KR102261298B1

KR102261298B1 - 정수 필터용 카본블록 조성물 및 이를 포함하여 제조된 정수 필터용 카본블록

Info

Publication number: KR102261298B1
Application number: KR1020200075380A
Authority: KR
Inventors: 김민호; 이진실
Original assignee: 코코넛필터 주식회사
Priority date: 2020-06-21
Filing date: 2020-06-21
Publication date: 2021-06-07

Abstract

본 발명은 정수 필터용 카본블록 조성물 및 이를 포함하여 제조된 정수 필터용 카본블록에 관한 것이다.
본 발명의 정수 필터용 카본블록 조성물은, 활성탄, 금속산화물 과립물, 초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE)을 포함하되, 상기 금속산화물 과립물은 철옥시수산화물(FeOOH)분말, 티타늄산화물(TiO₂)분말, 영가철(Fe⁰)분말 및 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)을 포함하는 것이 특징이다.
본 발명에 의해, 물 속에 존재하는 중금속 또는 염소소독 부산물 등을 흡착 제거하는 금속산화물을 포함하는 정수 필터용 카본블록 조성물 및 이를 포함하여 제조된 정수 필터용 카본블록이 제공된다.

Description

정수 필터용 카본블록 조성물 및 이를 포함하여 제조된 정수 필터용 카본블록{Carbon Block composition for Filter of water purifier and Carbon Block for Filter of water purifier manufactured by comprising the same}

본 발명은 정수 필터용 카본블록 조성물 및 이를 포함하여 제조된 정수 필터용 카본블록에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 금속산화물을 포함하는 정수 필터용 카본블록 조성물 및 이를 포함하여 제조된 정수 필터용 카본블록에 관한 것이다.

통상 정수기는 불순물을 제거하기 위해 고분자 침전필터, 활성탄 필터, 고분자 중공사 또는 세라믹 필터의 단독 혹은 이들을 조합한 다수의 필터를 사용한다.

그 중 활성탄 필터는 수돗물에 함유된 철, 녹 및 유기물 등의 각종 불순물 여과, 세균의 살균, 바이러스의 비활성화 등의 기능을 수행하며, 이러한 상기 활성탄으로는 입상 활성탄이나 활성탄분말을 바인더와 혼합한 후 압출성형 또는 압축성형하여 제조되는 카본 블록 등이 있다.

그러나 상기 입상 활성탄은 채널링 현상으로 인해 정수효율이 낮고, 압출성형방식으로 제조되는 카본 블럭은 녹는점이 80°이상에서 흐름성이 좋은 특징을 가지는 저분자량의 폴리에틸렌을 바인더로 사용함에 따라 활성탄의 흡착표면적이 바인더에 의해 막혀 기공의 조절이 힘들어 성능을 높이기 어려운 단점이 있다.

이에 이를 보완하고자 최근에는 여러 연구들이 시행되어 왔고, 등록특허공보 제10-0785686호에 고성능 카본블럭 필터의 제조방법이 개시되어 있는 것으로 이는분말활성탄 및 PE바인더, 섬유상 활성탄으로 조성된 주원료에 다양한 정수성능을 발휘하는 부원료를 골고루 혼합하는 원료 혼합공정과; 상기 혼합된 원료를 성형하여 카본블럭 필터를 제조하는 공정을 포함하여 구성되어져 있다.

최근에는 환경오염의 가중으로 중금속 등 다양한 오염물질을 제거하기 위해 상기 고성능 카본블럭 필터의 제조시, 분말활성탄, 바인더를 비롯하여 철, 티타늄, 알루미늄 등과 같은 금속산화물 및 탄산칼슘 등 다양하게 혼합된 원료를 금형에 충진하여 제조되는 것으로 공지되어 있다.

