KR20030094383A

KR20030094383A - 유체 함침물의 존재 하에 기질 표면 상으로 고체 유기화합물을 승화시키는 방법

Info

Publication number: KR20030094383A
Application number: KR10-2003-7014446A
Authority: KR
Inventors: 자미 에이. 헤른; 시몬 제이. 스미쓰
Original assignee: 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
Priority date: 2001-05-10
Filing date: 2002-02-26
Publication date: 2003-12-11
Also published as: JP2004535283A; IL158652A0; KR100853893B1; IL158652A; MXPA03010249A; EP1397204A1; AU2002244169B2; TW574052B; JP4429606B2; BR0209273A; US20040127356A1; WO2002092223A1; CA2446561A1; AR033709A1; US6767860B2; CN1232344C; CN1507370A; EP1397204B1

Abstract

다른 한 물질의 성능을 과도하게 손상시키는 물질의 존재 또는 첨가 없이 고체 유기 함침물과 유체 함침물을 모두 필터 매질 입자 내로 유리하게 포함시키는 방안을 제공한다. 본 발명에서는 승화 기술과 비-벌크 흡수 기술을 결합시킴으로써 함침을 달성한다. 이들 기술은 순차적, 동시, 중복 및(또는) 교대 방식 등으로 수행될 수 있다. 본 발명은 고체 유기 및 유체 물질을 첨가하기 위해 종래의 방법을 이용할 때 그의 기능 또는 존재가 불리한 영향을 받을 수 있는 1종 이상의 다른 함침물을 필터 매질 입자가 이미 함유하거나 함유하게 될 경우에 특히 적합하다.

Description

유체 함침물의 존재 하에 기질 표면 상으로 고체 유기 화합물을 승화시키는 방법 {SUBLIMATION OF SOLID ORGANIC COMPOUNDS ONTO SUBSTRATE SURFACES IN THE PRESENCE OF A FLUID IMPREGNANT}

활성탄, 알루미나, 제올라이트 등과 같은 표면적이 넓은 기질 입자가 광범위한 상이한 물질들을 제거하는 상기 물질들의 능력 때문에 공기 여과에 널리 사용되고 있다. 이들 물질의 여과 특성은 고도 다공성 또는 뒤얽힌 표면 구조에 기인한다. 활성탄의 경우, 표면 공극도는 제조의 "활성화" 단계 동안 제어된 산화로부터 생성된다. 활성탄은 수십년 동안 공기 여과를 위해 사용되고 있다.

직접 흡착에 의해 공기로부터 오염물질을 제거하는 탄소의 능력은 기체상 분자와 탄소 표면 사이의 분자 규모의 상호작용에 의존한다. 상기 상호작용의 정도는 탄소의 물리 및 화학적 표면 특징, 기체상 화합물의 분자 형상과 크기, 여과시킬 기체 스트림 내의 기체상 화합물의 농도, 탄소 베드 내의 체류 시간, 온도, 압력 및 다른 화학물(chemicals)의 존재를 포함하는 인자에 의존한다. 경험상, 단일 오염물질에 있어서, 흡착 정도는 주로 비점에 의존한다. 일반적으로, 비점이 높을수록, 화학물을 제거하는 탄소의 능력은 더 크다.

따라서, 탄소는 그 자체로는 비점이 보다 낮은 기체를 제거하는 데 있어서는 큰 능력을 갖지 않는다. 비점이 보다 낮은 기체에 대해 여과능을 제공하기 위해 탄소 상에 화학물을 코팅시키는 처리가 고안되었다. 이들 처리는 "함침 (impregnation)" 방법으로서 일반적으로 알려져 있고, 처리 결과는 "함침" 탄소이다.

20세기에 걸쳐, 함침 기술의 발달은 넓은 범위의 상이한 화학물을 제거하기 위해 다양한 함침물이 이용가능하도록 진보되어 왔다. 상기 진보는 실제적이고 인지되는 위협이 특수 탄소의 발달에 박차를 가하는 전쟁시에 가속화되었다. 그러나, 지금까지 군용으로 사용되는 필터 매질 입자와 산업용으로 사용되는 필터 매질 입자의 유형은 구별되었다. 군사적인 요건은 필터 매질 입자가 다양한 화학물을 제거할 수 있을 것을 요구하였고 따라서 다성분 함침 제형이 고안되었다. 유해물질의 성질이 미리 알려져 있는 산업계에서는, 공지의 유해물질에 적절한 필터를 선택하는 것이 관습적이다. 결과적으로, 공업용으로는 특수한 유형의 화학물 또는 화학물군에 대한 능력을 갖는 필터가 발달되었다.

시간이 지남에 따라, 시판되는 장비 디자인이 필수적인 성능 요건을 만족시킬 수 있는 것을 보장하는 승인 시스템과 함께, 호흡 보호 장비의 선택 및 사용에대한 규제 기구가 전개되었다. 상기 승인 시스템은 국제적인 경계를 가로질러 공업 목적으로 제정되었다. 이들은 유럽과 전세계의 다른 지역에서 널리 채택하고 있는 European Norm 시스템을 포함한다. 다른 예는 미국, 캐나다 및 몇몇 다른 나라에서 채택하고 있는 [US National Institute for Occupational Safety and Health]의 승인 요건이다. 군사적 요건에 대해, 실행 상세요건은 [North Atlantic Treaty Organisation] 하에 일부 국제적으로 표준으로 합의되었지만 각 국가의 필요에 따라 결정된다.

다양한 군용 가스를 제거하기 위한 탄소의 처리에 대한 최초의 미국 특허는 화학약품이 과도하게 사용된 제1차 세계대전에서 군인들을 보호하기 위한 개발로부터 유래되었다. 웨첼 (Joshua C. Whetzel)과 윌슨 (R. E. Wilson)의 특허 (미국 특허 제1,519,470호, 1924)에서는 과립상 활성탄을 함침시키기 위해 탄산구리의 암모니아 용액의 사용을 설명하였다. 상기 기술은 "Whetlerization"으로, 탄소 제품은 "Whetlerite"로 알려지게 되었다. 시간이 지남에 따라 상기 기술에 대한 변형이 개발되었다 (US 2,902,050, US 2,902,051, DE 1,098,579, FR 1,605,363, JP 7384,984, CZ 149,995).

제2차 세계대전 동안, 함침 탄소의 사용에 대해 실질적인 기술 조사가 이루어졌다. 본 분야에 대한 미국의 연구는 문헌["Military Problems with Aerosols and Nonpersistent Gases", Chapter 4: "Impregnation of Charcoal", by Grabenstetter, R. J., and Blacet, F. E., Division 10 Report of US National Defense Research Committee (1946) pp. 40-87]에 요약되어 있다. 상기 보고서에서는 많은 함침물 제형의 적용범위를 상세하게 제공한다.

영국에서는 약간 다른 함침 방안을 수행하였다. 여기서, 활성탄이 그 구조 전체에 분포된 금속 구리를 함유하도록, 산화구리를 탄화 및 활성화에 앞서 석탄과 혼합하였다. 이 물질이 제2차 세계대전에서 사용된 필터 탄소의 기초가 되었다.

염화시안 (CK)을 제거하는 탄소의 능력은 아민 피리딘의 도포에 의해 또는 별개로 중크롬산나트륨 형태의 크롬을 사용하는 함침에 의해 개선되었다. 이러한 형태의 탄소는 피리딘 함침물과 조합되어 1970년대에 제조된 군용 방독마스크 필터에 사용되었다.

