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KR-20260061422-A - 탄소질 재료 및 그 제조 방법, 흡착 필터, 정수기 카트리지, 정수기, 그리고 물 정화 설비

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Abstract

본 발명의 탄소질 재료는, 아이오딘 흡착량이 1,300㎎/g 이상 1,800㎎/g 이하이고, 리액티브 블랙 5가가 1.0g/L 이상 6.0g/L 이하이고, -196℃에서의 N 2 의 흡착 등온선으로부터 BET법에 의해 구해지는 비표면적이 1,100㎡/g 이상 1,700㎡/g 이하이다.

Inventors

  • 지시로 다케후미
  • 세이케 나오야
  • 고바야시 아야
  • 후지이 노리코
  • 우에다 사카에
  • 아사다 다쿠야

Assignees

  • 오사카 가스 케미칼 가부시키가이샤

Dates

Publication Date
20260506
Application Date
20241127
Priority Date
20231129

Claims (14)

  1. 아이오딘 흡착량이 1,300㎎/g 이상 1,800㎎/g 이하이고, 리액티브 블랙 5가가 1.0g/L 이상 6.0g/L 이하이고, -196℃에서의 N 2 의 흡착 등온선으로부터 BET법에 의해 구해지는 비표면적이 1,100㎡/g 이상 1,700㎡/g 이하인, 탄소질 재료.
  2. 제1항에 있어서, 질소 흡착 등온선으로부터 탄소질 재료 1g당의 QSDFT법에 의해 산출한 1.00㎚ 이하의 세공 용적(A)과, -196℃에서의 N 2 의 흡착 등온선으로부터 BJH법에 의해 구해지는 메소공의 세공 용적(B)과의 비(A/B)가 1.0 이상 4.0 이하인, 탄소질 재료.
  3. 제1항에 있어서, 메소공의 비율이 4.8% 이상 15.0% 이하인, 탄소질 재료.
  4. 제1항에 있어서, -196℃에서의 N 2 의 흡착 등온선으로부터 BJH법에 의해 구해지는 메소공의 세공 용적이, 0.06㎤/g 이상 0.30㎤/g 이하인, 탄소질 재료.
  5. 제1항에 있어서, -196℃에서의 N 2 의 흡착 등온선으로부터 BJH법에 의해 구해지는 전 세공 용적이 0.25㎤/g 이상 1.00㎤/g 이하인, 탄소질 재료.
  6. 제1항에 있어서, 태핑법에 의해 측정되는 충전 밀도가 0.30g/mL 이상 0.50g/mL 이하인, 탄소질 재료.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 수중에서, 적어도, 유리잔류염소 및 음이온 계면활성제의 제거에 사용되는, 탄소질 재료.
  8. 원료를 탄화시켜 탄화물을 얻는 탄화 공정과, 상기 탄화물을 부활 처리하여 부활물을 얻는 부활 공정을 포함하는, 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 탄소질 재료의 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 부활물을 세정하는 세정 공정을 추가로 포함하는, 제조 방법.
  10. 제8항에 있어서, 상기 원료가, 야자 껍질인, 제조 방법.
  11. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 탄소질 재료를 포함하는, 흡착 필터.
  12. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 탄소질 재료를 포함하는, 정수기 카트리지.
  13. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 탄소질 재료를 포함하는, 정수기.
  14. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 탄소질 재료를 구비하는, 물 정화 설비.