그러나, 상기와 같이 다양한 원료가 혼합되는 혼합물을 이송하여 금형에 충진할 경우 원료마다 각기 다른 물성과 비중차 등으로 인해 원료들이 유동되면서 층분리 등 불균일한 분포의 혼합물이 압축성형되면서 카본블럭의 성질이 부위별로 다르게 나타나기 쉽게 되며, 특히 접착제로 사용되는 폴리에틸렌(PE)계열 바인더 또한 불균일 분포상태가 되면서 카본블럭의 부위별 강도 및 비표면적의 편차를 발생시켜 필터의 성능을 저하시키게 되며, 여전히 바인더가 미세기공을 막고 비표면적을 감소시켜 압축성형 카본 블록의 흡착능력을 훼손시키는 등 문제점이 있다.

1. 등록특허공보 제10-0785686호'고성능 카본블럭 필터의 제조방법' 2. 공개특허공보 제10-2015-0076988호'카본블럭 및 이를 포함하는 카본필터'

본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해소하기 위하여 이루어진 것으로서, 바인더가 골고루 균일하게 혼합된 상태로 구성된 채 성형틀에 장입되어 성형이 이루어지므로 최소한의 바인더 사용으로 제품의 비표면적 훼손을 억제하여 필터의 성능을 향상시킬 수 있도록 초고분자량 폴리에틸렌과 분말 활성탄을 일정한 비율로 조성하여 적용하며, 물 속에 존재하는 중금속 또는 염소소독 부산물 등을 흡착 제거하는 금속산화물도 함께 적용하여 깨끗하고 좋은 물을 원하는 소비자의 욕구를 충족시킬 수 있는 정수 필터용 카본블록 조성물 및 이를 포함하여 제조된 정수 필터용 카본블록을 제공하는 것이 목적이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 정수 필터용 카본블록 조성물은, 활성탄, 금속산화물 과립물, 초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE)을 포함하되, 상기 금속산화물 과립물은 철옥시수산화물(FeOOH)분말, 티타늄산화물(TiO₂)분말, 영가철(Fe⁰)분말 및 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)을 포함하는 것이 특징이다.

또한, 상기 정수 필터용 카본블록 조성물은 상기 활성탄 100중량부를 기준으로 상기 금속산화물 과립물 50~90중량부, 상기 초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE) 5~20중량부를 포함하는 것이 특징이다.

또한, 상기 금속산화물 과립물은 상기 철옥시수산화물(FeOOH)분말 20~50 중량%, 상기 티타늄산화물(TiO₂)분말 20~60 중량%, 상기 영가철(Fe⁰)분말 10~30 중량% 및 저밀도 폴리에틸렌(LDPE) 5~30 중량%를 포함하는 것이 특징이다.

또한, 상기 금속산화물 과립물은 70㎛ 내지 200㎛의 입자크기를 갖는 것이 특징이다.

또 다른 본 발명인 정수 필터용 카본블록의 제조방법은, 철옥시수산화물(FeOOH)분말, 티타늄산화물(TiO₂)분말, 영가철(Fe⁰)분말을 혼합하여 금속산화물을 제조하는 제1단계, 상기 금속산화물에 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)넣고 혼합한 다음, 과립형태로 성형한 후, 150~200℃에서 소성하여 금속산화물 과립물을 제조하는 제2단계, 활성탄분말, 상기 금속산화물 과립물, 초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE) 분말을 배합하여 정수 필터용 카본블록 조성물을 제조하는 제3단계 및, 상기 조성물을 금형에 투입하여 압축성형한 후, 270~300℃에서 소성한 다음 절단하여 카본블록을 제조하는 제4단계를 포함하는 것이 특징이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않는 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명에 의해, 물 속에 존재하는 중금속 또는 염소소독 부산물 등을 흡착 제거하는 금속산화물을 포함하는 정수 필터용 카본블록 조성물 및 이를 포함하여 제조된 정수 필터용 카본블록이 제공된다.

