WO2011090261A2 - 복합필터 및 복합필터를 포함하는 정수기 - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a water purifier including a water purifier composite filter and a water purifier composite filter, and more specifically, a composite filter including at least one of activated carbon, activated carbon fibers, ion exchange fibers, and antibacterial hollow fiber membranes and the composite filter.
  • a water purifier including a water purifier composite filter and a water purifier composite filter, and more specifically, a composite filter including at least one of activated carbon, activated carbon fibers, ion exchange fibers, and antibacterial hollow fiber membranes and the composite filter.
  • a water purifier provides a function of filtering purified water that requires purified water, such as tap water or natural water, as purified water of hot or cold water.
  • the water purifier should be equipped with a plurality of filters for sterilizing bacteria causing waterborne diseases by removing components and odors harmful to the human body, including suspended solids mixed in purified water.
  • the water purifier removes contaminants through the granular activated carbon filter which has a filtering function by the adsorption action by the fine pores of the activated carbon and the precipitation filter formed by purified water as the purified water passes sequentially.
  • Hollow fiber membrane filter and UV sterilization filter are optionally installed.
  • Still another object of the present invention is to provide a water purifier including a compound filter and a compound filter for simultaneously removing harmful substances and disinfection by-products of purified water.
  • Still another object of the present invention is to provide a water purifier including a compound filter and a compound filter capable of removing pathogenic microorganisms inhabiting the water purifier.
  • Complex filter for water purification is a housing, an inlet formed on one side of the housing and the water purification target water inlet, formed on the other side of the housing and an outlet for the purified water purified water outflow, and the inlet and the It is formed between the outlet, and comprises a composite filter module having an activated carbon fiber layer and an ion exchange layer, wherein the activated carbon fiber layer and the ion exchange layer may be alternately stacked along the side wall of the housing.
  • the composite filter for water purification according to the second aspect of the present invention comprises an antibacterial hollow fiber membrane, wherein the antibacterial hollow fiber membrane is a hollow fiber membrane prepared by spinning a polymer solution containing a polymer into a non-solvent, and the hollow fiber membrane is silver ions.
  • Immersion of silver ions in the hollow fiber membrane by immersion in a solution, and the silver ions-impregnated hollow fiber membrane may be prepared by reducing the silver ions by immersion in a reaction solution containing at least one of hydrazine and anhydrous hydrazine hydrate.
  • a water purifier including a composite filter and a composite filter which reduce the size of the water purifier and improve the water purification performance.
  • a water filter including a composite filter and a composite filter that provides a simple structure and excellent water purification performance.
  • a water purifier including a composite filter and a composite filter capable of removing pathogenic microorganisms can be provided.
  • FIG. 1 illustrates a composite filter for water purification according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 2 shows an activated carbon fiber according to an embodiment of the present invention.
  • 3 and 4 is a flow chart of granular activated carbon production according to an embodiment of the present invention.
  • 5 and 6 is a flow chart of the powder activated carbon production according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a hollow fiber membrane according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 8 shows a cross section of the antimicrobial hollow fiber membrane prepared according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 illustrates a composite filter for water purification according to another embodiment of the present invention.
  • 11 and 12 are views for explaining the ion exchange reaction according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a view for explaining the operation method of the composite filter according to the present invention.
  • FIG. 1 illustrates a composite filter for water purification according to an embodiment of the present invention.
  • the composite filter 1 for water purification is a housing 10, inlet 12, outlet 14, activated carbon fiber 20, activated carbon layer 30, hollow It comprises a desert (60). This is not an essential configuration and may include fewer or more configurations.
  • the complex filter 1 for water purification referred to in this document is a generic term for a filter used to purify raw water, and can be applied to, for example, a water purifier.
  • the activated carbon fiber 20 and the activated carbon layer 30 will be referred to as an activated carbon filter unit 70.
  • the composite filter 1 for water purification may include one or more activated carbon filter units 70a and 70b.
  • the one or more activated carbon filter units 70a and 70b may be divided into upper activated carbon filter unit 70a and lower activated carbon filter unit 70b according to relative positions.
  • the composite filter 1 for water purification may generally refer to a filtering device used for purifying water.
  • the composite filter according to the present invention may provide a function of effectively removing harmful components contained in water while having a small volume.
  • the filter refers to the composite filter 1.
  • the complex filter 1 for water purification according to the present invention will be described in detail.
  • the housing 10 may form an external structure of the composite filter 1 for water purification. That is, it may provide a place where the activated carbon filter unit can be located.
  • the cross section of the housing 1 may have a shape corresponding to the cross section of the activated carbon fiber 20, the activated carbon layer 30, and the hollow fiber membrane 60.
  • the inlet 12 and the outlet 14 may be formed in the housing 10.
  • Inlet 12 is where the purified water is introduced.
  • the purified water may refer to general purified tap water.
  • Raw water is a term included in purified water.
  • the outlet 14 is where the purified water flows out. That is, the purified water subject through the inlet 12 may be discharged after the purified water.
  • the activated carbon filter unit 70 may provide a function of purifying raw water using activated carbon.
  • the activated carbon filter unit 70 may remove residual chlorine from various components included in raw water.
  • the activated carbon filter unit 70 may have a function of adsorbing and removing a substance causing an odor.
  • the activated carbon filter unit 70 may include at least one of the activated carbon fiber 20 and the activated carbon layer 30.
  • Activated carbon included in the activated carbon filter unit 70 may have a carboxyl group on its surface.
  • Carboxy groups can provide heavy metal and metal adsorption functions.
  • Carboxylic groups can be produced by the alcoholic group of cellulose, which is a plant fiber, reacted with oxygen upon combustion.
  • the activated carbon filter unit 70 may include one or more adsorbents to improve water purification performance.
  • the activated carbon filter unit 70 will be described in detail.
  • the activated carbon fiber 20 of the activated carbon filter unit 70 will be described first, and the activated carbon layer 30 will be described later.
  • the activated carbon fiber 20 constituting the activated carbon filter unit 70 is also called fibrous activated carbon, and refers to an adsorbent that greatly improves the adsorption capacity and adsorption rate of the existing granular activated carbon.
  • the activated carbon fiber 20 is formed of a myriad of micropores involved in adsorption. Therefore, the adsorption capacity is large and the adsorption rate is very fast because micropores are developed on the surface. In particular, it can be effectively adsorbed to volatile organic compounds (VOC) such as free residual chlorine, trihalo methane, chloroform and lead. In addition, it has the ability to remove amine odor and remove methyl mercaptan.
  • VOC volatile organic compounds
  • a needle-punch method may be used to process activated carbon fibers.
  • the needle-punch method may refer to a method of producing a nonwoven yarn into a web and then punching and bonding the needles.
  • the needle-punch method can be used to cut or perforate the activated carbon fiber in the felt (felt) state can be made in the shape desired by the user.
  • felt can be a soft, thick cloth made by compressing wool or hair.
  • activated carbon fiber 20 is a material that is easy to process and has an excellent adsorption capacity to remove harmful components contained in water.
  • the activated carbon fiber 20 may have a shape corresponding to the housing 10. That is, when the housing 10 is circular, the activated carbon fiber 20 may also have a circular shape.
  • the purified water introduced from the inlet 12 may first be purified by the activated carbon fibers 20. That is, as described above, the activated carbon fiber 20 can adsorb and remove free residual chlorine, trihalo methane, chloroform, and lead contained in purified water.
  • the filter may be miniaturized. That is, the amount of existing activated carbon can be reduced. Therefore, since the filter mounting space of the water purifier becomes small, the water purifier can be made smaller and lighter.
  • the activated carbon fiber 20 may also provide a dispersion plate function. Since the diameter of the housing 10 is larger than the diameter of the inlet 12, the purified water flowing in needs to be spread widely. Since the activated carbon fiber 20 is made of a fiber material, it is possible to provide a dispersion plate function to widen the introduced purified water.
  • the activated carbon fiber 20 since the activated carbon fiber 20 has excellent hydrophilicity and a high adsorption rate with harmful substances, the purified purified water may not accumulate in the inlet 12. In other words, the pressure loss can be reduced because it can provide an effect of reducing the clogging phenomenon.
  • the activated carbon fiber 20 may be made of felt or block molded body.
  • the felt-like activated carbon fibers 22 may be used in a multi-stage stacking.
  • FIG 2 shows an activated carbon fiber according to an embodiment of the present invention.
  • the activated carbon fiber 22 in the form of a felt may have a predetermined thickness.
  • the felt-like activated carbon fibers 22 may be laminated by using about 7 to 8 steps. As described above, the felt-like activated carbon fiber 22 can be easily processed by a needle-punch method.
  • activated carbon fibers 24 in the form of block molded bodies can be used.
  • the above has been described in detail with respect to the activated carbon fiber (20).
  • the activated carbon layer 30 will be described in detail.
  • the activated carbon layer 30 may provide a function of purifying water and improving the taste of water. More specific functions will be described later.
  • the activated carbon layer 30 may be divided into palm, wood, and coal based on a raw material of the activated carbon constituting the activated carbon layer 30.
  • the palm family can use coconut shell as a raw material.
  • the coconut palm has a large internal surface area and a small pore diameter.
  • the low ash content is high in purity and may be suitable for the purification of beverages and / or foods.
  • Palm systems can be prepared in powder and / or granular form. That is, the activated carbon layer 30 may be manufactured in powder and / or granular form by using a palm-based raw material.
  • Wood-based systems can be made from wood and sawdust as raw materials. Woody systems may have properties similar to palm systems. That is, the wood-based system also has a large internal surface area, a small pore diameter, and low ash content, so that it may be suitable for the purification of beverages and / or foods. Wood-based systems can be prepared in powder and / or granular form.
  • the coal system can use coal as a raw material.
  • Coal systems may have small internal surface areas and relatively large pore diameters. In addition, compared with other raw materials can be economical, high mechanical strength and excellent wear resistance. Coal systems can be made from granular activated carbon.
  • the activated carbon layer 30 may be divided into granular activated carbon and powdered activated carbon, depending on the properties.
  • Granular activated carbon may have properties of pore volume of 0.5 to 1.0 cm 3 / g, specific surface area of 700 to 1500 m 2 / g, and average pore diameter of 12 to 30 mm 3.
  • the powdered activated carbon may have a pore volume of 0.4 to 0.5 cm 3 / g, specific surface area of 700 to 1500 m 2 / g, and an average pore diameter of 15 to 30 mm 3.
  • Granular activated carbon can be produced by the method according to FIGS. 3 and 4, and powdered activated carbon can be produced by the method according to FIGS. 5 and 6.
  • FIG 3 shows a method for producing granular activated carbon using palm shell as a raw material.
  • a coconut shell as a raw material is prepared.
  • FIG. 4 shows a method for producing granular activated carbon using coal as a raw material.
  • coal as a raw material is prepared.
  • the granulated activated carbon may be manufactured by packaging after the activation step and powder.
  • Granular activated carbon may have the following advantages.
  • Granular activated carbon is easy to handle because it has no scattering, and there is no impact of effluent even if the concentration of raw water changes rapidly. In addition, it is economical because it is renewable, and can be burned or recovered to be harmless. Granular activated carbon can remove spent snow, mercury, detergents and other solvents contained in purified water. In addition, chlorine removal can improve the taste and odor turbidity of purified water and reduce parasites contained in purified water.
  • 5 shows a method of producing powdered activated carbon.
  • coconut shell or sawdust which is a raw material, is used as a raw material.
  • the powder activated carbon may be manufactured through carbonization, crushing formulation, activation, and fine grinding.
  • Figure 6 also shows a method of producing another powdered activated carbon.
  • powdered activated carbon may be manufactured by mixing impregnating, activating, recovering zinc chloride, washing with burnt coal, washing with water, drying, grinding, and packing raw material of coconut shell or sawdust as raw materials.
  • Powdered activated carbon may have the following advantages.
