KR101798048B1 - Water system - Google Patents
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Abstract
본 발명의 워터 시스템은, 물과 접촉하도록 이루어지는 부재; 및 상기 부재의 표면에 코팅되는 결정생성촉매를 포함하고, 상기 결정생성촉매는, 음전하를 띄는 고분자로 이루어지는 담체; 및 상기 담체의 결정화 사이트에 존재하며, 칼슘과 마그네슘 중 적어도 하나를 포함하는 결정 시드를 포함한다.The water system of the present invention comprises: a member adapted to be in contact with water; And a crystal formation catalyst coated on a surface of the member, wherein the crystal formation catalyst comprises: a carrier made of a polymer having a negative charge; And a crystal seed present in the crystallization site of the carrier and containing at least one of calcium and magnesium.
Description
본 발명은 경도성 물질 또는 스케일 유발 물질을 제거하도록 이루어지는 워터 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a water system adapted to remove a hard or scaled material.
물의 경도(water hardness)란 물에 들어있는 칼슘 이온과 마그네슘 이온의 양을 이들에 대응하는 탄산칼슘(칼슘 카보네이트, CaCO3)의 양(단위 mg/l)으로 환산하여 수치화한 것을 의미한다. 물의 경도는 물의 맛에 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. 일정한 수치를 기준으로 물의 경도가 기준보다 높으면 경수, 기준보다 낮으면 연수로 분류된다. 세계보건기구(WHO)의 가이드라인에서는 경수와 연수의 기준을 더욱 세분화하여 분류한다.Water hardness means that the amount of calcium ions and magnesium ions contained in water is converted into the amount of calcium carbonate (calcium carbonate, CaCO 3 ) corresponding thereto (unit: mg / l). The hardness of water is known to affect the taste of water. If the water hardness is higher than the standard, it is classified as hard water. The World Health Organization (WHO) guidelines further classify hard water and training standards.
경도성 물질은 상온보다 높거나 낮은 온도에서 반응하여 스케일을 형성하게 된다. 스케일(예를 들어 CaCO3)이란 물에 잔류하는 미네랄 성분이 수분의 증발 후 뭉치면서 생기는 물질을 가리킨다. 냉장고나 정수기와 같은 워터 시스템의 출구에 생성된 스케일은 소비자에게 워터 시스템의 고장 또는 성능 저하로 인식되기 때문에 스케일의 생성을 방지하는 것이 필요하다.The hard material reacts at a temperature higher or lower than room temperature to form a scale. Scale (for example, CaCO 3 ) refers to a substance that is formed by the accumulation of minerals remaining in water after evaporation of water. The scale produced at the outlet of the water system, such as a refrigerator or water purifier, is required to prevent scale generation because the scale is perceived by the consumer as a failure or degradation of the water system.
또한 세탁기나 식기세척기와 같은 워터 클리닝 시스템에서 경도성 물질은 세제의 음이온과 결합하여 세척력의 저하를 유발하고 비용해성 세제 때를 생성하기 때문에 고경도의 물에서 경도성 물질을 제거하여 물의 경도를 낮추는 것이 필요하다.Also, in a water cleaning system such as a washing machine or a dishwasher, a hard material is combined with an anion of a detergent to cause deterioration of the detergent and to generate a non-detergent detergent, so that the hardness of the material is removed from the hard water, It is necessary.
종래의 기술 중에 물의 경도를 낮추는 기술로 이온교환수지가 존재한다. 이온교환수지는 이온교환수지에 존재하는 Na+ 또는 H+ 이온과 물에 존재하는 Ca2 + 또는 Mg2 + 이온의 교환을 통해 물의 경도를 낮추는 매커니즘을 갖는다. 그러나 이온교환수지는 처리용량의 한계로 인하여 짧은 수명을 갖는다. 따라서 이온교환수지를 계속 사용하기 위해서는 반드시 재생의 과정을 거쳐야 한다. 그러나 재생 과정에서 물 낭비가 심할 뿐만 아니라 환경 오염의 문제도 존재하고, 특히 재생이 반복될수록 점차 재생 효율이 감소하는 문제가 있다.Among the conventional techniques, an ion exchange resin exists as a technique for lowering water hardness. The ion exchange resin has a mechanism of lowering water hardness through the exchange of Na + or H + ions present in the ion exchange resin and Ca 2 + or Mg 2 + ions present in the water. However, ion exchange resins have a short lifetime due to the limit of processing capacity. Therefore, in order to continue to use the ion exchange resin, it must be regenerated. However, not only the waste water is wasted during the regeneration process but also there is a problem of environmental pollution, and in particular, the regeneration efficiency is gradually decreased as the regeneration is repeated.
