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KR101888829B1 - 실리카 흄과 수산화칼슘을 이용한 흡착 담체 및 그 제조방법 - Google Patents

실리카 흄과 수산화칼슘을 이용한 흡착 담체 및 그 제조방법 Download PDF

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KR101888829B1
KR101888829B1 KR1020180004392A KR20180004392A KR101888829B1 KR 101888829 B1 KR101888829 B1 KR 101888829B1 KR 1020180004392 A KR1020180004392 A KR 1020180004392A KR 20180004392 A KR20180004392 A KR 20180004392A KR 101888829 B1 KR101888829 B1 KR 101888829B1
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calcium hydroxide
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전덕환
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(주) 푸른환경산업
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Abstract

본 발명은 실리카 흄과 수산화칼슘을 이용한 흡착 담체 및 그 제조방법에 관한 것으로, 구체적으로 점토와 탄소 성분이 포함된 유기물을 혼합하여 담체를 만들고, 실리카 흄 및 수산화칼슘의 화학적 반응을 이용하여 고강도의 흡착 담체가 제조되는 발명이다.

Description

실리카 흄과 수산화칼슘을 이용한 흡착 담체 및 그 제조방법{ADSORPTION CARRIER USING SILICA FUME AND CALCIUM HYDROXIDE, AND METHOD OF MANUFACTURING THERE OF}
본 발명은 실리카 흄과 수산화칼슘을 이용한 흡착 담체 및 그 제조방법에 관한 것으로, 구체적으로 점토와 탄소 성분이 포함된 유기물을 혼합하여 담체를 만들고, 실리카 흄 및 수산화칼슘의 화학적 반응을 이용하여 고강도의 흡착 담체가 제조되는 발명이다.
최근에는 법으로 규제되는 다양한 공업생산 공정에서의 악취 문제뿐만 아니라 법에서 제시되지 않은 사업장에서의 악취발생으로 인한 문제가 발생되고 있다.
통계청(2015년) 자료에 의하면 악취 민원은 비규제대상 사업장을 기준으로 2011년 2,735건에서 2015년 4,417건으로 악취 민원의 건수가 61.5%로 급증하고 있는 실정이다.
또한, 주거지역에 위치한 음식물퇴비화시설, 사료화시설, 생활 자동차집하시설, 하수처리장, 분뇨처리시설 등과 같은 환경기초 시설 및 공단지역 등에서 다양한 발생원과 경로를 통해 악취물질이 배출되어 근로자 및 인근 주민에게 피해를 주고 있다.
더불어 자원위기 속에서 순환자원의 활용을 촉진하는 정책의 필요성으로 인하여 현재 우리나라의 폐기물 정책은 발생된 폐기물을 최대한 재활용하는 것을 적극 권장하고 있다.
이에 도시 쓰레기 소각로로부터 발생하는 소각재에 대하여 환경 부하의 최소화와 재활용 측면에서의 활용이 필요하다.
현재의 소각재를 이용한 재활용 기법으로는 대부분 압축 성형 후 보도 블록 등의 성형재나 지반 보강재 등의 건설재 등의 활용에 치중되고 있다.
본 발명의 배경기술이 되는 선행기술로는, 일본 특허공보 특허 제3960946호(이하, ‘선행문헌 1’), 대한민국 등록특허공보 제10-1112719호(이하, ‘선행문헌 2’), 대한민국 등록특허공보 제10-1348456호(이하, ‘선행문헌 3’) 및 대한민국 등록특허공보 제10-1142548호(이하, ‘선행문헌 4’)가 있다.
상기 선행문헌 1은 다공질 규산칼슘 제조방법 및 다공질 규산칼슘으로 흡유성이 높고, 생산성이 높은 다공질 규산칼슘을 제조하는 방법에 관한 것이다.
선행문헌 1 발명은 실리카에 소석회 일부가 포함된 다공질 규산 칼슘분말을 흡착제로 사용하고 있으나, 주로 기름을 흡수하므로 악취 제거에 사용하기 적절하지 않다.
선행문헌 2는 슬러지와 무기성 폐자원을 이용한 고형화 블록 조성물 및 이의 제조방법으로 무기성 폐재류를 재혼합하여 물리적 특성이 개선된 블록에 관한 것이다.
선행문헌 2 발명은 보차도블록, 하천 및 호안블록, 경계석 블록 등으로 제조하므로 악취 제거에 사용하기 적합하지 않다.
선행문헌 3은 하수슬러지용 기능성 고화재로 하수슬러지의 수분을 신속하게 제거하여 인공 토양용으로 재활용할 수 있도록 고체화시키는 고화제에 관한 것이다.
선행문헌 3 발명은 플라이애시, 규조토 및 실리카 흄이 포함되어 있으나, 분말형태로 제조되어 악취가 발생되는 곳에 뿌려 사용하므로 공기 중에 발생되는 악취를 제거하기 어렵다.
선행문헌 4는 투수성 흡착 세라믹 정화블록 및 그 제조방법으로 집수구나 초기 우수 처리시설의 흡착용 블록, 생태 블록, 어초 블록 등에 적용하는 블록에 관한 것이다.
선행문헌 4 발명의 블록은 공극이 형성되어 있지 않아 악취 제거가 어렵거나 불가능하다.
<선행기술문헌>
(선행문헌 1) 일본 특허공보 특허 제3960946호
(선행문헌 2) 대한민국 등록특허공보 제10-1112719호
(선행문헌 3) 대한민국 등록특허공보 제10-1348456호
(선행문헌 4) 대한민국 등록특허공보 제10-1142548호
본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 활용 가치가 없는 폐기물을 리사이클링(recycling)하여 자원이 재순환되고자 한다.
본 발명의 흡착 담체는 결합물을 포함하고 있어 담체의 구조가 단단하게 형성되어 악취 제거 중 발생되는 여러 물리적 힘으로부터 흡착 담체의 구조가 유지되고자 한다.
또한, 본 발명은 많은 공극이 형성되어 악취 제거 중 발생되는 악취 유발 기체물질을 흡착하여 공기를 정화하고자 한다.
나아가, 본 발명은 담체의 공극을 확대하여 미생물의 부착 능과 집적화를 높여 악취 제거의 기능을 확대하고자 한다.
더 나아가, 본 발명은 마모된 일부만을 교체하여 반영구적으로 사용가능한 흡착 담체를 제공하고자 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 점토 15~25중량%; 연소재 15~25중량%; 유기물 30~40중량%; 콜타르피치 12~23중량%; 실리카 흄 1~10중량%; 및 수산화칼슘 0.1~5중량%가 포함되어 강도가 2~2.5N/mm2인 흡착제를 제공함으로써 기술적 과제를 해결하고자 한다.
본 발명의 흡착제 제조방법은 재료가 혼합되어 혼합물이 되는 단계(S110); 혼합물이 성형되는 단계(S120); 성형된 혼합물이 건조되는 단계(S130); 건조된 혼합물이 고온에서 소성되는 단계(S140); 소성된 혼합물이 다공성 흡착 담체로 양생되는 단계(S150);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 혼합물은 점토 15~25중량%; 연소재 15~25중량%; 유기물 30~40중량%; 콜타르피치 12~23중량%; 실리카 흄 1~10중량%; 및 수산화칼슘 0.1~5중량%가 포함되어 제조되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 성형된 혼합물은 펠렛, 판상, 괴상, 구상 중 어느 하나 이상으로 제조되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 성형된 혼합물이 건조되는 단계(S130)에서 성형된 혼합물은 150~250℃에서 2~4시간 건조되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 건조된 혼합물이 고온에서 소성되는 단계(S140)에서 건조된 혼합물은 600~1,250℃에서 30~70분 열분해 소성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 활용 가치가 없는 폐기물을 재활용 하여 자원이 재순환되는 효과가 있다.
