KR20100075778A

KR20100075778A - 필터 매체

Info

Publication number: KR20100075778A
Application number: KR1020097024049A
Authority: KR
Inventors: 아브라함 제이. 돔; 하임 윌더; 라미 로넨; 스테니스로우 라트너
Original assignee: 에이치2큐 워터 인더스트리즈 엘티디.
Priority date: 2007-04-18
Filing date: 2008-04-27
Publication date: 2010-07-05
Also published as: CA2684298A1; ZA200907287B; RU2009141918A; WO2008129551A1; US20100176044A1; EP2155613A1; CN101720306A

Abstract

본 발명은 수성 용액, 특히 인간과 동물용의 물을 여과하기 위한 필터 매체를 제공한다. 상기 매체는 다양한 크기와 구성의, 광범위한 필터에 사용될 수 있다.

필터

Description

필터 매체{FILTER MEDIUM}

본 발명은 일반적으로 액체 처리용 필터 매체(filter medium), 바람직하게는 음용수(portable water) 공급용 필터 매체에 관한 것이다.

좋은 식수가 인간의 건강에 중요하는 것은 잘 알려진 것으로서, 이 때문에 매우 다양한 수처리 기술이 개발되어 왔다. 이러한 잘 확립된 기술 중에서, 여과(filtration)는 물 안에 일반적으로 존재하는 다양한 크기의 고체 미립자뿐만 아니라 용존 물질과 생물학적 작용제를 제거하는 효과적인 수단으로 알려졌다. 이용가능한 상당히 다양한 기술 중에서 어떠한 여과 방법을 사용할 것인지 선택하는 것은 물의 특성, 물의 오염 정도, 이러한 기술의 제작, 조립 및 가동과 연관된 비용에 달려있다.

근래에 여과가 선구적인 수처리 방식이 된 근본적인 이유 중 하나는 여과가 오염물질의 통과를 차단하기 위한 화학적 및 물리적 방법 모두에 사용되는 것이다. 고체 블록 카본(solid block carbon)과 다매체 필터(multimedia filter)들은 식수 내의 오염 물질을 제거할 수 있는 수처리 제품일 뿐 아니라, 건강에 좋고 pH를 조절하는 미네랄을 물 속에 유지시켜 준다. 이러한 필터의 흡착 작용은 오염물질을 필터 매체로 끌어들이면서 미네랄 침전물(mineral sediment)은 필터를 통과하게 한 다.

가정용 물론 산업용 또는 자치 단체용으로 채택되는 여과 공정은 일반적으로 물이 통과하는 필터 매체를 사용한다. 이러한 필터 매체에는 과거의 필터에 사용된 모래부터 새로운 필터에 사용되는 고체 블록 카본 또는 카본 혼합물이 사용된다. 여과 공정은 일반적으로 중요도 순으로 오염물질을 제거하거나 감소시키는 여러 단계를 포함한다. 전통적인 여과 공정의 첫 번째 단계에서는, 염소나 휘발성 유기 화합물과 같은 주요 화학 물질의 농도가 현저히 감소된다. 이렇게 농도를 사전에 감소시키면 여과의 나머지 단계들에서는 여과하기 더 어려운 농약이나 미세한 미생물같은 오염물질에 주력한다. 이어지는 여과 단계들은, 농약 유출로 인한 납과 화학물질들과 같은, 이온 형태 또는 다른 가용성 형태의 금속을 감소시키는 데 집중한다. 그러므로 물이 여과 단계들을 거치면서, 오염물질들이 필터 매체를 통과하고 여과 시스템을 빠져나가는 것이 물리적 및 화학적으로 차단된다.

오랫동안 추구한 본 발명의 발명자들의 목적은 액체, 바람직하게는 물에 대한 필터 또는 여과 시스템에 사용할, 값싸고 사용시 안전한 일반적인 필터 재료를 개발하는 것이며, 상기 여과 시스템은 한편으로는 통과하는 물의 흐름을 과도하게 제한하지 않으면서도 다른 한편으로는 미립 물질, 유해한 유기 및 무기 물질, 미생물을 여과 할 수 있으며, 필터 매체 내부의 미생물과 바이러스의 성장을 막고, 추가적으로 여과를 필요로 하는 생명을 해치는 독소를 배출하지 아니한다.

필터 재료, 즉 본 명세서에서 본 발명의 "필터 매체"는, 예를 들면 수처리 방법, 즉 물을 이용하거나 자연 상태로 되돌리기 위한 수많은 물 제조 공정 중 어느 하나, 그리고 특히 음용수를 제공하는 데 사용하는 매체이다.

본 발명의 필터 매체는, 혼합물로서 사용될 수 있거나 독립적으로, 즉 여과 시스템의 별개의 체임버들(chambers) 또는 층들(layers)에 사용 될 수 있는 고체, 즉 불수용성 성분들을 포함한다. 상기 세 가지 구성성분은 미립 탄소질 물질, 미립 키토산 및/또는 이온 교환제와 미립 금속 산화물이다. 상기 성분들의 최적의 조합은, 높은 분리 능력을 갖는다. 상기 필터 매체는 여과된 액체에서 중금속, 염소 잔기, 착취제(odor agents), 착색제, 트리할로메탄(trihalomethanes) 및 농약과 같은 다양한 농업 관련 약제 같은 가용성 (용질) 또는 불용성 미립 물질을 제거 하는 데 효과적이다.

본 발명의 필터 매체는 세균과 같은 미생물이 필터 매체 내에 축적되는 것을 실질적으로 방지할 수 있는 항균 성분을 추가로 포함할 수 있다. 본 발명의 필터 매체는 여과된 물에서 세균과 같은 미생물을 실질적으로 죽이거나 제거할 수 있는 항균성 물질을 추가로 포함할 수 있고, 이로써 여과된 액체의 오염을 막을 수 있다.

그러므로 필터 매체는 음용수와 다른 수원(water sourse)의 정수에 적합하다.

또한, 본 발명의 필터 매체 조합은 일정한 기간에 걸쳐 효과적으로 많은 양의 물을 여과하는 충분히 큰 여과 표면을 제공하며, 막히게 되거나 혹은 통과하는 물의 흐름을 저지하거나 제한하지 않는다. 단순하면서도 일반적인(generic) 성질의 상기 필터 매체는 매우 다양한 필터와 여과 시스템에 통합이 될 수 있다. 상기 필터 매체는, 예를 들면 특정 오염물질에 대한 여과 효과 강화를 위한 목적으로 추가적인 매체나 매체들과 결합되거나 결합되지 않을 수 있다.

상기 필터 매체의 성분들 각각은 이미 액체 여과에 사용되었으나, 본 발명의 조합은, 논의한 바와 같이, 액체로부터 용질과 불용성 물질을 제거하는 능력의 측면 및 최적의 효과를 달성하는데 걸리는 시간의 측면 모두에 효과적인 매체를 제공한다는 점에 주목해야 한다. 이러한 이중 효과는 명백히 성분의존적이고, 알려진 다른 물질들의 어떤 조합은, 예를 들면 용질을 제거하는 것에 효과적 일 수 있으나, 여과 표면이 충분하지 않아 그곳을 통과하는 물의 흐름을 막거나 저지할 수 있다. 유사하게, 어떤 조합은 미생물에 효과적일 수 있으나, 상기 미생물과 상기 매체가 장 시간 접촉해야만 효과적 일 수 있다.

본 발명의 첫 번째 측면에서, 탄소질 물질, 금속 산화물 혹은 수산화물, 적어도 하나의 키토산과 이온 교환제 (즉, 키토산 및/또는 이온 교환제)를 포함하는 필터 매체가 제공된다.

본 발명의 일 실시태양에 있어서, 상기 필터 매체는 액체의 여과에 사용하기 적합하고, 상기 액체는 바람직하게는 물 또는 수용액같은 물을 포함하는 액체이다.

본 발명의 필터 매체에 사용되는 탄소계 물질은 표면에 유기 또는 무기 물질을 흡수 또는 흡착 할 수 있는 탄소계 물질이다. 전형적으로, 이러한 탄소질 물질은, 비특이적으로 상기 유기 또는 무기 물질을 흡수 또는 흡착할 수 있고, 또한 바람직하게는 항균 작용을 갖도록 선택된 입자형 물질 이다. 상기 탄소질 물질은, 비제한적 의미에서, 차콜(charcoal), 활성차콜(activated charcoal), 활성탄(activated carbon), 역청탄(bituminous coal), 첨착 활성탄(impregnated activated carbon), 골탄(bone char), 산 세척 활성탄(acid washed activated carbon), 야자각계 활성탄(coconut shell based activated carbon), 목질계 활성탄, 재생 활성탄, 무연탄(anthracite coal), 제올라이트 혼합 석탄(zeolite mixed coal), 신활성탄(virgin activated carbon), 물 세척 촉매 탄소(water-washed catalytic carbon), 탄화 식물(charred vegetation), 비회(fly ash) 및 당업자가 알 수 있는 다른 것들로부터 선택될 수 있다.

일 실시태양에 있어서, 상기 탄소질 물질은 필터 매체 총 중량의 약 30% 내지 75%, 보다 바람직하게는 필터 매체 총 중량의 40% 내지 70%, 가장 바람직하게는 필터 매체 총 중량의 50% 내지 65%를 구성한다.

여과된 액체에서 용질을 제거하는 상기 탄소질 물질의 성능 혹은 효과를 강화하기 위하여, 그리고 예를 들어 항균 작용을 주기 위하여, 상기 탄소질 물질은, 예를 들어 폴리아민(polyamine)과 같은 양이온성 고분자(cationic polymers), 예를 들어 폴리설페이트(polysulfates), 폴리설포네이트(polysulfonates), 및 카르복시산계 고분자와 같은 음이온성 고분자(anionic polymers), 염, 이온, 예를 들어 은, 아연, 구리, 트리에틸렌디아민(triethylenediamine), 황, 티타늄 같은 금속 이온 또는 원자, 및 부식제(caustic)와 매우 다양한 유기 또는 무기 화합물로 첨착(impregnated)될 수 있다.

상기 탄소질 물질의 첨착(impregnation 또는 함침)은 전형적으로 탄소질 물질 총 중량의 5%를 초과하지 않는다. 상기 침착은 물리적 흡착 또는 흡착 후 탄소 입자 위에 가교결합을 하거나 탄소 입자에 결합함으로써 이루어질 수 있다.

일 실시태양에 있어서, 상기 탄소질 물질은 은으로 첨착된다.

또다른 실시태양에 있어서, 상기 탄소질 물질은 구리로 첨착된다.

또다른 실시태양에 있어서, 상기 탄소질 물질은 활성탄이다.

또다른 실시태양에 있어서, 상기 활성탄은 야자각계 활성탄이다.

또다른 실시태양에 있어서, 바람직하게는 활성탄인 상기 탄소질 물질은, 예를 들어 매체는 미세입자화된(micronized) 금속염 또는 철 산화물 및 티타늄 산화물같은 금속 산화물을 포함하는 매체와 결합된다.

상기 탄소질 물질은 팰릿화(palletized), 과립화(granular), 섬유화(fibrous) 및 분쇄(crushed)와 같이 당업계에 알려진 어떤 미립자 형태로 필터 매체에 존재 할 수 있다. 일 실시태양에 있어서, 상기 필터 매체에 사용되는 탄소질 물질은 실질적으로 균일한 형태(예를 들어 모든 물질이 과립화형태)이다. 또다른 실시태양에 있어, 상기 탄소질 물질은 두 개 이상의 미립자 형태의 혼합물이다.

또한, 사용되는 금속 산화물 또는 수산화물은, 비소(3가 및 5가 모두), 납 및 구리와 같은 금속 및 무기염, 특히 요오드와 같은 할로겐화물(halides), 그리고 미생물과 같은 다양한 오염물질의 흡착제로서 사용된다. 사용되는 상기 탄소질 물질과 유사하게, 상기 금속 산화물 또는 수산화물 미립자는 효율적인 흡착을 가능하게하는 큰 표면적을 가지고 있으므로, 상기 탄소질 물질의 기존의 효과적인 흡착을 보완한다.

상기 금속 산화물 미립자는 금속 산화물 또는 수산화물로 전체가 피복된 금속 미립자 또는 과립일 수 있다. 상기 금속 산화물 또는 수산화물 미립자는 금속 산화물, 금속 수산화물 또는 금속 산화물-수산화물의 결합물(oxide-hydroxide combination) 일 수 있다. 이러한 금속 산화물은, 철 산화물 미립자, 알루미늄 산화물 미립자, 알루미늄 산화물 표면상의 철 나노입자, 규조토 표면상의 철 나노입자, 마이크로라이트 세라믹 구(microlite ceramic spheres) 표면상의 철 나노입자, 실리카(SiO₂) 표면상의 철 산화물(Fe₂O₃), 알루미나(Al₂O₃) 표면상의 철 산화물, 알루미나로 피복된 세라믹 구, 알루미나 표면상의 철 산화물, 티타늄 산화물 부분 수산화물(titanium oxide partially hydroxide), 철 수산화물(Fe(OH)₃) 표면상의 알루미늄 수산화물(Al(OH)₃) 및 알루미늄 수산화물 표면상의 철 수산화물과 같은 철, 알루미나, 티타늄 및 실리카의 산화물, 수산화물 및/또는 산화물-수산화물로부터 선택될 수 있다.

바람직하게는, 상기 금속 산화물은 염화철(FeCl₃)로 부터 제조되는 수화된 철 산화물이다. 수화 공정은 고분자에 함침(embedment)할 때 또는 고분자에 함칩하기 앞서 수행될 수 있다. 상기 수화된 철 산화물은, 넓은 표면적과 비드 통과시 높은 확산률을 제공하면서 동시에 수화된 철 산화물의 유지 및 수화된 철 산화물이 여과된 물에 의해 밖으로 운반되는 것을 차단해주는 다공성 폴리스티렌 비드에 함침된다.

일부 실시태양에서는, 상기 수화된 철 산화물이 세라믹 또는 고분자 지지체와 같은 다양한 다른 물질에 함침된다.

특정 일 실시태양에서는, 상기 수화된 철 산화물 또는 수산화물이 기공 크기가 100 ㎛ 내지 500 ㎛인 다공성 세라믹 디스크 내에 함침된다. 수산화된 철 산화물의 함침은 세라믹 기공 내에서 철 염화물을 가수분해함으로써 이루어진다. 이러한 세라믹 디스크는 비소를 포함한 3가와 5가 금속 이온들의 추가적인 제거 및 미립자와 먼지를 제거하는 역할을 하기 위해 필터의 바닥에 위치할 수 있다.

본 발명의 필터 매체의 일부 실시태양에서, 상기 매체는 금속 산화물과 금속 수산화물의 결합물을 포함한다.

본 발명의 일부 실시태양에는, 단일 성분으로서 또는 2 이상의 금속 산화물, 금속 수산화물 또는 이들의 조합의 혼합물로서의 상기 금속 산화물 성분은 필터 매체 총 중량의 약 3% 내지 20%, 보다 바람직하게는 필터 매체 총 중량의 7% 내지 15%, 가장 바람직하게는 필터 매체 총 중량의 7% 내지 10%를 구성한다.

다른 실시태양에서는, 상기 필터 매체의 또다른 구성성분으로서 금속 산화물/수산화물 또는 이들의 혼합물은 필터 또는 여과 장치(filtering unit)의 독립된 구획 내에서 상기 필터 매체의 다른 구성물질과 격리될 수 있다. 바람직하게는, 상기 독립된 구획은 필터 또는 여과 장치의 아랫 부분에 위치한다. 이러한 실시태양에서는, 예를 들어 산화물과 같은 금속 산화물이 개별 구획 내 필터 매체의 50% 내지 100%를 구성할 수 있다. 물이 본 발명의 필터 매체를 통과할 때, 본 명세서에 기재된 바와 같이 상기 금속 산화물 또는 상기 금속 산화물을 함유하는 입자를 수용하는 상기 구획을 통하여 비소 및 다른 3가 이온들이 효과적으로 제거된다.

그러므로 일부 실시태양에서는, 통합된 필터 매체는 탄소질 물질, 키토산 및/또는 이온 교환제 및 필터 또는 여과 장치의 독립된 구획 내에 격리되는 금속 산화물을 포함한다.

키토산은 고함량의 아민 작용기를 갖는 키틴-유래 천연 생고분자이다. 키토산이 약간의 전하를 발생시키는 고유의 능력은 오염된 액체를 처리하는데 이점을 제공한다. 키토산은 Cd, Hg, Pb, Cu 등을 포함하는 다양한 중금속 이온에 대하여 보통 키토산 1 g 당 금속 1 mM보다 큰, 높은 결합 용량을 가지는 것으로 알려져 왔다. 이론에 구속되지 않는다면, 중금속 이온을 흡착하는 키토산의 좋은 성능은, 수용액에서 많은 중금속 이온들과 표면 착물(surface complex)를 형성하는 능력에 기인한다고 할 수 있다.

