KR20160086466A - 연수화 공정용 카본블록필터 제조방법 및 그 필터 - Google Patents
연수화 공정용 카본블록필터 제조방법 및 그 필터 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명의 연수화 공정용 카본블록필터의 제조방법은 제올라이트와 활성탄을 포함하는 기능성재료와 열가소성 수지가 혼합된 혼합물을 준비하는 교반혼합단계; 상기 혼합물을 성형기에 넣고 열처리하여 카본블록 필터재료를 형성하는 소성단계; 그리고 상기 카본블록 필터재료를 필터하우징에 장착하여 필터를 제조하는 장착단계;를 포함한다. 이를 이용하면, 우수한 경수의 연수화효율을 가지고 장기간 활용이 가능하여, 연수기만이 아니라 배관 스케일 제거용으로도 유용한 카본블록필터를 제공할 수 있다.
Description
본 발명은 연수화 공정용 카본블록필터 제조방법 및 연수화 공정용 카본블록필터에 대한 것으로, 물 속에서 3개월 이상 사용되어도 견고한 형태를 유지하면서도 충분한 투수특성과 연수화 성능을 가지는 필터와 그 제조방법에 관한 것이다.
수도물과 같은 경수에 포함되어 있는 경도 성분은 각종 피부 트러블, 세탁 효율 저하, 섬유 마모, 배관 부식, 물때 등 생활에 악영향을 끼치는 요인이 된다. 또한 경수를 오랜 기간 사용하면 냉동기나 보일러 등의 제품에 배관 스케일을 발생시킬 수 있기 때문에 이러한 제품들의 품질 유지를 위해서도 경수의 연수화가 필요하다. 이에 연수기를 사용하여 물속에 녹아있는 칼슘, 마그네슘, 철분 등 경도 성분을 제거한다.
경수의 연화는 물에 함유하고 있는 칼슘, 마그네슘을 제거하여 경수를 연수로 만드는 것으로 저비법(著沸法), 석회유법, 막공법, 탄산나트륨법, 이온교환수지법 등이 있다. 이온교환수지법은 수처리 기술 중 가장 간단한 방법이며 원수(경수)를 Na형의 양이온교환수지에 통과시켜 원수중의 경도성분인 칼슘이온(Ca2+), 마그네슘(Mg2+)을 수지중의 나트륨이온(Na+)과 교환하여 연수를 제조하는 방법이다.
본 발명의 목적은 충분한 투수특성과 연수화 성능을 가지면서 물 속에서도 블록 형태를 충분하게 유지할 수 있는 필터를 제공하는 것이다. 또한 본 발명의 목적은 상기 필터를 연속적으로 제조할 수 있는 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 연수화 공정용 카본블록필터의 제조방법은 제올라이트와 활성탄을 포함하는 기능성재료와 열가소성 수지가 혼합된 혼합물을 준비하는 교반혼합단계; 상기 혼합물을 성형기에 넣고 200 내지 250℃의 소성온도에서 열처리하여 카본블록 필터재료를 형성하는 소성단계; 그리고 상기 카본블록 필터재료를 필터하우징에 장착하여 필터를 제조하는 장착단계;를 포함한다.
상기 교반혼합단계에서 상기 열가소성 수지는 상기 기능성재료 100 중량부를 기준으로 15 내지 30 중량부로 적용될 수 있다.
상기 기능성재료는 상기 제올라이트와 상기 활성탄을 1: 1.5 내지 4의 중량비로 포함할 수 있고, 상기 기능성재료는 BET 법을 이용하여 측정한 비표면적이 800 내지 1200 m2/g인 것일 수 있다.
