KR960010898B1 - 가스흡착소자의 제조법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

가스흡착소자의 제조법

제1도는 본 발명의 제1공정을 표시하는 일부단면 설명도,

제2도는 매트릭스의 사시도,

제3도는 회전식 제습기의 예를 표시하는 소자의 성능을 표시하는 그래프.

제4도는 본 발명에 얻어진 제습용 소자의 성능을 표시하는 그래프.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1,2 : 성형기어 3 : 압착 로울러

4,5 : 접착제 도포장치 7,8 : 저밀도로 초조한 종이

18 : 처리공기 19 : 재생공기

20 : 건조공기

본 발명은, 다수의 작은 투공(透孔)을 보유하는 블록을 활성가스를 가역적으로 흡착하는 고체흡착제에 의하여 성형하여, 그 작은 투공에 활성가스를 함유하는 처리기체와 탈착용기체를 교대로 통과시켜 연속적으로 활성가스를 흡착제거된 기체를 얻는 제습용 기타 가스흡착용 소자의 제조에 관한 것이다.

본원의 특허출원인은 일본국 특원소 59-206849호에서, 무기섬유를 주성분으로 하여 저밀도로 초조(抄造)한 종이를 파형(破形)으로 가공하여 이것을 평면지와 교대로 적층하여 다수의 작은 투공을 보유한 매트릭스(matrix)를 성형하고, 그성형공정의 이전 또는 이후에서 그 종이에 물유리를 함침시켜 친수(親水) 물유리상태 또는, 반고체상태로 될 때까지 건조농축하고, 성형후 산에 침지하여 물유리와 산과의 반응에 의하여 실리카히드로겔을 매트릭스내에 생성시켜 수세건조하여 실리카에로겔을 매트릭스에 일체적으로 강고하게 정착결합시키는 습기교환용 소자의 제조법을 개시하였다.

또, 본건 특허출원인은 일본국 특원소 60-86969호, 무기섬유를 주성분으로 하여 저밀도로 초조한 종이를 적층하여 다수의 작은 투공을 보유한 매트릭스를 성형하고, 그 성형공정의 전후에 있어서, 그 종이에 물유리를 함침하고, 성형후, 알루미늄염 또는 마그네슘염 또는 칼슘염의수용액에 침지하여 규산염 히드로겔을 생성시키고, 수세건조시켜 규산염 에로겔을 매트릭스에 일체적으로 강고하게 정착결합시키는 습기교환용 또는, 전열교환용 소자의 제조법을 개시하였다. 또, 본건 출원인은 일본국 특원소 60-145873호에, 저밀도로 초조한 종이를 적층하여 다수의 작은 투공을 보유한 매트릭스를 성형하여, 제오라이트 분말을 물유리수용액에 분산시킨 분산체를 그 매트릭스에 함침시켜, 건조후 알미늄염, 마그네슘염, 칼슘염, 기타 금속염의수용액에 침지하여 금속규산염의 히드로겔을 생성시켜서, 수세건조시켬 제오라이트와 금속규산염 에로겔을 매트릭스에 일체적으로 강고하게 정착결합시키는 초저농도 가스흡착소자의 제조법을 개시하였다.

상술한 선출원에 있어서 흡습제 기타 흡착제로서 작용하는 것은 실리카겔, 금속규산염겔 또는 제오라이트이며 어느 것이나 흡착작용에 의하여 불활성기체, 예를들어, 공기중에 함유된 습기를 제거하는 것이다.

한편, 불활성 기체중의 활성가스, 예르들어, 습기를 흡착제거할 수 있는 흡착제로서는 상기한 실리카겔, 금속규산염겔, 제오라이트 이외에 활성탄, 알루미나겔, 활성백토, 활성마그네슘 등의 무기질흡착제 및 각종의 유기질흡착제가 있다.

본 발명은 이와같은 흡착제중 열에 대한 저항에 우수한 무기질흡착제를 상기한 선출원의 가스흡착소자의 성분에 첨가함에 의하여 그 가스흡착소자의 성능을 한층 향상시키고자 하는 것이다.

