KR20010088719A - 수 처리용 Bio Ceramics 제조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 토루말린(Tourmaline) , 혹은 토루말린(Tourmaline) 과 일반 무기 천연 광물을 이용한 음용수 처리용 바이오 세라믹에 관한 것으로 , 토루말린 (Tourmaline) 30-90 중량부, 점토(Clay) 10-65 중량부, 탈크 (Talc) 5-10 중량부로 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

수 처리용 Bio Ceramics 제조{omitted}

본 발명은 식 생활 개선과 정수 처리의 고도화로 인간의 신체는 점점 더 산성화 되어가고 있는 인체에 알카리화된 물을 공급하고 미네랄을 용출시켜 신진대사를 원활히 해주는 바이오 세라믹의 조성물을 제공 하고 수 처리용 무기 소재를 공급하는데 있다.

본 발명은 토루말린과 무기 천연 광물을 이용한 음용수 처리용 바이오 세라믹 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수돗물 및 일반 물을 음용함에 있어서 상기 발명 조성물 세라믹을 함침 시켜 일정 시간이 경과 후 음용케 하는 바이오 세라믹 및 그 제조 방법인 것이다.

산업사회의 발달로 지구 환경이 많이 황폐화되어 산성비나 혹은 중금속에 오염된 비가 그대로 지하수로 유입되거나 오염된 물을 정수 처리하는 과정에서 산성화 되거나 약품 소독으로 인하여 냄새가 난다. 특히 고도 정수 처리된 물은 각종 미네랄이 제거되어 인체에 꼭 필요한 미네랄을 공급하지 못하여 좋지 않은 영향을 미치기도 한다.

이 같은 문제점을 해결하기 위하여 구미 선진국과 국내에서는 활성탄을 이용한 방법이 개발되어 많이 사용되고 있다. 하지만 활성탄은 물리적인 흡착에 기인한 메커니즘으로 물속에 유기물을 흡착하여 냄새를 제거하는 기능 밖에는 갖지 못하고 있는 것이다. 일부 천연 광물을 이용하기도 하고 있으나 대부분이 흡착에 기인하는 방법으로 실용화가 되지 못하고 있다. 또 바이오 세라믹을 물에 장시간 방치 하였을때 비소 등에 중금속이 용출되는 문제로 실용화에 한계를 벗어나지 못하고 있다.

따라서 본 발명에 목적은 산성화된 수돗물이나 특정 성분이 많아 음용이 곤란한물 혹은 탁도로 음용이 곤란한 물에 분말 혹은 일정한 형상을 갖는 세라믹스 소결체를 제조하여 물에 일정시간 반응하여 미네랄을 용출 시키고 물을 알카리화 시켜 음용 할 수 있는 세라믹스 소재 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.

상기 본 발명에 목적은 토루말린(Tourmaline) 30-90중량부, 점토 (Clay) 광물 10-65 중량부, 탈크 (Talc) 5-10중량부로 구성되는 것을 특징으로 하는 조성물에 의해 달성된다.

본 발명에 목적은 또한 토루말린 40-70중량부 , 제오라이트 20-30중량부,벤토나이트 10-20중량부에 의해서도 달성된다. 두 경우 습식 분쇄 및 혼합 단계 에서는 유기바인더 PVA 10% 수용액 10-20 중량부 , 분산제 0.5- 1.5 중량부 , 윤활 이형제 0.1- 2중량부 , 가소제 0.1- 1.5 중량부 를 더 포함 할 수 있다.

본 발명은 성형체의 경우 토루말린(Tourmaline) 30-90중량부, 점토 (Clay) 광물 10-65 중량부, 탈크 (Talc) 5-10중량부로 구성되는 것을 특징으로 이루어진원료를 분쇄하고 혼합하는 단계 ; 상기원료를 분무 건조 하는 단계 ; 분무건조된 과립을 성형하는 단계 ; 상기 성형체를 소성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바이오 세라믹스는 분말상과 관 ,봉 ,볼 타입의 성형체 상으로 구분되며 분말 상의 경우 상기원료를 평량 하여 건식 혼합 및 분쇄하는 단계; 소성하는 단계로 구분되며 상기 성형체를 별도로 분쇄하는 것을 포함한다.

상기 발명에 사용된 원료에 대한 특징은 다음과 같다.

