계층 기공 구조가 형성된 탄소 재료를 포함하는 할로이사이트 복합담체, 이의 제조방법 및 이를 이용한 수처리용 흡착제
COMPOSITE MEDIA COMPRISING CARBON WITH HIERARCHICAL POROUS STRUCTURE AND HALOISITE, MANUFACTURING METHOD THEREOF, AND ADSORBENT FOR WATER TREATMENT USING THE SAME
특허 요약
본 발명에 따른 계층 기공 구조가 형성된 탄소 재료를 포함하는 할로이사이트 복합담체는 계층 기공 구조가 형성된 탄소 재료가 파편화된 탄소 입자와 할로이사이트 입자가 균질하게 혼합된 복합 담체를 포함할 수 있다. 상기 계층 기공 구조는 마이크로 단위의 단면 직경을 가지며 상기 탄소 재료 내부에 다발 형태로 형성된 복수 개의 관형 거대 기공과, 상기 탄소 재료 표면 및 상기 관형 거대 기공 내면에 형성된 복수 개의 나노 기공이 혼재된 구조일 수 있다. 상기 계층 기공 구조가 형성된 탄소 재료는 다양한 크기 및 형상의 기공을 가짐으로써 보다 증가된 비표면적을 갖는 흡착제로 용이하게 사용될 수 있다. 상기 계층 기공 구조가 형성된 탄소 재료를 포함하는 할로이사이트 복합담체는 입상활성탄을 포함하는 할로이사이트 복합담체와 비교하여 염료 흡착량이 더 많고, 염료 흡착 시간이 일정 시간 경과한 후에도 시간이 지남에 따라 염료 흡착량이 증가하는 특징이 있다. 따라서, 본 발명에 따른 계층 기공 구조가 형성된 탄소 재료를 포함하는 할로이사이트 복합담체를 수처리용 흡착제로 사용할 시 넓은 비표면적과 우수한 흡착능에 의해 오염 물질, 염료, 금속 이온 등을 효과적으로 제거할 수 있다.
청구항
번호청구항
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제9항에 있어서,상기 S01 단계에서,상기 전탄화를 통해 상기 관형 거대 기공이 형성되는, 계층 기공 구조가 형성된 탄소 재료를 포함하는 할로이사이트 복합담체의 제조방법.

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계층 기공 구조가 형성된 탄소 재료가 파편화된 탄소 입자와 할로이사이트 입자가 균질하게 혼합된 복합담체로서,상기 계층 기공 구조는,마이크로 단위의 단면 직경을 가지며 상기 탄소 재료 내부에 다발 형태로 형성된 복수 개의 관형 거대 기공과, 상기 탄소 재료 표면 및 상기 관형 거대 기공 내면에 형성된 복수 개의 나노 기공이 혼재된 구조인 것을 특징으로 하는, 계층 기공 구조가 형성된 탄소 재료를 포함하는 할로이사이트 복합담체.

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제1항에 있어서,상기 관형 거대 기공의 단면 직경은 5 내지 20 ㎛ 이고,상기 나노 기공의 직경은 0.1 nm 내지 2 ㎛인, 계층 기공 구조가 형성된 탄소 재료를 포함하는 할로이사이트 복합담체.

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제1항에 있어서,상기 탄소 재료는 폐 바이오매스 유래 탄화 재료인, 계층 기공 구조가 형성된 탄소 재료를 포함하는 할로이사이트 복합담체.

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제3항에 있어서,상기 폐 바이오매스는 해바라기씨, 땅콩, 마카다미아, 아몬드, 원두, 코코넛, 피스타치오, 호두, 호박씨, 사차인치, 잣, 은행나무 열매, 피칸, 카카오닙스, 브라질너트, 개암, 헤이즐넛, 도토리, 밤, 서어나무 열매, 오리나무 열매, 캐슈넛 및 이들의 혼합물 중 선택되는 어느 하나인, 계층 기공 구조가 형성된 탄소 재료를 포함하는 할로이사이트 복합담체.

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제1항에 있어서,상기 계층 기공 구조가 형성된 탄소 재료는 입상활성탄과 대비하였을 때 비표면적의 증가율보다 염료 흡착량의 증가율이 더 큰, 계층 기공 구조가 형성된 탄소 재료를 포함하는 할로이사이트 복합담체.