본 발명자는 상기한 선출원의 물유리-산, 물유리-금속염수 용액의 반응을 이용한 제습용 기타 가스흡착용 소자의 제조법에 있어서, 물유리에 상기한 활성탄, 활성알루미나, 활성백토, 활성마그네시아 등 각종의 무기질흡착제를 혼입하여 동일하게 제조하여 성능을 시험한 결과, 물유리에 본말형상 또는, 다섬유형상의 활성탄을 혼입시킴에 의하여 특히 고습도의 처리기체에 대하여 현저한 제습성능을 발휘하는 제습용 소자 기타 가스흡착용 소자가 얻어지고, 또 물유리에 활성 알루미나를 혼입시킴에 의하여 제오라이트와 마찬가지로 초저노점(超低露點)의 기체를 제조할 수 있는 제습용 기타 가스흡착용 소자가 얻어진다는 것을 발견하여 본 발명을 완성하였다.

여기에서 매트릭스에 사용하는 종이로서는 처리할 기체 및 그 중에 함유되어 흡착제거할 활성가스에 대하여 저항성이 있는 것으로 벌집(honey comb)형상으로 적층성형 가능한 것이면 모두 사용할 수 있으나, 재생공정에 있어서 가열하는 경우, 예를들어, 본원의 가스흡착소자를 제습에 사용하여, 가열한 재생공기에 의하여 탈착재생하는 경우를 고려하여 가열에 의하여 발화할 우려가 없는 무기섬유지, 예를들어, 세라믹스섬유, 유리섬유, 카아본섬유, 암석섬유, 광재섬유 등, 또는 이들의 혼합물을 주성분으로 하여 초조한 종이를 사용한다. 물유리 1호, 2호, 3호의 어느 물유리(규산나트륨)라도 사용할 수 있고, 또 규산칼륨을 사용하여도 좋다.

또, 산으로서는, 이론적으로 규산보다 강한 산이면 모두 사용할 수 있으나, 경비, 작업환경 기타의 관점에서 황산이 가장 적합하다. 수용성 금속염으로서는 이론적으로는 2가 또는 3가의 금속염이면 사용가능하지만, 공업적으로 사용가능한 것은 알루미늄, 마그네슘, 칼슘 등의 염으로, 이중에서 규산염의 흡착활성이 우수한 겔상태로 얻어지는 것은 앞서 일본국 특원소 60-86969호에서 명백하게 한 바와같이 황산알루미늄과 황산마그네슘이다.

물유리 수용액을 함침한 다음 매트릭스를 산 또는 금속염수 용액에 침지하는 공정에 앞서서 매트릭스를 가열하여 물유리 수용액을 함수율 5-45%의 친수 물유리상태, 또는 반고체상태로 될 때까지 농축시키면, 산 또는 금속염 수용액에 침지하여 화학반응시키는 경우에 물유리의 용출에 의하여 손실되는 것을 방지할 수 있다.

이하, 실시예를 도면에 의거하에 상세히 설명한다.

(실시예 1)

제1도는, 본 발명의 제1공정인 성형공정에 사용하는 장치의 한 예를 표시하고, 도면중(1)(2)는 소망의 치형(齒型)을 보유하는 한쌍의 성형기어로서 서로 이맞물림하고, 한쪽의 성형기어(2)는 압착로울러(3)와 서로 접촉하며, 양자의 면속(面速)은 거의 동일하다.

(4),(5)는 접착제 도포장치로서, 각각 접착제 용기(4a),(5a), 접착제 도포로울러(4b),(5b)로 이루어지며, 접착제 용기(4a),(5a)에는 물유리 수용액으로 이루어진 접착제(6),(6)를 넣고, 접착제 도포로울러(4b),(5b)의 일부를 침지시키며, 접착제 도포로울러(4b)는 성형기어(2)에 근접하여 설정한다.

