KR20170125243A - Membrane for air diffuser and preparation method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 산기관용 멤브레인 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기계적 특성과 내화학적 특성이 향상된 산기관용 멤브레인 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a membrane for an acid bran and a method for producing the same, and more particularly, to a membrane for an acid bran having improved mechanical properties and chemical resistance, and a method for producing the membrane.
산기관(air diffuser)은 수중으로 공기, 산소 및 오존 등을 분사하여 물을 정화할 수 있도록 하는 장치이며, 분사된 기체는 물에 용해되어 유기물 산화, 질산화 및 미생물의 성장환경을 제공하게 된다.An air diffuser is a device that allows water to be purified by spraying air, oxygen, and ozone into water, and the injected gas is dissolved in water to provide an environment for organic oxidation, nitrification, and growth of microorganisms.
산기관은 주로 하수 및 폐수를 생물학적으로 처리하는 과정에서 포기조의 미생물에 산소를 공급하여 폐수를 정화 처리하는 공정 중 송풍기로부터 유입된 공기를 멤브레인을 통하여 미세하게 분사시키며, 산기관의 성능은 산소전달효율에 따라 결정되므로, 상기 산소전달효율을 극대화하는 것이 가장 중요하다. In the process of biological treatment of sewage and wastewater, the air diffuser injects air from the blower through the membrane in the process of purifying the wastewater by supplying oxygen to the microorganism of the aeration tank. It is most important to maximize the oxygen transfer efficiency.
특히, 현재 사용되고 있는 하수처리공법의 대부분이 연속회분식 방식으로, 간헐포기 구간이 존재하고 이에 따라 정지, 가동 및 순간정지와 같은 과정이 반복되므로, 산기관 내 멤브레인의 신축빈도가 빈번하여 상기 멤브레인의 기계적 변형과 더불어 멤브레인의 화학적 반응현상 때문에 기공의 구조 변형이 발생하게 된다. 이러한 기공의 구조 변형으로 인하여 통기량이 감소하고, 이는 산소전달효율 저하와 더불어 슬러지가 퇴적되므로 산기관의 막힘현상을 초래하므로, 산기관의 부하가 전달되어 불균형 산기 현상을 일으기케 된다.
Particularly, since most of the currently used sewage treatment methods are continuous batch type, intermittent aeration section exists, and thus the processes such as stop, start, and instant stop are repeated, so that the frequency of expansion of the membrane in the aeration tube is frequently, Due to the mechanical deformation and the chemical reaction of the membrane, structural deformation of the pores occurs. Due to the structural deformation of these pores, the amount of the aeration decreases, which causes the sludge to accumulate along with the deterioration of the oxygen transfer efficiency, resulting in clogging of the organs.
이에, 종래의 산기관은 다양한 형태와 구조 및 재질로 제작되어 여러 가지 종류들이 공급되고 있는데, 내부식성의 금속판재를 타공하여 산기구를 구성한 산기관, 입상의 세라믹을 접착하여 형성된 공극을 산기구로 이용하는 세라믹 산기관 등은 내구성이 우수하고 견고한 편이나, 산기구가 미세하지 못하므로 산소이전율이 낮고, 산소공급이 중지되는 비 포기시에는 수체가 산기관을 통하여 송기관까지 역류하므로 송기관의 내부에 퇴적물이 쌓이게 되는 문제점이 발생하게 된다.Accordingly, the conventional air diffuser is manufactured in various shapes, structures and materials, and various types are supplied. The air diffusers formed by adhering the corrosion-resistant metal plate to the air diffuser, Ceramic acid organs to be used have excellent durability and are solid. However, since oxygen impermeability is low due to insufficient acid mechanism, when water is not supplied to stop oxygen supply, the water body flows back to the organ through the acid ore, A problem arises in that sediments are accumulated on the surface of the substrate.
따라서, 기계적 특성과 내화학적 특성이 우수하여 산소전달효율을 향상시킬 수 있는 산기관용 멤브레인의 연구가 절실한 실정이다.
Therefore, there is an urgent need to study a membrane for an acid catalyst which can improve the oxygen transfer efficiency because of its excellent mechanical and chemical characteristics.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 기계적 특성과 내화학적 특성이 우수하고 동시에 산기관의 산소전달효율을 향상시킬 수 있는 산기관용 멤브레인과 이의 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.
It is an object of the present invention to solve the problems described above and to provide a membrane for an acid catalyst and a method for producing the same that can provide excellent mechanical and chemical resistance and oxygen transfer efficiency of an acid engine.
본 발명의 대표적인 일 측면에 따르면, 고무계 고분자 및 무기소재를 포함하며, 상기 무기소재는 입방정 결정구조(cubic crystal structure)를 갖는 산화물인 것을 특징으로 하는 산기관용 멤브레인에 관한 것이다.According to a representative aspect of the present invention, there is provided a membrane for an acid diffuser, comprising a rubber-based polymer and an inorganic material, wherein the inorganic material is an oxide having a cubic crystal structure.
