KR20140013332A - 필터블록, 그를 이용한 정수용 필터 및 그의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명에서는 원통상 카트리지 필터용 활성탄 필터블록에 있어서, 상기 활성탄 필터블록의 내부 공간이 복수의 영역들로 분리되고, 각각의 영역들 내부에는 그에 인접하는 영역 또는 영역들에 충진된 활성탄과는 조성이 다른 독립된 활성탄이 충진되는 것을 특징으로 하는 필터블록, 그를 이용한 정수용 필터 및 그의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 의한 필터블록은 통수량 저하가 적으면서도 잔류염소 제거율이 우수하고, 사용수명이 연장된다는 장점이 있다.
본 발명에 의한 필터블록은 통수량 저하가 적으면서도 잔류염소 제거율이 우수하고, 사용수명이 연장된다는 장점이 있다.
Description
본 발명은 필터블록, 그를 이용한 정수용 필터 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 내부 공간이 복수의 독립된 영역들로 분리되고, 각각의 영역들 내부에는 그에 인접하는 영역 또는 영역들에 충진된 활성탄과는 조성이 다른 독립된 활성탄이 충진되어, 통수량 저하가 적으면서도 잔류염소 제거율이 우수하고, 사용수명이 연장되는 특징을 지닌 정수용 필터블록, 그를 이용한 정수용 필터 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
활성탄은 다양한 세공구조를 가진 탄소로서 오래전부터 대표적인 흡착제로 사용되어 왔다. 활성탄은 염소, 유기물의 제거나 트리할로메탄을 비롯한 전 유기 할로겐, 오존처리로 생기는 생물동화가 가능한 유기탄소 및 맛, 냄새의 원인물질을 제거할 수 있다. 현재 활성탄의 용도는 산업용으로는 폐가스 처리 및 휘발성 용제회수, 탈취분야, 수처리 분야에서는 독성유기물 제거 그리고 최근에는 정수장의 고도정수처리용이나 가정용 정수기 내의 전처리 흡착필터로도 사용되고 있어 그 사용용도 및 사용량이 점차 확대되고 있다.
예를 들어, 대한민국 특허 제843576호에는 입상활성탄과 분말활성탄 혼합물에 바인더와 폴리아미드 수지를 혼합한 활성탄 필터 성형체에 관한 기술이 개시되어 있다.
한편, 대한민국 특허 제473755호에는 활성탄소섬유를 파쇄하여 필터충진제로 제조한 기술이 개시되어 있다.
일본 공개특허공보 제2006-95517호에는 활성탄 및 금속이온을 담지한 제올라이트를 저융점 폴리머로 바인더로 고화한 다공질 성형체 제조에 관한 기술이 개시되어 있다.
일본 공개특허공보 제2010-104974호에는 적어도 2종류의 활성탄으로 혼합하고 일정 지름을 가진 다공질폴리머 바인더로 결합한 수처리용 필터제조에 관한 기술이 개시되어 있다.
상기 공지된 기술들은 활성탄 단독이나 2종 이상의 입자범위가 다른 활성탄을 바인더와 혼합하고 이를 열처리를 통해 튜브형태나 원통형태 등으로 성형한 후 튜브 내외면을 부직포로 감싸는 방법 등으로 제조된다. 그러나 이러한 블록형태의 카본필터는 바인더의 사용으로 일정부분 통수량 저하를 피할 수 없는 단점이 있으며 이로 인해 염소제거율 및 사용수명이 감소하는 단점이 있다. 또한 바인더의 불균일 혼합으로 인해 채널링(channeling)현상이 발생하고 이로 인해 염소제거율이 낮아져 물의 정화성능이 나빠지는 문제점이 있다.
이에, 본 발명자들은 바인더 사용을 최소화함으로써 제조공정이 단순하고 소요비용이 저렴하면서도 압력손실이 낮고 수명이 연장되며 높은 통수량 및 염소제거율을 가진 활성탄 블록필터를 개발하기 위해 노력한 결과, 바인더를 포함한 활성탄공간과 바인더를 포함하지 않은 활성탄 공간을 분리하여 카본성형체를 제조하게 되면 통상의 바인더를 포함하여 제조된 성형체에 비해 높은 제거율과 수명 및 낮은 압력손실을 발견하고 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
본 발명의 목적은 낮은 압력손실을 가지면서도 통수량과 염소 제거율이 우수함과 동시에 사용수명이 연장되는 활성탄 필터블록을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 독립된 활성탄 영역을 가진 필터블록의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 필터불록을 이용한 정수용 필터를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 필터블록은 원통상 카트리지 필터용 활성탄 필터블록에 있어서, 상기 활성탄 필터블록의 내부 공간이 복수의 영역들로 분리되고, 각각의 영역들 내부에는 그에 인접하는 영역 또는 영역들에 충진된 활성탄과는 조성이 다른 독립된 활성탄이 충진된 것을 특징으로 한다.
상기 복수의 영역은, 필터블록 내부에 존재하며 필터블록의 외주면보다 직경이 작은 하나의 원통상 경계면에 의하여 분리되어 형성되는 것이거나; 또는 필터블록 내부에 존재하며 필터블록의 외주면보다 직경이 작으면서 상호간에 직경이 같거나 다른 둘 이상의 원통상 경계면들에 의하여 분리되어 형성되는 것이다.
