KR20080050664A - 고온가스 및 입자상물질 처리를 위한 금속산화물 필터 및그 제조방법. - Google Patents

고온가스 및 입자상물질 처리를 위한 금속산화물 필터 및그 제조방법.

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KR20080050664A
KR20080050664A KR1020060121168A KR20060121168A KR20080050664A KR 20080050664 A KR20080050664 A KR 20080050664A KR 1020060121168 A KR1020060121168 A KR 1020060121168A KR 20060121168 A KR20060121168 A KR 20060121168A KR 20080050664 A KR20080050664 A KR 20080050664A
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Abstract

본 발명은 산업공정 중에 발생하는 SOx, NOx, HCL 등의 배기가스를 분진과 함께 제거하기 위한 고온가스 및 입자상물질 동시처리 필터 제조에 관한 것으로서 보다 상세하게는 배기가스 내의 다수의 유해가스물질 및 분진의 제거를 목적으로 고온·고압에서도 일괄 공정으로 처리하도록 함으로써 석탄가스화시스템, 소각로, 발전소, 시멘트, 제철 제강 또는 보일러 등에 낮은 설비비용과 적은 공간에서도 용이하게 적용할 수 있게 한다.
상기 제조방법은 금속산화물계 분말과 세라믹 분말의 합성이나 금속산화물계 or 세라믹 분말 단독으로 일정 배합비율을 가지고 슬러리를 만들어 부직포, 직포, 스폰지, 직물 망, 연질 폴리우레탄 폼에 슬러리를 침전, 도포, 스프레이 법으로 균일한 밀도를 갖게 담지하여 건조하고, 이를 소결하여 고온에서 분진 및 배기가스를 처리하는 금속산화물계 필터를 제조하는 다양한 필터의 제조방법이다.

Description

고온가스 및 입자상물질 처리를 위한 금속산화물 필터 및 그 제조방법.{ HOT GAS AND PARTICULATE FILTRATION WITH METAL OXIDE FILTER ELEMENTS AND ITS PRODUCING METHOD }
본 발명은 금속산화물계 필터 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 촉매의 기능을 갖는 금속산화물계 필터로 990℃ 이하의 낮은 소결온도로 제조비용이 저렴하고, 입자상물질 및 배기가스를 동시에 처리 가능한 기능성 금속산화물계 필터로 제조방법이 용이할 뿐만 아니라, 동시에 형상변경, 대형필터의 생산이 용이하고, 내마모성, 내구성, 내화학성, 내부식성, 내열성 및 기공도 조절범위가 상대적으로 우수한 금속산화물계 필터 및 그 제조방법에 관한 것이다.
산업의 발전에 따라 각 산업공정에서 발생하는 분진, 매연, 폐가스, 연기, 휘발성 유기 화합물(Volatile organic chemicals : VOC 's)등의 유해물질의 폐해는 더욱 늘어나고 있는 실정이다.
기존의 개발된 세라믹 필터의 경우 일반적으로 세라믹 섬유(Fiber)를 이용한 튜브 형태를 진공성형이나 압축성형해서 사용하는 것이 가장 보편적인 방법이었으며, 이는 여과 효율과 배압 특성은 비교적 우수하나 제조되는 비용이 고가이고, 장시간 사용할 때 세라믹 섬유의 열화로 인해 필터의 내구성이 떨어져 여과 효율이 감소할 뿐만 아니라, 필터의 재생시 압축공기를 역분사하여 외벽의 분진을 털어 낼 때 세라믹 섬유가 파손되고, 이렇게 파손된 세라믹 섬유가 정상 운전시 배기가스 중에 포함되어 배출됨으로써 2차 공해를 발생시키는 문제가 있다.
또한 제조공정 측면에서, 진공성형 공정의 경우는 진공 쳄버 및 진공펌프의 제조에 많은 비용이 소요되며 진공 쳄버의 크기제한에 따라 제작할 수 있는 세라믹 필터의 크기에 제약을 받게 되고 진공성형에 따라 제조된 세라믹 필터의 크기 제한을 가지므로 대형 필터는 제조하지 못하는 문제가 있으며, 세라믹 소재의 사용에 따른 심한 마모로 일정 생산량마다 금형을 바꿔야하므로 높은 고정비로 생산단가가 높게 되는 문제점이 있다.
