KR20060135106A

KR20060135106A - 흡연 여과용 촉매 여과물질, 이를 포함하는 담배필터, 담배및 끽연용구

Info

Publication number: KR20060135106A
Application number: KR1020050054770A
Authority: KR
Inventors: 한현수
Original assignee: 한현수
Priority date: 2005-06-24
Filing date: 2005-06-24
Publication date: 2006-12-29
Also published as: CN101203149B; KR100676149B1; WO2006137690A1; CN101203149A

Abstract

본 발명은 흡연 여과용 촉매 여과물질, 이를 포함하는 담배필터, 담배 및 끽연용구에 관한 것으로 흡연과정에서 발생하는 담배의 유해물질인 일산화탄소와 발암물질의 주원인이 되는 타르의 유기물질 성분을 분해 및 흡착하여 흡연으로 인한 유해물질의 흡수를 경감시키기 위하여 벤토나이트 계열의 광물을 주재로 하는 것을 특징으로 하는 흡연 여과용 여과물질과 이를 포함하는 담배필터, 담배 및 끽연용구에 관한 것이다.

벤토나이트, 담배, 여과물질

Description

흡연 여과용 촉매 여과물질, 이를 포함하는 담배필터, 담배 및 끽연용구 {FILTERING MEDIA FOR SMOKING AND CIGARETTE FILTER, CIGARETTE AND SMOKING DEVICE USING THE SAME}

도 1은 본 발명의 흡연 여과용 촉매 여과물질을 포함하는 담배 및 담배필터의 일 실시예에 대한 단면도이다.

도 2는 본 발명의 흡연 여과용 촉매 여과물질을 포함하는 담배 및 담배필터의 다른 실시예에 대한 단면도이다.

도 3은 본 발명의 흡연 여과용 촉매 여과물질을 포함하는 담배 및 담배필터의 또 다른 실시예에 대한 단면도이다.

도 4는 본 발명의 흡연 여과용 촉매 여과물질을 포함하는 끽연용구의 일 실시예에 대한 단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 여과물질 20 : 담배 필터

30 : 끽연용구

본 발명은 흡연 여과용 여과물질, 이를 포함하는 담배필터, 담배 및 끽연용구에 관한 것으로 흡연과정에서 발생하는 담배의 유해물질인 일산화탄소와 발암물질의 주원인이 되는 타르의 유기물질 성분을 분해 및 흡착하여 흡연으로 인한 유해물질의 흡수를 경감시키도록 하는 흡연 여과용 여과물질, 이를 포함하는 담배필터, 담배 및 끽연용구에 관한 것이다.

일반적으로 담배를 흡연하는 경우에는 연초의 연소에 따라 각종 유해물질들이 발생하게되는데, 흡연시 발생하는 유해성분은 4,000개 이상이며 발암물질로 알려진 화합물은 60여종 정도이다. 흡연자가 이를 흡입하는 경우에는 인체에 상기 유해물질들이 축적되고, 이를 통하여 암 등의 질병을 유발시키는 원인이 된다.

특히, 상기 유해물질 중 타르는 담배 한 개비당 2.0 내지 3.3 ㎎정도 함유되어 있으며, 연초의 연소에 따라 발생하는 물질로서 발암물질의 주원인이 되므로 이에 대한 제거 또는 분해가 필요하다.

또한 담배 연초의 연소가 불완전하게 이루어지는 짐에 따라 담배연기 중 2 내지 6 %는 일산화탄소로 이루어지는데 이러한 일산화탄소는 헤모글로빈에 대한 친화력이 산소에 비하여 210 배 정도이고, 이에 의해 저산소증을 유발할 수 있으므로 이에 대한 대책 또한 마련이 필요하다.

이외에 담배에는 벤젠과 포름알데히드 등의 유해 휘발성유기화합물(Volatile Organic Compounds, VOC)가 발생하며, 카드뮴, 구리, 납, 아연 등의 중금속이 포함되어 이들의 중독시에는 심각한 건강장애를 발생시킬 수 있다.