상기 열가소성 수지는, 폴리에틸렌(Polyethylene: PE), 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있고, 중량평균분자량이 300만 내지 1000만 g/mol이고 50 ㎛ 이하의 입경을 가지는 입자 형태의 초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE)을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 연수화 공정용 카본블록필터의 연속제조 시스템은, 제올라이트와 활성탄을 포함하는 기능성재료 100 중량부와 열가소성 수지 15 내지 30 중량부를 혼합하여 혼합물을 제조하는 교반부; 상기 교반부와 성형부를 서로 연결하며 연속적으로 혼합물이 공급되도록 하는 이송부; 상기 이송부의 일 말단에 연결되고 상기 혼합물을 200 내지 250℃의 소성온도로 연속적으로 압출 성형하는 성형부; 상기 성형부의 일 말단과 연결되며 상기 성형부를 이동하며 성형된 혼합물을 냉각하여 카본블록 필터재료를 형성하는 냉각부; 상기 냉각부의 일 말단과 연결되며 연속적으로 공급되는 카본블록 필터재료를 절단하는 절단부;를 포함한다.
이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연수화 공정용 카본블록필터의 제조방법은 제올라이트와 활성탄을 포함하는 기능성재료와 열가소성 수지가 혼합된 혼합물을 준비하는 교반혼합단계; 상기 혼합물을 성형기에 넣고 열처리하여 카본블록 필터재료를 형성하는 소성단계; 그리고 상기 카본블록 필터재료를 필터하우징에 장착하여 필터를 제조하는 장착단계;를 포함한다.
물이 경수인지 연수인지를 보여주는 총 경도는, 수중의 칼슘과 마그네슘 양을 탄산칼슘으로 환산하여 나타낸 값으로, 함유량에 따라 경수(센물)와 연수(단물)로 구분한다. 일반적으로 경도가 75 mg/L이하이면 연수, 75 내지 150 mg/L 이면 적당한 경수, 150 내지 300 mg/L이면 경수, 그리고 300 mg/L 이상인 경우 고경수라고 한다. 총 경도에 대한 먹는 물 수질기준은 300mg/L(WHO 기준미정)이하로 규정되어 있으며, 마시기 좋은 물은 100mg/L이하가 적당하다고 알려져 있다. 또한, 일반적으로 지하수 등은 경도가 높아서 연수화시킬 필요가 있다.
상기 연수화 공정용 카본블록필터의 제조방법에서 적용되는 제올라이트는 주로 알칼리 금속 또는 알칼리토류 금속을 함유하는 함수 알루미늄 규산염 광물의 일종으로, 상기 활성탄과 함께 사용되어 필터 내에서 경수를 연수화시키는 역할을 한다. 제올라이트는 구조에 따라서 분류될 수 있는데, 작은 세공을 가지는 LTA, ERI, CHA, 중간 크기의 세공을 가지는 MFI, MWW, FER, 큰 크기의 세공을 가지는 FAU, BEA, MOR, LTL, MTW 등이 적용될 수 있다.
상기 제올라이트는 BET 법을 이용하여 측정한 비표면적이 300 내지 900 m2/g인 것을 적용하는 것이 좋으며, 이때 연수화 효과를 극대화 할 수 있다. 또한, 상기 제올라이트는 5 내지 50 ㎛의 입경을 가지는 것을 적용하는 것이 좋으며, 이때 활성탄과 혼합하여 필터 재료를 제조하였을 때 우수한 성능을 나타낼 수 있다. 또한, 상기 활성탄은 200 내지 600 ㎛의 입경을 가지고 BET 법을 이용하여 측정한 비표면적이 1000 내지 1300 m2/g인 것을 적용하는 것이 좋다.
상기 기능성재료는 상기 제올라이트와 상기 활성탄을 1: 1.5 내지 4의 중량비로 포함할 수 있다. 이러한 함량의 비율로 제올라이트와 활성탄을 혼합하여 사용하는 경우에는 활성탄의 흡착성능과 제올라이트의 연수화 장점을 활용하고 제올라이트가 1:1.5보다 클 경우 연속방식 블록 필터 제조가 어렵고 1:4보다 작을경우 연수화 성능이 감소된다고 할 수 있다.
상기 기능성재료에는 상기 제올라이트와 활성탄으로 이루어질 수 있고, 이들 외에 필터의 기능을 향상시키기 위한 기타 재료를 더 포함할 수도 있다. 또한, 상기 기능성 재료는 BET법으로 측정한 비표면적이 800 내지 1200 m2/g인 것일 수 있다. 이러한 비표면적의 범위를 갖는 경우 필터가 물과 접하는 면적이 충분하여 연수화 기능을 충실하게 수행할 수 있다.