또한 상기 진공성형 방법 이외에도 압출성형, 프레스 성형, 정수압(hydrostatic pressure)성형 등의 압축성형 방법들이 개발되고 있으나 이 경우에도 제작시 금형제작이 필수적이며 가압장치를 구비해야 하므로 제작비용이 증가하고 제조가 용이하지 못할 뿐만 아니라 금형이 결정되면 제작형상의 변경이 용이하지 않고, 대형필터의 생산이 어려운 문제점을 가진다. 또한 상기 성형방식의 경우는 가압방식에 의한 성형이므로 기공도가 낮아 통기성이 떨어지며, 기본적으로 필터의 압력손실이 높고, 분진의 필터 통과시 매우 높게 압력손실을 증가시키는 문제점이 있다.
상기 제품 및 제조방법은 제작 과정에서 본 발명과 상대적으로 많은 비용, 시간과 문제점이 있어 보이며, 제작과정을 보아도 고온에서 입자상물을 해결하기 위한 기능에 머물고 있다. 본 발명은 고온·고압 조건에서도 입자상물질 및 배기가스를 동시처리 가능한 것으로 금속산화물계 필터를 통해 여러 공정을 단일 복합공정으로 처리할 수 있다.
상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자, 본 발명은 고온·고압 조건에서 가스 및 입자상물질을 처리하기 위한 금속산화물계 필터의 제조 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 금속산화물계 필터의 내열성, 내구성, 내마모성, 내부식성, 내화학성 등과 갖추고 일정 크기의 필터 기공을 조절함으로써 반응 능력이 우수한 금속산화물계 필터의 제조 및 그 제조방법을 이루는데 있다.
최종 소결 온도는 필터 본체제조 원료혼합 시에 CKMB-900의 사용으로 1차 소결온도를 990℃ 이하의 온도로 결정하여 바인더 결합을 유도하였으며, 무기바인더로 CKMB-750을 사용하여 700 ∼ 850℃의 소결 결합온도와 CKMB-600을 사용하여 550 ∼ 700℃의 소결 결합온도를 유도하여 1차 소결 제품의 가공, 조립 및 코팅을 포함하는 제조공정 완성 이후 2차 3차 소결온도를 바람직하게는 750℃ 또는 650℃의 소결 결합온도로 유도하여 소결시 제품의 형태 및 성질변형 없이 기공, 표면, 강도, 기능성 등의 뛰어나고 저렴한 비용으로 제작이 가능한 최종제품을 제조하기위한 공정제조방법이다
금속산화물계 필터는 고온유해가스 및 입자상물질을 일정 공간에서 금속산화물계 필터와 반응 or 흡착하거나 환원제와 배기가스가 섞여 반응하여 유해가스의 농도를 낮추고, 동시에 입자상물질을 포집하는 금속산화물계 필터의 제조 및 그 제조방법에 관한 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은
a)ⅰ) 철(Fe)산화물계 분말, 망간(Mn)산화물계 분말, 리튬(Li)산화물계 분말, 아연(Zn)산화물계 분말, 안티몬(Sb)산화물계 분말, 마그네슘(Mg)산화물계 분말 등으로부터 1 종 이상 선택되는 금속산화물계 분말 1 내지 70 중량부;
ⅱ) 탄화규소, 알루미나, 실리마나이트, 카올린, 실리카, 티타니아 철강 슬래그, 폐 주물사 및 규조토, 점토로 이루어지는 군으로부터 1 종 이상 선택되는 세라믹 분말 10 내지 70 중량부;
ⅲ) 목재 분말, 곡물 분말, 고분자 분말 등으로부터 1종 이상 선택되는 탄화물 분말 1 내 50 중량부;
ⅳ) 윤활제 5 내지 30 중량부;
ⅴ) 바인더 1 내지 50 중량부; 및
ⅵ) 분산액 10 내지 90 중량부
를 혼합하여 슬러리를 제조하는 단계;
b) 상기 a)단계에서 제조한 슬러리를 담지체에 침전, 도포, 스프레이 방법으로 수차례 반복하여 담지하는 제조하는 단계;
c) 상기 b)단계에서 침전, 도포, 스프레이 법으로 슬러리가 담지된 담지체 만을 이용하거나 다양한 형태의 틀을 이용하여 성형물로 만드는 단계
d) 상기 c)단계에서 슬러리가 담지된 성형물을 건조하는 단계
e) 상기 d)단계에서 건조된 성형물을 소결하는 단계를
포함하는 것을 특징으로 하는 고온·고압 조건에서 가스 및 입자상물질 처리를 위한 필터의 제조방법을 제공한다.
또한 본 발명은 상기 방법으로 제조된 고온·고압 조건에서 가스 및 입자상물질 처리하는 금속산화물계 필터는 다양한 용도의 촉매담체 폼으로 제공되기도 한다.
