KR20040032879A

KR20040032879A - 복합 입상체 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20040032879A
Application number: KR10-2004-7001548A
Authority: KR
Inventors: 야스히로 다지마; 요시하루 후꾸니시; 기요또 오쯔까
Original assignee: 구라레 케미칼 가부시키가이샤
Priority date: 2001-09-10
Filing date: 2002-09-02
Publication date: 2004-04-17
Also published as: CN1553827A; JPWO2003022425A1; US20040180190A1; EP1426104A4; EP1426104A1; WO2003022425A1

Abstract

본 발명의 과제는 입상체 본래의 성능을 손상시키지 않고, 입상체를 용기에 충전하였을 때 통기 또는 통액 저항이 낮고, 그 특이한 흡착 성능 또는 촉매 성능을 충분하게 발휘할 수 있는 입상체, 그 제조 방법, 기체 정화재, 정수재 및 정수기를 제공하는데 있으며, 이러한 과제는 피브릴화 섬유에 얽히게 한 미립자 화합물을 입상체에 담지시킨 복합 입상체에 의해 달성할 수 있다.

Description

복합 입상체 및 그 제조 방법 {COMPOSITE PARTICULATE ARTICLE AND METHOD FOR PREPARATION THEREOF}

활성탄은 각종 오염 물질, 악취 유해 물질의 흡착능이 우수하여, 종래부터 가정용, 공업용을 불문하고 여러 가지 분야에서 흡착재로서 사용되고 있다. 최근, 정수 용도에서는, 염소 냄새, 곰팡이 냄새가 나지 않는 맛있는 물이 요망되고 있고, 이 요망에 대하여 지금까지 여러 가지 정수기가 제안되어 있다. 그러나, 최근에는, 트리할로메탄류, 환경 호르몬, 중금속 등, 수질에 관한 안전 위생상의 관심이 더욱 높아지고 있고, 이러한 요망에 부응하기 위해서는, 활성탄 만으로는 불충분하며, 특이한 흡착능을 갖는 무기 화합물 등 다른 흡착재를 병용해야 한다.

정수 분야에서, 중금속 중에서, 특히 납 이온은 내분비 교란 작용이 의심되는 물질로서 환경청에 의해 지정되어 있다. 그리고, 음료수 중에 함유되는 납 이온 농도는, 2003 년에는 현행 규제치 50 ppb 이하에서 10 ppb 이하로 강화되게 된 것을 고려하면, 유효한 정수재의 개발은 급선무이다.

본 출원인은 음료수 중의 유리 염소, 곰팡이내, 트리할로메탄 (THM) 및 중금속의 제거 성능이 우수한 정수재로서, 섬유상 활성탄, 이산화티탄, 이산화규소 및 바인더로 이루어지는 혼합물을 성형시킨 활성탄 성형체를 개발하여, 일본 특허 출원 평11-62466 호 (일본 공개 특허 공보 2000-256999 호) 로서 특허 출원하였다.

그러나, 이 활성탄 성형체를 사용하여 통수 시험을 하면, 통수 초기에는 유리 염소, THM 및 중금속에 대하여 우수한 제거 성능을 나타내지만, 누적 투과수량이 커짐에 따라, 특히 THM 제거율이 저하하는 경향이 있는 것이 판명되어, 장기간 사용하는 경우에는 THM 제거율의 저하라는 점에서 반드시 만족할 만한 것은 아니었다. 상기한 바와 같은 수질에 관한 안전 위생상 요구를 만족하기 위해서는, 유리 염소 및 중금속의 제거능을 유지하면서, THM 의 흡착능을 더욱 증대시킬 필요가 있다.

한편, 공기 정화 용도에서는, 담배에서 발생하는 악취 유해 가스, 시크 하우스 증후군 (sick house syndrome) 의 원인이 되는 알데히드류, 또한 하수 처리, 분뇨에서 발생하는 복합 악취 가스, 식품 등에서 발생하는 부패 냄새나 악취 가스 등을 제거하는 요망이 높아지고 있다. 이들도 활성탄 단독으로는 완전히 다 처리할 수 없는 경우가 많아, 특이한 흡착능을 갖는 무기 화합물 등 다른 흡착재를 병용하거나, 촉매 성분을 담지시킨 흡착재를 사용할 것이 검토되고 있다.

활성탄 만으로는 제거가 불충분한 유해 물질이나 악취 가스를 제거할 수 있는 특이한 흡착능을 갖는 흡착재 또는 촉매 성분은 여러 가지 알려져 있으나, 이들을 입상 활성탄과 병용하는 경우는 한층 더 검토가 필요하다. 먼저, 이들 특이한 흡착재나 촉매 성분은 물 등의 용매에 녹지 않는 일이 많아, 입상 활성탄에 담지시키는 경우, 수용액을 스프레이 등으로 뿌려 건조시키는 방법을 택할 수 없다. 또, 어떠한 바인더 성분을 통하여 담지시키는 방법은, 바인더 성분이 활성탄의 미세한 세공의 일부를 폐색하여, 활성탄이 본래 갖는 흡착능의 일부를 저해한다고 하는 문제가 있다.

