KR20070047019A - 광촉매 이산화티탄이 코팅된 3차원 세라믹 필터를 이용한정수 하우징 및 이를 이용한 정수 시스템 - Google Patents
광촉매 이산화티탄이 코팅된 3차원 세라믹 필터를 이용한정수 하우징 및 이를 이용한 정수 시스템 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 광촉매 이산화티탄이 코팅된 3차원 세라믹 필터를 포함하는 정수 하우징에 관한 것이다. 본 발명의 정수 하우징은 하우징과 3차원 세라믹 필터를 포함한다. 구체적으로, 본 발명에 따른 정수 하우징은 유리에 석영 미립자 또는 보로실리케이트를 혼합하여 피처리수의 흐름이 용이하도록 그 표면에 다수의 홀이 존재하도록 성형된 것이다. 3차원 세라믹 필터는 오염물질을 흡착하고 자외선 및 가시광선으로 산화분해시키는 기능을 수행하는 것으로서, 3차원 미세 셀 Si/Sic (Si+카보네이트) 다공질 세라믹 필터로서, 유리 매트릭스에 석영 분말과 뮬라이트 (mullite)를 혼합하여 3차원 구조를 갖도록 성형한 후, 광촉매를 고온화학증착법으로 세라믹 필터에 코팅하여 2차 소결 처리된 것이다.
광촉매 이산화티탄, 3차원 세라믹 필터, 정수 하우징, 보로실리케이트, 유리
Description
도 1은 본 발명의 광촉매 이산화티탄이 코팅된 3차원 세라믹 필터를 포함하는 정수 하우징의 모식도.
도 2는 도 1의 정수 하우징을 포함하는 정수 시스템의 모식도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1: 정수 하우징, 2: UV 램프, 3: 필터
4: 유입 라인, 5: 전처리 필터, 6: 산소 기포 공급관
7: 수조 탱크, 8: 중공사막 필터, 9: 배출 라인
10: 여과 유닛
본 발명은 광촉매 이산화티탄이 코팅된 3차원 세라믹 필터를 포함하는 정수 하우징에 관한 것이다.
아파트 또는 공동 물탱크, 산업 현장 물탱크 및 단독주택의 FRP 물탱크 내의 저장된 물은 공기 속의 세균의 침투로 인하여 물속의 녹조류의 번식, 각종 세균 및 바이러스의 2차 번식이 심하다. 때때로, 물탱크 청소를 위해 용역사업에 의뢰하곤 하는 현실이다.
탱크 내부의 방수 도장이나 RFP 자체는 다이옥신, 벤젠 등 발암성 유기물질과 환경 호르몬의 유출로 성장 어린이에게 심한 장애를 일으키는 문제를 야기한다.
한편, 1970년대 빛에 의해 활성화된 이산화티탄에 의해 물이 분해되는 현상이 보고되었다. 이 현상을 기초로 이산화티탄의 코팅막이나 복합 재료 등이 개발되어 물처리 기술 및 오염방지 기술에 응용되기 시작하였다. 관촉매는 빛의 에너지에 의해 활동하는 촉매라고 할 수 있다. 이 광촉매는 빛을 흡수해 에너지의 높은 상태가 되어 그 에너지를 반응 대상이 되는 물질에 부여해 화학반응을 일으켜 각종 정화작용을 수행하게 된다.
1990년대 이산화티탄 광촉매가 질소산화물의 분해 정화에 적용가능하다는 보고가 있었다. 광촉매의 환경 정화재료에의 이용 및 상품화를 가속화함과 함께 이산화티탄막 표면을 다공질화한 코팅이나 인회석과 복합한 다기능 복합재료 등도 개발되었다. 최근에는 가시광 응답형 광촉매의 개발도 진행하고 있다.
광촉매에는 금속, 반도체, ZnO, CdS, ZrO2, SnO2, WO3 등과 페롭스카이트형 복합금속산화물인 SrTiO3 등이 있으나, 모든 유기물을 이산화탄소와 물로 분해할 수 있는 능력을 갖고 있는 이산화티탄이 대표적인 광촉매 물질로 널리 사용되고 있다. 그 중에서, 광촉매 반도체의 이산화티탄 (아나타제 및 루틸형)은 물에 분해되지 않고, 저가로 내구성 및 내마모성이 우수하며, 자원 측면에서도 풍부하여 입수하기 쉬운 유리한 조건 등으로 인해 현재 가장 많이 사용되고 있는 촉매이다. 이산화티탄 결정 중에서 특히 아나타제가 광촉매로서 가장 많이 사용되고 있다. 이산화티탄에 빛을 투여할 때 발생하는 강력한 산화력을 이용하면, 독성이 매우 높은 다이옥신을 포함하여 거의 모든 유기물질을 물이나 탄산가스로 분해할 수 있다. 이 광촉매 작용을 이용함으로써 탈취, 항균 및 공팡이 방지, 배기가스의 정화, 오염 방지, 셀프 클리닝, 물처리 등 환경 분야에의 폭넓은 응용이 가능하다.