2차 세계대전 후의 연구에서는 함침 탄소에 유기 화합물을 첨가하여 저장수명을 개선시킬 수 있는 방법에 대해 조사하였다. 실험은 영국, 프랑스 및 각지에서 각종 아민을 사용하여 이루어졌다. 염화시안에 대한 저장수명을 개선시키는 것으로 밝혀진 한가지 물질은 트리에틸렌디아민 (TEDA 또는 1,4-디아자비시클로-[2.2.2]-옥탄으로도 알려짐)이다. 탄소 상에 함침되면, TEDA는 본래 염화시안과 직접 반응할 수 있는 것으로 밝혀졌으며, 또한 메틸 브로마이드 및 메틸 요오다이드를 크게 제거할 수 있다. TEDA는 탄소 상으로 강하게 흡착되고, 안정하며, 낮은 농도에서 효과적이며, 다른 아민 화합물에 비해 최소의 독성을 갖는다. TEDA는 실온에서 고체이지만 쉽게 승화한다.

크롬은 시안화수소 및 염화시안 (CK)의 만족스러운 제거를 용이하게 하므로 전통적으로 군용에서 탄소 함침물로서 사용되어 왔다. 6가 이온 형태의 크롬은 잠재적인 폐암유발물질로 확인되었기 때문에, 최근 및 1970년대 초기에 취해진 작업에서는 함침물로서 크롬산염을 피하거나 농도를 감소시키는 제형을 조사하고 있다.

최근에, 군사력의 전통적인 역할은 다소 예측가능한 야전 전투에서 평화유지 역할 및 비상시에 행정 당국을 지지하는 것을 포함하는 것으로 변하고 있다. 상기 활동은 사고로 또는 의도적으로 화학물을 방출하는 것에 대처하는 것을 포함할 수 있다. "화학물질 테러"로 불리는 화학물의 의도적인 방출은 실제로 일어나고 있으며 오랜시간 위협받아 왔다. 이들 사고는 전통적으로 군사적 위협으로 간주된 화학물을 포함할 수 있거나 또는 공업에서 보통 사용되는 유해 화학물을 포함할 수 있다. 이들 유해물에 대한 대처는 궁극적으로 행정 당국과 군 당국 모두가 관련될 것이며 공업적 승인 뿐만 아니라 군사적 성능 요건을 만족시키는 보호 시스템을 요구할 것 같다.

여과에 기초한 보호 시스템은 화학물 방출 지점으로부터 좀 떨어져서 각종 업무를 맡고있는 개인에게 적절하다. 상기한 경우, 유해물에 신속하게 지체없이 반응할 수 있는 것이 가장 바람직하다. 그러나, 통상 적절한 필터를 선택하기 위해 먼저 위협물을 확인할 필요가 있을 수 있으므로 지체가 불가피할 수 있다. 광범위한 가능한 유해물에 반응할 수 있기 위해, 많은 상이한 종류의 필터 목록을 소지하는 것이 필요하였다. 많은 상이한 유해물에 대하여 보호를 제공할 수 있는 한가지 필터 종류를 갖는 것이 훨씬 더 바람직할 것이다. 그러한 다목적 필터는 바람직하게는 공업적 및 군사적 필요를 모두 충족시킬 것이다.

미국 특허 제4,531,953호는 TEDA와 같은 아민을 승화를 통해 탄소에 첨가시키는 방법을 기술한다. 상기 방법은 첨가되는 물의 부재 하에 실시하여야 한다.그렇지않으면, 상기 특허에서는 물은 탄소의 흡착 용적을 소모시켜, 흡착될 수 있는 아민의 양을 제한시킬 것으로 지적하였다. 불행히도, 상기 방안은 수분 함량이 감소된 함침 탄소를 제공한다. 물은 산성 가스의 여과를 도울 수 있기 때문에, 이는 산성 가스에 대한 보호를 감손시킨다.

따라서, 미국 특허 제4,531,953호의 교시내용과 반대로, 산성 가스 보호를 위해 필터 매질 입자의 수분 함량을 포함하거나 향상시키는 것이 종종 바람직하다. 그러나, 수분을 첨가하거나 유지하는 것은 문제를 일으킨다. 미국 특허 제4,531,953호에 주지된 바와 같이, 물은 입자의 유용한 흡수 용적을 점령할 수 있다. 또한, 많은 효과적인 함침물 (예를 들어, 아민, 금속염 등)이 수용성이기 때문에, 물을 첨가하기 위한 종래의 방법은 필터 매질 입자로부터 함침물을 세척해버릴 수 있다.

명백하게, 여과 성능을 과도하게 손상시키지 않으면서, 고체 유기 함침물 (예를 들어, TEDA) 및 유체 함침물 (예를 들어, 물)을 모두 탄소 상에 포함시키는 것이 필요하다.

<발명의 개요>

본 발명은 다른 물질의 성능을 과도하게 손상시키는 물질의 존재 또는 첨가 없이 고체 유기 함침물과 유체 함침물을 모두 필터 매질 입자 내로 유리하게 포함시키는 방법을 제공한다. 본 발명에서는 승화 기술과 비-벌크 흡수 기술을 결합시킴으로써 함침을 달성한다. 이들 기술은 순차적, 동시, 중복 및(또는) 교대 방식 등으로 수행될 수 있다. 본 발명은 고체 유기 및 유체 물질을 첨가하기 위해 종래의 방법을 이용할 때 그의 기능 또는 존재가 불리한 영향을 받을 수 있는 1종 이상의 다른 함침물을 필터 매질 입자가 이미 함유하거나 함유하게 될 경우에 특히 적합하다. 예를 들어, 임의의 함침물이 수용성 물질 (예를 들어, 몇몇 아민 및 대부분의 금속염)인 경우, 수성 액체와의 침지 접촉을 통해 입자에 물을 첨가하려는 시도는 수용성 물질을 세척해버릴 수 있다. 본 발명은 상기 문제를 실질적으로 제거한다.

따라서, 본 발명은 향상된 산성 가스 보호를 달성하기 위해 필터 매질 입자의 물 함량을 증가시키는 것이 바람직한 경우 특히 유용한 것을 알 수 있다. 본 발명은 다수 함침물에 의해 성능이 향상되는 필터 매질과 관련하여 유리하게 실행된다. 특히 바람직한 실시태양에서, 본 발명은 고체 아민, 예를 들어 TEDA와 용제, 예를 들어 물 모두를 필터 매질 입자 상으로 포함시키기 위해 유리하게 사용될 수 있다.

바람직한 방법의 개요로서, 함침시킬 필터 매질 입자를 목적하는 양의 고체 유기 화합물(들)과 함께 적합한 가공 용기에 넣는다. 가공은 고체 유기 화합물이 승화하여 필터 매질 입자를 함침시키도록 하기에 효과적인 조건 하에 수행한다. 적어도 일부의 승화 동안, 필터 매질 입자에 의한 벌크 흡수를 방지하기 위해 목적하는 유체 함침물을 용기에 도입시켜, 승화의 적어도 일부가 유체의 존재 하에 수행될 수 있도록 한다. 바람직하게는, 유체는 벌크 흡수 조건을 방지하기 위해 증기 (물의 경우 스팀)로서 또는 적합한 노즐 구조(들)을 통해 분무 (atomized) 액적, 스트림, 미스트 (mist) 또는 안개 (fog)로서 도입된다. 유리하게는, 상기 방법은 두가지 종류의 물질 모두가 다른 물질의 성능을 과도하게 손상시키는 물질 중 하나의 첨가 또는 존재 없이 필터 매질 입자 내로 포함되도록 허용한다. 추가의 이점으로서, 도입 물질들이 모두 최종 조성물 내에 정량적으로 포함되므로 본 발명의 바람직한 실시태양은 실질적으로 폐기물을 생성하지 않는다.

