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
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특허명: 양이온 첨가제로 개질된 폐활성탄을 이용한 보도블럭 제조방법
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발명자: 이도균 교수
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출원번호: 10-2022-0167624
상세 정보
발명의 배경과 필요성
기술의 배경과 문제점
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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.
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기존의 보도블록은 주로 모래, 시멘트 및 안료を 사용하여 제조함. 이로 인해 빗물이 지층으로 침투하지 못해 지하수량이 감소하고, 빗물을 효율적으로 활용하지 못함.
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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
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투수성과 수질 정화 기능을 동시에 제공하는 포장재가 필요함. 이는 도시 오염물질의 유출을 줄이고 빗물을 효율적으로 자원화할 수 있음.
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기존의 제한적 기능만을 가진 투수성 보도블록 대신, 지속 가능한 환경 시스템 구축을 위해 폐자원을 활용한 신기술이 요구됨.
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양이온 첨가제를 통해 개질된 폐활성탄을 사용한 보도블록은 오염물 제거 효율을 높이고 환경부하를 줄일 수 있음.
구현방법
기술의 원리
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본 발명은 폐활성탄을 재생하고 양이온 첨가제로 개질하여 보도블록을 제조하는 기술임. 재생된 폐활성탄은 오염물질 흡착 성능이 뛰어나고, 빗물의 투과성을 높임.
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양이온 첨가제의 사용은 활성탄 표면을 양전하로 개질하여, 음전하를 띤 오염물질을 효과적으로 제거함.
구체적인 구현 방법
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폐활성탄를 건조 오븐에서 120℃로 24시간 건조함. 분쇄 후 체진동기를 이용하여 1-5mm 크기로 분체함.
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양이온 첨가제 용액에 폐활성탄를 침지하여 150℃ 오븐에서 건조하고, 후속 세척 및 건조 절차를 거침.
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생분해성 소재로 하우징을 만들어 재생활성탄을 채워 보도블록을 제작함. 하우징 바닥에는 스테인레스 스틸 mesh를 설치하여 투수성을 높임.
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하우징은 3D 프린터로 제조하며, 하우징 바닥면에 있는 mesh는 쉽게 교체 가능하도록 설계됨.
기술의 장점
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양이온 첨가제로 개질된 폐활성탄 보도블록은 각종 오염물의 제거율이 높으며, 빗물의 투수성과 수질 정화 기능을 동시에 제공함.
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비점오염원이 유출되는 지점 인근에 설치하여 오염물질이 하천으로 유입되는 경로를 차단할 수 있음. 이를 통해 환경부하를 효과적으로 저감할 수 있음.
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기존의 단순 투수성 포장재와 달리 흡착성능을 갖추어 물 순환 구조를 개선하며, 폐자원을 재활용하여 지속 가능한 환경 시스템 구축에 기여함.
실험 및 결과
실험의 목적
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양이온 첨가제(FeSO4) 농도별 폐활성탄의 흡착성능을 비교 평가함. 실험 대상은 총대장균군(TC) 및 탁도(Turbidity) 제거율임.
실험 방법 및 과정
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연못물을 시료로 사용하여 개질된 폐활성탄과 일반 폐활성탄을 비교 평가함.
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0.2M FeSO4 용액으로 개질된 폐활성탄의 경우 지금까지 가장 높은 제거율을 나타냄.
실험 결과
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총대장균군 제거율: 일반 폐활성탄 86.16%, 0.2M FeSO4 개질 폐활성탄 99.70%
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탁도 제거율: 일반 폐활성탄 77.7%, 0.2M FeSO4 개질 폐활성탄 88.58%
발명의 활용 방안
활용 방안
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제조업, 상업시설, 주거지역 등 다양한 장소에 적용 가능함. 특히 비점오염원 유출이 많은 지역에서 효과적임.
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도시의 물 순환 구조 개선, 도심 열섬 현상 저감 등의 환경 문제를 해결하는 데 활용될 수 있음.
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생분해성 소재 사용으로 폐기 시 환경 문제를 최소화할 수 있으며, 인프라 구축 비용 절감에도 기여함.
기대효과
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환경 오염물 제거 및 도시 침수 문제를 동시에 해결하는 혁신적인 기술임.
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지속 가능한 환경 시스템 구축을 통해 장기적으로 환경 보존과 비용 절감에 기여할 수 있음.
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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
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