도 1은 본 발명의 실시예1에 따른 정수 필터용 카본블록의 제조방법을 나타내는 블럭도이다.
도 2는 본 발명의 실시예1에 따른 정수 필터용 카본블록의 중금속(비소, 망간) 제거능을 분석한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예1에 따른 정수 필터용 카본블록의 중금속(아연, 동) 제거능을 분석한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예1에 따른 정수 필터용 카본블록의 중금속(알루미늄) 제거능을 분석한 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예 및 실험예를 상세하게 설명하며, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

본 발명은 정수 필터용 카본블록이 관한 것으로써 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 정수 필터용 카본블록의 제조방법은 금속산화물 제조단계(S10), 금속산화물 과립물 제조단계(S20), 정수 필터용 카본블록 조성물 제조단계(S30), 카본블록 제조단계(S40)를 포함하는 것이 큰 특징인 바, 이를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

<본 발명인 정수 필터용 카본블록의 제조단계>

1. 제1단계: 금속산화물 제조단계(S10)

본 단계에서는 철옥시수산화물(FeOOH)분말, 티타늄산화물(TiO₂)분말, 영가철(Fe⁰)분말을 혼합하여 금속산화물을 제조하는 것이 특징이다.

설명하면, 상기 금속산화물은 금속염과 수산화기가 결합된 것으로써, 본 발명에서는 물 속에 존재하는 중금속 또는 염소소독 부산물 등을 흡착할 수 있는 흡착기능을 수행하는 것을 특징으로, 보다 상세하게는 물속에서 3가나 5가 형태인 H3AsO3, H2AsO4-, HAsO42- 등의 산소산 형태의 이온(Oxyanion) 형태로 존재하는 비소를 흡착할 수 있을 뿐만 아니라 수중 Pb. Cd, Hg, Fe, Al, Mn, Zn, Cu, As의 중금속 이온을 흡착 제거할 수 있는 효능을 갖는 것이 특징이다.

이에, 상기와 같은 효능을 나타내는 금속산화물을 제조하기 위해서는 반드시 하기와 같이 알려져 있는 3가지 물질을 일정비율로 혼합하여 포함해야 한다.

다시말해, 통상 정수 필터용 카본블록에는 활성탄을 이용하긴 하나, 이는 기공이 존재하여 이를 통해 공기 중의 질소 산화물이 물리적으로 흡착됨으로써 이산화질소를 제거할 수 있게 된다. 그러나 활성탄의 물리적 흡착만으로는 이산화질소외 중금속 이온 흡착능까지 나타내기에는 어려움이 있다.

따라서, 본 발명에서는 금속산화물 중에서도 철옥시수산화물(FeOOH)분말, 티타늄산화물(TiO₂)분말, 영가철(Fe⁰)분말로 구성된 금속산화물을 사용하여야지만 그 목적을 달성할 수 있게 된다.

여기서 상기 철옥시수산화물(FeOOH)은 철(Fe)이 수산화기(-OH)와 이온결합하고, 철(Fe)이 하나의 산소(O)와 이온결합 또는 공유결합하는 작용기를 포함하는 것으로써, 이는 수용성 화합물 형태로 물에 녹아 있을 중금속과 화학반응을 하면 물과 수산화이온이 발생됨과 동시에 중금속은 상기 철옥시수산화물과 강한 이온결합 또는 공유결합되어 중금속이 다시 물에 녹는것을 방지할 수 있게 된다.

상기 티타늄산화물(TiO₂)분말은 복수의 산소(O)가 하나의 티타늄(Ti)과 공유결합하는 작용기를 포함하는 것으로써, 이 역시 상기 철옥시수산화물과 같이 수용성 화합물 형태로 물에 녹아 있을 중금속과 화학반응을 하여 중금속은 상기 티타늄산화물과 강한 공유결합되어 중금속이 다시 물에 녹는것을 방지할 수 있게 된다.

상기 영가철(Fe⁰)분말은 원자가가 영으로 되는 철원소를 의미하는 것으로써, 처리대상수와 영가철이 접촉하면서 처리대상수 중의 오염물질이 영가철의 강력한 산화력에 의해 환원되면서 오염물질이 제거된다. 가령, 영가철이 산화되면서 (-)이온 형태의 오염물질이 환원되어 제거될 수 있다

이렇게 구성된 상기 철옥시수산화물, 티타늄산화물, 영가철은 비표면적이 반응속도에 미치는 영향이 크기 때문에 1nm~100nm의 입자크기를 갖는 분말 형태로 이루어진 것을 사용하는 것이 바람직하다.

