KR20100127998A - 수질정화용 세라믹 다공체 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 규조토 및 납석을 함유하는 세라믹 다공체로서, 밀도가 1.0∼1.2g/㎤ 범위이고, 기공율은 42∼52% 범위를 가지며, 상기 세라믹 다공체의 제1 표면, 상기 제1 표면의 반대쪽에 있는 제2 표면, 상기 제1 표면과 상기 제2 표면 사이의 벌크 영역에 20∼200㎚ 크기의 복수 개의 나노 기공과, 1∼200㎛ 크기의 복수 개의 마이크로 기공 및 500㎛∼2㎜ 크기의 복수 개의 거대 기공이 형성되어 있는 수질정화용 세라믹 다공체 및 그 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 의한 수질정화용 세라믹 다공체는, 염가의 천연 원료인 규조토 및 납석을 사용하여 저렴하게 대량으로 제조할 수 있고, 제조 공정이 간단하며, 나노 기공, 마이크로 기공 및 거대 기공의 다양한 크기의 기공 구조로 이루어져 유체와 실질적으로 접촉하는 세라믹 다공체 표면의 면적이 극대화되어 수처리용 정화 필터로서 효율적이며, 수족관 또는 어항의 필터, 오폐수 정화기, 소규모 폐수처리 장치 등에 다양한 용도로 활용이 가능하다.
세라믹 다공체, 규조토(diatomite), 납석, 규사, 수질정화, 필터

Description

수질정화용 세라믹 다공체 및 그 제조방법{Porous ceramics for water purification and method for manufacturing the same}
본 발명은 세라믹 다공체 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 염가의 천연 원료인 규조토 및 납석을 사용하여 저렴하게 대량으로 제조할 수 있고, 제조 공정이 간단하며, 나노 기공, 마이크로 기공 및 거대 기공의 다양한 크기의 기공 구조로 이루어져 유체와 실질적으로 접촉하는 세라믹 다공체 표면의 면적이 극대화되어 수처리용 정화 필터로서 효율적이며, 수족관 또는 어항의 필터, 오폐수 정화기, 소규모 폐수처리 장치 등에 다양한 용도로 활용이 가능한 수질정화용 세라믹 다공체 및 그 제조방법에 관한 것이다.
대형 수족관이나 가정의 조그마한 어항에 이르기까지 물의 유동이 적은 수조에 있어서는 사료 찌꺼기와 물고기들이 배설하는 배설물 및 물속 미생물들의 잔재 또는 먼지와 같은 기타 오염물질들이 상존하게 되며, 자연상태에서와는 달리 수족관 내의 오염물질은 자연적으로 제거되지 않는다.
따라서, 일정 시간 간격으로 수조 내부의 청소와 수용된 물의 물갈이를 해주어야 하는데, 이러한 수조 내의 청소 및 물갈이 작업은 매우 번거롭고 경제적인 부담이 따를 뿐 아니라 작업시 물에서 발생되는 비린 냄새 등으로 작업상에 많은 어려움이 있다.
상기한 문제점을 해소하기 위하여 수족관 및 어항 내부에 소정의 정수장치를 설치하여 일부 사용해오고 있는데, 수족관용 정수장치들은 수족관에서 사용한 물을 품어올려 필터에 의해 오염물질들을 제거한 다음 다시 유입시켜 순환시키는 물리적 구조를 갖는 것으로, 비용이 고가이고, 수질을 정화시키는 대부분의 필터는 정화능이 떨어진다는 단점이 있다. 따라서, 일정 기간이 지난 후에는 여전히 물갈이와 수조 내부의 청소를 해야 하는 불편함이 있다.