이러한 유해성분을 제거하고 상기 문제를 해결하기 위하여 기존에는 활성탄, 제올라이트, 황토 등을 담배의 필터나 연초부에 포함하여 흡착을 통한 여과가 이루어지도록 하는 방안들이 제시되었으나, 이들의 경우에는 모두 다공성 구조를 이용한 흡착을 통한 여과만을 이용한 것으로 여과효능에 한계를 가지는 문제점이 있다.

상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자, 본 발명은 흡연과정에서 발생하는 담배의 유해물질인 일산화탄소와 발암물질의 주원인이 되는 타르의 유기물질 성분을 분해 및 흡착하여 흡연으로 인한 유해물질의 흡수를 경감시키도록 하는 흡연 여과용 여과물질, 이를 포함하는 담배필터, 담배 및 끽연용구를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 상기 기능을 수행함과 동시에 흡착을 통한 중금속의 여과도 함께 이룰 수 있는 흡연 여과용 여과물질, 이를 포함하는 담배필터, 담배 및 끽연용구를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 벤토나이트 계열의 광물을 주재로 하는 것을 특징으로 하는 흡연 여과용 여과물질을 제공한다.

또한 본 발명은 상기 흡연 여과용 여과물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 담배필터 및 상기 흡연 여과용 여과물질을 담배연기 흡연의 유로상에 가지는 것을 특징으로 하는 담배와 끽연용구를 제공한다.

본 발명의 상기 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하고 있는 도면을 참조한 이하 상세한 설 명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다.

본 발명은 흡연 여과용 여과물질에 관한 것으로 벤토나이트 계열의 광물을 주재로 이루어진다.

본 발명에 사용되는 상기 벤토나이트 계열의 광물은 몬모릴로나이트를 주 구성광물로 하는 점토광물로서 다공성 구조를 가짐에 따라 흡착성이 우수할 뿐만 아니라 팽윤성 및 양이온 교환능을 가지므로 뛰어난 유기물과의 복합체 형성이 용이하여 반응성이 뛰어나므로 이에 의하여 담배연기 내의 유해 유기물질과 결합하거나 분해하는 능력을 가진다.

특히, 상기 벤토나이트는 벤토나이트의 주성분을 이루는 몬모릴로나이트의 층간 양이온에 따라서 그 종류를 구분하고, 그 특성이 달라지는데 일반적으로 Ca계 벤토나이트가 얻어지므로 이를 이용할 수도 있고, Ca계 벤토나이트에 비하여 층간 결합력이 낮아 반응성이 우수한 Na계 벤토나이트를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 Na계 벤토나이트는 자연으로부터 채굴하여 사용할 수도 있고, 상기 Ca계 벤토나이트로부터 Na계 벤토나이트를 얻는 방법이 있다. 이를 위해서는 Ca계 벤토나이트에 탄산나트륨을 가하여 양이온을 치환하는 방법 등을 이용하여 제조할 수도 있다.

이외에 상기 층간 양이온은 상기 Ca, Na 이온 이외에 Ca, Na, Al, Fe, Ti, Zr, Si 및 이들의 산화물 이온으로 이루어지는 군으로부터 하나이상 선택하여 치환하거나 첨가하여 할 수 있다. 즉, 몬모릴로나이트의 층간 양이온을 상기 기술한 원소의 이온으로 치환하여 유기물질의 분해 또는 결합의 촉매, 흡착재로서 역할을 하도록 하거나, 상기 층간 양이온을 상기 기술한 원소의 수산화물 이온으로 교환한 후 소성하여 층간에 이들 이온의 산화물을 주상으로 존재하게 하여 이를 연초의 연소에 따른 유기물질의 분해 또는 결합의 촉매, 흡착재로서 역할을 하도록 할 수 있다. 이외에도 상기 기술한 형태에 추가하여, 또는 별도로 상기 기술한 원소의 이온을 침입(Intercalation)시켜 침입된 이온에 의하여 층간에 미세 기공을 형성토록 하여 흡착효과를 높일 수 있다.

