(57)【要約】      （修正有）【課題】セシウム浄化用前処理フィルタ及びその製造方法を提供する。【解決手段】超高分子量ポリエチレン及びセシウム吸着剤からなり、混合Ｓ１０１して熱処理Ｓ１０３後に成形Ｓ１０５、または成形後に熱処理する過程を通じて製造される。セシウム浄化用前処理フィルタは、セシウム浄化性能を示すと共に、耐衝撃性、耐摩耗性、スリップ性、及び耐化学性を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超高分子量ポリエチレン及びセシウム吸着剤からなることを特徴とする、セシウム浄化用前処理フィルタ。
【請求項２】
前記セシウム浄化用前処理フィルタは、超高分子量ポリエチレン１００重量部、及びセシウム吸着剤１ないし１００重量部からなることを特徴とする、請求項１に記載のセシウム浄化用前処理フィルタ。
【請求項３】
前記セシウム吸着剤は、プルシアンブルーからなることを特徴とする、請求項１または２に記載のセシウム浄化用前処理フィルタ。
【請求項４】
超高分子量ポリエチレン１００重量部及びセシウム吸着剤１ないし１００重量部を混合する混合物製造ステップと、
前記混合物製造ステップを通じて製造された混合物を１００ないし３００℃の温度で加熱する熱処理ステップと、
前記熱処理ステップを通じて熱処理された混合物を２ないし６ｋｇｆ／ｃｍ２の圧力で圧縮する圧縮成形ステップとからなることを特徴とする、セシウム浄化用前処理フィルタの製造方法。
【請求項５】
超高分子量ポリエチレン１００重量部及びセシウム吸着剤１ないし１００重量部を混合する混合物製造ステップと、
前記混合物製造ステップを通じて製造された混合物を２ないし６ｋｇｆ／ｃｍ２の圧力で圧縮する圧縮成形ステップと、
前記圧縮成形ステップを通じて成形された成形物を１００ないし３００℃の温度で加熱する熱処理ステップとからなることを特徴とする、セシウム浄化用前処理フィルタの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セシウム浄化用前処理フィルタ及びその製造方法に関し、さらに詳しくは、セシウム汚染に対し優れた浄化作用を発揮すると共に、耐衝撃性、耐摩耗性、スリップ性及び耐化学性に優れたセシウム浄化用前処理フィルタ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
各家庭へ供給される水道水は、厳しく管理される浄水場で浄水処理段階を経ることにより綺麗に浄水された水であるが、浄水場で浄水した水が水道配管を通じて供給される過程で水が汚染される問題が生じる。つまり、水道配管は、腐食性に強い金属材から構成されており、長期間使用しても新しい配管に交換することが困難であるため、老朽化した水道配管により汚染された水道水が供給されている実情である。
【０００３】
このことから、家庭用浄水器、ビデなどのような浄水装置には、少なくとも一つ以上の前処理フィルタが取り付けられる。前処理フィルタには、前処理沈殿フィルタとプレカーボンフィルタなどがあるが、前処理沈殿フィルタ（Ｓｅｄｉｍｅｎｔ  ｐｒｅ−ｆｉｌｔｅｒ）は錆や、土、砂、埃を始めとした各種の残滓などの不純物を除去することにより、初期段階から浄水効果を極大化する機能を果たす。また、プレカーボンフィルタ（Ｐｒｅ−ｃａｒｂｏｎ  ｆｉｌｔｅｒ）は、水道水の消毒用として添加された塩素成分及びそれにより生成され得るＴＨＭ（トリハロメタン）などの有機化学物質と臭いを除去する機能を果たす。
【０００４】
このような前処理フィルタは、各機能に応ずるフィルタが直列に連結される形態で使用されるか、または、必要に応じて様々な機能を同時に行える複合フィルタの形態で制作されて使用される。
【０００５】
前処理フィルタには、錆や、土、砂、埃などの不純物を除去する機能以外に、殺菌機能を発揮するために、水道水に含有されている細菌類を殺菌してウイルスを不活性化させるヨウ素化樹脂（Ｉｏｄｉｎａｔｅｄ  ｒｅｓｉｎ）が含まれることもある。
