KR20040052813A - 정수기용 기능성 세라믹볼을 활용한 다중필터 - Google Patents

정수기용 기능성 세라믹볼을 활용한 다중필터 Download PDF

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KR20040052813A
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한성수
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Abstract

본 발명은 기능성 세라믹볼을 활용하여 제조한 정수기 필터에 관한 것이다.
기능성 세라믹볼이란 산화피막을 코팅하여 제조한 세라믹 볼로써, 내구성이 우수할 뿐만 아니라, 살균력과 유해물질의 분해능력을 탁월한 물질이다.
기능성 세라믹 Ball은 원적외선 방사율과 무기미네랄이 풍부하며, 이산화티탄,산화아연,탄화규소를 활용하여 다중산화피막처리를 하여 제작한 Ball형태의 정수기용 필터로서, 물을 알칼리화 시키고 물분자의 산화/환원 능력을 증가시킴으로써 분자간의 연결고리를 짧게 끊어 이온수로 변화시켜 동식물의 주요성분인 물분자의 침투력을 향상시킴으로써 소화촉진 및 각종 성인병으로부터 자연치유능력을 갖도록 함은 물론 탈취작용, 물의 이온화, 무기미네랄 용출, 용존산소(DO)의 증가, 물의 알칼리화 등의 특성을 나타낸다.
이런 기능성 세라믹볼을 주성분으로 하고 활성탄, 범(Brim), 흑옥(사문석), 운모석 등등을 성분으로 5단계 정수시스템을 통하여 각종 세균과 불순물을 제거하는 동시에 건강에 이로운 이온수를 생성하는 정수기용 필터시스템을 구현하고자 하는 데 본 발명의 목적이 있다.
본 발명은 기존의 필터방식보다 탁월하면서 비교적 저가로 대량생산이 가능한 장점도 아울러 지니고 있다.

Description

정수기용 기능성 세라믹볼을 활용한 다중필터{The Filter-system of water purifier by “a functional ceramic-ball”}
세라믹이란 일반적으로 고순도의 천연 무기물이나 인공물로 합성한 무기화합물을 원료로 하여 고도의 기능을 갖게 한 제품을 말한다. 일반 세라믹은 도자기·시멘트·유리와 같이 규산염에 한정되며 기능이 용기적이고, 뉴세라믹은 물질의 종류도 다양하고 용도도 공구나 전자재료 등으로 확대되었다. 그러나 소결조제(燒結助劑) 등으로 물질 자체가 나타내야 할 뛰어난 특성을 살리지 못하는 단점이 있었다. 지속적인 세라믹 기술의 개발로 파인세라믹스가 개발되어 그 기능이 휠씬 강화되었다. 이 기술은 천연원료 대신 인공의 고순도원료를 이용하는 것이다. 파인세라믹 가운데 특히 고순도화 된 것은 광통신용의 실리카 SIO2이다. 철분·수분 등의 불순물은 ppb(1/10억) 정도도 허락하지 않는다. 원료는 일반적으로 1㎛ 이하인 것(서브마이크론)이 사용된다. 용도도 정밀성이 요구되는 것이 많으므로 제품의 치수정밀도에서도 일반 세라믹, 뉴세라믹에 비해 훨씬 고도(高度)이다. 따라서 성형(成形)·소성(燒成)·가공 등에도 고도의 기술이 필요하며 용도도 다양하고 사회적 영향도 크다. 즉 전자기 광학적 기능을 갖는 것은 정보통신기술에, 열적·기계적 기능을 갖는 것은 에너지절약 기술이나 정밀기계 기술에, 내식성과 생체친화성(生體親化性)을 살린 것은 의학용에 주로 사용된다. 정보·에너지·바이오테크놀러지 또는 생명과학이라는 첨단기술의 모든 분야에서 중요한 소재로 쓰인다.
세라믹볼이란 세라믹을 재료로하여 볼 형태로 가공한 것으로 질화규소 볼(Si3N4), 지르코니아 볼(ZrO2), 탄화규소 볼(SiC) , 알루미나 볼(Al2O3), 초경볼(T/C) 등등 다양한 종류가 생산되고 있다.
일반적으로 세라믹볼은 고온 소결한 치밀한 소재로, 공유결합을 유지하여, 내열성과 고온강도, 경도가 우수한 편이다.