상기 무기소재는 산화세륨, 산화지르코늄 및 산화칼슘 중에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 한다.The inorganic material is characterized by being at least one selected from cerium oxide, zirconium oxide and calcium oxide.
상기 고무계 고분자는 에틸렌 프로필렌 고무, 스티렌부타디엔 고무, 아크릴 고무 및 우레탄 고무 중에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 한다.Wherein the rubber-based polymer is at least one selected from ethylene propylene rubber, styrene butadiene rubber, acrylic rubber and urethane rubber.
상기 멤브레인은 직경이 1 내지 50 ㎛인 기공 크기를 갖는 것을 특징으로 한다. The membrane is characterized in that it has a pore size of 1 to 50 mu m in diameter.
상기 산기관용 멤브레인은 원통형인 것을 특징으로 한다.The membrane for an acid tube is characterized by being cylindrical.
상기 멤브레인은 경시변화에 따른 산소전달효율 값의 변화가 0.2%/20days 이내인 것을 특징으로 한다.The membrane is characterized in that the change in oxygen transfer efficiency value with time is within 0.2% / 20 days.
본 발명의 다른 대표적인 일 측면에 따르면, (A) 고무계 고분자 및 무기소재를 혼합하는 단계, 및According to another exemplary aspect of the present invention, there is provided a method for producing a rubber composition, comprising (A) mixing a rubber-
(B) 상기 혼합물을 압출 성형하여 원통형 멤브레인으로 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 산기관용 멤브레인의 제조방법에 관한 것이다.And (B) extruding the mixture to form a cylindrical membrane.
상기 무기소재는 고무계 고분자 중량에 대하여 5 내지 20 중량%로 포함되는 것을 특징으로 한다.The inorganic material is contained in an amount of 5 to 20% by weight based on the weight of the rubber-based polymer.
상기 (A) 단계는 물성향상제, 가교제 및 가교촉진제 중에서 선택된 1종 이상의 첨가제를 첨가하여 혼합하는 것을 특징으로 한다.In the step (A), at least one additive selected from the group consisting of a physical property improving agent, a crosslinking agent and a crosslinking accelerator is added and mixed.
상기 (B) 단계는 80 내지 200 ℃의 온도에서 10 내지 100 rpm의 스크류 회전속도로 수행되는 것을 특징으로 한다.
The step (B) is performed at a screw rotating speed of 10 to 100 rpm at a temperature of 80 to 200 ° C.
본 발명에 따른 산기관용 멤브레인은 기계적 특성과 내화학적 특성이 우수하고, 동시에 산기관의 막힘현상을 억제하여 산소전달효율을 증가시키는데 현저한 효과를 나타낸다.
The membrane according to the present invention exhibits excellent mechanical and chemical characteristics, and at the same time inhibits the clogging of the acid ore, thereby showing a remarkable effect in increasing the oxygen transfer efficiency.
도 1은 하수처리 시스템의 산기관에 적용된 산기관용 멤브레인의 모습을 나타낸 이미지로, (a)는 종래의 디스크형 멤브레인이 적용된 모습을 나타내며, (b)는 본 발명의 일 구현예에 따른 원통형 멤브레인이 적용된 모습을 나타낸다.
도 2는 종래의 디스크형 멤브레인이 산기관에 적용되었을 때 나타나는 막힘현상을 도시환 것이다.
도 3은 제조예에서 합성된 산화세륨 콜로이드를 나타낸 이미지이다.
도 4는 본 발명의 일 구현예에 따라 제조된 산기관용 원통형 멤브레인을 나타낸 이미지이다.
도 5는 실시예 1, 2 및 비교예 1의 원통형 멤브레인을 주사 전자 현미경(Scanning electron microscope, SEM)으로 분석한 결과를 나타낸 이미지로, (a)는 비교예 1, (b)는 실시예 1, (c)는 실시예 2를 나타낸다.
도 6은 실시예 1, 2 및 비교예 1, 2의 원통형 멤브레인의 인장강도를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 7은 실시예 1, 2 및 비교예 1, 2의 원통형 멤브레인의 경도를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 8은 실시예 1, 2 및 비교예 1, 2의 원통형 멤브레인을 산기관에 적용하였을 때, 산기관의 산소전달효율을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 9는 실시예 2 및 비교예 1의 원통형 멤브레인의 경시변화에 따른 산소전달효율 변화를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.FIG. 1 is an image showing a membrane for an aeration tube applied to an aeration system of a sewage treatment system, wherein (a) shows a state in which a conventional disk-shaped membrane is applied, (b) shows a cylindrical membrane Is applied.
