KR20210149504A - 산성가스 제거용 흡착제의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 명세서는, 알칼리 토금속 과산화물, 염기성 물질 및 제올라이트를 포함하는 조성물을 제조하는 제1 단계; 바인더 및 용매를 포함하는 바인더 용액을 제조하는 제2 단계; 및 상기 조성물 및 바인더 용액의 혼합물을 스프레이 건조하는 제3 단계;를 포함하는, 흡착제의 제조 방법에 관한 것이다.
본 명세서의 제조 방법으로 제조된 흡착제는 취급이 용이하고, 응용성이 다양하며, 우수한 흡착 성능을 갖는다.

Description

산성가스 제거용 흡착제의 제조 방법{METHOD FOR PREPARING ADSORBING MATERIAL FOR REMOVAL OF ACIDIC GASES}
본 명세서는 흡착제의 제조 방법에 관한 것이다. 구체적으로 본 명세서는, 공기 중의 이산화탄소, 황산화물(SOx), 질소산화물(NOx)과 같은 산성가스들을 제거할 수 있는 공기정화 흡착제의 제조 방법에 관한 것이다. 더욱 구체적으로 취급이 용이하고, 응용성이 다양하며, 우수한 흡착 성능을 갖는 흡착제의 제조 방법 및 흡착제에 관한 것이다.
공기오염은 인류의 건강뿐만 아니라 자원, 생태계, 지구 환경에 막대한 피해를 주기 때문에 국내는 물론 전 세계적으로 심각하게 인식되고 있는 환경문제 중의 하나이다. 공기오염을 일으키는 주된 원인이 되는 것은 대기 중으로 방출되는 다량의 고체, 액체 및 기체로서, 이중에서도 특히 산성 가스인 이산화탄소 (CO2), 질소 산화물 (NOx) 그리고 황 산화물 (SOx)이 대표적인 오염물질로 꼽히고 있다. 이들 산성 가스는 주로 자동차에서 뿜어내는 배기가스와 발전소와 보일러, 산업에 이용되는 화석연료의 연소 등에서 나오는 것들이다. 공기 중에 이들 가스의 농도가 증가하게 되면 국민 건강에 매우 해로운 영향을 주며 여러 가지 질병의 원인이 된다. 이산화탄소의 농도 증가는 두통과 졸음, 피로를 가져오며 심하면 질식사에 이를 수도 있다. 또한, 질소 산화물과 황 산화물과 같은 산성 가스는 매우 유독한 독성 물질로 공기 중에 미량만 존재 하여도 건강에 치명적인 영향을 줄 수 있다.
이러한 이산화탄소 (CO2), 질소 산화물 (NOx) 그리고 황 산화물 (SOx)과 같은 유독성 산성 가스를 제거하기 위하여, 특히 아파트, 사무실, 병원, 자동차 등의 실내에서 이용할 수 있는 공기 정화제가 개발되어 왔다. 특히, 오염된 공기 중의 탄산가스를 비롯한 각종 산성가스를 제거하는 동시에 산소를 발생시켜 주는 공기 정화제로 알칼리 금속 과산화물 (Li2O2, NaO2, Na2O2, KO2)과 알칼리 토금속 과산화물 (CaO2, MgO2)을 주성분으로 하는 흡착제가 개발되었다(1-5).
알칼리 금속 과산화물과 알칼리 토금속 과산화물은 기본적으로 염기성을 띠기 때문에 산성 가스와 비가역적 화학 흡착을 하여 산성 가스를 제거할 뿐만 아니라 새집 증후군 유독물질 (포름 알데히드), VOCs, 암모니아 등 각종 오염 물질을 제거 할 수 있어 공기 정화제로 적합한 흡착제라 할 수 있다. 특히, 산성 가스를 제거하고 산소를 발생 시켜주는 주요 흡착제로 많이 연구 개발된 알칼리 과산화물은 과산화나트륨 (Na2O2), 초과산화칼륨 (KO2), 과산화칼슘 (CaO2) 등이다.