구체적으로 살펴보면, 열 충격에 강하고, 열팽창 계수가 낮고, 기계적 강도가 크고, 특히 고온에서 곡강도가 대단히 크다. 화학적으로 안정하여 내마모성, 내식성이 우수하다.
그러나, 장기간의 사용시 금속보다는 우수한 내구성을 지니지만 세라믹볼들도 피막손상으로 인한 피해를 입기 마련이다.
정수기용 필터용으로 제조된 세라믹볼들도 피막이 벗겨짐으로 인하여 재질이 손상되어 처음의 기능을 제대로 발휘하지 못함으로 인하여 장기간 사용시 정수기필터가 유명무실해지는 경우가 허다하다.
이는 대부분의 정수기용 세라믹볼들이 산화알루미늄 코팅에 의존하기 때문이다. 산화알루미늄코팅을 활용할 경우 세라믹볼의 사용수명이 짧을 뿐만 아니라, 코팅후 세라믹볼의 본래기능이 저하되는 문제점이 나타나고 있다. 산화알루미늄이 인체에 위해하여 사용상 문제가 있으며 환경적으로도 좋은 코팅방법이 되지 못하고 있다.
또한 세라믹볼을 금속염 수용액에 넣고, 반응에 의한 침전을 통해 세라믹의 입자위에 금속화합물의 침전물층을 형성하고, 이를 건조시키거나 가열하여 산화알루미늄층을 형성함으로써 세라믹 위에 금속산화물의 피복막을 형성하고 있는데, 이러한 방법으로는, 치밀한 산화 피막을 얻기는 곤란하다. 다시말해, 치밀한 막을 균일하고도 원하는 막두께로 생성하기가 용이하지 않다.
본 발명은 상기한 문제점들을 해결하기 위한 방안으로 인체에 해롭지 않으며환경친화적인 재료를 사용하여 다중코팅처리를 하여 정수기용 세라믹 볼의 수명을 증진시키는 동시에, 그 기능을 배가시키고자 하는 데 그 목적이 있다.
또한 기능성 세라믹볼을 주성분으로 하고 활성탄, 범(Brim), 흑옥(사문석), 운모석 등등을 성분으로 5단계 정수시시템을 통하여 각종 세균과 불순물을 제거하는 동시에 건강에 이로운 이온수를 생성하는 정수기용 필터시스템을 구현하고자 하는 데 본 발명의 목적이 있다.
도 1은 정수기의 필터의 일례를 보여주는 도면이다. 필터하우징과, 필터하우징의 일측에 정화될 물이 유입되는 유입구와, 유입구와 대응되는 필터하우징의 타측에 정화된 물이 유출될 수 있도록 유출구를 가지는 캡으로 크게 구성된다.
도2은 본 발명에 따른 정수기 필터의 내부를 보여주는 도면이다.
도3는 본 발명에 따른 필터정수 순서를 나타낸 그림이다.
도4는 다기능세라믹의 코팅단면을 보여주는 도면이다
도5는 다기능세라믹의 코팅순서를 나타내는 그림이다.
*〈도면3의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
1: 세라믹볼 2: 제1피막(이산화티탄 피막)
3: 제2피막(산화아연 피막) 4: 제3피막(탄화규소 피막)
본 기능성 세라믹볼은 Antibacterial Ceramic(항균세라믹), Remove Chlorine Ceramic(탈염소세라믹), Calcium Alkali Ceramic (알카리 세라믹), Tourmaline Ceramic (토르말린 세라믹), Minus Ion Ceramic (음이온 세라믹 볼) 등을 20％씩 동일비율로 혼입하여 제조한 것으로 정수기의 필터 기능을 극대화하였다.
그 기능으로서는 항균및 살균작용, 중금속의 제거, 염소 및 유기오염물질제거, 물의 약알칼리화, 물분자의 단분자화 및 활성화, 세포내의 침투력 향상(영양물질의 흡수와 배출이 용이), 인체의 신진대사 촉진(자연치유능력 향상 및 면역력 강화), 다량의 원적외선 및 음이온 방사, 물 클러스터(분자집단)를 작게 만들어 물맛 증진, 다량의 음이온 방출 등등의 효과를 지닌다. 크기는 정수기의 크기에 따라 다양하여 3mm- 10mm까지 다양하게 제조할 수 있다.
하지만 본 세라믹볼도 기존의 산화알루미늄 코팅방식으로는 코팅기술의 부족으로 내구성과 기능에 있어 많은 제약을 받고 있는 것이 부인할 수 없는 사실이다.