본 발명의 실시와 다르게, 유체 함침물의 "벌크 (bulk) 흡수" 또는 "침지 접촉"은 함침시킬 입자가 유체 함침물을 포함하는 액체조에 직접 접촉하게 되는 접촉을 나타낸다. 바람직한 의미에서, 다공성 고체 물질에 의한 벌크 흡수는 고체의 외부면(들)이 흡수하는 동안 고체로부터 제거되는 공기에 비해 과도한 부피를 갖는 액체의 큰 저장기와 소통하는 조건 하에 고체 다공성 매트릭스 내로의 액체의 침투를 특징으로 한다. 벌크 흡수는 침투 흡수 및(또는) 침지 흡수 메카니즘을 통해 일어날 수 있다. 침투 흡수에서, 벌크 액체가 고체 매트릭스에 한쪽 측면으로부터 침투하여, 액체 전면이 매트릭스를 통해 움직일 때 매트릭스 내의 열린 공간을 통해 고체로부터 공기를 제거한다. 침투 흡수 메카니즘에서, 고체의 완전 포화 이후에도 유리 액체가 존재한다. 침지 흡수는 다공성 덩어리가 벌크 액체 내에 완전히 침지되고 액체가 일반적으로 모든 방향으로부터 고체에 침투할 때 일어난다.

본 발명의 실시에서, "비-벌크 접촉" 또는 "비-침지 접촉"은 유체가 벌크 흡수를 통한 것이 아닌 형태로 입자와 함침 접촉하게 되는 것을 의미한다. 바람직한 의미에서, 본 발명의 흡수 함침 조건은 모세관 응축 및 액체 쓰레드 운동 (thread motion)과 같은 메카니즘을 포함할 것이다. 모세관 응축에서, 증기는 다공성 고체 내의 공극 또는 갈라진 틈 내로 응축된다. 액체 쓰레드 운동에 의한 흡수는 액적이 고체의 외부면에 접촉하여 그 표면을 적시고 다공성 체적 내로 유인될 때 일어날 것이다.

비-벌크 접촉 또는 비-침지 접촉의 예는 유체를 증기, 기체, 하나 이상의 스트림, 액적, 미스트, 안개, 이들의 조합물 등으로서 입자와 접촉시키는 것을 포함한다. 바람직한 실시태양에서, 비-벌크 접촉으로 입자에 접촉하게 되는 유체의 양은 입자 상으로 흡수시키고자 하는 유체의 양과 실질적으로 동일하다. 유리하게는, 이는 함침 공정과 관련된 임의의 폐기물을 유의하게 감소시키거나 심지어 제거시킨다. 본 맥락에서, "실질적으로 동일한"은 유체의 양이 목적하는 흡수량의 20%, 바람직하게는 10%, 보다 바람직하게는 1% 이내인 것을 의미한다. 예를 들어, 100 중량부의 입자를 2 중량%의 유체로 함침시키려면, 일반적으로 약 1.5 내지 2.5 중량부의 유체가 비-벌크 접촉을 통해 입자에 접촉하게 될 것이다.

한 측면에서, 본 발명은 필터 매질의 제조 방법에 관한 것이다. 1종 이상의 고체 유기 화합물을 표면적이 넓은 다수의 필터 매질 입자 상으로 승화시킨다. 승화의 적어도 일부 동안, 유체 함침물을 비-벌크 접촉을 통해 필터 매질 입자에 의해 흡수되도록 한다.

다른 측면에서, 본 발명은 필터 매질의 제조 방법에 관한 것이다. 다수의 필터 매질 입자를 다수의 고체 아민 입자와 혼합하여 고체 혼합물을 형성시킨다. 고체 혼합물을 아민의 적어도 일부를 필터 매질 입자 상으로 승화시키기에 효과적인 조건 하에 가열한다. 고체 혼합물을 가열하는 동안, 상기 입자는 입자에 의한 유체의 적어도 일부의 비-벌크 흡수를 달성하도록 유체 함침물과 비침지 접촉된다.

본 발명은 공기 또는 다른 기체로부터 오염물질을 제거하기 위해 사용되는 필터 매질에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 광역 스펙트럼의 여과 성능을 제공하기 위해 1종 이상의 함침물 (impregnate)을 승화에 의해 침적시키고 1종 이상의 다른 물질을 비-벌크 (non-bulk) 흡수에 의해 침적시키는, 필터 매질을 함침시키는 방법에 관한 것이다.

첨부 도면과 함께 하기 본 발명의 실시태양의 상세한 설명을 참조하면, 본 발명의 상기 언급한 이점 및 다른 이점과 그를 달성하는 수단은 보다 명백해질 것이며 본 발명이 보다 잘 이해될 것이다.

도 1은 본 발명의 실시에 따른 필터 매질의 제조 시스템의 개략도이다.

하기 기술된 본 발명의 실시태양은 본 발명을 전부 개시한 것이라거나 본 발명을 하기 상세한 설명에 개시된 형태 그대로 한정하는 것을 의도하지 않는다. 오히려, 실시태양은 당업계의 다른 숙련인이 본 발명의 원리와 실시를 인지하고 이해할 수 있도록 선택되고 기술된다.

설명의 목적으로, 이제 본 발명을 도 1에 개략적으로 도시된 바람직한 장치 (10)과 관련하여 설명할 것이다. 장치 (10)은 내부 (16)을 갖는 회전 용기 (14)를 포함한다. 하나 이상의 종류의 함침시킬 필터 입자 (18)과 1종 이상의 고체 유기 화합물(들) (20)을 용기 (14) 내부에 배치시킨다. 유체 공급 라인 (22)는 유체 (21) (기체, 증기 및(또는) 액체)를 하나 이상의 배출구(들) (24)를 통해 회전 용기 (14) 내로 공급한다. 유체가 액체를 포함하는 경우, 배출구 (24)는 일반적으로 액체를 용기 (14) 내부로 흘려보내거나, 분무하거나, 흐리게하거나 또는 달리 안개로 만드는 노즐의 형태이다. 밸브 (26)은 내부 (16)으로의 유체의 유속을 제어하기 위해 사용될 수 있다. 유체가 액체를 포함할 때, 공급 라인 (22)를 통한 유속은 유량계 (28)과 같은 적합한 측정 장치를 이용하여 측정할 수 있다. 유체가 기체 또는 증기를 포함할 때, 공급 라인 (22) 내의 유체를 모니터링하기 위해 압력계 (30) 또는 다른 적합한 측정 장치를 사용할 수 있다.

하나 이상의 온도 제어 유닛 (31)이 용기 (14)에 열적으로 연결될 수 있어서, 원하는 경우 주변 온도 이상 또는 미만의 온도에서 가공이 수행되도록 한다. 온도 감지 시스템 (34)는 용기 (14) 내의 온도를 모니터링할 수 있다. 하나의 대표적인 실시태양에서, 시스템 (34)는 열전쌍 (35)를 사용하여 온도를 감지한다. 시스템 (34) 및 온도 제어 유닛 (31)은 내부 (16)의 온도가 제어될 수 있도록 적합한 제어 시스템 (도시하지 않음)에 작동가능하게 연결될 수 있다. 전형적인 제어 방법론은 피드백 (feedback) 및(또는) 피드포워드 (feedforward) 기술을 이용할 수 있다.

바람직하게는 진공 펌프 (36) 형태인 진공 발생 시스템이 진공 라인 (38)을 통해 내부 (16)에 연결된다. 밸브 (40)은 라인 (38)을 제어가능하게 개폐하기 위해 사용된다. 몇몇 작동 방식에서, 진공 펌프 (36)은 유기 고체 화합물 (20)의 승화 속도를 향상시키기 위해 내부 (16)의 압력을 저하시키도록 하나 이상의 가공 부분(portion) 동안 사용될 수 있다.

