KR20090028253A - 황토 세라믹 활성탄 필터 및 이를 이용한 정수기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 황토 및 점토를 주성분으로 한 세라믹 원료 혼합물의 내부에 목재를 위치시킨 뒤 목재를 탄화하고 세라믹 원료 혼합물을 소성하여 상부에 세라믹 필터, 가운데 활성탄층, 하부에 세라믹 필터를 가지는 황토 세라믹 활성탄 필터에 관한 것이다. 또한, 세라믹 원료 혼합물에 무기물 입자나 조공제를 첨가하여 흡수, 탈취, 살균성능이 향상되거나 추가된 황토 세라믹 활성탄 필터를 제공한다.

상기 필터를 이용한 간이 정수기 및 정수장치도 오염된 물을 정화하는데 유용하다.

황토, 활성탄, 정수, 필터, 세라믹, 정수기

Description

황토 세라믹 활성탄 필터 및 이를 이용한 정수기{A filter complex conposed of a yellow earth soil ceramic filter and an active carbon filter and the water purifier using said filter complex}

본 발명은 황토 세라믹 층과 활성탄 층으로 구성된 필터 및 이를 이용한 정수기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 물에 포함된 녹이나 이끼 등의 여러 가지 불순물은 제거하며, 인체에 유익한 성분은 유지할 수 있는 천연 재료를 이용한 필터, 이를 이용한 간이 정수기 및 대용량 정수장치에 관한 것이다.

환경오염으로 인한 폐해 중 가장 직접적으로 생활에 영향을 주는 것이 바로 수질 오염이다. 강이나 냇가에서 그냥 물을 마시는 것은 불가능한 일이 되었으며, 집에서 먹는 수돗물 조차 수돗물 배관의 녹이나 수돗물 저장탱크 안에 번식하고 있는 이끼 등의 불순물로 인하여 안심할 수 없게 되어 대부분의 가정에서 고가의 정수기를 구입하거나 렌탈하여 식수로 사용하거나 이를 다시 끓여 마시고 있는 실정이다. 또한, 정수기의 필터를 매월 1회 이상 교체하고 있는데 정수기의 구조가 복 잡하여 일반인들은 쉽게 필터를 교체할 수 없어 고가의 필터 가격은 물론 인건비까지 지불해야 하는 문제점이 있다.

따라서, 안전한 식수를 공급하기 위해서는 뛰어난 정수성능은 물론 저렴하면서도 교체가 용이한 정수기의 보급이 시급한 실정이다. 일반적인 정수기에 부착되고 있는 활성탄 필터의 경우, 입상 형태 또는 압축 형태를 가진다. 가루 또는 입상 형태의 활성탄 필터는 활성탄을 부직포에 부착하여 제작하고 있으나 이 경우 활성탄 가루가 부직포의 그물망 사이로 유출될 가능성이 있으며, 여과 과정에서 부직포 자체에 부착된 세균이 번식할 우려가 있어 자주 교환해 주어야 하는 문제점이 보고 되었다(대한민국 공개특허 제2001-0109399호).

이러한 문제점을 해결하고 황토와 활성탄의 장점을 동시에 가진 황토 및 활성탄 복합소재의 정수장치에 대한 연구가 활발하다.

민간에서는 황토를 물에 풀어 콜로이드 액을 만든 후 침전시켜 제조되는 지장수를 매우 좋은 물로 여기고 있으나, 과학적으로 그 효과가 정확하게 입증되지 않고 있으며, 황토 자체 만으로 정수하는 경우 미세한 황토 입자가 정수된 물에 현탁되어 용출될 수 있는 문제점이 존재한다.

황토란 0.002∼0.02㎜인 미사크기의 입자들로 구성되어 있으며, 탄산칼슘에 의하여 느슨하게 교결되어 있는 연황색 퇴적물로 구성되어 표면이 넓은 벌집구조를 가진 다층 다공질 입자를 의미한다. 황토는 입자가 곱고, 많은 산소를 함유하고 있으며, 정화능력이 뛰어나 정수, 해독, 살균, 탈지의 성능이 있다고 알려져 있으며, 최근의 연구로 원적외선 방사 효과가 크다는 점도 밝혀졌다. 또한, 음이온을 발생 하여 복사기나 프린터 등에서 발생되는 오존과 같은 화학물질이나 불쾌한 냄새를 제거하는 기능이 있다는 점도 입증되었다.

이러한 황토의 효능을 이용하여 지장수를 제조하여 사용하거나, 지장수를 제조할 수 있는 정수기용 용기를 제조(대한민국 특허 10-0623610호)하고 있다.

활성탄은 목재 등 탄소물질을 탄화시켜 제조된 가루 또는 입자 상태의 다공성 물질로 500 내지 1500m²의 내부 표면적을 가지고 있다. 내부의 풍부한 표면적을 이용하여 기체나 액체의 흡착제로 주로 사용되고 있으며, 구체적으로는 공기 정화제, 제습제, 용제 회수제, 탈색제 등으로 사용된다.

상기 황토의 해독 및 정화작용과 활성탄의 흡착 기능을 복합적으로 이용하기 위한 여러 가지 정수 장치들이 고안되어 실용화되고 있다.

