KR20210026715A - pH 8.5 안정, 지속형 먹는 물 생산용 세라믹 볼 및 그 제조방법, 그리고 이를 포함하는 시스템 적용 필터 - Google Patents

pH 8.5 안정, 지속형 먹는 물 생산용 세라믹 볼 및 그 제조방법, 그리고 이를 포함하는 시스템 적용 필터 Download PDF

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KR20210026715A KR1020190107903A KR20190107903A KR20210026715A KR 20210026715 A KR20210026715 A KR 20210026715A KR 1020190107903 A KR1020190107903 A KR 1020190107903A KR 20190107903 A KR20190107903 A KR 20190107903A KR 20210026715 A KR20210026715 A KR 20210026715A
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(주)바이오세라
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Abstract

본 발명은 안정적으로 일정 pH를 유지하는 지속형 먹는 물 생산용 세라믹 볼 및 그 제조방법, 그리고 이를 포함하는 시스템 적용 필터에 관한 것으로서, 본 발명에 따르는 세라믹 볼 배합물 및 이를 포함하는 정수용 필터는 각각 세라믹 볼 형태로 제조된 마그네슘 볼, 칼슘 볼, 칼륨 볼, 나트륨 볼, 및 탄소 볼을 소정의 함량으로 포함할 수 있다. 본 발명에 따르는 세라믹 볼 배합물은 pH 8.5를 안정적으로 유지하여 알칼리수에 대한 과민증 질환이 있는 사용자도 사용할 수 있는 동시에 광물질 용해도를 높여 인체에 유용한 미네랄 성분을 음용할 수 있는 먹는 물을 제공할 수 있다.

Description

pH 8.5 안정, 지속형 먹는 물 생산용 세라믹 볼 및 그 제조방법, 그리고 이를 포함하는 시스템 적용 필터{Ceramic balls for stable pH 8.5 drinking water production and manufacturing method thereof, and filer adapted to system comprising the same}
본 발명은 안정적으로 일정 pH를 유지하는 지속형 먹는 물 생산용 세라믹 볼 및 그 제조방법, 그리고 이를 포함하는 물 생산 시스템 적용 필터에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 물속에서 일정한 미네랄을 용출시켜 pH 8.5를 일정하게 유지하는 먹는 물 생산용 세라믹 볼 및 그 제조방법, 그리고 이를 포함하는 물 생산 시스템 적용 필터에 관한 것이다.
최근 인구증가 및 산업화로 인해 환경오염이 심각해짐에 따라 음용수의 수질이 악화되고 있으며, 이로 인해 수돗물에 대한 불신이 높아져 각 가정이나 사무실에는 정수기를 설치하거나 생수를 구입해 마시는 상황이다. 이러한 이유로 수돗물에 포함된 세균, 이물질, 중금속 등을 제거할 수 있는 다양한 종류의 정수기가 개발되어 제공되고 있으나 종래의 정수기는 수돗물로부터 단지 건강에 해롭지 않도록 유해물질을 제거하는 효과만을 제공하고 있을 뿐, 물 자체로써 사람의 건강을 증진시켜 주는 효과는 제공하지는 못하고 있다. 한편 정수기 중 역삼투압 정수기는 인체에 필요한 미네랄 성분까지 모두 여과되므로 사용자는 증류수 수준의 물을 마시는 결과를 초래하게 된다.
한편, 세계적으로 장수촌(파키스탄의 훈자, 에쿠아도르의 빌카밤바, 중국의 바마 등)이나 기적의 물로 알려진 프랑스 루르드 샘물, 멕시코의 트라코테 우물, 독일의 노르데나 샘물, 인도의 나다나의 우물물의 특징은 pH 7.0~8.5 정도의 약알칼리성에 각종 미네랄성분이 풍부한 물로 알려져 있다.
따라서 최근에는 정수된 물에 미네랄 성분을 보충하고 약알칼리성 물을 생산하려는 기술과 제품들이 보급되고 있는 추세이다. 이러한 기술에는 베이킹소다 첨가 방법, 전기분해방식, 화학제품 첨가방식, 세라믹 미네랄 스톤 첨가방식, 세라믹 볼 필터 방식 등이 개발되어 있다.
그리고 최근에는 활성수소를 풍부하게 함유하고 미네랄이 풍부한 알카리환원수 또는 수소풍부수 등을 제공하는 등 물의 유익한 성분을 극대화시키도록 한 기능수 제조장치가 개발되었고, 이러한 물의 기능성을 높여 질병을 치료하거나 건강을 증진시키기 위한 여러 종류의 정수기가 개발되고 있다.
베이킹소다 첨가방법은 쉽기는 하나 나트륨 함량이 상당히 높고 매번 첨가해야하는 사용상의 불편함이 있고, 맛에 민감한 사람은 싫어 할 수도 있다. 전기분해방식은 백금 성분이나 오존 성분 용출 문제가 있고, 화학약품 첨가방식은 염화칼륨(KOH), 염화나트륨(NaOH), 탄산수소나트륨(NaHCO3) 등을 인위적으로 첨가하는 방식으로 다양한 미네랄을 첨가하기가 곤란하고, 미네랄 스톤 첨가방식은 탄산칼슘(CaCO3), 탄산마그네슘(MgCO3), 등을 인위적으로 첨가하는 방식으로 pH는 약간 상승시킬 수 있으나 한 두 성분의 미네랄만 첨가하는 방식이고 사용상 불편함이 있다.
