KR102338991B1 - 석탄계 분말활성탄을 이용한 액상활성탄의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 석탄계 분말활성탄을 이용한 액상활성탄의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 석탄계의 분말활성탄 10~25wt%와 물 75~90wt%를 혼합하여 제조하되, 제조사의 제조탱크에서 탱크로리로 옮겨 담아 운반하면서 현장의 저장탱크에 담아 보관하였다가 모터로 펌핑하여 공급관을 통해 자동 살포가 가능하고, 보관과 운반시 분말활성탄의 누출을 차단할 수 있으며, 자동살포시 분말활성탄의 비산에 의한 작업자와 작업환경의 오염을 완벽하게 예방할 수 있도록 구성되는 석탄계 분말활성탄을 이용한 액상활성탄의 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.
그리고, 상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 석탄계 분말활성탄 10~25wt%와 물 75~90wt%로 조성되어 제조되는 것을 특징으로 하는 미반응카본을 이용한 액상활성탄의 제조방법을 제공하게 된다.
이상과 같이 구성되는 본 발명은 액상활성탄의 운반, 보관, 살포시 석탄계 분말활성탄이 주위로 또는 작업자에게 비산되거나 폐수의 수면에 부유되는 등의 문제를 완벽하게 해소할 수 있고, 이로부터 작업자의 작업환경을 현저히 개선할 수 있는 동시에 석탄계 분말활성탄에 의한 환경오염을 원천적으로 차단할 수 있을 뿐만 아니라 정수효율 및 작업생산성을 크게 향상시킬 수 있는 등의 효과를 제공하게 된다.

Description

석탄계 분말활성탄을 이용한 액상활성탄의 제조방법{MANUFACTURING METHOD OF LIQUID ACTIVE CARBON BY USE OF COAL POWDERED ACTIVATED CARBON}

본 발명은 석탄계 분말활성탄을 이용한 액상활성탄의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고형 무기물인 갈탄이나 역청탄, 무연탄, 토탄 등을 원료로 하는 석탄계 분말활성탄을 물과 일정비율로 배합되어 제조되는 석탄계 분말활성탄을 이용한 액상활성탄의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 석탄계 활성탄은 공극구조가 발달하여 강한 흡착성을 갖는 다공질의 탄소재로서, 채탄된 무연탄, 갈탄, 역청탄 등과 같은 석탄계 고형 무기물을 연소처리 후 발생되는 석탄재를 활성화제와 함께 건류하여 제조하게 된다.

그리고, 석탄계 활성탄은 분말상태와 입자상태에 따라 분말활성탄, 섬유상 활성탄, 입상 활성탄 등으로 분류되며, 탈취나 탈색, 유기화합물질과 같은 오염물질의 흡착제거 등에 다양하게 사용된다.

한편, 석탄계 분말활성탄은 그 형상 그대로 사용할 경우, 포장과 보관 그리고 운반시에 쉽게 누출 비산되고 작업자의 수작업에 의한 살포시에도 심하게 비산되어 작업자 및 작업환경을 오염시키면서 광범위한 환경오염을 유발하게 되며, 가벼운 분말입자가 표면장력에 의해 폐수면에 부유되면서 침강되지 않아 정수효율을 현저히 저하시키는 등의 사용상 치명적인 문제가 있다.

이러한 문제를 개선하기 위하여 종래에는 가수(加水)공정을 통해 석탄계 분말활성탄의 함수율을 높여서 분말활성탄의 자중을 보다 무겁게 제조함으로써 분말활성탄의 누출과 비산을 줄이고, 폐수에 살포된 분말활성탄의 침강속도를 높여서 정수효율을 향상시키도록 시도하고 있다.

그러나, 석탄계 분말활성탄은 그 함수율을 높여도 포장상태에서 보관과 운반시 여전히 누출되면서 작업자와 작업환경을 오염시키게 되고, 작업자가 분말활성탄을 담은 포대를 개봉하여 직접 살포하기 때문에 비산되는 분말활성탄에 작업자 뿐만 아니라 작업장 주위가 그대로 노출되면서 작업자가 기피하는 열악한 작업환경을 조성하게 된다.

