KR102505784B1 - 자연친화형 다공성 여재 및 이의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 왕겨 1 부피부 및 황토 1 내지 5 부피부, 1.6 내지 4.4 부피부, 또는 2 내지 4 부피부를 포함하는 혼합물의 소성물인 다공성 여재와, (A) 왕겨 1 부피부 및 황토 1 내지 5 부피부, 1.6 내지 4.4 부피부, 또는 2 내지 4 부피부를 혼합하는 1 차 혼합물 형성 단계; (B) 상기 1 차 혼합물 100 중량부 당 물 1 내지 50 중량부, 5 내지 30 중량부, 또는 10 내지 20 중량부를 혼합하는 2 차 혼합물 형성 단계; (C) 상기 2 차 혼합물을 성형하는 성형물 형성 단계; (D) 상기 성형물을 80 내지 120 ℃, 85 내지 115 ℃, 또는 90 내지 110 ℃ 에서 소성하여 1 차 소성물을 형성하는 저온 소성 단계; 및 (E) 상기 1차 소성물을 600 내지 900 ℃, 650 내지 850 ℃, 또는 700 내지 800 ℃ 에서 소성하여 2 차 소성물을 형성하는 고온 소성 단계;를 포함하는 다공성 여재의 제조방법에 대한 것이다.
Description
본 발명은, 자연친화형 다공성 여재 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 특히, 황토와 왕겨를 포함하는 혼합물의 소성물인 다공성 여재와 이의 제조방법에 관한 것이다.
하수 또는 오폐수 처리에 사용되는 여재는 처리수와 직접 접촉하면서 수질을 정화시키는 것으로 다양한 재료로 생산되고 있다.
이와 관련하여, 한국공개특허 제 10-2002-0003338 호는 황토, 점토, 백토 및 고령토로 이루어진 여재원료와 음식물 쓰레기, 유기성폐기물 또는 산업용폐기물로 이루어진 발포제로 구성되는 다공성 세라믹에 대하여 개시하고 있다. 그러나 유기성 폐기물, 산업용 폐기물, 음식물 쓰레기, 하수슬러지를 발포제로 사용할 경우 불순물이 새로운 환경오염원이 될 수 있으며 여재의 밀도가 물의 밀도 보다 낮아 구조물 틀을 사용하지 않을 경우 유실될 우려가 있다.
또한, 한국등록특허 제 10-1203696 호는 패각에 폴리에틸렌을 포함한 바인더를 혼합한 후 소성하여 세라믹 여재를 제조하는 방법에 대하여 개시하고 있다. 그러나 패각이 황토와 점착되지 않기 때문에 바인더로 폴리에틸렌 수지를 사용해야 하므로 소성 시 유해가스 및 완전 연소가 일어나지 않으며, 용융이 일어나 수중에 사용할 경우 미세 플라스틱으로 인한 환경 오염 발생 가능성이 있다.
또한, 한국등록특허 제 10-1917632 호는 내부가 비어있고 다수의 유통홀들이 형성된 구형의 합성수지 바디와, 이의 표면에 황토 분말 및 모래와 같은 무기재료를 부착하여 형성한 수처리용 여재에 대하여 개시하고 있다. 이는 비점오염 처리장치에 대하여 특수 차를 통한 역세척이 가능해 보이나 유지비용으로 인하여 활용도가 낮은 한계가 있다.
또한, 한국등록특허 제 10-1384176 호는 물유리와 광물성 재료에 발포제를 혼합하여 가압하여 제조한 수처리용 여재에 대하여 개시하고 있다. 그러나, 물유리의 주성분인 실리카 SiO2의 가격이 높고, 원재료에 공극률을 높일 수 있는 성분이 없어 발포제를 필요로 하며 물유리 여재의 특성상 물에 뜨기 때문에 수처리조가 별도로 필요하므로 활용에 제한이 있다.
또한, 한국등록특허 제 10-0614253 호는 황토와 볏짚을 혼합한 혼합물의 소성물인 다공성 흡착 여재에 대하여 개시하고 있다. 그러나 황토와 볏짚만을 혼합한 여재의 경우 겉보기 기공률이 충분하지 못하여 여재의 성능이 부족하고 수중에서 황토가 이탈되어 탁도를 증가시키는 한계점을 가지고 있다.
따라서 미세 플라스틱이 유포되어 환경오염을 유발시킬 우려가 없고 환경친화적이고 견고하며 성능이 향상된 새로운 여재의 개발이 필요한 실정이다.
본 발명의 다공성 여재는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 왕겨 1 부피부 및 황토 1 내지 5 부피부, 1.6 내지 4.4 부피부, 또는 2 내지 4 부피부를 포함하는 혼합물의 소성물 다공성 여재를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 (A) 왕겨 1 부피부 및 황토 1 내지 5 부피부, 1.6 내지 4.4 부피부, 또는 2 내지 4 부피부를 혼합하는 1 차 혼합물 형성 단계; (B) 상기 1 차 혼합물 100 중량부 당 물 1 내지 50 중량부, 5 내지 30 중량부, 또는 10 내지 20 중량부를 혼합하는 2 차 혼합물 형성 단계; (C) 상기 2 차 혼합물을 성형하는 성형물 형성 단계; (D) 상기 성형물을 80 내지 120 ℃, 85 내지 115 ℃, 또는 90 내지 110 ℃ 에서 소성하여 1 차 소성물을 형성하는 저온 소성 단계; 및 (E) 상기 1차 소성물을 600 내지 900 ℃, 650 내지 850 ℃, 또는 700 내지 800 ℃ 에서 소성하여 2 차 소성물을 형성하는 고온 소성 단계;를 포함하는 다공성 여재의 제조방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
본 발명은 또한 상기한 명확한 목적 이외에 이러한 목적 및 본 명세서의 전반적인 기술로부터 이 분야의 통상인에 의해 용이하게 도출될 수 있는 다른 목적을 달성함을 그 목적으로 할 수 있다.
본 발명의 다공성 여재는 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여,
왕겨 1 부피부 및 황토 1 내지 5 부피부, 1.6 내지 4.4 부피부, 또는 2 내지 4 부피부를 포함하는 혼합물의 소성물인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 혼합물은 톱밥, 볏짚, 우드칩, 또는 그 조합을 포함할 수 있다.
그리고, 상기 다공성 여재는 벌집구조의 공극을 형성할 수 있다.