FIG. 2 is a block diagram showing a clogging phenomenon that occurs when a conventional disk-shaped membrane is applied to an air diffuser.
3 is an image showing the cerium oxide colloid synthesized in Production Example.
4 is an image showing a cylindrical membrane for an acid diffuser manufactured according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is an image showing the results of analysis of cylindrical membranes of Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 by a scanning electron microscope (SEM), wherein (a) is Comparative Example 1, (b) , and (c) show the second embodiment.
6 is a graph showing the results of measuring the tensile strengths of the cylindrical membranes of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2. Fig.
7 is a graph showing the results of measurement of the hardness of the cylindrical membranes of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2. Fig.
FIG. 8 is a graph showing the results of measurement of the oxygen transfer efficiency of an air diffuser when the cylindrical membranes of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2 were applied to an air diffuser. FIG.
FIG. 9 is a graph showing the results of measurement of changes in oxygen transfer efficiency with time in the cylindrical membranes of Example 2 and Comparative Example 1. FIG.
이하에서, 본 발명의 여러 측면 및 다양한 구현예에 대해 더욱 구체적으로 살펴보도록 한다.Hereinafter, various aspects and various embodiments of the present invention will be described in more detail.
본 발명은 고무계 고분자 및 무기소재를 포함하며, 상기 무기소재는 입방정 구조(cubic crystal structure)를 갖는 산화물인 것을 특징으로 하는 산기관용 멤브레인을 제공한다.The present invention provides a membrane for an acid catalyst, which comprises a rubber-based polymer and an inorganic material, and the inorganic material is an oxide having a cubic crystal structure.
상기 고무계 고분자는 에틸렌 프로필렌 고무, 스티렌부타디엔 고무, 아크릴 고무 및 우레탄 고무 중에서 선택된 1종 이상인 것이 바람직하다.The rubber-based polymer is preferably at least one selected from ethylene propylene rubber, styrene butadiene rubber, acrylic rubber and urethane rubber.
상기 고무계 고분자를 단독으로 사용할 경우에는 산소와 멤브레인의 화학적 반응으로 인하여 멤브레인의 기공구조가 변형되어, 멤브레인의 기계적 성질이 저하되는 문제점을 가진다.When the rubber-based polymer is used alone, the pore structure of the membrane is deformed due to the chemical reaction between oxygen and the membrane, thereby deteriorating the mechanical properties of the membrane.
이러한 문제점을 극복하기 위하여 본 발명에서는 고무계 고분자에 무기소재를 첨가하였으며, 상기 무기소재는 기계적 특성과 내화학적 특성을 향상시키는 역할을 한다.In order to overcome this problem, an inorganic material is added to the rubber polymer in the present invention, and the inorganic material plays a role in improving the mechanical and chemical properties.
일반적인 무기소재로는 탄산칼슘, 알루미나 및 비결정형 산화규소 등이 주로 사용되나, 본 발명에서는 상기 무기소재로 입방정 결정구조(cubic crystal structure)를 갖는 것을 사용하는 것이 바람직하며, 구체적으로는 산화세륨, 산화지르코늄 및 산화칼슘 중에서 선택된 1종 이상인 것이 더욱 바람직하다.As a general inorganic material, calcium carbonate, alumina and amorphous silicon oxide are mainly used. In the present invention, it is preferable to use a material having a cubic crystal structure as the inorganic material. Specifically, cerium oxide, Zirconium oxide and calcium oxide are more preferable.
상술한 입방정 결정구조를 갖는 무기소재가 아닌 종래의 탄산칼슘, 알루미나 및 비결정형 산화규소 등의 무기소재를 사용하는 경우에는 기계적 물성은 상승시킬 수 있으나, 산소전달효율이 오히려 감소하는 문제점이 발생하게 될 수 있어, 반드시 입방정 결정구조를 갖는 무기소재를 사용해야만 멤브레인이 산기관에 적용되었을 때, 기계적 물성과 함께 산소전달효율을 효과적으로 향상시킬 수 있다.When inorganic materials such as calcium carbonate, alumina and amorphous silicon oxide, which are not inorganic materials having the cubic crystal structure described above, are used, the mechanical properties can be increased, but the oxygen transfer efficiency is rather reduced The inorganic material having a cubic crystal structure must be used to effectively improve the oxygen transfer efficiency as well as the mechanical properties when the membrane is applied to the oxygen tube.
상기 무기소재는 고무계 고분자 중량에 대하여 5 내지 20 중량%로 투입되는 것이 바람직한데, 상기 무기소재의 함량이 5 중량% 미만이면 기계적 성질이 향상되는 효과가 미미하여 바람직하지 않고, 20 중량%를 초과하면 무기소재 자체의 연결도가 높아져 멤브레인의 통기를 저해하거나, 유연성이 급격하게 저하될 수 있어 바람직하지 않다.If the content of the inorganic material is less than 5% by weight, the effect of improving mechanical properties is insufficient. If the content of the inorganic material exceeds 20% by weight, The degree of connection of the inorganic material itself is increased and the permeability of the membrane may be hindered or the flexibility may be rapidly lowered.
