인더는 메틸셀룰로오스계 바인더로 이루어지는 것으로 한다.
본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 메틸셀룰로오스계 바인더는 메틸셀룰로오스, 카르복시메틸셀룰로오스 및 히드록시프로필메틸셀룰로오스로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 이루어지는 것으로 한다.
본 발명에 따른 휘발성유기화합물 제거용 허니컴형 흡착제 조성물은 활성탄을 사용한 흡착제에 비해 흡착력이 우수하며 휘발성유기화합물이 고농도일 때는 제올라이트를 이용하여 흡착하고, 저농도일 때는 촉매를 이용하여 흡착물을 분해하기 때문에 교체주기가 반영구적으로 향상될 뿐만 아니라, 우수한 악취개선 효과를 나타내는 휘발성유기화합물 제거용 허니컴형 흡착제 조성물을 제공하는 탁월한 효과를 나타낸다.
이하에는, 본 발명의 바람직한 실시예와 각 성분의 물성을 상세하게 설명하되, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이지, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.
본 발명에 따른 휘발성유기화합물 제거용 허니컴형 흡착제 조성물은 제올라이트 흡착제, 촉매, 충전재 및 바인더로 이루어지며, 제올라이트 흡착제 100 중량부, 촉매 45 내지 55 중량부, 충전재 150 내지 200 중량부 및 바인더 30 내지 40 중량부로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 제올라이트 흡착제는 상온에서 사용이 가능하며, 활성탄에 비해 선택성이 우수하여 휘발성 유기화합물 뿐만 아니라, 생활악취 등에 대해 우수한 제거효과는 나타낸다.
더욱 상세하게는, 상기 제올라이트는 골격 내에 균일한 기공이 규칙적으로 배열된 결정성 알루미노실리케이트 물질로, 제올라이트에 형성된 마이크로 기공은 분자 크기 영역의 직경을 가지고 있기 때문에 분자를 선택적으로 흡착, 확산시킬 수 있는 분자체(molecular sieve) 기능이 있다. 이러한 분자체 효과는 분자 선택적 흡착, 이온교환 및 촉매 공정을 가능하게 한다. 제올라이트를 사용하는 흡착 공정은 CH4-CO2 및 CH4-N2 분리를 수행하기 위한 능력을 나타낸다.
상기 촉매는 45 내지 55 중량부가 함유되며, 구리-망간 촉매(Cu-Mn Catalyst)로 이루어지는데, 본 발명에 따른 휘발성유기화합물 제거용 허니컴형 흡착제 조성물에 흡착된 휘발성 유기화합물을 분해하는 역할을 한다.
상기 촉매의 함량이 45 중량부 미만이면 상기의 효과가 미미하며, 상기 촉매의 함량이 55 중량부를 초과하게 되면 상기 효과는 크게 향상되지 않으면서 상대적으로 제올라이트 흡착제, 충전재 및 바인더의 함량이 줄어들어 휘발성유기화합물의 흡착성능, 기계적 물성 등이 저하될 수 있다.
상기 충전재는 150 내지 200 중량부가 함유되며, 본 발명에 따른 휘발성유기화합물 제거용 허니컴형 흡착제 조성물의 기계적 강도를 향상시킬 뿐만 아니라, 수분저항성이나 흡착성능을 더욱 향상시키는 역할을 하는데, 수경성 산화알루미늄, 팔리고르스카이트(palygorskite) 및 세피올라이트(Sepiolite)로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 이루어지는 것이 바람직하며, 수경성 산화알루미늄 100 중량부, 팔리고르스카이트 25 내지 35 중량부 및 세피올라이트 25 내지 35 중량부로 이루어지는 것이 더욱 바람직하다.
상기 수경성 산화알루미늄은 본 발명에 따른 휘발성유기화합물 제거용 허니컴형 흡착제 조성물의 기계적 강도를 향상시킬 뿐만 아니라, 수분 저항성을 향상시켜 다습한 조건에서도 흡착제 조성물의 물성이 유지될 수 있도록 하는 역할을 한다.