특히 전기분해방식은, 전해조 내에 격막에 의해 분리된 양극실과 음극실을 설치하고 양극판과 음극판에 직류전압을 인가하여 양극실과 음극실에서 각각 산성수와 알칼리수를 동시에 생성하는 방식으로 알칼리수 만 이용하고자 하는 경우 산성수를 별도로 처리해야 하는 문제점을 갖고 있다. 또한 상기의 전기분해방식으로 제공되는 알칼리수는 pH가 9 내지 10정도로 높아서 알칼리수에 대한 과민증 질환이 있는 경우 사용할 수 없으며 광물질 용해도가 낮아 인체에 유용한 미네랄 성분을 음용하기 어려운 단점을 갖는다.
따라서 기존의 정수기와 별도로 알칼리수 제공장치를 구입할 필요 없이 기존의 정수기에 쉽게 설치할 수 있거나 또는 기존의 정수기 생산라인에 쉽게 적용할 수 있는 알칼리수 제공장치 개발이 필요하고 또한 제조되는 알칼리수를 원하는 용도에 적합하도록 pH를 8.5로 안정적으로 유지할 수 있는 알칼리수가 요청되고 있다.
대한민국 등록특허 제10-1198502호(2012.10.31. 등록)
본 발명은 하나의 양상에서, 물 생산 시스템의 필터형 제품에서 정수의 pH를 8.5로 안정적이고 지속적으로 유지하여 알칼리수에 대한 과민증 질환이 있는 사용자도 사용할 수 있는 동시에 광물질 용해도를 높여 인체에 유용한 미네랄 성분을 음용할 수 있는 먹는 물 생산용 세라믹 볼 배합물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 또 다른 양상에서, 상기 세라믹 볼 배합물의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 또 다른 양상에서, 상기 세라믹 볼 배합물을 포함하는 물 생산 시스템 적용 필터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 하나의 양상의 하나의 구체예에서, 마그네슘 볼, 칼슘 볼, 칼륨 볼, 및 나트륨 볼로 구성된 군으로부터 하나 이상 선택되는 세라믹 볼, 및 탄소 볼을 포함하며, 상기 마그네슘 볼은 마그네슘 볼 전체 중량을 기준으로 산화알루미늄(Al2O3) 8~12 중량%, 산화규소(SiO2) 25~29 중량%, 산화철(Fe2O3) 0.5~1.5 중량%, 이산화티타늄(TiO2) 1~3 중량%, 점토(Al2O3·2SiO2H2O) 10~30 중량%, 및 나머지 MgO, MgCO3, Mg(OH)2로 구성된 군 중 하나 이상 선택되는 마그네슘 화합물로 구성된 세라믹 볼이며, 상기 칼슘 볼은 칼슘 볼 전체 중량을 기준으로 산화알루미늄(Al2O3) 8~12 중량%, 산화규소(SiO2) 25~29 중량%, 산화철(Fe2O3) 0.5~1.5 중량%, 이산화티타늄(TiO2) 1~3 중량%, 점토(Al2O3·2SiO2H2O) 10~30 중량%, 및 나머지 CaO, CaCO3, Ca(OH)2로 구성된 군 중 하나 이상 선택되는 칼슘 화합물로 구성된 세라믹 볼이며, 상기 칼륨 볼은 칼륨 볼 전체 중량을 기준으로 산화알루미늄(Al2O3) 8~12 중량%, 산화규소(SiO2) 25~29 중량%, 산화철(Fe2O3) 0.5~1.5 중량%, 이산화티타늄(TiO2) 1~3 중량%, 점토(Al2O3·2SiO2H2O) 10~30 중량%, 및 나머지 K2O, KHCO3, K2CO3, KOH로 구성된 군 중 하나 이상 선택되는 칼륨 화합물로 구성된 세라믹 볼이며, 상기 나트륨 볼은 나트륨 볼 전체 중량을 기준으로 산화알루미늄(Al2O3) 8~12 중량%, 산화규소(SiO2) 25~29 중량%, 산화철(Fe2O3) 0.5~1.5 중량%, 이산화티타늄(TiO2) 1~3 중량%, 점토(Al2O3·2SiO2H2O) 10~30 중량%, 및 나머지 Na2O, NaHCO3, Na2CO3, NaOH로 구성된 군 중 하나 이상 선택되는 나트륨 화합물로 구성된 세라믹 볼이며, 상기 탄소 볼은 활성탄소 및/또는 천연 야자열매 탄화물 75~85 중량%와 바인더 15~25 중량%로 구성된 세라믹 볼인, 세라믹 볼 배합물을 제공할 수 있다.