상기 복수의 영역은 필터블록과 같은 중심을 가지면서 직경이 다른 하나 이상의 원통상 경계면에 의하여 형성되는 것임이 바람직하다.
상기 영역들 중 필터블록의 외주면에 접하는 영역에는 바인더를 포함하는 활성탄이 충진되고; 필터블록의 외주면에 접하지 않는 영역들 중 하나 이상에 바인더를 포함하지 않는 활성탄이 충진되는 것이 바람직하다.
상기 필터블록의 외주면은 원수 접촉면인 것이 바람직하다.
상기 활성탄은 섬유상 활성탄, 입상 활성탄 및 분말상 활성탄으로 구성된 군으로부터 선택되는 하나 이상인 것일 수 있다.
상기 바인더는 저융점 폴리에틸렌, 에틸비닐아세테이트 또는 이들의 혼합물인 것이 바람직하다.
상기 바인더를 포함하지 않는 활성탄에는 셀룰로오스 단섬유, 폴리에스터 단섬유, 펄프, 실리카, 제올라이트 및 산화알루미늄으로 구성된 군으로부터 선택되는 하나 이상이 추가될 수 있다.
본 발명의 정수용 필터는 상기 필터블록의 외주면 및 내주면에 부직포를 적층하여 제조된 것이다.
본 발명의 필터블록의 제조방법은, 원통형 금형의 내부 공간을 외주면에서 내주면 방향으로 동심원상으로 복수의 영역들로 분리하고, 상기 영역들 중 외주면에 접한 제1영역에 제1활성탄을 충진하는 단계(S1); 상기 제1영역과 접하는 제2영역에 제2활성탄을 충진하는 단계 (S2); 상기 제1영역과 제2영역의 상부공간에 제1활성탄을 추가로 충진하여 활성탄층으로 마감하는 단계 (S3); 및 상기 마감된 블록을 압축, 열처리하는 단계 (S4);를 포함한다
상기 압축 및 열처리 조건은 50 내지 1,000kgf/cm2의 압력조건과 90~200℃의 온도조건에서 압축함과 동시에 1 내지 3시간 항온조건하에서 수행되는 것이 바람직하다.
본 발명의 필터블록은 통수량 저하가 적으면서도 잔류염소 제거율이 우수하고, 사용수명이 연장된다는 장점이 있다.
도1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 필터블록의 모식도로서, (a)는 사시도, (b)는 측면 투시도, (c)는 상면 투시도이다.
도2는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 필터블록의 모식적로서, (a)는 사시도, (b)는 측면 투시도, (c)는 상면 투시도이다.
도3은 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 필터블록의 모식도로서, (a)는 사시도, (b)는 측면 투시도, (c)는 상면 투시도이다.
도4는 본 발명의 일 실시형태에 따르는 필터블록의 제조방법을 설명하는 개략도이다.
도5는 본 발명의 실시예1에서, 분리필름으로 금형내 공간을 분리하고, 각각 영역에 성분이 다른 활성탄을 충진한 후 분리필름을 제거한 상태에 대한 사진이다.
도6은 본 발명의 실시예1과 비교예에서 제조된 필터블록들의 통수량 변화에 따른 염소제거율 측정치를 도시한 그래프이다.
도2는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 필터블록의 모식적로서, (a)는 사시도, (b)는 측면 투시도, (c)는 상면 투시도이다.
도3은 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 필터블록의 모식도로서, (a)는 사시도, (b)는 측면 투시도, (c)는 상면 투시도이다.
도4는 본 발명의 일 실시형태에 따르는 필터블록의 제조방법을 설명하는 개략도이다.
도5는 본 발명의 실시예1에서, 분리필름으로 금형내 공간을 분리하고, 각각 영역에 성분이 다른 활성탄을 충진한 후 분리필름을 제거한 상태에 대한 사진이다.
도6은 본 발명의 실시예1과 비교예에서 제조된 필터블록들의 통수량 변화에 따른 염소제거율 측정치를 도시한 그래프이다.
[필터블록]
본 발명의 필터블록은 필터블록의 내부 공간이 복수의 영역들로 분리되고, 각각의 영역들 내부에는 그에 인접하는 영역 또는 영역들에 충진된 활성탄과는 조성이 다른 독립된 활성탄이 충진된 것을 특징으로 한다. 본 발명에서 조성이 다르다 함은 충진되는 활성탄에 첨가되는 바인더나 가타 첨가제가 다른 경우 뿐만이 아니라 활성탄의 형태가 다른 경우도 포함한다.
상기 복수의 영역은, 필터블록 내부에 존재하며 필터블록의 외주면보다 직경이 작은 하나의 원통상 경계면에 의하여 분리되어 형성되는 것이거나; 또는 필터블록 내부에 존재하며 필터블록의 외주면보다 직경이 작으면서 상호간에 직경이 같거나 다른 둘 이상의 원통상 경계면들에 의하여 분리되어 형성될 수 있다. 상기 경계면은 조성이 다른 활성탄층이 접하는 경계면이거나, 또는 임의의 통수성 막이나 필름 등에 의하여 형성되는 것일 수도 있다.
