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KR102018149B1 - 상온 침전법을 이용한 높은 비표면적을 갖는 칼슘포스페이트 분말의 제조방법, 및 그 방법으로 제조된 칼슘포스페이트 분말 - Google Patents

상온 침전법을 이용한 높은 비표면적을 갖는 칼슘포스페이트 분말의 제조방법, 및 그 방법으로 제조된 칼슘포스페이트 분말 Download PDF

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KR102018149B1
KR102018149B1 KR1020190000166A KR20190000166A KR102018149B1 KR 102018149 B1 KR102018149 B1 KR 102018149B1 KR 1020190000166 A KR1020190000166 A KR 1020190000166A KR 20190000166 A KR20190000166 A KR 20190000166A KR 102018149 B1 KR102018149 B1 KR 102018149B1
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KR
South Korea
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aqueous solution
calcium phosphate
solution
specific surface
surface area
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KR1020190000166A
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Inventor
김일용
신의섭
Original Assignee
(주)베이서스
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Abstract

본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른, 상온 침전법을 이용한 높은 비표면적을 갖는 칼슘포스페이트 분말의 제조방법은, (a) 0.5 ~ 2.0 M의 칼슘염 수용액, 0.3 ~ 0.8 M의 인산염 수용액, 및 0.1 ~ 0.8 M의 탄산염 수용액을 제조하는 단계; (b) 상기 (a) 단계의 인산염 수용액과 탄산염 수용액을 혼합하여 혼합용액을 제조하는 단계; (c) 상기 (a) 단계의 칼슘염 수용액에 무기 염기성 수용액을 투입하여 pH를 8 ~ 12로 조절하는 단계; (d) 상기 (b) 단계의 혼합용액에 무기 염기성 수용액을 투입하여 pH를 8 ~ 12로 조절하는 단계; (e) 상기 (c) 단계의 무기 염기성 수용액이 투입된 칼슘염 수용액과 상기 (d) 단계의 무기 염기성 수용액이 투입된 혼합용액을 20 ~ 30 ℃의 온도에서 혼합하고 pH 5 ~ 8까지 반응시켜 침전물을 제조하는 단계; 및 (f) 상기 (e) 단계의 침전물을 여과, 세척 및 건조하여 칼슘포스페이트를 수득하는 단계;를 포함하며, 상기 수득된 칼슘포스페이트의 비표면적은 130 ~ 210 m2/g인 것을 특징으로 한다.

Description

상온 침전법을 이용한 높은 비표면적을 갖는 칼슘포스페이트 분말의 제조방법, 및 그 방법으로 제조된 칼슘포스페이트 분말{PRODUCING CALCIUM PHOSPHATE POWDER HAVING HIGH SPECIFIC SURFACE AREA THROUGH ROOM TEMPERATURE PRECIPITATION AND CALCIUM PHOSPHATE POWDER THEREFROM}
본 발명은 상온 침전법을 이용한 높은 비표면적을 갖는 칼슘포스페이트 분말의 제조방법, 및 그 방법으로 제조된 칼슘포스페이트 분말에 관한 것이다.
산업현장, 자동차, 화학플랜트, 발전소, 소각로, 보일러, 지하도로 및 터널, 지하상가, 지하주차장 등에는 유해가스인 일산화탄소, 질소산화물, 황산화물 및 휘발성 유기화합물 등의 유해 가스 성분이 포함되어 있다.
이러한 유해가스를 선택적으로 제거하기 위한 여러 가지 방법들 중 흡착제 또는 촉매물질을 이용하여 제거하는 방법이 보편적이다.
상기 흡착제로는 활성탄, 제올라이트 등이 보편적으로 많이 사용되고 있으나, 이들 흡착제는 유해가스의 물리적 제거로서 흡착용량에 한계가 있어 일정 시간 이후 현저히 흡착능이 저하되거나 소멸되고, 포화 흡착량에 달하거나 외부 환경에 따라 흡착된 유해가스가 재방출된다는 단점이 있다. 그리고, 활성탄의 특성상 다양한 유해 가스를 흡착처리 하지 못하는 단점이 있다(예컨대, 대한민국 공개특허공보 제2003-0030145호).
또한 촉매물질을 이용하는 경우 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 금(Au) 등의 귀금속 또는 망간(Mn), 코발트(Co), 철(Fe) 등의 전이금속을 표면적이 큰 알루미나, 실리카, 티타니아 등의 담지체에 담지시켜 산화, 환원반응용 촉매로 이용되고 있다.