한편, 종래의 워터 시스템은 원수의 경도성 물질 또는 스케일 유발 물질을 제거하기 위해 별도의 외장형 또는 내장형 필터를 구비하였다. 별도의 필터는 워터 시스템의 크기를 증가시키는 원인이 되므로, 공간 활용에 불리하다. 또한 별도의 필터는 경도성 물질 또는 스케일 유발 물질의 제거 성능이 저하되었을 때 교체가 불가피하다는 단점도 있었다.The conventional water system, on the other hand, has a separate external or built-in filter to remove the hard or scaled material of the raw water. Separate filters cause the water system to increase in size, which is disadvantageous for space utilization. Another disadvantage is that a separate filter is inevitable to replace when the removal performance of the hardness material or scale-inducing material is degraded.
본 발명의 일 목적은 별도의 필터 없이 원수의 경도성 물질 또는 스케일 유발 물질을 제거할 수 있는 워터 시스템을 제안하기 위한 것이다. 별도의 필터가 없다는 것은 필터의 교체도 불필요하다는 것을 의미한다.It is an object of the present invention to propose a water system capable of removing the hard or hard-starting material of raw water without a separate filter. The absence of a separate filter means that no filters need to be replaced.
본 발명의 다른 일 목적은 원수로부터 경도성 물질 또는 스케일 유발 물질을 제거하는 워터 시스템의 소형화와 공간 활용성 증대 효과를 구현하기 위한 것이다.Another object of the present invention is to realize a miniaturization of a water system for removing a hard material or a scale-inducing material from raw water and an effect of increasing space utilization.
본 발명의 또 다른 일 목적은 빈번한 재생을 필요로 하지 않으면서 물에 존재하는 경도성 물질 또는 스케일 유발 물질을 제거할 수 있는 워터 시스템을 제안하기 위한 것이다.Another object of the present invention is to propose a water system capable of removing hard or hard scale substances present in water without requiring frequent regeneration.
이와 같은 본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따르는 워터 시스템은, 물과 접촉하도록 이루어지는 부재; 및 상기 부재의 표면에 코팅되는 결정생성촉매를 포함하고, 상기 결정생성촉매는, 음전하를 띄는 고분자로 이루어지는 담체; 및 상기 담체의 결정화 사이트에 존재하며, 칼슘과 마그네슘 중 적어도 하나를 포함하는 결정 시드를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a water system including: a water-contacting member; And a crystal formation catalyst coated on a surface of the member, wherein the crystal formation catalyst comprises: a carrier made of a polymer having a negative charge; And a crystal seed present in the crystallization site of the carrier and containing at least one of calcium and magnesium.
본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 결정생성촉매는, 물에 존재하는 칼슘 양이온과 중탄산 음이온의 반응을 촉진하거나 물에 존재하는 마그네슘 양이온과 중탄산 음이온의 반응을 촉진하여, 경도성 물질 또는 스케일 유발 물질을 결정화시키도록 이루어진다.According to one embodiment of the present invention, the crystal generating catalyst is a catalyst for promoting the reaction of calcium cations and bicarbonate anions present in water or promoting the reaction of magnesium cations and bicarbonate anions present in water, To crystallize the material.
본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 결정생성촉매는 상기 담체의 표면에 형성되는 코팅층을 포함하고, 상기 코팅층은 상기 담체의 음전하량을 강화하도록 음전하를 띄는 물질로 이루어진다.According to another embodiment of the present invention, the crystal generation catalyst comprises a coating layer formed on the surface of the carrier, and the coating layer is made of a material having a negative charge so as to enhance the negative charge of the carrier.
상기 코팅층은 규산염(silicate) 또는 N-도핑된 그래핀(N-doped graphene)으로 이루어질 수 있다.The coating layer may be a silicate or an N-doped graphene.
본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 결정 시드는 금속탄산화물(MCO3, M은 금속)로 이루어질 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the crystal seed may be composed of a metal carbonate (MCO 3 , M is a metal).