그리고, 상기 혼합물은 톱밥, 볏짚, 또는 우드칩을 포함할 수 있다.
또한, 상기 황토의 평균 입자 크기가 4 mm 이하, 3 mm 이하, 2.6 mm 이하, 2 mm 이하, 또는 1 mm 이하일 수 있다.
그리고, 상기 다공성 여재는 겉보기 기공률이 40 내지 80 %, 50 내지 75 %, 또는 60 내지 70 %일 수 있다.
그리고, 상기 다공성 여재는 베타 쿼츠 결정형 실리카 골격을 포함할 수 있다.
그리고, 상기 다공성 여재는 수질 정화용 여재일 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 다공성 여재의 제조방법은,
(A) 왕겨 1 부피부 및 황토 1 내지 5 부피부, 1.6 내지 4.4 부피부, 또는 2 내지 4 부피부를 혼합하는 1 차 혼합물 형성 단계;
(B) 상기 1 차 혼합물 100 중량부 당 물 1 내지 50 중량부, 5 내지 30 중량부, 또는 10 내지 20 중량부를 혼합하는 2 차 혼합물 형성 단계;
(C) 상기 2 차 혼합물을 성형하는 성형물 형성 단계;
(D) 상기 성형물을 80 내지 120 ℃, 85 내지 115 ℃, 또는 90 내지 110 ℃ 에서 소성하여 1 차 소성물을 형성하는 저온 소성 단계; 및
(E) 상기 1차 소성물을 600 내지 900 ℃, 650 내지 850 ℃, 또는 700 내지 800 ℃ 에서 소성하여 2 차 소성물을 형성하는 고온 소성 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 단계 A는 왕겨 및 황토 혼합물에 톱밥, 볏짚, 우드칩, 또는 그 조합을 혼합할 수 있다.
그리고, 상기 단계 C는 압축 성형틀을 통해 성형물을 형성할 수 있다.
그리고, 상기 단계 C는 압출 또는 압착하여 성형물을 형성할 수 있다.
또한, 상기 단계 C 이후 단계 D 전에, 상기 성형물을 건조하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
그리고, 상기 성형물은 12 내지 36 시간, 20 내지 28 시간, 또는 22 내지 26 시간 동안 건조할 수 있다.
그리고, 상기 성형물은 열린 공간 및 간접광 환경에서 건조할 수 있다.
그리고, 상기 성형물은 15 내지 50 ℃, 18 내지 40 ℃, 또는 20 내지 30 ℃에서 건조할 수 있다.
그리고, 상기 단계 D는 1 내지 5 시간, 1.5 내지 4.5 시간, 또는 2 내지 4 시간 동안 소성할 수 있다.
또한, 상기 단계 D 이후 단계 E 전에, 상기 1 차 소성물을 20 내지 30 ℃, 22 내지 28 ℃, 또는 24 내지 26 ℃로 냉각하는 1 차 냉각 단계;를 더 포함할 수 있다.
그리고, 상기 1 차 냉각 단계는 상기 1 차 소성물을 1 내지 3 시간, 1.2 내지 2.8 시간, 또는 1.6 내지 2.4 시간에 걸쳐 서서히 냉각하는 것일 수 있다.
그리고, 상기 단계 E는 산소를 공급하여 완전 산화 조건 하에서 소성할 수 있다.
그리고, 상기 단계 E는 1 내지 5 시간, 1.5 내지 4.5 시간, 또는 2 내지 4 시간 동안 소성할 수 있다.
또한, 상기 단계 E 이후, 상기 2 차 소성물을 20 내지 30 ℃, 22 내지 28 ℃, 또는 24 내지 26 ℃로 냉각하는 2 차 냉각 단계;를 더 포함할 수 있다.
그리고, 상기 2 차 냉각 단계는 상기 2 차 소성물을 1 내지 3 시간, 1.2 내지 2.8 시간, 또는 1.6 내지 2.4 시간에 걸쳐 서서히 냉각하는 것일 수 있다.
본 발명에 따른 다공성 여재는 미세 플라스틱이 유포되지 않아 환경오염을 유발시킬 우려가 없는 환경친화적인 여재로서, 황토와 왕겨 혼합물을 소성하여 여재 표면에 대한 미생물막 형성이 용이하고 견고한 구조를 가져 수중에서의 황토 로스를 최소화할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 다공성 여재의 제조방법에 따르면 1 차 및 2 차 소성 과정을 통해 여재 내부까지 일정한 공극을 형성시킬 수 있어 수질 정화 능력이 매우 우수한 다공성 여재를 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 다양한 형태의 다공성 여재의 모습이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다공성 여재의 성능 평가를 위해 설계한 실내 인공 수로의 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예 및 비교예에 따른 다공성 여재의 수중에서의 황토 이탈 모습이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다공성 여재의 성능 평가를 위해 설계한 실내 인공 수로의 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예 및 비교예에 따른 다공성 여재의 수중에서의 황토 이탈 모습이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명한다.
다만, 아래는 특정 실시예들을 예시하여 상세히 설명하는 것일 뿐, 본 발명은 다양하게 변경될 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있기 때문에, 예시된 특정 실시예들에 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 본 발명은 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 하기의 설명에서는 구체적인 구성요소 등과 같은 많은 특정사항들이 설명되어 있는데, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐 이러한 특정 사항들 없이도 본 발명이 실시될 수 있음은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다 할 것이다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
그리고, 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 출원에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
본 출원에서, '포함하다', '함유하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 구성요소(또는 구성성분) 등이 존재함을 지칭하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 구성요소 등이 존재하지 않거나 부가될 수 없음을 의미하는 것은 아니다.
본 발명의 다공성 여재는 우수한 여재 성능을 갖는 환경친화적인 다공성 여재로서, 왕겨와 황토를 포함하는 혼합물의 소성물인 것을 특징으로 한다. 왕겨는 성분 중 약 20 %가 K, P, Ca, Mg, SiO2 등의 무기질로서, 미생물막 형성에 도움을 줄 수 있다. 따라서 여재에 오염수를 흘려 보내면 오염수가 여재의 공극 사이를 통과하면서 여재에 형성된 생물막에 의한 접촉작용, 생물 흡착작용, 생물산화에 의한 분해작용이 일어나 수질을 개선할 수 있다.