본 발명의 흡착 담체는 결합물을 포함하고 있어 담체의 구조가 단단하게 형성되어 악취 제거 중 발생되는 여러 물리적 힘으로부터 흡착 담체의 구조가 유지되는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 많은 공극이 형성되어 악취 제거 중 발생되는 악취 유발 기체물질을 흡착하여 공기가 정화되는 효과가 있다.
나아가, 본 발명은 담체의 공극을 확대하여 미생물의 부착 능과 집적화를 높여 악취 제거의 기능을 확대하여 다른 제품과 접목하여 사용이 가능한 효과가 있다.
더 나아가, 본 발명은 마모된 일부만을 교체하여 반영구적으로 사용가능한 효과가 있다.
도 1은 다공성 흡착 담체의 제조방법을 나타낸 순서도이다.
도 2는 성형 후 건조된 흡착 담체이다.
도 3은 고온 열분해 반응 후 제조된 흡착 담체이다.
도 4는 고온 소성으로 제조된 크기가 다른 다공성 흡착 담체이다.
도 5는 성형된 혼합물의 구조를 100배율로 관찰한 것이다.
도 6은 혼합물의 성분을 EDX로 측정한 결과이다.
도 7은 본 발명에서 사용되는 반죽기이다.
도 8은 본 발명에서 사용되는 압출 성형기이다.
도 9는 본 발명에서 소성 시 사용되는 도구이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예의 방법으로 제조된 흡착 담체이다.
도 11은 용융슬래그의 결정구조를 촬영한 것이다.
도 12는 용융슬래그의 입도분포곡선을 나타낸 것이다.
<부호의 설명>
S110 : 재료가 혼합되어 혼합물이 되는 단계
S120 : 혼합물이 성형되는 단계
S130 : 성형된 혼합물이 건조되는 단계
S140 : 건조된 혼합물이 고온에서 소성되는 단계
S150 : 소성된 혼합물이 다공성 흡착 담체로 양생되는 단계
이하, 실시예들을 통하여 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명의 목적, 특징, 장점은 이하의 실시예들을 통해 쉽게 이해될 것이다.
본 발명은 여기에서 개시되는 실시예들에 한정되지 않고, 다른 형태로 구체화될 수 있다. 여기에서 개시되는 실시예들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 사람에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위하여 제공되는 것이고, 본 발명의 기술적 사상 및 기술적 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
따라서 이하의 실시예들에 의하여 본 발명이 제한되어서는 안 되며, 본 발명의 기술적 사상 및 기술적 범위에 포함되는 모든 변환이 포함되는 것으로 이해되어야 한다. 즉, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 사람이라면 청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 또는 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
본 발명은 다양한 변환이 가해질 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명한다. 도면들에서 요소의 크기 또는 요소들 사이의 상대적인 크기는 본 발명에 대한 명확한 이해를 위해서 다소 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 도면들에 도시된 요소의 형상이 제조 공정상의 변이 등에 의해서 다소 변경될 수 있다.
따라서 본 명세서에서 개시된 실시예들은 특별한 언급이 없는 한 도면에 도시된 형상으로 한정되어서는 안 되며, 어느 정도의 변형을 포함하는
것으로 이해되어야 한다.
한편, 본 발명의 여러 가지 실시예들은 명확한 반대의 지적이 없는 한 그 외의 어떤 다른 실시예들과 결합될 수 있다. 특히 바람직하거나 유리하다고 지시하는 어떤 특징도 바람직하거나 유리하다고 지시한 그 외의 어떤 특징 및 특징들과 결합될 수 있다. 즉, 본 발명의 다양한 양상들, 특징들, 실시예들 또는 구현예들은 단독으로 또는 다양한 조합들로 사용될 수 있다.
본 명세서에 사용된 용어는 특정의 실시예를 기술하기 위한 것일 뿐 청구범위에 의해서 한정하려는 것은 아님을 이해하여야 한고, 본 명세서에 사용되는 모든 기술용어 및 과학용어는 다른 언급이 없는 한 통상의 기술을 가진 사람에게 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 발명의 실시예에서 조성물의 함량비는 특별한 사정이 없는 한 “중량%”이다.
<실시예 1. 다공성 흡착 담체 제조>
도 1은 다공성 흡착 담체의 제조방법을 나타낸 순서도이다.
1) 재료가 혼합되어 혼합물이 되는 단계(S110)
점토; 연소재; 유기물; 및 결합물이 포함된 혼합물이 제조될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
먼저, 점토; 연소재; 및 유기물을 혼합하여 기본 반죽을 제조할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
상기 점토 15~25중량%; 연소재 15~25중량%; 및 유기물 30~40중량%;가 포함될 수 있으며, 바람직하게는 점토 17~23중량%; 연소재 17~23중량%; 및 유기물 32~37중량%;가 포함될 수 있으며, 가장 바람직하게는 점토 20중량%; 연소재 20중량%; 및 유기물 35중량%;가 포함될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
상기 연소재는 팜오일 껍질, 석탄재, 연탄재, 폐기물 소각재 등이 포함될 수 있다.
석탄재는 비회(飛灰, fly ash)와 저회(低灰, bottom ash)로 분류할 수 있으며, 비회는 미연탄 12% 이상으로 매립용으로 이용되고, 저회는 미연탄 2% 이내로 시멘트 대체재로 이용되고 있다.
상기 유기물은 톱밥, 마른 귤껍질 등의 유기성 폐기물; 왕겨, 쌀겨, 볏짚 등의 농업용 폐기물; 원두 찌꺼기; 하수슬러지(정수슬러지), 제지슬러지 등의 사업장 배출폐기물; 등이 포함될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
상기 원두 찌꺼기는 커피 콩(bean)을 열탕 하여 커피를 추출한 후에 나오는 부산물을 의미한다.
본 발명에서는 폐산물인 연소재 및 유기물을 흡착 담체 제조에 활용함으로써 폐자원의 순환율을 높여 천연자원의 이용을 줄일 수 있고, 폐자원을 활용하므로 경제적인 담체를 제조할 수 있다.
하기 <표 1>은 왕겨, 쌀겨, 볏짚 및 원두 찌꺼기의 성분을 분석한 결과를 나타낸 것이다.
성분(%) 수분 조단백질 조섬유 조회분
왕겨 43.8 3.7 30.2 12.9
쌀겨 38.1 14.2 8.4 8.3
볏짚 39.9 2.29 0.8 5.1
원두 찌꺼기 29 11.23 24.02 0.74
<표 1>을 살펴보면, 왕겨, 쌀겨, 볏짚 및 원두 찌꺼기의 성분 중 가장 높은 함량을 차지하는 것은 수분으로 각각 43.8%, 38.1%, 39.9%, 29%가 함유되어 있다.
특히, 농업용 폐기물인 왕겨, 쌀겨 및 볏짚과 원두 찌꺼기는 높은 수분을 함유하고 있어, 다공성 흡착 담체 제조 시 연소온도 조건에 따라 공극이 형성에 기여된다.
