KR20220067329A - 질소산화물 제거가 가능한 필터용 메타 아라미드 제지 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 메타아라미드 숏컷 섬유과 메타 아라미드 피브리드로 형성되는 필터용 메타 아라미드 제지에 있어서, 상기 메타 아라미드 제지에 DeNOx 촉매가 함유되는 질소산화물 제거가 가능한 필터용 메타 아라미드 제지에 관한 것이다.
Description
본 발명은 질소산화물 제거가 가능한 필터용 메타 아라미드 제지에 관한 것으로 필터에 함유되어 대기오염의 주 원인이 되는 질소산화물(Nox)을 제거할 수 있는 질소산화물 제거가 가능한 필터용 메타 아라미드 제지에 관한 것이다.
소각로나 보일러등과 같은 연소시설의 배가스에는 질소산화물(NOx, 즉 NO, NO2, N2O, N2O5 등이며 주로 NO), 황산화물(SOx), 분진, 다이옥신, 중금속, VOCs(Volatile Organic Compounds, 휘발성유기화합물) 등의 유해 오염물질이 포함되어 있는데, 이러한 오염물질들은 대기 중으로 배출되기 전에 규제농도 이하로 처리되어야 한다.
질소산화물(NOx)은 연소과정에서 생성되는 물질로서 연소반응이 요구되는 산업공정과 자동차 등에서 대부분 발생한다. 질소산화물은 사람의 호흡시 호흡기 질환을 유발시키며 탄화수소류(HC)와 반응하여 광화학옥시던트(Photochemical Oxidants)를 형성, 광화학스모그 및 산성비 현상의 원인이 되며, 시정장애, 온실효과뿐만 아니라 산성비의 원인이 되는 질산과 질산염으로 전환되어 산성비의 약 40%정도가 질산에 의한 것으로 추정되고 있다. 또한 헤모글로빈에서 O2에 대하여 20,000 배나 강력한 흡착성능을 갖고 있어 농도가 높아지면 큰 위해를 끼칠 수 있는 물질로 알려져 있어, 이의 저감을 위한 노력이 시급히 요청되고 있다.
종래의 오염가스 처리시설의 공정은 폐기물 연소, 스팀생산, 집진설비, 선택적촉매환원 (Selective Catalytic Reduction, SCR)을 거쳐 최종적으로 배출되는 것으로 집진설비는 메타아라미드 또는 폴리 폴리페닐렌 설파이드 섬유 등으로 형성되는 백필터(Bag Filter)를 통해 물리적으로 먼지를 걸러내는 공정이며, SCR(Selective Catalytic Reduction) 공정은 가스를 DeNOx 촉매의 도움을 받아 오염가스 내의 질소산화물(NOx)를 인체에 무해한 질소와 물로 전환하는 공정이다.
상기 SCR 공정에서 DeNOx 촉매는 압출성형(Honeycomb) 촉매 및 금속판(Metal plate) 형태의 촉매가 주로 사용되고 있다.
대한민국 등록특허 제1940329호는 압출된 SCR필터에 관한 것으로 환원제의 존재하에 질소 산화물을 전환하는 촉매를 포함하는 월-플로 필터로서, 상기 월-플로 필터는 압출고형체를 포함하며, 상기 압출고형체는 바인더/매트릭스 성분, 제올라이트계 분자 시브, 비-제올라이트계 분자 시브 또는 이들 중 어느 2종 이상의 혼합물 및 안정화된 세리아를 포함하는 압출고형체의 SCR필터에 대해 개시되어 있다.
상기와 같이 종래의 오염가스 처리시설에서 물리적인 먼지를 제거하는 집진설비와 질소산화물을 제거하는 SCR 공정이 별도로 구분되어 오염가스를 정화하는 비용이 증가하고 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로 백필터 등 필터에 사용될 수 있는 메타 아라미드 제지에 촉매를 함유시켜 질소산화물 제거가 가능한 필터용 메타 아라미드 제지를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 상기 메타 아라미드 제지의 메타 아라미드 섬유 및 메타 아라미드 피브리드의 함량 조절을 통해 공기투과성이 우수한 질소산화물 제거가 가능한 필터용 메타 아라미드 제지를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 메타아라미드 숏컷 섬유과 메타 아라미드 피브리드로 형성되는 필터용 메타 아라미드 제지에 있어서, 상기 메타 아라미드 제지에 DeNOx 촉매가 함유되는 것을 특징으로 하는 질소산화물 제거가 가능한 필터용 메타 아라미드 제지를 제공한다.