다른 문제점은, 이들의 특이한 흡착재나 촉매 성분은 미립자상인 경우가 많아, 그 취급에 주의를 요한다는 것이다. 미립자인 것 자체는 피흡착 물질과의 접촉 면적이 커서 유리하지만, 미립자이기 때문에, 그대로 사용하여 필터 등으로 제품화한 경우에 막히거나, 내부 저항을 높이거나 하는 등의 폐해를 가져온다. 또한, 고속으로 기체나 액체를 유통시킨 경우, 미립자가 유출되기 쉽다는 문제가 있었다.

예를 들어, 일본 공개 특허 공보 평8-132026 호에는 납 등의 중금속을 제거하기 위하여 알루미노규산계 무기 이온 교환체를 사용하는 것이 제안되어 있지만, 그 입경은 압력 손실의 증대를 피하기 위하여 100∼500 ㎛ 로 제한되고, 또한 통수의 공간 속도 (SV) 를 300 hr^-1이하로 해야 하였다.

또한, 일본 특허 공표 평6-504714 호에는 마찬가지로 납을 제거하기 위하여 비정질 티타노실리케이트를 사용하는 것이 개시되어 있지만, 입경 20∼60 메시 (250∼840 ㎛) 인 것을 그대로 충전하여 사용하고 있다. 그러나, 이러한 입도의 입상체를 그대로 사용한다면 시대의 흐름인 컴팩트한 정수기는 실현할 수 없다.

따라서, 본 발명의 목적은 이들 특이한 흡착재나 촉매 성분인 불용성 미립자를 입상체 본래의 성능을 손상시키지 않고, 또한 입상체를 용기에 충전하였을 때 통기 또는 통액 저항 (이하, 간단히 저항이라고도 함) 이 낮고, 그 특이한 흡착 성능 또는 촉매 성능을 충분히 발휘할 수 있는 입상체, 그 제조 방법, 기체 정화재, 정수재 및 정수기를 제공하는 것에 있다.

본 발명은 복합 입상체 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 복합 입상체와 그 제조 방법, 이들 복합 입상체로 이루어지는 기체 정화재, 정수재, 및 이러한 정수재를 사용한 정수기에 관한 것이다. 본 발명의 복합 입상체는 악취 가스, 유해 가스를 균형 있게 흡착, 제거할 수 있기 때문에, 공기 청정 용도 등 기체 정화재로서 적합하고, 또한 트리할로메탄류, 유리 염소 및 중금속 등의 흡착 성능이 우수하여, 이들을 균형 있게 흡착, 제거할 수 있기 때문에, 정수재로서 정수 용도에도 적합하다.

도 1 은 실시예 1 에서 얻은 복합 입상체의 전자 현미경 사진 (150 배) 이고, 도 2 는 피브릴화 섬유에 미립자 화합물이 얽힌 상태를 나타내는 전자 현미경 사진 (300 배) 이다. 그리고, 도 3 은 벌집 모양 구조 용기의 일례를 나타내는 개략도이다.

(발명을 실시하기 위한 최선의 형태)

본 발명에서 사용하는 입상체는 활성탄, 알루미나, 실리카-알루미나, 실리카, 제올라이트 등의 공지된 입상체를 들 수 있다. 이들 입상체의 형상은 특별히 한정되지 않지만, 평균 입경 75 ㎛ ∼ 5 ㎜ 정도의 파쇄형인 것이 실용적이고 바람직하다.

본 발명에서 사용하는 피브릴화 섬유는 종래 공지된 방법에 의해 피브릴화할 수 있는 것이라면, 합성품, 천연품을 불문하고 폭넓게 사용할 수 있다. 이러한 피브릴화 섬유로는, 예를 들어 아크릴 섬유, 폴리에틸렌 섬유, 폴리아크릴로니트릴 섬유, 셀룰로스 섬유, 아라미드 섬유 등을 들 수 있다.

피브릴화 섬유는, 얻어지는 복합 흡착재가 유해 물질, 악취 가스 등을 균형 있게 흡착 제거할 수 있는 성능을 발현시킬 수 있는지의 여부를 좌우하는 중요한 인자가 된다. 따라서, 피브릴화 섬유로는, 미립자 화합물을 담지시키는 데에 큰 결합력을 가지며, 또한 전체가 덩어리상이 되지 않게 하는 역할을 하는 것이 바람직하다. 이러한 관점에서, 피브릴화 섬유로는, 수 ㎛ 이하, 바람직하게는 3 ㎛ 이하의 섬유 직경을 갖는 마이크로피브릴화 섬유가 바람직하다.

마이크로피브릴화 섬유는 상기 섬유를 비터 또는 리파이너로 처리함으로써 얻을 수 있다. 미립자 화합물을 담지시키는 데에 필요한 결합력을 가지며, 또한 건조후의 복합 입상체가 덩어리상이 되지 않기 위해서는, 피브릴화 섬유의 섬유길이가 4 ㎜ 이하인 것을 사용하는 것이 바람직하다. 특히, 아크릴 섬유로 이루어지는 마이크로피브릴화 섬유가 바람직하다.

또, 본 발명의 효과를 저해하지 않는 범위에서, 이온 교환기나 킬레이트기를 갖는 이온 교환 섬유 등의 다른 섬유를 함유하더라도 상관없다.

