KR20150108711A - 기능성 필터 및 이를 이용한 기능성 빨대 - Google Patents

기능성 필터 및 이를 이용한 기능성 빨대 Download PDF

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KR20150108711A
KR20150108711A KR1020140031877A KR20140031877A KR20150108711A KR 20150108711 A KR20150108711 A KR 20150108711A KR 1020140031877 A KR1020140031877 A KR 1020140031877A KR 20140031877 A KR20140031877 A KR 20140031877A KR 20150108711 A KR20150108711 A KR 20150108711A
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김희연
김단오
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장유리
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윤종철
김희연
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    • A47G21/188Drinking straws or the like with filters to remove impurities
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    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
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Abstract

본 발명은 멤브레인 필터, 이온교환수지 및 흡착제로 이루어진 기능성 필터에 있어서, 상기 흡착제가 갈대를 포함하는 정수용 기능성 필터 및 이를 포함하는 기능성 빨대를 제공한다. 또한 제올라이트 또는 세피올라이트에서 선택된 흡착제를 포함하는 카페인 제거용 기능성 필터 및 기능성 빨대를 제공한다.
따라서 비교적 작은 부피로 휴대가 간편하여 야외 또는 오지에서도 용이하게 정수된 음료를 섭취할 수 있고, 빨대 형상으로 사용자가 직접 입으로 빨아들이는 압력을 통하여 서서히 정화되는 구조이므로 펌프와 같은 별도의 구동장치가 필요 없어서, 제조비용이 크게 감소될 수 있다. 또한 오염된 물을 정수할 수 있는 기능뿐만 아니라 일상생활에서 다양한 음료수의 섭취 시 카페인의 섭취를 제한할 수 있는 장점을 갖는다.

Description

기능성 필터 및 이를 이용한 기능성 빨대{Functional filter and functional straw using the same}
본 발명은 액체를 흡입하여 마실 수 있는 기능성 빨대에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 오염되거나 카페인이 다량으로 포함되어 있는 액체를 여과하거나 카페인을 저감시켜 사용자의 건강에 유용한 액체를 음용할 수 있는 기능성 필터 및 이를 이용한 기능성 빨대에 관한 것이다.
일반적으로, 현대인들은 레저를 위한 야외활동이 증가하는 추세에 있으며, 오지에서는 정수된 음료의 공급이 제한되는 경우도 종종 일어나고 있다. 특히 아프리카와 같은 지역에서 오염된 물의 공급으로 인한 건강 문제는 심각한 형편이다.
이러한 문제점을 해결하고자, 대한민국 공개특허공보 특1999-0068713호는 야영객이나 군인 등이 간편하게 휴대하고 다니면서 야외에서 하천 등의 물을 마시거나 취사용수로 사용할 때 하천수 또는 자연수를 신속하게 정수 처리할 수 있는 휴대용 정수기에 관한 것으로서, 일측에 자연수를 흡입 및 차단하도록 제1 첵밸브가 설치된 실린더체와, 상기 실린더체 내에 자연수를 흡입 및 차단하도록 일측에 제2첵밸브가 설치되며 상기 실린더체의 개방단을 통해 삽입되어 전ㆍ후진 슬라이드 가능하게 배설되는 피스톤체와, 상기 피스톤체내에 착탈가능하게 내장되어 상기 피스톤체 내에 흡입된 자연수를 정수시키는 필터 카트리지와, 상기 피스톤체의 상부 외주면에 형성된 숫나사부에 나사결합되어 상기 필터 카트리지에서 정수된 물을 배출하는 배출구가 형성되어 있는 상부캡과, 정수처리된 물을 용이하게 흡입할 수 있도록 상기 상부캡에 나사결합되며 수평선에 대해 배출통로측이 일정 각도(θ) 상향되어 있는 손잡이와, 상기 실린더체의 유입구측을 덮으며 관통공이 형성되어 있는 하부캡을 구비한 휴대용 정수기를 개시하고 있다.