세라믹스섬유 70-90%, 펌프 5-20%, 바인더 5-10%로 이루어지고, 두께 0.1-0.5mm, 겉보기비중 0.5g/cm²이하인 대단히 다공질인 종이(7),(8)를 도면에 표시하는 바와같이 로울형상으로 감아서 준비하고, 한쪽의 종이(7)는 성형기어(1)(2)의 맞물림부로 인도되어 파형지(7a)로 되고, 이어서 성형기어(2)와 접착제 도포로울러(4b)와의 접촉부로 인도되어 접착제(6)를 파형지(6)를 파형지(7a)의 파정부(波頂部)에 도포후, 다른쪽의 종이(8)와 함께 성형기어(2)와 압착로울러(3)와의 사이로 통과시켜 양자를 접착하여, 얻어진 편파(片波)성형체(9)의 파형지(7a)의 파정부에 접착도포장치(5)의 접착제 도포로울러(5b)에 의하여 접착제(6)를 도포한 후, 심(芯)(10)에 감아서 제2도에 표시하는 바와같이 양쪽 끝면사이에 마수의 작은 투공이 관통한 원통형상의 매트릭스(11)를 얻는다.

1호 물유리(산화규소와 산화나트륨의 비가 2.1 : 1)의 수용액(고형분 25-30%)에 중량비료 5-25%의 미세한 분말형상 또는 단섬유형상의 활성탄을 혼입하고, 이 수용액을 상기한 매트릭스에 함침시켜 50-100℃로 약 1시간 건조시켜, 물유리를 함수량 5-20% 정도의 친수 물유리 또는, 반고체상태의 물유리로 한다. 매트릭스에 대한 물유리 및 활성탄의 함침정착량의 중량으로 약 1-2.5배의 양이 바람직하다.

계속해서 황산알루미늄의 21% 수용액에 침지교반하여 물유리와 황산알루미늄과의 화학반응에 의하여 규산알루미늄의 히드로겔을 생성시켜서, 부차생성물인 나트륨염 및 잉여의 황산알루미늄을 수세제거하고, 가열 건조시켜 상기한 무기섬유지의 매트릭스를 보강재로 하여 활성탄이 균일하게 분산한 강고한 규산알루미늄, 에로겔의 벌집형상체로서 이루어지는 제습용 소자를 얻는다.

황산알루미늄 대신에 제1인산알루미늄, 질산알루미늄, 황산마그네슘 등의 금속염을 15-30% 정도의 수용액으로서 사용하여도 완전히 동일하다.

(실시예 2)

실리카, 알루미나계의 세라믹스 섬유에 소량의 펄프 및 바인더를 첨가하여 겉보기비중 0.3-0.45 정도의 저밀도, 두께 0.15-0.25mm 정도로 초조한 종이를 성형하고, 합성수지, 예를들어 폴리초산비닐과, 무기질바인더, 예를들어 실리카졸을 혼합한 접착제를 사용하여 실시예 1과 동일하게 매트릭스(11)를 성형하고, 공기중에서 400℃ 전후로 가열하여 유기물, 즉 종이에 함유되는 유기질 섬유 및 바인더하 적층에 사용한 유기질접착제를 제거한다.

3호 물유리(산화규소와 산화나트륨의 박 3.1 : 1)를 물로 희석(고형분 30-44%)하여, 이것에 합성제오라이트로서, 도오요오 소오다 가부시기가이샤 제의 Zeolum A-4를 10-20중량%, 활성알루미나 분말을 5-20중량% 첨가하여 균일하게 혼합한 후, 전기한 매트릭스에 함칩하여, 가열건조시킨다.

다음에, 이것을 황산마그네슘 20% 수용액에 3∼4시간 침지하여 물유리와 황산마그네슘과의 화학반응에 의하여 규산마그네슘에 히드로겔을 생성결합시켜, 수세하여 부차생성물인 황산나트륨 및 잉여의 황산마그네슘을 제거하고, 건조시켜 세라믹스섬유지의 매트릭스를 보강제로 하여 합성제오라이트와 활성알루미늄이 균일하게 분산된 강고한 규산마그네슘 에로겔의 벌집형상체로 이루어지는 제습용 소자가 얻어진다. 매트릭스를 성형하는 데에 사용하는 종이는 세라믹스 섬유와 유리섬유와 펄프를 혼합하여 초조한 종이, 혹은 카아본 섬유 또는 활성카아본 섬유를 주성분으로한 종이로 하여도 완전히 동일하다.