상기와 같은 구성의 본 발명에 의하면, 결정생성촉매가 경도성 물질 또는 스케일 유발 물질의 결정화를 촉진하므로, 원수로부터 경도성 물질 또는 스케일 유발 물질을 제거할 수 있다. 이에 따라 본 발명은 물의 경도를 낮출 수 있다.According to the present invention having the above-described structure, since the crystal formation catalyst promotes the crystallization of the hard or scaly material, the hard or scaled material can be removed from the raw water. Accordingly, the present invention can lower the hardness of water.
특히 본 발명의 결정생성촉매는 물과 직접 접촉하는 부재의 표면에 코팅되므로, 워터 시스템은 경도성 물질 또는 스케일 유발 물질을 제거하기 위해 별도의 외장형 또는 내장형 필터를 구비하지 않아도 되는 장점이 있다. 별도의 필터를 구비하지 않는다는 것은 워터 시스템의 소형화를 구현하고, 공간 활용성을 향상시킬 수 있는 효과가 인정된다.In particular, since the crystal-forming catalyst of the present invention is coated on the surface of a member that is in direct contact with water, the water system has the advantage of not having a separate external or built-in filter to remove the hard or scaling material. The fact that no separate filter is provided realizes the miniaturization of the water system and the improvement of the space usability.
또한 본 발명의 결정생성촉매는 이온교환수지에 비해 반응 속도는 느리지만 월등히 긴 수명을 가지므로, 빈번한 재생을 필요로 하지 않는다. 또한 결정생성촉매는 재생을 필요로 하지 않기 때문에, 이온교환수지에서 문제되는 물 낭비, 환경오염 및 재생 효율 감소의 문제를 해결할 수 있다.In addition, since the crystal-forming catalyst of the present invention has a slower reaction time than a ion-exchange resin but has a much longer life, it does not require frequent regeneration. In addition, since the crystal formation catalyst does not require regeneration, it is possible to solve the problem of water waste, environmental pollution, and reduction in the regeneration efficiency, which are problems in the ion exchange resin.
도 1은 워터 시스템의 일 예를 나타내는 세탁기의 개념도다.
도 2는 제1실시예의 결정생성촉매를 보인 개념도다.
도 3은 제2실시예의 결정생성촉매를 보인 개념도다.
도 4a 내지 도 4c는 결정생성촉매의 매커니즘을 순차적으로 설명하기 위한 개념도들이다.
도 5는 본 발명의 결정생성촉매와 종래의 이온교환수지를 실험적으로 비교한 그래프다.1 is a conceptual view of a washing machine showing an example of a water system.
Fig. 2 is a concept showing the crystal generating catalyst of the first embodiment. Fig.
Fig. 3 is a concept showing the crystal generation catalyst of the second embodiment. Fig.
4A to 4C are conceptual diagrams for sequentially illustrating the mechanism of the crystal generation catalyst.
FIG. 5 is a graph comparing experimental crystal-forming catalysts of the present invention with conventional ion exchange resins.
이하, 본 발명에 관련된 워터 시스템에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일, 유사한 구성에 대해서는 동일, 유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다. 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.Hereinafter, a water system according to the present invention will be described in more detail with reference to the drawings. In the present specification, the same reference numerals are given to the same components in different embodiments, and the description thereof is replaced with the first explanation. As used herein, the singular forms "a", "an" and "the" include plural referents unless the context clearly dictates otherwise.
도 1은 워터 시스템의 일 예를 나타내는 세탁기(100)의 개념도다.1 is a conceptual view of a
세탁기(100)는 세탁물을 빨래하는 기계를 의미한다. 세탁기(100)가 세탁물을 빨래하기 위해서는 세척, 헹굼, 탈수의 과정을 거치게 된다.The
세척 과정은 세탁기(100)가 외부 수원으로부터 원수를 공급받고, 사용자에 의해 투입된 세제와 원수를 혼합하여 세척수를 형성한 다음, 세탁물에 세척수를 공급하고 기계적인 회전을 통해 세탁물을 세척하는 과정이다.The washing process is a process in which the
헹굼은 세제와 혼합되지 않은 원수를 세탁물에 투입하여 세탁물에 존재하는 세척수를 제거하는 과정이다.Rinsing is a process in which raw water not mixed with detergent is put into laundry to remove washing water present in the laundry.