상기 기술한 반응성 증가 및 흡착성을 함께 구비한 벤토나이트 계열의 광물을 제조하는 방법으로는 Na계 벤토나이트를 고온 건조하거나, 볼 밀로 분쇄한 후 소성하여 제조하는 방법이 있다.

Na계 벤토나이트의 경우는 반응성이 우수하여, 바람직하게는 이를 200 내지 800 ℃에서 10 분 내지 12 시간 건조하는 경우에 유기물질과 분해 및 결합이 원활히 이루어져 이를 통하여 유해성 유기물질이 촉매물질과의 분해 및 결합을 통하여 단순한 물질로 분해되는 반응성이 우수한 촉매적 기능과 다공성 구조에 따른 높은 반응면적 및 흡착면적을 제공하게 된다.

또한 상기 소성의 경우에는 소성의 유효성을 증가시키기 위하여 볼 밀(Ball Mill)로 벤토나이트를 분쇄한 후에 이를 소성하는 것이 바람직하다.

상기와 같은 벤토나이트 계열의 광물의 형상은 다양한 형태를 가질 수 있으며, 바람직하게는 도 1에 도시한 바와 같이 담배필터 등의 부위에 분산이 용이하도록 분말, 과립, 환상의 형상을 가질 수 있고, 반응 표면을 증가시키기 위하여 원통형상, 말안장(Saddle) 형상이 가능하며, 이외에 도 2 내지 도 4에 도시한 유로에 효과적으로 대응되도록 하기 위하여 판상의 형상을 가질 수 있다. 또한 상기 판상 은 반응 표면적을 크게 하기 위하여 다공성 구조를 가지는 것이 바람직하다.

또한 인공적으로 산화알루미늄(Al₂O₃)과 산화규소(SiO₂)를 15 : 85 내지 20 : 80으로 혼합하고, 이를 고온 소결한 물질을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 적정한 구조를 가지기 위하여 상기 비율은 대략 18 : 82를 가지는 것이 좋다.

상기와 같은 비율의 산화알루미늄(Al₂O₃)과 산화규소(SiO₂)의 혼합물을 얻기 위해서는 산화알루미늄(Al₂O₃)과 산화규소(SiO₂)를 각각 상기 비율로 혼합할 수 있으며, 또는 산화알루미늄(Al₂O3)과 산화규소(SiO₂)를 포함하는 다양한 광물과 이들 광물에 상기 비율 대비 부족한 산화알루미늄(Al₂O₃) 또는 산화규소(SiO₂)를 추가하여 위 비율의 혼합물을 얻을 수 있다. 이에 대한 구체적인 예로는 뮬라이트를 들 수 있다. 뮬라이트(3Al₂O3·2SiO₂)와 산화규소(SiO₂)를 대락 1 : 8 내지 12 내외의 비율로 혼합할 수도 있으며, 바람직하게는 1 : 10 내외의 비율로 혼합하여, 상술한 산화알루미늄(Al₂O₃)과 산화규소(SiO₂)의 비율과 동일한 조성물의 혼합을 얻은 후에 고온 소결할 수 있다.

또한 상기 고온 소결은 바람직하게는 1300 내지 1450 ℃에서 1 내지 3 시간동안 고온소성하는 경우에 반응성이 우수한 촉매적 기능과 다공성 구조에 따른 높은 반응면적 및 흡착면적을 제공하게 되며, 더욱 바람직하게는 5 ℃/분의 승온 속도로 1400 ℃까지 가열한 후에 상기 온도에서 2 시간동안 소결하는 것이 소결의 진행도를 고려할 때 좋다.

또한 상기 고온소성의 경우에는 소성의 유효성을 증가시키기 위하여 볼 밀(Ball Mill)로 상기 혼합물을 분쇄 및 혼합한 후에 이를 고온소성하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 상기 볼 밀의 진행시간은 대략 8시간 정도 진행하는 것이 혼합물 및 소결물의 균일도를 위하여 좋다.