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제1항에 있어서,상기 탄소 입자의 함량은 상기 탄소 입자와 상기 할로이사이트 입자의 합계 질량에 대하여 0.1 내지 50 질량%인, 계층 기공 구조가 형성된 탄소 재료를 포함하는 할로이사이트 복합담체.

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제1항에 있어서,상기 복합담체는 단위 질량당 최대 염료 흡착량이 9 내지 30 mg/g인, 계층 기공 구조가 형성된 탄소 재료를 포함하는 할로이사이트 복합담체.

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제1항에 있어서,상기 복합담체는 염료 흡착이 시작된 뒤 90시간 경과한 후에도 시간에 따른 염료 흡착량이 증가하는, 계층 기공 구조가 형성된 탄소 재료를 포함하는 할로이사이트 복합담체.

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폐 바이오매스를 건조한 후 반밀폐로에서 전탄화(precarbonized)하여 전탄화된 탄소 재료를 제조하는 단계(S01);상기 전탄화된 탄소 재료를 염기성 용액과 혼합하여 표면 개질 용액을 제조하고 상기 표면 개질 용액을 밀폐로에서 탄화하여, 탄화 및 표면 개질이 수행된 계층 기공 구조가 형성된 탄소 재료를 제조하는 단계(S02);상기 계층 기공 구조가 형성된 탄소 재료를 파편화하여 탄소 입자를 제조하는 단계(S03);상기 탄소 입자, 할로이사이트 입자 및 증류수를 혼합하여 소지(dough)를 제조하는 단계(S04); 및상기 소지를 성형, 건조 및 열처리하여 계층 기공 구조가 형성된 탄소 재료를 포함하는 할로이사이트 복합담체를 제조하는 단계(S05);를 포함하고,상기 계층 기공 구조는,마이크로 단위의 단면 직경을 가지며 상기 탄소 재료 내부에 다발 형태로 형성된 복수 개의 관형 거대 기공과, 상기 탄소 재료 표면 및 상기 관형 거대 기공 내면에 형성된 복수 개의 나노 기공이 혼재된 구조인 것을 특징으로 하는, 계층 기공 구조가 형성된 탄소 재료를 포함하는 할로이사이트 복합담체의 제조방법.

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제9항에 있어서,상기 폐 바이오매스는 해바라기씨, 땅콩, 마카다미아, 아몬드, 원두, 코코넛, 피스타치오, 호두, 호박씨, 사차인치, 잣, 은행나무 열매, 피칸, 카카오닙스, 브라질너트, 개암, 헤이즐넛, 도토리, 밤, 서어나무 열매, 오리나무 열매, 캐슈넛 및 이들의 혼합물 중 선택되는 어느 하나인, 계층 기공 구조가 형성된 탄소 재료를 포함하는 할로이사이트 복합담체의 제조방법.

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제9항에 있어서,상기 S01 단계에서,상기 전탄화는 산소가 존재하는 분위기 하에서 500 내지 700 ℃의 온도로 열처리를 수행하는 것인, 계층 기공 구조가 형성된 탄소 재료를 포함하는 할로이사이트 복합담체의 제조방법.

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제9항에 있어서,상기 S02 단계에서,상기 표면 개질을 통해 상기 나노 기공이 형성되는, 계층 기공 구조가 형성된 탄소 재료를 포함하는 할로이사이트 복합담체의 제조방법.

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제9항에 있어서,상기 S02 단계에서,상기 탄화는 산소의 공급이 억제된 분위기 하에서 700 내지 900 ℃의 온도로 열처리를 수행하는 것인, 계층 기공 구조가 형성된 탄소 재료를 포함하는 할로이사이트 복합담체의 제조방법.

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제9항에 있어서,상기 탄소 입자의 함량은 상기 탄소 입자와 상기 할로이사이트 입자의 합계 질량에 대하여 0.1 내지 50 질량%인, 계층 기공 구조가 형성된 탄소 재료를 포함하는 할로이사이트 복합담체의 제조방법.

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제9항에 있어서,상기 복합담체는 단위 질량당 최대 염료 흡착량이 9 내지 30 mg/g인, 계층 기공 구조가 형성된 탄소 재료를 포함하는 할로이사이트 복합담체의 제조방법.

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제9항에 있어서,상기 복합담체는 염료 흡착이 시작된 뒤 90 시간 경과한 후에도 시간에 따른 염료 흡착량이 증가하는, 계층 기공 구조가 형성된 탄소 재료를 포함하는 할로이사이트 복합담체의 제조방법.