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KR102297635B1 - 공기청정기 - Google Patents

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KR102297635B1
KR102297635B1 KR1020170163483A KR20170163483A KR102297635B1 KR 102297635 B1 KR102297635 B1 KR 102297635B1 KR 1020170163483 A KR1020170163483 A KR 1020170163483A KR 20170163483 A KR20170163483 A KR 20170163483A KR 102297635 B1 KR102297635 B1 KR 102297635B1
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KR
South Korea
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activated carbon
visible light
particles
active catalyst
deodorizing filter
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김하나
이엽
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(주)엘엑스하우시스
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Abstract

가시광 활성 촉매를 포함하는 탈취 필터; 및 백색 발광다이오드 모듈;을 포함하는 공기청정기를 제공한다.

Description

공기청정기{AIR PURIFIER}
공기청정기에 관한 것이다.
공기청정기는 최근 실내 및 대기 오염이 심화됨에 따라 점차 필요성이 증가되고 있는 추세이다. 또한, 공기청정기 규제 (규격) 역시 높아지는 소비자의 요구에 맞춰 증가하고 있다.
공기청정기에 구비되는 탈취필터의 주 소재인 활성탄은 나노 또는 마이크로 크기를 갖는 다양한 기공을 통해 나타나는 높은 비표면적과 (첨착제에 의한) 표면의 여러 작용기에 의해 유해가스(VOCs), 중금속, 세균, 바이러스 등을 흡착하게 된다. 이를 위해서 흡착제는 높은 비표면적을 갖는 것이 매우 중요하다. 흡착제에서 높은 비표면적은 결국 흡착제의 포화흡착량 및 흡착속도와 밀접한 관계를 가지고 있기 때문이다. 이 외에도 흡착제의 표면처리를 통해서 흡착제 표면에 특정 작용기를 부착시킴으로써 제거 대상 물질의 흡착성을 향상시키는 것도 가능하다.
하지만, 활성탄은 흡착제이기 때문에 흡착가능한 싸이트 (기공)가 포화될 경우 성능이 급격히 저하되는 문제를 가지고 있고, 특히, 알데히드 계열의 가스는 흡착이 어렵다. 따라서, 알데히드 계열의 가스 제거를 위해 화학흡착 방식의 유기 첨착제를 도입하게 되지만, 이 경우 한번 흡착되면 재생이 불가능한 화학흡착 방식의 한계상 내구성을 확보하기 어렵고, 중국 규격과 같이 누적 정화량을 평가할 경우 규제를 만족시킬 수 있는 성능을 구현하는 것이 어렵다.
본 발명의 일 구현예는 유해가능 분해능, 탈취 성능 및 내구성이 향상된 공기청정기를 제공한다.
본 발명의 일 구현예에서, 가시광 활성 촉매를 포함하는 탈취 필터; 및 백색 발광다이오드 모듈;을 포함하는 공기청정기를 제공한다.
상기 공기청정기는 유해가능 분해능, 탈취 성능 및 내구성이 향상된다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 공기 청정기를 모식적으로 나타낸 단면도이다.
도 2는 상기 가시광 활성 촉매가 코팅된 펠렛형의 활성탄 입자를 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 실시예 2 및 비교예 2에 대하여 탈취 성능을 평가한 결과이다.
도 4는 실시예 2에 대하여 백색 발광다이오드 모듈의 조도에 따른 탈취 성능을 평가한 결과이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.
이하에서 기재의 “상부 (또는 하부)” 또는 기재의 “상 (또는 하)”에 임의의 구성이 형성된다는 것은, 임의의 구성이 상기 기재의 상면 (또는 하면)에 접하여 형성되는 것을 의미할 뿐만 아니라, 상기 기재와 기재 상에 (또는 하에) 형성된 임의의 구성 사이에 다른 구성을 포함하지 않는 것으로 한정하는 것은 아니다.
본 발명의 일 구현예에서, 가시광 활성 촉매를 포함하는 탈취 필터; 및 백색 발광다이오드 (white LED) 모듈;을 포함하는 공기청정기를 제공한다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 공기 청정기(100)를 모식적으로 나타낸 단면도이다. 상기 공기 청정기(100)는 탈취 필터(10); 및 백색 발광다이오드 모듈(20);을 포함한다.
상기 탈취 필터(10)는 활성탄을 더 포함하여, 활성탄 및 가시광 활성 촉매 입자를 함께 포함할 수 있다.