이 중에서 알칼리 금속 과산화물인 과산화나트륨과 초과산화칼륨은 탄산가스나 수분과 반응하여 이산화탄소 제거량이 우수 하거나 또는 산소 발생량이 좋은 장점이 있어 우주인들이 산소 발생 장치에 사용되어 왔다. 하지만 과산화나트륨과 초과산화칼륨은 그 산화 반응성이 매우 강하고 위험하여 일반적인 실생활에서 직접 사용하기가 어려운 단점이 있다. 반면에, 알칼리 토금속 과산화물인 과산화칼슘의 경우에는 상대적으로 안정하여 이용하기가 비교적 용이하다. 하지만, 과산화칼슘은 수분이나 산성가스와의 반응 속도가 너무 느려 공기 정화제로서 효과가 낮은 단점이 있다. 그러나, 과산화칼슘을 분해 촉매와 함께 사용할 경우 과산화칼슘의 공기정화 효과는 상당히 증가된다. 또한, 과산화칼슘은 비교적 가격이 저렴하여 경제적으로도 이점이 있다.
대한민국 등록특허공보 제 10-1169557호에 의하면 알칼리토금속 과산화물인 과산화칼슘과 과산화칼슘 분해촉매로 수용성 철 화합물이 혼합된 것을 특징으로 하는 공기 정화제가 이산화탄소 및 포름 알데히드가 빠른 제거 능력을 나타낸다고 기술하고 있다. 하지만 분해촉매로 사용한 수용성 철 화합물은 공기중의 수분에 의해서만 분해촉매 역할을 할 수 있기 때문에 촉매역할에 한계가 있을 뿐만 아니라 철 화합물이 분해 후 존재하는 유기물 및 무기물이 제 2의 오염원이 될 수 있는 문제점이 있을 수 있다. 또한 이 공기 정화제는 분말 형태로 되어 있어 취급성과 응용성에 한계가 있다.
또한, 대한민국 등록특허공보 제 10-1728098호에 기술된 바에 의하면 점성이 없는 분말로 된 공기 정화제의 취급성과 응용성을 확보하기 위하여 알칼리토금속 과산화물인 과산화칼슘과 과산화칼슘 분해촉매로 수용성 철 화합물, 결합제가 포함된 성형용 솔벤트, 그리고 기공형성제가 혼합된 혼합물을 펠렛 성형장치에 투입하여 공화 정화용 펠렛을 제조하는 것을 특징으로 한다. 이 방법은 펠렛으로 제조되어 분말로 된 공기 정화제의 문제점인 취급성과 응용성이 일정 부분 확보 되지만, 펠렛 성형장치로는 펠렛이 일정크기 이상으로만 제조되어 응용성과 흡착성능에 한계가 있다. 또한, 이 방법은 분해 촉매로 수용성 철 화합물을 사용하고 있어 상기에서 기술한 철 화합물의 문제점을 가지고 있다.
대한민국 등록특허공보 제 10-1169557 호 대한민국 등록특허공보 제 10-1728098호
본 발명의 목적은, 취급이 용이하고, 안전하며, 응용성이 다양하며, 성능이 개선된 흡착제의 제조 방법을 제공하는 것이다. 보다 상세하게는 미크론 크기의 과립으로 구성된 산성 가스 제거용 공기 정화 흡착제의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 명세서의 일 실시상태는, 알칼리 토금속 과산화물, 염기성 물질 및 제올라이트를 포함하는 조성물을 제조하는 제1 단계; 바인더 및 용매를 포함하는 바인더 용액을 제조하는 제2 단계; 및 상기 조성물 및 바인더 용액의 혼합물을 스프레이 건조하는 제3 단계;를 포함하는, 흡착제의 제조 방법을 제공한다.
또한, 본 발명의 일 실시상태는, 알칼리 토금속 과산화물, 염기성 물질, 제올라이트 및 바인더를 포함하고, 상기 제올라이트는, 알칼리금속 이온 또는 알칼리토금속 이온을 포함하며, 상기 알칼리금속 이온 또는 알칼리토금속 이온의 적어도 일부가 철 이온으로 교환된 것이고, Si/Al의 비율이 1 내지 50 이하이며, 과립 크기가 20 ㎛ 내지 200 ㎛인 과립상의 흡착제를 제공한다.
본 발명의 일 실시상태에 따른 제조 방법으로 제조된 흡착제는, 기존 촉매의 단점을 보완하고, 우수한 흡착 성능을 가지고 있다. 또한, 본 발명의 일 실시상태에 따른 제조 방법으로 제조된 흡착제는 취급이 용이하고, 안전하며 응용성이 다양하다.
