KR102234675B1 - 항균 복합체 여과재 및 그 제조 방법 - Google Patents

항균 복합체 여과재 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 갈탄계 활성탄, 폴리아크릴산(PAA), 공지의 구리-아연 합금, 및 PolyDADMAC(polydiallyldimethylammonium chloride)이나 Poly[(3-methyl-1-vinylimidazolium chloride) -co-(1-vinylpyrrolidone)]으로서의 Luviquat®이 조합되어 TOG 역청탄계 활성탄, 은 및 PolyDADMAC에 대한 적절한 대체재로서 사용된다. 갈탄계 활성탄의 기능기는 폴리아크리산과 상호 작용을 한다. 칼슘, 철 또는 강점결탄계 활성탄의 알루미늄 산화물/수산화물은 PAA와 상호 작용을 하여 PolyDADMAC가 제자리에 고정되도록 한다. 구리-아연 합금이 부가적으로 존재함에 따라 필터의 항균 성능의 향상이 이루어진다.

Description

항균 복합체 여과재 및 그 제조 방법
본 발명은 일반적으로 항균성 필터, 주로 미세 다공성 유체-투과성의 처리된 섬유성 물질 및 물 여과와 정제에 사용하기 위한 상기 물질의 제조 방법에 관한 것이다.
안전하거나 휴대가 가능한 식수의 공급을 포함한 여러 분야에서 물의 정화나 여과를 필요로 한다. 물은 예를 들면 미립자, 유해 화학물질을 비롯한 박테리아, 기생충, 원생 동물 및 바이러스 등과 같은 미생물학적 유기체를 포함하는 여러 종류의 오염물질 등을 포함하게 된다. 다양한 환경에서 이러한 오염물질들은 물의 사용 전에 제거되어야 한다.
물의 정화를 위해서 현재 사용되고 있는 널리 알려진 여러 방법으로는, 입자에 대한 물리적인 폐색(occlusion)으로서의, 이온교환, 화학 흡착, 여과 또는 체류 (retetion) 등을 들 수 있다. 입자에 대한 여과는 입자상 물질의 층(layer)이나 막(membranes)의 사용을 통해서 행해질 수 있으며, 이러한 여과는 대체로 기공 크기에 영향을 받는다.
종래의 여과 시스템에서는 적은 기공 크기를 갖는 여과재를 사용하여 광범위한 미생물학적 차단을 달성하려는 시도가 종종 있어 왔다.
통상적인 미생물학적 차단 강화제는, 은과 같은 생물학적으로 활성화된 금속염과 결합되어 사용되는 것으로서, 양이온 물질의 특정 부위에 결합된 카운터 이온을 갖는 수용성 양이온 물질로 구성되며, 이때 상기 양이온은 상기 생물학적 활성 상태의 금속염의 양이온의 적어도 일부와 우선적으로 석출되는 양이온 물질과 결합되며, 상기 생물학적 활성 금속 양이온 및 양이온 물질과 결합된 카운터 이온의 석출은 양이온 물질의 부근에서 일어난다.
상기의 미생물학적 처리는 통상적으로 활성탄 필터 입자를 양이온 폴리머 및 은 또는 은을 포함하는 물질로 코팅함에 의해서 이루어지게 된다. 은은 박테리아와 조류(algae)가 필터에 축적되는 것을 방지함으로써 필터를 통해서 음용수 내의 박테리아, 염소, 트리할로메탄, 납, 미립자 및 냄새의 제거가 이루어지도록 한다. 또한, 은은 산소와 함께 강력한 살균제로 작용하여 다른 살균 시스템을 대체 또는 강화하는 역할을 한다.
현재의 미생물 감소를 위한 여과지는 대체로 은처리된 카본을 사용하고 선호한다. 그러나 이는 제조비용이 높고, 관련 산업분야에서 은에 대한 상기 유형의 사용에 대한 규제가 강화되고 있다. 은은 미국 환경보호국(EPA: Environmental Protection Agency)의 2차 식수 규정(National Secondary Drinking Water)으로 규제된다. 일부의 과학자 및 환경감시단체들은 나노실버를 광범위하게 사용하는 것은 위험을 초래할 수 있다고 경고하고 있으며, 장기적인 은 입자 노출이 인체 건강이나 생태계에 어떠한 영향을 미치는지는 규명되고 있지 않은 상태이다. 따라서 사용하기에 안전하면서도 현재의 은이 사용된 여과재와 적어도 동등한 성능을 갖는 대체재로서의 항균 물질의 개발이 요구되고 있는 실정이다.