특히 바람직한 작동 방식에서, 하나 이상의 종류의 필터 매질 입자 (18) 및 1종 이상의 고체 유기 화합물 (20)을 내부 (16)에 넣는다. 필터 매질 입자 (18)은 하나 이상의 표면적이 넓은 기질 입자 상으로 포함시킬 1종 이상의 함침물 (이하 보다 상세히 기술함)을 독립적으로 포함할 수 있다. 용어 "표면적이 넓은 기질 입자"는 표면이 바람직하게는 현미경 수준에서 충분하게 뒤얽히거나 다공성이어서,입자가 적어도 5 중량%, 보다 바람직하게는 적어도 10 중량%의 CuCl₂염으로 함침될 수 있도록 하는 입자를 의미한다. 적합한 표면적이 넓은 기질 입자는 적어도 약 85 ㎡/g, 보다 적형적으로 적어도 약 500 ㎡/g 내지 2000 ㎡/g, 바람직하게는 약 900 ㎡/g 내지 약 1500 ㎡/g의 비표면적을 갖는 경향이 있다. 본 발명의 실시에서, 비표면적은 BET 질소 등온선 시험 방법에 의해 결정할 수 있다. 표면적이 넓은 기질 입자의 대표적인 예는 활성탄, 제올라이트, 알루미나, 실리카, 촉매 지지체, 이들의 조합물 등을 포함한다.

표면적이 넓은 기질 입자는 임의의 크기 범위일 수 있다. 필터 업계에서 기질 입자 크기는 일반적으로 메쉬 (mesh) 크기로 표현된다. 메쉬 크기에 대한 일반적인 표현은 "a x b"로 제시되며, 여기서 "a"는 실질적으로 모든 입자가 떨어지게 되는 메쉬 밀도를 나타내며, "b"는 실질적으로 모든 입자를 보유시키기에 충분히 높은 메쉬 밀도를 나타낸다. 예를 들어, 메쉬 크기 12 x 30은 실질적으로 모든 입자가 메쉬 밀도 12 와이어/inch의 메쉬를 통해 떨어질 것이며 실질적으로 모든 입자가 밀도 30 와이어/inch의 메쉬에 의해 보유될 것임을 의미한다. 메쉬 크기 12 x 30을 특징으로 하는 필터 매질 입자 (18)는 직경 약 0.5 ㎜ 내지 약 1.5 ㎜의 입자군을 포함할 것이다.

기질 입자에 적절한 메쉬 크기를 선택하는 것은 밀도 및 필터 용적을 공기 유동 저항을 고려하여 평가하는 것을 포함한다. 일반적으로, 보다 미세한 메쉬 크기 (예, 보다 작은 입자)는 보다 큰 밀도와 필터 용적 뿐만 아니라 보다 큰 공기유동 저항을 제공하는 경향이 있다. 이들 문제를 균형맞추기 위해, "a"는 전형적으로 5 내지 20이고 "b"는 전형적으로 15 내지 약 40이되, 단 a와 b의 차이는 일반적으로 약 5 내지 약 30이다. 본 발명의 실시에 적합한 것으로 밝혀진 구체적인 메쉬 크기는 12 x 20, 12 x 30 및 12 x 40을 포함한다.

기질 입자는 바람직하게는 적어도 하나의 전이 금속을 포함하는 적어도 하나의 함침물을 포함한다. 상기 함침물의 예는 Cu, Zn, Mo, Cr, Ag, Ni, V, W, Co, 이들의 조합물 등을 함유하는 화합물을 포함한다. 그러나, 6가 형태의 Cr은 잠재적인 발암물질인 것으로 확인되었기 때문에, 제1의 다수의 필터 매질 입자는 바람직하게는 검출가능한 양의 Cr(VI)를 포함하지 않으며, 보다 바람직하게는 다른 형태의 Cr, 예를 들어 Cr(IV)는 Cr(VI)으로 산화될 수 있는 위험이 있기 때문에 임의의 원자가의 검출가능한 Cr을 포함하지 않는다. 금속은 금속 형태로 존재할 수 있지만, 보다 일반적으로 염으로서 함침된다.

각각의 다양한 전이 금속이 특정 공기 오염물질에 대해 보호를 제공하는 경향이 있으므로, 다수의 필터 매질 입자 (18) 내로 포함시킬 1종 이상의 전이 금속 화합물의 선택은 목적하는 범위의 여과 능력에 따른다. 예를 들어, Cr, Mo, V 및 Y 또는 W는 독립적으로 Cu 함침물과 조합하여 사용될 때 공기 스트림으로부터 염화시안 및 시안화수소와 같은 가스를 여과하는 것을 돕는다. 대표적인 필터 매질 입자는 0.1 내지 10 중량%의 1종 이상의 Mo, V, W 및(또는) Cr 포함 함침물을 포함할 수 있다. Cr의 잠재적인 독성 때문에, Mo, V 및(또는) W 물질을 사용하는 것이 바람직하다. 본 명세서와 청구항 전체에서, 중량%는 함침 입자의 전체 중량을 기준으로 한다.

Cu는 공기 스트림으로부터 HCN, H₂S, 산성 가스와 같은 많은 가스를 여과하는 것을 돕는 경향이 있다. 대표적인 필터 매질 입자 (18)은 0.1 내지 15 중량%의 1종 이상의 Cu 함유 함침물을 포함할 수 있다.

Zn은 각종 형태로 공기 스트림으로부터 HCN, 염화시안, 시안 및 NH₃을 여과하는 것을 돕는 경향이 있다. 본 발명의 대표적인 필터 매질 입자 (18)은 1 내지 20 중량%의 1종 이상의 Zn 함유 함침물을 포함할 수 있다.

Ag는 공기 스트림으로부터 비소 가스를 여과하는 것을 돕는 경향이 있다. Ag는 촉매적으로 기능하며 일반적으로 여과 공정 동안 소모되지 않는다. 따라서, 필터 매질 입자 (18)은 비교적 적은 촉매량, 예를 들어, 약 0.01 내지 1, 바람직하게는 0.1 중량%의 1종 이상의 Ag-함유 함침물을 포함할 수 있다.

Ni 및 Co는 각각 독립적으로 공기 스트림으로부터 HCN을 여과하는 것을 돕는다. 대표적인 필터 매질 입자 (18)는 0.1 내지 15 중량%의 1종 이상의 Ni 함유 함침물 및(또는) Co 함유 함침물을 포함할 수 있다.

전이 금속 이외에, 입자 (18)은 임의로 하나 이상의 다른 종류의 함침물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 함침 용액 내의 암모니아 또는 암모늄 염은 입자의 제조 동안 전이 금속 화합물의 용해도를 개선시키는 것을 도울 뿐만 아니라, 흡착된 양으로 남는 것은 공기 스트림으로부터 산성 가스를 제거하는 것을 또한 돕는다. 황산염은 필터 매질의 사용 동안 pH를 조절하는 것을 돕는 것으로 믿어진다.예를 들어 황산암모늄은 탄소와 같은 기질 상에 함침되어 145℃에서 건조될 때 산성 황산염을 형성한다. 산성 황산염은 암모니아와 반응하기에 충분한 산성이어서 공기 또는 다른 기체의 유동으로부터 암모니아의 제거를 촉진시킨다. 함침 및 건조하는 내내, 강산성 암모늄염은 건조 공정 동안 염기성 산화물/수산화물 함침물의 손상을 발생시키지 않으면서 탄소를 함침시킨다. 이는 생성된 함침 탄소를 함유하는 카트리지의 암모니아 사용 기간을 향상시킨다. 대표적인 필터 매질 입자 (18)은 0.1 내지 10, 바람직하게는 2.5 내지 4.5 중량%의 술페이트를 포함할 수 있다. 수분은 유익하게 공기 스트림으로부터 산성 가스를 제거하는 것을 돕는다. 따라서, 임의로, 다수의 필터 매질 입자 (18)은 약 15 중량% 이하, 바람직하게는 약 6 내지 12 중량%의 물을 포함할 수 있다.