이하 첨부되는 도면을 참조하여 본 발명의 필터블록을 보다 상세하게 설명한다.
도1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 필터블록의 모식도로서, (a)는 사시도, (b)는 측면투시도, (c)는 상면 투시도이다. 도1에 따른 본 발명의 일 실시형태에 따른 필터블록(10)은 내부 공간이 제1영역(12)과 제2영역(14)를 포함하는 두개의 영역으로 분리된 것으로, 상기 제1영역(12)과 제2영역(14)은 필터블록(10) 내부에 존재하며 필터블록(10)의 외주면(11)보다 직경이 작은 하나의 원통상 경계면(13)에 의하여 분리되어 형성된 것이다.
상기 제1영역(12)과 제2영역(14)에는 형태나 조성이 다른 활성탄이 충진된다.
바람직하게는, 상기 제1영역(12)에는 바인더를 포함하는 활성탄이 충진되고, 제2영역(14)에는 바인더를 포함하지 않는 활성탄이 충진되는 형태로 제1영역(12)과 제2영역(14)의 활성탄 조성이 다를 수 있다.
제1영역(12)에 활성탄과 함께 충진되는 상기 바인더는 활성탄입자를 결합하여 충진률을 향상시키고 입자의 탈락을 방지하기 위한 목적으로 사용된다. 상술한 목적으로 사용되는 바인더로서는 우레탄이나 에폭시로 대표되는 열경화성 수지, 저융점 폴리에틸렌, 에틸비닐아세테이트, 폴리에스터 등으로 대표되는 열가소성 수지 등 당업계에서 관용적으로 사용되는 것을 사용할 수 있다. 통상적으로, 상기 바인더의 융점은 90~200℃이다. 바람직하게는 저융점 폴리에틸렌이나 에틸비닐아세테이트 등이 유리한데 그 이유는 낮은 열처리 온도에서도 바인더 표면의 용융으로 인해 활성탄의 접착이 향상되기 때문이다.
상기 바인더의 형상은 섬유상 또는 분말상 모두 가능하다.
한편, 상기 바인더의 사용량은 사용되는 활성탄의 형태에 관계 없이 [활성탄:바인더]의 비율이 중량비로 [40~90:10~60]의 범위가 되도록 하는 것이 바람직하다. 각각의 활성탄 함량이 40중량% 미만이면 흡착력에 문제가 있고 90중량 %이상이면 압력손실이 증가하는 단점이 있다.
상기 바인더는 여과되는 물의 저항을 최소화하기 위해 그중 최소한 일부를 친수화 처리된 것으로 사용할 수 있다. 상기 친수화 처리는 각 바인더 소재에 따른 공지의 방법에 따를 수 있다. 예를 들어, 폴리프로필렌 또는 폴리에스테르 소재의 바인더인 경우에는 상기 친수화 처리방법으로 상압의 플라즈마 처리를 통해 친수화시키는 방법이 공지되어 있다.
상기 친수화 처리된 바인더를 사용하는 경우 그 함량은 전체 바인더 함량 대비 10 내지 40중량%를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 친수성 바인더 함량이 10중량% 미만이면 통수량 증가가 미비하고 40중량%를 초과하면 활성탄과의 혼합이 불균일하게 된다는 문제점이 발생한다.
본 발명의 유바인더 활성탄 성형체의 충진밀도는 요구성능이나 제조원가를 고려하여 자유롭게 조절가능하나 활성탄 종류에 상관없이 0.2 내지 0.8g/cm3인 것이 바람직하다. 만약 충전밀도가 상기 하한치를 벗어나게 되면 강도가 낮아 부서지기 쉬우며, 상한치를 초과하게 되면 단단해지고 이에 따라 충분한 통수량이 얻어지지 않는다.
한편, 제2영역(14)에 충진되는 활성탄에는 바인더가 포함되지 않는 대신 외층으로의 활성탄 유출방지, 압력분포 균등화, 기타 기능화를 위해 활성탄 이외 첨가제를 더욱 포함할 수 있다. 사용되는 첨가제로는 펄프, 셀룰로스 단섬유, 폴리에스터 단섬유, 산화알루미늄, 실리카, 제올라이트 등이다.
제2영역(12)에 충진되는 활성탄에 활성탄의 유출방지를 목적으로 첨가제를 사용하는 경우 상기 첨가제의 중량비율은 활성탄 중량 대비 5% 내지 40% 이하가 바람직하다. 만약, 첨가제의 비율이 5% 미만이면 활성탄 유출이 발생하며 40% 이상이면 활성탄 흡착력이 방해된다.
또한 기능성부분에서 항균성을 위해 산화알루미늄, 이온교환능력을 구비하기 위해 제올라이트 등이 더 포함될 수 있으며, 기능성 첨가제의 첨가비율은 사용자의 요구에 따라 함량조절이 가능하다
상기 각 영역들에 충진되는 활성탄은 섬유상 활성탄, 입상 활성탄, 분말상 활성탄 및 이들의 혼합형태를 사용하여 조성을 달리할 수도 있다.