본 출원인은 모터로 펌핑하여 제조사의 제조탱크에서 탱크로리로 옮겨 담아 운반하면서 현장의 저장탱크에 담아 보관하였다가 다시 모터로 펌핑하여 공급관을 통해 자동 살포가 가능함으로써 보관과 운반시 석탄계 분말활성탄의 비산에 의한 누출을 원천적으로 차단할 수 있고, 자동살포시에도 석탄계 분말활성탄의 비산에 의한 작업자와 작업장의 오염을 완벽하게 방지할 수 있는 액상활성탄을 제안하고자 한다.

등록특허공보 제10-1982529호(토양주입용 액상활성탄 제조방법) 공개특허공보 제10-2006-0109024호(석탄의 화학적 전처리와 2단 활성화에 의해 기공도를 조절한 활성탄 제조기술) 등록특허공보 제10-0516528호(활성탄과 그 제조방법) 등록특허공보 제10-1259517호(무연탄계 고 표면적 분말 활성탄을 제조하는 방법)

상기한 종래기술의 문제를 개선하기 위하여 본 발명은 석탄계의 분말활성탄 10~25wt%와 물 75~90wt%를 혼합하여 제조하되, 제조사의 제조탱크에서 탱크로리로 옮겨 담아 운반하면서 현장의 저장탱크에 담아 보관하였다가 모터로 펌핑하여 공급관을 통해 자동 살포가 가능하고, 보관과 운반시 분말활성탄의 누출을 차단할 수 있으며, 자동살포시 분말활성탄의 비산에 의한 작업자와 작업환경의 오염을 완벽하게 예방할 수 있도록 구성되는 석탄계 분말활성탄을 이용한 액상활성탄의 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 석탄계 분말활성탄 10~25wt%와 물 75~90wt%로 조성되어 제조되는 것을 특징으로 하는 석탄계 분말활성탄을 이용한 액상활성탄의 제조방법을 제공하게 된다.

이상과 같이 구성되는 본 발명은 액상활성탄의 운반, 보관, 살포시 석탄계 분말활성탄이 주위로 또는 작업자에게 비산되거나 폐수의 수면에 부유되는 등의 문제를 완벽하게 해소할 수 있고, 이로부터 작업자의 작업환경을 현저히 개선할 수 있는 동시에 석탄계 분말활성탄에 의한 환경오염을 원천적으로 차단할 수 있을 뿐만 아니라 정수효율 및 작업생산성을 크게 향상시킬 수 있는 등의 효과를 제공하게 된다.

이하에서는 바람직한 실시예를 통해 본 발명을 구체적으로 설명하기로 한다.

일반적으로, 석탄계 분말활성탄은 보관중 또는 운송중에도 쉽게 노출되어 주위를 오염시키게 되고, 작업자가 현장에서 수작업으로 살포할 경우 바람이 없어도 광범위하게 비산되어 주위의 환경을 오염시키는 동시에 열악한 작업환경을 조성함으로써 작업의 생산성을 저하시키게 되고, 폐수의 수면위에 그대로 부유되어 침강되지 못함으로써 용해속도(친수성)가 현저히 떨어지면서 흡착효율의 저하를 유발하는 등의 사용상 치명적인 문제가 있다.

따라서, 본 발명에 따른 액상활성탄은 상기와 같은 석탄계 분말활성탄의 사용상 문제를 개선하기 위해 개발된 것으로, 석탄계 분말활성탄과 물을 일정 중량비로 혼합하여 제조하도록 구성되어 있다.

이때, 본 발명에 따른 액상활성탄은 석탄계 분말활성탄 10~25wt%와 물 90~75wt%의 혼합비율로 혼합하여 제조하도록 구성되어 있는데, 석탄계 분말활성탄이 10wt%미만으로 조성되면 활성탄의 효과, 특히 폐수의 탈색효과와 흡착침전에 의한 COD제거력이 현저히 저하되는 문제가 있다.