상기 열가소성 수지는 이후 필터의 소성단계에서 기능성재료들을 블록 필터 재료로 성형되도록 바인딩하는 역할을 하며, 예를 들어 폴리에틸렌(Polyethylene: PE), 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나가 사용될 수 있다. 이러한 열가소성 수지는 이후 소성과정에서 기능성재료들을 잘 결합하고 소성 필터의 형태를 유지해주는 역할을 할 수 있다.
상기 열가소성 수지는 50 ㎛ 이하의 입경을 가지는 것일 수 있고, 좋게는 10 내지 50 ㎛의 입경을 가지는 입자 형태일 수 있다. 이러한 경우 교반 과정에서 위의 기능성 소재들과 잘 혼합되어 최소한의 열가소성 수지를 사용하면서도 블록 형태로 필터의 형태를 안정적으로 형성할 수 있다.
상기 열가소성수지는 중량평균분자량이 300만 내지 1000만 g/mol인 것일 수 있고 밀도가 0.93 내지 0.94 g/cm2인 것일 수 있다. 이러한 열가소성 수지는 기능성재료와 함께 필터를 구성하기에 적절한 비중을 가질 수 있고, 높은 중량평균분자량으로 인하여 온도변화와 충격에 강한 안정적인 블록 필터를 제조할 수 있으며, 이렇게 큰 분자량의 열가소성수지를 적용하면 소성 과정에서 바인더의 표면만이 녹아 블록 제조시 필터 자체의 비표면적을 최대로 할 수 있다. 또한, 일반 열가소성 수지만을 상기 열가소성 수지로 적용하는 경우에는 열 소성 시 다공성의 기능성물질의 표면을 막아 필터의 성능을 감소시킬 수 있으나, 위의 초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE)을 포함하는 열가소성 수지를 적용하는 경우에는 필터 블록의 비표면적을 최대로 유지할 수 있다.
상기 열가소성 수지는 상기 기능성재료 100 중량부를 기준으로 15 내지 30 중량부로 적용될 수 있고, 15 내지 21 중량부로 적용될 수 있으며, 18 내지 21 중량부로 적용될 수 있다. 상기 기능성재료 100 중량부를 기준으로 상기 열가소성 수지가 15 중량부 미만으로 적용될 경우에는 필터가 잘 성형되지 않아서 쉽게 부서질 수 있고 30 중량부를 초과하는 경우에는 블록 필터의 성형은 잘 이루어지나 필터의 통수 성능이 현저하게 떨어져서 필터로서 기능하지 못할 수 있다. 상기 혼합물 내의 열가소성 수지의 함량이 상기 기능성재료 100 중량부를 기준으로 15 내지 21 중량부인 경우에는 기능성재료들과 열가소성 수지의 분산성과 극대화되면서도 블록 필터의 형태가 안정적으로 유지될 수 있으며, 특히 연속 공정으로 카본블록 필터재료를 제조할 경우 효율성을 극대화시킬 수 있다. 또한, 18 내지 21 중량부로 적용하는 경우에는 블록 필터 형태를 유지하면서도 소성 후 비표면적 저하가 최소화되어 형태 안정성이 우수하고 우수한 성능의 필터를 제공할 수 있다.
상기 혼합물은 상기 기능성재료와 상기 열가소성 수지를 교반기에 투입하고 교반하여 제조할 수 있으나, 이들을 혼합할 수 있는 방법이라면 적용 가능하다.
