KR20180039905A - 펄프를 이용한 수처리 필터, 상기 수처리 필터를 포함하는 수처리 시스템 및 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 수 중에 포함된 중금속 제거, 경도 제거, 화학물질 제거 등을 위한 수처리용 필터에 관한 것으로서, 상기 필터는 섬유, 이온교환수지 분말 및 활성탄 분말을 포함하고, 상기 섬유가 서로 얽혀 3차원 네트워크의 망상 구조를 갖는 소정 형상의 펄프를 제공하며, 상기 펄프의 적어도 망상 구조 내에는 상기 이온교환수지 분말 및 활성탄 분말이 분산되고, 3차원 네트워크를 구성하는 섬유에 의해 상기 이온교환수지 분말 및 활성탄 분말이 구속되어 있는 수처리용 필터를 제공한다.
Description
본 발명은 수 중에 포함된 중금속 제거, 경도 제거, 화학물질 제거 등을 위한 수처리 필터, 상기 수처리 필터를 포함하는 수처리 장치 및 시스템에 관한 것이다.
종래 수처리를 위한 필터 등의 제품으로, 예를 들어 BRITA 사제의 피처타입의 정수기, 월풀의 에브리드롭(WHIRL POOL, Everydrop), 드링커블 북(Drinkable Book) 등이 시판되거나 사용되고 있다.
그러나 상기 피처타입의 정수기는 0.3 내지 0.6L/min의 낮은 유속 및 80-90%의 중금속 제거율을 나타내며, 월풀 및 드링커블 북은 중금속 제거가 불가능한 한계를 가지고 있다.
예를 들어, 피처타입 정수기는 중금속을 제거하기 위해 일반적으로 구형(직경: 0.3~1.2mm)의 이온교환수지를 일정 크기의 카트리지에 일정량 충진하고 있다. 이러한 피처타입 정수기는 통상 유속을 예를 들어, 0.1-0.2L/min 정도로 낮게 하여 제거율을 90% 이상으로 높이거나, 반대로 제거율은 80 내지 90% 정도로 낮게 하면서도 유량을 예를 들어, 0.4-0.5L/min 정도로 높게 하고 있다.
카트리지에 대한 이온교환수지의 충진량이 많으면 카트리지를 통과하는 물의 유속이 느리고, 반대로 충진량이 적으면 카트리지를 통과하는 물의 유속이 빠르게 된다. 물의 유속이 빠를수록 카트리지에 충진된 이온교환수지와 접촉하는 시간이 짧아 중금속의 제거율이 낮아지고, 반대로 물의 유속이 느리면 이온교환수지와 접촉하는 시간을 길어져 중금속 제거율이 높아지게 된다. 상기 피처타입 정수기는 이러한 물의 유속 및 물과 이온교환수지의 접촉시간에 따른 제거율 변화를 이용하고 있다.
이와 같이 물의 유속과 중금속 제거율은 반비례 관계에 있기 때문에 유속이 높으면 제거율이 낮아지고, 제거율이 높으면 유속이 낮아진다. 경우에 따라서는 유속 증대를 위해 이온교환수지를 넣지 않고 입상활성탄만을 사용하는 경우(월풀의 에브리드롭, 드링커블 북)도 있다.
본 발명은 수처리용 필터로서, 우수한 이온 및 중금속 제거 성능을 갖는 고성능 수처리용 필터를 제공하고자 한다.
나아가, 상기 수처리용 필터를 포함하는 수처리 시스템 및 수처리 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 견지는 수처리 필터에 관한 것으로서, 본 발명의 일 구현예에 따르면, 섬유가 서로 얽혀 3차원 네트워크의 망상 구조를 갖는 소정 형상의 펄프, 상기 펄프의 망상 구조 내에 이온교환수지 분말 및 활성탄 분말이 분산되어 구속되어 있으며, 상기 섬유는 20㎛ 이상 90㎛ 이하의 굵기를 갖는 침엽수 섬유인 수처리용 필터가 제공된다.
상기 펄프는 0.5 내지 20㎜의 두께를 갖는 것이 바람직하며, 또한, 0.1 내지 1.0g/㎤의 밀도를 갖는 것이 바람직하다.
상기 섬유는 피브릴화되어 복수의 피브릴을 갖는 것을 사용할 수 있으며, 상기 피브릴은 0.001 내지 1㎛의 굵기를 갖는 것일 수 있다.
상기 수처리용 필터는 펄프 5 내지 80%, 이온교환수지 1 내지 90중량% 및 활성탄 1 내지 90중량%를 포함할 수 있다.
상기 상기 이온교환수지 분말은 10-600㎛의 크기를 갖는 것을 사용할 수 있다.
상기 이온교환수지는 H, Na, Ca, Mg, OH, Cl로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 치환기를 갖는 것을 사용할 수 있다.
상기 이온교환수지는 건조 상태에서의 체적을 기준으로, 수 중에서 스웰링되어 체적이 변화하는 정도를 나타내는 스웰링율이 10-350%인 것이 바람직하다.
또, 상기 활성탄은 야자계 활성탄, 차콜계 활성탄, 피치계 활성탄, 첨착활성탄 및 카본파이버로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나일 수 있으며, 상기 활성탄과 함께, 카본파이버, 제올라이트, 은 및 KDF 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
상기 활성탄은 Iodine No. 800 내지 2000인 것을 사용할 수 있으며, 또 10 내지 400㎛의 입자사이즈를 갖는 것을 사용할 수 있다.