본원에 기술한 바와 같이 승화 및 비-벌크 접촉을 통해 첨가되는 고체 유기 화합물(들) (20) 및 유체(들) (21) 이외에, 종래의 실시에 따라 다른 함침물이 입자 (18) 내로 포함될 수 있다. 상기 함침물은 일반적으로 염, 산화물 또는 탄산염 등으로서 제공되며, 용액 가공, 승화 가공, 유동층 가공 등을 통해 함침된다. 상기 가공을 위한 대표적인 기술은 본원에서 발명의 배경에 인용한 특허 및 문헌을 포함한 문헌에 널리 기술되어 있다.

광역 스펙트럼 여과 성능을 위해, 특히 바람직한 필터 매질 입자 (18)은 6 내지 13 중량%의 Cu 함유 함침물, 0 내지 10 중량%의 Zn 함유 함침물 및 1 내지 4 중량%의 Mo 함유 함침물로 함침된 활성탄 기질을 포함한다. 특히 바람직한 필터 매질 입자는 Cu, Zn 및 Mo 함유 함침물 뿐만 아니라 하나 이상의 2.5 내지 4.5 중량%의 황산염 및(또는) 1 내지 25 중량%의 물을 추가로 포함한다. 상기 필터 매질 입자는 미국 특허 제5,492,882호에 기술되어 있다. 상기 입자의 구체적인 실시태양은 칼곤 카본 코퍼레이션 (Calgon Carbon Corporation)에서 상표명 "Calgon URC"로 상업적으로 입수가능하다.

바람직한 고체 유기 화합물(들) (20)은 바람직하게는 화합물이 적당한 시간 내에, 예를 들어, 10초 내지 72시간, 바람직하게는 12 내지 30시간 내에 승화할 수 있도록 목적하는 가공 온도 및 압력에서 고체 상태인 증기압을 갖는 고체를 포함한다. 화합물(들) (20)이 25℃ 및 1 atm에서 고체로 존재하는 것이 또한 바람직하다. 특히 바람직한 고체 유기 화합물 (20)은 일반적으로 하나 이상의 1급, 2급 및(또는) 3급 아민 잔기를 포함할 수 있는 아민을 포함한다.

일반적으로, 아민은 CK, 메틸 브로마이드 및(또는) 메틸 요오다이드에 대해 보호를 제공하는 것을 돕는다. 바람직한 아민은 실온에서 고체이거나 액체이다. 적합한 아민의 대표적인 예는 트리에틸렌디아민 (TEDA), 피페라진, 트리에틸아민 (TEA), 피리딘, 피리딘-4-카르복실산 (P4CA), 이들의 조합물 등을 포함한다. 이들 중에서, 바람직한 아민은 단독으로 사용되거나 서로 또는 다른 아민과 조합하여 사용되는 TEDA 및 피페라진을 포함한다. 서로 조합하여 사용될 때, TEDA 대 피페라진의 중량비는 1:20 내지 20:1일 수 있다. 시판 TEDA는 보통 미세 과립형 결정으로 공급되지만, 상기 물질은 흡습성이어서 저장시 응집하고(하거나) 단단한 결정 덩어리를 형성하는 경향이 있다. 이러한 이유로, 상기 물질은 용기 (14)의 내부 (16)에 첨가하기 전에 미세 결정형을 재생시키기 위해 가볍게 연마시키는 것이 바람직하다. 연마를 수행하지 않으면, 미세 결정형으로 연마하는 경우보다 결정의 덩어리에 대한 표면적이 더 작다. 이는 공정을 완수하기 위해 필요한 시간에 영향을 미친다. 결정 또는 덩어리가 보다 크면 보다 긴 공정 시간이 요구된다.

필터 매질 입자 (18)에 대한 고체 유기 화합물 (20)의 양은 광범위하게 변할 수 있다. 일반적으로, 아민의 경우 너무 적게 사용되면, 생성된 매질의 CK 수명이 목적하는 수준 미만이 될 수 있다. 부가적으로, 아민이 너무 적게 사용되면, 다른 종류의 입자와 조합하여 사용될 때 여과능 (예를 들어, 유기 증기, CK 및 암모니아 수명)에서의 상승적 증대 (synergistic boost)가 관찰될 수 없다. 반면, 너무 많은 아민을 사용하면 공기 또는 다른 기체로부터 유기 증기를 제거하는 필터 매질 입자 (18)의 능력을 과도하게 떨어뜨리는 경향이 있을 수 있다. 부가적으로, 일부 함침 농도를 넘으면, 보다 많은 아민을 사용할 때 부가적인 이점은 거의 관찰될 수 없다. 이들 문제를 균형맞추기 위해, 고체 유기 화합물 (20) 대 필터 매질 입자 (18)의 중량비는 바람직하게는 약 0.1:100 내지 10:100, 보다 바람직하게는 1:100 내지 5:100이다.

물 이외에, 다른 유체 함침물이 또한 유익하게 본 발명에 따른 입자와 비-벌크 접촉될 수 있다. 대표적인 예는 알코올, 아민, 유기산, 이들의 조합물 등을 포함한다.

바람직한 실시 방식에서, 필터 입자 (18) 및 고체 유기 화합물 (20)을 용기 (14)의 내부 (16)에 넣은 후, 용기 (14)를 밀폐하고 2가지 물질의 밀접한 혼합을 촉진시키는 속도로 회전시키거나 교반하는 것이 바람직하다. 입자가 철저히 혼합될 때 승화 및 함침이 더 짧은 시간 내에 일어난다는 점에서 밀접 혼합은 공정 시간을 유리하게 감소시킨다. 50 ㎏의 활성탄 필터 매질 입자와 0.76 ㎏의 고체 TEDA 유기 화합물을 함유하는 218 ℓ 크기의 용기에 대해 5.6 내지 11 rpm, 바람직하게는 10 rpm의 회적 속도가 적합할 것이다. 내부 (16)은 상기 혼합 동안 대략 실온인 것이 바람직하다. 일반적으로, 상기 혼합은 1 내지 20분, 보다 바람직하게는 5 내지 10분 내의 시간 동안 일어난다.

혼합이 완료된 후, 용기 (14)의 회전 속도를 5.6 내지 11 rpm, 가장 바람직하게는 약 5.6 rpm으로 떨어뜨리고, 고체 유기 화합물의 승화와 유체의 흡착을 용이하게 하기 위해 온도를 승온으로 상승시킨다. 온도는 입자 (18), 사용되는 유기 화합물 및 사용되는 유체의 특성에 따라 적절하게 선택할 수 있다. 그러나, 실제적인 문제로 적합한 승온이 선택될 수 있는 범위가 제한된다. 예를 들어, 입자 (18)이 활성탄을 포함하는 실시태양에서, 활성탄의 산화가능성 때문에 온도의 상한이 설정된다. 구체적으로, 온도는 일반적으로 탄소의 점화 또는 자가가열의 위험이 있는 온도로 상승되어서는 안된다. 일반적으로, 상기 상한은 약 150℃이다. 부가적으로, 다른 실제적인 제한으로서, 온도는 고체 유기 화합물 (20)의 융점 미만인 것이 바람직하다. 고체 유기 화합물이 TEDA이고 유체가 물인 본 발명의 특히 바람직한 실시태양에서, 바람직한 승온은 50℃이다.