이하 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명의 고온가스 및 입자상물질 처리필터는 철(Fe)산화물계 분말, 망간(Mn)산화물계 분말, 리튬(Li)산화물계 분말, 아연(Zn)산화물계 분말, 안티몬(Sb)산화물계 분말, 마그네슘(Mg)산화물계 분말 등으로부터 1 종 이상 선택되는 금속산화물계 분말과 탄화규소, 알루미나, 실리마나이트, 카올린, 실리카, 티타니아, 철강 슬래그, 폐 주물사 및 규조토, 점토로 이루어지는 군으로 부터 1 종 이상 선택되는 세라믹 분말을 주원료로 일정혼합 비율로 섞고, 목재 분말, 곡물 분말, 고분자 분말 등으로부터 1종 이상 선택되는 탄화물 분말과 윤활제, 바인더 및 분산액을 혼합하여 슬러리를 제조하거나 각 금속산화물계 분말과 세라믹 분말 별로 각각 슬러리를 제조하여 담지체에 침전, 도포, 스프레이 방법으로 반복하여 담지 시켜 성형한 후, 상기 성형된 성형물을 건조하여 1차 소결을 850 ∼ 990℃에서 소결하고, 가공 조립 후 2차 소결을 550 ∼ 850℃에서 소결하나 바람직하게는 600 ∼ 800℃에서 소결되어 제조되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 고온·고압 조건에서 가스 및 입자상물질 처리필터의 제조방법을 설명하면 다음과 같다.
a) 슬러리 제조
본 단계는 a)ⅰ) 철(Fe)산화물계 분말, 망간(Mn)산화물계 분말, 리튬(Li)산화물계 분말, 아연(Zn)산화물계 분말, 안티몬(Sb)산화물계 분말, 마그네슘(Mg)산화물계 분말 등으로부터 1 종 이상 선택되는 금속산화물계 분말 1 내지 70 중량부; ⅱ) 탄화규소, 알루미나, 실리마나이트, 카올린, 실리카, 티타니아, 철강 슬래그, 폐 주물사 및 규조토, 점토로 이루어지는 군으로 부터 1 종 이상 선택되는 세라믹 분말 10 내지 70 중량부; ⅲ) 목재 분말, 곡물 분말, 고분자 분말 등으로부터 1종 이상 선택되는 탄화물 분말 1 내 50 중량부; ⅳ) 윤활제 5 내지 30 중량부; ⅴ) 바인더 1 내지 50 중량부; 및 ⅵ) 분산액 10 내지 90 중량부를 혼합하여 슬러리를 제조하는 단계이다.
이때 금속산화물계 분말과 세라믹 분말 1종 이상 선택하여 탄화물, 윤활제, 바인더, 분산액으로 혼합하고 슬러리를 제조하여 금속산화물 복합 필터를 제조하는 방법이 있으며,
세라믹 분말 1종 이상 선택하여 탄화물, 윤활제, 바인더, 분산액으로 혼합하고 슬러리를 제조하여 세라믹 필터를 제조하는 방법이다.
또한 금속산화물계 분말 1종 이상 선택하여 탄화물, 윤활제, 바인더, 분산액으로 혼합하고 슬러리를 제조하여 금속산화물계 필터를 제조방법이다.
본 발명에 사용되는 상기 ⅰ)의 금속산화물계 분말과 ⅱ)세라믹 분말은 소결 후 금속산화물 필터의 기본 구조를 이루는 성분으로 금속산화물 필터의 강도를 이루는 지지체 역할을 한다.
상기 금속산화물계 분말, 세라믹 분말은 당업 계에서 사용되는 통상의 다양한 형태의 금속산화물계 분말, 세라믹 분말이 사용될 수 있다.
상기 금속산화물계 분말과 세라믹 분말은 다양한 입도를 가지는 성분을 사용할 수 있고, 일정성분이 동일한 입도를 가질 수도 있고, 각각 다른 입도를 가지는 동일성분을 혼합하여 사용할 수 있음은 물론이며, 특히 0.0001 ㎛ 내지 3 ㎜의 입도인 것이 바람직하다. 상기 금속산화물계 분말과 세라믹 분말의 입도가 상기 범위 내일 경우에는 금속 세라믹 필터의 기공형성 및 기계적 강도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
상기 금속산화물계 분말은 슬러리 조성물에 1 내지 70 중량부로 포함하는 것이 바람직하며 세라믹 분말은 슬러리 조성물에 10 내지 70 중량부로 포함되는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 35 내지 50 중량부로 포함되는 것이다. 그 함량이 상기 범위 내인 경우에는 금속산화물계 필터의 물리적 강도 및 형상을 유지할 수 있는 효과가 있으며, 동시에 고온에서 선택적 가스와의 반응효율을 현저히 향상시킬 수 있으며 표면적을 높이는 효과가 있다. 또한, 소결시 뒤틀림 및 균열을 방지하고 금속산화물계 필터의 내마모성, 내구성, 내화학성을 증대할 수 있다.
