섬유상 촉매담체를 함유한 세라믹섬유필터와 그 제조방법
본 발명은 연소가스에 포함되어 배출되는 먼지와 유해가스를 고온에서 동시에 처리하기 위하여 먼지포집용 세라믹섬유필터에 섬유상의 촉매담체를 함침시켜서 세라믹섬유필터의 비표면적이 증대되어도 공기투과율이 저하되지 않게한 섬유상 촉매담체를 함유한 세라믹섬유필터와 그 제조방법에 관한 것이다 일반적으로 고온 배기가스 중의 분진과 유해가스를 동시에 처리하기 위해서 세라믹섬유를 기지로하여 제조된 세라믹섬유필터 또는 코디에라이트와 같은 세라믹입자를 기지로하여 제조된 세라믹입자필터에 비표면적이 큰 촉매담체 물질을 코팅시킨후 촉매를 담지시켜 얻어진 촉매담지 세라믹필터가 알려져 있다. 공기투과율이 높은 세라믹섬유필터에 비표면적이 큰 촉매담체물질을 코팅하는 경우,코팅되는 촉매담체 물질의 양에 비례하여 세라믹섬유필터의 비표면적이 증가되므로써 필터의 촉매담체기능이 향상되어 유해가스 처리효율은 향상되나 상대적으로 공기투과율이 저하되어 분진의 처리효율은 낮아지는 문제점이 있었다. 즉 세라믹섬유가 형성하는 기공이 도포,코팅되는 촉매담체물질에 의해서 채워짐으로해서 도포되는 촉매담체의 양이 증가됨에 따라 섬유가 형성하는 기공의 크기가 작아지며 이러한 기공크기의 감소는 곧 바로 필터의 공기투과율 감소를 초래한다. 그리고 공기투과율 향상을 위해서 도포되는 촉매담체물질의 양을 감소시키면 필터의 공기투과율이 낮아지는 문제는 해결할수 있으나 상대적으로 도포되는 촉매담체의 양이 낮으므로 해서 필터의 최종적인 촉매기능이 낮아져 유해가스의 처리효율이 저하된다. 따라서 상기한 종래의 세라믹섬유필터에 촉매담체를 단순히 액상 또는 고상입자로 도포시켜 제작되는 촉매기능 세라믹섬유필터는 그 제작방법 특성상 먼지포집과 유해가스를 동시에 처리하는 공정에 사용하기에는 문제점이 있었다.
따라서 본 발명은 상기한 종래의 문제점을 개선하기 위한 목적으로 창출된 것으로 세라믹섬유필터의 촉매담체 함량을 증가시키면서도 세라믹섬유필터의 공기투과율이 저하되지 않는 섬유상 촉매담체를 함유한 세라믹섬유필터를 창출하여 먼지와 유해가스를 고온에서 동시에 효율적으로 처리할수 있는 섬유상 촉매담체를 함유한 세라믹섬유필터를 제공하기 위한 것이다. 상기한 섬유상 촉매담체를 함유한 세라믹섬유필터를 제공하기 위하여 사용되는 섬유상 담체로는 탄화규소 또는 탄화바나듐과 같은 탄화물계 섬유상 촉매담체인 비표면적이 30-150m 2 /g이고 지름이 2-15㎛,길이가 60㎛인 탄화규소섬유담체(탄화바나듐섬유담체)를 사용하거나 산화물계 섬유상 촉매담체인비표면적이 150-200m 2 /g이고 섬유직경은 2-15㎛이며 길이는 60㎛이상인 알루미나,실리카,알루미노실리케이트,지르코니아 및 티타니아와 같은 세라믹 재질로 이루어진 섬유상 담체를 사용하여 섬유상 촉매담체를 함유한 세라믹섬유필터를 제조함에 있어 비표면적이 1m 2 /g이하인 고강도 세라믹섬유(40-70wt%)와 비표면적이 30-200m 2 /g인 섬유상 세라믹담체(30-60wt%)로 이루어진 조성물을 물과 혼합하여 슬러리 형태로 만든후 진공성형방법으로 판상형,원통형과 같 은 특정모양의 섬유필터를 성형한 후 알루미나,실리카 및 티타니아물질을 단독으로하거나 전기한 물질의 혼합물로 이루어진 콜로이달 무기결합제(10-20wt%)를 함유시켜 얻어진 것을 일반적으로 섬유필터 제작공정 즉 건조와 소성을 거쳐서 기공율이 80-90%이며 비표면적이 20-100m 2 /g이고 10cmH 2 O의 차압에서 공기투과율이 500cc/cm 2 .min이상을 가질 수 있는 섬유상 촉매담체를 함유한 세라믹섬유필터를 제공하는 것이다.