본 발명은 하나의 양상의 또 다른 구체예에서, 상기 마그네슘 볼, 상기 칼슘 볼, 상기 칼륨 볼, 상기 나트륨 볼, 및 상기 탄소 볼의 지름이 1~10㎜인 세라믹 볼 배합물을 제공할 수 있다.
본 발명은 하나의 양상의 또 다른 구체예에서, 상기 마그네슘 볼, 상기 칼슘 볼, 상기 칼륨 볼, 상기 나트륨 볼, 및 상기 탄소 볼을 포함하며, 상기 마그네슘 볼, 상기 칼슘 볼, 상기 칼륨 볼, 및 상기 나트륨 볼이 상기 세라믹 볼 배합물 전체 중량을 기준으로 각각 4~6 중량% 포함되는 세라믹 볼 배합물을 제공할 수 있다.
본 발명은 또 다른 양상의 하나의 구체예에서, 마그네슘 볼, 칼슘 볼, 칼륨 볼, 나트륨 볼, 및 탄소 볼을 각각 구성하는 분말 형태의 원료를 각각 소정의 함량으로 혼합하여 각각의 혼합 분말을 제조하는 단계; 상기 혼합 분말을 각각 회전드럼에 넣고 회전드럼을 회전시키면서, 투입된 혼합 분말의 총 중량을 기준으로 하여 10 중량%의 물을 상기 회전드럼 내에 분사하여 각각의 시드 볼을 제조한 후 지름 0.5~1㎜의 시드 볼을 선별하는 단계; 선별된 지름 0.5~1㎜의 상기 시드 볼과 상기 혼합 분말을 다시 또 다른 회전드럼에 각각 넣고 회전드럼을 회전시키면서 시드 볼과 혼합 분말의 전체 중량을 기준으로 10 중량%의 물을 분사하여 지름 1~10㎜의 각각의 세라믹 볼을 제조하는 단계; 각각의 세라믹 볼을 80~200℃에서 5 내지 20시간 건조한 후, 건조된 세라믹 볼을 800~1,300℃에서 10~20 시간 동안 소성과정을 거쳐 마그네슘 볼, 칼슘 볼, 칼륨 볼, 나트륨 볼, 및 탄소 볼 각각의 세라믹 볼을 소성시키는 단계; 및 소성된 마그네슘 볼, 칼슘 볼, 칼륨 볼, 나트륨 볼, 및 탄소 볼 각각의 세라믹 볼을 배합물 전체 중량을 기준으로 하여 마그네슘 볼, 칼슘 볼, 칼륨 볼, 및 나트륨 볼이 각각 4~6 중량% 포함되도록 배합하여 세라믹 볼 배합물을 제조하는 단계; 를 포함하며, 상기 마그네슘 볼은 마그네슘 볼 전체 중량을 기준으로 산화알루미늄(Al2O3) 8~12 중량%, 산화규소(SiO2) 25~29 중량%, 산화철(Fe2O3) 0.5~1.5 중량%, 이산화티타늄(TiO2) 1~3 중량%, 점토(Al2O3·2SiO2H2O) 10~30 중량%, 및 나머지 MgO, MgCO3, Mg(OH)2로 구성된 군 중 하나 이상 선택되는 마그네슘 화합물로 구성되며, 상기 칼슘 볼은 칼슘 볼 전체 중량을 기준으로 산화알루미늄(Al2O3) 8~12 중량%, 산화규소(SiO2) 25~29 중량%, 산화철(Fe2O3) 0.5~1.5 중량%, 이산화티타늄(TiO2) 1~3 중량%, 점토(Al2O3·2SiO2H2O) 10~30 중량%, 및 나머지 CaO, CaCO3, Ca(OH)2로 구성된 군 중 하나 이상 선택되는 칼슘 화합물로 구성되며, 상기 칼륨 볼은 칼륨 볼 전체 중량을 기준으로 산화알루미늄(Al2O3) 8~12 중량%, 산화규소(SiO2) 25~29 중량%, 산화철(Fe2O3) 0.5~1.5 중량%, 이산화티타늄(TiO2) 1~3 중량%, 점토(Al2O3·2SiO2H2O) 10~30 중량%, 및 나머지 나머지 K2O, KHCO3, K2CO3, KOH로 구성된 군 중 하나 이상 선택되는 칼륨 화합물로 구성되며, 상기 나트륨 볼은 나트륨 볼 전체 중량을 기준으로 산화알루미늄(Al2O3) 8~12 중량%, 산화규소(SiO2) 25~29 중량%, 산화철(Fe2O3) 0.5~1.5 중량%, 이산화티타늄(TiO2) 1~3 중량%, 점토(Al2O3·2SiO2H2O) 10~30 중량%, 및 나머지 Na2O, NaHCO3, Na2CO3, NaOH로 구성된 군 중 하나 이상 선택되는 나트륨 화합물로 구성되며, 상기 탄소 볼은 활성탄소 및/또는 천연 야자열매 탄화물 75~85 중량%와 바인더 15~25 중량%로 구성되는, 세라믹 볼 배합물 제조방법을 제공할 수 있다.
본 발명은 또 다른 양상에서, 본 발명에 따르는 세라믹 볼 배합물을 포함하는 정수용 필터를 제공할 수 있다.