【０００６】
ヨウ素化樹脂は、強い陰イオン交換樹脂とヨウ素化イオンが着物化してなされたものであり、水に対する溶解度が非常に低く、安定した化合物を成している殺菌力に優れた樹脂であり、継続的な殺菌力、設置容易性、経済性などの長所を有している。
【０００７】
しかし、ヨウ素化樹脂は、通過した水に有害残存物質を残さず、水の供給と同時に殺菌作用が起こるため、いつでも安全かつ綺麗な水を飲めるようにする長所はあるが、セシウムのような成分をろ過する効果は不十分であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】韓国特許登録第１０−０６３４１３６号公報（２００６年１０月０９日）
【特許文献２】韓国特許登録第１０−１３１０９５１号公報（２０１３年０９月０９日）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、セシウム汚染に優れた浄化作用を果たすと共に、耐衝撃性、耐摩耗性、スリップ性及び耐化学性に優れているセシウム浄化用前処理フィルタ及びその製造方法を提供することにその目的がある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
一実施形態では、超高分子量ポリエチレン及びセシウム吸着剤からなることを特徴とするセシウム浄化用前処理フィルタを開示している。
【００１１】
望ましくは、前記セシウム浄化用前処理フィルタは、超高分子量ポリエチレン １００重量部及びセシウム吸着剤１ないし１００重量部からなる。
【００１２】
より望ましくは、前記セシウム吸着剤は、プルシアンブルーからなることができる。
【００１３】
また、他の実施形態では、超高分子量ポリエチレン１００重量部、及びセシウム吸着剤１ないし１００重量部を混合する混合物製造ステップと、前記混合物製造ステップを通じて製造された混合物を１００ないし３００℃の温度で加熱する熱処理ステップと、前記熱処理ステップを通じて熱処理された混合物を２ないし６ｋｇｆ／ｃｍ２の圧力で圧縮する圧縮成形ステップと、からなることを特徴とするセシウム浄化用前処理フィルタの製造方法を開示している。
【００１４】
また、さらに他の実施形態では、超高分子量ポリエチレン１００重量部及びセシウム吸着剤１ないし１００重量部を混合する混合物製造ステップと、前記混合物製造ステップを通じて製造された混合物を２ないし６ｋｇｆ／ｃｍ２の圧力で圧縮する圧縮成形ステップ及び前記圧縮成形ステップを通じて成形された成形物を１００ないし３００℃の温度で加熱する熱処理ステップと、からなることを特徴とするセシウム浄化用前処理フィルタの製造方法を開示している。
【発明の効果】
【００１５】
上述したような構成を有する本発明のセシウム浄化用前処理フィルタ及びその製造方法によれば、極めて優れたセシウム浄化性能を発揮すると共に、耐衝撃性、耐摩耗性、スリップ性及び耐化学性に優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態によるセシウム浄化用前処理フィルタの製造方法を示したフローチャートである。
【図２】本発明の他の実施形態によるセシウム浄化用前処理フィルタの製造方法を示したフローチャートである。
【図３】開示されたセシウム浄化用前処理フィルタに含有されているプルシアンブルーがセシウムを吸着する過程を示した概略図である。
【図４】実施例１を通じて製造された前処理フィルタのセシウム浄化性能を測定して示したグラフである。
【図５】実施例２を通じて製造された前処理フィルタのセシウム浄化性能を測定して示したグラフである。
【図６】実施例３を通じて製造された前処理フィルタのセシウム浄化性能を測定して示したグラフである。