필터 매체는 키토산 자체 (일반적으로 약 50% 이상 탈아세틸화된 탈아세틸화 키틴(deacetylated chitin)), 키토산의 염, 키토산-겔 및 변형(modified) 키토산 또는 이들의 혼합물로부터 선택된 불수용성 키토산을 포함할 수 있다. 변형 키토산의 비제한적인 예로서 아세트산염(chitosan acetate), 키토산 유산염(chitosan lactate), 키토산 글루타민산염(chitosan glutamate), 메틸-키토산 및 N-카르복시메틸키토산이 있다. 키토산 염 분말과 변형 키토산 겔(약산에 키토산을 첨가하여 제조)의 혼합물, 특히 키토산 염은 필터 매체에 좋은 성형(molding) 및 주조(casting) 성질을 제공한다.

본 발명의 매체에 사용되는 키토산의 분자량은 5 KDa 내지 약 5,000 KDa이다. 키토산의 탈아세틸화 수준은 본 발명에 대체로 중요하지 않으며, 시판되는 어느 정도 탈아세틸화된 키토산이 일반적으로 이용될 수 있다. 그러나 선택된 키토산은, 여과된 액체 내 오염물질과 결합시 현저한 팽창 또는 수축을 보여서는 않된다.

잔여 맛 및/또는 냄새를 피하고 인체 사용에 적합한 고품질 필터 매체를 제공하기 위하여, 고순도 키토산을 사용하는 것이 바람직하다. 여과된 물로 어떤 키토산도 유출되지 않게 하기 위하여, 본 발명의 일수 실시태양에 있어서, 키토산이 가교된다. 키토산의 가교는 전형적으로 글루타알데히드(glutaraldehyde)와 같은 가교제의 존재 하에서 수행된다.

그러나 키토산과 글루타알데히드와 같은 가교제 간의 가교에 의하여, 물에 노출시 분해되어 결과적으로 키토산이 여과된 액체로 침출될 수 있는 가수분해성 이민기(imine group)을 생성하기 때문에, 키토산으로 오염된 여과 액체를 얻을 위험이 있다. 그러므로 키토산 침출의 위험을 더욱 줄이기 위하여, 열적 가교로 제조된 고체 보크 키토산 (solid balk chitosan)이 사용된다. 상기 보크 키토산, 바람직하게는 다양한 크기 및 모양의 박편(flakes) 형태의 보크 키토산은 실질적으로 물에 용해되지 아니한다.

본 발명에 따르면, 상기 보크 키토산은 키토산 박편을 100℃ 이상의 온도에서 몇 분 내지 몇 시간동안 가열하여 제조한다. 이러한 가열 공정으로, 가교 정도가 가해준 온도 및 가열한 시간의 함수인 키토산의 산성 조건 하에서의 용해도가 현저하게 감소한다. 예를 들어, 150 ℃에서 15분간 가열하면 불용성 키토산이 형성되고, 가열 시간을 24시간까지 연장하면 가교는 강화되지만 키토산은 약간 갈색으로 변한다. 그러나 상기 가열 공정은 처리된 키토산의 흡수 용량 및 선택도에는 영향을 주지 않는다. 더욱이 키토산의 가교는, 박편의 표면 위의 키토산 사슬을 주로 가교시키는 가교제를, 키토산 용액 혹은 고체 박편 중 하나에 첨가함으로써 이루어질 수 있다. 이러한 가교제는 둘 이상의 알데히드기, 이소시아네이트(isocyanates), 무수물(anhydrides), 산 할로겐화물(acid halides) 및 반응성 실리콘기(reactive silicone groups), 및 수산기(hydroxyl) 및/또는 아미노기에 결합할 수 있는 다른 다작용기 분자(multifunctional molecules)를 가지는 분자 또는 고분자를 포함한다.

위의 방법 대신에, 불수용성 키토산은 가교가 없어도, 아미노기 또는 수산기를 부분 알킬화(alkylation) 또는 아실화(acylation)하여 얻을 수 있다. 예를 들어, 키토산은 추가적 환원이 있거나 없는 벤즈알데히드(benzaldehyde), 헥산알(hexanal) 또는 옥탄알(octanal)와 같은 모노알데히드, 또는 알칸산(alkanoic acids), 무수아세트산(acetic anhydride) 또는 염화아세틸(acetyl chloride)과 같은 무수물(anhydride) 또는 염화아실(acyl chloride), 또는 알킬이소시아네이트(alkyl isocyanates)와 반응하여 키틴을 소수성화(hydrophobize)시키고 산성 매질 내에서의 키토산의 용해도를 감소시킬 수 있다.

사용되는 불수용성 키토산은 박편(flakes), 비드(beads), 섬유(fibers), 직물(fabric), 부직포(non-woven fabrics), 다공성 미립자 및/또는 분말 형태일 수 있다. 일 실시태양으로는, 상기 사용되는 키토산은 무정형 박편(randomly shaped flakes)의 형태이다.

키토산은 필터 매체 총 중량의 약 1% 내지 약 20%, 보다 바람직하게는 약 2% 내지 약 10%, 가장 바람직하게는 약 4%의 양으로 상기 매체에 첨가되는 것이 바람직하다.

일 실시태양에 있어서, 키토산은 변형 키토산이다.

또 다른 실시태양에 있어서 키토산은 가교성 키토산(crosslinked chitosan)이다.

또 다른 실시태양에 있어서, 키토산은 열적으로 가교된 키토산(thermally crosslinked chitosan)이다.

상기 필터 매체는 위에서 개시한 키토산 및/또는 여과될 물로부터 금속 이온을 효과적으로 제거하도록 선택되는 적어도 하나의 이온 교환제를 포함할 수 있다. 일부 실시태양에 있어서, 본 발명의 매체는 탄소질 물질, 미립 금속 산화물/수산화물, 키토산 및 적어도 하나의 이온 교환제를 포함한다. 또 다른 실시태양에 있어서, 상기 매체는 탄소질 물질, 미립 금속 산화물/수산화물, 그리고 적어도 하나의 이온 교환제를 포함한다.

당업자가 인식하는 바와 같이, "이온 교환제(ion exchanger)" 또는 "이온 교환 작용제(ion exchange agent)"는 매체, 예를 들어 수성 매체(aqueous medium)에 존재하는 이온을 교환할 수 있는 작용제이다. 상기 이온 교환제는 양이온성 이온 교환제, 음이온성 이온 교환제, 또는 이러한 두가지 이온 교환제의 혼합물일 수 있다.

일부 실시태양에 있어서, 본 발명의 필터 매체는 적어도 하나의 양이온성 이온 교환제를 포함한다. 상기 양이온성 이온 교환제는 전형적으로, 높은 완충 용량(buffering capacity)을 제공하고 통과하는 매체를 원하는 pH인 약 7로 유지시키는 산 작용기 및 카륨 또는 나트륨 이온을 가지는 성분이다.

상기 양이온성 이온 교환제는 바람직하게는, 예를 들면 비드(bead), 박편(flake), 또는 다른 물리적 구조를 갖는 수지로서, 수소 형태(hydrogen form)로 작용하여 카드뮴(Cd² ⁺) 및 다른 중금속 이온, 구리, 납, 수은 및 크롬과 같은 양으로 대전된 용존 이온들을 제거한다. 이러한 이온들은 물로부터 이들의 수소 이온 균등체(hydrogen ion (H⁺) equivalent)와 교환된다.

바람직하게는, 상기 양이온성 이온 교환제는 설포닉(sulfonic) 또는 황산 치환체(substitute)를 가지는 유기 화합물과 같은 강산성의 양이온 교환제이다. 바람직하게는, 상기 강산성의 양이온 교환제는 이의 카륨 또는 나트륨염의 형태인 활성 작용기, 예를 들어 설폰산 작용기를 적어도 10% 포함한다.

일부 실시태양에 있어서, 상기 이온 교환제는, 금속 이온, 특히 일부 실시태양에 있어서는 카드뮴 이온인 중금속 이온에 대한 친화도가 있는 황산염 산(sulfate acid), 황산칼륨, 카르복시산염, 인산염, 및 하이드록삼산염(hydroxamate) 작용기 및 다른 작용기들을 적어도 하나 이상 가지는 폴리스티렌 비드의 형태이다.

본 발명의 특정 실시태양에 있어서, 상기 필터 매체가 양이온성 이온 교환제를 포함하는 경우에, 상기 양이온성 이온 교환제는, 상기 매체의 총중량을 기준으로 하는 중량비로, 상기 조성물(formulation)의 총중량의 약 20% 내지 50%, 보다 바람직하게는 약 25% 내지 40%, 가장 바람직하게는 약 30%를 구성한다.

또 다른 실시태양에 있어서, 상기 필터 매체는 추가로 적어도 하나의 추가적인 음이온 교환제를 포함한다. 전형적으로, 상기 음이온 교환제는, 이온의 제거 또는 교환 또는 철, 비소 및 망간과 같은 특정 이온의 선택적 제거 또는 교환을 향상시킬 목적으로 추가된다.

또 다른 실시태양에 있어서, 상기 필터 매체는, 항균 능력을 갖도록 선택되는 적어도 하나의 첨가제 그리고 필요한 경우에, 예를 들어 비소와 같은 특정 오염물질을 제거하기 위한 다른 성분들을 포함한다.

바람직하게는, 본 발명의 필터 매체는 각 성분, 즉 탄소질 물질, 미립 키토산 및/또는 이온 교환제 및 미립 금속 산화물의 적정량을 포함하여야 하고, 상기 적정량은 오염물질의 농도를 필요한 최소치로 감소시킬 수 있는 양이다. 당업자는 각 성분의 양을 조절하여 특정 오염물질, 예를 들면 중금속 이온, 용존 유기물질, 등의 농도/부피/분포/효과/독성을 감소시키는 데 영향을 줄 수 있는 지식을 갖고 있을 것이다.

항균 능력을 갖도록 선택되는 상기 첨가제는 전형적으로, 비제한적인 방식으로, 요오드화 매체(iodinated medium), 4급 암모늄 수지(quaternary ammonium resin), 양이온성 고분자전해질(cationic polyelectrolyte), 4급 또는 3급 암모늄염을 가지는 고분자 및 요오드 또는 요오드포(iodophore)로 충진된 고분자와 같은 항균 고분자, 그리고 당업자에게 알려져 있는 다른 항균제로부터 선택되는 항균제이다.

하나의 바람직한 실시태양에 있어서, 상기 항균제는 적어도 하나의 요오드 함유 매체(iodinated containing medium)이다.

또 다른 바람직한 실시태양에 있어서, 상기 항균제는 적어도 하나의 요오드화 4급 암모늄 수지(iodinated quaternary ammonium resin)이다.

상기 항균제는 전형적으로 필터 매체 총 중량의 0.1% 내지 30%, 보다 바람직하게는 필터 매체 총 중량의 2% 내지 15%, 가장 바람직하게는 필터 매체 총 중량의 4% 내지 12%를 구성한다.

일부 실시태양에 있어서, 상기 항균제는 상기 필터 또는 여과 장치의 격실과 격림됨으로써, 상기 필터 매체로부터 분리된다. 분리된 격실은 상기 필터 또는 여과 장치의 격실 상부에 위치하는 것으로 바람직하다. 이러한 실시태양에 있어서, 상기 항균제는 분리된 격실 내의 매체의 2% 내지 15%를 구성할 수 있다. 물이 항균제를 수용하는 상기 격실을 통과할 때, 그리고 본 명세서에 기재된 바와 같이 상기 필터 매체를 포함하는 필터 또는 여과 장치를 통과할 때, 예를 들어 세균 오염물질과 같은 미생물의 제거가 효과적으로 수행된다.

또 다른 실시태양에 있어서, 상기 필터 또는 여과 장치의 분리된 격실 내에 위치한 상기 항균제는, 용액 내에서 항균 작용을 보이는 요오드-방출제(iodine-releasing agent)이다. 상기 요오드-방출제는, 예를 들어 상기 필터 매체로 천천히 요오드가 방출되고, 이로써 요오드의 항균 작용을 보이는 요오드 함유 폴리아미드(나일론) 섬유일 수 있다. 이러한 요오드-방출제가 사용될 경우, 여과된 액체가 상기 여과 장치에서 배출되기 전에, 상기 여과된 액체로부터 유리 요오드를 제거하는 능력(capacity)을 가지는 요오드 제거제(iodine-scavenging agnets)의 필요성이 발생한다.

이러한 요오드-제거용 화합물의 비제한적인 예로서, 방향족 및 지방족 폴리아미드, 폴리우레탄, 폴리우레아(poly(urea)), 아미노기를 가지는 고분자, 폴리비닐피롤리돈(polyvinyl pyrrolidone), 폴리피롤(polypyrroles) 및 질소 이환성 잔기(nitrogen heterocyclic residues)를 가지는 고분자, 및 이들의 공중합체(copolymer) 또는 혼합물이 있다.

일 실시태양에 있어서, 상기 요오드 제거용 화합물은, 바람직하게는 섬유 또는 스크린(screen)의 형태인, 방향족 또는 지방족 폴리아미드 중에서 선택되는 작용제이다.

본 발명의 또 다른 실시태양에 있어서, 상기 필터 매체는 적어도 하나의 모래, 자갈, 펄라이트(perlite), 질석(vermiculite), 무연탄(anthracite), 규조토(diatomaceous soil), 제올라이트(zeolithes), 토양(soil), 키틴, 포졸란(pozzolan), 석회(lime), 대리석(marble), 점토(clay), 이중 금속-수화물(double metal-hydroxides), 암면(rockwool), 유리 솜(glass wool), 석회화 토양(limed soil), 철풍부 토양(iron-enriched soil), 수피(bark), 부식토(humus), 벽토(compost), 분쇄된 잎(crushed leaves), 알긴산염(alginate), 크산틴염(xanthate), 골 젤라틴 비드(bone gelatin beads), 이끼, 양모, 면, 식물 섬유 또는 이들의 조합물로부터 선택되는 적어도 하나의 첨가물을 포함한다.

본 명세서 기재된 오염물질 또는 오염원은 무기, 유기 또는 무기-유기 혼합물 입자, 콜로이드 입자, 및 용질과 다른 화합물, 또한 여과할 상기 액체 내에 존재할 수 있는 죽거나 생존한 미생물 및 다른 생명체들이다. 이러한 상기 오염물질의 비제한적인 예로서, 탄화수소(hydrocarbon); 고분자방향족 탄화수소(polyaromatic hydrocarbons); 염소처리된 유체(chlorinated fluids), 특히 유기 염화물; 오일; 착물 내의 자유 이온으로써, 큰 분자의 부분으로써, 또는 부유 물질(suspended solid) 및/또는 콜로이드 입자에 부착된 구리, 크롬, 카드뮴, 니켈, 철, 납 및 아연과 같은 중금속 및 다른 금속; 호르몬; 살충제; 페인트; 약제; 무기 또는 유기, 용해된 또는 고체 형태인 암모늄, 아질산염(nitrite), 질산염(nitrate), 인산염 및 나트륨과 같은 영양염(nutrients); 부식토(humus); 토양 콜로이드(soil colloids); 점토 미립자; 다른 유기 및/또는 무기 콜로이드 입자; 슬릿(slit) 및/또는 고운 모래 및/또는 중간 크기의 모래 또는 성긴 모래 및/또는 다른 작은 입자들; 세균, 바이러스, 포낭, 아메바 및 충란과 같은 미생물; 및 이들의 분해, 가수분해 및/또는 산화의 결과로 인한 오염물질의 산물이 있다.

그러므로 본 발명의 상기 필터 매체는, 어떤 액체에서 상기 액체 내에 용해되거나 부유하는 어떤 물질을 제거하는데 사용될 수 있다. 상기 여과될 액체는 어떤 액체, 바람직하게는 물을 포함하는 액체이다. 이러한 액체의 비제한적인 예로서, 물; 도심지 유출수(urban runoff), 고속도로 유출수(highway runoff) 및 도로 유출수(road runoff)를 포함하는 호우 유출수(storm water runoff); 하수의 호우 일류(sewage storm water overflow); 해수; 하천, 연못 및 폭포와 같은 천연 수원(natural water source); 식수; 농업용수; 고순도 공정용 산업용수; 그리고 식품 및 음료에 적합한 수용액이 있다.

상기 필터 매체는, 예를 들어 식당, 호텔, 가정, 식품 가공 공장 및 여러 종류의 사업체 시설에서 사용하는 식수의 여과; 생수 공장에서 물의 전처리; 금속, 금속염, 불용성 물질, 유기 화합물, 살충제, 염화물, 천연 독소로 오염된 지하수 또는 그 밖의 원인으로 오염된 지하수의 여과; 산업 폐수의 여과; 사람에게 공급하기 전 식수원의 여과; 표면수(surface water)로 부터 부유물질의 제거; 오염된 호수, 하천 또는 강과 같은 천연 수생 환경의 정화; 그리고 상기 액체로부터 예를 들면 전해질과 같은 어떤 작용제의 농도 감소 및 상기 작용제를 또 다른 것으로 대체하는 것 같은 매우 다양한 목적에 사용되는 이러한 액체의 여과에 적합하다.