유체 (21)은 내부 (16)에 매우 빨리, 바람직하게는 실질적으로 용기 (14)의 밀폐 및 목적하는 승온으로의 가열 직후 도입되는 것이 바람직하다. 따라서, 유체 (21)은 승화가 수행되는 동안 첨가되는 것을 알 수 있다. 유체 (21)이 용기 (14)로 도입되는 기간(들) 동안, 공정 용기는 유체 (21)이 용기 내부 (16)의 모든 입자 (18)에 균일하게 분포하도록 계속 회전된다.

활성탄의 수분 함량을 목적하는 양, 예를 들어 함침 입자의 총 중량을 기준으로 0.05 내지 2%, 보다 바람직하게는 0.5%로 증가시키기 위해 충분한 양의 유체 (21)가 첨가된다. 유체 (21)은 공정 용기 (14)에 유체 (21)이 입자 (16)에 비-벌크 양식으로 접촉하도록 보장하기 위해 제어된 방식으로 공급된다. 바람직하게는 목적하는 양의 유체 (21)은 탄소에 스며들거나 완전히 적시는 것이 아니라, 오히려 활성탄 미세공 구조 내의 물의 흡착에 의해 수분 함량을 증가시키는 속도로 공정에 도입된다. 바람직하게는, 유체 첨가는 1분 내지 72시간, 보다 바람직하게는 15 내지 80분, 가장 바람직하게는 20 내지 40분에 이르는 기간에 걸쳐 일어난다. 상기 기간 동안 유동은 연속적이거나 간헐적일 수 있다. 예를 들어, 시판 스프레이 노즐에 의해 얻을 수 있는 실제적인 최소 유속이 있다. 따라서, 가공되는 물질의 소규모 배치에 대해, 유체 (21)은 내부 (16)로 보다 긴 첨가 시간을 달성하기 위해 필요하다면 간헐 유동 패턴으로 도입될 수 있다.

바람직하게는, 유체 (21)은 입자와의 목적하는 비-벌크 접촉을 용이하게 하기 위해 증기 또는 기체 (예를 들어, 물의 경우에 스팀)로서 또는 분무 미스트 또는 안개로서 도입된다. 분무를 위해, 액체는 일반적으로 공정 용기의 크기와 처리되는 입자 (18)의 중량에 적절한 전달 속도를 제공하도록 선택되는 적합한 분무 스프레이 노즐을 통해 용기 (14) 내로 분무된다. 바람직한 노즐은 "포깅 (fogging)" 또는 "분무" 노즐로서 통상적으로 알려져 있다. 바람직하게는, 유체 (21)은 스팀또는 분무 미스트 또는 안개로서 도입된 물이다.

용기 (14)의 회전은 유체 첨가 종료시에 중지된다. 이는 원치않는 연마와 필터 매질 입자 (18)의 메쉬 크기 분포의 변화 가능성을 방지한다. 이때, 용기 내부 (16)의 공기 또는 다른 기체는 진공 펌프 (36)에 의해 용기로부터 배출되는 것이 바람직하다. 용기 (14)는 임의의 목적하는 감압, 예를 들어 0.01 atm 내지 약 1 atm, 바람직하게는 0.05 atm 내지 0.5 atm, 보다 바람직하게는 약 0.1 atm으로 비워진다. 감압은 유기 화합물 (20)의 승화 속도를 촉진시키고 향상시킨다.

목적하는 진공이 달성되었을 때, 공정 용기 (14)는 밸브 (26 및 40)을 닫음으로써 밀폐되어 일정 기간 동안 감압으로 유지된다. 펌프 (36)은 차단하는 것이 바람직하다. 그렇지 않으면, 진공 펌프 (36)이 계속 가동되어 진공을 유도하면, 증기상 내의 승화된 물질이 용기 (14)로부터 배출될 수 있어서, 입자 (18) 상의 물질의 궁극적인 부하를 감소시킬 수 있다. 용기 (14)는 목적하는 양의 승화가 일어나도록 하기에 충분히 긴 시간 동안 밀폐되어 유지된다. 바람직하게는, 상기 시간은 유기 고체 (20)과 유체 (21)를 입자 (18) 상으로 적어도 실질적으로 완전히 흡착 또는 혼입시키기에 충분히 길다. 일반적으로, 상기 시간은 1분 내지 72시간, 바람직하게는 2시간 내지 48시간, 보다 바람직하게는 약 24시간일 수 있다.

물론, 공정은 또한 감압을 사용하지 않으면서 성공적으로 완료될 수 있다. 예를 들어, 온도는 상승되지만 압력이 주변 대기압인 경우, 공정 결과는 변하지 않는다. 그러나, 주변 압력 공정은 완료를 위해 보다 긴 시간을 필요로 할 수 있다.

함침이 완료된 후, 용기 (14)는 주변 온도 또는 주변 온도 근처로 냉각되거나 또는 냉각시키고, 생성된 함침 물질은 적합한 제품 및(또는) 저장 용기 내로 혼입시키기 위해 제거된다.

상기 공정이 물의 스팀 또는 분무된 미스트의 존재 하에 TEDA를 사용하여 수행될 때, 물의 존재는 입자 (18)이 TEDA 뿐만 아니라, 목적하는 수분 함량을 포함하도록 보장한다. 그렇지 않으면, 물이 한가지 형태 또는 다른 형태로 존재하지 않으면, 승화가 물 손실을 일으킨다. 입자 (18)이 물 함량을 잃으면, 산성 오염물질에 대한 보호의 수준이 감소될 수 있다. 실제로, 물의 존재 하의 승화는 가공된 입자 (18)의 물 함량이 출발 입자 (18)의 물 함량보다 더 커지도록 한다. 예를 들어, 공급회사에 의해 공급될 때, CALGON URC는 수분 함량이 5 중량% 내지 6 중량%이다. 스팀 승화 이후, 수분 함량은 7% 내지 9%이다.

안개 승화는 수분 함량을 7% 내지 9%로 증가시킨다.

생성된 가공 입자 (18)은 최종 제품의 조성을 측정함으로써 또는 기능적 성능 특징을 측정함으로써 평가할 수 있다. 조성 측정은 수분 함량 및 TEDA 함량을 포함한다. 수분은 ASTM 방법 D 2867에 따른 크실렌 추출에 의해, 별법으로 수분 저울에 의해 측정할 수 있다. TEDA 함량은 추출 및 중력 분석에 의해 결정할 수 있다.

기능적 성능 측정은 제품 활성탄의 층을 함유하는 여과 장치를 제작함으로써 완수된다. 필터는 제어된 온도 및 습도 조건 하에 수분 있는 공기의 일정하게 유동하는 스트림을 생성시키는 시스템에서 시험한다. 오염물을 일정한 기지 농도를 생성하도록 스트림 내로 계량해 넣는다. 오염물을 함유하는 기류를 챔버 내에 탑재된 필터를 통해 통과시킨다. 시험되는 오염물에 적절한 종류의 분석기를 사용하여 방출 공기 내의 오염물의 농도를 필터의 하류에서 모니터링한다. 방출물 내의 시험 시약의 농도가 소정치에 도달하기 위해 소요된 시간을 측정한다. 표준 시험 조건 및 일정한 필터 디자인을 사용함으로써, 제품 탄소의 기능적 성능을 비교할 수 있다. 추가로, 필터는 기능적 성능 측정으로서 방독마스크 필터에 대한 공업용 및 군용 필터 성능 표준에 관하여 평가할 수 있다.

