KR20230004442A - 흡수성 재료 - Google Patents

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헨리 알도르프
매튜 레슬리 서트클리프
존 웹스터
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펠레톤 글로벌 리뉴어블즈 리미티드
헨리 알도르프
매튜 레슬리 서트클리프
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Abstract

본 발명은 섬유재 및 하나 이상의 중합된 결합제 시약으로부터 형성된 매트릭스를 포함하는 흡수성 재료에 관한 것이다. 본 발명은 또한, 섬유재를 포함하는 공급원료를 하나 이상의 결합제 시약과 조합하는 단계; 및 중합 활성화제의 존재하에 공급원료를 응집 기구 내로 도입하여 흡수성 재료를 제조하는 단계를 포함하는, 흡수성 재료의 제조 방법에 관한 것이다.

Description

흡수성 재료
본 발명은 흡수성 재료(absorbent material)에 관한 것이다. 더욱 구체적으로, 본 발명의 흡수성 재료는 액체 폐기물의 흡수에 적합하다. 본 발명은 추가로 흡수성 재료의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명은 추가로 흡수성 재료를 사용하여 액체를 흡수하는 방법에 관한 것이다.
배경기술에 대한 하기 논의는 단지 본 발명의 이해를 촉진하기 위한 것이다. 하기 논의는 인용된 임의의 재료가 본 출원의 우선일자로 통상의 일반적인 지식의 일부이거나 일부였다는 것을 인정하거나 받아들이는 것이 아니다.
많은 산업 공정들은 부주의하게 환경으로 방출될 수 있는 폐기물 또는 다른 재료들을 발생시킨다. 많은 경우에 이들 재료는 인간 및 환경의 양자 모두에 독성이 있거나 위험할 수 있다. 이러한 폐기물 방출의 규모는 매우 다양하여, 수억 리터의 오일을 대양으로 방출하는 석유 유출에서부터 ppm 단위로 측정되는 농도로 독성 오염물질을 수로 내로 방출하는 것까지 있다. 규모와 무관하게, 환경으로부터 이들 재료를 신속하고 효과적으로 정화하는 해법을 찾을 필요가 있다.
액체 유출의 정화를 위한 대부분의 선행기술 공정들은 유출된 액체를 빨아들이는 흡수성 재료에 의존한다. 사용되는 전형적인 재료로는 식물계 재료, 예컨대 우드칩 또는 톱밥, 또는 광물성 산물, 예컨대 숯 또는 활석을 들 수 있다. 이러한 재료들은 전형적으로 낮은 액체 흡수 용량을 가지며 따라서 많은 부피가 요구된다. 다수의 대안적인 흡수성 재료가 더 큰 액체 흡수 용량을 갖도록 제작되었으나, 이들 재료는 종종 제조하기에 너무 고가이다. 오염 규모가 클 경우, 예를 들어, 석유 유출 또는 큰 수로에서, 이들 재료의 비용은 종종 엄두를 낼 수 없을 정도이다.
액체 폐기물 또는 오염된 액체의 흡수는 해법의 일부 만을 제공한다. 그 다음에는 흡수된 액체를 폐기하기 위하여 로딩된(loaded) 흡수성 재료를 오염 부위로부터 제거하여야 한다. 대부분의 흡수성 재료를 제거함에 있어서 직면하게 되는 주된 어려움은 이러한 재료가 일단 액체에 의해 로딩되면 그의 구조적 온전성이 종종 무너지게 된다는 점이다. 이는 로딩된 흡수성 재료를 오염 부위로부터 분리하는 어려움을 증가시킬 뿐아니라 로딩된 재료를 부위로부터 멀리 수송함에 있어서의 어려움도 증가시킨다. 이 문제는 섬유 웹(fibrous web)으로부터 형성된 흡수성 재료에 있어서 특히 일반적이다. 이러한 재료의 섬유는 전형적으로 습윤되었을 때 분리되고 재료가 찢어질 것이다.
환경으로부터 오염물질을 제거함에 있어 직면하게 되는 추가의 문제는 물 함량이다. 흡수성 재료는 전형적으로 물에 대한 특정 오염물질의 어떤 선택성도 제공하지 않을 것이며, 따라서 양자 모두 전형적으로 재료 내로 흡수된다. 오염물질을 물로부터 분리하기 위해서는, 전형적으로 로딩된 흡수성 재료를 고가의 다중-단계 탈수 및 정제 공정에 적용하여 안전한 폐기 또는 재-사용에 적합한 깨끗한 물을 생산할 필요가 있다. 이러한 공정들은 농후화, 응집, 증발 건조, 원심분리, 침전 또는 가열을 포함할 수 있다. 이들 공정은 에너지 집약적이며 산물로부터의 경제적 회수보다 일반적으로 더 큰 화합물 비용을 필요로 한다. 이는 로딩된 흡수성 재료가 전형적으로 쓰레기 매립지에 폐기되도록 함으로써 폐기 장소에서의 재오염의 위험성을 증가시킨다.
본 명세서 전반에 걸쳐, 문맥상 달리 요구되지 않는 한, 단어 "포함하다" 또는 변형어들, 예컨대 "포함하다(삼인칭 단수형)" 또는 "포함하는"은 언급된 정수 또는 정수 그룹을 포함하며 임의의 다른 정수 또는 정수 그룹을 배제하지 않음을 의미하는 것으로 이해될 것이다.
본 발명의 제1 태양에 따라, 흡수성 재료가 제공되며, 흡수성 재료는 섬유재(fibrous material) 및 하나 이상의 중합된 결합제 시약(polymerised binder reagent)으로부터 형성된 매트릭스(matrix)를 포함한다.
바람직하게, 본 발명의 흡수성 재료는 액체를 흡수하도록 조정된다. 더욱 바람직하게, 본 발명의 흡수성 재료는 액체 및 그 안에 함유된 하나 이상의 물질을 흡수하도록 조정된다.
본 발명자들은 본 발명의 흡수성 재료가 매트릭스 내부에 다양한 액체들을 흡수하고/하거나 흡착하도록 조정될 수 있음을 발견하였다. 이어서 로딩된 흡수성 재료는 흡수된 액체와 함께 수송될 수 있다. 중요하게, 본 발명자들은 매트릭스가 액체 흡수 이후에 그의 구조적 온전성을 유지함을 발견하였다. 이론에 의해 구애되고자 하는 것은 아니지만, 본 발명자들은 중합된 결합제 시약이 매트릭스의 구조적 온전성을 유지할 것이라 믿는다. 따라서 본 발명의 흡수성 재료는 액체 유출물의 정화에 매우 적합하다. 또한, 본 발명자들은 액체 내에 함유된 작은 입자들 및 다른 용해된 물질들도 매트릭스 내로 흡착될 수 있음을 발견하였다. 소정의 상황에서, 이들 물질은 전형적으로 증발을 통해 액체가 제거된 후에도 매트릭스 내부에 보유될 것이다. 본 발명의 흡수성 재료는 원치 않는 물질을 액체로부터 포획하고 제거하는데 적합할 수 있을 것으로 예상된다. 흡수성 재료의 조성은 상이한 액체의 흡수 및 응용에 맞추어질 수 있다.
본 명세서 전반에 걸쳐, 문맥상 달리 요구되지 않는 한, 용어 '중합된 결합제 시약’은 하나 이상의 다른 결합제 시약 분자와 중합 및/또는 가교결합을 거친 결합제 시약 분자를 지칭하는 것으로 이해될 것이다. 결합제 시약은 중합 또는 공중합되어 중합된 결합제 시약을 형성하는 하나 이상의 단량체를 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 결합제 시약은 가교결합되어 중합된 결합제 시약을 형성하는 하나 이상의 중합체를 포함할 수 있다. 당업자에 의해 인정되는 바와 같이, 중합은 2개 이상의 반응물질 분자들이 중합체 사슬을 형성하도록 화학 반응에서 함께 결합되는 과정이다. 당업자에 의해 인정되는 바와 같이, 용어 가교결합은 공유결합 또는 화학결합의 시퀀스에 의해 중합체 사슬이 서로 연결되는 것을 지칭한다. 본 발명의 일 형태에서, 하나 이상의 결합제 시약은, 예를 들어, 열, 압력, pH 변화 또는 조사에 의한 외부 활성화를 받으면 중합하거나 가교결합할 수 있는 결합제 시약 분자를 포함한다. 본 발명의 일 형태에서, 하나 이상의 결합제 시약은 중합 활성화제와 접촉하면 중합하거나 가교결합할 수 있는 결합제 시약 분자를 포함한다. 더욱 바람직하게, 하나 이상의 결합제 시약은 촉매 또는 외부 열의 부재하에 중합하거나 가교결합할 수 있는 시약을 포함한다.
본 발명의 일 형태에서, 흡수성 재료는 0.05 내지 5 건조 중량%(dry weight%)의 중합된 결합제 시약을 포함한다. 본 발명의 일 형태에서, 흡수성 재료는 0.05 내지 4 건조 중량%의 중합 결합제 시약을 포함한다. 본 발명의 일 형태에서, 흡수성 재료는 0.05 내지 3 건조 중량%의 중합된 결합제 시약을 포함한다. 본 발명의 일 형태에서, 흡수성 재료는 0.05 내지 2 건조 중량%의 중합된 결합제 시약을 포함한다. 본 발명의 일 형태에서, 흡수성 재료는 0.05 내지 1 건조 중량%의 중합된 결합제 시약을 포함한다. 흡수성 재료에 포함되는 하나 이상의 중합된 결합제 시약의 양은 사용되는 섬유재에 좌우된다. 본 발명의 일 형태에서, 흡수성 재료는 0.05 내지 0.5 건조 중량%의 중합된 결합제 시약을 포함한다. 본 발명자들은 흡수성 재료 내에서 비교적 낮은 농도의 하나 이상의 중합된 결합제 시약이 흡수성 재료의 구조적 온전성을 유지하기에 충분한 반면, 여전히 충분한 흡수 용량을 허용함을 발견하였다. 이론에 의해 구애되고자 하는 것은 아니지만, 본 발명자들은 더 높은 농도의 중합 결합 시약이 흡수성 재료의 노출된 표면적을 감소시킬 것이라 믿는다. 또한, 중합 결합 시약은 전형적으로 흡수성 재료에서 가장 고가의 구성요소이므로, 제조 비용이 더 낮아진다.