기존의 황토 및 활성탄 복합소재의 정수장치는, 다공성 패각분말, 황토, 일라이트, 맥반석, 제올라이트 등의 혼합비에 따라 비중을 조절함으로서 부유시간을 자유롭게 조절하여 오염물질을 흡착하도록 고안된 부유 흡착식 정수장치(대한민국 등록특허 제10-0405474호), 황토분말, 맥반석분말에 참나무 톱밥을 각각 중량 배합비로 혼합 반죽하여 금형틀에서 동일형상의 황토볼을 형성 건조한 후 가열하여 고체화시킨 후 물탱크내에 침전시켜 중금속 및 유해한 성분을 정화하도록 고안된 침전 흡착식 정수장치(대한민국 등록특허 제10-0301562호) 및 점토, 맥반석, 톱밥 등을 혼합한 반죽을 볼 형태로 성형한 후 소성하고 상기 볼을 적층 구조화하여 여과하는 방식의 여과식 정수장치(공개특허 2002-0060565 등) 등으로 크게 나눌 수 있 다.

하지만, 배경기술 섹션에서 검토한 부유 흡착식 정수장치와 침전 흡착식 정수장치는 물과 황토 및 활성탄 복합소재와의 접촉이 충분하지 못한 경우 흡착되는 불순물의 양이 적으며, 오래 부유시킨 경우 흡착된 불순물이 오히려 배출될 수 있는 위험성이 있다. 또한, 점토 및 톱밥을 섞은 세라믹 볼을 이용한 여과식 정수장치의 경우 채널 효과(channel effect)에 의하여 여과되지 않은 물이 배수될 가능성이 매우 높으며, 세라믹 볼 자체로만 필터를 제조할 수 없으므로 지지체 및 다른 필터와 적층 구조를 가지고 있어야 한다는 문제점이 있다.

따라서, 상기 문제점들을 해결하기 위한 본 발명의 과제는, 전기적인 제어가 필요없는 간단한 구성으로 소형으로 제작이 가능하고 이동식 간이 정수장치, 급수전에 직접 연결되는 정수장치 또는 다른 다양한 필터들과 복합적으로 사용가능한 정수용 필터에 대한 발명으로 탈취, 항균 및 정수기능이 우수한 황토 및 활성탄을 주성분으로 하는 정수용 필터를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 과제는 황토 세라믹 활성탄 필터를 재활용하기 위하여 내부의 활성탄을 교체할 수 있도록 외부의 세라믹 필터를 분리할 수 있는 황토 세라믹 활성탄 필터를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 과제는 세라믹 필터에 기능성을 가진 무기물 입자를 첨가하여 기능성을 가진 황토 세라믹 활성탄 필터를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명은 조공제를 이용하여 공극의 크기를 조절하여 투수율을 조절할 수 있는 황토 세라믹 활성탄 필터를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명은 황토 및 활성탄을 주성분으로 하는 정수용 필터의 제조방법을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명은 상기 방법으로 제조된 황토 세라믹 활성탄 필터를 이용한 정수기를 제공하는 것이다.

<황토 세라믹 활성탄 필터>

상기 과제를 이루기 위한 본 발명은,

활성탄과 황토를 포함하여 이루어진 황토 세라믹 활성탄 필터에 있어서,

목재를 탄화시켜 형성된 활성탄층과, 황토 및 점토를 포함하는 혼합물을 소성하여 이루어지며 상기 활성탄층 외부에 형성되는 세라믹 소성층을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 활성탄층은, 참나무, 대나무, 소나무, 벚나무, 박달나무, 자작나무, 뽕나무, 밤나무 또는 대추나무 중 선택된 어느 하나의 목재를 280℃ 내지 430℃에서 탄화시켜 이루어지고, 상기 세라믹 소성층은, 황토 30 내지 70 중량% 및 점토 70 내지 30 중량%가 균일하게 혼합된 세라믹 원료 혼합물을 600 내지 1000℃에서 소성시켜 이루어짐을 특징으로 한다.

또한, 상기 세라믹 원료 혼합물은, 상기 황토 및 점토 혼합물을 100중량부로 하여, 맥반석, 일라이트, 죽염, 제올라이트 또는 은나노 입자 중 선택된 어느 하나 이상의 무기물 입자 1 내지 10중량부를 더 포함하여 조성될 수 있음을 특징으로 한다.

또한, 상기 세라믹 원료 혼합물은, 상기 황토 및 점토 혼합물을 100중량부로 하여, 톱밥, 활성탄, 소금, 나프탈렌 또는 활석 중 선택된 어느 하나 이상의 조공 제 1 내지 5중량부를 더 포함하여 조성될 수 있음을 특징으로 한다.

또한, 상기 세라믹 원료 혼합물은, 상기 황토 및 점토 혼합물을 100중량부로 하여, 맥반석, 일라이트, 죽염, 제올라이트 및 은나노 입자로 구성된 무기물 입자 군과 톱밥, 활성탄, 소금, 나프탈렌 및 활석으로 구성된 조공제군에서 각각 선택된 하나 이상의 무기물 입자와 조공제 1 내지 17중량부를 더 포함하여 조성될 수 있음을 특징으로 한다.