활성탄은 평균적으로 500 ~ 2000m2/g 의 비표면적을 갖고 있으며, 이러한 높은 표면적으로 인해 효과적인 흡착제로 사용될 수 있다. 입자크기나 형태에 따라 분말, 입상 및 섬유상으로 나눌 수 있다.
섬유상 활성탄은 직경이 10 내지 20㎛이고 길이는 수백 ㎛에서 수 mm에 이르며, 비표면적 700 내지 2000 m2/g의 섬유 형상의 활성탄이다. 상기 섬유상 활성탄은 일반적으로 분말, 입상보다 비교적 높은 비표면적을 가지며 흡착에 관여하는 세공이 섬유표면에 대부분 노출되어 있기 때문에 원수중의 잔류염소나 기타 냄새물질 등의 흡착 및 탈착속도가 입상이나 분말활성탄에 비해 매우 빠른 특징이 있다. 하지만 충진밀도가 낮고 단위 체적당 흡착량이 작은 단점이 있다.
한편, 입상 활성탄은 0.5 내지 4mm 입자크기, 700 내지 2000 m2/g 의 비표면적을 가지며, 상기 분말상 활성탄 블록을 형성하는 분말상 활성탄은 대개 1 내지 150 ㎛의 크기, 700 내지 2000 m2/g 의 비표면적을 갖는다.
분말 활성탄은 단위체적당 높은 충진률에 의해 흡착량이 높고 염소제거율이 우수한 반면 통수량이 작거나 압력손실이 증가하는 문제가 있다. 반면 입상활성탄은 단위체적당 높은 충진률을 기대할 수 없어 흡착량은 낮으나 압력손실이 낮은 장점이 있다.
상기 활성탄과 바인더 혹은 활성탄과 첨가제의 혼합물을 준비함에 있어, 특별한 제한은 없는 바, 예를 들어, 상기 혼합물의 준비는 Jar-타입 믹서 등을 이용하여 일정시간 이상 혼합함으로써 활성탄과 바인더의 접촉면적을 증가시키고 바인더의 균일한 분포를 가질 수 있도록 수행될 수 있다.
도2는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 필터블록의 모식도로서, (a)는 사시도, (b)는 측면 투시도, (c)는 상면 투시도이다. 도2를 참조하면, 본 발명의 다른 실시형태에 따른 필터블록(20)은 내부 공간이 제1영역(22), 제2영역(24) 및 제3영역(26)의 3개의 영역들로 분리된 것을 특징으로 하며, 상기 각 영역들(22, 24 및 26)은 필터블록(20)의 외주면(21) 같은 중심을 가지면서 직경이 다른 두개의 원통상 경계면(23, 25)에 의하여 형성된 것이다. 상기 경계면들(23, 25)은 조성이 다른 활성탄층이 접하는 경계면이거나, 또는 임의의 통수성 막이나 필름 등에 의하여 형성되는 것일 수도 있다.
상기에서, 각각의 영역들(22,24 및 26) 내부에는 각각 인접하는 영역 또는 영역들에 충진된 활성탄과는 조성이 다른 독립된 활성탄이 충진된다. 다만, 인접하지 않은 영역들에 충진되는 활성탄은 동일한 조성일 수 있다.
상기 실시형태에서 바람직하게는, 제1영역(22)에는 바인더를 포함하는 활성탄이 충진되고, 제2영역(24)에는 바인더를 포함하지 않는 활성탄이 충진되는 형태로 제1영역(22)과 제2영역(24)의 활성탄 조성이 다른 것이다. 한편, 제3영역(26)에 충진되는 활성탄은 제2영역(24)에 충진되는 활성탄과 조성이 다른 것이다. 다만, 제3영역(26)에 충진되는 활성탄은 제1영역(22)에 충진되는 활성탄과는 동일한 것일 수 있다.
도3은 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 필터블록의 모식도로서, (a)는 사시도, (b)는 측면 투시도, (c)는 상면 투시도이다.
도3을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 필터블록(30)은 내부 공간이 제1영역(32), 제2영역(34) 및 제3영역(36) 및 제4영역(38)의 4개의 영역들로 분리된 것을 특징으로 한다. 상기 각 영역들(32, 34, 36 및 38)은 필터블록(30)의 외주면(31) 같은 중심을 같이하지 않는 별도의 3개의 원통의 경계면들(33. 35 및 37)에 의하여 형성된 것이다. 상기 원통들의 직경은 같은 것들이거나 또는 다른 것들일 수 있다.
상기에서, 각각의 영역들(32, 34, 36 및 38) 내부에는 각각 인접하는 영역 또는 영역들에 충진된 활성탄과는 조성이 다른 독립된 활성탄이 충진된다. 다만, 인접하지 않은 영역들에 충진되는 활성탄은 동일한 조성일 수 있다.
상기 실시형태에서 바람직하게는, 제1영역(32)에는 바인더를 포함하는 활성탄이 충진되고, 제2영역(34), 제3영역(36) 및 제4영역(38)에는 바인더를 포함하지 않는 활성탄이 충진되는 형태로 활성탄이 충진된다. 한편, 제2영역(34), 제3영역(36), 및 제4영역(38))에 충진되는 활성탄은 제1영역(32))에 충진되는 활성탄과 조성이 다른 것인 한에는 상호간에는 조성이 같은 것이거나 또는 다른 것일 수 있다.
