KR102469552B1 - 활성탄소섬유 도핑 조성물, 이의 제조방법 및 이를 이용한 활성탄소섬유 필터 도핑 방법. - Google Patents

활성탄소섬유 도핑 조성물, 이의 제조방법 및 이를 이용한 활성탄소섬유 필터 도핑 방법. Download PDF

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Abstract

본 발명은 질산은 수용액, 황산은 수용액, 구리 이온수 , 이산화티타늄 수용액을 포함하여 조성되는 도핑 조성물에 활성탄섬유 필터를 고온·고압에서 도핑하여 휘발성유기화합물(VOCs) 및 암모니아(NH3)가스를 제거 효율을 극대화한 것을 특징으로 한다.

Description

활성탄소섬유 도핑 조성물, 이의 제조방법 및 이를 이용한 활성탄소섬유 필터 도핑 방법.{Activated carbon fiber doping composition, manufacturing method thereof, and activated carbon fiber filter doping method using same}
본 발명은 질산은 수용액, 황산은 수용액, 구리 이온수, 이산화티타늄 수용액을 포함하여 조성되는 도핑 조성물에 활성탄섬유 필터를 고온 고압에서 도핑하여 휘발성유기화합물(VOCs) 및 암모니아(NH3)가스를 제거 효율을 극대화한 것을 특징으로 하는 활성탄소섬유 도핑 조성물, 이의 제조방법 및 이를 이용한 활성탄소섬유 필터 도핑 방법에 관한 것이다.
암모니아(ammonia, NH3)는 비료, 화학 제품, 연료 등 여러 산업에서 사용되는 중요한 화합물이다. 그러나 암모니아는 황화수소, 메틸 메르캅탄등과 함께 대표적인 악취 물질로 분류되며, 50 ~ 100 ppm의 낮은 농도에서도 인체에 질병을 유발할 수 있는 유독성 물질이다.
특히, 석유화학산업, 환경기초시설, 축산업 등에서 발생하는 암모니아는 악취 문제뿐만 아니라 대기 환경 오염 및 인근 거주민의 건강에 피해를 입힐 수 있다.
또한, 휘발성유기화합물(Volatile Organic Compounds, VOCs)은 대기 중에서 질소산화물(NOx)과 함께 광화학반응으로 오존 등 광화학산화제를 생성하여 광화학스모그를 유발하며 피부접촉이나 호흡기 흡입을 통해 신경계에 장애를 일으키는 발암물질이서 심각한 문제로 자리 잡고 있다.
대한민국 공개특허 10-2003-0039711(2003.06.19) 대한민국 공개특허 10-2003-0039715(2003.06.19)
상기 문제를 해결하기 위해,
본 발명은 질산은 수용액, 황산은 수용액, 구리 이온수, 이산화티타늄 수용액을 혼합하여 도핑 조성물을 제조하고,
상기 도핑 조성물에 활성탄섬유 필터를 고온 고압에서 도핑하여 휘발성유기화합물(VOCs) 및 암모니아(NH3)가스를 제거 효율을 극대화한 것을 특징으로 하는 활성탄소섬유 도핑 조성물, 이의 제조방법 및 이를 이용한 활성탄소섬유 필터 도핑 방법에 관한 것이다.
본 발명은 상기 문제를 해결하기 위해,
질산은 수용액 10.0 ~ 30.0 wt%, 황산은 수용액 10.0 ~ 30.0 wt%, 구리 이온수 30.0 ~ 50.0 wt%, 이산화티타늄 수용액 10.0 ~ 30.0 wt%을 포함하여 조성되는 것을 특징으로 하는 활성탄소섬유도핑 조성물을 제공한다.
본 발명은 상기 문제를 해결하기 위해,
온도 50 ~ 70 ℃인 증류수 80.0 ~ 99.0 wt%에 질산은 분말 1.0 ~ 20.0 wt%를 첨가하여 조성된 질산은 조성물을 교반기에서 100 ~ 500 rpm으로 교반하여 질산은 수용액을 조성하고, 상기 조성된 질산은 수용액을 40 ~ 60 ℃에서 50 ~ 100 rpm으로 12 ~ 30시간 동안 교반하여 균일한 농도의 질산은 수용액을 제조하는 단계(S1)와,