한편, 수족관 내부에 부유물질을 걸러낼 수 있는 여과포를 설치하고, 수조 내의 물을 여과포쪽으로 유입시킴으로써, 수족관 내 오염물질을 걸러내고 물은 다시 수조내로 유입되도록 된 장치도 개발되었으나, 상기 여과포는 단순히 부유물질을 걸러내는 수준의 필터로서 밖에 기능하지 못하므로 수질정화 필터로서 미세 물질을 걸러내는 데는 그 한계가 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 염가의 천연 원료인 규조토 및 납석을 사용하므로 저렴하게 대량으로 제조할 수 있고, 나노 기공, 마이크로 기공 및 거대 기공의 다양한 크기의 기공 구조로 이루어져 유체와 실질적으로 접촉하는 세라믹 다공체 표면의 면적이 극대화되어 수처리용 정화 필터로서 효율적이며, 수족관 또는 어항의 필터, 오폐수 정화기, 소규모 폐수처리 장치 등에 다양한 용도로 활용이 가능한 수질정화용 세라믹 다공체를 제공함에 있다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 염가의 천연 원료인 규조토 및 납석을 사용하여 저렴하게 대량으로 제조할 수 있고, 제조 공정이 간단하며, 나노 기공, 마이크로 기공 및 거대 기공의 다양한 크기의 기공 구조로 이루어져 유체와 실질적으로 접촉하는 세라믹 다공체 표면의 면적이 극대화되어 수처리용 정화 필터로서 효율적이며, 수족관 또는 어항의 필터, 오폐수 정화기, 소규모 폐수처리 장치 등에 다양한 용도로 활용이 가능한 수질정화용 세라믹 다공체의 제조방법을 제공함에 있다.
본 발명은, 규조토 및 납석을 함유하는 세라믹 다공체로서, 밀도가 1.0∼1.2g/㎤ 범위이고, 기공율은 42∼52% 범위를 가지며, 상기 세라믹 다공체의 제1 표면, 상기 제1 표면의 반대쪽에 있는 제2 표면, 상기 제1 표면과 상기 제2 표면 사 이의 벌크 영역에 20∼200㎚ 크기의 복수 개의 나노 기공과, 1∼200㎛ 크기의 복수 개의 마이크로 기공 및 500㎛∼2㎜ 크기의 복수 개의 거대 기공이 형성되어 있는 수질정화용 세라믹 다공체를 제공한다.
상기 세라믹 다공체는 상기 세라믹 다공체 100중량부에 대하여 규사 15∼50중량부를 더 함유할 수 있다.
상기 규조토는 상기 세라믹 다공체 100중량부에 대하여 50∼90중량부 함유되고, 상기 납석은 상기 세라믹 다공체 100중량부에 대하여 3∼30중량부 함유되어 있을 수 있다.
또한, 본 발명은, 규조토 및 납석을 출발 원료로 사용하고, 상기 출발 원료 100중량부에 대하여 상기 규조토 50∼90중량부 및 납석 3∼30중량부를 혼합하는 단계와, 바인더를 용매에 용해하여 바인더 용액을 만든 후, 혼합된 출발 원료에 분무하는 단계와, 바인더 용액이 분무된 혼합물을 원하는 형태의 성형체로 성형하는 단계와, 상기 성형체를 건조하는 단계 및 건조된 성형체를 소성로에 장입하고, 400∼800℃까지 승온시켜 10분∼10시간 동안 유지시켜 상기 바인더를 태워 제거하고, 1100∼1400℃의 온도로 승온시켜 1∼10시간 유지하여 소성하는 단계를 포함하며, 제조된 세라믹 다공체는, 밀도가 1.0∼1.2g/㎤ 범위이고, 기공율은 42∼52% 범위를 가지며, 상기 세라믹 다공체의 제1 표면, 상기 제1 표면의 반대쪽에 있는 제2 표면, 상기 제1 표면과 상기 제2 표면 사이의 벌크 영역에 20∼200㎚ 크기의 복수 개의 나노 기공과, 1∼200㎛ 크기의 복수 개의 마이크로 기공 및 500㎛∼2㎜ 크기의 복수 개의 거대 기공이 형성되어 있는 수질정화용 세라믹 다공체의 제조방법을 제 공한다.