[필터블록의 제조방법]
도4를 참조하여 상술한 필터블록의 제조방법을 설명한다. 도4는 본 발명의 일 실시형태에 따르는 필터블록의 제조방법을 설명하는 개략도이다.
도4를 참조하면 본 발명에 따르는 필터블록의 제조방법은,
원통형 금형의 내부 공간을 외주면에서 내주면 방향으로 동심원상으로 복수의 영역들로 분리하고, 상기 영역들 중 외주면에 접한 제1영역에 제1활성탄을 충진하는 단계(S1);
상기 제1영역과 접하는 제2영역에 제2활성탄을 충진하는 단계 (S2);
상기 제1영역과 제2영역의 상부공간에 제1활성탄을 추가로 충진하여 활성탄층으로 마감하는 단계 (S3); 및
상기 마감된 블록을 압축, 열처리하는 단계 (S4);를 포함한다.
본 발명의 제조방법에 있어서, 첫 번째 단계는 원통형 금형의 내부 공간을 외주면에서 내주면 방향으로 동심원상으로 복수의 영역들로 분리하고, 상기 영역들 중 외주면에 접한 제1영역에 제1활성탄을 충진하는 단계 (S1)이다. 이때, 상기 금형의 내부공간을 분리하는 수단은 특별히 제한은 없으며, 예를 들어, 분리형 시트나 필름을 동심원상으로 말아 금형 내에 배치하는 방법으로 상기 금형 내의 공간이 분리될 수 있다. 이 경우, 상기 분리수단은 충진이 완료되면 제거된다. 상기 분리 수단으로서 통수성 필름이나 시트를 사용하는 경우라면 분리수단은 제거되지 않을 수도 있다.
한편, 제1활성탄은 바람직하게는 바인더를 포함하는 활성탄이다. 상기 바인더에 관하여는 상술한 바와 같다.
한편, 외주면에 접하는 면은 필터블록이 완성되면 원수접촉면이 된다.
두번째 단계에서는 상기 제1영역과 접하는 제2영역에 제2활성탄이 충진된다(S2). 제2영역에 충진되는 제2활성탄은 바람직하게는 바인더를 포함하지 않는 활성탄이다.
한편, 상기 S1과 S2 단계에서, 제1활성탄과 제2활성탄을 충진하는 순서는 바뀔 수 있음은 물론이다.
세번째 단계는 상기 제1영역과 제2영역의 상부 공간에 제1활성탄을 추가로 충진하여 마감하는, 제2활성탄이 충진되는 제2영역이 제1활성탄으로 충진되는 제1영역에 의하여 완전하게 덮일 수 있도록 하는 단계이다 (S3).
마지막 단계는 상기 충진된 혼합물을 열처리하고 압축하는 단계이다 (S4). 상기 열처리/압축단계는 적절한 수단으로 가압 및 가열함으로써 수행된다. 바람직하게는 상기 가압 및 가열은 50 내지 1,000kgf/cm2의 압력조건과 90~200℃의 온도조건에서 압축함과 동시에 1 내지 3시간 항온조건하에서 수행된다.
상기의 압력범위에서 혼합물을 압축하기 위한 압력이 50kgf/cm2미만이면 압축이 충분치 않아 입자의 탈락이 발생할 수 있으며 압력이 1000kgf/cm2을 초과하게 되면 성형체가 부분적으로 파괴될 가능성이 있다. 또한 열처리 온도가 90℃ 미만이면 활성탄을 충분히 고정화하기 어렵고 200℃를 초과하면 상기의 시간 내에 바인더의 흐름이 발생하여 외주면상에 채널링이 발생할 수 있다. 상기의 열처리 시간에 대한 영향 또한 온도 및 압력의 효과와 유사하다.
한편, 제조된 독립된 활성탄 영역을 가진 활성탄 필터블록은 금형으로부터의 분리 후 냉각공정을 거치는데, 이때 냉각은 통상 상온(25℃)에서 실시하는 것이 유리하다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하고자 한다. 본 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것이며, 본 발명의 범위가 이들 실시예로 한정되는 것은 아니다.
<
실시예
1>
먼저, 입상 활성탄 (I사, 요오드흡착력;1000 mg/g) 50g과 바인더로서 저융점 폴리에틸렌 파우더 12.5g (M사, Melting temp.; 100℃)을 Jar-타입 믹서기를 통해 3시간 혼합하였다 (바인더 함량 20중량%). 이후 상기 준비된 각각의 활성탄/바인더 혼합물을 내경 3.8cm, 높이 14cm로 구성되고 온도조절이 가능하며 원통형 스테인레스 금형안에 직경의 1/4이 되는 위치에 폴리에스터 분리시트로 구분된 외주공간 안에 상기 활성탄/바인더 혼합물을 충진하였다.
다음으로, 내부공간에 바인더를 포함하지 않은 입상활성탄(I사, 요오드흡착력;1000 mg/g) 10g 을 충진한 뒤 분리필름을 제거하였다 (도5 참조).