【図７】比較例１を通じて製造された前処理フィルタのセシウム浄化性能を測定して示したグラフである。
【図８】実施例１ないし３及び比較例１を通じて製造されたセシウム浄化用前処理フィルタを撮影して示した写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下では、本発明の望ましい実施形態と各成分の物性について詳細に説明するが、これは本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者により容易に実施し得る程度で詳細に説明するためであり、これにより本発明の技術的思想及び範疇が限定されることを意味するのではない。
【００１８】
開示しているセシウム浄化用前処理フィルタは、超高分子量ポリエチレン及びセシウム吸着剤からなり、超高分子量ポリエチレン１００重量部及びセシウム吸着剤１ないし１００重量部からなることが望ましい。
【００１９】
前記超高分子量ポリエチレンは、前処理フィルタの主材となる成分として、前記セシウム吸着剤を固定するバインダーの役割を果たす。
【００２０】
上述したように、超高分子量ポリエチレンがバインダーとして適用されると、前処理フィルタの耐衝撃性、耐摩耗性、スリップ性及び耐化学性などが極めて向上し、優れた耐久性を表すため、長期にわたって浄水性能を維持することができるフィルタが提供される。
【００２１】
前記超高分子量ポリエチレンとしては、ドイツのＴｉｃｏｎａ  ＧｍｂＨ社が生産するＧＵＲ（登録商品）を用いることが望ましく、その分子量が略３００ないし１０００を示している。
【００２２】
前記セシウム吸着剤は、１ないし１００重量部含有され、開示しているセシウム浄化用前処理フィルタにセシウム吸着能を付与する役割を果たしており、プルシアンブルーからなることが望ましい。
【００２３】
前記プルシアンブルーは、水に対する溶解性によって二種類に区分することができ、一般のプルシアンブルーは、Ｆｅ３＋と［ＦｅII（ＣＮ）６］４−またはＦｅ２＋と［ＦｅIII（ＣＮ）６］３−の結合で形成される。
【００２４】
通常、不溶解性のプルシアンブルーは、ＦｅIII４［ＦｅII（ＣＮ）６］３からなり、溶解性のプルシアンブルーは、ＫＦｅIII［ＦｅII（ＣＮ）６］からなるが、上述したような二種類のプルシアンブルーの結合過程を、次のような反応式１ないし２で表した。
【００２５】
反応式１
４Ｆｅ３＋＋３［ＦｅII（ＣＮ）６］４−  → Ｆｅ４III［ＦｅII（ＣＮ）６］３
【００２６】
反応式２
Ｋ＋＋Ｆｅ３＋＋［ＦｅII（ＣＮ）６］４−  → ＫＦｅIII［ＦｅII（ＣＮ）６］
【００２７】
プルシアンブルーに対するアルカリ金属イオンとの吸着能は、アルカリ金属イオンの水和状態の大きさに係る。したがって、アルカリ金属イオンの吸着能は、Ｃｓ＋≫Ｋ＋≧Ｎａ＋で差異が生じることになる。これは、アルカリ金属イオンのうち、プルシアンブルーの格子構造のサイズに相応するイオン半径を有するイオンとの吸着力が大きいためであって、アルカリ金属のイオン半径は、Ｃｓ＋（１．１９）<Ｋ＋（１．２５）<Ｎａ＋（１．８４Ａ）であり、Ｃｓ＋のイオン半径がもっとも小さく、プルシアンブルーの格子構造によく合い、吸着力が高いことから、プルシアンブルーからなるセシウム吸着剤はセシウムを選択的に吸着する役割を果たす。
【００２８】
また、プルシアンブルーの格子構造の内部は、水分子が配位結合して満たされているため、親水性の特性を呈する。水和されたセシウムイオンは、プルシアンブルー内部の親水性の空間に吸着されやすく、かつセシウムイオンがプルシアンブルー内部の空間にトラップされると、ＦｅIIIイオンの配位結合されている水分子の陽子交換によりセシウムが除去される。このような過程を次の反応式３に表した。
【００２９】
反応式３
ＦｅIII−ＯＨ２＋Ｃｓ＋Ａ−  → ｛ＦｅIII−ＯＨ｝−Ｃｓ＋＋Ｈ＋Ａ−
