KR20240007845A - 아스콘 제조시설 복합 배출가스 저감 층상기공 팽창형 점토광물질 흡착소재 제조방법 - Google Patents

아스콘 제조시설 복합 배출가스 저감 층상기공 팽창형 점토광물질 흡착소재 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 아스콘 제조시설 복합 배출가스 저감 층상기공 팽창형 점토광물질 흡착소재 제조방법에 관한 것이다. 구체적으로, 아스콘 제조공정에서 악취를 제거하는 소취성 흡착제로서, 상기 흡착제는 팽창성 무기소재와 무기 바인더를 포함하여 성형된 것인, 흡착제의 제조방법에 관한 것이다.

Description

아스콘 제조시설 복합 배출가스 저감 층상기공 팽창형 점토광물질 흡착소재 제조방법{ Ascon Manufacturing Facility Complex Emission Gas Reduction Layered Pore Expansive Clay Mineral Absorption Material Manufacturing Method}
본 발명은 아스콘 제조시설 복합 배출가스 저감 층상기공 팽창형 점토광물질 흡착소재 제조방법에 관한 것이다.
최근 지구 온난화의 심각성이 대두되어 이의 극복을 위한 탄소중립과 글로벌 환경 문제가 대두되어 석탄 석유를 기반으로 한 화석연료의 사용이 제한되고 특히 제조설비에서 이들의 사용으로 인해 발생되는 대기오염 물질 저감에 대한 관심이 고조되어 이들 오염물질 제거 소재의 개발은 물론 방지기술에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다.
이들 중 현재 원유 정유공정에서 찌꺼기로 발생되는 아스팔트 핏지는 대부분 도로포장용 재료로 사용되고 있으며 아스팔트 제조시 골재와 핏지 혼합과정에서 가열공정에서 발생되는 복합 아스콘 배출가스의 처리가 매우 심각한 실정이다.
이들 아스콘 배출가스에는 인체에 암을 유발할 수 있는 벤조피렌 등 다양한 물질과 메르캅탄과 알데히드류, 황화물 등 악취의 주요 원인 물질들로 구성되어 있다.
현재 이들 배출 오염물질에 대한 규제가 우리나라에서도 2020년부터 법제화되어 아스콘 제조시설에 이들의 저감시설을 의무적으로 설치해야 한다.
현재 아스콘 배출가스 저감 기술에는 고온으로 연소시켜 제거하는 연소법(RTO), 촉매를 사용하는 촉매 산화법(RCO), 이산화염소와 같은 화학약품을 사용하는 약액법, 전기집진법, 플라즈마 조사법, 생물학적 방법 및 활성탄을 이용하는 흡착법등 다양한 방법이 있다.
그러나 연소법은 설치비와 유지비가 많이 들고 탄소배출량이 증가되는 단점이 있다. 또한 촉매 산화법은 초기 효율은 높으나 핏지에서 발생되는 미량 금속과 타르에 의한 촉매의 부식과 촉매독이 발생하여 효율이 급격히 감소되고, 특히 귀금속 촉매를 사용하여 고가이며 효율이 급격히 낮아지는 단점이 있어 사용이 매우 제한적이다. 활성탄 흡착법은 값이 저렴하나 흡착효율이 낮고 부피가 크며 화재의 위험성과 2차 폐기물 발생 등의 많은 문제점이 있다.
한편 약액법은 탈취기능은 우수하나 사용되는 화학물질이 이산화염소와 같은 인체에 매우 유해한 물질로 사용이 제한적이고, 플라즈마조사법과 전기 집진법 등은 소규모 시설에 적용은 가능하나 아스콘 설비와 같은 대규모 시설에는 타르가 전극을 코팅하는 효과가 있어 효율이 급격히 감소하고 초기 설치비가 매우 비싼 단점이 있다.
또한 생물학적 처리 방법은 친환경적이나 이들은 현재 다양한 성분의 오염물질 제거가 가능한 미생물 개발이 매우 제한적인 연구 수준에 머물러 있다.
일본특허등록공보 JP 6192848 B2
상기에서 기재한 현재 아스콘 배출가스 저감 기술로 사용하는 고온으로 연소시켜 제거하는 연소법(RTO), 촉매를 사용하는 촉매 산화법(RCO), 이산화염소와 같은 화학약품을 사용하는 약액법, 전기집진법, 플라즈마 조사법, 생물학적 방법 및 활성탄을 이용하는 흡착법등 다양한 방법이 가능하지만, 아스콘 제조설비나 또는 폐 아스콘의 재생설비 등에서 배출되는 대용양의 악취 배출 시설에는 이를 적용하는데 한계가 있고, 또한 악취 제거 효율에서도 여전히 부족한 실정이다.