마지막으로, 이후 바인더 20%를 포함한 활성탄 혼합물 10g을 상부에 충진하여 금형내의 활성탄 총량이 68g이 되게 한 뒤 열압축기를 이용하여 500kgf/cm2의 압력으로 120℃에서 1시간 열처리한 후 상온에서 충분한 냉각이 이루어지도록 하였다.
이후 금형으로부터 활성탄 필터블록을 분리한 뒤 부직포(W사, 밀도 15g/m2)로 필터블록 외관을 감싼 뒤 카트리지에 삽입하여 성능평가를 진행하였다.
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실시예
2>
상기 실시예1과 동일한 방법으로 외주면을 바인더 20%를 함유한 입상활성탄 (I사, 요오드흡착력;1000 mg/g)50g으로 충진한 뒤 분말활성탄 (J사, 요오드흡착력;1200 mg/g) 10g을 셀룰로스 단섬유없이 공간분리된 내부에 충진하였다. 상술한 활성탄 층 상부에 바인더 20%를 포함한 활성탄 혼합물 10g을 상부에 충진하여 금형내의 활성탄 총량이 68g이 되게한 뒤 실시예 1과 동일한 방법으로 독립된 활성탄 영역을 가진 활성탄 필터블록을 제조하였다.
<
실시예
3>
상기 실시예1과 동일한 방법으로 외주면을 바인더 20%를 함유한 입상활성탄 (I사, 요오드흡착력;1000 mg/g)50g으로 충진한 뒤 분말활성탄 (J사, 요오드흡착력;1200 mg/g) 10g과 셀룰로스 단섬유 6g을 혼합하여 이를 공간분리된 내부에 충진하였다. 상술한 활성탄 층 상부에 바인더 20%를 포함한 활성탄 혼합물 10g을 상부에 충진하여 금형내의 활성탄 총량이 68g이 되게한 뒤 실시예 1과 동일한 방법으로 독립된 활성탄 영역을 가진 필터블록을 제조하였다.
<
실시예
4>
상기 실시예 1 및 2와 동일한 방법으로 외주면을 바인더 20%를 함유한 입상활성탄 (I사, 요오드흡착력;1000 mg/g)50g으로 충진한 뒤 분말활성탄 (J사, 요오드흡착력;1200 mg/g) 5g과 입상활성탄 (I사, 요오드흡착력;1000 mg/g) 5g 및 셀룰로스 단섬유 6g을 혼합하여 이를 공간분리된 내부에 충진하였다. 상술한 활성탄 층 상부에 바인더 20%를 포함한 활성탄 혼합물 10g을 상부에 충진하여 금형내의 활성탄 총량이 68g이 되게한 뒤 실시예 1과 동일한 방법으로 독립된 활성탄 영역을 가진 활성탄 필터블록을 제조하였다.
<
실시예
5>
상기 실시예 1 및 2와 동일한 방법으로 외주면을 바인더 20%를 함유한 입상활성탄 (I사, 요오드흡착력;1000 mg/g)50g으로 충진한 뒤 섬유상활성탄 (J사, 요오드흡착력;1800 mg/g) 단독으로 10g을 공간분리된 내부에 충진하였다. 상술한 활성탄 층 상부에 바인더 20%를 포함한 활성탄 혼합물 10g을 상부에 충진하여 금형내의 활성탄 총량이 68g이 되게한 뒤 실시예 1과 동일한 방법으로 독립된 활성탄 영역을 가진 활성탄 필터블록을 제조하였다.
<
비교예
1>
입상 활성탄 (I사, 요오드흡착력;1000 mg/g) 80중량%, 68g과 저융점 폴리에틸렌 파우더 20중량 %, 17g (M사, Melting temp.; 100℃)을 Jar-타입 믹서기를 통해 3시간 혼합하고 이후 상기 준비된 각각의 활성탄/바인더 혼합물을 내경 3.8cm, 높이 14cm로 구성되고 온도조절이 가능한 원통형 스테인레스 금형안에 충진한뒤 열압축기를 이용하여 500kgf/cm2의 압력으로 120℃에서 1시간 열처리한 후 상온에서 충분한 냉각이 이루어지도록 하였다. 이후 금형으로부터 활성탄 필터블록을 분리한 뒤 부직포(W사, 밀도 15g/m2)로 필터블록 외관을 감싼 다음, 카트리지에 삽입하여 성능평가를 진행하였다.
<평가>
1. 충진밀도의 측정
본 발명의 독립된 활성탄 영역을 가진 활성탄 성형블록 필터에 있어서 각 활성탄 층의 충진밀도는 각각의 활성탄층 단독으로 활성탄 필터블록을 성형한 후 단위 체적을 측정한 무게로 나누어 구한 뒤 이를 다층구조로 성형하였을 때의 체적으로 환산하였다.
2. 여과유량의 측정과 누적유량의 환산
제조된 활성탄 필터 블록을 카트리지에 삽입한 후 외부유입(outside-in)방식으로 상온의 2 ppm의 염소를 포함한 원수를 일정압력으로 공급한 뒤 30초당 여과된 유량을 10분 간격으로 측정하고 이를 1시간당 누적유량으로 환산하였다.
3. 압력손실의 측정
제조된 활성탄 필터블록을 카트리지에 삽입한 후 외부유입(outside-in)방식으로 통수량 실험을 수행하는데 있어서 원수유입 측면과 원수유출 측면에 설치한 압력계상의 수치차이를 압력손실로 정의하였다.