본 발명은 세라믹 재료를 활용하여 제조한 세라믹볼을 코팅하는 새로운 방식으로 기본 세라믹이 되는 세라믹볼에 표면에 산화물막(이산화티탄, 산화아연, 탄화규소) 을 다층 피복하여, 다층막 피복 세라믹볼을 제조하는 사용한다.
상기 피복물질(이산화티탄, 산화아연, 탄화규소)을 고온으로 열처리하면, 치밀한 산화물막이 이루어진다.
본 발명은 세라믹볼 표면에 산화물이나 산화피막을 형성하여 중심의 세라믹볼이 구비하고 있는 성질이외에 또다른 성질을 부여함으로써 기능성이 높은 세라믹볼을 이루도록 하였다.
본 발명의 다층막 피복 세라믹볼의 제조방법을 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
(1). 다층막 피복 세라믹볼에 있어서, 다층막중 1층은 이산화티탄을 사용하도록 한다.
이산화티탄(TiO2)은 티탄과 산소의 화합물로서 티탄의 산화수에 따라 3종의 산화물이 알려져 있다.
보통은 산화티탄(Ⅳ)를 가리킨다. 산화티탄(Ⅳ)는 이산화티탄이라고도 하며, 또 티탄산무수물·티타니아라고도 한다. 화학식 TiO2. 천연으로는 브루카이트·예추석(銳鎭石)·판(板)티탄석·일메나이트(티탄철석) 등의 광물로서 존재한다. 구조가 다른 3개의 변종이 알려져 있는데, 고온에서 안정한 형을 루틸형, 저온에서 안정한 형을 예추형, 중간 온도에서 안정한 형을 브루카이트형이라고 한다.
루틸형의 것은 각종 무기산·유기산·알칼리·가스 등에 침식되지 않으며, 열에 대해서도 1800℃까지 용해하지 않는다. 금속티탄을 공기 속에서 강열하면 생기는데, 공업적으로는 일메나이트 등의 광물을 분쇄·건조시켜 진한 황산을 가하고, 여과액에 쇠부스러기를 가하여 위에 뜬 액체를 냉각시킨 후 물을 가해서 침전시켜 800∼900℃에서 배소하여 얻는다.
내산(耐酸)·내알칼리 도료, 은폐력이 강한 백색 안료, 인조견·스테이플파이버·화학섬유 등의 광택을 없애는 데 사용되는데, 무해(無害)하므로 특히 화장품이나 그림물감, 완구의 도료, 식품의 포장용지 등에 사용된다.
또, 금속제품의 연마, 유기 티탄화합물의 원료, 법랑(琺鄕)이나 도자기의 유약, 티탄콘덴서, 치과용 재료 외에, 비누·날염·인쇄잉크·인조피혁 등에도 사용된다. 티탄의 산화물로는 이 밖에 산화티탄(Ⅱ)·산화티탄(Ⅲ)·과산화티탄 등이 알려져 있다.
본 발명에서 사용되는 티타늄은 보통 이산화티타늄(TiO 2 )이 94％정도 함유되어 있는 금홍석 또는 60％ 정도 함유되어 있는 티타늄철석 등을 원료로 사용하여 제조할 수 있다.
티타늄 코팅의 제조방법으로는 크롤법(Kroll's Methods), 헌터법(Hunter's Methods) 또는 열분해 방법 등을 이용할 수 있는데 본 발명에서는 크롤법을 사용하는 것이 바람직하다. 원료들을 제련하여 티타늄슬래그 분말로 하고, 목탄 또는 코크스를 가하여 소결한 후 염소화로속에서 약 900℃정도로 하여 사염화티타늄(TiCl 4 )을 수득할 수 있다. 사염화티타늄을 수득하는 과정을 나타내는 화학 반응식은 다음과 같다.
TiO2+ 2C + 2Cl2-> TiCl4+ 2CO
상기 과정에 의해 생성된 사염화티타늄에는 철, 규소, 바나듐 등의 염화물이 불순물로 함유되어 있으므로, 이들을 증류시켜 정제하여야 한다. 상기 정제된 사염화티타늄은 1기압의 아르곤가스속에서 융해한 마그네슘에 적하하여 금속 티타늄으로 분리시킬 수 있다. 금속티타늄의 분리과정을 나타내는 화학반응식은 다음과 같다.