본 발명에 사용되는 상기 ⅲ)의 목재 분말, 곡물 분말, 고분자 분말 등으로부터 1종 이상 선택되는 탄화물 분말 1 내 50 중량부 ⅳ) 윤활제는 왁스 종류, 각종 산업용 윤활유, 여러 종류의 오일을 포함하며, 바람직하기는 고체왁스를 사용하는 것이 바람직하다. 윤활제는 혼합 슬러리의 침전, 도포, 스프레이 방법으로 슬러리 담지시 담지능력을 높이데 있으며 담지체의 평균 밀도 및 분포를 갖게 하는 작용을 한다.
본 발명에 사용되는 상기 ⅴ)의 바인더는 슬러리와 담지체의 결합을 이루는 작용을 한다.
상기 바인더는 통상의 무기바인더, 유기바인더, 또는 이들을 혼합하여 사용할 수 있으며, 특히 무기바인더와 유기바인더의 혼합물을 사용하는 것이 바람직하다.
구체적으로, 상기 무기바인더는 프리트(frit)계를 사용하는 것이 바람직하나 더욱 구체적으로 아래 표의 성분으로 구성된 자체개발한 CKMB-600, CKMB-750, CKMB-900 무기바인더 "CKMB" 를 사용하는 것이 바람직하다.
필터의 본체 골격을 만드는 슬러리 제조 시에는 CKMB-900를 사용하여 900 ∼ 990 ℃로 소결하고 CKMB-600이나 CKMB-750을 이용하여 가공 및 조립 이후 2차 소결온도는 무기바인더의 성분 구성에 따라 550 ∼ 700℃나 700 ∼ 850℃의 소결온도로 소결 하는 제조방법이다.
또는 유기바인더로는 MAP(Mono aluminium phosphate), 물풀(water binder), 폴리비닐부티랄, 폴리비닐알코올, 또는 폴리비닐아세테이트 등의 유기바인더를 사용할 수 있으며, 특히 무기바인더 CKMB와 물풀을 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다.
상기 바인더는 슬러리 조성물에 1 내지 50 중량부로 포함되는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 10 내지 30 중량부로 포함되는 것이다. 그 함량이 상기 범위 내인 경우에는 침전, 도포, 스프레이 방법으로 반복 담지할 경우 슬러리와 담지체를 효과적으로 결합시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 사용되는 상기 ⅵ)의 분산액은 바인더의 종류에 따라 그 종류를 달리할 수 있으며 특히 물 또는 알코올을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 분산액은 슬러리 조성물에 10 내지 90 중량부로 포함되는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 30 내지 70 중량부로 포함되는 것이다.
그 함량이 상기 범위 내인 경우에는 슬러리에 포함되는 각 성분을 효과적으로 혼합할 수 있으며, 슬러리가 적정한 점도를 유지하여 담지체에 효과적으로 결합할 수 있는 효과가 있다.
상기와 같은 금속산화물계 분말, 세라믹 분말과 탄화물, 윤활제, 바인더, 분산액에 동시 투입하여 혼합할 수도 있으며, 일정간격으로 순차적으로 분리 투입하여 혼합할 수도 있다. 특히, 상기 성분의 혼합은 분산액에 금속산화물계 분말, 세라믹 분말 및 무기바인더를 혼합한 후, 상기 혼합물에 유기바인더를 혼합하는 것이 혼합의 편의성을 위해 더욱 좋다.
상기 혼합물의 혼합시간은 1 내지 24 시간 동안 실시되는 것이 좋다.
상기와 같이 혼합된 슬러리는 안정화를 위하여 적어도 1 내지 6 시간 동안 숙성을 시키면 더욱 좋다.
b) 담지
본 단계는 상기 a)단계에서 제조된 슬러리를 담지체에 침전, 도포, 스프레이 방법으로 반복하여 담지 시켜 성형물을 제조하는 단계이다.
본 발명에 사용되는 상기 담지체는 제조하고자 하는 금속산화물 필터의 크기에 따라 그 크기를 달리할 수 있음은 물론이다.