마지막으로 탈수 과정은 젖어 있는 세탁물에서 물기를 최대한 제거하여 세탁물이 빨리 마를 수 있도록 하는 과정이다.Finally, the dehydration process is to remove the moisture from the wet laundry as much as possible, so that the laundry can dry quickly.
이와 같이 세탁기(100)는 물을 이용하여 세탁물을 빨래하게 된다. 그러나 원수에 존재하는 경도성 물질 또는 스케일 유발 물질(예를 들어 칼슘 양이온이나 마그네슘 양이온)은 세제의 음이온과 결합하여 비용해성 세제 때를 형성하게 되고, 결과적으로 세탁기(100)의 세척력을 저하시키는 원인이다. 따라서 세탁기(100)의 세척력을 향상시키기 위해서는 원수에 존재하는 경도성 물질 또는 스케일 유발 물질을 제거하여 원수의 경도를 낮추고, 이렇게 형성된 저경도의 물을 세탁에 이용해야 한다.Thus, the
저경도의 물을 요구하는 것은 비단 세탁기(100)뿐만이 아니다. 예를 들어 식기 세척기도 실질적으로 세척의 대상만 다를 뿐, 세제를 이용하여 식기류를 세척하는 장치라는 점에서는 세탁기(100)와 유사하다. 따라서 식기 세척기도 저경도의 물을 이용해야 강한 세척력을 가질 수 있다.It is not only the
정수기, 정수기를 갖는 냉장고, 정수 필터 등의 장치들은 물을 여과하는 장치들이다. 이 장치들은 물에 존재하는 경도성 물질 또는 스케일 유발 물질을 제거하는 기능을 필요로 할 수 있다. 왜냐하면 경도성 물질 또는 스케일 유발 물질은 물의 맛에 영향을 미칠 수 있기 때문에, 본질적으로 무미의 액체인 물에서 맛이 느껴진다면 그 물을 음용하는 사용자가 정수기의 성능을 의심하는 결과로 이어질 수 있다. 나아가 정수기에서 여과된 물에 스케일이 존재한다면 마찬가지로 정수기 사용자는 정수기의 성능을 의심하게 될 것이다.Devices such as water purifiers, refrigerators with water purifiers, and water filters are devices that filter water. These devices may require the ability to remove hard or scaling substances present in water. Because hardness substances or scale-inducing substances can affect the taste of water, if the taste is felt in water which is essentially tasteless, the user drinking the water may lead to the suspicion of the performance of the water purifier. Furthermore, if there is a scale in the water filtered by the water purifier, the user of the water purifier will also doubt the performance of the water purifier.
이상에서 설명한 바와 같이 물과 관련된 장치들을 포함하는 개념으로 본 발명에서는 이러한 장치들을 워터 시스템이라 명명한다. 냉장고는 물을 여과하거나 물을 이용하여 세척하는 장치는 아니지만, 물을 이용하여 얼음을 생성한다. 냉장고도 물을 이용하므로 워터 시스템의 개념에 포함될 수 있다. 워터 시스템은 본질적으로 물을 이용하거나 물을 여과하는 장치들을 의미하나, 반드시 이러한 개념에 국한되어야만 하는 것은 아니다. 물과 관련된다면 본 발명의 워터 시스템이라는 개념에 모두 포함될 수 있다.As described above, these devices are referred to as a water system in the present invention as a concept including devices related to water. A refrigerator is not a device that filters water or uses water to clean it, but uses water to generate ice. Refrigerators can also be included in the concept of water systems because they use water. A water system is essentially a device that uses water or filters water, but it does not necessarily have to be limited to this concept. And can be all included in the concept of the water system of the present invention if it is related to water.
워터 시스템은 물과 관련된 장치들이므로 물과 직접 접촉하도록 이루어지는 부재를 구비한다.The water system is a device related to water and therefore has a member made to come into direct contact with water.
예를 들어 세탁기(100)는 세탁물을 투입하는 드럼(110), 상기 드럼(110)을 감싸면서 세척수를 수용하도록 형성되는 터브(미도시)를 구비한다. 또한 세탁기(100)는 원수나 세척수를 공급하기 위한 각종 유로 또는 배관(140, 122, 123, 14)을 구비한다. 이와 같이 물과 접 접촉하는 모든 부품들은 본 발명에서의 물과 접촉하는 부재에 해당한다.For example, the
또한 냉장고의 얼음 트레이는 사용자가 물을 투입하게 되면 물과 직접 접촉하게 된다. 정수기 등 물을 여과하는 장치들은 저수조, 각종 유로 또는 배관, 코크를 구비한다. 이와 같이 물과 접촉하는 각종 부품들은 모두 본 발명에서의 물과 접촉하는 부재에 해당한다.The ice tray of the refrigerator also comes into direct contact with the water when the user puts the water into it. Devices for filtering water, such as water purifiers, are equipped with a water tank, various flow paths, pipes, and corks. The various components that come into contact with water in this way are all members that come in contact with water in the present invention.