<황토 세라믹 활성탄 필터의 제조방법>

상기 과제를 위한 본 발명은, 상기 황토 세라믹 활성탄 필터의 제조방법에 있어서,

1) 황토 30 내지 70 중량 %와 점토 70 내지 30 중량 %를 균일하게 혼합하여 세라믹 원료 혼합물을 만드는 단계;

2) 결이 곱고 치밀하여 좋은 숯을 만드는 재료로 사용되는 갈참나무, 굴참나무, 물참나무, 줄참나무, 대나무, 소나무, 벚나무, 박달나무, 자작나무, 뽕나무, 밤나무 또는 대추나무의 표피를 제거하고 적당한 모양으로 절단하는 단계;

3) 단계 2)에서 절단된 목재의 외부에 세라믹 원료 혼합물을 고르게 도포하는 단계;

4) 단계 3)의 생성물을 280 내지 430℃에서 소성하여 내부의 목재를 탄화시켜 활성탄으로 변성시키는 단계; 및

5) 단계 4)의 생성물을 600 내지 1000℃에서 세라믹 원료 혼합물을 세라믹 필터로 소성하는 단계;를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.

<황토 세라믹 활성탄 필터를 이용한 간이 정수기>

상기 과제를 위한 본 발명은, 황토 세라믹 활성탄 필터를 이용한 정수기에 있어서,

하부면이 막힌 통형 구조로 형성되며 상부 일측에 배출 구멍(241)을 구비하는 외부 용기(230)와; 상기 외부 용기(230)의 내측에 삽입되는 통형으로 형성되며, 하부면에 다수의 구멍(220)이 천공되고, 상부는 개폐할 수 있는 밀폐형 덮개(210)를 구비하고, 소정 높이의 내주연에 돌출된 돌기(221)를 구비하는 내부 용기(220)와; 상기 내부 용기(220)의 돌기(221)에 걸쳐 올려지는 황토 세라믹 활성탄 필터(100)를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

상기 황토 세라믹 활성탄 필터(100)는 상기 황토 세라믹 활성탄 필터의 제조방법으로 이루어짐을 특징으로 한다.

본 발명의 황토 세라믹 활성탄 필터는 전기 공급이나 추가적인 필터없이 3 단계의 여과효과를 보이며, 세라믹 원료 혼합물에 기능성을 가진 무기물을 첨가하여 탈취, 흡착, 살균 성능을 향상시키거나 추가할 수 있으며, 조공제를 이용하여 투수율을 조절할 수 있어, 다용도로 사용가능한 정수용 필터이다.

또한, 상기 필터는 특별한 가압없이 정수할 수 있으므로, 황토 세라믹 활성탄 필터를 간이 정수기에 장착하여 야외에서 간단하게 정수된 물을 마실 수 있으며, 상기 필터를 적층구조로 배열하여 상용 정수장치에 사용할 수 있다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.

먼저, 본 발명에서 사용되는 주요 용어는 다음과 같다.

'목재'란 결이 곱고 치밀하며 숯의 재료로 널리 쓰일 수 있는 나무를 통칭한다.

'무기물 입자'란 맥반석, 일라이트, 죽염, 제올라이트 또는 은나노 입자 등 기능성을 가지는 무기물입자를 의미한다.

'세라믹 원료 혼합물'이란 황토 분말 및 점토 분말 또는 무기물 입자를 추가하여 균일하게 물을 넣고 반죽한 혼합물을 의미한다.

'세라믹 필터'란 세라믹 원료 혼합물을 녹지 않을 정도의 온도인 600 내지 1000℃의 온도에서 구운 다공질체를 의미한다.

'조공제'란 상기 세라믹 필터의 투수성을 조절하기 위하여 첨가하는 톱밥, 활성탄, 소금, 나프탈렌 또는 활석 중 어느 하나 이상의 성분을 의미한다.

'탄화'란 목재를 공기를 차단하고 280℃ 내지 430℃에서 가열하여 탄소성분만 남게 하여 활성탄화시키는 과정을 말한다.

'불순물'이란 물에 포함되어 있는 물 이외의 유해한 성분으로 특별한 제한이 없는 경우 트리할로메탄, 염소, 녹, 이끼, 고형물 또는 세균 등을 통칭한다.

'투수율'이란 필터의 단위 면적당 단위 시간당 투과되는 물의 부피를 말한다.

<황토 세라믹 활성탄 필터-1>

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 황토 세라믹 활성탄 필터의 투시 사시도이다.

상기 도 1에 따른 본 발명의 황토 세라믹 활성탄 필터는,

1) 황토 30 내지 70 중량 %와 점토 70 내지 30 중량 %를 균일하게 혼합하여 세라믹 원료 혼합물을 만드는 단계;

2) 결이 곱고 치밀하여 좋은 숯을 만드는 재료로 사용되는 갈참나무, 굴참나무, 물참나무, 줄참나무, 대나무, 소나무, 벚나무, 박달나무, 자작나무, 뽕나무, 밤나무 또는 대추나무의 표피를 제거하고 적당한 모양으로 절단하는 단계;

3) 단계 2)에서 절단된 목재의 외부에 세라믹 원료 혼합물을 고르게 도포하는 단계;

4) 단계 3)의 생성물을 280 내지 430℃에서 소성하여 내부의 목재를 탄화시켜 활성탄으로 변성시키는 단계; 및

5) 단계 4)의 생성물을 600 내지 1000℃에서 세라믹 원료 혼합물을 세라믹 필터로 소성하는 단계를 거쳐 제작된다.