TiCl4+ 2Mg -> Ti + 2MgCl 2
상기 반응물을 가열하여 불순물을 증발시켜 티타늄 스펀지로 제조할 수 있는데, 이때 티타늄 스폰지의 순도는 99.6 내지 99.85％이다.
코팅과정에서 티타늄이 공기 중에서 산소 및 질소와의 반응성이 크므로, 이러한 문제점을 해소하기 위한 방법으로는 소모 전극식 진공 아크 용해법(Consumable Vacuum Arc Remelting)을 이용할 수 있다. 이 방법은 티타늄 스폰지를 다져서 소모용 전극(양극)으로 만든 다음, 수냉되고 있는 구리 도가니(음극)사이에서 아크를 발생시 켜 그 발열로 전극이 용해되서 도가니 속에 덩어리, 즉 잉곳(ingot)이 생성되게 하는 방법이다. 본 발명에서 사용되는 티타늄은 티타늄 순도가 90 내지 95％이상, 두께는 1 내지 10mm이상, 표면적은 1.30내지 1.40㎠/g이 바람직하다.
또한 본 발명에서 상기 티타늄을 이산화티타늄으로 제조하기 위해서는 산화처리하는 과정이 필요하다.
본 발명에서"산화처리"란 티타늄의 표면을 산소 존재하에 연소시키는 것을 의미한다. 따라서, 티타늄을 산화시키기 위해서는 연소과정이 필요하다. 이러한 연소과정은 플라즈마(plasma) 장치 또는 토치(torch) 등을 이용할 수 있다.
본 발명에서 상기 플라즈마 장치 또는 토치를 이용하여 티타늄을 산화처리하는 온도는 200 내지 700℃, 바람직하게는 300 내지 500℃이며, 산화처리하는 시간은 10 내지 120분, 바람직하게는 10 내지 60분이다. 산화처리온도가 200℃ 미만 이거나 산화처리시간이 10분 미만일 경우, 티타늄의 산화가 잘 일어나지 않으며, 산화처리온도가 800℃를 초과하거나 산화처리시간이 120분을 초과하는 경우, 티타늄의 산화는 잘 일어나지만 산화처리된 티타늄은 주로 고온에서 형성되는 루틸형의 결정구조로 이루어지게 되므로 광촉매 활성이 현저히 떨어지게 된다. 따라서, 상기 조건으로 티타늄 금속판을 산화처리하면 광촉매 활성이 뛰어난 아나타제형의 결정구조를 가지는 이산화티타늄을 제조할 수 있다.
본 발명에 의한 이산화티타을 세라믹볼에 코팅할 경우 광촉매 반응이 가능하여, 이산화티타늄이 전자와 정공을 발생시키며, 이 전자와 정공의 강한 환원력과 산화력을 통해 수산화 라디칼이 생성된다. 상기 수산화 라디칼 에너지는 오염물질인 유기화합물을 구성하는 분자 중에 탄소-탄소, 탄소-질소, 탄소-수소,산소-수소 및 질소-수소 등의 결합 에너지보다 높으므로 상기 분자들의 결합을 절단시킬 수 있다.
이산화티탄을 세라믹볼에 산화처리할 경우, 두께는 5 내지 10mm, 표면적은 1.33 내지 1.34㎠/g이 되도록 표면처리한다.
(2). 상기 1막의 산화처리된 피막위에 산화아연을 동일한 두께와 표면적으로 이차 코팅처리한다.
산화아연(ZnO)이란 산소와 아연의 화합물로서 공업약품·의약품·안료(顔料)로서의 명칭은 아연화(亞鉛華)이다. 백색 안료로서 사용할 때는 아연백(亞鉛白:zinc white)이라고 한다. 가벼운 백색 분말로 녹는점 1,975℃(가압), 1,720℃(상압)이며, 비중 5.47(비결정성), 5.78(결정성)이다. 약 300℃로 가열하면 황색으로 변하지만, 식히면 원래의 빛깔이 된다. 물에는 거의 녹지 않지만, 묽은 산 및 진한 알칼리에는 녹는 양쪽성산화물이다.
천연으로는 홍아연석으로서 산출되며, 공업적으로는 금속아연을 가열하여 기화시켜서 공기로 연소시키거나, 황산아연 또는 질산아연을 태워서 만든다. 입자가 곱고, 연백(鉛白)보다 피복력(被覆力)은 떨어지지만 독성이 없고, 황화수소에 의하여 흑색으로 변하지 않기 때문에 백색 안료로서 중요하다. 이밖에 아연화연고·아연화녹말 등의 의약품 또는 화장품의 원료로 사용된다.