이에 더하여, 기존 여과지의 유속 증가를 바라는 대중의 요구가 증가하고 있다. 미생물학적 차단을 위해 처리된 여과지는 중력에 의해 유속이 정해지는 중력 공급식 장치에 주로 사용된다. 은을 대체하는 미생물학적 차단제를 사용할 수 있으면서도 개선된 유속 특성을 지니는 항균 여과지에 대한 니즈가 제기되고 있다.
종래 기술의 상기 문제점과 단점을 감안하여, 본 발명은 은을 대체하여 사용될 수 있는 물 여과를 위한 저가의 항균 물질을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 은을 사용하지 않고도 은 베이스의 여과재에 비해 향상된 유속을 나타내는 물 여과를 위한 저가의 항균 물질을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 한층 얇은 페이퍼로 이루어짐에 따라 여과제의 전체적인 크기는 줄어들면서도 은을 항균제로 이용하는 현재의 여과재 수준의 미생물학적 차단 특성을 구비하는 여과재를 제공하는데 있다.
관련 기술분야의 통상의 기술자에게 자명하게 될 상기의 목적과 그 의의 목적들은: a) 폴리아클릴산을 탈이온수에 희석하여 희석용액을 형성하는 단계; b) 갈탄계 활성탄 분말을 상기 희석 용액에 첨가하고 블렌딩하여 블렌딩 용액을 형성하는 단계; c) 상기 블렌딩 용액을 침지(soaking)시키는 단계; d) 습윤(wet) 셀룰로스 피브릴화 섬유(fibrillated fiber), 중금속 제거 분말흡착제 및 CoPET/PET 폴리에스테르 파이버와 함께 구리-아연 합금을 상기 블렌딩 용액과 혼합하여 결과 용액을 형성하는 단계; e) 상기 결과 용액을 블렌딩하는 단계; f) 상기 결과 용액으로부터 페이퍼 슬러리를 형성하는 단계; g) 상기 페이퍼 슬러리를 건조시켜 여과재를 형성하는 단계로 이루어진 항균 특성을 지닌 유체 여과용 여과재 제조방법으로서의 본 발명에 의해 달성된다.
상기 폴리아크릴산은 1L의 탈이온수에 대해 약 0.5g-11g의 비율로 탈이온수에 희석된다.
상기 갈탄계 활성탄 분말은 1L의 희석 용액에 대해 약 0.5g-8g의 비율로 희석 용액에 첨가된다.
상기 갈탄계 활성탄 분말은 약 3분 동안 희석 용액과 블렌딩된다.
청구항 제1항의 방법에서 상기 구리-아연 합금은 성형된 여과지 1 제곱피트 (square foot) 당 0.5g - 2g의 구리-아연 합금 비율로 상기 블렝딩 용액에 첨가된다.
상기 습윤 셀룰로스 피브릴화 섬유는 성형된 여과지 1 제곱피트 당 약 14g - 60g의 습윤 셀룰로스 피브릴화 파이버의 비율로 상기 혼합 용액에 첨가된다.
상기 습윤 셀룰로스 피브릴화 섬유는 응집제로 처리되어질 수 있다.
상기 중금속 제거 분말흡착제(HMRP)는 성형된 여과지 1 제곱피트 당 약 0.6gHMRP의 비율로 상기 블렝딩 용액과 혼합된다.
상기 방법은 제2 응집제를 첨가하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 상기 제2 응집제는 성형된 여과지 1 제곱피트 당 약 0.4g - 20g의 비율로 첨가된다.
상기 방법은 CoPET/PET 폴리에스테르 파이버를 성형된 여과지 1 제곱피트 당 약 1g의 비율로 첨가하는 단계를 포함한다.
제2 양태에서, 본 발명은: a) 갈탄계 활성탄 분말을 1 리터의 탈이온수에 첨가하고 블렌딩하여 블렌딩 용액을 형성하는 단계; b) 상기 블렌딩 용액을 침지시키는 단계; c) 습윤 셀룰로스 피브릴화 섬유, 중금속 제거 분말흡착제 및 CoPET/PET 폴리에스테르 파이버를 갖는 구리-아연 합금을 상기 블렌딩 용액과 혼합하여 결과 용액을 형성하는 단계; d) 상기 결과 용액을 블렌딩하는 단계; e) 상기 결과 용액으로부터 페이퍼 슬러리를 형성하는 단계; f) 상기 페이퍼 슬러리를 건조시켜 여과재를 형성하는 단계로 이루어진 항균 특성을 지닌 유체 여과용 여과재 제조방법으로 이루어진다.
이어서, 상기 습윤 셀룰로스 피브릴화 섬유는 제1 응집제로 처리되고, 이때 상기 제1 응집제는 PolyDADMAC 또는 Poly[(3-methyl-1-vinylimidazolium chloride) -co-(1-vinylpyrrolidone)]이다.