그런데 종래의 휴대용 정수기는 실린더를 구비하고 있어 부피가 증가하는 단점이 있으며 이에 따른 구조적으로 복잡성으로 인하여 제조비용이 증가되는 문제점이 있다.
한편 최근 에너지 음료라고 불리는 고카페인 음료가 시중에 대량으로 유통되며 무절제한 섭취량이 증가하고 있어서, 카페인 허용량에 대한 염려가 커지고 있다. 통상적으로 카페인 섭취량은 성인의 경우 일일 허용량이 400 ㎎ 정도이며, 성인을 제외한 청소년의 경우 체중 1 kg당 2.5 ㎎으로 제한되어 있다. 사용자가 체중 50 ㎏이라고 가정하는 경우 권장되는 카페인 허용치는 125 ㎎이므로 일반적인 고카페인 음료 한 잔에도 권장 섭취량을 초과하여 섭취할 수 있다. 카페인을 과량으로 섭취하는 경우 중추신경을 자극하여, 빈호흡, 부정맥, 불면증 및 감각기능 장애를 유발할 수 있으며, 성인이라도 5g이상 섭취하는 경우 급성 치사량에 도달할 수 있다.
이러한 부작용에도 카페인이 가지는 각성효과와 중독증상으로 인하여 무의식적으로 카페인을 다량 섭취하고 있는 실정이며, 특히 청소년인 경우에 고카페인이 함유된 음료수 적정량 이상 섭취하는 경우가 많아 건강을 해할 우려가 증가되고 있다.
본 발명은, 오염된 액체를 섭취할 가능성이 있는 야외에서 용이하게 정수된 액체를 섭취할 수 있으며, 또한 액체 내의 카페인이 일정량 제거되어 카페인 섭취량을 저감하여 섭취할 수 있는 기능성 빨대를 제공하는데 목적이 있다.
본 발명은, 멤브레인 필터, 이온교환수지 및 흡착제로 이루어진 기능성 필터에 있어서, 상기 흡착제가 갈대를 포함하는 정수용 기능성 필터를 제공한다.
또한 상기 흡착제는 활성탄을 더 포함할 수 있다.
여기서 상기 흡착제는 갈대 10 내지 50 중량% 및 활성탄 50 내지 90 중량%를 포함할 수 있다.
또한 상기 정수용 기능성 필터를 포함하는 기능성 빨대를 제공한다.
본 발명의 다른 측면에 의하면, 제올라이트 또는 세피올리아트에서 선택된 흡착제를 포함하는 카페인 제거용 기능성 필터를 제공한다.
또한 상기 카페인 제거용 기능성 필터를 포함하는 기능성 빨대를 제공한다.
본 발명에 따른 기능성 필터에 의하면, 비교적 작은 부피로 휴대가 간편하여 야외 또는 오지에서도 용이하게 정수된 음료를 섭취할 수 있다. 상기 기능성 필터를 포함하는 기능성 빨대는 빨대 형상이므로 사용자가 직접 입으로 빨아들이는 압력을 통하여 서서히 정화되는 구조이므로 펌프와 같은 별도의 구동장치가 필요 없어서, 제조비용이 크게 감소될 수 있다.
또한 오염된 물을 정수할 수 있는 기능뿐만 아니라 일상생활에서 다양한 음료수의 섭취 시 카페인의 섭취를 제한할 수 있는 장점을 갖는다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 정수용 기능성 필터의 단면도,
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 카페인 흡착용 기능성 필터의 단면도,
도 2는 도 1에 나타낸 정수용 기능성 필터를 포함하는 기능성 빨대의 사용상태도,
도 4은 온도에 따른 활성탄의 카페인 흡착력을 나타낸 그래프이다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 기능성 필터의 단면도이고, 도 2는 도 1에 나타낸 기능성 필터를 포함하는 기능성 빨대의 사용상태도이며, 도 3은 온도에 따른 활성탄의 카페인 흡착력을 나타낸 그래프이다.