본 발명의 다공성 여재는 여재 형성 시 소성 과정에서 황토와 다량의 실리카가 함유된 왕겨의 친화력으로 견고한 골격을 가지게 된다. 특히 본 발명의 다공성 여재는 왕겨 1 부피부 및 황토 1 내지 5 부피부, 1.6 내지 4.4 부피부, 또는 2 내지 4 부피부를 포함하는 혼합물의 소성물로서, 왕겨의 부피부가 상기 범위를 초과할 경우 여재의 모양을 지지하지 못하고 쉽게 부서지는 현상이 나타날 수 있으며 성형물의 모양을 내기 어려울 수 있고, 반면에 황토의 부피부가 상기 범위를 초과할 경우 공극률이 감소되고 벌집구조 형성이 저하되어 여재의 성능이 감소될 수 있다.
본 발명의 다공성 여재는 벌집구조의 공극을 형성하는 것을 특징으로 할 수 있다. 본 발명의 다공성 여재는 실리카(SiO2)를 함유하는 황토와 왕겨를 포함한 혼합물의 소성물로서 소성된 여재 내부에 벌집구조의 실리카로 채워진 공극이 형성된다. 특히 왕겨의 무기질 성분 중 약 90 %는 실리카로서, 소성 시 벌집모양의 촘촘하고 일정한 공극을 형성하여 더 넓은 표면적에 미생물막을 형성시킬 수 있다. 본 발명에 있어서 왕겨는 다양한 벼 품종으로부터 유래된 것일 수 있으며 벼 품종에 제한되지 않는다.
또한, 벌집구조의 실리카 공극으로 인해 용존 산소와 공극의 실리카 간의 분자간 힘(Intermolecular force)으로 인하여 인력이 발생하여 여재 속에 산소가 잘 머무를 수 있다. 분자간 힘은 공유결합(covalent bond)이 아닌 비공유결합력(noncovalent force)으로 수소결합(hydrogen bonding), 반데르발스 상호작용(van der Waals interaction), 정전기적 인력(electrostatic attraction) 등을 들 수 있다. 특히 벌집구조 공극을 형성하는 실리카 중 Si와 수중 산소 사이의 유발쌍극자-쌍극자(induced dipole-dipole) 인력 또는 유발쌍극자-유발쌍극자(induced dipole-induced dipole) 인력이 발생하여 Si(δ+)와 O(δ-) 사이 인력이 형성될 수 있고 이를 통해 용존산소량(DO)이 증가할 수 있다. 용존산소량의 증가는 여재에 생물막을 잘 안착시키며 안착된 미생물에 적절하게 산소를 공급하여 유기물의 산화작용과 총질소(T-N) 및 총인(T-P)을 감소시키는 데 도움을 줄 수 있고, 충분히 형성된 생물막은 유기성 물질을 소모하므로 BOD 농도를 낮추는 데에도 유리하다. 또한, 여재의 공극이 필터 역할을 하여 부유물질(SS)을 감소시킬 수 있다.
한편 종래 황토를 이용한 수처리 여재의 경우 황토가 수중에서 이탈되어 물을 탁하게 하고 정화 성능도 저하되는 문제가 있었다. 그러나 본 발명은 황토가 왕겨를 통해 견고한 실리카 골격을 형성하도록 함으로써 상기의 문제점을 개선한 것으로, 수중에서의 황토 로스율을 최소화할 수 있으며 수처리 시에도 우수한 탁도를 유지할 뿐만 아니라 황토에 의해 형성되는 미생물막의 로스도 방지할 수 있어 우수한 수처리 효율을 유지시킬 수 있다.
본 발명에 있어 상기 황토의 평균 입자 크기는 4 mm 이하, 3 mm 이하, 2.6 mm 이하, 2 mm 이하, 또는 1 mm 이하인 고운 황토일 수 있고, 바람직하게는 2 mm 이하인 것이다. 이는 여재의 균일화 및 성형 시 편의성을 위한 것으로, 황토 입자의 크기가 다양할 경우 여재의 성분의 균일화가 어렵다. 황토 입자 크기가 상기 범위를 초과할 경우 성형 과정에서 성형물 형성 이탈 등의 부작용이 있을 수 있고, 왕겨와 골고루 섞이지 않아 균일한 벌집구조 형성을 방해하여 여재의 기능이 저하될 수 있다.
황토와 왕겨를 포함하는 상기 혼합물은 톱밥, 볏짚, 우드칩, 또는 그 조합을 더 포함할 수 있다. 이 경우 톱밥, 볏짚, 우드칩, 또는 그 조합은 왕겨 1 부피부에 대하여 0.3 부피부 이하, 0.2 부피부 이하, 또는 0.1 부피부 이하를 포함할 수 있다. 상기 범위 내의 함량의 톱밥, 볏짚, 우드칩, 또는 그 조합을 혼합물에 포함하여 소성시켜 여재를 제조할 수 있으며, 상기 범위 내의 함량을 포함할 경우 비용적, 공급적 측면에서 유리하면서도 여재의 성능을 최대한 유지할 수 있다. 그러나 톱밥, 볏짚, 우드칩, 또는 그 조합의 함량이 상기 범위를 초과할 경우 왕겨의 비율이 감소함에 따라 겉보기 기공율이 감소하여 여재의 표면적이 작아지며, 벌집구조의 네트워크 공극을 원활히 형성하지 못하여 여재의 성능이 감소될 수 있다.
본 발명의 다공성 여재는 겉보기 기공률이 40 % 이상, 50 % 이상, 또는 60 % 이상인 것일 수 있고, 40 내지 80 %, 50 내지 75 %, 또는 60 내지 70 %인 것을 특징으로 할 수 있다. 종래 황토에 볏짚만을 이용한 다공성 여재의 경우 겉보기 기공률이 낮아 여재의 성능이 낮았으나 본 발명의 경우 왕겨를 포함하여 겉보기 기공률을 현저히 향상시킨 것으로 보다 넓은 표면적에 미생물막을 효과적으로 형성할 수 있다.
본 발명의 다공성 여재는 수질 정화용 여재일 수 있으며, 특히 산업 및 축산폐수, 생활하수 등으로 발생되는 오염물질을 처리하는 오·하수 처리시설이나 비점오염 처리시설, 하천수·호소수의 등의 정화시설, 자연친화형 인공습지 등 다양한 하천 정화 공법이 적용된 시설에서 물리·화학적, 생물학적 수질 개선 여재로 사용될 수 있다.