【００３０】
前記反応式３に表したように、陽子交換方法によりＣｓ＋イオンを効率よくプルシアンブルー内部の格子構造に吸着させることができる。
【００３１】
また、前記反応式１で表れた不溶解性のプルシアンブルーが回収工程を通じて容易に回収可能であるため、セシウム吸着剤としてさらに好適である。
【００３２】
前記セシウム吸着剤の含量が、１重量部未満であれば、上記効果が不十分であるが、１００重量部を超えると、相対的に超高分子量ポリエチレンの含量が減少し、前処理フィルタの浄水性能や耐久性が低下する。
【００３３】
また、開示しているセシウム浄化用前処理フィルタの製造方法は、超高分子量ポリエチレン１００重量部、及びセシウム吸着剤１ないし１００重量部を混合する混合物製造ステップＳ１０１、前記混合物製造ステップＳ１０１を通じて製造された混合物を１００ないし３００℃の温度で加熱する熱処理ステップＳ１０３及び前記熱処理ステップＳ１０３を通じて熱処理された混合物を２ないし６ｋｇｆ／ｃｍ２の圧力で圧縮する圧縮成形ステップＳ１０５から構成される。
【００３４】
前記混合物製造ステップＳ１０１は、超高分子量ポリエチレン及びセシウム吸着剤を混合する段階であり、超高分子量ポリエチレン１００重量部及びセシウム吸着剤１ないし１００重量部を混合してなされるが、精密電子秤（ＣＢ−３０００）を用いて超高分子量ポリエチレン１００及びセシウム吸着剤１ないし１００重量部を計量し混合するが、混合は、リボンブレンダーを用いて１０ないし２０分間混合して行われる。
【００３５】
そこで、超高分子量ポリエチレン及びセシウム吸着剤の成分及び役割は、前記セシウム浄化用前処理フィルタに記載されている内容と同一であるため、これに対する説明は省略する。
【００３６】
前記熱処理ステップＳ１０３は、前記混合物製造ステップＳ１０１を通じて製造された混合物を１００ないし３００℃の温度で２０ないし６０分間加熱する段階であり、この熱処理ステップＳ１０３を経ることにより前記混合物製造ステップＳ１０１で製造された混合物に含有されている水分や各種の不純物が除去される。
【００３７】
前記圧縮成形ステップＳ１０５は、前記熱処理ステップＳ１０３を通じて熱処理された混合物を２ないし６ｋｇｆ／ｃｍ２の圧力で圧縮する段階であり、前記熱処理ステップＳ１０３を通じて熱処理された混合物を圧縮成形ブロックに移して圧縮成形機に結束して２ないし６ｋｇｆ／ｃｍ２の圧力で８ないし１２秒間圧縮して行われる。
【００３８】
また、開示しているセシウム浄化用前処理フィルタの製造方法は、超高分子量ポリエチレン１００重量部及びセシウム吸着剤１ないし６０重量部を混合する混合物製造ステップＳ１０１、上記混合物製造ステップＳ１０１を通じて製造された混合物を２ないし６ｋｇｆ／ｃｍ２の圧力で圧縮する圧縮成形ステップＳ１０３-１及び前記圧縮成形ステップＳ１０３-１を通じて成形された成形物を１００ないし３００℃の温度で加熱する熱処理ステップＳ１０５-１から構成されることもできる。
【００３９】
この際、前記混合物製造ステップＳ１０１、圧縮成形ステップＳ１０３-１、及び熱処理ステップＳ１０５-１の具体的な条件は、上記の混合物製造ステップＳ１０１、熱処理ステップＳ１０３、及び圧縮成形ステップＳ１０５の内容と同一であるため、これに対する説明は省略する。
【００４０】
以下、開示しているセシウム浄化用前処理フィルタの製造方法及びその製造方法で製造されたセシウム浄化用前処理フィルタの物性について、実施例を通じて詳述する。
【００４１】
（実施例１）