또한, 상기 팔리고르스카이트는 침상으로 산출되는 2:1 점토광물로서 화학식은 [Si8Mg2Al2O20(OH)2(OH)2·4H2O]이다. 규산4면체의 사슬구조에 의한 터널(tunnel)구조를 가지며 터널 내에 물분자를 함유한다. 주로 건조지역의 토양에 존재하고, 상업적으로는 아타풀자이트(attapulgite)로 알려져 있으며 비료 제조 과정에 이용되기도 하는데, 본 발명에서는 흡착제 조성물의 기계적 강도를 향상시키며 휘발성 유기화학물의 흡착효과를 더욱 향상시키는 역할을 한다.
또한, 상기 세피올라이트는 해포석(海泡石)이라고도 하며, 화학성분은 [Mg4Si6O15(OH)2·6H2O]이다. 굳기는 2 내지 2.5이고, 비중은 2를 나타내는데, 섬유상의 결정도 있으나 보통은 토상(土狀)의 미소한 결정의 집합체로 전자현미경으로만 관찰할 수 있다. 백색, 회색, 녹색 및 황색을 띠며 건조한 덩어리로 된 것은 물에 뜰 만큼 가볍고, 미국에서는 염호(鹽湖)의 바닥에 다량으로 존재한다. 탐사보링용 이수(泥水)나, 구워서 건조제(乾燥劑)로 사용하는데, 본 발명에서는 흡착제 조성물의 기계적 강도를 향상시키며 휘발성 유기화학물의 흡착효과를 더욱 향상시키는 역할을 한다.
상기의 성분으로 이루어지는 충전재의 함량이 150 중량부 미만이면 본 발명에 따른 휘발성유기화합물 제거용 허니컴형 흡착제 조성물의 기계적 강도 향상효과가 미미하며, 상기 충전재의 함량이 200 중량부를 초과하게 되면 상기의 효과는 크게 향상되지 않으면서 상대적으로 제올라이트 흡착제, 촉매 및 바인더의 함량이 줄어들어 휘발성유기화합물의 흡착력이나 분해력 및 흡착제 조성물의 결속력이 저하로 인해 오히려 기계적 물성이 저하될 수 있다.
상기 바인더는 30 내지 40 중량부가 함유되며, 메틸셀룰로오스계 바인더로 이루어지는 것이 바람직한데, 본 발명에 따른 휘발성유기화합물 제거용 허니컴형 흡착제 조성물을 구성하는 제올라이트 흡착제, 촉매 및 충전재를 결속시켜 기계적 강도를 부여하는 역할을 한다.
상기 바인더의 함량이 30 중량부 미만이면, 상기 제올라이트 흡착제, 촉매 및 충전재의 결속력 저하로 인해 흡착제 조성물의 기계적 물성이 저하될 수 있으며, 상기 바인더의 함량이 40 중량부를 초과하게 되면 제올라이트 흡착제, 촉매 및 충전재의 함량이 줄어들어 흡착성능 및 기계적 강도가 저하될 뿐만 아니라, 흡착제 조성물을 제조하는 과정에서 제올라이트 흡착제, 촉매 및 충전재 등과 바인더로 이루어진 혼합물의 점도가 지나치게 증가하여 가공성이 저하될 수 있다.
이때, 상기 메틸셀룰로오스계 바인더는 메틸셀룰로오스, 카르복시메틸셀룰로오스 및 히드록시프로필메틸셀룰로오스로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 이루어지는 것이 바람직한데, 상기에 나열된 성분으로 이루어지는 바인더는 흡착제, 촉매 및 충전재를 견고하게 결속시킬 뿐만 아니라, 천연성분으로 이루어져 환경오염을 유발하지 않는 효과를 나타낸다.
상기의 성분으로 이루어지는 휘발성유기화합물 제거용 허니컴형 흡착제 조성물은 제올라이트 흡착제, 촉매, 충전재 및 바인더를 혼합한 후에 압출성형장치를 이용하여 압출성형한 후에, 압출성형된 성형물을 300 내지 550℃의 온도, 바람직하게는 450 내지 550℃의 온도로 소성하는 과정을 통해 제조된다.
이하에서는, 본 발명에 따른 휘발성유기화합물 제거용 허니컴형 흡착제 조성물의 제조방법 및 그 제조방법을 통해 제조된 휘발성유기화합물 제거용 허니컴형 흡착제 조성물의 물성을 실시예를 들어 설명하기로 한다.