상기 수질정화용 세라믹 다공체의 제조방법은, 상기 바인더의 열분해를 촉진하기 위하여 상기 소성로에 공기를 주입하거나 팬을 이용하여 강제적으로 배기하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 바인더는 용매에 대하여 중량비로 10∼50% 범위로 용해하여 상기 바인더 용액을 만들고, 상기 바인더로는 폴리에틸렌글리콜, 폴리비닐알콜, 규산나트륨, 폴리비닐부티랄, 셀룰로오스 또는 녹말을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 수질정화용 세라믹 다공체의 제조방법은, 1∼50㎛ 범위의 입경을 갖는 규조토와, 0.5∼5㎜ 범위의 입경을 갖는 납석을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 출발 원료로 규사를 더 포함하고, 상기 출발 원료 100중량부에 대하여 상기 규사 15∼50중량부를 상기 규조토 및 상기 납석과 함께 혼합할 수 있다.
본 발명의 수질정화용 세라믹 다공체는 나노 기공, 마이크로 기공 및 거대 기공이 존재함으로써 수질정화 필터로서 매우 유용하다.
본 발명의 수질정화용 세라믹 다공체는 염가의 천연 원료인 규조토, 납석, 규사를 사용하므로 저렴하게 대량으로 제조할 수 있으며, 제조 공정이 매우 간단하다는 장점이 있다.
나노 기공, 마이크로 기공 및 거대 기공의 다양한 크기의 기공 구조로 형성함으로서 유체와 실질적으로 접촉하는 세라믹 다공체 표면의 면적이 극대화되어 수 처리용 정화 필터로서 효율적이며, 수족관 또는 어항의 필터, 오폐수 정화기, 소규모 폐수처리 장치 등에 다양한 용도로 활용이 가능하다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 이하의 실시예는 이 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 수질정화용 세라믹 다공체는 천연 원료인 규조토(diatomite) 및 납석을 출발 원료로 하여 혼합하고, 여기에 성형 조제를 첨가하여 성형한 후, 성형체를 1100∼1400℃, 바람직하게는 1200∼1300℃의 온도에서 소성시켜 제조할 수 있으며, 상기 소성 공정 중에 발생하는 액상과 고상간의 반응에 의해 내부에 다수의 기공이 형성되게 된다.
본 발명의 수질정화용 세라믹 다공체는, 밀도가 1.0∼1.2g/㎤ 정도 범위이고, 기공율은 42∼52% 정도 범위를 가지며, 비표면적은 20∼50㎡/g 정도의 범위를 갖는다. 또한, 본 발명의 세라믹 다공체는 제1 표면, 상기 제1 표면의 반대쪽에 있는 제2 표면, 상기 제1 표면과 상기 제2 표면 사이의 벌크 영역에 20∼200㎚ 크기의 복수 개의 나노 기공(nanopore)과, 1∼200㎛ 크기의 복수 개의 마이크로 기공(micropore) 및 500㎛∼2㎜ 크기의 복수 개의 거대 기공(macropore)을 가지며, 이러한 나노 기공, 마이크로 기공 및 거대 기공에 의해 효과적으로 수질을 정화할 수 있다. 상기 제1 표면과 상기 제2 표면 사이에 이를 관통하는 다수의 기공들이 형성되어 있으며, 이러한 관통 기공은 전체 기공에 대하여 적어도 30％를 이룬다. 여기서, 나노라 함은 1㎚∼1㎛ 범위의 나노미터(㎚) 단위의 크기를 의미하며, 마이크로라 함은 1㎛∼1㎜ 범위의 마이크로미터(㎛) 단위의 크기를 의미한다.
규조토는 규조가 바다 밑이나 호수 밑 등에 쌓여 이루어진 흙으로서, 다공질이어서 흡수성이 있으며 세라믹 다공체의 골격을 유지하는 역할을 한다. 상기 규조토는 상기 세라믹 다공체 100중량부에 대하여 50∼90중량부 함유되는 것이 바람직하다.