  • Powdered activated carbon has high adsorption speed, so it is possible to process high purity in batch type, and it is possible to use simple water storage tank, so construction cost is low, and new carbon is used every time, so there is low risk of microorganism generation and adsorption capacity.
  • the activated carbon layer 30 may include activated carbon of various performances to meet the purpose of water purification. That is, the activated carbon layer 30 may have a particle size of 38 to 200, iodine adsorption of 900 to 2000 mg / g, pore volume 0.3 to 0.8 cm 3 / g, average pore size 14 to 20 ⁇ , mesopore size 30 to 37 ⁇ have.
  • the activated carbon layer 30 may include various activated carbons having the above properties.
  • the activated carbon layer 30 may be composed of at least one of the first to fourth activated carbons to be described below.
  • the first activated carbon may have an iodine no of 1400 mg / g or more, a particle size of 90 (48/100) mesh, a specific surface area (BET) of 1500 to 1700 m 2 / g, and a pore volulme of 0.5 To 0.8 cm3 / g, average pore size (Pore size micro) 15 to 16 ⁇ , mesopore size (Pore size meso) may be 30 to 35 35.
  • the second activated carbon has iodine adsorption of 950 mg / g or more, particle size 90 (60/150) mesh, specific surface area of 1000 to 1200 m 2 / g, pore volume of 0.3 to 0.5 cm 3 / g, average pore size of 15 to 18 mm 3, mesoporous size It may be 30 to 35 mm 3.
  • the third activated carbon has iodine adsorption of 950 mg / g or more, particle size of 90 (60/150), specific surface area of 1000 to 1200 m 2 / g, pore volume of 0.3 to 0.5 cm 3 / g, average pore size of 15 to 18 mm 3, mesoporous size of 30 To 35 kPa.
  • the fourth activated carbon has iodine adsorption of 1400 mg / g or more, particle size of 95 (20/50), specific surface area of 1500 to 1700 m 2 / g, pore volume of 0.5 to 0.8 cm 3 / g, average pore size of 15 to 16 mm 3, mesoporous size of 30 To 35 kPa.
  • the first to fourth activated carbon may be formed of granular activated carbon or powdered activated carbon.
  • the iodine adsorption value may refer to a representative index of the specific surface area of activated carbon.
  • the specific surface area may refer to a numerical value obtained by analyzing pore size volume and the like by nitrogen adsorption and desorption isotherm.
  • the pore volume or pore size when the pore volume or pore size is large, it can provide an advantage that can be adsorbed to a material having a relatively large molecular size.
  • the adsorbent may provide a function that complements the performance of activated carbon. That is, by adsorbing the complement of the performance of the activated carbon layer, it is possible to increase the removal of harmful components contained in the water, it is possible to improve the odor, disinfection by-products, heavy metals removal performance.
  • the adsorbent may be, for example, a Kinetic Degradation Fluxion (KDF), an ATS, an ion exchange resin, or a silver ion. Since it is obvious to use a plurality of adsorbents, the description thereof will be omitted.
  • KDF Kinetic Degradation Fluxion
  • KDF can in particular provide the effect of removing antibacterial and heavy metals.
  • KDF is a composite material of copper and zinc.
  • KDF is an electron exchange with chlorine and heavy metals. It converts various harmful substances contained in water into harmless substances, and removes microorganisms by the magnetic field, and generates hydroxyl radicals from water molecules.
  • Peroxides are bactericides that kill viruses.
  • ATS is a zeolite-based, in particular, can provide the effect of removing heavy metals, for example lead. It is possible to remove soluble lead and lead remaining in water due to the aging of water pipes.
  • Ion exchange resins can in particular provide the effect of removing heavy metals.
  • the adsorbent may be selectively combined with the first to fourth activated carbons described above. That is, the adsorbent may be added to the last step of the method for producing activated carbon according to FIGS. 3 and 4. For example, an adsorbent may be added before the packaging step after grinding to prepare an activated carbon filter to which the adsorbent is added. Therefore, since it is not necessary to provide a separate adsorbent layer, it is possible to provide an effect of improving the water purification performance while miniaturizing the water purifier.
  • the activated carbon filter unit 70 may include one or more activated carbon filter units 70a and 70b.
  • the activated carbon filter unit 70 may include one or more activated carbon layers 30.
  • Each of the one or more activated carbon layers 30 may selectively include various activated carbons described above, for example, first to fourth activated carbons, in order to improve water purification performance.
  • various combinations of activated carbon included in each of the activated carbon layers 30 will be described.
  • the activated carbon layer 30 included in the upper activated carbon filter unit 70a is referred to as an upper activated carbon layer 30 and the activated carbon layer 30 included in the lower activated carbon filter unit 70b. It will be referred to as the lower activated carbon layer (30).
  • the upper activated carbon layer 30 and the lower activated carbon layer 30 may each include different activated carbon.
  • the upper activated carbon layer 30 may include an activated carbon filter capable of sufficiently securing a space flow rate of raw water.
  • the lower activated carbon layer 30 may include an activated carbon filter and an adsorbent capable of removing purified water quality, protecting membranes, and removing organic compound adsorption.
  • the upper activated carbon layer 30 may include the first activated carbon described above, and the lower activated carbon layer 30 may include the second activated carbon.
  • the upper activated carbon layer 30 may include the fourth activated carbon, and the lower activated carbon layer 30 may include a second activated carbon filter.
  • the upper activated carbon layer 30 and the lower activated carbon layer 30 may include the same kind of activated carbon.
  • the upper activated carbon layer 30 and the lower activated carbon layer 30 may include the second activated carbon described above.
  • the water purifier composite filter 1 can provide excellent water purification performance while having a high water purification speed.
  • Filter life refers to the amount of water that can remove chloroform concentration up to 50ppb (80%) compared to the inflow after passing 250ppb of chloroform preparation water in other filtration filters except RO filter. Can have
  • the amount of water flow could be increased by 50% or more than a single activated carbon layer.
  • the upper activated carbon layer 30 and the lower activated carbon layer 30 may each optionally include an adsorbent.
  • the upper activated carbon layer 30 may include only activated carbon
  • the lower activated carbon layer 30 may include activated carbon and an adsorbent.
  • the lower activated carbon layer 30 may provide an effect that the lower activated carbon layer 30 may provide functions such as organic compound adsorption removal and antibacterial function that are not removed from the upper activated carbon layer 30 at low cost. That is, by dividing the activated carbon layer 30 into a plurality of layers and including activated carbon and an adsorbent that are adapted to each layer, it is possible to provide an effect of improving the water purification performance.
  • the composite filter 1 for water purification may include a dispersion plate 40 between the upper activated carbon filter unit 30a and the lower activated carbon filter unit 30b.
  • the dispersion plate 40 may provide a function of widening the water that is driven to a specific area during the water purification process.
  • the raw water purified by the upper activated carbon filter unit 70a may pass through the dispersion plate 40 to the activated carbon fibers 20 of the lower activated carbon filter unit 70b. Since the activated carbon fibers 20 may also provide a function of dispersing water, the dispersion plate 40 may be of an arbitrary configuration.
  • Raw water having passed through the dispersion plate 40 may enter the lower activated carbon filter unit 70b.
  • the activated carbon fiber 20 of the lower activated carbon filter unit 70b may provide the same function as the activated carbon fiber 20 of the upper activated carbon filter unit 70a described above.
  • the activated carbon fiber 20 may be made of activated carbon fiber 22 in the form of a felt or activated carbon fiber 24 in the form of a block as described above, it may provide the same function as described above.
  • the plurality of activated carbon filter parts 70a and 70b may be partitioned inside the composite filter 1 by creating a plurality of layers of the activated carbon fibers 20. That is, the layers constituting each composite filter in the composite filter 1 can be prevented from being mixed. It is thus possible to provide the ability to selectively replace only the feature filter zones.
  • the water passing through the layer of activated carbon fiber 20 may pass through the activated carbon layer 30 and the activated carbon fiber 20 to undergo a water purification process repeatedly.
  • the number of layers of the activated carbon fiber 20 layer and the activated carbon layer 30 may be easily modified by those skilled in the art.
  • Water passing through the lower activated carbon filter unit 70b may face the hollow fiber membrane 60.
  • the hollow fiber membrane 60 is filled with hollow hollow hollow yarns, and can adsorb impurities and the like. For example, pathogenic microorganisms can be removed.
  • the hollow fiber membrane 60 is generally a thread-shaped membrane having a hollow in the middle, and has a characteristic of selectively filtering a material through a wall.
  • Hollow fiber membranes are widely used in water purification, wastewater treatment, hemodialysis, and various industrial applications because of their wide application area due to the advantages of larger surface area in the same volume than other types of membranes.
  • the hollow fiber membrane 60 may be used as a filter by tying thousands of hollow fibers having a diameter, for example, a diameter of 0.01 ⁇ 0.1 microns.
  • the hollow fiber membrane 60 may filter out impurities and the like. For example, heavy metals, rust, and mildew contained in purified water can be removed.
  • the hollow fiber membrane 60 can remove protozoa, such as Cryptosporidium or Giardia. That is, since the particles larger than the pores formed in the hollow fiber membrane cannot pass through the hollow fiber membrane, harmful particles included in the purified water can be effectively removed.
  • the water purification performance of the hollow fiber membrane 60 can be reduced by the pathogenic microorganisms inhabit the surface or the inside of the hollow fiber membrane.
  • pathogenic microorganisms can be removed by using the hollow fiber membrane 60 having an antibacterial function as a filter.
  • a method of manufacturing a hollow fiber membrane having an antibacterial function is disclosed.
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a hollow fiber membrane according to an embodiment of the present invention.
  • the polymer solution contains a polymer forming a hollow fiber membrane.
  • the polymer solution may mean the same as the spinning solution.
  • the polymer used to prepare the polymer solution may include at least one of polysulfone, polyethersulfone, polyvinylidene fluoride, polyacrylonitrile, cellulose acetate, cellulose triacetate, polyurethane, polyetherimide have.
  • the polymer solution may be prepared by dissolving the polymer in a solvent (hereinafter referred to as a polymer solvent).
  • the polymer solvent may be at least one of N-methylpyrrolidone, dimethylacetamide, and dimethylformamide.
  • the polymer may be prepared to be 10 to 30% by weight based on the polymer solvent.
  • a nonsolvent can form a hollow fiber membrane by solidifying the polymer of a polymer solvent.
  • the non-solvent may be, for example, at least one of water, N-methylpyrrolidone, dimethylacetamide, dimethylformamide.
  • N-methylpyrrolidone, dimethylacetamide, and dimethylformamide may have a weight ratio of 5 to 20 with respect to water.
  • the hollow fiber membrane may be prepared by spinning the polymer solution on a non-solvent (S230).
  • the hollow fiber membrane may include pores and bores.
  • the pores may be distributed between an active layer, which is an outer skin of the hollow fiber membrane, and a support layer, which is an inner skin.
  • the bore may refer to a water purification passage formed inside the support layer.
  • polyvinylpyrrolidone having a weight ratio of 0 to 20 based on water may be used.
  • the bore non-solvent may be at least one of water, N-methylpyrrolidone, dimethylacetamide, dimethylformamide, sodium chloride aqueous solution, calcium chloride aqueous solution and calcium carbonate aqueous solution.
  • N-methylpyrrolidone, dimethylacetamide, and dimethylformamide may have a weight ratio of 5 to 20 with respect to water.
  • the aqueous sodium chloride solution may have a weight ratio of 10 or less to water
  • the aqueous calcium chloride solution may have a weight ratio of 12 or less
  • the aqueous solution of calcium carbonate may have a weight ratio of 20 or less.
  • the temperature of the polymer solution may be at least one of 20 to 30 °C, 60 to 80 °C or 100 to 150 °C.
  • the polymer may be solidified by a non-solvent phase transition method.
  • the temperature of the polymer solution is 60 to 80 ° C or 100 to 150 ° C, not only the non-solvent phase transition method but also the thermally induced phase transition
  • the polymer can be solidified by the method.
  • the nonsolvent temperature may be at least one of 5 to 30 ° C or 60 to 100 ° C.