토루말린은 1 만년 이상전의 지구상에서 생성된 자연의 결정물이다. 투명하고 아름다운 결정은 10월의 탄생석으로 되어 있어 보석 말로 희망의 보석으로서 귀하게 여겨지는 보석이다. 그 매장량은 무진장이라고 일컬어져 세계 각지로부터 생산되고 있다. 그 중에서 도 브라질은 세계에서 가장 많이 양질인 토루말린을 생산하고 있으며 본 발명에서도 양질의 브라질산을 이용하였다.

토루말린은 그동안 편광판 및 보석의 한 분야로 취급되던 토루말린은 조밀육방 결정계에 이극상을 띈 전기석 정도로만 많이 알려져 왔다. 화학 조성식은 개략 WX3 B3 Al3 (AlSi2 O9)3 (O.OH,F)4 여기서 W=NaCa,X=Al,Fe₃,Li,Mg 로 나타난다.

이러한 토루말린은 편광판으로 쓰이고 아름다운 것은 보석으로도 쓰이는 아주 활용 가치가 많은 광물로 알려져 있다. 하지만 광물 자체가 갖고 있는 물리적 특성 때문에 이에 대한 분쇄 및 가공이 매우 어려운 것이 큰 문제로 대두되었다.

표 1.에 토루말린의 색상에 따른 명칭을 나타내었다.

토루말린은 원적외선 방사율이 높고 음이온 발생되어 그 자체 특성이 좋을 뿐만 아니라 가전제품의 전자파로부터 발생되는 인체에 유해한 플러스 이온을 마이너스 이온으로 변화 시키는 등 해외에서는 많은 각광을 받고 있으며 화장품 및 식품 첨가물로도 인정을 받고 있는 소재이다.

본 발명에 사용된 점토(Clay) 광물로는 제오라이트와, 벤토나이트 , 카오린 등이 사용되었으며 주로 소결제의 기능과 특정 양이온 교환을 목적으로 사용되었다. 본 발명에 사용된 탈크(Talc)는 3팔면체 형으로 MgSi₄(OH)₂의 기본식을 갖는 광물로써 소량의 Al이 Si 대신 치환 되기도 하며 비중이 27-28 모오스경도가 1정도의 약한 경도를 갖는다. 천연 광물을 첨가 시키는 가장 큰 목적은 일정 양이온에 대한 이온 교환과 소성시 발생 할 수 있는 결함을 막고자 첨가되었으며 이하 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

즉 본 발명 에서는 상기 원료를 볼밀(Ball Mill, 혹은 진동 분쇄기에 분쇄및 혼합을 목적으로 적용 하였다. 볼밀의 경우 습식 혼합 및 분쇄를 목적으로 최종 스프레이 드라이어를 통한 과립을 제조 목적으로 실시 하였으며, 진동 분쇄기는 건식 혼합 후 바로 소성 처리하여 분말을 얻을 목적으로 실시하였다. 프레스(press) 성형을 원활하게 하기위하여 스프레이 드라이어(spry dryer)를 실시하여 70 - 200 마이크로미터에 구상형 과립을 얻을 수 있었다. 바람직 하게는 입구 건조온도 180 ℃, RPM 8000-10000,에서 무수한 과립 특성을 보였다.

구 형상을 띄는 분말은 유동성이 좋고 충진 밀도가 좋아서 프레스 성형성이 매우 좋았다. 상기 분말을 일정한 형상을 갖는 프레스에서 가압 성형 하였다.

상기와 같이 성형된 제품은 매시 2-4℃의 승온 속도로 450℃까지 승온하여 60분 유지 시켜 준다. 이는 조성물에 포함된 유기물이 완전히 연소되고 이로인한 체적 변화에 대한 문제가 제품에 물성에 미치는 영향을 최소화 하기 위함이다. 다시 동일한 속도로 750℃까지 승온 후 30분 유지시켜준다. 이구간은 일부 첨가된 무기광물의 결정수에 대한 층간 탈수가 이루어지는 구간으로써 원활한 층간 탈수를 유도하기 위함이다. 본 발명에 최고 소성 온도는 첨가되는 토루말린에 특성을 고려 950℃가 넘지 않는 구간 이어야하며 첨가되는 무기광물 즉 점토와 탈크에 의해서 정해지며 적정 소성온도 범위, 예를 들어 800-950℃에서 30분간 유지 후 노냉 한다. 소성 분위기는 산성 분위기가 바람직하며 온도 구배 구간은 냉각 속도에 민감하게 반응하지 않는다.