납석은 팽윤성 물질로서 세라믹 다공체의 표면에 거대 기공을 형성하는 역할을 한다. 납석은 층상 구조를 갖는 광물로서 화학식은 (MgFe,Al)3(Al,Si)4O10(OH)2·4H2O 이며, 소성 중에 수증기로 인한 층분리에 의하여 500㎛~2㎜ 크기의 거대 기공을 형성하는 요인으로 작용한다. 상기 납석은 상기 세라믹 다공체 100중량부에 대하여 3∼30중량부 함유되는 것이 바람직하다.
또한, 출발 원료로서 규사(quartz)을 더 포함할 수 있으며, 규사는 세라믹 다공체에서 골격의 역할을 하여 변형을 방지하고 세라믹 다공체의 강도를 유지하는 역할을 할 수 있다. 상기 규사는 세라믹 다공체 100중량부에 대하여 규사 15∼50중량부 함유될 수 있다.
규조토와 규사의 혼합 비율에 따라 나타나는 세라믹 다공체의 밀도와 기공율 변화를 도 1에 나타내었다. 규조토 자체만을 사용하였을 경우(도 1에서 (a) 참조)에 밀도는 1.1 g/cm3 이고 기공율은 43.7% 이었다. 여기에 규조토를 대치해 규사를 첨가할 경우 밀도는 1.1g/cm3 근처에서 유지되나 기공율은 50% 이상까지 크게 증가하는 것을 볼 수 있다. 특히, 규조토만을 사용하여 세라믹 다공체를 제조한 경우에 기공율은 43.7% 였으나, 규조토를 대체하여 규사의 함량을 20중량%까지 증가시킴에 따라 기공율도 함께 증가한다는 것을 볼 수 있다. 특히 규조토 80중량%와 규사 20중량%를 첨가하여 세라믹 다공체를 제조한 경우(도 1에서 (b) 참조)에는 기공율이 약 50.7% 였으며, 규사의 함량을 20중량% 이상으로 증가시킴에 따라 기공율은 조금씩 감소하는 모습을 확인할 수 있다.
규조토, 규사 및 납석의 세 가지 원료를 무게비로 70중량%:25중량%:5중량% 비율로 혼합하여 제작한 세라믹 다공체는 그 밀도가 1.2 g/cm3 이었고 기공율은 45%를 나타내었다.
이하에서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수질정화용 세라믹 다공체의 제조방법을 설명한다.
본 발명의 수질정화용 세라믹 다공체의 기공 크기는 출발 원료의 입경, 입경 분포, 원료의 조성비 등과 관련이 있다.
수질정화용 세라믹 다공체를 제조하기 위하여 규조토 및 납석을 원하는 소정의 비율로 혼합하여 사용하고, 출발 원료로 규사를 더 포함할 수 있다.
출발 원료로 규조토는 출발 원료 100중량부에 대하여 50∼90중량부를 포함하는 것이 바람직하다. 규조토의 함량이 50중량부 미만일 경우에는 원하는 정도의 기공율을 얻기가 어렵고 원하는 정도의 나노 기공 및 마이크로 기공을 형성하는데 어려움이 있을 수 있으며, 규조토의 함량이 90중량부를 초과하더라도 미세 기공의 더 이상 증가를 기대하기 어렵고 원료비가 증가하여 비경제적일 수 있다. 규조토의 입자 크기(입경)는 기공율 및 나노 기공과 마이크로 기공의 크기 등을 고려하여 1∼50㎛ 정도인 것이 바람직하다.
납석은 출발 원료 100중량부에 대하여 3∼30중량부를 포함하는 것이 바람직하다. 납석의 함량이 3중량부 미만일 경우에는 거대 기공에 의한 원하는 정도의 기공율을 얻기가 어렵고, 납석의 함량이 30중량부를 초과하면 거대 기공의 크기가 너무 커지고 거대 기공에 의한 기공율이 너무 커져서 수질정화용으로 적합하지 않을 수 있다. 납석의 입자 크기는 거대 기공의 기공 크기 등을 고려하여 0.5∼5㎜ 정도인 것이 바람직하다.