  • the temperature of the non-solvent is low, porous pores may be formed. At this time, since there are many pores, silver ions to be described below may be evenly attached.
  • the polymer solvent may be released from the polymer solution and the polymer may be solidified.
  • the pore and the bore may be formed in the hollow fiber membrane under the influence of the pore-forming agent and the solvent of the bore.
  • the shape, transmittance, pore size, and mechanical strength of the hollow fiber membrane formed by changing the composition, concentration, and temperature of the polymer solution and nonsolvent can be controlled.
  • polyvinylidene fluoride is selected for the polymer
  • dimethylacetamide is selected for the polymer solvent
  • the temperature of the polymer solution is 100-120 ° C.
  • the nonsolvent selects water, and the nonsolvent temperature is 70-80 ° C.
  • dimethylacetamide having a weight ratio of 10 is selected, and the temperature of the bore-side nonsolvent is 18 to 20 ° C.
  • the pores of the hollow fiber membrane thus prepared can be porous. That is, a myriad of small pores can be formed between the active layer and the support layer. In this case, the silver may be evenly distributed between the porous and promote the amount of silver to be deposited.
  • Silver may be attached to the manufactured hollow fiber membrane through a continuous process (S240).
  • the surface of the hollow fiber membrane can be modified to enhance the amount of silver deposited.
  • it can be treated with aqueous solution of hydrochloric acid or aqueous solution of sulfuric acid at a weight ratio of 5 to 20. That is, by modifying the surface of the hollow fiber membrane, silver ions can be evenly and quickly attached to the hollow fiber membrane.
  • the surface-modified hollow fiber membrane can be immersed in a silver ion solution bath for reaction.
  • the silver ion solution may include at least one of silver nitrate (AgNO 3), aqueous ammonia, ethylenediamine tetraacetic acid (EDTA), and a buffer solution.
  • AgNO 3 silver nitrate
  • EDTA ethylenediamine tetraacetic acid
  • Silver nitrate can produce silver ions in the dissolved state.
  • EDTA can prevent the solution from solidifying.
  • a buffer solution is a solution which can maintain a constant hydrogen ion concentration (pH) by the common ion effect even if an acid or a base is added.
  • the silver ion solution may contain a stabilizer to uniformly attach the silver ions.
  • the stabilizer may be, for example, at least one of polyvinyl alcohol, alginate and chitosan having a weight ratio of 0.08 to 5.
  • the silver ion precursor By immersing the hollow fiber membrane in the silver ion solution tank, the silver ion precursor can be attached to the surface of the hollow fiber membrane and the pores.
  • the hollow fiber membrane to which the silver ion precursor is impregnated can be immersed in a reactor for reduction.
  • the reactor may comprise a reducing agent of a silver ion precursor.
  • the reducing agent can form silver in a hollow fiber membrane by oxidizing a silver ion precursor.
  • the reducing agent may be an aqueous solution of 0.05M to 2M hydrazine or anhydrous hydrazine hydrate.
  • the size of the silver particles to be formed may be such that the size can be formed between the active layer and the support layer of the hollow fiber membrane. Therefore, the silver particles formed may be evenly distributed on the surface and the pores of the hollow fiber membranes. On the other hand, if the amount of silver is less than 0.05M is too small, if more than 2M may have little effect on the size of the silver particles formed compared to the amount of reducing agent introduced.
  • hydrazine or anhydrous hydrazine hydrate can improve productivity because the reaction rate for oxidizing the silver ion precursor is fast.
  • an ultrasonic apparatus in order to make silver ions adsorb
  • step of S210 to S240 is made of a series of continuous processes, it is possible to improve the productivity of the antimicrobial hollow fiber membrane.
  • Figure 8 shows a cross section of the antimicrobial hollow fiber membrane prepared according to one embodiment of the present invention.
  • the hollow fiber membrane may include the active layer 42, the support layer 44, the bore, and the silver 46.
  • the active layer 42 refers to the outer skin layer of the hollow yarn, and the pores may be densely formed.
  • the support layer 44 refers to the inner skin layer of the hollow fiber, and large pores may be formed. As described above, the pore size may vary depending on the reaction conditions such as the polymer solution, the concentration of the non-solvent, and the temperature.
  • the bore can refer to a water path formed inside the support layer.
  • the purified water may flow into the bore through the active layer 42 and the support layer 44.
  • Hazardous substances included in the purified water may be removed by passing through the active layer 42 and the support layer 44 in which pores are formed. That is, harmful substances larger in size than pores may be filtered out of the hollow fiber membranes.
  • the filtered purified water may exit the outlet 14 through a bore.
  • silver 46 may be formed in the surface of the active layer 42 and the pores between the active layer 42 and the support layer 44. That is, the antimicrobial hollow fiber membrane produced by the manufacturing method may include silver. Silver particles can prevent the growth of pathogenic microorganisms and / or viruses. For example, the silver 46 particles can prevent the growth of pathogenic microorganisms and / or viruses filtered by pores between the active layer 42 and the support layer 44. That is, according to the antimicrobial hollow fiber membrane prepared according to the manufacturing method of the present invention, it is possible to clean the hollow fiber membrane can provide the effect of improving the water purification performance of the hollow fiber membrane and can extend the life of the hollow fiber membrane.
  • the water passing through the hollow fiber membrane 60 exits the composite filter 1 through the outlet 14.
  • the purified water of the composite filter 1 according to the embodiment disclosed in FIG. 1 is arranged to flow naturally from the top to the bottom according to gravity. That is, the purified water of the composite filter 1 may flow in one direction.
  • each of the activated carbon fibers 20, the activated carbon layer 30, and the hollow fiber membrane 60 constituting the composite filter 1 are disposed at right angles to the direction of the purified water object and the purified water object is in each layer. It has a stacked structure that can be filtered alternately. That is, the activated carbon fiber 20 and the activated carbon layer 30 is disposed along the side of the composite filter.
  • the advantage of such an arrangement is that when the filter is selectively replaced, the filter of the uppermost layer is replaced with the fastest time, so that the filter can be selectively replaced and the entire filter does not need to be replaced, thereby reducing the cost.
  • the upper activated carbon filter unit 70a according to the embodiment of FIG. 1 includes first activated carbon
  • the lower activated carbon filter unit 70b includes a second activated carbon and an adsorbent of KDF, ATS, silver ions, and ion exchange resins. It is assumed that. Since this is only one embodiment, it is obvious that the upper activated carbon filter unit 70a and the lower activated carbon filter unit 70b may include the other activated carbon and the adsorbent described above.
  • the purified water may be introduced through the inlet 12 (S50).
  • the purified water reaches the upper activated carbon filter part 70a through the inlet 12 (S52).
  • the upper activated carbon filter unit 70a removes the organic compound contained in the purified water flowing primarily.
  • the first activated carbon filter may maintain the flow rate of water by minimizing the flow rate resistance.
  • the purified water passing through the upper activated carbon filter unit 70a passes through the upper activated carbon filter unit 70a and reaches the lower activated carbon filter unit 70b (S54).
  • the lower activated carbon filter unit 70b may secondarily remove the organic compound contained in the purified water.
  • the lower activated carbon filter unit 70b may additionally provide an antibacterial function and a function of removing harmful heavy metals.
  • the function of the purified water filter included in each of the upper activated carbon filter unit 70a and the lower activated carbon filter unit 70b, for example, the activated carbon fiber 20 and the activated carbon layer 30, is illustrated in FIG. It will be described later with reference to 13.
  • the purified water passing through the lower activated carbon filter unit 70b may reach the hollow fiber membrane 16 (S56).
  • the hollow fiber membrane 16 may remove bacterial substances such as bacteria and microorganisms contained in purified water.
  • the purified water that passed through the hollow fiber membrane 16 may come out through the outlet 14 (S58).
  • FIGS. 11 and 12 are views for explaining an ion exchange reaction according to an embodiment of the present invention.
  • the composite filter for water purification according to another embodiment of the present invention may provide a function of purifying water by using an ion exchange principle by providing an ion exchange unit.
  • the composite filter 1 of the embodiment disclosed in FIG. 10 further includes an ion exchange unit 50. Including the activated carbon filter unit 70 and the ion exchange unit 50 shown in FIG. 1, it may be referred to as a composite filter module.
  • the ion exchange unit 50 may be made of ion exchange fibers, ion exchange resins and activated carbon fibers having an ion exchange function.
  • the ion exchange unit 50 may include an ion exchange layer.
  • the ion exchange reaction is described in detail with reference to FIG. 11 as follows.
  • the backbone 52 has a functional group 54 of a cation or an anion bonded thereto.
  • Backbone 52 may provide a skeleton of functional group 54.
  • functional group 54 reacts with reactant 56, it may cause reactant 56 to bind to backbone 52.
  • the reactant 56 refers to a hazardous substance contained in water.
  • the reactant 56 may bind to the backbone 52, thereby removing the reactant 56. Therefore, it is possible to remove the harmful heavy metal in the purified water. For example, Pb2 + and CU2 + can be removed.
  • the ion exchange fibers capable of ion exchange reactions are as follows.
  • Ion-exchange fiber is formed by forming an ion-exchange resin having a functional group with ions having the same sign as heavy metal ions contained in purified water and forming a fibrous form.
  • the ion exchange fiber may have a shape in which a polymer matrix inside the fiber has a high tensile strength and high concentrations of functional groups are implanted in the polymer matrix.
  • the polymer matrix may have high ion exchange ability, excellent impurity adsorption capacity and strength, and may have strength, elasticity and elasticity. In addition, it is excellent in workability because it is a fiber.
  • the cation exchange fiber of which the functional group is a cation is acidic, and the anion exchange fiber of which the functional group is an anion may be medium basic.
  • Ion exchange fibers can be prepared by the following method.
  • the ion exchange fiber may be based on polyvinyl alcohol (PVA).
  • Styrene polymerization is performed on the base material. Styrene polymerization can modify a base material by irradiating radiation, an ultraviolet-ray, a plasma, etc.
  • the functional groups can produce functional groups that can exchange cations or anions through sulfuric acid or other chemical treatments.
  • the type of ion exchange fibers may be classified into cation exchange fibers, anion exchange fibers, and chelate resins according to the characteristics of the functional groups of the ion exchange groups.
  • Cation exchange fiber is a form in which a cationic functional group is bonded to a polymer backbone.
  • the cationic functional group may be a sulfonic acid group (SO 3 H) or a carboxy group (COOH).
  • H + ions in SO 3 H can be exchanged for cations contained in water. It can be exchanged with a strongly acidic cation which is inorganic in nature.
  • the cationic functional group is a carboxyl group (COOH)
  • H + ions in COOH can be exchanged for a cation contained in water. It can be exchanged with the weakly acidic cation corresponding to the organic acid in nature.
  • Anion exchange fiber is a form in which an anion functional group is bonded to a polymer backbone.
  • the anionic functional group may be an oxime group (NOH) or an amino group (NH 2).
  • the anion functional group is an oxime group (NOH)
  • NOH oxime group
  • the OH-ion contained in the NOH may be exchanged for the anion contained in the water. It can be exchanged with strong basic anions which are basic in nature.
  • NH 2 When the anionic functional group is an amino group (NH 2), NH 2 can react with water to form OH-ions. OH-ions can be exchanged for anions contained in water. It can be exchanged with a weak basic anion which is basic in nature.
  • Chelating resins are ion-exchange fibers with functional groups of ligands that can chelate.
  • Chelates are complex compounds in which two or more ligands coordinate with a central metal atom to form a ring.
  • a ligand means the molecule
  • the chelating resin can be in the form of the binding of CH2N (CH2COOH) 2 to the polymer backbone.
  • H + ions contained in COOH can be exchanged with heavy metal ions.
  • the heavy metal may be selectively removed depending on the type of functional group.
  • the ion exchange unit 50 may be formed in one layer as shown in FIG. 10, or may be formed in a plurality of layers, although not shown. When formed of a plurality of layers may be located between the activated carbon fiber 20, the activated carbon layer 30 or between the respective activated carbon filter (70a, 70b).