본 발명의 다른 견지는 수처리 시스템에 대한 것으로서, 상기 수처리용 필터 및 상기 수처리용 필터의 양면에 서포트 층을 포함하되, 상기 수처리용 필터와 상기 서포트 층은 합지되고, 상기 서포트층은 천연섬유 및 합성섬유 중 적어도 하나로 된 시트인 수처리 시스템을 제공한다.
상기 수처리용 필터와 어느 하나의 서포트 층 사이에 제2 서포트 층을 더 포함하며, 상기 제2 서포트 층은 부직포, 직포 및 멤브레인 중 어느 하나 또는 적어도 2 이상의 복합체인 수처리 시스템일 수 있다.
상기 제2 서포트층은 PP, PE, PET, PES, PAN, PVDF, PA, LM, 펄프, 레이온, 텐셀 및 코튼으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나로 된 것일 수 있다.
상기 제2 서포트층은 0.2 내지 1.0㎛ 범위의 기공 사이즈를 갖는 것일 수 있으며, 또 30 내지 90% 범위의 기공률을 갖는 것일 수 있다.
본 발명의 또 다른 견지는 수처리 장치에 대한 것으로서, 상기 수처리용 필터를 2 이상 사용하되, 상기 수처리용 필터가 병렬 또는 직렬로 배열된 수처리 장치를 제공한다.
이때, 상기 수처리 장치는 피처, 휴대용 정수기 또는 캡슐 정수기일 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 수처리용 필터는 침엽수로부터 얻어진 섬유를 사용함으로써 네트워크 구조가 치밀하게 형성된 필터를 얻을 수 있어, 필터 내의 섬유 사용량을 줄이면서도 미세한 입자 사이즈의 이온교환수지 및 활성탄을 필터 내에 담지할 수 있다.
이로 인해 처리 대상인 물과의 접촉면적이 넓어 높은 이온 제거율 및 중금속 제거율을 나타내어 우수한 수처리 효율을 얻을 수 있는 고성능 수처리 필터를 얻을 수 있다.
상기한 효과 이외에, 본 발명의 상세한 설명에 기재된 효과 및 구체적으로 기재되지는 않으나, 본 발명의 각 구현예로부터 통상의 기술자가 인식할 수 있는 효과 또한 본 발명의 적어도 하나의 구현예로부터 얻을 수 있는 효과에 포함된다.
도 1은 실시예 1 내지 3에서 얻어진 필터를 장착하여 사용한 수처리 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 일 구현예로서, 펄프 내에 이온교환수지와 활성탄이 분산된 수처리 필터를 현미경으로 관찰한 사진으로서, 도 2는 수처리 필터의 표면이며, 도 3은 수처리 필터의 단면을 촬영한 사진이다.
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 일 구현예로서, 펄프 내에 이온교환수지와 활성탄이 분산된 수처리 필터를 현미경으로 관찰한 사진으로서, 도 2는 수처리 필터의 표면이며, 도 3은 수처리 필터의 단면을 촬영한 사진이다.
이하, 본 발명의 각 구현예에 따른 수처리용 필터를 보다 구체적으로 설명한다.
본 발명의 일 구현예에 따른 수처리용 필터는 섬유로 된 펄프, 이온교환수지 분말 및 활성탄 분말을 포함한다.
상기 섬유는 본 발명에 따른 수처리용 필터의 형상을 유지시키는 펄프를 구성하는 것으로서, 복수의 섬유들이 서로 얽혀 3차원의 네트워크를 형성하여, 소정 두께를 갖는 망상 구조의 필터를 제공한다. 상기 섬유는 치밀하게 얽혀 망상구조를 형성함으로써 내부에 담지되는 이온교환수지 분말 및 활성탄 분말을 견고하게 구속하여 펄프 내에 다량 유지시킬 수 있으며, 이로 인해, 필터의 사용시 수처리 효과를 증대시킬 수 있다.
상기 섬유는 침엽수로부터 얻어진 섬유를 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 침엽수 섬유는 통상 섬유 굵기가 20㎛ 이상을 갖는데, 본 발명에서는 예를 들면, 20 내지 90㎛의 굵기를 갖는 섬유를 사용할 수 있다. 본 발명자들의 실험에 따르면, 20㎛ 미만의 섬유를 사용할 경우 고밀도화되어 필터의 구조가 지나치게 치밀하게 됨으로써 펌프 등을 이용하여 가압하지 않으면 수처리 속도가 매우 느리고, 유속이 매우 낮아지는 문제가 있으며, 90㎛를 초과하는 경우에는 필터의 공극이 과도하게 발달하여 공극으로 물이 단순히 통과하게 됨으로써 중금속 등의 제거를 위한 수처리 효율이 낮아지는 문제가 있다.
보다 바람직하게는 상기 침엽수 섬유는 피브릴화 처리에 의해 복수의 피브릴을 갖는 것을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 피브릴화에 의해 상기 침엽수 섬유는 보다 미세한 굵기의 가지를 가짐으로써 섬유들 간의 망상 구조를 보다 치밀하게 형성할 수 있으며, 이로 인해 펄프 내에 담지되는 이온교환수지 분말 및 활성탄 분말을 보다 작은 입자 사이즈를 갖는 것을 사용하더라도 펄프 내에 안정적으로 고정시킬 수 있다. 이는 상기 이온교환수지 분말 및 활성탄 분말의 입자 사이즈가 작을수록 표면적이 증가함으로써 처리되는 물의 처리 효율을 보다 향상시킬 수 있게 한다.