온도 50 ~ 70 ℃인 증류수 80.0 ~ 97.0 wt%에 황산은 분말 3.0 ~ 20.0 wt%를 첨가하여 조성된 황산은 조성물을 교반기에서 200 ~ 400 rpm으로 교반하여 황산은 수용액을 조성하고, 상기 조성된 황산은 수용액을 40 ~ 60 ℃에서 20 ~ 100 rpm으로 교반하면서 12 ~ 30시간동안 교반하여 균일한 농도의 황산은 수용액을 제조하는 단계(S2)와,
음극과 양극에 무산소동판을 걸어 염화나트륨(NaCl) 10.0 ~ 40.0 wt% 및 물(H20)60.0 ~ 90.0wt%을 혼합한 전해액을 전압 15 ~ 30 V, 전류 5A로 통전시키되, 상기 전해액을 순환펌프를 사용하여 순환되게함으로 음극 등판에 슬러지가 발생하지 않도록 하면서 구리 이온수를 제조하는 단계(S3)와,
티타늄 이소프로폭사이드(TTIP) 12.7 ~ 13.0 wt% 및 아이소프로필 알코올(C3H8O) 87.3 wt% ~87.0 wt%를 혼합한 혼합물을 15 ~ 20분 250 ~ 300 rpm에서 교반하여 제조된 용액A 70.0 ~ 76.0 wt%에 물 24.0 ~ 30.0 wt%를 넣고 450 ~ 500 rpm에서 1 ~ 2시간교반하여 용액B를 제조한 후, 상기 용액B에 수산화나트륨액(NaOH)을 투입하여 이산화티타늄(TiO2) 용액을 제조하고, 상기 이산화티타늄(TiO2) 용액 10 ~ 20 wt% 및 증류수 80 ~ 90 wt%를 혼합하고 이를 5 ~ 6시간 교반하여 이산화티타늄 수용액을 제조하는 단계(S4)와,
상기 질산은 수용액 10.0 ~ 30.0 wt%, 황산은 수용액 10.0 ~ 30.0 wt%, 구리이온수 30.0 ~ 50.0 wt%, 이산화티타늄 수용액 10.0 ~ 30.0 wt%을 혼합하여 도핑 조성물을 제조하는 단계(S5)를 포함하는 것을 특징으로 하는 활성탄소섬유 도핑 조성물 제조방법을 제공한다.
본 발명은 상기 문제를 해결하기 위해,
질산은 수용액 10.0 ~ 30.0 wt%, 황산은 수용액 10.0 ~ 30.0 wt%, 구리이온수 30.0 ~ 50.0 wt%, 이산화티타늄 수용액 10.0 ~ 30.0 wt%을 혼합하여 제조된 도핑 조성물에 활성탄섬유 필터를 100 ~ 300 ℃, 1 ~ 10 기압에서 침적하여 휘발성유기화합물(VOCs) 및 암모니아(NH3)가스 제거 효율을 극대화한 것을 특징으로 하는 활성탄소섬유 필터 도핑 방법을 제공한다.
본 발명은 질산은 수용액, 황산은 수용액, 구리 이온수, 이산화티타늄 수용액을 포함하여 조성되는 도핑 조성물에 활성탄섬유 필터를 침적하여 고온·고압에서 도핑하면서 휘발성유기화합물(VOCs) 및 암모니아(NH3)가스를 제거 효율을 극대화는 효과를 갖는다.
도1은 활성탄소섬유 도핑 조성물, 이의 제조방법 및 이를 이용한 활성탄소섬유 필터 도핑 방법에 따른 실시예 1 내지 실시예 3을 통해 제조된 활성탄섬유를 이용하여 제조된 필터의 암모니아 가스 제거 효율을 나타낸 도면.
이하, 구체적인 내용을 살펴보도록 한다.
도핑 조성물로서, 본 발명은 질산은 수용액 10.0 ~ 30.0 wt%, 황산은 수용액 10.0 ~ 30.0 wt%, 구리 이온수 30.0 ~ 50.0 wt%, 이산화티타늄 수용액 10.0 ~ 30.0 wt%을 포함한다.