다시말해, 이는 중금속을 흡착하는데 있어 더 많이 표면에 노출되도록 하여 흡착면적을 증가시킴과 동시에 활성탄 기공을 막지 않도록 하기 위한 것으로써, 1nm미만의 입자크기를 갖는 경우 오히려 활성탄 기공이 막혀 흡착능을 떨어뜨릴 우려가 있게 되며 100nm를 초과할 경우에는 중금속 흡창능이 다소 떨어질 우려가 있게 된다.

2. 제2단계: 금속산화물 과립물 제조단계(S20)

본 단계에서는 상기 금속산화물에 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)넣고 혼합한 다음, 과립형태로 성형한 후, 150~200℃에서 소성하여 금속산화물 과립물을 제조하는 것이 특징이다.

설명하면, 상기와 같이 3가지 물질이 혼합되어 있는 금속산화물은 하기와 같이 활성탄과의 골고루 배합되도록 하기 위해서는 상기 금속산화물은 과립형태로 이루어져야 한다.

다시말해, 상기와 같이 다양한 원료가 혼합되는 혼합물을 이송하여 금형에 충진할 경우 원료마다 각기 다른 물성과 비중차 등으로 인해 원료들이 유동되면서 층분리 등 불균일한 분포의 혼합물이 압축성형되면서 카본블럭의 성질이 부위별로 다르게 나타나기 쉽게 된다. 따라서, 이를 방지하기 위해서 하기 활성탄과의 배합 전에 먼저 금속산화물을 과립형태로 제조하는 것이다.

이에 상기 금속산화물에 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)를 넣고 혼합한 다음 이를 과립형태로 성형해야하는데, 여기서 상기 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)은 바인더의 역할을 하는 것으로써 상기 철옥시수산화물, 티타늄산화물, 영가철을 서로 연결하고 하기 금속산화물 과립물의 강성을 확보할 수 있도록 부가된 물질로써, 그 중량평균분자량은 30만~50만 g/mol로 이루어진 것이 특징이다. 다시 말해, 본 단계에서는 금속산화물의 재료들을 쉽게 접착함과 동시에 상기 금속산화물 재료들이 활성탄의 미세기공을 통해 물과 함께 빠져나가지 않도록 하는 것이 중요하다.

이에, 상기 저밀도 폴리에틸렌과 금속산화물을 혼합하여 과립형태로 성형하는 것이 중요하며, 이렇게 형성된 상기 금속산화물 과립물은 70㎛ 내지 200㎛의 입자크기를 갖는 것이 중요하다. 이는 중금속 제거성능이 보장되도록 함과 동시에 탁도발생을 방제할 수 있는 크기인 것으로써, 이를 통해 150~200m²/g의 비표면적을 가질수 있게 되어 카본블록의 흡착능력을 증가시킬 수 있게 되는 것이다.

또한, 상기 저밀도 폴리에틸렌은 130℃에서 녹기 시작하여 200℃ 내외에서 열처리를 하며, 흐름성이 좋아서 쉽게 금속산화물 재료들을 접착할 수 있게 된다.

이에 반면, 초고분자량 폴리에틸렌은 일반적으로 180℃에서 녹기 시작해서 실제 내부 건조온도가 270℃인 점, 그리고 녹더라도 흐름성이 없는 바 금속산화물 재료를 접착하는데는 어려움이 있는 바, 본 단계에서는 저밀도 폴리에틸렌을 적용하는 것이 중요하다.

이렇게 구성된 상기 재료들은 상기 금속산화물 과립물 전체 중량을 기준으로 철옥시수산화물(FeOOH)분말 20~50 중량%, 상기 티타늄산화물(TiO₂)분말 20~60 중량%, 상기 영가철(Fe⁰)분말 10~30 중량% 및 저밀도 폴리에틸렌(LDPE) 5~30 중량%를 포함되는 것이 특징이다.