상기 공기청정기(100)는 가시광 활성 촉매를 포함하는 탈취 필터(10)에 광을 조사할 수 있는 광원인 백색 발광다이오드 모듈(20)을 포함하기 때문에, 자연 광원이 없는 조건에서도 가시광 활성 촉매를 활성화 할 수 있다. 이와 같이 제작된 상기 공기청정기(100)는 상기 탈취 필터(10)에 유해가스 분해 능력이 부여됨에 따라 필터의 내구성 및 누적 정화량, 초기 제거효율 등을 향상될 수 있다.
상기 활성탄 (activated carbon)(1)은 미세 공극을 포함하는 다공성 탄소 물질로서 매우 높은 흡착성을 가지고 있다. 상기 활성탄(1)은 가격과 성능 면에서 매우 효과적인 탈취 소재이다. 상기 활성탄(1)은 흡착제로서 흡착가능한 싸이트 (기공)를 통해 유해 가스를 제거할 수 있다.
상기 활성탄이 포화되지 않도록, 상기 가시광 활성 촉매 입자가 흡착된 유해 가스를 분해시킴으로써 재생할 수 있다. 또한, 상기 활성탄은 활성탄은 5대 가스 (포름알데히드, 아세트알데히드, 초산, 암모니아 및 톨루엔) 중 초산이나 톨루엔의 흡착성능은 우수하지만, 알데히드 계열 및 암모니아에 대한 흡착성은 떨어지나, 상기 탈취 필터(10)는 활성탄과 함께 포함된 상기 가시광 활성 촉매의 우수한 유해가스 특히, 알데히드 계열에 대한 분해 성능을 통하여, 알데히드 계열 및 암모니아에 대한 제거성능을 향상시킬 수 있다.
상기 탈취 필터(10)는 다양한 방식으로 활성탄을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 탈취 필터(10)는 펠렛형의 활성탄 입자를 포함할 수 있다. 상기 탈취 필터(10)는 상기 펠렛형의 활성탄 입자를 수용하는 공간을 포함하는 구조체일 수 있다. 구체적으로, 상기 탈취 필터(10)는 세라믹 허니컴 구조체를 더 포함할 수 있다. 상기 세라믹 허니컴 구조체는 벌집 형상으로 형성된 구조체이다. 상기 세라믹 허니컴 구조체에 상기 펠렛형의 활성탄 입자를 수용할 수 있다. 상기 세라믹 허니컴 구조체가 활성탄을 약 50 중량% 내지 약 80 중량%로 포함할 수 있다.
상기 탈취 필터(10)가 펠렛형의 활성탄 입자를 수용하는 경우, 활성탄 입자 200g 내지 600g을 포함할 수 있다. 상기 함량의 활성탄 입자를 포함하는 탈취 필터(10)를 구비한 공기청정기는 약 20 m3 내지 40m3 공간에서 효과적으로 작동할 수 있다.
다른 예를 들어, 상기 탈취 필터(10)는 섬유 사이에 활성탄이 분포하거나, 는 방식으로 혼합된 활성탄 함유 섬유 기재를 포함할 수 있다.
또 다른 예를 들어, 상기 탈취 필터(10)는 콜게이트형 활성탄 필터를 포함할 수 있다. 상기 콜게이트형 활성탄 필터를 포함하는 상기 탈취 필터(10)에서, 상기 콜게이트형 활성탄 필터는, 구체적으로, 세라믹 또는 부직포의 파형 페이퍼 구조체를 포함할 수 있다. 상기 페이퍼 구조체는 부직포 섬유에 활성탄 및, 선택적으로, 흡착제 입자를 수용하는 공간을 포함하거나, 또는 상기 페이퍼 구조체의 표면에 활성탄 및, 선택적으로, 흡착제가 코팅되어 있는 형태를 포함할 수 있다. 활성탄이 수용되는 경우는 후술되는 바와 같이 가시광 활성 촉매가 아일랜드상으로 표면에 코팅된 활성탄 (도 2 참조)일 수 있다.
상기 페이퍼 구조체는 상기 활성탄 입자를 수용하는 공간은 파형 페이퍼의 면으로 형성된 폐쇄 공간일 수 있다. 또는, 상기 활성탄 함유 섬유 기재 또는 상기 페이퍼 구조체의 면상에 활성탄 및, 선택적으로 흡착제가 코팅될 수 있다.