상기 방법을 거쳐 제조된 황토 세라믹 활성탄 필터는 상·하부에 다공성 세라믹 층이 위치하게 되고, 내부에 활성탄 층이 존재하게 되어 실질적으로 3개의 층이 적층된 다층형 황토 세라믹 활성탄 필터가 형성되게 된다.

상부의 황토 세라믹 필터는 일차적으로 고체상태의 불순물과 세균 등을 여과하게 되며, 상부의 황토 세라믹 필터를 통과한 물은 다시 내부의 활성탄 필터를 거치면서 염소, 트리할로메탄, 합성세제 등의 불순물과 냄새 및 기타 물속에 녹아 있는 기체 성분을 제거한다. 이후 다시 세라믹 필터 층을 통과하면서 제거되지 않은 다른 불순물을 다시 한 번 여과하게 된다.

상기 황토 세라믹 활성탄 필터는 제조과정이 단순하고 구조가 간단하여 저렴한 비용으로 생산할 수 있으면서 매우 효율적으로 정수를 할 수 있다는 특징이 있다. 또한, 황토 및 점토의 조성비를 조절하여 포어(pore)의 크기를 세균보다 작게 조절함으로써 세균을 외부의 세라믹 필터 층에서 여과하게 되므로 내부의 활성탄 층에 세균이 부착되지 않아 기존 필터에 비하여 훨씬 위생적인 환경에서 정수를 할 수 있게 된다.

<황토 세라믹 활성탄 필터-2>

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 다른 황토 세라믹 활성탄 필터의 분해 사시 도이다.

물을 많이 필요로 하지 않는 가정 등에서 사용하는 경우에는 교체를 자주 할 필요가 없으므로 일체형으로 제작하여 사용하는 것이 경제적이지만, 물의 사용량이 많은 식당이나 각종 공공기관 등에서는 자주 필터를 자주 교체해야 하므로 경제성의 측면에서 전체를 교환하는 것보다 오염이 많은 부분인 내부의 활성탄만 교환하고 외부의 세라믹 필터는 오염물질을 제거하여 재활용하여 비용을 절감할 수 있다.

재활용 가능한 황토 세라믹 활성탄 필터는 상부와 하부의 세라믹 필터를 분리·결합할 수 있도록 하여, 교체할 때가 되면 상부와 하부의 세라믹 필터를 분리하여 내부에 오염된 활성탄은 제거하고 외부의 세라믹 필터는 600 내지 800℃에서 가열소성하여 오염물질을 제거한 후 새로운 활성탄을 결합하여 재사용이 가능하도록 제작하였다.

재활용이 가능한 황토 세라믹 활성탄 필터는 세라믹 원료 혼합물을 미리 성형하여 상부 중앙의 활성탄화 될 목재가 위치할 부분 가장자리에는 촉을 만들고, 하부의 대응되는 위치에는 홈을 만든 후 미리 소성하여 세라믹 필터를 제작한 후, 목재를 활성탄화시켜 제작된 활성탄 필터를 내부에 결합하여 완성된다.

목재만 활성탄화시키는 과정은 통상의 활성탄 제조방법으로 제작할 수 있다. 보다 구체적으로는 갈참나무, 굴참나무, 물참나무, 줄참나무, 대나무, 소나무, 벚나무, 박달나무, 자작나무, 뽕나무, 밤나무 또는 대추나무 등과 같은 활성탄으로 제작할 목재를 적당한 모양과 크기로 절단한 후 280 내지 430℃에서 산소의 공급없 이 가열하여 탄화하다가 마지막에 산소를 공급하여 활성탄화시키는 방법으로 활성탄을 제작하였다.

맥반석은 화성암류 중 화강섬록반암에 속하는 광물로, 주성분은 무수규산과 산화알루미늄이고, 산화제2철이 소량 함유되어 있다. 1㎤당 3~15만 개의 구멍으로 이루어져 있어 흡착성이 강하고, 약 2만 5000종의 무기염류를 함유하고 있다. 중금속과 이온을 교환하는 작용을 하기 때문에 유해금속 제거제로도 사용되며, 한의학적으로는 환약을 정제하는 여과제나 소염제로 사용하기도 한다.

세라믹 원료 복합체에 맥반석 분말을 1 내지 10 중량%를 추가로 혼합하여 소성하여 필터를 제작하여 일반적인 수돗물에 부족한 미네랄을 공급할 수 있으며, 이온 교환 작용을 통해 중금속을 제거할 수 있는 기능을 함께 가진 황토 세라믹 활성탄 필터를 제작하였다.

일라이트는 단시정계의 자연상 운모형 점토질 광물로 흡착제, 탈취제의 용도로 사용되는 것이 알려져 있으며 최근에는 유기합성 및 고분자합성 촉매제의 용도에 대한 연구도 활발하다.