또한, 피브릴화에 의해 피브릴을 갖는 섬유를 사용하는 경우에는 보다 적은 량의 섬유를 사용하더라도 상기 이온교환수지 분말 및 활성탄 분말을 다량 유지시킬 수 있으므로, 섬유 사용량을 줄일 수 있으며, 이로 인해 필터에 의한 처리 유량을 증대시킬 수 있다.
상기 피브릴화는 섬유를 물리적 화학적 고해 작용에 의해 섬유를 분기할 수 있는 것이라면 본 발명에서도 사용할 수 있는 것으로서, 섬유를 물과 혼합하여 비터(beater)나 리파이너(refiner)에 의해 기계적으로 처리하는 등의 방법을 사용할 수 있다.
상기 피브릴화된 침엽수 섬유를 사용하는 경우, 이에 의해 얻어진 섬유의 피브릴은 특별히 한정하지 않으나, 0.001㎛ 이상의 굵기를 갖는 것이 바람직하다. 그 굵기가 0.001㎛ 미만인 경우에는 피브릴의 물리적 강도가 너무 약하여 필터의 가동 중에 쉽게 탈락될 수 있다. 한편, 상기 피브릴 굵기의 상한은 특별히 한정하지 않으며, 예를 들어, 1㎛ 이하일 수 있다.
상기 침엽수 섬유를 초지 등의 방법에 의해 제조된 펄프를 본 발명에 따른 필터의 지지체로 사용할 수 있다. 이때, 상기 펄프는 0.5 내지 20㎜의 두께를 갖는 것이 바람직하다. 침엽수 섬유는 일반적으로 두께가 두꺼워서, 공극이 발당하게 되는데, 따라서 펄프의 두께가 0.5㎜ 미만으로 되면 중금속 등의 제거율이 매우 낮아지게 되며, 20㎜를 초과하는 경우에는 처리되는 물의 흐름에 대한 저항이 지나치게 증대하여 물의 유속을 저하시킨다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 펄프는 밀도가 0.1 내지 1.0g/㎤인 것이 바람직하다. 밀도는 필터의 고유량 특성과 관련되는 것으로서, 밀도가 1.0g/㎤를 초과하는 경우에는 물의 유속이 현저히 떨어지게 된다. 반대로, 밀도가 0.1g/㎤보다 낮은 경우에는 물의 유량이 지나치게 높아 물이 이온교환수지 분말 또는 활성탄 분말과 접촉하지 않고 통과하게 되어 처리 효율이 저하할 수 있다. 한편, 형태 유지를 위해 다량의 섬유를 사용하면서, 소정 두께를 갖도록 압축 성형하는 경우에 밀도가 증가될 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 수처리용 필터는 섬유에 의한 펄프 내에 이온교환수지 분말 및 활성탄 분말을 포함한다. 상기 이온교환수지는 중금속 및 경도를 제거하기 위한 것이다. 상기 이온교환수지는 제거대상 물질에 따라 양이온 교환수지, 음이온 교환수지 등을 사용할 수 있으며, 이와 함께, 필요에 따라, 킬레이트 수지, 첨착 활성탄, KDF(Kinetic Degradation Fluxion) 등을 또한 포함할 수 있다.
상기 이온교환수지는 분말상으로 포함되는 것이 표면적을 높임으로써 수처리 효율을 증대시킬 수 있어 바람직하다. 이때, 상기 이온교환수지 분말은 10 내지 600㎛의 입자 사이즈를 갖는 것을 사용할 수 있다. 분말의 입자사이즈가 10㎛ 미만인 경우에는 상기 펄프 내에 유지되기 어려울 수 있음은 물론, 그 제조에 비용 증대를 초래한다. 한편, 입자사이즈가 600㎛를 초과하는 이온교환수지 분말을 사용하는 경우에는 표면적이 작아 수처리 효율이 저하한다. 예를 들면, 상기 이온교환수지 분말은 70 내지 150㎛의 입자사이즈를 갖는 것을 사용할 수 있다.
한편, 상기 이온교환수지 분말은 완전 건조된 분말을 물에 적셨을 때 팽윤하여 변화하는 체적 변화율이 350% 이하의 것을 사용하는 것이 바람직하다. 본 발명의 일 구현예에 따른 필터는 팽윤 상태에서 제조한 후에 건조함으로써 제조되는데, 팽윤 상태에서 펄프 내에 유지된 이온교환수지 분말이 건조 후에 체적이 감소함으로써 펄프로부터 이탈할 우려가 있다. 따라서, 체적 변화율은 상기 범위를 만족하는 것이 바람직하다.
상기 이온교환수지는 제거하고자 하는 대상에 따라 H+, Na+, Ca2 +, Mg2 +, OH-, Cl- 등의 치환기를 포함하는 것을 사용할 수 있으며, 이들 중 2 이상의 치환기를 갖는 것을 사용할 수 있다. 예를 들어, H 타입의 이온교환수지에 Na+를 일정 비율로 포함하도록 버퍼링하여 사용할 수 있다. 이때, 상기 버퍼링 비율은 이에 한정하는 것은 아니지만, 80% 이하일 수 있으며, 예를 들어, 5 내지 70%일 수 있다.