본 명세서에서, 상기 섬유 기재 및 상기 페이퍼 구조체는 이하 "다공성 기재"로 칭한다.
예를 들어, 상기 섬유 기재 또는 상기 페이퍼 구조체의 다공성 기재는 유기 섬유 또는 무기 섬유 재질의 직포나 부직포, 종이 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 재료를 포함할 수 있다.
상기 다공성 기재의 기공률이 약 50% 내지 약 80%일 수 있다. 상기 기공률을 갖는 다공성 기재는 적절한 함량의 활성탄을 담지하면서도, 구조적인 강도를 유지할 수 있다.
이러한 다공성 기재에 상기 활성탄을 부착 또는 코팅시키거나, 함침시키는 방법은 이 기술분야에서 공지된 방법에 따라 수행될 수 있고, 예를 들어, 섬유 기재 또는 페이퍼 구조체와 같은 다공성 기재를 활성탄 함유 조성물에 침지한 후 건조시키거나, 또는 상기 다공성 기재에 활성탄 함유 조성물을 스프레이법에 의해 분사하여 수행할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 활성탄 함유 조성물은 용제로서 알코올 또는 물을 사용할 수 있고, 별도의 유기 바인더 물질을 포함하여 우수한 부착성을 구현함과 동시에 신속하게 흡수 및 건조될 수 있는 이점이 있다. 그에 따라, 공기청정기 작동시 공기의 흐름에 의해 상기 활성탄이 상기 기재로부터 탈리되지 않아 장기간 공기청정, 탈취 또는 향균 효과를 구현할 수 있다.
상기 활성탄 함유 다공성 기재가 활성탄을 약 50 중량% 내지 약 80 중량%로 포함할 수 있다. 상기 범위 내의 함량으로 포함함으로써 공기 중 유해 물질 등을 충분히 흡착하면서 상기 가시광 활성 광촉매 코팅 조성물이 우수한 수준으로 부착됨과 동시에 비용을 지나치게 증가시키지 않을 수 있다.
상기 탈취 필터(10)가 상기 다공성 기재를 포함하는 경우로서, 활성탄 입자를 수용하는 경우, 활성탄 입자 50g 내지 200g을 포함할 수 있다. 또한, 상기 탈취 필터(10)가 상기 다공성 기재를 포함하는 경우로서, 다공성 기재의 면상에 활성탄이 코팅되는 경우, 활성탄 50g 내지 200g을 포함할 수 있다. 상기 함량의 활성탄 입자를 포함하는 탈취 필터(10)를 구비한 공기청정기는 약 20 m3 내지 40m3 공간에서 효과적으로 작동할 수 있다.
상기 활성탄과 함께 선택적으로 포함되는 흡착제는 규조토, 제올라이트, 실리카겔, 녹말, 벤토나이트, 알루미나 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 섬유 기재 또는 페이퍼 구조체와 같은 다공성 기재의 두께가 약 0.5mm 내지 약 3.0mm일 수 있다. 상기 범위 내의 두께를 가짐으로써 상기 공기정화용 필터의 두께를 지나치게 증가시키지 않으면서도 공기청정, 탈취 또는 향균 효과를 우수한 수준으로 발휘할 수 있다.
상기 가시광 활성 촉매는 가시광 영역의 빛을 흡수하여 얻은 에너지로부터 생성된 전자와 정공이 퍼옥사이드 음이온 또는 하이드록시 라디칼을 등을 생성하고, 이들이 유해 물질을 분해 및 제거하여 공기 청정, 탈취 또는 향균 작용을 수행할 수 있다.
상기 가시광 활성 촉매 입자는 다공성 금속 산화물 입자 및 금속 입자를 포함할 수 있다.
상기 가시광 활성 촉매는 자외선뿐만 아니라 가시광선에 의해서도 활성이 될 수 있으므로 실내에서 별도의 광원 공급장치 없이도 광촉매 효율을 높은 수준으로 향상시킬 수 있다.
상기 가시광 활성 촉매는 상기 다공성 금속 산화물 입자 내의 공극으로 상기 금속 입자가 도핑 또는 담지되어 형성될 수 있고, 이와 같이 형성된 상기 가시광 활성 촉매는 가시광선에 대한 광활성을 가질 수 있다.