규사는 출발 원료 100중량부에 대하여 15∼50중량부를 포함하는 것이 바람직하다. 규사의 함량이 15중량부 미만일 경우에는 세라믹 다공체의 골격 유지에 의한 강도를 강화하는 효과가 그리 크지 않으며, 규사의 함량이 50중량부를 초과하는 경우에는 기공율 저하로 원하는 기공율을 얻기가 어려울 수 있다. 규사의 입자 크기는 300∼600㎛ 정도인 것이 바람직하다.
출발 원료인 규조토, 규사, 납석을 성형하는 경우, 용매만으로는 성형이 어려워 용매에 바인더(binder)를 용해하여 사용하는 것이 바람직하다. 상기 바인더로 는 폴리에틸렌글리콜(polyethylene glycol; PEG), 폴리비닐알콜(polyvinyl alcohol; PVA), 규산나트륨(sodium silicate), 폴리비닐부티랄(polyvinyl butyral; PVB), 메틸 셀룰로오스, 에틸 셀룰로오스와 같은 셀룰로오스, 녹말(starch) 등을 사용할 수 있다.
중량비로 10∼50%의 바인더를 용매(예컨대, 증류수)에 완전히 용해하여 바인더 용액을 만든 후, 분무기를 이용하여 일정한 속도로 출발 원료의 혼합물에 분무한다.
세라믹 다공체의 제조는 성형하고자 하는 형태에 따라 사용되는 성형 방법과 바인더(Binder)를 달리하여 제작할 수 있다. 출발 원료와 바인더 용액의 혼합물을 성형하는 경우, 원하는 형태 예컨대, 구형, 원통형, 튜브형 형태 등 여러 가지 형태의 성형체로 제작할 수 있다.
원하는 형태로 성형체를 만든 다음, 건조 공정을 수행한다. 상기 건조 공정은 공기 중에서 1∼48시간 동안 건조한 후, 60∼80℃의 오븐(oven)에서 건조하는 공정으로 이루어질 수 있다. 80℃ 이상의 온도에서는 일부 바인더가 열에 의한 분해(decomposition)가 일어날 수 있어 80℃ 이하로 온도를 유지하는 것이 바람직하다.
완전히 건조된 성형체는 1100∼1400℃의 온도에서 소성 공정을 수행한다. 분당 1℃의 승온 속도로 400∼800℃까지 승온시켜 10분∼10시간 유지시켜 성형에 사용된 바인더를 태워 제거(burn out)한다. 이후 온도를 1100∼1400℃의 온도로 승온 시켜 1∼10시간 유지하여 소성시킨 후 로냉한다. 사용되는 바인더 중 분자량이 커 서 열분해(thermal decomposition)가 느리게 일어나는 경우에는 소성로에 공기(air)를 주입하거나 팬(fan)을 이용한 강제적 배기를 통하여 바인더가 완전히 제거되도록 하는 것이 바람직하다. 납석은 층상 구조를 갖는 광물로서 화학식은 (MgFe,Al)3(Al,Si)4O10(OH)2·4H2O 이며, 소성 중에 수증기로 인한 층분리에 의하여 500㎛~2㎜ 크기의 거대 기공을 형성하는 요인으로 작용한다.
이렇게 제조된 수질정화용 세라믹 다공체는 밀도가 1.0∼1.2g/㎤ 정도 범위이고, 기공율은 42∼52% 정도 범위를 가지며, 비표면적은 20∼50㎡/g 정도의 범위를 갖는다. 또한, 상기 세라믹 다공체는 20∼200㎚ 크기의 나노 기공(nanopore)과, 1∼200㎛ 크기의 마이크로 기공(micropore) 및 500㎛∼2㎜ 크기의 거대 기공(macropore)을 가지며, 이러한 나노 기공, 마이크로 기공 및 거대 기공에 의해 효과적으로 수질을 정화할 수 있다.