상기 결합물은 다공성 흡착 담체의 구조를 단단하게 유지하기 위하여 사용된다. 보다 상세하게는 콜타르피치; 실리카 흄; 및 수산화칼슘이 포함되며, 콜타르피치 12~23중량%; 실리카 흄 1~10중량%; 및 수산화칼슘 0.1~5중량%;가 포함될 수 있으며, 바람직하게는 콜타르피치 15~20중량%; 실리카 흄 3~8중량%; 및 수산화칼슘 1~4중량%;가 포함될 수 있으며, 가장 바람직하게는 콜타르피치 17중량%; 실리카 흄 5중량%; 및 수산화칼슘 3중량%;가 포함될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
콜타르피치는 500℃ 이하에서 열분해 시켰을 때 액정(liquid crystal)이 생성되며, 열처리 과정을 거치면서 중축합에 의한 고분자화 및 휘발분의 제거로 탄화와 흑연 화를 거쳐 치밀한 흑연 구조를 이룬다.
이러한 장점으로 우수한 품질의 탄소섬유, 탄소/탄소 복합재의 제조가 가능하다.
또한, 콜타르피치를 연화점 이하의 온도에서 장시간 산소와 반응하게 하여 메틸기(methyl) 등 반응기 그룹(functional group)을 분해함으로써 성형 체의 불용화(不溶化)를 유도하여 산화안정화 과정을 거친다.
이 과정을 거친 성형체는 불용화가 되어 탄화와 흑연화 과정에서 치수안정성을 확보하게 되며 산소에 의한 가교반응으로 조직이 치밀해져 기계적 물성이 향상된다.
또한, 산화안정화는 저온에서 장시간 실시하는 것이 효과적인데 이는 고온에서의 산화안정화 시 급격한 산소 확산 속도로 인한 표면의 산화막이 형성되어 표면과 내부의 응력 차이가 발생하여 균열이 발생되는 것을 막을 수 있다.
나아가, 콜타르피치는 열처리 온도가 500℃ 부근에서 형성되어 점결제로 수질 정화에 활용될 경우, 적정온도에서 탄소 성분이 강화되어 수질 정화처리 효율을 높일 수 있는 성분과 구조를 만들어 준다.
실리카 흄은 규소철과 실리콘메탈의 생산과정에서 생성되는 가스를 수집, 여과하여 포집되는 마이크로실리카 입자로 시멘트 및 콘크리트 제품, 내화물, 고강도 구조물 등의 사업에서 사용된다. 평균입자 0.15㎛로 완전 구형에 가까운 입자로서 비정질의 활성 실리카(silica)이다.
본 발명에서 하기 <화학식 1>과 같이 실리카 흄이 수산화칼슘과 반응하여 상온에서 함수규산 칼슘으로 변환되어 슈퍼 포졸란 성질을 나타낸다.
<화학식 1>
Figure 112018003968953-pat00001
이와 같이 연소재 중 비회 입자 사이에 실리카 흄의 충전 효과에 의하여 고강도화가 나타나며, 알칼리 실리카 반응 억제 및 화학적 저항성이 향상되는 것이다.
상기 혼합물을 도 7과 같은 반죽기에 넣고 혼합한다.
2) 혼합물이 성형되는 단계(S120)
상기 혼합물은 반죽 상태이므로 원하는 형상으로 성형할 수 있다.
도 8과 같은 압출 성형기를 통해 압출 성형되면, 펠렛(pellet), 판상(板商), 괴상(塊狀), 구상(球狀) 중 어느 하나 이상으로 다양하게 제조될 수 있으며, 바람직하게는 펠렛 또는 구상 형태로 제조될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
펠렛으로 혼합물이 성형되면, 일정한 크기로 형성되어 흡착 시에 일정한 효율을 나타낼 수 있다.
구상으로 혼합물이 성형되면, 악취를 제거하는 담체뿐 아니라 생물반응기에 미생물을 흡착할 수 있는 담체로 사용이 가능하다.
3) 성형된 혼합물이 건조되는 단계(S130)
성형된 혼합물이 150~250℃, 2~4시간 건조 될 수 있으며, 바람직하게는 170~230℃, 2.5~3.5시간 건조될 수 있으며, 가장 바람직하게는 200℃, 3시간 건조될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
상기 건조 과정을 통해 성형된 혼합물 내에 존재하는 유기물의 탄화 작용으로, 1차로 공극이 생성되기 위해 건조 단계가 포함된 것이다.
도 2는 성형 후 건조된 흡착 담체이다.
4) 건조된 혼합물이 고온에서 소성되는 단계(S140)
상기 단계 3)의 과정으로 건조된 혼합물은 고온에서 소성될 수 있다.
도 9는 본 발명에서 소성 시 사용되는 도구이다.
상기 소성 온도는 600~1,250℃, 바람직하게는 700~1,100℃, 더욱 바람직하게는 800~1,000℃, 가장 바람직하게는 850~950℃에서 소성될 수 있으며, 소성 시간은 30~70분, 바람직하게는 45~65분, 더욱 바람직하게는 58~63분, 가장 바람직하게는 60분 동안 열분해 소성될 수 있으나, 소성 온도 및 시간은 이에 한정되지 않는다.
흡착 담체의 실리카 흄이 녹기 위해서 최소 600℃ 이상의 온도와 30분 이상의 시간에서 소성이 필요하며, 혼합물 내부에 있는 유기물을 충분히 태우기 위해 1,250℃ 이하의 온도와 70분 이하의 시간에서 소성하는 것이다.
흡착 담체는 내부의 공극이 미세하게 형성되기 위해서 850~950℃의 온도와 60분의 시간에서 소성하는 것이다.
이러한 고온에서의 열분해 소성 과정을 통하여 콜타르피치, 실리카 흄 및 수산화칼슘이 포함된 결합물이 담체의 구조물을 단단하게 결합하며, 건조 과정에서 미처 타지 못한 유기물이 열분해 되어 공극이 확대된다.
또한, 성형된 혼합물은 열분해 소성을 통해 확대 활성 된 공극으로 악취물질을 흡착하여 제거된다.
나아가, 소성된 혼합물은 확대된 공극을 통해 미생물의 부착 능과 집적화를 높여 악취 제거 기능을 확대하여 다른 제품과 접목하여 사용이 가능하다.
이러한 열분해 소성이 완료되면, 다공성 흡착 담체가 되어 흡착제로 이용이 가능하다.
도 3은 고온 열분해 반응 후 제조된 흡착 담체이다.
5) 소성된 혼합물이 다공성 흡착 담체로 양생되는 단계(S150)
다공성 흡착 담체는 강도를 증진시키기 위해 양생될 수 있다.
양생 조건은 상온에서 6~8일, 바람직하게는 7일 양생될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
흡착 담체의 양생을 저온에서 할 경우 강도 증진이 이루어지기 힘들어 악취 흡착 시 발생되는 물리적 힘으로부터 담체가 부셔질 수 있다.
도 4는 고온 소성으로 제조된 크기가 다른 다공성 흡착 담체이다.
<실시예 2. 다공성 흡착 담체 제조>
실시예 1의 혼합물에 희토류를 더 포함하여 다공성 흡착 담체를 제조할 수 있다.
1) 재료가 혼합되어 혼합물이 되는 단계(S110)
상기 실시예 1의 혼합물에 희토류를 더 포함하여 제조할 수 있다.
실시예 2의 혼합물은 점토; 연소재; 유기물; 희토류; 및 결합물이 혼합될 수 있다.
점토; 연소재; 유기물; 및 결합물은 실시예 1과 동일한 것을 사용하였다.