제3 양태에서, 본 발명은: a) 나노크리스탈을 탈이온수에 희석하여 희석 용액을 형성하는 단계; b) 갈탄계 활성탄 분말이나 고 메소(meso)/매크로(macro) 기공 및 기능성 음전하 표면 그룹을 갖는 카본을 상기 희석 용액에 첨가하고 블렌딩하여 블렌딩 용액을 형성하는 단계; c) 상기 블렌딩 용액을 침지시키는 단계; d) 습윤 셀룰로스 피브릴화 섬유, 중금속 제거 분말흡착제 및 CoPET/PET 폴리에스테르 파이버와 함께 구리-아연 합금을 상기 블렌딩 용액과 혼합하여 결과 용액을 형성하는 단계; e) 상기 결과 용액을 블렌딩하는 단계; f) 상기 결과 용액으로부터 페이퍼 슬러리를 형성하는 단계; g) 상기 페이퍼 슬러리를 건조시켜 여과재를 형성하는 단계로 이루어진 항균 특성을 지닌 유체 여과용 여과재 제조방법으로 이루어진다.
제4 양태에서, 본 발명은: 희석된 폴리아크릴산이나 여타의 음전하 물질(negatively charged material); 갈탄계 활성탄 분말이나 고 메소/매크로 기공 및 기능성 음전하 표면 화학을 갖는 여타의 물질; 습윤 셀룰로스 피브릴화 파이버; 제1 응집제; 중금속 제거 분말흡착제; 및 CoPET/PET 폴리에스터 파이버 등의 바인더로 이루어진 항균 여과지를 제공한다.
제5 양태에서, 본 발명은: 폴리아크릴산; 갈탄계 활성탄 분말; 습윤 셀룰로스 피브릴화 섬유를 갖는 구리-아연 합금; 중금속 제거 분말흡착제; 및 바인더 물질로 이루어진 항균 특성을 갖는 유체 여과용 여과재를 제공한다.
제6 양태에서, 본 발명은: 셀룰로스 나노크리스탈; 갈탄계 활성탄 분말이나 고 메소/매크로 기공 및 기능성 음전하 표면그룹을 갖는 카본; 습윤 셀룰로스 피브릴화 파이버를 갖는 구리-아연 합금; 중금속 제거 분말흡착제; 및 CoPET/PET 폴리에스터 파이버를 포함하는 바인더로 이루어진 항균 특성을 갖는 유체 여과용 여과재를 제공한다.
본 발명의 특징들은 신규한 것으로 여겨지고 특징적인 기술구성등른 첨부된 청구범위에서 구체적으로 설정되어 있다. 도면들은 예시적일 뿐으로 정확한 축척을 따로고 있지는 않다. 한편, 본 발명의 구조 및 작동 방법은 첨부된 도면을 참조한 아래의 아래의 상세한 설명을 통하여 명확하게 이해될 것이다.
도1은 상이한 테스트 용액 ＃1,2 및 3에 대한 본 발명의 바람직한 실시예의 방법 사양에 따라 얻어진 여과지 성능을 보인 표이다.
도2는 본 발명의 일실시예 방법으로 얻어진 샘플에 대한 파일럿 생산 시행의 결과를 나타낸 표이다.
도3은 POLYDADMAC 대신에 기준(AIA3) 샘플과 Luviquat®(LVH1042)로 이루어지 샘플 사이의 유속을 비교하여 나타낸 그래프이다.
도4는 PAA가 셀룰로스 나노크리스탈(CNC)로 대체된 때의 여과재의 미생물학적 성능을 나타낸 표이다.
도5는 PAA가 질산 처리된 코코넛 카본을 갖는 갈탄 카본으로 대체된 때의 여과재의 미생물학적 성능을 나타낸 표이다.
도6은 갈탄 카본을 코코넛계, 목질계 및 석탄계 카본으로 대체하여 약 13g의 종이 중량으로 제조된 여과재의 미생물학적 성능을 나타낸 표이다.
본 발명의 바람직한 실시예를 설명함에 있어서 도1 내지 도6에서 본 발명의 유사한 특징에 대하여는 유사한 도면부호가 부여되고 것이다.
본 발명에서는 갈탄으로부터 추출된 활성탄, 폴리아크릴산(PAA), 시판중인 구리-아연 합금(KDF 플루이드사의 KDF® 등), 및 폴리디아알릴디메틸암모늄 클로라이드(PolyDADMAC: polydialyldimethylammonum chloride)나 Poly[(3-methyl-1-vinylimidazolium chloride)-co-(1-vinylprrrolidone)]으로 이루어진 BASF SE의 Luviquat® 등의 4기 공중합체(quatermized copolymer)의 조합이 기존의 TOG 강점결탄계(bituminous coal-based) 활성탄, 은 및 PolyDADMAC의 조합을 대체하여 사용된다.