상기 담지체는 슬러리를 담지할 수 있는 다공성 구조인 것은 모두 사용 가능하며, 특히 부직포, 스폰지, 직포 or 직물 망, 우레탄 폼(Urethane Form)을 사용하는 것이 적용의 용이성을 위해 보다 바람직하다.
상기 부직포는 단섬유를 웹(web)상 또는 쉬트(sheet)상의 섬유 집합체를 기본으로 하여 접착제로 결합시키거나, 열가소성 섬유를 이용하여 섬유간 접착을 시키거나 니들 펀칭, 봉제 등으로 섬유를 얽히게 하여 만든 형태인 것으로, 특히 폴리에스테르, 아라미드(aramid), 폴리페닐렌설파이드(polyphenylenesulfide), 홈-아크릴(home-acrylic), 폴리이미드(polyimide), 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene, PTFE), 비스코스(biscose), 천연섬유, 유리섬유, 세라믹섬유, 또는 금속섬유 등을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 직포는 방적, 제직(制織), 면조(綿造) 등에 의하여 제조되는 것으로, 상기 슬러리의 담지를 위하여 느슨하게 직조되어 직포 내에 슬러리 담지를 위한 충분한 기공을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 직물 망은 폴리에스테르섬유, 아크릴섬유, 금속섬유, 천연섬유, 기타 화학섬유 등의 실을 일정간격의 위사, 경사와 여러 방향의 실선이 규칙적으로 엉켜 망을 이루는 것을 포함한다.
상기 스폰지는 탄성이 있는 해면상의 다공물질로 천연고무의 원액을 발포시켜 만든 라버형, 합성수지로 만든 우레탄형이 있다.
상기 우레탄 폼으로는 Polyurethane Ether Form과 Polyurethane Ester Form 등과 기타 여러 재질의 다양한 형태의 폼 형태를 포함한다.
본 단계의 담지는 상기 슬러리를 담지체에 침전, 초포, 스프레이 하는 방법을 반복 사용할 수 있고, 상기 담지 전에 담지체를 접착, 융착, 봉제, 자체결합 또는 성형 틀을 이용한 성형 등을 통하여 제조하고자 하는 금속산화물계 필터의 형태로 만든 후, 슬러리를 침전, 도포, 스프레이 방법으로 반복 담지 하도록 할 수도 있다.
특히, 담지 성형이 끝나고 건조 공정이후 담지체에 서로 동일하거나, 다른 금속산화물계 분말이나, 세라믹 분말, 금속산화물계 분말과 세라믹 분말의 혼합 슬러리가 충분히 안착될 수 있도록 2차로 담지체에 침천, 도포, 스프레이 방법으로 반복하고 건조하는 과정을 1 ∼ 10 회 반복 실시하여 슬러리 용액이 담지체에 충분히 담지 되도록 하는 것이 더욱 좋다.
이는 소결과정 이전에 금속산화물계 필터 제품 전반에 걸쳐 완성도를 높일 수 있으며 2∼3차례의 소결과정을 줄일 수 있는 제조방법이다.
c) 건조
본 단계는 상기 b)단계에서 제조한 슬러리가 침전, 도포, 스프레이 법으로 반복하여 담지된 성형물을 건조하는 단계이다. 이때, 건조는 안전한 소결과 소결준비과정 및 소결과정 중에 발생할 수 있는 성형물의 형상 변형을 방지하는 작용을 한다.
상기 건조는 자연건조, 열풍건조, 일광건조, 또는 응달건조 등의 방법을 이용하여 실시할 수 있으며, 특히 건조시간의 단축 및 성형물의 변형 방지와 크랙이 발생하지 않도록 적외선 건조를 실시하는 것이 바람직하다.
d) 소결
본 단계는 상기 c)단계에서 건조된 성형물을 소결하는 단계이다.
상기 소결은 건조된 성형물의 성형 틀을 제거하고 소결로에 넣은 후, 소결로의 온도를 소결온도까지 승온시켜 일정한 온도에서 소결시킬 수 있다.