본 발명의 일 형태에서, 흡수성 재료는 응집체(agglomerate)로 형성된다. 문헌(IUPAC Compendium of Chemical Terminology, 2nd ed. (the "Gold Book"))에서는 응집을 분산된 분자 또는 입자들이 분리된 단일의 분자 또는 입자로 남아 있는 대신에 조립되는 과정으로 정의한다. 본 명세서 전반에 걸쳐, 문맥상 달리 요구되지 않는 한, 용어 "응집체" 또는 그의 변형어들은 별개의 입자들이 서로 부착하여 이들이 단일의 더 큰 입자처럼 거동하는 집합체를 지칭한다.
본 발명의 일 형태에서, 흡수성 재료는 펠렛(pellet)으로 형성된다.
본 명세서 전반에 걸쳐, 문맥상 달리 요구되지 않는 한, 용어 "섬유재"는 다수의 섬유를 포함하는 재료를 지칭한다. 섬유재는 셀룰로스 섬유, 합성 섬유, 및 그의 조합을 포함한다. 섬유재는 추가로 섬유를 함유하는 직물 및 부직물, 예컨대 의류 또는 텍스타일 패브릭을 포함한다.
본 발명의 일 형태에서, 섬유재는 셀룰로스 섬유를 포함한다. 본 발명의 일 형태에서, 셀룰로스 섬유는 천연 공급원, 예컨대 나무껍질, 목재 또는 식물의 잎, 또는 다른 식물계 재료로부터 유래한다. 대안적으로, 셀룰로스 섬유는 제작될 수 있다. 당업자에 의해 인정되는 바와 같이, 셀룰로스 섬유는 셀룰로스의 에테르 또는 에스테르로 만들어진 섬유이다. 바람직하게, 셀룰로스 섬유는 적어도 부분적으로 리그닌이 제거된다. 당업자에 의해 인정되는 바와 같이, 리그닌 제거는 물리적으로 또는 화학적으로 셀룰로스 섬유를 분리할 것이다. 본 발명의 일 형태에서, 섬유재는 하나 이상의 목재 섬유, 펄프 섬유, 면 섬유, 대마 섬유, 견 섬유, 레이온 섬유 및 리오셀 섬유를 포함한다.
본 발명의 대안적 형태에서, 섬유재는 합성 섬유를 포함한다. 본 발명의 일 형태에서, 섬유재는 하나 이상의 폴리에틸렌 섬유, 폴리프로필렌 섬유, 폴리에스테르 섬유 및 이성분(bicomponent) 섬유를 포함한다.
본 발명의 일 형태에서, 흡수성 재료는 10 내지 99.5 중량%의 섬유재를 포함한다. 바람직하게, 흡수성 재료는 30 내지 60 중량%의 섬유재를 포함한다.
일 실시 형태에서, 적어도 90%의 섬유재가 5 내지 500 μm의 섬유 길이를 가진다.
일 실시 형태에서, 적어도 90%의 섬유재가 0.3 μm 내지 50 μm의 섬유 두께를 가진다.
본 발명의 일 형태에서, 흡수성 재료는 강화 충전제(reinforcing filler)를 포함한다. 바람직하게, 강화 충전제는 섬유성 매트릭스 전체에 걸쳐 분산된다. 바람직하게, 강화 충전제는 고체이다. 본 발명의 일 형태에서, 강화 충전제는 미립자이다. 본 발명자들은 흡수성 재료 내에 미립자 충전제를 포함시키면 흡수성 재료에 강도 증가를 제공할 수 있음을 발견하였다. 이는 흡수성 재료가 취급 및 수송 중에 그의 형상과 구조적 온전성을 유지할 수 있도록 돕는다.
강화 충전제는 유기 충전제, 무기 충전제, 또는 양자 모두를 포함할 수 있다. 본 발명의 일 형태에서, 강화 충전제는 하나 이상의 톱밥, 점토, 칼슘 카르보네이트, 실리케이트, 활성탄, 전분, 유리 미소구체 중에서 선택된다.
바람직하게, 강화 충전제는 불용성이다.
일 실시 형태에서, 강화 충전제의 평균 입경은 10 μm 내지 400 μm이다.
일 실시 형태에서, 흡수성 재료는 0 내지 80 건조 중량%의 강화 충전제를 포함한다. 일 실시 형태에서, 흡수성 재료는 40 내지 70 건조 중량%의 강화 충전제를 포함한다.
본 발명의 일 형태에서, 흡수성 재료는 응집체로 형성된다. 바람직하게, 응집체의 직경은 4 mm 내지 300 mm이다. 당업자에 의해 인정되는 바와 같이, 제조된 응집체의 크기는 흡수성 재료의 특이적 용도에 적합하도록 맞출 수 있다.
본 발명의 일 형태에서, 건조 흡수성 재료의 물 함량은 20 중량% 미만이다. 바람직하게, 건조 흡수성 재료의 물 함량은 15 중량% 미만이다. 더욱 바람직하게, 건조 흡수성 재료의 물 함량은 10 중량% 미만이다. 더욱 바람직하게, 건조 흡수성 재료의 물 함량은 5 중량% 미만이다.
본 발명의 일 형태에서, 흡수성 재료는 200 kg/㎥ 내지 1.5 t/㎥의 벌크 밀도를 가진다.
본 발명의 일 형태에서, 흡수성 재료는 건조 중량의 적어도 1.5 배의 액체 흡수 용량을 가진다. 본 발명의 일 형태에서, 액체 흡수 용량은 건조 중량의 적어도 2 배이다. 본 발명의 일 형태에서, 액체 흡수 용량은 건조 중량의 적어도 2.5 배이다.
본 발명의 일 형태에서, 흡수성 재료는 건조 중량의 적어도 1.5 배의 물 흡수 용량을 가진다. 본 발명의 일 형태에서, 물 흡수 용량은 건조 중량의 적어도 2 배이다. 본 발명의 일 형태에서, 물 흡수 용량은 건조 중량의 적어도 2.5 배이다.
본 발명의 일 형태에서, 흡수성 재료는 적어도 0.60의 다공도를 가진다. 바람직하게, 다공도는 물 증발법을 사용하여 측정되며, 여기에서 다공도 = (포화 샘플의 중량 - 건조 샘플의 중량)/물의 밀도)이다.
본 발명의 일 형태에서, 흡수성 재료는 추가로 하나 이상의 첨가제를 포함한다. 본 발명자들은 첨가제 재료를 매트릭스 내로 포함시키면 부가적인 물성을 흡수성 재료에 제공할 수 있음을 발견하였다.
일 실시 형태에서, 첨가제는 활성 흡착제를 포함한다. 활성 흡착제를 흡수성 재료 내로 포함시키면 흡수성 재료로 하여금 선택적으로 특정 표적 물질을 흡착하도록 할 수 있으리라 예상된다. 일 실시 형태에서, 흡수성 재료는 0% 내지 80%의 활성 흡착제를 포함한다. 당업자에 의해 인정되는 바와 같이, 흡수성 재료에 포함되는 활성 흡착제의 양은 흡수성 재료의 특이적 응용에 적합하도록 맞출 수 있다. 액체가 낮은 농도의 표적 물질을 포함하는 응용에서, 흡수성 재료 내에 더 많은 부피의 활성 흡착제가 존재하면 더 많은 표적 물질의 흡착을 허용할 것이다. 이는 활성 흡착제가 완전히 로딩되기 전에 흡수성 재료가 수회 탈수되고 재사용되도록 허용하는 것으로 밝혀졌다.
일 실시 형태에서, 첨가제는 중화제를 포함한다. 일 실시 형태에서, 흡수성 재료는 0% 내지 50%의 중화제를 포함한다.
본 발명의 일 형태에서, 흡수성 재료는 가연성 연료 공급원으로 사용되기에 적합하다.
본 발명의 제2 태양에 따라,
섬유재를 포함하는 공급원료(feedstock)를 하나 이상의 결합제 시약과 조합하는 단계; 및
중합 활성화제의 존재하에 공급원료를 응집 기구 내로 도입하여 흡수성 재료를 제조하는 단계를 포함하는 흡수성 재료의 제조 방법이 제공된다.
본 발명의 일 형태에서, 섬유재는 셀룰로스 섬유를 포함한다. 당업자에 의해 인정되는 바와 같이, 셀룰로스 섬유는 셀룰로스의 에테르 또는 에스테르로 만들어진 섬유이다. 섬유는 또한 헤미셀룰로스 및 리그닌을 함유할 수 있다. 본 발명의 일 형태에서, 셀룰로스 섬유는 천연 공급원, 예컨대 나무껍질, 목재 또는 식물의 잎으로부터, 또는 다른 식물계 재료로부터 유래한다. 대안적으로, 셀룰로스 섬유는 제작될 수 있다. 본 발명의 일 형태에서, 섬유재는 하나 이상의 목재 섬유, 펄프 섬유, 면 섬유, 대마 섬유, 견 섬유, 레이온 섬유 및 리오셀 섬유를 포함한다.
본 발명의 대안적 형태에서, 섬유재는 합성 섬유를 포함한다. 본 발명의 일 형태에서, 섬유재는 하나 이상의 폴리에틸렌 섬유, 폴리프로필렌 섬유, 폴리에스테르 섬유 및 이성분 섬유를 포함한다.
본 발명의 일 형태에서, 흡수성 재료는 응집체로 형성된다.
바람직하게, 본 발명의 흡수성 재료는 액체를 흡수하도록 조정된다. 더욱 바람직하게, 본 발명의 흡수성 재료는 액체 및 그 안에 동반되거나(entrained) 용해된 하나 이상의 재료를 흡수하도록 조정된다.
본 발명자들은 중합 활성화제가 하나 이상의 결합제 시약의 중합 및/또는 가교결합을 개시할 것으로 이해한다. 중합된 결합제 시약은 섬유재와 조합하여 매트릭스를 제조할 것이다. 본 매트릭스는 본 발명의 흡수성 재료의 개별적 응집체로 분리된다.
본 발명의 바람직한 형태에서, 공급원료를 하나 이상의 결합제 시약과 조합하는 단계는 공급원료를 응집 기구 내로 도입하여 응집체를 제조하는 단계 전에 일어나며, 이에 따라 방법은 하기 단계를 포함한다:
공급원료를 하나 이상의 결합제 시약과 조합하여 응집 혼합물을 제조하는 단계; 이어서
중합 활성화제의 존재하에 응집 혼합물을 응집 기구 내로 도입하여 응집체를 제조하는 단계.