Description

탄소질 재료 및 그 제조 방법, 흡착 필터, 정수기 카트리지, 정수기, 그리고 물 정화 설비 본 발명은, 탄소질 재료 및 그 제조 방법, 흡착 필터, 정수기 카트리지, 정수기, 그리고 물 정화 설비에 관한 것이다. 가정용 정수기는, 수돗물 중의 유해 물질을 제거하기 위해 널리 이용되고 있다. 이와 같은 유해 물질 중, 유리잔류염소가, 가정용 정수기의 가정용품 품질 표시법에 의해 제거 대상 물질로 지정되어 있으며, 수돗물 중에서 제거되는 것이 요구되고 있다. 유리잔류염소를 제거하기 위해, 가정용 정수기에는, 통상적으로, 활성탄이나 금속 아황산염이 사용된다. 예를 들어, 특허문헌 1에는, 세공 직경이 0.679㎚ 이상 0.733㎚ 이하인, 작은 세공 직경을 많이 갖는 활성탄이 기재되어 있고, 이와 같은 세공 직경을 가짐으로써, 활성탄의 세공 내에 유리잔류염소를 포착하는 성능을 향상시키는 것이 기재되어 있다. 특허문헌 2에는, 금속 아산화물을 포함하는 유리잔류염소의 제거제가 기재되어 있다. 도 1의 I는, 로터리 킬른의 모식 단면도이고, II는 로터리 킬른의 모식 측면도이다. 도 2는, 로터리 킬른을 설명하기 위한 모식 단면도이다. 이하, 본 발명을 실시하기 위한 형태(이하, 단순히 “본 실시형태”라고 함)에 대해, 상세히 설명한다. 그리고, 이하의 본 실시형태는, 본 발명을 설명하기 위한 예시이며, 본 발명은 본 실시형태에만 한정되지 않는다. 본 명세서에서, 탄소질 재료가 갖는 세공은, IUPAC(국제순수·응용화학연합)의 분류 기준에 준거하여, 그 세공 직경(직경)에 따라, 세공 직경이 2.0㎚ 미만인 세공을 마이크로공으로 하고, 세공 직경이 2.0㎚ 이상 50.0㎚ 이하인 세공을 메소공으로 하고, 세공 직경이 50.0㎚를 초과하는 세공을 매크로공으로 분류한다. 메소공은, 분자 크기가 비교적 큰 음이온 계면활성제 등의 흡착에 유효하다. [탄소질 재료] 본 실시형태의 탄소질 재료는, 아이오딘 흡착량이 1,300㎎/g 이상 1,800㎎/g 이하이고, 리액티브 블랙 5가가 1.0g/L 이상 6.0g/L 이하이고, -196℃에서의 N2의 흡착 등온선으로부터 BET법에 의해 구해지는 비표면적이 1,100㎡/g 이상 1,700㎡/g 이하이다. 탄소질 재료가, 이와 같은 요건을 구비함으로써, 탄소질 재료 표면에서 분해 가능한 유리잔류염소의 제거 성능과, 분자 크기가 비교적 큰 음이온 계면활성제 등의 제거 성능을 높은 수준으로 양립시킬 수 있게 된다. 즉, 탄소질 재료는, 탄소질 재료 표면에서 분해 가능한 유리잔류염소에 적합하도록 단위 질량당의 표면적이 제어되므로, 유리잔류염소에 대하여 높은 제거 성능을 가질 수 있게 된다. 또한, 탄소질 재료는, 분자 크기가 비교적 큰 음이온 계면활성제 등에 적합하도록 세공 직경이 제어되므로, 음이온 계면활성제 등에 대하여 높은 흡착 성능을 가질 수 있다. 음이온 계면활성제로서는, 예를 들어, 직사슬 도데실벤젠설폰산 소듐 등의 알킬설폰산염을 들 수 있다. 본 실시형태의 탄소질 재료는, 이들 음이온 계면활성제의 1종 또는 2종 이상을 적합하게 흡착할 수 있다. 탄소질 재료의 아이오딘 흡착량은, 1,300㎎/g 이상 1,800㎎/g 이하이다. 아이오딘 흡착량은, 탄소질 재료에 존재하는, 분자 크기가 비교적 큰 음이온 계면활성제 등을 물리 흡착할 수 있는 세공의 표면적 지표다. 