상기 소결은 슬러리의 성분 및 성분비에 따라 적정한 소결온도를 설정하여 소결을 진행할 수 있으며, 특히 상기 소결시 승온 중 발생할 수 있는 성형물 변형, 쪼그라듬, 및 파손을 방지할 수 있도록 상온～250 ℃까지는 0.1～3 ℃/min의 속도로 승온시키는 것이 바람직하며, 특히 80～250 ℃의 온도에서는 0.1～1 ℃/min의 속도로 천천히 승온시키는 것이 바람직하다. 최종적으로 금속산화물계 분말, 세라믹 분말의 조성에 따라 300～1,800 ℃의 소결온도까지 승온시켜 2～48 시간 동안 유지시켜 소결을 완료하는 것으로 하나 실시 예처럼 본 발명의 금속산화물 필터의 경우 바람직하게는 1차 소결온도로 850 ∼ 990 ℃로하고 가공 및 조립 이후 2차 소결온도는 무기바인더의 성분 구성에 따라 550 ∼ 700℃나 700 ∼ 850℃의 소결온도로 소결하는 제조방법이다.
상기와 같이 본 발명에 따른 금속산화물계 필터의 제조방법은 제조비용이 저렴하고, 제조시간을 단축할 수 있으며, 제조방법이 용이할 뿐만 아니라, 동시에 형상변경 및 대형 필터의 생산이 용이하고, 내마모성, 내열성, 내화학성 및 극대화된 표면적, 기공도 조절범위가 상대적으로 우수한 장점이 있다.
또한 본 발명은 상기와 같이 제조된 금속산화물계 필터를 제공하는 바, 본 발명의 금속산화물계 필터 용도에 따라 촉매를 담지하여 각종 산업의 집진설비의 배기가스 동시제거 용도로 사용될 수 있고, 특히 소각로, 화장터의 집진장치, 엔진 배기가스의 집진장치, 자동차 배기가스의 공기정화장인 촉매담체, 또는 공기청정기내의 광촉매 작용에 의한 휘발성 유기화합물(VOC 's) 제거장치 등에 사용될 수 있다. 또한 상기 금속산화물계 필터는 그 적용분야에 따라 판상, 원형, 사각형, 또는 방사형 절곡 튜브 등의 다양한 형상으로 제조될 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시 예를 제시하나, 하기 실시 예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범위가 하기 실시 예에 한정되는 것은 아니다.
[실시 예]
실시 예 1
혼합기에 물 70 중량부를 첨가하고, 여기에 아연산화물계 분말 30 중량부, 알루미나 분말 50 중량부, 무기바인더로 CKMB-900 25 중량부, 탄화물로 목재 분말 12 중량부, 윤활제로 왁스 10 중량부를 첨가하여 혼합하였다. 상기 혼합물에 유기바인더로 물풀 25 중량부를 첨가한 후, 혼합기에서 2 시간 동안 혼합하여 슬러리 용액을 제조하였다.
상기 제조한 슬러리 용액이 가로 500 ㎜×세로 500 ㎜×두께 0.8㎜ 크기의 직물 망과 가로 1,000 ㎜×세로 1,000 ㎜×두께 2㎜ 180g/㎡중량의 부직포에 충분히 담지 되도록 침전, 도포, 스프레이 법으로 4회 반복하여 담지하고 건조과정을 거치며 일정한 분로와 밀도를 갖는 성형물을 만들었다. 성형물을 만들고, 20～90 ℃의 온도에서 1 시간 이상 동안 최종 열풍건조하였다.
상기 건조된 성형물을 전기로에 넣어 상온～150 ℃까지는 0.1 ∼ 3 ℃/min의 속도로 천천히 승온 시키고, 150∼350 ℃까지는 0.5∼3 ℃/min의 속도로 천천히 승온시켜, 최종 400～1,900 ℃의 온도 범위의 소결온도를 갖는데에서 1 ∼ 12시간 동안 유지시켜 소결을 완료하였다.
최종 소결 온도는 필터 본체제조 원료혼합 시에 CKMB-900의 사용으로 1차 소결온도를 900℃온도로 결정하여 바인더 결합을 유도하였으며, 무기바인더로 CKMB-750 or CKMB-600을 사용하여 1차 소결 제품의 표면코팅, 상부 캡과 하부 마감 등의 가공, 조립 및 코팅을 포함하는 제조공정 완성 이후 2차 소결온도를 750℃ or 650℃로 하여 소결시 제품의 형태 및 성질변형 없이 기공, 표면, 강도, 기능성 등의 최종제품을 제조하기위한 공정제조방법이다. 또한 금속산화물계의 용융온도를 이용하여 자체결합 할 수 있어 소결 온도의 범위를 갖고 소결하고, 또한 대부분의 금속산화물계 필터는 고온 부식을 일으키지 않으므로 일반소결 공정으로 소결을 할 수 있으며 제품 적용공정에서 또한 내열성, 내구성, 내마모성, 내부식성, 내화학성 등을 갖는 금속산화물계 필터의 제조방법이다.