이제 본 발명을 하기 예시적인 실시예에 관하여 더욱 상세하게 설명할 것이다.

시험 방법

시험 방법 1 - 수분 측정

수분은 ASTM 방법 D 2867 [Standard Test Method for Moisture in Activated Carbon, Xylene Method. Published by the American Society for Testing and Materials (ASTM), West Conshohocken, PA, U. S. A]에 기술된 절차에 의해 측정할 수 있다.

시험 방법 2 - 염화시안 흡착

화합물 염화시안에 대한 함침 탄소의 흡착 성능은 문헌[United States Military Specification MIL-PRF-51560 Section 4.4.6.5 Gas Life and Table V Conditions for gas life testing]에 기술된 방법에 의해 측정하였다. 함침 탄소를 함유하는 샘플 필터를 80% 상대 습도에서 일정 중량으로 예비가습시켰다. 이어서 이들을 제어된 온도 및 습도 조건 하에 수분 함유 공기의 주기적 유동 스트림을 생성시키는 시스템으로 시험하였다. 주기적 유동은 사람의 호흡을 모방한 것이며, 32 ℓ/분의 평균 유속, 26±3℃, 및 80±3% 상대 습도를 가졌다. 염화시안을 4000±200 ㎎/㎥의 농도를 생성시키도록 스트림 내로 계량해 넣었다. 염화시안을 함유하는 기류를 챔버 내에 탑재된 필터를 통해 통과시켰다. 시험되는 오염물에 적절한 종류의 분석기를 사용하여 방출 공기 내의 오염물의 농도를 필터의 하류에서 모니터링하였다. 8.0 ㎎/㎥의 방출물 농도를 얻기 위해 필요한 시간을 측정하였다.

시험 방법 3 - 사염화탄소 흡착

사염화탄소에 대해, 유기 증기 시험 절차 [Organic Vapor Test Procedure, N. Bollinger and C. Coffey, National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH), Morgantown, WV, U. S. A., for organic vapor cartridges]를 사용하였다. 함침 탄소를 함유하는 샘플 필터를 제어된 온도 및 습도 조건 하에 수분 함유 공기의 일정 유동 스트림을 생성시키는 시스템으로 시험하였다. 사염화탄소를 1000 ppm의 농도를 생성시키도록 스트림 내로 계량해 넣었다. 사염화탄소를 함유하는 기류를 챔버 내에 탑재된 필터를 통해 통과시켰다. 시험되는 오염물에 적절한 종류의 분석기를 사용하여 방출 공기 내의 오염물의 농도를 필터의 하류에서 모니터링하였다. 5 ppm의 방출물 농도를 얻기 위해 필요한 시간을 측정하였다. 일부 샘플은 6시간 동안 25 ℓ/분의 유속 및 85%의 상대 습도에서 예비가습시켰다. 시험 유속은 32 ℓ/분, 25±2.5℃ 및 50±5% 상대 습도이었다. 시험 결과에 예비가습시키지 않음 (NOT PREHUMIDIFIED)으로 기록한 다른 샘플은 64 ℓ/분, 25±2.5℃ 및 50±5% 상대 습도에서 시험하였다.

시험 방법 4 - 이산화황 흡착

이산화황에 대해, NIOSH 절차 [Sulfur Dioxide Test Procedure, N. Bollinger and C. Coffey, NIOSH, Morgantown, WV, U. S. A.]를 이용하였다. 일반적인 시험 조건은 시험 방법 3과 동일하되, 단, 500 ppm의 이산화황을 64 ℓ/분의 유속에서 사용하였고, 필터는 예비가습없이 시험하였다. 5 ppm의 방출물 농도를 얻기 위해 필요한 시간을 측정하였다.

시험 방법 5 - 암모니아 흡착

암모니아에 대해, NIOSH 절차 [Ammonia and Methylamine Test Procedure]를 이용하였다. 일반적인 시험 조건은 시험 방법 4와 동일하되, 단, 1000 ppm의 암모니아를 64 ℓ/분의 유속에서 사용하였다. 50 ppm의 방출물 농도를 얻기 위해 필요한 시간을 측정하였다.

<실시예 1>

함침 탄소는 활성탄, 과립화 TEDA 및 물을 채운 밀폐 용기 내의 분위기를 조절함으로써 본 발명의 방법을 통해 생산하였다. 본 실시예에 사용된 용기는 가공 동안 가열되고 배기가능한 7.7 세제곱피트 (218 ℓ)의 원추형 회전 드럼 타입이었다. 폴 오. 압 인코포레이티드 (Paul O. Abbe Incorporated, Little Falls, New Jersey, U. S. A.)로부터 입수가능한 용기인 타입 30 Rota-Cone Vacuum Dryer 1을 가공 동안 물이 미세하게 분무, 안개형 스프레이로서 도입될 수 있도록 개조하였다. 그러나, 공정은 원하는 경우 보다 크거나 보다 작은 용기에서 수행할 수 있다. 예를 들어, 12 인치 내지 96 인치보다 큰 내경을 가진 유사한 장비를 상기 동일한 공급회사로부터 입수가능하다.

함침을 시작하기 위해, 칼곤 카본 코퍼레이션으로부터 입수가능한 26.3 ㎏의 활성탄인 타입 URC 12X30 및 0.4 ㎏의 트리에틸렌 디아민, 98% (TEDA) (알드리치 케미칼 캄파니 (Aldrich Chemical Company, Milwaukee, WI, U. S. A.)에서 공급됨)을 용기 내에 채웠다. TEDA는 가공 동안 균등한 분포를 보장하기 위해 용기에 첨가하기 전에 미분말로 연마하였다. 활성탄과 TEDA가 모두 용기 내로 채워졌을 때 용기를 닫아 밀폐하고 10 rpm의 속도에서 5분 동안 회전시켰다. 용기의 온도를 50℃로 설정하고 회전 속도를 5.6 rpm으로 감소시켰다. 내용물을 회전시키면서 131.5 g의 탈이온수를 내부 스프레이 노즐에 부착된 가압 전달 라인을 통해 0.7 g/초의 속도로 용기 내로 도입시켰다. 전체 스프레이 시간이 30분이 되도록 유동을 간헐적으로 중단시켰다. 용기 내부에 배치된 스프레이 노즐은 가공 동안 탄소를 함침시키는 미세한 물 미스트를 생성시켰다. 용기의 회전은 목적하는 양의 물이 도입된 후에 중지시켰고, 이 시점에서, 용기 내의 분위기는 진공 펌프를 이용하여 약 10.1 ㎪의 내부 압력으로 제거하였다. 용기를 50℃의 온도에서 24시간 동안 유지시켰다. 지정된 시간 후, 용기를 실온으로 냉각시키고 함침 탄소를 제거하였다.

함침 탄소의 샘플들을 수분 함량 및 기체 흡착 성능에 대해 평가하였다. 수분 함량은 시험 방법 1에 따라 결정하였다. 함침 탄소의 샘플들을 방독마스크 필터 내로 넣고, 염화 시안에 대한 성능을 시험 방법 2에 의해 결정하였다. 화합물 사염화탄소, 암모니아 및 이산화황에 대한 함침 탄소의 흡착 성능은 시험 방법 3,4 및 5를 이용하여 음압 방독마스크 카트리지에 대해 [Code of Federal Regulations, Chapter 42 Part 84 Approval of Respiratory Protective Devices]에서 요구되는 바와 같이 NIOSH 방독마스크 인증 시험을 이용하여 결정하였다. 결과를 표 1 및 표 2에 나타냈다.