다시말해, 상기 철옥시수산화물 분말, 상기 티타늄산화물 분말 그리고 상기 영가철 분말은 물속에 녹아 있는 중금속을 제거하기 위해 적용된 것으로써 그 비율이 상기 비율보다 커지게 되면 중금속 제거성능은 증가되지만, 정수 유량이 감수될 수 있게 된다. 반면, 상기 철옥시수산화물 분말과 상기 티타늄산화물 분말의 비율이 상기 비율보다 작아지면 반대로 정수 유량은 증가되지만, 중금속 제거능이 감소될 수 있다. 또한, 상기 영가철 분말의 함량은 증가할수록 필터의 강도는 증가하지만 기공률은 감소함에 따라 필터로써의 역할을 하기 어렵게 된다.

상기 저밀도 폴리에틸렌은 5 중량%미만으로 함유될 경우에는 금속산화물 과립물의 강성확보가 어렵게 되며 30 중량%를 초과할 경우에는 상기 철옥시수산화물 분말과 상기 티타늄산화물 분말, 그리고 상기 영가철의 비율이 지나치게 낮아서 필터 역할을 제대로 수행하지 못하게 되게 된다.

이렇게 구성된 상기 금속산화물 과립물은 상기 저밀로 폴리에틸렌을 통해 금속산화물을 구성하는 각 재료들이 결합되어 있긴 하나 이들의 강성을 갖도록하기 위해서는 반드시 소성과정을 거쳐야 한다.

이에, 금속산화물의 재료들의 손상없이 과립형태를 이루면서 강성을 갖도록 하기 위해 150~200℃에서 소성과정을 거치는 것이 적합하다.

3. 제3단계: 정수 필터용 카본블록 조성물 제조단계(S30)

본 단계에서는 활성탄분말, 상기 금속산화물 과립물, 초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE) 분말을 배합하여 정수 필터용 카본블록 조성물을 제조하는 것이 특징이다.

설명하면, 활성탄분말은 정수의 맛을 개선하는 역할을 하는 물질로써, 통상 일산화탄소나 암모니아와 같은 끓는점이 낮은 성분의 흡착에 대해서는 낮은 성능을 나타내는 한편, 이산화질소 제거 성능은 높은 것으로 알려져 있다.

이러한 활성탄 분말의 종류로는 여러가지가 있으며, 특별히 한정하는 것은 아니나, 바람직하게는 목재, 갈탄, 무연탄 및 야자껍질 등의 원료로부터 제조된 것으로써 입도 30~325mesh, 비표면적 500~2400㎡/g인 것을 사용하는 것이 좋다.

상기 초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE) 분말은 상기 활성탄분말과 상기 금속산화물 과립물을 결속시켜주는 바인더 역할을 하는 물질로써, 본 단계에서는 상기 바인더로 인해 기존 정수필터 사용시 막힘현상을 해소해주기 위해 초고분자량 폴리에틸렌 분말을 사용하는 것이 큰 특징이다.

다시말해, 기존에 사용된 저밀도 폴리에틸렌이나 고밀도 폴리에틸렌은 불균일 분포상태가 되면서 카본블럭의 부위별 강도 및 비표면적의 편차를 발생시켜 필터의 성능을 저하시키게 되며, 여전히 바인더가 미세기공을 막고 비표면적을 감소시켜 압축성형 카본 블록의 흡착능력을 훼손시키는 등 문제점이 있었다.

이에, 본 발명에서는 초고분자량 폴리에틸렌분말을 사용하여 상기 문제점을 해결하는 것으로써, 이러한 상기 초고분자량 폴리에틸렌 분말은 중량평균분자량이 90만~100만g/mol로 이루어진 것으로써, 그 함량이 5 중량부 미만으로 함유될 경우에는 필터의 기계적 물성이 저하되며, 20 중량부를 초과하게 되면 비표면적이 감소하게 된다.