상기와 같이 제조된 금속산화물계 필터의 중량은 소결 실시 전과 후를 비교하여 10～80 ％ 감소하였으며, 1～25 ％ 정도의 수축이 발생했음을 확인할 수 있었다.
실시 예 2
상기 실시 예 1에서 아연사화물계 분말을 대신하여 망간산화물계 분말을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시 예 1과 동일한 방법으로 실시하여 금속산화물계 필터를 제조하였다.
실시 예 3
상기 실시 예 1에서 아연산화물계 분말을 대신하여 철산화물계 분말 25 중량부, 알루미나(Al2O3) 분말을 대신하여 SiC 분말 35 중량부를 함께 사용한 것을 제외하고는 상기 실시 예 1과 동일한 방법으로 실시하여 금속산화물계 필터를 제조하였다.
실시 예 4
상기 실시 예 일한 방법으로 실시한 실시 예 1, 예 2, 예 3에 의해 금속산화물계 필터를 제조하고 이후 가공 및 기능성 추가공정으로 무기바인더 CKMB-600 소결온도 550 ∼ 600℃, CKMB-750 소결온도 700 ∼ 850℃을 이용하여 SCR(Selective Catalytic Reduction)촉매, VOC's(Volatile Organic Compounds)촉매, H2S 흡착촉매, 기타 다양한 기능성 촉매 등을 워시코트(Washcoat), 스프레이(Spray) 등의 방법으로 담지 한다. 담지 제품의 소결시 제품의 형태 및 성질변형 없이 기공, 표면, 강도, 기능성 등의 우수한 최종제품을 제조하기위한 공정제조방법이다.
본 발명의 금속산화물계 필터의 제조방법은 필터 제작에 별도의 고가의 금형제작이나 대형 장치가 필요 없어 필터 제작비용이 저렴하며, 제조시간이 단축되고, 제조방법이 용이할 뿐만 아니라 형상변경이 용이하고, 대형필터의 제조생산이 가능하다. 또한 기공도 조절범위를 상대적으로 넓게 가질 수 있고, 담지체의 밀도, 셀 크기 및 중량에 따라 선택하여 적은 편차로 기공 크기 조절하여 제작가능하고, 60 ％ 이상 높은 기공율을 성형 할 수 있고, 이에 따라 제조되는 금속산화물계 필터는 저중량의 다공성 구조로 제조될 수 있다.
또한 본 발명은 형상 변경이 용이하며, 복잡한 형상의 제조가 용이하므로 일정 공간 내에서 필터의 표면적을 극대화할 수 있는 구조물로 제조할 수 있다. 또한 본 발명의 금속산화물계 필터는 내마모성, 내열성, 내구성, 내부식성, 내화학성이 뛰어나 고온·고압 하에서 사용이 가능하다.
또한 본 발명의 필터는 고온에서의 유체냉각을 통한 열교환기 장치가 필요하지 않으며, 60 ％이상의 다공성 골격구조로 상대적으로 가벼운 금속산화물계 필터는 압력손실이 낮고, 포집효율은 높아 기존 필터보다 활용도가 높을 것으로 기대된다. 이러한 금속산화물계 필터의 기능은 쓰레기 소각로, 화장터, 보일러, 시멘트 제조공정, 석탄 화력 발전소, 석탄가스화 복합 발전 설비, 제철 제강 설비 등에 용이하게 적용할 수 있다.
도 1은 본 발명에서 실시 예에 의해 사용되는 여러 종류의 부직포 사진이다.
도 2는 본 발명에서 실시 예에 의해 사용되는 여러 종류의 직물 망 사진이다.
도 3은 본 발명에서 실시 예에 의해 사용되는 여러 종류의 우레탄 폼 사진이다.
도 4는 본 발명에서 실시 예에 의해 제조된 도3의 담지체를 이용한 필터의 접사 사진이다.
도 5는 본 발명에서 실시 예에 의해 제조된 제조한 제품의 사진이다.
도 6은 본 발명에서 실시 예에 의해 제조된 제조한 제품의 사진이다.
도 7은 본 발명에서 실시 예에 의해 제조된 제조한 제품의 사진이다.