(3). 다층막 피복 세라믹의 제조방법에 있어서, 다층막중 1층과 2층이 종결되었으므로 최종적으로 탄화규소를 동일한 조건으로 코팅처리한다.
탄화구소의 화학식은 SiC이다. 탄소와 규소의 화합물. 카보런덤이라고도 한다. 순수한 것은 무색투명한 육각판상 결정이지만, 보통은 녹색이나 흑자색을 띤다. 화학식량 40.1, 녹는점 2700℃ 이상, 비중 3.21이며 굳기가 높아 가루로 만들어서 연마재로 쓰인다. 1891년 처음으로 등장한 인조연마재는 미국의 E.G. 애치슨이 발명하고 미국의 카보런덤사에서 상품화한 것이다. 카보런덤은 그 회사의 상품명이다. 92년 공업적으로 제조가 가능해졌다. 규사 SiO와 코크스 C와의 혼합물을 전기저항로에서 가열하고, 또한 고온(2000℃)으로 용융하여 냉각시켜 제조한다.
SiO+3CSiC+2CO
순수한 것은 약간 녹색을 띤 무색 육방정계에 속하며, 굴절률이 2.65로 크므로 큰 결정은 거울처럼 빛난다. 화학적으로 비활성이고 1000℃ 이하에서는 산소 고온에서도 다른 원소와 작용하지 않고 산에도 영향을 받지 않으나 수산화알칼리에는 분해된다. 알루미늄·마그네슘·칼슘·흑연·규소의 홑원소 물질 등의 불순물에 의하여 청색 ·회색 ·검은색 등이 된다. 연마재 외에 저항발열체로 이용되며, 비직선적인 전류-전압 특성을 가진 반도체이기 때문에 발리스타로서 사용된다. 기상반응법으로 만든 단결정 섬유는 서메트용 강화재, 내열성 단열재로 이용된다.
(4). 상기의 방법과 순서로 산화물막을 형성한 후, 이들 막을 다시한번 가열처리하여 피복막을 더욱 견고하게 한다.
본 발명에서, 상기 본 발명의 다층막 피복 세라믹의 기본 세라믹이 되는 세라믹볼은, 무기성 물질로 이루어진 세라믹 이외에, 유기성 물질로 이루어진 세라믹도 사용가능하다. 상기 본 발명의 세라믹을 구성하는 무기성 물질로는 철, 니켈, 크롬, 티탄, 알루미늄 등의 금속과, 철-니켈이나 철- 코발트 합금 등의 금속합금, 철·니켈합금질화물이나 철·니켈·코발트합금질화 물이 있고, 또 금속산화물로서는 가령 철, 니켈, 크롬, 티탄, 알루미늄, 규소(이 때 규소는 금속으로 분류되는 것으로 한다) 등의 산화물이외에, 칼슘, 마그네슘, 바륨 등의 알칼리 토류(土類) 금속 산화물이나 이들의 복합산화물, 점토류, 유리류 등을 들 수 있다.
또한, 제조된 세라믹볼을 불활성 가스 분위기에서 200℃∼800℃의 온도로 열처리함으로써, 더욱 강고하고 효과가 높은 세라믹볼을 제조할 수 있다.
코팅의 재료과 되는 이산화티탄과 산화아연, 그리고 탄화규소가 모두 광촉매의 일종이므로 견고함은 물론 광촉매 반응을 통하여 세라믹볼의 정화능력을 향상시키고 살균 및 항균 효과, 그리고 유해 화학물질의 분해효과도 아울러 기대할 수가 있다.
이렇게 제조한 기능성 세라믹볼을 주성분으로 하고 활성탄, 범(Brim), 흑옥(사문석), 운모석 등등을 성분으로 5단계 정수시시템을 통하여 각종 세균과 불순물을 제거하는 동시에 건강에 이로운 이온수를 생성하는 정수기용 필터시스템을 구현할 수 있다.
지금부터 정수기의 5단계 필터시스템을 살펴보도록 하겠다.
1. 1단계필터는 부직포와 활성탄으로 구성된다.