본 발명의 워터 시스템은 별도의 필터 없이 원수에 존재하는 경도성 물질 또는 스케일 유발 물질을 제거하기 위해 상기 부재의 표면에 코팅되는 결정생성촉매를 포함한다.The water system of the present invention comprises a crystal-forming catalyst coated on the surface of the member to remove hard or scaling substances present in the raw water without a separate filter.
이하에서는 결정생성촉매에 대하여 설명한다.Hereinafter, the crystal formation catalyst will be described.
도 2는 제1실시예의 결정생성촉매(140)를 보인 개념도다.2 is a concept showing the
결정생성촉매(140)는 담체(141)(catalyst support, carrier, 또는 supporting material)와 결정 시드(143)를 포함한다.The
담체(141)는 음전하를 띄는 고분자로 이루어진다. 칼슘 양이온(10), 마그네슘 양이온(20)과 같은 경도성 물질 또는 스케일 유발 물질은 양전하를 띈다. 따라서 담체(141)가 음전하를 띄는 고분자로 이루어진다면 정전기적 인력에 의해 담체(141)가 경도성 물질 또는 스케일 유발 물질을 끌어당길 수 있다. 음전하는 띄는 고분자는 예를 들어 폴리아크릴레이트(polyacrylate)를 포함한다.The
담체(141)의 표면에는 여러 결정화 사이트(142)가 형성된다. 결정화 사이트(142)는 경도성 물질 또는 스케일 유발 물질의 결정화가 이루어지는 공간을 가리킨다. 결정화 사이트(142)에는 결정 시드(143)가 존재한다.A plurality of
결정 시드(143)는 경도성 물질 또는 스케일 유발 물질을 결정(30)으로 만드는 무기 소재다. 결정 시드(143)는 칼슘과 마그네슘 중 적어도 하나를 포함한다. 예를 들어 결정 시드(143)는 탄산칼슘(칼슘 카보네이트, CaCO3) 결정과 탄산마그네슘(마그네슘 카보네이트, MgCO3) 결정 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The
결정 시드(143)는 금속탄산화물(MCO3, M은 금속)로 이루어질 수 있다. 상기 탄산칼슘과 탄산마그네슘도 금속탄산화물의 개념에 포함된다. 금속탄산화물의 금속(M)은 아라고나이트(aragonite, 사방결정) 결정 구조를 갖는 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 바륨(Ba)을 포함한다. 아라고나이트 결정 구조는 칼사이트(calcite, 마름모결정) 결정 구조에 비해 더욱 빠른 결정 성장 속도를 가진다. 따라서 결정 시드(143)가 아라고나이트 결정 구조를 갖는 금속을 포함한다면, 경도성 물질 또는 스케일 유발 물질을 아라고나이트 결정 구조로 결정화시킬 수 있다. 이에 따라 아라고나이트 결정 구조를 갖는 결정생성촉매(140)는 칼사이트 결정 구조를 갖는 결정 시드(143)에 비해 더욱 빠른 초기 반응 속도 및 더욱 빠른 경도성 물질 또는 스케일 유발 물질 제거 성능을 보일 수 있다.The
칼슘 양이온(10)이나 마그네슘 양이온(20)과 같이 원수에 존재하는 경도성 물질 또는 스케일 유발 물질은 결정생성촉매(140)에 접근하면 정전기적 인력에 의해 담체(141)의 결정화 사이트(142)에 모인다. 결정화 사이트(142)에는 결정 시드(143)가 존재하며, 결정 시드(143)에 의해 경도성 물질 또는 스케일 유발 물질은 결정화된다. 경도성 물질 또는 스케일 유발 물질의 결정화 반응식은 화학식 1과 화학식 2로 나타내어질 수 있다. MEDIA는 결정생성촉매(140)를 가리킨다.The hard or scaled material present in the raw water, such as the
[화학식 1][Chemical Formula 1]
Ca2 + + HCO3 - + MEDIA -> CaCO3(결정) + CO2 + H2O + MEDIACa 2 + + HCO 3 - + MEDIA -> CaCO 3 (crystal) + CO 2 + H 2 O + MEDIA
[화학식 2](2)
Mg2 + + HCO3 - + MEDIA -> MgCO3(결정)+ CO2 + H2O + MEDIAMg 2 + + HCO 3 - + MEDIA -> MgCO 3 (crystal) + CO 2 + H 2 O + MEDIA
결정생성촉매(140)는 화학식 1과 같이 원수에 존재하는 칼슘 양이온(Ca2 +)과 중탄산 음이온(HCO3 -)의 반응을 촉진한다. 또한 결정생성촉매(140)는 화학식 2와 같이 원수에 존재하는 마그네슘 양이온(Mg2 +)과 중탄산 음이온(HCO3 -)의 반응을 촉진한다. 결정생성촉매(140)는 화학식 1 반응과 화학식 2 반응의 촉진을 통해 경도성 물질 또는 스케일 유발 물질의 결정화에 기여한다.The