먼저, 도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 정수용 기능성 필터(100)는 멤브레인필터(110), 이온교환수지(120) 및 흡착제(130)를 포함한다.
본 발명에 따른 기능성 빨대는 물이나 음료수를 입으로 빨아서 음용할 수 있도록 도와주는 도구이며, 상기 기능성 필터를 포함하는 기능성 빨대는 오염된 액체를 정수하여 섭취하거나, 액체에 함유된 카페인을 흡착 제거하여 카페인 섭취량을 저감시킬 수 있다.
이때, 멤브레인필터와 이온교환수지는 종래 정수용 필터에서 널리 사용되는 것이라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하며, 이에 한정되는 것은 아니다. 다만, 이하에서는 설명의 편의를 위해 이온교환수지로서 요오드 이온교환수지를 사용한다.
상기 정수용 기능성 필터(100)는 외통(140) 및 흡입부(150)를 구비할 수 있다.
상기 외통(140)은 액체의 유입 및 유출을 위한 유입구(141) 및 유출구(142)가 각 단부에 형성되고 중공의 관 형상이며, 상기 액체의 유동방향으로 갈수록 축소된 중공 단면을 가진다.
상기 유입구(141)는 정수대상이 되는 액체와 직접적으로 접촉하며, 유입구(141)는 액체가 상기 정수용 기능성 필터(100)로 이동할 수 있도록 일 측이 개방되어 있고, 상기 흡입부(150)와 연통되어 있다.
상기 정수용 기능성 필터(100)는 상기 유입구(141)로부터 액체가 유입되는 일 측 방향으로부터 멤브레인 필터(110), 요오드 이온교환수지(120) 및 흡착제(130)가 순서대로 충진된다.
상기 흡착제(130)는 갈대(132)를 포함할 수 있다.
상기 액체는 상기 유입구(141)를 통하여 상기 정수용 기능성 필터(100)의 내측으로 유입되고, 유입된 액체는 멤브레인 필터(110), 요오드 이온교환수지(120) 및 흡착제(130)를 통과하며 순서대로 큰 결정을 가진 불순물과 질소화합물을 여과하고, 마지막으로 악취를 제거하여 음용이 가능하도록 여과된다.
상기 정수용 기능성 필터(100)를 통과하여 여과된 액체는 상기 흡입부(150)를 통하여 사용자의 입에 전달된다.
상기 멤브레인 필터(110)는 유입되는 액체 내의 이물질을 선택적으로 투과할 수 있다. 일반적인 멤브레인 필터(110)는 큰 미립자부터 다양한 미생물을 액체로부터 분리할 수 있으며, 멤브레인 필터(110)에 형성되는 투수공은 15 내지 100 ㎛로 형성될 수 있다. 100 ㎛의 투수공은 흙과 같은 이물질을 제거할 수 있고, 15 ㎛인 경우에는 대부분의 세균 및 박테리아를 액체에서 분리할 수 있다. 액체를 투과시키는 힘은 상기 멤브레인 필터(110)의 사이의 농도차, 압력차 또는 전위차를 이용할 수 있는데, 본 발명은 사용자의 입을 통한 압력차를 이용하여 별도의 펌프와 같은 구동장치 없이 상기 액체를 유동시켜 정수할 수 있다.
또한 상기 액체는 상기 멤브레인 필터(110)를 통과하여 1차적으로 여과된 이후에 상기 요오드 이온교환수지(120)와 접촉한다. 오염된 액체는 질소화합물을 함유하고 있으며, 상기 요오드 이온교환수지(120)는 질소화합물 및 요오드를 회수할 수 있다. 특히 요오드 이온 간에는 강한 이온결합이 작용하기 때문에 분리가 쉽지 않으나, 상기 정수용 기능성 필터(100)는 요오드 교환 수지를 포함하여 질소화합물 및 요오드를 액체에서 분리하여 사용자에게 공급한다.