상기 귀금속 함유 촉매는 소재의 단가로 인하여 범용 응용에 제한이 있어, 최근 구리-망간 산화물을 이용하여 일산화탄소, 휘발성 유기화합물(VOCs), 암모니아 및 황화수소와 같은 유해 가스를 제거하는 촉매로 이용되고 있다
그러나 구리-망간 산화물의 경우 촉매활성에 있어서 산화물의 결정성에 따른 민감한 영향을 받는 취약점이 있고, 일정시간 사용 후 재생을 하기 위해 열처리하는 경우 결정도의 변화에 따라 촉매특성이 급격히 저하 하거나, 수분 존재 하에서의 촉매 특성이 떨어지는 단점을 가지고 있다. 또한, 구리-망간 산화물 제조 시 상압이 아닌 수열반응기를 이용한 가압반응을 유도하고, 고온에서 열처리하는 등의 제조단계가 복잡하고 제조비용도 높은 문제를 가지고 있다.
따라서 유해가스를 제거할 수 있는 특성을 가지면서도 제조공정도 단순화시켜 비용측면에서 경제적인 새로운 형태의 흡착제 또는 촉매를 제조하는 방법이 요구되고 있는 실정이다.
한편, 일반적으로 하이드록시아파타이트(수산화아파타이트, Hydroxyapatite: HAP)는 칼슘포스페이트(인산칼슘, Calcium phosphate)계 세라믹으로, 인체의 뼈를 구성하는 주성분으로 골 전도성, 생체 활성, 생체 친화성, 단백질 흡착성, 중금속 흡착성, 항균성, 항바이러스성 등이 우수한 장점이 있다.
KR 10-2003-0030145 A1 (2004.11.19. 공개) KR 10-0783587 B1(2007.12.11. 공고)
따라서, 본 발명의 목적은, 종래의 고온에서 제조되는 칼슘포스페이트의 제조방법에 비하여 간단하게 상온에서 제조할 수 있으며, 높은 비표면적을 갖는 칼슘포스페이트를 제공하는 데 있다.
또한, 높은 비표면적을 가지고 있기 때문에 유해가스의 흡착능력이 우수한 칼슘포스페이트를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제(들)로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제(들)는 이하의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른, 상온 침전법을 이용한 높은 비표면적을 갖는 칼슘포스페이트 분말의 제조방법은, (a) 0.5 ~ 2.0 M의 칼슘염 수용액, 0.3 ~ 0.8 M의 인산염 수용액, 및 0.1 ~ 0.8 M의 탄산염 수용액을 제조하는 단계; (b) 상기 (a) 단계의 인산염 수용액과 탄산염 수용액을 혼합하여 혼합용액을 제조하는 단계; (c) 상기 (a) 단계의 칼슘염 수용액에 무기 염기성 수용액을 투입하여 pH를 8 ~ 12로 조절하는 단계; (d) 상기 (b) 단계의 혼합용액에 무기 염기성 수용액을 투입하여 pH를 8 ~ 12로 조절하는 단계; (e) 상기 (c) 단계의 무기 염기성 수용액이 투입된 칼슘염 수용액과 상기 (d) 단계의 무기 염기성 수용액이 투입된 혼합용액을 20 ~ 30 ℃의 온도에서 혼합하고 pH 5 ~ 8까지 반응시켜 침전물을 제조하는 단계; 및 (f) 상기 (e) 단계의 침전물을 여과, 세척 및 건조하여 칼슘포스페이트를 수득하는 단계;를 포함하며, 상기 수득된 칼슘포스페이트의 비표면적은 130 ~ 210 m2/g인 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 칼슘염은, Ca(NO3)2, Ca(NO3)2·4H2O, Ca(OH)2, CaCO3, Ca(CH3COO)2, CaF2, 및 CaSO4로 이루어진 그룹 중 선택되는 1 종 이상의 것이고, 상기 인산염은, (NH4)2HPO4, NH4H2PO4, H3PO4, H4P2O7, 및 KH2PO4로 이루어진 그룹 중 선택되는 1 종 이상의 것이며, 상기 탄산염은, (NH4)2CO3, NH4HCO3, K2CO3 및 Na2CO3로 이루어진 그룹 중 선택되는 1 종 이상인 것이 바람직하다.