일반적으로 산기관은 하수처리장의 바닥에 가지관으로 연결되어 있어 공간이 협소한 특성을 나타낸다. 이와 관련하여 도 1을 살펴보면, 도 1의 (a)는 디스크형의 멤브레인이 산기관에 적용된 실제 모습을 나타낸 이미지로서, 상기 이미지에서 보는 바와 같이 실제 하수처리장의 산기관은 설치 공간이 매우 협소한 것을 알 수 있다. 이에, 디스크형의 멤브레인은 구조적 특성상 바닥과 수평으로 형성될 수 밖에 없으며, 이렇게 형성된 각 멤브레인은 가지관으로 연결된 것을 확인할 수 있다.Generally, the acid ore is connected to the bottom of the sewage treatment plant by a branch pipe, and the space is narrow. 1 (a) is an image showing an actual state in which a disc-shaped membrane is applied to an air diffuser. As shown in the image, the actual air diffuser of the actual sewage treatment plant has a very narrow installation space . Therefore, it can be confirmed that the disk-shaped membrane has to be formed horizontally and horizontally due to its structural characteristics, and each membrane thus formed is connected to the branch pipe.
또한, 도 2에 도시한 바와 같이, 디스크형의 멤브레인이 설치된 산기관에 막힘현상이 나타나면 고정적인 퇴적물이 존재하기 쉬운데 이러한 퇴적물이 혐기 부패될 경우에 유독가스를 통한 악취 및 포기조 미생물의 성장환경을 파괴하는 심각한 문제점을 나타낸다.In addition, as shown in FIG. 2, when clogging occurs in an air diffuser provided with a disk-shaped membrane, fixed sediments tend to exist. When these sediments are anaerobically decayed, the environment of odor and aeration microbes through toxic gas It represents a serious problem of destruction.
따라서, 본 발명에서는 이러한 문제점을 해결하기 위하여 산기관용 멤브레인을 원통형으로 제조하여 산기관에 적용시키는 것을 특징으로 한다. 이와 관련하여, 도 1의 (b)는 원통형의 멤브레인이 적용된 산기관의 실제모습을 나타낸 이미지로, 상기 이미지에서 보는 바와 같이, 협소한 공간에 보다 많은 원통형의 멤브레인이 적절하게 배치 가능함을 알 수 있다. 또한, 원통형의 표면적을 갖는 멤브레인의 특성상 막힘현상을 억제할 수 있으므로, 퇴적물로 인한 포기조 미생물의 성장환경이 영향을 받는 것을 억제하는데도 현저한 효과를 나타낸다.Therefore, in order to solve such a problem, the present invention is characterized in that a membrane for an acid tube is formed into a cylindrical shape and applied to an acid tube. In this connection, FIG. 1 (b) is an image showing an actual view of an air diffuser to which a cylindrical membrane is applied. As shown in the image, it can be seen that more cylindrical membranes can be appropriately arranged in a narrow space have. Further, the clogging phenomenon can be suppressed due to the characteristics of the membrane having a cylindrical surface area, and thus, the effect is also remarkable in suppressing the growth environment of the aeration microorganism caused by the sediment.
아울러, 상기 본 발명에 따른 산기관용 멤브레인은 직경이 1 내지 50 ㎛인 기공을 갖는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 기공의 직경이 3 내지 30 ㎛의 크기를 갖는 것이다.In addition, the membrane for an acid diffuser according to the present invention preferably has pores having a diameter of 1 to 50 탆, more preferably a pore having a diameter of 3 to 30 탆.
만일, 상기 기공 크기가 1 ㎛ 미만이면, 멤브레인의 통기저항이 발생할 수 있어 바람직하지 않으며, 50 ㎛를 초과하면 멤브레인의 기계적 강도가 급격히 저하될 수 있어 바람직하지 않다. If the pore size is less than 1 탆, the membrane may not have a sufficient flow resistance. If the pore size is more than 50 탆, the mechanical strength of the membrane may be rapidly lowered.
따라서, 본 발명에 따른 산기관용 멤브레인은 직경이 1 내지 50 ㎛인 기공이 형성된 원통형의 멤브레인으로서, 경시변화에 따른 산소전달효율 값의 변화가 0.2%/20days 이내인 것을 특징으로 하며, 특히, 멤브레인은 직경이 3 내지 30 ㎛일 때 산소전달효율 값의 변화가 가장 적은 것을 확인하였다.Therefore, the membrane for an acid diffuser according to the present invention is a cylindrical membrane having pores with a diameter of 1 to 50 탆, characterized in that the change of oxygen transfer efficiency value with time is within 0.2% / 20 days, It was confirmed that the oxygen transfer efficiency value was the smallest when the diameter was 3 to 30 탆.