상기 흡착제(130)는 요오드 이온교환수지(120)를 통과한 액체와 접촉되도록 요오드 이온수지와 일측과 연결되어 있다. 상기 흡착제(130)는 유입되는 액체의 불순물을 흡착하도록 활성탄(131)을 더 포함할 수 있다.
상기 활성탄(131)은 다공성 물질로 단위부피에 비하여 표면적이 매우 크기 때문에 불순물을 흡착하여 제거할 수 있다. 특히 불순물을 흡착하여 제거하는 능력 이외에, 색소를 흡착하여 색을 없애는 탈색 능력 및 악취를 제거하는 탈취능력이 우수하다.
또한 상기 흡착제(130)는 갈대(132) 10 내지 50 중량% 및 활성탄(131) 50 내지 90 중량% 인 것이 바람직하다.
상기 갈대(132)는 질소와 인을 흡착할 수 있으며, 불순물을 흡착하고, 냄새를 제거하는 능력을 가지고 있어서, 상기 활성탄(131)의 역할을 동일하게 수행할 수 있다.
통상적인 정수 필터는 활성탄(131)을 포함하는 층을 두껍게 형성하나, 본 발명은 활성탄(131)과 동일한 역할을 수행하는 갈대(132)를 상기 정수부에 포함시켜 친환경적인 재질로 정수부를 구성함과 동시에, 많은 부피를 차지하는 고중량의 활성탄(131)의 대신에 갈대(132)의 사용을 증가시켜 기능성 빨대의 제조비용 및 무게를 감소시키고 제작을 용이하게 할 수 있다.
상기 갈대(132)가 10 중량% 미만인 경우 활성탄(131)이 더 많은 양이 소모되어 효율성이 떨어지며, 갈대(132)가 50 중량%를 초과하는 경우에는 같은 무게의 활성탄(131)에 비해 정수 효과가 떨어지는 문제점이 있다.
상기 흡입부(150)는 상기 외통(140)으로부터 연장되어, 상기 정수용 기능서 필터와 연통되어 있으며, 상기 정수용 기능성 필터(100)에서 배출되는 액체를 사용자의 입까지 전달한다. 상기 흡입부(150)는, 상기 유출구로부터 유출되는 액체의 통로를 형성하고 사용자의 입과 접촉할 수 있는 빨대와, 상기 빨대의 일부분에 주름지게 형성되어 사용자가 일 방향으로 절곡할 수 있는 주름부(152)를 포함할 수 있다.
여기서 상기 흡입부(150)는 사용자의 입과 접촉되는 부분이므로, 촉감을 부드럽게 하고 연성을 가지는 합성수지 재질로 형성될 수 있으나 이에 한정되지는 않는다.
또한 상기 외통(140)은, 탄성을 갖는 바이오 플라스틱 재질로 만들어진 것을 특징으로 하여, 사용 후에 폐기 처리 시 용이하게 부패하는 것을 특징으로 할 수 있다. 상기 바이오 플라스틱은 바이오 매스를 포함하는 고분자를 말하여 식물을 원료로 하는 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다.
한편 상기 기능성 빨대(200)는 상기 정수용 기능성 필터(100)를 수용하는 삽입부(210), 고정부(220) 및 고정수단(230)을 구비할 수 있다.
상기 기능성 빨대(200)는 상기 정수용 기능성 필터(100)를 수용하여 고정하는 역할을 수행하여 사용자가 직접 정수용 기능성 필터(100)를 접촉하는 것을 방지하고, 정수용 기능성 필터(100)가 오염되는 것을 방지할 수 있다.
상기 삽입부(210)는 상기 외통(140)이 내삽되는 중공 원통 형상이며, 상기 고정부(220)는 상기 외통(140)이 고정될 수 있도록 상기 액체의 유동방향으로 갈수록 축소된 중공의 단면을 가지도록 상기 삽입부(210)로부터 연장되어 형성된다.
상기 외통(140)이 액체의 유동방향으로 갈수록 축소된 중공 단면을 가지는 것은 상기 고정부에 대응하여 상기 정수용 기능성 필터(100)를 상기 기능성 빨대(200)에 고정시키기 위함이다.