본 발명에서 사용하는 미립자 화합물로서 정수 용도에 바람직하게 사용되는 것으로는, 용해성 중금속을 흡착할 수 있는 이온 교환 기능을 갖는 미립자 화합물을 들 수 있다. 이온 교환 기능을 갖는 미립자 화합물이란, 염류의 수용액에 접촉시켜 이온을 용액 중에 내보내고, 용액 중의 이온을 안으로 넣을 수 있는 화합물이다.

이러한 미립자 화합물로는, 구체적으로 제올라이트로 대표되는 알루미노실리케이트, 티타노실리케이트, 히드록시아파타이트, 골탄, 이온 교환 수지 등을 예시할 수 있다. 그 중에서도, 이온 교환 용량이 크고 중금속에 대하여 선택성이 높은 알루미노실리케이트 또는 티타노실리케이트계 무기 화합물이 바람직하며, 특히 티타노실리케이트계 무기 화합물이 바람직하다.

미립자 화합물의 형상은 입자 직경 200 ㎛ 이하, 바람직하게는 3 ㎛ ∼ 90 ㎛ 이고 구상인 것이 담지 유지성 면에서 바람직하다. 미립자 화합물은 분말상일 수도 있고 과립상일 수도 있다. 알루미노실리케이트계 제올라이트를 사용하는 경우는, 이온 교환 용량이 크다는 점에서 A 형 또는 X 형 제올라이트가 바람직하고, 티타노실리케이트계 무기 화합물로는, 예를 들어 엥겔하드사에서 ATS 라는 상품명으로 시판되고 있는 비정질 티타노실리케이트를 사용하는 것이 효율적이다.

다음으로, 공기 정화 용도에서 사용되는 것을 예시한다. 먼저, 소수성이 강하고, 실리카/알루미나 중량비가 5 를 넘는 제올라이트가 암모니아나 아세트알데히드 등의 흡착 능력이 우수하다. 이러한 제올라이트로는, UOP 사에서 스멜라이트 또는 아브센츠라는 상품명으로 시판되고 있는 소수성 제올라이트를 들 수 있다. 또, 알데히드류나 암모니아의 흡착 능력이 우수한 무기 미립자 화합물로서, 라사 고교사에서 슈크렌즈라는 상품명으로 시판되고 있는 복합 금속 산화물 등을 들 수 있다.

또, 기체 정화 및 수질 정화의 목적으로, 입상체의 큰 표면적을 이용한 입상체 담지 촉매를 이용할 수 있다. 이들 촉매 성분은 주로 불용성 금속 또는 금속 화합물이므로, 이들 촉매 성분을 입상체 담체에 담지시키는 수법으로서, 본 발명을 적용할 수 있다. 즉, 이들 금속 또는 금속 화합물의 미립자를 피브릴화 섬유에 얽히게 함으로써 입상체 근방에 담지시키는 것이 가능하고, 산화 반응이나 수화 반응 등의 촉매로서 이용할 수 있다.

입상체로는, 활성탄이 각종 흡착 성능이 우수하다는 점에서 바람직하다. 활성탄으로는, 탄소질 재료를 활성화함으로써 활성탄이 되는 것이면 되고, 수 100 ㎡/g 이상의 비표면적을 갖는 것이 바람직하다.

탄소질 재료로는, 예를 들어 야자 껍질, 팜 야자, 과실의 씨, 톱밥, 유칼리나무, 소나무 등의 식물계, 석탄계, 석유계의 코크스 및 이들을 원료로 한 피치의 탄화물, 페놀 수지 등을 예시할 수 있다. 그 중에서도, 야자 껍질 활성탄을 사용하는 것이 바람직하다. 입상 활성탄의 크기는 사용 목적에 따라 선택하면 되는데, 정수 용도로 사용하는 경우는 작업성, 물과의 접촉 효율, 통수 저항 등의 면에서 75 ㎛ ∼ 1.7 ㎜ (200 메시 ∼ 10 메시) 가 바람직하고, 100 ㎛ ∼ 1.4 ㎜ 가더욱 바람직하다.

본 발명의 복합 입상체를 제조하기 위해서는, 먼저 피브릴화 섬유와 미립자 화합물을 용매에 분산시켜 고체-액체 혼합물을 조제한다. 본 발명의 효과를 저해시키지 않는 범위에서, 카르복시메틸셀룰로스 등의 분산제를 병용하는 것은 상관없다. 용매로는, 각종 유기 화합물, 물, 이들의 혼합물 등을 사용할 수 있는데, 물을 사용하는 것이 안전하고 바람직하다. 피브릴화 섬유와 미립자 화합물은 피브릴화 섬유 1 중량부에 대하여, 미립자 화합물 1∼20 중량부, 바람직하게는 5∼10 중량부의 비율로 배합되지만, 용매에 배합하는 피브릴화 섬유와 미립자 화합물은 용매 중에서 조제가 가능하다면 특별히 제한은 없다.