상기 고온소결에 의하여 얻어진 여과물질의 형상은 다양한 형태를 가질 수 있으며, 바람직하게는 도 1에 도시한 바와 같이 담배필터 등의 부위에 분산이 용이하도록 분말, 과립, 환상의 형상을 가질 수 있고, 반응 표면을 증가시키기 위하여 원통형상, 말안장(Saddle) 형상이 가능하며, 이외에 도 2 내지 도 4에 도시한 유로에 효과적으로 대응되도록 하기 위하여 판상의 형상을 가질 수 있다. 또한 상기 판상은 반응 표면적을 크게 하기 위하여 다공성 구조를 가지는 것이 바람직하다.

또한 상기 여과물질에 추가하여 음이온 발생 파우더를 추가로 더 포함할 수 있으며, 이는 여과물질 100 중량부에 대하여 100 내지 5 중량부로 첨가하는 것이 유해물질의 해소 및 음이온발생의 적절성을 유지하는데 바람직하다. 상기 음이온 발생 파우더에는 공지의 다양한 음이온 발생 파우더가 사용가능하며 바람직하게는 P₂O₅, Ce₂O₃, La₂O₃, Nd₂O₃, ThO₂, Pr₂O₃, SiO₂ 및 Sm₂O₃로 이루어지는 군으로부터 1종 이상을 선택하여 사용할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 P₂O₅ 25 내지 35 중량%, Ce₂O₃ 20 내지 30 중량%, La₂O₃ 7 내지 15 중량%, Nd₂O₃ 8 내지 12 중량%, ThO₂5 내지 10 중량%, Pr₂O₃ 4 내지 8중량%로 이루어지며, 이에 미량산화물로 SiO₂, Sm₂O₃, TiO₂, ZrO₂, Y₂O₃, Gd₂O₃ 등을 더 포함하는 형태로 구성할 수 있다.

이상의 상기 흡연 여과용 여과물질은 도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이 담배 및 담배필터의 다양한 형태로 포함되어질 수 있다. 따라서 본 발명은 상기 흡연 여과용 여과물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 담배필터를 제공한다. 상기 담배필터는 공지의 다양한 담배필터를 포함하며, 이에는 공지의 담배필터의 여가성능을 개선하기 위한 활성탄 가루가 분산되어 포함되는 담배필터, 활성탄 층을 별도로 구비한 탈탄 필터 등을 포함한다. 상기 담배필터에 포함되는 형태는 도 1 내지 도 3에 도시한 바에 국한되지 않으며 이외에도 흡입되는 담배연기를 여과할 수 있는 다양한 형태로 구성할 수 있고, 도 1 내지 도 3의 구성을 조합한 형태로도 구성이 가능하다.

또한 본 발명은 상기 흡연 여과용 여과물질을 담배연기 흡입의 유로상에 가지는 것을 특징으로 하는 담배를 제공한다. 따라서 상기 흡연 여과용 여과물질은 담배연기 흡입의 유로상에 존재하여 여과작용을 하므로 상기 기술한 담배필터를 포함하는 담배뿐만 아니라, 담배의 연초부분에 상기 흡연 여과용 여과물질을 분말 또는 과립 등의 분산상 또는 판상 형태 등을 포함하는 다양한 형태로 포함할 수 있다.

또한 본 발명은 담배뿐만 아니라 상기 흡연 여과용 여과물질을 담배연기 흡입의 유로상에 가지는 것을 특징으로 하는 끽연용구를 제공한다. 따라서 담배 빨부리, 곰방대 등을 포함하는 끽연용구에 있어서 흡입 담배연기가 지나가는 유로상 에 상기 기술한 다양한 형태로 상기 흡연 여과용 여과물질을 포함하도록 할 수 있다. 이에 대한 일 실시예는 도 4에 도시한 바와 같다.