그리고, 본 발명에 따른 액상활성탄에서 분말활성탄이 25wt%를 초과하여 혼합될 경우, 분말활성탄의 입자가 서로 강한 인력으로 접착되면서 액상활성탄의 유동성이 겔(gel)상태처럼 현저히 떨어지게 되고, 결국 공급관을 통한 모터의 펌핑(pumping)이 불가능하여 액상활성탄의 이송이나 자동 살포를 할 수 없는 사용상 치명적인 문제가 발생된다.

[실험예1] 하수오폐수의 처리실험

부산시 동래구 온천천남로 185 소재한 수영하수처리장에서 수거한 하수오폐수(원수)를 6개의 수조에 350㎖씩 나누어 담은 후, 상기 실시예1 내지 4와, 비교예1,2의 각 액상활성탄을 원수가 담긴 6개의 수조에 각각 50㎖씩 투입하여 원수를 처리하였다.

상기 실시예1 내지 4와, 비교예1 및 비교예2의 각 액상활성탄에 의한 흡착의 성능실험은 상온에서 동일하게 진행하여 6개의 수조에 담긴 원수의 성상변화를 억제한 상태에서 실시하였다.

이때, 색도 737 그리고 COD 1,016ppm으로 측정된 원수 350㎖가 각각 담긴 6개의 수조에 각각 실시예1 내지 4와, 비교예1,2의 각 액상활성탄 50㎖를 투입 처리한 후, 자 테스터(Jar Tester)를 이용하여 30분씩 교반한 다음, 40분간 정치한 후 각 수조의 상등액을 분석용 시료로 사용하여 색도와 COD(ppm)를 측정하였고, 하기 표 1과 같은 처리결과를 얻었다.

석탄계 분말활성탄의 함량(wt%)에 따른 각 액상활성탄의 원수처리결과비교

	원수	비교예1	실시예1	실시예2	실시예3	실시예4	비교예2
처리에 사용된 액상활성탄	-	석탄계 분말활성탄 9wt%의 액상활성탄	석탄계 분말활성탄 10t%의 액상활성탄	석탄계 분말활성탄 16wt%의 액상활성탄	석탄계 분말활성탄 19wt%의 액상활성탄	석탄계 분말활성탄 25wt%의 액상활성탄	석탄계 분말활성탄 26wt%의 액상활성탄
색도	737	689	563	511	474	438	406
COD(ppm)	1,014	926	669	602	576	521	448
수조의 원수상태

상기 표 1에서는 석탄계 분말활성탄의 함량(wt%)에 따른 각 액상활성탄에 의한 원수의 처리결과를 나타내고 있다.여기서, 상기 표 1을 살펴보면, 비교예1은 원수를 석탄계 분말활성탄 9wt%의 액상활성탄으로 처리하여 원수의 색도를 737에서 689로 낮추면서 COD를 1,014ppm에서 926ppm으로 낮추어 색도 6.5%와 COD 8.7%의 저조한 처리효율을 나타냈지만, 실시예1은 원수를 석탄계 분말활성탄 10wt%의 액상활성탄으로 처리하여 원수의 색도를 737에서 563로 낮추면서 COD를 1,014ppm에서 669ppm으로 낮춤으로써 색도 23.6%와 COD 34.0%의 현저히 향상된 처리효율을 나타내었다.

이때, 비교예1과 실시예1을 대비해 보면, 상기 표 1에서 수조의 원수상태를보아도 알 수 있듯이, 비교예1에서는 석탄계 분말활성탄에 의한 흡착효과가 떨어져 수조의 원수가 최초의 원수와 비교하여 별반 차이가 없어 보이지만, 실시예1에서는 분말활성탄의 흡착에 의해 원수에 대한 탈색효과와 특히 COD제거효과가 비교예1에 비해 현저히 개선되어 비교예1의 수조의 원수와 달리 수조의 원수가 보다 맑은 상태를 나타내고 있음을 확인할 수 있었다.