부직포란 짜거나 뜨지 않은, 즉 직조하지 않고 만든 천을 말한다. 짧은 심유에서 실을 뽑고 이 실을 다시 짜거나 떠서 천을 만드는 작업은 큰 노력을 필요로 하므로 이러한 번거로움을 피하기 위해 섬유에서 직접 천을 만드는 몇몇 방법이 고안되었다. 즉 ① 펠트에서 만드는 방법 ② 필름에서 만드는 방법 ③ 섬유를 결합시켜 펠트 상태로 하여 만드는 방법 ④ 고무나 플라스틱 지지물 위에 펠트 상태 시트를 만드는 방법 ⑤ 가열연화시킨 섬유를 용착(溶着)시켜 만드는 방법 ⑥ 섬유를 적당한 용매로 결합시켜 만드는 방법 등이 있다. 부직포 제조는 섬유의 웨브(web;격자모양으로 얽힌 것)를 만드는 것과 결합이라는 두 부분으로 이루어진다. 1kg의 섬유에서는 보통의 의복지를 10∼12m 만들 수 있는데, 이것은 약 2억 가닥의 섬유로 되어 있다. 따라서 섬유로 웨브를 만드는 것이 섬유를 결합시키는 것보다 어렵다. 웨브에는 섬유를 배향(配向)시키는 것과 무작위로 배열시키는 것(랜덤웨브)의 2가지 방법이 있다. 섬유를 배향시키는 것은 보통의 직물을 만드는 방법과 같으며, 잘 정돈하여 섬유를 평행으로 늘어놓는다. 평행으로 늘어놓은 웨브는 가로방향에서 약하기 때문에 이것을 보완하기 위해 교차배열 웨브가 만들어진다. 교차배열 웨브는 하나의 웨브를 가능한 한 직각에 가깝게 다른 웨브 위에 놓은 것인데 평행배열웨브에 비해 제조 속도가 매우 느리다. 랜덤웨브는 랜도피더와 랜도웨버(미국 컬레이터사의상품명)라는 공급장치와 웨브를 만드는 장치를 조합시킨 특수한 기계로 만들어진다. 섬유를 날려 스크린 위에 포착시키고 이렇게 하여 모아진 랜덤웨브를 눌러 정리한다. 웨브형태로 된 섬유는 서로 결합된 상태로 된다. 결합제로서는 접착제인 폴리아세트산비닐, 고무라텍스, 요소-포름알데히드, 폴리염화비닐분산액, 수용성카르복시메틸셀룰로오스 등이 있다. 앞에서 서술한 방법 이외에, 열가소성섬유를 다른 섬유와 혼합하여 용매나 열로 용해하여 섬유를 접착시키는 방법도 있다. 부직포는 탄력이 풍부하고 복원성이 크다. 원료로는 레이온·무명 또는 폴리에스테르·나일론 등의 합성섬유가 쓰인다. 용도로는 의복용 심지가 가장 많고, 그 밖에 일회용 침대시트·타월·모포·다리미 깔개·카펫·냅킨·구두안창·실내장식품 등으로 쓰인다.
활성탄은 흡착성이 강하고, 대부분의 구성물질이 탄소질로 된 물질이다.
제조방법은 목재·갈탄·이탄(泥炭) 등을 활성화제인 염화아연이나 인산과같은 약품으로 처리하여, 건조시키거나 목탄을 수증기로 활성화시켜 만든다. 일반적으로 활성탄은 가루상태나 입자상태로 제조되는데, 가루인 것은 입자상태로 만들어 사용하기도 한다. 용도는 주로 흡착제로서 기체나 습기를 흡수시키는 데 사용되며, 그 밖에 용제(溶濟)의 회수제와 가스의 정제용 또는 탈색제로 쓰이는 등 용도가 다양하다.
원래 활성화란 복사(輻射)의 흡수나 고속입자선의 충격 등으로 인하여 원자나 분자 또는 이온 등이 고에너지 상태로 되어 화학반응이나 결정격자(結晶格子)를 일으키기 쉬운 상태로 변하는 것을 말한다. 또 촉매작용으로 그 표면상태의 변화나 다른 물질의 첨가로 그 기능이 훨씬 높아지는 것을 뜻하는 것이므로, 활성탄도 이와 같은 활성화제를 첨가하여 탄소질의 기능이 향상된 것을 뜻한다.
부직포와 활성탄은 1차적으로 이물을 흡착하여 걸러주는 역할을 수행한다.
2. 2단계는 활성탄과 범(Brim)으로 구성된다.