구리-아연 합금 프로세스 미디어(media)는 입상 활성탄 필터, 카본 블랙 또는 인라인(inline) 필터를 대신하여 또는 이들과 조합을 이루어 사용된다. 이는 은-충진 시스템을 대체하여 사용될 수 있다. 은은 독성을 지니고 있음에 따라 독성 농약으로서 EPA에 등록을 필요로 하는 반면에 구리-아연 프로세스 미디어는 독성이 없어서 등록을 필요로 하지 않는다는 점에서 바람직하다 할 것이다. 또한 은은 고가인 점에 있어서도 구리-아연 합금의 사용이 비용면에서도 유리하다.
본 발명의 바람직한 실시예에서는 한층 얇은 층을 유지함에 따라 미디어의 양이 적은 항균 여과지 미디어에 대한 새로운 성형방법을 제공한다. 이는 최종 제품의 비용을 낮춘 가운데 유속의 향상을 가져 온다. 이와 같은 새로운 성형방법은 종래의 성형방법에 따른 미생물학적 차단 성능에 버금가거나 능가할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에서는 폴리아크릴산과의 상호작용을 위해서 기본적으로 갈탄계 활성탄 중의 작용기를 사용 및 이용한다. 갈탄계 활성탄 작용기로서 칼슘, 철 또는 알루미늄 산화물/수산화물은 PAA와 작용을 하여 PolyDADMAC를 제 위치에 고정시키게 된다. 상기 카본은 더 큰 기공, 예를 들면 메조 기공/ 매크로 기공을 지니며, 예를 들어 카르복실산기(carboxylic acidic gorup)와 같은 산성기를 지님에 따라 PolyDADMAC의 고정을 돕게 될 것이다.
예를 들면 KDF® 등과 같은 구리-아연 합금이 부가적으로 존재하게 되면 항균물질로서 은을 사용하지 않더라도 항균 성능을 향상시키는 것으로 밝혀졌다. 구리나 아연은 Luviquat® 중의 폴리(1-비닐피롤리돈) 세그먼트와 상호 작용하여 양전하를 띤 폴리머를 추가적으로 고정시키게 된다.
이하, 항균 물질로서 은을 사용하지 않는 여과지의 제조방법에 대하여 설명한다. 본 발명의 바람직한 실시예를 정하기 위해서 필터 여과지가 제조되어지는 세가지 서로 다른 용액을 생성하고 시험하였다. 네 가지 용액 중 세 가지 용액에서, 폴리아크릴산을 1리터의 탈이온수에 희석하였다. 상기 PAA는 25% 중량 또는 그와 동등한 다우 케미칼(Daw Chemical)의 예를 들면 Acumer®이 될 수 있다. 각 용액(용액 ＃1,＃2,＃3)은 희석된 PAA의 함량을 달리한다. 용액 ＃0는 PAA를 포함하지 않으며; 용액 ＃1는 약 0.5g의 희석 PAA를: 용액 ＃2는 약 2.0g의 희석 PAA를; 용액 ＃3는 약 11.0g의 희석 PAA를 포함한다.
다음, 미국 조지아 알파레타(Georgia, Alpharetta) 소재 Cabot Corporation에서 제조된 Hydrodarco® B 등이나 여타의 균등물로서의 갈탄계 활성탄 8.1g이 상기 용액에 첨가되어 3분간 블렌딩되었다. Hydrodarco® B는 갈탄의 증기 활성화에 제조되는 갈탄계 활성탄 분말로서 높은 유기물 흡착성능을 갖는 높은 현탁도를 얻기 위해서 미세하게 분쇄된 것이 바람직한바, 그렇지 않은 경우에는 공급되는 식수의 맛과 냄새에 문제를 일으킬 수 있다. 상기 블렌딩된 세 가지 용액을 하루밤 동안 침지시켰다.