또한 상기 필터 매체는 수영장, 온수 욕조, 온천, 연못, 냉수 시스템, 가습 시스템, 분수 등의 처리에 사용될 수 있다. 상기 필터 매체 및/또는 이것을 포함하는 수처리 시스템은, 상기 매체와 접촉하는 물의 양을 최대화시킬 수 있는 방법으로, 물속 또는 물이 흐르는 경로에 위치하는 것이 바람직하다. 일 실시태양에 있어서, 상기 매체가 상기 물속에 위치하여, 상기 물의 강제 또는 자연적 유동 또는 흐름에 의하여 상기 물이 상기 필터 매체와 접촉하게 한다. 수영장, 온수 욕조 또는 온천에서, 상기 매체는 스키머 트랩(skimmer trap) 내에 위치할 수 있다. 위의 방법 대신에, 상기 매체는 펌프 출구(pump outlet) 근처에 위치함으로써, 재순환되는 물을 연속적으로 상기 매체 근처에 배출되고 상기 매체와 접촉할 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에서는, 불수용성 탄소질 물질, 불수용성 금속 산화물, 불수용성 키토산 및/또는 이온 교환제로 구성되는 필터 매체가 제공된다.

본 발명의 또 다른 측면에서는, 불수용성 탄소질 물질, 불수용성 금속 산화물, 불수용성 산성 양이온 교환제, 및/또는 불수용성 키토산으로 구성되는 필터 매체가 제공된다.

본 발명의 또 다른 측면에서는, 불수용성 탄소질 물질, 불수용성 금속 산화물, 불수용성 산성 양이온 교환제, 항균제 및/또는 불수용성 키토산으로 구성되는 필터 매체가 제공된다.

본 발명의 또 다른 측면에서는, 본 발명의 상기 필터 매체; 그리고 액체가 상기 여과 장치의 출구를 나오기 전에 상기 필터 매체를 통과하도록 하기 위해 상기 여과 장치의 입구로 출입하도록 유도하는 액체 유로 구조체(liquid channeling structure)를 포함하는 여과 장치가 제공된다.

상기 필터 매체는 상기 여과 장치 또는 수처리 시스템을 형성하기 위하여 용기 내부에 수용될 수 있다. 상기 용기는 다양한 형태일 수 있고, 적어도 하나의 물 입구(inlet opening) 및 물 출구(outlet opening)가 존재한다. 상기 용기는, 그 양 말단이 개방되고, 선택적으로 상기 매체를 상기 용기 내에 상대적으로 고정시키는 수단을 가지며, 상기 필터 매체가 그 내부에 위치하는 단순한 파이프 또는 무정형의 용기일 수 있다. 예를 들면, 상기 여과 장치 또는 상기 수처리 시스템은 큰 입자나 상기 매체의 조각이 통과하는 것을 방지하고 이들이 상기 용기 내에 머무르도록 하는 하나 이상의 스크린, 메쉬(mesh), 바스켓(basket), 웹(web) 또는 배플(baffle)을 포함할 수 있다. 이 대신에, 상기 필터 매체는 결합제(binder)를 함께 사용하여 수용될 수 있다.

상기 용기는, 독립된 체임버(격실, 수용 장치)에 수용되거나, 하나의 체임버에 혼합물로서 수용되는 상기 필터 매체의 각 성분을 포함하는 다층(multilayer) 또는 멀티체임버(multi-chamber) 용기의 형태일 수 있다. 상기 체임버는, 스크린, 메쉬, 바스켓, 웹 도는 배플과 같은 다양한 분할 도구에 의하여 서로 분리되어 입자 또는 상기 매체의 조각이 한 체임버에서 다른 체임버로 또는 상기 용기의 외부로 유출되는 것을 방지할 수 있다.

일부 실시태양에 있어서, 본 발명의 필터 매체는, 각 성분이 독립된 격실에 수용된 채로, 하나 위에 다른 하나가 있는 수직적으로, 또는 하나 옆에 다른 하나가 있는 수평적으로 배열될 수 있다.

하나의 실시태양에 있어서, 상기 격실은 물의 흐름 방향에 따라 수직 도는 수평으로 배열되고, 물 유입구에 가장 근접한 격실에 수용되는 필터 매체의 성분은 탄소질 물질, 금속 산화물 또는 수산화물, 키토산 및/또는 이온 교환제 중 적어도 하나이다. 상기 물 유입구로부터 가장 멀리 있는 격실에 수용되는 필터 매체의 성분은 탄소질 물질, 금속 산화물 또는 수산화물, 키토산 및/또는 이온 교환제 중 적어도 하나이다.

일부 실시태양에 있어서, 상기 층들은 상기 물 유입구에 가장 근접한 격실 내에 수용되는 폴리스티렌 비드를 갖춘다.

다른 일부 실시태양에 있어서, 상기 폴리스티렌 비드는 상기 물 유입구에 가장 근접한 격실 내에 수용되고, 은으로 첨착된 탄소질 물질을 적어도 하나 포함하는 격실의 옆에 있는 여과 시스템에 위치한다.

다른 일부 실시태양에 있어서, 상기 은으로 첨착된 탄소질 물질을 적어도 하나 포함하는 상기 격실은 이미노디아세틱(iminodiacetic) 작용기를 가지는 폴리스티렌 비드를 포함하는 격실의 옆에 있는 여과 시스템 내에 위치한다.

또 다른 일부 실시태양에 있어서, 폴리스티렌 비드에 함침된 철 산화물 나노입자를 포함하는 격실은 여과 시스템의 물 유출구에 가장 근접한 지점에 있는 여과 시스템 내에 위치한다.

또 다른 일부 실시태양에 있어서, 상기 격실들은, 본 명세서에 상술된 바와 같이 서로 관계하여 위치하는, 상기 필터 매체 성분들의 층들이다.

하나의 실시태양에 있어서, 상기 필터 매체의 성분들은, 예를 들명 위에서 아래까지, 서로 관계하여 배열되고 아래에 첫번째로 열거된 성분이 상기 물 유입구에 가장 근접해 있다:

- 예를 들어 황산염 산(sulfate acid) 및 황산칼륨 작용기를 포함하는, 폴리스티렌 비드,

- 예를 들여 은으로 첨착된, 탄소질 물질,

- 예를 들어 이미노아세틱 작용기를 가지는, 폴리스티렌 비드, 그리고

- 가장 바닥에 위치하며, 예를 들어 폴리스티렌 비드에 함침되어 있는, 철 산화물 나노입자.

또 다른 실시태양에 있어서, 상기 필터 매체의 성분들은 , 예를 들명 위에서 아래까지, 서로 관계하여 배열되고 아래에 첫번째로 열거된 성분이 상기 물 유입구에 가장 근접해 있다:

- 예를 들여 은으로 첨착된, 탄소질 물질,

- 예를 들어 이미노아세틱 작용기를 가지는, 폴리스티렌 비드,

- 예를 들여 은으로 첨착된, 탄소질 물질, 그리고

또 다른 본 발명의 측면에서, 본 발명의 블렌드 필터 매체(blend filter medium)의 제조 방법이 제공되며, 상기 방법은, 상기 필터 매체의 고체 미립자상 성분들을 적절한 양으로 혼합하여 바람직하게는 균질한(homogeneous) 블렌드를 형성하는 단계를 포함한다. 예를 들면, 상기 활성탄은 상기 매체 총중량의 30% 내지 75%, 바람직하게는 50% 내지 70%, 보다 바람직하게는 55% 내지 65%의 양으로 첨가될 수 있고; 금속 산화물은 상기 매체 총중량의 3% 내지 20%, 바람직하게는 7% 내지 15%, 가장 바람직하게는 10%의 양으로 첨가될 수 있으며; 키토산 또는 이온 교환제는 상기 매체 총중량의 1% 내지 20%, 보다 바람직하게는 약 2% 내지 약 10%, 가장 바람직하게는 약 4%의 양으로 첨가될 수 있고; 선택적으로, 상기 이온 교환제는, 상기 매체 총중량에 기반한 중량으로, 20% 내지 50%, 보다 바람직하게는 약 25% 내지 약 40%, 가장 바람직하게는 약 30%의 양으로 첨가되는 강산성의 양이온 교환제이다.

일부 실시태양에 있어서, 상기 필터 매체는 키토산을 포함하지 아니한다.

상기 매체 성분들은 어떠한 순서로도 첨가할 수 있고, 그 후에 믹스물러(Mixmullers), 호바트 믹서(Hobart mixer), 및 이와 유사한 것들과 같이 공지되어 있고 즉시 이용가능한 혼합 장치 및 기술을 사용하여 혼합함으로써 균질한 블렌드를 형성한다.

또 다른 본 발명의 측면에서, 본 발명의 필터 매체, 사용 설명서 및 선택적으로 본 명세서에서 개시된 다른 어떠한 성분 또는 첨가제를 포함하는 시판용 패키지(키트)가 제공된다.

상기 시판용 패키지는 특정 용도, 예를 들면 상기 필터 매체가 장착되는 여과 시스템의 종류, 여과될 액체에 존재하는 알려진 오염물질의 종류, 여과될 액체의 부피 및 이와 유사한 것들에 따라서 적절하게 맞출 수 있다.

상기 시판용 패키지는 즉시 사용가능한 형태, 즉 예를 들어 최종 사용자 또는 상기 여과 시스템의 기술자에 의하여 장착될 수 있는 형태의 필터 매체를 포함할 수 있다.

또한, 상기 시판용 패키지와 동일한 패키지 또는 본 발명의 필터 매체와 함께 사용하기 위한 다른 패키지에 있어서, 상기 시판용 패키지는 본 명세서에서 개시된 첨가제들 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 시판용 패키지는 상기 첨가제 또는 부가적인 성분들, 예를 들어 산성 양이온 교환제, 추가적인 음이온 교환제, 등 중 적어도 하나와 미리 혼합된 본 발명의 필터 매체를 포함할 수 있다.

본 발명을 이해 및 그 실시 방법을 설명하기 위하여, 첨부된 도면을 참조하여 비제한적인 실시예들 만으로 본 발명의 바람직한 실시태양을 설명한다:

도 1A-1B는 중금속 이온을 제거하는 본 발명의 전형적인 필터 매체의 능력 을, 5 L의 수돗물(n=3)을 여과한 후의 % 유입 농도로서 나타낸다.

도 2A-2B는 중금속 이온을 제거하는 본 발명의 전형적인 필터 매체의 능력을, 90 L의 수돗물(n=3)을 여과한 후의 % 유입 농도로서 나타낸다.

도 3A-3B는 5% 용량(도 3A) 및 90% 용량(도 3B)에서 여과 후의, 여러 가지 휘발성 및 준-휘발성 유기 화학물질의 감소를 나타낸다.

도 4는 20분 노출 이내에서, 폴리에틸렌 이민(polyethylene imine)의 항균 효과를 나타낸다.

도 5는 4-비닐 피리딘 옥탄(4-vinyl pyridine octane)의 항균 효과를 나타낸다.

도 6은 나일론 섬유로부터 방출된 요오드의 생물학적 활성을 나타낸다.

도 7은 매트릭스포부터 방출된 요오드의 축적을 나타낸다.

도 8은 요오드를 충진한 섬유로 여과시키기 전후의 집락(colony) 개수를 나타낸다.

도 9는 여과된 물의 양에 대한 요오드 농도의 의존성을 나타낸다.

실시예 1 - 필터 매체의 제조

기본 통합 필터( basic integrated filter )(이하, 필터 A라 함)는 1.05%의 은으로 첨착된 활성탄(35g), 칼륨염으로서 존재하는 산성기를 40%를 포함하는 설폰산기를 함유하는 가교성 폴리스티렌계 양이온 교환제(14g) 및 키토산 박편(2g)을 포함한다. 시험용 필터는 구성요소들을 혼합하고, 적절한 필터 홀더 내에 그 혼합물 을 채워 제조하였다. 사용에 앞서, 초기에 상기 필터를 2 L의 물로 세척하였다. 무기 및 유기 오염물질을 제거하는 효과를 알아보기 위해 상기 필터를 시험하였다.

pH 조절 - pH 5 및 pH 9인 1 L의 수돗물 시료(필요시, HCl 및 NaOH를 사용해 pH 조절)를 기본 통합 필터(필터 A)를 통해 여과하였다. 여과 후 pH는 6.8 내지 7.4 사이였다. 브리타(Brita)사에서 제조하고 소매점에서 구입한 상업용 필터(탄소 및 설폰화(sulfonated) 이온 교환제의 혼합물을 함유. 이하, 필터 H라 함)를 사용하여 여과한 후의 pH는 5.5 내지 6 사이로서 상당히 낮았다.

유기 착색 오염물질의 제거-키토산의 기여 - 여과 효율(filtration efficiency)에 대한 키토산의 기여를 기본 통합 필터(필터 A)로부터 키토산 박편을 빼고 시험하였다. 착색 오염물질로서, 양전하를 띤 브릴리언트 크레실 블루 (Brilliant Cresyl Blue)(500 ml, 30 mg/L 용액) 및 음전하를 띤 칼콘카르복시산(calconcarboxylic acid)(500 ml, 50 mg/L 용액)을 제조하여, 기본 통합 필터(필터 A), 키토산이 없는 기본 통합 필터 및 시판용 필터(필터 H)를 통해 여과하였다. 여과 전후 착색 오염물질의 농도를 분광광도계(spectrophotometer)를 이용하여 브릴리언트 크레실 블루는 610 nm에서 그리고 칼콘카르복시산은 570 nm에서 측정하였고, 기존에 만들어 둔 검량선(calibration curve)으로부터 계산하였다.

기본 통합 필터(필터 A)는 양전하를 띤 착색 오염물질의 96% 이상 및 음전하를 띤 착색 오염물질의 96% 이상을 제거한 반면에, 시판용 필터 (필터 H)는 양전하를 띤 착색 오염물질은 약 96% 제거하였으나 음전하를 띤 착색 오염물질은 단지 10.8% 제거하는데 그쳤다. 키토산이 없는 기본 통합 필터(키토산 불포함 필터 A)는 양전하를 띤 착색 오염 물질의 91.0% 및 음전하를 띤 착색 오염물질의 57%를 제거하였다.

금속오염의 감소 - 기본 통합 필터(필터 A)에 특별히 고안된 구성물질을 첨가하여 다양한 필터 매체를 제조하였다. 상기 다양한 필터 매체는 다음과 같다:

필터 B는 1.05%의 은으로 첨착된 활성탄(35g), 칼륨염으로서 존재하는 산성기의 40%를 포함한 설폰산를 포함한 가교성 폴리스티렌계 양이온 교환제(14g) 및 A-606이란 상표명 하에 (Purolite사에서) 시판되는 킬레이트 수지(chelating resin)(2g)를 포함하였다. A-606은 파라-위치(para-position)에 트리메틸암모늄기(trimethylammonium group)를 갖는 거대세공성 폴리스티렌계 킬레이트 수지(macroporous polystyrene-based chelating resin)이다. 본 실시예에서, A-606은 키토산의 대체물로서 작용한다. 이러한 매체는 유기 및 무기 음이온성 오염물질을 흡수하였다.

필터 C는 1.05%의 은으로 첨착된 활성탄(35g), 산성기의 40%가 칼륨염으로서 존재하는 설폰산기를 포함하는 가교성 폴리스티렌계 양이온 교환제(14g), 키토산 박편(2g) 및 아르센엑스^엔피(ArsenX^np)란 상표명 하에 (Purolite사에서) 시판되는 이온 교환 수지(5g)를 포함하였다. ArsenX^nP는, 물에서 비산염(arsenate) 및 아비산염(arsenite)과 같은 3가(trivalent), 4가(tetravalent) 및 5가(pentavalent) 금속 이온을 제거하기 위해 고안된 킬레이트 수지 역할을 하는 철 산화물 입자를 포함하는 이온 교환 수지이다. 그 화학 구조는 디비닐 벤젠(divinyl benzene)(DVB)으로 가교된 폴리스티렌계 수성(hydrous) 철 산화물 나노입자이다.

필터 D는 1.05%의 은으로 첨착된 활성탄(35g), 산성기의 40%가 칼륨염으로서 존재하는 설폰산기를 포함하는 가교성 폴리스티렌계 양이온 교환제(14g), 키토산 박편(2g) 및 S-950이란 상표명 하에 (Purolite사에서) 시판되는 킬레이트 수지(chelating resin)(5g)를 포함한다. S-950는 거대세공성 아미노-포스폰산(amino-phosphonic acid) 킬레이트 수지로서, 납, 구리 및 크롬 같은 독성 금속의 양이온 제거를 위해 고안되었다. S-950은 아미노포스폰산 활성기를 가진 디비닐 벤젠(DVB)으로 가교된 거대세공성 폴리스티렌이다.

필터 E는 1.05%의 은으로 첨착된 활성탄(35g), 산성기의 40%가 칼륨염으로서 존재하는 설폰산기를 포함하는 가교성 폴리스티렌계 양이온 교환제(14g), 키토산 박편(2g), S-950 (5g) 및 ArsenX^np(5g)를 포함한다.

필터 H는 소매점에서 구입하여 본 연구의 대조군(control)으로서 사용한, 브리타사에서 제조한 시판용 필터이다.

표 1에 나타난 것처럼, 금속 이온을 포함한 서로 다른 시험 용액 6개를, 머크 ICP 다원소 표준 용액 IV, 머크 ICP 비소 표준 용액, 염화아연(ZnCl₂) 및 염화철(FeCl₃)을 사용하여 제조하였다.

