KR20230148597A - 휘발성유기화합물의 탈착 성능이 개선된 허니컴형 활성탄 흡착제 조성물 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 휘발성유기화합물의 탈착 성능이 개선된 허니컴형 활성탄 흡착제 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기공 크기가 제어된 활성탄, 바인더 및 충전재로 이루어진다.
상기의 성분으로 이루어지는 활성탄 흡착제는 기공 크기가 제어된 활성탄이 사용되어 휘발성 유기화합물의 탈착성능이 개선되기 때문에 재생이 가능하다.
상기의 성분으로 이루어지는 활성탄 흡착제는 기공 크기가 제어된 활성탄이 사용되어 휘발성 유기화합물의 탈착성능이 개선되기 때문에 재생이 가능하다.
Description
본 발명은 휘발성유기화합물의 탈착 성능이 개선된 허니컴형 활성탄 흡착제 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기공 크기가 제어된 활성탄이 사용되어 휘발성 유기화합물의 탈착성능이 개선되기 때문에 재생이 가능한 휘발성유기화합물의 탈착 성능이 개선된 허니컴형 활성탄 흡착제 조성물에 관한 것이다.
휘발성유기화합물(VOCs, Volatile organic compounds)은 인체 및 생태계에 미치는 영향이 커서 특정 대기 유해물질로 분류되고 있으며, 또한 광화학 반응을 통하여 오존 등과 같은 2차 오염물질인 광화학 산화물을 생성시킨다.
이와 같은 휘발성 유기화합물은 발암성이 높다고 알려져 있는 화학물질이 다수 포함되어 있기 때문에 인체에 유독하며 오존층 파괴, 지구온난화, 광화학 스모그, 악취 등의 문제점을 야기한다.
휘발성 유기화합물의 인체에 대한 직접적인 영향은, 방향족 탄화수소류의 휘발성 유기화합물 중 벤젠의 경우에는 백혈병과 중추신경 장애를 일으킨다고 알려져 있으며, 매우 낮은 농도의 벤젠에 노출되었던 사람에게도 염색체 이상이 종종 발견된다고 보고되고 있다.
한편, 유기 용제류는 그 자체가 독성을 지니고 있거나 그 속에 포함된 이 [0005] 물질들의 독성이 높아 문제시되고 있다. 대표적인 유기용제로는 벤젠, 톨루엔, 크실렌 등의 방향족 탄화수소류가 있다.
종래에는 휘발성유기화합물을 흡착 및 제거하는 흡착제 조성물로 활성탄이 주로 사용되고 있는데, 활성탄의 제조 원료로는 목재, 석탄, 코코넛 열매와 같은 탄소함유 물질이 사용되며, 활성탄의 종류로는 분말탄, 입상탄 그리고 섬유상 활성탄 등이 있다.
이중 입상활성탄은 충분히 넓은 표면적을 가지며 압력강하가 적고 흡착된 휘발성유기화합물을 비교적 쉽게 회수할 수 있어 가장 널리 사용되고 있다. 그러나 입상활성탄은 흡착된 휘발성유기화합물에 대해 낮은 탈착 효율를 나타내어 재생되지 못하고 폐기처분되는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 기공 크기가 제어된 활성탄이 사용되어 휘발성 유기화합물의 탈착성능이 개선되기 때문에 재생이 가능한 휘발성유기화합물의 탈착 성능이 개선된 허니컴형 활성탄 흡착제 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 기공 크기가 제어된 활성탄, 바인더 및 충전재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 휘발성유기화합물의 탈착 성능이 개선된 허니컴형 활성탄 흡착제 조성물을 제공함에 의해 달성된다.
본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 휘발성유기화합물의 탈착 성능이 개선된 허니컴형 활성탄 흡착제 조성물은 기공 크기가 제어된 활성탄 50 내지 75 중량%, 바인더 15 내지 30 중량% 및 충전재 10 내지 20 중량%로 이루어지는 것으로 한다.
본 발명의 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 기공 크기가 제어된 활성탄은 40 나노미터 이하의 기공이 0.4mL/g 미만인 것으로 한다.
본 발명의 더욱 바람직한 특징에 따르면, 상기 바인더는 카올린으로 이루어지는 것으로 한다.
본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 충전재는 수경성 산화알루미늄, 팔리고르스카이트 및 세피올라이트로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 이루어지는 것으로 한다.
본 발명에 따른 휘발성유기화합물의 탈착 성능이 개선된 허니컴형 활성탄 흡착제 조성물은 기공 크기가 제어된 활성탄이 사용되어 휘발성 유기화합물의 탈착성능이 개선되기 때문에 재생이 가능한 효과를 나타낸다.