탄소질 재료의 아이오딘 흡착량이 상기 범위에 있음으로써, 탄소질 재료는, 유리잔류염소에 대한 제거 성능을 유지하면서, 특히, 음이온 계면활성제 등에 대하여 높은 흡착 성능을 발휘한다. 탄소질 재료는, 아이오딘 흡착량이 1,300㎎/g 이상임으로써, 탄소질 재료의 세공 용적이 충분히 커져, 음이온 계면활성제 등의 흡착 성능이 현저하게 향상된다. 탄소질 재료는, 아이오딘 흡착량이 1,800㎎/g 이하임으로써, 탄소질 재료의 세공이 지나치게 커지지 않아, 음이온 계면활성제 등을 흡착하는 세공의 제어가 용이해진다. 아이오딘 흡착량은, JIS K 1474(2014년)에 준거하여 측정 및 산출된다. 아이오딘 흡착량의 구체적인 측정 및 산출 방법은, 실시예를 참조하면 된다. 아이오딘 흡착량은, 바람직하게는, 1,310㎎/g 이상 1,700㎎/g 이하이며, 보다 바람직하게는 1,330㎎/g 이상 1,650㎎/g 이하이다. 아이오딘 흡착량이 상기 범위에 있으면, 유리잔류염소에 대한 제거 성능을 유지하면서, 특히, 음이온 계면활성제 등에 대해 보다 높은 흡착 성능을 갖는 탄소질 재료가 얻어지는 경향이 있다. 탄소질 재료의 리액티브 블랙 5가는, 1.0g/L 이상 6.0g/L 이하이다. 리액티브 블랙 5는, 하기 식(1)로 나타내는 염료이며, C.I.Reactive Black 5라고도 호칭된다. [화학식 1] 리액티브 블랙 5는, 그 분자량이 995.88로 크고, 부피가 큰 구조를 가지므로, 리액티브 블랙 5가는, 분자 크기가 비교적 큰 음이온 계면활성제 등의 흡착 특성의 지표가 된다. 탄소질 재료는, 리액티브 블랙 5가가 상기 범위에 있음으로써, 유리잔류염소에 대한 제거 성능을 유지하면서, 특히, 음이온 계면활성제 등에 대해 높은 흡착 성능을 발휘한다. 리액티브 블랙 5가가 1.0g/L 이상임으로써, 탄소질 재료의 큰 세공에서의 누적 세공 용적이 지나치게 커지지 않고, 탄소질 재료는, 유리잔류염소에 대한 제거 성능을 유지하면서, 분자 크기가 비교적 큰 음이온 계면활성제 등에 대한 유효한 세공량을 적합하게 유지할 수 있다. 리액티브 블랙 5가가 6.0g/L 이하임으로써, 탄소질 재료가 갖는 세공 중, 분자 크기가 비교적 큰 음이온 계면활성제 등의 흡착에 적합한 세공량이 충분해진다. 따라서, 음이온 계면활성제 등에 대한 흡착 성능이 현저하게 향상된다. 리액티브 블랙 5가는, 예를 들어, 다음과 같이 산출할 수 있다. 즉, 우선, 자외가시분광광도계를 이용하여, 파장 594㎚ 및 광로 길이(셀 길이) 10㎜의 조건에서, 리액티브 블랙 5를 포함하는 시험액과, 그 시험액에 탄소질 재료를 혼합하여 충분히 리액티브 블랙 5를 탄소질 재료에 흡착시킨 후에, 리액티브 블랙 5가 흡착한 탄소질 재료를 제거하여 얻어지는 잔액의, 각각의 흡광도를 측정한다. 그리고, 이들 흡광도를 이용하여, 잔액 중에 포함되는 리액티브 블랙 5의 잔존율(%)과, 탄소질 재료 1g당의 리액티브 블랙 5의 흡착량(/g)을 산출한다. 리액티브 블랙 5가(g/L)는, 이들 값을 사용하여, 1L의 시험액 중의 리액티브 블랙 5를 99% 제거하기 위해 필요한 탄소질 재료의 양으로 산출한다. 그리고, 리액티브 블랙 5가의 측정에 있어서, 탄소질 재료로서는, 체적 기준 누적 분포의 50% 입경(D50)이 9.0㎛ 이상 11.0㎛ 이하로 조정된 탄소질 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 본 명세서에 있어서, 50% 입경(D50)은, 레이저 회절 광산란법 입도분포 측정장치를 이용하여, 체적 기준의 메디안 직경으로 측정되는 값을 지칭한다. 