본 발명의 하나의 양상에 따르는 세라믹 볼 배합물은 pH를 약 8.5로 안정적이고 지속적으로 유지하여 알칼리수에 대한 과민증 질환이 있는 사용자도 사용할 수 있는 동시에 광물질 용해도를 높여 인체에 유용한 미네랄 성분을 음용할 수 있는 먹는 물을 제공할 수 있다.
도 1은 마그네슘 볼에서 산화마그네슘 함량에 따른 통수시험시 pH 변화를 나타내는 그래프이다.
도 2는 칼슘 볼에서 산화칼슘 함량에 따른 통수시험시 pH 변화를 나타내는 그래프이다.
도 3은 칼륨 볼에서 산화칼륨 함량에 따른 통수시험시 pH 변화를 나타내는 그래프이다.
도 4는 나트륨 볼에서 산화나트륨 함량에 따른 통수시험시 pH 변화를 나타내는 그래프이다.
도 5는 11인치 필터형 제품에서 각 세라믹 볼 배합비 차이에 따른 통수시험 동안 pH 변화를 나타내는 그래프이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
특별한 정의가 없는 한 본 명세서의 모든 용어는 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 기술자가 이해하는 당해 용어의 일반적 의미와 동일하고 만약 본 명세서에 사용된 용어의 의미와 충돌하는 경우에는 본 명세서에 사용된 정의에 따른다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할때 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 발명은 하나의 양상에서, 마그네슘 볼, 칼슘 볼, 칼륨 볼, 및 나트륨 볼로 구성된 군으로부터 하나 이상 선택되는 세라믹 볼, 및 탄소 볼을 포함하는 세라믹 볼 배합물을 제공할 수 있다.
하나의 구체예에서, 마그네슘 볼은 마그네슘 볼 전체 중량을 기준으로 산화알루미늄(Al2O3) 8~12 중량%, 산화규소(SiO2) 25~29 중량%, 산화철(Fe2O3) 0.5~1.5 중량%, 이산화티타늄(TiO2) 1~3 중량%, 점토(Al2O3·2SiO2H2O) 10~30 중량%, 및 나머지 MgO, MgCO3, Mg(OH)2로 구성된 군 중 하나 이상 선택되는 마그네슘 화합물로 구성된 세라믹 볼일 수 있다.
하나의 구체예에서, 칼슘 볼은 칼슘 볼 전체 중량을 기준으로 산화알루미늄(Al2O3) 8~12 중량%, 산화규소(SiO2) 25~29 중량%, 산화철(Fe2O3) 0.5~1.5 중량%, 이산화티타늄(TiO2) 1~3 중량%, 점토(Al2O3·2SiO2H2O) 10~30 중량%, 및 나머지 CaO, CaCO3, Ca(OH)2로 구성된 군 중 하나 이상 선택되는 칼슘 화합물로 구성된 세라믹 볼일 수 있다.
하나의 구체예에서, 칼륨 볼은 칼륨 볼 전체 중량을 기준으로 산화알루미늄(Al2O3) 8~12 중량%, 산화규소(SiO2) 25~29 중량%, 산화철(Fe2O3) 0.5~1.5 중량%, 이산화티타늄(TiO2) 1~3 중량%, 점토(Al2O3·2SiO2H2O) 10~30 중량%, 및 나머지 K2O, KHCO3, K2CO3, KOH로 구성된 군 중 하나 이상 선택되는 칼륨 화합물로 구성된 세라믹 볼일 수 있다.
하나의 구체예에서, 나트륨 볼은 나트륨 볼 전체 중량을 기준으로 산화알루미늄(Al2O3) 8~12 중량%, 산화규소(SiO2) 25~29 중량%, 산화철(Fe2O3) 0.5~1.5 중량%, 이산화티타늄(TiO2) 1~3 중량%, 점토(Al2O3·2SiO2H2O) 10~30 중량%, 및 나머지 Na2O, NaHCO3, Na2CO3, NaOH로 구성된 군 중 하나 이상 선택되는 나트륨 화합물로 구성된 세라믹 볼일 수 있다.
하나의 구체예에서, 탄소 볼은 활성탄소 및/또는 천연 야자열매 탄화물 75~85 중량%와 바인더 15~25 중량%로 구성된 세라믹 볼일 수 있다. 탄소 볼에 포함될 수 있는 천연 야자열매 탄화물은 지름 1~10㎜의 입상 형태 탄화물일 수 있다.
또 다른 구체예에서, 마그네슘 볼, 칼슘 볼, 칼륨 볼, 나트륨 볼, 및 탄소 볼은 지름이 1~10㎜인 세라믹 볼일 수 있다.
또 다른 구체예에서, 세라믹 볼 배합물은 마그네슘 볼, 칼슘 볼, 칼륨 볼, 나트륨 볼, 및 탄소 볼을 포함하며, 마그네슘 볼, 칼슘 볼, 칼륨 볼, 및 나트륨 볼은 상기 세라믹 볼 배합물 전체 중량을 기준으로 각각 4~6 중량% 포함될 수 있다.