도 1은 본 발명에서 사용되는 기공 크기가 제어된 활성탄과 종래에 입자상 활성탄의 기공크기 분포를 나타낸 그래프이다.
이하에는, 본 발명의 바람직한 실시예와 각 성분의 물성을 상세하게 설명하되, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이지, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.
본 발명에 따른 휘발성유기화합물의 탈착 성능이 개선된 허니컴형 활성탄 흡착제 조성물은 기공 크기가 제어된 활성탄, 바인더 및 충전재로 이루어지며, 기공 크기가 제어된 활성탄 50 내지 75 중량%, 바인더 15 내지 30 중량% 및 충전재 10 내지 20 중량%로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 기공 크기가 제어된 활성탄은 50 내지 75 중량%가 함유되며, 활성탄에 형성되는 기공 중 20나노미터 이하의 미세공이 0.4mL/g 미만으로 이루어져 있으며, 흡착부분이 활성탄 표면으로 직접적으로 연결되지 않은 미세공의 면적이 줄어들어 휘발성유기화합물의 흡착 뿐만 아니라, 탈착에도 우수한 성능을 나타낸다.
상기 기공 크기가 제어된 활성탄과, 종래에 입자상 활성탄의 기공크기 분포를 아래 도 1에 나타내었다. 아래 도 1에 나타낸 것처럼, 본 발명에서 사용되는 기공 크기가 제어된 활성탄은 기공의 크기가 입자상 활성탄은 40 나노미터 이하의 기공이 입자상 활성탄에 비해 매우 적게 분포한 것을 알 수 있다.
또한, 기공 크기가 제어된 활성탄은 벌집구조나 판형 등 다양한 형태로 제조가 가능하여 표면을 최대한 사용할 수 있는 장점이 있는데, 상기 기공 크기가 제어된 활성탄의 함량이 50 중량% 미만이면 상기의 효과가 미미하며, 상기 기공 크기가 제어된 활성탄의 함량이 75 중량%를 초과하게 되면 상기의 효과는 크게 향상되지 않으면서 상대적으로 바인더와 충전재의 함량이 줄어들기 때문에, 허니컴형 활성탄 흡착제 조성물의 형태안정성이나 기계적 물성이 저하될 수 있다.
상기 바인더는 15 내지 30 중량%가 함유되며, 카올린으로 이루어지는데, 본 발명을 통해 제조되는 휘발성유기화합물의 탈착 성능이 개선된 허니컴형 활성탄 흡착제 조성물을 구성하는 각 성분을 결속시키는 역할을 한다.
상기 카올린은 가장 대표적인 점토광물이며, 단위구조는 규산 4면체층과 알루미나 8면체층이 1: 1로 되는 구조를 가지며, 카올리나이트, 디카이트(dickite), 내크라이트(nacrite)의 구조가 다른 3종류의 광물과 층간수가 첨가된 할로이사이트(halloysite)를 포함할 수 있다. 할로이사이트 이외의 3광물의 화학조성식은 [Al2Si2O5(OH)4] 또는 [Al2O3·2SiO2·2H2O]이며 산화물의 중량%는 SiO2 46.5%, Al2O3 39.5%, H2O 14.0%로 점토광물 중에서는 가장 일정한 조성을 가진다.
상기와 같은 특성을 나타내는 카올린으로 이루어진 바인더는 상기의 효과 외에도 공기 중에 함유되어 있는 인체에 해로운 각종 세균이나 바이러스, 곰팡이, 미세먼지, 악취 등의 냄새 성분과 오염물질을 살균, 탈취 및 정화시키는 효과를 나타낸다.
상기 바인더의 함량이 15 중량% 미만이면 상기의 효과가 미미하며, 상기 바인더의 함량이 30 중량%를 초과하게 되면 상기의 효과는 크게 향상되지 않으면서 상대적으로 기공 크기가 제어된 활성탄이나 충전재의 함량이 줄어들기 때문에, 휘발성유기화합물의 제거효과가 저하되고, 흡착제 조성물의 기계적 강도가 저하될 수 있다.
상기 충전재는 10 내지 20 중량%가 함유되며, 수경성 산화알루미늄, 팔리고르스카이트(palygorskite) 및 세피올라이트로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 이루어지는 것이 바람직한데, 본 발명에 따른 흡착제 조성물의 기계적 강도를 향상시킬 뿐만 아니라, 수분저항성이나 흡착성능을 더욱 향상시키는 역할을 한다.