또한, 본 발명은 (A) 고무계 고분자 및 무기소재를 혼합하는 단계, 및 (B) 상기 혼합물을 압출 성형하여 원통형의 멤브레인으로 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 산기관용 멤브레인의 제조방법을 제공한다.The present invention also provides a process for producing an acid catalyst membrane, which comprises (A) mixing a rubber-based polymer and an inorganic material, and (B) extruding the mixture to form a cylindrical membrane do.
상기 (A) 단계는 고무계 고분자와 무기소재를 혼합하여 1차 혼련시키는 단계로, 상기 고무계 고분자와 무기소재 이외에 첨가제를 더 첨가하여 혼합하는 것이 바람직하다. In the step (A), the rubber-based polymer and the inorganic material are mixed and primary kneaded. It is preferable that the rubber-based polymer and the inorganic material are further mixed with an additive.
상기 첨가제로는 물성향상제, 가교제 및 가교촉진제 중에서 선택된 1종 이상인 것이 바람직하며, 구체적으로 상기 물성향상제는 산기관용 멤브레인의 내구성을 유지하기 위하여 첨가되는 것으로서, 카본 블랙, 테트라 플루오로 에틸렌 프로필렌계 공중합체 등을 예로 들 수 있다. 그리고 가교제는 고무계 고분자를 효과적으로 가교시키는 역할을 하며, 황 등을 들 수 있고, 상기 가교제의 촉매 역할을 하는 상기 가교 촉진제는 가황촉진제, 스테아린산, 및 산화아연 등을 사용할 수 있다.The additive is preferably at least one selected from the group consisting of a physical property improver, a cross-linking agent and a cross-linking accelerator. More specifically, the physical property improver is added to maintain the durability of the membrane for an acid tube, and carbon black, a tetrafluoroethylene propylene copolymer And the like. The crosslinking agent serves to effectively crosslink the rubber-based polymer, and sulfur can be exemplified. As the crosslinking accelerator which serves as a catalyst for the crosslinking agent, a vulcanization accelerator, stearic acid, and zinc oxide can be used.
특히, 상기 첨가제 중에서 카본 블랙, 황 및 가황촉진제를 투입했을 때, 다른 첨가제와는 달리 산기관용 멤브레인의 내구성과 기계적 물성을 향상시키는데 가장 효과적인 것을 확인하였다.Particularly, when carbon black, sulfur and a vulcanization accelerator are added to the additives, unlike other additives, it is confirmed that they are most effective for improving the durability and mechanical properties of the acid-base membrane.
상기 (B) 단계는 상기 (A) 단계를 통해 1차 혼련된 혼합물을 2차 혼련시킨 후에 혼련된 혼합물을 압출기로 성형하는 단계로서, 혼련시킨 혼합물을 멤브레인으로 제조하는 단계이다.The step (B) is a step of kneading the mixture that has been firstly kneaded through the step (A), and then kneading the kneaded mixture with an extruder, wherein the kneaded mixture is formed into a membrane.
보다 상세하게는, 먼저, 1차 혼련된 혼합물은 30 내지 70 ℃의 온도에서 2차 혼련시킨 후에 2차 혼련된 혼합물을 압출기에 투입한다. 그리고 80 내지 200 ℃의 온도에서 스크류 회전속도를 10 내지 100 rpm으로 조절하여 압출시킴으로서 원통형의 멤브레인으로 제조할 수 있다. 상기 압출 온도 및 회전속도 범위를 벗어나는 경우에는 멤브레인이 균일하게 형성되지 않을 우려가 있어 바람직하지 않다.More specifically, first, the primary kneaded mixture is subjected to secondary kneading at a temperature of 30 to 70 DEG C, and then the secondary kneaded mixture is fed into an extruder. Then, the screw rotating speed is adjusted at a temperature of 80 to 200 캜 at a rate of 10 to 100 rpm to produce a cylindrical membrane. If the extrusion temperature and rotational speed range are exceeded, the membrane may not be uniformly formed, which is not preferable.
이하에서 실시예 등을 통해 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 하며, 다만 이하에 실시예 등에 의해 본 발명의 범위와 내용이 축소되거나 제한되어 해석될 수 없다. 또한, 이하의 실시예를 포함한 본 발명의 개시 내용에 기초한다면, 구체적으로 실험 결과가 제시되지 않은 본 발명을 통상의 기술자가 용이하게 실시할 수 있음은 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연하다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and the like, but the scope and content of the present invention can not be construed to be limited or limited by the following Examples. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the following claims. It is natural that it belongs to the claims.