한편, 상기 활성탄은 처리하고자 하는 물에 포함된 화학성분을 제거하는 역할을 하는 것으로서, 제거 대상 화학성분에 따라 야자계 활성탄, 차콜계 활성탄, 피치계 활성탄, 첨착활성탄 및 카본파이버로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 활성탄을 사용할 수 있다. 이때, 상기 활성탄은 어느 하나를 단독으로 사용할 수 있음은 물론, 2 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
나아가, 상기 활성탄은 제거하고자 하는 대상에 따라 800 내지 2000의 Iodine No.를 갖는 것을 적절하게 선택하여 사용할 수 있다. Iodine No.는 활성탄의 기공발달을 나타내는 지표로서 상기 Iodine No.가 800 미만인 경우에는 미세기공(Micro-pore)이 부족해서 제거 효율이 낮아지는 문제가 있고, 2000을 초과하는 활성탄은 미세기공이 과도하게 발달하여 소재의 밀도가 낮아져 쉽게 부서지는 단점이 있다.
또한, 상기 활성탄은 10 내지 400㎛의 입자사이즈를 갖는 것을 사용하는 것이 바람직하다. 활성탄의 입자사이즈가 10㎛ 미만인 경우에는 펄프 내에 안정적으로 유지되기 어려우며, 400㎛를 초과하는 경우에는 비표면적이 작아 화학물질의 제거 효율이 낮다.
본 발명에 있어서, 상기 활성탄과 함께, 카본파이버, 제올라이트, 은 및 KDF 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다. 이들은 활성탄과 함께, 물 속에 포함되어 있는 화학물질을 제거할 수 있는 성능을 갖는 것이다.
본 발명의 필터에 있어서, 상기 이온교환수지 분말 및 활성탄 분말은 상기 섬유와 이온교환수지 분말 및 활성탄 분말의 중량 합계 100중량%에 대하여 각각 1 내지 90중량% 및 1 내지 90중량%의 함량으로 포함하고, 잔부 섬유를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 섬유는 5 내지 80중량%의 함량으로 포함할 수 있다. 섬유가 5중량% 미만으로 포함하는 경우에는 필터의 형상을 유지하기에 적합하지 않으며, 80중량%를 초과하는 경우에는 지나치게 섬유량이 높아 고유량을 도모할 수 없음은 물론, 이온교환수지 분말 및 활성탄 분말의 함량이 낮아 수처리 성능이 낮다. 예를 들면, 상기 섬유는 5 내지 50중량%의 함량으로 포함될 수 있다.
본 발명의 필터 제조에 사용되는 침엽수 섬유는 그 굵기가 20 내지 90㎛ 사이즈를 갖는 것으로서, 이를 이용하여 얻어진 펄프는 펄프 내의 공극이 크다. 이로 인해 상기 펄프를 이용한 필터에 있어서 특별한 압력을 가하지 않더라도 수처리에 충분한 통수량을 확보할 수 있다.
한편, 처리대상인 물은 펄프 내에 담지된 이온교환수지 및 활성탄 분말과 접촉하여 수중에 포함된 중금속 등이 제거되어 처리되는데, 보다 높은 통수량 확보를 위해 가압하는 경우에는 펄프의 큰 공극을 통해 처리 대상인 물이 이온교환수지 및 활성탄 분말과 접촉하지 않고 통과하는 물의 양이 증대하여 오히려 수처리 능력이 저하하는 문제가 있다.
따라서, 본 발명의 필터는 특별한 가압 없이 중력을 이용한 수처리를 수행하는 것이 바람직하다. 본 발명자들의 다양한 실험에 따르면, 본 발명에 의해 얻어지는 수처리 필터는 중력의 작용만으로 약 0.1 내지 1.5L/min의 통수량을 제공하며, 수중에 포함된 중금속 등을 90% 이상 제거함을 확인할 수 있었다. 그러나 가압 하에서 통수량을 증가시키는 경우에는 중금속 등의 제거능력이 감소하는 경향을 나타내었다.
본 발명의 수처리용 필터는 제지공정과 유사한 방법에 의해 제조할 수 있다. 예를 들어, wet laying, wet molding, air laying, needle punching, carding, cross lapping, chemical bonding, thermal bonding, coating(gravure, knife, dipping 등을 적용할 수 있으며, 이들 중 어느 하나를 적용하거나 또는 2 이상을 복합적으로 적용할 수 있다. 균제도 극대화를 위한 측면에서 wet laying 또는 wet molding 공정으로 제조하는 것이 바람직하다.
상기 수처리 필터를 제조함에 있어서, 섬유, 활성탄 분말 및 이온교환수지 분말을 물에 혼합하여 상기 방법을 적용할 수 있으며, 상기 섬유, 활성탄 분말 및 이온교환수지 등은 이들의 고형분 농도가 0.2 내지 5%가 되도록 하여 제조할 수 있다. 이때, 결속력 강화 등의 목적으로 필요에 따라 적합한 첨가제를 또한 추가할 수 있다. 이에 한정하는 것은 아니지만, 고형분은 순차적으로 투입하는 것이 균제도 극대화를 위해 보다 바람직하다.