결국, 비교예1에서와 같은 석탄계 분말활성탄 9wt%의 액상활성탄은 원수에 대한 색도와 COD의 처리효율이 떨어져 활성탄으로서의 정상적인 흡착성능이 발현되지 못함으로써 실용성 내지 경제성 등이 없음을 확인할 수 있었고, 반면에 실시예1에서와 같은 석탄계 분말활성탄 10wt%의 액상활성탄은 원수에 대한 색도와 COD의 처리효율이 비교예1에 비해 현저히 높고 정상적인 흡착성능을 발현함으로써 활성탄으로서의 실용성이 입증되었다.

나아가서, 상기 표 1의 실시예2 내지 실시예5 그리고 비교예2를 살펴보면, 원수를 처리하는 액상활성탄에서 석탄계 분말활성탄의 함유량이 16wt%,19wt%,25wt%,26wt%로 증가함에 따라 원수에 대한 색도와 COD의 처리효율이 30.7%/40.6%,35.7%/43.2%,40.57%/48.6%,44.9%/55.8%로 점차 향상됨을 알 수 있고, 이로부터 본 발명에 따른 액상활성탄은 석탄계 분말활성탄의 함유량이 10wt%이상에서 석탄계 분말활성탄의 함유량이 증가할수록 활성탄으로서의 원수에 대한 색도와 COD의 처리효율 또한 점차 향상됨을 확인할 수 있었다.

[실험예2] 액상활성탄의 점도실험

석탄계 분말활성탄의 함유량에 따른 액상활성탄의 점도비교

액상활성탄	점도	평평한 상태	경사진 상태
석탄계분말활성탄 21wt%를 함유한 액상활성탄	4
석탄계분말활성탄 25wt%를 함유한 액상활성탄	7
석탄계분말활성탄 26wt%를 함유한 액상활성탄	10

본 발명에 따른 액상활성탄에 대한 실험예2에서 순수한 물의 점도를 0으로 하고, 물과 석탄계 분말활성탄이 혼합된 액상활성탄이 겔(gel)상태에 이르면 그 점도를 10으로 평가하여 석탄계 분말활성탄의 함량(wt%)별로 액상활성탄의 점도를 상기 표 2와 같이 표시하였다.

이때, 상기 표 2는 석탄계 분말활성탄의 함유량에 따른 액상활성탄의 점도변화를 설명하고 있는데, A4용지 위에 석탄계 분말활성탄의 함유량을 달리하는 각 액상활성탄의 1스푼량씩을 떠서 올려놓은 후, A4용지의 평평한 상태와 경사진 상태를 유지하면서 액상활성탄의 점도를 관찰하였다.

이때, 석탄계 분말활성탄 21wt%를 함유한 액상활성탄은 점도 4의 액체로서, 스푼으로 떠서 올려놓자마자 A4용지의 평평한 면에서도 순간적으로 넓게 퍼지고, A4용지를 8°이하의 경사각을 이루도록 하여도 상기 표 2에 나타난 것처럼 경사면을 따라 쉽게 흘러내리는 상태를 이루고 있음을 알 수 있고, 이러한 점도의 유동성에서는 공급관을 통한 모터의 펌핑이 가능하여 제조사의 제조탱크에서 탱크로리로, 탱크로리에서 저장탱크로의 이송, 저장탱크에서의 자동살포가 가능하게 된다.

또한, 석탄계 분말활성탄 25wt%를 함유한 액상활성탄은 점도 7의 액체로서, 스푼으로 떠서 올려놓으면 A4용지의 평평한 면을 따라 서서히 사방으로 퍼지고, A4용지를 15°이상의 경사각을 이루도록 하면 상기 표 2에 나타난 것처럼 경사면을 따라 서서히 흘러내리는 상태를 이루고 되며, 이러한 점도의 유동성에서는 다소 모터에 부하가 걸리지만 무리없이 공급관을 통한 모터의 펌핑이 가능하다.