본 발명은 하기의 실시예를 참고로 더욱 상세히 설명되며, 이 실시예가 본 발명을 제한하는 것은 아니다.
<실시예 1>
규조토 70중량부, 규사 20중량부 및 납석 5중량부를 출발 원료로 사용하여 혼합하였다.
구형 시편을 제작하기 위하여 도 2에 나타난 바와 같은 성구기를 사용하였다. 성구기는 회전 속도와 경사각을 조절하여 성형되는 성형체의 크기를 조절할 수 있다. 규조토, 규사 및 납석이 70:20:5의 중량 비율로 혼합된 1000g 정도의 출발 원료를 45° 정도 기울여진 성구기에 투여한 후, 60rpm 정도의 속도로 회전시키며 3분간 건식 상태로 혼합하였다.
규조토, 규사 및 납석의 경우 물만으로는 성형이 어려워 증류수에 바인더(binder)를 용해하여 사용하였다. 상기 바인더로는 폴리에틸렌글리콜(polyethylene glycol; PEG)를 사용하였다. 중량비로 10∼50%의 바인더를 증류수에 완전히 용해하여 바인더 용액을 만든 후, 분무기를 이용하여 일정한 속도로 규조토, 규사 및 납석의 출발 원료에 분무하였다. 즉, 출발 원료를 건식 혼합한 후, 성구기를 60rpm 속도로 계속 회전시키며 바인더 용액을 일정한 속도로 분무하여 구 형태의 성형체를 제작하였다.
구형의 성형체를 공기 중에서 24시간 동안 건조한 후, 80℃의 오븐(oven)에서 완전히 건조시켰다.
완전히 건조된 구형의 성형체는 1200℃의 온도에서 소성하였다. 분당 1℃의 승온 속도로 800℃까지 승온시켜 5시간 동안 유지하여 성형 시에 사용된 바인더를 태워서 제거(burn out) 하였다. 이후 온도를 1200℃의 온도로 승온시켜 2시간 동안 유지하여 소성시킨 후 로냉하였다. 바인더의 열분해(thermal decomposition)를 촉진하기 위하여 소성로에 공기(air)를 주입하여 바인더가 완전히 제거되도록 하였다.
도 3 및 도 4는 이렇게 제조된 수질정화용 세라믹 다공체의 주사전자현미경(scanning electron microscope; SEM) 사진이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 세라믹 다공체에는 20∼200㎚ 크기의 나노 기공(nanopore)과, 1∼200㎛ 크기의 마이크로 기공(micropore) 및 500㎛∼2㎜ 크기의 거대 기공(macropore)이 형성되어 있음을 볼 수 있다. 본 발명의 세라믹 다공체는 이러한 나노 기공, 마이크로 기공 및 거대 기공에 의해 효과적으로 수질을 정화할 수 있을 것으로 기대된다. 세라믹 다공체에 사용된 규조토는 다공질 구조를 가지므로 자체 특성에 의한 나노 크기 기공과 규조토 입자들의 집합체에 의한 1∼200㎛ 크기의 마이크로 기공을 형성한 것으로 추측된다. 도 4에서 보이듯이 규조토는 그 구조적 특성에 기인한 미세 기공을 가지며, 규사는 세라믹 다공체의 골격을 형성하는 역할을 하며, 납석은 팽창 특성에 기인한 거대 기공을 형성한 것으로 판단된다.
<실시예 2>
규조토 90중량부 및 납석 10중량부를 출발 원료로 사용하여 혼합하였다.