종래의 공기 정화제는 분말상으로, 오염된 공기의 접촉면 감소로 인하여 흡착 반응 시간이 소모되고, 성능이 저하되고, 분말 형태의 공기 정화제에서 나타나는 분진 발생으로 인한 필터의 내구성이 감소하는 문제점이 있다. 본 발명의 일 실시상태에 따른 제조 방법으로 제조된 흡착제는 과립상으로 흡착제 입자들 사이의 유체 흐름이 원활하여 흡착 성능 및 필터의 내구성이 개선되어 종래 공기 정화제의 문제점을 해결할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 흡착제의 제조 방법의 순서를 간략히 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 흡착제의 제조 방법에서, 조성물에 포함되는 알칼리토금속 과산화물(과산화칼슘)의 전자 현미경 사진을 나타낸 도이다.
도 3은 본 발명의 실시예 1에서 제조한 과립상 흡착제의 크기 및 형상을 전자 현미경으로 측정한 도이다.
도 4는 실시예 2에서 제조한 과립상 흡착제의 크기 및 형상을 전자 현미경으로 측정한 도이다.
도 5는 실시예 3에서 제조한 과립상 흡착제의 크기 및 형상을 전자 현미경으로 측정한 도이다.
도 6은 비교예 1에서 제조한 과립상 흡착제의 크기 및 형상을 전자 현미경으로 측정한 도이다.
도 7은 비교예 2에서 제조한 과립상 흡착제의 크기 및 형상을 전자 현미경으로 측정한 도이다.
도 8은 비교예 3에서 제조한 과립상 흡착제의 크기 및 형상을 전자 현미경으로 측정한 도이다.
도 9는 본 발명의 실시예 및 비교예에서 제조한 공기정화 흡착제 과립들에 대한 이산화탄소 제거 성능에 대한 그림을 나타낸 것이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
본 명세서에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
본 명세서의 일 실시상태는, 알칼리 토금속 과산화물, 염기성 물질 및 제올라이트를 포함하는 조성물을 제조하는 제1 단계; 바인더 및 용매를 포함하는 바인더 용액을 제조하는 제2 단계; 및 상기 조성물 및 바인더 용액의 혼합물을 스프레이 건조하는 제3 단계;를 포함하는, 흡착제의 제조 방법을 제공한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 흡착제의 제조 방법의 순서를 간략히 도시한 것이다. 도 1을 구체적으로 살피면, 본 발명의 흡착제의 제조 방법은, 알칼리 토금속 과산화물, 염기성 물질 및 제올라이트를 포함하는 조성물을 제조하는 제1 단계(S100); 바인더 및 용매를 포함하는 바인더 용액을 제조하는 제2 단계(S200); 및 상기 조성물 및 바인더 용액의 혼합물을 스프레이 건조하는 제3 단계(S300)를 포함한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 알칼리 토금속 과산화물, 염기성 물질 및 제올라이트를 포함하는 조성물은 분말상이다. 상기 조성물에서 알칼리 토금속 과산화물은 흡착제의 주성분으로서 작용하고, 염기성 물질은 보조성분으로서 작용하며, 제올라이트는 촉매로서 작용할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 알칼리 토금속 과산화물은, 과산화칼슘 또는 과산화마그네슘이다. 바람직하게는 상기 알칼리 토금속 과산화물은 과산화칼슘이 바람직하다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 염기성 물질은 수산화마그네슘, 수산화칼슘, 수산화나트륨 및 수산화칼륨으로 이루어진 군에서 선택되는 1 또는 2 이상이다. 상기 염기성 물질은 보조 성분으로서, 과산화물을 안정화 시키고, 신속한 흡착 반응을 유도할 수 있다.
본 명세서에 있어서, 상기 '제올라이트'는 천연 제올라이트 및 합성 제올라이트를 이용할 수 있다. 제올라이트는 일반적으로 삼차원 골격 구조를 갖는 알루미노실리케이트로서, 일반적으로 xM2/nO·Al2O3·ySiO2·zH2O로 표시되며, 여기서 M은 이온 교환 가능한 n 가의 알칼리금속 이온 또는 알칼리토금속 이온이고, x는 M2/nO의 몰수, y는 실리카의 몰수, z는 물의 몰수를 의미한다.