한편 상기 고정부(220) 일단에는 홀이 형성되며, 상기 흡입부(150)는 상기 홀을 관통하여 고정된다.
상기 삽입부(210)는 상기 정수용 기능성 필터(100)보다 조금 큰 지름으로 개구부가 형성되고, 상기 정수용 기능성 필터(100)가 내측으로 삽입될 수 있다.
상기 고정수단(230)은 상기 정수용 기능성 필터(100)의 외통(140)이 상기 삽입부 내로 삽입되었을 때, 상기 정수용 기능성 필터(100)가 이탈되지 않도록 상기 삽입부(210)의 입구단에 설치된다. 상기 고정수단(230)은 환형의 고리 형상으로서, 그 일측은 상기 삽입부(210)의 입구단에 고정되고, 타측은 상기 삽입부(210)의 입구단에 착탈 가능하게 결합하는 마개인 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 정수용 기능성 필터(100)가 상기 기능성 빨대(200) 내측으로 삽입된 이후에 상기 마개가 걸림 고정되면 상기 정수용 기능성 필터(100)는 상기 기능성 빨대(200)로부터 이탈되지 않는다.
또한 상기 기능성 빨대(200)는 투명한 재질로 제작되어 내측의 상기 정수용 기능성 필터(100)를 육안을 통하여 확인할 수 있는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 정수용 기능성 필터(100)의 작동방법에 관하여 설명하면 다음과 같다. 야외 활동 중 오지에서 정수된 음료를 얻기 어려운 경우에 기능성 빨대(200)의 마개를 열고, 상기 정수용 기능성 필터(100)를 기능성 빨대(200)에 삽입하고 마개를 닫아 고정한다. 사용자는 기능성 빨대(200)의 외주면을 파지하여 오염된 액체와 직접 접촉하여 입안으로 빨아드림으로서, 상기 액체가 상기 정수용 기능성 필터를 통과하여 정화된 상태로 사용자에게 공급된다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 제올라이트 또는 세피올라이트에서 선택된 흡착제(130)를 포함하는 카페인 제거용 기능성 필터(200)를 제공한다.
도 3은 온도에 따른 활성탄(131)의 카페인 흡착력을 나타낸 그래프이다. 활성탄(131)의 경우 온도에 따라 카페인 흡착능력에 차이를 보인다. 따라서 활성탄(131)만으로 액체 내에 함유된 카페인을 다량으로 저감시키는 것은 상당히 어렵다.
제올라이트는 규소(Si)와 알루미늄(Al)으로 이루어진 광물로 규소와 알루미늄의 비율에 따라서 여러 종류가 존재한다. 그 중에서 상기 제올라이트 와이(310)는 Si/Al = 1.6 으로 나타나며, 결정구조 속에 수분을 포함한다. 제올라이트 와이(310)를 가열하여 수분을 방출시키면 구조의 빈 공간으로 중금속이나 카페인과 같은 극성물질을 흡착할 수 있다.
세피올라이트는 규소(Si), 마그네슘(Mg), 산소(O2) 등으로 이루어진 광물로 높은 흡착성능을 보이며 제올라이트와 동일하게 극성물질의 흡착이 가능하다.
상기 흡착제(130)는 한 쌍의 반투과막과, 상기 반투과막 사이에서 카페인 오렌지로 염색된 제올라이트 와이(Zeolite Y, 310)를 더 포함할 수 있다.
상기 반투과막은 액체만 통과시킬 수 있으며, 상기 반투과막 사이에 충진된 상기 제올라이트 와이(310)는 카페인을 흡착한 이후에도 상기 카페인 제거용 기능성 필터에 그대로 남아있게 된다.
한편 상기 제올라이트 와이(310)는 염료인 카페인 오렌지로 염색될 수 있으며, 카페인 오렌지로 염색되는 경우 카페인을 흡착하여 오렌지색으로 변색 되고, 사용자는 육안으로 액체에 카페인이 함유 여부를 판별할 수 있다.