이와 같이 상기 가시광 활성 촉매는 가시광선에 대해 광활성을 가지는 금속 입자를 포함하기 때문에 자외선뿐만 아니라 가시광선에 대하여도 활성을 가질 수 있으며 가시광선 전영역에 걸쳐 빛을 흡수할 수 있다.
이와 같이, 상기 가시광 활성 촉매는 가시광선 영역의 파장 범위 내에서 활성을 가지므로 백색 발광다이오드 모듈(20)에 의한 공기청정기 내부의 광원에 의해 상기 가시광 활성 촉매가 전자와 정공을 충분히 생성할 수 있어, 우수한 광촉매 효율을 구현할 수 있다.
상기 가시광 활성 촉매는 다공성의 금속 산화물 및 상기 다공성의 금속 산화물에 담지된 금속 입자를 포함할 수 있다. 상기 다공성 금속 산화물의 표면 및 기공 내로 상기 금속 입자가 담지될 수 있다.
상기 다공성의 금속 산화물은 담지체로서 예를 들어, 졸겔법이나, 수열합성법(hydrothermal method)에 의해 구형, 판형 또는 침형의 입자로 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 금속 입자가 상기 다공성의 금속 산화물에 광-증착법에 의해 담지될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
상기 다공성 금속 산화물은 예를 들어, 산화티탄, 산화텅스텐, 산화아연, 산화니오븀 및 이들의 조합에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 다공성 금속 산화물은 산화텅스텐일 수 있고, 산화텅스텐은 가시광 활성 성능을 우수하다.
상기 금속 입자로서, 예를 들어, 가시광선에 대한 활성을 부여하는 금속을 제한 없이 사용할 수 있고, 전이금속, 귀금속 또는 이들 모두를 포함할 수 있다. 즉, 상기 금속 입자는 전이금속, 귀금속, 이들의 산화물 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 금속 입자는 텅스텐, 크롬, 바나듐, 몰리브데넘, 구리, 철, 코발트, 망간, 니켈, 백금, 금, 세륨, 카드늄, 아연, 마그네슘, 칼슘, 스트론튬, 바륨, 라듐, 팔라듐 및 이들의 조합에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있고, 더욱 구체적으로는 백금, 구리, 금, 은, 아연, 팔라듐 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하여 우수한 가시광 활성 성능을 구현할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 가시광 활성 촉매로서, 상기 다공성 금속 산화물이 산화텅스텐을 포함하고, 상기 금속 입자가 백금을 포함할 수 있다. 산화텅스텐 및 백금을 포함하는 상기 가시광 활성 촉매는 가시광선을 더욱 높은 수준으로 흡수하여 가시광선에 대한 광촉매 효율을 효과적으로 향상시킬 수 있다.
상기 다공성 금속 산화물 입자 및 금속 입자는 각각 구형의 입자로서, '구형의 입자'란 수학적으로 완전한 구의 형상을 갖는 입자를 의미하는 것은 아니고, 투영상이 원 또는 타원과 동일 또는 유사한 형상을 나타내는 입자를 의미한다.
상기 다공성 금속 산화물 입자 및 상기 금속 입자가 각각 구형의 입자이고, 상기 가시광 활성 촉매는 구형의 금속 산화물 입자 표면 (외표면) 또는 내부 공극의 표면 (내표면)에 구형의 금속 입자가 증착된 형상을 가질 수 있다.
상기 금속 입자의 입경 (particle diameter)은 수 나노미터(㎚)로서, 예를 들어 약 3㎚ 내지 약 5㎚일 수 있다. 상기 금속 입자의 입경은 상기 금속 산화물의 입경에 비해 매우 작으며, 상기 금속 입자가 상기 범위의 입경을 가짐으로써 상기 다공성 금속 산화물 입자의 표면에 적절한 함량으로 광-증착되어 우수한 광촉매 활성을 나타낼 수 있다.
상기 다공성 금속 산화물 입자의 형상에 따라, 상기 가시광 활성 촉매가 입자로 형성될 수 있다.
상기 가시광 활성 촉매 입자의 평균 입경 (particle diameter)은 약 1 ㎛ 이하이고, 구체적으로, 약 0.4 ㎛내지 약 1 ㎛일 수 있고, 예를 들어, 약 0.6 ㎛ 내지 약 0.7 ㎛일 수 있다. 상기 가시광 활성 촉매 입자의 평균 입경은 입도분석기로 가시광 활성 촉매 4wt% 수분산액에 대한 측정으로 얻어질 수 있다.