	성분	제조	농도(ppm)
1	Orange ICP std 100ppm	0.6ml/2L	0.03
2	Orange ICP std 100ppm	3ml/2L	0.15
3	Orange ICP std 100ppm	6ml/2L	0.3
4	As ICP std 1000ppm	0.1ml/2L	0.05
5	ZnCl dehydrate	~ 1 gr/50ml >>2ml/2L	~10
6	FeCl₃dehydrate	726 mg/50 ml >> 2ml/2 L	~3-5

표 1: 시험 용액의 제조

각 시험 용액(250 ml)을 상기 필터(필터 A, B, C, D, E, H)를 통해 여과하였다. 상기 필터들을 매 시험 후, 0.5 L의 탈이온수(deionized water)로 세척하였다. 여과 전후의 시료(50 ml)를 멸균 플라스틱 튜브에 수집하였고, pH 2가 될 때까지 각 시료에 질산(0.5 ml 70% w/w)을 첨가하였다. 2주 동안, 90 L의 수돗물을 시험용 필터를 통해 여과하였고, 시험 절차를 반복하였다. 수집된 시료들을 ICP 절차 및 장치를 사용하여 시험하였다.

본 실험의 결과를 이하 표 2 및 도 1A-1B 및 2A-2B에 나타내었다.

여과 후, 금속 오염의 감소
필터	유입액 (ppm)	방류액 (ppm) A	방류액 (ppm) B	방류액 (ppm) C	방류액 (ppm) D	방류액 (ppm) E	방류액 (ppm) 시판용 필터 H
Ag	2.31E-02 1.39E-01 2.70E-01	1.37E-02 1.34E-02 1.89E-02	2.43E-02 5.71E-02 2.84E-02	0.00E+00 2.83E-03 8.00E-04	0.00E+00 2.77E-03 2.93E-03	0.00E+00 4.07E-03 2.83E-03	4.75E-02 1.56E-01 3.19E-01
As	4.14E-02	2.70E-03	1.23E-03	9.33E-04	2.97E-03	1.17E-03	1.08E-02
Ba	2.83E-02 1.42E-01 2.75E-01	1.60E-03 4.47E-03 8.37E-03	5.00E-04 2.01E-02 4.47E-03	1.67E-03 1.33E-03 3.80E-03	1.20E-03 1.67E-03 4.07E-03	3.67E-04 6.00E-04 8.00E-04	1.90E-03 9.17E-03 3.81E-02
Cd	2.76E-02 1.41E-01 2.67E-01	1.40E-03 3.68E-03 8.52E-03	7.83E-04 2.11E-02 5.90E-03	4.67E-04 9.83E-04 2.90E-03	6.67E-04 2.07E-03 6.72E-03	5.67E-04 1.38E-03 2.35E-03	1.35E-03 9.88E-03 4.02E-02
Cr	2.96E-02 1.45E-01 2.78E-01	3.00E-03 9.03E-03 1.66E-02	4.20E-03 2.45E-02 1.51E-02	3.60E-03 6.70E-03 1.01E-02	4.20E-03 9.87E-03 1.36E-02	3.97E-03 7.10E-03 8.40E-03	2.50E-03 1.32E-02 4.65E-02
Cu	1.38E-01 2.65E-01	7.80E-03 1.32E-02	1.93E-02 7.03E-03	4.93E-03 7.03E-03	5.97E-03 1.20E-02	6.93E-03 9.77E-03	9.60E-03 3.84E-02
Fe	3.15E-02 1.51E-01 2.85E-01 3.84E+01	1.04E-02 2.02E-02 3.83E-02 1.22E+01	2.36E-02 5.57E-02 2.86E-02 5.46E+00	1.04E-02 1.45E-02 1.80E-02 3.01E+00	2.73E-03 3.17E-02 2.85E-02 6.83E+00	1.11E-02 1.26E-02 1.60E-02 4.19E+00	2.11E-02 2.52E-02 6.74E-02 1.61E+01
Mg	5.20E-02 1.66E-01 2.95E-01	4.03E-02 4.68E-02 7.86E-02	3.86E-02 8.61E-02 5.42E-02	2.74E-02 2.73E-02 4.16E-02	2.80E-02 4.34E-02 3.73E-02	2.39E-02 2.27E-02 2.66E-02	2.25E-02 2.79E-02 6.47E-02
Mn	2.82E-02 1.43E-01 2.74E-01	1.97E-03 5.17E-03 1.29E-02	7.33E-04 2.32E-02 7.37E-03	5.00E-04 6.33E-04 3.77E-03	5.33E-04 1.90E-03 5.73E-03	3.00E-04 6.00E-04 9.00E-04	1.40E-03 1.05E-02 4.11E-02
Ni	2.76E-02 1.40E-01 2.66E-01	1.37E-03 3.53E-03 8.67E-03	9.33E-04 2.12E-02 5.00E-03	4.33E-04 2.00E-04 5.00E-03	4.67E-04 2.03E-03 4.53E-03	6.67E-05 1.33E-04 1.00E-03	1.10E-03 9.73E-03 3.98E-02
Pb	2.48E-02 1.43E-01 2.72E-01	0.00E+00 4.00E-04 1.93E-03	6.00E-04 1.42E-02 1.87E-03	2.00E-04 1.53E-03 1.57E-03	1.67E-04 2.27E-03 2.97E-03	5.00E-04 9.00E-04 2.20E-03	0.00E+00 5.00E-03 3.30E-02
Zn	1.39E-01 2.66E-01 9.28E+00	1.87E-02 3.03E-02 3.33E-01	6.80E-02 2.24E-02 1.92E-01	5.10E-03 1.52E-02 5.02E-02	9.57E-03 1.75E-02 2.21E-01	3.60E-03 5.30E-03 1.56E-02	1.22E-02 4.26E-02 1.74E+00

표 2: 여과 후, 금속 오염의 감소

높은 유입농도(influent concentration)에서, 기본 통합 필터 (필터 A)와 시판용 필터 (필터 H)간에 차이가 상당하였다: 도 1A-1B에 나타난 것처럼, 필터 A 및 필터 H 사용 후, 각각 99% 및 88%의 납 감소, 96.8% 및 85.1%의 카드뮴 감소, 97% 및 86.4%의 바륨 감소를 얻었다.

도 2A-2B에 나타난 것처럼, 킬레이트 수지 S-950 및 ArsenX^np는 비소, 바륨, 구리, 카드뮴 및 아연의 감소를 강화하였다. 비소는 필터 A 사용 후 93%가 감소한 데 반해, 필터 C 및 D 사용 후 각각 98% 및 93%이 감소하였다. 카드뮴은 필터 A 사용 후 97%가 감소한 데 반해, 필터 C, D 및 E 사용 후 각각 99%, 97% 및 99%가 감소하였다.

필터 H는 물 속으로 은 이온을 방출하였고, 이로 인해 은 농도가 높은 유입농도에서 10% 증가하였다.

90% 용량에서, 상기 기본 필터 A와 금속 킬레이터를 포함한 필터 C, D 및 E간에 의미있는 차이는 없었다(도 2A-B). 90% 용량에서 바륨은 필터 A, C, D 및 E 사용 후 각각 97.5%, 98%, 97.9% 및 98.5% 감소하였다.

일반적으로, 기본 통합 필터(필터 A)는 90% 용량에서 카드뮴, 크롬, 구리, 니켈 및 납을 줄이는데 효과를 유지하였다. 5% 및 90% 용량에서 필터 A의 사용 후, 카드뮴은 각각 97% 및 99% 감소하였고, 납은 두 용량 모두에서 99.3%가 감소하였다(도 2A-B 및 3A-3B). 또한 시판용 필터 H는 90% 용량에서 효과적이었고, 5%용량에서 보다 카드뮴, 크롬 및 구리가 더 효과적으로 감소하였다.

휘발성( volatile ), 준휘발성 ( semi - volatile ) 유기 화학물질 및 살충제의 제거 - 벤젠 (300 mg/L), 아이오도벤젠(iodobenzene)(193 mg/L) 및 알릴 브로마이드(allyl bromide)(108 mg/L)와 같은 휘발성 유기 화합물(VOC)을 포함한 수용액을 제조하였다. 각 용액(1 L)을 필터 A 및 필터 H를 통해 여과하였고, 여과 전후의 VOC 농도를 분광광도계를 사용하여 벤젠은 254 nm에서, 아이오도벤젠 및 알릴 브로마이드는 240nm에서 측정하였다.

엔,엔-디에틸톨루아미드(N,N-diethyltoluamide) (115 mg/L) 및 피페로닐 부톡사이드(piperonyl butoxide)(108 mg/L)와 같은 살충제를 함유하는 수용액을 제조하였다. 독시실린(doxyciline)(104 mg/L)과 같은 유해한 약제 화합물의 수용액을 추가로 제조하였다. 각 용액의 1 L씩을 필터 A 및 H를 통해 여과하였고, 여과 전후의 농도를 분광광도계를 사용하여 200-300 nm에서 측정하였다. 엔,엔-디에틸톨루아미드는 250nm에서, 피페로닐 부톡사이드는 260nm에서, 독시실린은 300 nm에서 흡수하였다.

시험용 필터에 의해 감소된 유기 화합물의 결과는 표 3에 요약 하였다.

여과 전 오염물질의 농도	필터 A % 감소량	필터 H % 감소량
벤젠(Benzene) 300 mg/L	97%	53%
아이오도벤젠(Iodobenzene) 193 mg/L	>99%	82%
엔,엔-디에틸-엔-톨루아미드 (N,N Diethyl-n- toluamide) 115 mg/L	>99%	63%
피페로닐 부톡사이드(Piperonyl butoxide) 108 mg/L	>99%	85%
알릴 브로마이드(Allyl bromide) 108 mg/L	>99%	71%
독시실린(Doxicycline) 104 mg/L	95%	72%

표 3: 독성 유기 분자의 제거

시판용 필터(필터 H)가 단지 53%의 벤젠, 71%의 알릴 브로마이드, 63%의 엔, 엔-디에틸-엔-톨루아미드 및 85%의 피페로닐 부톡사이드를 제거한 데 반해, 기본 통합 필터 (필터 A)는 97%의 벤젠, 99% 이상의 알릴브로마이드를 제거하였다.

또 다른 실험에서, 휘발성 유기 화합물(VOC) 및 준휘발성 유기 화합물(SVOC)의 효율적인 제거에 관한 실험을 수행하였다. 본 연구에서는 필터 A 및 필터 B를 조사하였다. 대조군으로서 필터 H를 사용하였다.

본 실험에서, 먼저 상기 필터를 10L의 수돗물로 세척하였다. 모든 휘발성 유기 화합물 및 준휘발성 유기 화합물을 포함한 용액(1.2L)을 여과하였고, 상기 화합물의 여과 전후 농도를 GC-MS를 사용하여 측정하였다. 5L 및 90L의 물을 필터 A, B 및 H를 통해 여과한 후 본 절차를 수행하였다.

표 4 및 5는 본 실험에서 얻은 결과를 보여준다.

준휘발성물질	유입액 mg/L	방류액 필터 A mg/L	방류액 시판용 필터 H mg/L
비스-(2-클로로에틸)에테르(bis-(2-Chloroethyl)ether)	0.156	<0.003	0.011
2,2’-옥시비스(1-클로로프로판)(2,2’-oxybis(1-Chloropropane))	0.149	<0.003	0.011
아세토페논(Acetophenone)	0.133	<0.003	0.008
N-니트로소-디-n-프로필아민(N-Nitroso-di-n-propylamine)	0.159	<0.003	0.014
니트로벤젠	0.57	<0.003	0.027
이소프론(Isophorone)	0.225	<0.003	0.019
2-니트로페놀(2-Nitrophenol)	0.125	<0.003	0.005
2,4-디메틸페놀(2,4-Dimethylphenol)	0.127	<0.003	0.01
비스-(2-클로로에톡시)메탄(bis-(2-Chloroethoxy)methane)	0.214	<0.003	0.014
2,4-디클로로페놀(2,4-Dichlorophenol)	0.125	<0.003	0.007
4-클로로-3-메티페놀(4-Chloro-3-methylphenol)	0.121	<0.003	0.01
2,4,6-트리클로로페놀(2,4,6-Trichlorophenol)	0.098	<0.003	0.006
2,4,5-트리클로로페놀(2,4,5-Trichlorophenol)	0.082	<0.003	0.004
o-니트로아닐린(o-Nitroaniline)	0.079	<0.003	0.004
디메틸프탈레이트(Dimethylphthalate)	0.189	<0.003	0.02
2,6-디니트로톨루엔(2,6-Dinitrotoluene)	0.179	<0.003	0.012
2,4-디니트로페놀(2,4-Dinitrophenol)	0.357	<0.003	0.035
4-니트로페놀(4-Nitrophenol)	0.068	<0.003	0.004
2,4-디니트로톨루엔(2,4-Dinitrotoluene)	0.186	<0.003	0.012
디에틸프탈레이트(Diethylphthalate)	0.187	0.003	0.026
4,6-디니트로-2-메틸페놀(4,6-Dinitro-2-methylphenol)	0.195	<0.003	0.014
N-니트로소디페닐아민(N-Nitrosodiphenylamine)	0.101	<0.003	0.007
디-n-부틸프탈레이트(Di-n-butylphthalate)	0.08	<0.003	0.006
부틸벤질프탈레이트(Butylbenzylphthalate)	0.077	<0.003	0.003

표 4: 준휘발성 유기 화합물(SVOC)의 제거

휘발성물질	유입액 mg/L	방류액 필터 A mg/L	방류액 시판용 필터 H mg/L
메틸렌 클로라이드	0.111	0.092	0.167
트랜스-1,2-디클로로에텐	0.155	0.006	0.049
시스-1,2-디클로로에텐	0.108	<0.002	0.009
클로로포름(THM)	0.24	0.004	0.048
1,1,1-트리클로로에탄	0.292	0.005	0.063
카본 테트라클로라이드	0.183	0.003	0.039
1,2-디클로로에탄	0.033	0.004	0.037
트리클로로에텐	0.237	<0.002	0.029
1,2-디클로로프로판	0.101	0.002	0.026
1,2,4-트리메틸벤젠	0.064	<0.002	0.025
1,3,5-트리메틸벤젠	0.061	<0.002	0.019
프로필벤젠	0.15	<0.002	0.035
브로모디클로로메탄(THM)	0.13	0.0020	0.028
시스-1,3-디클로로프로펜	0.177	<0.002	0.029
트랜스-1,3-디클로로프로펜	0.119	<0.002	0.018
1,1,2-트리클로로에탄	0.137	0.003	0.025
테트라클로로에탄	0.153	0.003	0.089
디브로모클로로메탄(THM)	0.133	0.002	0.024
1,2-디브로모에탄	0.152	0.003	0.02
클로로벤젠	0.158	<0.002	0.012
자일렌(Total)	0.193	0.004	0.086
스티렌	0.125	<0.002	0.018
브로모포름(THM)(Bromoform(THM))	0.137	<0.002	0.019
이소프로필벤젠	0.095	<0.002	0.036
1,1,1,2-테트라클로로에탄	0.096	0.002	0.03
1,3-디클로로벤젠	0.099	0.005	0.033
1,4-디클로로벤젠	0.072	검출 안됨	0.026
1,2-디클로로벤젠	0.081	0.003	0.028
1,2,4-트리클로로벤젠	0.025	0.003	0.023
벤젠	0.052	<0.002	0.023
톨루엔	0.112	<0.002	0.028
에틸벤젠	0.075	<0.002	0.03

표 5: 휘발성 유기 화합물(VOC)의 제거

5%의 용량에서와 마찬가지로 90%의 용량에서도, 시판용 필터 H와 비교하여 필터 A 및 B는 휘발성 및 준휘발성 유기 화학물질의 제거 모두에서 현저히 더 효율적인 것으로 나타났다. 도 3A-3B에 나타난 것처럼, 필터 H로 여과 시 단지 50-80%만 감소한데 반해, 클로로벤젠, 스티렌, 벤젠, 톨루엔, 아세토페논, 디에틸프탈레이트 및 니트로벤젠과 같은 대부분의 시험한 휘발성 및 준휘발성 유기 화합물들은, 5%의 용량에서 필터 A 및 B를 통해 여과 후 검출되지 않았다. 필터 H로 여과 시 55.4%의 자일렌(xylenes)을 흡수한 데 반해, 필터 A는 97% 이상의 자일렌을 흡수하였다. 90%의 용량에서 시험한 모든 화학물질의 흡수는, 필터 H 보다 필터 A에서 보다 효율적이다.

실시예 2- 키토산의 가교

각 1g씩의 키토산(99% 탈아세틸화) 시료 9개를, 150℃에서 밀폐된 유리 바이얼에 넣어 하기와 같이 서로 다른 기간 동안 놓아두었다:

시료 1번은 5분;

시료 2번은 10분;

시료 3번은 15분;

시료 4번은 30분;

시료 5번은 45분;

시료 6번은 1.5시간;

시료 7번은 3시간;

시료 8번은 6시간;

시료 9번은 24시간.

모든 시료를 오븐에서 꺼낸 후, 실온으로 냉각하였다.