제올라이트의 구체예로는 예를 들면, ZSM-5형 제올라이트, A형 제올라이트, X형 제올라이트, Y형 제올라이트, T형 제올라이트, 고(高)실리카 제올라이트, 소다라이트, 모데나이트, 아날사임, 크리노프틸로라이트, 차바자이트, 에리오나이트 등을 들 수 있다. 단, 이들에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 제올라이트는, 알칼리금속 이온 또는 알칼리토금속 이온을 포함하고, 상기 알칼리금속 이온 또는 알칼리토금속 이온의 적어도 일부가 철 이온으로 교환된 것이며, Si/Al의 비율이 1 내지 50 이하이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 제올라이트의 알칼리금속 이온 또는 알칼리토금속 이온의 전부가 철 이온으로 교환될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 제올라이트에 포함되는 철 이온의 함량은, 상기 조성물 및 바인더 용액의 혼합물의 전체 고형분 100 중량부를 기준으로 1 중량부 내지 5 중량부일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 제올라이트는, Si/Al의 비율이 50을 초과하는 경우, 철 이온 교환이 적게 되어 제올라이트의 촉매 성능이 저하될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 제올라이트는, FeZSM-5형 제올라이트, FeA형 제올라이트, FeX형 제올라이트 및 FeY형 제올라이트로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 조성물은, 상기 조성물 및 바인더 용액의 혼합물의 전체 고형분 100 중량부를 기준으로, 60 중량부 내지 90 중량부의 알칼리 토금속 과산화물; 5 중량부 내지 20 중량부의 염기성 물질; 및 5 중량부 내지 15 중량부의 제올라이트;를 포함한다. 상기 함량 범위의 알칼리 토금속 과산화물, 염기성 물질 및 제올라이트를 포함하는 조성물의 경우, 우수한 흡착 성능을 가진 흡착제를 제공할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 조성물은 상기 조성물 및 바인더 용액의 혼합물의 전체 고형분 100 중량부를 기준으로, 80 중량부의 과산화칼슘; 10 중량부의 염기성 물질; 및 10 중량부의 제올라이트를 혼합하여 제조할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 바인더는, 코폴리아미드 또는 폴리비닐알코올이다.
하나의 실시상태에 있어서, 상기 코폴리아미드의 중량 평균 분자량은 10,000 g/mol 내지 30,000 g/mol일 수 있다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 폴리비닐알코올의 중량 평균 분자량은 20,000 g/mol 내지 90,000 g/mol일 수 있다.
본 명세서에서, 상기 용매는, 바인더를 용해할 수 있는 용매인 것이 바람직하며, 본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 알코올류 및 물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상인 것이 바람직할 수 있다. 본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 알코올류는 탄소수 1 내지 4의 알코올류 및 물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 알코올류는 메탄올, 에탄올, 프로판올일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 용매는 물, 알코올류를 단독으로 사용하거나, 물 및 알코올의 혼합물을 사용할 수 있다. 구체적으로, 에탄올과 물을 사용하거나, 에탄올과 물의 혼합액을 사용할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 바인더 용액은, 상기 조성물 및 바인더 용액의 혼합물의 전체 고형분 100 중량부를 기준으로, 1 중량부 내지 15 중량부의 바인더; 및 200 중량부 내지 600 중량부의 용매;를 포함한다.
상기 조성물 및 바인더 용액의 혼합물의 전체 고형분은, 상기 조성물 및 바인더 용액에서 용매를 뺀 나머지 즉, 알칼리 토금속 과산화물, 염기성 물질, 제올라이트 및 바인더를 의미할 수 있다.