다시말해, 초고분자량 폴리에틸렌은 180℃에서 녹기 시작해서 실제 내부 건조온도가 270℃ 정도에서 열처리되고 또 녹더라도 흐름성이 없어 활성탄 및 금속산화물 과립물의 표면 훼손없이 접착시켜주는 특징이 있는 바, 본 단계에서는 반드시 초고분자량 폴리에틸렌을 적용하는 것이 바람직하다.

또한, 조성물 전체 중량을 기준으로 상기 활성탄 100중량부를 기준으로 상기 금속산화물 과립물 50~90중량부, 상기 초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE) 5~20중량부를 포함하는 것이 중금속 또는 염소소독 부산물 등을 흡착 제거능이 가장 우수함과 동시에 물 속의 미네랄을 보전하는 성능을 갖어 물 맛을 좋게 하는 정수 필터용 카본블록을 제조할 수 있게 된다.

이는 상기 금속산화물 과립물의 함량이 50 중량부미만으로 함유될 경우에는 중금속 제거능이 떨어지고 90 중량부를 초과하게 되면 상대적으로 활성탄의 함량이 적게 함유되어 정수필터로써의 제 기능을 하기 어렵게 되기 때문이다.

또한, 상기 초고분자량 폴리에틸렌의 함량이 5 중량부 미만으로 함유될 경우에는 결합력이 떨어지게 되며 20 중량부를 초과하게 될 경우에는 보다 상승된 강성을 얻을 수 있는게 아니며 상대적으로 상기 활성탄 및 상기 금속산화물 과립물의 함량이 적게 함유되어 정수 및 중금속 필터로써의 제 기능을 하기 어렵게 되기 때문이다.

4. 제4단계: 정수 필터용 카본블록 제조단계(S40)

본 단계에서는 상기 조성물을 금형에 투입하여 압축성형한 후, 270~300℃에서 소성한 다음 절단하여 카본블록을 제조하는 것이 특징이다.

설명하면, 상기 조성물은 강성을 구비하여 필터로써의 사용을 가능하게 하기위해서는 일정의 강성을 갖도록 해야 하며, 이를 위해서는 반드시 소성과정을 거쳐야 한다.

이에, 상기 재료들의 손상없이 필터로써의 재역할을 하기 위해서는 상기 조성물을 성형한 후 270~300℃에서 소성과정을 거쳐 최종 카본블록을 제조하는 것이 가장 적합하다.

이하에서는 실시예 및 실험예를 들어 본 발명에 관하여 더욱 상세하게 설명할 것이나, 이들 실시예 및 실험예는 단지 설명의 목적을 위한 것으로 본 발명의 보호 범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.

<실시예 1> 정수 필터용 카본블럭1 제조

① 10nm의 입자크기를 갖는 철옥시수산화물(FeOOH)분말 35 중량%, 10nm의 입자크기를 갖는 티타늄산화물(TiO₂)분말 30 중량%, 10nm의 입자크기를 갖는 영가철(Fe⁰)분말 20 중량%를 혼합하여 금속산화물을 제조한 후, 여기에 중량평균분자량은 30만 g/mol인 저밀도 폴리에틸렌 15 중량%를 넣고 교반한 다음 이를 180℃에서 소성하여 100㎛의 과립형태로 성형된 금속산화물 과립물을 제조하였다.

② 그 다음 입도 약 120mesh, 비표면적 약 1100㎡/g인 활성탄분말과, 상기 금속산화물 과립물, 그리고 중량평균분자량은 90만 g/mol인 초고분자량 폴리에틸렌을 5;4;1의 중량비로 교반기에 투입하여 교반하여 정수 필터용 카본블록 조성물을 만든 후, 이를 금형에 투입하여 압축성형한 후, 270℃에서 소성한 다음 원하는 규격으로 절단하여 정수 필터용 카본블록1을 제조하였다.