이와 같이 제조된 세라믹 볼 배합물을 활용한 정수용 필터를 통과한 통수는 약 pH 8.5를 일정하게 유지할 수 있다. 즉 전술한 구성성분을 각각 포함하는 마그네슘 볼, 칼슘 볼, 칼륨 볼, 나트륨 볼, 및 탄소 볼을 각각 세라믹 볼로 제조한 후, 이들 세라믹 볼을 특정 배합비로 배합하여 배합물을 제조함으로써 통수의 pH를 약 8.5로 일정하게 유지하도록 할 수 있는 정수용 필터를 제조할 수 있다.
본 발명은 또 다른 양상에서, 본 발명의 하나의 양상에 따르는 상기 세라믹 볼 배합물의 제조방법을 제공한다.
하나의 구체예에서, 본 발명의 하나의 양상에 따르는 마그네슘 볼, 칼슘 볼, 칼륨 볼, 나트륨 볼, 및 탄소 볼을 각각 다음과 같은 제조방법으로 제조할 수 있다.
예컨대 마그네슘 볼은 마그네슘 볼을 구성하는 분말 형태의 각각의 원료를 전술한 함량으로 혼합하여 혼합 분말을 제조한다.
이후 혼합 분말을 회전드럼에 넣고 회전용기의 회전축 각도는 20도, 회전속도는 50회/분으로 회전시키면서, 투입된 혼합 분말의 총 중량을 기준으로 하여 10 중량%의 물을 노즐을 통해 10m/의 유속으로 분사하여 시드 볼을 제조한 후, 회전용기와 선별채를 이용하여 지름 0.5~1㎜의 시드 볼을 선별한다.
선별된 지름 0.5~1㎜의 시드 볼과 상기 혼합 분말을 다시 세라믹 회전용기에 넣고 회전축의 각도를 10도, 회전속도는 50회/분으로 회전시키면서 시드 볼과 혼합 분말의 전체 중량을 기준으로 10 중량%의 물을 분사하여 지름 1~10㎜, 바람직하게는 3~5㎜ 의 세라믹 볼을 제조한다.
성형이 완료된 지름 1~10㎜, 바람직하게는 3~5㎜의 세라믹 볼을 80~200℃에서 5~20시간 동안 건조시킨다. 건조된 세라믹 볼을 800~1,300℃에서 10~20 시간 동안 소성과정을 거쳐 세라믹 볼 제조 공정을 완료한다.
이러한 마그네슘 볼 제조방법과 동일하게 칼슘 볼, 칼륨 볼, 나트륨 볼, 및 탄소 볼을 제조할 수 있다.
하나의 구체예에서, 본 발명의 하나의 양상에 따르는 상기 세라믹 볼 배합물을 다음과 같은 제조방법으로 제조할 수 있다.
세라믹 볼 배합물 전체 중량을 기준으로, 마그네슘 볼 1~25 중량%, 바람직하게는 4~6 중량%, 칼슘 볼 1~25 중량%, 바람직하게는 4~6 중량%, 칼륨 볼 1~25 중량%, 바람직하게는 4~6 중량%, 나트륨 볼 1~25 중량%, 바람직하게는 4~6 중량%, 및 나머지 탄소 볼로 구성되도록 배합하여 세라믹 볼 배합물을 제조한다.
실시예
실시예 1 : 세라믹 볼 제조
1) 마그네슘 볼
pH 8.5를 안정적 및 지속적으로 유지할 수 있는 필터형 제품에서의 마그네슘 볼의 최적 배합비를 산출하기 위해 마그네슘 볼의 주성분인 산화마그네슘의 함량에 따른 pH 변화를 분석하여 그 결과를 도 1에 나타내었다. 산화알루미늄(Al2O3) 10 중량%, 산화규소(SiO2) 27 중량%, 산화철(Fe2O3) 1 중량%, 이산화티타늄(TiO2) 2 중량%, 점토 20 중량%, 및 산화마그네슘 40 중량%로 구성된 마그네슘 볼을 제조하였다. 구체적인 세라믹 볼 제조방법은 아래에서 기재한다.
2) 칼슘 볼
pH 8.5를 안정적 및 지속적으로 유지할 수 있는 필터형 제품에서의 칼슘 볼의 최적 배합비를 산출하기 위해 칼슘 볼의 주성분인 산화칼슘의 함량에 따른 pH 변화를 분석하여 그 결과를 도 2에 나타내었다. 산화알루미늄(Al2O3) 10 중량%, 산화규소(SiO2) 27 중량%, 산화철(Fe2O3) 1 중량%, 이산화티타늄(TiO2) 2 중량%, 점토 20 중량%, 및 산화칼슘 40 중량%로 구성된 칼슘 볼을 제조하였다. 구체적인 세라믹 볼 제조방법은 아래에서 기재한다.