상기 바인더 용액에서, 상기 바인더의 함량이 1 중량부 미만인 경우, 점성이 약하여 분말을 뭉치기 어려워 과립상의 흡착제를 수득하기 힘들고, 상기 바인더의 함량이 15 중량부를 초과하면, 흡착제의 흡착 성능이 저하될 수 있다. 또한, 상기 바인더 용액에서 용매의 함량이 200 중량부 미만이면, 점성이 높아 스프레이 드라이어 장치에서 분사하기가 곤란하고, 용매의 함량이 600 중량부를 초과하면, 상기 분말상의 알칼리 토금속 과산화물, 염기성 물질 및 제올라이트를 포함하는 조성물이 뭉쳐지지 않거나 생산성이 떨어진다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 조성물 및 바인더 용액의 혼합물의 점도는, 300 cps 내지 1,000 cps이다. 상기 범위에서 상기 조성물 및 바인더 용액의 혼합물의 스프레이 건조가 용이할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 조성물 및 바인더 용액의 혼합물을 스프레이 건조하는 제3 단계는, 스프레이 드라이어 장치를 이용하여 제조할 수 있다. 구체적으로, 상기 조성물과 바인더 용액을 고속 혼합 장치에서 충분히 혼합한 후에 상기 혼합물을 스프레이 드라이어 장치에 분사시켜 흡착제를 제조할 수 있다. 본 명세서에서 상기 스프레이 드라이어 장치는 당업계에서 사용되는 장치를 사용하면 족하며 이를 한정하지 않는다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 스프레이 드라이어 장치의 입구 온도는 100 ℃ 내지 200 ℃이고, 출구 온도는 70 ℃ 내지 110 ℃이나, 용매의 종류에 따라 온도 범위를 적절하게 조절할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 제조된 흡착제는 과립상이다.
종래의 공기 정화제는 분말상으로, 오염된 공기의 접촉면 감소로 인하여 흡착 반응 시간이 소모되고, 성능이 저하되고, 분말 형태의 공기 정화제에서 나타나는 분진 발생으로 인한 필터의 내구성이 감소하는 문제점이 있다. 본 명세서의 일 실시상태에 따른 제조 방법으로 제조된 흡착제는 과립상으로 흡착제 입자들 사이의 유체 흐름이 원활하여 흡착 성능 및 필터의 내구성이 개선되어 종래 공기 정화제의 문제점을 해결할 수 있다.
하나의 실시상태에 있어서, 상기 과립상의 흡착제는 과립 크기가 20 ㎛ 내지 200 ㎛ 이다. 상기 과립 크기가 20 ㎛ 미만인 경우, 상기 흡착제는 과립상이 아닌 분말상으로 볼 수 있으며, 상기 과립 크기가 200 ㎛를 초과하기 위해서는, 별도의 스프레이 장치 조건이 필요하여 비경제적이거나, 과량의 바인더가 필요하여 과량의 바인더로 인한 성능이 저하될 수 있다.
본 명세서에서 상기 흡착제의 과립 크기는 전자 현미경상으로 측정할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 전술한 제조 방법으로 제조된 흡착제를 제공한다.
본 명세서는 또한, 알칼리 토금속 과산화물, 염기성 물질, 제올라이트 및 바인더를 포함하고, 상기 제올라이트는, 알칼리금속 이온 또는 알칼리토금속 이온을 포함하며, 상기 알칼리금속 이온 또는 알칼리토금속 이온의 적어도 일부가 철 이온으로 교환된 것이고, Si/Al의 비율이 1 내지 50 이하이며, 과립 크기가 20 ㎛ 내지 200 ㎛인 과립상의 흡착제를 제공한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 과립상의 흡착제는, 전술한 제조 방법으로 제조될 수 있다.
상기 알칼리 토금속 과산화물, 염기성 물질, 제올라이트 및 바인더는 전술한 바와 동일하다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 흡착제는, 미크론 크기의 과립상으로 흡착제의 취급이 용이하고, 안전하며, 응용성이 다양하며, 성능이 개선된다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 명세서의 범위가 아래에서 기술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되지 않는다. 본 명세서의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.
제조예 1. 제올라이트의 제조
폴리에틸렌 용기 내에 ZSM-5 (Si/Al=10) 제올라이트 100 g을 넣고, 여기에 1.0 몰 농도의 FeSO47H2O 수용액 500 g을 첨가한 다음 20 시간 동안 교반 하였다. 이것을 증류수에 세척하고 걸러서 110℃에서 2 시간 건조한 다음 500℃에서 4시간 동안 소성하여 FeZSM-5 제올라이트 촉매를 제조하였다.
제조예 2. 바인더 용액의 제조
혼합 장치에 코폴리아미드 바인더 11 g을 넣고, 여기에 용매로 에탄올 (95 %)을 560 g을 첨가하여 코폴리아미드가 용해될 때까지 교반하여 코폴리아미드 바인더 용액을 제조하였다.