본 발명의 실시예에 따른 담배필터의 기능은 유기물 분해 촉매를 이용한 것으로서 담배의 유해물질인 일산화탄소 및 발암 물질의 주 원인이되는 타르의 유기물질 성분을 분해할 수 있다. 본 발명의 담배필터를 사용하므로써 담배 연기의 산화분해 및 가수분해 반응을 동시에 진행시키며 유기물들을 분해하여 최종적으로 이산화탄소(CO₂), 물(H₂O), 메탄(CH₄), 그리고 산소(O₂)를 배출하고 습기를 분해하여 산소를 발생시키기도 한다.

촉매 필터의 타르 내의 유기물 분해 과정은 먼저, 담배 연기의 타르, 일산화탄소 등이 본 발명에 따른 필터를 통과하면서 촉매 내의 무수한 기공 속으로 흡착한다. 촉매 기공 내에서는 촉매 구성 분자 군과 흡착된 분자군 사이에 강력한 인력이 작용하며 그 결과 산소의 일부는 산소라디칼(활성산소)로, 습기의 일부는 수소라디칼(활성수소), 산소라디칼 및 히드록시(-OH) 라디칼 그리고 유기물들의 일부는 분해된 여러 형태의 라디칼로 순간적인 화학변화를 일으킨다. 이들 라디칼들은 일상적 환경에서는 매우 불안정하므로 즉시 다시 재결합을 통하여 새로운 화합물로 합성된다. 이와 같이, 유기물들이 분해와 화합물 재결합이 같은 촉매 필터 속을 통과하면서 반복적으로 지속되는 과정에서 유기물들은 보다 단순한 화합물로 분해 및 재결합되어 배출되는데, 궁극적으로는 이산화탄소(CO₂), 물(H₂O), 메탄(CH₄), 그리고 산소(O₂)의 형태로 분해되어 배출된다.

표 1 및 표 2는 본 발명의 실시예에 따른 촉매 여과물질을 이용한 탈취시험을 한 표이다. 촉매 여과물질은 실시예에 따른 벤토나이트 계열의 광물과 산화알루미늄과 산화규소의 혼합물질을 3:7에서 5:5로 혼합한 촉매 여과물질을 사용하였다.

시험항목	탈취시험(HCHO)
시험항목	경과시간(분)	처음농도(ppm)	시료농도(ppm)	탈취율(%)
시험결과	0	81	81	-
	30	78	5	93.6
	60	75	3	96.0
	90	72	2	97.2
	120	70	1	98.6

표 1을 참조하면, 포름알데히드의 탈취율이 상당히 우수함을 확인할 수 있다.

시험항목	탈취시험(NH₃)
시험항목	경과시간(분)	처음농도(ppm)	시료농도(ppm)	탈취율(%)
시험결과	30	194	26	86.6
	60	152	15	90.1
	90	131	10	92.4
	120	116	8	93.1

표 2를 참조하면, 암모니아의 탈취율이 상당히 우수함을 확인할 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 도면 및 상세한 설명에 의하여 한정되는 것은 아니고, 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 해당 기술분야의 당업자가 다양하게 수정 및 변경시킨 것 또한 본 발명의 범위 내에 포함됨은 물론이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 흡연 여과용 여과물질, 이를 포함하는 담배필터, 담배 및 끽연용구에 따르면 흡연과정에서 발생하는 담배의 유해물질인 일산화탄소와 발암물질의 주원인이 되는 타르의 유기물질 성분을 촉매작용을 통하여 분해할 뿐만 아니라 흡착과정을 복합적으로 수행하여 흡연으로 인한 유해물질의 흡수를 경감시키도록 하는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면 유기물질 성분을 촉매작용을 통하여 분해함으로써 이에 대한 부산물로 산소를 발생시켜, 흡연자에게 부족한 산소를 공급하는 효과가 있다.