일 실시예에 있어서, 상기 무기 염기성 수용액은, NH4OH, NaOH, KOH, LiOH 및 Mg(OH)2으로 이루어진 그룹 중 선택되는 1 종 이상의 것이 바람직하다.
일 실시예에 있어서, 상기 (f) 단계는, 상기 (e) 단계의 침전물을 필터로 여과하고, 증류수 또는 유기용매로 세척하며, 50 ~ 100 ℃의 온도에서 10 ~ 24 시간 동안 건조하는 것이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 칼슘포스페이트의 비표면적이 130 ~ 210 m2/g인 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 칼슘포스페이트 단일입자의 크기는 100 nm 이하인 것이 바람직하다.
본 발명에 의한 상온 침전법을 이용한 높은 비표면적을 갖는 칼슘포스페이트 분말의 제조방법을 이용하면, 대기 중 또는 다양한 공장에서 발생하는 인체에 유해한 유해가스를 제거할 수 있는 흡착제 또는 촉매로 사용할 수 있다.
또한, 종래의 유해가스 제거용 흡착제 또는 촉매 보다 성능이 우수하며, 내구성 및 안정성까지 확보할 수 있다.
또한, 종래 실내에서 사용되는 공기청정기의 필터, 공기조화기의 필터, 차량의 에어필터 및 마스크 등에 도포시켜 필터의 효율을 높일 수 있다.
또한, 상온에서 제조되는 간단한 공정으로 인하여 제조단가가 낮아지는 경제적인 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 상온 침전법을 이용한 높은 비표면적을 갖는 칼슘포스페이트 분말의 제조방법을 순서도로 나타낸 것이다.
도 2(a) 및 2(b)는 실시예 1에 따라 제조된 칼슘포스페이트의 주사전자현미경 이미지이다.
도 3은 실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 5의 비표면적을 비교한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것을 달성하는 방법은 첨부된 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.
그러나, 본 발명은 이하에 개시되는 실시예들에 의해 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 또한, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
나아가, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기술 등이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그에 관한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
따라서, 본 발명의 목적은, 종래의 고온에서 제조되는 칼슘포스페이트의 제조방법에 비하여 간단하게 상온에서 제조할 수 있으며, 높은 비표면적을 갖는 칼슘포스페이트를 제공하는 데 있다.
또한, 높은 비표면적을 가지고 있기 때문에 유해가스의 흡착능력이 우수한 칼슘포스페이트를 제공할 수 있다.
본 발명에 의한 상온 침전법을 이용한 높은 비표면적을 갖는 칼슘포스페이트 분말의 제조방법을 이용하면, 대기 중 또는 다양한 공장에서 발생하는 인체에 유해한 유해가스를 제거할 수 있는 흡착제 또는 촉매로 사용할 수 있으며, 종래의 유해가스 제거용 흡착제 또는 촉매 보다 성능이 우수하며, 내구성 및 안정성까지 확보할 수 있는 장점이 있다. 또한, 종래의 실내에서 사용되는 공기청정기의 필터, 공기조화기의 필터, 차량의 에어필터 및 마스크 등에 도포시켜 필터의 효율을 높일 수 있으며, 상온에서 제조되는 간단한 공정으로 인하여 제조단가가 낮아짐으로써 경제적인 효과가 있다.