또한, 상기 메타 아라미드 숏컷 섬유, 또는 메타 아라미드 피브리드, 또는 메타 아라미드 숏컷 섬유 및 메타 아라미드 피브리드에 DeNOx 촉매가 함유되는 것을 특징으로 하는 질소산화물 제거가 가능한 필터용 메타 아라미드 제지를 제공한다.
또한, 상기 DeNOx 촉매는 메타 아라미드 제지 중량의 5~30중량%함유되는 것을 특징으로 하는 질소산화물 제거가 가능한 필터용 메타 아라미드 제지를 제공한다.
또한, 상기 필터용 메타 아라미드 제지는 메타아라미드 피브리드 1~30중량%가 함유되는 것을 특징으로 하는 질소산화물 제거가 가능한 필터용 메타 아라미드 제지를 제공한다.
또한, 상기의 필터용 메타 아라미드 제지를 함유하는 것을 특징으로 하는 필터를 제공한다.
상기와 같은 본 발명에 따른 질소산화물 제거가 가능한 필터용 메타 아라미드 제지는 메타아라미드 숏컷 섬유와 메타 아라미드 피브리드의 함량 조절을 통해 공기투과성이 우수하여 필터용으로 적합한 효과가 있다.
또한, 본 발명은 백필터 등 필터에 사용될 수 있는 메타 아라미드 제지에 촉매를 함유시켜 질소산화물 제거가 가능한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 질소산화물 제거 효율을 측정한 가스 여과 시험장치를 간략히 나타낸 도면이다.
이하 본 발명에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다. 우선, 도면들 중, 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 동일한 참조부호를 나타내고 있음에 유의하여야 한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.
본 명세서에서 사용되는 정도의 용어 '약', '실질적으로' 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본 발명의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.
본 발명은 메타아라미드 숏컷 섬유과 메타 아라미드 피브리드로 형성되는 메타 아라미드 제지에 DeNOx 촉매가 함유되는 질소산화물 제거가 가능한 필터용 메타 아라미드 제지에 관한 것이다.
상기 메타아라미드 숏컷 섬유는 섬도가 1~5데니어이고, 섬유장이 3~10㎜인 것이 바람직할 것이다.
상기 메타아라미드 숏컷 섬유의 섬도가 너무 낮거나, 너무 높으면 숏컷 섬유와 메타아라미드 피브리드간 결합력 상승효과가 미미할 수 있으며, 메타 아라미드 제지의 제조공정성이 저하될 수 있다.
본 발명에 따른 메타 아라미드 제지는 메타아라미드 피브리드 1~30중량%가 함유되는 것이 바람직한 것으로 메타아라미드 숏컷 섬유 70~99중량%와 메타아라미드 피브리드 1~30중량%로 형성되는 것이 바람직할 것이다.
본 발명의 메타 아라미드 제지는 필터용으로 사용되는 것으로 메타아라미드 숏컷 섬유의 함유량을 조절하여 공기투과도를 조절할 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 메타 아라미드 제지의 메타아라미드 피브리드가 1중량% 미만으로 함유될 경우 메타 아라미드 제지의 물성이 저하될 수 있으며, 메타아라미드 피브리드가 30중량%를 초과할 경우에는 공기투과도가 필터용으로 적합하지 않을 수 있다.
본 발명의 메타 아라미드 제지는 메타아라미드 숏컷 섬유와 메타아라미드 피브리드가 중량비 80~90: 10~20으로 형성되는 것이 가장 바람직할 것이다.
본 발명의 메타아라미드 제지에는 DeNOx 촉매가 함유되는 것으로 상기 메타 아라미드 숏컷 섬유에만 함유될 수 있으며, 또는 메타 아라미드 피브리드에만 함유될 수 있고, 또는 메타 아라미드 숏컷 섬유 및 메타 아라미드 피브리드에 DeNOx 촉매가 함유될 수 있을 것이다.