따라서, 아파트 또는 공동 물탱크 등에 저장된 물의 오염 등을 방지하기 위한 정수 시스템이 요구되고 있는 현실에서 광촉매 등을 이용하여 우수한 정수 효과를 제공하는 기술 개발에 대한 현실적인 필요성이 존재하고 있다.
본 발명의 목적은 상기 필요성을 충족시키기 위해 아파트 또는 공동 물탱크 등에 저장된 물의 오염 등을 방지하기 위한 것으로서, 광촉매 이산화티탄이 코팅된 3차원 세라믹 필터를 이용한 정수 하우징을 제공하는 것이다.
따라서, 본 발명은 광촉매 이산화티탄이 코팅된 3차원 세라믹 필터를 포함하는 정수 하우징에 관한 것이다.
보다 구체적으로, 본 발명의 정수 하우징은 유리에 석영 미립자 또는 보로실리케이트를 혼합하여 그 표면에 다수의 홀이 존재하도록 성형된 하우징, 3차원 미 세 셀 Si/Sic (Si+카보네이트) 다공질 세라믹 필터 및 하우징 내부에 배치된 UV 램프를 포함한다.
또한, 상기 다공질 세라믹 필터는 유리 매트릭스에 석영 분말과 뮬라이트 (mullite)를 혼합하여 3차원 구조로 1차 소결 성형한 후, 광촉매를 고온화학증착법으로 세라믹 필터에 코팅하여 2차 소결된 것일 수 있다.
또한, 본 발명은 부유물질을 제거하는 전처리 필터, 상기 정수 하우징이 복수개 설치된 여과 유닛이 설치된 수조 탱크, 상기 정수 하우징 및 중공사막 필터를 포함하는, 피처리수가 상기 구성 요소를 순차적으로 통과함으로써 정화처리되는 정수 시스템을 제공한다.
이하에서, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명의 정수 하우징 (1)은 하우징과 3차원 세라믹 필터를 포함한다. 구체적으로, 본 발명에 따른 정수 하우징은 유리에 석영 미립자 또는 보로실리케이트를 혼합하여 피처리수의 흐름이 용이하도록 그 표면에 다수의 홀이 존재하도록 성형된 것이다. 본 발명의 정수 하우징은 3차원 구조로 형성되어 있어 피복된 이산화티탄의 이용 및 자외선의 고효율 이용에 적합한 형상을 갖고, 95 부피% 이상의 공극율과 액체 및 기체를 통과시켜도 파괴되지 않는 강도를 갖는다.
3차원 세라믹 필터는 오염물질을 흡착하고 자외선 및 가시광선으로 산화분해시키는 기능을 수행하는 것으로서, 3차원 미세 셀 Si/Sic (Si+카보네이트) 다공질 세라믹 필터로서, 유리 매트릭스에 석영 분말과 뮬라이트를 혼합하여 3차원 구조를 갖도록 1차 소결 성형한 후, 광촉매를 고온화학증착법으로 세라믹 필터에 코팅하여 2차 소결된 것이다.
본 발명의 정수 하우징에는 광촉매의 작용을 위해 UV 램프 (2)가 하우징 내부에 배치된다. 세라믹 필터는 UV 램프가 설치된 정수 하우징에 충전되고, UV 조사시에 그 표면에 코팅되어 있는 광촉매가 활성화되어 물속에 용해되어 있는 환경호르몬으로 대표되는 유기화합물의 분해 및 박테리아와 세균류의 제거 기능을 수행할 수 있다.
한 실시태양에서, 본 발명의 정수 하우징은 다음과 같이 제조할 수 있다. 먼저, 무기질 유리를 고온 용융시킨 소재에다 보로실리케이트 유리 (상품명: 파이렉스) 및 석영 분말을 분산 혼합하여 필터 하우징 담체를 다공으로 성형시킨다. 이어서, 유리 매트릭스에 석영 분말과 뮬라이트를 혼합하여 3차원 구조를 갖도록 1차 성형한 후, 광촉매를 고온화학증착법으로 코팅하여 2차 소결한 미세 셀 Si/Sic 세라믹 필터를 상기 필터 하우징 담체 내에 삽입하여 조립시키고, 하우징과 필터 중간에 자외선 램프를 삽입하여 고정시킨다.