精密電子秤（ＣＢ−３０００）を用いて超高分子量ポリエチレン（ＴＩＣＯＮＡ社製のｕｌｔｒａ-ｈｉｇｈ  ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  ｗｅｉｇｈｔ  ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ，ＧＵＲ-４０２２）９５ｇ及びプルシアンブルー（不溶性タイプでシグマアルドリッチ社製のＩｒｏｎIIIｆｅｒｒｏｃｙａｎｉｄｅ）５ｇを１０００ｍｌビーカーに計量し、リボンブレンダーを用いて１５分間混合した後、１３０℃の温度で維持される実験用加熱器に投入して３０分間熱処理し、熱処理された混合物を圧縮成形ブロックに移して圧縮成形機に結束し、２．５ｋｇｆ／ｃｍ２の圧力で１０秒間圧縮することにより、セシウム浄化用前処理フィルタを製造した。
【００４２】
（実施例２）
上記の実施例１と同様に行うが、超高分子量ポリエチレン（ＴＩＣＯＮＡ社製のｕｌｔｒａ-ｈｉｇｈ  ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  ｗｅｉｇｈｔ  ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ，ＧＵＲ-４０２２）９０ｇ及びプルシアンブルー（不溶性タイプでシグマアルドリッチ社製のＩｒｏｎIIIｆｅｒｒｏｃｙａｎｉｄｅ）１０ｇを使用してセシウム浄化用前処理フィルタを製造した。
【００４３】
（実施例３）
上記の実施例１と同様に行うが、超高分子量ポリエチレン（ＴＩＣＯＮＡ社製のｕｌｔｒａ-ｈｉｇｈ  ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  ｗｅｉｇｈｔ  ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ，ＧＵＲ-４０２２）８０ｇ及びプルシアンブルー（不溶性タイプでシグマアルドリッチ社製のＩｒｏｎIIIｆｅｒｒｏｃｙａｎｉｄｅ）２０ｇを使用してセシウム浄化用前処理フィルタを製造した。
【００４４】
（比較例１）
上記の実施例１と同様に行い、超高分子量ポリエチレンを使用してセシウム浄化用前処理フィルタを製造した。
上記の実施例１ないし３により製造されたセシウム浄化用前処理フィルタと上記の比較例１により製造された前処理フィルタにおけるセシウム除去性能を測定して、下記の表１及び図４ないし７に示した。
【００４５】
｛但し、調剤水は、シグマアルドリッチ社製の硝酸セシウム（Ｃｅｓｉｕｍ  ｎｉｔｒａｔｅ）を蒸留水に溶解して使用し、フィルタのセシウム除去性能は、別途の工程試験が表記されていないため、調剤水のセシウム濃度別（０．５，１，３，５，１０ｐｐｍ）条件で調剤した。流入水の流速による性能を評価するために通水流量条件をそれぞれ０．１，０．５，０．７,１Ｌ／ｍiｎで実施した。
【００４６】
また、調剤水を性能実験装置のタンクに投入し、製造された実施例１ないし３の前処理フィルタと比較例１の前処理フィルタに性能実験装置を通じて通水し、条件別に通水された浄水をＩＣＰ分析によりセシウム除去性能を確認した。｝
【００４７】
【表１】
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【００４８】
上表１と下記の図４ないし図７に示しているように、開示された実施例１ないし３を通じて製造されたセシウム浄化用前処理フィルタが比較例１を通じて製造された前処理フィルタと比べて、優れたセシウム浄化性能を示していることが分かる。
【００４９】
したがって、開示のセシウム浄化用前処理フィルタ及びその製造方法により、優れたセシウム浄化性能を示していると共に、浄水性能を長く維持することができる前処理フィルタを提供する。
【符号の説明】
【００５０】
Ｓ１０１  混合物製造ステップ
Ｓ１０３、Ｓ１０５−１  熱処理ステップ
Ｓ１０３−１、Ｓ１０５  圧縮成形ステップ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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