KR20190047589A - 산업폐수의 유해중금속 처리를 위한 기능성 세라믹 필터의 제조방법 - Google Patents
산업폐수의 유해중금속 처리를 위한 기능성 세라믹 필터의 제조방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명에 따른 산업폐수의 유해중금속 처리를 위한 기능성 세라믹 필터의 제조방법은 알루미나(Al2O3) 성분, 바인더 성분 및 물이 혼합된 기본 혼합물에 영가철(Fe0) 성분을 첨가하여 필터용 혼합물을 생성하는 단계; 상기 필터용 혼합물을 압출기를 통해 압출하여 압출체를 형성하는 단계; 상기 생성된 압출체를 건조하여 건조 성형체를 형성하는 단계; 및 상기 생성된 건조 성형체를 일정 온도범위 내에서 소성하여 기능성 세라믹 필터를 형성하는 단계를 포함한다.
Description
본 발명은 세라믹 필터의 제조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 산업폐수를 처리하는데 사용되는 기능성 세라믹 필터의 제조 방법에 관한 것이다.
수처리 공정에 있어서 기존의 물리 화학적, 생물학적 공정보다 수질개선 효과가 우수하고 약품 사용이 배제된 환경 친화적 기술은 진화 중에 있이며, 산업화에 따른 수질 악화, 산업 폐수 증가에 따른 부하량 증가 및 환경 규제 등으로 환경 친화적인 수처리 기술의 필요성이 증가하고 있다.
수처리 공정에 사용되는 일반적인 분리막(이하 필터)은 2개 이상의 성분 중에서 특정 성분만을 선택적으로 분리할 수 있는 경계층을 말하며, 필터의 기공 크기나 구조 및 분리되는 입자 크기나 성질에 따라 분류된다. 필터의 분리공정은 서로 다른 두상 사이에 위치하는 막이 두상 사이의 물질의 이동 및 확산을 조절하는 것으로서, 혼합물 형태의 두상 중에 한상이 선택적으로 이동되어 다른 상과 분리되는 과정을 말하는 것이다.
필터는 소재에 따라 대표적으로 유기 필터와 무기 필터로 구분되며,유기 필터는 무기 필터에 비해 대면적 기공제어가 용이하며, 제품 단가가 저렴하다. 이러한 특성을 이용하여 제조 공정상 안정성을 가져올 수 있으며, 경제적으로 상당한 강점을 가진다.
그러나 유기 필터의 경우에 내열, 내약품성이 약하며 기계적 강도가 낮다는 단점을 가지고 있다. 즉, 일반적인 산업폐수 처리공정에서 사용되는 유기 필터는 처리공정에서 용해되거나 산업폐수내 용해되어 있는 Fe, Mn등과 같은 중금속 이온이 유기필터 내부에 침적되어 막힘 현상(fouling)을 유발시키며, 산이나 염기 등과 같은 내약품성에 약한 단점이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 산업폐수 환경 특히, pH 2 내지 11의 환경에 적합한 기능성 세라믹 필터 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
상기의 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 산업폐수의 유해중금속 처리를 위한 기능성 세라믹 필터의 제조방법은 알루미나(Al2O3) 성분, 바인더 성분 및 물이 혼합된 기본 혼합물에 영가철(Fe0) 성분을 첨가하여 필터용 혼합물을 생성하는 단계; 상기 필터용 혼합물을 압출기를 통해 압출하여 압출체를 형성하는 단계; 상기 생성된 압출체를 건조하여 건조 성형체를 형성하는 단계; 및 상기 생성된 건조 성형체를 일정 온도범위 내에서 소성하여 기능성 세라믹 필터를 형성하는 단계를 포함한다.
상기 기본 혼합물과 혼합되는 상기 영가철(Fe0) 성분은 상기 기본 혼합물과 비교하여 10[wt%] 이상 30 [wt%] 이하의 조성비를 갖는 것을 특징으로 한다.
상기 바인더 성분은 메틸셀룰로오스(Methyl cellulose)계열의 바인더인 것을 특징으로 한다.