이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 상온 침전법을 이용한 높은 비표면적을 갖는 칼슘포스페이트 분말의 제조방법에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 상온 침전법을 이용한 높은 비표면적을 갖는 칼슘포스페이트 분말의 제조방법을 순서도로 나타낸 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상온 침전법을 이용한 높은 비표면적을 갖는 칼슘포스페이트 분말의 제조방법은, (a) 0.5 ~ 2.0 M의 칼슘염 수용액, 0.3 ~ 0.8 M의 인산염 수용액, 및 0.1 ~ 0.8 M의 탄산염 수용액을 제조하는 단계(S100); (b) 상기 (a) 단계(S100)의 인산염 수용액과 탄산염 수용액을 혼합하여 혼합용액을 제조하는 단계(S200); (c) 상기 (a) 단계(S100)의 칼슘염 수용액에 무기 염기성 수용액을 투입하여 pH를 8 ~ 12로 조절하는 단계(S300); (d) 상기 (b) 단계(S200)의 혼합용액에 무기 염기성 수용액을 투입하여 pH를 8 ~ 12로 조절하는 단계(S400); (e) 상기 (c) 단계(S300)의 무기 염기성 수용액이 투입된 칼슘염 수용액과 상기 (d) 단계(S400)의 무기 염기성 수용액이 투입된 혼합용액을 20 ~ 30 ℃의 온도에서 혼합하고 pH 5 ~ 8까지 반응시켜 침전물을 제조하는 단계(S500); 및 (f) 상기 (e) 단계(S500)의 침전물을 여과, 세척 및 건조하여 칼슘포스페이트를 수득하는 단계(S600);를 포함하며, 상기 수득된 칼슘포스페이트의 비표면적은 130 ~ 210 m2/g인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상온 침전법을 이용한 높은 비표면적을 갖는 칼슘포스페이트 분말의 제조방법에 있어서, 상기 (a) 단계(S100)는, 0.5 ~ 2.0 M의 칼슘염 수용액, 0.3 ~ 0.8 M의 인산염 수용액, 및 0.1 ~ 0.8 M의 탄산염 수용액을 제조하는 단계이다.
상기 칼슘염 수용액은 칼슘염과 증류수를 혼합하여 대기압, 실온(20 ~ 30 ℃)의 조건에서 10 ~ 60 분 동안 교반기를 이용하여 제조할 수 있으며, 구체적으로 30 분 동안 혼합하여 제조할 수 있다.
상기 칼슘염 수용액의 농도는 0.5 ~ 2.0 M 일 수 있으며, 구체적으로 1 M 일 수 있다. 상기 칼슘염 수용액의 농도 범위는 높은 비표면적을 갖는 칼슘포스페이트를 제조하기 위한 것으로써, 상기한 범위를 벗어날 경우 최종 생성물의 특성에 영향을 미치기 때문에 상기한 범위가 바람직하다.
또한, 상기 인산염 수용액 및 탄산염 수용액 역시 상기 칼슘염 수용액의 제조방법과 동일한 방법으로 제조되며, 제조방법에 대한 설명은 생략한다.
상기 인산염 수용액의 농도는 0.3 ~ 0.8 M 일 수 있으며, 구체적으로 0.6 M 일 수 있다. 상기 칼슘염 수용액의 농도범위는 높은 비표면적을 갖는 칼슘포스페이트를 제조하기 위한 것으로써, 상기한 범위를 벗어날 경우 최종 생성물의 특성에 영향을 미치기 때문에 상기한 범위가 바람직하다.
상기 탄산염 수용액의 농도는 0.1 ~ 0.8 M 일 수 있으며, 구체적으로 0.6 M 일 수 있다. 상기 탄산염 수용액의 농도범위는 높은 비표면적을 갖는 칼슘포스페이트를 제조하기 위한 것으로써, 상기한 범위를 벗어날 경우 최종 생성물의 특성에 영향을 미치기 때문에 상기한 범위가 바람직하다.
상기 칼슘염은, Ca(NO3)2, Ca(NO3)2·4H2O, Ca(OH)2, CaCO3, Ca(CH3COO)2, CaF2, 및 CaSO4로 이루어진 그룹 중 선택되는 1 종 이상의 것일 수 있으며, 구체적으로 Ca(NO3)2일 수 있다.
상기 인산염은, (NH4)2HPO4, NH4H2PO4, H3PO4, H4P2O7, 및 KH2PO4로 이루어진 그룹 중 선택되는 1 종 이상의 것일 수 있으며, 구체적으로 (NH4)2HPO4일 수 있다.
상기 탄산염은, (NH4)2CO3, NH4HCO3, K2CO3 및 Na2CO3로 이루어진 그룹 중 선택되는 1 종 이상의 것일 수 있으며, 구체적으로 (NH4)2CO3일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상온 침전법을 이용한 높은 비표면적을 갖는 칼슘포스페이트 분말의 제조방법에 있어서, 상기 (b) 단계(S200)는, 상기 (a) 단계(S100)의 0.3 ~ 0.8 M의 인산염 수용액, 및 0.1 ~ 0.8 M의 탄산염 수용액을 혼합하여 혼합용액을 제조하는 단계이다.