규조토 및 납석의 경우 물만으로는 성형이 어려워 증류수에 바인더(binder)를 용해하여 사용하였다. 상기 바인더로는 폴리에틸렌글리콜(polyethylene glycol; PEG)를 사용하였다. 중량비로 10∼50%의 바인더를 증류수에 완전히 용해하여 바인더 용액을 만든 후, 분무기를 이용하여 일정한 속도로 규조토 및 납석의 출발 원료에 분무하였다. 규조토, 납석 및 바인더 용액의 혼합물 100중량부에 대하여 30중량부 범위의 물과 고형분 100중량부 대비 2중량부의 바인더를 첨가하였다. 이렇게 준비한 혼합물을 반죽기로 1차 혼합하였다. 토련기에서 2차 혼합하면서 원통 형태의 성형체를 제작하였다.
원통 형태의 성형체를 제작하기 위하여 토련기를 사용하였다. 규조토, 납석 및 바인더 용액을 반죽기로 1차 혼합한 후, 토련기에 장입하고 토련기의 몰드를 통과시켜 원통 형태의 성형체를 제작하였다.
토련기를 통해 성형된 원통 형태의 성형체를 공기 중에서 24시간 동안 건조한 후, 80℃의 오븐(oven)에서 완전히 건조시켰다.
완전히 건조된 원통 형태의 성형체는 1200℃의 온도에서 소성하였다. 분당 1℃의 승온 속도로 800℃까지 승온시켜 5시간 동안 유지하여 성형 시에 사용된 바인더를 태워서 제거(burn out) 하였다. 이후 온도를 1200℃의 온도로 승온시켜 2시간 동안 유지하여 소성시킨 후 로냉하였다. 바인더의 열분해(thermal decomposition)를 촉진하기 위하여 소성로에 공기(air)를 주입하여 바인더가 완전히 제거되도록 하였다.
<실시예 3>
규조토 70중량부 및 규사 30중량부를 출발 원료로 사용하여 혼합하였다.
규조토 및 규사의 경우 물만으로는 성형이 어려워 증류수에 바인더(binder)를 용해하여 사용하였다. 상기 바인더로는 폴리에틸렌글리콜(polyethylene glycol; PEG)를 사용하였다. 중량비로 10∼50%의 바인더를 증류수에 완전히 용해하여 바인더 용액을 만든 후, 분무기를 이용하여 일정한 속도로 규조토 및 규사의 출발 원료에 분무하였다. 규조토, 규사 및 바인더 용액의 혼합물에 대하여 30중량부 범위의 물과 고형분 대비 2중량부의 바인더를 첨가하였다. 이렇게 준비한 혼합물을 반죽기 로 1차 혼합하였다.
튜브 형태의 성형체를 제작하기 위하여 토련기를 사용하였다. 규조토, 규사 및 바인더 용액를 반죽기로 1차 혼합한 후, 토련기에 장입하고 토련기의 몰드를 통과시켜 튜브 형태의 성형체를 제작하였다.
토련기를 통해 성형된 튜브 형태의 성형체를 공기 중에서 24시간 동안 건조한 후, 80℃의 오븐(oven)에서 완전히 건조하였다.
완전히 건조된 튜브 형태의 성형체는 1200℃의 온도에서 소성하였다. 분당 1℃의 승온 속도로 800℃까지 승온시켜 5시간 동안 유지하여 성형 시에 사용된 바인더를 태워서 제거(burn out) 하였다. 이후 온도를 1200℃의 온도로 승온시켜 2시간 동안 유지하여 소성시킨 후 로냉하였다. 바인더의 열분해(thermal decomposition)를 촉진하기 위하여 소성로에 공기(air)를 주입하여 바인더가 완전히 제거되도록 하였다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.
도 1은 규조토와 규사의 혼합 비율에 따른 세라믹 다공체의 밀도와 기공율 변화를 도시한 그래프이다.
도 2는 성구기를 보여주는 사진이다.
도 3 및 도 4는 수질정화용 세라믹 다공체의 주사전자현미경(SEM) 사진이다.