<실시예 1>
제올라이트 흡착제 100 중량부, 촉매(Cu-Mn) 50 중량부, 충전재(수경성 산화알루미늄 116 중량부, 팔리고르스카이트 33 중량부, 세피올라이트 33 중량부) 182 중량부 및 바인더 33 중량부를 교반기가 구비된 혼합장치에 투입하고 150rpm의 속도로 10분 동안 혼합하여 제조된 혼합물을, 압출성형기에 투입하고 압출하여 가로 100mm×세로100mm 규격이며 200cell을 나타내는 허니컴 구조로 성형한 후에 500℃의 온도에서 2시간 동안 소성하여 휘발성유기화합물 제거용 허니컴형 흡착제 조성물을 제조하였다.
<비교예 1>
상기 실시예 1과 동일하게 진행하되, 상기 제올라이트 흡착제 대신 활성탄을 사용하여 휘발성유기화합물 제거용 허니컴형 흡착제 조성물을 제조하였다.
상기 실시예 1 및 비교예 1을 통해 제조된 휘발성유기화합물 제거용 허니컴형 흡착제 조성물의 휘발성유기화합물 제거효과를 측정하여 아래 표 1 내지 6에 나타내었다.
{단, 휘발성유기화합물의 제거효과는 Gasket 직독식 검지관을 이용하였으며, 시편은 50mm×20mm이며, 공간속도는 20,000의 조건에서 측정하였으며, 휘발성 유기화학물로는 톨루엔, 포름알데히드, 아세트알데히드, 암모니아, 황화수소 및 메테인사이올을 이용하였다.}
시간 (분) 톨루엔(Toluene)
실시예 1 비교예 1
초기농도
(ppm)		 측정농도
(ppm)		 제거율
(%)		 초기농도
(ppm)		 측정농도
(ppm)		 제거율
(%)
10 20 0 100.00 20 0 100.00
20 20 0 100.00 20 0 100.00
30 20 0 100.00 20 0 100.00
60 20 0 100.00 20 0 100.00
상기 표 1에 나타낸 것처럼, 본 발명의 실시예 1을 통해 제조된 휘발성유기화합물 제거용 허니컴형 흡착제 조성물은 비교예 1을 통해 제조된 흡착제 조성물과 톨루엔 제거효과가 대등한 것을 알 수 있다.
시간 (분) 포름알데히드(Formaldehyde)
실시예 1 비교예 1
초기농도
(ppm)		 측정농도
(ppm)		 제거율
(%)		 초기농도
(ppm)		 측정농도
(ppm)		 제거율
(%)
10 10 1.5 85.00 10 4 60.00
20 10 2 80.00 10 6 40.00
30 10 2.2 78.00 10 8 20.00
60 10 2.5 75.00 10 10 0.00
상기 표 2에 나타낸 것처럼, 본 발명의 실시예 1을 통해 제조된 휘발성유기화합물 제거용 허니컴형 흡착제 조성물은 비교예 1을 통해 제조된 흡착제 조성물에 비해 포름알데히드 제거효과가 월등하게 우수한 것을 알 수 있다.
특히, 60분이 경과하더라도, 제거율이 75%를 유지하고 있어, 휘발성 유기화합물의 제거효과 지속시간이 향상되는 것을 알 수 있다.
시간 (분) 아세트알데히드(Acetaldehyde)
실시예 1 비교예 1
초기농도
(ppm)		 측정농도
(ppm)		 제거율
(%)		 초기농도
(ppm)		 측정농도
(ppm)		 제거율
(%)
10 10 1 90.00 10 1 90.00
20 10 1 90.00 10 2 80.00
30 10 1 90.00 10 4 60.00
60 10 2 80.00 10 6 40.00
상기 표 3에 나타낸 것처럼, 본 발명의 실시예 1을 통해 제조된 휘발성유기화합물 제거용 허니컴형 흡착제 조성물은 비교예 1을 통해 제조된 흡착제 조성물에 비해 아세트알데히드 제거효과가 월등하게 우수한 것을 알 수 있다.
특히, 60분이 경과하더라도, 제거율이 80%를 유지하고 있어, 휘발성 유기화합물의 제거효과 지속시간이 향상되는 것을 알 수 있다.