상기 (b) 단계(S200)의 혼합용액을 제조하는 단계는 신속하게 혼합할 수 있는 방법이라면 이를 제한하지 않는다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상온 침전법을 이용한 높은 비표면적을 갖는 칼슘포스페이트 분말의 제조방법에 있어서, 상기 (c) 단계(S300)는, 상기 (a) 단계의 칼슘염 수용액에 무기 염기성 수용액을 투입하여 pH를 8 ~ 12로 조절하는 단계이다.
상기 (c) 단계(S300)는, 상기 무기 염기성 수용액을 상기 (a) 단계(S100)의 칼슘염 수용액이 pH 8 ~ 12가 되도록 투입될 수 있으며, 구체적으로 상기 (a) 단계(S100)의 칼슘염 수용액이 pH 10이 되도록 투입될 수 있다.
상기 칼슘염 수용액의 pH가 12를 초과하면, Ca 이온이 Ca(OH)2 형태로 재석출하여, 최종 생성물의 특성에 영향을 미치기 때문에 상기한 범위가 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상온 침전법을 이용한 높은 비표면적을 갖는 칼슘포스페이트 분말의 제조방법에 있어서, 상기 (d) 단계(S400)는, 상기 (b) 단계(S200)의 혼합용액에 무기 염기성 수용액을 투입하여 pH를 8 ~ 12로 조절하는 단계이다.
상기 (d) 단계(S400)는, 상기 무기 염기성 수용액을 상기 (b) 단계(S200)의 혼합용액이 pH 8 ~ 12가 되도록 투입될 수 있으며, 구체적으로 상기 (b) 단계(S200)의 혼합용액이 pH 10이 되도록 투입될 수 있다. 상기 인산염 수용액과 탄산염 수용액을 혼합한 혼합용액의 pH가 상기한 범위를 벗어날 경우 최종 생성물의 특성에 영향을 미치기 때문에 상기한 범위가 바람직하다. 상기 (c) 단계(S300)의 상기 칼슘염 수용액과 상기 (d) 단계(S400)의 상기 혼합용액의 pH 측정은 pH 측정기를 이용하여 측정할 수 있으며, 이에 대한 설명은 생략한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상온 침전법을 이용한 높은 비표면적을 갖는 칼슘포스페이트 분말의 제조방법에 있어서, 상기 (e) 단계(S500)는, 상기 (c) 단계(S300)의 무기 염기성 수용액이 투입된 칼슘염 수용액과 상기 (d) 단계(S400)의 무기 염기성 수용액이 투입된 혼합용액을 20 ~ 30 ℃의 온도에서 혼합하고 pH 5 ~ 8까지 반응시켜 침전물을 제조하는 단계(S500)이다.
여기서, 상기 침전물은 침전된 칼슘포스페이트일 수 있다.
상기 무기 염기성 수용액은 NH4OH, NaOH, KOH, LiOH 및 Mg(OH)2으로 이루어진 그룹 중 선택되는 1 종 이상의 것일 수 있으며, 구체적으로 NH4OH일 수 있다.
상기 (e) 단계(S500)는, 10 ~ 120 분 동안 교반기를 이용하여 수행할 수 있으며, 구체적으로는 30 분 동안 교반기를 이용하여 수행할 수 있다.
또한, 상기 (e) 단계는, 상기 (c) 단계의 무기 염기성 수용액이 투입된 칼슘염 수용액과 상기 (d) 단계의 무기 염기성 수용액이 투입된 혼합용액을 20 ~ 30 ℃의 온도에서 혼합하고 pH 5 ~ 8까지 반응시켜 침전물을 제조될 수 있으며, 본 발명에 있어서 가장 큰 특징 중 하나이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상온 침전법을 이용한 높은 비표면적을 갖는 칼슘포스페이트 분말의 제조방법에 있어서, 상기 (f) 단계(S600)는, 상기 (e) 단계(S500)의 침전물을 여과, 세척 및 건조하여 칼슘포스페이트를 수득하는 단계이다.
상기 (f) 단계(S600)는, 상기 (e) 단계(S500)의 침전물을 필터로 여과하고, 증류수 또는 유기용매로 세척하며, 50 ~ 100 ℃의 온도에서 10 ~ 24 시간 동안 건조할 수 있다.
상기 (e) 단계(S500)의 침전물의 여과는 상기 (e) 단계(S500)의 반응 후 수용액 상에 남아있는 잔여물을 제거하고, 생성된 칼슘포스페이트를 회수하기 위함이며, 상기 수용액 상에 생성된 칼슘포스페이트를 수득할 수 있는 방법이라면 이를 제한하지 않는다.