상기 알루미나(Al2O3) 성분의 입자 사이즈는, 0.7[㎛] 이상 0.9[㎛] 이하의 크기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 영가철(Fe0) 성분의 입자 사이즈는, 0.1[㎛] 이상 0.3[㎛] 이하의 크기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 건조 성형체는, 함수량이 1[%]이하로 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기 일정 온도범위는 1200[℃] 이상 1300[℃] 이하인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 알루미나 등의 무기 소재를 사용함으로써, 내열성, 내약품성, 내유기 용매성 등이 우수하고, 우수한 기계적 강도를 갖는 기능성 세라믹 필터를 제조할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 세라믹 소재에 압력이 가해져도 수분과 분리되지 않고 부드럽게 압출 성형이 이루어지며, 성형 후의 형상이 유지될 수 있도록 함으로써, 건조 및 소성 과정에서의 기능성 세라믹 필터의 보형성이 유지되어 양호한 세라믹 필터가 제조될 수 있도록 한다.
또한, 본 발명에 따라 제조되는 기능성 세라믹 필터는 내화학성과 내구성이 강하므로 수질이 열악한 산업폐수에 대한 처리 유량이 종래에 비해 월등히 높일 수 있다. 또한, 산업 폐수의 pH가 2 내지 11에 해당하는 경우에도 필터링 수행이 가능하며, 내구성이 우수하여 반복적인 필터링 동작을 수행할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 제조 방법에 의해 생상된 기능성 세라믹 필터는 산업 폐수에 대한 전기 화학 처리는 구성이 간단하며, 설비를 소형화할 수 있어서 폐수 처리를 위한 공간 사용을 최소화할 수 있으며, 기존 화학약품 사용에 수반되는 안전조치 등을 회피할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 산업폐수의 유해중금속 처리를 위한 기능성 세라믹 필터의 제조방법을 설명하기 위한 일 실시예의 플로차트이다.
도 2a 및 도 2b는 알루미나(Al2O3) 성분의 입자 크기에 따른 소성 밀도변화를 예시하는 그래프이다.
도 3a 및 도 3b는 기능성 세라믹 필터에 대한 소성 온도에 따른 광물학적 특성변화를 예시하는 그래프이다.
도 4는 소성 온도에 따른 기능성 세라믹 필터의 강도와 기공률의 관계를 나타내는 일 실시예의 그래프이다.
도 2a 및 도 2b는 알루미나(Al2O3) 성분의 입자 크기에 따른 소성 밀도변화를 예시하는 그래프이다.
도 3a 및 도 3b는 기능성 세라믹 필터에 대한 소성 온도에 따른 광물학적 특성변화를 예시하는 그래프이다.
도 4는 소성 온도에 따른 기능성 세라믹 필터의 강도와 기공률의 관계를 나타내는 일 실시예의 그래프이다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 아래의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시예들로 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하며 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는"포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 산업폐수의 유해중금속 처리를 위한 기능성 세라믹 필터의 제조방법을 설명하기 위한 일 실시예의 플로차트이다.
먼저, 알루미나(Al2O3) 성분, 바인더 성분 및 물이 혼합된 기본 혼합물에 영가철(Fe0, average particle size) 성분을 첨가하여 필터용 혼합물을 생성한다(100). 기본 혼합물을 구성하는 물은 3차 증류수를 사용할 수 있다.
기본 혼합물을 구성하는 알루미나(Al2O3) 성분은 세라믹 소재로서, 알루미나 분말(Alumina Powder,AP) 400 (POS-HIAL, Korea)을 사용할 수 있다.
여기서, 알루미나(Al2O3) 성분의 입자 사이즈는 0.7[㎛] 이상 0.9[㎛] 이하의 크기를 갖는 것일 수 있다. 특히, 알루미나(Al2O3) 성분의 입자 사이즈는 0.75[㎛] 내지 0.80[㎛] 인 것이 바람직하다.
도 2a 및 도 2b는 알루미나(Al2O3) 성분의 입자 크기에 따른 소성 밀도변화를 예시하는 그래프이다.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 알루미나(Al2O3) 성분의 입자 사이즈가 0.7[㎛] 이상 0.9[㎛] 이하의 크기를 가질 때, 소성시 동일한 소성 온도에서도 소성구동력인 입자 표면에너지의 감소를 촉진하여 소결성을 증가시킨다. 압출한 편광형 필터의 경우 알루미나 입자 크기로 인한 소성시 반응 면적 증가로 상대적으로 높은 선 수축률을 가지며, 평관형 필터의 평균 기공 크기는 주로 알루미나 분말의 크기에 영향을 받으며, 소성 온도에 따른 영향은 크게 받지 않는다.