나아가, 균제도 극대화를 위해 활성탄이 담지된 필터와 이온교환수지가 담지된 필터를 별도로 제조한 후 합지할 수도 있다.
본 발명의 수처리용 필터는 양면에 서포트층을 포함하여 수처리 시스템을 제공한다. 상기 서포트층은 수처리용 필터의 양면에 합지되어 필터 시스템의 형상을 구성하여, 형태 안정성을 높이는데 기여한다.
상기 서포트층은 천연섬유, 합성섬유, 펄프 또는 바인더 등을 단독으로 또는 서로 복합화하여 사용함으로써 형성할 수 있다. 펄프를 사용하는 것이 바람직하며, 목적에 따라 침엽수, 활엽수 등을 사용할 수 있으며, 필요에 따라 이들을 혼합하여 사용할 수 있으며, 합성섬유 등을 또한 혼합할 수도 있다. 이때, 상기 펄프는 수처리용 필터에서와 동일하게 피브릴화하여 사용할 수 있다.
상기 서포트층을 적절히 제어함으로써 본 발명의 수처리용 필터의 형상 및 형태안정성, 유량 조절 등을 수행할 수 있다. 따라서, 서포트층에 사용되는 펄프 등의 소재의 피브릴화 비율, 함량 및 종류를 조절함으로써 수행할 수 있다.
나아가, 상기 서포트층은 수처리용 필터와의 결속을 강화하기 위해 화학 바인더를 첨가할 수도 있다. 상기 바인더로는 특별히 한정하지 않으나, 통수량 향상을 위해 LM 부직포, PE/PP 복합방사 부직포, 이성분(bi-component) 부직포 등을 사용할 수 있다.
상기 수처리용 필터와 적어도 하나의 서포트 층 사이에는 제2 서포트 층을 더 포함할 수 있다. 상기 제2 서포트 층은 본 발명의 수처리용 필터를 보호하고, 또 처리대상인 물에 포함된 미분진의 유출을 방지하며, 항균성, 유량 조절 등의 역할을 수행할 수 있다.
상기 제2 서포트 층은 PP(Polypropylene), PE(Polyethylene), PET(Polyethylene terepthalate), PES(polyether sulfone), PAN(Polyacrylo nitrile), PVDF(Polyvinylidene fluoride), PA(Polyamide), LMPE(Low melting Polyethylene), LMPP(Low melting Polypropylene), 펄프, 레이온, 텐셀 및 코튼으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나로 이루어질 수 있으며, 이들로부터 부직포, 직포 및 멤브레인을 형성하여 합지할 수 있다. 이들은 단독으로 사용할 수 있음은 물론, 2 이상을 복합화할 수도 있다. 보다 바람직하게는 부직포를 사용할 수 있으며, 목적에 따라 나노섬유 부직포와 멤브레인 등을 복합화하여 사용할 수 있다.
상기 제 2 서포트층은 미분진의 유출 억제 및 미생물 제거를 위해 0.2 내지 1.0㎛ 수준의 기공크기를 갖는 소재를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 제2 서포트층의 기공크기가 0.2㎛ 미만이면 공극 구조가 치밀하여 유량이 저하되는 단점이 있고, 기공크기가 1.0㎛를 초과하면 공극 구조가 엉성하여 미생물 제거성능이 저하되는 단점이 있다. 또한 제2 서포트층의 기공률은 30% 내지 90% 범위를 갖는 것이 바람직하며, 서로 다른 기공 크기 및 기공률을 갖는 부직포 또는 멤브레인을 복합화하여 사용할 수 있다.
상기 제1 및 제2 서포트층은 별도 제조한 후 상기 수처리용 필터와 합지함으로써 필터 시스템을 제조할 수 있는 것으로서, 특별히 한정하지 않는다. 제조 공정으로는 Lamination, Calendering, Heat sealing, Chemical bonding, Co-pleating, 적층 등의 공정을 단일로 적용할 수 있으며, 이들을 2 이상 복합적으로 적용할 수 있다.
더 나아가, 차압을 낮추기 위해 변부에 히트 실링 또는 적층 공정을 적용하여 일면 지지층, 수처리용 필터층 및 타면 지지층의 3층을 복합하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 수처리용 필터는 면에 대하여 수직 방향으로 물을 통과시킴으로써 물을 처리할 수 있다. 이때, 상기 수처리용 필터는 2 이상 사용할 수 있다. 보다 구체적으로, 2 이상의 수처리용 필터를 직렬로 사용하여 고성능을 구현할 수 있으며, 2 이상의 수처리용 필터를 병열로 적용하여 수처리 속도를 향상시킬 수 있다. 따라서, 상기 수처리용 필터를 직렬 또는 병렬로 적용된 수처리 장치를 구현할 수 있다. 이때, 상기 수처리 장치는 피처, 휴대용 정수기 또는 캡슐 정수기일 수 이 있다.
실시예
이하, 본 발명을 실시예를 들어 보다 구체적으로 설명한다. 그러나 이하의 실시예는 본 발명의 일 예에 대한 것으로서, 이에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
실시예
1
평균직경이 30㎛인 침엽수 섬유 400g과 물 20L와 혼합한 현탁액을 리파이너(refiner)에서 30분 동안 고해 작업하여 펄프 고해액을 제조하였다.