또 황산마그네슘 대신에 황산알루미늄, 제1인산알루미늄, 질산알루미늄, 등의 금속염을 15-30%정도의 수용액으로서 사용하여도 완전히 동일하다.

(실시예 3)

세라믹스 섬유 70-94%, 펄프 2-22%, 바인더 4-8%로서 이루어지고, 두께 0.1-0.5mm, 겉보기비중 0.3-0.6g/cm³인 저밀도로 초조한 종이를 사용하여 실시예 2와 마찬가지로 매트릭스(11)를 성형하여, 공기중에서400℃ 전후로 가열하여, 종이 및 적층용 접착제에 함유된 유기물을 제거한다.

1호 물유리의 수용액(고형분 25-45%)에 증발비로서 5-25%의 분말형상의 활성탄을 첨가하여 균일하게 혼합한 다음, 전기한 매트릭스에 함침하여 90℃ 전후로 가열건조하여 물유리를 함수량 5-20%의 친수물유리, 또는 반고체상태의 물유리로 한다.

매트릭스에 대한 물유리와 활성탄과의 함침량은 중량으로 약 1.5-3배의 양이다. 계속해서 황산의 3 규정수용액에 침지교반하여 물유리와 황산과의 반응에 의하여 활성타과 결합한 실리카히드로겔을 세라믹스섬유의 매트릭스와 일체적으로 생성결합시키고, 부차생성물인 황산나트륨 및 잉여의 황산을 수세제거하고, 가열건조하여 매트릭스로 보강재로 해서 활성만이 균일하게 분산된 실리카에로겔을 주체로 하여, 그실리카에로겔의 매트릭스와 강고하게 결합하여 일체화된 제습용 소자를 얻는다. 황산 대신에 염산, 인산 등 기타의 산도 셀라믹섬유, 활성탄 등에 작용하여 바람직하지 않은 변질을 일으키지 않는 한 동일하게 사용할 수 있으나, 경비, 작업환경 기타의 관점에서 황산이 가장 적절하다.

본 발명의 가스흡착소자는 예를들어 제습기에 조립하여 기체의 제습에 사용한다.

제3도는 회전식 제습기의 한 예를 표시하는 것으로, 제습용 소자(11)를 케이싱(12)안에 구동회전 가능하게 유지하여, 분리기(13)에 의하여 처리구역(14)과 재생구역(15)으로 분리하여, 기어드 모터(geared motor)(16), 구동벨트(17)에 의하여 소자(11)를 5-20RPH 정도의 저속도로 회전시켜, 처리공기(18)를 처리구역(14)에, 고온 저습도의 재생공기(19)를 재생구역(15)에 불어넣어서, 처리공기를 제습하여 건조공기(20)가 얻어진다.

또한, 도면중(21)은 풀리, (22)는 인장풀리, (23)은 고무시일, (24)는 재생공기가열기이다.

제4도는 각종의 상대습도(RH)에 있어서 각종의 제습용 소자에 함유되는 흡착제의 단위중량 당의 평형흡습량(중량 %)을 표시한 것이다. 도면중(C)는 실시예 1에 의하여 얻어진 소자, (S)는 선원의 일본국 특원소 60-86969호에 따라, 상기한 실시예 1의 활성만을 제외하여 얻어진 규산알루미늄 에로겔을 주성분으로 하는 소자, (A)는 실시예 2에 의하여 얻어진 소자, (Z)는 선원의 일본국 특원소 60-145873호에 따라 실시예 2의 활성알루미너를 제외하여 얻어진 규산마그네슘과 합성제오라이트를 주성분으로 하는 소자, (B)는 실시예 3에 의하여 얻어진 소자, (H)는 선원의 일본국 특원소 59-206849호에 따라 실시예 3의 활성탄을 제외하여 얻어진 실리카에로겔을 주성분으로 하는 소자의데이터를 표시한다. 도면에 의하여 명백하듯이, 입자형상 또는 단섬유형상의 활성탄을 혼입시킨 경우에는 특히 고습도의 처리기체에 대하여 현저히 제습성능을 보유한다는 것이 확인되고, 또 활성알루미나를 혼입시킨 경우에는, 합성제오라이트를 혼합시킨 경우와 동일하고, 특히, 저습도의 처리기체에 대하여 현저한 제습성능을 보유한다는 것이 확인되었다.