본 발명의 다공성 여재는 수처리 여재로 사용 시 DO(Dissolved Oxygen, 용존산소량), BOD(Biochemical Oxygen Demand, 생화학적 산소 요구량), COD(Chemical Oxygen Demand, 화학적 산소 요구량), TOC(Total Organic Carbon, 총유기탄소), SS(Suspended Solids, 부유물질), T-N(총질소), 및 T-P(총인)의 측면에서 높은 처리효율을 나타내어 우수한 성능을 발휘할 수 있으나, 다른 산업 분야의 여과재로도 응용될 수 있음은 물론이다.
한편, 본 발명에 따른 다공성 여재의 제조방법은, (A) 왕겨 1 부피부 및 황토 1 내지 5 부피부, 1.6 내지 4.4 부피부, 또는 2 내지 4 부피부를 혼합하는 1 차 혼합물 형성 단계; (B) 상기 1 차 혼합물 100 중량부 당 물 1 내지 50 중량부, 5 내지 30 중량부, 또는 10 내지 20 중량부를 혼합하는 2 차 혼합물 형성 단계; (C) 상기 2 차 혼합물을 성형하는 성형물 형성 단계; (D) 상기 성형물을 80 내지 120 ℃, 85 내지 115 ℃, 또는 90 내지 110 ℃ 에서 소성하여 1 차 소성물을 형성하는 저온 소성 단계; 및 (E) 상기 1차 소성물을 600 내지 900 ℃, 650 내지 850 ℃, 또는 700 내지 800 ℃ 에서 소성하여 2 차 소성물을 형성하는 고온 소성 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이하, 각 단계별로 상세히 설명한다.
단계 A는 왕겨 1 부피부 및 황토 1 내지 5 부피부, 1.6 내지 4.4 부피부, 또는 2 내지 4 부피부를 혼합하는 1 차 혼합물 형성 단계이다. 황토에 대하여 왕겨의 부피부가 상기 범위를 초과할 경우 여재의 모양을 지지하지 못하고 쉽게 부서지는 현상이 나타나고 성형물의 모양을 내기 어려울 수 있다. 반면에, 왕겨에 대하여 황토의 부피부가 상기 범위를 초과할 경우 공극률이 감소되고 벌집구조 형성이 저하되어 여재의 성능이 감소될 수 있다.
상기 왕겨와 황토 혼합 시 톱밥, 볏짚, 우드칩, 또는 그 조합을 함께 혼합할 수 있다. 이 경우 톱밥, 볏짚, 우드칩, 또는 그 조합은 왕겨 1 부피부에 대하여 0.3 부피부 이하, 0.2 부피부 이하, 또는 0.1 부피부 이하를 포함할 수 있다. 상기 범위 내의 함량의 톱밥, 볏짚, 우드칩, 또는 그 조합을 혼합물에 포함하여 소성시켜 여재를 제조할 수 있으며, 상기 범위 내의 함량을 포함할 경우 비용적, 공급적 측면에서 유리하면서도 여재의 성능을 최대한 유지할 수 있다. 그러나 톱밥, 볏짚, 우드칩, 또는 그 조합의 함량이 상기 범위를 초과할 경우 왕겨의 비율이 감소함에 따라 겉보기 기공율이 감소하여 여재의 표면적이 작아지며, 벌집구조의 네트워크 공극을 원활히 형성하지 못하여 여재의 성능이 감소될 수 있다.
다음으로, 단계 B는 상기 1 차 혼합물 100 중량부 당 물 1 내지 50 중량부, 5 내지 30 중량부, 또는 10 내지 20 중량부를 혼합하는 2 차 혼합물 형성 단계이다. 이는 반죽하는 단계로서 혼합하는 물의 양이 상기 범위 미만인 경우 여재 성형 시 원하는 모양으로 만들기 어려우며, 반면에 물의 양이 상기 범위를 초과할 경우 소성 전 성형물의 모양 유지가 어렵고, 소성 후 밀도 감소로 인해 강도가 약해질 수 있다.
다음으로, 단계 C는 상기 2 차 혼합물을 성형하는 성형물 형성 단계로서, 성형물은 압축 성형틀을 통해 성형물을 형성할 수 있고, 압출방식 또는 압착방식 등 공지의 방법으로 성형물을 형성할 수 있다. 성형물의 형태는 제한되지 않으나, 도 1과 같이 내부원통홀을 갖는 원통형 또는 구형이거나 타원체일 수 있다. 내부원통홀을 갖는 원통 형상일 경우 원통 직경이 20 mm 내지 200 mm, 바람직하게는 30 mm 내지 80 mm일 수 있고 내부원통홀 직경은 5 내지 150 mm, 바람직하게는 5 내지 30 mm일 수 있으며, 타원체 또는 구형일 경우 장축 또는 직경이 2 mm 내지 200 mm일 수 있다. 또한, 여재의 표면적을 넓히기 위하여 도 1의 원통형 여재의 표면과 같이 표면에 홈을 형성시킬 수 있다.
상기 단계 C 이후 단계 D 전에, (C') 상기 성형물을 건조하는 단계;를 더 포함할 수 있다. 이 경우 상기 성형물은 12 내지 36 시간, 20 내지 28 시간, 또는 22 내지 26 시간 동안 건조할 수 있고, 통풍이 되는 열린 공간에서 간접광 환경 또는 그늘에서 건조할 수 있다. 이때, 15 내지 50 ℃, 18 내지 40 ℃, 또는 20 내지 30 ℃에서 건조할 수 있다. 직접광이나 상기 온도 범위를 초과한 고온에서 건조시 내외부에 균열이 쉽게 생길 수 있다.
다음으로 단계 D는 상기 성형물을 80 내지 120 ℃, 85 내지 115 ℃, 또는 90 내지 110 ℃ 에서 소성하여 1 차 소성물을 형성하는 저온 소성 단계로서, 낮은 온도에서 1 차 소성으로 여재 내부의 수분까지 천천히 증발시켜 완전 산화 조건을 형성하는 단계이다. 저온 소성 온도가 상기 범위 미만인 경우 자연 건조된 성형물 내부의 수분이 많이 남게 되며, 반대로 저온 소성 온도가 상기 범위를 초과할 경우 급격히 수분이 빠져나오면서 내외부 균열이 생기거나 겉면에 무기물 또는 금속막이 형성되어 완전한 건조를 저해할 수 있다.