본 발명의 일 형태에서, 공급원료를 응집 기구 내로 도입하여 응집체를 제조하는 단계 전에, 중합 활성화제는 공급원료 및 하나 이상의 결합제 시약과 접촉한다.
본 발명의 바람직한 형태에서, 중합 활성화제는 공급원료가 응집 기구 내로 도입되는 것과 동시에 또는 그 후에 공급원료 및 하나 이상의 결합제 시약과 접촉한다.
공급원료를 하나 이상의 결합제 시약과 조합하여 응집 혼합물을 제조하는 단계는 적합한 혼합 기구에서 실행된다. 바람직하게, 응집 혼합물은 실질적으로 균질하다.
본 발명의 일 형태에서, 제조된 응집체의 직경은 4 mm 내지 300 mm이다.
본 발명의 일 형태에서, 방법은 응집체를 건조하는 단계를 추가로 포함한다.
본 발명의 일 형태에서, 응집 혼합물은 10 내지 99.5 중량%의 섬유재를 포함한다.
본 발명의 일 형태에서, 응집 혼합물은 0.05% 내지 5% 중량%의 결합제 시약을 포함한다.
일 실시 형태에서, 응집 혼합물의 물 함량은 40% 내지 80%이다.
일 실시 형태에서, 응집 혼합물은 강화 충전제를 추가로 포함한다. 바람직하게, 응집 혼합물은 0 내지 50%의 강화 충전제를 포함한다.
일 실시 형태에서, 응집 혼합물은 하나 이상의 첨가제를 추가로 포함한다.
본 발명의 일 형태에서 중합 활성화제의 양은 응집 혼합물의 건조 중량 기준으로 0.005% 내지 0.5%이다.
본 발명의 일 형태에서, 하나 이상의 결합제 시약은 중합하거나, 가교결합하거나, 굳은 겔을 형성할 수 있는 시약을 포함한다. 바람직하게, 하나 이상의 결합제 시약은 중합 활성화제와 접촉하면 중합하거나 가교결합할 수 있는 시약을 포함한다. 더욱 바람직하게, 하나 이상의 결합제 시약은 공기 중에서 그러나 촉매 또는 외부 열의 부재하에 중합하거나, 가교결합하거나, 굳은 겔을 형성할 수 있는 시약을 포함한다.
바람직하게, 하나 이상의 결합제 시약은 중합 활성화제의 첨가 전에 공급원료와 조합된다. 바람직하게 하나 이상의 결합제 시약과 중합 활성화제의 조합은 실질적으로 균질한 응집 혼합물을 제조한다.
본 발명의 일 형태에서, 방법은 공급원료의 전-처리 단계를 추가로 포함한다.
본 발명의 일 형태에서, 공급원료의 전-처리 단계는 공급원료를 하나 이상의 결합제 시약과 조합하는 단계 전에 일어난다. 바람직하게, 공급원료의 전-처리는 선별, 크기 감소, 섬유 유연화 및 섬유 분리 중 하나 이상을 포함한다.
본 발명의 제3 태양에 따라, 본 발명의 제2 태양의 공정에 의해 형성된 흡수성 재료가 제공된다.
본 발명의 제4 태양에 따라, 액체를 흡수하는 방법이 제공되며, 당해 방법은 액체를 상기 기재된 흡수성 재료와 접촉시켜 액체의 적어도 일부를 흡수성 재료 내로 흡수시켜 로딩된 흡수성 재료를 제조하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 형태에서, 액체 내부의 동반된(entrained) 입자 또는 용해된 물질의 적어도 일부가 흡수성 재료에 의해 흡수될 것이다.
본 발명의 일 형태에서, 액체 내의 동반된 입자 또는 용해된 물질의 적어도 일부가 흡수성 재료에 의해 흡착될 것이다.
본 발명의 일 형태에서, 로딩된 흡수성 재료는 하나 이상의 처리 단계로 보내질 수 있다.
본 발명의 일 형태에서, 하나 이상의 처리 단계는 흡수된 액체의 회수를 포함한다.
본 발명의 일 형태에서, 하나 이상의 처리 단계는 로딩된 흡수성 재료의 화학적 처리를 포함한다. 바람직하게, 화학적 처리는 로딩된 재료를 비활성화하거나 중화하는데 사용될 것이다.
본 발명의 일 형태에서, 로딩된 흡수성 재료는 건조 단계에 적용된다. 본 발명의 일 형태에서, 건조 단계는 로딩된 흡수성 재료로부터 물 및 다른 휘발성 화합물의 증발을 포함한다. 바람직하게, 흡수성 재료의 표면을 가로질러 공기흐름을 보낸다.
본 발명의 일 형태에서, 건조 단계는 로딩된 흡수성 재료로부터 적어도 일부의 액체의 제거를 포함한다. 본 발명의 일 형태에서, 로딩된 흡수성 재료로부터 적어도 일부의 액체를 제거하는 단계 이후에, 흡수성 재료는 다시금 액체를 더 흡수하는데 사용될 수 있다.
상기 논의한 바와 같이, 본 발명의 흡수성 재료는 흡수된 재료 내에 동반된 물질을 흡수할 수 있다. 이는 물 공급원 내의 오염물질을 정화하는데 특히 유용함을 본 발명자들이 발견하였다. 흡수된 물이 건조 단계에서 제거될 때, 함께-흡수된/흡착된 물질의 적어도 일부가 매트릭스 내에 잔류할 것으로 밝혀졌다.
본 발명의 일 형태에서, 로딩된 흡수성 재료는 폐기될 수 있다.
본 발명의 일 형태에서, 로딩된 흡수성 재료는 가연성 재료를 파괴하기 위한 고온 처리 단계에 적용될 수 있다. 또한, 비-가연성 재료를 회수하여 폐기할 수 있다.
본 발명의 일 형태에서, 로딩된 흡수성 재료를 가연성 연료 공급원으로 사용할 수 있다.
본 발명의 추가 특징을 그의 여러 비-제한적 실시 형태에 대한 하기 설명에서 더욱 완전히 기재한다. 본 기재는 전적으로 본 발명을 예시할 목적으로 포함된다. 이는 상기 기술된 바와 같은 본 발명의 광범위한 요약, 개시 또는 기재에 대한 제한으로 이해되어서는 안된다. 본 기재는 첨부된 도면을 참조하여 이루어질 것이다:
도 1은 본 발명의 제2 태양에 따라 섬유재를 포함하는 공급원료로부터 흡수성 재료를 제조하는 공정이다.
상기 기재한 바와 같이, 본 발명의 일 태양에서 흡수성 재료가 제공되며, 흡수성 재료는 섬유재 및 하나 이상의 중합된 결합제 시약으로부터 형성된 다공성 매트릭스를 포함한다.
섬유재
용어 “섬유재”는 한 가지 섬유 유형을 의미할 수 있거나, 두 가지 이상의 섬유 유형을 포괄할 수 있다.
본 발명의 일 형태에서, 섬유재는 셀룰로스 섬유를 포함한다. 당업자에 의해 인정되는 바와 같이, 셀룰로스 섬유는 셀룰로스의 에테르 또는 에스테르로 만들어진 섬유이다. 섬유는 또한 헤미셀룰로스 및 리그닌을 함유할 수 있다. 이러한 셀룰로스 섬유는 천연 공급원으로부터 얻어질 수 있다. 대안적으로, 셀룰로스 섬유는 제작될 수 있다.
셀룰로스 섬유는 버진 섬유, 재생 섬유, 재활용 섬유, 또는 이들의 조합일 수 있다. 적합한 셀룰로스 섬유가 하기로부터 선택될 수 있으나, 이로 제한되지는 않는다: 종이; 종이 폐기물, 목재, 목재 폐기물, 톱밥, 나무껍질 및 산림 폐기물, 농업 폐기물, 퇴비 및 폐기용품, 와인/맥주 폐기물, 과일 폐기물, 올리브 폐기물, 식물유 폐기물, 식품 폐기물, 바이오매스, 셀룰로스 리그닌, 버개스, 사탕수수 찌꺼기, 옥수수 대 및 녹색 폐기물.
본 발명의 대안적 형태에서, 섬유재는 합성 섬유를 포함한다. 합성 섬유는 전형적으로 방적돌기를 통해 섬유-형성 재료를 압출시켜 생성된다. 이러한 섬유 형성 재료는 전형적으로 중합된 단량체 재료이다. 특히, 합성 섬유는 열가소성 중합체 섬유, 예컨대 폴리락티드, 글리콜산 중합체, 폴리올레핀, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리비닐 알콜 또는 이성분(bico) 섬유이다. 다른 섬유의 예로는 재생 셀룰로스 섬유, 예컨대 비스코스, 리오셀, 레이온, 및 Tencel® 섬유, 및 예를 들어, 탄소 및 유리 섬유를 들 수 있다. 가장 적합하게, 폴리올레핀, 폴리에스테르, 폴리락티드 또는 비코(bico) 섬유 또는 그의 혼합물이 사용된다.
일 실시 형태에서, 적어도 90%의 섬유재 섬유는 5 내지 500 μm의 길이를 가진다.
일 실시 형태에서, 적어도 90%의 섬유재 섬유는 0.3 μm 내지 50 μm의 평균 두께를 가진다.
일 실시 형태에서, 흡수성 재료는 10 내지 99.5 중량%의 섬유재를 포함한다.
강화 충전제
본 발명의 일 형태에서, 흡수성 재료는 강화 충전제를 포함한다. 바람직하게, 강화 충전제는 미립자이다. 본 발명자들은 다공성 흡수성 재료 내에 미립자 충전제를 포함시키면 흡수성 재료에 증가된 강도를 제공할 수 있음을 발견하였다. 이는 흡수성 재료가 취급 및 수송 중에 그의 형상과 구조적 온전성을 보유할 수 있도록 한다.
바람직하게, 강화 충전제는 천연 공급원으로부터 얻어진다. 적합한 천연 공급원은 미립자 물질로 분쇄된 목재 및 다른 식물 재료를 포함한다. 본 발명자들은 톱밥이 강화 충전제로서 특히 유용함을 발견하였다.