보다 상세하게는 점토 15~25중량%; 연소재 15~20중량%; 유기물 30~40중량%; 및 희토류 0.1~5중량%;가 포함될 수 있으며, 바람직하게는 점토 17~21중량%; 연소재 16~20중량%; 유기물 32~37중량%; 및 희토류 1~5중량%;가 포함될 수 있으며, 가장 바람직하게는 점토 19중량%; 연소재 18중량%; 유기물 35중량%; 및 희토류 3중량%;가 포함될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
상기 희토류는 원자번호 57번 란타늄(La, Lanthanum)부터 71번 루테튬(Lu, Lutetium)까지의 원소 15개와 21번 스칸듐(Sc, Scandium) 및 39번 이트륨(Y, Yttrium) 등 총 17개의 원소를 총칭한다.
또한, 희토류는 자연계에 매우 드물게 존재하는 금속 원소라는 의미를 갖고 있다.
본 발명에서는 란타늄이 포함된 희토류를 사용하는 것이 가장 좋다. 란타늄이 포함된 희토류는 수계에서 사용할 경우, 부영화의 주요 물질인 인을 흡착하여 제거할 수 있다.
상기 결합물은 다공성 흡착 담체의 구조를 단단하게 유지하기 위하여 사용된다.
보다 상세하게는 콜타르피치, 실리카 흄 및 수산화칼슘이 포함되며, 콜타르피치 12~22중량%, 실리카 흄 1~10중량% 및 수산화칼슘 0.1~5중량%가 포함될 수 있으며, 바람직하게는 콜타르피치 14~20중량%, 실리카 흄 3~8중량% 및 수산화칼슘 1~4중량%가 포함될 수 있으며, 가장 바람직하게는 콜타르피치 17중량%, 실리카 흄 5중량% 및 수산화칼슘 3중량%가 포함될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
2) 흡착 담체가 제조되는 단계(S210)
상기 실시예 1의 2)단계(S120) 내지 5)단계(S150)와 동일한 방법으로 다공성 흡착 담체를 제조할 수 있다.
특히, 소성 온도는 600~1,250℃, 바람직하게는 700~1,100℃, 더욱 바람직하게는 800~1,000℃, 가장 바람직하게는 850~950℃에서 소성될 수 있으며, 소성 시간은 30~70분, 바람직하게는 45~65분, 더욱 바람직하게는 58~63분, 가장 바람직하게는 60분 동안 열분해 소성될 수 있으나, 소성 온도 및 시간은 이에 한정되지 않는다.
소성 시, 희토류로 인해 흡착 담체의 강도가 향상되기 위해 600℃ 이상되어야하며, 다른 결합물의 성능 저하를 방지하기 위해 1,250℃ 이하의 온도에서 수행되어야 한다.
<실시예 3. 다공성 흡착 담체 제조>
실시예 1의 혼합물에 물유리 또는 폐유리를 더 포함하여 다공성 흡착 담체를 제조할 수 있다.
1) 재료가 혼합되어 혼합물이 되는 단계(S110)
상기 실시예 1의 혼합물에 물유리 또는 폐유리를 더 포함하여 제조할 수 있다.
실시예 3의 혼합물은 점토; 연소재; 유기물; 및 결합물이 혼합될 수 있다.
점토; 연소재; 및 유기물은 실시예 1과 동일한 것을 사용하였다.
보다 상세하게는 점토 15~23중량%; 연소재 14~22중량%; 및 유기물 30~40중량%;가 포함될 수 있으며, 바람직하게는 점토 17~21중량%; 연소재 16~20중량%; 및 유기물 33~37중량%;가 포함될 수 있으며, 가장 바람직하게는 점토 19중량%; 연소재 18중량%; 및 유기물 35중량%;가 포함될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
상기 결합물은 다공성 흡착 담체의 구조를 단단하게 유지하기 위하여 사용된다.
보다 상세하게는 콜타르피치; 실리카 흄; 수산화칼슘; 및 물유리 또는 폐유리가 포함되며, 물유리 또는 폐유리는 분말을 사용할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
보다 상세하게는 콜타르피치 10~20중량%; 실리카 흄 1~10중량%; 수산화칼슘 1~5중량%; 및 물유리 또는 폐유리 1~10중량%가 포함될 수 있으며, 바람직하게는 콜타르피치 13~18중량%; 실리카 흄 3~8중량%; 수산화칼슘 1~4중량%; 및 물유리 또는 폐유리 3~7중량%;가 포함될 수 있으며, 가장 바람직하게는 콜타르피치 15중량%; 실리카 흄 5중량%; 수산화칼슘 3중량%; 및 물유리 또는 폐유리 5중량%;가 포함될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
특히, 물유리 또는 폐유리는 분말 형태로 강한 흡착력과 강도를 증진시켜주는 접착력이 뛰어나 흡착 담체 제조 시 포함되어 강도가 더 향상된 담체를 제조할 수 있다.
2) 흡착 담체가 제조되는 단계(S210)
상기 실시예 1의 2)단계(S120) 내지 5)단계(S150)와 동일한 방법으로 강도가 더 향상된 다공성 흡착 담체를 제조할 수 있다.
특히, 소성 온도는 600~1,250℃, 바람직하게는 700~1,100℃, 더욱 바람직하게는 800~1,000℃, 가장 바람직하게는 850~950℃에서 소성될 수 있으며, 소성 시간은 30~70분, 바람직하게는 45~65분, 더욱 바람직하게는 58~63분, 가장 바람직하게는 60분 동안 열분해 소성될 수 있으나, 소성 온도 및 시간은 이에 한정되지 않는다.
소성 시 물유리가 사용된 경우, 급격한 기화현상을 일으켜 담체 내의 많은 공극을 형성하기 위해 600℃ 이상이 되어야하며, 공극이 균일하게 생성되기 위해서는 1,250℃ 이하의 온도에서 수행되어야한다.
또한, 소성 시 폐유리가 사용된 경우, 유리함량의 증가에 따른 밀도가 증가되기 위해 600℃ 이상이 되어야하며, 유리함량이 증가함에 따른 부풀림 현상에 의해 밀도가 감소되지 않기 위해 1,250℃ 이하의 온도에서 수행되어야한다.
<실시예 4. 다공성 흡착 담체 제조>
실시예 3의 혼합물에 희토류를 더 포함하여 다공성 흡착 담체를 제조할 수 있다.
1) 재료가 혼합되어 혼합물이 되는 단계(S110)
상기 실시예 3의 혼합물에 희토류를 더 포함하여 제조할 수 있다.
실시예 4의 혼합물은 점토; 연소재; 유기물; 희토류; 및 결합물이 혼합될 수 있다.
점토; 연소재; 및 유기물은 실시예 1과 동일한 것을 사용하였다.
희토류는 실시예 2와 동일한 것을 사용하였다.
보다 상세하게는 점토 15~23중량%; 연소재 14~22중량%; 유기물 30~40중량%; 및 희토류 1~5중량%;가 포함될 수 있으며, 바람직하게는 점토 17~21중량%; 연소재 16~20중량%; 유기물 33~37중량%; 및 희토류 2~4중량%;가 포함될 수 있으며, 가장 바람직하게는 점토 19중량%; 연소재 18중량%; 유기물 35중량%; 및 희토류 3중량%;가 포함될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
상기 결합물은 다공성 흡착 담체의 구조를 단단하게 유지하기 위하여 사용되는 것으로 실시예 3과 동일한 것을 사용하였다.