세라믹 원료 복합체에 일라이트 분말을 1 내지 10 중량%를 추가로 혼합하여 소성하여 필터를 제작하여 탈취성능이 강화된 황토 세라믹 활성탄 필터를 제작하였다.

죽염은 대나무의 유효성분과 천일염의 미네랄을 동시에 함유하고 있으므로 이를 세라믹 필터에 추가하는 경우 미네랄을 공급할 수 있으며, 맥반석과 함께 혼합하여 사용하면 맥반석과 함께 이온 교환작용을 하게 된다.

세라믹 원료 복합체에 죽염 분말을 1 내지 10 중량%를 추가로 혼합하여 소성하여 필터를 제작하여 미네랄 공급기능이 강화된 황토 세라믹 활성탄 필터를 제작하였고, 죽염 1 내지 5 중량% 및 맥반석 분말 1 내지 5 중량% 를 세라믹 원료 복합체에 추가로 혼합하여 이온교환 기능이 강화된 황토 세라믹 활성탄 필터를 제작하였다.

제올라이트는 나트륨, 알루미늄을 함유한 함수(含水) 규산염 광물로 무색 또는 흰색을 띠고 유리 광택이 나며 보통 현무암이나 응회암 따위의 빈 구멍이나 갈라진 틈새에서 생산되는 다공성 광물로 촉매제나 흡착제로 이용된다.

세라믹 원료 복합체에 제올라이트 분말을 1 내지 10 중량%를 추가로 혼합하여 소성하여 필터를 제작하여 흡착기능이 강화된 황토 세라믹 활성탄 필터를 제작하였다.

은나노 입자는 한 변의 크기가 100nm 이하인 은의 원자 복합체로 동일 부피에 대한 표면적이 매우 넓어 살균·항균 능력을 가지고 있어 광범위하게 사용되고 있다. 정수장치에 사용되는 경우는 활성탄 필터에 세균이 부착하여 번식하는 것을 막기 위하여 은 함유 활성탄의 형태로 사용되고 있으나 은과 활성탄의 결합력이 약하여 정수 초기에 많은 양의 은이 유실되기 때문에 항균성이 지속되지 못하는 문제점이 있다.

본 발명의 세라믹 원료 혼합물에 은나노 입자 0.5 내지 2 중량%를 추가하여 균일하게 혼합한 후 소성가공 하면 은나노 입자가 공극에 위치하게 되므로 세균이 세라믹 필터를 통과할 때 은나노 입자에 의하여 살균되는 효과를 가진 황토 세라믹 활성탄 필터를 제작하였다.

상기 기능성 무기물 입자를 하나 또는 그 이상의 조합으로 혼합하여 여러 가지 기능을 동시에 가지는 활성탄 필터를 제작할 수 있다. 구체적으로 황토 30 내지 50 중량%, 점토 20 내지 30 중량%, 맥반석 분말 1 내지 3 중량%, 일라이트 2 내지 5 중량%, 죽염 1 내지 2 중량%, 제올라이트 1 내지 2 중량% 및 은나노 입자 0.5 내지 0.8 중량%를 혼합하여 기능성 황토 세라믹 활성탄 필터를 제작하였다.

황토와 점토를 주성분으로 하는 세라믹 필터는 평균 공극의 크기가 0.5 내지 1 μm로 투수율이 높아야 하는 경우에는 공극의 크기를 보다 확대해야 한다. 공극의 크기를 조절하는 방법으로 조공제를 혼합하는 방식을 선택하였다.

조공제는 원하는 공극의 크기에 따라 톱밥, 활성탄, 소금, 나프탈렌 또는 활석의 분말 1 내지 5 중량%를 세라믹 원료 혼합물에 첨가하여 공극의 크기를 조절한다. 바람직하게는 톱밥을 조공제로 사용하는 경우 톱밥의 크기를 조절하여 공극의 크기를 조절할 수 있으며, 탄화과정에서 톱밥이 소결되어 세라믹 필터에 활성탄 필터의 기능을 가지는 다기능 필터를 제작할 수 있다.

<황토 세라믹 활성탄 필터의 제조방법>

1) 황토 30 내지 70 중량 %와 점토 70 내지 30 중량 %를 균일하게 혼합하여 세라믹 원료 혼합물을 만드는 단계;

2) 결이 곱고 치밀하여 좋은 숯을 만드는 재료로 사용되는 갈참나무, 굴참나무, 물참나무, 줄참나무, 대나무, 소나무, 벚나무, 박달나무, 자작나무, 뽕나무, 밤나무 또는 대추나무의 표피를 제거하고 적당한 모양으로 절단하는 단계;

3) 단계 2)에서 절단된 목재의 외부에 세라믹 원료 혼합물을 고르게 도포하는 단계;

4) 단계 3)의 생성물을 280 내지 430℃에서 소성하여 내부의 목재를 탄화시켜 활성탄으로 변성시키는 단계; 및

5) 단계 4)의 생성물을 600 내지 1000℃에서 세라믹 원료 혼합물을 세라믹 필터로 소성하는 단계;로 구성된다.

