(57)【要約】      （修正有）【課題】浄水器に取り付けられるフィルタにおいて、セシウム汚染に優れた浄化作用を果たし、且つ、浄水性能を長期にわたって維持することができるセシウム浄化用フィルタ及びその製造方法を提供する。【解決手段】セシウム浄化用カーボンブロックフィルタ及びその製造方法において、活性炭、バインダー、及びセシウム吸着剤からなり、活性炭１００質量部、バインダー１０ないし１００質量部、及びセシウム吸着剤１ないし６０質量部を混合して熱処理後に成形するか、または活性炭、バインダー、及びセシウム吸着剤を混合して成形後に熱処理する過程を通じて製造される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
活性炭、バインダー及びセシウム吸着剤からなることを特徴とする、セシウム浄化用カーボンブロックフィルタ。
【請求項２】
前記セシウム浄化用カーボンブロックフィルタは、活性炭１００重量部、バインダー１０ないし１００重量部、及びセシウム吸着剤１ないし６０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カーボンブロックフィルタ。
【請求項３】
前記バインダーは、ポリプロピレン、低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、及び超高分子量ポリエチレンからなる群から選択された一つ以上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カーボンブロックフィルタ。
【請求項４】
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カーボンブロックフィルタ。
【請求項５】
活性炭１００重量部、バインダー１０ないし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２０ないし６０分間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、セシウム浄化用カーボンブロックフィルタの製造方法。
【請求項６】
活性炭１００重量部、バインダー１０ないし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圧縮成形された成形物を１００ないし３００℃の温度で２０ないし６０分間加熱する熱処理ステップとからなることを特徴とする、セシウム浄化用カーボンブロック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、セシウム浄化用カーボンブロック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示し、且つ、浄水性能を長期にわたって維持することができるセシウム浄化用カーボンブロックフィルタ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、浄水器に取り付けられているフィルタは、水道水に含まれている鉄、錆、及び有機物などの各種の不純物を濾過する機能と、細菌を殺菌してウイルスを不活性させるなどの機能を有する。
【０００３】
このようなフィルタは、様々な種類のものが提案されており、カーボンブロックフィルタはカーボンブロックをフィルタ容器内に内装し、水が前記カーボンブロックを通過することにより浄水が行わるようにしたものである。このカーボンブロックフィルタを製造する従来の方法は、活性炭粉と一般のＰＥバインダーを主原料として圧縮プレス方式または圧出方式により製造するものである。
【０００４】
上述した過程により製造された従来のカーボンブロックフィルタは、浄水性能を改善すべく、必要以上に大きく製造しなければならなかったため、カーボンブロックフィルタそれ自体のサイズが増大してしまい、取り扱いが困難であったことはもちろん、浄水器全体のサイズが大きくなる問題点もあった。
【０００５】
また、従来のカーボンブロックフィルタは、水道水に含有されている鉄、錆、及び有機物などのような成分をろ過する性能には優れているが、セシウムなどの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】
【０００６】
【特許文献１】韓国特許登録第１０−１１３７７６５号公報（２０１２年０４月１２日）
【特許文献２】韓国特許登録第１０−０７８５６８６号公報（２００７年１２月０７日）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、セシウム汚染に優れた浄化作用を果たし、且つ、浄水性能を長期にわたって維持することができるセシウム浄化用カーボンブロック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】
【０００８】
一実施形態では、活性炭、バインダー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カーボンブロックフィルタを開示している。
【０００９】
望ましくは、前記セシウム浄化用カーボンブロックフィルタは、活性炭１００重量部、バインダー１０ないし１００重量部、及びセシウム吸着剤１ないし６０重量部からなることができる。
【００１０】
より望ましくは、前記バインダーは、ポリプロピレン、低密度ポリエチレン、 高密度ポリエチレン、及び超高分子量ポリエチレンからなる群から選択された一つ以上からなることができる。
【００１１】
さらに望ましくは、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。
【００１２】
また、他の実施形態では、活性炭１００重量部、バインダー１０ないし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２０ないし６０分間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カーボンブロックフィルタの製造方法を開示している。
【００１３】
また、さらに他の実施形態では、活性炭１００重量部、バインダー１０ないし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圧縮成形された成形物を１００ないし３００℃の温度で２０ないし６０分間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カーボンブロックフィルタの製造方法を開示している。
【発明の効果】
【００１４】
上述したような構成を有する本発明のセシウム浄化用カーボンブロック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有し、且つ、浄水性能を長期にわたって維持することができる効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態によるセシウム浄化用カーボンブロック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カーボンブロック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カーボンブロック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及び比較例１を通じて製造されたカーボンブロック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１及び比較例１を通じて製造されたカーボンブロック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１及び比較例１を通じて製造されたカーボンブロック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】実施例１及び比較例１を通じて製造されたカーボンブロック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及び比較例１を通じて製造されたカーボンブロック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９】実施例１により製造されたセシウム浄化用カーボンブロック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】
【００１６】
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。
【００１７】
開示しているセシウム浄化用カーボンブロックフィルタは、活性炭、バインダー及びセシウム吸着剤からなり、活性炭１００重量部、バインダー１０ないし１００重量部、及びセシウム吸着剤１ないし６０重量部からなることが望ましい。
【００１８】
前記活性炭は、開示しているセシウム浄化用カーボンブロックフィルタの主材料となる成分であり、紛状や繊維状の形態で用いることが望ましく、粉状活性炭と繊維状活性炭との混合物からなることがさらに望ましい。
【００１９】
粉状活性炭は、水中の塩素成分、汚臭、揮発性の有機化合物及び一部重金属を除去して浄水の味を改善する役割を果たす。また、繊維状活性炭は、一般の粒状及び粉状の活性炭に比べて、吸着性能が優れており、フィルタの浄水性能だけでなく、通水量の多い場合でも、浄水性能を長く維持することができる。