본 발명의 메타아라미드 제지에 함유되는 DeNOx 촉매는 함유량에 따라 메타 아라미드 숏컷 섬유, 메타 아라미드 피브리드의 함유여부를 선택할 수 있을 것이다.
상기 DeNOx 촉매를 함유하는 메타 아라미드 숏컷 섬유, 메타 아라미드 피브리드는 DeNOx 촉매를 메타 아라미드 도프에 함유시킨 후, 통상적인 방법으로 메타 아라미드 숏컷 섬유, 메타 아라미드 피브리드를 제조하여 메타 아라미드 숏컷 섬유, 메타 아라미드 피브리드에 DeNOx 촉매를 함유시킬 수 있을 것이다.
상기 DeNOx 촉매는 메타 아라미드 제지 중량의 5~30중량%함유되는 것이 바람직할 것이다.
상기 DeNOx 촉매는 활성성분과 지지체로 구성되며, 활성성분으로는 바나듐, 망간, 세륨, 텅스텐, 몰리브덴, 구리, 니켈, 철, 주석의 금속의 산화물이 사용될 수 있으며, 지지체로는 티타늄, 알루미늄, 세륨, 실리콘의 산화물이 사용될 수 있다.
또한, 상기의 한가지 또는 두가지 이상의 물질을 선택하여 사용할 수 있는 것으로 DeNOx 촉매는 사용용도에 따라 적합한 활성성분과 지지체를 선택하는 것이 바람직하다.
본 발명에서는 질소산화물 제거를 위해 V2O5/TiO2 촉매를 DeNOx 촉매로 사용하는 것이 가장 바람직할 것이다.
상기 DeNOx 촉매의 입자 크기는 100㎚~5㎛인 것이 바람직한 것으로 5㎛이상인 경우 메타아라미드 숏컷 섬유과 메타 아라미드 피브리드에 함유시 공정성이 저하될 수 있으며, 100㎚미만인 경우에는 질소산화물 제거효율이 저하될 수 있고, 촉매 입자 분쇄 공정단가가 크게 상승되어 경제성이 떨어질 수 있다.
본 발명의 질소산화물 제거가 가능한 필터용 메타 아라미드 제지는 사용되는 습지초지법으로 페이퍼를 제조할 수 있을 것이다.
즉, DeNOx 촉매를 함유하는 메타아라미드 숏컷 섬유, 메타 아라미드 피브리드를 균일하게 혼합하여 펄프로 습식 초지법을 통하여 웹을 형성시킨 후 닙 롤러(Nip Roller)를 거쳐 탈수시키고, 캘린더링(calendaring)하는 단계를 포함하여 페이퍼로 제조할 수 있다.
본 본 발명의 질소산화물 제거가 가능한 필터용 메타 아라미드 제지를 백필터로 사용할 경우 페놀 등의 열경화성 수지에 함침하여 카트리지로 형성한 후에 백필터에 적용시킬 수 있을 것이다.
아래에서 본 발명에 따른 실시예로 본 발명의 질소산화물 제거가 가능한 필터용 메타 아라미드 제지를 제조하였다. 본 발명이 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
메타-페닐렌 디아민(M-phenylene diamine, MPD)과 이소프탈로일클로라이드(Isophthaloyl chloride, IPC)로 중합된 메타 아라미드를 극성 아미드계 용매인 디메틸아세트아미드(Dimethyl acetamide, DMAc)에 녹여 메타 아라미드 농도가 20중량%인 메타 아라미드 도프(Dope)를 형성하였다.
상기 메타 아라미드 도프에 메타 아라미드 대비 10중량%의 DeNOx 촉매인 V2O5/TiO2 촉매를 함유시켰다.
상기 DeNOx 촉매를 함유한 메타 아라미드 도프를 이용하여 섬유장 6㎜, 섬도 2데니어의 메타아라미드 숏컷 섬유와 메타 아라미드 피브리드를 각각 제조하였다.