이때 저온 소성 시간은 1 내지 5 시간, 1.5 내지 4.5 시간, 또는 2 내지 4 시간 동안 소성할 수 있다. 저온 소성 시간이 상기 범위 미만인 경우 내부까지 열이 전도되지 않아 여재 내 수분이 남아 있을 수 있으며, 저온 소성 시간이 상기 범위를 초과할 경우 생산 효율이 저하된다.
또한, 상기 단계 D 이후 단계 E 전에, (D') 상기 1 차 소성물을 20 내지 30 ℃, 22 내지 28 ℃, 또는 24 내지 26 ℃로 냉각하는 1 차 냉각 단계;를 더 포함할 수 있다. 1 차 소성 후 2 차 소성 사이 냉각 시간을 주지 않을 경우 공극 속에 갇혀 있는 미량의 수분이 자연스럽게 표면으로 이동하는 시간을 확보하지 못하여 2 차 소성 시 외벽에 균열이 생길 수 있다.
상기 1 차 냉각 단계는 20 내지 30 ℃, 22 내지 28 ℃, 또는 24 내지 26 ℃, 바람직하게는 상온까지 자연 냉각하는 단계로서, 최종 냉각 온도가 상기 범위 아래일 경우 상온에서 이슬점으로 인하여 내외부에 습기가 생길 수 있다.
또한, 상기 1 차 냉각 단계는 상기 1 차 소성물을 1 내지 3 시간, 1.2 내지 2.8 시간, 또는 1.6 내지 2.4 시간에 걸쳐 서서히 냉각하는 것일 수 있다. 이는 내외부가 완전히 식는데 필요한 시간으로서, 서서히 냉각하지 않고 급격히 온도를 낮출 경우 내외부에 크고 작은 균열이 쉽게 발생하게 된다.
다음으로, 단계 E는 상기 1차 소성물을 600 내지 900 ℃, 650 내지 850 ℃, 또는 700 내지 800 ℃ 에서 소성하여 2 차 소성물을 형성하는 고온 소성 단계로서, 여재의 완전 산화를 통한 일정한 공극 형성을 유도하는 단계이다. 고온 소성 시 온도가 상기 범위 미만인 경우 내부 강도가 낮아져 수중에서 부서질 수 있고, 외부 표면 부분의 왕겨는 완전 산화가 일어나지만 내부로 갈수록 완전 산화가 되지 않은 부분이 남아 있어 공극이 고르게 분포되지 않거나 벌집형태의 그물 구조가 이어지지 못하여 강도가 낮아질 수 있다. 반면에 고온 소성 시 온도가 상기 범위를 초과할 경우 여재 재료 속의 금속 성분이 용융되어 공극을 막아 여재의 효율을 저하시키거나 공극이 좁아지는 등 형태가 틀어질 수 있다.
상기 단계 E는 완전 산화 조건에서 소성하는 단계로서 소성 시 산소를 공급할 수 있다. 왕겨는 실리카 성분이 다량 함유되어 있고 황토에도 실리카 성분이 존재하여 완전 산화 시 황토 속 실리카와 왕겨 속 실리카가 육방정계 형태로 서로 연결되어 촘촘한 벌집 구조의 삼차원 네트워크를 형성한다. 이로 인하여 촘촘하고 일정한 공극이 형성되며, 수중에서도 여재 일부의 이탈을 방지할 수 있는 견고한 형태의 여재가 된다.
상기 단계 E는 1 내지 5 시간, 1.5 내지 4.5 시간, 또는 2 내지 4 시간 동안 소성할 수 있다. 고온 소성 시간이 상기 범위 미만인 경우 여재의 두께에 따라 내부까지 완전 산화가 이루어지지 않을 수 있으며, 반면에 상기 범위를 초과할 경우 일부 금속이 조금씩 녹아 내려 공극을 감소시킬 수 있다.
황토와 왕겨의 주요 성분 중 하나인 실리카는 온도에 따라 상이한 결정형을 가질 수 있다. 특히 본 발명의 다공성 여재는 소성으로 인해 베타 쿼츠(β-Quartz) 결정형 실리카 골격을 포함할 수 있으며, 이에 따라 허니콤 구조, 즉 정육각 형태의 실리카 공극을 형성할 수 있다. 상기 단계 E에 있어서 고온 소성 시의 온도가 상기 범위를 벗어날 경우 다른 결정형이 형성될 수 있어 골격 및 공극 형태가 달라질 수 있다. 따라서 상기 고온 소성을 통해 단단한 골격 구조를 형성함과 동시에 황토 로스율을 현저히 줄일 수 있고 높은 기공률을 유지할 수 있어 표면에 형성되는 미생물막을 극대화할 수 있으며 이를 통해 수중의 유기성 물질을 효과적으로 저감시킬 수 있다.
또한, 상기 단계 E 이후, (E') 상기 2 차 소성물을 20 내지 30 ℃, 22 내지 28 ℃, 또는 24 내지 26 ℃로 냉각하는 2 차 냉각 단계;를 더 포함할 수 있다. 상기 2 차 냉각 단계는 20 내지 30 ℃, 22 내지 28 ℃, 또는 24 내지 26 ℃, 바람직하게는 상온까지 자연 냉각하는 단계로서, 최종 냉각 온도가 상기 범위 아래일 경우 균열이 발생할 수 있고, 특히 겨울철의 경우 상온에서 이슬점으로 인하여 내외부에 습기가 생길 수 있다. 이는 보관 시에 곰팡이나 세균을 증식시켜 여재 사용 시 추가적인 소독이나 세척을 필요로 하게 할 수 있다.
그리고, 상기 2 차 냉각 단계는 상기 2 차 소성물을 1 내지 3 시간, 1.2 내지 2.8 시간, 또는 1.6 내지 2.4 시간에 걸쳐 서서히 냉각하는 것일 수 있다. 이는 여재의 내외부가 완전히 식는데 필요한 시간으로서, 서서히 냉각하지 않고 급격히 온도를 낮출 경우 내외부에 크고 작은 균열이 쉽게 발생하게 된다.
이하, 본 발명의 실시예에 대하여 설명한다.