또한 이하에서 제시되는 실험 결과는 상기 실시예 및 비교예의 대표적인 실험 결과만을 기재한 것이며, 아래에서 명시적으로 제시하지 않은 본 발명의 여러 구현예의 각각의 효과는 해당 부분에서 구체적으로 기재하도록 한다.
In addition, the experimental results presented below only show representative experimental results of the embodiments and the comparative examples, and the respective effects of various embodiments of the present invention which are not explicitly described below will be specifically described in the corresponding part.
(( 제조예Manufacturing example : 산화세륨의 합성): Synthesis of cerium oxide)
에틸렌글리콜(ethylene glycol)과 에탄올(ethanol)을 50 g : 200 g의 중량비율로 혼합한 후, 세륨질산염을 첨가하고 교반하였다. 상기 혼합물에 과산화수소와 수산화암모늄을 첨가하여 반응시키고, 반응이 완료되면 원심분리하여 용매를 제거하고, 잔여 불순물을 제거하기 위하여 500 ℃의 온도에서 열처리함으로써 최종 산화세륨 분말을 제조하였다.
Ethylene glycol and ethanol were mixed in a weight ratio of 50 g: 200 g, and then cerium nitrate was added and stirred. The mixture was reacted by adding hydrogen peroxide and ammonium hydroxide. When the reaction was completed, the reaction mixture was centrifuged to remove the solvent, and the final cerium oxide powder was prepared by heat treatment at 500 ° C to remove residual impurities.
(( 실시예Example 1: 산화세륨이 첨가된 원통형 1: cylindrical with cerium oxide added 멤브레인의Membrane 제조) Produce)
에틸렌프로필렌 고무(금호폴리켐, 금호7141) 500 g, 카본블랙(진양소재, FEF-carbon black) 200 g을 반응기에 넣고 60-90 ℃의 온도에서 1차 혼련시켰다. 그리고, 1차 혼련이 종료된 반응기에 황(미원상사, S) 10 g과 가황촉진제인 디벤조티아질 디설파이드(진양소재, DM) 12 g, 티오람(진양소재, TT) 5g, 산화아연(진양소재, 아연아) 10 g 및 상기 제조예를 통해 제조된 산화세륨 분말을 첨가하고, 50 ℃의 온도에서 2차 혼련시킨 후, 상기 혼합물을 압출기에 투입하여 100-150 ℃의 온도에서 40 rpm의 스크류 회전속도 하에 압출시켜 직경이 3 cm 이고, 길이가 30 cm인 원통형의 산기관용 멤브레인을 제조하였다.500 g of ethylene propylene rubber (Kumho Polychem, Kumho 7141) and 200 g of carbon black (FEF-carbon black) were put into a reactor and kneaded at a temperature of 60-90 캜 for the first time. Then, 10 g of sulfur (Miwon Superior Co., S), 12 g of dibenzothiazyl disulfide (Zinyang material, DM), 5 g of thioram (TYANG, TT) and zinc oxide 10 g of zinc oxide) and the cerium oxide powder prepared in the above Preparation Example were added and kneaded at a temperature of 50 ° C. for 2 hours. The mixture was introduced into an extruder and kneaded at a temperature of 100 to 150 ° C. at 40 rpm To prepare a cylindrical membrane for an acid tube having a diameter of 3 cm and a length of 30 cm.
단, 상기 산화세륨 분말의 함량은 상기 에틸렌프로필렌 고무와 카본블랙의 중량 합 대비하여 10 중량%로 투입하였다.
The content of the cerium oxide powder was 10 wt% based on the total weight of the ethylene propylene rubber and the carbon black.
(실시예 2: 산화세륨의 함량이 증가된 원통형 멤브레인의 제조)(Example 2: Preparation of cylindrical membrane with increased content of cerium oxide)
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 산화세륨의 함량을 10 중량% 대신에 15 중량%로 투입하여 원통형의 산기관용 멤브레인을 제조하였다.
The procedure of Example 1 was repeated except that the content of cerium oxide was changed to 15 wt% instead of 10 wt% to prepare a cylindrical membrane for an acid catalyst.
(비교예 1: 산화세륨이 첨가되지 않은 원통형 멤브레인의 제조)(Comparative Example 1: Production of cylindrical membrane without addition of cerium oxide)
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 산화세륨을 첨가하지 않고 원통형의 산기관용 멤브레인을 제조하였다.
Except that cerium oxide was not added, was prepared in the same manner as in Example 1. [
(비교예 2: 탄산칼슘이 첨가된 원통형 멤브레인의 제조)(Comparative Example 2: Production of cylindrical membrane to which calcium carbonate was added)
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 산화세륨 대신에 탄산칼슘을 첨가하여 원통형의 산기관용 멤브레인을 제조하였다.