보다 상세하게는 콜타르피치; 실리카 흄; 수산화칼슘; 및 물유리 또는 폐유리가 포함되며, 물유리 또는 폐유리는 분말을 사용할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
보다 상세하게는 콜타르피치 9~15중량%; 실리카 흄 1~10중량%; 수산화칼슘 1~5중량%; 및 물유리 또는 폐유리 1~10중량%가 포함될 수 있으며, 바람직하게는 콜타르피치 10~14중량%; 실리카 흄 3~8중량%; 수산화칼슘 1~4중량%; 및 물유리 또는 폐유리 3~7중량%;가 포함될 수 있으며, 가장 바람직하게는 콜타르피치 12중량%; 실리카 흄 5중량%; 수산화칼슘 3중량%; 및 물유리 또는 폐유리 5중량%;가 포함될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
특히, 물유리 또는 폐유리 분말은 강한 흡착력과 강도를 증진시켜주는 접착력이 뛰어나 흡착 담체 제조 시 포함되어 강도가 더 향상된 담체를 제조할 수 있다.
2) 흡착 담체가 제조되는 단계(S210)
상기 실시예 1의 2)단계(S120) 내지 5)단계(S150)와 동일한 방법으로 강도가 더 향상된 다공성 흡착 담체를 제조할 수 있다.
<실시예 5. 다공성 흡착 담체 제조>
실시예 1의 혼합물에 물유리 또는 폐유리 및 용융슬래그를 더 포함하여 다공성 흡착 담체를 제조할 수 있다.
1) 재료가 혼합되어 혼합물이 되는 단계(S110)
상기 실시예 1의 혼합물에 물유리 또는 폐유리 및 용융슬래그를 더 포함하여 제조할 수 있다.
실시예 3의 혼합물은 점토; 연소재; 유기물; 용융슬래그; 및 결합물이 혼합될 수 있다.
점토; 연소재; 및 유기물은 실시예 1과 동일한 것을 사용하였다.
보다 상세하게는 점토 15~20중량%; 연소재 15~20중량%; 유기물 30~35중량%; 및 용융슬래그 1~10중량%;가 포함될 수 있으며, 바람직하게는 점토 16~20중량%; 연소재 15~19중량%; 유기물 31~35중량%; 및 용융슬래그 5~9중량%;가 포함될 수 있으며, 가장 바람직하게는 점토 18중량%; 연소재 17중량%; 유기물 33중량%; 및 용융슬래그 7중량%;가 포함될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
상기 용융슬래그는 생활폐기물 처리를 통하여 얻어진 부산물로 소각재 용융슬래그를 의미하며, 생활폐기물을 열분해 고형물용융로에서 1,350~1,450℃로 용융시켜 얻어진 소각재 용융슬래그를 사용하였다.
또한, 용융 반응에서 용융열원으로서 열분해 고형물(char) 및 고형연료(RPF, Refuse Plastic Fuel)의 연소열을 활용하였다.
나아가, 용융슬래그는 무기질 성분 중 SiO2가 20~50% 포함되어 유리질 범위에 해당하여 유리질을 형성하여 흡착 담체의 강도가 더 증가되기 위해 사용된 것이다.
더 나아가, 보관이 어려운 용융슬래그를 재활용함으로써 환경 오염물질 배출을 최소화시킬 수 있다.
상기 결합물은 다공성 흡착 담체의 구조를 단단하게 유지하기 위하여 사용된다.
보다 상세하게는 콜타르피치; 실리카 흄; 수산화칼슘; 및 물유리 또는 폐유리가 포함되며, 물유리 또는 폐유리는 분말을 사용할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
보다 상세하게는 콜타르피치 5~15중량%; 실리카 흄 1~5중량%; 수산화칼슘 1~5중량%; 및 물유리 또는 폐유리 5~15중량%가 포함될 수 있으며, 바람직하게는 콜타르피치 8~12중량%; 실리카 흄 2~4중량%; 수산화칼슘 1~3중량%; 및 물유리 또는 폐유리 8~12중량%;가 포함될 수 있으며, 가장 바람직하게는 콜타르피치 10중량%; 실리카 흄 3중량%; 수산화칼슘 2중량%; 및 물유리 또는 폐유리 10중량%;가 포함될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
특히, 물유리 또는 폐유리 분말은 강한 흡착력과 강도를 증진시켜주는 접착력이 뛰어나 흡착 담체 제조 시 포함되어 강도가 더 향상된 담체를 제조할 수 있다.
2) 흡착 담체가 제조되는 단계(S210)
상기 실시예 1의 2)단계(S120) 내지 5)단계(S150)와 동일한 방법으로 강도가 더 향상된 다공성 흡착 담체를 제조할 수 있다.
특히, 소성 온도는 600~1,250℃, 바람직하게는 700~1,100℃, 더욱 바람직하게는 800~1,000℃, 가장 바람직하게는 850~950℃에서 소성될 수 있으며, 소성 시간은 30~70분, 바람직하게는 45~65분, 더욱 바람직하게는 58~63분, 가장 바람직하게는 60분 동안 열분해 소성될 수 있으나, 소성 온도 및 시간은 이에 한정되지 않는다.
소성 시 용융슬래그의 소결작용으로 인한 흡착 담체의 강도를 향상시키기 위해 600℃ 이상이 되어야하며, 융해(melting) 현상으로 인해 강도가 감소되는 것을 방지하기 위해 1,250℃ 이하의 온도에서 수행되어야한다.
<실시예 6. 다공성 흡착 담체 제조>
실시예 5의 혼합물에 희토류를 더 포함하여 다공성 흡착 담체를 제조할 수 있다.
1) 재료가 혼합되어 혼합물이 되는 단계(S110)
상기 실시예 5의 혼합물에 희토류를 더 포함하여 제조할 수 있다.
실시예 6의 혼합물은 점토; 연소재; 유기물; 용융슬래그; 희토류; 및 결합물이 혼합될 수 있다.
점토; 연소재; 및 유기물은 실시예 1과 동일한 것을 사용하였다.
용융슬래그는 실시예 5와 동일한 것을 사용하였다.
희토류는 실시예 2와 동일한 것을 사용하였다.
보다 상세하게는 점토 15~20중량%; 연소재 15~20중량%; 유기물 30~35중량%; 용융슬래그 5~10중량%; 및 희토류 1~5중량%;가 포함될 수 있으며, 바람직하게는 점토 16~20중량%; 연소재 15~19중량%; 유기물 31~35중량%; 용융슬래그 5~8중량%; 및 희토류 2~4중량%;가 포함될 수 있으며, 가장 바람직하게는 점토 18중량%; 연소재 17중량%; 유기물 33중량%; 용융슬래그 6중량%; 및 희토류 3중량%;가 포함될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
상기 결합물은 다공성 흡착 담체의 구조를 단단하게 유지하기 위하여 사용되는 것으로 실시예 5와 동일한 것을 사용하였다.
결합물은 콜타르피치; 실리카 흄; 수산화칼슘; 및 물유리 또는 폐유리가 포함되며, 물유리 또는 폐유리는 분말을 사용할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
보다 상세하게는 콜타르피치 5~12중량%; 실리카 흄 1~10중량%; 수산화칼슘 1~5중량%; 및 물유리 또는 폐유리 1~10중량%가 포함될 수 있으며, 바람직하게는 콜타르피치 8~12중량%; 실리카 흄 3~8중량%; 수산화칼슘 1~4중량%; 및 물유리 또는 폐유리 3~7중량%;가 포함될 수 있으며, 가장 바람직하게는 콜타르피치 10중량%; 실리카 흄 5중량%; 수산화칼슘 3중량%; 및 물유리 또는 폐유리 5중량%;가 포함될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
특히, 물유리 또는 폐유리 분말은 강한 흡착력과 강도를 증진시켜주는 접착력이 뛰어나 흡착 담체 제조 시 포함되어 강도가 더 향상된 담체를 제조할 수 있다.