상기 자외선 램프를 제어하는 제어 박스 또는 램프의 상태를 점검하는, 반응조 외부에 장치된 센서 박스가 각각의 램프에 연결된다.
본 발명의 정수 하우징을 사용하는 정수 시스템에서, 피처리수는 부유물질을 제거하는 전처리 필터를 거쳐 1차 정수 처리용 수조 탱크로 유입되어 탱크 내의 여과 유닛을 거쳐 처리된 후, 본 발명의 정수 하우징에 유입되어 3차원 미세 세라믹 광촉매 부착 필터를 통해 여과되어 배출될 수 있다.
1차 정수 처리용 수조 탱크에는 상기 후처리에 사용되는 정수 하우징에 충전 되는 것과 동일한 상기 미세 셀 Si/Sic 세라믹 필터를 충전한 상기 정수 하우징을 원형 기판에 방사상으로 복수개 설치한 여과 유닛 (10)을 설치한다. 여기서, 여과 유닛은 회전 장치를 통해 수조 탱크 (7)에 고정되고, 회전 장치에 의해 서서히 회전하게 된다. 또한, 외부에 설치된 산소 공급기에서 하우징 하부로부터 상부로 산소 기포를 계속 공급하기 위해 각각의 정수 하우징 하부에 산소 기포 공급관이 배치된다.
상기 시스템에서 수조 탱크 다음에 다수의 정수 하우징이 직렬로 배치되어 정수 효율을 높일 수 있으며, 피처리수의 양에 따라 배치되는 정수 하우징의 수를 적절하게 변경할 수 있다. 예를 들어, 2개의 정수 하우징이 정수 시스템에 설치될 수 있고, 이때 제2 정수 하우징의 처리수 배출 부분에 중공사막 필터를 다수 설치하여 미세 부유분말류를 제거할 수도 있다.
하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명은 이로 제한되지 않으며, 상기 설명에 비추어 본 발명의 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 첨부된 청구범위 내에서 본 발명은 본원에서 설명된 것과 상이한 방식으로 실시될 수도 있음을 이해할 것이다.
<실시예 1>
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 정수 하우징은 다음과 같이 제조하였다. 무기질 유리를 고온 용융시킨 후, 50:50의 비율로 혼합한 보로실리케이트 유리 (상품명: 파이렉스) 및 석영 분말의 혼합물을 가하였다. 생성물을 유리 가공 방식으로 성형하여 표면에 다수의 구멍이 존재하는 하우징 (길이 160 cm, 폭 20 cm 의 원통형)을 제조하였다.
3차원 미세 셀 세라믹 필터는 다음과 같이 제조하였다. 유리 매트릭스에 석영 분말과 뮬라이트를 60%:30%:10%의 비율로 혼합하여 도너츠 형태의 3차원 구조를 갖도록 성형하였다. 여기에, 광촉매로서 이산화티탄을 고온화학증착법을 사용하여 코팅한 후 소결하여 미세 셀 Si/Sic 세라믹 필터를 제조하였다.
상기 제조한 하우징 내 중앙 부분에 자외선 램프 (미국 GE사 제품, 수중용 20W 출력의 UV 램프)를 삽입하여 고정시키고, 상기 제조한 세라믹 필터를 하우징 내의 빈 공간에 치밀하게 충전하였다.
<실시예 2>
도 2에 도시된 바와 같이, 실시예 1에서 제조한 본 발명의 정수 하우징을 사용하는 정수 시스템을 실험실 규모로 제조하였다.
피처리수는 부유물질을 제거하기 위해 전처리 필터 (코오롱 주식회사)를 통과한 후, 유입 라인을 통해 수조 탱크 (3 m x 3 m x 4 m (높이), 용량 36,000 리터)로 유입된 후, 배출 라인을 통해 실시예 1에서 제조한 정수 하우징에 유입되고 정수 하우징 내의 3차원 미세 세라믹 광촉매 부착 필터를 통해 여과되고, 다시 중공사막 필터를 통해 배출되도록 디자인하였다.
상기 수조 탱크에는 실시예 1에서 제조한 정수 하우징 6개가 원형 기판 (직경 80 센티미터)에 방사상으로 배치된 여과 유닛이 회전 장치를 통해 고정되고, 여과 유닛은 회전 장치의 구동에 의해 서서히 회전시켰다. 각각의 정수 하우징 하부에 공기 공급관을 배치하여 하우징 하부로부터 상부로 산소 기포를 계속 공급하였 다.