  • the ion exchange fibers can be prepared in the form of a sheet.
  • the ion exchange part 50 is formed of an ion exchange fiber sheet, it may not need a diaphragm part that separates the layer and the layer when stacked.
  • the activated carbon layer 30 since it is not mixed with the activated carbon layer 30, it is easy to separate granular activated carbon and ion exchange fibers during regeneration after filter collection.
  • the structure of the composite filter 1 can be simplified and the composite filter 1 can be miniaturized.
  • FIG. 13 is a view for explaining the operation method of the composite filter according to the present invention.
  • FIG. 13 is based on the structure according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 13 may also be applied to the embodiment described with reference to FIG. 1.
  • the purified water may be introduced into the composite filter 1 through the inlet 12 (S510).
  • the introduced purified water is passed through the activated carbon fiber 20 (S520).
  • the activated carbon fiber 20 may adsorb and remove organic matter contained in purified water.
  • the activated carbon fiber 20 may provide a function of the dispersion plate to spread the purified water.
  • the purified water past the activated carbon fiber 20 passes through the activated carbon layer 30 (S530).
  • the activated carbon layer 30 may improve the water taste of purified water, and may remove and remove organic matter.
  • the purified water past the activated carbon layer 30 passes through the ion exchange unit 50 (S540).
  • the ion exchange unit 50 may remove the harmful heavy metal contained in the purified water. Thereafter, as described above, the filter may be filtered while passing through the activated carbon fiber 20, the activated carbon layer 30, and the ion exchange unit 50. That is, the purified water may be purified by passing one or more activated carbon filter units 70, for example, the upper activated carbon filter unit 70a, the lower activated carbon filter unit 70b, and the ion exchange unit 50.
  • the purified water passing through the ion exchange unit 50 passes through the hollow fiber membrane 60 (S550).
  • the hollow fiber membrane 60 in particular, the purified water flowed into the antibacterial hollow fiber membrane 60 is harmful substances contained in the purified water through the pores formed on the surface of the hollow fiber membrane 60, for example, pathogenic microorganisms Can be removed.
  • the silver particles adhering to the hollow fiber membranes can suppress the growth of pathogenic microorganisms and / or viruses filtered by the pores of the hollow fiber membranes.
  • the purified water purified by the hollow fiber membrane 60 may be purified through the outlet 14 and flow out.
  • the size of the water purifier can be miniaturized, Can provide an improved lifetime.

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Abstract

본 발명은 복합필터 및 복합필터를 포함하는 정수기에 관한 것으로서, 향균 중공사막, 활성탄소섬유, 이온교환섬유, 최적의 조합을 가지는 하나 이상의 활성탄층을 포함하는 정수기 복합필터 및 정수기를 제공함으로써, 정수기의 크기를 소형화하는 동시에, 우수한 정수 성능 및 향상된 수명을 제공할 수 있는 복합필터 및 복합필터를 포함하는 정수기를 제공한다.

Description

복합필터 및 복합필터를 포함하는 정수기
본 발명은 정수기 복합필터 및 정수기 복합필터를 포함하는 정수기에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 활성탄, 활성탄소섬유, 이온교환섬유, 향균 중공사막 중 적어도 하나를 포함하는 복합필터 및 상기 복합필터를 포함하는 정수기에 관한 것이다.
근래 수돗물의 수질이 현저하게 저하되어 문제가 야기되고 있다. 예를 들어, 물 속에 페놀 등의 유기물이나 녹, 흙 알카리, 토금속등의 이물질이 함유되어 있어 건강상 악영향이나 맛의 저하가 지적되고 있다. 또한 집단생활의 증가로 공동 물탱크를 사용함에 있어, 관리부실이나 오염물의 유입으로 인해 세균이 증식하는 등 수질이 악화되는 경우가 빈번하여, 청결한 식수를 제공할 수 있는 정수기가 요구되고 있다.
일반적으로 정수기는 수도수 또는 자연수 등의 정수가 필요한 정수대상수를 필터링해서 온수나 냉수의 정수로 제공하는 기능을 제공한다. 정수기는 정수대상수에 혼합된 부유물을 포함하여 인체에 유해한 성분과 냄새를 제거하여 수인성 질환을 유발하는 세균을 살균하기 위한 다수의 필터를 구비하여야 한다.
정수기에는 정수대상수가 순차적으로 통과하면서 정수로 형성되는 침전필터와 활성탄의 미세기공에 의한 흡착작용에 의해 필터링 기능이 이루어지는 입상활성탄필터와 막표면에 분포하는 다수의 미세 기공을 통해 오염물질을 제거하는 중공사막 필터와 자외선살균필터 등이 선택적으로 설비되어 있다.
앞으로는, 더욱 더 소형화되고 사용수명이 향상된 정수기의 연구개발이 필요한 실정이다.
발명의 목적은 정수기의 크기를 소형화하면서 더 나은 정수 성능을 제공하는 복합필터 및 복합필터를 포함하는 정수기를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 정수 대상수의 유해 물질과 소독부산물을 동시에 제거하는 복합필터 및 복합필터를 포함하는 정수기를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 정수기 내부에 서식하는 병원성 미생물을 제거할 수 있는 복합필터 및 복합필터를 포함하는 정수기를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 양상에 따른 정수용 복합 필터는 하우징, 상기 하우징의 일측에 형성되며 정수대상수가 유입되는 유입구, 상기 하우징의 다른 일측에 형성되며 상기 정수대상수가 정수되어 유출되는 유출구, 및 상기 유입구와 상기 유출구의 사이에 형성되며, 활성탄소섬유층 및 이온교환층을 구비하는 복합필터모듈을 포함하되, 상기 활성탄소섬유층 및 상기 이온교환층은 상기 하우징의 측벽을 따라 번갈아 가며 적층되어 이루어질 수 있다.
본 발명의 제2 양상에 따른 정수용 복합 필터는 향균 중공사막을 포함하고 상기 향균 중공사막은, 고분자가 포함된 고분자용액을 비용매에 방사하여 중공사막을 제조하고, 상기 제조된 중공사막을 은이온용액에 침수시켜 은이온을 상기 중공사막에 첨착시키고, 상기 은이온이 첨착된 중공사막을 하이드라진 및 무수하이드라진 하이드레이트 중 적어도 하나가 포함된 반응용액에 침수시켜 상기 은이온을 환원시킴으로써 제조될 수 있다.
본 발명에 의하면, 복수의 활성탄필터부를 포함함으로써, 정수기의 크기는 소형화하면서 정수 성능은 향상시키는 복합필터 및 복합필터를 포함하는 정수기를 제공할 수 있다.
본 발명에 의하면, 활성탄소섬유와 이온교환섬유를 포함함으로써, 간단한 구조와 우수한 정수 성능을 제공하는 복합필터 및 복합필터를 포함하는 정수기를 제공할 수 있다.
본 발명에 의하면, 중공사막 표면에 은 입자를 도포함으로써, 병원성 미생물을 제거할 수 있는 복합필터 및 복합필터를 포함하는 정수기를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 정수용 복합필터를 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 활성탄소섬유를 도시한다.
도 3 및 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 입상활성탄 제조 순서도이다.
도 5 및 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 분말활성탄 제조 순서도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 중공사막의 제조방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 항균 중공사막의 단면을 도시한다.
도 9은 본 발명의 일 실시예에 따른 정수 순서도를 도시한다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 정수용 복합필터를 도시한다.
도 11 및 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 이온교환반응을 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 본 발명에 따른 복합필터의 동작 방법을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련된 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이다. 이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다. 또한, 본 발명과 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 정수용 복합필터를 도시한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 정수용 복합필터(1)는 하우징(10), 유입구(12), 유출구(14), 활성탄소섬유(20), 활성탄층(30), 중공사막(60)을 포함하여 이루어진다. 이는 필수적인 구성은 아니므로 이보다 더 적거나 더 많은 구성을 포함할 수 있다. 본 문서에서 말하는 정수용 복합필터(1)는 원수를 정수하기 위하여 사용되는 필터를 총칭하는 것으로 예를 들어, 정수기에 적용될 수 있다.
설명의 편의를 위하여, 상기 활성탄소섬유(20) 및 활성탄층(30)을 활성탄필터부(70)로 명명하기로 한다. 상기 정수용 복합필터(1)는 하나 이상의 활성탄필터부(70a, 70b)를 포함할 수 있다. 상기 하나 이상의 활성탄필터부(70a, 70b)는 상대적인 위치에 따라 상부 활성탄필터부(70a) 및 하부 활성탄필터부(70b)로 구분될 수 있다.
정수용 복합필터(1)는 일반적으로 물(水)을 정화하기 위하여 사용되는 거름장치를 말할 수 있다. 본 발명에 따른 복합필터는 작은 부피를 가지는 동시에 물 속에 포함된 유해성분을 효과적으로 제거하는 기능을 제공할 수 있다. 이하에서 필터는 복합필터(1)를 말하는 것이다. 본 발명에 따른 정수용 복합필터(1)를 상술하기로 한다.
하우징(10)은 정수용 복합필터(1)의 외부 구조체를 형성할 수 있다. 즉, 상기 활성탄필터부가 위치할 수 있는 자리를 마련할 수 있다.
하우징(1)의 단면은 상기 활성탄소섬유(20), 활성탄층(30), 및 중공사막(60)의 단면과 상응하는 형상을 가질 수 있다.
또한 하우징(10)에는 유입구(12)와 유출구(14)가 형성될 수 있다. 유입구(12)는 정수대상수가 유입되는 곳이다. 여기서 정수대상수는 정화되지 않은 일반적인 수돗물 등을 말할 수 있다. 원수는 정수대상수에 포함되는 용어이다.
유출구(14)는 정수가 유출되는 곳이다. 즉, 유입구(12)를 통하여 유입된 정수대상수가 정수된 후에 유출될 수 있도록 할 수 있다.
상기 활성탄필터부(70)는 활성탄을 이용하여 원수를 정수하는 기능을 제공할 수 있다. 예를 들어 활성탄필터부(70)는 원수에 포함된 다양한 성분 중 잔류 염소를 제거할 수 있다. 또한 활성탄필터부(70)는 냄새를 유발하는 물질을 흡착제거할 수 있는 기능을 가질 수 있다.
상기 설명한 바와 같이 상기 활성탄필터부(70)는 상기 활성탄소섬유(20) 및 상기 활성탄층(30) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 활성탄필터부(70)에 포함된 활성탄은 표면에 카르복시기를 가질 수 있다. 카르복시기는 중금속 및 금속 흡착 기능을 제공할 수 있다. 카르복시기는 식물 섬유질인 셀롤로오즈의 알코올이기가 연소 시 산소와 반응하여 생성될 수 있다. 또한, 상기 활성탄필터부(70)는 하나 이상의 흡착제를 포함하여, 정수성능을 향상시킬 수 있다.
이하에서는 상기 활성탄필터부(70)에 대하여 상술하기로 한다. 설명의 편의를 위하여, 상기 활성탄필터부(70)의 상기 활성탄소섬유(20)에 대하여 먼저 설명하고, 상기 활성탄층(30)을 후술하기로 한다.
상기 활성탄필터부(70)를 구성하는 활성탄소섬유(20)는 섬유상활성탄이라고도 호칭되는 것으로 기존 입상활성탄이 가지는 흡착용량과 흡착속도를 월등히 향상시킨 흡착제를 말한다. 활성탄소섬유(20)는 흡착에 관여하는 무수히 많은 미세공(micropore)으로 형성된다. 따라서, 흡착용량이 크며, 미세공이 표면에 발달되어 있기 때문에 흡착속도가 매우 빠르다. 특히, 유리잔류염소, 트리할로메탄류, 클로로포름 등 휘발성 유기화합물(VOC), 납 등과 효과적으로 흡착할 수 있다. 기타, 아민 냄새 제거, 메틸메르캅탄 제거 능력을 가지고 있다.