또한, 도핑 조성물 제조방법로서, 온도 50 ~ 70 ℃인 증류수 80.0 ~ 99.0 wt%에 질산은 분말 1.0 ~ 20.0 wt%를 첨가하여 조성된 질산은 조성물을 교반기에서 100 ~ 500 rpm으로 교반하여 질산은 수용액을 조성하고, 상기 조성된 질산은 수용액을 40 ~ 60 ℃에서 50 ~ 100 rpm으로 12 ~ 30시간 동안 교반하여 균일한 농도의 질산은 수용액을 제조하는 단계(S1)와,
온도 50 ~ 70 ℃인 증류수 80.0 ~ 97.0 wt%에 황산은 분말 3.0 ~ 20.0 wt%를 첨가하여 조성된 황산은 조성물을 교반기에서 200 ~ 400 rpm으로 교반하여 황산은 수용액을 조성하고, 상기 조성된 황산은 수용액을 40 ~ 60 ℃에서 20 ~ 100 rpm으로 교반하면서 12 ~ 30시간동안 교반하여 균일한 농도의 황산은 수용액을 제조하는 단계(S2)와,
음극과 양극에 무산소동판을 걸어 염화나트륨(NaCl) 10.0 ~ 40.0 wt% 및 물(H20)60.0 ~ 90.0wt%을 혼합한 전해액을 전압 15 ~ 30 V, 전류 5A로 통전시키되, 상기 전해액을 순환펌프를 사용하여 순환되게함으로 음극 등판에 슬러지가 발생하지 않도록 하면서 구리이온수를 제조하는 단계(S3)와,
티타늄 이소프로폭사이드(TTIP) 12.7 ~ 13.0 wt% 및 아이소프로필 알코올(C3H8O) 87.3 wt% ~87.0 wt%를 혼합한 혼합물을 15 ~ 20분 250 ~ 300 rpm에서 교반하여 제조된 용액A 70.0 ~ 76.0 wt%에 물 24.0 ~ 30.0 wt%를 넣고 450 ~ 500 rpm에서 1 ~ 2시간교반하여 용액B를 제조한 후, 상기 용액B에 수산화나트륨액(NaOH)을 투입하여 이산화티타늄(TiO2) 용액을 제조하고, 상기 이산화티타늄(TiO2) 용액 10.0 ~ 20.0 wt% 및 증류수 80.0 ~ 90.0 wt%를 혼합하고 이를 5 ~ 6시간 교반하여 제조되는 이산화티타늄 수용액을 제조하는 단계(S4)와,
상기 질산은 수용액 10.0 ~ 30.0 wt%, 황산은 수용액 10.0 ~ 30.0 wt%, 구리이온수 30.0 ~ 50.0 wt%, 이산화티타늄 수용액 10.0 ~ 30.0 wt%을 혼합하여 도핑 조성물을 제조하는 단계(S5)를 포함한다.
또한, 질산은 수용액 10.0 ~ 30.0 wt%, 황산은 수용액 10.0 ~ 30.0 wt%, 구리이온수 30.0 ~ 50.0 wt%, 이산화티타늄 수용액 10.0 ~ 30.0 wt%을 혼합하여 제조된 도핑 조성물에 활성탄섬유 필터를 100 ~ 300 ℃, 1 ~ 10 기압에서 침적하여 휘발성유기화합물(VOCs) 및 암모니아(NH3)가스 제거 효율을 극대화한 것을 특징으로 한다.
이하, 도핑 조성물 제조방법에 따른 구체적인 내용을 살펴보도록 한다.
[질산은 수용액을 제조하는 단계(S1)]
질산 은(Silver nitrate, AgNO3)은 은의 질산염으로 물에 잘 녹는 은염이다.
먼저, 온도 50 ~ 70 ℃인 증류수 80.0 ~ 99.0 wt%에 질산은 분말 1.0 ~ 20.0 wt%를 첨가하여 조성된 질산은 조성물을 교반기에서 100 ~ 500 rpm으로 교반하여 질산은 수용액을 조성한다.
이때, 상기 온도가 50 ℃이하이면 질산은 분말이 용해되지 않을 수 있고, 70 ℃를 초과하는 경우는 화학적 성질이 변형될 수 있어 한정범위에서 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 증류수가 80.0 wt 미만이면 잘산은 입자의 수가 과도하게 많아져서 응집될 수 있으며, 상기 증류수가 99.0 wt%를 초과하면 질산은 수용 제조에 용이하지 않아 한정범위에서 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 질산은 조성물 제조방법에 있어 제일 바람직한 예는, 온도 60℃인 증류수 95.3 wt%에 질산은 분말 4.7wt%를 첨가하여 질산은 조성물을 조성한다. 그 후, 교반기에서 300 rpm으로 교반하여 질산은 수용액을 조성한다.