[실시예]
실시예 1: 다공성 여재의 제조
황토(고운 황토 2.5 mm 이하)와 왕겨를 부피비 3:1로 섞고 중량비로 물 5 % 내지 30 %를 골고루 섞은 다음 반죽하였다. 압축 성형틀을 사용하여 직경 10 mm 내부원통홀이 형성된 원통형태로 성형하고, 성형물을 바람이 잘 통하는 그늘에서 24 시간 건조하였다. 건조된 성형물은 100 ℃에서 3 시간 동안 소성한 후 1 차 소성물을 바람이 잘 통하는 상온에서 2 시간 동안 자연 냉각하였다. 이후, 1 차 소성물을 700 내지 800 ℃로 3 시간 동안 2 차 소성하고, 2 차 소성물을 바람이 잘 통하는 상온에서 2 시간 동안 자연 냉각하여 다공성 여재를 제조하였다.
실시예 2: 다공성 여재의 제조
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하되, 직경이 15 mm인 내부원통홀이 형성된 원통형태로 성형하여 다공성 여재를 제조하였다.
비교예 1: 다공성 여재의 제조
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하되, 왕겨 대신 볏짚을 이용하여 다공성 여재를 제조하였다.
비교예 2: 다공성 여재의 제조
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하되, 왕겨를 제외하고 다공성 여재를 제조하였다.
시험예 1: 겉보기 기공률 측정
상기 실시예 1, 실시예 2, 비교예 1, 및 비교예 2에서 제조한 다공성 여재에 대하여 KS 3114 시험법(온도 24 ± 1 ℃, 습도 55 ± 10 %)에 따라 겉보기 기공률을 측정한 결과 하기 표 1과 같다.
| 건조질량 W1(g) |
수중질량 W2`(g) |
수분흡수질량 W3(g) |
수중질량-실무게 W2(g) |
겉보기 기공률(%) |
실무게 (g) |
|
| 실시예1 | 19.143 | 15.189 | 26.703 | 15.185 | 65.636 | 0.004 |
| 실시예2 | 14.931 | 11.711 | 20.815 | 11.707 | 64.603 | 0.004 |
| 비교예1 | 16.808 | 10.213 | 20.706 | 10.209 | 37.134 | 0.004 |
| 비교예2 | 15.058 | 9.201 | 18.408 | 9.197 | 36.370 | 0.004 |
표 1에서 나타난 것과 같이 실시예 1 및 실시예 2에 따른 본 발명의 다공성 여재의 경우 겉보기 기공률이 각각 65.636 % 및 64.603 %로서, 비교대상 여재에 비하여 겉보기 기공률이 현저히 향상된 것을 확인할 수 있다.
시험예 2: 다공성 여재의 수질 정화 능력 평가
상기 실시예 2에 따라 제조된 다공성 여재와 상기 비교예 1에 따라 제조된 다공성 여재에 대하여 하천수 정화능력을 평가하기 위해 실내인공수로 실험을 실시하였다.
도 2 및 하기 표 2와 같이 실내 인공수로를 L=2.0 m, W=0.3 m, H=0.15 m 제원으로 제작하였다. 수표면적은 0.6 m2 이며, 상기 실시예 2 또는 비교예 1에 따라 제조된 여재는 F=0.08 m 높이로 수조에 배치하였고, 수위는 H=0.15 m를 유지하며 하천수를 흘려주었다. 인공수로에 유입수의 유량을 조절할 수 있는 조절기를 설치하여 수조에서 펌프를 통해 유량 1.08 m3/day, 체류시간(HRT, Hydraulic Retention Time) 2 hr을 유지하도록 하였다. 유입수를 채수하고 24 시간 후 유출수를 채수하는 방식으로 5 일 간 실험하였다.
사용된 하천수는 10월 광주광역시 평촌교에서 채수하였고, 실험 전 인공수로에 평촌교 하천수와 영양염류를 첨가하여 2 일간 여재에 생물막 형성을 유도하였다. 실험 중 온도는 20 ℃로 유지하였고, 분석항목은 pH, DO(Dissolved Oxygen, 용존산소량), BOD(Biochemical Oxygen Demand, 생화학적 산소 요구량), COD(Chemical Oxygen Demand, 화학적 산소 요구량), TOC(Total Organic Carbon, 총유기탄소), SS(Suspended Solids, 부유물질), T-N(총질소), 및 T-P(총인)이며, 수질오염공정시험법에 의해 실시하였다.
| 구 분 | 수로길이 (L, m) |
수로폭 (W, m) |
수로높이 (H, m) |
수로용량 (V, m3) |
여재깊이 (F, m) |
체류시간 (HRT, hr) |
유입량 (m3/day) |
| 실내 인공수로 |
2 | 0.3 | 0.15 | 0.09 | 0.08 | 2 | 1.08 |
시험예 2-1: 유입수와 유출수의 DO 농도 변화
하기 표 3은 실험결과 DO 농도 변화이며, 비교예 1에 따른 여재의 경우 약 4.5 % 감소되었으나 실시예 2에 따른 여재의 경우 4.4 % 증가되어 유지됨을 보여 주었다. 일반적으로 미생물이 유기물을 산화시키는 과정에서 산소를 소모시켜 DO가 감소되는데, 본 발명의 여재의 경우 여재 속 실리카와 산소의 정전기적 상호작용으로 DO 값이 유입수보다 미량 증가하였으며, 여재에 형성된 생물막의 미생물이 여재속의 DO를 사용하면서 총 DO 값이 유지된 것으로 보인다.
| DO | |||||||
| 구분 | 1일 | 2일 | 3일 | 4일 | 5일 | 평균 | |
| 실시예2 | 유입수(mg/L) | 8.5 | 8.5 | 8.6 | 8.4 | 8.5 | 8.5 |
| 유출수(mg/L) | 8.9 | 8.8 | 8.9 | 8.9 | 8.8 | 8.86 | |
| 증감률(%) | 5 | 4 | 3 | 6 | 4 | 4.24 | |
| 비교예1 | 유입수(mg/L) | 8.5 | 8.5 | 8.6 | 8.4 | 8.5 | 8.5 |
| 유출수(mg/L) | 8.1 | 7.9 | 8.4 | 8 | 8.2 | 8.12 | |
| 증감률(%) | -5 | -7 | -2 | -5 | -4 | -4.48 | |
시험예 2-2: 유입수와 유출수의 BOD 농도 변화
하기 표 4는 실험결과 BOD 농도 변화이며, 비교예 1에 따른 여재의 경우 24.2 %인 것에 비해 실시예 2에 따른 여재의 경우 2.5 배 가량 높은 60.2 %의 처리효율을 보여주었다. 이는 본 발명의 다공성 여재 속 그물구조의 실리카 공극에 미생물 흡착이 잘 되었음을 보여주는 것이다.