또한, 섬유형태이기 때문에 여러가지 형태로 가공이 용이할 수 있다. 예를 들어, 활성탄소섬유를 가공하기 위하여 니들-펀치(needle-punch) 공법을 이용할 수 있다. 니들-펀치 공법은 부직포 원사를 웹으로 생산한 후, 바늘로 펀칭하여 접착하는 방식을 말할 수 있다.
즉, 니들-펀치 공법을 이용하여 펠트(felt) 상태의 활성탄소섬유를 절단이나 타공하여 사용자가 원하는 형태로 만들 수 있다. 여기서 펠트는 모직이나 털을 압축하여 만든 부드럽고 두꺼운 천을 말할 수 있다.
요약하면, 활성탄소섬유(20)는 가공이 용이하고, 물 속에 포함된 유해성분을 제거하는 흡착능력이 뛰어난 소재이다.
상기 활성탄소섬유(20)는 상기 하우징(10)에 상응하는 모양을 가질 수 있다. 즉, 하우징(10)이 원형인 경우에, 활성탄소섬유(20)도 원형을 가질 수 있다.
유입구(12)로부터 유입된 정수대상수는 먼저, 활성탄소섬유(20)에 의하여 정수될 수 있다. 즉, 활성탄소섬유(20)는, 상기 설명한 바와 같이, 정수대상수에 포함된 유리잔류염소, 트리할로메탄류, 클로로포름, 납등을 흡착하여 제거할 수 있다.
활성탄소섬유(20)는 흡착속도가 빨라서 정수량이 높으므로, 필터의 소형화가 가능할 수 있다. 즉, 기존의 활성탄의 양을 줄일 수 있다. 그러므로, 정수기의 필터 장착공간이 작아지므로 정수기의 소형화 및 경량화가 가능할 수 있다.
또한 활성탄소섬유(20)는 분산판 기능을 제공할 수 있다. 유입구(12)의 지름보다 하우징(10)의 지름이 크기 때문에 유입된 정수대상수는 넓게 퍼질 필요가 있다. 활성탄소섬유(20)는 섬유 재질로 되어 있으므로, 유입된 정수대상수를 넓게 펴는 분산판 기능을 제공할 수 있게 되는 것이다.
또한 활성탄소섬유(20)는 친수성이 뛰어나고 유해물질과의 흡착속도가 빠르기 때문에, 유입된 정수대상수가 유입구(12)에 적체되지 않을 수 있다. 즉, 물막힘 현상이 줄어드는 효과를 제공할 수 있으므로 압력 손실을 줄일 수 있다.
즉, 유입구(12)로 유입된 정수대상수가 제일 먼저 활성탄소섬유(20)를 지나가도록 유입구(12)와 활성탄소섬유(20)를 배치함으로써, 정수대상수가 고르게 분산되므로 별도의 분산판이 필요없고, 물막힘 현상이 감소되는 이점이 발생할 수 있다.
활성탄소섬유(20)는 펠트 또는 블록성형체로 이루어질 수 있다.
도 2를 참조하여 보면, 펠트 형태의 활성탄소섬유(22)는 다단 적층하여 사용될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 활성탄소섬유를 도시한다.
예를 들어, 펠트 형태의 활성탄소섬유(22)는 소정의 두께를 가질 수 있다. 이러한 펠트 형태의 활성탄소섬유(22)를 약 7~8단 적층하여 사용할 수 있다. 상술한 바와 같이 펠트 형태의 활성탄소섬유(22)는 니들-펀치 공법으로 용이하게 가공할 수 있다.
또는 블록성형체 형태의 활성탄소섬유(24)를 사용할 수 있다.
이상에서는 상기 활성탄소섬유(20)에 대하여 구체적으로 설명하였다. 이하에서는 상기 활성탄층(30)에 대하여 구체적으로 설명하기로 한다. 상기 활성탄층(30)은 물을 정수하고, 물의 맛을 개선하는 기능을 제공할 수 있다. 보다 구체적인 기능에 대해서는 후술하기로 한다.
상기 활성탄층(30)은 상기 활성탄층(30)을 구성하는 활성탄의 원료 물질에 따라서, 야자계, 목질계, 석탄계로 나뉠 수 있다.
야자계는 야자각을 원료로 할 수 있다. 야자계는 내부표면적이 크고, 세공직경은 작은 특성을 가질 수 있다. 또한 저 회분으로 순도가 높아서 음료 및/또는 식품의 정수에 적합할 수 있다. 야자계는 분말 및/또는 입상으로 제조할 수 있다. 즉 상기 활성탄층(30)은 야자계 원료를 이용하여 분말 및/또는 입상으로 제조될 수 있다.
목질계는 나무, 톱밥을 원료로 할 수 있다. 목질계는 야자계와 유사한 특성을 가질 수 있다. 즉, 목질계도 내부표면적이 크고, 세공직경은 작으며, 저 회분으로 순도가 높아서 음료 및/또는 식품의 정수에 적합할 수 있다. 목질계는 분말 및/또는 입상으로 제조할 수 있다.
석탄계는 석탄을 원료로 할 수 있다. 석탄계는 내부 표면적이 작고 세공직경은 상대적으로 큰 특성을 가질 수 있다. 또한, 다른 원료물질에 비하여 경제적이며 기계적 강도가 높고 내마모성이 우수한 특성을 가질 수 있다. 석탄계는 입상 활성탄으로 제조할 수 있다.
또한, 상기 활성탄층(30)은 성상에 따라서, 입상활성탄과 분말활성탄으로 나뉠 수 있다.
입상활성탄은, 세공용적 0.5 내지 1.0cm3/g, 비표면적 700 내지 1500m2/g, 평균세공직경 12 내지 30Å의 속성을 가질 수 있다.
분말활성탄은, 세공용적 0.4 내지 0.5cm3/g, 비표면적 700 내지 1500m2/g, 평균세공직경 15 내지 30Å을 가질 수 있다.
입상활성탄은, 도 3 및 도 4에 따른 방법으로 제조할 수 있으며, 분말활성탄은, 도 5 및 도 6에 따른 방법으로 제조할 수 있다.
도 3은 야자각을 원료로 하여 입상활성탄을 제조하는 방법을 도시한다.
도 3을 참조하면, 원료인 야자각을 준비한다.
섭씨 500 내지 800도에서 건류 탄화를 거치고 파쇄 정립을 한다.
이후 활성화 단계와 분체를 거친 후 포장을 함으로써 야자각 입상활성탄을 제조할 수 있다.
도 4는 석탄을 원료로 하여 입상활성탄을 제조하는 방법을 도시한다.
도 4를 참조하면, 원료인 석탄을 준비한다.
미 분쇄 후 점결제와 같이 혼합한다. 이후 압축 성형, 파쇄 정립, 탄화 단계를 거친다. 이후 활성화 단계와 분체를 거친 후 포장을 함으로써 석탄 입상활성탄을 제조할 수 있다.
입상활성탄은 다음과 같은 장점을 가질 수 있다.
입상활성탄은 비산이 없어서 취급이 용이하며 원수의 농도가 급변하여도 유출수 영향이 없으며, 연속적 향류 조업이 가능하여, 운전비용이 저렴하다. 또한 재생 가능하므로 경제적이고 연소 또는 회수하여 무해화할 수 있으므로 환경 친화적이고, 입자 응결성이 없으므로 조업 중단의 우려가 낮다. 입상활성탄은 정수대상수에 포함된 폐놀, 수은, 세제, 기타 용제를 제거할 수 있다. 또한 염소제거로 정수대상수의 맛과 냄새 탁도를 향상시킬 수 있으며, 정수대상수에 포함된 기생충을 감소시킬 수 있다.
도 5는 분말활성탄을 제조하는 방법을 도시한다.
도 5를 참조하면, 원료인 야자각 또는 톱밥을 원료로 사용한다.
원료를 준비한 후 탄화, 파쇄 정립, 활성화, 미 분쇄 단계를 거쳐 분말활성탄을 제조할 수 있다.
또한 도 6은 다른 분말활성탄을 제조하는 방법을 도시한다.
도 6을 참조하면, 원료인 야자각 또는 톱밥을 혼합 함침, 활성화, 염화아연 회수, 소성 탄 세정, 수세, 건조, 분쇄, 포장을 단계를 거쳐 분말활성탄을 제조할 수 있다.
분말활성탄은 다음과 같은 장점을 가질 수 있다.
분말활성탄은 흡착속도가 빠르므로 회분식으로 고순도 처리가 가능하고, 간이식 저수조 이용이 가능하여 건설비가 낮고, 사용시 마다 신탄을 사용하므로 미생물 발생, 흡착능력 저하의 우려가 낮다.
이상에서는 상기 활성탄층(30)에 사용되는 활성탄의 성상과 그에 따른 제조방법에 대하여 설명하였다. 이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 활성탄층(30)에 사용되는 활성탄의 특징에 대하여 상술한다.
상기 활성탄층(30)은 정수 목적에 부합하도록 다양한 성능의 활성탄을 포함할수 있다. 즉, 상기 활성탄층(30)은, 입도 38 내지 200, 요오드 흡착가 900 내지 2000mg/g, 세공부피 0.3 내지 0.8 cm3/g, 평균세공크기 14 내지 20 Å, 메조세공크기 30 내지 37 Å를 가질 수 있다. 상기 활성탄층(30)은 상기 속성을 가지는 다양한 활성탄을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 활성탄층(30)은 이하에서 설명할 제1 내지 제4 활성탄 중 적어도 하나로 구성될 수 있다.
예를 들어, 제1활성탄은, 요오드 흡착가(iodine no) 1400mg/g이상, 입도 90(48/100) 메쉬(mesh), 비표면적(BET) 1500 내지 1700m2/g, 세공부피(Pore volulme) 0.5 내지 0.8cm3/g, 평균세공크기(Pore size micro) 15 내지 16Å, 메조세공크기(Pore size meso) 30 내지 35 Å 일 수 있다.
제2활성탄은, 요오드 흡착가 950mg/g이상, 입도 90(60/150) 메쉬, 비표면적 1000 내지 1200 m2/g, 세공부피 0.3 내지 0.5 cm3/g, 평균세공크기 15 내지 18 Å, 메조세공크기 30 내지 35 Å 일 수 있다.
제3활성탄은, 요오드 흡착가 950mg/g이상, 입도 90(60/150), 비표면적 1000 내지 1200 m2/g, 세공부피 0.3 내지 0.5 cm3/g, 평균세공크기 15 내지 18 Å, 메조세공크기 30 내지 35 Å 일 수 있다.
제4활성탄은, 요오드 흡착가 1400mg/g이상, 입도 95(20/50), 비표면적 1500 내지 1700 m2/g, 세공부피 0.5 내지 0.8 cm3/g, 평균세공크기 15 내지 16 Å, 메조세공크기 30 내지 35 Å 일 수 있다.
상기 제1 내지 제4활성탄은 입상활성탄 또는 분말활성탄으로 이루어질 수 있다.
상기 요오드 흡착가는 활성탄 비표면적의 대표 지표를 말할 수 있다.
상기 비표면적은 질소 흡 탈착 등온곡선에 의한 세공 사이즈 부피 등을 분석한 수치를 말할 수 있다.
한편, 세공부피 또는 세공크기가 큰 경우에, 분자 크기가 상대적으로 큰 물질까지 흡착할 수 있는 장점을 제공할 수 있다.
이하에서는, 활성탄층(30)에 포함될 수 있는 흡착제(media)에 대하여 설명하기로 한다.
흡착제는, 활성탄의 성능을 보완하는 기능을 제공할 수 있다. 즉, 흡착제가 활성탄층의 성능을 보완함으로써, 물 속에 함유된 유해 성분 제거 항목을 증가시킬 수 있고, 이취미, 소독부산물, 중금속 제거 성능을 향상시킬 수 있다.
흡착제는, 예를 들어, 구리아연합금체(Kinetic Degradation Fluxion, 이하 KDF), ATS, 이온교환수지, 은 이온 일 수 있다. 복수의 흡착제를 사용하는 것은 자명하므로 설명을 생략하기로 한다.