뿐만 아니라, 상기 기능을 수행함과 동시에 분해가 되지 않는 중금속의 경우에는 흡착을 통한 중금속의 여과도 함께 이룰 수 있는 효과가 있다.

Claims

벤토나이트 계열의 광물을 주재로 하는 것을 특징으로 하는 흡연 여과용 촉매 여과물질.
제1항에 있어서,

상기 벤토나이트 계열의 광물은 벤토나이트 내 몬모릴로나이트의 층간 양이온이 Ca, Na, Al, Fe, Ti, Zr, Si 및 이들의 산화물의 이온으로 이루어지는 군으로부터 하나 이상 선택되어지는 것을 특징으로 하는 흡연 여과용 촉매 여과물질.
제1항에 있어서,

상기 벤토나이트 계열의 광물은 Na계 벤토나이트를 고온 건조하거나, 소성하여 제조된 것을 특징으로 하는 흡연 여과용 촉매 여과물질.
제3항에 있어서,

상기 고온건조는 200 내지 800 ℃에서 10분 내지 12시간 건조해서 이루어지는 것을 특징으로 하는 흡연 여과용 촉매 여과물질.
제1항에 있어서,

상기 벤토나이트 계열의 광물은 분말, 과립, 환상, 원통형상, 말안장형상 또 는 판상인 것을 특징으로 하는 흡연 여과용 촉매 여과물질.
제1항에 있어서,

상기 벤토나이트 계열의 광물에 산화알루미늄(Al₂O₃)과 산화규소(SiO₂)를 15 : 85 내지 20 : 80으로 혼합하고, 이를 분쇄/혼합한 후 1300 내지 1450 ℃에서 고온 소결한 소결 물질을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 흡연 여과용 촉매 여과물질.
제1항에 있어서,

상기 벤토나이트 계열의 광물에 뮬라이트(3Al₂O3·2SiO₂)와 산화규소(SiO₂)를 1 : 8 내지 12 내외의 비율로 혼합하고, 이를 분쇄/혼합한 후 1300 내지 1450 ℃에서 고온 소결한 소결 물질을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 흡연 여과용 촉매 여과물질.
산화알루미늄(Al₂O₃)과 산화규소(SiO₂)를 15 : 85 내지 20 : 80으로 혼합하고, 이를 볼 밀로 분쇄/혼합한 후 1300 내지 1450 ℃에서 고온 소결한 소결 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 흡연 여과용 촉매 여과물질.
제8항에 있어서,

상기 소결 물질은 분말, 과립, 환상, 원통형상, 말안장형상 또는 판상인 것을 특징으로 하는 흡연 여과용 촉매 여과물질.
뮬라이트(3Al₂O3·2SiO₂)와 산화규소(SiO₂)를 1 : 8 내지 12 내외의 비율로 혼합하고, 이를 분쇄/혼합한 후 1300 내지 1450 ℃에서 고온 소결한 소결 물질을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 흡연 여과용 촉매 여과물질.
제10항에 있어서,

상기 소결 물질은 분말, 과립, 환상, 원통형상, 말안장형상 또는 판상인 것을 특징으로 하는 흡연 여과용 촉매 여과물질.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항의 흡연 여과용 촉매 여과물질에 음이온 발생 파우더를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 흡연 여과용 촉매 여과물질.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항의 흡연 여과용 여과물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 담배필터.
제12항의 흡연 여과용 촉매 여과물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 담배필터.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항의 흡연 여과용 촉매 여과물질을 담배연기 흡입의 유로상에 가지는 것을 특징으로 하는 담배.
제12항의 흡연 여과용 촉매 여과물질을 담배연기 흡입의 유로상에 가지는 것을 특징으로 하는 담배.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항의 흡연 여과용 촉매 여과물질을 담배연기 흡입의 유로상에 가지는 것을 특징으로 하는 끽연용구.
제12항의 흡연 여과용 촉매 여과물질을 담배연기 흡입의 유로상에 가지는 것을 특징으로 하는 끽연용구.