Claims (8)

  1. 규조토 및 납석을 함유하는 세라믹 다공체로서, 밀도가 1.0∼1.2g/㎤ 범위이고, 기공율은 42∼52% 범위를 가지며, 상기 세라믹 다공체의 제1 표면, 상기 제1 표면의 반대쪽에 있는 제2 표면, 상기 제1 표면과 상기 제2 표면 사이의 벌크 영역에 20∼200㎚ 크기의 복수 개의 나노 기공과, 1∼200㎛ 크기의 복수 개의 마이크로 기공 및 500㎛∼2㎜ 크기의 복수 개의 거대 기공이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 수질정화용 세라믹 다공체.
  2. 제1항에 있어서, 상기 세라믹 다공체는 상기 세라믹 다공체 100중량부에 대하여 규사 15∼50중량부를 더 함유하는 것을 특징으로 하는 수질정화용 세라믹 다공체.
  3. 제1항에 있어서, 상기 규조토는 상기 세라믹 다공체 100중량부에 대하여 50∼90중량부 함유되고, 상기 납석은 상기 세라믹 다공체 100중량부에 대하여 3∼30중량부 함유되어 있는 것을 특징으로 하는 수질정화용 세라믹 다공체.
  4. 규조토 및 납석을 출발 원료로 사용하고, 상기 출발 원료 100중량부에 대하여 상기 규조토 50∼90중량부 및 납석 3∼30중량부를 혼합하는 단계;
    바인더를 용매에 용해하여 바인더 용액을 만든 후, 혼합된 출발 원료에 분무하는 단계;
    바인더 용액이 분무된 혼합물을 원하는 형태의 성형체로 성형하는 단계;
    상기 성형체를 건조하는 단계; 및
    건조된 성형체를 소성로에 장입하고, 400∼800℃까지 승온시켜 10분∼10시간 동안 유지시켜 상기 바인더를 태워 제거하고, 1100∼1400℃의 온도로 승온시켜 1∼10시간 유지하여 소성하는 단계를 포함하며,
    제조된 세라믹 다공체는, 밀도가 1.0∼1.2g/㎤ 범위이고, 기공율은 42∼52% 범위를 가지며, 상기 세라믹 다공체의 제1 표면, 상기 제1 표면의 반대쪽에 있는 제2 표면, 상기 제1 표면과 상기 제2 표면 사이의 벌크 영역에 20∼200㎚ 크기의 복수 개의 나노 기공과, 1∼200㎛ 크기의 복수 개의 마이크로 기공 및 500㎛∼2㎜ 크기의 복수 개의 거대 기공이 형성되어 있는 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 기재된 수질정화용 세라믹 다공체의 제조방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 바인더의 열분해를 촉진하기 위하여 상기 소성로에 공기를 주입하거나 팬을 이용하여 강제적으로 배기하는 단계를 더 포함하는 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 기재된 수질정화용 세라믹 다공체의 제조방법.
  6. 제4항에 있어서, 상기 바인더는 용매에 대하여 중량비로 10∼50% 범위로 용해하여 상기 바인더 용액을 만들고, 상기 바인더로는 폴리에틸렌글리콜, 폴리비닐알콜, 규산나트륨, 폴리비닐부티랄, 셀룰로오스 또는 녹말을 사용하는 것을 특징으로 하는 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 기재된 수질정화용 세라믹 다공체의 제조방법.
  7. 제4항에 있어서, 1∼50㎛ 범위의 입경을 갖는 규조토와, 0.5∼5㎜ 범위의 입경을 갖는 납석을 사용하는 것을 특징으로 하는 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 기재된 수질정화용 세라믹 다공체의 제조방법.
  8. 제4항에 있어서, 상기 출발 원료로 규사를 더 포함하고, 상기 출발 원료 100중량부에 대하여 상기 규사 15∼50중량부를 상기 규조토 및 상기 납석과 함께 혼합하는 것을 특징으로 하는 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 기재된 수질정화용 세라믹 다공체의 제조방법.
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