다음, 구리-아연 합금이 첨가된다. KDF Fluid Treatment사의 KDF-55F 엑스트라 파인(-325메쉬) 등이나 그 균등물로서의 구리-아여 합금 약 2g이 첨가된다. 이어서, 중금속 제거 분말(HMRP) 등과 같은 흡착제 약 0.63g이 각 용액에 첨가된다. 바람직한 HMRP로는 미국 델라웨어 글라스고(Delaware, Glasgow) 소재 Graver Technologies, LLC의 Metsorb® HMRP 흡착제를 들 수 있다. 상기 Metsorb® HMRP 흡착제는 압착 또는 압출된 카본 블랙에의 첨가를 위해 제조된 자유 유동성 분말이다. 카본 블랙에 상대적으로 낮은 수준으로 Metsorb® HMRP를 추가하는 것이 납의 저감에 매우 효과적이고, 비소의 저감을 위해서는 보다 높은 수준의 HMRP 사용이 효과적인바, 이는 NSF Standard 42에도 부합한다. Metsorb® HMRP는 양이온 납 종류 뿐만 아니라 각각 (중성) 아비산염 및 (음이온) 비산염에 존재하는 비소 III 및 비소 V의 두 형태의 비소 모두를 흡착한다. HMRP는 또한 식수에 공통적으로 포함되어 있는 여타의 금속 오염물질들을 폭넓게 저감시키며 산업 폐수로부터 금속 오염물질을 게거하는데 효과적이다.
결과 용액은 독립적으로 아래와 결합된다:
약 13.86g의 처리된 습윤 셀룰로스 피브릴화 파이버(CSFO). 상기 처리는 응집제로 하는 것이 바람직하다. 응집제는 작은 입자의 침전이나 여과성 개선을 위하여 수처리에 사용된다. 이러한 응집제의 하나로 프랑스 Saint-Etienne 소재 S.N.F.S.A.의 Floquat®를 들 수 있다;
일예로 미국 커네티컷주 Shelton 소재 Engineered Fibers Technology의 N720 등의 저융점 CoPET/PET 폴리에스테르 파이버 1.26g; 및
용액 ＃0,1,2 및 3 각각에 대한 제2 응집제, 바람직하기로는 S.N.F.S.A.의 Floquat® FL4440(40 중량 %) 8.0g, 8.0g, 6.0g 및 20.0g
다음, 각 결과 용액은 3분 동안 블랜딩된다.
각 용액의 종이 슬러리는 미국 델라웨어주 Wilmington 소재 Fiberweb의 Reemay® 등과 같은 스펀-바운드(spun-boung) 폴리에스테르 상의 Deckle Box 내에 형성되고, 약 250℉에서 약 30분간 건조되어 약 12" x 12" 페이퍼로 생성된다.
스펀-바운드 폴리에스테르가 배제된 각 용액의 생성된 페이퍼 무게는 각각 약 10.92g, 12.7g, 14.6g, 및 18.0g 정도이다.
도1은 중력 유동 환경하에서 상이한 병원체(MS-2 박테리오파지 및 대장균)에 대하여 상이한 PAA 양 및 상이한 제2 응집제 양을 갖는 용액 ＃0,1,2 및 3의 사양으로 제조된 페이퍼의 성능을 보여주는 표이다. 병원체의 로그 제거값(LRV)을 비교하였다. 상기 로그 제거값은 처리 과정의 유입수와 유출수의 병원균 농도 비율의 대수(logarithm)이다. (1의 LRV는 표적 병원체의 약 90%의 제거와 동등하며, 2의 LRV는 약 99%의 제거와 동등하며, 3의 LRV는 약 99.9% 제거와 동등하다.) 도1에서, 용액 ＃0은 LGKDF0, 용액 ＃1은 LGKDF1, 용액 ＃2는 LGKDF2,용액 ＃3은 LGKDF3으로 명명된다.
도1에 도시된 테스트 결과를 얻기 위하여, 2개의 3" x 5" 패치 샘플을 상기 공정을 통해 얻어진 용액으로부터 형성된 여과재의 상이한 페이퍼 시트 각각을 절단하여 2개의 3" x 5" 패치 샘플을 마련하였다. 다음, 상기 3" x 5" 패치를 약 3인치 길이의 플라스틱 원통형 코어에 감싸고, 당해 기술분야에서 알려진 통상적인 결합기술로 적절하게 접착해서 3개의 상이한 2-층 필터를 얻었다. 이어서, 상기 원통형 필터를 1갤론 용량의 버킷 바닥의 통공에 고정/밀봉(바람직하게는 접착)시켰다. 각 필터에 약 106 cfu/ml(밀리리터 당 콜로니 형성 단위)의 대장균과 106 cfu/ml의 MS-2 박테리오파지의 혼합물이 첨가된 1 갤론의 탈염소화된 수돗물을 가했다.
상기 테스트 환경에서 중력이 작용 압력으로 작용하였다. 유입 및 유출수의 유속과 pH는 필터 유속이 약 제로로 떨어져서 필터가 막힐 때까지 매일 체크하였 다. 유입 및 유출수를 매일 수거하여 배양하였다. 각 중력 필터의 대장균 및 MS-2 감소에 대한 상세한 항균 실험이 수행되었으며, 그 결과는 도1의 표에 나타나 있다. 도1에서와 같이, 증가된 PAA를 갖는 필터가 빨리 막혔다. LGKDF0 샘플의 경우, 필터는 더 높은 유속을 나타내었지만 박태리아의 감소는 원만하게 이루어지지 않았다. LGKDF1 필터의 경우, 다른 두 필터 샘플을 초과하는 성능을 보였다.