키토산 고분자 사슬 간 및 사슬 내의 가교를 평가하기 위하여, 용해도 시험을 하기와 같이 수행하였다: 5% 아세트산 수용액 5ml에 상기 9개 시료의 키토산 100 mg씩을 실온에서 10분 및 60분간 혼합하였다. 대조군으로서, 미처리 키토산 100 mg을 동일 조건 하에서 용해시켰다.

미처리 키토산을 완전히 용해시켰고, 균일한 누르스름한 용액을 얻었다. 1번 및 2번 시료는 황색의 점성 겔(viscous gel)을 형성하였다. 3번 내지 5번 시료는 오렌지색 하이드로겔을 형성하였고, 5번 시료는 4번 시료보다 좀 더 진하고 점도가 높았다. 6번 내지 9번 시료는 팽윤된 불용성 입자를 보였다.

9개 시료 모두 벤젠, 톨루엔, 테트라클로로메탄(tetrachloromethane), 테트라클로로에탄(tetrachloroethane) 및 스티렌을 포함하는 유기물질; 및 철, 비소, 구리 및 크롬을 포함하는 금속 이온을 제거하는 용량을 시험하였다. 9개 시료 모두, NSF에서 권고하는 방류 농도(effluent concentration)에서 물로부터 상기 오염물질 제거하는데 비슷한 활성을 보였다.

키토산 용액 또는 고체 박편에 가교제를 첨가하여, 키토산을 추가로 가교시켰다. 일 예로, 키토산 박편을 글루타르알데히드의 희석 용액과 반응시킴으로써, 즉 pH 7.0에서 1% 글루타르알데히드 용액 20 ml에 1g의 상기 박편을 분산시킴으로써, 키토산을 불균질하게 처리하였다. 상기 혼합을 실온에서 2시간 동안 진행하였고, 그 후 상기 박편을 여과에 의해 분리하고 건조하였다. 상기 박편은 5% 아세트산 용액에 용해되지 아니하였다.

상기 방법을 대신하여, 키토산 박편 또는 이의 수용액을 산화제, 바람직하게는 과요오드산 칼륨 또는 과요오드산 나트륨으로 처리하여 키토산 고분자 사슬을 따라 당 단위체(saccharide units)를 부분적으로 산화시켜 알데히드기를 형성하였 다. 상기 알데히드기는 상기 사슬을 따라, 아미노기와 자가(self) 가교-간(inter-crosslinked) 또는 가교-내(intra-crosslinked)로 가교되었다. 일부 예에서는, 상기 형성된 키토산 폴리알데히드를 원래의 키토산과 혼합하여, 이미드 결합을 통해 가교제로서의 역할을 하였다.

실시예 3- 키토산의 알킬화( Alkylation )

1% 아세트산 150 ml에 용해된 3g의 키토산(18.75 mmol, DA=8.2%)에, 0.75 mmol의 글루타르알데히드(0.04 등몰(equimolar), 0.3 ml의 25% (w/w) 수용액)을 적상(dropwise)으로 첨가시켜 반응시켰다. 상기 혼합물을 실온에서 1시간 동안 교반하였다. 에탄올(210 ml) 및 옥탄알(18.75 mmol, 1 등몰)을 상기 플라스크에 첨가하였다. 상기 용액을 실온에서 2시간 동안 교반한 후, NaCNBH₃(2.49 g, 2 등몰)를 첨가하여 이민 결합을 아민으로 환원시켰고, 동일 조건 하에서 1.5 시간 더 계속 교반하였다. 상기 환원 단계 동안 백색 침전물을 얻었다. pH를 10으로 조절했고, 생성물을 여과하여 분리하였다. 상기 백색 가루를 에탄올 및 물로 여러 번 세척하였고, P₂O₅ 펠렛(pellet) 상에서 하룻밤 동안 진공건조하였다. 평균 수득률: 73% (w/w)

FT-IR (KBr): 1149 cm^-1(C-O), 1460 cm^-1(C-H, 지방족), 2926 cm^-1 및 2854 cm^-1(C-C, 지방족), 및 3420 cm^-1(-NH기, -OH기). 1595 cm^-1에(NH₂)에서 피크가 없다 는 사실은 질소에 대하여 완전히 알킬화가 되었음을 의미하였다.

원소 분석: %C=59.62(알킬화 후), %C=40.11(알킬화 전).

다음 단계에서는, 1g의 아민화 키토산(aminated chitosan), 2.4g의 요오드화나트륨, 5 ml의 20% 수성 수산화나트륨(aqueous sodium hydroxide)의 혼합물을 40 ml의 엔-메틸피롤리돈(N-methylpyrrolidone) 내에서 혼합하였고, 60℃에서 1시간 동안 교반하였다. 5 ml의 요오드화메틸을 상기 혼합물에 첨가한 후 60℃에서 1시간 동안 교반하였다. 그 후 추가로 2 ml의 요오드화메틸 및 5 ml의 20% 수성 수산화나트륨을 첨가하였다. 60℃에서 한 시간 동안 더 반응을 지속시켰다. 상기 같은 양의 요오드화 메틸(2 ml) 및 20% 수성 수산화나트륨(5 ml)으로 한 시간 더 동일 조건 하에서 상기 과정을 반복하였다. 물을 이용하여 용액으로부터 생성물을 침전시켰다. 상기 황색 생성물을 여러 번 물로 세척하였고, 하룻밤 동안 NaOH 펠렛 상에서 진공건조시켰다. 평균 수득률: 1.56g.

FT-IR (KBr): 1030 cm^-1 및 1160 cm^-1(이차 알콜), 1456 cm^-1(C-H, 지방족), 2927 cm^-1(C-C, 지방족) 및 3400 cm^-1(OH기).

원소 분석: %I=25.54, %C=44.98.

실시예 4- 생물학적 수처리 이용을 위한 여러 가지 항균 고분자 시험

3가지 종류의 서로 다른 항균 고분자 비드를, 최고 효과 시간, 작용 기 전(mode of action) 및 본 발명의 기본 통합 매체로의 통합 적합성에 대해 시험하였다.

옥틸 폴리에틸렌 이미늄 아이오다이드(Octyl polyethylene iminium iodide)(PEIo) 및 엔-옥탄 4-비닐 피리디늄 클로라이드(N-octan 4-vinyl pyridinium chloride)(PVPo)는 양이온 고분자 전해질(cationic polyelectrolyte)류 및 트리메틸 4급 암모늄기를 갖는 가교성 폴리스티렌 비드에 속하는 거대분자성(macromolecular) 4급 암모늄염이다. 적어도 하나의 긴 지방사슬을 갖는 4급 암모늄기는 항균 작용을 갖고, 사용 시 보통 물 속으로 방출되지 않는다. 이러한 항균제는, 세균의 세포벽을 파괴시킴으로써 생물학적 오염물질들을 불활성시키는데 적합하다. 이러한 4급 암모늄을 갖는 넓은 표면적의 입자 또는 다른 물체들은, 필터를 통과할 때 세균을 불활성시키는 도구를 제공한다. 이러한 고분자의 예로서 알킬 4급 폴리(에틸렌 이민)(alkyl quaternary poly(ethylene imine)) 및 알킬 암모늄 피리딘(alkyl ammonium pyridine)을 들 수 있다.

4급 암모늄 폴리(에틸렌 이민)(PEIo)은, 100 ㎛ 내지 200 ㎛의 가교된 고분자량의 PEI(Mw=300,000)의 비드와 요오드화옥틸(octyl iodide)(고분자내의 총 아미노기 당 25 %몰 또는 2차 아민과 1:1)을, 5시간 동안 환류조건 하에서 톨루엔 내에서 알킬화시켜 합성하였다. 5시간 후, 2 당량의 요오드화 메틸을 반응시켜 4급 암모늄을 형성하였다. 친수성계 알킬화 비드는, 짧은 사슬의 폴리(에틸렌 글리콜) 아이오다이드, 또는 하이드록실-알킬 아이오다이드 또는 브로마이드(hydroxyl-alkyl-iodide or bromide)와 같은 유사한 친수성 잔기와 상기 비드를 추가로 알킬화시켜 제조하였다.

엔-옥틸-4-폴리비닐 피리디늄 아이오다이드(N-octyl-4-polyvinyl pridinium iodide)(PVPo)는, 시판되는 100 ㎛ 내지 200 ㎛의 가교성 PVP 비드와 요오드화옥틸(50% 초과 피리딘기)을 10시간 동안 환류조건 하에서 톨루엔 내에서 반응시켜 합성하였다.

옥틸 폴리에틸렌 이미늄 아이오다이드( octyl polyethylene iminium iodide )의 활성 - 멸균된 물에 대장균(E.Coli) 스톡(stock)을 첨가하여, 10³ CFU/25 ml의 세균 농도(bacteria level)로 세균 수용액을 제조하였다. 상기 세균 용액 25 ml을 배양하고, 표준 진공 장치를 이용하여 기공 크기가 0.45 ㎛, 지름이 47 mm인 멸균 막을 통해 여과시켜 대조군 시료를 제조하였다. 상기 용액의 25 ml을, 1g의 PEIo와 함께 멸균 플라스틱 튜브에 넣어 진탕기(rolling shaker)에서 3분, 10분 및 20분간 실온 배양하였다. 배양 후 물 시료(water sample)를 준비하기 위해, 배양한 시료를 표준 진공 장치를 이용해 기공 크기가 0.45 ㎛, 지름이 47 mm인 멸균 막을 통해 여과하였다. 막은 표준 50 mm 3.7 % BHI-한천 평판에 놓고, 37℃에서 20시간 동안 배양하였다. 배양 후, 상기 평판을 관찰하였고, 25 ml 부피 당 대장균 집락을 계수하였다.

4-비닐 피리디늄 옥탄(4- vinyl pyridinium octane )의 활성 - 멸균된 물에 대장균 스톡을 첨가하여, 10⁷ CFU/25 ml의 세균 농도로 세균 수용액을 제조하였다. 상기 세균 용액에 대한 4개의 25 ml 시료를, 1 g 4-PVPo, 5 g 4-PVPo, 5 g PVP를 포 함한 3개의 멸균 플라스틱 튜브 및 대조군 시료로서 빈 튜브에 넣었다. 4개의 시험 튜브를 진탕기에 놓고 실온에서 24시간 배양하였다. 각 시험 튜브에서 10분, 30분, 120분, 240분 및 24시간 배양시간에서 100 μl의 분취액(aliquot)을 취하였다. 또한 10 μl의 분취액을 취하여, 매우 진한 시료을 계수하기 위하여 멸균한 DDW을 사용하여 10³ 및 10⁵배로 희석하였다. 배양 전의 세균 용액, 배양 후 희석 및 미희석된 시료를, 표준 BHI-한천 평판에 도말하고, 37℃에서 하룻밤 동안 배양하였다. 배양 후 상기 평판들을 관찰하였고, 100 μl 부피 당 대장균 집락을 계수했으며, 각 시료에서 1ml 당 집락의 수를 계산하였다.

요오드 I ₃ ^- - AQ -44로 충진된 트리메틸 암모늄 폴리스티렌계 고분자의 활성 - 멸균된 물에 대장균 스톡을 첨가하여, 10⁷ CFU/25 ml의 오염물 농도로 세균 수용액을 제조하였다. 표준 BHI-한천 평판 위에 도말한 상기 대장균 용액 100 μl로부터 배양 전의 대조군을 제조하였다. 또한 계수를 위하여, 상기 용액을 멸균수로 10⁴ 및 10⁵배 희석하였다.

희석하지 않은 세균 용액 10 ml를 1 g의 AQ-44, 즉 요오드 이온으로 충진된 트리에틸렌 암모늄 폴리스티렌계 고분자(Purolite사)와 함께 멸균 플라스틱 튜브에 넣고, 진탕기로 실온에서 배양하였다. 배양한 세균 용액 100 μl 및 10 μl 시료를, 30초, 2.5분, 4분, 6.5분, 10분, 20분 및 30분 배양시간에서 분취하였다. 100 μl 시료들을 표준 BHI-한천 평판에 도말하였고, 매우 진한 시료을 계수하기 위하 여 10 μl 시료들은 멸균한 DDW로 10⁴배로 희석하였고, 상기 희석된 시료의 100 μl를 표준 BHI-한천 평판에 도말하였다. 상기 평판들을 37℃에서 하룻밤 동안 배양하였다.

배양 후 상기 평판을 관찰하여, 100 μl 부피 당 대장균 집락을 계수하였고, 각 시료에서 1 ml 당 집락 수를 계산하였다.

상기 동일 튜브 안에 남아있는 상기 동일 고분자 1 g에 대하여, 90분, 20시간, 30시간, 15일 및 20일 후에, 상기 과정을 6회 반복하였다. 이 기간 동안 상기 고분자를 약 10L의 물로 세척하였다. 배양 시간은 30초 및 5분이었다.

항균 고분자 AQ -44의 시험- 배양 시간 효과 - 4개의 멸균 유리 용기 안에, AQ-44를 각 용기당 20 g 씩 넣고, 2 L의 물로 세척하였다. 멸균수에 세균 스톡을 첨가하여, 대장균, 엔테로박터 아에로게너스(Enterobater Aerogenus), 스트렙토코커스 페칼리스(Steptococcus Fecalis) 및 수도모나스 아에로게노사(Pseudomonas Aerogenosa)를 포함하는 세균 용액을 5L 제조하였다. 상기 세균 용액을 AQ-44를 포함한 4개의 유리 용기에 나누어 넣고, 각 용기를 정해진 시간 동안(2분, 5분, 10분 및 20분) 실온에서 배양하였다. 상기 배양한 용액의 시료를, UV 분광광도계를 사용하여 230 nm 및 370 nm에서 요오드를 정량하기 위하여 덜어 두었다.

배양 직후 상기 용액을 필터 A를 통해 여과하였다. 상기 배양한 용액의 시료들을, UV 분광광도계를 이용하여 230 nm에서 요오드를 정량하기 위하여 덜어 두었다. 대조군으로서, 여과 전 AQ-44를 사용하지 않고서 상기 실험을 반복하였다.

4개의 멸균한 유리 비커에 AQ-44 고분자 20 g을 넣었다. 멸균수에 세균 스톡을 첨가하여, 엔테로박터 아에로게너스 및 스트렙토코커스 페칼리스를 포함하는 세균 용액을 5L 제조하였다. 4개의 유리 용기 각각에 상기 세균 용액 500 ml를 넣고, 실온에서 10초, 20초, 30초 및 45초 동안 방치시켰다.

배양 후 상기 물 시료를 50 mg의 티오황산나트륨(sodium thiosulfate)을 포함하는 멸균 플라스틱 병에 수집하여 요오드 잔기를 중화하였다.

AQ-44 포함 배양 전후 수집된 물 시료 및 대조군 시료를, 표준 진공 장치를 사용하여 기공 크기가 0.45 ㎛, 지름이 47 mm인 멸균 막을 통과시켰다. 상기 막을 미리 준비한 표준 50 mm 3.7 % BHI-한천 평판 위에 놓고, 37℃에서 72시간 동안 배양하였다. 배양 후, 상기 평판을 관찰하였고, 100 ml당 세균 집락을 계수하였다.

상기 실험 결과는 PEIo가 대장균과 2분 이내의 접촉시간에서 효과적이었음을 보여준다. PEIo는 배양 3분 후 2배 감소 및 배양 10분후 대장균 오염을 10³배 감소 시켰다(도 4).

PVP-옥탄(4-VP-옥탄)은 배양 24시간 후, 대장균 오염을 완전히 감소시켰다. 1g 및 5g의 PVP-옥탄은 배양 24시간 후 대장균을 완전히 박멸시킨데 반하여, 대조군 시료, 즉 고분자가 없고 5 g의 변형되지 않은 비닐 피리딘(vinyl pyridine)에서는 이러한 효과가 없었다.

이러한 연구는, AQ-44로 지칭되는, 요오드 이온을 포함하는 폴리스티렌계 고분자가 30초 내에 대장균에 대하여 효과적이며, 3배 이상으로 세균수를 감소시켰 다. 또한 상기 항균 효과는, 10일 동안 동일 고분자 시료을 반복하여 사용하고 지속적으로 물 세척을 한 후에도 지속되었다. 이런 결과를 표 6에 요약하였다.

	세균 개수(Bacterial count)(cells/ml)
시간(hrs)	30초 배양 후	5분 배양 후
0	1000000	1000000
0.5	<10	<10
1	260	<10
1.5	<10	<10
2	<10	<10
20	<10	<10
26	2500	<10
240	<10	<10

표 6: 10일 후 및 10 L의 물 세척 후, AQ-44의 지속적인 항균 효과

실시예 5- 폴리스티렌계 고분자 AQ -44의 항균 효과

항균 고분자 AQ-44를 시험하였다. 대장균, 엔테로박터 아에로게너스, 스트렙토코커스 페칼리스 및 수도모나스 아에로게노사를 포함하는 세균 용액을, 20g의 AQ-44와 함께 20분, 10분, 5분 및 2분간 배양하였다. 상기 용액을 기본 필터 A를 통해 여과하였고, 공급 평판(feeding plate)에 도말하였다. 상기 평판을 37℃에서 하룻밤 동안 배양하고, 배양 후 관찰하였다. 박토켐(Bactochem) 연구실에서 얻은, AQ-44 첨가 배양 및 연이은 여과 후 세균 성장 계수(bacterial growth count) 결과를 표 7에 요약하였다.