따라서 상기 아스콘 제조시설과 같은 대형시설에서 효과적으로 악취를 야기하는 흡착물질을 효과적이고 경제적으로 제거하는 새로운 흡착제를 제공하는 것이다.
상기 문제점을 해결하기 위하여 많은 연구를 한 결과, 일 구현예로는 층상 구조의 팽창성 무기소재와 무기 바인더를 포함하는 조성물을 제조하고, 이를 판상, 하니컴상, 그래뉼, 공형태 등의 다양한 형태로 성형하여 제조한 무기 흡착제를 제공함으로써 본 발명을 완성하였다.
상기 팽창성 무기 소재는 미세 기공과 표면에 화학 흡착기능기를 부여하고, 이를 무기질 바인더와 혼합하고 함유하여 아스콘 제조시설 복합 유해가스를 물리 화학적으로 저감할 수 있는 고온에서 사용 가능한 친환경 무기 흡착 소재의 제조 및 이를 이용한 복합 필터 제조에 관한 것이다.
즉, 일 구현예로는 아스콘 제조공정에서 악취를 제거하는 소취성 흡착제로서, 상기 흡착제는 팽창성 무기소재와 무기 바인더를 포함하여 성형되는 흡착제를 제공하는 것이다.
일 구현예에서, 상기 상기 팽창성 무기소재는 질석, 펄라이트, 필라이트, 일라이트, 흑운모에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상인 것일 수 있고, 상기 상기 무기 바인더는 석고, 물유리, 시멘트 모르타르, 점토, 황토, 세메다인에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 것일 수 있다.
일 구현예는 상기 흡착제는 팽창성 무기소재 100중량부에 대하여 무기 바인더가 1 내지 50중량부인 것일 수 있다.
일 구현예는 상기 흡착제는 제올라이트와 규조토에서 선택되는 어느 하나 이상의 기공부여제를 더 포함하는 것일 수 있다.
일 구현예로서 상기 팽창성 무기소재 또는 기공부여제에서 선택되는 어느 하나 이상의 물질의 전부 또는 일부가 이온성기를 가지는 유기물질로 담지 된 것일 수 있다.
또한 일 구현예에서, 상기 팽창성 무기소재는 100 내지 1400℃에서 건조 또는 열처리하여 공기 또는 수분에 의해 팽창되고 분말화 된 것일 수 있으며, 상기 분말의 평균입경은 100마이크론 이하인 것일 수 있다.
일 구현예에서 상기 흡착제의 제조방법은
(1)가열 또는 열처리한 팽창성 무기소재를 100℃ 내지 1,400℃로 가열 또는 소성하여 수분이나 공기에 의해 팽창하게 하는 열처리단계.,
(2) 상기 열처리된 분말화하는 단계,
(3) 상기 분말화 및 열처리한 팽창성 무기소재를 무기바인더와 혼합하여 흡착제 조성물을 제공하는 혼합 공정 단계,
(4) 다음 흡착제 조성물을 칼렌더링이나 압출 또는 고온압축법으로 성형하는 성형단계,
를 포함하는 아스콘 제조공정에서 발생하는 악취 제거용 흡착제 제조방법일 수 있다.
일 구현예에서 상기 팽창성 무기소재는 질석, 펄라이트, 필라이트, 일라이트, 흑운모에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상이고, 상기 무기 바인더는 석고, 물유리, 시멘트 모르타르, 점토, 황토, 세메다인에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 것인 아스콘 제조공정에서 발생하는 악취 제거용 흡착제 제조방법일 수 있다.
일 구현예에 따른 상기 흡착제 조성물은 제올라이트와 규조토에서 선택되는 어느 하나 이상의 기공부여제를 더 포함하는 것인 아스콘 제조공정에서 발생하는 악취 제거용 흡착제 제조방법일 수 있다.
또한 일 구현예에서 상기 팽창성 무기소재는 전부 또는 이온성기를 가지는 유기물질로 담지 된 것인 아스콘 제조공정에서 발생하는 악취 제거용 흡착제 제조방법일 수 있다.
일 구현예의 흡착제는 층상의 구조를 가지므로, 온도에 따라 팽창하여, 기공구조가 증가하여 악취 등의 유기물의 흡착용량을 증가시켜 오염물질 저감이 가능한 장점이 있다.