상기 정수 시스템에서 광촉매의 작용을 위해 하우징 내부에 장치된 UV 램프에서 자외선 조사시에 하우징 표면과 세라믹 필터 표면에 코팅되어 있는 광촉매가 활성화되어 물속에 용해되어 있는 유기화합물의 분해 및 박테리아와 세균류의 제거 기능을 수행할 수 있다.
도 2에 도시된 정수 시스템을 사용하여 물을 정화처리하고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다. 정수 시스템에서, 피처리수는 수조 탱크에 유입된 후, 수조 탱크 내에서 2시간 이상 체류하면서 정수 하우징 내를 순간 흐름 100 리터/분의 속도로 통과하였다.
| 항 목 | 단 위 | 먹 는 물 수질기준 | 유입수 농 도 | 제거율 (%) |
| 냄 새 | - | 무 취 | 유리 잔류 염소로서 (2.0㎎/L) | 95 |
| 맛 | - | 무 미 | - | - |
| 색 도 | 도 | 5이하 | 15 | 80 |
| 탁 도 | NTU | 0.5이하 | 5 | 90 |
| 총트리할로메탄 | ㎎/L | 0.1 | 0.3 | 95 |
| 벤 젠 | ㎎/L | 0.01 | 0.1 | 97 |
| 톨 루 엔 | ㎎/L | 0.7 | 2.0 | 98 |
| 에틸벤젠 | ㎎/L | 0.3 | 0.9 | 98 |
| 다이아지논 | ㎎/L | 0.02 | 0.06 | 90 |
| 파라티온 | ㎎/L | 0.06 | 0.18 | 95 |
| 폐 놀 | ㎎/L | 0.005 | 0.05 | 97 |
| 세 제 | ㎎/L | 0.5 | 1.5 | 99 |
| 철 | ㎎/L | 0.3 | 0.9 | 83 |
| 동 | ㎎/L | 1.0 | 3.0 | 80 |
| 비 소 | ㎎/L | 0.05 | 0.5 | 95 |
| 카드뮴 | ㎎/L | 0.005 | 0.05 | 93 |
| 아 연 | ㎎/L | 1.0 | 3.0 | 70 |
| 시 안 | ㎎/L | 0.01 | 0.5 | 95 |
| 불 소 | ㎎/L | 1.5 | 4.5 | 75 |
| 염소이온 | ㎎/L | 250 | 300 | 95 |
| 경 도 | ㎎/L | 300 | 600 | 70 |
| 총대장균군 | CFU/mL | 음성 | 20-1000 | 음성 |
상기 표 1에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 정수 하우징을 사용한 정수 시스템을 이용할 경우, 벤젠, 톨루엔 등의 유기 화합물 및 비소, 카드뮴 등의 금속을 포함하여 피처리수 내의 불순물을 매우 효율적으로 산화 및 침전 (중금속의 경우 90% 이상)시킬 수 있음을 알 수 있다.
상기 설명한 바와 같이, 본 발명의 정수 하우징을 사용하면, 아파트 또는 공동 물탱크 등에 저장된 물의 오염 등을 효과적으로 방지할 수 있다.
Claims (4)
- 유리에 석영 미립자 또는 보로실리케이트를 혼합하여 그 표면에 다수의 홀이 존재하도록 성형된 하우징, 광촉매가 코팅된 3차원 미세 셀 Si/Sic 다공질 세라믹 필터 및 하우징 내부에 배치된 UV 램프를 포함하는 정수 하우징.
- 제1항에 있어서, 다공질 세라믹 필터가 유리 매트릭스에 석영 분말과 뮬라이트를 혼합하여 3차원 구조로 1차 소결 성형한 후, 광촉매를 고온화학증착법으로 세라믹 필터에 코팅하여 2차 소결된 것인 정수 하우징.
- 부유물질을 제거하는 전처리 필터 (5), 제1항 기재의 정수 하우징이 복수개 설치된 여과 유닛 (10)이 설치된 수조 탱크 (7) 및 제1항 기재의 정수 하우징 (1)을 포함하는, 피처리수가 상기 구성 요소를 순차적으로 통과함으로써 정화처리되는 정수 시스템.
- 제3항에 있어서, 복수개의 제1항 기재의 정수 하우징이 직렬로 배치되는 것인 정수 시스템.
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