KDF는 특히, 향균 및 중금속을 제거할 수 있는 효과를 제공할 수 있다. KDF는 구리와 아연의 합성물질로서 KDF는 염소 및 중금속과의 전자교환으로서 물속에 함유되어 있는 각종 유해물질을 무해물질로 변화시키고 이 때 발생하는 자기장으로 미생물체를 제거하고 물 분자로부터 생성된 HydroxylRadicals와 Peroxides들이 바이러스까지 살균하는 살균 처리제이다.
ATS는 제올라이트계열으로서, 특히, 중금속, 예를 들어 납을 제거할 수 있는 효과를 제공할 수 있다. 수도배관의 노후화로 인한 용해성 납과, 물속에 잔류하는 납을 제거할 수 있다.
이온교환수지는 특히, 중금속을 제거할 수 있는 효과를 제공할 수 있다.
흡착제는, 상기 설명한 제1 내지 제4활성탄과 선택적으로 결합될 수 있다. 즉, 도 3 및 도 4에 따른, 활성탄의 제조방법의 마지막 단계에 흡착제를 첨가할 수 있다. 예를 들어 분쇄 후 포장 단계 전에 흡착제를 첨가하여, 흡착제가 첨가된 활성탄필터를 제조할 수 있다. 따라서, 별도의 흡착제 층을 두지 않아도 되므로, 정수기의 소형화와 동시에 정수 성능을 향상시키는 효과를 제공할 수 있다.
다시 도 1을 참고하면, 상기 활성탄필터부(70)는 하나 이상의 활성탄필터부(70a, 70b)로 구성될 수 있다. 다시 말해, 상기 활성탄필터부(70)는 하나 이상의 활성탄층(30)을 포함할 수 있다. 상기 하나 이상의 활성탄층(30) 각각은 정수 성능 향상을 위하여 앞서 설명한 다양한 활성탄 예를 들어, 제1 내지 제4 활성탄을 선택적으로 포함할 수 있다. 이하에서는 상기 각각의 활성탄층(30)에 포함되는 활성탄의 다양한 조합에 대하여 설명하기로 한다.
이하에서는 설명의 편의를 위하여 상기 상부 활성탄필터부(70a)에 포함된 활성탄층(30)을 상부 활성탄층(30)이라 명하고, 상기 하부 활성탄필터부(70b)에 포함된 활성탄층(30)을 하부 활성탄층(30)이라 명하기로 한다.
상기 상부 활성탄층(30)과 상기 하부 활성탄층(30)는 각각 다른 활성탄을 포함할 수 있다.
상기 상부 활성탄층(30)은 원수의 공간유속을 충분히 확보할 수 있는 활성탄필터를 포함할 수 있다. 또한 상기 하부 활성탄층(30)은 정수 수질 향상, 멤브레인 보호, 유기 화합물 흡착 제거 기능을 제거할 수 있는 활성탄필터 및 흡착제를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 상부 활성탄층(30)는 상기 설명한 제1활성탄을 포함하고, 상기 하부 활성탄층(30)는 제2활성탄을 포함할 수 있다.
또한, 다른 예를 들어, 상기 상부 활성탄층(30)는 상기 설명한 제4활성탄을 포함하고, 상기 하부 활성탄층(30)은 제2활성탄필터를 포함할 수 있다.
한편, 상부 활성탄층(30)과 하부 활성탄층(30)는 동일한 종류의 활성탄을 포함할 수 있다. 예를 들어 상부 활성탄층(30)와 하부 활성탄층(30)는 상기 설명한 제2활성탄을 포함할 수 있다.
상기와 같이 상부 활성탄층 및 하부 활성탄층의 활성탄을 조합함으로써, 상기 정수기 복합필터(1)는 정수 속도가 빠르면서도, 뛰어난 정수 성능을 제공할 수 있다.
한편, 상기 활성탄층(30)이 도 1에 도시된 바와 같이 복수의 활성탄층을 구비함으로써 필터 수명을 향상시킬 수 있다. 필터 수명은 RO 필터를 제외한 기타 여과 방식의 필터에서 클로로포름 조제수 250ppb를 통수 후 유입 대비 정수의 클로로포름 농도를 50ppb (80%)까지 제거할 수 있는 통수량을 말할 수 있으며, 유효정수량과 동일한 의미를 가질 수 있다.
실험에 따르면, 복수의 활성탄층을 구비한 경우 단일 활성탄층을 구비한 경우보다 통수량이 50% 이상 증가할 수 있었다.
또한 상부 활성탄층(30) 및 하부 활성탄층(30)은 각각 선택적으로 흡착제를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상부 활성탄층(30)은 활성탄만을 포함하고, 하부 활성탄층(30)은 활성탄 및 흡착제를 포함할 수 있다. 이 경우, 하부 활성탄층(30)은 상부 활성탄층(30)에서 제거하지 못한 유기화합물 흡착제거, 향균 기능 강화 등의 기능을 저렴한 비용으로 제공할 수 있는 효과를 제공할 수 있다. 즉 활성탄층(30)을 복수의 층으로 나누고 각각의 층에 맞춤한 활성탄 및 흡착제를 구비함으로써, 정수성능을 향상시키는 효과를 제공할 수 있다.
한편, 상기 정수용 복합필터(1)는 상기 상부 활성탄필터부(30a)와 상기 하부 활성탄필터부(30b) 사이에 분산판(40)을 포함할 수 있다.
상기 분산판(40)은 정수과정 중에 특정 지역으로 몰리는 물을 넓게 펴는 기능을 제공할 수 있다.
상기 상부 활성탄필터부(70a)에서 정수된 원수는 상기 분산판(40)을 거쳐 물은 상기 하부 활성탄필터부(70b)의 활성탄소섬유(20)로 향할 수 있다. 활성탄소섬유(20)도 물을 분산하는 기능을 제공할 수 있기 때문에 분산판(40)은 임의적인 구성일 수 있다.
상기 분산판(40)을 거친 원수는 상기 하부 활성탄필터부(70b)로 진입할 수 있다.
상기 하부 활성탄필터부(70b)의 활성탄소섬유(20)는 상기 설명한 상기 상부 활성탄필터부(70a)의 활성탄소섬유(20)와 동일한 기능을 제공할 수 있다. 또한, 상기 활성탄소섬유(20)는 상술한 바와 같이 펠트 형태의 활성탄소섬유(22) 또는 블록성형체 형태의 활성탄소섬유(24)로 이루어질 수 있으며, 상술한 바와 동일한 기능을 제공할 수 있다.
복수 개의 활성탄필터부(70a, 70b) 예를 들어, 복수 개의 활성탄소섬유(20) 층을 만듬으로써, 복합필터(1) 내부를 구획할 수 있다. 즉, 복합필터(1) 내의 각각의 복합필터를 구성하는 층들이 혼합되는 것을 방지할 수 있다. 따라서 특징 필터 구역만 선택적으로 교체할 수 있는 기능을 제공할 수 있다.
활성탄소섬유(20) 층을 통과한 물은 다시 활성탄층(30)과 활성탄소섬유(20)를 통과하여 반복적으로 정수과정을 거칠 수 있다.
활성탄소섬유(20) 층과 활성탄층(30) 층을 몇 개의 층으로 구성할 지에 대한 내용은 당업자가 용이하게 변형 실시할 수 있는 정도이다.
상기 하부 활성탄필터부(70b)를 거친 물은 중공사막(60)을 향할 수 있다.
이하에서는, 상기 중공사막(60)에 대하여 상술하기로 한다.
상기 중공사막(60)은 실처럼 가늘고 속이 비어있는 중공사가 채워져 있는 것으로, 불순물 등을 흡착할 수 있다. 예를 들어 병원성 미생물을 제거할 수 있다.
중공사막(60)은 일반적으로 가운데 중공을 가지는 실 형태의 막으로 벽을 통해 물질을 선택적으로 걸러주는 특징이 있다. 중공사막은 다른 형태의 막에 비해 동일한 부피 내에 막의 표면적이 큰 장점 때문에 그 응용 범위가 넓어 정수, 오폐수 처리, 혈액투석, 각종 산업용 등으로 많이 사용되고 있다.
보다 구체적으로는, 중공사막(60)은 미세한 구멍을 가진 섬유, 예를 들어 0.01~0.1 마이크로의 지름을 가진 중공사 수천 개를 묶어 필터로 사용할 수 있다. 중공사막(60)은 불순물 등을 거를 수 있다. 예를 들어 정수대상수에 포함된 중금속, 녹, 곰팡이를 제거할 수 있다. 또한 중공사막(60)은 원생동물, 예를 들어 크립토스포리디움이나 지아디아 등을 제거할 수 있다. 즉, 중공사막에 형성된 기공보다 큰 입자는 중공사막을 통과할 수 없으므로 정수대상수에 포함된 유해입자를 효과적으로 제거할 수 있다.
이때, 중공사막(60)의 정수 성능은 중공사막의 표면이나 내측에 서식하는 병원성 미생물에 의하여 감소할 수 있다. 본 발명에 따르면, 항균 기능을 가진 중공사막(60)을 필터로 사용하여 병원성 미생물을 제거할 수 있다. 이하 항균 기능을 가진 중공사막을 제조하는 방법을 개시한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 중공사막의 제조방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
<고분자 용액 제조>
고분자 용액을 제조한다(S210). 고분자 용액은 중공사막을 형성하는 고분자를 포함하고 있다. 고분자 용액은 방사 용액과 같은 의미일 수 있다.
고분자 용액을 제조하기 위하여 사용되는 고분자는, 폴리설폰, 폴리에테르설폰, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리아크릴로나이트릴, 셀룰로오스 아세테이트, 셀룰로오스트리아세테이트, 폴리우레탄, 폴리에테르이미드 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
고분자를 용매(이하 고분자용매로 칭함)에 녹여 고분자 용액을 제조할 수 있다.
고분자용매는 N-메틸피롤리돈, 디메틸아세트아미드, 디메틸포름아미드 중 적어도 하나일 수 있다. 고분자는 고분자용매에 대하여 10 내지 30 중량%가 되도록 제조할 수 있다.
<비용매 제조>
비용매를 제조한다(S220). 비용매는 고분자 용매의 고분자를 고화시킴으로써, 중공사막을 형성할 수 있다.
비용매는 예를 들어, 물, N-메틸피롤리돈, 디메틸아세트아미드, 디메틸포름아미드 중 적어도 하나일 수 있다. N-메틸피롤리돈, 디메틸아세트아미드, 디메틸포름아미드 각각은 물에 대하여 5 내지 20의 중량비를 가질 수 있다.
<고분자 용액을 비용매에 방사>
고분자 용액을 비용매에 방사하여 중공사막을 제조할 수 있다(S230).
중공사막은 기공과 보어(bore)를 포함할 수 있다. 기공은 중공사막의 외피인 활성층(active layer)과 내피인 지지층 사이에 분포할 수 있다. 보어는 지지층 안쪽에 형성된 정수 통로를 말할 수 있다.
중공사막의 기공성형제는 물에 대하여 0 내지 20 중량비를 가지는 폴리비닐피롤리돈을 사용할 수 있다.
보어(bore)쪽 비용매로는 물, N-메틸피롤리돈, 디메틸아세트아미드, 디메틸포름아미드, 염화나트륨 수용액, 염화칼슘 수용액, 탄산칼슘 수용액 중 적어도 하나일 수 있다. N-메틸피롤리돈, 디메틸아세트아미드, 디메틸포름아미드 각각은 물에 대하여 5 내지 20의 중량비를 가질 수 있다. 또한 염화나트륨 수용액은 물에 대하여 10 이하의 중량비를 가질 수 있고, 염화칼슘 수용액은 12 이하의 중량비를 가질 수 있고, 탄산칼슘 수용액은 20 이하의 중량비를 가질 수 있다.