실험 번호	AQ-44 첨가 배양 시간 (분)	AQ-44 첨가 배양 및 여과 후 성장 계수
실험 번호	AQ-44 첨가 배양 시간 (분)	대장균 CFU/100ml	엔테로박터 아에로게너스 CFU/100ml	스트렙토코커스 페칼리스 CFU/100ml	수도모나스 아에로게노사 CFU/100ml
	배양 전	40000000	30000000	10000000	30000000
1	20	0	0	0	0
2	10	0	0	0	0
3	5	0	0	0	0
4	2	0	0	0	0

표 7: AQ-44 첨가 배양 및 여과 후 성장 계수

최대 항균 효과는 단지 2분간 배양한 후 여과하여 달성할 수 있다. 시험한 모든 종류 세균의 완전한 제거는 AQ-44 첨가 배양 2분 후 여과하여 달성하였다.

여과없이 더 짧은 배양 기간(10 초, 20 초, 30 초 및 45 초)으로 추가 연구를 수행하였다. 상기 세균 용액은 스트렙토코커스 페칼리스 및 엔테로박터 아에로게너스를 포함하였다. 이 연구의 결과를 표 8에 요약하였다.

배양 시간(초)	스트렙토코커스 페칼리스 (CFU/100 ml)	엔테로박터 아에로게너스 (CFU/100 ml)
0 (이전)	10000000	11000000
10	64000	48
20	780	3
30	450	3
45	190	1

표 8: AQ-44의 항균 특성에 대한 배양기간의 효과

표 8에서, 스트렙토코커스 페칼리스 및 엔테로박터 아에로게너스에 대한 시간 내의 AQ-44의 항균 효과가 증가함을 관찰할 수 있다.

실시예 6- 항균 고분자 AQ -44의 요오드 방출 정량

항균 고분자 AQ-44 각각 10 g 및 20 g을 상기 기본 통합 필터 (필터 A, 실시예 1 참조)에 첨가하여, 필터 F 및 필터 G를 제조하였다.

항균 고분자 AQ-44가 요오드를 방출함에 따라, 요오드 방출 정도를 정량하여야 한다. USP 지침에 따라 5 g 요오드 및 10 g 요오드화칼륨을 10ml의 이중증류수(doubly distilled water; DDW)에 용해시키고, 부피를 100 ml로 증가시켜 0.197 M 즉 50 mg/ml의 요오드 농도로 희석시킴으로써 표준 곡선(standard curve)을 준비하기 위한 요오드 용액을 제조하였다. 이 스톡 용액을 순차적으로 농도가 감소하는 7개의 요오드 용액을 제조하는 데 사용하였다. 200 ml의 끓는 물에 1g의 쌀 전분을 용해시켜 전분(starch) 용액을 만들었다. 상기 요오드 용액 4.5 ml에 상기 전분 용액 0.5 ml를 포함하는 용액의 색을 측정(분광광도계로 610 nm에서 측정)하여 상기 표준 곡선을 만들었다. AQ-44 첨가 배양되거나 AQ-44를 포함하는 필터 F 또는 G를 통해 여과시킨 물 시료를, 표준 요오드 용액과 동일한 방법으로 처리하였다.

4.5 ml의 상기 시료 용액에 0.5 ml의 상기 전분 용액을 첨가하고, 분광광도계를 사용하여 610 nm에서 색을 측정함으로써 요오드의 함량을 결정하였다.

표 9는, 20g의 AQ-44가, 20분간 배양시 물로 약 7.5 ppm의 유리 요오드를 방출하고, 2분 내지 10분간 배양시 약 4.5 ppm을 방출함을 보인다. 상기 방출된 요오드를 여과 후 상기 필터 매체의 활성차콜을 사용하여 흡수하였고, 이로써 여과된 물에서 요오드 농도를 정량 한계치(~2.5 ppm)보다 더 낮췄다.

실험	AQ-44 첨가 배양 시간 (분)	여과 전 요오드 농도 (ppm)	여과 후 요오드 농도 (ppm)
1	20	7.27	< 2.5
2	10	4.53	< 2.5
3	5	4.42	< 2.5
4	2	4.51	< 2.5

표 9: AQ-44 첨가 배양 시, 여과 전후 물 시료 내의 요오드 농도

실시예 7- 요오드를 함유한 폴리아미드 직물의 요오드 방출

제조- 나일론 섬유를 하룻밤 동안 70 ml의 루골(Lugol) 용액(물에 녹인 5% 요오드/요오드화칼륨 용액)에 담갔다. 상기 어두운 색의 섬유를 100 ml의 DDW로 세척하였고, 실온에서 5시간 동안 건조하였다. 단기간 접촉 시스템(short contact time system)을 사용하여 서로 다른 시간 동안 물로 방출된 요오드의 양을 측정하였다. 시료들을 수집하였다.

항균 활성 정량- 0.1 ml의 스타필로코커스 아우레우스(Staphylococcus aureus)를 3 ml의 TSB로 희석하고, 37℃에서 24시간 동안 배양하였다. 상기 세균 현탁액의 광학밀도(optical density; OD)를 Elisa Reader ELX800을 사용하여 595 nm에서 측정했고, 이에 따라 3개의 서로 다른 세균 농도를 준비하였다. 다음으로, 각 요오드 시료로부터 200 ㎕ 및 세가지 다른 농도의 세균 50 ㎕로 미량정량 판(microtiter plate)(96-웰 평평한 바닥 플레이트)에 채웠고, 37℃에서 배양하였다. 상기 배양기간 동안, 수 시간마다 측정한 OD의 변화로부터 세균 성장을 추정하였다. 모든 실험들을 3회씩 수행하였고, 평균치들을 계산하였다. 도 6은 상기 요오드 용액의 첨가로써 상기 세균 현탁액의 OD를 명확하게 낮추었다는 것을 나타내며, 이는 스타필로코커스 아우레우스의 성장을 억제하였다는 것을 의미한다. 또한 상기 활성이 시간에 따라 감소하지 아니하였음을 알 수 있는데, 이는 다른 시간에서 채취한 시료들이 의미있는 활성 변화를 나타내지 않았기 때문이다.

실시예 8- 요오드 착물화 나일론 스크린의 항균 효과

요오드화 나일론 직물(iodinated nylon fabric)의 살균 효과를 큰 유입 부피(influent volume), 예를 들어 물 500 L에서 시험하였다. 미생물학적 효과를 제외하고, 물로 방출되는 요오드 및 물의 여과 시간 또한 관찰하였다.

재료- 나일론 6,6 또는 나일론 6 스크린(NITEX 섬유 06, 세파르사, 스위스), 대장균, 스타필로코커스 아우레우스(STA), 기공 크기가 0.45 μm인 지름 47 mm의 멸균막, 멸균 진공 여과장치(MilliPore사), 지름 5 cm인 대장균군(coliform)용의 차등 성장판(differential growth plates)- M-endo 한천 LES 및 STA용- Baird Parker사.

필터 성분함량- 50% w/w 요오드로 충진된 10 g의 요오드화 NITEX 직물을 (수관(water sleeve)내) 수통의 필터 내에 넣고, 상기 전체 수통을 수도꼭지(water tap) 아래 놓았다. 5 %w/v 요오드/KI 용액 내에 스크린을 몇 시간 넣어두어 요오드화 스크린(iodinated screen)을 제조하였다. 실내 공기에서 건조한 후, 상기 요오드 충진은 상기 스크린의 50%이었다. 물로 방출되는 요오드를 230 nm에서의 UV 흡수량으로 정량하였다. 100 L 내지 500 L의 물로 여과한 후의 요오드 농도를 도 7에 나타내었다. 나타난 바와 같이, 처음 요오드가 방출된 후, 물 내의 요오드 농도는 일정한 활성 수준을 보였다. 이러한 요오드의 양은, 상기 실험을 종결한 500L 이상에 대해서도 지속될 수 있다.

세균 수용액의 제조- 세균 농도에 대한 보정 시험(calibration test)을 수행하였다. 스타필로코커스 아우레우스(STA) 및 대장균의 증식액(growth solution) 모두를 희석한 용액을 아래와 같이 제조하였다:

1/5 보정 용액은 1 ml의 증식 배지(growth medium)에 0.25 ml의 배양한 세균 용액을 함유하였다. 세균 현탁액의 광학밀도를 Universal Microplate Reader-ELX800을 사용하여 595 nm에서 측정하였다. 96-웰 평면 바닥 플레이트에 200 ㎕의 상기 세균 용액을 채웠다. 각 세균마다 각 1/5 용액을 중복하여 측정했고, 평균치를 계산하였다. OD 결과에 따라, 세균 농도를 준비하였다. STA용의 1/5 보정 용액 및 대장균용의 1/5 보정 용액의 OD는 0.22±0.05이었다. 이전 실험에 따르면, 초기 증식 용액에서 STA의 농도는 2.9×10⁹세균/ml이었고, 초기 증식 용액에서 대장균의 농도는 1.6×10⁹세균/ml이었다. 10⁷세균/물 100 ml의 농도로 만들기 위하여, 각 세균의 1/40 희석액을 제조하였다. 각 세균의 초기 세균 증식 용액 0.2 ml을 7.8 ml의 멸균수에 희석하였다. 각 1/40 세균 용액에서 1 ml씩, 총 2 ml를 500 ml의 멸균수에 희석하였다. 요오드 여과 전 세균 용액 100ml 당 집락의 수를 계수하기 위하여, 상기 세균 용액(10⁷CFU/500 ml)을 2개의 병에 나누어 담아 100 CFU/100 ml 및 10CFU/100 ml으로 희석하였다.

요오드 직물 여과( Iodine Fabrics Filtration)- 각 세균 용액을 여과하기 전에, 100 ml의 멸균수를 상기 직물을 통해 여과하였고, 물 속의 요오드 농도를, 요오드 및 전분의 착물화(complexation)(감도 5-20 ppm)와 관계잇는 610 nm에서 분광광도계법으로 측정하였다. 10⁷/500 ml의 세균 용액 100 ml를 2개의 필터 각각을 통해 여과하였다. 상기 여액(filtrate)을 멸균한 병에 수집하였다. 또한 비효율적인 경우에 세균 집락을 계수할 수 있게 하기 위하여, 여액을 10^-2 및 10^-4로 희석시켰다. 각 100 ml 용액 여과마다 유동 시간(flow time)을 측정하였다.

접종( seeding )- 모든 용액(각 100 ml)을, 밀리포어(Millipore)사의 멸균 진공 장치를 사용하여 기공 크기가 0.45 ㎛인 멸균막을 통과시켰다. 처음에 100 ml의 멸균수를 대조군으로서 여과하였고, 그 후 세균 농도가 가장 낮은 용액부터 가장 높은 용액의 순서로 여과하였다. 두 병원균의 차등 성장을 위한 LES 및 베어드 파커 평판(Baird Parker plates) 위에 접종시키기 위하여, 각 시료를 2번 씩(각 회 100 ml) 여과하였다. 여과 후 상기 막을 평판에 놓았다. 상기 평판을 27℃에서 20시간 동안 배양하였다. 배양 기간 후, 100 ml당 세균 집락을 계수하였다.

물의 여과- 본 연구의 목적은, 수 백 리터(L)의 물 여과 후, 요오드화 직물의 효율을 시험하는 것이었다. 각 접종 후, 100 L의 물을 여과하였다. 물병을 1L/30초의 속도로 흐르는 물의 꼭지(tap) 아래에 놓아두었다.

표 10 및 11 그리고 도 8 및 9에 상기 결과를 나타내었다.

			STA (CFU/100ml)		E-coli (CFU/100ml)
부피 (L)	멸균수	전	10⁵배 희석	10⁶배 희석	10⁵배 희석	10⁶배 희석
0.1	0	~10⁷	101	12	91	8
100	0	~10⁷	41	3	38	8
200	0	~10⁷	72	9	45	6
300	0	~10⁷	68	6	75	8
400	0	~10⁷
500		~10⁷

표 10: 영 시간(Zero time)-요오드 직물로 물을 여과하기 전의 집락 수

V (liters)	유량(Water flow) (min/liter)	요오드 농도 (ppm)	STA CFU/100ml	대장균(E-coli) CFU/100ml
0.1	1:15±0:21	162.08±38.27	0	0
100	1:06±0:36	22.71±1.81	0	0
200	1:25±0:49	20.60±2.02	0	0
300	0:53±0:00	12.71±0.47	0	0
400	0:30±0:00	9.20±0.16	0	0
500	0.30±0:00	8.0±0.50	0	0

표 11: 요오드 직물로 물을 여과한 후의 집락 수

실시예 9: 요오드 착물화된 직물 또는 고분자 비드로부터 요오드 증기의 포집

요오드 착물화 고분자 시스템(iodine-complexed polymer system)을 본 발명의 필터 매체를 포함하는 필터 체임버(filter chamber)에 충진할 때, 시간이 흐르는 동안 상기 고분자 착물로부터 방출되는 요오드 증기가 상기 체임버의 상부 부분에 도달하였고 필터 홀더(holder)를 착색하였다는 것을 알게 되었다. 비록 증기로 방출된 요오드의 양이 세균을 소독하는 데 사용할 활성 요오드에 비하여 무시할 만 하였지만, 상기 착색은 심미적인 결점이 되었다. 요오드 증기의 영향을 회피하기 위하여, 다음과 같은 전략을 적용하였다.

1. 상기 고분자 착물로부터 점진적으로 방출된 요오드 증기를 수집할 수 있는, 비드 형태 또는 섬유 형태의 요오드 제저제를 상기 요오드 고분자 착물의 상부에 두었다. 이러한 접근 방법에 있어서, 활성탄 과립, 가교된 폴리(비닐피롤리돈) 비드, 아미노 메틸 폴리스티렌의 트리메틸 암모늄 유도체, 또는 폴리아미드 직물 또는 비드를 상기 요오드 고분자 착물에 대하여 1:1, 1:3, 1:5 및 1:10의 중량비로 상기 요오드 착물 위에 두었고 실온에서 10일 후에 상기 요오드 증기를 시각화하였다(visualized). 상기 실험을 다음과 같이 수행하였다: 전술한 바와 같이, 50% 요오드로 충진된 폴리아미드 직물 시료들을 폴리프로필렌 플라스틱 튜브 내의 바닥에 넣었다. 증발된 요오드를 분석용으로 수집하기 위한 폴리아미드 직물을 상기 시료 위에 매달아 놓았다. 상기 튜브를 실온에서 10일간 보관하였고 상기 튜브 및 상기 직물의 색을 관찰한 결과, 황색으로 변하였는데 이는 자유 요오드(free iodine)이 방출되었음을 의미하였다. 10일 후 상기 시료들을 해체하였고 상기 제거제 및 상기 직물 내의 요오드 함량을 정량하였다. 대조군으로서, 요오드 착물이 없는 튜브와 요오드 착물 만이 있는 튜브를 사용하였다.

어떤 비율로 탄소(carbon)를 함유하는 튜브들은 요오드를 함유하지 아니한 대조군과 유사하게 완전히 맑은 색을 유지하였다. 폴리비닐피롤리돈 비드 및 폴리스티렌 비드로 충진된 튜브들 또한 효과적이었지만, 단지 1:5 및 그 이상의 비율에서만 효과가 있었다.

2. 적용한 두 번째 방법은 상기 요오드 고분자 착물 비드 또는 직물의 상 부층을 고분자로 피복하는 것을 포함하는데, 상기 고분자 피복은 건조 상태에서는 요오드를 상기 피복 내로 포집하고, 습윤 상태에서는 요오드를 방출한다. 이러한 피복은 폴리(하이드록시에틸메타크릴레이트-co-메틸 메타크릴레이트) 4:1, 폴리(메타크릴릭 애시드-co-메틸 메타크릴레이트) 1:2, 하이드록시프로필 메틸 셀룰로오스 및 에틸 셀룰로오스와의 블렌드(blend)로부터 제조된 하이드로겔이었다. 디클로로메탄 또는 에탄올에 녹인 상기 피복 고분자 용액에 담그거나, 상기 고분자 용액을 상기 요오드 고분자에 분사함으로써 상기 피복을 수행하였다. 이러한 피복은 상기 고분자 요오드 착물로부터의 요오드 방출 속도에 영향을 주었고 요오드의 증발을 감소시켰다.

모든 실험에서 티오설페이트로 적정하여 검출한 바와 같이 상기 제저 기재에 수집된 요오드의 양은 상기 착물 내의 총 요오드 양의 2% 미만이었다.

3. 기계적 수단들 또한 포함하였는데, 물을 상기 필터 위로 가할 때에만 상기 필터의 상부 부분을 차폐하거나 개방하였다. 이러한 차폐는 완전히 기계적으로 수행되거나 물이 존재할 때 개방하고 팽윤하는 하이드로겔 막(hydrogel membrane)과 조합으로 수행될 수 있다.