3) 칼륨 볼
pH 8.5를 안정적 및 지속적으로 유지할 수 있는 필터형 제품에서의 칼륨 볼의 최적 배합비를 산출하기 위해 칼륨 볼의 주성분인 산화칼륨의 함량에 따른 pH 변화를 분석하여 그 결과를 도 3에 나타내었다. 산화알루미늄(Al2O3) 10 중량%, 산화규소(SiO2) 27 중량%, 산화철(Fe2O3) 1 중량%, 이산화티타늄(TiO2) 2 중량%, 점토 20 중량%, 및 산화칼륨 40 중량%로 구성된 칼륨 볼을 제조하였다. 구체적인 세라믹 볼 제조방법은 아래에서 기재한다.
4)나트륨 볼
pH 8.5를 안정적 및 지속적으로 유지할 수 있는 필터형 제품에서의 마그네슘 볼의 최적 배합비를 산출하기 위해 마그네슘 볼의 주성분인 산화나트륨의 함량에 따른 pH 변화를 분석하여 그 결과를 도 4에 나타내었다. 산화알루미늄(Al2O3) 10 중량%, 산화규소(SiO2) 27 중량%, 산화철(Fe2O3) 1 중량%, 이산화티타늄(TiO2) 2 중량%, 점토 20 중량%, 및 산화나트륨 40 중량%로 구성된 칼륨 볼을 제조하였다. 구체적인 세라믹 볼 제조방법은 아래에서 기재한다.
5)탄소 볼
활성탄소 및/또는 천연 야자열매 탄화물 80 중량%와 바인더 20 중량%로 구성된 탄소 볼을 제조하였다. 구체적인 세라믹 볼 제조방법은 아래에서 기재한다.
아래 표 1에 각 세라믹 볼을 구성하는 각각의 원료의 함량(중량%)을 제시하였다.
구분 마그네슘 볼 칼슘 볼 칼륨 볼 나트륨 볼
점토(Al2O3·2SiO2H2O) 20 20 20 20
산화마그네슘(MgO) 40
산화칼슘(CaO) 40
산화칼륨(K2O) 40
산화나트륨(Na2O) 40
산화알루미늄(Al2O3) 10 10 10 10
산화규소(SiO2) 27 27 27 27
산화철(Fe2O3) 1 1 1 1
이산화티타늄(TiO2) 2 2 2 2
계 100 100 100 100
6) 세라믹 볼 제조
각각의 세라믹 볼을 다음과 같이 제조하였다.
각 세라믹 볼을 구성하는 분말 형태의 각각의 원료를 앞서 기술한 함량으로 혼합하여 혼합 분말을 제조하였다.
이후 혼합 분말을 회전드럼에 넣고 회전용기의 회전축 각도는 20도, 회전속도는 50회/분으로 회전시키면서, 투입된 혼합 분말의 총 중량을 기준으로 하여 10 중량%의 물을 노즐을 통해 10m/의 유속으로 분사하여 시드 볼을 제조한 후, 회전용기와 선별채를 이용하여 지름 0.5~1㎜의 시드 볼을 선별하였다.
선별된 지름 0.5~1㎜의 시드 볼과 상기 혼합 분말을 다시 세라믹 회전용기에 넣고 회전축의 각도를 10도, 회전속도는 50회/분으로 회전시키면서 시드 볼과 혼합 분말의 전체 중량을 기준으로 10 중량%의 물을 분사하여 지름 3~5㎜의 세라믹 볼을 제조하였다.
성형이 완료된 각각의 세라믹 볼은 표 2와 같은 입도분포를 보였다.
지름(mm) 3mm 이하 3 - 5mm 5mm 이상
비율(%) 4 85 11
성형이 완료된 지름 3~5㎜의 세라믹 볼을 80~200℃에서 5~20시간 동안 건조시켰다.
건조된 세라믹 볼을 800~1,300℃에서 10~20 시간 동안 소성과정을 거쳐 각각의 세라믹 볼 제조 공정을 완료하였다.
실시예 2 : 필터형 제품 제조를 위한 세라믹 볼 배합물 제조
현재 시중에서 가장 사용이 많이 되고 있는 11인치 필터형 제품 제조를 위한 각 세라믹 볼의 함량(중량%)을 표 3과 같이 하여 각각의 세라믹 볼을 배합함으로써 세라믹 볼 배합물을 제조하였다.
구분 마그네슘 볼 칼슘 볼 칼륨 볼 나트륨 볼 탄소 볼 계
배합비1 1 1 1 1 96 100
배합비2 2.5 2.5 2.5 2.5 90 100
배합비3 5 5 5 5 80 100
배합비4 10 10 10 10 60 100
배합비5 15 15 15 15 40 100
배합비6 20 20 20 20 20 100
배합비7 25 25 25 25 0 100
각 세라믹 볼 함량비 산출을 위한 통수시험
최적 세라믹 볼 함량비 산출을 위한 통수시험을 위해서 상기 실시예 2에서 제조한 11인치 필터형 제품을 위한 세라믹 볼 배합물을 역삼투압 방식의 정수기 후단에 설치하여 0.3L/min 속도로 통수하였다. 초기 50리터를 세척용으로 흘려보내고 통수 후 시료를 채취하여 pH를 분석하였고 그 결과를 표 4 및 도 5에 제시한다.