이하 본 발명에 따른 수 처리용 Bio Ceramics 제조 방법을 실시 예들을 들어 상세하게 설명하지만 , 하기 실시예 들은 본 발명을 한정 하거나 제한하는 것은 아니다.

실시예 1

소정의 입도를 갖는 토루말린 분말 65 중량부 , 325메쉬의 입도를 갖는 제올라이트 분말 30중량부, 400메쉬의 탈크 5중량부, 물 65중량부 분산제 0.8중량부로 구성된 조성물을 볼밀에 투입하고 RPM 20으로 20시간 습식 분쇄를 실시하였다. 볼밀에 라이닝은 고순도 알루미나로 제작되었으며 지르코니아 볼을 이용하였다. 상기 시간 혼합 및 분쇄를 실시한 후 ,바인더 및 가소제, 윤활이형제 를 첨가 후 2시간 밀링을 더 실시하였다. 출토 전 마지막으로 소포제를 첨가 후 10분간 밀링을 실시한 다음 교반 시설이 갖추어진 탱크에 출토를 실시하여 혼합 및 분쇄 공정을 마무리 하였다.

상기 원료를 RPM 10000속도로 회전하는 디스크에 입구온도 180℃, 출구 온도 87℃ 의 챔버 내부로 슬러리를 이송하여 분무 건조 시켰다. 분무건조가 이루어진 파우더는 유동성이 풍부하고 성형성이 우수한 과립으로 바뀌어 가압 성형 하기에는 최적의 상태가 되었다.

상기 과립은 일정한 형상을 갖는 금형 내에 충진 하고 가압 성형을 실시 한다 성형 압력은 평방 센치당 50-150kg 의 하중을 가하고 탈형 하였다. 성형된 제품을 가스 혹은 전기를 열원으로 사용하는 로에서 매시 2-4℃의 승온 속도로 450℃까지 승온 하여 60분 유지시켜준다. 다시 동일한 속도로 750℃까지 승온 후 30분 유지시켜주고 같은 속도로 920℃에서 40분 유지 후 서냉 하여 이온 교환능력을 갖는 세라믹을 제조 하였다.

실시예 2

소정의 입도를 갖는 토루말린 분말 70 중량부 , 325메쉬의 입도를 갖는 제올라이트 분말 25 중량부, 400메쉬의 탈크 5중량부, 물 65중량부 분산제 0.8중량부로 구성된 조성물을 볼밀에 투입하고 RPM 20으로 20시간 습식 분쇄를 실시하였다. 상기 시간 혼합 및 분쇄를 실시 한후, 바인더 및 가소제, 윤활이형제를 첨가 후 2시간 밀링을 더 실시하였다. 출토 전 마지막으로 소포제를 첨가 후 10분간 밀링을 실시한 다음 교단 시설이 갖추어진 탱크에 출토를 실시하여 혼합 및 분쇄 공정을 마무리 하였다.

상기 원료를 RPM 10000속도로 회전하는 디스크에 입구온도 180℃, 출구 온도 87℃ 의 챔버내로 슬러리를 이송하여 분무 건조 시켰다.

상기 과립은 일정한 형상을 갖는 금형 내에 충진 하고 가압 성형을 실시 한다 성형압력은 평방 센치당 100kg 의 하중을 가하고 탈형 하였다. 성형된 제품을 가스 혹은 전기를 열원으로 사용하는 로에서 매시 2-4℃의 승온 속도로 450℃까지 승온하여 60분 유지시켜준다. 다시 동일한 속도로 750℃까지 승온 후 30분 유지시켜주고 같은 속도로 900℃에서 30분 유지 후 서냉 하여 이온 교환능력을 갖는 세라믹을 제조 하였다.

이상과 같이 제조된 세리믹 재료는 원적외선 방사율이 92%, 음이온 480 , 암모니아 GAS 탈취율이 97%, 항균력 99%의 특성을 나타내었으며 상기 조성물은 원적외선 방사체로도 우수한 재료이다.

