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양이온 첨가제로 개질된 폐활성탄을 이용한 보도블럭 제조방법

요약
도시의 집중호우로 인한 침수 문제와 오염물 유출 문제를 해결하기 위해, 양이온 첨가제를 사용하여 개질된 폐활성탄 보도블록을 제안합니다. 이 보도블록은 뛰어난 투수성과 수질 정화 기능을 동시에 제공하여 빗물 활용을 극대화하고, 도시 오염물질의 하천 유입을 효과적으로 차단할 수 있습니다. 또한, 생분해성 하우징을 사용하여 환경 부하를 줄이고, 물 순환 구조를 개선하여 도심 열섬 현상을 완화합니다. 실험 결과, 개질된 폐활성탄이 총대장균군 99.70%, 탁도를 88.58% 제거하는 뛰어난 성능을 보였습니다. 이 기술은 다양한 도시 환경에 적용 가능하며, 지속 가능한 환경 시스템 구축에 기여합니다.

기본 정보

특허명: 양이온 첨가제로 개질된 폐활성탄을 이용한 보도블럭 제조방법
발명자: 이도균 교수
출원번호: 10-2022-0167624

상세 정보

발명의 배경과 필요성

기술의 배경과 문제점

기후변화로 인한 강우 강도 및 집중호우 증가로 도시 침수가 자주 발생하고 있음. 도시화에 따른 불투수 면적 증가로 강우 시 도로에 쌓인 오염물질이 하천으로 유입되어 도시 오염 부하량을 증가시키고 있음.
기존의 보도블록은 주로 모래, 시멘트 및 안료を 사용하여 제조함. 이로 인해 빗물이 지층으로 침투하지 못해 지하수량이 감소하고, 빗물을 효율적으로 활용하지 못함.
이를 해결하기 위해 투수성 포장재가 개발되었으나 강수량이 많을 경우 빗물이 충분히 침투하지 못함. 또한, 여름철 도시의 열섬 현상을 완화하기 위해서는 빗물을 일정량 유지하며 증발시켜 주변 열을 낮추는 것이 필요함.

기술의 필요성

투수성과 수질 정화 기능을 동시에 제공하는 포장재가 필요함. 이는 도시 오염물질의 유출을 줄이고 빗물을 효율적으로 자원화할 수 있음.
기존의 제한적 기능만을 가진 투수성 보도블록 대신, 지속 가능한 환경 시스템 구축을 위해 폐자원을 활용한 신기술이 요구됨.
양이온 첨가제를 통해 개질된 폐활성탄을 사용한 보도블록은 오염물 제거 효율을 높이고 환경부하를 줄일 수 있음.

구현방법

기술의 원리

본 발명은 폐활성탄을 재생하고 양이온 첨가제로 개질하여 보도블록을 제조하는 기술임. 재생된 폐활성탄은 오염물질 흡착 성능이 뛰어나고, 빗물의 투과성을 높임.
양이온 첨가제의 사용은 활성탄 표면을 양전하로 개질하여, 음전하를 띤 오염물질을 효과적으로 제거함.

구체적인 구현 방법

폐활성탄를 건조 오븐에서 120℃로 24시간 건조함. 분쇄 후 체진동기를 이용하여 1-5mm 크기로 분체함.
양이온 첨가제 용액에 폐활성탄를 침지하여 150℃ 오븐에서 건조하고, 후속 세척 및 건조 절차를 거침.
생분해성 소재로 하우징을 만들어 재생활성탄을 채워 보도블록을 제작함. 하우징 바닥에는 스테인레스 스틸 mesh를 설치하여 투수성을 높임.
하우징은 3D 프린터로 제조하며, 하우징 바닥면에 있는 mesh는 쉽게 교체 가능하도록 설계됨.

기술의 장점

양이온 첨가제로 개질된 폐활성탄 보도블록은 각종 오염물의 제거율이 높으며, 빗물의 투수성과 수질 정화 기능을 동시에 제공함.
비점오염원이 유출되는 지점 인근에 설치하여 오염물질이 하천으로 유입되는 경로를 차단할 수 있음. 이를 통해 환경부하를 효과적으로 저감할 수 있음.
기존의 단순 투수성 포장재와 달리 흡착성능을 갖추어 물 순환 구조를 개선하며, 폐자원을 재활용하여 지속 가능한 환경 시스템 구축에 기여함.

실험 및 결과

실험의 목적

양이온 첨가제(FeSO4) 농도별 폐활성탄의 흡착성능을 비교 평가함. 실험 대상은 총대장균군(TC) 및 탁도(Turbidity) 제거율임.

실험 방법 및 과정

연못물을 시료로 사용하여 개질된 폐활성탄과 일반 폐활성탄을 비교 평가함.
0.2M FeSO4 용액으로 개질된 폐활성탄의 경우 지금까지 가장 높은 제거율을 나타냄.

실험 결과

총대장균군 제거율: 일반 폐활성탄 86.16%0.2M FeSO4 개질 폐활성탄 99.70%
탁도 제거율: 일반 폐활성탄 77.7%0.2M FeSO4 개질 폐활성탄 88.58%

발명의 활용 방안

활용 방안

제조업, 상업시설, 주거지역 등 다양한 장소에 적용 가능함. 특히 비점오염원 유출이 많은 지역에서 효과적임.
도시의 물 순환 구조 개선, 도심 열섬 현상 저감 등의 환경 문제를 해결하는 데 활용될 수 있음.
생분해성 소재 사용으로 폐기 시 환경 문제를 최소화할 수 있으며, 인프라 구축 비용 절감에도 기여함.

기대효과

환경 오염물 제거 및 도시 침수 문제를 동시에 해결하는 혁신적인 기술임.
지속 가능한 환경 시스템 구축을 통해 장기적으로 환경 보존과 비용 절감에 기여할 수 있음.
폐자원 재활용을 통해 경제적 이익을 창출하며, 친환경 이미지 제고에 기여함.

시장 동향

투수성 포장재 시장 동향

도시 열섬 현상 완화 기술 동향

지속 가능한 포장재 시장 동향

대표도면

기술이전 담당자 연락처

담당자명: 이미정 계장
부서: 기술사업화팀
전화번호: 032-835-9766
이메일: mijung@inu.ac.kr
인천대학교 산학협력단
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