도 3은 제2실시예의 결정생성촉매(240)를 보인 개념도다.3 is a concept showing the
결정생성촉매(240)는 담체(241), 결정 시드(243) 및 코팅층(244)을 포함한다. 담체(241)와 결정 시드(243)에 대한 설명은 도 2의 설명으로 갈음한다.The
코팅층(244)은 담체(241)의 표면에 코팅되어 형성된다. 코팅층(244)은 담체(241)의 음전하량을 강화하도록 음전하를 띄는 물질로 이루어진다. 예를 들어 코팅층(244)은 규산염(silicate) 또는 N-도핑된 그래핀(N-doped graphene)으로 이루어질 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 코팅층(244)은 담체(241)의 음전하량을 강화(증가)시킬 수 있으면 다른 소재로 형성되는 것도 가능하다.The
코팅층(244)이 담체(241)의 음전하량을 강화함에 따라 양전하는 띄는 경도성 물질 또는 스케일 유발 물질은 결정생성촉매(240)에 더욱 강하게 끌어 당겨질 수 있다.As the
도 4a 내지 도 4c는 결정생성촉매(240)의 매커니즘을 순차적으로 설명하기 위한 개념도들이다.FIGS. 4A to 4C are conceptual diagrams for sequentially illustrating the mechanism of the
도 4a를 참조하면, 담체(241)와 코팅층(244)이 음전하를 띄고, 경도성 물질 또는 스케일 유발 물질은 양전하를 띈다. 따라서 결정생성촉매(240)와 경도성 물질 또는 스케일 유발 물질 사이에는 정전기적 인력이 발생하게 되고, 경도성 물질 또는 스케일 유발 물질은 결정생성촉매(240)의 표면에 접근하게 된다.Referring to FIG. 4A, the
원수에는 경도성 물질 또는 스케일 유발 물질 물질뿐만 아니라 중탄산 음이온(HCO3 -)도 존재한다. 중탄산 음이온은 경도성 물질 또는 스케일 유발 물질과 정전기적 인력에 의해 서로 달라붙어 있다. 따라서 경도성 물질 또는 스케일 유발 물질이 결정생성촉매(240)에 접근하게 되면, 중탄산 음이온도 경도성 물질 또는 스케일 유발 물질과 함께 결정생성촉매(240)에 접근하게 된다.The raw water also contains bicarbonate anions (HCO 3 - ) as well as hard or scale-generating substances. Bicarbonate anions are stuck together by hard or electrostatic attraction with scale-generating substances. Thus, when the hard or scaled material approaches the
이어서 도 4b를 참조하게 되면, 결정생성촉매(240)의 촉매 작용으로 인해 경도성 물질 또는 스케일 유발 물질은 결정으로 성장하게 된다. 결정의 성장은 결정생성촉매(240)의 결정화 사이트에서 이루어진다. 결정의 성장 반응은 앞서 화학식 1과 화학식 2에서 설명하였다.Referring next to FIG. 4B, the catalytic action of the
마지막으로 도 4c를 참조하면, 담체(241)의 유동 또는 결정생성촉매(240)에 충돌하는 물 분자에 의해 결정생성촉매(240)로부터 결정이 이탈된다. 결정생성촉매(240)는 결정을 성장시키는 다른 반응에 또 다시 참여할 수 있게 된다.Finally, referring to FIG. 4C, the crystal is released from the
도 2, 도 3, 도 4a 내지 도 4b에서 설명한 결정생성촉매(140, 240)는 물과 접촉하는 부재의 표면에 코팅된다. 따라서 결정생성촉매(140, 240)가 코팅된 부재를 갖는 본 발명의 워터 시스템은 별도의 필터 없이 원수에 존재하는 경도성 물질 또는 스케일 유발 물질을 제거할 수 있다. 별도의 필터를 구비하지 않는다는 것은 워터 시스템의 소형화를 구현하고, 공간 활용성을 향상시킬 수 있다는 것을 의미한다.The
결정생성촉매(140, 240)는 촉매라는 특성으로 인해 반응 후에 원래대로 남게 되므로, 다시 결정화 촉진 반응에 참여할 수 있다. 따라서 결정생성촉매(140, 240)는 지속적인 여과 성능을 발휘할 수 있다. 결정생성촉매(140, 240)는 빈번한 재생을 필요로 하지 않기 때문에, 이온교환수지에서 문제되는 물 낭비, 환경오염 및 재생 효율 감소의 문제를 해결할 수 있다.Since the