| BOD | |||||||
| 구분 | 1일 | 2일 | 3일 | 4일 | 5일 | 평균 | |
| 실시예2 | 유입수(mg/L) | 3.7 | 3.8 | 3.7 | 3.7 | 3.7 | 3.72 |
| 유출수(mg/L) | 1.5 | 1.4 | 1.5 | 1.4 | 1.6 | 1.48 | |
| 처리효율(%) | 59 | 63 | 59 | 62 | 57 | 60.20 | |
| 비교예1 | 유입수(mg/L) | 3.7 | 3.8 | 3.7 | 3.7 | 3.7 | 3.72 |
| 유출수(mg/L) | 2.8 | 2.9 | 2.7 | 2.9 | 2.8 | 2.82 | |
| 처리효율(%) | 24 | 24 | 27 | 22 | 24 | 24.20 | |
시험예 2-3: 유입수와 유출수의 COD 농도 변화
하기 표 5는 실험결과 COD 농도 변화이며, 비교예 1에 따른 여재의 경우 26 %인 것에 비해 실시예 2에 따른 여재의 경우 63.9 %로 유기물의 처리 효율이 2 배 이상 높았다. 이는 여재에 잘 안착된 생물막이 효율적으로 유기물을 산화시킨 결과인 것으로 예측할 수 있다.
| COD | |||||||
| 구분 | 1일 | 2일 | 3일 | 4일 | 5일 | 평균 | |
| 실시예2 | 유입수(mg/L) | 6.8 | 6.7 | 6.8 | 6.8 | 6.7 | 6.76 |
| 유출수(mg/L) | 2.5 | 2.4 | 2.5 | 2.4 | 2.4 | 2.44 | |
| 처리효율(%) | 63 | 64 | 63 | 65 | 64 | 63.91 | |
| 비교예1 | 유입수(mg/L) | 6.8 | 6.7 | 6.8 | 6.8 | 6.7 | 6.76 |
| 유출수(mg/L) | 5.2 | 5.1 | 5 | 4.8 | 4.9 | 5 | |
| 처리효율(%) | 24 | 24 | 26 | 29 | 27 | 26.03 | |
시험예 2-4: 유입수와 유출수의 TOC 농도 변화
하기 표 6은 실험결과 TOC 농도 변화이며, 비교예 1에 따른 여재의 경우 27.7 %인 것에 비해 실시예 2에 따른 여재의 경우 64.3 %로 유기물의 처리 효율이 2 배 이상 높았다. 이는 여재에 잘 안착된 생물막이 효율적으로 유기물을 산화시키는 것으로 예측할 수 있다.
| TOC | |||||||
| 구분 | 1일 | 2일 | 3일 | 4일 | 5일 | 평균 | |
| 실시예2 | 유입수(mg/L) | 4.3 | 4.2 | 4.3 | 4.3 | 4.2 | 4.26 |
| 유출수(mg/L) | 1.5 | 1.5 | 1.6 | 1.5 | 1.5 | 1.52 | |
| 처리효율(%) | 65 | 64 | 63 | 65 | 64 | 64.32 | |
| 비교예1 | 유입수(mg/L) | 4.3 | 4.2 | 4.3 | 4.3 | 4.2 | 4.26 |
| 유출수(mg/L) | 3.2 | 3.1 | 3.1 | 3 | 3 | 3.08 | |
| 처리효율(%) | 26 | 26 | 28 | 30 | 29 | 27.70 | |
시험예 2-5: 유입수와 유출수의 SS 농도 변화
하기 표 7은 실험결과 SS 농도 변화이며, 비교예 1에 따른 여재의 경우 78.9 %인 것에 비해 실시예 2에 따른 여재의 경우 92.2 %로 현저히 높은 처리 효율을 보여주었다. 이를 통해 하천수 속의 미세한 부유물들이 여재를 통해 잘 여과되어 부유물 농도가 낮아지고 하천수의 탁도가 낮아졌음을 알 수 있다.
| SS | |||||||
| 구분 | 1일 | 2일 | 3일 | 4일 | 5일 | 평균 | |
| 실시예2 | 유입수(mg/L) | 18 | 17 | 18 | 19 | 18 | 18 |
| 유출수(mg/L) | 2 | 1 | 2 | 1 | 1 | 1.4 | |
| 처리효율(%) | 89 | 94 | 89 | 95 | 94 | 92.22 | |
| 비교예1 | 유입수(mg/L) | 18 | 17 | 18 | 19 | 18 | 18 |
| 유출수(mg/L) | 4 | 3 | 4 | 4 | 4 | 3.8 | |
| 처리효율(%) | 78 | 82 | 78 | 79 | 78 | 78.93 | |
시험예 2-6: 유입수와 유출수의 T-N 농도 변화
하기 표 8은 실험결과 T-N 농도 변화이며, 비교예 1에 따른 여재의 경우 38.3 %인 것에 비해 실시예 2에 따른 여재의 경우 48.4 %로 본 발명에 따른 여재가 하천수의 총 질소량을 절반 가량 낮춰주는 것을 볼 수 있다. 여재의 생물막이 탈질화에 도움을 주는 것으로 보여진다.
| T-N | |||||||
| 구분 | 1일 | 2일 | 3일 | 4일 | 5일 | 평균 | |
| 실시예2 | 유입수(mg/L) | 2.6 | 2.5 | 2.5 | 2.6 | 2.6 | 2.56 |
| 유출수(mg/L) | 1.5 | 1.4 | 1.3 | 1.3 | 1.1 | 1.32 | |
| 처리효율(%) | 42 | 44 | 48 | 50 | 58 | 48.40 | |
| 비교예1 | 유입수(mg/L) | 2.6 | 2.5 | 2.5 | 2.6 | 2.6 | 2.56 |
| 유출수(mg/L) | 1.7 | 1.7 | 1.5 | 1.5 | 1.5 | 1.58 | |
| 처리효율(%) | 35 | 32 | 40 | 42 | 42 | 38.25 | |
시험예 2-7: 유입수와 유출수의 T-P 농도 변화
하기 표 9는 실험결과 T-P 농도 변화이며, 비교예 1에 따른 여재의 경우 43 %인 것에 비해 실시예 2에 따른 여재의 경우 72.3 %로 본 발명에 따른 여재가 더 효율적으로 총인을 흡착하여 처리할 수 있음을 확인할 수 있다.