상기 소성단계에서, 상기 혼합물을 성형기, 바람직하게 실린더 형태의 압출 성형기에서 소성온도와 소성시간 동안 열처리되어 카본블록 필터재료를 형성될 될 수 있고, 특히 연속적으로 블록 필터 생산이 가능한 제조기를 이용하여 이러한 과정이 이루어질 수 있다. 상기 소성온도는 200 내지 250℃인 것이 좋은데, 200℃ 미만으로 소성과정을 진행하는 경우에는 열가소성 수지에 의한 결합효과가 미미할 수 있고, 250℃를 초과하여 진행하는 경우에는 불필요하게 에너지를 낭비하거나 필터의 비표면적이 감소하여 성형은 가능하나 통수가 불가능 할 수 있다. 소성온도는 압출성형물의 양에 따라서 조절될 수 있으나, 예를 들어 생산 속도가 빠를 때에는 높은 온도로 소성하고, 생산속도가 낮을 때에는 저온으로 조성하여 소성하면 최적의 필터를 제조할 수 있다. 예를 들어 생산속도는 0.5 내지 1.5 mm/sec인 경우에 상기 소성온도는 220 내지 240 ℃로 조절될 수 있다.
상기 열처리 후에는 상온으로 냉각하고 절단되어 연수화 공정용 기능성 카본블록 필터재료를 제공할 수 있으며, 이러한 과정은 연속적으로 제조될 수 있다.
상기 카본블록 필터재료는 0.5 내지 5 nm 의 평균기공크기를 가질 수 있고, BET 법을 이용하여 측정한 비표면적이 800 내지 1200 m2/g인 것일 수 있으며, 이때 수중에서 2개월 이상의 장기간 동안 형태를 유지한 상태로 연수화 공정을 효율적으로 수행할 수 있다.
상기 장착단계는 상기 카본블록 필터재료를 필터하우징에 장착하는 단계로, 상기 카본블록 필터재료를 단독으로 장착할 수 있고, 마이크로필터와 같은 다른 필터와 함께 장착할 수도 있다. 예를 들어, 도 6에 나타낸 것과 같이 필터하우징 내에 외부 혼합 블록 필터와 내부 혼합 블록 필터를 순차로 위치시켜서 필터를 제조할 수 있으며, 예를 들어 외부 혼합 블록 필터에 마이크로 필터 기능이 있는 경우에는 수돗물 등 물속에는 배관의 부식 등으로 인하여 발생하는 녹 등 입자상 부유물이나 염소부산물 등에 의하여 발생하는 입자상 부유물은 마이크로 필터로 제거하고 이후 본 발명의 카본블록 필터재료에 의하여 연수화 공정이 하나의 필터 내에서 이루어질 수 있다. 이러한 경우 일반적으로 사용하는 다중 필터의 사용 개수를 줄이고 컴팩트한 사이즈의 필터를 사용하면서 동일하거나 향상된 정수 및 연수화 성능를 필터에 제공할 수 있다.
이렇게 제조한 연수화 공정용 카본블록필터는 경수의 연수화, 석회석 제거용으로 활용될 수 있어서, 연수기 내부 필터로 적용될 수 있을 뿐만 아니라 냉동기 및 보일러 등에 배관 스케일 방지용 필터로 사용되어 냉동기 및 보일러의 품질을 유지에 기여할 수 있다. 또한, 경수제거효율이 90% 이상이고 2개월 이상 연속적으로 사용하여도 안정성을 유지할 수 있어서 연수화 공정에 유용하게 활용될 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 연수기의 제조방법은 제조방법에 의하여 제조한 연수화 공정용 카본블록필터를 포함한다. 또한, 본 발명이 또 다른 일 실시예에 따른 연수화 공정용 카본블록필터는 기능성 재료 100 중량부; 그리고 열가소성수지 15 내지 30 중량부를 포함하고, 상기 기능성재료는 제올라이트와 활성탄을 1: 1.5 내지 4의 중량비로 포함하는 것으로, BET 법을 이용하여 측정한 비표면적이 800 내지 1200 m2/g이고 평균기공크기가 0.5 내지 5 nm인 것이다. 상기 연수화 공정용 키본블록필터에 대한 구체적인 설명들은 위의 설명과 중복되므로 기재를 생략한다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 연수화 공정용 카본블록필터의 연속제조 시스템은 교반부, 이송부, 성형부, 냉각부, 및 절단부를 포함한다. 구체적으로, 상기 연수화 공정용 카본블록필터의 연속제조 시스템은, 제올라이트와 활성탄을 포함하는 기능성재료 100 중량부와 열가소성 수지 15 내지 30 중량부를 혼합하여 혼합물을 제조하는 교반부; 상기 교반부와 성형부를 서로 연결하며 연속적으로 혼합물이 공급되도록 하는 이송부; 상기 이송부의 일 말단에 연결되고 상기 혼합물을 200 내지 250℃의 소성온도로 연속적으로 압출 성형하는 성형부; 상기 성형부의 일 말단과 연결되며 상기 성형부를 이동하며 성형된 혼합물을 냉각하여 카본블록 필터재료를 형성하는 냉각부; 상기 냉각부의 일 말단과 연결되며 연속적으로 공급되는 카본블록 필터재료를 절단하는 절단부;를 포함하며 연속적으로 연수화 공정용 카본블록필터를 제조할 수 있다. 상기 연속제조 시스템에서 제올라이트, 활성탄, 기능성재료, 열가소성수지, 소성온도, 토출속도(생산속도) 등에 대한 내용은 위의 기재와 중복되므로 기재를 생략한다.