도 5는 본 발명의 결정생성촉매와 종래의 이온교환수지를 실험적으로 비교한 그래프다.FIG. 5 is a graph comparing experimental crystal-forming catalysts of the present invention with conventional ion exchange resins.
그래프의 가로축은 시간(분)이고, 세로축은 경도 저하율(water hardness reduction, %)을 가리킨다. 경도 저하율은 곧 원수로부터 경도성 물질과 스케일 유발 물질을 제거하는 여과 성능을 의미한다.The abscissa of the graph represents time (minutes), and the ordinate represents water hardness reduction (%). The rate of decrease in hardness means the filtration performance that removes the hard and hard materials from the raw water.
먼저 이온교환수지의 그래프를 참조하면, 이온교환수지는 초기부터 급격한 높은 여과 성능을 보인다. 이온교환수지에 노출된 원수의 경도는 짧은 시간 내에 낮아지기 때문에, 이온교환수지는 매우 빠른 반응 속도를 가짐을 알 수 있다. 또한 이온교환수지의 경도 저하율은 거의 100%에 육박하기 때문에, 이온교환수지가 매우 우수한 여과 성능을 갖는다는 것을 확인할 수 있다.First, referring to the graph of the ion exchange resin, the ion exchange resin shows a drastic high filtration performance from the beginning. Since the hardness of the raw water exposed to the ion exchange resin is lowered in a short time, the ion exchange resin has a very fast reaction rate. In addition, since the rate of decrease in hardness of the ion exchange resin is close to 100%, it can be confirmed that the ion exchange resin has a very excellent filtration performance.
그러나, 실험 결과를 살펴보면 이온교환수지의 수명은 작동시간이 약 200분에 이르기 전에 끝난다. 따라서 이온교환수지를 계속 사용하기 위해서는 반드시 재생이라는 과정을 거쳐야 한다.However, the experimental results show that the lifetime of the ion exchange resin ends before the operating time reaches about 200 minutes. Therefore, in order to continue to use the ion exchange resin, it must be regenerated.
이에 반해 결정생성촉매의 그래프를 참조하면, 결정생성촉매는 여과 성능은 이온교환수지에 비해 느리게 증가한다. 이것은 결정생성촉매가 이온교환수지에 비해 느린 반응 속도를 가진다는 것을 의미한다. 그러나 결정생성촉매의 여과 성능은 이온교환수지와 달리 시간이 증가할수록 계속에서 완만하게 증가한다. 이것은 결정생성촉매의 수명이 이온교환수지에 비해 매우 길다는 것을 의미하며, 이온교환수지와 달리 빈번한 재생을 필요로 하지 않는다는 것을 의미한다.On the other hand, referring to the graph of the crystal formation catalyst, the crystal formation catalyst has a slower increase in the filtration performance than the ion exchange resin. This means that the crystal formation catalyst has a slower reaction rate than the ion exchange resin. However, the filtration performance of the catalyst for crystallization increases slowly with time, unlike the ion exchange resin. This means that the lifetime of the catalyst for crystallization is very long as compared with the ion exchange resin, and unlike the ion exchange resin, it does not require frequent regeneration.