기본 혼합물을 구성하는 바인더의 조건은 함께 사용되는 세라믹 소재과 반응하지 않으며, 수계에서 용해가 용이하고, 산화, 비산화 분위기 중에서 저온(300~400℃)에서 완전히 분해 휘발 되는 것이어야 한다. 또한, Na, K, Li 등의 알칼리류 및 Fe, Ni, Co, Cr 등의 잔류 중금속을 함유하지 않아야 하며, 분해가스가 독성 및 강산·강알칼리성이 아니며, 세라믹 분말과 압출 바인더를 혼합한 성형체가 가능하면 재생 될 수 있는 것이어야 한다. 또한, 바인더의 조건은, 후술할 압출기를 통한 압출 방식에 의한 제조에 있어서, 세라믹 소재에 압력이 가해져도 수분과 분리하지 않아야 하고, 세라믹 소재가 부드럽게 압출 성형이 될 수 있도록 팽윤성과 압출기 내부 실린터와 금형 내부표면과의 마찰이 일어나지 않게 일정한 속도로 배토가 이루어질 수 있는 것이어야 하며, 성형 후에 형상을 유지할 수 있도록 보형성을 주고, 건조 시의 수축이나 틀어짐에 의한 휨과 갈라짐의 발생을 방지할 수 있는 것이어야 한다.
이를 위한 바인더로서 PVA, PVB, PEG, MC, CMC 등이 예시될 수 있으며, 이러한 바인더에 더해서 글리세린, PEG 등의 가소제와 스테아린산 에멀젼, 왁스 에멀젼 등을 포함할 수 있다.
바인더의 조성과 첨가량은 성형성(보수성, 팽윤성, 보형성), 성형체의 강도와 결함의 유무, 탈지성, 소결체의 결함의 유무 등의 평가를 행하여 결정하며 일반적으로 세라믹 원료분말의 중량에 대하여 4~10% 바인더를 첨가하고 수계인 압출바인더의 경우, 유기바인더의 종류와 양에 따라 수분의 첨가량 정도가 결정될 수 있다.
따라서 본 발명에서는 분자결합도에 따라 다양한 종류를 가지고 있으면서 경제성이 있는 메칠셀룰로오스계(Methylcellulose: [C6H7O2(OH)x(OCH3)y]n)의 압출 바인더를 사용할 수 있다. 이러한 메칠셀룰로오스계 압출바인더의 경우, Methyl(CH3)이 결합된 순수 Methylcellulose, Hydroxy propyl과 Methyl이 결합된 HPMC, Hydroxy ethyl이 결합된 HEMC 등 크게 3가지 타입으로 나뉘어질 수 있다. 이러한 MC계열의 유기물은 물에 잘 용해되는 특성을 가지고 있으며 세라믹분말과 반응하지 않는 무극성을 특성을 나타내며 넓은 범의의 pH에도 안정성을 나타낸다. 메칠셀룰로오스계의 바인더는 7000 내지 11000[cps]의 점도를 가질 수 있다.
다음의 표 1은 전술한 기본 혼합물의 조성비를 예시하는 표이다.
| Elements | wt.% | g |
| 알루미나 성분(AP) | 88 | 1760 |
| Clay | 4 | 80 |
| Felspar | 4 | 80 |
| Silica | 4 | 80 |
| Binder | 8 | 320 |
| Water | 18 | 720 |
| Wetting agent | 3 | 120 |
| Total | 129 | 3160 |
다만, 전술한 표 1의 조성비는 예시적인 것이며, 필요에 따라 조성비를 달리할 수 있다.
전술한 기본 혼합물과 혼합되는 영가철(Fe0) 성분은 유해 중금속의 제거 기능성을 갖는 것으로, 97.5[%] 이상의 순도를 가진 영가철(Zero Valent Iron, ZVI)을 사용할 수 있다. 이때, 영가철(Fe0) 성분의 입자 사이즈는, 0.1[㎛] 이상 0.3[㎛] 이하의 크기를 포함하는 것일 수 있다. 소성 온도 증가에 따른 반응 면적 증대 및 표면 에너지 감소에 따른 소결성 증대를 위해 영가철(Fe0) 성분의 입자 사이즈는 0.15[㎛] 내지 0.25[㎛] 인 것이 바람직하다.