실시예 10- 본 발명의 필터 매체를 함유하는 필터에 의한 납과 카드뮴의 제거 효율

본 발명에 따른 필터 매체를 포함하는 필터를 제조하였고 납과 카드뮴과 같은 중금속을 물로부터 제거하는 능력을 시험하였다. 본 실험에서 시험된 상기 필터 는 다음과 같은 물질을 포함하였다:

탄소질 물질 - 0.05%의 은으로 첨착된 70 g의 카본 12×30(carbon 12×30),

금속 산화물 또는 금속 수산화물 - 폴리스티렌 비드에 함침된 철 산화물 나노입자 30 g,

이온 교환제 - 방출수로부터 중금속 양이온을 제거하고 카드뮴 이온과 다른 금속 이온에 특유의 친화도를 갖도록 설계된 이미노디아세틱 작용기(iminodiacetic group)를 가지는 거대세공성 폴리스티렌계 킬레이트 레진 비드 15 g, 그리고 중금속에 일반적인 친화도를 갖는 설페이트산 및 포타슘 설페이트 작용기를 포함하는 폴리스티렌 비드 15 g.

본 실험에서, 상기 필터 매체는 키토산을 포함하지 아니하였다.

시험 대상 금속 이온은 카드뮴(II)과 납(II)이었다.

물의 흐름 방향에 따라 위에서부터 아래고 다음과 같은 순서로, 위에서 언급한 매체 물질들의 층을 수직으로 쌓았다:

- 설페이트산 및 포타슘 설페이트 작용기를 포함하는 폴리스티렌 비드 15 g;

- 0.05%의 은으로 첨착된 20 g의 카본 12×30;

- 이미노디아세틱 작용기를 갖는 폴리스티렌 비드 15 g;

- 0.05%의 은으로 첨착된 50 g의 카본 12×30; 그리고

- 바닥에는, 폴리스티렌 비드 내에 함침된 철 산화물 나노입자 30 g.

상기 실험을 시작할 때, 이렇게 제작된 모든 필터를 10 L의 수돗물로 세척하였다. 20±2.5℃ 및 pH=6.5±0.25에서 NSF(정수 장치의 표준에 대한 미국 및 국제 비영리 조직(the US & international non-profit organization for standards for water purification devices), www.nsf.org)의 유입 부하 농도(influent challenge concentration)를 갖는 (질산납(II) 수용액 형태의) 납 이온 및 (염화카드뮴 수용액 형태의) 카드뮴 이온을 함유하는 금속 용액 100 L를 상기 필터에 통과시키고 0 L, 25 L, 50 L 및 100 L에서 시료를 채취하였다. 25 L, 75 L, 125 L, 150 L, 200 L 및 250 L를 여과한 후에 필터 A 및 B를 통과하는 용액 통로에 대하여 12시간 내지 24시간의 휴지기를 가졌다. 컬럼 C에 대하여는, 50 L, 100 L, 150 L, 200 L 및 250 L 여과 후에 상기 휴지기(brake)를 가졌다. 수집된 시료들의 Pb와 Cd 농도를 ICP에서 측정하였다.

필터	Liters	유량 (min/L)	온도 (℃)	pH		TDS(ppm)		탁도(NTU)
필터	Liters	유량 (min/L)	온도 (℃)	전	후	전	후	전	후
A	0	4	22	6.7	7.15	761	745	0.16	0.07
B	0	4	22	6.7	7.02	761	739	0.16	0.08
C	0	5.56	22	6.6	7	721	735	0.16	0.3
A	5	5.7	22		7.15	761	745	0.16	0.08
B	5	6	22		7.02	761	747	0.16	0.07
A	25	6.7	22		7	759	732	0.12	0.06
B	25	6	22		6.9	759	736	0.12	0.07
C	25	6.1	22	6.6	7	767	756	0.12	0.09
A	30	7.5	19	6.7	7	722	715	0.09	0.09
B	30	6	19	6.7	7	722	707	0.09	0.07
A	50	7.2	19	6.7	7	722	749	0.09	0.12
B	50	5.6	19	6.7	7	722	749	0.09	0.06
C	50	6.4	19	6.7	6.83	710	748	0.08	0.09
C	55	5.6	19	6.7	6.85	716	695	0.14	0.08
A	75	7.8	19	6.6	7	755	764	0.12	0.09
B	75	6	19		7	755	751	0.12	0.07
C	75	5	20		6.7	765	760	0.1	0.1
A	80	7.2	19		7.3	710	702	0.09	0.11
B	80	6.1	19		7.3	710	700	0.09	0.09
A	100	6.7	20	6.6	7	760	760	0.09	0.09
B	100	5.8	20	6.6	7	760	753	0.09	0.07
C	100	6.7	22	6.5	6.9	705	760	0.21	0.09
C	105	7.2	18	6.7	7	734	767	0.2	0.2
A	125	7.8	20	6.6	7	773	756	0.12	0.19
B	125	6.11	20	6.6	7	773	768	0.12	0.17
C	125	7.2	20	6.7	6.9	730	734	0.2	0.1
A	130	6.7	21	6.7	7	764	752	0.19	0.09
B	130	5.75	21	6.7	6.95	764	752	0.19	0.14
A	150	6.1	20	6.7	6.84	753	764	0.14	0.08
B	150	5	20	6.7	6.86	753	755	0.14	0.13
C	150	7.2	21	6.7	6.9	729	747	0.2	0.2
B	155	5.8	22	6.6	7	721	762	0.16	0.16
C	155	7.8	18	6.64	6.93	713	728	0.1	0.1
B	175	6	22	6.6	7	767	757	0.12	0.09
C	175	6.3	16.5	6.6	6.7	712	715	0.2	0.2
B	200	5.55	19	6.7	6.85	710	743	0.08	0.08
C	200	5.5	16	6.63	6.77	703	715	0.3	0.2
B	205	6.4	19	6.7	7	716	712	0.14	0.11
C	205	7.4	14	6.68	6.9	715	678	0.2	0.1
B	225	5	20	6.5	6.5	765	765	0.1	0.1
C	225	5.4	17	6.65	6.8	710	699	0.3	0.3
B	250	7.8	22	6.5	7	705	750	0.21	0.15
C	250	7.2	17	6.65	6.8	717	725	0.3	0.1
B	255	8.6	18	6.7	7.1	754	739	0.2	0.1
C	255	7.2	17	6.7	7.2	697	693	0.1	0.1
B	275	7.2	20	6.7	6.9	730	729	0.2	0.1
C	275	6.1	19	6.7	6.9	761	769	0.1	0.1
B	300	7.8	21	6.7	6.8	729	766	0.2	0.1
C	300	7.8	19	6.7	6.85	780	794	0.1	0.1

표 12: 용액 부피, 유량 및 온도를 변화시키면서 Cd 및 Pb 이온에 대하여, NSF 유 입 부하 농도에 따라 측정한 pH, TDS 및 탁도 측정치

컬럼	L	Pb			Cd
		전	후	%	전	후	%
A	0	0.1755	<0.006	97	0.0328	<0.0005	98
B	0	0.1755	<0.006	97	0.0328	<0.0005	98
C	0	0.1487	<0.006	96	0.0293	<0.0005	98
A	5	0.1755	<0.006	97	0.0328	<0.0005	98
B	5	0.1755	<0.006	97	0.0328	<0.0005	98
A	25	0.1836	<0.006	97	0.0341	0.0013	95
B	25	0.1836	<0.006	97	0.0341	0.0016	95
C	25	0.1584	<0.006	96	0.0304	0.00076	97
A	30	0.1647	<0.006	97	0.0298	<0.0005	98
B	30	0.1647	<0.006	97	0.0298	<0.0005	98
A	50	0.1647	<0.006	97	0.0298	0.0017	95
B	50	0.1647	<0.006	97	0.0298	0.0027	91
C	50	0.1581	<0.006	97	0.0305	0.002	93
C	55	0.154	<0.006	96	0.297	<0.0005	98
A	75	0.1685	<0.006	97	0.0307	0.0025	92
B	75	0.1685	<0.006	97	0.0307	0.0036	88
C	75	0.159	<0.006	96	0.03	0.00385	87
A	80	0.166	<0.006	97	0.031	0.0014	95
B	80	0.166	<0.006	97	0.031	0.0019	94
A	100	0.165	<0.006	97	0.031	0.0031	90
B	100	0.165	<0.006	97	0.031	0.0042	86
C	100	0.157	<0.006	96	0.03	0.0026	91
C	105	0.1696	<0.006	96	0.0314	0.0012	96
A	125	0.163	<0.006	97	0.031	0.0035	89
B	125	0.163	<0.006	97	0.031	0.0051	84
C	125	0.168	<0.006	96	0.0316	0.0037	89
A	130	0.1562	<0.006	96	0.03	0.0017	94
B	130	0.1562	<0.006	96	0.03	0.0037	88
A	150	0.158	<0.006	96	0.0302	0.0028	90
B	150	0.158	<0.006	96	0.0302	0.0037	88
C	150	0.168	<0.006	96	0.0316	0.0051	94
B	155	0.1487	<0.006	96	0.0293	0.0021	93
B	175	0.1584	<0.006	96	0.0304	0.0031	90
B	200	0.1581	<0.006	96	0.0305	0.0061	80
B	205	0.154	<0.006	96	0.0297	0.0027	91
C	205	0.1553	<0.006	96	0.029	0.0039	86
B	225	0.159	<0.006	96	0.03	0.0071	76
C	225	0.157	<0.006	96	0.029	0.0081	73
B	250	0.157	<0.006	96	0.03	0.005	84
C	250	0.1575	<0.006	96	0.0289	0.0097	66
B	255	0.1696	<0.006	96	0.0314	0.004	88
C	255	0.13	<0.006	95	0.025	0.0033	87
B	275	0.168	<0.006	96	0.032	0.0061	81
C	275	0.13	<0.006	95	0.025	0.0057	77
B	300	0.168	<0.006	96	0.0316	0.0076	75
C	300	0.13	<0.006	95	0.025	0.0064	75
NSF		0.15	0.01	94	0.03	0.005	84

표 13: 적층된 활성 물질들을 포함하는 필터의 Cd 및 Pb 이온 제거 효율

표 12 및 13에서 알 수 있듯이, 적층된 활성 물질들을 포함하는 필터는 NSF 조건에 따라 Cd 이온을 제거하는 데 있어서 보다 효율적이었다. 12 내지 36 시간의 휴지기를 가진 후에 필터들의 Cd 제거 효율이 현저히 상승하였다. 상기 휴지기 후에 130 L, 155 L, 205 L 및 255 L로부터 채취한 시료들의 Cd 농도는 0.001 ppm 내지 0.003 ppm으로서, 50 L의 카드뮴 용액을 상기 필터에 연속적으로 통과시킨 후에 125 L, 150 L, 200 L 및 250 L로부터 채취한 시료들의 카드뮴 농도보다 낮았다. 또한 적층된 활성 물질들을 포함하는 컬럼들은 NSF 조건에 따라 Pb 이온을 제거하는데에 있어서도 성공적이었다.

실시예 11- 본 발명에 따른 매체를 함유하는 필터에 의한 카드뮴 제거 효율

본 실험에서, 실시예 10에서 사용된 것과 동일한 매체 물질들을 사용하여 필터를 제조하였다. 물의 흐름 방향에 따라 위에서부터 아래고 다음과 같은 순서로, 위에서 언급한 매체 물질들의 층을 수직으로 쌓았다:

- 0.05%의 은으로 첨착된 20 g의 카본 12×30;

- 이미노디아세틱 작용기를 갖는 폴리스티렌 비드 15 g;

- 0.05%의 은으로 첨착된 50 g의 카본 12×30; 그리고

상기 실험을 시작할 때, 이렇게 제작된 모든 필터를 10 L의 수돗물로 세척하 였다. 20±2.5℃ 및 pH=6.5±0.25에서 NSF의 유입 부하 농도(influent challenge concentration)를 갖는 (질산납(II) 수용액 형태의) 납 이온 및 (염화카드뮴 수용액 형태의) 카드뮴 이온을 함유하는 금속 용액 100 L를 상기 필터에 통과시키고 0 L, 25 L, 50 L 및 100 L에서 시료를 채취하였다. 50 L 및 100 L를 여과한 후에 필터 A 및 B를 통과하는 용액 통로에 대하여 12시간 내지 24시간의 휴지기를 가졌다. 수집된 시료들의 Pb와 Cd 농도를 ICP에서 측정하였다.

필터	Liters	유량 (min/L)	온도 (℃)	pH		TDS(ppm)		탁도(NTU)
필터	Liters	유량 (min/L)	온도 (℃)	전	후	전	후	전	후
A	0	5.55	20	6.5	7	24	45	0.33	0.46
B	0	5.55	20		7	24	39	0.33	0.18
A	25	5.55	20		6.7	44	25	0.42	0.43
B	25	5.55	20		6.6	44	28	0.42	0.23
A	50	5.3	20	6.45	6.4	25	27	0.35	0.5
B	50	5.3	20	6.45	6.4	25	21	0.35	0.13
A	55	6	20	6.6	6.6	25	35	0.28	0.1
B	55	6	20	6.6	6.6	25	30	0.28	0.1
A	75	4.7	20	6.6	6.7	20	22	0.13	0.15
B	75	5	20	6.6	6.7	20	22	0.13	0.14
A	100	7.2	20	6.6	6.7	22	26	0.12	0.08
B	100	6.1	20	6.6	6.5	22	22	0.12	0.08
A	105	7.8	16	6.6	6.9	23	29	0.24	0.2
B	105	7.2	16	6.6	6.8	23	34	0.24	0.09
A	125	7.8	17.5	6.6	6.65	28	36	0.28	0.14
B	125	6.1	17.5		6.65	28	28	0.28	0.14
A	150	7.5	17.5		6.84	24	27	0.18	0.15
B	150	6.1	17.5		6.66	24	23	0.18	0.09

표 14: 용액 부피, 유량 및 온도를 변화시키면서 Cd 및 Pb 이온에 대하여, NSF 유입 부하 농도에 따라 측정한 pH, TDS 및 탁도 측정치

컬럼	L	Cd
		전	후	%
A	0	0.0311	<0.0005
B	0	0.0311	<0.0005
A	25	0.0306	<0.0005
B	25	0.0306	<0.0005
A	50	0.0314	0.0009
B	50	0.0314	0.0009
A	55	0.0314	0.0009
B	55	0.0314	0.0010
A	75	0.0314	0.0026
B	75	0.0314	0.0027
A	100	0.0316	0.0028
B	100	0.0316	0.0026
A
NSF		0.03	0.005

표 15: 용액 부피 변화에 대한 Cd 이온 제거 효율

표 14 및 15에서 알 수 있듯이, 적층된 활성 물질들을 포함하는 필터는 NSF 조건에 따라 Cd 이온을 제거하는 데 있어서 보다 효율적이었다.

실시예 12- 본 발명에 따른 매체를 포함하는 필터에 의한 세균 제거 효율

본 발명에 따른 매체를 사용하는 필터에 요오드 폴리우레탄 스폰지(iodine polyurethane sponge)를 장착하였고 물에 존재하는 세균 제거 능력을 시험하였다.

세균의 물 현탁액( water suspension of bacteria ) 제조:

세균 농도에 대한 보정 시험을 수행하였다. 상기 보정 시험을 위하여, 대장균의 묽은(diluted) 현탁액을 다음과 같이 제조하였다: 1 ml의 성장 배지(growth medium)에 1/5 보정 현탁액(calibration suspension)과 0.25 ml의 세균 성장 현탁액(bacteria growth suspension)을 첨가. 상기 세균 현탁액의 광학밀도(OD)를 Universal Microplate Reader-ELX800을 사용하여 595 nm에서 측정하였다. 앞의 실 험들에 따라서, OD가 0.22이면 2×10⁹ 세균/ml에 해당한다. 물 3000 ml 당 10⁷ 세균의 농도를 달성하기 위하여, 대장균 성장 현탁액의 희석된 현탁액을 다음과 같이 제조하였다: 7.8 ml의 광천수(mineral water)에 1/40 현탁액과 0.2 ml의 세균 성장 현탁액을 첨가. 각각의 1/40 세균 현탁액 1 ml, 총 2 ml을 500 ml의 광천수에 희석하였다. 여과 전에 100 ml 당 집락형성단위(colonies forming units; CFU)의 수를 계수하기 위하여, 오염된 물을 희석하여 100 CFU/물 100 ml 및 10 CFU/물 100 ml를 제조하였다.

요오드 폴리우레탄 스폰지 여과:

3000 ml의 오염된 물을 본 발명의 매체를 포함하는 필터를 통하여 여과하였다. 본 실험을 세개의 필터에 대하여 반복하였다. 여액을 멸균된 병에 수집하였다. 또한 모든 세균을 제거하는데 있어서 상기 필터들이 비효율적인 경우에 CFU를 계수하기 위하여 상기 여액을 10^-2 및 10^-4로 희석하였다. 각 3000 ml의 여액의 유동 시간(flow time)을 측정하였다.

접종( seeding ):

Millipore사의 멸균 진공 장비를 사용하여 모든 시료들을 0.45 μm의 기공 크기를 갖는 멸균된 셀룰로오스 막을 통과시켰다. 먼저 사용된 물의 대조군으로서 3000 ml의 물을 여과한 후에, 세균 농도가 가장 낮은 것부터 가장 높은 것의 순서로 여과하였다. 여과 후에, 상기 막을 평판 위에 두었다. 상기 평판을 37℃에서 20시간 동안 배양하였다. 상기 배양 기간 후에 3000 ml 당 CFU를 계수하였다.