일 실시 형태에서, 강화 충전제는 적어도 10 μm의 평균 입경을 가진다.
일 실시 형태에서, 강화 충전제는 10 μm 내지 400 μm의 평균 입경을 가진다.
일 실시 형태에서, 흡수성 재료는 0% 내지 50%의 강화 충전제를 포함한다.
첨가제
본 발명의 일 형태에서, 흡수성 재료는 하나 이상의 첨가제를 포함한다. 첨가제의 선택은 흡수되는 특정 액체 및 다른 물질 또는 오염물질이 존재하는지 여부에 크게 좌우된다.
일 실시 형태에서, 첨가제는 특정 표적 물질을 선택적으로 흡수하기 위한 활성 흡착제를 포함한다. 이들 제제는 일반적으로 소정의 크기를 갖는 종, 특히 하전된 종을 수용할 미세-다공성 구조를 가질 것으로 예상된다. 이러한 제제는 하나 이상의 제올라이트, 부석 유형의 광물, 활성탄/숯, 변성된 활성 점토 및 이온 교환 수지 중에서 선택될 수 있다.
일 실시 형태에서, 활성 흡착 재료가 응집된 흡수성 재료의 제조를 위한 종자 입자로 사용된다. 활성 흡착 재료가 응집체의 코어를 형성할 것으로 예상된다.
일 실시 형태에서, 활성 흡착 재료의 입경은 10 μm 내지 50 mm이다.
일 실시 형태에서, 흡수성 재료는 0% 내지 80%의 활성 흡착제를 포함한다.
일 실시 형태에서, 첨가제는 중화제를 포함한다. 이러한 중화제는 pH 조절제, 염소화제, 살균제 및 탈취제를 포함한다. 이러한 중화제는 산성, 알칼리성, 세균 오염된 또는 완전히 변질된 액체를 처리하는 경우 유용한 것으로 밝혀졌다.
일 실시 형태에서, 흡수성 재료는 0% 내지 50%의 중화제를 포함한다.
중합된 결합제 시약
상기 논의한 바와 같이, 용어 중합된 결합제 시약은 중합 및/또는 가교결합을 거친 하나 이상의 결합제 시약을 지칭하고자 한다.
본 발명의 일 형태에서, 흡수성 재료는 0.05 내지 1 건조 중량%의 중합된 결합제 시약을 포함한다. 본 발명의 일 형태에서, 흡수성 재료는 0.05 내지 0.9 건조 중량%의 중합된 결합제 시약을 포함한다. 본 발명의 일 형태에서, 흡수성 재료는 0.05 내지 0.8 건조 중량%의 중합된 결합제 시약을 포함한다. 본 발명의 일 형태에서, 흡수성 재료는 0.05 내지 0.7 건조 중량%의 중합된 결합제 시약을 포함한다. 본 발명의 일 형태에서, 흡수성 재료는 0.05 내지 0.6 건조 중량%의 중합된 결합제 시약을 포함한다. 본 발명의 일 형태에서, 흡수성 재료는 0.05 내지 0.5 건조 중량%의 중합된 결합제 시약을 포함한다. 본 발명의 일 형태에서, 흡수성 재료는 0.05 내지 0.4 건조 중량%의 중합된 결합제 시약을 포함한다. 본 발명의 일 형태에서, 흡수성 재료는 0.05 내지 0.3 건조 중량%의 중합된 결합제 시약을 포함한다.
본 발명의 일 형태에서, 흡수성 재료는 0.1 내지 0.9 건조 중량%의 중합된 결합제 시약을 포함한다. 본 발명의 일 형태에서, 흡수성 재료는 0.1 내지 0.8 건조 중량%의 중합된 결합제 시약을 포함한다. 본 발명의 일 형태에서, 흡수성 재료는 0.1 내지 0.7 건조 중량%의 중합된 결합제 시약을 포함한다. 본 발명의 일 형태에서, 흡수성 재료는 0.1 내지 0.6 건조 중량%의 중합된 결합제 시약을 포함한다. 본 발명의 일 형태에서, 흡수성 재료는 0.1 내지 0.5 건조 중량%의 중합된 결합제 시약을 포함한다. 본 발명의 일 형태에서, 흡수성 재료는 0.05 내지 0.5 건조 중량%의 중합된 결합제 시약을 포함한다.
본 발명의 일 형태에서, 흡수성 재료 내의 섬유재 대 하나 이상의 중합된 결합제 시약의 비는 50:1 내지 400:1이다. 본 발명의 일 형태에서, 흡수성 재료 내의 섬유재 대 하나 이상의 중합된 결합제 시약의 비는 100:1 내지 200:1이다.
본 발명의 일 형태에서, 하나 이상의 결합제 시약은 단량체 화합물을 포함한다. 당업자에 의해 이해되는 바와 같이, 단량체 화합물은 중합에 의해 거대분자의 필수 구조에 구성 단위로 기여할 수 있는 화합물이다. 바람직하게, 하나 이상의 결합제는 임의로 비-이온성 단량체와 함께, 음이온성 또는 양이온성 단량체이다. 이는 임의로 비-이온성 단량체와 함께, 양이온성 및 음이온성 단량체의 혼합물로부터 형성된 양쪽성일 수 있다. 적합한 음이온성 단량체는 종종 수용성 암모늄염 또는, 바람직하게 알칼리금속염의 형태인 카르복실산, 아미노폴리카르복실산 또는 설폰산이다. 적합한 카르복실산은 메타크릴산, 이타콘산, 말레산, 또는 바람직하게, 아크릴산이다. 적합한 설폰산은 종종 암모늄염 또는, 더욱 통상적으로 알칼리금속염으로서 알릴, 메트알릴, 비닐 및 2-아크릴아미도-2-메틸 프로판 설폰산을 포함한다. 적합한 양이온성 단량체는 통상적으로 산부가염 또는 4급 암모늄염으로서 디알킬아미노알킬 (메트)-아크릴아미드, -아크릴레이트 및 -비닐 아크릴레이트, 및 단량체, 예컨대 디알릴 디메틸 암모늄 클로라이드를 포함한다. 적합한 비-이온성 단량체는 (메트)아크릴산 에스테르, 메타크릴아미드 및 아크릴아미드를 포함한다.
바람직하게, 하나 이상의 결합제 시약은 스티렌 단량체 화합물, 비닐 단량체 화합물 또는 규소 단량체 화합물을 포함한다. 바람직하게, 규소 단량체 화합물은 실란 단량체 화합물이다. 발명의 일 형태에서, 결합제 시약은 스티렌 단량체를 포함한다. 발명의 일 형태에서, 결합제 시약은 규소 단량체를 포함한다.
본 발명의 일 형태에서, 하나 이상의 결합제 시약은 계면활성제를 추가로 포함한다. 더욱 바람직하게, 계면활성제는 알코올, 카르복실산, 실란, 실록산 또는 실라놀을 포함하는 그룹 중에서 선택된다. 계면활성제의 선택은 응집체의 최종 용도 및 공급원료의 화합물 함량, 특히 바이오매스의 실리카 수준 및 회분 특성에 좌우되는 것으로 본 발명자들은 이해한다. 계면활성제의 첨가는 하나 이상의 결합제 시약이 공급원료 내로 신속하게 침투하도록 허용한다고 본 발명자들은 이해한다. 바람직하게, 첨가되는 계면활성제의 양은 공급원료의 건조 중량 기준으로 0.025% 내지 0.5%이다. 본 발명의 일 형태에서, 중합 활성화제는 하나 이상의 결합제 시약의 적어도 하나의 중합, 가교결합 또는 겔 형성을 개시하는 물질이다. 이론에 의해 구애되고자 하는 것은 아니지만, 본 발명자들은 응집체가 응집 기구 내에서 형성됨에 따라 적어도 하나의 결합제의 원위치 중합, 가교결합 또는 겔 형성이 매트릭스 내부에 바이오매스 공급원료 스트림을 적합하게 유지할 수 있는 최종 응집체 산물을 제조한다고 믿는다.
중합제
본 발명의 실시 형태에서, 중합 활성화제는 하나 이상의 결합제 시약을 중합하거나 가교결합하기 위해 사용된다. 본 실시 형태에서, 용어 중합된 결합제 시약은 중합 활성화제를 포함하는 것으로 이해될 것이다. 본 발명의 일 형태에서, 중합 활성화제는 단량체 가교결합 화합물을 포함한다. 바람직하게, 중합 활성화제는 비닐, 스테아릭 또는 아크릴릭 단량체 가교결합 화합물이다. 중합 활성화제는 하나 이상의 결합제 시약과 함께 중합 또는 가교결합하여 공급원료를 가진 다공성 매트릭스를 형성할 굳은 혼합물을 형성하는 작용을 하는 것으로 이해된다.
본 발명의 일 형태에서, 하나 이상의 결합제 시약은 중합을 허용하거나 돕는 개시제 시약의 첨가를 필요로 할 수 있다. 개시제 시약은 결합제 시약 단량체와 반응하여 다수의 다른 단량체와 연속적으로 연결되어 중합체성 화합물이 될 수 있는 중간체 화합물을 형성하는 임의의 화학종일 수 있는 것으로 본 출원인은 이해한다. 당업자에 의해 이해되는 바와 같이, 대부분의 개시제 시약은 자유 라디칼을 함유한다. 본 발명의 매우 바람직한 형태에서, 개시제 시약은 암모늄 퍼설페이트 (NH4)S2O8 또는 포타슘 퍼설페이트 K2S2O8 또는 양자 모두의 조합이다. 이온화 방사, 예컨대 자외광의 사용 및 오존의 형성도 중합을 활성화하는데 사용될 수 있을 것으로 예상된다. 본 발명자들은 개시제 시약이 자유 라디칼을 공급하여 선택된 시약 그룹의 중합을 개시하는 것으로 이해한다.
흡수성 재료 특성
본 발명의 일 형태에서, 흡수성 재료는 200 kg/㎥ 내지 1.5 kg/㎥의 벌크 밀도를 가진다.