고분자 용액의 온도는 20 내지 30℃, 60 내지 80℃ 또는 100 내지 150℃ 중 적어도 하나일 수 있다. 고분자 용액의 온도가 20 내지 30℃일 때는 비용매 상전이법으로 고분자를 고화시킬 수 있고, 고분자 용액의 온도가 60 내지 80℃ 또는 100 내지 150℃일 때는 비용매 상전이법 뿐 만 아니라, 열유도 상전이법으로 고분자를 고화할 수 있다.
비용매 온도는 5 내지 30℃ 또는 60 내지 100℃ 중 적어도 하나일 수 있다. 비용매의 온도가 낮을수록 방사된 고분자용매가 천천히 빠져나오고, 비용매의 온도가 높을수록 방사된 고분자용매가 빠르게 빠져나올 수 있으므로, 중공사막의 기공 크기나 기계강도에 영향을 줄 수 있다. 예를 들어, 비용매의 온도가 낮으면 다공질의 기공이 형성될 수 있다. 이때, 기공이 많으므로 이하 상술할 은 이온이 고르게 첨착될 수 있는 효과를 제공할 수 있다.
상기 단계들을 정리하면, 일정온도의 고분자 용액이 일정온도의 비용매로 방사되면, 고분자 용매가 고분자 용액으로부터 빠져 나오면서 고분자가 고화될 수 있다. 이때, 기공성형제와 보어 쪽 용매의 영향으로 중공사막에 기공과 보어가 각각 형성될 수 있다.
고분자 용액 및 비용매의 조성, 농도, 온도를 변화시켜 형성되는 중공사막의 모양, 투과률, 기공크기, 기계강도를 조절할 수 있다. 예를 들어, 고분자는 폴리비닐리덴플루오라이드, 고분자용매는 디메틸아세트아미드를 선택하고, 고분자 용액의 온도는 100-120℃로 한다. 비용매는 물을 선택하고, 비용매의 온도는 70-80℃로 한다. 보어 쪽 비용매로는 중량비 10의 디메틸아세트아미드를 선택하고, 보어 쪽 비용매의 온도는 18 내지 20℃로 한다. 이렇게 제조한 중공사막의 기공은 다공질을 띌 수 있다. 즉, 활성층과 지지층 사이에 무수히 많은 작은 기공을 형성할 수 있다. 이 경우 은이 다공질 사이 사이에 고르게 분포할 수 있고, 첨착되는 은의 양을 증진할 수 있다.
<중공사막에 은 첨착>
제조된 중공사막에 연속공정을 통하여 은을 첨착할 수 있다(S240).
은의 첨착량을 증진하기 위하여 중공사막의 표면을 개질할 수 있다. 예를 들어, 중량비 5 내지 20의 염산 수용액 또는 황산 수용액으로 처리할 수 있다. 즉, 중공사막의 표면을 개질 시킴으로써, 은 이온이 고르고 빠르게 중공사막에 첨착될 수 있다.
표면이 개질된 중공사막을 은이온용액조에 침수시켜 반응시킬 수 있다.
은이온용액은, 질산은(AgNO3), 암모니아수, 에틸렌디아민 사초산(ethylenediaminetetraacetic acid, 이하 EDTA), 완충 용액(buffer solution) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
질산은은 용해된 상태에서 은 이온을 생성할 수 있다. EDTA는 용액의 응고를 방지할 수 있다. 완충 용액은 산이나 염기를 가해도 공통 이온 효과에 의해 수소 이온 농도(pH)를 일정하게 유지할 수 있는 용액을 말한다.
또한 은이온용액은 은 이온이 고르게 첨착되도록 하기 위하여 안정제를 포함할 수 있다. 안정제는, 예를 들어 0.08 내지 5의 중량비를 가지는 폴리비닐알콜, 알지네이트 및 키토산 중 적어도 하나일 수 있다.
중공사막을 은이온용액조에 침수시킴으로써, 은 이온 전구체가 중공사막 표면 및 기공에 첨착될 수 있다.
은 이온 전구체가 첨착된 중공사막을 환원을 위한 반응조에 침수시킬 수 있다.
반응조는 은 이온 전구체의 환원제를 포함할 수 있다. 환원제는 은 이온 전구체를 산화시킴으로써 중공사막에 은을 형성할 수 있다.
예를 들어, 환원제는 0.05M 내지 2M의 하이드라진 수용액 또는 무수하이드라진 하이드레이트 수용액일 수 있다.
하이드라진 수용액 또는 무수하이드라진 하이드레이트 수용액이 0.05M 내지 2M 포함됨으로써, 형성되는 은 입자의 크기가 중공사막의 활성층과 지지층 사이에 형성될 수 있는 정도의 크기가 될 수 있다. 따라서, 형성되는 은 입자가 중공사막의 표면 및 기공에 고르게 분포할 수 있다. 한편, 0.05M이하인 경우에는 생성되는 은의 양이 너무 작고, 2M이상인 경우에는 투입되는 환원제의 양에 비하여 형성되는 은 입자의 크기에 영향을 거의 미치지 않을 수 있다.
또한 하이드라진 또는 무수하이드라진 하이드레이트는 은 이온 전구체를 산화시키는 반응속도가 빠르므로 생산성을 향상시킬 수 있다.
한편, 중공사막에 은 이온이 잘 흡착되도록 하기 위해서 초음파 장치를 적용할 수 있다. 즉, 초음파 진동을 이용하여 은 이온이 중공사막의 기공 및 보어로 잘 스며들 수 있도록 할 수 있다.
또한, 상기 S210 내지 S240의 단계는 일련의 연속 공정으로 이루어짐으로써, 항균 중공사막의 생산성을 향상시킬 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 항균 중공사막의 단면을 도시한다.
중공사막은 활성층(42), 지지층(44), 보어 및 은(46)을 포함하여 이루어질 수 있다.
활성층(42)은 중공사의 외피층을 말하는 것으로 기공이 조밀하게 형성될 수 있다. 지지층(44)은 중공사의 내피층을 말하는 것으로 큰 기공이 형성될 수 있다. 상기 상술한 바와 같이 기공의 크기는 고분자 용액, 비용매의 농도, 온도 등 반응조건에 따라서 달라질 수 있다.
보어는 지지층 안쪽으로 형성된 물 길을 말할 수 있다. 예를 들어, 정수대상수는 활성층(42)과 지지층(44)을 거쳐 보어로 유입될 수 있다. 정수대상수에 포함된 유해물질은 기공이 형성된 활성층(42)과 지지층(44)을 지나감으로써 제거될 수 있다. 즉, 기공보다 입자가 큰 유해물질은 중공사막에서 걸러질 수 있다. 걸러진 정수대상수는 보어를 통하여 유출구(14)로 빠져나갈 수 있다.
또한, 은(46)은 활성층(42)의 표면, 활성층(42)과 지지층(44) 사이의 기공에 형성될 수 있다. 즉, 상기 제조방법에 의하여 생성된 항균 중공사막은 은을 포함할 수 있다. 은 입자는 병원성 미생물 및/또는 바이러스의 증식을 방지할 수 있다. 예를 들어, 은(46) 입자는 활성층(42)과 지지층(44) 사이의 기공에 의하여 걸러진 병원성 미생물 및/또는 바이러스의 증식을 방지할 수 있다. 즉, 본 발명의 제조방법에 따라 제조된 항균 중공사막에 따르면, 중공사막을 청결하게 할 수 있으므로 중공사막의 정수 성능이 개선되는 효과를 제공할 수 있고 중공사막의 수명을 연장할 수 있다.
상기 중공사막(60)을 통과한 물은 유출구(14)를 통하여 복합필터(1)를 나오게 된다.
한편, 상기 설명한 복합필터(1)를 정수기에 설치할 수 있음은 자명할 수 있다.
또한, 도 1에 개시된 실시예에 따른 복합필터(1)의 정수대상수는 위에서 아래로 중력에 따라 자연스럽게 흐르도록 배치되어 있다. 즉, 복합필터(1)의 정수대상수는 하나의 방향으로 흐를 수 있다. 이때, 복합필터(1)를 구성하는 각각의 활성탄소섬유(20), 활성탄층(30), 중공사막(60) 층은 상기 정수대상수의 방향에 직각으로 배치되고 정수대상수가 각각의 층에서 번갈아가며 필터링될 수 있도록 적층된 구조를 가지고 있다. 즉, 활성탄소섬유(20), 활성탄층(30)은 복합필터의 측면을 따라서 배치된다. 이와 같은 배치의 장점은, 선택적으로 필터를 교체할 때, 가장 윗층의 필터의 교환시기가 가장 빠르기 때문에, 필터의 교체를 선택적으로 할 수 있으며 전체 필터를 교체하지도 않아도 되므로 비용이 절감된다는 점이다.
이하, 도 9를 참조하여 본 발명에 따른 실시예의 정수 순서에 대하여 설명하기로 한다. 도 9에 따른 실시예를 설명함에 있어, 도 1에 도시한 복합필터의 구성을 기초로 하여 설명하기로 한다. 도 1의 실시예에 따른 상기 상부 활성탄필터부(70a)는 제1활성탄을 포함하고, 상기 하부 활성탄필터부(70b)는 제2활성탄 및 KDF, ATS, 은 이온, 이온교환수지의 흡착제를 포함하는 것으로 전제한다. 이는 일 실시예일 뿐이므로, 상기 상부 활성탄필터부(70a) 및 상기 하부 활성탄필터부(70b)는 앞서 설명한 다른 활성탄 및 흡착제를 포함할 수 있음은 당연하다.
정수 대상수가 유입구(12)를 통하여 유입될 수 있다(S50).
정수 대상수는, 유입구(12)를 지나 상부활성탄필터부(70a)에 이르게 된다(S52).
상부활성탄필터부(70a)는 1차적으로 유입되는 정수 대상수 속에 포함된 유기 화합물을 제거한다. 특히 제1활성탄필터는 유속 저항을 최소화하여 물의 유속이 유지되도록 할 수 있다.
상부활성탄필터부(70a)를 통과한 정수 대상수는, 상부활성탄필터부(70a)를 지나, 하부활성탄필터부(70b)에 이르게 된다(S54).
하부활성탄필터부(70b)는 2차적으로 정수 대상수 속에 포함된 유기 화합물을 제거할 수 있다. 또한, 하부활성탄필터부(70b)는 향균 기능, 유해 중금속 제거의 기능을 추가적으로 제공할 수 있다.
상기 상부활성탄필터부(70a) 및 상기 하부활성탄필터부(70b) 각각에 포함된 각각의 정수필터 예를 들어, 상기 활성탄소섬유(20) 및 상기 활성탄층(30)가 제공하는 기능에 대해서는 도 13을 참조하여 후술하기로 한다.
하부활성탄필터부(70b)를 통과한 정수 대상수는 중공사막(16)에 이를 수 있다(S56).
중공사막(16)은 정수 대상수에 포함된 박테리아, 미생물 등 세균성 물질을 제거할 수 있다.
중공사막(16)을 통과한 정수 대상수는 유출구(14)를 통하여 나올 수 있다(S58).
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 정수용 복합필터를 도시하고, 도 11 및 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 이온교환반응을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 정수용 복합필터는 이온교환부를 구비함으로써, 이온교환원리를 이용하여 물을 정수하는 기능을 제공할 수 있다.
도 1에 개시된 실시예와 다른 점은, 도 10에 개시된 실시예의 복합필터(1)는 이온교환부(50)를 더 포함한다는 점이다. 상기 도 1에 도시된 활성탄필터부(70)와 상기 이온교환부(50)를 포함하여, 복합필터모듈로 명명할 수 있다.
상기 이온교환부(50)는 이온교환섬유, 이온교환수지 및 이온교환기능을 가진 활성탄소섬유로 이루어질 수 있다. 이온교환부(50)는 이온교환층을 포함할 수 있다.
도 11을 참조하여 이온교환반응을 상술하면 다음과 같다.
백본(backbone)(52)에 양이온 또는 음이온의 작용기(54)가 결합되어 있다.