본 발명의 연수화 공정용 카본블록필터의 제조방법은 우수한 경수의 연수화효율을 가지고 장기간 활용이 가능한 카본블록필터를 제공할 수 있다. 상기 제조방법은 연속적으로 압출성형이 가능한 조건으로 설계되면서도 연수화 필터 제조 공정의 효율을 최대화시킬 수 있으며, 연수기만 아니라 냉동기나 보일러 등의 배관 스케일 제거용으로도 유용하다.
도 1은 본 발명의 실시예에서 성형이 우수한 카본블랙 필터의 사진이다.
도 2는 본 발명의 실시예에서 불량 성형된 카본블랙 필터 사진이다.
도 3은 본 발명의 실시예에서 사용한 제조된 카본블록필터 조각의 SEM 사진이다(x10,000).
도 4는 본 발명의 실시예인 카본블랙 필터재료를 이용하여 EDS 스펙트럼을 측정한 결과이다.
도 5는 본 발명의 실시예에서 연수화 성능평가 시에 사용한 장치의 사진이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 적용한 연속식 카본블록 필터재료의 성형장치의 개념도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 혼합블록필터의 단면 사진이다.
도 2는 본 발명의 실시예에서 불량 성형된 카본블랙 필터 사진이다.
도 3은 본 발명의 실시예에서 사용한 제조된 카본블록필터 조각의 SEM 사진이다(x10,000).
도 4는 본 발명의 실시예인 카본블랙 필터재료를 이용하여 EDS 스펙트럼을 측정한 결과이다.
도 5는 본 발명의 실시예에서 연수화 성능평가 시에 사용한 장치의 사진이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 적용한 연속식 카본블록 필터재료의 성형장치의 개념도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 혼합블록필터의 단면 사진이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
연수화 공정용 카본블록필터의 제조
이하, 카본블록필터의 제조과정을 단계로 나누어 설명하였으나, 각각의 원재료들을 교반기에 투입하여 자동교반, 원료이송, 투입, 소성, 냉각, 자동절단 등의 제조과정을 하나의 장비(교반부, 이송부, 성형부, 냉각부 그리고 절단부를 포함하는 제조장치, 도 6 참조)를 이용하여 제조하였다. 구체적으로, 도 6에 나타난 개념도의 장비에 각각의 원재료들이 교반되고, 실린더 형태로 압출 성형되며, 열처리된 후 냉각, 절단되어 제조하였다. 이하 각 과정을 자세히 설명한다.
(1) 원재료의 종류와 투입량 변화에 따른 필터의 성능
활성탄과 제올라이트를 연수화 공정용 카본블록필터의 기능성 성분으로 적용하였다. 활성탄은 입자 크기가 200 내지 600 ㎛이고 BET 법을 이용하여 측정한 비표면적이 900 내지 1300 m2/g인 것을 하기 표 1과 같이 혼합하여 사용하였고, 제올라이트는 5 내지 50 ㎛이고 BET 법을 이용하여 측정한 비표면적이 300 내지 900 m2/g인 것을 사용하였다.
