WO2023140612A1 - 이온화 분해소재를 이용하여 우수한 유해가스제거 및 항균탈취기능을 함유한 흡착소재 제조방법 - Google Patents

이온화 분해소재를 이용하여 우수한 유해가스제거 및 항균탈취기능을 함유한 흡착소재 제조방법 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to an inorganic composite material and a method for manufacturing an adsorption material by applying an ionization decomposition material to the inorganic composite material, which has high deodorization efficiency and durability, excellent manufacturing cost, It can be reduced by more than 30%, is competitive in terms of price and quality because it does not require a firing process, can replace activated carbon, which has been widely used as a conventional deodorizing material, and can be usefully used for reducing air pollutants.
  • silver nano as a single material related to antibacterial, but its use is regulated due to the problem of endocrine disruptors in the human body, and copper and zinc are used as materials to counter this, but safety issues are also emerging.
  • activated carbon is widely used as a conventional deodorizing material.
  • Activated carbon has a characteristic of adsorbing pollutants in a short time, but has low durability and poor adsorption capacity for ammonia and certain harmful gases.
  • the conventional adsorbent material is manufactured through hydration bonding, and at this time, a firing process must be performed to control moisture, which adds to the cost for firing and has the risk of safety accidents during the firing process.
  • the present invention is a functional catalyst that generates -OH radicals through ionization without a separate electrical energy source, and is applicable to various industrial fields.
  • An object of the present invention is to provide a method for manufacturing an adsorbent material having excellent harmful gas removal and antibacterial and deodorizing functions by using an ionization decomposition material, which can improve the user's living environment by preparing an ionized material that causes functional loss by breaking each intermolecular ring of odors and harmful gases through an ionization mechanism to decompose the causative substances of various odors and harmful gases.
  • an object of the present invention is to provide a method for manufacturing an adsorption material that has excellent harmful gas removal and antibacterial and deodorizing functions by using an ionization decomposition material that has excellent durability and is easy to adsorb ammonia and specific gases.
  • an object of the present invention is to provide a method for manufacturing an adsorbent material having excellent harmful gas removal and antibacterial and deodorizing functions using an ionization decomposition material, which can produce powder used as a raw material for functional products or as a binder without a firing process.
  • One aspect of the present invention is to stir distilled water and a total of 0.15 to 0.25 increased parts of Ca + and Si + with respect to 100 parts by weight of the distilled water, Ca + and Si + 5: 5 (Ca + : Si + ) Preparing an ion catalyst in a ratio;
  • distilled water (H 2 O) at 22 to 25 ° C., 8 to 10 parts by weight of an ion catalyst based on 100 parts by weight of the distilled water, and 70 to 74 parts by weight of zinc chloride (ZnCl 2 ) are added to 100 parts by weight of the distilled water and stirred for 10 to 12 minutes in an atmosphere of 25 ° C.
  • a powder raw material by mixing magnesium oxide (MgO), 135 to 165 parts by weight of alumina (Al 2 O 3 ), 90 to 110 parts by weight of titanium dioxide (TiO 2 ) or 90 to 110 parts by weight of zinc oxide (ZnO) based on 100 parts by weight of the magnesium oxide;
  • MgO magnesium oxide
  • TiO 2 titanium dioxide
  • ZnO zinc oxide
  • Preparing a hydration reaction product in an emulsion state by putting the liquid raw material and the powder raw material into a polymerization reactor at a ratio of 5:4 (liquid raw material:powder raw material) and subjecting the liquid raw material to a hydration reaction at 6 to 8 °C; and mixing zeolite having an average size of 10 mesh with the hydration reactant in the emulsion state at a ratio of 4:5 (hydration reactant:zeolite) and stirring in an atmosphere of 17 to 23 ° C.
  • MgO magnesium oxide
  • Al 2 O 3 alumina
  • a step of putting zeolite having an average size of 10 mesh and concentrated to 60% or less in a reaction mixer and operating the reaction mixer while maintaining a temperature of 21 to 23 ° C is first performed, and in the adsorption and deposition step, a mixture is prepared by putting the liquid raw material and the powder raw material in another reaction mixer and mixing them, and then adding the mixed material to the reaction mixer with zeolite by 20% at intervals of 30 seconds. Separating and stirring in an atmosphere of 20 ° C. and 30% humidity for 20 minutes; and maintaining the rotation of the reaction mixer for 1 hour to prevent intergranular agglomeration of the zeolite; can include
  • the temperature is increased to 80 to 90 ° C. and further stirring is performed for 30 minutes to obtain moisture contained in the hydration reaction product.
  • Step of making it 12 to 15%; and pulverizing the hydration reactant having an adjusted moisture content into powder may further include.
  • the first powder which is an adsorption material prepared by the above method, and 225 to 275 parts by weight of activated carbon, 11.25 to 13.75 parts by weight of an ion catalyst and 11.25 to 13.75 parts by weight of a binding polymer based on 100 parts by weight of the first powder are blended, heated, melted, and extruded to prepare a mixed raw material; and cutting the mixed raw material in a die, and cooling and extruding it in an extrusion air cooler to make activated carbon pellets.
  • the first powder which is an adsorption material prepared by the above method, and 225 to 275 parts by weight of activated carbon, 11.25 to 13.75 parts by weight of an ion catalyst and 11.25 to 13.75 parts by weight of a binding polymer based on 100 parts by weight of the first powder are blended, heated, melted, and extruded to prepare a mixed raw material; and cutting the mixed raw material in a die, and cooling and extruding it in an extrusion air cooler to make activated carbon pellets.
  • the step of cutting the activated carbon pellets into powder may further include.
  • the powdered adsorption material prepared according to an embodiment is an ionized catalyst, which can be used as a polymer binding material when necessary, decomposes the cause of the mechanism to prevent viruses, bacteria and fungi from growing naturally, and generates -OH radicals in response to bacteria, thereby providing excellent antibacterial and antiviral power.
  • the adsorbent material prepared according to one embodiment has excellent antibacterial persistence semi-permanently and is easy to adsorb ammonia and specific gases, so that the deodorizing effect lasts semi-permanently. Therefore, it can replace activated carbon, which has been widely used as a conventional deodorizing material. In particular, there is an effect that can be usefully utilized for reducing air pollutants.
  • FIG. 1 is a flow chart showing the process of a method for manufacturing an adsorption material according to the present invention.
  • 5 to 7 are test reports showing the radiant energy and emissivity of the adsorption material manufactured according to the second embodiment of the present invention.
  • the present invention solves the existing problems through an ionization process for complex compounds of corresponding substances for each part in order to overcome the limit of non-continuity in sterilization of viruses and bacteria using a single material and removal of odors and harmful gases. It is described.
  • the adsorbent material according to the present invention is an ionic material based on an inorganic carrier harmless to the human body. It has various types of oxidative inorganic ion bonding methods, and has positive and negative charges in its composition, so that the elements interact with oxygen and H 2 O in the air using convection to dissociate them, take free electrons in the molecule, and break the linkage of the bond, thereby exhibiting antibacterial and deodorizing functions by reducing harmful substances to the air. It can have virus and deodorizing functions.
  • the adsorbent material according to an embodiment of the present invention is made of a powder type 2 material, prepares a composition composed of an oxide and a hydroxyl material, binds the composition through ionization for functional enhancement, and then forms it into an unstable material by a reaction formula through a hydration reaction, and can be manufactured through a process of catalyzing it.
  • an ion catalyst is first prepared (S5).
  • the ion catalyst is stirred with distilled water and a total of 0.15 to 0.25 increased parts of Ca + and Si + based on 100 parts by weight of the distilled water, and Ca + and Si + are mixed at a ratio of 5: 5 (Ca + : Si + ). It can be provided.
  • the ion catalyst when the ion catalyst is less than 8 parts by weight, a problem of weak ion distribution and diffusivity may occur, and when the ion catalyst is greater than 10 parts by weight, a problem of ion supersaturation may occur.
  • the ion catalyst which is a combination of Ca + and Si + , promotes ionization with an electrolytic material to improve the ionization coefficient and electrical conductivity of the liquid raw material, and serves to make the reaction occur better during the neutralization reaction described later.
  • the liquid raw material may be more preferably prepared at a ratio of zinc chloride, distilled water, and ion catalyst to 40:55:5 (zinc chloride:distilled water:ion catalyst).
  • the most important part in competing complex materials for generating hydroxyl radicals (-OH) is that the ionized binding material becomes the main cause component.
  • the liquid raw material is obtained by dissociation through a direct solid-liquid phase-relocation reaction.