2) 흡착 담체가 제조되는 단계(S210)
상기 실시예 1의 2)단계(S120) 내지 5)단계(S150)와 동일한 방법으로 강도가 더 향상된 다공성 흡착 담체를 제조할 수 있다.
<실시예 7. 다공성 흡착 담체 제조>
실시예 1의 혼합물에 용융슬래그 및 페놀수지를 더 포함하여 다공성 흡착 담체를 제조할 수 있다.
1) 재료가 혼합되어 혼합물이 되는 단계(S110)
상기 실시예 1의 혼합물에 용융슬래그 및 페놀수지를 더 포함하여 제조할 수 있다.
실시예 7의 혼합물은 점토; 연소재; 유기물; 용융슬래그; 및 결합물이 혼합될 수 있다.
점토; 연소재; 및 유기물은 실시예 1과 동일한 것을 사용하였다.
용융슬래그는 실시예 5와 동일한 것을 사용하였다.
보다 상세하게는 점토 15~21중량%; 연소재 20~23중량%; 유기물 25~30중량%; 및 용융슬래그 5~13중량%;가 포함될 수 있으며, 바람직하게는 점토 17~21중량%; 연소재 18~22중량%; 유기물 26~30중량%; 및 용융슬래그 8~12중량%;가 포함될 수 있으며, 가장 바람직하게는 점토 19중량%; 연소재 20중량%; 유기물 28중량%; 및 용융슬래그 10중량%;가 포함될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
상기 결합물은 다공성 흡착 담체의 구조를 단단하게 유지하기 위하여 사용된다.
보다 상세하게는 콜타르피치; 실리카 흄; 수산화칼슘; 및 페놀수지가 포함되며, 콜타르피치 10~20중량%; 실리카 흄 1~5중량%; 수산화칼슘 1~5중량%; 및 페놀수지 1~5중량%가 포함될 수 있으며, 바람직하게는 콜타르피치 13~17중량%; 실리카 흄 1~3중량%; 수산화칼슘 2~4중량%; 및 페놀수지 2~4중량%;가 포함될 수 있으며, 가장 바람직하게는 콜타르피치 15중량%; 실리카 흄 2중량%; 수산화칼슘 3중량%; 및 페놀수지 3중량%;가 포함될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
상기 페놀수지는 열 및 화학물질에 대한 안정성이 에폭시 수지보다 우수하며, 탄소수율이 55~66%로 높다.
이러한 특성으로 흡착 담체 제조 시 사용할 경우 열 변형 온도가 높아 고온에서 소성 시 비가역적 화학 반응에 의하여 경화되어 페놀수지의 가교화로 인해 강성률이 높아져 열 및 화학물질에 대한 저항성이 증가되는 것이다.
특히, 페놀수지는 300℃ 이상의 온도에서 가열할 경우 열분해가 되고, 많은 코크스상 탄소가 되어 잔류 탄소로 잔존하여 기계적 강도나 내열성에 강점이 된 흡착 담체를 제조할 수 있다.
2) 흡착 담체가 제조되는 단계(S210)
상기 실시예 1의 2)단계(S120) 내지 5)단계(S150)와 동일한 방법으로 강도가 더 향상된 다공성 흡착 담체를 제조할 수 있다.
특히, 소성 온도는 600~1,250℃, 바람직하게는 700~1,100℃, 더욱 바람직하게는 800~1,000℃, 가장 바람직하게는 850~950℃에서 소성될 수 있으며, 소성 시간은 30~70분, 바람직하게는 45~65분, 더욱 바람직하게는 58~63분, 가장 바람직하게는 60분 동안 열분해 소성될 수 있으나, 소성 온도 및 시간은 이에 한정되지 않는다.
소성 시 페놀수지의 열분해로 인해 흡착 담체의 강도를 향상시키기 위해 600℃ 이상이 되어야하며, 다른 결합물의 성능 저하를 방지하기 위해 1,250℃ 이하의 온도에서 수행되어야 한다.
<실시예 8. 다공성 흡착 담체 제조>
실시예 7의 혼합물에 희토류 및 물유리 또는 폐유리를 더 포함하여 다공성 흡착 담체를 제조할 수 있다.
1) 재료가 혼합되어 혼합물이 되는 단계(S110)
상기 실시예 7의 혼합물에 희토류 및 물유리 또는 폐유리를 더 포함하여 제조할 수 있다.
실시예 8의 혼합물은 점토; 연소재; 유기물; 용융슬래그; 희토류; 및 결합물이 혼합될 수 있다.
점토; 연소재; 및 유기물은 실시예 1과 동일한 것을 사용하였다.
용융슬래그는 실시예 5와 동일한 것을 사용하였다.
희토류는 실시예 2와 동일한 것을 사용하였다.
보다 상세하게는 점토 15~22중량%; 연소재 15~23중량%; 유기물 25~30중량%; 용융슬래그 5~10중량%; 및 희토류 1~5중량%;가 포함될 수 있으며, 바람직하게는 점토 17~21중량%; 연소재 18~22중량%; 유기물 26~30중량%; 용융슬래그 6~10중량%; 및 희토류 1~3중량%;가 포함될 수 있으며, 가장 바람직하게는 점토 19중량%; 연소재 20중량%; 유기물 28중량%; 용융슬래그 8중량%; 및 희토류 2중량%;가 포함될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
상기 결합물은 다공성 흡착 담체의 구조를 단단하게 유지하기 위하여 사용된다.
보다 상세하게는 콜타르피치; 실리카 흄; 수산화칼슘; 페놀수지; 및 물유리 또는 폐유리가 포함될 수 있다.
콜타르피치; 실리카 흄; 및 수산화칼슘은 실시예 1과 동일한 것을 사용하였다.
페놀수지는 실시예 7과 동일한 것을 사용하였고, 물유리 또는 폐유리는 실시예 3과 동일한 것을 사용하였다.
보다 상세하게는 콜타르피치 10~15중량%; 실리카 흄 1~5중량%; 수산화칼슘 1~5중량%; 페놀수지 0.1~3중량%; 및 물유리 또는 폐유리 1~5중량%가 포함될 수 있으며, 바람직하게는 콜타르피치 11~15중량%; 실리카 흄 1~3중량%; 수산화칼슘 1~4중량%; 페놀수지 0.1~2중량%; 및 물유리 또는 폐유리 3~5중량%;가 포함될 수 있으며, 가장 바람직하게는 콜타르피치 13중량%; 실리카 흄 2중량%; 수산화칼슘 3중량%; 페놀수지 1중량%; 및 물유리 또는 폐유리 4중량%;가 포함될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
특히, 결합물의 최적의 조합을 통해 흡착 담체의 강도가 증가된다.
2) 흡착 담체가 제조되는 단계(S210)
상기 실시예 1의 2)단계(S120) 내지 5)단계(S150)와 동일한 방법으로 강도가 더 향상된 다공성 흡착 담체를 제조할 수 있다.
<실험예 1. 성분 분석>
본 발명의 혼합물에 사용된 비회의 성분을 분석하였다.
하기 <표 2>는 비회의 성분을 분석한 결과이다.
성분 Si Al Ca Fe K Ti Mg Na
함량(중량%) 20.77 2.3 12.61 5.24 1.23 0.69 2.17 8.73
<표 2> 및 도 6을 살펴보면, 비회의 경우 Si 성분이 20.77중량%로 가장 많이 함유되어 흡착 담체에 충전 효과를 주러 고강도화 될 수 있다.