4. 염소제거율의 측정
원수의 염소를 2 ppm으로 공급한 뒤 여과되는 물의 잔류염소 농도를 10분 간격으로 잔류염소 측정기(EUTECH)로 측정한 뒤 하기의 식으로 제거율을 계산하였다.
제거율 = (원수중의 염소농도-여과수의 원수농도)/원수중의 염소농도
이상의 평가 결과를 하기의 아래에 정리하였다.
| 구분 | 시간 | 압력손실 | 잔류염소농도 | 누적유량 | 염소제거율 |
| (min) | (kPa) | (ppm) | (L/min) | (%) | |
| 실시예1 | 0 | 1.2 | 0.05 | 14.4 | 97.4359 |
| 10 | 1.1 | 0.08 | 28.56 | 95.89744 | |
| 20 | 1.1 | 0.14 | 42.76 | 92.82051 | |
| 30 | 1.1 | 0.24 | 56.96 | 87.69231 | |
| 40 | 1.1 | 0.36 | 70.72 | 81.53846 | |
| 50 | 1.1 | 0.56 | 84.48 | 71.28205 | |
| 60 | 1.1 | 0.68 | 98.22 | 65.12821 | |
| 실시예2 | 0 | 1.2 | 0.14 | 13.52 | 93.10345 |
| 10 | 1.2 | 0.39 | 27.92 | 80.78818 | |
| 20 | 1.2 | 0.79 | 41.76 | 61.08374 | |
| 30 | 1.1 | 1.09 | 55.84 | 46.30542 | |
| 40 | 1.1 | 1.45 | 69.74 | 28.57143 | |
| 50 | 1.1 | 1.71 | 83.58 | 15.76355 | |
| 60 | 1.1 | 1.9 | 97.56 | 6.403941 | |
| 실시예3 | 0 | 1.3 | 0.06 | 14.2 | 97 |
| 10 | 1.2 | 0.17 | 28.4 | 91.5 | |
| 20 | 1.2 | 0.21 | 42.16 | 89.5 | |
| 30 | 1.2 | 0.24 | 56.2 | 88 | |
| 40 | 1.2 | 0.26 | 70.4 | 87 | |
| 50 | 1.2 | 0.28 | 84.48 | 86 | |
| 60 | 1.2 | 0.3 | 98.18 | 85 | |
| 실시예4 | 0 | 1.4 | 0.05 | 14.1 | 97.52475 |
| 10 | 1.3 | 0.06 | 28.5 | 97.0297 | |
| 20 | 1.3 | 0.07 | 42.62 | 96.53465 | |
| 30 | 1.3 | 0.09 | 56.96 | 95.54455 | |
| 40 | 1.3 | 0.1 | 71.1 | 95.0495 | |
| 50 | 1.3 | 0.1 | 85.12 | 95.0495 | |
| 60 | 1.3 | 0.11 | 99.58 | 94.55446 | |
| 실시예5 | 0 | 1.8 | 0.09 | 17.72 | 95.52239 |
| 10 | 1.7 | 0.13 | 35.46 | 93.53234 | |
| 20 | 1.7 | 0.25 | 53.02 | 87.56219 | |
| 30 | 1.7 | 0.41 | 70.28 | 79.60199 | |
| 40 | 1.7 | 0.6 | 87.54 | 70.14925 | |
| 50 | 1.7 | 0.81 | 104.6 | 59.70149 | |
| 비교예 | 0 | 1.3 | 0.11 | 15.18 | 94.30052 |
| 10 | 1.2 | 0.3 | 30.46 | 84.45596 | |
| 20 | 1.2 | 0.58 | 45.78 | 69.94819 | |
| 30 | 1.2 | 0.81 | 60.96 | 58.03109 | |
| 40 | 1.2 | 1.12 | 76.04 | 41.96891 | |
| 50 | 1.2 | 1.36 | 91.14 | 29.53368 | |
| 60 | 1.2 | 1.48 | 105.72 | 23.31606 |
실시예 1과 비교예에서 제작된 필터블록들을 비교할 경우, 표1과 도6의 그래프로 정리된 바와 같이, 본 발명의 독립된 활성탄 영역을 가진 활성탄 필터블록은 독립된 공간이 없는 종래의 활성탄 필터블록에 비해 유사한 누적유량 대비하여 우수한 제거율과 낮은 압력손실을 나타냄을 알 수 있다. 이는 동일한 활성탄 함량을 가지고 비교하였을 때 바인더의 사용 유무가 활성탄 성능에 많은 영향을 끼침을 알 수 있다.
실시예 2의 경우 초기 90%이상의 염소제거율에서 이후 염소제거율이 급격히 감소하는 것을 볼 수 있다. 이는 분말활성탄의 일부가 원수유입으로 인해 외주면의 유바인더 활성탄 블록층 밖으로 유출되는 것에 기인한다.