본 발명의 일 형태에서, 흡수성 재료는 건조 중량의 적어도 0.1 배의 액체 흡수 용량을 가진다. 본 발명의 일 형태에서, 흡수성 재료는 건조 중량의 적어도 0.2 배의 액체 흡수 용량을 가진다. 본 발명의 일 형태에서, 흡수성 재료는 건조 중량의 적어도 0.3 배의 액체 흡수 용량을 가진다. 본 발명의 일 형태에서, 흡수성 재료는 건조 중량의 적어도 0.4 배의 액체 흡수 용량을 가진다. 본 발명의 일 형태에서, 흡수성 재료는 건조 중량의 적어도 0.5 배의 액체 흡수 용량을 가진다. 본 발명의 일 형태에서, 흡수성 재료는 건조 중량의 적어도 0.6 배의 액체 흡수 용량을 가진다. 본 발명의 일 형태에서, 흡수성 재료는 건조 중량의 적어도 0.7 배의 액체 흡수 용량을 가진다. 본 발명의 일 형태에서, 흡수성 재료는 건조 중량의 적어도 0.8 배의 액체 흡수 용량을 가진다. 본 발명의 일 형태에서, 흡수성 재료는 건조 중량의 적어도 0.9 배의 액체 흡수 용량을 가진다. 본 발명의 일 형태에서, 흡수성 재료는 건조 중량의 적어도 1.0 배의 액체 흡수 용량을 가진다. 본 발명의 일 형태에서, 흡수성 재료는 건조 중량의 적어도 1.1 배의 액체 흡수 용량을 가진다. 본 발명의 일 형태에서, 흡수성 재료는 건조 중량의 적어도 1.2 배의 액체 흡수 용량을 가진다. 본 발명의 일 형태에서, 흡수성 재료는 건조 중량의 적어도 1.3 배의 액체 흡수 용량을 가진다. 본 발명의 일 형태에서, 흡수성 재료는 건조 중량의 적어도 1.4 배의 액체 흡수 용량을 가진다. 본 발명의 일 형태에서, 흡수성 재료는 건조 중량의 적어도 1.5 배의 액체 흡수 용량을 가진다. 본 발명의 일 형태에서, 흡수성 재료는 건조 중량의 적어도 1.6 배의 액체 흡수 용량을 가진다. 본 발명의 일 형태에서, 흡수성 재료는 건조 중량의 적어도 1.7 배의 액체 흡수 용량을 가진다. 본 발명의 일 형태에서, 흡수성 재료는 건조 중량의 적어도 1.8 배의 액체 흡수 용량을 가진다. 본 발명의 일 형태에서, 흡수성 재료는 건조 중량의 적어도 1.9 배의 액체 흡수 용량을 가진다. 본 발명의 일 형태에서, 액체 흡수 용량은 건조 중량의 적어도 2 배이다. 본 발명의 일 형태에서, 흡수성 재료는 건조 중량의 적어도 2.1 배의 액체 흡수 용량을 가진다. 본 발명의 일 형태에서, 흡수성 재료는 건조 중량의 적어도 2.2 배의 액체 흡수 용량을 가진다. 본 발명의 일 형태에서, 흡수성 재료는 건조 중량의 적어도 2.3 배의 액체 흡수 용량을 가진다. 본 발명의 일 형태에서, 흡수성 재료는 건조 중량의 적어도 2.4 배의 액체 흡수 용량을 가진다. 본 발명의 일 형태에서, 액체 흡수 용량은 건조 중량의 적어도 2.5 배이다.
본 발명의 일 형태에서, 흡수성 재료는 건조 중량의 적어도 0.1 배의 물 흡수 용량을 가진다. 본 발명의 일 형태에서, 흡수성 재료는 건조 중량의 적어도 0.2 배의 물 흡수 용량을 가진다. 본 발명의 일 형태에서, 흡수성 재료는 건조 중량의 적어도 0.3 배의 물 흡수 용량을 가진다. 본 발명의 일 형태에서, 흡수성 재료는 건조 중량의 적어도 0.4 배의 물 흡수 용량을 가진다. 본 발명의 일 형태에서, 흡수성 재료는 건조 중량의 적어도 0.5 배의 물 흡수 용량을 가진다. 본 발명의 일 형태에서, 흡수성 재료는 건조 중량의 적어도 0.6 배의 물 흡수 용량을 가진다. 본 발명의 일 형태에서, 흡수성 재료는 건조 중량의 적어도 0.7 배의 물 흡수 용량을 가진다. 본 발명의 일 형태에서, 흡수성 재료는 건조 중량의 적어도 0.8 배의 물 흡수 용량을 가진다. 본 발명의 일 형태에서, 흡수성 재료는 건조 중량의 적어도 0.9 배의 물 흡수 용량을 가진다. 본 발명의 일 형태에서, 흡수성 재료는 건조 중량의 적어도 1.0 배의 물 흡수 용량을 가진다. 본 발명의 일 형태에서, 흡수성 재료는 건조 중량의 적어도 1.1 배의 물 흡수 용량을 가진다. 본 발명의 일 형태에서, 흡수성 재료는 건조 중량의 적어도 1.2 배의 물 흡수 용량을 가진다. 본 발명의 일 형태에서, 흡수성 재료는 건조 중량의 적어도 1.3 배의 물 흡수 용량을 가진다. 본 발명의 일 형태에서, 흡수성 재료는 건조 중량의 적어도 1.4 배의 물 흡수 용량을 가진다. 본 발명의 일 형태에서, 흡수성 재료는 건조 중량의 적어도 1.5 배의 물 흡수 용량을 가진다. 본 발명의 일 형태에서, 흡수성 재료는 건조 중량의 적어도 1.6 배의 물 흡수 용량을 가진다. 본 발명의 일 형태에서, 흡수성 재료는 건조 중량의 적어도 1.7 배의 물 흡수 용량을 가진다. 본 발명의 일 형태에서, 흡수성 재료는 건조 중량의 적어도 1.8 배의 물 흡수 용량을 가진다. 본 발명의 일 형태에서, 흡수성 재료는 건조 중량의 적어도 1.9 배의 물 흡수 용량을 가진다. 본 발명의 일 형태에서, 물 흡수 용량은 건조 중량의 적어도 2 배이다. 본 발명의 일 형태에서, 흡수성 재료는 건조 중량의 적어도 2.1 배의 물 흡수 용량을 가진다. 본 발명의 일 형태에서, 흡수성 재료는 건조 중량의 적어도 2.2 배의 물 흡수 용량을 가진다. 본 발명의 일 형태에서, 흡수성 재료는 건조 중량의 적어도 2.3 배의 물 흡수 용량을 가진다. 본 발명의 일 형태에서, 흡수성 재료는 건조 중량의 적어도 2.4 배의 물 흡수 용량을 가진다. 본 발명의 일 형태에서, 물 흡수 용량은 건조 중량의 적어도 2.5 배이다.
본 발명의 일 형태에서, 흡수성 재료는 적어도 0.60의 다공도를 가진다. 바람직하게, 다공도는 물 증발법을 사용하여 측정되며, 여기에서 기공 부피 = (포화 샘플의 중량 - 건조 샘플의 중량)/물의 밀도)이다. 본 발명의 일 형태에서, 흡수성 재료는 적어도 0.65의 다공도를 가진다. 본 발명의 일 형태에서, 흡수성 재료는 적어도 0.70의 다공도를 가진다. 본 발명의 일 형태에서, 흡수성 재료는 적어도 0.75의 다공도를 가진다. 본 발명의 일 형태에서, 흡수성 재료는 적어도 0.80의 다공도를 가진다. 본 발명의 일 형태에서, 흡수성 재료는 적어도 0.85의 다공도를 가진다. 본 발명의 일 형태에서, 흡수성 재료는 적어도 0.9의 다공도를 가진다.
바람직하게, 흡수성 재료의 물 함량은 20% 미만이다. 더욱 바람직하게, 흡수성 재료의 물 함량은 19% 미만이다. 여전히 바람직하게, 흡수성 재료의 물 함량은 18% 미만이다. 여전히 바람직하게, 흡수성 재료의 물 함량은 17% 미만이다. 여전히 바람직하게, 흡수성 재료의 물 함량은 16% 미만이다. 여전히 바람직하게, 흡수성 재료의 물 함량은 15% 미만이다. 여전히 바람직하게, 흡수성 재료의 물 함량은 14% 미만이다. 여전히 바람직하게, 흡수성 재료의 물 함량은 13% 미만이다. 여전히 바람직하게, 흡수성 재료의 물 함량은 12% 미만이다. 여전히 바람직하게, 흡수성 재료의 물 함량은 11% 미만이다. 여전히 바람직하게, 흡수성 재료의 물 함량은 10% 미만이다. 여전히 바람직하게, 흡수성 재료의 물 함량은 9% 미만이다. 여전히 바람직하게, 흡수성 재료의 물 함량은 8% 미만이다.
흡수성 재료 제조 공정
도 1에 본 발명의 제2 태양에 따라 섬유재를 포함하는 공급원료로부터 흡수성 재료(10)를 제조하는 공정을 나타내었다.
도 1에 나타낸 실시 형태에서, 섬유재 스트림(12)이 전-처리 단계(14)에 적용된다. 전-처리 단계(14)는 추가의 가공을 위해 섬유재 스트림(12)을 준비시키며, 하기 전-처리 단계 중 하나 이상을 함유할 수 있다; 섬유성 공급원료(16)를 제조하기 위한 선별, 절단, 분쇄 및 탈수. 필요한 전-처리 단계는 섬유재 스트림(12)의 물성에 좌우되며, 하나 이상의 상기 언급된 전-처리 단계가 필요하지 않을 수 있다.
섬유성 공급원료(16)를 혼합 단계(18)로 공급하며, 여기에서 이는 하나 이상의 결합제 시약(20)과 혼합되어 응집 혼합물(22)을 제조한다. 필요한 경우, 물(24)을 혼합 단계(18)에 첨가할 수 있다. 소정의 실시 형태에서, 흡수성 재료는 하나 이상의 강화 충전제(26) 및 첨가제(28)를 포함할 수도 있다. 이들은 또한 혼합 단계(18)로 도입될 것임이 예상된다. 충분히 혼합되면, 응집 혼합물(22)이 중합 활성화제(32)의 존재하에 응집 단계(30)로 공급되어 응집체(34)를 제조한다. 응집체(34)는 선별 단계(36)로 보내져 정확한 물리적 사양을 보장한다. 만족스럽지 못한 응집체(38)는 추가의 가공을 위해 응집 단계(30)로 복귀된다. 이어서 만족스러운 응집체는 건조 단계(40)로 넘어가 과량의 물을 제거함으로써 액체의 흡수에 적합한 흡수성 재료(42)를 얻는다.