【００２０】
前記バインダーは１０ないし１００重量部含有され、開示のセシウム浄化用カーボンブロックフィルタを構成する各成分を結束させる役割を果たしており、分子量の大きい多孔質物質から構成されると、上記のような結束の役割を果たすと共に活性炭やセシウム吸着剤の性能を低下させない効果を奏することができる。
【００２１】
そこで、前記バインダーは、ポリプロピレン、低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン及び超高分子量ポリエチレンからなる群から選択された一つ以上からなることが望ましい。
【００２２】
また、前記バインダーは、超高分子量ポリエチレンからなることがもっとも望ましく、上記の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た場合、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向上し、優れた耐久性を得ることができ、長期にわたって浄水性能を維持可能なフィルタを提供することができる。
【００２３】
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（登録商標）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。
【００２４】
前記バインダーの含量が、１０重量部未満であれば、上記の効果が不十分であるため、カーボンブロックフィルタの耐久性が低下する一方、１００重量部を超えると、フィルタの耐久性はそれほど向上せず、浄水性能が低下する。
【００２５】
前記セシウム吸着剤は１ないし６０重量部が含有され、開示のセシウム浄化用カーボンブロック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、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望ましい。
【００２６】
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。
【００２７】
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、上記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及び２で表した。
【００２８】
反応式１
４Ｆｅ３＋＋３［ＦｅII（ＣＮ）６］４−  → Ｆｅ４III［ＦｅII（ＣＮ）６］３
【００２９】
反応式２
Ｋ＋＋Ｆｅ３＋＋［ＦｅII（ＣＮ）６］４−  → ＫＦｅIII［ＦｅII（ＣＮ）６］
【００３０】
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関連する。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く表れるためであり、アルカリ金属のイオン半径のサイズは、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。
【００３１】
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。水和し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、または、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が、このような過程を次の反応式３で表した。
【００３２】
反応式３
ＦｅIII−ＯＨ２＋Ｃｓ＋Ａ−  → ｛ＦｅIII−ＯＨ｝−Ｃｓ＋＋Ｈ＋Ａ−
【００３３】
前記反応式３に表したように、陽子交換方法によりＣｓ＋イオンを高効率に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ようになる。
【００３４】
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で容易に回収できるため、セシウム吸着剤としてさらに好適である。
【００３５】
前記セシウム吸着剤の含量が１重量部未満であれば、上記の効果が不十分であり、６０重量部を超えた場合は、相対的に活性炭やバインダーの含量が減少し、フィルタの浄水性能や耐久性が低下する恐れがある。
【００３６】
また、開示のセシウム浄化用カーボンブロックフィルタの製造方法は、活性炭１００重量部、バインダー１０ないし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、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。
【００３７】
前記混合物製造ステップＳ１０１は、活性炭、バインダー、及びセシウム吸着剤を混合する段階であり、精密電子秤（ＣＢ−３０００）を用いて活性炭１００重量部、バインダー１０ないし１００重量部、及びセシウム吸着剤１ないし６０重量部を計量し、混合して成されるが、混合は、リボンブレンダーを用いて１０ないし２０分間行われる。
【００３８】
ここで、前記活性炭、バインダー、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カーボンブロックフィルタに記載されている内容と同様であるため、これに対する説明は省略する。
【００３９】
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で製造し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。
【００４０】
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、この熱処理ステップＳ１０３で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秒間圧縮して行う。そこで、前記圧縮成形ステップＳ１０３に代わって圧出成形を通じてもカーボンブロックフィルタを製造することができる。
【００４１】
上記の圧縮成形ステップＳ１０５を経ることにより、円筒状のカーボンブロックフィルタの形態を呈する成形物が製造される。
【００４２】
また、開示のセシウム浄化用カーボンブロックフィルタの製造方法は、活性炭１００重量部、バインダー１０ないし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で圧縮成形された成形物を１００ないし３００℃の温度で２０ないし６０分間加熱する熱処理ステップＳ１０５-１から構成することもできる。
【００４３】
ここで、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の内容と同様であるため、これに対する説明は省略する。
【００４４】
以下、開示のセシウム浄化用カーボンブロック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カーボンブロックフィルタの物性について、実施例を挙げて詳述する。
【００４５】
＜実施例１＞
精密電子秤（ＣＢ−３０００）を用いて活性炭７５０ｇ、バインダー（高密度ポリエチレン）１５０ｇ、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のＩｒｏｎIIIｆｅｒｒｏｃｙａｎｉｄｅ）１００ｇを１０００ｍｌビーカーに計量して、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、セシウム浄化用カーボンブロックフィルタを製造した。
【００４６】
＜比較例１＞
前記実施例１と同様に行うが、活性炭８５０ｇ、バインダー１５０ｇを用いてカーボンブロックフィルタを製造した。
【００４７】
前記実施例１を通じて製造されたセシウム浄化用カーボンブロックフィルタと前記比較例１通じて製造されたカーボンブロックフィルタにおけるセシウム除去性能を測定して、下記の図４ないし８に示した。
【００４８】
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。
【００４９】
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と比較例１とのカーボンブロック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。｝
【００５０】
下記の図４ないし図８に示しているように、開示された実施例１を通じて製造されたセシウム浄化用カーボンブロックフィルタが比較例１を通じて製造されたカーボンブロックフィルタに比べて、優れたセシウム浄化性能を表していることが分かる。
【００５１】
したがって、開示のセシウム浄化用カーボンブロックフィルタ及びその製造方法は、優れたセシウム浄化性能を示し、浄水性能を長く維持することができるカーボンブロックフィルタを提供する。
【符号の説明】
【００５２】
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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【図９】
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