제조예 3. 바인더 용액의 제조
혼합 장치에 폴리비닐알콜 바인더 5.1 g을 넣고, 여기에 용매로 증류수 560 g을 첨가하여 폴리비닐알콜이 용해될 때까지 교반하여 폴리비닐알콜 바인더 용액을 제조하였다.
실시예 1
혼합 장치에 과산화칼슘 분말 81g, 수산화칼슘 분말 9 g, 상기 제조예 1에서 제조한 FeZSM-5 제올라이트 촉매 6 g을 넣고 균일하게 혼합하여 과산화칼슘 기반 공기정화 흡착제 분말 조성물을 제조하였다. 여기에 상기 제조예 2에서 제조한 코폴리아미드 바인더 용액 571 g을 첨가한 다음 고속으로 교반하여 혼합물을 만들었다. 이 혼합물을 입구 온도 100℃, 출구온도 70℃인 스프레이 드라이어 장치(DJE SD 011R)로 피딩 속도 25 rpm, 디스크 회전 속도 8,000 rpm의 일정한 속도로 분사하여 과산화칼슘 기반 흡착제 생성물을 얻었다. 생성물을 전자현미경 분석결과 30 내지 120 μm 크기를 갖는 구형의 과립으로 된 과산화칼슘 기반 흡착제임을 확인 하였고, 또한 이산화탄소 흡착능력을 측정한 결과 우수한 제거능력을 나타내었다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 흡착제의 제조 방법에서, 조성물에 포함되는 알칼리토금속 과산화물(과산화칼슘)의 전자 현미경 사진을 나타낸 도이다.
도 3은 본 발명의 실시예 1에서 제조한 과립상 흡착제의 크기 및 형상을 전자 현미경으로 측정한 도이다.
상기 도 2와 3을 비교하여 보면, 흡착제의 주성분으로 사용되는 과산화칼슘은 분말형태임에 비하여, 본 발명의 일 실시상태에 따른 흡착제는 과립상인 것을 확인할 수 있었다.
실시예 2
혼합 장치에 과산화칼슘 분말 81g, 수산화칼슘 분말 9 g, 상기 제조예 1에서 제조한 FeZSM-5 제올라이트 촉매 6 g을 넣고 균일하게 혼합하여 과산화칼슘 기반 공기정화 흡착제 분말 조성물을 제조하였다. 여기에 제조예 3에서 제조한 폴리비닐알콜 바인더 용액 565.1 g을 첨가한 다음 고속으로 교반하여 혼합물을 만들었다. 이 혼합물을 입구 온도 160℃, 출구온도 110℃인 스프레이 드라이어 장치로 일정한 속도로 분사하여 과산화칼슘 기반 흡착제 생성물을 얻었다. 생성물을 전자현미경 분석결과 30 내지 120 μm 크기를 갖는 구형의 과립으로 된 과산화칼슘 기반 흡착제임을 확인 하였고, 또한 이산화탄소 흡착능력을 측정한 결과 우수한 제거능력을 나타내었다.
도 4는 실시예 2에서 제조한 과립상 흡착제의 크기 및 형상을 전자 현미경으로 측정한 도이다.
실시예 3
혼합 장치에 과산화칼슘 분말 81g, 수산화칼륨(85 중량%) 10.6 g, 상기 제조예 1에서 제조한 FeZSM-5 제올라이트 촉매 6 g을 넣고 균일하게 혼합하여 과산화칼슘 기반 공기정화 흡착제 분말 조성물을 제조하였다. 여기에 제조예 2에서 제조한 코폴리아미드 바인더 용액 571 g을 첨가한 다음 고속으로 교반하여 혼합물을 만들었다. 이 혼합물을 입구 온도 100℃, 출구온도 70℃인 스프레이 드라이어 장치로 일정한 속도로 분사하여 과산화칼슘 기반 흡착제 생성물을 얻었다. 생성물을 전자현미경 분석결과 30 내지 100 μm 크기를 갖는 구형의 과립으로 된 과산화칼슘 기반 흡착제임을 확인 하였고, 또한 이산화탄소 흡착능력을 측정한 결과 우수한 제거능력을 나타내었다.
도 5는 실시예 3에서 제조한 과립상 흡착제의 크기 및 형상을 전자 현미경으로 측정한 도이다.