또한 상기 층상 구조의 팽창성 무기소재에 이온성 관능기를 화학적으로 조절함으로써, 선택적으로 흡착물질을 제거할 수 있는 효과를 가질 수 있다.
이하, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어는 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.
본 명세서에서 사용되는 단수 형태는 문맥에서 특별한 지시가 없는 한 복수 형태도 포함하는 것으로 의도할 수 있다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 수치 범위는 하한치와 상한치와 그 범위 내에서의 모든 값, 정의되는 범위의 형태와 폭에서 논리적으로 유도되는 증분, 이중 한정된 모든 값 및 서로 다른 형태로 한정된 수치 범위의 상한 및 하한의 모든 가능한 조합을 포함한다. 본 발명의 명세서에서 특별한 정의가 없는 한 실험 오차 또는 값의 반올림으로 인해 발생할 가능성이 있는 수치범위 외의 값 역시 정의된 수치범위에 포함된다.
본 명세서의 용어, "포함한다"는 "구비한다", "함유한다", "가진다" 또는 "특징으로 한다" 등의 표현과 등가의 의미를 가지는 개방형 기재이며, 추가로 열거되어 있지 않은 요소, 재료 또는 공정을 배제하지 않는다.
일 구현예는 기공 팽창형 천연 무기 소재 및 무기바인더를 포함하는 아스콘 설비 등의 대형 설비에서 발생하는 악취(odor) 제거용 흡착제 조성물을 제공하는 것이다.
또 다른 일 구현예는 상기 흡착제 조성물을 다양한 형태로 성형하는 성형물인 흡착제를 제공하는 것이다.
또 다른 일 구현예는 상기 흡착제를 아스콘 등의 악취 오염 장소의 배출구의 일 경로에 설치하여 상기 악취 배출가스가 통과되도록 설치된 오염물 제고장치를 제공하는 것이다.
또 다른 일 구현예는 상기 팽창성 무기소재의 표면 및 기공의 표면에 이온성 중합체를 담지한 팽창성 무기소재를 무기 바인더와 혼합한 흡착제 조성물 및 이를 이용한 성형체를 제공하는 것이다.
종래에는 이러한 흡착제로 활성탄을 사용하는 기술이 공지되어 있지만, 활성탄은 아스콘의 배출가스와 같이 고농도의 냄새물질과 고온에서 사용할 경우 냄새제거 효과가 급격히 감소하는 문제점이 있지만, 상기 일 구현예들에 따른 팽창성 무기소재와 무기바인더를 포함하는 흡착제는 100℃이상, 200℃이상, 300℃이상, 500℃이상, 800℃이상에서도 충분한 냄새 제거 성능을 가지며, 온도가 높아질수록 팽창성 기공에 따른 표면적으로 증가로 냄새 제거 효과가 더욱 우수한 장점을 가진다. 특히 고농도의 냄새 제가 성능은 현저히 상승할 수 있다.
상기 일 구현예에 따른 팽창성 무기소재로는 기공구조가 층상으로 온도에 따라 팽창이 가능하여 흡착용량을 증가시켜 오염물질 저감이 가능하고, 자체구조에 오염물질을 선택적으로 흡착제거 할 수 있는 관능기를 함유한 점토광물질로서, 일예로 질석, 펄라이트, 필라이트, 일라이트, 흑운모등 무기 점토 광물질 등을 들 수 있지만 이에만 한정하는 것은 아니다.
또한 상기 팽창성 무기소재는 더욱 많은 기공을 함유하는, 제올라이트와 규조토에서 선택되는 기공부여제를 더 포함할 수 있다. 예를 들면 상기 팽창성 무기소재 100중량부에 대하여, 상기 기공부여제를 1 내지 30중량부를 더 포함할 수 있다. 상기 기공부여제를 추가하는 경우, 배기구 내의 미세 이자를 잡아 줄 수 있으며, 냄새제거 효과를 크게 훼손하지 않고 상기 효과를 부여할 수 있다. 그러나 상기 소재를 많이 사용할 경우, 기공 발달되어 미세입자 포집 효과와 흡음의 효과는 얻을 수 있으나 일정한 구조와 형태로 소재 성형이 어렵고, 기공의 구조가 주로 마이크로 기공(micro pore)이 대부분이며, 가격이 비싸서 냄새를 제고하는 흡착제로서의 성능이 저하될 가능성이 있어서 제한된다.