시간 (분) 암모니아(Ammonia)
실시예 1 비교예 1
초기농도
(ppm)		 측정농도
(ppm)		 제거율
(%)		 초기농도
(ppm)		 측정농도
(ppm)		 제거율
(%)
10 10 0 100.00 10 1 90.00
20 10 0 100.00 10 1 90.00
30 10 0 100.00 10 1 90.00
60 10 2 80.00 10 5 50.00
상기 표 4에 나타낸 것처럼, 본 발명의 실시예 1을 통해 제조된 휘발성유기화합물 제거용 허니컴형 흡착제 조성물은 비교예 1을 통해 제조된 흡착제 조성물에 비해 암모니아 제거효과가 월등하게 우수한 것을 알 수 있다.
특히, 초기 10분에서는 제거효율이 100%이며, 60분이 경과하더라도, 제거율이 80%를 유지하고 있어, 휘발성 유기화합물의 제거효과 지속시간이 향상되는 것을 알 수 있다.
시간 (분) 황화수소(Hydrogen sulfide)
실시예 1 비교예 1
초기농도
(ppm)		 측정농도
(ppm)		 제거율
(%)		 초기농도
(ppm)		 측정농도
(ppm)		 제거율
(%)
10 3 0 100.00 3 0.9 70.00
20 3 0 100.00 3 1.0 66.67
30 3 0 100.00 3 1.0 66.67
60 3 0 100.00 3 1.2 60.00
상기 표 5에 나타낸 것처럼, 본 발명의 실시예 1을 통해 제조된 휘발성유기화합물 제거용 허니컴형 흡착제 조성물은 비교예 1을 통해 제조된 흡착제 조성물에 비해 황화수소 제거효과가 월등하게 우수한 것을 알 수 있다.
특히, 초기 10분에서 뿐만 아니라, 60분이 경과하더라도, 황화수소를 완전하게 제거하여, 휘발성 유기화합물의 제거효과 지속시간이 향상되는 것을 알 수 있다.
시간 (분) 메테인싸이올(methanethiol)
실시예 1 비교예 1
초기농도
(ppm)		 측정농도
(ppm)		 제거율
(%)		 초기농도
(ppm)		 측정농도
(ppm)		 제거율
(%)
10 5 0 100.00 5 0 100.00
20 5 0 100.00 5 0 100.00
30 5 0 100.00 5 0 100.00
60 5 0 100.00 5 0 100.00
상기 표 6에 나타낸 것처럼, 본 발명의 실시예 1을 통해 제조된 휘발성유기화합물 제거용 허니컴형 흡착제 조성물은 비교예 1을 통해 제조된 흡착제 조성물과 메테인싸이올 제거효과가 대등한 것을 알 수 있다.
즉, 상기 표 1 내지 6에 나타낸 것처럼, 본 발명의 실시예 1을 통해 제조된 휘발성유기화합물 제거용 허니컴형 흡착제 조성물은 비교예 1을 통해 제조된 흡착제 조성물에 비해 톨루엔과 메테인싸이올의 제거효과는 대등하며, 포름알데히드, 아세트알데히드, 암모니아 및 황화수소의 제거효과는 월등하게 향상되는 것을 알 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 휘발성유기화합물 제거용 허니컴형 흡착제 조성물은 활성탄을 사용한 흡착제에 비해 흡착력이 우수하며 휘발성유기화합물이 고농도일 때는 제올라이트를 이용하여 흡착하고, 저농도일 때는 촉매를 이용하여 흡착물을 분해하기 때문에 교체주기가 반영구적으로 향상될 뿐만 아니라, 우수한 악취개선 효과를 나타내는 휘발성유기화합물 제거용 허니컴형 흡착제 조성물을 제공하는 탁월한 효과를 나타낸다.

Claims (7)

  1. 제올라이트 흡착제 100 중량부, 구리-망간 촉매 45 내지 55 중량부, 수경성 산화알루미늄 100 중량부, 팔리고르스카이트 25 내지 35 중량부 및 세피올라이트 25 내지 35 중량부로 이루어진 충전재 150 내지 200 중량부, 및 바인더 30 내지 40 중량부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 휘발성유기화합물 제거용 허니컴형 흡착제 조성물.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 바인더는 메틸셀룰로오스계 바인더로 이루어지는 것을 특징으로 하는 휘발성유기화합물 제거용 허니컴형 흡착제 조성물.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 메틸셀룰로오스계 바인더는 메틸셀룰로오스, 카르복시메틸셀룰로오스 및 히드록시프로필메틸셀룰로오스로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 휘발성유기화합물 제거용 허니컴형 흡착제 조성물.
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