실시예 3 내지 실시예 6의 경우, 표에서 확인할 수 있는 바와 같이, 본 발명의 독립된 활성탄 영역을 가진 활성탄 필터블록은 종래의 기술인 활성탄/바인더 혼합성형으로부터 제조된 필터블록의 성능에 비해 매우 우수한 염소제거율과 기대수명이 예상된다. 또한 본 발명의 독립된 활성탄 영역을 가진 블록필터는 분리공간의 형태 및 개수를 다양화하여 원수중의 다양한 유무기 입자, 이온 등의 제거성능을 포함한 다기능 입자제거능이 부여될 수 있는 특징이 있다.
이상에서 본 발명은 기재된 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당 업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
본 발명의 필터블록은 휴대용 정수기, 수도직결형 정수기, 가정용 정수기의 RO전처리 필터로서 사용가능할 뿐만 아니라 일반 산업용 수처리 및 고도 정수처리 분야에도 적합하다.
10, 20, 30.. 필터블록들
12, 14, 22, 24, 26, 32, 34, 36, 38.. 분리된 영역들
12, 14, 22, 24, 26, 32, 34, 36, 38.. 분리된 영역들
Claims (11)
- 활성탄 필터블록의 내부 공간이 복수의 영역들로 분리되고, 각각의 영역들 내부에는 그에 인접하는 영역 또는 영역들에 충진된 활성탄과는 조성이 다른 독립된 활성탄이 충진된 것을 특징으로 하는 활성탄 필터블록.
- 제1항에 있어서, 상기 복수의 영역은, 필터블록 내부에 존재하며 필터블록의 외주면보다 직경이 작은 하나의 원통상 경계면에 의하여 분리되어 형성되는 것이거나; 또는 필터블록 내부에 존재하며 필터블록의 외주면 보다 직경이 작으면서 상호간에 직경이 같거나 다른 둘 이상의 원통상 경계면들에 의하여 분리되어 형성되는 것임을 특징으로 하는 상기 필터블록.
- 제1항에 있어서, 상기 복수의 영역은 필터블록과 같은 중심을 가지면서 직경이 다른 하나 이상의 원통상 경계면에 의하여 형성된 것임을 특징으로 하는 상기 필터블록.
- 제1항에 있어서, 상기 영역들 중 필터블록의 외주면에 접하는 영역에는 바인더를 포함하는 활성탄이 충진되고; 필터블록의 외주면에 접하지 않는 영역들 중 하나 이상에 바인더를 포함하지 않는 활성탄이 충진되는 것을 특징으로 하는 상기 필터블록.
- 제4항에 있어서, 상기 필터블록의 외주면은 원수 접촉면인 것을 특징으로 하는 상기 필터블록.
- 제4항에 있어서, 상기 활성탄은 섬유상 활성탄, 입상 활성탄 및 분말상 활성탄으로 구성된 군으로부터 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 상기 필터블록.
- 제4항에 있어서, 상기 바인더는 저융점 폴리에틸렌, 에틸비닐아세테이트 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 상기 필터블록.
- 제4항에 있어서, 상기 바인더를 포함하지 않는 활성탄은 셀룰로소 단섬유, 폴리에스터 단섬유, 펄프, 실리카, 제올라이트 및 산화알루미늄으로 구성된 군으로부터 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 상기 필터블록.
- 제1항 내지 제8항 중 어느 한항에 따르는 필터블록의 외주면 및 내주면에 부직포를 적층하여 제조된 정수용 필터.
- 원통형 금형의 내부 공간을 외주면에서 내주면 방향으로 동심원상으로 복수의 영역들로 분리하고, 상기 영역들 중 외주면에 접한 제1영역에 제1활성탄을 충진하는 단계 (S1);
상기 제1영역과 접하는 제2영역에 제1활성탄과는 조성이 다른 제2활성탄을 충진하는 단계 (S2);
상기 제1영역과 제2영역의 상부공간에 제1활성탄을 추가로 충진하여 활성탄층으로 마감하는 단계 (S3); 및
상기 마감된 블록을 압축, 열처리하는 단계 (S4);
를 포함하는 필터블록의 제조방법. - 제10항에 있어서, 상기 압축, 열처리 조건은 50 내지 1,000kgf/cm2의 압력조건과 90~200℃의 온도조건에서 압축함과 동시에 1 내지 3시간 항온조건하에서 수행되는 것을 특징으로 하는 독립된 활성탄 영역을 구비한 상기 필터블록의 제조방법.
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| KR1020120080016A KR20140013332A (ko) | 2012-07-23 | 2012-07-23 | 필터블록, 그를 이용한 정수용 필터 및 그의 제조방법 |
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| Publication Number | Publication Date |
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| KR20140013332A true KR20140013332A (ko) | 2014-02-05 |
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ID=50263782
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| KR1020120080016A KR20140013332A (ko) | 2012-07-23 | 2012-07-23 | 필터블록, 그를 이용한 정수용 필터 및 그의 제조방법 |
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| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20140013332A (ko) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20160076541A (ko) | 2014-12-23 | 2016-07-01 | 주식회사 피코그램 | 잔류염소 제거용 세라믹 블록필터 조성물 |
| KR20190090655A (ko) * | 2018-01-25 | 2019-08-02 | 엘지전자 주식회사 | 정수기용 필터 및 이를 포함하는 정수기 |
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- 2012-07-23 KR KR1020120080016A patent/KR20140013332A/ko not_active Application Discontinuation
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