본 발명은 상기한 바와같이 구성하였으므로, 물유리는 무기서유지와의 친화성이 높아서 무기섬유지의 표면을 잘 적실 뿐아니라, 무기 섬유지 내부의 섬유간극에도 잘 침투하여, 그후, 산 또는, 금속염의 수용액과 반응하여 실리카 또는, 금속규산염의 히드로겔을 생성하므로, 저밀도 종이의 매트릭스 내부에 이르기까지 섬유형상, 또는 분말형상의 활성탄 및 황성알루미나 분말과 제오라이트 분말이 균일하게 분산된 실리카, 또는 금속규산염의 히드로겔이 강고하게 일체화하여 결합되고, 이것을 건조시켜 에로겔을 하기 위하여, 건조시의 수축이 거의 없이 에로겔이 균열을 발생하거나 또는 미세한 조각으로 균일하지 않는 강도가 높은 에로겔이 얻어지고, 이 에로겔과 활성탄 및 활성알루미나 또는 제오라이트와의 흡습력이 서로 작용하여 제습능력을 현저하게 향상시킬 수 있는 것이다.

이상, 본 발명에 의하여 얻어진 가스흡착소자를 전적으로 제습용 소자로서 사용하는 경우에 대하여 기술하였으나, 물론 습기 이외의 활성가스, 예를들어, 질소산화물, 유황산화물, 일산화탄소, 암모니아, 기타 각종의 유기물에 악취물질의 흡착제거에도 이용할 수 있으며, 특히 활성만을 첨가사용한 소자는 비교적 극성이 작은 유기물계의 악취물질 또는 용제증기의 흡착제거에, 또 활성알루미나를 첨가 사용한 소자는 비교적 극성이 큰 무기질 가스의 흡착제거에 현저한 효과를 발휘할 수 있는 것이다.

Claims (5)

1. 저밀도로 초조한 무기질섬유를 주성분으로 하는 종이를 적층하여 다수의 작은 투공이 있는 가스흡착소자의 형상을 보유하는 매트릭스로 만들고, 분말형상 또는 단섬유형상의 활성탄 및 활성알루미나를 물유리 수용액에 분산시킨 분산체를 그 매트릭스에 함침하고, 건조후, 알루미늄염 또는 마그네슘염, 그외 수용성인 물글라스와 반응하여 불용성의 겔상태 규산염을 생성할 수 있는 금속염의 수용액에 침지하여 물유리와 그 금속염과의 반응에 의하여 금속규산염의 히드로겔을 생성시키고, 수세, 건조하여 활성탄 및 활성알루미나와 가스흡착활성을 보유하는 금속 규산염 에로겔을 그 매트릭스에 일체적으로 강고하게 장착, 결합시키는 가스흡착소자의 제조법.
2. 제1항에 있어서, 가스흡착소자가 제습용 소자인 가스흡착소자의 제조법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 분사체가 활성탄 또는 활성알루미나와 제오라이트를 물유리 수용액에 분산시킨 분산체인 가스흡착소자의 제조법.
4. 저밀도로 초조한 무기섬유를 주성분으로 하는 종이를 적층하여 다수의 작은 투공이 있는 가스흡착소자의 형상을 보유한 매트릭스로 만들고, 분말형상 또는 단섬유형상의 활성탄 및 활성알루미나를 물유리 수용액에 분산시킨 분산체를 그 매트릭스에 함침하고, 건조후, 황산 그외의 산에 침지하여 물유리와 산과의 반응에 의하여 실리카히드로겔을 생성시키고, 수세, 건조하여 활성탄 및 활성알루미나와 가스흡착활성을 보유하는 실리카에로겔을 그 매트릭스에 일체적으로 강고하게 정착, 결합시키는 가스흡착소자의 제조법.
5. 제4항에 있어서, 가스흡착소자가 제습용 소자인 가스흡착소자의 제조법.

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