백본(52)은 작용기(54)의 뼈대를 제공할 수 있다. 작용기(54)는 반응물질(56)과 반응하게 되면, 반응물질(56)이 백본(52)에 결합하게 할 수 있다. 반응물질(56)은 물에 포함된 유해물질을 말하는 것이다.
예를 들어, 양이온의 작용기에 양이온을 가진 반응물질(56)이 오게 되면, 반응물질(56)이 백본(52)에 결합하게 됨으로써, 반응물질(56)을 제거할 수 있다. 따라서, 정수대상수 내 유해 중금속을 제거할 수 있다. 예를 들어 Pb2+, CU2+를 제거할 수 있다.
도 12를 참조하면 물, Cu2+, Pb2+가 이온교환부(50)를 통과하면, Cu2+, Pb2+는 제거되고 물만 통과하는 것을 도시한다.
상기 설명한 바와 같이 이온교환반응을 할 수 있는 이온교환섬유를 상술하면 다음과 같다.
<이온교환섬유>
이온교환섬유는 정수대상수 내 포함된 중금속 이온과 같은 부호의 이온을 작용기로 가진 이온교환수지를 막으로 형성하여 섬유상으로 성형한 것을 말한다. 이온교환섬유는 섬유 내부의 폴리머 매트릭스(polymer matrix)가 높은 인장강도를 가지고, 고농도의 작용기들이 폴리머 매트릭스에 이식되어 있는 형상을 가질 수 있다. 폴리머 매트릭스는 이온교환 능력이 높고 불순물 흡착능력, 강도가 뛰어나고, 강도, 탄력성, 신축성을 가질 수 있다. 또한 섬유이기 때문에 가공성이 뛰어나다.
작용기가 양이온인 양이온교환섬유는 산성이고, 작용기가 음이온인 음이온교환섬유는 중 염기성일 수 있다.
<이온교환섬유의 제조방법>
이온교환섬유는 다음과 같은 방법으로 제조할 수 있다.
이온교환섬유는 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol(PVA))을 모재로 할 수 있다. 모재에 스티렌(styrene)중합을 한다. 스티렌 중합은 방사선, 자외선, 플라즈마 등을 조사하여 모재를 개질화 할 수 있다.
이후 작용기를 생성한다. 작용기는 황산이나 기타 화학적 처리를 통하여 양이온이나 음이온을 교환할 수 있는 작용기를 생성할 수 있다. 예를 들어, 이온교환섬유의 종류에는 이온교환기의 작용기의 특성에 따라 양이온 교환섬유, 음이온 교환섬유, 킬레이트(chelate) 수지로 구분될 수 있다.
양이온교환섬유는 폴리머 백본에 양이온 작용기가 결합된 형태이다.
양이온 작용기는 슬폰산기(SO3H) 또는 카르복시기(COOH)일 수 있다.
양이온 작용기가 슬폰삼기(SO3H)인 경우에 SO3H에 있는 H+이온이 물 속에 포함된 양이온과 교환될 수 있다. 특성상 무기산에 해당되는 강산성 양이온과 교환될 수 있다.
양이온 작용기가 카르복시기(COOH)인 경우에 COOH에 있는 H+이온이 물 속에 포함된 양이온과 교환될 수 있다. 특성상 유기산에 해당되는 약산성 양이온과 교환될 수 있다.
음이온교환섬유는 폴리머 백본에 음이온 작용기가 결합된 형태이다.
음이온 작용기는 옥심기(NOH) 또는 아미노기(NH2)일 수 있다.
음이온 작용기가 옥심기(NOH)인 경우에, NOH에 포함된 OH-이온이 물 속에 포함된 음이온과 교환될 수 있다. 특성상 염기성에 해당되는 강 염기성 음이온과 교환될 수 있다.
음이온 작용기가 아미노기(NH2)인 경우에, NH2가 물과 반응하여 OH-이온을 형성할 수 있다. OH-이온이 물 속에 포함된 음이온과 교환될 수 있다. 특성상 염기성에 해당되는 약 염기성 음이온과 교환될 수 있다.
킬레이트 수지는 킬레이트를 이룰 수 있는 리간드의 작용기를 가진 이온교환섬유이다.
킬레이트는 두 자리 이상의 리간드가 중심 금속 원자와 배위 결합하여 고리 모양을 이룬 착 화합물이다. 또한 리간드는 배위결합하고 있는 화합물의 중심금속 이온의 주위에 결합하고 있는 분자나 이온을 의미한다. 리간드로 작용하기 위해서는 반드시 비 공유 전자쌍을 가지고 있어야 한다.
예를 들어, 킬레이트 수지는 폴리머 백본에 CH2N(CH2COOH)2가 결협된 형태일 수 있다. COOH에 포함된 H+이온이 중금속 이온과 교환될 수 있다. 작용기의 종류에 따라 선택적으로 중금속을 제거할 수 있다.
이온교환부(50)는 도 10에 도시된 것처럼 하나의 층으로 형성될 수도 있고, 도시되지는 않았으나 복수 개의 층으로 적층식으로 형성될 수 있다. 복수 개의 층으로 형성되는 경우에는 활성탄소섬유(20), 활성탄층(30) 사이 또는 각각의 활성탄필터부(70a, 70b) 사이에 위치할 수 있다.
또한 이온교환섬유는 시트 형태로 제조할 수 있다. 이온교환부(50)가 이온교환섬유 시트로 형성된 경우에는 적층 시 별도의 층과 층을 가르는 격막부를 필요로 하지 않을 수 있다. 또한, 활성탄층(30)과 혼합된 형태가 아니므로 필터수거 후 재생 시 입상활성탄과 이온교환섬유를 분리하기 용이하다.
또한, 시트 형태의 이온교환섬유는 용이하게 하우징(10)에 적층할 수 있으므로 복합필터(1)의 구조가 간단해지고 복합필터(1)를 소형화 할 수 있다.
도 13은 본 발명에 따른 복합필터의 동작 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 13은 도 10에 도시된 본 발명의 실시예에 따른 구조를 기초로 한다. 도 13의 본 발명의 일 실시예에 따른 동작 방법은 도 1을 참고하여 설명한 실시예에도 적용될 수 있음은 물론이다.
정수대상수는 상기 유입구(12)를 통하여 복합필터(1)로 유입될 수 있다(S510).
유입된 정수대상수는 상기 활성탄소섬유(20)를 지나가게 된다(S520).
상기 활성탄소섬유(20)는 정수대상수에 포함된 유기물을 흡착제거 할 수 있다.
또한, 상기 활성탄소섬유(20)는 정수대상수를 퍼뜨리는 분산판의 기능을 제공할 수 있다.
상기 활성탄소섬유(20)를 지난 정수대상수는 상기 활성탄층(30)을 지나가게 된다(S530).
상기 활성탄층(30)은 정수대상수의 물맛을 개선할 수 있고, 유기물을 흡착제거 할 수 있다.
상기 활성탄층(30)을 지난 정수대상수는 상기 이온교환부(50)를 지나가게 된다(S540).
상기 이온교환부(50)는 정수대상수에 포함된 유해 중금속을 제거할 수 있다. 이후, 상기 설명한 바와 같이 반복적으로 활성탄소섬유(20), 활성탄층(30), 이온교환부(50)를 지나가면서 필터링될 수 있다. 즉, 정수대상수는 하나 이상의 활성탄필터부(70) 예를 들어, 상기 상부 활성탄필터부(70a), 상기 하부 활성탄필터부(70b)와 이온교환부(50)를 지나가면서 정수될 수 있다.
상기 이온교환부(50)를 지난 정수대상수는 상기 중공사막(60)을 지나가게 된다(S550).
상기 중공사막(60) 특히, 향균 중공사막(60)으로 유입된 정수대상수는 상기 중공사막(60)의 표면에 형성된 기공을 통하여 정수대상수에 포함된 유해물질, 예를 들어, 병원성 미생물을 제거할 수 있다. 또한, 중공사막에 첨착된 은 입자는 중공사막의 기공에 의하여 걸러진 병원성 미생물 및/또는 바이러스의 증식을 억제할 수 있다.
상기 중공사막(60)에서 정수된 정수대상수는 상기 유출구(14)를 통하여 정수되어 유출될 수 있다.
상기 도 1 내지 도 13을 참고하여 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 정수용 복합필터의 다양한 조합에 따라 최적의 성능을 발현하는 정수기 복합필터 및 정수기를 제공할 수 있다.
본 발명은 기재된 실시예들에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서, 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
본 발명에 의하면, 향균 중공사막, 활성탄소섬유, 이온교환섬유, 최적의 조합을 가지는 하나 이상의 활성탄층을 포함하는 정수기 복합필터 및 정수기를 제공함으로써, 정수기의 크기를 소형화하는 동시에, 우수한 정수 성능 및 향상된 수명을 제공할 수 있다.

Claims (12)

  1. 하우징;
    상기 하우징의 일측에 형성되며 정수대상수가 유입되는 유입구;
    상기 하우징의 다른 일측에 형성되며 상기 정수대상수가 정수되어 유출되는 유출구; 및
    상기 유입구와 상기 유출구의 사이에 형성되며, 활성탄소섬유층 및 이온교환층을 구비하는 복합필터모듈을 포함하되,
    상기 활성탄소섬유층 및 상기 이온교환층은 상기 하우징의 측벽을 따라 번갈아 가며 적층되는 정수용 복합필터.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 복합필터모듈은,
    활성탄층을 더 포함하는 정수용 복합필터.
  3. 제2 항에 있어서, 상기 활성탄층은,
    입도 48 내지 200 메쉬(mesh), 요오드 흡착가(iodine no) 900 내지 2000mg/g, 세공부피(Pore volulme) 0.3 내지 0.8 cm3/g, 평균세공크기(Pore size micro) 14 내지 20 Å, 메조세공크기(Pore size meso) 30 내지 37 Å를 가지는 활성탄을 포함하는 정수용 복합필터.
  4. 제1 항에 있어서, 상기 활성탄소섬유층은,
    블록성형체 형태 또는 복수 개의 펠트(felt) 형태로 이루어지는 정수용 복합필터.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 이온교환층은,
    폴리머(polymer) 및 상기 폴리머에 결합된 작용기로 이루어지되, 상기 작용기는 양이온작용기, 음이온작용기, 킬레이트(chelate)작용기를 포함하는 정수용 복합필터.
  6. 제5 항에 있어서, 상기 양이온작용기는,
    슬폰산기(SO3H) 및 카르복시기(COOH) 중 적어도 하나로 이루어지는 정수용 복합필터.
  7. 제5 항에 있어서, 상기 음이온작용기는,
    옥심기(NOH) 및 아미노기(NH2) 중 적어도 하나로 이루어지는 정수용 복합필터.
  8. 제1 항에 있어서,
    KDF(Kinetic Degradation Fluxion), ATS, 및 은 이온 중 적어도 하나를 포함하는 정수용 복합필터.
  9. 향균 중공사막을 포함하는 정수기 복합필터에 있어서,
    상기 향균 중공사막은, 고분자가 포함된 고분자용액을 비용매에 방사하여 중공사막을 제조하고, 상기 제조된 중공사막을 은이온용액에 침수시켜 은이온을 상기 중공사막에 첨착시키고, 상기 은이온이 첨착된 중공사막을 하이드라진 및 무수하이드라진 하이드레이트 중 적어도 하나가 포함된 반응용액에 침수시켜 상기 은이온을 환원시킴으로써 제조되는 정수용 복합필터.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 은이온이 환원된 중공사막은 염산 수용액 또는 황산 수용액을 사용하여 개질된 정수용 복합필터.
  11. 제9 항에 있어서, 상기 은이온용액은,
    폴리비닐알콜, 알지네이트, 키토산 중 적어도 하나를 포함하는, 정수용 복합필터.
  12. 제9 항에 있어서,
    상기 은이온용액 및 상기 반응용액 중 적어도 하나에 초음파진동을 가하는 것을 특징으로 하는 정수용 복합필터.
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