The procedure of Example 1 was repeated except that calcium carbonate was added in place of cerium oxide to prepare a cylindrical membrane for an acid catalyst.
(시험예 1: SEM 분석)(Test Example 1: SEM analysis)
실시예 1, 2 및 비교예 1의 원통형 멤브레인을 주사 전자 현미경(Scanning electron microscope, SEM)으로 분석하였으며, 그 결과를 도 5에 나타내었다.The cylindrical membranes of Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 were analyzed by a scanning electron microscope (SEM), and the results are shown in FIG.
도 5의 (a)는 비교예 1, (b)는 실시예 1, (c)는 실시예 2를 나타내며, 도 5를 참조하면, 실시예 1, 2의 경우에는 비교예 1에서는 볼 수 없는 무기소재인 산화세륨 분말이 에틸렌프로필렌 고무 소재에 복합화되어 있는 것을 확인할 수 있다.
5 (a) shows Comparative Example 1, (b) shows Example 1, and (c) shows Example 2. Referring to Fig. 5, in the case of Examples 1 and 2, It can be confirmed that the cerium oxide powder as the inorganic material is complexed with the ethylene propylene rubber material.
(시험예 2: 물성 평가)(Test Example 2: Evaluation of physical properties)
실시예 1, 2 및 비교예 1, 2의 원통형 멤브레인의 기계적 물성을 평가하기 위하여, KS M6782 가황고무의 인장 시험방법 규격에 따라 인장강도를 측정하였고, KS M6784 가황고무 및 열가소성 고무의 경도시험방법 규격에 따라 경도를 측정하였으며, 그 결과를 각각 도 6과 7에 나타내었다.In order to evaluate the mechanical properties of the cylindrical membranes of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2, the tensile strength was measured according to the tensile test method standard of KS M6782 vulcanized rubber, and the hardness test method of KS M6784 vulcanized rubber and thermoplastic rubber The hardness was measured according to the standard, and the results are shown in FIGS. 6 and 7, respectively.
도 6을 참조하면, 비교예 1, 2에 비하여 실시예 1, 2의 인장강도가 향상되었음을 알 수 있으며, 또한, 산화세륨의 함량이 증가할수록 인장강도도 함께 증가한 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 6, it can be seen that the tensile strengths of Examples 1 and 2 are improved as compared with Comparative Examples 1 and 2, and that the tensile strength increases as the content of cerium oxide increases.
또한, 도 7을 참조하면, 상기 인장강도에 대한 결과와 비슷한 양상을 나타내는 것을 알 수 있는데, 이러한 결과는 무기소재의 첨가 함량에 따라 인장강도와 경도가 증가하며, 즉, 무기소재의 첨가로 인하여 산기관용 멤브레인의 기계적 특성이 향상되었음을 보여준다.
Referring to FIG. 7, it can be seen that the result is similar to the result of the tensile strength. These results show that tensile strength and hardness increase with the addition amount of the inorganic material, that is, Showing that the mechanical properties of the membrane for an acid tube have been improved.
(시험예 3: 산소전달효율 평가)(Test Example 3: Evaluation of oxygen transfer efficiency)
실시예 1, 2 및 비교예 1, 2의 원통형 멤브레인을 산기관에 적용시킨 후, 산기관의 산소전달효율을 측정하였으며, 그 결과를 도 8과 9에 나타내었다.After the cylindrical membranes of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2 were applied to an air diffuser, the oxygen transfer efficiency of the diffuser was measured. The results are shown in FIGS. 8 and 9.
단, 산소전달효율(산소전달율)은 하기 표 1에 나타낸 시험 조건에서 측정되었으며, 산소전달율은 하기 식을 통해 계산하였다.However, the oxygen transfer efficiency (oxygen transfer rate) was measured under the test conditions shown in Table 1 below, and the oxygen transfer rate was calculated by the following equation.
산소전달율 (%) = 산소용해량 / 산소공급량 * 100Oxygen transfer rate (%) = amount of oxygen dissolved / amount of oxygen supplied * 100
유효수심: 4m1m x 2m x 5m (width x length x height)
Effective water depth: 4m
도 8을 참조하면, 실시예 1, 2의 원통형 멤브레인은 모두 약 30%에 달하는 고효율의 산소전달효율을 나타내는 것을 알 수 있으며, 또한, 비교예1의 경우도 비슷한 성능의 산소전달효율을 나타내었다. 그러나, 비교예 2는 오히려 산소전달효율 값이 감소하였다.Referring to FIG. 8, it can be seen that the cylindrical membranes of Examples 1 and 2 exhibited high efficiency of oxygen transfer efficiency of about 30%, and Comparative Example 1 showed similar oxygen transfer efficiency . However, in Comparative Example 2, the oxygen transfer efficiency value was rather reduced.