  • a powder raw material is prepared by mixing magnesium oxide (MgO), 135 to 165 parts by weight of alumina (Al 2 O 3 ), 90 to 110 parts by weight of titanium dioxide (TiO 2 ) or 90 to 100 parts by weight of zinc oxide (ZnO) based on 100 parts by weight of the magnesium oxide (S20).
  • MgO magnesium oxide
  • Al 2 O 3 alumina
  • TiO 2 titanium dioxide
  • ZnO zinc oxide
  • the powdered raw material may more preferably include 150 parts by weight of alumina, 100 parts by weight of titanium dioxide, and 100 parts by weight of zinc oxide based on 100 parts by weight of magnesium oxide.
  • magnesium oxide generates OH radicals through deoxygenation and is a material for obtaining divalent alkaline earth metal magnesium (Mg 2+ ) for an ionization catalyst.
  • Alumina is a material for obtaining group 13 valent alumina (Al 3+ ) for maintaining electrical conductivity and strength.
  • Titanium dioxide is used to obtain group 4 titanium (Ti - ) for inducing the generation of hydroxide ions.
  • Ti 4+ ionized titanium dioxide attracts H 2 O to create hydroxyl radicals and enhances the sterilizing power of the adsorbent material.
  • Titanium dioxide is used as a photocatalyst, but in one embodiment, it may play a role of causing reactants and hydroxyl groups attached to the surface by causing recombination of holes with ions more than the photocatalyst. At this time, ionization is performed through an ion polymerization reaction that is relatively inexpensive, rather than using expensive single ionization, and a selective mechanism is possible without a separate catalyst.
  • titanium dioxide When such titanium dioxide is subjected to an energy (300 to 400 nm) equal to or greater than its own bandgap energy (Eg), electrons in the valence band (VB) are excited and transferred to the conduction band (CB). Holes are generated in the valence band to move to the surface and then oxygen radicals and superoxygen radicals are generated. At this time, the generated -OH oxidizes and decomposes organic compounds or viruses.
  • Eg energy
  • the liquid raw material and the powder raw material are put into a polymerization reactor at a ratio of 5: 4 (liquid raw material: powder raw material) and mixed, and then hydrated according to Scheme 2 at 6 to 8 ° C within 90 seconds to prepare a hydration reaction (S30).
  • the hydration reaction may be performed for 90 seconds.
  • Ti(OH) 2 , Al 2 (OH) 3 , and Mg(OH), which are functional metal salts, may be generated.
  • Zn( 2+ ) and Mg( 2+ ) have similar ionic strength and atomic radius, some Zn( 2+ ) atoms in the crystal may be replaced by Mg( 2+ ) atoms, which may change the properties of the crystal lattice.
  • granular zeolite having an average size of 10 mesh and concentrated to 60% or less is mixed with the hydration reactant in the emulsion state at a ratio of 4: 5 (hydration reactant: zeolite), and stirred for 13 to 17 minutes in an atmosphere of 17 to 23 ° C. and a humidity of 10 to 15%.
  • the liquid raw material and the powder raw material prepared in the previous step are put into another reaction mixer, mixed for 3 minutes to prepare a mixed material, and then the mixed material is added to a reaction mixer with zeolite. It can be divided into 20% at intervals while checking the state of adsorption and deposition. If all the mixed materials are put into the reaction mixer at once, a problem of uneven dispersion may occur.
  • the temperature is raised to 80 to 90 ° C. and stirring is further performed for 30 minutes after the natural heating and natural drying processes are performed, the external moisture contained in the hydration reactant is further removed while the humidity of the hydration reactant. It can be lowered to a level of 12 to 15%.
  • the hydration reactant whose moisture content is adjusted, if necessary, is first coarsely pulverized using a cutter mill, etc., and then the coarsely pulverized hydrated reactant is secondarily pulverized into powder with a particle diameter (D50) of 20 ⁇ m or less using an ACM or the like. Then, a step of pulverizing into powder with a particle diameter (D50) of 4 ⁇ m or less using a J-Mill or the like (S60) may be performed.
  • Chlorine is weak against heat. According to this method, a separate firing process is not required, so the ionization coefficient of chlorine can be prevented from lowering, and a powdery adsorbent material can be manufactured without going through a firing process by natural heating and evaporation, thereby significantly reducing manufacturing costs.
  • the adsorbent material of the first embodiment is an eco-friendly solid inorganic composite containing ionized substances, which decomposes bacteria and organic matter, which are harmful substances, through photochemical decomposition, and thus has high efficiency, reliability and stability, and is harmless to the human body.
  • metal cations are combined with electron donating groups such as sulfur, oxygen, and nitrogen to suppress the metabolism of microorganisms. That is, the metal cation binds to the protein to cut the covalent link in the protein, and then the protein is precipitated and inhibits the production of enzymes and proteins that bind to DNA to act as a sterilizer.
  • the adsorption material of the first embodiment can exhibit antibacterial and deodorizing functions by removing the cause of odor by removing the cause of odor by depriving free electrons in the molecule through the oxidation-reduction reaction of metal cations triggered by contact with molecules of harmful substances and depriving free electrons in molecules through the decomposition mechanism of molecules.
  • Hydroxyl (OH Radical/Hydroxyl Radical) is a strong oxidizing substance that exists in nature and has excellent sterilization, disinfection, deodorization and decomposition capabilities, enabling sterilization, disinfection, chemical decomposition and removal of most contaminants.
  • the oxidizing power of these hydroxyl groups is second only to fluorine and stronger than ozone/chlorine. Hydroxyl groups are natural substances that are not toxic to the human body or harmful to the environment, unlike fluorine, chlorine, and ozone.
  • adsorbent material of the first embodiment strong sterilization and decomposition of organic substances are achieved by the reduction action of O 2 - and the oxidation action of -OH. Owing to this action, odorous substances such as ammonia, hydrogen sulfide, methyl mercaptan, or trimetalamine are decomposed into nitrate (NO 3 ) and sulfate (SO 4 ), and carbon dioxide and water may be generated.
  • odorous substances such as ammonia, hydrogen sulfide, methyl mercaptan, or trimetalamine are decomposed into nitrate (NO 3 ) and sulfate (SO 4 ), and carbon dioxide and water may be generated.
  • the adsorbent material of the first embodiment not only collects particles that cause odor, but also converts them into a state harmless to the human body upon contact with viruses, harmful substances, and odor particles, and returns them to the air, thereby removing viruses, odors, and harmful substances.
  • the adsorption material according to the present invention is an "inorganic"-based composition such as “oxide” and “hydroxide” rather than an “organic”-based composition such as activated carbon, etc., and various "odor-causing” compounds and harmful substances (eg, Hyde, “toluene,” “xylene,” acetic acid, ammonia, “benzene, VOC”, etc.) can be effectively “adsorbed” and “decomposed” by more than 99.9% through a redox reaction to make a “great” contribution to “improvement” of “life” and “environment” of users.
  • various "odor-causing” compounds and harmful substances eg, Hyde, “toluene,” “xylene,” acetic acid, ammonia, “benzene, VOC”, etc.
  • Example 1 Comparing the values of Example 1 with those of Comparative Example (sample), the far-infrared radiant energy of the adsorbent material manufactured by Example 1 appears to be relatively higher, and from this, it can be seen that the adsorbent material of Example 1 improves the reliability of products such as freshness according to far-infrared radiation and has beneficial effects on the human body.
  • one sample having a size of 20 cm ⁇ 10 cm is put in a tedler bag with a capacity of 5 L, heat-sealed, and a gas having an ammonia concentration of 100 ppm is injected into the tedler bag containing the sample.
  • ammonia concentration was measured in the same way as the previous procedure without injecting the sample (blank test).
  • the adsorption material according to Example 1 showed a deodorization rate of 95.0% after 2 hours at an initial concentration of 100 ppm.
  • the adsorption material according to the first embodiment exceeded 97.5% in deodorization rate after 2 hours at an initial concentration of 20 ppm.
  • the adsorption material according to the first embodiment exceeded 99.9% in deodorization rate after 2 hours at an initial concentration of 50 ppm.
  • the adsorption material according to the first embodiment exceeded 97.5% in deodorization rate after 2 hours at an initial concentration of 20 ppm.
  • the adsorption material according to Example 1 showed a deodorization rate of 96.4% after 2 hours at an initial concentration of 15 ppm.
  • the adsorbent material according to the first embodiment has excellent decomposition ability for odor-causing substances such as ammonia, toluene, acetic acid, benzene, and formaldehyde, and thus has an excellent deodorizing effect.