다음으로, 상기 고체-액체 혼합물에 입상체를 투입하여 균일하게 혼합한 후, 고형물을 여과 분리하고, 이어서 그 고형물의 표면수를 제거한다. 표면수를 제거하기 위해서는 원심 탈수가 효율적인 방법이다. 표면수를 제거한 후, 고형물에 건조시킨 입상체를 새로 가하고 혼합하여 건조시키면, 탈수 효율이 올라가고, 미립자 화합물이 복합 입상체로부터 탈락하는 것을 방지할 수 있으므로, 수율이 2∼10 배 좋아져 바람직하다. 추가할 입상체의 양은 탈수의 효과와 흡착 기능의 균형에 따라 적당히 결정된다.

입상체에 담지되는 미립자 화합물은 입상체 본래의 성능과의 균형을 맞추는 점에서, 0.1∼30 wt% 로 하는 것이 바람직하고, 1.5∼10 wt% 로 하는 것이 더욱 바람직하다. 또한, 피브릴화 섬유는 미립자 화합물의 10∼20 wt% 로 하는 것이 바람직하다. 마지막으로, 고형물을 건조시켜 본 발명의 복합 입상체로 한다.교반하면서 건조시키면, 고형물이 덩어리가 되는 것을 방지할 수 있어 바람직하다. 건조 조건은 특별히 제한되지 않지만, 너무 높은 온도나 너무 장시간으로 하는 것은 실용적이지 않고, 피브릴화 섬유의 일부는 입상체에 열융착되는 것이 바람직하다는 점을 고려하여, 100∼150 ℃, 2∼24 시간 실시된다. 이상의 점에 주의하여 건조시킴으로써, 복합 입상체가 덩어리가 되는 것을 방지할 수 있다. 도 1 은 본 발명의 복합 입상체의 전자 현미경 사진 (150 배) 이고, 도 2 는 피브릴화 섬유에 미립자 화합물이 포도송이 모양으로 얽힌 상태를 나타내는 전자 현미경 사진 (300 배) 이다.

얻어진 복합 입상체는 그대로 부직포 등에 충전한 형태로, 또는 벌집 모양 또는 물결 모양 기재의 공간에 충전한 형태로, 알데히드, 암모니아, 아민 냄새 등의 악취 가스를 포함하는 공기의 정화 필터 등으로서, 또한 메르캅탄 등의 유해 악취 가스를 포함하는 산업 배기 가스의 정화 등의 기체 정화재로서 각종 기체 정화기에 사용할 수 있다. 도 3 은 벌집 모양 용기의 일례이고, 세로 50 ㎜, 가로 50 ㎜, 안깊이 10 ㎜ 의 벌집 모양 구조 용기이다.

또한, 얻어진 복합 입상체는 바람직하게는 정수재로서 카트리지에 형성되고 정수기에 충전되어, 음료수 등의 정화에 제공된다. 본 발명의 복합 입상체는 입상이기 때문에, 자동 충전하는 것도 가능하다. 복합 입상체를 정수기에 사용하는 경우, 흡착 성능과 통수 저항은 서로 상반되는 것이므로, 이의 균형이라는 관점에서, 충전 밀도는 O.40∼0.60 g/㎖ 로 하는 것이 바람직하다. 또, 본 발명에서의 충전 밀도란, 100 ㎖ 의 메스 실린더에 50∼100 초로 입상체를 100 ㎖ 주입하였을 때의 단위 체적당 입상체의 중량을 말한다.

정수기로서 사용하는 경우의 통수 조건은 특별히 한정되지 않지만, 압력 손실이 너무 커지지 않도록, 예를 들어 500∼2000 hr^-1의 SV 로 실시된다. 본 발명의 복합 입상체만을 정수기에 충전하여 사용할 수도 있으나, 공지의 흡착재나 세라믹 여과재, 중공사막 등과 조합하여 사용할 수도 있다.

(발명의 개시)

본 발명자들은 상기 과제를 달성하기 위하여 예의 검토를 거듭한 결과, 의외로, 피브릴화 섬유에 미립자 화합물을 얽히게 한다는 완전히 새로운 담지 수법에 의해 상기 과제를 달성할 수 있다는 것을 알아내어, 본 발명에 이르렀다. 즉, 본 발명은 입상체에, 피브릴화 섬유에 얽히게 한 미립자 화합물을 담지시킨 복합 입상체이다.

본 발명의 또 다른 발명은 피브릴화 섬유와 미립자 화합물을 용매에 분산시켜 고체-액체 혼합 용액을 조제하고, 그 고체-액체 혼합 용액에 입상체를 혼합한 후, 고형물을 여과 분리하여 그 고형물의 표면수를 제거하고, 그 고형물에 건조시킨 입상체를 새로 더하여, 혼합해서 건조시키는 복합 입상체의 제조 방법이다.

본 발명의 다른 발명은 이들 복합 입상체로 이루어지는 기체 정화재이며, 또한 이들 복합 입상체로 이루어지는 정수재이다. 그리고, 본 발명의 또 다른 발명은 이 정수재를 사용한 정수기이다.

본 발명의 최대 특징은 복합 입상체를 제조하는데 피브릴화 섬유를 사용하는 것에 있다. 이러한 복합 입상체를 용기에 충전하여 사용하였을 때, 저항이 낮고, 게다가 복합 입상체의 특이한 흡착 성능 또는 촉매 성능이 충분히 발휘된다. 그 이유를 명확히 설명할 수는 없지만, 다음을 생각할 수 있다. 즉, 본 발명의 복합 입상체는 미립자 화합물을 얽히게 한 피브릴화 섬유를 입상체에 담지시킨 것으로, 이러한 특이한 담지 수법을 채용함으로써, 입상체가 본래 갖고 있는 광대하고 미세한 세공이 찌부러지지 않고 효과적으로 작용하고 있다고 생각된다.