| T-P | |||||||
| 구분 | 1일 | 2일 | 3일 | 4일 | 5일 | 평균 | |
| 실시예2 | 유입수(mg/L) | 0.13 | 0.12 | 0.13 | 0.13 | 0.14 | 0.13 |
| 유출수(mg/L) | 0.04 | 0.03 | 0.03 | 0.04 | 0.04 | 0.036 | |
| 처리효율(%) | 69 | 75 | 77 | 69 | 71 | 72.36 | |
| 비교예1 | 유입수(mg/L) | 0.13 | 0.12 | 0.13 | 0.13 | 0.14 | 0.13 |
| 유출수(mg/L) | 0.08 | 0.07 | 0.08 | 0.07 | 0.07 | 0.074 | |
| 처리효율(%) | 38 | 42 | 38 | 46 | 50 | 42.95 | |
시험예 2-8: pH 변화
비교예 1에 따른 여재와 실시예 2에 따른 여재로 실시한 실험에서 유입수와 유출수는 모두 pH 7.8 내지 7.9로 변화없이 유지되었다.
시험예 3: 황토 이탈 평가
1 L 비이커에 상기 실시예 2에 따른 다공성 여재와 비교예 1에 따른 다공성 여재를 각각 200 g 씩 채운 다음, 각 비이커에 증류수를 부었다. 도 3은 증류수를 부은 직후의 모습으로서, 좌측 사진은 실시예 2에 따른 다공성 여재를, 우측 사진은 비교예 1에 따른 다공성 여재를 담은 것이다. 본 발명에 따른 다공성 여재의 경우 황토가 배어나오지 않았으나, 비교예 1에 따른 다공성 여재의 경우 황토가 배어나와 물이 흐려진 것을 확인할 수 있다.
이후, 물의 흐름으로 인한 황토 이탈을 관찰하기 위하여 각 비이커에 대해 10 분간 20 rpm으로 교반하고, 탁도를 측정하였다. 그 결과 실시예 2에 따른 본 발명의 다공성 여재의 경우 탁도가 0.02 NTU인 반면, 비교예 1에 따른 기존 여재의 경우 300 NTU 값을 나타내었다. 환경부 수돗물 법정기준 탁도는 0.5 NTU이며, 공급되는 수돗물은 0.05 NTU를 유지하는 것에 비추어 보면 본 발명의 여재는 매우 우수한 탁도를 유지하는 것을 알 수 있다.
이를 통해 본 발명에 따른 황토와 왕겨 혼합물을 소성하여 형성한 다공성 여재는 황토와 볏짚을 혼합하여 소성시킨 여재에 비해 황토 로스를 현저히 줄여 수명이 길고 처리효율이 향상된 여재임을 알 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본원 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능함은 물론이다. 따라서, 본 발명의 범위는 위의 실시예에 국한해서 해석되어서는 안되며, 후술하는 청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 할 것이다.
Claims (7)
- 왕겨 1 부피부 및 황토 2 내지 4 부피부를 포함하는 혼합물의 소성물이고,
겉보기 기공률이 60 내지 70 %이고,
베타 쿼츠 결정형 실리카 골격을 포함하는,
다공성 여재. - 청구항 1에 있어서,
상기 혼합물은 톱밥, 볏짚, 우드칩, 또는 그 조합을 포함하는 것을 특징으로 하는, 다공성 여재. - 청구항 1에 있어서,
상기 황토의 평균 입자 크기가 4 mm 이하, 3 mm 이하, 2.6 mm 이하, 2 mm 이하, 또는 1 mm 이하인 것을 특징으로 하는, 다공성 여재. - 다공성 여재의 제조방법으로서,
(A) 왕겨 1 부피부 및 황토 2 내지 4 부피부를 혼합하는 1 차 혼합물 형성 단계;
(B) 상기 1 차 혼합물 100 중량부 당 물 1 내지 50 중량부, 5 내지 30 중량부, 또는 10 내지 20 중량부를 혼합하는 2 차 혼합물 형성 단계;
(C) 상기 2 차 혼합물을 성형하는 성형물 형성 단계;
(D) 상기 성형물을 80 내지 120 ℃, 85 내지 115 ℃, 또는 90 내지 110 ℃에서 1 내지 5 시간, 1.5 내지 4.5 시간, 또는 2 내지 4 시간 동안 소성하여 1 차 소성물을 형성하는 저온 소성 단계; 및
(E) 상기 1차 소성물을 650 내지 850 ℃, 또는 700 내지 800 ℃의 완전 산화 조건 하에서 1 내지 5 시간, 1.5 내지 4.5 시간, 또는 2 내지 4 시간 동안 소성하여 2 차 소성물을 형성하는 고온 소성 단계;를 포함하고,
상기 단계 C 이후 단계 D 전에, 상기 성형물을 18 내지 40 ℃, 또는 20 내지 30 ℃에서 12 내지 36 시간, 20 내지 28 시간, 또는 22 내지 26 시간 동안 간접광 환경 또는 그늘의 열린 공간에서 건조하는 단계;를 더 포함하고,
상기 단계 D 이후 단계 E 전에, 상기 1 차 소성물을 20 내지 30 ℃, 22 내지 28 ℃, 또는 24 내지 26 ℃로 1 내지 3 시간, 1.2 내지 2.8 시간, 또는 1.6 내지 2.4 시간 동안 냉각하는 1 차 냉각 단계;를 더 포함하고,
상기 다공성 여재의 겉보기 기공률이 60 내지 70 %이고,
베타 쿼츠 결정형 실리카 골격을 포함하는,
다공성 여재의 제조방법. - 삭제
- 삭제
- 청구항 4에 있어서,
상기 단계 E 이후, 상기 2 차 소성물을 20 내지 30 ℃, 22 내지 28 ℃, 또는 24 내지 26 ℃로 냉각하는 2 차 냉각 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 다공성 여재의 제조방법.
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