실시예 4
혼합 장치에 과산화칼슘 분말 81g, 수산화칼륨(85 중량%) 10.6 g, 상기 제조예 1에서 제조한 FeZSM-5 제올라이트 촉매 6 g을 넣고 균일하게 혼합하여 과산화칼슘 기반 공기정화 흡착제 분말 조성물을 제조하였다. 여기에 제조예 3에서 제조한 폴리비닐알콜 바인더 용액 565.1 g을 첨가한 다음 고속으로 교반하여 혼합물을 만들었다. 이 혼합물을 입구 온도 160℃, 출구온도 110℃인 스프레이 드라이어 장치로 일정한 속도로 분사하여 과산화칼슘 기반 흡착제 생성물을 얻었다. 생성물을 전자현미경 분석결과 20 내지 120 μm 크기를 갖는 구형의 과립으로 된 과산화칼슘 기반 흡착제임을 확인 하였고, 또한 이산화탄소 흡착능력을 측정한 결과 우수한 제거능력을 나타내었다.
비교예 1
실시예 1에서 염기성 물질인 수산화칼슘 대신에 과산화칼슘 9 g을 추가한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 혼합물을 제조하고 동일한 조건으로 스프레이 건조하여 염기성 물질이 첨가되지 않은 과산화칼슘 흡착제 생성물을 얻었다.
도 6은 비교예 1에서 제조한 과립상 흡착제의 크기 및 형상을 전자 현미경으로 측정한 도이다. 상기 도 6의 전자현미경을 분석한 결과 30 내지 100 μm 크기를 갖는 구형의 과립으로 된 과산화칼슘 흡착제임을 확인하였다.
비교예 2
혼합장치에 과산화칼슘 분말 81g, 수산화칼슘 분말 9 g, 상기 제조예 1에서 제조한 FeZSM-5 제올라이트 촉매 6 g을 넣고 균일하게 혼합하여 실시예 1에서 제조한 것과 동일한 과산화칼슘 기반 공기정화 흡착제 분말 조성물을 제조하였다. 여기에 바인더가 포함되지 않은 에탄올(95 %) 560 g을 첨가한 다음 고속으로 교반하여 혼합물을 만들었다. 이 혼합물을 실시예 1과 동일한 조건으로 스프레이 건조하여 바인더가 없는 과산화칼슘 기반 흡착제 생성물을 얻었다.
도 7은 비교예 2에서 제조한 흡착제의 크기 및 형상을 전자 현미경으로 측정한 도이다. 상기 도 7의 전자현미경을 분석한 결과 바인더를 사용했을 경우와는 다르게 구형의 과립이 잘 형성되지 않음을 확인하였다.
비교예 3
혼합 장치에서 코폴리아미드 바인더 11 g과 에탄올 (95 중량%) 용매 80 g을 혼합하고 교반하여 코폴리아미드 바인더 용액을 제조하였다. 여기에 과산화칼슘 분말 81 g과 수산화칼슘 분말 9 g, 상기 제조예 1에서 제조한 FeZSM-5 제올라이트 촉매 6 g을 넣고 균일하게 혼합하여 점성이 있는 반죽을 만들었다. 이것을 60℃의 전기 오븐에서 24 시간 동안 건조한 후에 잘게 부수고, 200 μm 이하 크기의 체로 걸러서 과립형 과산화칼슘 공기정화 흡착제를 제조하였다.
도 8은 비교예 3에서 제조한 흡착제의 크기 및 형상을 전자 현미경으로 측정한 도이다. 상기 도 8의 전자현미경을 분석한 결과 비교예 3의 경우, 구형이 아닌 비정형의 과립으로 구성되어 있음을 확인하였다.
도 9는 본 발명의 실시예 1 및 3과 비교예 1 및 3에서 제조한 공기정화 흡착제 과립들에 대한 이산화탄소 제거 성능에 대한 그림을 나타낸 것이다.
상기 도 9를 살피면, 염기성 물질을 포함하지 않은 비교예 1의 경우, 30 내지 100 μm 크기를 갖는 구형의 과립으로 된 흡착제이나, 염기성 물질을 포함하는 실시예 1의 경우에 비하여 이산화탄소 제거 성능이 낮은 것을 확인하였다.