상기 가시광 활성 촉매 입자의 입경이 상기 범위를 만족함으로써, 상기 활성탄 함유 섬유 기재 또는 상기 페이퍼 구조체와 같은 다공성 기재의 표면에 대한 높은 부착성을 확보할 수 있고, 상기 다공성 기재의 표면에 적절한 분산도를 가지면서 균일하게 분산되어 우수한 광촉매 활성을 나타낼 수 있다. 또한, 상기 가시광 활성 촉매 입자가 상기 범위의 입경을 가짐으로써 가시광선에 대한 노출 면적을 확보하여 충분한 공기 청정 및 향균 기능을 나타낼 수 있다.
또한, 예를 들어, 상기 가시광 활성 촉매 입자가 상기 범위의 입경을 가짐으로써 다공성 기재 내의 공극 사이사이에 고르게 분포될 수 있다.
상기 금속 입자의 입경이 상기 금속 산화물의 입경에 비하여 배우 작은 점을 고려할 때, 상기 가시광 활성 촉매 입자의 크기, 즉 상기 가시광 활성 촉매 입자의 입경은 주로 상기 다공성 금속 산화물 입자의 입경에 의해 결정되는 것으로 이해될 수 있다. 즉, 상기 가시광 활성 촉매의 입자가 상기 범위의 입경을 갖는 경우, 상기 가시광 활성 촉매 입자 중 상기 다공성 금속 산화물 입자은 상기 범위에서 수 나노미터(㎚), 예를 들어 약 3㎚ 내지 약 5㎚의 오차 범위 내의 입경을 가질 수 있다. 이 경우, 상기 다공성 금속 산화물 입자의 표면에 담지된 금속 입자의 양이 충분할 수 있고, 우수한 촉매 활성 효율을 나타낼 수 있다.
일 구현예에서, 상기 가시광 활성 촉매는 상기 다공성 금속 산화물 입자 100 중량부 및 상기 금속 입자 0.1 내지 10 중량부, 구체적으로 0.1 내지 5 중량부를 포함할 수 있다. 상기 범위 내의 중량비로 이들의 함량을 조절함으로써 상기 다공성 금속 산화물 입자가 가시광선에 의해 전자와 정공을 충분히 생성하면서도 상기 금속 입자가 생성된 전자와 정공의 재결합을 충분히 방지하여 광촉매 활성 효율을 효과적으로 향상시킬 수 있다.
상기 다공성의 금속 산화물 입자의 함량이 상기 함량 범위를 초과하게 되면 가시광선에 의해 생성된 전자와 전공이 쉽게 재결합할 수 있고, 이들의 분리가 어려워 충분한 광촉매 활성을 나타내지 못하고, 상기 함량 범위 미만인 경우에는 상기 다공성 금속 산화물 입자에서 전이되는 전자의 수가 충분히 확보되지 못하여 광촉매 활성이 저하될 우려가 있고, 상기 다공성 금속 산화물 입자의 광에 대한 노출 면적이 감소하여 광촉매 성능이 저하될 수 있다.
또한, 상기 다공성 금속 산화물 입자 중 일부가 서로 뭉쳐서 하나의 클러스터(cluster)를 형성하여 상기 클러스터로 포함될 수 있다.
상기 다공성 금속 산화물의 비표면적이 약 50㎡/g 내지 약 500㎡/g일 수 있다. 상기 범위 내의 높은 수준의 비표면적을 가짐으로써 가시광선 등의 광원에 효과적으로 노출될 수 있으면서 기공률을 적절한 수준으로 형성하여 상기 금속 입자를 충분히 담지할 수 있다.
상기 탈취 필터(10)는 다양한 방식으로 상기 가시광 활성 촉매를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 펠렛형의 활성탄 입자의 표면에 상기 가시광 활성 촉매가 아일랜드상으로 코팅될 수 있다.
도 2는 상기 가시광 활성 촉매(2)가 코팅된 펠렛형의 활성탄(1)의 입자체를 모식적으로 나타낸 도면으로, 상기 입자체는 활성탄(1)과 가시광 활성 촉매(2) 입자를 포함한다. 상기 가시광 활성 촉매(2) 입자의 크기가 상기 활성탄(1) 보다 작아서, 상기 활성탄(1) 표면에 다수의 상기 가시광 활성 촉매(2) 입자가 부착될 수 있다.