이어서 상기 펄프 고해액 469㎖에 입도 분포(d10-d90)가 10-110㎛인 이온교환수지(Amberlite IRC86) 6.25g과 평균직경이 120㎛인 활성탄 15.63g을 침엽수 섬유:이온교환수지:활성탄=30%: 20%: 50%의 중량비로 투입하여 혼합액을 제조하였다.
이어서 상기 제조한 혼합액에 물 10L를 추가로 투입한 후 수초지기를 이용해 순간적으로 물을 제거하여 펄프를 제조하였다.
상기 펄프를 70℃, 5kgf으로 10분 동안 압축 및 건조하고, 이어서 120℃ 오븐에서 24시간 동안 완전 건조하여 수처리 필터를 제조하였다.
이에 의해 얻어진 수처리 필터의 중량, 두께 및 밀도를 측정하고, 그 결과를 표 1에 나타내었다.
상기 제조된 수처리 필터를 직경 90㎜의 원형으로 커팅한 후 도 1과 같은 형태의 수처리 장치에 장착한 후, 카드뮴 0.05ppm을 함유하는 수용액을 1L씩 통수시켜 수처리하였다. 이때 유속(LPM)과 제거율(%)을 측정하고, 그 결과를 표 2에 나타내었다.
실시예
2
실시예 1과 동일한 펄프 고해액에 입도 분포(d10-d90)가 110-220㎛인 이온교환수지(Amberlite IRC86) 6.25g과 평균직경이 120㎛인 활성탄 15.63g을 침엽수 섬유:이온교환수지:활성탄=30%: 20%: 50%의 중량비로 투입하여 혼합액을 제조하였다.
이어서 상기 제조한 혼합액에 물 10L를 추가로 투입한 후 수초지기를 이용해 순간적으로 물을 제거하여 펄프를 제조하였다.
상기 펄프를 70℃, 5kgf으로 10분 동안 압축 및 건조하고, 이어서 120℃ 오븐에서 24시간 동안 완전 건조하여 수처리 필터를 제조하였다.
이에 의해 얻어진 수처리 필터의 중량, 두께 및 밀도를 측정하고, 그 결과를 표 1에 나타내었다.
상기 제조된 수처리 필터를 직경 90㎜의 원형으로 커팅한 후 도 1과 같은 형태의 수처리 장치에 장착한 후, 카드뮴 0.05ppm을 함유하는 수용액을 1L씩 통수시켜 수처리하였다. 이때 유속(LPM)과 제거율(%)을 측정하고, 그 결과를 표 2에 나타내었다.
실시예
3
실시예 1과 동일한 펄프 고해액에 입도 분포(d10-d90)가 220-330㎛인 이온교환수지(Amberlite IRC86) 6.25g과 평균직경이 120㎛인 활성탄 15.63g을 침엽수 섬유:이온교환수지:활성탄=30%: 20%: 50%의 중량비로 투입하여 혼합액을 제조하였다.
이어서 상기 제조한 혼합액에 물 10L를 추가로 투입한 후 수초지기를 이용해 순간적으로 물을 제거하여 펄프를 제조하였다.
상기 펄프를 70℃, 5kgf으로 10분 동안 압축 및 건조하고, 이어서 120℃ 오븐에서 24시간 동안 완전 건조하여 수처리 필터를 제조하였다.
이에 의해 얻어진 수처리 필터의 중량, 두께 및 밀도를 측정하고, 그 결과를 표 1에 나타내었다.
상기 제조된 수처리 필터를 직경 90㎜의 원형으로 커팅한 후 도 1과 같은 형태의 수처리 장치에 장착한 후, 카드뮴 0.05ppm을 함유하는 수용액을 1L씩 통수시켜 수처리하였다. 이때 유속(LPM)과 제거율(%)을 측정하고, 그 결과를 표 2에 나타내었다.