| 다양한 활성탄의 샘플번호 |
비표면적이 1300m2/g인 활성탄 (중량부) |
비표면적이 900m2/g 인 활성탄 (중량부) | 샘플의 BET(m2 /g) |
| 1 | 90 | 10 | 1293 |
| 2 | 80 | 20 | 1284 |
| 3 | 70 | 30 | 1195 |
| 4 | 60 | 40 | 1169 |
| 5 | 50 | 50 | 1165 |
| 6 | 40 | 60 | 1120 |
| 7 | 30 | 70 | 1078 |
| 8 | 20 | 80 | 1056 |
| 9 | 10 | 90 | 995 |
상기 표 1의 각각의 샘플들의 비표면적을 비표면적 측정 장치(Autosorb-3B, Quntacrom)를 이용하여 측정하였다. 비표면적은 샘플의 종류에 따라서 약 990 내지 1300 m2/g 으로 나타나 필터로 적용하기에 적당한 넓은 비표면적을 가지는 것을 확인할 수 있었다.
카본블록 필터재료를 형성하기 위한 바인더로 열가소성 수지 중에서 초고분자폴리에틸렌(UHMWPE)을 적용하였다. UHMWPE는 중량평균분자량이 300만 내지 1000만 g/mol인 것을 약 325 mesh(크기 약 45 ㎛이하)로 분쇄하여 사용하였다.
상기 표 2는 표 1의 다양한 활성탄 샘플번호 4번과 비표면적이 938 m2/g인 플을 위의 바인더를 이용하여 이하 과정을 통하여 제조한 블록필터의 비표면적을 측정한 결과이다. 하기 결과를 참조하면 제조된 블록필터의 비표면적이 원재료의 비표면적보다 약 10% 이하로 감소된 것을 확인할 수 있었다.
| 활성탄 비표면적 (m2/g) | 제조된 블록필터 비표면적 (m2/g) |
| 938 | 928 |
| 1169 | 1072 |
또한, 제올라이트와 위의 샘플번호 4번의 활성탄을 1: 1.5 내지 4의 중량비로 포함하는 기능성 재료 샘플을 제조하여 비표면적을 측정했고 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
| 다양한 기능성 재료 샘플 번호 | 활성탄 : 제올라이트 (중량%) | 비표면적(m2/g) |
| 1 | 80 : 20 | 920 |
| 2 | 70 : 30 | 875 |
| 3 | 60 : 40 | 805 |
또한, 열가소성 수지의 함량을 조절하여 제조된 카본블록 필터재료의 제조결과를 필터재료의 성형상태와 통수 능력을 평가하였고 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다.
| 열가소성 수지 투입량 번화에 따른 샘플번호 | 열가소성 수지 투입량 (기능성재료 100 중량부에 대한 투입량, 중량부) | 결과 |
| 1 | 10 | 성형불가(성형물이 부서짐) |
| 2 | 20 | 성형상태 양호 |
| 3 | 33 | 성형상태 양호하나 통수 불가 |
상기 표 4를 참조하면, 열가소성수지의 투입량이 작은 샘플 1의 경우에는 성형물이 부서져 블록필터 형태로 성형이 어려운 것을 확인했으며, 33 투입량이 많은 샘플 3의 경우에는 성형상태는 양호하지만 통수가 되지 않아서 블록필터로 역할을 하지 못하는 것을 확인할 수 있었다.
또한, 전자주사 현미경(TESCAN study-3, LEO-1530FE)을 이용하여 우수하게 성형된 블록필터와 불량하게 성형된 블록필터, 그리고 우수하게 성형된 카본블록 필터재료 조각을 각각 관찰하였고, 그 사진을 도 1 내지 3에 나타내었다. 도 1의 사진을 참고하면, 원통형의 필터의 표면에 무수한 기공이 고르게 관찰되나, 도 2의 사진을 참고하면 표면에 기공이 보이지 않고 매끈한 표면을 갖거나 형태가 불규칙하고 재료들이 표면에 덩어리져 뭉쳐져 있는 것을 관찰할 수 있었다.