용액 ＃2 및 3(LGKDF2 및 LGKDF3)들로부터의 샘플들은 더 빨리 막혔다. 후자는 초기단계에서 충분한 흐름을 달성할 수 없었다. LGKDF1 및 LGKDF2의 로그 제거율은 9mL/min 이하의 유속에 대해 표시된 것처럼 LGKDF0를 초과하였다. 그러나 첨가된 여과 물질은 여과재 옵션에 대해 더 낮은 유속을 나타냈다.
위와 동일한 성형 방법을 이용한 여과재의 시험 생산이 병행되었다. 약 9g 및 12g의 페이퍼 중량을 갖는 두 개의 샘플이 얻어졌다. 이들 샘플들은 R276-9 및 R276-12로 각각 명명되었다. 이들 샘플은 벤치마크(A1A3)와의 비교가 행해졌다. 두 샘플 모두는 유속이 A1A3에 비해서 상당이 양호했으며, 로그 제거율은 모든 경우에 더 양호했거나 적어도 필적할만한 수준이었다.
미국 뉴저지주 Florham Park 소재 BASF Corporation의 Luviquat®로 POLYDADMAC을 대체하여 유사한 공정이 수행되어 약 13g의 페이퍼 중량으로 제조되고, 시험 샘플 LVH1042로 명명되었다. 상기 벤치마크 A1A3와 Luviquat®로부터 제조된 샘플(LVH1042) 사이의 유속에 대한 비교는 도3에 나타나 있다. Luviquat® 샘플이 훨씬 향상된 유속을 나타내었다.
시험 샘플의 유속은 항균 성능의 현격한 저하없이 페이퍼의 두께를 감소시킴으로써 증가될 수 있음을 알 수 있다.
도2는 샘플 R276-9 및 R276-12에 대한 파일럿 생산 실행 결과를 보인 것ㅇㅣ다. R276-12는 유입 갤런 당 보다 높은 로그 제거값을 보였으나, 유속은 R276-9에 비해 상당히 낮았다. 즉, 예상되는 바와 같이 페이퍼의 두께가 감소함에 따라 유속이 증가된다. R276-9는 종래 기술의 시험 샘플 A1A3에 비해 MS-2 및 대장균에 대한 종래 기술의 로그 제거값과 동등하거나 초과한 가운데 현재의 갤런 유입량의 스펙트럼에 걸쳐 상당히 증가된 유속을 달성하였다.
11.6% 용액으로 얻어진 셀룰로스 나노크리스탈(CNC)로 PAA를 대체하여 유사한 공정이 수행되어 약 12g의 페이퍼 중량으로 제조되고, 시험 샘플 KDFCNC57로 명명되었다. CNC는 수백 나노미터 길이와 수 나노미터 직경을 갖는 휘스커(wiskers)이다. CNC의 표면적은 그램 당 수백 제곱미터이다. CNC는 생산 방법 및 고유의 특성에 기인하여 표면상에 카르복실산 기와 술폰산 기와 같은 많은 음으로 대전된 작용기를 가지고 있다. 따라서, CNC는 PAA를 대체하여 사용될 수 있다. CNC의 MB 성능이 도4에 나타나 있다. 상기 페이퍼는 최대 10 갤론의 여과 용량에 대해서 탁월한 유속을 나타내었다.
코코넛 카본 처리된 질산으로 PAA를 대체하여 유사한 공정이 수행되어 약 10g의 페이퍼 중량으로 제조되고, 시험 샘플 KDF20으로 명명되었다. 도5에 미생물학적 성능이 나타나 있다. 상기 페이퍼는 pH 6.1에서 23mV의 매우 높은 제타 전위를 나타낸다.
서로 다른 유형의 탄소는 서로 다른 기공, 표면 화학특성 등을 나타낸다. 코코넛계, 목질계 및 석탄계 카본으로 갈탄 카본을 대체하여 유사한 공정이 수행되어 약 13g의 페이퍼 중량으로 제조되고, 시험 샘플 코코넛계, 목질계 및 석탄계 카본으로 명명되었다. 도6에 미생물학적 성능이 나타나 있다. R276-9g은 갈탄계 탄소의 파일럿 실행(pilot run)이었다. 모든 비-갈탄 카본에서 단지 4 로그 박테리아 감소가 관찰되었으나, 도6의 모든 데이터 포인트의 경우 4 로그 바이러스 감소보다 큰 것으로 관찰되었다.