결정생성촉매가 이온교환수지에 비해 월등히 긴 수명을 갖는 것은 매커니즘의 차이로부터 비롯된다. 이온교환수지가 이온 간의 교환을 통해 원수로부터 경도성 물질이나 스케일 유발 물질을 제거하기 때문에, 시간이 지날수록 교환 가능한 이온의 수는 감소한다. 이에 반해 결정생성촉매는 생성된 결정이 결정생성촉매로부터 분리되고 나면, 다시 결정을 생성하는 다른 반응에 참여할 수 있기 때문에 반영구적으로 원수를 여과할 수 있는 것이다.The fact that the crystal formation catalyst has a much longer lifetime than the ion exchange resin results from the difference in mechanism. As the ion exchange resin removes the hard or scale-originating substances from the raw water through exchange of ions, the number of exchangeable ions decreases over time. On the other hand, the crystal formation catalyst can semi-permanently filter the raw water since the generated crystal is separated from the crystal formation catalyst and can participate in another reaction to generate crystals again.
따라서 본 발명의 복합 필터는 이온교환수지에 비하여 느린 반응 속도를 가지기는 하나, 빈번한 재생을 필요로 하지 않으므로 매우 긴 수명을 갖고, 재생으로 인한 물 낭비나 환경 오염, 재생 효율의 감소 등의 문제를 해결할 수 있는 장점을 갖는다.Therefore, the composite filter of the present invention has a slower reaction rate than the ion exchange resin, but does not require frequent regeneration, and thus has a very long life, and solves problems such as water waste, environmental pollution, .
또한 결정 시드가 아라고나이트 구조를 갖는다면, 결정생성촉매의 결정 성장 속도는 더욱 향상된다. 이에 따라 결정생성촉매의 경도성 물질 또는 스케일 유발 물질 제거 속도도 더욱 향상될 것으로 기대된다.Further, if the crystal seed has an aragonite structure, the crystal growth rate of the crystal formation catalyst is further improved. Accordingly, it is expected that the removal rate of the hard or scaled material of the crystal generating catalyst will be further improved.
이상에서 설명된 워터 시스템은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법에 한정되는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.The water system described above is not limited to the configuration and the method of the embodiments described above, but the embodiments may be configured by selectively combining all or a part of each embodiment so that various modifications may be made.
Claims (5)
상기 부재의 표면에 코팅되는 결정생성촉매를 포함하고,
상기 결정생성촉매는,
음전하를 띄는 고분자로 이루어지는 담체; 및
상기 담체의 결정화 사이트에 존재하며, 칼슘과 마그네슘 중 적어도 하나를 포함하는 결정 시드를 포함하는 것을 특징으로 하는 워터 시스템.A member made to contact with water; And
And a crystal-forming catalyst coated on the surface of the member,
The above-mentioned crystal-
A carrier made of a polymer having a negative charge; And
And a crystal seed present in the crystallization site of said carrier and comprising at least one of calcium and magnesium.
상기 결정생성촉매는, 물에 존재하는 칼슘 양이온과 중탄산 음이온의 반응을 촉진하거나 물에 존재하는 마그네슘 양이온과 중탄산 음이온의 반응을 촉진하여, 경도성 물질 또는 스케일 유발 물질을 결정화시키도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 워터 시스템.The method according to claim 1,
The catalyst for crystallization is characterized in promoting the reaction of calcium cations and bicarbonate anions present in water or promoting the reaction of magnesium cations and bicarbonate anions present in water to crystallize the hard or scale- Water system.
상기 결정생성촉매는 상기 담체의 표면에 형성되는 코팅층을 포함하고,
상기 코팅층은 상기 담체의 음전하량을 강화하도록 음전하를 띄는 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 워터 시스템.The method according to claim 1,
Wherein the crystal generating catalyst comprises a coating layer formed on a surface of the carrier,
Wherein the coating layer is made of a material having a negative charge so as to enhance negative charge of the carrier.
상기 코팅층은 규산염(silicate) 또는 N-도핑된 그래핀(N-doped graphene)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 워터 시스템.The method of claim 3,
Wherein the coating layer comprises a silicate or an N-doped graphene.
상기 결정 시드는 금속탄산화물(MCO3, M은 금속)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 워터 시스템.The method according to claim 1,
Wherein the crystal seed is comprised of a metal carbonate (MCO 3 , M is metal).
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