<비교예 1> 정수 필터용 카본블럭2 제조

상기 실시예 1과 같은 방법으로 제조하되, 10nm의 입자크기를 갖는 철옥시수산화물(FeOOH)분말 5 중량%, 10nm의 입자크기를 갖는 티타늄산화물(TiO₂)분말 5 중량%, 10nm의 입자크기를 갖는 영가철(Fe⁰)분말 50 중량%를 혼합하여 금속산화물을 제조한 후, 여기에 중량평균분자량은 30만 g/mol인 저밀도 폴리에틸렌 40 중량%를 넣고 교반한 다음 이를 180℃에서 소성하여 300㎛의 과립형태로 성형된 금속산화물 과립물을 제조하고 이 제조된 금속산화물 과립물을 적용하여 정수 필터용 카본블럭2를 제조하였다.

<비교예 2> 정수 필터용 카본블럭3 제조

① 10nm의 입자크기를 갖는 철옥시수산화물(FeOOH)분말 35 중량%, 10nm의 입자크기를 갖는 티타늄산화물(TiO₂)분말 45 중량%, 10nm의 입자크기를 갖는 영가철(Fe⁰)분말 20 중량%를 넣고 교반하여 금속산화물을 제조하였다.

② 그 다음 입도 약 120mesh, 비표면적 약 1100㎡/g인 활성탄분말과, 상기 금속산화물, 그리고 중량평균분자량은 90만 g/mol인 초고분자량 폴리에틸렌을 5:4:1의 중량비로 교반기에 투입하여 교반하여 정수 필터용 카본블록 조성물을 만든 후, 이를 금형에 투입하여 압축성형한 후, 270℃에서 소성한 다음 원하는 규격으로 절단하여 정수 필터용 카본블록3을 제조하였다.

<비교예 3> 정수 필터용 카본블럭4 제조

상기 실시예 1과 같은 방법으로 제조하되, 상기 정수 필터용 카본블럭 조성물 제조시 중량평균분자량은 90만 g/mol인 초고분자량 폴리에틸렌 대신 중량평균분자량은 30만 g/mol인 저밀도 폴리에틸렌을 적용하여 정수 필터용 카본블럭4를 제조하였다.

<실험예 1> 압축강도 측정 및 특성확인

상기 실시예 1 및 비교예1 내지 3에서 얻어진 카본 블록에 대해 압축강도를 측정하였으며, 그 결과를 하기의 표 1에 나타내었다.

압축강도측정은 텐실론 RTC-1210A 압축시험기(주식회사 오리엔텍 제조)를 사용하여 시험속도 3mm/min으로 진행하였으며, 각 카본 블록들에 대해 각각 10회씩 진행하고 그 평균값을 나타내었다.

구분	실시예1	비교예1	비교예2		비교예3
압축강도(kgf)	25.6	20.6	16.5		14.4

상기 표 1 및 표 2를 통해 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 실시예 1의 카본 블록의 경우에는 25.6kgf의 압축강도를 나타내는 것으로써 각 재료들이 균일하게 분포되어 있는 상태로 압축성형됨을 확인하였으며, 비표면적 편차도 적어 필터 성능도 매우 높을 것으로 기대된다. 이는 하기 중금속 함량 측정에서 뒷받침 된다.

이에 반면, 비교예1의 카본 블록의 경우에는 20.6 kgf의 압축강도를 나타내는 것으로써, 과립물의 상대적으로 커서 상대적으로 저밀도 폴리에틸렌의 함량이 과도하게 첨가됨에 따라 저밀도 폴리에틸렌과 금속산화물이 균일하게 분산되지 않은 상태로 압축성형됨을 알 수 있었다. 또한 활성탄보다 입자가 커서 밀도가 낮아지고 틈새가 커져서 통수량이 증가함에 따라 여과율이 저하됨을 확인하였다.