(2) 소성온도 변화에 따른 필터 성능 평가
도 6의 개념도에 나타낸 장치를 이용하여 압출온도를 변경하며 블록필터의 성능을 평가하였다. 이때, 위의 활성탄, 제올라이트, 바인더를 혼합한 혼합물을 각각 교반기에 투입하여 자동교반, 원료이송, 투입, 소성, 냉각, 자동절단 등의 제조과정을 하나로 처리하는 장비로 제조하였으며, 압출성형시의 온도는 200 내지 250 ℃에서 조절하고, 토출속도는 0.5 내지 1.5 mm/sec 속도 범위 내에서 조절하였으며 열처리를 한 후 냉각시키는 과정을 자동화하여 진행하였다. 이때 입출성형은 연속적으로 이루어졌으며, 내경이 30 mm, 외경이 63 내지 68 mm인 원통형으로 제조하였으며, 온도에 따른 성형결과를 하기 표 5에 나타내었다.
| 소성온도 변화에 따른 필터재료 샘플 | 소성온도 | 성형결과 |
| 1 | 200 ℃ | 성형 가능/ 강도약함 |
| 2 | 230 ℃ | 성형 가능/ 강도최적 |
| 3 | 250 ℃ | 성형 가능/ 밀도 높음 |
| 4 | 270 ℃ | 성형 가능/ 통수 불가 |
상기 표 5를 참고하면, 소성온도가 270 ℃인 경우에는 블록 필터 형태로 성형은 가능하나 통수가 되지 않아서 필터로서 기능하지 못하는 것으로 나타났으며, 각각 200, 230, 250 ℃의 경우에는 블록 필터 형태로 성형이 가능하면서도 통수가 가능한 것으로 확인되었다. 특히, 블록 필터의 경우에는 수중에서 일정한 압력을 받으면서 필터 역할을 하는 경우가 많으므로 적절한 강도를 가지는 것이 중요한데, 위의 샘플들 중에서 230 ℃에서 성형한 샘플의 강도가 최적임을 확인할 수 있었다.
(3) 제조된 카본블록 필터재료의 성분분석
EDS(TESCAN study-3, LEO-1530FE)를 이용하여 카본블랙 필터재료의 원소 함량 및 원소의 분포도를 측정하여 그 결과를 도 4와 표 6에 각각 나타내었다.
| Element (Line) | Element (wt%) | Atom (%) |
| C | 25.66 | 36 |
| O | 46.18 | 48.63 |
| Na | 0.07 | 0.05 |
| Mg | 0.14 | 0.1 |
| Al | 3.46 | 2.16 |
| Si | 19.99 | 12 |
| K | 0.47 | 0.2 |
| Ca | 0.08 | 0.03 |
| Ti | 0.12 | 0.04 |
| Fe | 0.61 | 0.18 |
| Zr | 2.87 | 0.53 |
| Mo | 0.34 | 0.06 |
| 총합 | 100 | 100 |
상기 도 4와 표 6을 참조하면, 샘플은 산소 46.18 wt%, 카본 25.66 wt %, 실리콘 19.99 wt%의 원소 함량을 나타내었으며, 이를 통하여 샘플이 탄화규소 및 실리콘산화물 형태의 물질임을 확인할 수 있었다.
(4) 카본블록 필터재료의 연수화 성능평가
카본블록 필터재료를 이용하여 도 5에 나타낸 장치를 이용하여 하기와 같이 연수화 성능평가를 실시하였다. 도 5 (가)의 물탱크에 수돗물 1,000L를 채우고, (라)와 같이 필터하우징에 카본블록블록 필터재료를 장착한 후 펌프를 통해 분당 1.5L의 수돗물을 필터 시켰다. 1,000L를 필터링 한 후 필터 된 물을 샘플링하여 총경도를 측정하였고, 동일한 실험방법으로 2,000L, 3,000L, 4,000L 5,000L 마다 필터 된 물을 샘플링하여 총 경도를 측정하였다. 총 경도 측정은 ICP 측정기를 사용하였으며 온도 (20±2)℃, 습도 (65±4)% R.H.의 조업조건에서 수행하였으며, 그 결과를 하기 표 7에 나타내었다.