  • the first powder which is the adsorption material prepared through the manufacturing process of the first embodiment, and 225 to 275 parts by weight of activated carbon, 11.25 to 13.75 parts by weight of the ion catalyst and 11.25 to 13.75 parts by weight of the binding polymer are mixed and stirred, and then heated, melted, and extruded to prepare mixed raw materials.
  • the mixed raw material may more preferably include 250 parts by weight of activated carbon, 12.5 parts by weight of an ion catalyst, and 12.5 parts by weight of a binding polymer based on 100 parts by weight of the first powder.
  • the binding polymer may preferably be a water-soluble polymer such as polyacrylamide or polyvinyl alcohol, and serves as an adhesive so that the first powder is adhered to the skin and pores of the activated carbon, thereby preventing the first powder from being easily separated by external impact. It can be expected.
  • the activated carbon may have an average size of 50 mesh.
  • the mixed raw material may be prepared by mixing and stirring each material, then moving to a main feeder, setting an input amount per hour, injecting the mixture into an extruder, mixing by heating and melting the mixture at a set temperature in the extruder, and then extruding with a die.
  • the mixed raw material is cut in a die in the form of pellets. Then, the mixed raw material discharged from the outlet of the die is moved to an air extrusion cooler, and then cooled and extruded by air in the extrusion air cooler to be manufactured into activated carbon pellets (S70).
  • the process of crushing and then re-extruding the activated carbon pellets may be performed two more times so that the stirred binder and the functional material may be evenly distributed throughout the activated carbon pellets. And, after the final extrusion, dust that is not bound to the activated carbon pellets is removed through a brush.
  • the activated carbon pellets can be made into powder with a size of 5 to 10 ⁇ m by further proceeding to the step of cutting the activated carbon pellets into a predetermined size (S80).
  • the activated carbon pellets can be used as raw materials in the manufacture of filters.
  • strand cutting may be used in the cutting process, and the present invention is not limited thereto.
  • 5 to 7 are test reports showing the radiant energy and emissivity of the adsorption material manufactured according to the second embodiment of the present invention.
  • this test was conducted at 37 ° C., and the adsorbent material prepared according to the second embodiment had a radiant energy of 3.49 ⁇ 10 2 W / m ⁇ m as shown in Table 3, and an emissivity of 5 to 20 It was found to be 0.906 at ⁇ m.
  • Example 2 Comparing the values of Example 2 with those of Comparative Example (sample), the far-infrared radiant energy of the adsorbent material manufactured by Example 2 appears to be relatively higher. From this, it can be seen that the adsorbent material of Example 2 improves the reliability of products such as freshness according to far-infrared radiation and has beneficial effects on the human body.
  • Conventional activated carbon has a principle of removing odor-causing compounds through adsorption to ammonia and hydrogen sulfide.
  • the adsorption material including activated carbon according to the second embodiment of the present invention has an effect of extending the life of the product by decomposing the cause of the adsorbed harmful gas, restoring the adsorption port of the activated carbon and restoring the iodine value.
  • the activity index of the activated carbon can be confirmed by the iodine value, and in the adsorption material according to the second embodiment, gas is adsorbed on the activated carbon and the iodine value is lowered. Since the adsorption material decomposes harmful substances adsorbed on the activated carbon and increases the iodine value of the activated carbon again, the life of the product can be extended by restoring the performance of the activated carbon.
  • the adsorbent material according to the second embodiment of the present invention can be used as, for example, a material for manufacturing a non-woven fabric filter, a material for manufacturing a functional activated carbon filter, and a basic material for laminated activated carbon pellets for air pollution control equipment in industrial fields.
  • Staphylococcus aureus ATCC 6538 Staphylococcus aureus
  • Klebsiella pneumonia ATCC 4352 Evaluation of antibacterial efficiency against Salmonella typhimurium KCTC 1925, (Salmorella), and Escherichia coli ATCC 25922 (E. coli)>
  • Staphylococcus aureus ATCC 6538 Staphylococcus aureus
  • Klebsiella pneumonia ATCC 4352 of the adsorption material according to the first embodiment.
  • Salmonella pneumoniae Salmonella typhimurium KCTC 1925, (Salmorella), and Escherichia coli ATCC 25922 (E. coli).
  • strain Test result control group test group bacterial reduction rate initial bacterial count 24 hours later initial bacterial count 24 hours later Staphylococcus aureus 1.8 x 10 5 1.1 x 10 5 1.8 x 10 5 ⁇ 30 99.9 pneumococci 2.0 x 10 5 1.5 x 10 5 2.0 x 10 5 ⁇ 30 99.9 Salmonella 1.8 x 10 5 1.5 x 10 5 1.8 x 10 5 ⁇ 30 99.9 Escherichia coli 1.8 x 10 5 1.5 x 10 5 1.8 x 10 5 ⁇ 30 99.9
  • the initial number of bacteria in the control group was 1.8 ⁇ 10 5 (number of bacteria / ml) and after 24 hours it was reduced to 1.1 ⁇ 10 5 (number of bacteria / ml), but a large amount of bacteria was still confirmed.
  • the initial number of bacteria in the test group was 1.8 ⁇ 10 5 (number of bacteria/ml) and decreased to less than 30 (number of bacteria/ml) after 24 hours, showing a bacterial reduction rate of 99.9%.
  • the initial number of bacteria in the control group was 2.0 ⁇ 10 5 (number of bacteria / ml), and after 24 hours, it decreased to 1.5 ⁇ 10 5 (number of bacteria / ml), but a large amount of bacteria was still confirmed.
  • the initial number of bacteria in the test group was 2.0 ⁇ 10 5 (number of bacteria/ml) and decreased to less than 30 (number of bacteria/ml) after 24 hours, showing a bacterial reduction rate of 99.9%.
  • the initial number of bacteria in the control group was 1.8 ⁇ 10 5 (number of bacteria / ml) and after 24 hours it was reduced to 1.5 ⁇ 10 5 (number of bacteria / ml), but a large amount of bacteria was still confirmed.
  • the initial number of bacteria in the test group was 1.8 ⁇ 10 5 (number of bacteria/ml) and decreased to less than 30 (number of bacteria/ml) after 24 hours, showing a bacterial reduction rate of 99.9%.
  • the initial number of bacteria in the control group was 1.8 ⁇ 10 5 (number of bacteria/ml) and decreased to 1.5 ⁇ 10 5 (number of bacteria/ml) after 24 hours, but a large amount of bacteria was still confirmed.
  • the initial number of bacteria in the test group was 1.8 ⁇ 10 5 (number of bacteria/ml) and decreased to less than 30 (number of bacteria/ml) after 24 hours, showing a bacterial reduction rate of 99.9%.
  • the adsorption material according to Example 1 has excellent antibacterial activity against Staphylococcus aureus, Klebsiella pneumoniae, Salmonella and Escherichia coli.
  • the adsorption material according to Example 1 showed excellent antibacterial effects compared to existing materials having antibacterial function such as copper, silver nano, and zeolite.
  • the adsorption material according to Example 1 has excellent antibacterial properties as an OH radical generating catalyst developed in an inorganic solid form generated through a hydration reaction rather than physical/electrical OH radicals. This is considered to be a material function that has not been confirmed in conventional ethyl alcohol or chlorine-based materials.
  • the adsorbent material of the present invention prepared as described above can be used as a material for enhancing the function of various products, for example, it can be used as a material for filters, fibers, polymer-bonded films, plastics, building materials, and various functional household items.

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Abstract

본 발명은, 기존의　액상　항균 및 탈취제나　활성탄,　제올라이트 다공성 소재 등과　같은　고체형　소재　대비　탈취　효율이　높고 지속력이 우수하며　제조　원가가　30% 이상　절감될 수 있고　소성 공정이 필요하지 않아　가격　및　품질 면에서 경쟁력이　있으며, 종래의 탈취용 소재로 많이 사용되던 활성탄 대비 탈취 성능이 우수하여 활성탄을 대체할 수 있고, 특히 대기오염물질의 저감을 위해 유용하게 활용될 수 있는, 항균탈취기능을 함유한 이온화 분해소재를 이용하여 우수한 유해가스제거 및 항균탈취기능을 함유한 흡착소재 제조방법을 제공한다.