| 중량(g) | 두께(㎜) | 밀도(㎏/㎥) | |
| 실시예 1 | 2.95 | 1.53 | 28.47 |
| 실시예 2 | 3.02 | 2.5 | 21.36 |
| 실시예 3 | 3.35 | 3.2 | 17.67 |
| 누적 유량 [L] |
실시예 1 | 실시예 2 | 실시예 3 | ||||||
| 유속 [LPM] |
농도 [PPM] |
제거율 [%] |
유속 [LPM] |
농도 [PPM] |
제거율 [%] |
유속 [LPM] |
농도 [PPM] |
제거율 [%] |
|
| 0 | - | 0.050 | - | - | 0.050 | - | - | 0.050 | - |
| 1 | 0.23 | 0.002 | 95.8% | 0.42 | 0.003 | 94.0% | 0.53 | 0.002 | 95.8% |
| 3 | 0.43 | 0.000 | 99.2% | 0.65 | 0.003 | 94.0% | 0.75 | 0.004 | 92.0% |
| 5 | 0.48 | 0.001 | 98.3% | 0.66 | 0.001 | 98.0% | 0.74 | 0.004 | 92.0% |
| 7 | 0.52 | 0.001 | 97.4% | 0.60 | 0.003 | 94.0% | 0.74 | 0.003 | 94.0% |
| 9 | 0.52 | 0.000 | 100.0% | 0.65 | 0.002 | 96.0% | 0.76 | 0.004 | 92.0% |
| 11 | 0.53 | 0.001 | 98.0% | 0.66 | 0.003 | 94.0% | 0.76 | 0.004 | 92.0% |
| 13 | 0.54 | 0.001 | 98.0% | 0.67 | 0.002 | 96.0% | 0.77 | 0.004 | 92.0% |
| 15 | 0.53 | 0.001 | 98.0% | 0.65 | 0.002 | 96.0% | 0.77 | 0.005 | 90.0% |
| 17 | 0.54 | 0.001 | 98.0% | 0.67 | 0.002 | 95.3% | 0.77 | 0.004 | 92.0% |
| 20 | 0.53 | 0.001 | 98.0% | 0.67 | 0.003 | 94.0% | 0.76 | 0.004 | 92.0% |
| 평균 | 0.485 | 0.0009 | 98.07% | 0.63 | 0.0024 | 95% | 0.735 | 0.0038 | 92% |
상기 실시예 2에 따라 제조된 수처리 필터를 현미경으로 관찰하였다. 수처리 필터의 현미경으로 관찰한 사진을 도 2 및 도 3에 나타내었다. 도 2는 수처리 필터의 표면을 촬영한 사진이며, 도 3은 그 단면을 촬영한 사진이다. 도 2 및 3으로부터, 노랗고 반짝이는 모습의 이온교환수지와 검은색의 활성탄이 흰색의 섬유 및 섬유의 피브릴에 의해 잘 고정된 형태를 유지함을 알 수 있다.
비교예
1 내지 3
시판되는 수처리 필터인 MAVEA(BRITA, 독일), Brita Classic(BRITA, 독일) 및 Zero Water(Zero Water, 미국)를 이용하여 실시예 1과 동일하게 카드뮴 0.05ppm 수용액을 1L씩 통수시켜 수처리하였다. 이때 유속(LPM)과 제거율(%)을 측정하고, 그 결과를 표 3에 각각 나타내었다.
| 누적유량 [L] |
비교예 1 | 비교예 2 | 비교예 3 | ||||||
| 유속 [LPM] |
농도 [PPM] |
제거율 [%] |
유속 [LPM] |
농도 [PPM] |
제거율 [%] |
유속 [LPM] |
농도 [PPM] |
제거율 [%] |
|
| 0 | 0.050 | 0.050 | 0.050 | ||||||
| 1 | 0.13 | 0.007 | 86.0% | 0.25 | 0.004 | 92.0% | 0.10 | 0.006 | 88.0% |
| 3 | 0.14 | 0.003 | 94.0% | 0.29 | 0.006 | 88.0% | 0.11 | 0.002 | 96.0% |
| 5 | 0.16 | 0.002 | 96.0% | 0.33 | 0.005 | 90.0% | 0.12 | 0.000 | 100.0% |
| 7 | 0.17 | 0.002 | 96.0% | 0.35 | 0.004 | 92.0% | 0.13 | 0.000 | 100.0% |
| 9 | 0.16 | 0.000 | 100.0% | 0.36 | 0.004 | 92.0% | 0.12 | 0.000 | 100.0% |
| 11 | 0.18 | 0.002 | 96.0% | 0.34 | 0.005 | 90.0% | 0.12 | 0.000 | 100.0% |
| 13 | 0.16 | 0.003 | 94.0% | 0.34 | 0.006 | 88.0% | 0.12 | 0.000 | 100.0% |
| 15 | 0.17 | 0.003 | 94.0% | 0.36 | 0.006 | 88.0% | 0.13 | 0.000 | 100.0% |
| 17 | 0.16 | 0.003 | 94.0% | 0.34 | 0.006 | 88.0% | 0.12 | 0.000 | 100.0% |
| 20 | 0.16 | 0.003 | 94.0% | 0.35 | 0.005 | 90.0% | 0.13 | 0.000 | 100.0% |
| 평균 | 0.159 | 0.0028 | 94% | 0.331 | 0.0051 | 90% | 0.12 | 0.0008 | 98% |
상기 표 2 및 표 3으로부터 알 수 있는 바와 같이, 실시예 1 내지 3은 이온교환수지의 입도분포만 다르고 이외의 모든 조건들은 동일한 것으로서, 실시예 1의 이온교환수지 입도가 가장 작고, 실시예 3의 이온교환수지 입도가 가장 크다.
상기 표 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 입도분포가 가장 작은 실시예 1의 경우, 유속이 가장 느리지만 평균 제거율은 98%로 가장 높으며, 입도분포가 커질수록 유속이 빨라지며 제거율이 조금씩 낮아지는 결과를 나타낸다. 큰 입자의 이온교환수지를 사용할수록 공극이 더 발달하기 때문에 밀도는 낮아지면서 유속이 빨라지게 된 것이다.
하지만 모든 경우에 제거율 목표치 90%를 초과하고, 0.53~0.73LPM의 유속을 나타내어, 비교예의 필터를 사용한 경우에 0.1~0.3LPM의 유속을 나타내는 것에 비하여 현저히 빠르다는 것을 알 수 있다.
Claims (20)
- 섬유가 서로 얽혀 3차원 네트워크의 망상 구조를 갖는 소정 형상의 펄프;
상기 펄프의 망상 구조 내에 이온교환수지 분말 및 활성탄 분말이 분산되어 구속되어 있으며,
상기 섬유는 20㎛ 이상 90㎛ 이하의 굵기를 갖는 침엽수 섬유인 수처리용 필터.