본 발명의 또 다른 실시예에서는 상기 프로세스로부터 제조되는 여과재를 갖는 필터 카트리지가 제공된다. 상기 필터 카트리지는 일반적으로 중력식 용도로 제작되며, 여과전의 유체를 수용하기 위한 유입 포트와 여과된 유체의 배출을 위한 유출 포트를 포함한다. 상기 여과재는 필터 카트리지의 섬프(sump)에 내장된다. 상기 필터 카트리지 내의 여과재는 표면적의 증가를 위해 주름이 형성되고, 이에 따라 여과재에 가해지는 압력 강하가 최소화된다.
이상에서는 특별히 바람직한 실시예에 의거하여 본 발명에 대한 설명이 이루어 졌는바, 앞서의 설명을 바탕으로 해서 다양한 변경, 수정 및 변화가 이루어질 수 있음은 통상의 기술자에게 자명하다 할 것이다. 따라서, 뒤따르는 청구범위는 그와 같은 모든 변경, 수정 및 변화가 본 발명의 보호범위 내에 속하는 것으로 간주된다.

Claims (25)

  1. a) 폴리아크릴산을 탈이온수에 희석하여 희석 용액을 형성하는 단계;
    b) 갈탄계 활성탄 분말을 상기 희석 용액에 첨가하고 블렌딩하여 블렌딩 용액을 형성하는 단계;
    c) 상기 블렌딩 용액을 침지시키는 단계;
    d) 습윤 셀룰로스 피브릴화 섬유, 중금속 제거 분말흡착제 및 CoPET/PET 폴리에스테르 파이버와 함께 구리-아연 합금을 상기 블렌딩 용액과 혼합하여 결과 용액을 형성하는 단계;
    e) 상기 결과 용액을 블렌딩하는 단계;
    f) 상기 결과 용액으로부터 페이퍼 슬러리를 형성하는 단계; 및
    g) 상기 페이퍼 슬러리를 건조시켜 여과재를 형성하는 단계;
    로 이루어짐을 특징으로 하는 항균 특성을 갖는 유체 여과용 여과재 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 폴리아크릴산은 1L의 탈이온수에 대해 0.5g 내지 11g의 비율로 탈이온수에 희석됨을 특징으로 하는 특징으로 하는 항균 특성을 갖는 유체 여과용 여과재 제조방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 갈탄계 활성탄 분말은 1L의 희석 용액에 대해 0.5g 내지 8g의 비율로 희석 용액에 첨가됨을 특징으로 하는 항균 특성을 갖는 유체 여과용 여과재 제조방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 갈탄계 활성탄 분말은 3분 동안 희석 용액과 블렌딩됨을 특징으로 하는 항균 특성을 갖는 유체 여과용 여과재 제조방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 구리-아연 합금은 성형된 여과지 1 제곱피트 당 0.5g 내지 2g의 구리-아연 합금 비율로 상기 블렌딩 용액에 첨가됨을 특징으로 하는 항균 특성을 갖는 유체 여과용 여과재 제조방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 습윤 셀룰로스 피브릴화 섬유는 성형된 여과지 1 제곱피트 당 14g 내지 60g의 비율로 첨가됨을 특징으로 하는 항균 특성을 갖는 유체 여과용 여과재 제조방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 습윤 셀룰로스 피브릴화 섬유는 제1 응집제로 처리됨을 특징으로 하는 항균 특성을 갖는 유체 여과용 여과재 제조방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 중금속 제거 분말흡착제는 성형된 여과지 1 제곱피트 당 0.6g의 비율로 상기 블렌딩 용액과 혼합됨을 특징으로 하는 항균 특성을 갖는 유체 여과용 여과재 제조방법.
  9. 제7항에 있어서, 상기 제1 응집제는 상기 습윤 셀룰로스 피브릴화 섬유에 첨가됨을 특징으로 하는 항균 특성을 갖는 유체 여과용 여과재 제조방법.
  10. 제7항에 있어서, 제2 응집제를 첨가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 항균 특성을 갖는 유체 여과용 여과재 제조방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제2 응집제는 성형된 여과지 1 제곱피트 당 0.4g 내지 20g의 비율로 첨가됨을 특징으로 하는 항균 특성을 갖는 유체 여과용 여과재 제조방법.
  12. 제1항에 있어서, 스펀-바운드 폴리에스테르 상에서 상기 페이퍼 슬러리를 성형하고 250℉에서 30분간 건조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 항균 특성을 갖는 유체 여과용 여과재 제조방법.