다음으로 상기 조성된 질산은 수용액을 40 ~ 60 ℃에서 50 ~ 100 rpm으로 12 ~ 30시간 동안 교반하여 균일한 농도의 질산은 수용액을 제조한다.
더욱 구체적으로는, 상기 조성된 질산은 수용액을 50 ℃에서 50 rpm으로 24시간 동안 교반하여 균일한 농도의 질산은 수용액을 제조한다.
[황산은 수용액을 제조하는 단계(S2)]
황산은은 화학식 Ag₂SO₄의 무기 화합물로서, 백색 고체이다
먼저, 온도 50 ~ 70 ℃인 증류수 80.0 ~ 97.0 wt%에 황산은 분말 3.0 ~ 20.0 wt%를 첨가한다. 이에, 조성된 황산은 조성물을 교반기에서 200 ~ 400 rpm으로 교반하여 황산은 수용액을 조성한다.
이때, 상기 온도가 50 ℃이하이면 황산은 분말이 제대로 용해되지 않을 수 있고, 70 ℃를 초과하는 경우는 화학적 성질이 변형될 수 있어 한정범위에서 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 증류수가 80.0 wt 미만이면 황산은 분말 입자의 수가 과도하게 많아져서 응집될 수 있으며, 상기 증류수가 97.0 wt%를 초과하면 황산은 분말 수용액 제조에 역시 용이하지 않아 한정범위에서 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 황산은 수용액 제조방법에 있어 제일 바람직한 예는, 온도 60 ℃인 증류수 91.1 wt%에 황산은 분말 9.09 wt%를 첨가한다. 이에, 조성된 황산은 조성물을 교반기에서 300 rpm으로 교반하여 황산은 수용액을 조성한다.
상기 조성된 황산은 수용액을 40 ~ 60 ℃에서 20 ~ 100 rpm으로 교반하면서 12 ~ 30시간동안 교반하여 균일한 농도의 황산은 수용액을 제조한다.
더욱 구체적으로는, 상기 조성된 황산은 수용액을 50 ℃에서 50 rpm으로 교반하면서 24 시간동안 교반하여 균일한 농도의 황산은 수용액을 제조한다.
[구리 이온수를 제조하는 단계(S3)]
먼저, 음극과 양극에 무산소동판을 걸어 염화나트륨(NaCl) 10.0 ~ 40.0 wt% 및 물(H20)60.0 ~ 90.0wt%을 혼합하여 전해액을 제조한다.
상기 염화나트륨이 10.0 wt% 미만이면 전류가 흐르는 전해액으로 기능을 하기 어려울 수 있고, 40.0 wt%를 초과하면 염기가 강해져 과도하게 강한 전해질이 되므로 한정범위에서 사용하는 것이 바람직하다.
그 후, 상기 전해액을 전압 15 ~ 30 V, 전류 5A로 통전시키되, 상기 전해액을 순환펌프를 사용하여 순환되게함으로 음극 등판에 슬러지가 발생하지 않도록 하면서 구리이온수를 제조한다.
[광촉매 수용액을 제조하는 단계(S4)]
먼저, 이산화 타이타늄(titanium dioxide)은 이산화 티타늄 또는 이산화 티탄이라고도 불리며, 화학식은 TiO2이다.
상기 광촉매 수용액은 졸 방법으로 제조된 이산화티타늄(TiO2) 용액을 증류수와 혼합하여 상온에서 교반하여 제조된 것으로 더욱 더 구체적으로는,
티타늄 이소프로폭사이드(TTIP) 12.7 ~ 13.0 wt% 및 아이소프로필 알코올(C3H8O) 87.3 wt% ~87.0 wt%를 혼합한 혼합물을 15 ~ 20분 250 ~ 300 rpm에서 교반하여 제조하여 용액A를 제조한다.