일 구현예로서 상기 무기 바인더로는 상기 팽창성 무기소재와 혼합되어 성형체를 형성할 수 있는 것이라면 제한되지 않는다, 상기 무기 바인더의 일 예로서는 석고, 물유리, 시멘트 모르타르, 점토, 황토, 세메다인 등 비 탄화수소계 점 등의 접착제를 모두 포함할 수 있다.
상기 무기 바인더의 함량은 특별히 한정하지 않지만, 상기 팽창성 무기소재 100중량부에 대하여 1 이하, 10중량부이하, 20중량부이하, 30중량부이하, 40중량부이하, 50중량부이하, 70중량부이하, 200중량부 이하 및 이들의 사이의 중량부를 포함할 수 있다. 좋게는 1 내지 50중량부, 더욱 좋게는 5 내지 30중량부를 포함할 수 있지만 반드시 이에 한정하는 것은 아니다.
상기와 같이 팽창성 무기소재와 무기바인더를 혼합하고 필요에 의해 물을 추가하여 반죽하고, 성형하여 다양한 형태로 제작하고 그 형태로 제작된 흡착제를 건조하거나 필요에 의해 소성하여 흡착제로 사용될 수 있다.
상기 성형 형태는 용도에 맞게 다양하게 변형할 수 있는데, 예를 들면, 펠렛형태, 구상, 판상, 구체적으로는 물결모양이나 각형모양의 굴곡형태, 시트, 중공각재, 볼형, 원형 파이프, 절곡, 중공 타일 등 모양에 관계없이 다양한 형태로 제작하여 사용할 수 있다. 또한 상기 성형된 물품을 자연건조 200℃이하, 100℃이하, 또는 80℃이하로 건조하거나, 250℃∼1,300℃로 소성시켜 아스콘 제조 공간의 배출구 일정 영역에 배치하여 배출개스를 흡착하도록 하거나 또는 아스콘 제작 공간 내에 벽등의 공간에 상기 성형체를 배치하거나 도포하여 냄새를 제거할 수 있다. 따라서 일 구현예로는 상기와 같은 환경 친화적이면서 불연 특성을 가지는 흡착제를 제공함으로써, 아스콘 복합 오염물질 저감 필터용 흡착 조성물 또는 이를 성형형 흡착체를 제공할 수 있다.
또한 상기 흡착제를 충진한 필터를 제공할 수 있다.
또 다른 일 구현예로는, 상기 무기소재 및/또는 기공부여제는 별도로 이온교환기를 가지는 중합체를 담지한 소기소재 및/또는 기공부여제 일 수 있다.
상기 이온교환기를 담지하는 방법은 이온교환기를 가지는 화합물을 용해한 용액에 상기 무기소재 및/또는 기공부여제를 투입하여 기공이나 층상에 이온교환기를 가지는 화합물이 흡착하고 이를 건조하여 개질함으로써 제조할 수 있다.
상기 이온교환기를 가지는 무기소재 및/또는 기공부여제는 상기 흡착제를 제조하는 무기소재 및/또는 기공부여제의 일 부, 예를 들면, 무기소재나 기공부여제 전체에 대하여 1 내지 100중량%, 1 내지 50중량%, 30중량%이하 등의 함량으로 추가함으로써, 악취 흡착 효율을 증가시킬 수 있다.
이하, 일 구현예로서 상기 흡착제의 제조방법에 대하여 살핀다.
상기 흡착제의 제조방법은
(1) 팽창성 무기소재를 100℃ 내지 1,400℃로 가열 또는 소성하여 수분이나 공기에 의해 팽창하게 하는 열처리단계를 포함한다.
(2) 상기 열처리 전 또는 후에 팽창성 무기소재를 분말화하는 공정으로서, 상기 분말화 공정은 밀링 등에 의해 예를 들면 100㎛이하, 50㎛이하, 30㎛이하, 10㎛이하, 5 ㎛이하, 0.1㎛이상 및 상기 수치들 사이의 값으로 분말화할 수 있다.
(3) 상기 제조한 분말화 및 열처리 단계를 거친 팽창성 무기소재를 무기바인더와 혼합하여 흡착제 조성물을 제공하는 혼합 공정을 가질 수 있다. 상기 혼합공정은 예를들면, 무기바인더로서, 물유리, 실리카, 세라믹, CaO 및 세메다인 등 무기 바인더와 혼합하는 공정을 의미할 수 있지만, 필요시 물을 더 포함할 수 있다. 물을 포함하는 경우에는 고온에서 압출하는 공정에서 물이 휘발하면서 다공성을 부여하는 기능을 할 수 있는 데, 예를 들면 무기소재 100중량부에 대하여 물을 10중량부이하, 5중량부이하, 1중량부이하를 사용할 수 있지만 다공성부여에 따라 다양하게 변경할 수 있다.