리액티브 블랙 5가의 구체적인 측정 및 산출 방법은, 실시예를 참조하면 된다. 리액티브 블랙 5가는, 바람직하게는 1.5g/L 이상 5.5g/L 이하이며, 보다 바람직하게는 1.7g/L 이상 4.5g/L 이하이며, 더욱 바람직하게는 2.0g/L 이상 4.0g/L 이하이다. 리액티브 블랙 5가가 상기 범위에 있으면, 유리잔류염소에 대한 제거 성능을 유지하면서, 특히, 음이온 계면활성제 등에 대해 보다 높은 흡착 성능을 갖는 탄소질 재료가 얻어지는 경향이 있다. 탄소질 재료에 있어서, -196℃에서의 N2의 흡착 등온선으로부터 BET법에 의해 구해지는 비표면적(이하, 단순히 “BET 비표면적”이라고도 호칭함)은, 1,100㎡/g 이상 1,700㎡/g 이하이다. BET 비표면적은, 탄소질 재료가 보유하는 단위 질량당의 표면적이며, 유리잔류염소를 분해 가능한 표면적의 지표다. BET 비표면적이 상기 범위에 있음으로써, 탄소질 재료는, 음이온 계면활성제 등에 대한 흡착 성능을 유지하면서, 특히, 유리잔류염소에 대해 높은 제거 성능을 발휘한다. BET 비표면적이 1,100㎡/g 이상임으로써, 탄소질 재료의 비표면적이 충분해진다. 따라서, 탄소질 재료는, 유리잔류염소에 대해 높은 제거 성능을 발휘할 수 있게 되고, 유리잔류염소에 대한 제거 성능이 현저하게 향상된다. BET 비표면적이 1,700㎡/g 이하임으로써, 탄소질 재료의 비표면적은 지나치게 커지지 않으며, 그로 인해, 탄소질 재료의 세공 용적도 적합하게 된다. 또한, 탄소 골격을 구성하는 탄소량의 저하를 초래하지 않고, 적합한 탄소질 재료를 얻을 수 있다. 따라서, 예를 들어, 수돗물 중에서도, 탄소질 재료는, 파괴되기 어렵고, 유리잔류염소와 음이온 계면활성제 등에 대해 높은 제거 성능을 발휘할 수 있게 된다. BET 비표면적의 구체적인 측정 및 산출 방법은, 실시예를 참조하면 된다. BET 비표면적은, 바람직하게는 1,250㎡/g 이상 1,690㎡/g 이하이며, 보다 바람직하게는 1,300㎡/g 이상 1,680㎡/g 이하이며, 더욱 바람직하게는 1,400㎡/g 이상 1,670㎡/g 이하이다. BET 비표면적이 상기 범위에 있으면, 음이온 계면활성제 등에 대한 흡착 성능을 유지하면서, 특히, 유리잔류염소에 대해 보다 높은 제거 성능을 갖는 탄소질 재료가 얻어지는 경향이 있다. 탄소질 재료에 있어서, 질소 흡착 등온선으로부터 탄소질 재료 1g당의 QSDFT법에 의해 산출한 세공 직경 1.0㎚ 이하의 세공 용적(A)(이하, 단순히 “세공 직경 1.00㎚ 이하의 세공 용적”이라고도 호칭함)과, -196℃에서의 N2의 흡착 등온선으로부터 BJH법에 의해 구해지는 메소공 용적(B)(이하, 단순히 “메소공의 세공 용적”이라고도 호칭함)과의 비(A/B, 이하, 단순히 “메소공 비”라고도 호칭함)는, 바람직하게는 1.0 이상 4.0 이하이며, 보다 바람직하게는 1.3 이상 3.5 이하이고, 더욱 바람직하게는 1.5 이상 3.0 이하이다. 메소공 비가 상기 범위에 있으면, 음이온 계면활성제 등에 대한 흡착 성능을 유지하면서, 특히, 유리잔류염소에 대해 보다 높은 제거 성능을 갖는 탄소질 재료가 얻어지는 경향이 있다. 메소공 비는, 유리잔류염소의