도 1 은 본 발명인 섬유상 촉매담체를 함유한 세라믹섬유필터의 종단면 구조도 도 2 는 종래의 촉매담체를 함유한 세라믹섬유필터의 종단면 구조도
이하 발명의 요지를 첨부된 도면에 연계시켜 그 구성과 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 도 1 은 본 발명인 섬유상 촉매담체를 함유한 세라믹섬유여과재의 종단면 구조도로서 고강도 세라믹섬유,섬유상 촉매담체 및 촉매담체가 형성하고 있는 기공을 도시한 것이다. 섬유상 촉매담체를 함유한 세라믹섬유필터를 제공하기 위하여 탄화규소,탄화바나듐과 같은 탄화물계 섬유상 촉매담체인 비표면적이 30-150m 2 /g이고 지름이 2-15㎛,길이가 60㎛인 탄화규소섬유담체(탄화바나듐섬유담체)를 사용하거나 산화물계 섬유상 촉매담체인 비표면적이 150-200m 2 /g이고 섬유직경은 2-15㎛이며 길이는 60㎛이상인 알루미나,실리카,알루미노실리케이트,지르코니아 및 티타니아와 같은 세라믹 재질로 이루어진 섬유상 담체를 사용하여 비표면적이 1m 2 /g이하인 고강도 세라믹섬유(40-70wt%)와 비표면적이 30-200m 2 /g인 섬유상 세라믹담체(30-60wt%)로 이루어진 조성물을 물과 혼합하여 슬러리 형태로 만든후 진공성형방법으로 판상형,원통형과 같은 특정모양의 섬유필터를 성형한 후 일반적인 알루미나,실리카 및 티타니아물질을 단독으로 하거� � 전기한 물질의 혼합물로 이루어진 콜로이달 무기결합제(10-20wt%)를 함유시켜 얻어진 것을 섬유필터 제작공정 즉 건조와 소성을 거쳐서 기공율이 80-90%이며 비표면적이 20-100m 2 /g이고 10cmH 2 O의 차압에서 공기투과율이 500cc/cm 2 .min이상을 가질수 있는 섬유상 촉매담체를 함유한 세라믹섬유필터를 제조하는 것이다. 이와같이된 본 발명의 특징은 섬유화된 세라믹담체를 세라믹섬유필터 제작에 사용함으로써 세라믹섬유필터의 촉매담체기능을 강화하면서도 촉매담체로 인한 필터의 공기투과율 감소를 방지할 수 있는 것이다. 본 발명에 적용되는 비표면적이 큰 섬유상 담체는 비표면적이 1m 2 /g이하인 고강도 세라믹섬유에 비해서 기계적 강도는 낮으나 주 기공크기가 5nm이상인 미세기공을 많이 함유하고 있어서 비표면적이 30m 2 /g이상이어서 촉매담체로써 사용되며 촉매담지 필터 제조시 비표면적이 영에 가까운 세라믹섬유와 혼합되어 섬유필터의 비표면적을 증가시키면서도 섬유필터의 기공률과 기공크기를 일정하게 유지하므로써 촉매담지 필터의 공기투과율이 낮아지는 것을 방지할수 있는 것이다. 비표면적이 1m 2 /g이하인 고강도 세라믹섬유는 촉매담체기능은 없으나 세라믹섬유필터의 기계적강도를 유지하기 위해서 사용되며 통상 지름2-4㎛,길이 1-2mm로 상업적으로 판매되고 있는 알루미노실리케이트,알루미나,탄화규소와 같은 세라믹섬유등이 사용된다. 그리고 섬유상 촉매담체를 함유한 세라믹섬유필터 제조에서 고강도 세라믹섬유는 통상적으로 40-70%가 사용되는데 조성비율이 클수록 섬유필터의 기계적강도는 증가되나 촉매담체기능이 감소되며 반대로 섬유필터 조성물에서 고강도 세라믹 조성비율이 낮으면 촉매담체기능은 강화되나 섬유필터의 기계적강도는 낮아진다. 섬유상 촉매담체를 함유한 세라믹섬유필터 제조에서 통상적으로 섬유상 촉매담체는 30-60wt%가 사용되는데 조성비율이 클수록 섬유필터의 담체기능은 강화되나 기계적 강도는 감소되며 섬유상 촉매담체의 조성비율이 낮을수록 섬유필터의 기계적 강도는 커지나 담체기능은 약화된다. 무기결합제는 상기한 두 종류의 세라믹섬유를 결합시키므로써 세라믹섬유필터를 제작할 수 있도록 하며 섬유상 촉매담체를 함유한 세라믹필터를 제조함에 있어 무기결합제는 세라믹 졸을 이용하는데 알루미나 졸,실리카 졸 및 티타니아 졸의단독 또는 이들 혼합물 졸이 사용된다. 이러한 액상무기결합제를 고강도 세라믹 섬유와 섬유상 촉매담체 조성물로 이루어진 섬유필터 성형체에 균질하게 함유시키면 이들 액상무기결합제는 고강도 세라믹 섬유와 섬유상 촉매담체에 코팅되면서 이들 섬유를 결합시키는 역할을 수행한다. 이렇게 제작된 섬유필터는 500-900℃로 소성시키면 무기결합제는 통상 150-200m 2 /g의 비표면적을 나타내므로 촉매담체로서의 기능을 가지면서 섬유상 촉매담체와 고강도 세라믹 섬유를 결합시키는 역할을 동시에 수행하며 섬유필터의 기계적 강도를 갖게한다. 상기의 무기결합제는 섬유상 촉매담체를 함유한 세라믹필터 제조에서 통상적으로 10-20wt%가 사용되는데 조성비율이 증가될수록 필터의 담체기능이 증가되고 기계적강도는 증가되나 섬유가 형성하는 기공을 무기결합제가 막게되어 공기투과율이 낮아지고 반대로 무기결합제의 조성비율이 낮아질수록 섬유필터의 공기투과율은 커지나 필터의 담체기능이 약화되고 기계적강도가 낮아지는 문제점이 있다. 따라서 촉매담체기능을 보유하면서 먼지를 효율적으로 포집하기 위해서는 상기한 본 발명의 섬유상 촉매담체를 함유한 세라믹섬유필터의 조성물에 의하여 제조하는 것이다.
그러므로 본 발명은 촉매담체를 섬유상으로 섬유필터내에 분산시키므로 촉매담체를 분말 또는 액상형태로 함유시키는 경우에 비해서 필터내의 섬유상 촉매담체량이 증가하여도 섬유상 촉매담체가 형성하는 기공에 의해서 필터의 공기투과율이 저하되지 않으므로 연소가스 처리에 유리하며 동시에 촉매담체 함유량 증가에 따른 유해가스 제거기능이 상승효과를 얻을 수 있는 것이다. |