통수량(L) 배합비1 배합비2 배합비3 배합비4 배합비5 배합비6 배합비7
10 7.5 8.2 8.9 9.5 10.0 10.5 11.0
50 7.3 8.2 8.6 9.1 9.9 10.4 10.9
100 7.2 8 8.5 9.2 9.7 10.4 10.7
200 7 8.1 8.5 9.2 9.6 10.1 10.6
500 7 8 8.5 9 9.5 10.2 10.5
1000 7.1 8.1 8.5 8.9 9.6 10.1 10.6
1500 7 8 8.4 8.8 9.5 10 10.5
2000 7 7.8 8.3 8.7 9.5 9.8 10.5
2500 7 7.7 8.2 8.7 9.5 10 10.5
3000 6.9 7.6 8.3 8.7 9.4 9.9 10.4
3500 7 7.5 8.2 8.5 9.2 9.7 10.2
4000 6.8 7.5 8.2 8.5 9.2 9.8 10.2
표 4에 제시된 바와 같이, 배합비1과 배합비2는 초기부터 pH 8.5 이하인 7.5와 8.2를 보였고, 배합비3은 초기 pH 8.9 정도로 시작하여 1,500리터까지 pH 8.5를 유지하는 것으로 나타났다.
배합비4, 배합비5, 배합비6, 배합비7은 초기부터 pH 9.5 내지 pH 11 정도를 나타냈고 4,000리터 통수 후에도 pH 8.5를 초과하는 것으로 나타났다.
상기 표 4에 의하면, pH 8.5 정도의 약알칼리수를 안정적이고 지속적으로 생산하기 위해서, 본 발명에 따르는 세라믹 볼 배합물을 포함하는 정수용 필터를 역삼투압(RO) 방식의 정수기 후단에 설치하는 경우, 세라믹 볼 배합물 내의 마그네슘 볼, 칼슘 볼, 칼륨 볼, 및 나트륨 볼 각각의 함량을 각각 약 5 중량%, 각 세라믹 볼의 총 함량을 약 20 중량%로 제조할 수 있는 것으로 나타났다.
안정성, 지속성 확인
pH 8.5의 지속성과 안정성을 확인하기 위해 11인치 필터형 제품을 실시예2의 표 3과 같이 제조하여 역삼투압 방식의 정수기 후단에 설치하고 0.3L/min 속도로 통수하여 시험하였다. 그 결과를 도 5에 나타내었다.
도 5에 의하면 실시예2의 배합비3과 같은 배합비율로 제조된 세라믹 볼 배합물을 포함하는 필터형 제품을 통과한 통수는 약 pH 8.5를 일정하게 유지하는 것으로 나타났다.

Claims (5)

  1. 마그네슘 볼, 칼슘 볼, 칼륨 볼, 및 나트륨 볼로 구성된 군으로부터 하나 이상 선택되는 세라믹 볼, 및 탄소 볼을 포함하며,
    상기 마그네슘 볼은 마그네슘 볼 전체 중량을 기준으로 산화알루미늄(Al2O3) 8~12 중량%, 산화규소(SiO2) 25~29 중량%, 산화철(Fe2O3) 0.5~1.5 중량%, 이산화티타늄(TiO2) 1~3 중량%, 점토(Al2O3·2SiO2H2O) 10~30 중량%, 및 나머지 MgO, MgCO3, Mg(OH)2로 구성된 군 중 하나 이상 선택되는 마그네슘 화합물로 구성된 세라믹 볼이며,
    상기 칼슘 볼은 칼슘 볼 전체 중량을 기준으로 산화알루미늄(Al2O3) 8~12 중량%, 산화규소(SiO2) 25~29 중량%, 산화철(Fe2O3) 0.5~1.5 중량%, 이산화티타늄(TiO2) 1~3 중량%, 점토(Al2O3·2SiO2H2O) 10~30 중량%, 및 나머지 CaO, CaCO3, Ca(OH)2로 구성된 군 중 하나 이상 선택되는 칼슘 화합물로 구성된 세라믹 볼이며,
    상기 칼륨 볼은 칼륨 볼 전체 중량을 기준으로 산화알루미늄(Al2O3) 8~12 중량%, 산화규소(SiO2) 25~29 중량%, 산화철(Fe2O3) 0.5~1.5 중량%, 이산화티타늄(TiO2) 1~3 중량%, 점토(Al2O3·2SiO2H2O) 10~30 중량%, 및 나머지 K2O, KHCO3, K2CO3, KOH로 구성된 군 중 하나 이상 선택되는 칼륨 화합물로 구성된 세라믹 볼이며,
    상기 나트륨 볼은 나트륨 볼 전체 중량을 기준으로 산화알루미늄(Al2O3) 8~12 중량%, 산화규소(SiO2) 25~29 중량%, 산화철(Fe2O3) 0.5~1.5 중량%, 이산화티타늄(TiO2) 1~3 중량%, 점토(Al2O3·2SiO2H2O) 10~30 중량%, 및 나머지 Na2O, NaHCO3, Na2CO3, NaOH로 구성된 군 중 하나 이상 선택되는 나트륨 화합물로 구성된 세라믹 볼이며,
    상기 탄소 볼은 활성탄소 및/또는 천연 야자열매 탄화물 75~85 중량%와 바인더 15~25 중량%로 구성된 세라믹 볼인, 세라믹 볼 배합물.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 마그네슘 볼, 상기 칼슘 볼, 상기 칼륨 볼, 상기 나트륨 볼, 및 상기 탄소 볼은 지름이 1~10㎜인, 세라믹 볼 배합물.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 마그네슘 볼, 상기 칼슘 볼, 상기 칼륨 볼, 상기 나트륨 볼, 및 상기 탄소 볼을 포함하며,
    상기 마그네슘 볼, 상기 칼슘 볼, 상기 칼륨 볼, 및 상기 나트륨 볼은 상기 세라믹 볼 배합물 전체 중량을 기준으로 각각 4~6 중량% 포함되는, 세라믹 볼 배합물.