전-처리
본 발명의 공정에 대한 적합성을 확보하기 위하여, 섬유재는 먼저 전-처리 단계를 거치게 된다. 전-처리 단계는 추가의 가공을 위해 섬유재를 준비시키며, 하기 전-처리 단계 중 하나 이상을 함유할 수 있다; 섬유성 공급원료를 제조하기 위한 선별, 절단, 분쇄 및 탈수. 필요한 전-처리 단계는 섬유재의 물성에 좌우되며, 하나 이상의 상기 언급된 전-처리 단계가 필요하지 않을 수 있다.
큰 입자는 적합한 응집체의 제조를 방해하는 것으로 밝혀졌으며, 따라서 이는 섬유재로부터 제거되거나 크기 감소 공정을 거치는 것이 바람직하다. 바람직하게, 섬유재의 전-처리 단계는 더욱 구체적으로 하기 중의 하나 이상을 포함한다: 선별; 절단; 분쇄; 또는 크기 감소.
본 발명의 일 형태에서, 크기 감소 단계는 더욱 구체적으로 하기 중의 하나 이상을 포함할 수 있다: 기계적 크기 감소, 화학적 섬유 유연화, 퇴비화, 세균 전-처리, 효소 전-처리, 수지 용해, 촉매 함침, 셀룰로스 추출, 세포 데시케이션 전-처리, 그을림(torrification), 탈 리그닌 및 제탄.
당업자에 의해 이해되는 바와 같이, 섬유재 스트림을 유연화하거나 감소시키기 위해 다양한 처리를 이용할 수 있으며, 일부는 특별히 많은 응용을 가진다. 퇴비화는 바이오매스 섬유를 훨씬 더 유연한 산물로 신속하게 분해하는 단순한 방법이다. 하나의 주된 이점은 상당한 세포질 수분 손실을 동반하여 매스를 압축하는 것이며, 이는 부피가 적은 세포질 수분을 가짐에 의해 섬유를 훨씬 더 유연하게 만든다.
당업자에 의해 이해되는 바와 같이, 데시케이션은 데시칸트를 섬유재 스트림에 첨가하여 섬유재 스트림 내의 물 함량을 감소시키는 것을 포함하는 건조 공정이다. 유리하게, 응집 전의 저 비용 절단 및 분쇄를 위해, 단순한 원료 데시케이션은 공급물을 치밀하게 하고 조건화하여 이를 훨씬 더 건조하게 하고 훨씬 더 취성으로 만든다. 데시케이션은 절단 및 분쇄 전에 자연적으로 실행되거나 더욱 실무적으로는 공격적인 데시케이션을 동반하는 저 수준의 전-처리를 이용하여 실행될 수 있으며, 이때 섬유재는 상당히 더 취성이고 치밀하게 되어 천연 공급원료/톤(tonne)에 비해 분쇄하는데 상당히 더 적은 에너지를 필요로 하게 된다.
공급원료 조합
섬유성 공급원료를 하나 이상의 결합제 시약과 조합하여 응집 혼합물을 제조한다. 필요한 경우, 응집 혼합물에 추가의 물을 첨가할 수 있다.
응집 혼합물은 응집 혼합물 건조 중량 기준으로 0.05 내지 1 건조 중량%의 중합된 결합제 시약을 포함한다.
일 실시 형태에서, 응집 혼합물은 물을 포함한다. 일 실시 형태에서, 응집 혼합물의 물 함량은 30% 내지 80%이다. 본 발명자들은 공급원료가 부착되는 것을 보장하기 위해서는 충분한 물이 응집 혼합물 내에 포함될 필요가 있음을 발견하였다.
강화 충전제가 흡수성 재료에 포함되는 실시 형태에서, 강화 충전제는 응집 혼합물 내로 블렌딩된다.
하나 이상의 첨가제가 흡수성 재료에 포함되는 실시 형태에서, 하나 이상의 첨가제는 응집 혼합물 내로 블렌딩된다.
종자 입자
본 발명의 일 형태에서, 방법은 종자 입자를 응집 혼합물에 첨가하는 단계를 추가로 포함한다. 바람직하게, 종자 입자는 중합 결합제 및 종자 입자 주위의 코팅을 형성하는 섬유재와 함께 응집 핵으로 작용한다. 종자 입자는 합성 또는 천연 유기 물질일 수 있는 것으로 예상된다. 본 발명의 일 형태에서, 종자 입자는 고무 또는 플라스틱이다.
본 발명의 대안적 형태에서, 활성 흡착제가 종자 입자로 사용된다. 상기 논의한 바와 같이, 활성 흡착제는 흡수성 재료 내로 포함되어 처리하고자 하는 액체 내의 표적 물질을 선택적으로 흡착하고 보유할 수 있다. 본 발명의 본 형태에서, 활성 흡착제가 흡수성 재료의 코어를 형성할 것으로 예상된다.
건조 단계
본 발명의 일 형태에서, 건조 단계는 100 ℃ 미만의 온도에서 수행된다. 본 발명의 대안적 형태에서, 건조 단계는 90 ℃ 미만의 온도에서 수행된다. 본 발명의 대안적 형태에서, 건조 단계는 80 ℃ 미만의 온도에서 수행된다. 본 발명의 대안적 형태에서, 건조 단계는 70 ℃ 미만의 온도에서 수행된다. 본 발명의 대안적 형태에서, 건조 단계는 60 ℃ 미만의 온도에서 수행된다. 본 발명의 대안적 형태에서, 건조 단계는 50 ℃ 미만의 온도에서 수행된다. 본 발명의 대안적 형태에서, 건조 단계는 40 ℃ 미만의 온도에서 수행된다. 본 발명의 대안적 형태에서, 건조 단계는 30 ℃ 미만의 온도에서 수행된다. 본 발명의 대안적 형태에서, 건조 단계는 주위 온도에서 수행된다.
본 발명의 바람직한 형태에서, 건조 기간은 2 내지 20 일이다. 여전히 바람직하게, 건조 기간은 7 내지 14 일이다. 본 발명자들은 수분 손실을 더 이상 측정할 수 없을 때까지 건조 기간이 진행되어야 함을 발견하였다. 이를 결정하기 위하여, 규칙적인 간격으로 응집체 샘플의 무게를 재서 응집체가 증발에 의한 수분 손실을 중단하는 때를 결정하였다. 당업자에 의해 이해되는 바와 같이, 건조 기간의 길이는 하나 이상의 하기 기준에 크게 좌우된다: 건조 단계의 주위 습도 및 풍속; 건조 단계의 온도; 건조 단계가 덮개 하에 또는 보호 환경 내부에서 수행되는지 여부; 및 응집체 직경(직경이 더 클수록 건조/데시케이션이 느려짐).
본 발명은 추가로 액체를 흡수하는 방법에 관한 것이며, 방법은 액체를 상기 기재된 흡수성 재료와 접촉시켜 적어도 일부의 액체가 흡수성 재료 내로 흡수됨으로써 로딩된 흡수성 재료를 제조하는 단계를 포함한다.
상기 기재한 바와 같이, 흡수성 재료는 하나 이상의 중합된 결합제 시약을 사용하여 매트릭스 내로 유지되는 섬유재를 포함한다. 본 발명자들은 섬유재의 용도가 상당한 진공을 갖는 다공성 매트릭스를 제조하는데 있음을 발견하였다. 액체와 접촉하면, 액체는 이 진공으로 흡수되어 흡수성 재료에 의해 보유될 것이다. 이론에 의해 구애되고자 하는 것은 아니지만, 본 발명자들은 실질적인 부분의 액체가 반데르발스 힘 및/또는 표면장력을 통해 중합체 매트릭스 내부에 보유되는 것으로 이해한다.
흡수성 재료는 오일의 회수에 특히 유용한 것으로 밝혀졌다. 특히, 흡수성 재료는 물 공급원으로부터 석유 유출물을 회수하는데 사용될 수 있다. 중합체 매트릭스는 전형적으로 물보다 밀도가 낮을 것이므로 흡수성 재료는 수층 상단에 부유하며 물의 상단에 부유하는 오일을 흡수할 것이다. 이어서 로딩된 흡수성 재료는 용이하게 수집되고, 효과적으로 물에서 오일을 제거할 수 있다.
소정의 실시 형태에서, 액체는 그 안에 동반된 하나 이상의 물질을 함유할 수 있다. 이러한 물질은 미세 고체 서스펜션, 용해 금속염, 유기 화합물, 예컨대 폐유, 잔류성 유기 오염물(POP: persistent organic pollutant) 화합물, 에멀젼, 시약 화합물, 중금속염 및 방사성금속염, 항생제, 물 처리 폐기물, 화재진압용 포말 액체 및 농축액, 산업 폐기물, 매립지 침출액, 미세-플라스틱 및 농업 배출물을 포함하지만, 이로 제한되지는 않는다. 본 발명자들은 이들 물질의 적어도 일부가 액체와 함께 흡수성 재료 매트릭스 내로 공-흡수될 것임을 발견하였다. 이는 액체 함량이 높고 오염물질 농도가 낮은 경우에도 이러한 물질의 정화를 가능케 한다. 이는 수로, 오폐수 저수장 및 오염된 지하수 대수층으로부터 이러한 물질의 정화시 특히 유용할 것이라 예상된다.
상기 논의한 바와 같이, 하나 이상의 첨가제가 흡수성 재료에 포함될 수 있다. 일 실시 형태에서, 첨가제는 특정 표적 물질을 선택적으로 흡수하는 활성 흡착제를 포함한다. 이들 제제는 일반적으로 소정의 크기를 갖는 종, 특히 하전된 종을 수용할 미세-다공성 구조를 가질 것으로 예상된다. 이러한 제제는 하나 이상의 제올라이트, 부석 유형의 광물, 활성탄/숯, 변성된 활성 점토 및 이온 교환 수지 중에서 선택될 수 있다.
대안적으로 또는 부가적으로, 첨가제는 하나 이상의 중화제를 포함할 수 있다. 이러한 중화제는 pH 조절제, 염소화제, 살균제 및 탈취제를 포함한다. 이러한 중화제는 산성, 알칼리성, 세균 오염된 또는 완전히 변질된/악취성 액체를 처리하는 경우 유용한 것으로 밝혀졌다.