3. 3단계는 코랄과 흑옥(사문석)으로 구성된다.
흑옥 일명, 사문석 [蛇紋石 serpentine]은 화학조성식이 MgSiO(OH)이다. 사문암을 구성하는 함수(含水) 마그네슘층상 규산염광물의 총칭이다. 부성분은 철·니켈이며, 결정계는 단사정계·사방정계이다. 굳기는 3이고 비중은 2.6이며, 쪼개짐은 한 방향으로 완전하다. 다형(多形, Polymorph)과 다형(多型, polytype)이 많이 있으나, 주된 것은 안티고라이트(葉蛇紋石)·리저다이트·크리소타일(纖維蛇紋石)의 3종이다. 사문석광물 중 안티고라이트가 가장 일반적인 종이다. 공업적으로 가치가 높은 것은 크리소타일인데, 이른바 석면(사문암석면)으로 이용되는 것은 거의 이 광물이다. 섬유모양의 결정이 평행하게 집합해서 사문암을 자르는 광맥을 구성한다. 사문석은 초염기성암이 열수변성작용을 받아 생성되는 것이 대부분인데, 다른 암석 가운데서도 마그네슘규산염광물의 분해로 인해서 쉽게 생긴다. 부드럽고, 절단·연마가 쉬우므로 색이 아름다운 것은 장식품으로 이용된다. 영어명은 어떤 종의 사문암 표면이 뱀의 가죽모양과 비슷하다고 하여 뱀을 뜻하는 라틴어(serpent)로부터 유래되었다.
4. 4단계에서는 상기한 다기능세라믹볼로 구성된다.
5. 5단계는 제오음이온볼과 운모석으로 구성된다.
제오음이온볼이란 제올라이트의 일종으로 음이온을 발생시키는 물질을 의미 한다. 제올라이트란 규산질의 이온교환성을 지닌 것. 제올라이트라고 말할 때에는 천연적으로 생산되는 제올라이트뿐만 아니라, 인공적으로 합성한 인조제올라이트도 포함해서 말하는 경우가 많다. 그 특성으로 이온교환체로서의 용도를 가지며 1907년에는 독일에서 처음으로 합성품도 만들어졌다. 합성제올라이트(상품명 팜체트)로서 시판되었으며, 주로 이온교환체로서 사용되었으나 그 뒤 골격구조의 공공(空孔)좌 크기를 다양하게 바꿈으로써, 크기에 따른 분자를 선택해서 흡착하는 흡착제로도 사용되었다. 이런 종류의 제올라이트를 〈몰리큘러시브(분자의 체)〉라고 부르는데, 이를테면 제올라이트A(미국의 린데사에서 린데시브4A로 시판)는 Na[AlSiO]·NaAlO·29HO로서 0.4nm의 공공을 가지며, N, O, CH, HO, NH 등의 분자를 흡착한다. 제올라이트의 칼슘염인 제올라이트5A는 CaNa[AlSiO]로서 0.5nm의 공공이 있으며 C까지의 -파라핀·-올레핀·-알코올을 흡착하지만 곁사슬이 있는 유기분자는 흡착하지 않는다. 이 밖에 테트라메틸암모늄염으로 만든 제올라이트 NA Na{(CH)N}[AlSiO]·21HO 등도 있으며, 여러 가지 크기의 공공을 가진 것이 만들어져서 현재로서는 공업적인 규모로 이용되고 있다. 또한 불균일계 촉매반응에 사용되는 금속 또는 금속착체의 담체(擔體)로서도 사용된다.
운모석은 알칼리 및 알칼리토금속·철·마그네슘·망간·바나듐 등을 주성분으로 하는 알루미노규산염수화물광물의 한 그룹이다. 속칭 돌비늘이라고도 한다. 단사정계이며, 굳기는 2∼3이고, 비중은 2.4∼3.2이다. 운모의 일반적 특징은 한 방향으로 완전한 쪼개짐이 있으며 얇게 벗겨지기 쉽다. 유리광택이 있고, 무색·흑색·녹색·갈색·홍색·황색이 있다.