상기 가시광 활성 촉매(2) 입자가 아일랜드상으로 표면에 코팅된 활성탄(1) 입자체를 포함하는 탈취 필터(10)는, 상기 가시광 활성 촉매(2)의 코팅에 의해 덮이는 활성탄(1)의 흡착 싸이트 (기공)는 거의 미미하여, 그에 따른 영향이 미미하지만, 활성탄(1)이 갖고 있지 않는 분해 성능이 부여된다. 예를 들어, 상기 가시광 활성 촉매(2)의 코팅에 의해 활성탄(1)의 비표면적 감소는 10% 미만일 수 있다.
또한, 상기 가시광 활성 촉매(2)의 코팅은 물과 상기 가시광 활성 촉매를 혼합한 코팅 조성물을 제조한 뒤, 이를 이용하기 때문에, 유기 바인더가 포함되지 않는 시스템이다. 통상적으로, 광촉매는 표면이 노출되어야만 높은 성능을 기대할 수 있기 때문에, 기재에 코팅하는 과정에서 유기 바인더를 사용할 경우 유기 바인더에 의해 표면적이 감소하여 성능이 저하되는 문제점을 가지고 있다. 상기 가시광 활성 촉매(2)의 코팅시 활성탄(1)이 갖는 수분과의 친화력과 활성탄 표면의 작용기를 이용하여 상기 가시광 활성 촉매(2)를 활성탄(1)에 코팅할 수 있기 때문에, 유기 바인더를 사용하지 않아서 높은 성능을 유지할 수 있고, 공정 비용 및 재료비를 최소화 할 수 있다.
도 2에서와 같은, 가시광 활성 촉매(2)가 코팅된 펠렛형의 활성탄(1)의 입자체는 수용 공간을 구비한 구조체 내에 수용되어 탈취 필터(10)에 포함될 수 있다. 예를 들어, 가시광 활성 촉매(2)가 코팅된 펠렛형의 활성탄(1)의 입자체는 전술한 세라믹 허니컴 구조체에 수용될 수 있고, 또는 활성탄 입자가 페이퍼 구조체 내에 수용되거나 표면에 코팅 될 수 있다.
다른 구현예에서, 상기 활성탄 함유 섬유 기재 또는 상기 페이퍼 구조체는 구조체 면상에 상기 가시광 활성 촉매가 코팅될 수 있다. 마찬가지로, 상기 가시광 활성 촉매의 코팅은 물과 상기 가시광 활성 촉매를 혼합한 코팅 조성물을 제조한 뒤, 이를 상기 구조체의 면상에 도포하여 상기 탈취 필터(10)를 제조할 수 있다.
상기 탈취 필터(10)는 활성탄 100 중량부 대비 가시광 활성 촉매 2 내지 10 중량부를 포함할 수 있다. 상기 탈취 필터(10)는 상기 함량비 범위의 가시광 활성 촉매를 포함함으로써, 우수한 유해가스 분해능 및 우수한 내구성을 발휘할 수 있다. 상기 범위보다 작을 경우 촉매의 효과를 확인하기 어려우며, 상기 범위보다 많을 경우에는 활성탄의 기공 입구를 막아 흡착성능을 저하시키거나 과량 코팅으로 인해 촉매의 탈리 현상이 발생할 수 있다.
상기 백색 발광다이오드 모듈(20)은 상기 탈취 필터(10)에 광을 공급할 수 있다. 즉, 상기 백색 발광다이오드 모듈(20)은 상기 탈취 필터(10)에 가시광을 조사하여, 상기 가시광 활성 촉매가 활성화되도록 하는 기능을 수행한다. 상기 백색 발광다이오드 모듈(20)로부터 조사되는 가시광은 380nm 내지 780nm 파장범위의 가시광선을 포함할 수 있다.
상기 백색 발광다이오드 모듈(20)은 일반적으로 가정에서 조명으로 사용되는 백색 발광다이오드 (White LED)가 사용될 수 있고, 공기청정기의 유로를 최대한 방해하지 않는 형태로 제작되는 것이 바람직하다.
상기 백색 발광다이오드 모듈(20)은 인체에 무해한 가정용 LED로 제작될 수 있어서 제작이 쉽고 가격이 저렴한 장점을 가지고 있다. 상기 백색 발광다이오드 모듈(20)은 필터의 형태에 따라 평판형 또는 원형 등으로 설계 변경이 가능하다.
상기 백색 발광다이오드 모듈(20)은 상기 탈취 필터(10)와 일정한 이격 거리를 두고 위치한다.