일 실시 형태에서, 흡수성 재료와 액체의 접촉 시간은 적어도 5 분이다.
흡수성 재료와 액체를 접촉시키는 단계 이후에, 로딩된 흡수성 재료를 잔류한 액체로부터 분리하여 처리 단계로 보낼 수 있다. 처리 단계의 성질은 흡수되는 액체에 좌우될 것이다. 특히, 처리 단계는 로딩된 흡수성 재료의 액체 함량에 좌우될 것이다.
일 실시 형태에서, 처리 단계는 화학적 처리 단계를 포함한다. 바람직하게,화학적 처리 단계는 흡수된 액체 또는 그 안에 동반된 하나 이상의 물질의 화학적 파괴 또는 중화를 초래할 것이다.
일 실시 형태에서, 처리 단계는 로딩된 흡수성 재료로부터 흡수된 액체의 회수를 포함한다.
일 실시 형태에서, 로딩된 흡수성 재료는 건조 단계에 적용된다. 상기 논의한 바와 같이, 본 발명자들은 액체가 반데르발스 힘에 의해 중합체 매트릭스 내부에 보유될 것으로 이해한다. 이 때문에, 로딩된 흡수성 재료로부터 물 및 다른 휘발성 액체의 증발에 필요한 에너지가 매우 낮은 것으로 밝혀졌다. 일단 로딩된 흡수성 재료가 액체로부터 제거되어 공기에 노출되면, 물 및 다른 휘발성 화합물이 매트릭스 밖으로 증발할 것이다. 본 발명자들은 로딩된 흡수성 재료의 표면을 가로질러 신속한 공기 흐름을 보냄에 의해 증발이 개선될 수 있음을 발견하였다. 유리하게, 증발이 발생하는데 열은 전형적으로 필요치 않다. 본 발명의 이러한 측면은 건조 비용을 크게 감소시키는 것으로 밝혀졌다. 본 발명의 일 형태에서, 건조 단계는 전용 건조 기구에서 수행된다. 바람직하게, 건조 기구는 회전 드럼을 포함한다. 더욱 바람직하게, 공기 흐름이 건조 기구를 통해 보내진다.
본 발명자들은 또한, 물 또는 다른 휘발성 액체가 로딩된 흡수성 재료로부터 증발할 때, 적어도 일부의 다른 액체 또는 동반된 물질이 다공성 매트릭스 내부에 보유됨을 발견하였다. 이런 방식으로, 물 공급원 내의 오염물질이 물로부터 효과적으로 분리된다. 이어서 오염물질이 실질적으로 없는 증발된 물은 수집되어 안전하게 폐기되거나 적절한 처리 공정 후에 재사용될 수 있다. 건조 단계는 물 함량이 매우 낮은 최종 산물을 초래할 것이다. 이어서 로딩된 흡수성 재료는 흡수된 재료를 파괴하거나 아니면 중화하기 위하여 계속해서 처리될 수 있다.
주위 건조 조건(0 ℃ 내지 35 ℃) 하에 증발하지 않는 비-휘발성 구성요소는 응집체 바디의 일부로서 응집체 매트릭스 내에 보유될 것이다. 이러한 특성은 응집체가 추가의 오염된 액체를 흡착하기 위해 재활용되게 한다. 흡수 및 건조 단계는 수회 반복될 수 있다. 공정이 반복됨에 따라, 부가적인 비-휘발성 구성요소가 흡수성 재료 내로 로딩된다. 본 발명자들은 전형적으로 흡수/건조 공정이 농축된 액체, 오일, 에멀젼 또는 슬러리의 경우 3 내지 4회 반복될 수 있으며 낮은 농도의 가용성 원소를 갖는 매우 희석된 액체의 경우 최대 15회 반복될 수 있음을 발견하였다. 여러 회에 걸쳐 흡수/건조 공정을 반복함에 의해, 큰 부피의 오염된 물이 비교적 적은 양의 흡수성 재료로 처리될 수 있다. 로딩된 흡수성 재료가 낮은 에너지 공정으로 건조될 수 있으므로, 오염된 물의 처리 비용도 감소된다.
하나 이상의 처리 단계 후에, 로딩된 흡수성 재료가 폐기될 수 있다. 흡수되는 특정 액체 및 그 안에 동반된 임의의 오염물질에 의해 폐기 방법이 선택될 것이다. 폐기 단계는 건조 단계 후에 수행되는 것이 바람직하다. 본 발명자들은 흡수성 재료가 완전히 건조되면 수분 함량이 매우 낮으며, 이러한 인자는 로딩된 흡수성 재료의 장기 보관 및 취급/재-취급을 향상시킴을 발견하였다. 대안적으로, 로딩된 흡수성 재료의 높은 섬유 함량 및 낮은 물 함량은 로딩된 재료의 고온에서의 연소를 가능케 한다. 이는 가연성 재료의 열 파괴를 초래하는 반면, 비-가연성 재료가 수집되고 폐기되도록 한다. 본 발명의 일 형태에서, 연소 단계의 온도는 적어도 1000 ℃이다. 관심의 대상인 새로운 오염물 및 "잔류성 유기 오염물"(POP's), 예컨대 퍼- 및 폴리-플루오로알킬 물질(PFOS 패밀리), PCB's, 냉매, 호르몬, 항생제 및 미세플라스틱/전자 폐기물이 산화 화염에서의 고온 소각에 의해 완전히 파괴된다. 이러한 방식으로, 임의의 이들 오염물이 본 발명의 흡착 재료에 의해 흡착되어야 하고, 연소 단계는 이들 오염물을 파괴할 것이다. 이는 쓰레기 매립지 또는 장기 저장시설에서 이러한 재료의 폐기와 연계되는 재오염의 위험을 피하게 한다.
본 발명의 일 형태에서, 로딩된 흡수성 재료는 연료 공급원으로 사용하기에 적합하다. 일단 건조되면, 로딩된 흡수성 재료는 매우 낮은 물 함량을 가진다. 본 발명자들은 이것이 로딩된 흡수성 재료가 화력 발전소에서 연료 공급원으로서 석탄을 대체하거나 보충하는 것을 가능케 함을 발견하였다. 본 발명자들은 건조된 로딩된 흡수성 재료의 경도가 이러한 발전소에서 사용하기에 적합하게 함을 발견하였다.
본 발명의 다른 형태에서, 액체 중 물의 우선적인 흡수에 의해 훨씬 더 농축된 형태로 가치있는 고체 부분을 남김으로써 가치있는 재료를 저밀도 액체로부터 회수할 수 있다. 응용으로는 희석된 식물 가공 배출물로부터 단백질의 농축, 영양분 회수조로부터의 조류의 농축, 가열 대신에 육류 렌더링용 액체의 고밀도화, 및 식물 가공 및 목재 펄프 가공으로부터 섬유의 저비용 회수를 들 수 있다.
실시예 1
"잔류성 유기 오염물"을 함유하는 큰 부피의 희석된 오염된 유체의 흡수에 대한 본 발명의 흡수성 재료의 유효성을 결정하기 위해 시험을 수행하였다. PFOS 화합물 및 다른 탄화수소를 함유하는 폐(spent) 화재진압용 유체를 사용하여 시험을 수행하였다. 액체 폐기물은 폐 6% "Ansulite" AFFF 화재진압용 포말이다.
시험된 흡수성 재료는 건조 중량 기준으로 60%의 불량 종이 폐기물 펄프(reject paper waste pulp) 및 40%의 경재 톱밥을 포함한 공급원료로부터 제조되었다. 잔류 응집체 수분(agglomerate moisture)은 8.2%이다. 사용된 결합제 시약은 건조 중량 기준으로 0.05%의 사용량으로 중합 활성화제로서 사용되는 암모늄 퍼설페이트를 가진, 건조 중량 기준으로 0.3%의 사용량의 스티렌 단량체였다.
액체 폐기물을 흡수성 재료와 접촉시키고 5 일의 기간에 걸쳐 건조시켰다. 이어서, 건조된 흡수성 재료를 액체 폐기물과 다시 접촉시키고 5 일의 기간 동안 다시 건조시켰다. 결과는 하기 표 1 내지 5에 나타내었다.
Figure pct00001
Figure pct00002
Figure pct00003
Figure pct00004
Figure pct00005
실시예 2
오염물질을 함유하는 고점도 액체의 흡수에 대한 본 발명의 흡수성 재료의 유효성을 결정하기 위해 시험을 수행하였다. C8 PFOS 활성 성분을 함유하는 100% "Ansulite" AFFF 화재진압용 농축액(fire fighting concentrate)을 사용하여 시험을 수행하였다. 이 활성 성분은 현재 사용 금지되어 있으며, 농축액은 오일 종말 처리장 비축물로부터 공급되었다.
시험된 흡수성 재료는 건조 중량 기준으로 60%의 불량 종이 폐기물 펄프 및 40%의 경재 톱밥을 포함한 공급원료로부터 제조되었다. 잔류 응집체 수분은 8.2%이다. 사용된 결합제 시약은 건조 중량 기준으로 0.05%의 사용량으로 중합 활성화제로서 사용되는 암모늄 퍼설페이트를 가진, 건조 중량 기준으로 0.3%의 사용량의 스티렌 단량체였다.
액체 폐기물을 흡수성 재료와 접촉시키고 5 일의 기간에 걸쳐 건조시켰다. 결과는 하기 표 6 내지 10에 나타내었다.
Figure pct00006
Figure pct00007
Figure pct00008
Figure pct00009
Figure pct00010
실시예 3
염수 상의 액체 탄화수소의 흡수에 대한 본 발명의 흡수성 재료의 유효성을 결정하기 위해 시험을 수행하여 대양에서의 유조선 유출을 모사하였다. 액체 폐기물은 해수 상에 부유하는 폐기물 20/50W 광유로 이루어졌다. 오일은 10 mm 깊이였고 물은 40 mm 깊이였다.
시험된 흡수성 재료는 건조 중량 기준으로 70%의 소나무 톱밥 및 30%의 불량 종이 폐기물 펄프를 포함한 공급원료로부터 제조되었다. 잔류 응집체 수분은 7.5%이다. 사용된 결합제 시약은 건조 중량 기준으로 0.05%의 사용량으로 중합 활성화제로서 사용되는 암모늄 퍼설페이트를 가진, 건조 중량 기준으로 0.3%의 사용량의 스티렌 단량체였다.