1 단계에서는 세라믹 원료 혼합물을 만드는 단계에서는 통상적인 토기제작 단계와 같이 세라믹 원료 혼합물 중량의 20%에 해당하는 물을 가수하여 균일하게 반죽한다. 황토 및 점토 입자는 50 내지 250 메쉬이며, 보다 바람직하게는 200 메쉬의 입자를 이용하여 세라믹 필터를 제작한다.

또한, 세라믹 필터의 흡착·탈취·항균 기능성 및 투수율을 조절하기 위하여 무기물 입자 또는 조공제를 추가로 첨가하여 혼합할 수 있다.

2 단계에서는 목재의 표피를 박리하고 수분함량이 14 내지 20%이하가 되도록 건조시킨 후 필터의 용기 또는 정수장치의 모양에 따라 원기둥, 직육면체, 삼각기 둥, 육각기둥 등의 모양으로 절단한다. 절단되는 목재의 크기와 두께는 물의 사용량을 고려하여 결정되며, 바람직하게는 원기둥 모양으로 지름 80 내지 120 mm 두께 5 내지 15mm로 절단한다.

3 단계에서는 세라믹 원료 혼합물을 목재의 두께 및 크기를 고려하여 3 내지 10mm로 균일하게 도포하고, 가마에 이동시킬 수 있을 정도로 굳을 때까지 자연건조 시킨다.

4 단계의 탄화과정은 통상의 활성탄 제조과정을 통하여 이루어진다. 400℃ 불활성 분위기에서 탄화시키며, 필요시 산화조건에서 반응하도록 하여 포어(pore)를 발달하도록 하며, 서서히 건조시켜 잔여수분을 건조시킨다.

5 단계의 소성과정은 산화 분위기에서 5 내지 8시간 동안 소성하며, 보다 바람직하게는 850 내지 950℃에서 소성한다.

< 상기 정수용 필터를 이용한 간이 정수기>

황토 세라믹 활성탄 필터는 단순한 구조를 가지고 있으므로 추가적인 압력 공급없이 보통의 수돗물을 공급하는 정도의 수압으로 정수가 가능하다. 따라서 물의 사용량이 적은 경우 간단한 구조를 가지고 있는 간이 정수기를 이용하여 간편하게 정수할 수 있다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 간이 정수기의 단면 사시도이고, 도 4는 상기 간이 정수기의 정면 단면도이다.

황토 세라믹 활성탄 필터를 이용한 간이 정수기의 구조는 밀폐형 덮개(210), 내부 용기(220), 외부 용기(230), 황토 세라믹 활성탄 필터(100)으로 구성된다. 내부 용기의 최상부는 'ㄱ '자 모양으로 하여 외부 용기에 걸칠 수 있도록 되어 있으며, 내부 용기와 외부 용기는 별도의 장치로 체결하여 밀폐 구조를 가진다.

내부 용기(220) 및 외부 용기(230)의 재질은 유리, 플라스틱, 머그, 사기, 자기, 나무 등 일반적으로 음용수를 담을 수 있는 재질이면 어떤 재질이라도 무관하다.

내부 용기(220)의 상부에는 여과시키고자 하는 물을 담을 수 있는 공간(223)이 형성되어 있으며 그 공간(223) 아래에는 황토 세라믹 활성탄 필터(100)를 장착할 수 있는 돌기(221)가 구비되며, 돌기(221) 주위는 내부 용기(220)와 황토 세라믹 활성탄 필터(100)가 밀착되어 물이 새지 않도록 가공한다. 내부 용기(220)의 하부에는 필터에서 여과된 물이 통과될 수 있도록 구멍(222)을 뚫어 내부 용기(220)와 외부 용기(230) 사이로 여과된 물이 흐를 수 있도록 한다.

외부 용기 최상부도 'ㄱ'자 모양으로 처리되어 내부 용기를 얹을 수 있도록 구성되며, 한 쪽에 여과된 물을 배수할 수 있는 배수공(241)을 뚫어 여과된 물을 마시거나, 따를 수 있도록 하였다.

상기 황토 세라믹 활성탄 필터를 이용한 간이 정수기는 특히 야외에서 오염 가능성이 있는 물을 간편하게 정수하여 마실 수 있다. 이 경우 내부 용기(220)와 외부 용기(230)는 플라스틱 재질로 제작하는 것이 편리하며, 배수공(241)은 실리콘 또는 고무재질의 마개로 막아 여과된 물의 오염을 막을 수 있다.

<황토 세라믹 활성탄 필터를 이용한 정수장치>

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 황토 세라믹 활성탄 필터를 이용한 정수장치의 단면도이다.

황토 세라믹 활성탄 필터를 이용한 정수장치는 입수공(311), 입수된 물을 고르게 분산시켜 여과될 수 있도록 하는 기능과 필터가 움직이지 못하도록 하는 기능을 가진 상부 지지부(321), 지지대 하부에 황토 세라믹 활성탄 필터를 한 개 이상 구비한 여과부(101), 필터를 지탱하는 하부 지지부(322), 출수공(312)으로 구성된다.

입수공(311)과 출수공(312)은 수도 배관용 파이프나 일반적인 호스와 연결되며, 황토 세라믹 활성탄 필터(100)는 정수해야 하는 수량과 입수공의 압력에 따라 하나 또는 여러 개를 적층하여 여과한다.