그 후, 상기 용액A 70.0 ~ 76.0 wt%에 물 24.0 ~ 30.0 wt%를 넣고 450 ~ 500 rpm에서 1 ~ 2시간교반하여 용액B를 제조한다.
그 후, 상기 용액B에 수산화나트륨액(NaOH)을 투입하여 이산화티타늄(TiO2) 용액을 제조한다.
그 후, 상기 이산화티타늄(TiO2) 용액 10.0 ~ 20.0 wt% 및 증류수 80.0 ~ 90.0 wt%를 혼합하고 이를 상온에서 5 ~ 6시간 교반하여 제조되는 광촉매 수용액인 이산화티타늄 수용액을 제조한다.
[도핑 조성물을 제조하는 단계(S5)]
먼저, 상기 질산은 수용액 10.0 ~ 30.0 wt%, 황산은 수용액 10.0 ~ 30.0 wt%, 구리이온수 30.0 ~ 50.0 wt%, 이산화티타늄 수용액 10.0 ~ 30.0 wt%을 혼합하여 도핑 조성물을 제조한다.
더욱, 구체적으로는, 질산은 수용액 17.0 wt%, 황산은 수용액 17.0 wt%, 구리이온수 50.0 wt%, 이산화티타늄 수용액 16.0 wt%을 혼합하여 도핑 조성물을 제조한다.
이하. 상기 도핑 조성물에 따른 구체적인 배합예를 표 1을 통해 살펴보도록 한다.
배합예1 배합예2 배합예3 배합예4
질산은 수용액 30.0 wt% 17.0 wt% 20.0 wt% 10.0 wt%
황산은 수용액 20.0 wt% 17.0 wt% 20.0 wt% 30.0 wt%
구리이온수 40.0 wt% 50.0 wt% 40.0 wt% 50.0 wt%
이산화티타늄 수용액 10.0 wt% 16.0 wt% 20.0 wt% 10.0 wt%
합계 100 wt% 100 wt% 100 wt% 100 wt%
이하, 활성탄소섬유 도핑 방법에 관하여 살펴보도록 한다.
질산은 수용액 10.0 ~ 30.0 wt%, 황산은 수용액 10.0 ~ 30.0 wt%, 구리이온수 30.0 ~ 50.0 wt%, 이산화티타늄 수용액 10.0 ~ 30.0 wt%을 혼합하여 제조된 도핑 조성물에 활성탄섬유 필터를 100 ~ 300 ℃, 1 ~ 10 기압에서 침척하여 달성된다.
이로서, 휘발성유기화합물(VOCs) 및 암모니아(NH3)가스를 제거 효율을 극대화된 활성탄섬유 필터를 제조할 수 있다.
이하, 혼합물에 따른 제거효율을 살펴보기 위해. 하기 실시예 1 내지 실시예 3을 통해 제조된 활성탄섬유 필터의 암모니아 가스 제거 효율을 도1에 도시하여 나타내었다.
실시예 1
질산은 수용액 17.0 wt%, 황산은 수용액 17.0 wt%, 구리이온수 50.0 wt%, 이산화티타늄 수용액 16.0 wt%을 혼합하여 조성된 도핑 조성물에 활성탄섬유 필터를 200℃, 5기압에서 침척함으로 달성된다.
실시예 2
질산은 수용액 30.0 wt%, 황산은 수용액 10.0 wt%, 구리이온수 40.0 wt%, 이산화티타늄 수용액 20.0 wt%을 혼합하여 조성된 도핑 조성물에 활성탄섬유 필터를 200℃, 5기압에서 침척함으로 달성된다.
실시예 3
질산은 수용액 20.0 wt%, 황산은 수용액 20.0 wt%, 구리이온수 40.0 wt%, 이산화티타늄 수용액 20.0 wt%을 혼합하여 조성된 도핑 조성물에 활성탄섬유 필터를 200℃, 5기압에서 침척함으로 달성된다.
사회 문제로 대두되고 있는 인체에 질병을 유발할 수 있는 유독성 물질인 휘발성유기화합물(VOCs) 및 암모니아(NH3)가스를 효율적으로 제거할 수 있어 본 발명의 활성탄소섬유 필터는 본 분야에 돌풍을 일으킬 것이라 기대되는 바 산업상 이용 가능성이 매우 크다.