액체 폐기물을 흡수성 재료와 접촉시키고 5 일의 기간에 걸쳐 건조시켰다. 결과는 하기 표 11 내지 15에 나타내었다.
Figure pct00011
Figure pct00012
Figure pct00013
Figure pct00014
Figure pct00015
실시예 4
폐기물 소비자 액체(waste consumer liquid)의 흡수에 대한 본 발명의 흡수성 재료의 유효성을 결정하기 위해 시험을 수행하였다. 액체 폐기물은 50% 우유 및 50% 과일 주스이다.
시험된 흡수성 재료는 건조 중량 기준으로 60%의 불량 종이 폐기물 펄프 및 40%의 경재 톱밥을 포함한 공급원료로부터 제조되었다. 잔류 응집체 수분은 7.9%이다. 사용된 결합제 시약은 건조 중량 기준으로 0.05%의 사용량으로 중합 활성화제로서 사용되는 암모늄 퍼설페이트를 가진, 건조 중량 기준으로 0.3%의 사용량의 스티렌 단량체였다.
액체 폐기물을 흡수성 재료와 접촉시키고 5 일의 기간에 걸쳐 건조시켰다. 이어서, 건조된 흡수성 재료를 액체 폐기물과 다시 접촉시키고 5 일의 기간 동안 다시 건조시켰다. 최종 데시케이션된 응집체 수분은 8.1%이다. 결과는 하기 표 16 및 17에 나타내었다:
Figure pct00016
Figure pct00017
실시예 5
폐기물 스트림 내에 함유된 가치 있는 고체를 농축하기 위한 희석된 폐기물 배출물로부터의 물의 제거에 대한 본 발명의 흡수성 재료의 유효성을 결정하기 위해 시험을 수행하였다. 액체 폐기물은 2% 고체의 식물 가공 배출물이다.
시험된 흡수성 재료는 건조 중량 기준으로 60%의 불량 종이 폐기물 펄프 및 40%의 경재 톱밥을 포함한 공급원료로부터 제조되었다. 잔류 응집체 수분은 7.7%이다. 사용된 결합제 시약은 건조 중량 기준으로 0.05%의 사용량으로 중합 활성화제로서 사용되는 암모늄 퍼설페이트를 가진, 건조 중량 기준으로 0.3%의 사용량의 스티렌 단량체였다.
액체 폐기물을 흡수성 재료와 접촉시키고 5 일의 기간에 걸쳐 건조시켰다. 로딩 및 건조를 총 4회의 접촉 동안 반복하였다. 결과는 하기 표 18 및 19에 나타내었다:
Figure pct00018
Figure pct00019
결과는 희석된 액체 폐기물이 농축될 수 있음을 입증한다.
실시예 6
오염물질을 함유하는 고점도 액체의 흡수에 대한 본 발명의 흡수성 재료의 유효성을 결정하기 위해, 그리고 고점도 액체의 희석이 흡수를 개선하였는지 여부를 결정하기 위해, 일련의 시험을 수행하였다. 2개의 상이한 흡수성 재료를 사용하여 100% "Ansulite" AFFF 화재진압용 포말 농축액의 샘플에 대해 시험을 수행하였다. 물을 이용하여 6%로 희석한 "Ansulite" AFFF 화재진압용 포말 농축액의 샘플에 대해 동시 시험 또한 수행하였다.
시험된 흡수성 재료는 건조 중량 기준으로 100%의 불량 종이 폐기물 펄프 또는 60%의 불량 종이 폐기물 펄프 및 40%의 경재 톱밥을 포함한 공급원료로부터 제조되었다. 잔류 응집체 수분은 7.7%이다. 사용된 결합제 시약은 건조 중량 기준으로 0.05%의 사용량으로 중합 활성화제로서 사용되는 암모늄 퍼설페이트를 가진, 건조 중량 기준으로 0.3%의 사용량의 스티렌 단량체였다
흡수성 재료를 별도의 반응 용기에 넣고 오염물질 액체를 용기에 첨가하였다. 물 및 휘발성 물질을 증발시키기 위해 용기를 개방된 채로 두었다. 각각의 시험의 상세사항은 표 20에 나타내었다:
Figure pct00020
용기를 14 일 동안 정치시키고 펠렛을 칭량하여 보유된 질량의 양을 추정하였다. 모든 펠렛 샘플이 건조되었으며, 용기 A 및 B의 바닥에 약간의 농축액의 반고체 자국이 남았다. 모든 펠렛은 기계적으로 견고한 것으로 나타났다. 용기 A 및 B의 펠렛은 외부 표면이 물리적으로 점착성이었다. 용기 C + D의 펠렛은 외부 표면이 완전히 건조되었다. 이어서, 부가적인 오염물질 액체 및/또는 물을 용기에 첨가하였다. 결과는 표 21에 나타내었다.
Figure pct00021
용기를 추가의 14 일 동안 정치시키고 펠렛을 다시 칭량하고 부가적인 오염물질을 첨가하였다. 결과는 표 22에 나타내었다.
Figure pct00022
용기를 추가의 13 일 동안 정치시키고 펠렛을 칭량하였다. 용기들 중 어느 것의 바닥에도 액체가 존재하지 않았다. 모든 펠렛은 건조하고 기계적으로 견고한 것으로 확인되었고 용기의 바닥에는 단지 약간의 건조 잔류물이 존재하였다. 용기 A 및 B 내의 일부 펠렛에 대해 기계적 손상이 관찰되었다. 시험의 결과는 표 23에 나타내었다:
Figure pct00023
결과는 본 발명의 흡수성 재료가 점성의 오염된 액체의 흡수에 적합하였음을 나타냈다. 이러한 액체의 희석은 로딩된 흡수성 재료의 기계적 특성을 개선함에 있어서 도움이 될 수 있다는 것 또한 입증되었다.
본 명세서에 기재된 발명은 구체적으로 기재된 것들 이외의 변형 및 수정이 용이하다는 것을 당업자는 인정할 것이다. 본 발명은 모든 이러한 변형 및 수정을 포함한다. 본 발명은 또한, 개별적으로 또는 집합적으로 명세서 내에 언급되거나 나타낸 모든 단계, 특징부, 제형, 및 화합물, 및 임의의 2개 이상의 단계 또는 특징부의 임의의 조합 및 모든 조합을 포함한다.
본 발명은 본 명세서에 기재된 임의의 특이적 실시 형태에 의한 범위 내에 제한되어서는 안된다. 이들 실시 형태는 단지 예시의 목적을 위해 의도된다. 기능적으로 등가인 산물, 제형, 및 방법은 본 명세서에 기재된 바와 같은 본 발명의 범위 내에 명백하게 존재한다.
본 명세서에 기재된 발명은 값(예를 들어, 크기, 변위(displacement), 및 필드 강도 등)의 하나 이상의 범위를 포함할 수 있다. 값의 범위는, 범위를 정의하는 값, 및 범위에 대한 경계를 정의하는 그 값에 바로 인접한 값과 동일하거나 실질적으로 동일한 결과를 유발하는 범위에 인접한 값을 포함하는, 범위 내의 모든 값을 포함하는 것으로 이해될 것이다.

Claims (23)

  1. 섬유재(fibrous material) 및 하나 이상의 중합된 결합제 시약(polymerised binder reagent)으로부터 형성된 매트릭스(matrix)를 포함하는 흡수성 재료(absorbent material).
  2. 제1항에 있어서,
    흡수성 재료가 0.05 내지 5 건조 중량%(dry weight%)의 중합된 결합제 시약을 포함하는 흡수성 재료.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    흡수성 재료가 중합 활성화제를 포함하는 흡수성 재료.
  4. 제3항에 있어서,
    흡수성 재료가 0.005 내지 0.5 건조 중량%의 중합 활성화제를 포함하는 흡수성 재료.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    섬유재가 셀룰로스 섬유를 포함하는 흡수성 재료.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    섬유재가 합성 섬유를 포함하는 흡수성 재료.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    흡수성 재료가 10 내지 99.5 중량%의 섬유재를 포함하는 흡수성 재료.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    흡수성 재료가 30 내지 60 중량%의 섬유재를 포함하는 흡수성 재료.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    흡수성 재료가 강화 충전제(reinforcing filler)를 포함하는 흡수성 재료.
  10. 제9항에 있어서,
    강화 충전제가 고체 미립자 재료(solid particulate material)인 흡수성 재료.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    흡수성 재료가 40 내지 70 건조 중량%의 강화 충전제를 포함하는 흡수성 재료.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    흡수성 재료가 활성 흡착제를 포함하는 흡수성 재료.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    흡수성 재료가 응집체(agglomerate)로 형성되는 흡수성 재료.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    흡수성 재료가 펠렛(pellet)으로 형성되는 흡수성 재료.
  15. 섬유재를 포함하는 공급원료(feedstock)를 하나 이상의 결합제 시약과 조합하는 단계; 및
    중합 활성화제의 존재하에 공급원료를 응집 기구 내로 도입하여 흡수성 재료를 제조하는 단계를 포함하는, 흡수성 재료의 제조 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    결합제 시약이 하나 이상의 스티렌 단량체 화합물, 비닐 단량체 화합물 또는 규소 단량체 화합물 중에서 선택되는 방법.
  17. 제15항 또는 제16항에 있어서,
    응집 혼합물이 10 내지 99.5 중량%의 섬유재를 포함하는 방법.
  18. 액체를 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항의 흡수성 재료와 접촉시켜 액체의 적어도 일부를 흡수성 재료 내로 흡수시켜 로딩된(loaded) 흡수성 재료를 제조하는 단계를 포함하는, 액체를 흡수하는 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    액체 내부의 동반된(entrained) 입자 또는 용해된 물질의 적어도 일부가 흡수성 재료에 의해 흡수되는 방법.
  20. 제18항 또는 제19항에 있어서,
    로딩된 흡수성 재료가 하나 이상의 처리 단계로 보내질 수 있는 방법.
  21. 제18항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
    로딩된 흡수성 재료가 건조 단계에 적용되는 방법.
  22. 제16항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    로딩된 흡수성 재료가 폐기될 수 있는 방법.
  23. 제20항에 있어서,
    로딩된 흡수성 재료가 가연성 재료를 파괴하기 위한 고온 처리 단계에 적용되는 방법.


















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