또한, 비회는 Al, Ca 및 Fe가 각각 2.3중량%, 12.61중량%, 5.24중량% 더 포함하고 있어 흡착 담체의 공극 구조에 영향을 주는 것을 알 수 있다.
<실험예 2. 물리적 특성 분석>
실시예 1~8의 제조방법으로 제조된 흡착 담체를 이용하여 물리적 특성을 분석하였다.
또한, 실험 군으로는 실시예 1~8의 혼합물이 사용되었으며, 흡착제로 활용 시에는 입경 1~3cm 또는 흡착 담체로 활용할 경우에는 3~5cm의 구형으로 제조되어 다른 형태의 담체보다 비표면적이 확대되어 악취 흡착하여 제거될 수 있다.
대조군으로는 시판중인 세라믹 담체(이하, 비교예)가 사용되었다.
하기 <표 3>은 본 발명의 흡착 담체와 기존에 시판 중인 세라믹 담체를 분석하여 비교한 것이다.
공극률(%) 밀도(g/cm3) 강도(N/mm2)
실시예 1 50~60 0.6~0.7 2~2.5
실시예 2 50~60 0.65~0.7 2.5~2.8
실시예 3 55~60 0.68~0.7 2.5~3
실시예 4 55~60 0.68~0.75 2.8~3.4
실시예 5 60~70 0.7~0.8 3~3.7
실시예 6 65~75 0.75~0.8 3.5~4
실시예 7 80~85 0.6~0.8 3.8~4.1
실시예 8 80~87 0.7~0.8 4~4.3
비교예 40~50 - 2~2.5
<표 3>을 살펴보면, 실시예는 50~87%의 공극률을 가지며, 보다 상세하게는 실시예 8이 80~87%로 1순위로 높았으며, 실시예 7이 80~85%로 2순위로 높았고, 실시예 6이 65~75%로 3순위로 높았다.
실시예와 비교예의 공극률을 비교하면, 약 1~2.2배의 차이가 있음을 알 수 있다.
실시예의 밀도는 0.6~0.8g/cm3으로 1g/cm3인 물보다 작아 악취 제거용으로 사용하기 적합하다.
또한, 실시예는 2~4.3N/mm2의 강도를 가지며, 보다 상세하게는 실시예 8이 4~4.3N/mm2로 1순위로 높았으며, 실시예 7이 3.8~4.1N/mm2로 2순위로 높았고, 실시예 6이 3.5~4N/mm2로 3순위로 높았다.
실시예와 비교예의 강도를 비교하면, 약 0.8~2.2배의 차이가 있음을 알 수 있다.
이렇듯, 본 발명의 흡착 담체는 시판 중인 세라믹 담체보다 공극율과 강도가 향상된 물리적 특성을 나타내고 있다.
이는 본 발명의 흡착 담체에 포함된 결합물의 구성 조합에 따라 강도가 향상되는 것을 유추할 수 있다.
<실험예 3. 정수슬러지의 성분>
본 발명의 혼합물에 사용된 유기물 중 하수슬러지의 성분을 분석하였다.
하기 <표 4>는 하수슬러지의 성분을 분석한 결과이다.
성분 SiO2 Al2O3 P2O5 CaO Fe2O3 K2O TiO2 MgO Na2O
중량% 34.8 18.37 1.3 4.28 6.71 1.65 0.7 1.3 1.15
<표 4>를 살펴보면, 본 발명에서 사용된 하수슬러지는 주로 무기 성분을 함유하고 있어 토질과 비교하였을 때 점토에 가까운 성상을 갖고 있다.
또한, 하수슬러지는 최초침전지 슬러지와 잉여슬러지가 대부분으로 구성되어 있고, 주로 SiO2 및 Al2O3이 각각 34.8중량%, 18.37중량%로 구성되어 열분해 소성을 통해 흡착 담체의 구조를 단단하게 유지되는 것이다.
<실험예 4. 용융슬래그의 특성 분석>
본 발명 실시예 5~8에서 사용된 용융슬래그의 특성을 분석하였다.
하기 <표 5>는 용융슬래그의 화학적 조성비를 나타낸 것이다.
성분 중량% 성분 중량%
SiO2 47 P2O5 1.9
CaO 24 PbO 0.01
Al2O3 15.35 K2O 1.34
MnO 0.1 TiO2 0.9
MgO 3.15 ZrO2 0.18
Na2O 5.55 CuO 0.12
Fe2O3 0.4
<표 5>를 살펴보면, 용융슬래그의 주요성분은 평균적으로 SiO2가 47중량%, CaO가 24중량%, Al2O3이 15.35중량%로 전체 중 약 86%를 차지하고 있다.
이를 통해 용융슬래그는 주로 무기물로 구성되어 있음을 알 수 있고, 유리질 범위에 해당하여 결정화 유리를 얻어 흡착 담체의 강도가 향상되는 것을 알 수 있다.
도 11은 주사전자현미경을 이용하여 용융슬래그의 결정구조를 촬영한 것으로 유리질의 검은 결정 형태이고, 입자 표면이 매끈한 형태임을 알 수 있다.
도 12는 용융슬래그의 입도분포곡선으로 전체 입경이 0.25~10mm에 분포된 것을 확인할 수 있다.
특히, 용융슬래그는 1~5mm 사이에 주입경이 주로 분포되어 있음을 알 수 있다.
균등계수(Cu)는 3.75로 모래를 기준으로 하였을 때 6보다 작아 입조가 양호하지 못하고, 곡률계수(Cg)는 1.067로 양호한 것을 알 수 있다.
<실험예 5. 용융슬래그의 용출 분석>
본 발명 실시예 5~8에서 사용된 용융슬래그의 용출을 분석하였다.
용융슬래그는 폐기물에서 출발한 원료이므로 소각재에 다량 함유되어 있는 중금속 용출 가능성이 높아 환경적 안정성이 입증되어야 한다.
따라서 미국 환경보호청에서 제안한 독성 특성 침출 절차(TCLP, Toxicity Characteristic Leaching Procedure) 방법을 사용하여 용출 실험을 수행하였다.
하기 <표 6>은 용융슬래그의 용출실험 결과를 나타낸 것이다.
항목 유해성 판단기준(mg/L) 분석 결과
1차 2차 3차
As 1.5 이하 N N N
Cd 0.3 이하 N N N
Cu 3 이하 N N N
Pb 3 이하 N N N
Hg 0.005 이하 N N N
CN 1 이하 N N N
Cr6+ 1.5 이하 N N N
<표 6>을 살펴보면, 본 발명에서 사용된 용융슬래그에서 비소(AS), 카드뮴(Cd), 구리(Cu), 납(Pb), 수은(Hg), 시안(CN), 6가 크롬이 용출되지 않음을 알 수 있다.
<실험예 6. 유해가스 흡착능>
본 발명의 제조방법으로 제조된 흡착 담체를 이용하여 암모니아, 황화수소 및 톨루엔의 흡착능을 확인하였다.