Claims (3)

  1. 삭제
  2. 온도 50 ~ 70 ℃인 증류수 80.0 ~ 99.0 wt%에 질산은 분말 1.0 ~ 20.0 wt%를 첨가하여 조성된 질산은 조성물을 교반기에서 100 ~ 500 rpm으로 교반하여 질산은 수용액을 조성하고, 상기 조성된 질산은 수용액을 40 ~ 60 ℃에서 50 ~ 100 rpm으로 12 ~ 30시간 동안 교반하여 균일한 농도의 질산은 수용액을 제조하는 단계(S1)와,

    온도 50 ~ 70 ℃인 증류수 80.0 ~ 97.0 wt%에 황산은 분말 3.0 ~ 20.0 wt%를 첨가하여 조성된 황산은 조성물을 교반기에서 200 ~ 400 rpm으로 교반하여 황산은 수용액을 조성하고, 상기 조성된 황산은 수용액을 40 ~ 60 ℃에서 20 ~ 100 rpm으로 교반하면서 12 ~ 30시간동안 교반하여 균일한 농도의 황산은 수용액을 제조하는 단계(S2)와,

    음극과 양극에 무산소동판을 걸어 염화나트륨(NaCl) 10.0 ~ 40.0 wt% 및 물(H20)60.0 ~ 90.0wt%을 혼합한 전해액을 전압 15 ~ 30 V, 전류 5A로 통전시키되, 상기 전해액을 순환펌프를 사용하여 순환되게함으로 음극 등판에 슬러지가 발생하지 않도록 하면서 구리 이온수를 제조하는 단계(S3)와,

    티타늄 이소프로폭사이드(TTIP) 12.7 ~ 13.0 wt% 및 아이소프로필 알코올(C3H8O) 87.3 wt% ~87.0 wt%를 혼합한 혼합물을 15 ~ 20분 250 ~ 300 rpm에서 교반하여 제조된 용액A 70.0 ~ 76.0 wt%에 물 24.0 ~ 30.0 wt%를 넣고 450 ~ 500 rpm에서 1 ~ 2시간교반하여 용액B를 제조한 후, 상기 용액B에 수산화나트륨액(NaOH)을 투입하여 이산화티타늄(TiO2) 용액을 제조하고, 상기 이산화티타늄(TiO2) 용액 10.0 ~ 20.0 wt% 및 증류수 80.0 ~ 90.0 wt%를 혼합하고 이를 5 ~ 6시간 교반하여 이산화티타늄 수용액을 제조하는 단계(S4)와,

    상기 질산은 수용액 10.0 ~ 30.0 wt%, 황산은 수용액 10.0 ~ 30.0 wt%, 구리이온수 30.0 ~ 50.0 wt%, 이산화티타늄 수용액 10.0 ~ 30.0 wt%을 혼합하여 도핑 조성물을 제조하는 단계(S5)를 포함하는 것을 특징으로 하는 활성탄소섬유 도핑 조성물 제조방법







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