- 제1항에 있어서, 상기 펄프는 0.5 내지 20㎜의 두께를 갖는 것인 수처리용 필터.
- 제1항에 있어서, 상기 펄프는 밀도가 0.1 내지 1.0g/㎤인 수처리용 필터.
- 제1항에 있어서, 상기 필터는 피브릴화되어 복수의 피브릴을 갖는 것인 수처리용 필터.
- 제4항에 있어서, 상기 피브릴은 0.001 내지 1㎛ 미만의 굵기를 갖는 것인 수처리용 필터.
- 제1항에 있어서, 펄프 5 내지 80%, 이온교환수지 1 내지 90중량% 및 활성탄 1 내지 90중량%를 포함하는 것인 수처리용 필터.
- 제1항에 있어서, 상기 이온교환수지 분말은 10-600㎛의 크기를 갖는 것인 수처리용 필터.
- 제1항에 있어서, 상기 이온교환수지는 H, Na, Ca, Mg, OH, Cl로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 치환기를 갖는 것인 수처리용 필터.
- 제1항에 있어서, 상기 이온교환수지는 건조 상태에서의 체적을 기준으로, 수 중에서 스웰링되어 체적이 변화하는 정도를 나타내는 스웰링율이 10-350%인 수처리용 필터.
- 제1항에 있어서, 상기 활성탄은 야자계 활성탄, 차콜계 활성탄, 피치계 활성탄, 첨착활성탄 및 카본파이버로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 활성탄인 수처리용 필터.
- 제9항에 있어서, 상기 활성탄과 함께, 카본파이버, 제올라이트, 은 및 KDF 중 적어도 하나를 더 포함하는 것인 수처리용 필터.
- 제1항에 있어서, 상기 활성탄은 Iodine No. 800 내지 2000인 수처리용 필터.
- 제1항에 있어서, 상기 활성탄은 10 내지 400㎛의 입자사이즈를 갖는 것인 수처리용 필터.
- 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항의 수처리용 필터; 및
상기 수처리용 필터의 양면에 서포트 층
을 포함하되, 상기 수처리용 필터와 상기 서포트 층은 합지되고, 상기 서포트층은 천연섬유 및 합성섬유 중 적어도 하나로 된 시트인 수처리 시스템.
- 제14항에 있어서, 상기 수처리용 필터와 어느 하나의 서포트 층 사이에 제2 서포트 층을 더 포함하며, 상기 제2 서포트 층은 부직포, 직포 및 멤브레인 중 어느 하나 또는 적어도 2 이상의 복합체인 수처리 시스템.
- 제15항에 있어서, 상기 제2 서포트층은 PP, PE, PET, PES, PAN, PVDF, PA, LM, 펄프, 레이온, 텐셀 및 코튼으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나로 된 것인 수처리 시스템.
- 제15항에 있어서, 상기 제2 서포트층은 0.2 내지 1.0㎛ 범위의 기공 사이즈를 갖는 것인 수처리 시스템.
- 제15항에 있어서, 상기 제2 서프트 층은 30 내지 90% 범위의 기공률을 갖는 것인 수처리 시스템.
- 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항의 수처리용 필터를 2 이상 사용하되, 상기 수처리용 필터가 병렬 또는 직렬로 배열된 수처리 장치.
- 제19항에 있어서, 상기 수처리 장치는 피처, 휴대용 정수기 또는 캡슐 정수기인 수처리 장치.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020160131270A KR102642211B1 (ko) | 2016-10-11 | 2016-10-11 | 펄프를 이용한 수처리 필터, 상기 수처리 필터를 포함하는 수처리 시스템 및 장치 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020160131270A KR102642211B1 (ko) | 2016-10-11 | 2016-10-11 | 펄프를 이용한 수처리 필터, 상기 수처리 필터를 포함하는 수처리 시스템 및 장치 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20180039905A true KR20180039905A (ko) | 2018-04-19 |
| KR102642211B1 KR102642211B1 (ko) | 2024-03-04 |
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ID=62087976
Family Applications (1)
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Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102642211B1 (ko) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20000016329A (ko) * | 1996-07-30 | 2000-03-25 | 티모시비.카니 | 필터시트 및 이 필터시트를 사용하는 포토레지스트 조성물 정제방법 |
| JP2005161308A (ja) * | 2003-11-11 | 2005-06-23 | Yamatoyo Sangyo Kk | フィルター |
-
2016
- 2016-10-11 KR KR1020160131270A patent/KR102642211B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20000016329A (ko) * | 1996-07-30 | 2000-03-25 | 티모시비.카니 | 필터시트 및 이 필터시트를 사용하는 포토레지스트 조성물 정제방법 |
| JP2005161308A (ja) * | 2003-11-11 | 2005-06-23 | Yamatoyo Sangyo Kk | フィルター |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| https://ko.wikipedia.org/w/index.php?title=%ED%94%BC%EB%B8%8C%EB%A6%B4&oldid=5018109, 2010.05.01* * |
| 이온교환수지를 이용한 수처리 가이드북, http://iontec.co.kr/main/pds_view.asp?num=205&paper=1, 2019.11.15* * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR102642211B1 (ko) | 2024-03-04 |
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