Description

이온화 분해소재를 이용하여 우수한 유해가스제거 및 항균탈취기능을 함유한 흡착소재 제조방법
본 발명은 무기질 복합형재 및 상기 무기질 복합형재에 이온화 분해소재를 적용하여 흡착소재를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 기존의　액상　항균 및 탈취제나　활성탄,　제올라이트 다공성 소재 등과　같은　고체형　소재　대비　탈취　효율이　높고 지속력이 우수하며,　제조　원가가　30% 이상　절감될 수 있고　소성 공정이 필요하지 않아 가격　및　품질 면에서 경쟁력이　있으며, 종래의 탈취용 소재로 많이 사용되던 활성탄을 대체할 수 있고 특히 대기오염물질의 저감을 위해 유용하게 활용될 수 있는, 이온화 분해소재를 이용하여 우수한 유해가스제거 및 항균탈취기능을 함유한 흡착소재 제조방법에 관한 것이다.
최근 메르스를 시작으로 사스, 코로나 등에 이르는 바이러스 및 세균의 문제가 전 세계를 뒤흔들고 있는 상황에서, 이에 대항하기 위한 다양한 기술이 나오고 있으며, 이러한 기술을 활용한 상품이 다양한 형태로 나오고 있다.
상기의 상품은 대부분 기존의 기술을 활용하며, 가장 많이 사용하는 단일 소재로서 휘발성 및 유기성 소재인 에탄올, 염소 등과 다공성 소재인 제올라이트 또는 활성탄의 변환을 통해 제조된다.
또한, 항균 관련 단일 소재로서 은나노가 있으나, 인체 환경 호르몬의 문제로 사용이 규제되고 있고, 이에 대항하는 소재로서 구리, 아연이 사용되고 있으나, 이에 대한 안전성의 문제 또한 대두되고 있다.
또한, 친환경 소재로서 다양한 식물 및 패조류를 이용한 소재도 나오고 있으며, 이 경우 단기적인 기능을 보유하고 있으나, 지속적인 기능에는 한계를 보이고 있다.
특히 종래의 탈취용 소재로 활성탄이 많이 사용되고 있는데, 활성탄은 짧은 시간에 오염 물질을 흡착하는 특성은 있지만 지속력이 낮고 암모니아 및 특정 유해 가스에 대한 흡착력이 좋지 않은 단점을 가진다.
한편, 종래의 흡착소재는 수화 결합을 통해 제조하게 되는데, 이때 수분 조절을 위해 소성 공정이 진행되어야 하며, 이에 소성을 위한 비용이 추가됨은 물론 소성 공정시 안전 사고가 발생할 수 있는 위험을 가지고 있었다.
선행기술문헌
특허문헌
국내공개특허공보 제2017-0120447호
본 발명은 별도의 전기적 에너지원이 없이 이온화를 통한 -OH 라디칼을 발생하는 기능적 촉매제로 다양한 산업 분야에 적용 가능한, 이온화 분해소재를 이용하여 우수한 유해가스제거 및 항균탈취기능을 함유한 흡착소재를 제조하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 목적은, 악취 및 유해 가스에 대해서 각 분자간 고리를 이온화 기작을 통하여 끊어서 기능적 상실을 하도록 하는 이온화 물질을 제조하여, 각종 악취 및 유해 가스의 원인 물질을 분해하여 사용자의 생활 환경을 개선할 수 있는, 이온화 분해소재를 이용하여 우수한 유해가스제거 및 항균탈취기능을 함유한 흡착소재 제조방법을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명은, 바이러스, 곰팡이, 각종 균 및 악취를 제거하는 방식을 기존의 소재와 달리 흡착형/포집형으로 제거하는 방식으로서, 지속력이 우수하고 암모니아 및 특정 가스의 흡착이 용이한, 이온화 분해소재를 이용하여 우수한 유해가스제거 및 항균탈취기능을 함유한 흡착소재 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명의 목적은, 소성 공정 없이 기능성 제품의 원료나 또는 바인더로 사용되는 분체를 제조할 수 있는, 이온화 분해소재를 이용하여 우수한 유해가스제거 및 항균탈취기능을 함유한 흡착소재 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 일 측면은, 증류수와, 상기 증류수 100중량부에 대하여 총 0.15 내지 0.25증량부의 Ca+와 Si+를 교반하되, Ca+와 Si+를 5:5(Ca+:Si+)의 비율로 하여 이온촉매제를 마련하는 단계; 믹서에 22 내지 25℃의 증류수(H2O)와, 상기 증류수 100중량부에 대하여 8 내지 10중량부의 이온촉매제와, 상기 증류수 100중량부에 대하여 70 내지 74중량부의 염화아연(ZnCl2)을 넣고 25℃, 습도 30 내지 35%의 분위기에서 10 내지 12분간 교반하여 액상원료를 마련하는 단계; 산화마그네슘(MgO)과, 상기 산화마그네슘 100중량부에 대하여 135 내지 165중량부의 알루미나(Al2O3)와, 90 내지 110중량부의 이산화타이타늄(TiO2) 또는 90 내지 110중량부의 산화아연(ZnO) 중 하나를 혼합하여 분말원료를 마련하는 단계; 상기 액상원료와 상기 분말원료를 5:4(액상원료:분말원료)의 비율로 중합반응기에 넣고 6 내지 8℃에서 수화 반응시켜 에멀젼 상태의 수화반응물을 마련하는 단계; 및 에멀젼 상태의 수화 반응물에 10mesh의 평균 크기를 갖는 제올라이트를 4:5(수화반응물:제올라이트)의 비율로 혼합하고, 17 내지 23℃, 습도 10 내지 15%의 분위기에서 교반하여 제올라이트의 공극 및 표피 상에 에멀젼 상태의 수화반응물의 흡착 및 증착이 이루어지도록 하는 단계; 및 상기 수화반응물을 30 내지 40분간 자연 발열에 의해 건조시켜 상기 수화 반응물에 포함되어 있는 부산물 및 외부 습기를 제거하는 단계; 를 포함하는 이온화 분해소재를 이용하여 우수한 유해가스제거 및 항균탈취기능을 함유한 흡착소재 제조방법을 제공한다.
본 발명의 바람직한 특징에 의하면, 흡착 및 증착 단계 이전에, 반응혼합기에 10mesh의 평균 크기를 가지며 60% 이하로 농축된 제올라이트를 넣고 21 내지 23℃를 유지하면서 반응혼합기를 운전하는 단계를 먼저 실행하고, 흡착 및 증착이 이루어지는 단계는, 다른 반응혼합기에 액상원료와 분말원료를 넣고 혼합하여 혼합재료를 마련한 후, 제올라이트가 있는 반응혼합기에 상기 혼합재료를 30초의 간격으로 20%씩 나누어 넣고, 20분간 20℃, 습도 30%의 분위기에서 교반하는 단계; 및 제올라이트의 과립간 엉김을 방지하도록 1시간 동안 반응혼합기이 회전 상태를 유지하는 단계; 를 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 특징에 의하면, 상기 수화 반응물에 포함되어 있는 부산물 및 외부 습기를 제거하는 단계 이후에, 온도를 80 내지 90℃로 높이고 30분간 교반을 더 진행하여 상기 수화반응물에 포함된 수분량이 12 내지 15%가 되도록 하는 단계; 및 수분량이 조절된 수화반응물을 분체로 분쇄하는 단계; 를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 특징에 의하면, 상기의 방법에 의해 제조된 흡착소재인 제1 분체와, 상기 제1 분체 100중량부에 대하여 225 내지 275중량부의 활성탄, 11.25 내지 13.75중량부의 이온촉매제 및 11.25 내지 13.75중량부의 결합폴리머를 배합하고 가열 용융시키며 압출하여 혼합원료를 마련하는 단계; 및 상기 혼합원료를 다이스에서 절단하고, 압출공냉기에서 냉각 압출시켜 활성탄 펠렛으로 만드는 단계; 를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 특징에 의하면, 상기 활성탄 펠렛을 커팅하여 분체로 만드는 단계; 를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 종래의 수화 결합을 통해 진행하는 제조 과정을 제올라이트를 합성하여 수분을 제어하도록 함으로써, 소성 공정 없이도 분체로 된 흡착소재를 제조할 수 있어서 제조 단가를 낮추고 안정적인 품질을 가지는 제품을 제조할 수 있는 효과가 있다.
또한, 일 실시 예에 의해 제조된 분체화 된 흡착소재는 이온화 된 촉매제로써, 필요시 폴리머의 결합 소재로 사용될 수 있고, 바이러스, 세균 및 곰팡이에 대한 자생을 못하도록 기작의 원인을 분해하고, 균에 대한 대응으로 -OH 라디칼을 발생시킴으로써 우수한 항균력 및 항바이러스력을 제공할 수 있는 효과가 있다.