이러한 기구에 의해, 입상체의 흡착 성능은 조금도 손상되는 일 없이, 입상체에 미립자 화합물의 특이한 성능을 부여하는 것이 가능해지고, 또한 미립자 화합물을 얽히게 한 피브릴화 섬유를 입상체와 광범위하게 균일 혼합시킴으로써, 저항의 상승을 방지하면서 피흡착 물질과의 접촉 효율을 증대시킬 수 있어, 낮은 압력 손실과 높은 제거 성능을 겸비한 복합 입상체가 되는 것을 생각할 수 있다.

이하, 실시예에 의해 본 발명을 더욱 자세하게 설명하는데, 본 발명은 이들에 한정되지 않는다. 또, 실시예에 기재된 CSF 는 캐너디안 스탠다드 프리네스에 규정된 섬유의 고해도 (叩解度) 를 나타내는 수치이다.

실시예 1

마이크로피브릴화 섬유로서, 리파이너로 CSF = 50 ㎖ 까지 고해한 시판하는 아크릴 섬유 (아사히 가세이 고교 주식회사 제조 A104) 1 g 을 사용하고, 이것과 미립자 화합물로서의 티타노실리케이트계 납 제거재 (엥겔하드사 제조 ATS, 평균 입자 직경 30 ㎛, 구 형상) 8 g 을 물 300 g 에 분산시켜 슬러리상의 고체-액체 혼합 수용액을 제조하였다.

그 슬러리상 수용액에 입상 활성탄 [구라레 케미칼 주식회사 제조 구라레콜 GW60/150 (입자 직경 0.1 ㎜ ∼ 0.25 ㎜, 비표면적 800 ㎡/g)] 92 g 을 투입하여 균일하게 교반하고, 고형물을 여과 분리하고, 그 고형물을 다시 여과포로 원심 탈수하여 표면수를 제거하였다. 새로, 건조시킨 상기 활성탄과 동일한 GW60/150을 100 g 추가하여 혼합한 후, 135 ℃ 에서 8 시간 건조시켜 복합 입상체를 얻었다. 그 복합 입상체를 전자 현미경으로 관찰하였더니, ATS 가 피브릴화 아크릴 섬유에 포도송이 모양으로 얽혀 활성탄 표면에 담지되어 있었다. 이 상태를 도 1 및 도 2 에 나타낸다 (각각 150 배 및 300 배). 도 1 에서 흰 부분은 ATS 가 피브릴화 아크릴 섬유에 포도송이 모양으로 얽혀 있는 상태이고, ATS 가 피브릴화 아크릴 섬유에 포도송이 모양으로 얽혀 활성탄에 담지되어 있는 것을 알 수 있다. 도 2 는 ATS 가 피브릴화 아크릴 섬유에 포도송이 모양으로 얽혀 있는 상태를 더 확대한 것이다. 그 복합 입상체의 강열 잔분을 JIS K1474 에 정해진 방법에 의해 측정하였더니, 3.2 % 이었다.

수돗물에 클로로포름 45 ppb, 브로모디클로로메탄 30 ppb, 디브로모클로로메탄 20 ppb 및 브로모포름 5 ppb 를 더하여 총 THM 의 농도가 약 100 ppb 가 되도록 조정하고, 추가로 질산납을 더하여 납이온 농도가 50 ppb 가 되도록 조정하여 원수 (原水) 로 하였다. 복합 입상체를 충전 밀도 0.46 g/㎖ 로 60 ㎖ (직경 40 ㎜ ×길이 48 ㎜) 의 용기에 충전하여 정수기로 하고, 상기 원수를 1.0 ℓ/분으로 통수시켰다. 또, THM 을 제거할 수 있으면 유리 염소도 제거 가능하다는 것은 경험적으로 알려져 있기 때문에, THM 및 납 이온을 혼합한 수도수를 원수로 하여 실험하였다.

각각, 출구의 수중 각 농도가 입구 농도의 20 % 에 이른 시점을 파과점 (破過点) 이라 하였을 때, 복합 흡착제의 단위 용적당 파과점에 이르기까지의 통수량으로 나타낸 납 제거 성능은 28 ℓ/㏄ (활성탄) 이고, THM 제거 성능은 13 ℓ/㏄ (활성탄) 이었다.

실시예 2

원심 탈수후, 새로 활성탄을 추가하지 않고 건조를 120 ℃, 16 시간 정치하여 실시한 것 이외에는 실시예 1 과 동일한 방법으로 복합 입상체를 제조하였다. 수율은 실시예 1 의 경우의 1/2 이었다. 그 복합 입상체를 충전 밀도 0.41 g/㎖ 로 실시예 1 에서 사용한 것과 동일한 용기에 충전하여 정수기를 제작해서 실시예 1 과 동일한 시험을 하였더니, 납 제거 성능은 55 ℓ/㏄ (활성탄), THM 제거 성능은 10 ℓ/㏄ (활성탄) 이었다. 그 복합 입상체의 강열 잔분은 6.1 % 이었다.