세라믹 필터의 기능성을 부여하기 위해 영가철(Fe0)을 기본 혼합물에 첨가한다. 다음의 표 2는 전술한 기본 혼합물(So)과 영가철(Fe0) 성분 간의 조성비를 예시하는 표이다.
| S/N | S0함량(wt%) | Fe0함량(wt%) |
| S0 | 100 | 0 |
| SF10 | 90 | 10 |
| SF20 | 80 | 20 |
| SF30 | 70 | 30 |
| SF50 | 50 | 50 |
영가철(Fe0) 성분은 기본 혼합물과 비교하여 10[wt%] 이상 30 [wt%] 이하의 질량 백분율을 갖는 것일 수 있다. 즉, 100[%]의 질량 백분율 중에서 기본 혼합물은 70[wt%] 이상 90 [wt%] 이하의 질량 백분율을 가질 때, 영가철(Fe0) 성분은 10[wt%] 이상 30 [wt%] 이하의 질량 백분율을 가질 수 있다. 영가철(Fe0) 성분의 함량이 증가할수록 강도는 대체적으로 증가되며, 공극율은 감소된다. 강도는 Fe0함량 30%부터 수렴하게 된다.
기본 혼합물에 영가철(Fe0) 성분을 첨가하여 필터용 혼합물을 생성하는 과정은 분말 혼합물의 균일성이 유지될 수 있도록 한다. 불균일한 혼합물은 최종적인 기능성 세라믹 필터의 불량화를 야기시킬 수 있다. 균일한 혼합을 위해 혼합기가 사용된다. 혼합기는 리본믹서기(Ribbon mixer, Techinkorea, Korea)와 교반기(PK-50, Kikusui, Japan)를 사용할 수 있으며, 각각 10분, 15분동안 혼련(kneading)하여 생성된다. 균일한 혼합을 위한 적절한 혼합공정변수로서 온도, 로터(혹은 스크류)의 회전속도, 혼합시간 등을 고려할 수 있다.
100 단계 후에, 필터용 혼합물을 압출기를 통해 압출하여 압출체를 형성한다(102). 압출기를 이용한 압출 방식은 기능성 세라믹 필터의 다량 생산에 유리하다. 예를 들어, 필터용 혼합물을 진공압출기(Dongkwang tech, Korea)를 통해 압출하며, 이때, 압출 시편은 40mmХ200mmХ5mm크기로 압출 성형체를 형성할 수 있다.
압출기는 세라믹 필터의 구조를 형상화하기 위한 것으로, 튜브 형태나 벌집 형태의 다공체를 만드는데 적합하다. 또한, 압출체의 형상은 Single Hole Tube, Multi Hole Tube, 평판형, 평관형, Honeycomb형 등 여러 가지 형태로 형성될 수 있다. 특히, 대형 형상으로 많은 양의 산업폐수를 효율적으로 정화하기 위해 적층형상이 가능한 멀티형 집적설비를 제조하여 물을 정화할 수 있도록 하기 위해, 평관 형태의 압출체를 형성하기 위해 세라믹 압출 공법이 적용될 수 있다.
102 단계 후에, 생성된 압출체를 건조하여 건조 성형체를 형성한다(104). 압출 공법을 이용한 세라믹 제품은 압출시 약 15~20%의 함수를 포함하고 있다. 본 발명에서 압출체는 장시간 자연 건조 후 열풍 건조기를 이용하여 함수율 1[%] 이하의 양호한 압출체를 확보할 수 있다.
압출과 동시에 건조가 가능한 마이크로웨이브(Microwave) 건조장치를 이용한 건조 공법을 이용하여 건조 성형체를 생성할 수도 있다. 여기서, 마이크로웨이브 건조장치는 압출기와 결합하여 구축하기 위해 고온에서 견디는 컨베이어를 일체형으로 적용할 수 있으며, 압출기에서 토출되는 압출체의 건조 변형을 최소화하여 변형 없는 건조체를 생성할 수 있다. 이를 위한, 마이크로웨이브 건조장치는 마이크로웨이브 건조기 및 열풍 건조기를 포함할 수 있다.
압출과 동시에 1단계로 마이크로웨이브 건조기를 이용하여 연속적으로 건조를 하고, 건조된 제품을 커팅하여 2단계 열풍 건조기에서 80℃, 12시간 동안 최종 건조를 수행하여 변형이 최소인 건조 성형체를 생성할 수 있다. 1단계 건조에서의 함수율은 2~3[%]이며, 2단계는 보다 바람직하게 1[%] 이하의 함수율을 갖도록 한다. 마이크로웨이브 건조기의 건조 조건 컨트롤은 압출체의 크기와 함수량에 따라서 결정된다. 이렇게 1차로 마이크로웨이브 건조기에서 건조된 평관형의 압출 건조체를 수평이 잘 유지되는 판 위에 상/하로 샌드위치하여 열풍건조기에서 80℃, 12시간 건조하여 최종 함수율 1[%]이하로 건조체를 생성할 수 있다.