상기 (e) 단계(S500)의 침전물을 여과한 후 증류수 또는 유기용매로 세척할 수 있는데, 상기 증류수 또는 유기용매를 사용해 2 ~ 3 회 반복하여 세척할 수도 있고, 유기용매에 재분산 후 여과할 수 도 있으며, 증류수와 유기용매를 번갈아 가며 세척할 수도 있으며, 그 방법을 제한하지 않는다.
상기 유기용매는, 에틸알코올, 메틸알코올 등의 상기 침전물을 세척할 수 있는 것이라면 이를 제한하지 않는다.
상기 침전물을 세척한 후 상기 세척된 침전물을 50 ~ 100 ℃의 온도에서 10 ~ 24 시간 동안 건조할 수 있으며, 구체적으로 60 ℃의 온도에서 12 시간 동안 건조할 수 있다. 상기 건조 온도가 50 ℃ 미만이면, 침전물의 건조가 잘 이루어지지 않을 수 있으며, 상기 건조 온도가 100 ℃를 초과하면, 침전물의 변색 및 특성 변화가 발생할 수 있어 상기한 범위가 바람직하다.
상기 (f) 단계(S600)의 수득된 침전물은 칼슘포스페이트일 수 있으며, 비표면적은 130 ~ 210 m2/g 범위일 수 있다. 또한, 상기 칼슘포스페이트 단일입자의 크기는 100 nm 이하이며, 상기 단일입자들이 응집되어 있는 형태일 수 있다. 구체적으로 상기 단일입자의 크기는 1 ~ 100 nm일 수 있다.
본 발명의 제조방법에 따라 제조된 칼슘포스페이트는 질소산화물(Nitrogen oxide:NOX), 황화산화물(Sulfur oxide:SOx), 휘발성 유기화합물(Volatile organic compounds: VOCs), 일산화탄소(CO), 암모니아(NH3)로 이루어진 그룹 중 선택되는 1 종 이상을 흡착하여 제거할 수 있다.
또한, 악취를 발생시키는 황화메틸, 황화수소, 이황화메틸, 황화메틸 트리메틸아민 및 아황산 등을 제거할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따라 상온 침전법을 이용한 높은 비표면적을 갖는 칼슘포스페이트 분말을 제공할 수 있다.
상기 칼슘포스페이트 단일입자의 크기는 100 nm 이하이며, 상기 단일입자들이 응집되어 있는 형태일 수 있다. 구체적으로 상기 단일입자의 크기는 1 ~ 100 nm일 수 있다.
상기 칼슘포스페이트의 비표면적(Specific surface area)은 130 ~ 210 m2/g의 범위일 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 단일입자는 칼슘포스페이트를 의미한다
이하, 구체적인 실시예를 통해 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
실시예 1
먼저, Ca(NO3)2·4H2O를 증류수에 투입하고 실온(25 ℃)에서 30 분 동안 교반하여 100 ml의 1 M Ca(NO3)2·4H2O 수용액을 제조하였다.
다음으로, (NH4)2HPO4을 증류수에 투입하고 실온(25 ℃)에서 30 분 동안 교반하여 100 ml의 0.6 M (NH4)2HPO4 수용액을 제조한 다음 (NH4)2CO3을 증류수에 투입하여 실온(25 ℃)에서 30 분 동안 교반하여 100 ml의 0.3 M (NH4)2CO3 수용액을 제조하였다.
준비된 0.6 M (NH4)2HPO4 수용액과 0.3 M (NH4)2CO3 수용액을 신속히 혼합한 후 NH4OH를 적가하여 pH를 10으로 조절하였으며, 1 M Ca(NO3)2·4H2O 수용액도 NH4OH를 적가하여 pH가 10이 되도록 하였다.
이후 두 수용액이 혼합된 용액과 1 M Ca(NO3)2·4H2O 수용액을 25 ℃의 상온에서 신속히 혼합하고 pH가 6.6이 될때까지 침전물을 침전시켰다.
마지막으로, 상기 침전물을 필터로 여과하여 증류수와 에틸알코올로 세척하고 60 ℃에서 24 시간 동안 건조하여 칼슘포스페이트 분말을 제조하였다.