그러나, 상기 표 1에서의 비교예2인 석탄계 분말활성탄 12wt%를 함유한 액상활성탄은 점도 10의 겔상태로써, 상기 표 2에서 알 수 있듯이 스푼으로 떠서 올려놓으면 자체 점성에 의해 A4용지의 평평한 면에서 퍼지지않고 처음상태가 그대로 유지되고, A4용지를 45°이상의 경사각을 이루도록 하여도 상기 표 2에 나타난 것처럼 급경사면을 따라 거의 흘러내리지 않는 고착상태를 이루고 있으며, 이러한 점도의 유동성에서는 공급관을 통한 모터의 펌핑살포가 전혀 불가능하다.

특히, 석탄계 분말활성탄을 함유하는 액상활성탄은 상기 표 1의 비교예2와 같이 석탄계 분말활성탄의 함량이 26wt%에 이르면 석탄계 분말활성탄의 입자간 인력이 급격히 증가하면서 서로 엉키게 되고, 이로 인해 겔상태를 형성하면서 점도 10에 이르게 된다.

이처럼 액상활성탄이 석탄계 분말활성탄에 의해 겔상태인 점도 10에 이르면 삽 등과 같은 도구를 이용하여 퍼서 살포하는 수작업은 가능하지만, 모터의 펌핑에 의한 공급관의 이송이 불가능하기 때문에 액상활성탄의 제조탱크에서 탱크로리에 옮겨 담을 수 없어 현장으로의 운반을 할 수 없고, 결국 비교예2는 그 자체가 액상활성탄으로서의 효용성 내지 실용성이 전혀 없다.

요컨대, 실험예1 및 표 1을 통해서 비교예1에서와 같은 석탄계 분말활성탄 9wt%의 액상활성탄은 원수에 대한 색도와 COD의 처리효율이 지나치게 낮아 활성탄으로서 그 실용성이 없음을 확인할 수 있고, 반면에 실시예1 내지 실시예4 그리고 비교예2에서와 같이 석탄계 분말활성탄 10wt%이상을 함유하는 액상활성탄은 원수에 대한 색도와 COD의 처리효율이 비교예1에 비해 현저히 높고 정상적인 흡착성능을 발현함으로써 활성탄으로서의 충분한 실용성이 입증되었다.

그러나, 실험예2 및 표 2를 통해서 비교예2에서와 같은 액상활성탄이 석탄계분말활성탄을 26wt%이상 함유할 경우, 석탄계 분말활성탄의 입자간 인력이 급격히 증가하면서 서로 엉키게 되고, 이때 액상활성탄은 자체의 점성에 의해 유동성을 잃은 겔상태를 이루게 됨을 확인할 수 있었고, 이로부터 석탄계 분말활성탄을 26wt%이상 함유하는 액상활성탄은 상기 표 1의 비교예2처럼 원수에 대한 색도와 COD의 처리효율이 월등히 우수함에도 불구하고 표 2의 사진처럼 점도 10의 겔상태를 이루면서 모터에 의한 펌핑이 불가능하여 액상활성탄으로서 전혀 효용성 및 실용성이 없음을 알 수 있었다.

요컨대, 본 발명에 따른 액상활성탄은 제조탱크에서 모터의 펌핑에 의해 탱크로리에 담아 운반하게 되고, 현장의 저장탱크에 담아 보관하였다가 모터로 펌핑하여 공급관을 통해 자동 살포하여 사용하게 되며, 이로부터 제조와 운반 그리고 보관시 분말활성탄의 누출을 완벽하게 차단할 수 있고, 자동살포시 분말활성탄의 비산에 의한 작업자와 작업환경의 오염을 원천적으로 예방할 수 있는 작용효과를 제공함에 그 기술적 특징이 있다.

이와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 이는 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도내에서 여러가지 변형이 가능함은 물론이다.

그러므로, 본 발명의 실질적인 범위는 상술된 실시예에 의해 한정되어져서는 안되며, 후술하는 청구범위 뿐만 아니라 청구범위와 균등한 구성에 의해 정해져야 함은 당연하다.

Claims (1)

1. 석탄계 분말활성탄 10~25wt%와 물 75~90wt%로 조성되어 제조되는 것을 특징으로 하는 석탄계 분말활성탄을 이용한 액상활성탄의 제조방법.