  13. 제1항에 있어서, 상기 CoPET/PET 폴리에스테르 파이버는 성형된 여과지 1 제곱피트 당 1g의 비율로 첨가됨을 특징으로 하는 항균 특성을 갖는 유체 여과용 여과재 제조방법
  14. a) 갈탄계 활성탄 분말을 1 리터의 탈이온수에 첨가하고 블렌딩하여 블렌딩 용액을 형성하는 단계;
    b) 상기 블렌딩 용액을 침지시키는 단계;
    c) 습윤 셀룰로스 피브릴화 섬유, 중금속 제거 분말흡착제 및 CoPET/PET 폴리에스테르 파이버와 함께 갖는 구리-아연 합금을 상기 블렌딩 용액과 혼합하여 결과 용액을 형성하는 단계;
    d) 상기 결과 용액을 블렌딩하는 단계;
    e) 상기 결과 용액으로부터 페이퍼 슬러리를 형성하는 단계; 및
    f) 상기 페이퍼 슬러리를 건조시켜 여과재를 형성하는 단계;
    로 이루어짐을 특징으로 하는 항균 특성을 갖는 유체 여과용 여과재 제조방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 습윤 셀룰로스 피브릴화 섬유를 제1 응집제로 처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 항균 특성을 갖는 유체 여과용 여과재 제조방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 제1 응집제는 PolyDADMAC 또는 Poly[(3-methyl-1-vinylimidazolium chloride)-co-(1-vinylpyrrolidone)]인 것을 특징으로 하는 항균 특성을 갖는 유체 여과용 여과재 제조방법.
  17. 제15항에 있어서, 제2 응집제를 첨가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 항균 특성을 갖는 유체 여과용 여과재 제조방법.
  18. a) 나노크리스탈을 탈이온수에 희석하여 희석용액을 형성하는 단계;
    b) 갈탄계 활성탄 분말이나 고 메소/매크로 기공 및 기능성 음전하 표면 그룹을 갖는 카본을 상기 희석 용액에 첨가하고 블렌딩하여 블렌딩 용액을 형성하는 단계;
    c) 상기 블렌딩 용액을 침지시키는 단계;
    d) 습윤 셀룰로스 피브릴화 섬유, 중금속 제거 분말흡착제 및 바인더와 함께 구리-아연 합금을 상기 블렌딩 용액과 혼합하여 결과 용액을 형성하는 단계;
    e) 상기 결과 용액을 블렌딩하는 단계;
    f) 상기 결과 용액으로부터 페이퍼 슬러리를 형성하는 단계; 및
    g) 상기 페이퍼 슬러리를 건조시켜 여과재를 형성하는 단계;
    로 이루어짐을 특징으로 하는 항균 특성을 지닌 유체 여과용 여과재 제조방법.
  19. 제18항에 있어서, 상기 바인더는 CoPET/PET 폴리에스테르 파이버를 포함하는 것을 특징으로 하는 항균 특성을 지닌 유체 여과용 여과재 제조방법.
  20. 희석된 폴리아크릴산이나 여타의 음전하 물질;
    갈탄계 활성탄 분말이나 고 메소/매크로 기공 및 기능성 음전하 표면 화학을 갖는 여타의 물질;
    습윤 셀룰로스 피브릴화 파이버;
    제1 응집제;
    중금속 제거 분말흡착제; 및
    바인더;
    로 이루어짐을 특징으로 하는 항균 여과지.
  21. 제20항에 있어서, 상기 바인더는 CoPET/PET 폴리에스터 파이버로 이루어짐을 특징으로 하는 항균 여과지.
  22. 폴리아크릴산;
    갈탄계 활성탄 분말;
    습윤 셀룰로스 피브릴화 섬유를 갖는 구리-아연 합금;
    중금속 제거 분말흡착제; 및
    바인더 물질;
    로 이루어짐을 특징으로 하는 항균 특성을 갖는 유체 여과용 여과재.
  23. 제22항에 있어서, 상기 바인더 물질은 CoPET/PET 폴리에스터 파이버로 이루어짐을 특징으로 하는 항균 특성을 갖는 유체 여과용 여과재.
  24. 셀룰로스 나노크리스탈;
    갈탄계 활성탄 분말이나 고 메소/매크로 기공 및 기능성 음전하 표면 그룹을 갖는 카본;
    습윤 셀룰로스 피브릴화 파이버를 갖는 구리-아연 합금;
    중금속 제거 분말흡착제; 및
    바인더 물질;
    로 이루어짐을 특징으로 하는 항균 특성을 갖는 유체 여과용 여과재.
  25. 제24항에 있어서, 상기 바인더 물질은 CoPET/PET 폴리에스터 파이버로 이루어짐을 특징으로 하는 항균 특성을 갖는 유체 여과용 여과재.


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