쪼개진 조각은 휠 수 있고, 탄성이 있어서 견고하다. 또 전기나 열의 전도성이 낮고 고전압에 견디는 힘도 있다. 운모의 구조는 규소 또는 알루미늄을 중심에 갖는 산소의 사면체가 연결하여 이루고 있는 층이 2장 있으며, 철이나 마그네슘을 중심에 갖는 팔면체층을 낀 것을 기본으로 한다. 이러한 복합층 사이에 알칼리금속이나 알칼리토금속이 들어가 있다. 이와 같이 구조가 층상으로 이루어져 있기 때문에 완전한 쪼개짐이 잘 발달되어 있는 것이다. 현재 운모의 종류는 약 27종이 알려져 있는데 백운모·흑운모 및 금운모가 가장 많이 산출되고 조암광물로서 중요하다. 또 견운모(셀리사이트)나 일라이트와 같이 점토광물로서 중요한 것도 있다. 그밖에 파라고나이트·진왈다이트·소다운모·바나딘운모·인운모·진주운모 등이 있다. 운모의 학명은 〈반짝반짝 빛나다〉라는 의미의 라틴어 micare에 유래한다.
이를 그림으로 나타내면 [도면 3]과 같다.
1단계: 부직포+ 활성탄
2단계: 활성탄+ 범(Brim)
3단계: 코랄+ 흑옥(사문석)
4단계: 다기능 세라믹볼
5단계: 제오음이온볼+ 운모석
일반적으로, 마실 물을 깨끗하게 정화할 수 있도록 하는 정수기는 그 형태에 따라 수도꼭지에 직접 연결하여 사용하는 수도꼭지 부착형과, 유리단지에 물을 받아 자연낙하 과정에서 정수하는 탁상형(비배관형)으로 구분할 수 있다.
그리고 정수방식에 따라 수도직결식, 자연여과식, 이온교환수지식, 증류식, 역삼투압식, 이온수기식 등으로 나눌 수 있는 바, 대체로 자연여과식과 역삼투압 식, 수도직결식이 많이 쓰이고 있다.
상기 여과방식은 상수도에서 공급되는 물을 5단계에 걸친 다수의 필터를 통해 정화하는 것이며, 이러한 필터는 모두 정수기내에 내장될 수 있도록 필터하우징의 일측에 정화할 물이 유입되는 유입구와 정화된 물이 유출되는 유출구를 마련하고 있다.
필터 구조는 필터하우징의 일측에 정화될 물이 유입되는 유입구를 가지고 있으며, 타측에는 정화된 물이 유출될 수 있도록 유출구를 가지는 캡(20)이 결합되는 구조로 이루어져 있다.
그리고, 필터하우징내의 양단에는 각각 초음파 융착을 통해 고정되도록 되어 있다.
보다 구체적으로, 필터하우징의 일측에 정화될 물이 유입되는 유입구와, 유입구와 대응하는 필터하우징의 타측에 정화된 물이 유출될 수 있도록 유출구를 가지는 캡과, 필터하우징 내에 충진되어 있는 물질을 구비하는 정수기의 필터에 있어서, 필터하우징의 내측에 수직 방향으로 소정 거리 이격된 배플판이 설치되어, 필터를 통과하는 물이 필터내부 충진물을 고루퍼져 통과할 수 있도록 하는 정수기의 필터구조를 제공한다.
본 발명에 따른 정수필터를 활용할 경우, 원적외선 방사율과 무기미네랄이 풍부하며, 이산화티탄,산화아연,탄화규소를 활용하여 다중산화피막처리를 하여 제작한 Ball형태의 정수기용 필터로써, 물을 알칼리화 시키고 물분자의 산화/환원 능력을 증가시킴으로서 분자간의 연결고리를 짧게 끊어 이온수로 변화시켜 동식물의 주요성분인 물분자의 침투력을 향상시킴으로서 소화촉진 및 각종 성인병으로부터 자연치유능력을 갖도록 함은 물론 탈취작용, 물의 이온화, 무기미네랄 용출, 용존산소(DO)의 증가, 물의 알칼리화 등의 특성을 나타낸다. 상기의 방법대로 다중코팅을 하여 정수기용 다기능 세라믹볼을 제조할 경우 뛰어난 견고성과 내구성은 물론, 항균 및 살균효과, 그리고 유해화학물질의 분해능력까지도 크게 증진시킬 수 있다.

Claims (1)

  1. 『1단계: 부직포+ 활성탄, 2단계: 활성탄+ 범(Brim), 3단계: 코랄+ 흑옥(사문석), 4단계: 다기능 세라믹볼
    5단계: 제오음이온볼+ 운모석』 으로 구성된 정수기용 5단계 필터.
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