그러나, 경시변화에 따른 산소전달효율 값의 변화를 나타낸 도 9를 살펴보면, 비교예 1은 시간이 경과할수록 산소전달효율이 저하되어 경시변화에 따른 산소전달효율 값의 차이가 0.84%/20days를 나타내었으나, 실시예 2는 경시변화가 미미하여 그 차이가 0.17%/20days인 것을 알 수 있다.However, as shown in FIG. 9 showing the change of oxygen transfer efficiency value with time, the oxygen transfer efficiency of Comparative Example 1 decreased with time, and the difference in oxygen transfer efficiency with time was 0.84% / 20days However, it can be seen that the second embodiment has a slight change with time, and the difference is 0.17% / 20days.
즉, 비교예의 경우에는 경시변화로 인하여 산기관의 성능이 현저히 저하되었으나, 실시예 2는 경시변화가 미미하여 산기관의 성능이 저하되는 것을 효과적으로 억제할 수 있음을 확인할 수 있다.In other words, in the case of the comparative example, the performance of the air diffuser significantly deteriorated due to the change with time, but it can be confirmed that the second embodiment can effectively suppress the deterioration of the performance of the diffuser due to a slight change with time.
따라서, 본 발명에 따른 산기관용 멤브레인은 기계적 특성과 내화학적 특성이 우수하고, 동시에 산기관의 막힘현상을 억제하여 산소전달효율을 증가시키는데 현저한 효과를 나타낸다.Therefore, the membrane for an acid diffuser according to the present invention is excellent in mechanical and chemical characteristics, and at the same time, has a remarkable effect in suppressing the clogging of the acid ore and increasing the oxygen transfer efficiency.
Claims (10)
상기 무기소재는 입방정 결정구조(cubic crystal structure)를 갖는 산화물인 것을 특징으로 하는 산기관용 멤브레인.
Rubber-based polymers and inorganic materials,
Wherein the inorganic material is an oxide having a cubic crystal structure.
상기 무기소재는 산화세륨, 산화지르코늄 및 산화칼슘 중에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 산기관용 멤브레인.
The method according to claim 1,
Wherein the inorganic material is at least one selected from cerium oxide, zirconium oxide and calcium oxide.
상기 고무계 고분자는 에틸렌 프로필렌 고무, 스티렌부타디엔 고무, 아크릴 고무 및 우레탄 고무 중에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 산기관용 멤브레인.
The method according to claim 1,
Wherein the rubber-based polymer is at least one selected from ethylene propylene rubber, styrene butadiene rubber, acrylic rubber and urethane rubber.
상기 멤브레인은 직경이 1 내지 50 ㎛인 기공 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 산기관용 멤브레인.
The method according to claim 1,
Wherein the membrane has a pore size of 1 to 50 mu m in diameter.
상기 멤브레인은 원통형인 것을 특징으로 하는 산기관용 멤브레인.
The method according to claim 1,
≪ / RTI > wherein the membrane is cylindrical.
상기 멤브레인은 경시변화에 따른 산소전달효율 값의 변화가 0.2%/20days 이내인 것을 특징으로 하는 산기관용 멤브레인.
The method according to claim 1,
Wherein the membrane has a change in oxygen transfer efficiency value with a change over time of 0.2% / 20 days or less.
(B) 상기 혼합물을 압출 성형하여 원통형 멤브레인으로 제조하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 산기관용 멤브레인의 제조방법.
(A) mixing a rubber-based polymer and an inorganic material; And
(B) extruding the mixture to form a cylindrical membrane. ≪ Desc / Clms Page number 19 >
상기 무기소재는 고무계 고분자 중량에 대하여 5 내지 20 중량%로 포함되는 것을 특징으로 하는 산기관용 멤브레인의 제조방법.
8. The method of claim 7,
Wherein the inorganic material is contained in an amount of 5 to 20 wt% based on the weight of the rubber-based polymer.
상기 (A) 단계는 물성향상제, 가교제 및 가교촉진제 중에서 선택된 1종 이상의 첨가제를 첨가하여 혼합하는 것을 특징으로 하는 산기관용 멤브레인의 제조방법.
8. The method of claim 7,
Wherein the step (A) comprises adding and mixing at least one additive selected from the group consisting of a physical property improving agent, a crosslinking agent and a crosslinking accelerator.
상기 (B) 단계는 80 내지 200 ℃의 온도에서 10 내지 100 rpm의 스크류 회전속도로 수행되는 것을 특징으로 하는 산기관용 멤브레인의 제조방법.8. The method of claim 7,
Wherein the step (B) is performed at a screw rotating speed of 10 to 100 rpm at a temperature of 80 to 200 ° C.
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2016
- 2016-05-04 KR KR1020160055466A patent/KR20170125243A/en not_active Application Discontinuation
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