  4. 마그네슘 볼, 칼슘 볼, 칼륨 볼, 나트륨 볼, 및 탄소 볼을 각각 구성하는 분말 형태의 원료를 각각 소정의 함량으로 혼합하여 각각의 혼합 분말을 제조하는 단계;
    상기 혼합 분말을 각각 회전드럼에 넣고 회전드럼을 회전시키면서, 투입된 혼합 분말의 총 중량을 기준으로 하여 10 중량%의 물을 상기 회전드럼 내에 분사하여 각각의 시드 볼을 제조한 후 지름 0.5~1㎜의 시드 볼을 선별하는 단계;
    선별된 지름 0.5~1㎜의 상기 시드 볼과 상기 혼합 분말을 다시 또 다른 회전드럼에 각각 넣고 회전드럼을 회전시키면서 시드 볼과 혼합 분말의 전체 중량을 기준으로 10 중량%의 물을 분사하여 지름 1~10㎜의 각각의 세라믹 볼을 제조하는 단계;
    각각의 세라믹 볼을 80~200℃에서 5 내지 20시간 건조한 후, 건조된 세라믹 볼을 800~1,300℃에서 10~20 시간 동안 소성과정을 거쳐 마그네슘 볼, 칼슘 볼, 칼륨 볼, 나트륨 볼, 및 탄소 볼 각각의 세라믹 볼을 소성시키는 단계; 및
    소성된 마그네슘 볼, 칼슘 볼, 칼륨 볼, 나트륨 볼, 및 탄소 볼 각각의 세라믹 볼을 배합물 전체 중량을 기준으로 하여 마그네슘 볼, 칼슘 볼, 칼륨 볼, 및 나트륨 볼이 각각 4~6 중량% 포함되도록 배합하여 세라믹 볼 배합물을 제조하는 단계;
    를 포함하며,
    상기 마그네슘 볼은 마그네슘 볼 전체 중량을 기준으로 산화알루미늄(Al2O3) 8~12 중량%, 산화규소(SiO2) 25~29 중량%, 산화철(Fe2O3) 0.5~1.5 중량%, 이산화티타늄(TiO2) 1~3 중량%, 점토(Al2O3·2SiO2H2O) 10~30 중량%, 및 나머지 MgO, MgCO3, Mg(OH)2로 구성된 군 중 하나 이상 선택되는 마그네슘 화합물로 구성되며,
    상기 칼슘 볼은 칼슘 볼 전체 중량을 기준으로 산화알루미늄(Al2O3) 8~12 중량%, 산화규소(SiO2) 25~29 중량%, 산화철(Fe2O3) 0.5~1.5 중량%, 이산화티타늄(TiO2) 1~3 중량%, 점토(Al2O3·2SiO2H2O) 10~30 중량%, 및 나머지 CaO, CaCO3, Ca(OH)2로 구성된 군 중 하나 이상 선택되는 칼슘 화합물로 구성되며,
    상기 칼륨 볼은 칼륨 볼 전체 중량을 기준으로 산화알루미늄(Al2O3) 8~12 중량%, 산화규소(SiO2) 25~29 중량%, 산화철(Fe2O3) 0.5~1.5 중량%, 이산화티타늄(TiO2) 1~3 중량%, 점토(Al2O3·2SiO2H2O) 10~30 중량%, 및 나머지 나머지 K2O, KHCO3, K2CO3, KOH로 구성된 군 중 하나 이상 선택되는 칼륨 화합물로 구성되며,
    상기 나트륨 볼은 나트륨 볼 전체 중량을 기준으로 산화알루미늄(Al2O3) 8~12 중량%, 산화규소(SiO2) 25~29 중량%, 산화철(Fe2O3) 0.5~1.5 중량%, 이산화티타늄(TiO2) 1~3 중량%, 점토(Al2O3·2SiO2H2O) 10~30 중량%, 및 나머지 Na2O, NaHCO3, Na2CO3, NaOH로 구성된 군 중 하나 이상 선택되는 나트륨 화합물로 구성되며,
    상기 탄소 볼은 활성탄소 및/또는 천연 야자열매 탄화물 75~85 중량%와 바인더 15~25 중량%로 구성되는, 세라믹 볼 배합물 제조방법.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항의 세라믹 볼 배합물을 포함하는 정수용 필터.
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