본 정수장치는 많은 양의 물을 여과하여 필터를 교환하여야 할 경우, 정수장치 외부 용기는 그대로 두고 상부의 덮개를 열고 지지대를 분리한 후 정수장치를 뒤집어 필터를 교환하면 되기 때문에, 일반 가정에서도 쉽게 교체할 수 있으며, 많은 양의 물을 여과하여야 하는 경우에는 조공제를 이용하여 투수율을 높이고, 정화율이 높은 고순도의 물이 필요한 경우에는 여러 개의 필터를 적층하여 필요에 따라 자유롭게 정수능력을 조절할 수 있다.

<구체적인 실시예>

[실시예 1] 황토 세라믹 활성탄 필터의 제조

표피를 박피하여 건조한 참나무를 지름 50mm, 두께 5mm의 원기둥 모양으로 절단하고, 200 메쉬의 황토 60 중량%와 200 메쉬의 점토 40 중량%를 균일하게 혼합하고, 세라믹 원료 혼합물 중량의 20% 되는 물을 가수하여 균일하게 혼합한 반죽을 참나무 외부에 5mm 두께로 고르게 도포한 후 그늘에서 하루 동안 자연건조시킨다.

건조된 가공전 필터를 400℃ 가마에 넣고 불활성 분위기에서 2내지 2.5 시간 탄화 시킨 후, 상온까지 천천히 식혀 내부의 수분까지 충분히 건조시킨 후 다시 850℃ 산화 분위기의 가마에서 8 내지 9시간 소성하여 황토 세라믹 활성탄 필터를 제조하였다.

[실시예 2] 기능성 황토 세라믹 활성탄 필터의 제조

200메쉬 황토 55 중량%, 200메쉬 점토 38 중량%, 맥반석 분말 2.5 중량%, 일라이트 2 중량%, 죽염 1 중량%, 제올라이트 1 중량% 및 은나노 입자 0.5 중량%를 혼합한 세라믹 원료 혼합물을 실시예 1과 동일한 과정을 거쳐 기능성 황토 세라믹 활성탄 필터를 제조하였다.

[실시예 3] 분리가능한 세라믹 필터의 제조

200메쉬 황토 55 중량%, 200메쉬 점토 38 중량%, 맥반석 분말 2.5 중량%, 일라이트 2 중량%, 죽염 1 중량%, 제올라이트 1 중량% 및 은나노 입자 0.5 중량%를 혼합한 세라믹 원료 혼합물을 도 2-2의 모양(a는 상부, b는 하부)으로 가공하여 그 늘에서 하루동안 자연건조 시킨 후 850℃ 산화분위기에서 8 내지 9시간 소성하여 분리가능한 세라믹 필터를 제조하였다.

[실시예 4] 활성탄 제조

표피를 박피하여 건조한 참나무를 지름 50mm, 두께 5mm의 원기둥 모양으로 절단하고, 400℃ 불활성 분위기의 가마에서 1 내지 1.5시간 소성하여 탄화시킨다.

[실시예 5] 황토 세라믹 활성탄 필터를 이용한 간이 정수기의 제조

플라스틱 재질로 도 3과 같이 밀폐형 덮개, 내부 용기, 외부 용기를 제작하고 실시예 1 또는 2에서 제작한 황토 세라믹 활성탄 필터를 장치하여 이동성이 있어 야외에서 사용가능한 간이 정수기를 제조하였다.

[실시예 6] 황토 세라믹 활성탄 필터를 이용한 정수장치의 제조

플라스틱 재질로 도 4와 같은 정수장치를 제조하고 철망을 상·하부 지지부에 장착하고 여과부에 실시예 1 또는 2에서 제작한 황토 세라믹 활성탄 필터를 장치하여 정수장치를 제조하였다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 황토 세라믹 활성탄 필터의 투시 사시도.

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 황토 세라믹 활성탄 필터의 투시 사시도.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 황토 세라믹 활성탄 필터를 이용한 정수기의 단면 사시도.

도 4는 상기 도 3에 따른 황토 세라믹 활성탄 필터를 이용한 정수기의 단면도.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 황토 세라믹 활성탄 필터를 이용한 정수기의 단면도.

Claims (12)

1. 활성탄과 황토를 포함하여 이루어진 황토 세라믹 활성탄 필터에 있어서,

   목재를 탄화시켜 형성된 활성탄층과, 황토 및 점토를 포함하는 혼합물을 소성하여 이루어지며 상기 활성탄층 외부에 형성되는 세라믹 소성층을 포함하여 이루어지며,