104 단계 후에, 상기 형성된 건조 성형체를 일정 온도범위 내에서 소성하여 기능성 세라믹 필터를 형성한다(106). 여기서, 일정 온도범위는 1200[℃] 이상 1300[℃] 이하일 수 있다. 특히, 일정 온도범위로서 1250[℃]일 수 있다. 일정 온도범위에 해당하는 1200[℃] 이상 1300[℃] 이하의 온도는 건조 성형체를 구성하는 알루미나(Al2O3) 성분 및 영가철(Fe0) 성분의 흡착 특성을 유지하면서 소성에 따른 강도를 확보하기 위한 필요조건에 해당하는 온도이다. 이때, 소성 시간은 2시간 이상이 소요될 수 있다.
이온 성분의 산업폐수에 대한 흡착 특성을 확보하기 위해, 건조 성형체는 강도의 향상과 함께 투수율을 위해 기공율을 향상시켜야 한다. 소결강도를 향상시키기 위해 소성온도를 1200℃에서 1300℃로 유지하며, 소성 온도 상승으로 더욱 치밀해 지는 것에 대하여 기공구조가 사라지는 것을 대비하여 기공율을 향상시키기 위해 기공 형성제를 사용할 수 있다. 기공 형성제는 다공성 소재에 적합한 약 10[㎛]의 입자크기를 갖는 그라파이트(graphite)를 사용할 수 있다.
기능성 세라믹 필터에 대한 소성온도 변화에 따른 광물학적 특성을 파악하기 위해 1150[℃], 1250[℃] 및 1350[℃]의 온도조건에 따른 광물학적 특성변화를 XRD 분석을 통해 확인할 수 있다.
도 3a 및 도 3b는 기능성 세라믹 필터에 대한 소성 온도에 따른 광물학적 특성변화를 예시하는 그래프이다.
도 3a를 참조하면, 주원료인 알루미나는 소성 온도가 증가됨에 따라 광물학적 특성 변화가 없으며, 도 3b를 참조하면, 영가철은 소성 온도가 증가됨에 따라 Fe 산화광물인 적철석(Hematite)과 자철석(Magnetite)으로 변화가 일어난다.
한편, 소성온도에 따른 기능성 세라믹 필터의 특성을 파악하기 위해 각각 다른 소성온도조건(1,150℃와 1,250℃)에서 2시간 동안전기로(SH-MF2C, Samheung, Korea)를 이용하여 소결한다. 소결되어 형성된 기능성 세라믹 필터에 대한 강도측정은 강도시험기(DTU-900 MHA, Daekyung tech, Korea)를 이용하여 3점 휨강도를 측정하며, 기공률은 아르키메데스 원리(Archimedes principle)를 이용하여 측정한다.
도 4는 소성 온도에 따른 기능성 세라믹 필터의 강도와 기공률의 관계를 나타내는 일 실시예의 그래프이다.
도 4를 참조하면, 소성 온도에 따른 세라믹 필터의 특성변화를 파악한 결과 100[%] 알루미나 분말 조성조건의 경우, 소성 온도가 1,150[℃]에서 1,250[℃]로 증가되었을 때 세라믹 필터의 강도는 13.74[MPa]에서 34.96[MPa]로 254.4[%]증가하였으나, 기공률은 반대로 44.55[%]에서 41.28[%]로 대략 3.3[%]만큼 감소한다. 이는 동일한 소재원료인 경우, 소성 온도가 증가할수록 필터내 밀도가 증가하였기 때문이다.
다음의 표 3은 소성 온도에 따른 기능성 세라믹 필터의 강도와 기공율 간의 관계를 나타내는 표이다.