위에 기술한 것과 동일한 과정을 따라, 각 필터마다 하나의 시료를 채취하여 대장균주 MG1655에 대하여 항균 활성을 평가하였다. 먼저, 10 L의 수돗물을 필터에 통과시키고 오염물 대조군으로서 상기 시험용 필터를 통과한 수돗물 시료를 수집한 후, 3 L의 오염된 물을 필터에 가하고 상기 필터에 1 L를 통과시킨 후에 시료를 수집하였으며 최종적으로 10 L의 수돗물을 통과시켰다. HyLabs사로부터 성장 평판(growth plate)을 구매하였다 - 대장균 M-ENDO AGAR LES, LD506형, 9680 로트를 사용하였다. 상기 실험을 두 번 반복하였다.

요오드와 폴리우레탄( PU ) 스폰지 제조:

100 ml의 이중 증류수(DDW)에 5 g의 요오드와 10 g의 요오드화칼륨을 녹여 루골 용액을 제조하였다. I₂/KI 비율을 1:2로 유지하였고 I₂ 농도를 50×10³ mg/L로 유지하였다.

직물/스폰지 양(모든 직물/스폰지를 루골 용액에 담갔다)에 따라, 밤새 진탕하면서, PU 스폰지를 루골 용액 속에 보관하였다. 다음으로, 상기 스폰지를 꺼내어 배기 후드(ventilation hood) 안에서 하루 동안 건조하였다.

상기 스폰지의 양면에 EVA계 피복 용액을 분사함으로써, 에틸렌 비닐 아세테이트(ethylene vinyl acetate; EVA)로 피복된 PU 스폰지를 제조하였다. 상기 스폰지를 배기 후드 안에서 하루 동안 건조하였다.

EVA 용액 제조:

15.6 g의 EVA를 200 ml의 클로로포름에 녹여서 5% EVA 클로로포름용액을 제 조하였다.

I. 폴리우레탄 스폰지에 대한 항균 시험

실시예 10 및 11에 예시된 바와 같이, 요오드화 폴리우레탄 스폰지, 가교된 키토산, 1.05%의 은으로 첨착된 활성탄 및 이온 교환제 수지를 포함하는 필터의 살균 효율을 200 L의 수돗물을 여과한 필터를 사용하여 시험하였다.

A. 50% w/w 요오드로 충진되고 EVA 로 피복된 (4번 담가서 얇은 피복 형성) 폴리우레탄 A 스폰지 - STA 및 대장균의 부분적 성장을 관찰하였다. 여과 후에 약 100 STA 세균/100 ml로 성장하였다. 이 사실은 상기 필터가 물 내의 STA 농도를 5배 줄였다는 것을 의미한다. 여과 후에 단지 1 대장균/100 ml만이 성장하였는데, 이는 대장균의 성장에 있어서 7배 감소를 의미한다.

B. 50% w/w 요오드로 충진되고 EVA 로 피복된 (8번 담가서 보다 긴 방출시간 또는 보다 많은 물 통과를 제공하는 두꺼운 피복 형성) 폴리우레탄 B 스폰지 - STA 및 대장균의 부분적 성장을 관찰하였다. 여과 후에 단지 1 STA 세균/100 ml만이 성장하였는데, 이는 STA 농도에 있어서 7배 감소를 의미한다. 이와 유사한 감소가 대장균에 대해서도 관찰되었다.

II . 요오드의 흡수 및 방출

1. 요오드 흡착 및 % EVA 피복:

필터 번호	스폰지	요오드 중량 (g)	% 요오드 (% w/w)	EVA 중량 (g)	EVA (%w/w)
1	107-1	4.05	59.30	1.22	13.46
2	107-2	4.27	60.37	1.17	12.64
3	107-3	4.00	59.18	1.25	13.87
4	107-4	4.07	59.14	1.23	13.49

표 16: 요오드 흡착 및 % EVA 피복

2. 필터 1/2/3의 하부 탱크로부터의 요오드 방출(ppm):

	필터 3	필터 4	평균 필터	S.D.
0	4.2	7	5.60	1.98
10	7	8.3	7.65	0.92
25	9.1	9.2	9.15	0.07
50	9.4	9.4	9.40	0.00
60	8.5	8.2	8.35	0.21
80	8.1	8	8.05	0.07
100	8.3	8.2	8.25	0.07
110	8.2	8.5	8.35	0.21
125	8.1	7.7	7.90	0.28
150	7	7.8	7.40	0.57
160	6.9	7.5	7.20	0.42
180	7.7	8	7.85	0.21

표 17: 필터 1/2/3의 하부 탱크로부터의 요오드 방출(ppm)

3. 항균 결과

필터	유량 (min/L)	물 여과	세균 농도 (CFU/100ml)
1	15	100L	<1
2	14.5	100L	3
7	6	100L	2
8	6.5	100L	3

표 18: 다양한 유량에서 100 L 여과 후의 세균 농도(CFU/100ml)

요약하면, 100 L를 여과한 후에:

- 필터 1은 물 속의 대장균 농도를 7배 감소시켰다.

- 필터 2, 7 및 8은 물 속의 대장균 농도를 6배 내지 7배 감소시켰다.

Claims

탄소질 물질, 불수용성 금속 산화물 또는 수산화물, 그리고 키토산과 이온 교환제 중 적어도 하나를 포함하는 액체용 필터 매체.
제1항에 있어서, 상기 액체가 물 또는 수용액인 것임을 특징으로 하는 필터 매체.
제1항 내지 제2항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 탄소질 물질이 차콜(charcoal), 활성차콜(activated charcoal), 활성탄(activated carbon), 역청탄(bituminous coal), 첨착 활성탄(impregnated activated carbon), 골탄(bone char), 산 세척 활성탄(acid washed activated carbon), 야자각계 활성탄(coconut shell based activated carbon), 목질계 활성탄, 재생 활성탄, 무연탄(anthracite coal), 제올라이트 혼합 석탄(zeolite mixed coal), 신활성탄(virgin activated carbon), 물 세척 촉매 탄소, 탄화 식물(charred vegetation) 및 비회(fly ash)로부터 선택되는 것임을 특징으로 하는 필터 매체.
제3항에 있어서, 상기 탄소질 물질이 팰릿화(palletized), 과립화(granular), 섬유화(fibrous) 및 분쇄(crushed)에 의한 미립자 형태인 것임을 특징으로 하는 필터 매체.
제3항에 있어서, 상기 탄소질 물질이 활성탄인 것임을 특징으로 하는 필터 매체.
제4항에 있어서, 상기 활성탄이 야자각계 활성탄인 것임을 특징으로 하는 필터 매체.
제1항에 있어서, 상기 필터 매체가, 상기 필터 매체 총 중량의 약 30% 내지 75%의 탄소질 물질을 포함하는 것임을 특징으로 하는 필터 매체.
제1항에 있어서, 상기 탄소질 물질이 적어도 하나의 유기 또는 무기 화합물로 첨착되는 것임을 특징으로 하는 필터 매체.
제8항에 있어서, 상기 적어도 하나의 유기 또는 무기 화합물이 양이온성 고분자(cationic polymers), 음이온성 고분자(anionic polymers), 카르복시산계 고분자, 염, 이온, 금속 이온 및 원자 중에서 선택되는 것임을 특징으로 하는 필터 매체.
제8항에 있어서, 상기 적어도 하나의 무기 금속 이온이 은 또는 구리인 것임을 특징으로 하는 필터 매체.
제1항에 있어서, 상기 금속 산화물 또는 수산화물이 철, 알루미나(alumina) 및 실리카(silica)의 산화물, 수산화물 및/또는 산화물-수산화물(oxide-hydroxide)로부터 선택되는 것임을 특징으로 하는 필터 매체.
제10항에 있어서, 상기 금속 산화물이 철 산화물 미립자, 알루미늄 산화물 미립자, 알루미늄 산화물 표면상의 철 나노입자, 규조토 표면상의 철 나노입자, 마이크로라이트 세라믹 구(microlite ceramic spheres) 표면상의 철 나노입자, 실리카(SiO2) 표면상의 철 산화물(Fe2O3), 알루미나(Al2O3) 표면상의 철 산화물, 알루미나로 피복된 세라믹 구, 알루미나 표면상의 철 산화물, 철 수산화물(Fe(OH)3) 표면상의 알루미늄 수산화물(Al(OH)3) 및 알루미늄 수산화물 표면상의 철 수산화물로부터 선택되는 것임을 특징으로 하는 필터 매체.
제1항에 있어서, 상기 금속 수산화물이 염화철(FeCl3)로부터 제조되는 수화된 철 수산화물인 것임을 특징으로 하는 필터 매체.
제1항에 있어서, 상기 금속 산화물이 다공성 폴리스티렌 비드 상에 합침된 수화된 철 수산화물인 것임을 특징으로 하는 필터 매체.
제1항에 있어서, 상기 금속 산화물이 세라믹 또는 고분자 지지체 속에 합침 된 수화된 철 수산화물인 것임을 특징으로 하는 필터 매체.
제14항 내지 제15항에 있어서, 상기 수화된 철 산화물/수산화물이 기공크기가 100 ㎛ 내지 500 ㎛ 인 다공성 세라믹 디스크 내에 합침되는 것임을 특징으로 하는 필터 매체.
제1항에 있어서, 상기 필터 매체가 금속 산화물과 금속 수산화물의 결합물(oxide-hydroxide combination)을 포함하는 것임을 특징으로 하는 필터 매체.
제1항에 있어서, 상기 필터 매체가, 상기 필터 매체 총 중량의 약 3% 내지 20%의 금속을 포함하는 것임을 특징으로 하는 필터 매체.
제1항에 있어서, 키토산 및 적어도 하나의 이온 교환제를 포함하는 것임을 특징으로 하는 필터 매체.
제1항에 있어서, 키토산 또는 적어도 하나의 이온 교환제를 포함하는 것임을 특징으로 하는 필터 매체.
제19항 또는 제20항에 있어서, 상기 적어도 하나의 이온 교환제가 음이온 교환수지(anion exchange resin), 양이온 교환수지(cation exchange resin) 또는 이 들의 조합인 것임을 특징으로 하는 필터 매체.
제21항에 있어서, 상기 양이온 교환수지가 설폰산 또는 황산 치환기를 포함하는 유기 화합물로부터 선택되는 강산성 양이온 교환제(strongly acidic cation exchange agent)인 것임을 특징으로 하는 필터 매체.
제22항에 있어서, 상기 양이온 교환수지가, 칼륨염 또는 나트륨염의 형태로 적어도 10%의 설폰산기 또는 황산기를 포함하는 것임을 특징으로 하는 필터 매체.
제22항에 있어서, 상기 양이온 교환수지가 폴리스티렌 설폰산(polystyrene sulfonic acid)에 기반을 두는 강산성 이온 교환제의 칼륨염을 40% 포함하는 것임을 특징으로 하는 필터 매체.
제1항에 있어서, 상기 필터 매체가, 상기 필터 매체 총 중량의 약 20% 내지 50%의 양이온 교환제를 포함하는 것임을 특징으로 하는 필터 매체.
제1항에 있어서, 상기 키토산이 키토산(탈아세틸화 키틴(deacetylated chitin)), 키토산의 염, 키토산 겔 및 변형(modified) 키토산으로부터 선택되는 불수용성 키토산인 것임을 특징으로 하는 필터 매체.
제26항에 있어서, 상기 변형 키토산이 키토산 아세트산염(chitosan acetate), 키토산 유산염(chitosan lactate), 키토산 글루타민산염(chitosan glutamate), 메틸-키토산 및 N-카르복시메틸키토산 중에서 선택되는 것임을 특징으로 하는 필터 매체.
제1항에 있어서, 상기 키토산이 박편(flakes), 비드(beads), 섬유(fibers), 직물(fabric), 부직포(non-woven fabrics), 다공성 미립자 및/또는 분말 형태인 것임을 특징으로 하는 필터 매체.
제28항에 있어서, 상기 키토산이 무정형(randomly shaped) 모양의 박편 형태인 것임을 특징으로 하는 필터 매체.
제1항에 있어서, 상기 필터 매체가, 상기 필터 매체 총 중량의 약 1% 내지 20%의 키토산을 포함하는 것임을 특징으로 하는 필터 매체.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 키토산이 가교성 키토산(crosslinked chitosan)인 것임을 특징으로 하는 필터 매체.
제31항에 있어서, 상기 가교성 키토산이 열적으로 가교된 키토산(thermally crosslinked chitosan)인 것임을 특징으로 하는 필터 매체.
상기 청구항들 중 어느 한 항에 있어서, 양이온 교환제, 음이온 교환제, 항균제(antimicrobial agent) 및 특정 오염물질을 제거하기 위한 적어도 하나의 다른 성분으로부터 선택되는 적어도 하나의 불수용성 첨가제를 추가로 포함하는 것임을 특징으로 하는 필터 매체.
제30항에 있어서, 상기 적어도 하나의 첨가제가 항균제인 것임을 특징으로 하는 필터 매체.
제34항에 있어서, 상기 적어도 하나의 항균제가 요오드화 매체(iodinated medium), 4급 암모늄 수지(quaternary ammonium resin), 항균성 고분자(antibacterial polymer), 양이온성 고분자전해질(cationic polyelectrolyte), 4급 또는 3급(tertiary) 암모늄기를 포함하는 고분자, 및 요오드 또는 요오드포(iodophores)를 갖는 고분자로부터 선택되는 것임을 특징으로 하는 필터 매체.
불수용성 탄소질 물질, 불수용성 금속 산화물, 그리고 불수용성 키토산과 이온 교환제 중 적어도 하나로 이루어진 필터 매체.
불수용성 탄소질 물질, 불수용성 금속 산화물, 그리고 불수용성 산성 양이온 교환제와 불수용성 키토산 중 적어도 하나로 이루어진 필터 매체.
불수용성 탄소질 물질, 불수용성 금속 산화물, 그리고 불수용성 산성 양이온 교환제와 불수용성 키토산 중 적어도 하나로 이루어진 필터 매체.
상기 청구항들 중 어느 한 항에 있어서, 상기 필터 매체가 키토산을 포함하지 않는 것임을 특징으로 하는 필터 매체.
제1항 내지 제39항 중 어느 한 항의 필터 매체; 그리고 액체가 상기 여과 장치의 출구를 나오기 전에 상기 필터 매체를 통과하도록 하기 위해 상기 여과 장치의 입구로 출입하도록 유도하는 액체 유로 구조체(liquid channeling structure)를 포함하는 여과 장치.
제40항에 있어서, 금속 산화물/수산화물용의 분리된 격실(compartment)을 추가로 포함하는 것임을 특징으로 하는 여과 장치.
제40항에 있어서, 적어도 하나의 항균제용의 분리된 격실을 추가로 포함하는 것임을 특징으로 하는 여과 장치.
제41항에 있어서, 상기 적어도 하나의 항균제가 요오드로 충전된 폴리아미드 직물인 것임을 특징으로 하는 여과 장치.
제38항 내지 제42항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 여과 장치가 용기 내부에 수용되어 수처리 시스템을 형성하는 것임을 특징으로 하는 여과 장치.
제43항에 있어서, 상기 용기가 적어도 하나의 물 입구 및 물 출구를 포함하고 상기 필터 매체를 고정시키기 위한 적어도 하나의 수단을 선택적으로 포함하는 것임을 특징으로 하는 여과 장치.
제40항 내지 제45항에 있어서, 상기 필터 매체의 각 구성요소가 층(layers)으로 배열되는 것임을 특징으로 하는 여과 장치.
제46항에 있어서, 상기 필터 매체의 구성요소의 각 층들이 분리된 격실 내부에 수용되는 것임을 특징으로 하는 여과 장치.
제46항 또는 제47항에 있어서, 상기 물 입구에 가장 근접한 격실/층에 수용된 상기 필터 매체의 구성요소가 탄소질 물질, 금속 산화물 또는 수산화물, 키토산 및/또는 이온 교환제 중 적어도 하나인 것임을 특징으로 하는 여과 장치.
제46항 또는 제47항에 있어서, 상기 물 입구로부터 가장 멀리 떨어진 격실/층에 수용된 상기 필터 매체의 구성요소가 탄소질 물질, 금속 산화물 또는 수산화 물, 키토산 및/또는 이온 교환제 중 적어도 하나인 것임을 특징으로 하는 여과 장치.
제46항 또는 제47항에 있어서, 상기 격실/층이 상기 물 입구에 가장 근접한 격실에 수용된 폴리스티렌 비드로 배열되어 있는 것임을 특징으로 하는 여과 장치.
제46항 또는 제47항에 있어서, 상기 격실/층이 상기 물 입구에 가장 근접한 격실에 수용된 탄소질 물질로 배열되어 있는 것임을 특징으로 하는 여과 장치.
제46항 또는 제47항에 있어서, 철 산화물 나노입자가 상기 물 출구에 가장 근접한 격실에 수용되어 있는 것임을 특징으로 하는 여과 장치.
제1항 내지 제37항 중 어느 한 항에 따른 필터 매체 및 사용 설명서를 포함하는 시판용 패키지(키트).