(4) 다음 상기 혼련된 흡착제 조성물을 칼렌더링이나 압출 및 고온압축법 등으로 다양한 형태의 흡착제를 제조하는 성형단계를 가진다. 상기 성형단계에서 흡착제는 시트, 중공체, 절곡구조 등의 다양한 형상을 구현할 수 있다.
이하 실시예를 바탕으로 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 다만 하기 실시예는 본 발명을 더욱 상세히 설명하기 위한 하나의 예시일 뿐, 본 발명이 하기 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
[실시예 1]
상기 900℃에서 소성하고 평균입경 3㎛로 분쇄한 질석 100중량부과 200℃에서 충분히 건조한 황토 20중량부를 혼합하고 고온고압 압축성형하여 제조한 5cm 볼을 충진한 소취 제거 컬럼을 통과시킨 후, 냄새를 맡은 결과 20명의 직원을 대상으로 5점 척도로 평가한 결과 4.51로 냄새가 거의 나지 않음을 알 수 있었다.
[실시예 2]
실시예 1에서 상기 질석을 1wt%의 폴리아크릴산소듐염을 용해한 물에 10분 담지한 후 건조한 것만 제외하고는 실시예 1과 동일하게 제조하였고, 상기방법과 동일하게 평가를 한 결과 냄새가 전혀 나지 않음을 알 수 있었다.
이상과 같이 본 발명에서는 특정된 사항들과 한정된 실시예에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (12)

  1. 아스콘 제조공정에서 악취를 제거하는 소취성 흡착제로서, 상기 흡착제는 팽창성 무기소재와 무기 바인더를 포함하여 성형된 것인, 흡착제.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 팽창성 무기소재는 질석, 펄라이트, 필라이트, 일라이트, 흑운모에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상인 것인, 흡착제.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 무기 바인더는 석고, 물유리, 시멘트 모르타르, 점토, 황토, 세메다인에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 것인, 흡착제.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 흡착제는 팽창성 무기소재 100중량부에 대하여 무기 바인더가 1 내지 50중량부인 것인, 흡착제.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 흡착제는 제올라이트와 규조토에서 선택되는 어느 하나 이상의 기공부여제를 더 포함하는 것인, 흡착제.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 팽창성 무기소재 또는 기공부여제에서 선택되는 어느 하나 이상의 물질의 전부 또는 일부가 이온성기를 가지는 유기물질로 담지 된 것인, 흡착제.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 팽창성 무기소재는 100 내지 1400℃에서 건조 또는 열처리하여 공기 또는 수분에 의해 팽창되고 분말화 된 것인, 흡착제.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 팽창성 무기소재는 평균입경이 100마이크론 이하인 것인, 흡착제.
  9. (1) 가열 또는 열처리한 팽창성 무기소재를 100℃ 내지 1,400℃로 가열 또는 소성하여 수분이나 공기에 의해 팽창하게 하는 열처리단계,
    (2) 상기 열처리된 분말화하는 단계,
    (3) 상기 분말화 및 열처리한 팽창성 무기소재를 무기바인더와 혼합하여 흡착제 조성물을 제공하는 혼합 공정 단계,
    (4) 다음 흡착제 조성물을 칼렌더링이나 압출 또는 고온압축법으로 성형하는 성형단계,
    를 포함하는 것인, 아스콘 제조공정에서 발생하는 악취 제거용 흡착제 제조방법.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 팽창성 무기소재는 질석, 펄라이트, 필라이트, 일라이트, 흑운모에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상이고, 상기 무기 바인더는 석고, 물유리, 시멘트 모르타르, 점토, 황토, 세메다인에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 것인, 아스콘 제조공정에서 발생하는 악취 제거용 흡착제 제조방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 흡착제 조성물은 제올라이트와 규조토에서 선택되는 어느 하나 이상의 기공부여제를 더 포함하는 것인, 아스콘 제조공정에서 발생하는 악취 제거용 흡착제 제조방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 팽창성 무기소재는 전부 또는 이온성기를 가지는 유기물질로 담지 된 것인, 아스콘 제조공정에서 발생하는 악취 제거용 흡착제 제조방법.
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