상기 실시예에 따른 세리믹 재료를 물석에 담지 하여 pH의 변화와 미네랄 용출에 관련된 성능을 시험 하였다. pH의 변화 및 미네랄 용출 실험은 일반적인 지하수를 이용 하였으며 pH가 약간 높은 상태인 지하수였다. 먼저 물 1000cc에 상기 세라믹 블럭(Ø60mm , 두께 5mm ) 1개를 넣고 시간이 경과함에 따른 pH 변화를 측정하여 표1에 나타내었고 이와 함께 미네랄의 용출 변화를 측정하여 그 변화를 표2에 나타내었다.

상기 표에 나타난 바와 같이 pH는 시간이 경과한 후 조금씩 상승하다가 8시간 정도에서는 더 이상 큰 변화가 관찰되지 않았다. 미네랄 용출 실험도 8시간을 기존으로 이온 분석기를 통하여 관찰한 결과 칼륨을 제외한 양이온들이 증가하였다.

실시예 3

200마이크로미터에 토루말린 분말 50 중량부 , 325메쉬의 입도를갖는 카오린 분말 10 중량부, 400메쉬의 제오라이트 25중량부, 벤토나이트 15중량부로 구성된조성물을 고순도 알루미나질로 제작된 포트에 장입하고 분쇄매체로는 지르코니아 볼을 사용하여 0.5-10시간 바람직하게는 2시간 진동 분쇄를 실시하였다.

상기와 같이 혼합된 분말은 그 자체만으로도 수중 오염 물질을 흡착 분해 하는 특성이 있으나 흡착능을 향상 시키고 불필요 유기물을 제거할 목적으로 전기 혹은 가스를 열원으로 사용하는 로에 장입 매시 2-4℃의 승온 속도로 200℃까지 승온 하여 60분 유지시켜준다. 다시 동일한 속도로 450℃까지 승온 후 30분 유지시켜주고 같은 속도로 500℃ - 650℃ 에서 30분 유지 후 서냉 하여 이온 교환능력을 갖는 세라믹 분말을 제조 하였다.

이렇게 제조된 분말을 탁도가 심한 일반 폐수 1000cc에 20g을 넣고 그 변화를 관찰한 결과 1시간 후 부터는 탁도가 개선되고 BCD 및 CCD가 상당부분 개선되는 결과를 나타내었다. 일반적으로 상기 분말은 석회성분이 다량 함유된 지하수에 적용할 경우 음용이 가능한 정도에 수질이 개선되었다.

특히 상기 분말은 합성수지나 의류 등에 첨가할 경우 온열 작용과 음이온 방출 ,항균 및 탈취의 우수한 특성도 나타내었다.

이상에서 서술한 바와 같이 본 발명은 화학적인 약품 처리를 하지 않고도 일정부분 수질을 개선하고 pH를 어느 정도 까지는 상승시키는 결과를 나타내었다. 특히 상기와 같이 제조된 세라믹으로 처리된 물을 장기간 음용 했을 때 체질이 개선되는 효과를 볼 수가 있었으며 분말의 경우 석회 성분 및 기타 오염이심한 지하수를 음용수로 까지 개선시킬 수 있었으며 원적외선과 음이온이 다량 방출되고 항균력이 있는 소재로도 사용이 가능하였다.

Claims (6)

1. 토루말린(Tourmaline)을 100% 원재료로 이용하여 분쇄 및 혼합 소성하여 수질 정화용 분말 및 음용수 처리용 제품을 만드는 것을 특징으로 하는 제조방법
2. 토루말린 분말 30-90 중량부 , 점토 광물 10-60 중량부 ,탈크 5-10 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹 소재
3. 토루말린 40-70중량부 , 제오라이트 20-30중량부 ,벤토나이트 10-20 중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹 조성물
4. 상기 1항 및 2항 에 원료를 습식 혼합 하는 단계; 분무 건조하는 단계 ; 관,봉, 볼 ,블럭 형태로 성형하는 단계를 함항하는 것을 특징으로 하는 세라믹 제조방법
5. 상기 3항에 조성물을 건식 진동밀을 이용하여 분쇄 ,혼합하여 분말 상에 수처리용 소재를 제조하는 방법
6. 제 1항 및 2항에 있어서 조성물에 대한 소성 온도는 800-950℃에서 행해지고 3항에 있어서 소성온도는 400-550℃에서 행해지는 것을 특징으로 하는 세라믹 제조방법