| 소성온도 (℃) |
FeO함량 | |||||||||
| 0 | 10 | 20 | 30 | 50 | ||||||
| 강도 | 기공율 | 강도 | 기공율 | 강도 | 기공율 | 강도 | 기공율 | 강도 | 기공율 | |
| 1150 | 13.74 | 44.55 | 31.25 | 37.3 | 40.02 | 32.34 | 47.38 | 23.34 | 70.46 | 19.25 |
| 1250 | 34.96 | 41.28 | 52.64 | 34.25 | 71.28 | 26.7 | 75.81 | 24.04 | 99.01 | 14.26 |
| 1350 | 49.98 | 38.4 | 63.79 | 34.41 | 83.82 | 30.66 | 80.47 | 25.96 | 84.72 | 18.46 |
표 3을 참조하면, 영가철(Fe0) 함량이 증가할수록 기능성 세라믹 필터의 강도는 증가하지만 기공률은 감소함을 확인할 수 있다. 50%의 영가철(Fe0) 함량의 경우, 강도는 소결온도 1150[℃] 조건에서 70.46[MPa]이며, 1250[℃] 조건에서 99.01 [MPa]로 나타남에 따라, 0[%]의 영가철(Fe0) 조건에 비하여 각각 512.8[%]와283.2[%]만큼 증가함을 확인할 수 있다. 이와 반대로 기공률은 43.2[%]와 34.5[%]로 감소함을 확인할 수 있다.
영가철(Fe0) 함량 증가에 따른 필터의 강도 증가와 기공률 감소는 기본조성 원료 내 존재하는 장석과 점토 등에 존재하는 불순물 성분(Na2O, K2O, CaO, MgO 등)들로 인하여 영가철(Fe0) 함량이 불순물(장석, 점토, 석영)들과 공정(eutectic)반응이 용이하여 소결온도를 낮추어 줌으로써 결합을 원활하게 하는 효과와 액상에 의한 치밀화가 이루어지며 이에 따라 밀도 값의 증가에 기인한 것으로 판단된다.
전술한 바와 같은 제조 방법을 통해 생성된 기능성 세라믹 필터는 알루미나(Al2O3) 성분과 영가철(Fe0) 성분의 성분비에 따라, 화학적 기작을 통해 산업폐수에 포함된 이온성 폐수성분을 효과적으로 포획할 수 있다. 이온성 폐수성분이 기능성 세라믹 필터의 내부로 유인되면, 유인된 이온성 폐수성분은 영가철 성분(F)에 의해 포획되어 기능성 세라믹 필터 내에 머물러 있게 된다.
이상과 같이 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명을 한정하는 것이 아니다. 본 발명의 범위는 아래의 특허청구범위에 의해 해석되어야 하며, 그와 균등한 범위 내에 있는 모든 기술도 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석해야 할 것이다.
Claims (7)
- 알루미나(Al2O3) 성분, 바인더 성분 및 물이 혼합된 기본 혼합물에 영가철(Fe0) 성분을 첨가하여 필터용 혼합물을 생성하는 단계;
상기 필터용 혼합물을 압출기를 통해 압출하여 압출체를 형성하는 단계;
상기 생성된 압출체를 건조하여 건조 성형체를 형성하는 단계; 및
상기 생성된 건조 성형체를 일정 온도범위 내에서 소성하여 기능성 세라믹 필터를 형성하는 단계를 포함하는 산업폐수의 유해중금속 처리를 위한 기능성 세라믹 필터의 제조방법. - 청구항 10에 있어서,
상기 기본 혼합물과 혼합되는 상기 영가철(Fe0) 성분은 상기 기본 혼합물과 비교하여 10[wt%] 이상 30 [wt%] 이하의 조성비를 갖는 것을 특징으로 하는 산업폐수의 유해중금속 처리를 위한 기능성 세라믹 필터의 제조방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 바인더 성분은 메틸셀룰로오스(Methyl cellulose)계열의 바인더인 것을 특징으로 하는 산업폐수의 유해중금속 처리를 위한 기능성 세라믹 필터의 제조방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 알루미나(Al2O3) 성분의 입자 사이즈는,
0.7[㎛] 이상 0.9[㎛] 이하의 크기를 포함하는 것을 특징으로 하는 산업폐수의 유해중금속 처리를 위한 기능성 세라믹 필터의 제조방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 영가철(Fe0) 성분의 입자 사이즈는,
0.1[㎛] 이상 0.3[㎛] 이하의 크기를 포함하는 것을 특징으로 하는 산업폐수의 유해중금속 처리를 위한 기능성 세라믹 필터의 제조방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 건조 성형체는,
함수량이 1[%]이하로 형성하는 것을 특징으로 하는 산업폐수의 유해중금속 처리를 위한 기능성 세라믹 필터의 제조방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 일정 온도범위는 1200[℃] 이상 1300[℃] 이하인 것을 특징으로 하는 산업폐수의 유해중금속 처리를 위한 기능성 세라믹 필터의 제조방법.
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