실시예 3

마이크로피브릴화 섬유로서, 리파이너로 CSF = 50 ㎖ 까지 고해한 시판하는 아크릴 섬유 (니혼 엑스란 고교 주식회사 제조 R56D) 200 g 을 사용하고, 이것과 미립자 화합물로서의 티타노실리케이트 (엥겔하드사 제조 ATS, 평균 입자 직경 30 ㎛, 구 형상) 1500 g 을 물 45 ℓ에 분산시켜 슬러리상의 고체-액체 혼합 수용액을 조제하였다.

그 슬러리상 수용액에 입상 활성탄 [구라레 케미칼 주식회사 제조 구라레콜 GW60/150 (입자 직경 0.1 ㎜ ∼ 0.25 ㎜, 비표면적 800 ㎡/g)] 15 ㎏ 을 투입하여 균일하게 교반하고, 고형물을 여과 분리하고, 그 고형물을 다시 여과포로 원심 탈수하여 표면수를 제거하였다. 새로, 건조시킨 상기 활성탄과 동일한 GW60/150 을 15 ㎏ 추가하여 혼합한 후, 120 ℃ 에서 12 시간 건조시켜 복합 입상체를 얻었다.

그 복합 입상체를 충전 밀도 0.50 g/㎖ 로 실시예 1 에서 사용한 것과 동일한 용기에 충전하여 정수기로 하고, 실시예 1 과 동일한 원수를 1.0 ℓ/분으로 통수시켰다. 실시예 1 과 동일한 방법으로 측정한 납 제거 성능은 32 ℓ/㏄ (활성탄) 이고, 트리할로메탄 제거 성능은 15 ℓ/㏄ (활성탄) 이었다.

실시예 4

마이크로피브릴화 섬유로서, 리파이너로 CSF = 48 ㎖ 까지 고해한 시판하는 아크릴 섬유 (아사히 가세이 고교 주식회사 제조 A104) 360 g 을 사용하고, 이것과 미립자 화합물로서의 시판하는 A 형 제올라이트 (니혼 가가쿠 고교 주식회사 제조 제오스타 NA100P, 평균 입자 직경 3 ㎛) 2000 g 을 물 90 ℓ에 분산시켜 슬러리상의 고체-액체 혼합 수용액을 조제하였다.

그 슬러리상 수용액에, 상기 회사 제조 입상 활성탄 GW48/100 (입자 직경 150 ∼ 300 ㎛, 비표면적 800 ㎡/g) 30 ㎏ 을 투입하여 균일하게 교반하고, 고형물을 여과 분리하고, 그 고형물을 다시 여과포로 원심 탈수하여 표면수를 제거하였다. 새로, 건조시킨 상기 활성탄과 동일한 GW48/100 을 30 ㎏ 추가하여 혼합한 후, 120 ℃ 에서 12 시간 건조시켜 복합 입상체를 얻었다. 그 복합 입상체를 사용하여 실시예 1 과 동일한 방법으로 납 및 트리할로메탄 제거능을 측정하였더니, 납 제거 성능은 27 ℓ/㏄ (활성탄), 트리할로메탄 제거 성능은 12 ℓ/㏄ (활성탄) 이었다.

비교예 1

실시예 1 에서 사용한 입상 활성탄 100 g 의 표면에 히드록시아파타이트를생성시켜 복합 입상체를 제조하였다. 그 복합 입상체를 전자 현미경으로 관찰하였더니, 히드록시아파타이트의 박막이 활성탄 표면을 덮도록 생성되어 있었다. 충전 밀도 0.52 g/㎖ 로 실시예 1 과 동일한 방법으로 정수기를 제작하여, 실시예 1 과 동일한 시험을 하였더니, 납 제거 성능은 22 ℓ/㏄ (활성탄), THM 제거 성능은 3 ℓ/㏄ (활성탄) 이었다.

비교예 2

티타노실리케이트를 사용하여 비교예 1 과 동일한 방법으로 복합 입상체를 제조하였다. 그 복합 입상체를 전자 현미경으로 관찰하였더니, 비교예 1 과 마찬가지였다. 실시예 1 과 동일한 방법으로, 충전 밀도 0.53 g/㎖ 로 실시예 1 과 동일하게 정수기를 제작하여 실시예 1 과 동일한 시험을 하였더니, 납 제거 성능은 25 ℓ/㏄ (활성탄), THM 제거 성능은 0 ℓ/㏄ (활성탄) 이었다.

비교예 3

유니티카 주식회사 제조 아라미드계 섬유 아피엘 A-1AW 를 CSF = 70 ㎖ 가 될 때까지 리파이너로 고해하여, 이것을 성형용 바인더로 하였다. 비표면적 1300 ㎡/g, 평균 섬유 직경 15 ㎛ 인 섬유상 활성탄 (구라레 케미칼 주식회사 제조 FR-15) 을 길이 3 ㎜ 로 커팅한 섬유상 활성탄과, 실시예 1 에서 사용한 티타노실리케이트계 납 흡착재 ATS 와, 마이크로피브릴화한 바인더를 섬유상 활성탄：ATS：바인더 = 8：1：1 (중량비) 의 비율로 혼합하여, 고형물 농도가 3 중량% 가 되도록 물속에 분산시켜 슬러리를 조제하였다.