비교예 2의 카본 블록의 경우에도 16.5 kgf의 압축강도를 나타내는 것으로써, 금속산화물 자체의 크기가 나노사이즈 그대로로 이용되다보니, 그 크기가 너무 작고, 초고분자 폴리에틸렌을 적용하였다고 하더라도 이는 유동성이 나빠서 상기 금속산화물에 접착이 잘 안되는 문제가 발생됨을 확인하였다. 이에 나노사이즈의 상기 금속산화물이 활성탄의 미세기공보다 작아서 활성탄의 미세기공을 통해 물과 함께 빠져나가는게 많다보니 상기 금속산화물의 성능발휘가 되지 않으며, 이또한 카본 블록 자체가 재료들의 균일성 없이 성형되다 보니 그 강도가 매우 낮음을 알 수 있었다.

비교예 3의 카본 블록의 경우에도 14.4 kgf의 압축강도를 나타내는 것으로써, 이 역시 적용된 바인더인 저밀도 폴리에틸렌의 흐름성이 좋아 오히려 활성탄 표면이 코팅되면서 필터 자체의 비표면적이 훼손되고 그로 인해, 통수량이 증가함에 따라 여과율이 저하됨을 확인하였다.

<실험예 2> 중금속 함량 측정

상기 실험예 1의 결과를 토대로 실시예 1의 카본블록을 대상으로 중금속 5종에 대해 제거능을 확인하기 위해 한국건설생활환경시험연구원에 의뢰하여 그 효능을 입증받았다.

그 결과, 도 2 내지 4에 나타나 있듯이 제거율 기준이 90％인 비소는 100%의 제거능을, 제거율 기준이 80％인 망간은 93~94%의 제거능을, 제거율 기준이 70％인 아연은 100%의 제거능을, 제거율 기준이 70％인 동은 100%의 제거능을, 제거율 기준이 80％인 알루미늄은 100%의 제거능을 나타냄을 확인하였다.

이와 같이 본 발명에 의해, 물 속에 존재하는 중금속 또는 염소소독 부산물 등을 흡착 제거하는 성능을 갖는 정수 필터용 카본블록을 제공할 수 있게 됨을 알 수 있다.

상기에서는 본 발명에 따른 정수 필터용 카본 블록 제조방법의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고, 청구범위 및 발명의 설명, 첨부한 도면의 범위내에서 여러가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고, 이 또한 본 발명의 범위내에 속한다.

Claims

활성탄, 금속산화물 과립물, 초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE)을 포함하되,
상기 금속산화물 과립물은 철옥시수산화물(FeOOH)분말 20~50 중량%, 티타늄산화물(TiO₂)분말 20~60 중량%, 영가철(Fe⁰)분말 10~30 중량% 및 저밀도 폴리에틸렌(LDPE) 5~30 중량%를 포함하는 것이 특징인,
정수 필터용 카본블록 조성물.
청구항 1에 있어서,
상기 정수 필터용 카본블록 조성물은 상기 활성탄 100중량부를 기준으로 상기 금속산화물 과립물 50~90중량부, 상기 초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE) 5~20중량부를 포함하는 것이 특징인,
정수 필터용 카본블록 조성물.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 금속산화물 과립물은 70㎛ 내지 200㎛의 입자크기를 갖는 것이 특징인,
정수 필터용 카본블록 조성물.
철옥시수산화물(FeOOH)분말, 티타늄산화물(TiO₂)분말, 영가철(Fe⁰)분말을 혼합하여 금속산화물을 제조하는 제1단계;
상기 금속산화물에 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)넣고 혼합한 다음, 과립형태로 성형한 후, 150~200℃에서 소성하여 금속산화물 과립물을 제조하는 제2단계;
활성탄분말, 상기 금속산화물 과립물, 초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE) 분말을 배합하여 정수 필터용 카본블록 조성물을 제조하는 제3단계 및,
상기 조성물을 금형에 투입하여 압축성형한 후, 270~300℃에서 소성한 다음 절단하여 카본블록을 제조하는 제4단계;를 포함하는,
정수 필터용 카본블록의 제조방법.
상기 청구항 5의 제조방법에 의해 제조되는,
정수 필터용 카본블록.