또한, 일 실시 예에 의해 제조된 흡착소재는 항균지속력이 반영구적으로 우수하고 암모니아 및 특정 가스에 대한 흡착이 용이하여 탈취효과가 반영구적으로 지속되므로, 종래의 탈취용 소재로 많이 사용되던 활성탄을 대체할 수 있고 특히 대기오염물질의 저감을 위해 유용하게 활용될 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 의한 흡착소재 제조방법의 공정을 나타낸 흐름도이다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 제1 실시 예에 의해 제조되는 흡착소재의 방사에너지 및 방사율을 나타낸 시험성적서이다.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 제2 실시 예에 의해 제조되는 흡착소재의 방사에너지 및 방사율을 나타낸 시험성적서이다.
도 8 내지 도 17은 본 발명의 제1 실시 예에 의해 제조되는 흡착소재의 탈취효과 시험결과를 나타낸 시험성적서이다.
도 18 내지 도 29는 본 발명의 제1 실시 예에 의해 제조되는 흡착소재의 항균효과 시험결과를 나타낸 시험성적서이다.
본 발명은 기존의 단일 소재를 이용한 바이러스, 세균에 대한 살균 및 악취와 유해 가스의 제거시 지속성이 없는 한계를 넘고자, 각 부분별 대응 물질의 복합 화합물에 대한 이온화 과정을 통하여 기존의 문제를 해결하는 것을 기술하고 있다.
본 발명에 의한 흡착소재는 인체에 무해한 무기 담지체 기반의 이온 물질로서, 여러　종류의　산화　무기물　이온　결합　방식을　갖고, 구성에　있어　양전하와　음전하를　두어　그　원소들이　대류를　이용하여　공기　중의　산소 및　H2O와 작용하여 해리시키고 분자 내의 자유 전자를 빼앗아 결합의 고리를 끊어 유해 물질이 공기 중으로 환원되는 방식으로 항균 및 소취 기능을 발휘하도록 하며, 이에 무독, 무취, 무균의 특성을 가져 인체에 무해하며, 우수한 항균, 항바이러스 및 탈취 기능을 가질 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시 예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 예로 한정되는 것은 아니다.
덧붙여, 명세서 전체에서 어떤 구성 요소를 '포함'한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
본 발명의 일 실시 예에 의한 흡착소재는, 분채화 2형화 소재를 재료로 제조되며, 산화물 및 수산화기 물질로 이루어진 조성물을 마련하고, 기능적 상승을 위하여 상기 조성물을 이온화를 통하여 바인딩 한 후 이를 수화 반응을 통한 반응식에 의해 불안정 소재로 조성하고, 이를 촉매화 하는 과정을 통하여 제조할 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예에 의한 흡착소재를 제조하기 위해, 먼저 이온촉매제를 마련한다(S5). 상기 이온촉매제는 증류수와, 상기 증류수 100중량부에 대하여 총 0.15 내지 0.25증량부의 Ca+와 Si+를 교반하되, Ca+와 Si+를 5:5(Ca+:Si+)의 비율로 하여 마련할 수 있다.
그리고, 믹서에 22 내지 25℃의 증류수(H2O)와 증류수 100중량부에 대하여 8 내지 10중량부의 이온촉매제를 넣고 60초간 혼합한다.
이때, 증류수의 온도가 22℃미만인 경우 불안전이온 결합의 문제가 발생할 수 있고, 증류수의 온도가 25℃를 초과하는 경우 결합 불안에 따른 경화공정의 미완성 상태가 되는 문제가 발생할 수 있다.
또한, 이온촉매제가 8중량부 미만인 경우 이온분포 확산성 미약의 문제가 발생할 수 있고, 이온촉매제가 10중량부를 초과하는 경우 이온 과포화도가 발생하는 문제가 발생할 수 있다.
여기서, Ca+와 Si+의 결합물인 이온촉매제는 전해성 물질로 이온화를 촉진하여 액상원료의 이온화계수와 전기전도성을 향상시키며, 이에 후술하는 중화 반응시 반응이 더 잘 일어나도록 하는 역할을 한다.
그리고, 믹서에 증류수 100중량부에 대하여 70 내지 74중량부의 염화아연(ZnCl2)을 더 넣고 온도 25℃, 습도 30 내지 35%의 분위기에서 10 내지 12분간 교반하여 반응식 1에 의해 이온화된 액상원료를 마련한다(S10).
<반응 식 1> n(ZnCl2 + H2O)+Si4+Ca+ → [(Ca(OH)2,Si(OH)4]+nHCl+nZn+
한편, 상기 액상원료는 더 바람직하게는 염화아연, 증류수 및 이온촉매제의 비율을 40:55:5(염화아연:증류수:이온촉매제)로 하여 마련할 수 있다.
제1 실시 예에서, 수산기 라디칼(-OH)를 만들기 위한 복합적 소재를 경합함에 있어 가장 중요한 부분은 이온화 결합 물질이 주요 원인 구성물이 된다는 것이다. 이를 위하여 염화아연(ZnCl2)을 기반으로 한 전기 분해를 통하여 액상원료는 직접적인 고체-액상-전위 반응에 의해 해리하여 얻게 된다.
이때, 염화아연이 70중량부 미만인 경우 분채와 결합상의 몰량 부족 불완전결합분이 발생할 수 있고, 염화아연이 74중량부를 초과하는 경우 해리상 분해된 염소가 액상에 과포화 상태로 남는 문제가 발생할 수 있다.
다음으로, 산화마그네슘(MgO)과, 상기 산화마그네슘 100중량부에 대하여 135 내지 165중량부의 알루미나(Al2O3)와, 90 내지 110중량부의 이산화타이타늄(TiO2) 또는 90 내지 100중량부의 산화아연(ZnO) 중 하나를 혼합하여 분말원료를 마련한다(S20).
상기 분말원료는 더 바람직하게는 산화마그네슘 100중량부에 대하여 알루미나 150중량부, 이산화타이타늄 100중량부, 산화아연 100중량부를 포함할 수 있다.
여기서, 산화마그네슘은 탈산소를 통해 OH라디칼을 발생하며, 이온화 촉매를 위한 2가 알카리 토금속 마그네슘(Mg2+)을 얻기 위한 재료이다. 알루미나는 전기전도성 및 강도 유지를 위한 13족가의 알루미나(Al3+)를 얻기 위한 재료이다.
이산화타이타늄은 수산화이온의 발생 유도를 위한 4족가의 티타늄(Ti-)를 얻기 위한 것으로서, 이산화타이타늄을 이온화한 Ti4+가 H2O를 끌어당겨 수산기 라디칼을 만들고, 흡착소재의 살균력을 높이는 역할을 하게 된다.
이산화타이타늄은 광촉매로 사용되지만 일 실시 예에서는 이온으로 광촉매 이상의 정공 재결합을 일으키도록 하여 표면에 붙은 반응물과 수산기를 일으키는 역할을 할 수 있다. 이때, 비용이 비싼 단일 이온화를 사용하는 것이 아니라, 비용이 상대적으로 저렴한 이온중합 반응을 통하여 이온화를 하며, 이에 별도의 촉매가 없어도 선택적 기작이 가능해진다.
이러한 이산화타이타늄은 고유한 에너지띠간격(bandgap energy, Eg)과 같거나 더 큰 에너지(300 내지 400nm)를 받게 되면, 원자가띠(valence band, VB)의 전자가 여기되어 전도띠(conduction band, CB)로 전이되고, 원자가띠에는 정공이 생성되어 표면으로 이동 후 산소라디칼 및 과산소라디칼이 생성된다. 이때, 생성된 -OH가 유기화합물이나 바이러스 등을 산화 분해하게 된다.
다음으로, 상기 액상원료와 상기 분말원료를 5:4(액상원료:분말원료)의 비율로 중합반응기에 넣고 혼합한 후, 6 내지 8℃에서 90초 이내로 반응식 2로 수화 반응시켜 수화 반응물을 마련한다(S30). 이때, 바람직하게는 수화 반응은 90초간 이루어질 수 있다.
이때, 작용금속염인 Ti(OH)2, Al2(OH)3, Mg(OH)가 생성될 수 있다. 또한, Zn(2+)와 Mg(2+)는 이온도와 원자 반경이 비슷하기 때문에 결정에서 일부 Zn(2+)원자가 Mg(2+)원자로 대체되어 결정 격자의 특성이 변경될 수 있다.