200 메시의 스테인리스 철망으로 직경 3 ㎝ ×길이 6 ㎝ 의 원통형 용기를제작하였다. 그 안에 상기 슬러리를 주입하고, 120 ℃ 에서 건조시켜 원통형 성형체를 제작하였다. 이 성형체의 충전 밀도는 0.19 g/㎖ 이었다. 이 성형체를 충전하여 정수기를 제작해서, 실시예 1 과 동일한 방법으로 흡착 성능을 측정하였더니, 납 제거 성능은 30 ℓ/㏄ (활성탄), THM 제거 성능은 4 ℓ/㏄ (활성탄) 이었다.

비교예 4

바인더로서 폴리에틸렌 미분말을 사용하여 폴리에틸렌 미분말 10 g 및 실시예 1 과 동일한 티타노실리케이트계 납 흡착재 ATS 16 g 을 균일하게 혼합하였다. 여기에 실시예 1 과 동일한 입상 활성탄 200 g 을 투입하여 균일하게 혼합하였더니, 활성탄의 표면 전체가 흰 분말로 균일해졌다. 이것을 120 ℃ 로 가열하여 폴리에틸렌 바인더를 완전히 용융시킨 후, 실온까지 냉각하였다. 냉각후, 상기 혼합물은 하나의 덩어리가 되어, 이것을 작은 힘으로 본래의 입자로 되돌리는 것은 곤란하였다.

이 덩어리를 분쇄기로 분쇄하고, 다시 60 메시와 150 메시의 체로 쳤다. 충전 밀도 0.43 g/㎖ 로 실시예 1 과 동일한 방법으로 정수기를 제작하여 실시예 1 과 동일한 시험을 하였더니, 납 제거 성능은 1 ℓ/㏄ (활성탄), THM 제거 성능은 0 ℓ/㏄ (활성탄) 이었다.

비교예 5

실시예 1 에서 사용한 입상 활성탄 30 g 과 시판하는 A 형 제올라이트 (와코 쥰야쿠 고교 제조 분말 합성 제올라이트 A-4, 평균 입경 3 ㎛) 2 g 을 혼합하고,실시예 1 에서 사용한 정수기를 사용하여 실시예 1 과 동일하게 납 및 트리할로메탄의 통수 시험을 하였더니, 통수 초기부터 탁한 물이 유출되며, 납 제거 성능, 트리할로메탄 제거 성능 모두 10 ℓ/㏄ (활성탄) 이었다. 통수후, 중량 및 강열 잔분치를 측정하였더니, 합성 제올라이트의 대부분이 유출되고 있는 것이 판명되었다.

실시예 5

마이크로피브릴화 섬유로서, 리파이너로 CSF = 49 ㎖ 까지 고해한 시판하는 아크릴 섬유 (아사히 가세이 고교 주식회사 제조 A104) 1O g 을 사용하고, 이것과 미립자 흡착제로서 시판하는 소수성 제올라이트 (미국 UOP 사 제조 아브센츠 1000, 평균 입자 직경 3 ㎛) 50 g 을 물 3 ℓ에 분산시켜 슬러리상의 고체-액체 혼합 수용액을 조제하였다.

그 슬러리 수용액에 상기 회사 제조 입상 활성탄 GW10/32 (입자 직경 0.5∼1.7 ㎜, 비표면적 1000 ㎡/g) 1 ㎏ 을 투입하여 균일하게 교반하고, 고형물을 여과 분리하고, 그 고형물을 다시 여과포로 원심 탈수하여 표면수를 제거하였다. 120 ℃, 12 시간 정치하여 건조시켜 복합 입상체를 제조하였다.

이 복합 입상체 10 g 을, 50 ㎜ ×50 ㎜ ×10 ㎜ 두께의 직방체이며 도 3 에 나타내는 바와 같은 벌집 모양 구조로 된 용기에 충전하였다. 여기에, 20 ℃ 에서 포름알데히드 50 ppm 을 함유하는 공기를 10 ℓ/분으로 통류시켰다. 출구의 포름알데히드 농도를 측정하였더니, 12 시간 유통후에도 농도는 1 ppm 이하로 양호하였다.

비교예 6

실시예 1 에서 사용한 것과 동일한 용기에, 상기 입상 활성탄 GW10/32 를 10 g, 상기 소수성 제올라이트를 0.5 g 단순히 혼합시킨 것을 충전한 것 이외에는, 실시예 5 와 마찬가지로 포름알데히드 함유 가스의 제거 시험을 하였다. 출구 농도는 3 시간 후에는 이미 3 ppm 을 넘고, 용기 속을 열었더니, 소수성 제올라이트와 활성탄이 일부 분리되어 있었다.

실시예 6

마이크로피브릴화 섬유로서, 리파이너로 CSF = 52 ㎖ 까지 고해한 시판하는 아크릴 섬유 (니혼 엑스란 주식회사 제조 R56F) 10 g 을 사용하고, 이것과 미립자 촉매 성분으로서의 산화구리 분말 30 g 을 물 3 ℓ에 분산시켜 슬러리상의 고체-액체 혼합 수용액을 조제하였다.