또한, 스프레이 건조가 아닌, 오븐에서 건조한 후 분쇄하고 체로 걸러 형성된 과립형 흡착제인 비교예 3의 경우, 제조 공정이 연속되지 않고 손실이 많은 문제점이 있고, 또한, 이산화탄소 흡착성능도 스프레이 건조로 제조된 실시예 1 또는 실시예 3에 비하여 이산화탄소 탄소 흡착 성능이 낮은 것을 확인할 수 있었다.
따라서, 본 발명의 일 실시상태에 따른 제조 방법으로 제조된 흡착제는, 우수한 흡착 성능을 가지는 것을 확인할 수 있었다.

Claims (16)

  1. 알칼리 토금속 과산화물, 염기성 물질 및 제올라이트를 포함하는 조성물을 제조하는 제1 단계;
    바인더 및 용매를 포함하는 바인더 용액을 제조하는 제2 단계; 및
    상기 조성물 및 바인더 용액의 혼합물을 스프레이 건조하는 제3 단계;를 포함하는, 흡착제의 제조 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 알칼리 토금속 과산화물은, 과산화칼슘 또는 과산화마그네슘인 것인 흡착제의 제조 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 염기성 물질은 수산화마그네슘, 수산화칼슘, 수산화나트륨 및 수산화칼륨으로 이루어진 군에서 선택되는 1 또는 2 이상인 것인 흡착제의 제조 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제올라이트는, 알칼리금속 이온 또는 알칼리토금속 이온을 포함하고,
    상기 알칼리금속 이온 또는 알칼리토금속 이온의 적어도 일부가 철 이온으로 교환된 것이며,
    Si/Al의 비율이 1 내지 50 이하인 것인 흡착제의 제조 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제올라이트는, FeZSM-5형 제올라이트, FeA형 제올라이트, FeX형 제올라이트 및 FeY형 제올라이트로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상인 것인 흡착제의 제조 방법.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 제올라이트에 포함되는 철 이온의 함량은,
    상기 조성물 및 바인더 용액의 혼합물의 전체 고형분 100 중량부를 기준으로 1 중량부 내지 5 중량부인 것인 흡착제의 제조 방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 조성물은, 상기 조성물 및 바인더 용액의 혼합물의 전체 고형분 100 중량부를 기준으로,
    60 중량부 내지 90 중량부의 알칼리 토금속 과산화물;
    5 중량부 내지 20 중량부의 염기성 물질; 및
    5 중량부 내지 15 중량부의 제올라이트;를 포함하는 것인 흡착제의 제조 방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 바인더는, 코폴리아미드 또는 폴리비닐알코올인 것인 흡착제의 제조 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 코폴리아미드의 중량 평균 분자량은 10,000 g/mol 내지 30,000 g/mol 인 것인 흡착제의 제조 방법.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 폴리비닐알코올의 중량 평균 분자량은 20,000 g/mol 내지 90,000 g/mol인 것인 흡착제의 제조 방법.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 용매는, 알코올류 및 물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상인 것인 흡착제의 제조 방법.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 바인더 용액은, 상기 조성물 및 바인더 용액의 혼합물의 전체 고형분 100 중량부를 기준으로,
    1 중량부 내지 15 중량부의 바인더; 및
    200 중량부 내지 600 중량부의 용매;를 포함하는 것인 흡착제의 제조 방법.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 조성물 및 바인더 용액의 혼합물의 점도는, 300 cps 내지 1,000 cps 인 것인 흡착제의 제조 방법.
  14. 청구항 1에 있어서,
    상기 제조된 흡착제는 과립상인 것인 흡착제의 제조 방법.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 과립상의 흡착제는 과립 크기가 20 ㎛ 내지 200 ㎛인 것인 흡착제의 제조 방법.
  16. 알칼리 토금속 과산화물, 염기성 물질, 제올라이트 및 바인더를 포함하고,
    상기 제올라이트는, 알칼리금속 이온 또는 알칼리토금속 이온을 포함하며,
    상기 알칼리금속 이온 또는 알칼리토금속 이온의 적어도 일부가 철 이온으로 교환된 것이고,
    Si/Al의 비율이 1 내지 50 이하이며,
    과립 크기가 20 ㎛ 내지 200 ㎛인 과립상의 흡착제.
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