실시예 2
실시예 1과 동일하게 제조하되, 0.3 M (NH4)2CO3 대신에 0.6 M (NH4)2CO3과 NH4OH를 3 배 사용하여 칼슘포스페이트 분말을 제조하였다.
실시예 3
실시예 1과 동일하게 제조하되, 0.3 M (NH4)2CO3 대신에 0.6 M (NH4)2CO3를 사용하여 칼슘포스페이트 분말을 제조하였다.
실시예 4
실시예 1과 동일하게 제조하되, 3 배의 NH4OH를 사용하여 칼슘포스페이트 분말을 제조하였다.
비교예 1
제조예 1과 동일하게 제조하되, 100 ml의 0.3 M (NH4)2CO3 수용액을 제외하고 칼슘포스페이트 분말을 제조하였다.
비교예 2
제조예 1과 동일하게 제조하되, 먼저, 100 ml의 1 M Ca(NO3)2·4H2O 수용액 대신에 CaCl2 수용액을 사용하여 칼슘포스페이트 분말을 제조하였다.
비교예 3
제조예 1과 동일하게 제조하되, 100 ml의 0.3 M (NH4)2CO3 수용액을 제외하고, 100 ml의 0.6 M (NH4)2HPO4 수용액 대신에 Na2HPO4 수용액을 사용하여 칼슘포스페이트 분말을 제조하였다.
비교예 4
제조예 1과 동일하게 제조하되, 100 ml의 0.6 M (NH4)2HPO4 수용액 대신에 Na2HPO4 수용액을 사용하여 칼슘포스페이트 분말을 제조하였다.
비교예 5
제조예 1과 동일하게 제조하되, 100 ml의 0.3 M (NH4)2CO3 수용액 대신에 NaF 수용액을 사용하여 칼슘포스페이트 분말을 제조하였다.
실험예 1
도 2(a) 및 2(b)는 실시예 1에 따라 제조된 칼슘포스페이트의 주사전자현미경 이미지이다.
상기 실시예 1에 따라 제조된 칼슘포스페이트는 100 nm 이하인 입자들이 응집되어 있는 형태인 것을 확인하였으며, 실시예 1에 따라 제조된 칼슘포스페이트의 유해가스 제거율이 우수한 것은 미립의 입자들로 구성되어 있다는 것에 기인함을 확인할 수 있다.
실시예 1에 따라 제조된 칼슘포스페이트를 BET 측정 방법을 통해 입자의 크기 및 비표면적을 측정하였다.
상기 실시예 1에 따라 제조된 칼슘포스페이트 비표면적(Specific surface area: SSA)은 133.5 m2/g인 것을 확인하였으며, 실시예 1에 따라 제조된 칼슘포스페이트가 유해가스 제거율이 우수한 것은 넓은 비표면적에 기인한다는 것임을 확인할 수 있다.
실험예 2
도 3은 실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 5의 비표면적을 비교한 것이다.
도 3을 참조하면, 비교예 1 내지 5에 비하여 실시예 1 내지 4에 따라 제조된 칼슘포스페이트 분말의 비표면적이 월등히 높은 것을 확인할 수 있으며, 특히 실시예 2 경우 칼슘포스페이트 분말의 비표면적이 206.6 m2/g인 것을 확인할 수 있다.
본 발명에 의한 상온 침전법을 이용한 높은 비표면적을 갖는 칼슘포스페이트 분말의 제조방법을 이용하면, 대기 중 또는 다양한 공장에서 발생하는 인체에 유해한 유해가스를 제거할 수 있는 흡착제 또는 촉매로 사용할 수 있으며, 종래의 유해가스 제거용 흡착제 또는 촉매 보다 성능이 우수하며, 내구성 및 안정성까지 확보할 수 있는 장점이 있다.
또한, 종래의 실내에서 사용되는 공기청정기의 필터, 공기조화기의 필터, 차량의 에어필터 및 마스크 등에 도포시켜 필터의 효율을 높일 수 있으며, 상온에서 제조되는 간단한 공정으로 인하여 제조단가가 낮아짐으로써 경제적인 효과가 있다.
지금까지 본 발명의 일 실시예에 따른 상온 침전법을 이용한 높은 비표면적을 갖는 칼슘포스페이트 분말의 제조방법 및 그 방법으로 제조된 칼슘포스페이트 분말에 관한 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 실시 변형이 가능함은 자명하다.