제조된 메타아라미드 숏컷 섬유 90중량%와 메타 아라미드 피브리드 10중량%를 혼합하여 펄프를 제조하고 습식 초지법으로 웹을 형성한 후에 닙 롤러(Nip Roller)를 거쳐 탈수시키고, 280℃에서 캘린더링하여 본 발명에 따른 질소산화물 제거가 가능한 필터용 메타 아라미드 제지를 제조하였다.
실시예 2
실시예 1과 동일하게 제조하였으나, 상기 메타 아라미드 도프에 메타 아라미드 대비 20중량%의 DeNOx 촉매를 함유시켜 본 발명에 따른 질소산화물 제거가 가능한 필터용 메타 아라미드 제지를 제조하였다.
비교예 1
실시예 1과 동일하게 제조하였으나, 상기 메타 아라미드 도프에 DeNOx 촉매를 함유시키지 않고 필터용 메타 아라미드 제지를 제조하였다.
비교예 2
비교예 1에서 제조된 메타아라미드 숏컷 섬유만으로 필터용 부직포를 제조하였다.
비교예3
실시예 2에서 제조된 메타아라미드 숏컷 섬유만으로 부직포를 제조하였다.
상기 실시예 1,2 및 비교예 1 내지 3에서 제조된 제지 또는 부직포를 백필터에 적용하여 도 1의 필터층(100)과 히터(200)가 형성된 가스 여과 시험장치를 통해 공기투과도 및 NOx 제거 효율을 측정하여 표 1에 나타내었다.
상기 실시예 1,2 및 비교예 1의 메타 아라미드 제지는 페놀에 함침하여 카트리지로 형성한 후에 백필터에 적용하였다.
상기 가스 여과 시험장치의 필터층(100)에 실시예 1,2 및 비교예1의 백필터, 비교예 2,3의 부직포를 적용하여 실험하였다.
| 구분 | 실시예1 | 실시예2 | 비교예1 | 비교예2 | 비교예3 |
| 공기투과도 (cfm) |
61.0 | 62.0 | 60.0 | 61.0 | 61.7 |
| NOx 제거 효율(%) |
40 | 53 | 5 | 0 | 41 |
표 1에서와 같이 실시예 1,2 및 비교예 1과 같이 메타아라미드 숏컷 섬유 90중량%와 메타 아라미드 피브리드 10중량%으로 제지를 형성할 경우 부직포 형태인 비교예 2,3과 공기투과도가 유사한 것으로 필터용으로 적합한 것을 알 수 있다.
또한, 실시예 1,2와 같이 DeNOx 촉매의 함유되는 경우 NOx 제거 효율이 우수하여 백필터로 사용시에 NOx 제거 효율을 증가시킬 수 있을 것이다.
비교예 1,2는 DeNOx 촉매가 함유되지 않아 NOx 제거 효율이 낮은 것을 알 수 있으며, 비교예 1과 같이 제지로 필터를 형성할 경우 섬유만으로 형성되는 부직포 보다 NOx 제거 효율이 증가하는 것을 알 수 있다.
100: 필터층
200: 히터
Claims (5)
- 메타아라미드 숏컷 섬유과 메타 아라미드 피브리드로 형성되는 필터용 메타 아라미드 제지에 있어서,
상기 메타 아라미드 제지에 DeNOx 촉매가 함유되는 것을 특징으로 하는 질소산화물 제거가 가능한 필터용 메타 아라미드 제지. - 제1항에 있어서,
상기 메타 아라미드 숏컷 섬유, 또는 메타 아라미드 피브리드, 또는 메타 아라미드 숏컷 섬유 및 메타 아라미드 피브리드에 DeNOx 촉매가 함유되는 것을 특징으로 하는 질소산화물 제거가 가능한 필터용 메타 아라미드 제지. - 제1항에 있어서,
상기 DeNOx 촉매는 메타 아라미드 제지 중량의 5~30중량%함유되는 것을 특징으로 하는 질소산화물 제거가 가능한 필터용 메타 아라미드 제지. - 제1항에 있어서,
상기 필터용 메타 아라미드 제지는 메타아라미드 피브리드 1~30중량%가 함유되는 것을 특징으로 하는 질소산화물 제거가 가능한 필터용 메타 아라미드 제지. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 필터용 메타 아라미드 제지를 함유하는 것을 특징으로 하는 필터.
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2020
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