<반응식 2> [[(Ca(OH)2,Si(OH)4]+nHCl+nZn+]+ 2(Al2O3),MgO, TiO2,ZnO → ((Al2(OH)3+Ti(OH)2+Mg(OH)+Zn(OH))2O16) +Si2+(OH)2 +Ca+ +nHCl
다음으로, 에멀젼 상태의 수화 반응물에 10mesh의 평균 크기를 가지며 60% 이하로 농축된 입상형 제올라이트를 4:5(수화반응물:제올라이트)의 비율로 혼합하고, 17 내지 23℃, 습도 10 내지 15%의 분위기에서 13 내지 17분간 교반하여 반응식 3에서와 같이 제올라이트의 공극 및 표피 상에 에멀젼 상태의 수화반응물의 흡착 및 증착이 이루어지도록 침지 합성한다(S40).
<반응식 3> ((Al2(OH)3+Ti(OH)2+Mg(OH)+Zn(OH))2O16)+Si2+(OH)2 +Ca+(OH)+nHCl+[(Na12 [Al12Si12O48],27H2O) + n(C)]
이어서 30 내지 40분간 자연 발열(S50)에 의해 건조시켜 상기 수화 반응물에 포함되어 있는 부산물 및 외부 습기를 제거하고 수화 반응물을 경화시키게 된다.
이때, 흡착 및 증착이 이루어지는 단계는, 다른 반응혼합기에 앞서 단계에서 마련된 액상원료와 분말원료를 넣은 후 3분간 혼합하여 혼합재료를 마련한 후, 제올라이트가 있는 반응혼합기에 혼합재료를 30초의 간격으로 흡착 및 증착이 이루어지는 상태를 확인하면서 20%씩 나누어 넣어 이루어질 수 있다. 만약 반응혼합기에 혼합재료를 한 번에 다 넣으면 분산이 고르게 되지 않는 문제가 발생할 수 있다.
이후, 수화결합 반응과정에서 제올라이트의 과립간 엉김이 방지될 수 있도록, 수화결합반응이 완료되는 1시간 동안 반응혼합기의 회전 상태를 유지하는 과정을 더 진행할 수 있다.
한편, 자연 발열 및 자연 건조 과정을 진행한 후 온도를 80 내지 90℃로 높이고 30분간 교반을 추가로 더 진행하면, 상기 수화 반응물에 포함되어 있는 외부 습기가 추가로 더 제거되면서 상기 수화 반응물의 습도를 12 내지 15% 수준으로 낮출 수 있다.
다음으로, 필요시 수분량이 조절된 수화반응물을 1차로 커터밀 등을 이용하여 조분쇄하고, 이어서 조분쇄된 수화반응물을 ACM 등을 이용하여 입경(D50) 20㎛ 이하의 분체로 2차 분쇄하고, 이어서 J-Mill 등을 이용하여 입경(D50) 4㎛ 이하의 분체로 분쇄하는 단계(S60)를 진행할 수 있다.
염소는 열에 약한데, 이와 같은 방법에 의하면, 별도의 소성 공정이 필요하지 않아 염소의 이온화 계수가 낮아지는 것을 방지할 수 있고, 자연 발열 및 증발에 의해 소성 공정을 거치지 않고도 분체로 된 흡착소재를 제조할 수 있어서 제조비용을 크게 줄일 수 있다.
종래의 흡착제는 물리 흡착, 음이온 또는 오존을 이용하여 세균과 냄새를 제거하였으나, 이러한 방식은 효율, 신뢰성 및 안정성이 낮고, 특히 활성탄의 경우 사용 후 오염 물질이 잔재하거나 내부에 세균이 번식할 수 있어 주기적으로 교체해줘야 하는 단점이 있다.
제1 실시 예의 흡착소재는 이온화물질을 함유한 친환경의 고형체 무기질 합성물로, 광화학적 분해 방식으로 유해물질인 세균과 유기물을 분해하여 효율, 신뢰성 및 안정성이 높고, 인체에 무해하며, 2차 오염이 없고 탈취 및 항균 기능이 지속적으로 유지되어 반영구적으로 사용할 수 있는 이점이 있다.
구체적으로, 이온화에 따른 무기질의 불안정상태로 기작을 형성할 수 있도록 함으로써 양전하를 띤 금속이온은 음전하를 띤 미생물 성분과 정전기적 상호작용을 하여 소수성 사슬을 세포벽에 침투시켜 미생물 세포, 즉 유해균에 대한 DNA를 파괴한다. 제1 실시 예의 흡착소재는, 금속 양이온이 황, 산소, 질소와 같은 전자를 주는 그룹과 결합하여 미생물의 신진대사를 억제한다. 즉, 금속 양이온이 단백질과 결합하여 단백질 내 공유결합 고리를 절단한 후 단백질이 침전되어 DNA에 결합하는 효소 및 단백질의 생성을 억제하여 살균 작용을 하게 된다.
또한, 제1 실시 예의 흡착소재는, 유해물질의 분자와 접촉시 기작된 금속 양이온의 산화 환원 반응을 통해 공기 중 수분과 작용하여 해리시키고, 분자의 분해기작을 통해 분자 내의 자유 전자를 빼앗아 결합의 고리를 끊어 악취의 원인을 제거함으로써 항균 및 소취 기능을 발휘할 수 있다.
구체적으로는 TiO2에 UV가 조사되면서 전자(e-)와 정공(h+)이 생성된다. 그리고, 공기 중의 O2와 전자(e-)가 반응하여 O2 -(슈퍼옥사이드이온)가 발생하고, 공기 중의 H2O와 정공(h+)이 반응하여 -OH(하이드록시라디칼)이 발생한다.
수산기(OH Radical/Hydroxyl Radical)는 자연계에 존재하는 강력한 산화 물질로서, 우수한 살균, 소독, 탈취 및 분해 능력을 가져, 대부분의 오염 물질의 살균, 소독, 화학적 분해 및 제거가 가능하다. 이러한 수산기의 산화력은 불소 다음으로 강력하고, 오존/염소보다 강력하며, 수산기는 불소, 염소 및 오존 등과 달리 인체에 독성이 있거나 환경에 유해하지 않은 천연 물질로서, 수산기에 의해 이온 분해된 오염 물질은 물, 산소, 이산화탄소 등으로 환원된다.
따라서, 제1 실시 예의 흡착소재는, O2 -의 환원 작용과 -OH의 산화 작용에 의해 강력한 살균 및 유기물의 분해 작용이 이루어진다. 이러한 작용에 의해 악취 물질인 암모니아, 황화수소, 메틸메르캅탄 또는 트리메탈아민 등은 질산염(NO3)과 황산염(SO4)으로 분해되고 이산화탄소와 물이 생성될 수 있다.
즉, 제1 실시 예의 흡착소재는, 악취를 유발하는 입자를 포집할 뿐만 아니라 동시에 바이러스, 유해물질 및 냄새입자와 접촉 반응시 인체에 무해한 상태로 변환시켜 다시 공기 중으로 환원하는 방식으로 바이러스와 악취 및 유해물질 등을 제거할 수 있다.
이와 같이 본 발명에 의한 흡착소재는, 활성탄　등과　같은　유기물　기반 조성물이　아닌　산화물　및　수산화물　등과　같은　무기물　기반　조성물로서,　공기 중의 각종　악취　유발　화합물과 유해 물질(예를　들면,　포름알데히드,　톨루엔,　자일렌,　초산, 암모니아,　벤젠, VOC　등)을 산화 환원 반응을 통해 99.9% 이상 효과적으로　흡착　및　분해하여　사용자의　생활　환경　개선에　큰　기여를　할　수 있다.
<제1 실시 예의 방사에너지 및 방사율 테스트>
도 2 내지 도 4는 본 발명의 제1 실시 예에 의해 제조되는 흡착소재의 방사에너지(emission power) 및 방사율(emissivity)을 나타낸 시험성적서이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 이 테스트는 37℃에서 진행되었고, 제1 실시 예에 의해 제조되는 흡착소재는 표 1에서와 같이 방사에너지가 3.52Х102 W/㎡·㎛로 나타났고, 방사율은 5 내지 20㎛에서 0.913으로 나타났다.
시료 시험결과
방사율(5~20㎛) 방사에너지(W/㎡·㎛, 37℃)
제1 실시 예 0.913 3.52×102
제1 실시 예의 수치와 비교 예(샘플)의 수치를 비교해 보면, 제1 실시 예에 의해 제조되는 흡착소재의 원적외선 방사에너지가 상대적으로 더 높게 나타나고, 이로부터 제1 실시 예의 흡착소재는 원적외선 방사에 따라 신선도와 같은 제품의 신뢰성이 향상되고 인체에 유익한 효과가 있다는 것을 알 수 있다.