따라서 상기 흡착제(130)가 상기 제올라이트 와이(310)를 포함하는 경우에는 액체 내의 카페인을 크게 저감할 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공하는 것이다.
<실시예 1> 정수용 기능성 필터의 제조
정수용 기능성 필터의 제조에 있어서, 하천 가장자리에 군생하는 정수성 식물인 갈대를 채취하였다. 정수용 기능성 필터를 제조하기 위하여 활성탄 80 중량%에 상기 채취된 갈대를 20 중량%로 추가하였다.
투수공이 15 ㎛인 멤프레인 필터를 복수로 준비하여 순서대로 접하여 기능성 게 경우 멤브레인 필터를 층으로 형성하고, 요오드 이온교환수지를 추가하였다.
<실시예 2> 카페인 제거용 기능성 필터의 제조
제올라이트 와이를 준비하여 카페인 오렌지 염료를 이용하여 염색하였다. 이격되어 있는 반투과막 사이에 제올라이트 와이 20 중량%를 충진하여 카페인 제거용 기능성 필터를 제조하였다.
<실험예 1> 정수용 기능성 필터의 정수능력
정수용 기능성 필터를 사용하여 오염된 액체를 정화하고 정화된 액체의 음용여부를 실험하였다. 실험은 환경부 고시인 먹는물수질공정시험 기준(환경부고시 제2012-143호)에 따라 실시되었다.
상기 정수용 기능성 필터를 통과한 액체에서는 일반세균 및 불순물인 암모니아성 질소, 질산성질소, 비소, 요오드 등의 화학물질이 검출되지 않았다.
<실험예 2> 카페인 제거용 기능성 필터의 카페인 흡착성능
시중에서 유통되는 에너지 드링크를 흡착하여 통과 시킨 이후에 통과된 액체의 카페인 함유량을 측정하였다. 고성능액체크로마토그래피(High performance liquid chromatography;HPLC)를 이용하여 카페인 제거용 기능성 필터를 통과하기 전과 통과후의 에너지 드링크의 카페인 함량을 비교한 결과 카페인 초기 농도 0.12 ㎎/㎖에서 0.096 ㎎/㎖으로 감소하여 약 20 %의 카페인의 감소효과를 보였다.
이상으로 본 발명의 실시예에 따르면, 휴대가능한 간단한 구조의 빨대를 이용하여 야외활동 중이나 오지에서 정수된 깨끗한 물을 섭취할 수 있으며, 도시에서 고카페인이 우려되는 음료를 섭취하는 경우 카페인이 저감된 음료를 섭취할 수 있어서 카페인 중독이나 부작용을 방지할 수 있는 장점이 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
100 : 정수용 기능성 필터 110 : 멤브레인 필터
120 : 요오드 이온교환수지 130 : 흡착제
131 : 활성탄 132 : 갈대
140 : 외통 141 : 유입구
142 : 유출구 150 : 흡입부
151 : 접촉부 152 : 주름부
200 : 기능성 빨대 210 : 삽입부
220 : 고정부 300 : 카페인 흡착용 기능성 필터
310 : 제올라이트 와이

Claims (6)

  1. 멤브레인 필터, 이온교환수지 및 흡착제로 이루어진 기능성 필터에 있어서, 상기 흡착제가 갈대를 포함하는 것을 특징으로 하는 정수용 기능성 필터.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 흡착제는 활성탄을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정수용 기능성 필터.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 흡착제는 갈대 10 내지 50 중량% 및 활성탄 50 내지 90 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 정수용 기능성 필터.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 따른 정수용 기능성 필터를 포함하는 기능성 빨대.
  5. 제올라이트 또는 세피올리아트에서 선택된 흡착제를 포함하는 카페인 제거용 기능성 필터.
  6. 청구항 5에 따른 카페인 제거용 기능성 필터를 포함하는 기능성 빨대.
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