그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
즉, 전술된 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 그 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
S100 : 칼슘염 수용액, 인산염 수용액, 및 탄산염 수용액을 제조하는 단계
S200 : 혼합용액을 제조하는 단계
S300 : 칼슘염 수용액에 무기 염기성 수용액을 투입하는 단계
S400 : 혼합용액에 무기 염기성 수용액을 투입하는 단계
S500 : 침전물을 제조하는 단계
S600 : 칼슘포스페이트를 수득하는 단계

Claims (6)

  1. (a) 0.5 ~ 2.0 M의 칼슘염 수용액, 0.3 ~ 0.8 M의 인산염 수용액, 및 0.6 ~ 0.8 M의 탄산염 수용액을 제조하는 단계;
    (b) 상기 (a) 단계의 인산염 수용액과 탄산염 수용액을 혼합하여 혼합용액을 제조하는 단계;
    (c) 상기 (a) 단계의 칼슘염 수용액에 무기 염기성 수용액을 투입하여 pH를 8 ~ 12로 조절하는 단계;
    (d) 상기 (b) 단계의 혼합용액에 무기 염기성 수용액을 투입하여 pH를 8 ~ 12로 조절하는 단계;
    (e) 상기 (c) 단계의 무기 염기성 수용액이 투입된 칼슘염 수용액과 상기 (d) 단계의 무기 염기성 수용액이 투입된 혼합용액을 20 ~ 30 ℃의 온도에서 혼합하고, pH가 5 ~ 8이 되도록 반응시켜 침전물을 제조하는 단계; 및
    (f) 상기 (e) 단계의 침전물을 여과, 세척 및 건조하여 칼슘포스페이트를 수득하는 단계;를 포함하며,
    상기 수득된 칼슘포스페이트의 비표면적은 160 ~ 210 m2/g인 것을 특징으로 하는,
    상온 침전법을 이용한 높은 비표면적을 갖는 칼슘포스페이트 분말의 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 칼슘염은,
    Ca(NO3)2, Ca(NO3)2·4H2O, Ca(OH)2, CaCO3, Ca(CH3COO)2, CaF2, 및 CaSO4로 이루어진 그룹 중 선택되는 1 종 이상의 것이고,
    상기 인산염은, (NH4)2HPO4, NH4H2PO4, H3PO4, H4P2O7, 및 KH2PO4로 이루어진 그룹 중 선택되는 1 종 이상의 것이며,
    상기 탄산염은, (NH4)2CO3, NH4HCO3, K2CO3 및 Na2CO3로 이루어진 그룹 중 선택되는 1 종 이상인 것임을 특징으로 하는,
    상온 침전법을 이용한 높은 비표면적을 갖는 칼슘포스페이트 분말의 제조방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 무기 염기성 수용액은,
    NH4OH, NaOH, KOH, LiOH 및 Mg(OH)2으로 이루어진 그룹 중 선택되는 1 종 이상의 것임을 특징으로 하는,
    상온 침전법을 이용한 높은 비표면적을 갖는 칼슘포스페이트 분말의 제조방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 (f) 단계는,
    상기 (e) 단계의 침전물을 필터로 여과하고, 증류수 또는 유기용매로 세척하며, 50 ~ 100 ℃의 온도에서 10 ~ 24 시간 동안 건조하는 것을 특징으로 하는,
    상온 침전법을 이용한 높은 비표면적을 갖는 칼슘포스페이트 분말의 제조방법.
  5. 0.5~2.0 M 칼슘염 수용액에 무기 염기성 수용액을 투입하고, 0.3~0.8 M 인산염 수용액과 0.6 ~0.8 M 탄산염 수용액의 혼합용액에 무기 염기성 수용액을 투입한 뒤, 무기 염기성 수용액이 투입된 상기 칼슘염 수용액과 무기 염기성 수용액이 투입된 상기 혼합용액을 20 ~ 30 ℃의 온도에서 혼합하고, pH가 5 ~ 8이 되도록 반응시켜 제조된 침전물을 여과, 세척, 및 건조하여 제조되며,
    비표면적이 160 ~ 210 m2/g인 것을 특징으로 하는,
    상온 침전법을 이용한 높은 비표면적을 갖는 칼슘포스페이트 분말.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 칼슘포스페이트 단일입자의 크기는 100 nm이하인 것을 특징으로 하는,
    상온 침전법을 이용한 높은 비표면적을 갖는 칼슘포스페이트 분말.
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