<탈취효과 시험>
도 8 내지 17은 제1 실시 예에 의한 흡착소재에 대한 탈취시험 결과보고서이다. 이 테스트는 제1 실시 예에 의한 흡착소재의 암모니아, 톨루엔, 아세트산, 벤젠 및 포름알데히드 가스에 대한 제거능력을 알아보기 위한 것으로, FITI 시험지침서 FTM-5-2:2004, 가스검지관법에 준용하여 실시하였다
구체적으로, 5L 용량의 테들러 백 안에 20㎝Х10㎝ 크기의 시료를 1개 넣고 열밀봉하고, 시료가 들어있는 테들러 백 안에 암모니아 농도가 100ppm인 가스를 주입한다.
그리고, 2시간 경과 시점의 암모니아 농도를 검지관식 가스측정기로 측정하고 도 8 내지 도 17에 나타내었다.
그리고, 비교를 위해 시료를 주입하지, 않고 앞서 과정과 동일한 방법으로 암모니아 농도를 측정하였다(바탕시험).
더불어, 암모니아 대신에 농도 20ppm의 톨루엔, 농도 50ppm의 아세트산, 농도 50ppm의 벤젠, 농도 15ppm의 포름알데히드를 각각 이용하여 암모니아 농도 시험과 동일한 방법으로 각 성분의 농도를 측정하고, 아래 도 8 내지 17에 나타내었다.
가스종류 초기농도 시험결과
(2시간 경과 후)
암모니아 100ppm 95.0
톨루엔 20ppm 97.5 초과
아세트산 50ppm 99.9 초과
벤젠 20ppm 97.5 초과
포름알데히드 15ppm 96.4
표 2와 도 8 및 도 9를 참조하면, 암모니아의 경우, 제1 실시 예에 의한 흡착소재는 초기농도 100ppm에서 2시간 후의 탈취율은 95.0%로 나타났다..
그리고, 표 2와 도 10 및 도 11을 참조하면, 톨루엔의 경우, 제1 실시 예에 의한 흡착소재는 초기농도 20ppm에서 2시간 후의 탈취율은 97.5%를 초과하였다.
그리고, 표 2와 도 12 및 도 13을 참조하면, 아세트산의 경우, 제1 실시 예에 의한 흡착소재는 초기농도 50ppm에서 2시간 후의 탈취율은 99.9%를 초과하였다.
그리고, 표 2와 도 14 및 도 15를 참조하면, 벤젠의 경우, 제1 실시 예에 의한 흡착소재는 초기농도 20ppm에서 2시간 후의 탈취율은 97.5%를 초과하였다.
그리고, 표 2와 도 16 및 도 17을 참조하면, 포름알데히드의 경우, 제1 실시 예에 의한 흡착소재는 초기농도 15ppm에서 2시간 후의 탈취율은 96.4%로 나타났다.
이와 같은 결과로 볼 때, 제1 실시 예에 의한 흡착소재는 암모니아, 톨루엔, 아세트산, 벤젠 및 포름알데히드와 같은 악취유발물질에 대한 분해능력이 뛰어나 우수한 탈취효과를 가지는 것을 알 수 있다.
본 발명의 제2 실시 예에 따르면 다음의 단계를 더 진행할 수 있다.
먼저 앞서 제1 실시 예의 제조공정을 통해 제조된 흡착소재인 제1 분체와, 상기 제1 분체 100중량부에 대하여 225 내지 275중량부의 활성탄, 11.25 내지 13.75중량부의 이온촉매제 및 11.25 내지 13.75중량부의 결합폴리머를 배합하고 교반한 후, 가열 용융시키며 압출하여 혼합원료를 마련한다.
이때, 활성탄의 함량은 필터의 용도 등을 고려하여 조절할 수 있다. 상기 혼합원료는 더 바람직하게는 제1 분체 100중량부에 대하여 활성탄 250중량부, 이온촉매제 12.5중량부 및 결합폴리머 12.5중량부를 포함할 수 있다.
상기 결합폴리머는 바람직하게는 폴리아크릴아미드, 폴리비닐알코올 등의 수용성 폴리머를 사용할 수 있고, 접착제로서의 역할을 하여 제1 분체가 활성탄의 표피 및 공극상에 접착되어 외부 충격 등에 의해 제1 분체가 쉽게 분리되는 것을 방지하는 효과를 기대할 수 있다. 그리고, 상기 활성탄은 평균 크기가 50mesh인 것을 사용할 수 있다.
상기 혼합원료는 각각의 재료를 혼합하고 교반한 후 메인피다로 이동시켜 시간당 투입량을 설정하여 압출기에 혼합물을 투입하고, 압출기에서는 설정된 온도로 혼합물을 가열 용융시켜 혼합한 후 다이스로 압출하며 마련할 수 있다.
다음으로, 상기 혼합원료를 펠렛 형태로 다이스에서 절단한다. 그리고, 다이스의 출구로 배출된 혼합원료는 압출공냉기로 이동되고, 이후 압출공냉기에서 공기에 의해 냉각 압출되어 활성탄 펠렛으로 제조될 수 있다(S70).
이때, 활성탄 펠렛 전체에 교반된 결합제와 기능성 소재가 고르게 분포될 수 있도록, 활성탄 펠렛을 파쇄한 후 재압출하는 과정을 2회 더 진행할 수 있다. 그리고, 최종 압출 후에는 브러우를 통해 활성탄 펠렛에 결합되지 못한 분진을 제거하게 된다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면 상기 활성탄 펠렛을 소정 크기로 커팅하는 단계(S80)를 더 진행하여 5 내지 10㎛ 사이즈의 분체로 만들 수 있다. 이렇게 활성탄 펠렛을 분체로 만들면 필터 제조시 원료로 사용할 수 있다. 이때, 커팅 과정에서 스트랜드 커팅을 이용할 수 있으며 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
<제2 실시 예의 방사에너지 및 방사율 테스트>
도 5 내지 도 7은 본 발명의 제2 실시 예에 의해 제조되는 흡착소재의 방사에너지 및 방사율을 나타낸 시험성적서이다.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 본 테스트는 37℃에서 진행되었고, 제2 실시 예에 의해 제조되는 흡착소재는 표 3에서와 같이 방사에너지가 3.49Х102 W/㎡·㎛로 나타났고, 방사율은 5 내지 20㎛에서 0.906으로 나타났다.
시료 시험결과
방사율(5~20㎛) 방사에너지(W/㎡·㎛, 37℃)
제2 실시 예 0.906 3.49 × 102
제2 실시 예의 수치와 비교 예(샘플)의 수치를 비교해 보면, 제2 실시 예에 의해 제조되는 흡착소재의 원적외선 방사에너지가 상대적으로 더 높게 나타나고, 이로부터 제2 실시 예의 흡착소재는 원적외선 방사에 따라 신선도와 같은 제품의 신뢰성이 향상되고 인체에 유익한 효과가 있다는 것을 알 수 있다.
종래의 활성탄은 암모니아 및 황화수소에 대한 흡착을 통해 악취 유발 화합물을 소거하는 원리를 가지고 있다. 반면에, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 활성탄을 포함하는 흡착소재는 흡착된 유해가스의 원인을 분해함으로써 활성탄의 흡착구를 복원하고 요오드 값을 복원하여 제품의 수명을 연장시킬 수 있는 효과가 있다.
활성탄의 활성지수는 요오드 값으로 확인할 수 있고, 제2 실시 예에 따른 흡착소재는 활성탄에 가스가 흡착되어 요오드 값이 저하되는데, 흡착소재가 활성탄에 흡착된 유해물질을 분해하여 활성탄의 요오드 값을 다시 상승시키게 되므로, 활성탄의 성능을 복원하여 제품의 수명을 연장시킬 수 있는 것이다.
이러한 본 발명의 재2 실시 예에 의한 흡착소재는 예를 들어 부직포 필터의 제조용 소재, 활성탄 기능성 필터의 제조용 소재, 산업분야 대기방지설비 적층형 활성탄 펠릿의 기본소재로 활용될 수 있다.
< Staphylococcus aureus ATCC 6538 (황색포도상구균), Klebsiella pneumonia ATCC 4352 (패렴간균), Salmonella typhimurium KCTC 1925, (살모렐라균), Escherichia coli ATCC 25922 (대장균)에 대한 항균 효율 평가>
이 테스트는 제1 실시 예에 의한 흡착소재의 Staphylococcus aureus ATCC 6538 (황색포도상구균), Klebsiella pneumonia ATCC 4352 (패렴간균), Salmonella typhimurium KCTC 1925, (살모렐라균), Escherichia coli ATCC 25922 (대장균)에 대한 항균력을 알아보기 위한 것이다.