| 구분 | 총경도 |
| 원수 (mg/L) | 36.5 |
| 1,000L 필터 후 (mg/L) | 8.6 |
| 2,000L 필터 후 (mg/L) | 7.8 |
| 3,000L 필터 후 (mg/L) | 6.4 |
| 4,000L 필터 후 (mg/L) | 4.7 |
| 5,000L 필터 후 (mg/L) | 3.4 |
| 시험방법 | 수질오염공정시험기준 준용 |
표 7를 참고하면, 측정 결과 원수에서는 36.5 mg/L가 측정되었으나 3000L 필터 후 6.4 mg/L, 5000L 필터 후에는 3.4 mg/L 값이 측정 되어서 연수화 공정의 성능이 우수한 것으로 확인되었다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
Claims (5)
- 제올라이트와 활성탄을 포함하는 기능성재료와 열가소성 수지가 혼합된 혼합물을 준비하는 교반혼합단계;
상기 혼합물을 성형기에 넣고 200 내지 250℃의 소성온도에서 열처리하여 카본블록 필터재료를 형성하는 소성단계; 그리고
상기 카본블록 필터재료를 필터하우징에 장착하여 필터를 제조하는 장착단계;를 포함하고,
상기 교반혼합단계에서 상기 열가소성 수지는 상기 기능성재료 100 중량부를 기준으로 15 내지 30 중량부로 적용되는, 연수화 공정용 카본블록필터의 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 기능성재료는 상기 제올라이트와 상기 활성탄을 1: 1.5 내지 4의 중량비로 포함하고, 상기 기능성재료는 BET 법을 이용하여 측정한 비표면적이 800 내지 1200 m2/g인 것인, 연수화 공정용 카본블록필터의 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 열가소성 수지는, 폴리에틸렌(Polyethylene: PE), 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인, 연수화 공정용 카본블록필터의 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 열가소성 수지는, 중량평균분자량이 300만 내지 1000만 g/mol이고 50 ㎛ 이하의 입경을 가지는 입자 형태의 초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE)을 포함하는, 연수화 공정용 카본블록필터의 제조방법. - 제올라이트와 활성탄을 포함하는 기능성재료 100 중량부와 열가소성 수지 15 내지 30 중량부를 혼합하여 혼합물을 제조하는 교반부; 상기 교반부와 성형부를 서로 연결하며 연속적으로 혼합물이 공급되도록 하는 이송부; 상기 이송부의 일 말단에 연결되고 상기 혼합물을 200 내지 250℃의 소성온도로 연속적으로 압출 성형하는 성형부; 상기 성형부의 일 말단과 연결되며 상기 성형부를 이동하며 성형된 혼합물을 냉각하여 카본블록 필터재료를 형성하는 냉각부; 상기 냉각부의 일 말단과 연결되며 연속적으로 공급되는 카본블록 필터재료를 절단하는 절단부;를 포함하는, 연수화 공정용 카본블록필터의 연속제조 시스템.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| KR1020150003352A KR20160086466A (ko) | 2015-01-09 | 2015-01-09 | 연수화 공정용 카본블록필터 제조방법 및 그 필터 |
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|---|---|---|---|
| KR1020150003352A KR20160086466A (ko) | 2015-01-09 | 2015-01-09 | 연수화 공정용 카본블록필터 제조방법 및 그 필터 |
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|---|---|
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| KR1020150003352A KR20160086466A (ko) | 2015-01-09 | 2015-01-09 | 연수화 공정용 카본블록필터 제조방법 및 그 필터 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102361906B1 (ko) * | 2021-05-11 | 2022-02-15 | 청정테크주식회사 | 하폐수 처리 재이용 시스템 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20080109023A (ko) | 2006-03-21 | 2008-12-16 | 손더 푸드 시스템즈 비.브이. | 식료품 저온살균 장치 |
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2015
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|---|---|---|---|---|
| KR20080109023A (ko) | 2006-03-21 | 2008-12-16 | 손더 푸드 시스템즈 비.브이. | 식료품 저온살균 장치 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102361906B1 (ko) * | 2021-05-11 | 2022-02-15 | 청정테크주식회사 | 하폐수 처리 재이용 시스템 |
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