<실시예 2>

함침 탄소는 본 발명의 방법을 통해 가습 공기를 활성탄 및 과립화 TEDA를 채운 용기를 통해 통과시킴으로써 생산하였다. 본 실시예에 사용된 용기는 가공 동안 가열되고 배기가능한 0.5 세제곱피트 (14 ℓ)의 원추형 회전 드럼 타입이었다. 폴 오. 압 인코포레이티드로부터 입수가능한 용기인 타입 12 Rota-Cone Vacuum Dryer를 가공 동안 수증기가 수분 함유 공기 스트림에 도입될 수 있도록 개조하였다. 함침을 시작하기 위해, 칼곤 카본 코퍼레이션으로부터 입수가능한 2.0 ㎏의 활성탄 타입 URC 12X30 및 31.2 g의 트리에틸렌 디아민 98% (TEDA) (알드리치 케미칼 캄파니에서 공급됨)을 용기 내에 채웠다. TEDA는 가공 동안 균등한 분포를 보장하기 위해 용기에 첨가하기 전에 미분말로 연마하였다. 활성탄과 TEDA가 모두 용기 내로 채워졌을 때 용기를 닫아 밀폐하고 용기의 온도를 22℃로 설정하고 약 6 rpm의 속도에서 5분 동안 회전시켰다. 내용물을 회전시키면서, 100 ℓ/분, 90% 상대 습도 및 22℃의 기류를 내부 입구에 부착된 전달 라인을 통해 용기 내로 도입시켰다. 기류를 제2 전달 라인과 내부 배출공 (vent)을 통해 용기로부터 배출시켰다. 상기 방식에서 수분 첨가는 200 내지 240분 동안 계속하였다. 용기의 회전은 목적하는 양의 물이 도입된 후에 중지시켰다. 기류를 중단시키고, 입구 라인과 출구 라인을 닫아 밀폐시켰다. 이어서 용기를 50℃의 온도에서 24시간 동안 유지시켰다. 지정된 시간 후, 용기를 실온으로 냉각시키고 함침 탄소를 제거하였다.

함침 탄소의 샘플들을 수분 함량 및 기체 흡착 성능에 대해 평가하였다. 수분 함량은 시험 방법 1에 따라 결정하였다. 함침 탄소의 샘플들을 방독마스크 필터로 제작하고, 염화 시안에 대한 성능을 시험 방법 2에 의해 결정하였다. 사염화탄소에 대한 함침 탄소의 흡착 성능은 시험 방법 3을 이용하여 음압 방독마스크 카트리지에 대해 [Code of Federal Regulations, Chapter 42 Part 84 Approval of Respiratory Protective Devices]에서 요구되는 바와 같이 NIOSH 방독마스크 인증 시험을 이용하여 결정하였다. 결과를 표 1에 나타냈다.

<비교예 1>

비교예 1은 실시예 1의 URC 12 x 30 제품이지만, 단, 공급회사로부터 받은 그대로의 조건으로 시험하였다.

<비교예 2>

비교예 2는 물 처리를 하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방식으로 제조하였다.

시험 결과

시험 데이타

가스 성능 및 수분 시험 결과

함침물 및 공정	사염화탄소	염화시안	탄소 수분 (%)
	시간(분)	표준 편차	시간(분)	표준편차	가공 전	가공 후
비교예 1 (공급회사에서 공급된 그대로)	41.9	4.9	4.0	N/A	6.75	N/A
비교예 2 (TEDA 1.5%, 물을 첨가하지 않음)	38.5	7.7	74.3	3.6	7.01	6.77
실시예 1 (TEDA 1.5%, 공정 1)	42.0	3.8	72.2	1.8	6.79	7.46
실시예 2 (TEDA 1.5%, 공정 2)	44.7	4.6	73.9	3.5	6.70	7.11

처리 탄소 및 비처리 탄소의 비교

성능 시험	실시예 1URC-TEDA 1.5%	비교예 1비처리 URC 탄소
흡착중지 시간 (분)(breakthrough time)	시간 (표준 편차)	시간 (표준 편차)
사염화탄소예비가습시키지 않음	72.7 (3.5)	77.5 (0.7)
사염화탄소예비가습시킴	42.0 (3.8)	41.9 (4.9)
암모니아	45.3 (3.0)	46.0 (n/a)
이산화황	80.0 (1.4)	82.5 (6.4)
염화시안	72.2 (1.8)	4.0 (n/a)

상기 결과는 공정 1 및 공정 2가 물의 존재 하에 TEDA를 함침시킬 탄소에 성공적으로 첨가할 수 있음을 나타낸다. TEDA의 첨가는 비처리 탄소에는 존재하지 않는 염화시안에 대한 흡착 성능을 제공한다. TEDA 및 물의 첨가는 사염화탄소와 같은 물리적으로 흡착된 유기 화합물에 대한 탄소 성능을 유의하게 손상시키지 않는다. 본 발명의 방법에 의한 물의 첨가는 필터 매질 입자 상에 이미 존재하는 다른의 다수 함침물을 세척해내거나 그의 성능을 손상시키지 않는다. 게다가 본 방법은 물 함량이 목적하는 대로 유지되거나 증가되도록 허용한다. 유리하게는, 물의 존재는 산성 및 암모니아 가스 등에 대한 보호를 제공하는 것을 도울 것이다. 한편, 다수의 다른 함침물은 예를 들어 암모니아 및 이산화황과 같은 다른 오염 가스에 대한 필터 매질 입자의 성능을 향상시킨다. 공정 전/후의 이들 기체에 대한 탄소의 유효성 (표 1 및 표 2)은 공정이 상기 다른 함침물의 성능을 해치지 않는다는 것을 증명한다.

본 발명의 다양한 변형 및 변경은 본 발명의 범위와 취지로부터 벗어나지 않으면서 당업계의 숙련인에게 명백해질 것이다. 본 발명은 본원에 설명된 예시적인 실시태양과 실시예에 의해 과도하게 제한되는 것으로 의도되지 않고, 상기 실시예와 실시태양은 예로서 제시되는 것이며, 본 발명의 범위는 청구의 범위에 의해서만 한정됨을 이해해야 한다.

Claims

(a) 1종 이상의 고체 유기 화합물을 다수의 필터 매질 입자 상으로 승화시키는 단계;

(b) 상기 승화의 적어도 일부 동안, 유체 함침물을 비-벌크 접촉을 통해 필터 매질 입자와 접촉시켜 필터 매질 입자 내에 혼입시키는 단계

를 포함하는 필터 매질의 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 고체 유기 화합물이 1종 이상의 아민을 포함하는 것인 방법.
제2항에 있어서, 상기 아민이 TEDA를 포함하는 것인 방법.
제1항에 있어서, 상기 유체가 물을 포함하고, 단계 (b)가 상기 입자를 입자 100 중량부당 0.05 내지 2 중량부의 물과 비-벌크 접촉시키는 것을 포함하는 것인 방법.
제4항에 있어서, 상기 물의 적어도 일부가 스팀 형태로 존재하는 것인 방법.
제4항에 있어서, 상기 물의 적어도 일부가 분무(atomized) 스프레이 형태로존재하는 것인 방법.
제1항에 있어서,단계 (a) 및 (b)의 적어도 일부가 진공 하에 일어나는 것인 방법.
(a) 다수의 필터 매질 입자를 다수의 고체 아민 입자와 혼합하여 고체 혼합물을 형성시키는 단계;

(b) 아민의 적어도 일부를 필터 매질 입자 상으로 승화시키기에 효과적인 조건 하에 고체 혼합물을 가열하는 단계; 및

(c) 고체 혼합물을 가열하는 동안, 상기 입자를 유체 함침물과 비-벌크 접촉시키는 단계

를 포함하는 필터 매질의 제조 방법.