하기 <표 7>은 흡착 담체를 이용하여 기체 내에 존재하는 암모니아, 황화수소 및 톨루엔의 흡착능을 확인한 결과이다.
mg/g 암모니아 황화수소 톨루엔
실시예 1 0.4~0.41 0.74~0.75 53~55
실시예 2 0.413~0.42 0.88~0.891 55.4~56
실시예 3 0.43~0.438 0.87~0.876 56.4~57.6
실시예 4 0.46~0.47 0.9~0.95 58.3~59.1
실시예 5 0.48~0.483 0.9~0.96 61.1~62
실시예 6 0.47~0.479 0.937~0.94 59.49~60
실시예 7 0.48~0.5 1~1.1 60.2~60.9
실시예 8 0.512~0.53 1~1.23 61.8~62.5
<표 7>을 살펴보면, 실시예의 암모니아 흡착능이 0.4~0.53mg/g이며, 황화수소 흡착능이 0.74~1.23mg/g이고, 톨루엔 흡착능이 53~62.5mg/g임을 알 수 있다.
실시예에 따른 흡착 담체는 휘발성 유기화합물인 톨루엔에 대한 흡착량이 암모니아와 황화수소에 비해 높은 것을 확인할 수 있다.
이는 흡착되는 가스의 분자 크기에 따라 흡착 정도가 다르다는 것을 유추할 수 있다.
본 발명은 실리카 흄과 수산화칼슘을 이용한 흡착 담체 및 그 제조방법에 관한 것으로 실리카 흄 및 수산화칼슘의 화학적 반응을 이용한 흡착 담체를 제조하여 강도가 향상된 산업상 이용가능한 발명이다.

Claims (7)

  1. 점토 17 내지 21중량%;
    Si 20.77중량%, Al 2.3중량%, Ca 12.61중량%, Fe 5.24중량%, K 1.23중량%, Ti 0.69중량%, Mg 2.17중량% 및 Na 8.73중량%가 포함된 비회를 포함하는 연소재 18 내지 22중량%;
    수분 43.8중량%, 조단백질 3.7중량%, 조섬유 30.2중량% 및 조회분 12.9중량%가 포함된 왕겨,
    수분 38.1중량%, 조단백질 14.2중량%, 조섬유 8.4중량% 및 조회분 8.3중량%가 포함된 쌀겨,
    수분 39.9중량%, 조단백질 2.29중량%, 조섬유 0.8중량% 및 조회분 5.1중량%가 포함된 볏짚,
    수분 29중량%, 조단백질 11.23중량%, 조섬유 24.02중량% 및 조회분 0.74중량%가 포함된 원두 찌꺼기,
    SiO2가 34.8중량%, Al2O3이 18.37중량%, P2O5가 1.3중량%, CaO가 4.28중량%, Fe2O3이 6.71중량%, K2O가 1.65중량%, TiO2가 0.7중량%, MgO가 1.3중량% 및 Na2O가 1.15중량% 포함된 하수슬러지 중 어느 하나 이상이 포함된 유기물 26 내지 30중량%;
    SiO2가 47중량%, CaO가 24중량%, Al2O3이 15.35중량%, MnO가 0.1중량%, MgO가 3.15중량%, Na2O가 5.55중량%, Fe2O3이 0.4중량%, P2O5가 1.9중량%, PbO가 0.01중량%, K2O가 1.34중량%, TiO2가 0.9중량%, ZrO2가 0.18중량% 및 CuO가 0.12중량% 포함되며, 고형물용융로에서 1,350 내지 1,450℃에서 용융된 것을 특징으로 하는 용융슬래그 6 내지 10중량%;
    란타늄이 포함된 희토류 1 내지 3중량%;
    콜타르피치 11 내지 15중량%;
    실리카 흄 1 내지 3중량%;
    수산화칼슘 1 내지 4중량%;
    페놀수지 0.1 내지 2중량% 및
    물유리 또는 폐유리 분말 3 내지 5중량%가 포함되며,
    공극률이 80 내지 87%, 밀도가 0.7 내지 0.8g/cm3 및 강도가 4 내지 4.3N/mm2인 것을 특징으로 하며,
    암모니아 0.512 내지 0.53mg/g, 황화수소 1 내지 1.23mg/g 및 톨루엔 61.8 내지 62.5mg/g가 흡착되는 것을 특징으로 하는, 흡착제.
  2. 점토 17 내지 21중량%;
    Si 20.77중량%, Al 2.3중량%, Ca 12.61중량%, Fe 5.24중량%, K 1.23중량%, Ti 0.69중량%, Mg 2.17중량% 및 Na 8.73중량%가 포함된 비회를 포함하는 연소재 18 내지 22중량%;
    수분 43.8중량%, 조단백질 3.7중량%, 조섬유 30.2중량% 및 조회분 12.9중량%가 포함된 왕겨,
    수분 38.1중량%, 조단백질 14.2중량%, 조섬유 8.4중량% 및 조회분 8.3중량%가 포함된 쌀겨,
    수분 39.9중량%, 조단백질 2.29중량%, 조섬유 0.8중량% 및 조회분 5.1중량%가 포함된 볏짚,
    수분 29중량%, 조단백질 11.23중량%, 조섬유 24.02중량% 및 조회분 0.74중량%가 포함된 원두 찌꺼기,
    SiO2가 34.8중량% 및 SiO2가 34.8중량%, Al2O3이 18.37중량%, P2O5가 1.3중량%, CaO가 4.28중량%, Fe2O3이 6.71중량%, K2O가 1.65중량%, TiO2가 0.7중량%, MgO가 1.3중량% 및 Na2O가 1.15중량% 포함된 하수슬러지 중 어느 하나 이상이 포함된 유기물 26 내지 30중량%;
    SiO2가 47중량%, CaO가 24중량%, Al2O3이 15.35중량%, MnO가 0.1중량%, MgO가 3.15중량%, Na2O가 5.55중량%, Fe2O3이 0.4중량%, P2O5가 1.9중량%, PbO가 0.01중량%, K2O가 1.34중량%, TiO2가 0.9중량%, ZrO2가 0.18중량% 및 CuO가 0.12중량% 포함되며, 고형물용융로에서 1,350 내지 1,450℃에서 용융된 것을 특징으로 하는 용융슬래그 6 내지 10중량%;
    란타늄이 포함된 희토류 1 내지 3중량%;
    콜타르피치 11 내지 15중량%;
    실리카 흄 1 내지 3중량%;
    수산화칼슘 1 내지 4중량%;
    페놀수지 0.1 내지 2중량% 및
    물유리 또는 폐유리 분말 3 내지 5중량%가 혼합되어 혼합물이 되는 단계(S110);
    혼합물이 흡착 시 일정한 효율을 내기 위해 펠렛 또는 구상으로 성형되는 단계(S120);
    콜타르피치가 산화안정화 과정을 거쳐 기계적 물성이 향상되기 위해 성형된 혼합물이 150 내지 250℃에서 2 내지 4시간 건조되는 단계(S130);
    용융슬래그, 희토류, 콜타르피치, 실리카 흄 및 수산화칼슘에 의해 혼합물의 구조가 단단하게 결합되고, 유기물이 분해되어 공극이 확대되며, 물유리의 기화현상에 의해 공극이 균일하게 생성되고, 폐유리의 유리함량의 증가로 인해 밀도가 증가되며, 페놀수지의 가교화로 내열성을 갖기 위해 건조된 혼합물이 600 내지 1,250℃에서 30 내지 70분 열분해 소성되는 단계(S140);
    소성된 혼합물이 상온에서 7일 양생되는 단계(S150);를 포함하며,
    공극률이 80 내지 87%, 밀도가 0.7 내지 0.8g/cm3 및 강도가 4 내지 4.3N/mm2인 것을 특징으로 하며,
    암모니아 0.512 내지 0.53mg/g, 황화수소 1 내지 1.23mg/g 및 톨루엔 61.8 내지 62.5mg/g가 흡착되는 것을 특징으로 하는, 흡착제 제조방법.
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