그 슬러리 수용액에 상기 회사 제조 입상 활성탄 GW32/60 (비표면적 1050 ㎡/g) 1 ㎏ 을 투입하여 균일하게 교반하고, 고형물을 여과 분리하고, 그 고형물을 다시 여과포로 원심 탈수하여 표면수를 제거하였다. 120 ℃, 12 시간 정치하여 건조시켜 복합 입상체를 제조하였다. 이 복합 입상체 10 g 을 실시예 5 와 동일한 벌집 모양 기재에 충전하였다. 여기에, 20 ℃ 에서 암모니아 50 ppm 을 함유하는 공기를 10 ℓ/분으로 통류시켰다. 출구의 암모니아 농도를 측정하였더니, 12 시간 유통후에도 농도는 1 ppm 이하로 양호하였다.

실시예 7

마이크로피브릴화 섬유로서, 리파이너로 CSF = 45 ㎖ 까지 고해한 시판하는아크릴 섬유 (A104) 3 g 을 사용하고, 이것과 미립자 촉매 성분으로서의 산화철 분말 5 g 을 물 1 ℓ에 분산시켜 슬러리상의 고체-액체 혼합 수용액을 조제하였다.

그 슬러리 수용액에 알루미나 비드 (미즈사와 가가쿠 고교사 제조 네오비드, 평균 입경 1 ㎜) 200 g 을 투입하여 균일하게 교반하고, 고형물을 여과 분리하고, 그 고형물을 다시 여과포로 원심 탈수하여 표면수를 제거하였다. 120 ℃, 12 시간 정치하여 건조시켜 복합 입상체를 제조하였다. 이 복합 입상체 10 g 을 실시예 5 에서 사용한 것과 동일한 벌집 모양 기재에 충전하였다. 여기에, 20 ℃ 에서 트리메틸아민 10 ppm 을 함유하는 공기를 10 ℓ/분으로 통류시켰다. 출구의 트리메틸아민 농도를 측정하였더니, 8 시간 유통후에도 농도는 0.3 ppm 이하로 양호하였다.

실시예 8

마이크로피브릴화 섬유로서, 리파이너로 CSF = 45 ㎖ 까지 고해한 시판하는 아크릴 섬유 (A104) 3 g 을 사용하고, 이것과 미립자 촉매 성분으로서의 산화망간 분말 5 g 을 물 1 ℓ에 분산시켜 슬러리상의 고체-액체 혼합 수용액을 조제하였다.

그 슬러리 수용액에 천연 모르데나이트 (이즈카사 제조 이즈카라이트, 평균 입경 0.5 ㎜) 200 g 을 투입하여 균일하게 교반하고, 고형물을 여과 분리하고, 그 고형물을 다시 여과포로 원심 탈수하여 표면수를 제거하였다. 120 ℃, 12 시간 정치하여 건조시켜 복합 입상체를 제조하였다. 이 복합 입상체 10 g 을 실시예 5 에서 사용한 것과 동일한 벌집 모양 기재에 충전하였다. 여기에, 20 ℃ 에서 오존 20 ppm 을 함유하는 공기를 3 ℓ/분으로 통류시켰다. 출구의 오존 농도를측정하였더니, 6 시간 유통후에도 농도는 0.5 ppm 이하로 양호하였다.

본 발명에 의해, 입상체에 피브릴화 섬유 및 중금속 흡착성 미립자 화합물을 담지시킨 복합 입상체를 제공할 수 있다. 본 발명의 복합 입상체는 유리 염소, THM 및 중금속을 균형있게 흡착, 제거할 수 있기 때문에 정수 용도에 적합하고, 또한 유해 가스나 악취 가스를 균형있게 흡착 제거할 수 있기 때문에 기체 정화 용도로도 적합하다.

Claims

입상체에, 피브릴화 섬유에 얽히게 한 미립자 화합물을 담지시킨 복합 입상체.
제 1 항에 있어서, 상기 피브릴화 섬유가 아크릴 섬유인 복합 입상체.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 미립자 화합물의 입자 직경이 200 ㎛ 이하인 복합 입상체.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 미립자 화합물이 이온 교환 기능을 가지는 화합물인 복합 입상체.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 미립자 화합물이 티타노실리케이트계의 무기 화합물인 복합 입상체.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 미립자 화합물의 담지량이 복합 입상체의 0.1∼30 중량% 인 복합 입상체.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 입상체가 활성탄인 복합 입상체.
피브릴화 섬유와 미립자 화합물을 용매에 분산시켜 고체-액체 혼합 용액을 조제하고, 그 고체-액체 혼합 용액에 입상체를 혼합한 후, 고형물을 여과 분리하여 그 고형물의 표면수를 제거하고, 그 고형물에 건조시킨 입상체를 새로 더하여, 혼합해서 건조시키는 복합 입상체의 제조 방법.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 기재된 복합 입상체로 이루어지는 기체 정화재.
제 9 항에 기재된 기체 정화재를 사용한 기체 정화기.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 기재된 복합 입상체로 이루어지는 정수재.
제 11 항에 기재된 정수재를 사용한 정수기.
제 12 항에 있어서, 복합 입상체의 충전 밀도가 0.40∼0.60 g/㎖ 인 정수기.