상기 수경성 산화알루미늄은 본 발명에 따른 흡착제 조성물의 기계적 강도를 향상시킬 뿐만 아니라, 수분 저항성을 향상시켜 다습한 조건에서도 흡착제 조성물의 물성이 유지될 수 있도록 하는 역할을 한다.
또한, 상기 팔리고르스카이트는 침상으로 산출되는 2:1 점토광물로서 화학식은 [Si8Mg2Al2O20(OH)2(OH)2·4H2O]인데, 규산 4면체의 사슬구조에 의한 터널(tunnel)구조를 가지며 터널 내에 물분자를 함유한다. 주로 건조지역의 토양에 존재하고, 상업적으로는 아타풀자이트(attapulgite)로 알려져 있으며 비료 제조 과정에 이용되기도 하는데, 본 발명에서는 흡착제 조성물의 기계적 강도를 향상시키며 휘발성 유기화학물의 흡착효과를 더욱 향상시키는 역할을 한다.
또한, 상기 세피올라이트는 해포석(海泡石)이라고도 하며, 화학성분은 [Mg4Si6O15(OH)2·6H2O]으로, 굳기는 2 내지 25이고, 비중은 2를 나타내는데, 섬유상의 결정도 있으나 보통은 토상(土狀)의 미소한 결정의 집합체로 전자현미경으로만 관찰할 수 있다. 백색, 회색, 녹색 및 황색을 띠며 건조한 덩어리로 된 것은 물에 뜰 만큼 가볍고, 미국에서는 염호(鹽湖)의 바닥에 다량으로 존재한다. 탐사보링용 이수(泥水)나, 구워서 건조제(乾燥劑)로 사용하는데, 본 발명에서는 흡착제 조성물의 기계적 강도를 향상시키며 휘발성 유기화학물의 흡착효과를 더욱 향상시키는 역할을 한다.
상기의 성분으로 이루어지는 충전재의 함량이 10 중량% 미만이면 본 발명에 따른 흡착제 조성물의 기계적 강도 향상효과가 미미하며, 상기 충전재의 함량이 20 중량%를 초과하게 되면 상기의 효과는 크게 향상되지 않으면서 상대적으로 기공 크기가 제어된 활성탄과 바인더의 함량이 지나치게 줄어들어 휘발성유기화합물의 흡착력이나 분해력 및 흡착제 조성물의 결속력이 저하로 인해 오히려 기계적 물성이 저하될 수 있다.
이하에서는, 본 발명에 따른 휘발성유기화합물의 탈착 성능이 개선된 허니컴형 활성탄 흡착제 조성물의 제조방법 및 그 제조방법으로 제조된 흡착제 조성물의 물성을 실시예를 들어 설명하기로 한다.
<실시예 1>
기공 크기가 제어된 활성탄(40nm 이하의 기공이 0.4ml/g) 50 중량%, 바인더(카올린) 30 중량% 및 충전재(팔리고르스카이트) 20 중량%를 교반기가 구비된 혼합장치에 투입하고 150rpm의 속도로 10분 동안 혼합하여 제조된 혼합물을 압출성형기에 투입하고 압출하여 가로 50mm×세로 20mm 규격이며 100cell을 나타내는 허니컴 구조로 성형한 후에 500℃의 온도에서 2시간 동안 소성하여 휘발성유기화합물의 탈착 성능이 개선된 허니컴형 활성탄 흡착제 조성물을 제조하였다.
<실시예 2>
상기 실시예 1과 동일하게 진행하되, 기공 크기가 제어된 활성탄 55 중량%, 바인더(카올린) 27 중량% 및 충전재(팔리고르스카이트) 18 중량%를 혼합하여 탈착 성능이 개선된 허니컴형 활성탄 흡착제 조성물을 제조하였다.
<실시예 3>
상기 실시예 1과 동일하게 진행하되, 기공 크기가 제어된 활성탄 60 중량%, 바인더(카올린) 24 중량% 및 충전재(팔리고르스카이트) 16 중량%를 혼합하여 탈착 성능이 개선된 허니컴형 활성탄 흡착제 조성물을 제조하였다.
<실시예 4>
상기 실시예 1과 동일하게 진행하되, 기공 크기가 제어된 활성탄 65 중량%, 바인더(카올린) 21 중량% 및 충전재(팔리고르스카이트) 14 중량%를 혼합하여 탈착 성능이 개선된 허니컴형 활성탄 흡착제 조성물을 제조하였다.