Claims (9)

  1. a)ⅰ) 철(Fe)산화물계 분말, 망간(Mn)산화물계 분말, 리튬(Li)산화물계 분말, 아연(Zn)산화물계 분말, 안티몬(Sb)산화물계 분말, 마그네슘(Mg)산화물계 분말 등으로부터 1 종 이상 선택되는 금속산화물계 분말 1 내지 70 중량부;
    ⅱ) 탄화규소, 알루미나, 실리마나이트, 카올린, 실리카, 티타니아 철강 슬래그, 폐 주물사 및 규조토, 점토로 이루어지는 군으로부터 1 종 이상 선택되는 세라믹 분말 10 내지 70 중량부;
    ⅲ) 목재 분말, 곡물 분말, 고분자 분말 등으로부터 1종 이상 선택되는 탄화물 분말 1 내 50 중량부;
    ⅳ) 윤활제 5 내지 30 중량부;
    ⅴ) 바인더 1 내지 50 중량부; 및
    ⅵ) 분산액 10 내지 90 중량부
    를 혼합하여 슬러리를 제조하는 단계;
    b) 상기 a)단계에서 제조한 슬러리를 담지체에 침전, 도포, 스프레이 방법으로 수차례 반복하여 담지하는 제조하는 단계;
    c) 상기 b)단계에서 침전, 도포, 스프레이 법으로 슬러리가 담지된 담지체 만을 이용하거나 다양한 형태의 틀을 이용하여 성형물로 만드는 단계
    d) 상기 c)단계에서 슬러리가 담지된 성형물을 건조하는 단계
    e) 상기 d)단계에서 건조된 성형물을 소결하는 단계를
    포함하는 것을 특징으로 하는 고온·고압 조건에서도 가스 및 입자상물질 처리를 위한 금속산화물계 필터의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 b)단계의 담지 전 또는 후에 슬러리가 담지된 담지체를 일정형태로 성형하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 금속산화물계 필터의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 a)단계의 ⅰ)금속산화물계 분말과 ⅱ)세라믹 분말이 혼합물인 것을 특징으로 하는 것과 금속산화물계 분말과 세라믹 분말 각각의 분말을 특징하는 슬러리를 가지고 금속산화물계 필터와, 세라믹 필터를 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 a)단계의 ⅲ) 윤활제는 왁스종류, 각종 산업용 윤활유, 여러 종류의 오일을 포함하며, 윤활제는 슬러리의 침전, 도포, 스프레이 방법의 담지 작업에 있어 원활한 작업환경을 만들고, 담지체에 평균 밀도와 분포를 향상 시키는 작업을 특징으로 하는 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 a)단계의 ⅳ) 무기바인더가 프리트(frit)계 및 자체개발한 CKMB-600, CKMB-750, CKMB-900으로 이루어지는 군으로부터 1 종 이상 선택되는 무기바인더 또는 MAP(mono aluminium phosphate), 물풀(water binder), 폴리비닐부티랄, 폴리비닐알코올, 및 폴리비닐아세테이트로 이루어지는 군으로부터 1 종 이상 선택되는 유기바인더인 것을 특징으로 하는 금속산화물계 필터의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 b)단계의 담지체가 상기 a)단계의 슬러리를 도포, 침전, 스프레이 방법으로 담지하는 여러 종류의 담지체중 다양한 종류의 부직포, 직포, 직물 망, 스폰지, 우레탄 폼으로 Polyurethane Ether Form과 Polyurethane Ester Form 등과 기타 여러 재질의 다양한 형태의 폼 형태를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속산화물 필터의 제조방법.
  7. 발명의 구성 내용과 실시 예를 비롯하여 제1항 내지 제6항 중 어느 하나의 제조방법에 의하여 제조되는 것을 특징으로 하는 금속산화물 필터 제조방법.
  8. 상기 금속산화물 필터의 형상이 판상, 원형, 사각형, 또는 방사형 절곡, 튜브, 기타 다양한 형상의 필터기능을 하는 형상인 것을 특징으로 하는 금속산화물 필터의 제조방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 금속산화물 필터는 석탄가스화시스템 공정에서 발생하는 입자상물질 및 황화수소를 동시제거 하는 핵심소재이며, 각 종 산업공정에서 배기가스의 선택적인 반응 OR 흡착제과 입자상물질을 동시 제거하는 고온·고압용 필터소재로 대형선박 후 처리장치, 소각로 또는 화장터의 집진장치, 내연기관 배기가스 집진장치, 보일러 배기가스 후처리 시스템, 자동차 배기가스 촉매담체, 제철 제강 에너지 리싸이클 시스템, 시멘트 킬른 공정 또는 휘발성 유기화합물 제거장치 등의 각 산업공정의 배기가스 처리공정 중에 고온·고압 조건에서도 선택적 가스 및 입자상물질을 처리하는 것을 특징으로 하는 금속산화물계 필터의 제조방법.
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