   상기 활성탄층은, 참나무, 대나무, 소나무, 벚나무, 박달나무, 자작나무, 뽕나무, 밤나무 또는 대추나무 중 선택된 어느 하나의 목재를 280℃ 내지 430℃에서 탄화시켜 이루어지고, 상기 세라믹 소성층은, 황토 30 내지 70 중량% 및 점토 70 내지 30 중량%가 균일하게 혼합된 세라믹 원료 혼합물을 600 내지 1000℃에서 소성시켜 이루어짐을 특징으로 하는 황토 세라믹 활성탄 필터.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 세라믹 원료 혼합물은, 상기 황토 및 점토 혼합물을 100중량부로 하여, 맥반석, 일라이트, 죽염, 제올라이트 또는 은나노 입자 중 선택된 어느 하나 이상의 무기물 입자 1 내지 10중량부를 더 포함하여 조성될 수 있음을 특징으로 하는 황토 세라믹 활성탄 필터.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 세라믹 원료 혼합물은, 상기 황토 및 점토 혼합물을 100중량부로 하여, 톱밥, 활성탄, 소금, 나프탈렌 또는 활석 중 선택된 어느 하나 이상의 조공제 1 내지 5중량부를 더 포함하여 조성될 수 있음을 특징으로 하는 황토 세라믹 활성탄 필터.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 세라믹 원료 혼합물은, 상기 황토 및 점토 혼합물을 100중량부로 하여, 맥반석, 일라이트, 죽염, 제올라이트 및 은나노 입자로 구성된 무기물 입자 군과 톱밥, 활성탄, 소금, 나프탈렌 및 활석으로 구성된 조공제군에서 각각 선택된 하나 이상의 무기물 입자와 조공제 1 내지 17중량부를 더 포함하여 조성될 수 있음을 특징으로 하는 황토 세라믹 활성탄 필터.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 목재는 원기둥, 직육면체, 삼각기둥 또는 육각기둥 중 선택된 어느 하나의 모양으로 절단되는 것을 특징으로 하는 황토 세라믹 활성탄 필터.
6. 제 1항에 있어서

   상기 반죽은 3 내지 10mm의 두께로 도포되는 것을 특징으로 하는 황토 세라믹 활성탄 필터.
7. 제 1항에 있어서,

   황토 세라믹 필터 내부의 목재 보관부 주위에 상부에는 촉을 하부에는 이와 상보적인 홈을 형성하여 분리할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 황토 세라믹 활성탄 필터.
8. 1) 황토 30 내지 70 중량 %와 점토 70 내지 30 중량 %를 균일하게 혼합하여 세라믹 원료 혼합물을 만드는 단계;

   2) 결이 곱고 치밀하여 좋은 숯을 만드는 재료로 사용되는 갈참나무, 굴참나무, 물참나무, 줄참나무, 대나무, 소나무, 벚나무, 박달나무, 자작나무, 뽕나무, 밤나무 또는 대추나무의 표피를 제거하고 적당한 모양으로 절단하는 단계;

   3) 단계 2)에서 절단된 목재의 외부에 세라믹 원료 혼합물을 고르게 도포하는 단계;

   4) 단계 3)의 생성물을 280 내지 430℃에서 소성하여 내부의 목재를 탄화시켜 활성탄으로 변성시키는 단계; 및

   5) 단계 4)의 생성물을 600 내지 1000℃에서 세라믹 원료 혼합물을 세라믹 필터로 소성하는 단계로 이루어지는 황토 세라믹 활성탄 필터의 제조방법.
9. 제 8항에 있어서,

   단계 1)의 상기 세라믹 원료 혼합물은, 상기 황토 및 점토 혼합물을 100중량부로 하여, 맥반석, 일라이트, 죽염, 제올라이트 또는 은나노 입자 중 선택된 어느 하나 이상의 무기물 입자 1 내지 10중량부를 더 포함하여 조성될 수 있음을 특징으로 하는 황토 세라믹 활성탄 필터의 제조방법.
10. 제 8항에 있어서,

    단계 1)의 상기 세라믹 원료 혼합물은, 상기 황토 및 점토 혼합물을 100중량부로 하여, 톱밥, 활성탄, 소금, 나프탈렌 또는 활석 중 선택된 어느 하나 이상의 조공제 1 내지 5중량부를 더 포함하여 조성될 수 있음을 특징으로 하는 황토 세라믹 활성탄 필터의 제조방법.
11. 제 8항에 있어서,

    단계 1)의 상기 세라믹 원료 혼합물은, 상기 황토 및 점토 혼합물을 100중량 부로 하여, 맥반석, 일라이트, 죽염, 제올라이트 및 은나노 입자로 구성된 무기물 입자 군과 톱밥, 활성탄, 소금, 나프탈렌 및 활석으로 구성된 조공제군에서 각각 선택된 하나 이상의 무기물 입자와 조공제 1 내지 17중량부를 더 포함하여 조성될 수 있음을 특징으로 하는 황토 세라믹 활성탄 필터의 제조방법.
12. 황토 세라믹 활성탄 필터를 이용한 정수기에 있어서,

    하부면이 막힌 통형 구조로 형성되며 상부 일측에 배출 구멍(241)을 구비하는 외부 용기(230)와;

    상기 외부 용기(230)의 내측에 삽입되는 통형으로 형성되며, 하부면에 다수의 구멍(220)이 천공되고, 상부는 개폐할 수 있는 밀폐형 덮개(210)를 구비하고, 소정 높이의 내주연에 돌출된 돌기(221)를 구비하는 내부 용기(220)와;

    상기 내부 용기(220)의 돌기(221)에 걸쳐 올려지는 황토 세라믹 활성탄 필터(100);

    를 포함하여 구성됨을 특징으로 황토 세라믹 활성탄 필터를 이용한 정수기.

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