이 테스트는 ASTM E2149-20 시험방법에 준하여 실시 한다.
균주 시험결과
대조군 시험군 세균감소율
초기균수 24시간 후 초기균수 24시간 후
황색포도상구균 1.8 x 105 1.1 x 105 1.8 x 105 < 30 99.9
폐렴균 2.0 x 105 1.5 x 105 2.0 x 105 < 30 99.9
살모넬라균 1.8 x 105 1.5 x 105 1.8 x 105 < 30 99.9
대장균 1.8 x 105 1.5 x 105 1.8 x 105 < 30 99.9
테스트 결과, 황색포도상구균의 경우, 표 4와 도 18 내지 20에서와 같이, 대조군의 초기균수는 1.8×105(세균수/㎖)이고 24시간 후 1.1×105(세균수/㎖)로 줄어들었으나 여전히 많은 양의 균이 확인되었다. 반면에, 시험군의 초기균수는 1.8×105(세균수/㎖)이고 24시간 후 30(세균수/㎖) 미만으로 줄어들어 99.9%의 세균감소율을 보였다.
그리고, 폐렴간균의 경우, 표 4와 도 21 내지 23에서와 같이, 대조군의 초기균수는 2.0×105(세균수/㎖)이고 24시간 후 1.5×105(세균수/㎖)로 줄어들었으나 여전히 많은 양의 균이 확인되었다. 반면에, 시험군의 초기균수는 2.0×105(세균수/㎖)이고 24시간 후 30(세균수/㎖) 미만으로 줄어들어 99.9%의 세균감소율을 보였다.
그리고, 살모렐라균의 경우, 표 4와 도 24 내지 26에서와 같이, 대조군의 초기균수는 1.8×105(세균수/㎖)이고 24시간 후 1.5×105(세균수/㎖)로 줄어들었으나 여전히 많은 양의 균이 확인되었다. 반면에, 시험군의 초기균수는 1.8×105(세균수/㎖)이고 24시간 후 30(세균수/㎖) 미만으로 줄어들어 99.9%의 세균감소율을 보였다.
그리고, 대장균의 경우, 표 4와 도 27 내지 29에서와 같이, 대조군의 초기균수는 1.8×105(세균수/㎖)이고 24시간 후 1.5×105(세균수/㎖)로 줄어들었으나 여전히 많은 양의 균이 확인되었다. 반면에, 시험군의 초기균수는 1.8×105(세균수/㎖)이고 24시간 후 30(세균수/㎖) 미만으로 줄어들어 99.9%의 세균감소율을 보였다.
따라서, 제1 실시 예에 의한 흡착소재가 황색포도상구균, 폐렴간균, 살모렐라균 및 대장균에 대해 우수한 항균력이 있음을 알 수 있다.
이와 같이 제1 실시 예에 의한 흡착소재는 기존의 항균 기능을 가지는 소재인 구리, 은나노, 제올라이트에 비하여 우수한 항균효과 결과를 보였으며, 더불어 제1 실시 예에 의한 흡착소재는 물리적/전기적 OH 라디칼이 아닌 수화 반응을 통하여 발생한 무기질 고체형으로 개발된 OH라디칼 발생 촉매로서 우수한 항균성을 가지는 것이 확인되었다. 이는 기존의 에틸 알콜이나, 염소계 물질에서는 확인하지 못한 소재적 기능으로 판단된다.
따라서, 이와 같이 제조되는 본 발명의 흡착소재는 다양한 제품의 기능을 높이기 위한 소재로 사용할 수 있는데, 예를 들어 필터, 섬유, 폴리머결합형 필름, 플라스틱, 건축자재 및 각종 기능성 생활용품의 소재로 사용할 수 있다.
본 발명은 상술한 실시 예에 의해 한정되는 것이 아니다. 따라서, 청구 범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.
부호의 설명
S5: 이온촉매제 마련 단계
S10: 액상원료 마련 단계
S20: 분말원료 마련 단계
S30: 액상완료와 분말원료를 혼합하는 단계
S40: 제올라이트 침지 합성 단계
S50: 자연발열 단계
S60: 분체 마련 단계
S70: 펠렛 제조 단계
S80: 펠렛 커팅 단계

Claims (5)

  1. 증류수와, 상기 증류수 100중량부에 대하여 총 0.15 내지 0.25증량부의 Ca+와 Si+를 교반하되, Ca+와 Si+를 5:5(Ca+:Si+)의 비율로 하여 이온촉매제를 마련하는 단계;
    믹서에 22 내지 25℃의 증류수(H2O)와, 상기 증류수 100중량부에 대하여 8 내지 10중량부의 이온촉매제와, 상기 증류수 100중량부에 대하여 70 내지 74중량부의 염화아연(ZnCl2)을 넣고 25℃, 습도 30 내지 35%의 분위기에서 10 내지 12분간 교반하여 액상원료를 마련하는 단계;
    산화마그네슘(MgO)과, 상기 산화마그네슘 100중량부에 대하여 135 내지 165중량부의 알루미나(Al2O3)와, 90 내지 110중량부의 이산화타이타늄(TiO2) 또는 90 내지 110중량부의 산화아연(ZnO) 중 하나를 혼합하여 분말원료를 마련하는 단계;
    상기 액상원료와 상기 분말원료를 5:4(액상원료:분말원료)의 비율로 중합반응기에 넣고 6 내지 8℃에서 수화 반응시켜 에멀젼 상태의 수화반응물을 마련하는 단계;
    에멀젼 상태의 수화 반응물에 10mesh의 평균 크기를 갖는 제올라이트를 4:5(수화반응물:제올라이트)의 비율로 혼합하고, 17 내지 23℃, 습도 10 내지 15%의 분위기에서 교반하여 제올라이트의 공극 및 표피 상에 에멀젼 상태의 수화반응물의 흡착 및 증착이 이루어지도록 하는 단계; 및
    상기 수화반응물을 30 내지 40분간 자연 발열에 의해 건조시켜 상기 수화 반응물에 포함되어 있는 부산물 및 외부 습기를 제거하는 단계; 를 포함하는 이온화 분해소재를 이용하여 우수한 유해가스제거 및 항균탈취기능을 함유한 흡착소재 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    흡착 및 증착 단계 이전에, 반응혼합기에 10mesh의 평균 크기를 가지며 60% 이하로 농축된 제올라이트를 넣고 21 내지 23℃를 유지하면서 반응혼합기를 운전하는 단계를 먼저 실행하고,
    흡착 및 증착이 이루어지는 단계는, 다른 반응혼합기에 액상원료와 분말원료를 넣고 혼합하여 혼합재료를 마련한 후, 제올라이트가 있는 반응혼합기에 상기 혼합재료를 30초의 간격으로 20%씩 나누어 넣는 단계; 및
    제올라이트의 과립간 엉김을 방지하도록 1시간 동안 반응혼합기의 회전 상태를 유지하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는, 이온화 분해소재를 이용하여 우수한 유해가스제거 및 항균탈취기능을 함유한 흡착소재 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 수화 반응물에 포함되어 있는 부산물 및 외부 습기를 제거하는 단계 이후에, 온도를 80 내지 90℃로 높이고 30분간 교반을 더 진행하여 상기 수화반응물에 포함된 수분량이 12 내지 15%가 되도록 하는 단계; 및
    수분량이 조절된 수화반응물을 분체로 분쇄하는 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 이온화 분해소재를 이용하여 우수한 유해가스제거 및 항균탈취기능을 함유한 흡착소재 제조방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 의해 제조된 흡착소재인 제1 분체와, 상기 제1 분체 100중량부에 대하여 225 내지 275중량부의 활성탄, 11.25 내지 13.75중량부의 이온촉매제 및 11.25 내지 13.75중량부의 결합폴리머를 배합하고 가열 용융시키며 압출하여 혼합원료를 마련하는 단계; 및
    상기 혼합원료를 다이스에서 절단하고, 압출공냉기에서 냉각 압출시켜 활성탄 펠렛으로 만드는 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 이온화 분해소재를 이용하여 우수한 유해가스제거 및 항균탈취기능을 함유한 흡착소재 제조방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 활성탄 펠렛을 커팅하여 분체로 만드는 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 이온화 분해소재를 이용하여 우수한 유해가스제거 및 항균탈취기능을 함유한 흡착소재 제조방법.
PCT/KR2023/000858 2022-01-18 2023-01-18 이온화 분해소재를 이용하여 우수한 유해가스제거 및 항균탈취기능을 함유한 흡착소재 제조방법 WO2023140612A1 (ko)

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