<실시예 5>
상기 실시예 1과 동일하게 진행하되, 기공 크기가 제어된 활성탄 70 중량%, 바인더(카올린) 18 중량% 및 충전재(팔리고르스카이트) 12 중량%를 혼합하여 탈착 성능이 개선된 허니컴형 활성탄 흡착제 조성물을 제조하였다.
<실시예 6>
상기 실시예 1과 동일하게 진행하되, 기공 크기가 제어된 활성탄 75 중량%, 바인더(카올린) 15 중량% 및 충전재(팔리고르스카이트) 10 중량%를 혼합하여 탈착 성능이 개선된 허니컴형 활성탄 흡착제 조성물을 제조하였다.
<비교예 1>
입자상 활성탄(40nm 이하의 기공이 0.5mL/g) 70 중량%, 바인더(카올린) 18 중량% 및 충전재(팔리고르스카이트) 12 중량%를 교반기가 구비된 혼합장치에 투입하고 150rpm의 속도로 10분 동안 혼합하여 제조된 혼합물을 압출성형기에 투입하고 압출하여 가로 50mm×세로 20mm 규격이며 100cell을 나타내는 허니컴 구조로 성형한 후에 500℃의 온도에서 2시간 동안 소성하여 휘발성유기화합물의 탈착 성능이 개선된 허니컴형 활성탄 흡착제 조성물을 제조하였다.
상기 실시예 1 내지 6 및 비교예 1을 통해 제조된 활성탄 흡착제의 휘발성유기화합물 흡착능을 측정하여 아래 표 1에 나타내었다.
{단, 흡착성능은 공간속도 10000SV, 휘발성 유기화합물은 톨루엔을 사용하되, 초기 농도 1,000ppm의 조건에서 측정하였다.}
<표 1>
상기 표 1에 나타낸 것처럼, 본 발명의 실시예 1 내지 6을 통해 제조된 흡착제 조성물은 휘발성 유기화합물에 대해 우수한 흡착성능을 나타내는 것을 알 수 있다.
또한, 상기 실시예 1 내지 6 및 비교예 1을 통해 제조된 활성탄 흡착제로 재생성능을 측정하여 아래 표 2에 나타내었다.
{단, 재생성능은 공간속도 10000SV, 휘발성 유기화합물은 톨루엔을 사용하되, 초기 농도 1,000ppm의 조건에서 1 내지 7시간 동안 톨루엔을 흡착하도록 한 후에 165℃의 온도에서 공간속도 2000SV로 재생하고, 다시 공간속도 10000SV, 휘발성 유기화합물은 톨루엔을 사용하되, 초기 농도 1,000ppm의 조건에서 1 내지 7시간 동안 톨루엔을 흡착하는 과정을 적용하는 방법을 이용하였다.}
<표 2>
상기 표 2에 나타낸 것처럼, 본 발명의 실시예 1 내지 6을 통해 제조된 흡착제 조성물은 재생 후에도 휘발성 유기화합물에 대해 우수한 흡착성능을 나타내는 것을 알 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 휘발성유기화합물의 탈착 성능이 개선된 허니컴형 활성탄 흡착제 조성물은 기공 크기가 제어된 활성탄이 사용되어 휘발성 유기화합물의 탈착성능이 개선되기 때문에 재생이 가능하다.
Claims (5)
- 기공 크기가 제어된 활성탄, 바인더 및 충전재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 휘발성유기화합물의 탈착 성능이 개선된 허니컴형 활성탄 흡착제 조성물.
- 청구항 1에 있어서,
상기 휘발성유기화합물의 탈착 성능이 개선된 허니컴형 활성탄 흡착제 조성물은 기공 크기가 제어된 활성탄 50 내지 75 중량%, 바인더 15 내지 30 중량% 및 충전재 10 내지 20 중량%로 이루어지는 것을 특징으로 하는 휘발성유기화합물의 탈착 성능이 개선된 허니컴형 활성탄 흡착제 조성물. - 청구항 1 또는 2에 있어서,
상기 기공 크기가 제어된 활성탄은 40 나노미터 이하의 기공이 0.4mL/g 미만인 것을 특징으로 하는 휘발성유기화합물의 탈착 성능이 개선된 허니컴형 활성탄 흡착제 조성물. - 청구항 1 또는 2에 있어서,
상기 바인더는 카올린으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 휘발성유기화합물의 탈착 성능이 개선된 허니컴형 활성탄 흡착제 조성물. - 청구항 1 또는 2에 있어서,
상기 충전재는 수경성 산화알루미늄, 팔리고르스카이트 및 세피올라이트로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 휘발성유기화합물의 탈착 성능이 개선된 허니컴형 활성탄 흡착제 조성물.
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