일 구현예에서, 상기 백색 발광다이오드 모듈(20)은 상기 탈취 필터(10) 간의 이격 거리가 1.5 cm 내지 15 cm 일 수 있다. 상기 백색 발광다이오드 모듈(20)과 상기 탈취 필터(10)의 거리가 너무 가까울 경우 탈취 필터(10)에 빛이 조사되지 않는 영역이 늘어나 가시광 활성 촉매의 효율이 낮아지게 되고 너무 멀 경우에는 필터에 조사되는 빛의 조도가 감소하여 효율이 낮아지게 된다. 상기 범위로 이격되어 형성된 상기 백색 발광다이오드 모듈(20)과 상기 탈취 필터(10)를 구비한 공기청정기(100)는 우수한 공기 정화 효과를 나타낼 수 있다.
또한, 상기 이격 거리와 함께, 상기 공기청정기(100)는 소정의 범위로 상기 백색 발광다이오드 모듈(20)의 조도를 조절함으로써 공기 정화 효과를 더욱 개선할 수 있다.
조도가 높아질수록 상기 백색 발광다이오드 모듈(20)에서 발생하는 열이 많아지게 된다. 이와 같이 발생한 열로 인해 활성탄 주의의 온도가 증가하게 되면 활성탄의 물리 흡착 능력이 감소하기 때문에 제거 성능이 감소하게 된다. 그 결과, 가시광 활성 촉매의 효율 증가를 위해서는 조도가 높을수록 유리하지만, 상기 백색 발광다이오드 모듈(20)의 발열로 인한 활성탄의 흡착 성능 저하로 인해 최적 조도가 존재하게 된다.
일 구현예에서, 상기 백색 발광다이오드 모듈(20)은 10,000 lux 내지 30,000 lux의 조도로 발광될 수 있다.
상기 공기 청정기 (100)는 통상적으로 공기 청정기를 구성하는 공지된 구성요소 (미도시)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 공기 청정기 (100)는 전력 공급 수단 (미도시), 외부 케이스 등의 구성요소를 더 포함할 수 있다.
이하 본 발명의 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러한 하기한 실시예는 본 발명의 일 실시예일뿐이고 본 발명이 하기한 실시예에 한정되는 것은 아니다.
( 실시예 )
실시예 1
물 97.5wt%에 산화텅스텐(WO3) 입자 2.5wt%가 분산된 용액을 제조하였다. 이때, 산화텅스텐(WO3) 입자는 입경은 약 600nm이다. 산화텅스텐 입자 분산 용액에 염화 백금산(H2PtCl6) 수용액인 담지 원료를 혼합하였다. 이어서, 가시광 조사 장치를 이용하여 400㎚~700㎚의 가시광선 광에너지를 일정시간 조사하여 1차 광반응을 수행하였고, 이어서, 2분 가량 가시광 조사를 차단하고 메탄올을 첨가한 뒤 상기 1차 광반응과 동일한 조사 장치를 이용하여 가시광선 광에너지를 일정시간 동안 조사하여 2차 광반응을 수행함으로써 백금 입자를 산화텅스텐 입자에 담지시켜 가시광 활성 광촉매 입자를 제조하였다.
상기 가시광 활성 촉매 (Pt-WO3)를 증류수에 6 wt%로 분산하여 슬러리를 제조하였다. 슬러리 중 상기 Pt-WO3와 펠렛형 활성탄 (지름 3파이, 길이 0.5cm)의 중량비가 1:40이 되게 혼합한 뒤 1시간 동안 저속교반하였다. 교반이 종료된 후 가시광 활성 촉매 Pt-WO3가 아일랜드 형상으로 표면에 코팅된 활성탄을 걸러내어 80℃에서 24시간 건조하여, 가시광 활성 촉매를 담지한 펠렛형 활성탄을 제조하였다.
상기 가시광 활성 촉매를 담지한 펠렛형 활성탄을 세라믹 허니컴 구조체의 수용 공간에 담아서, 탈취 필터를 제조하였다. 상기 탈취 필터는 세라믹 허니컴 구조체 100g에 가시광 활성 촉매를 담지한 펠렛형 활성탄 200g (이 중, 상기 가시광 활성 촉매는 5g임)가 되는 함량으로 담았다.
상기 탈취 필터가 백색 발광다이오드 모듈 (LG 이노텍, 3030)과 1.5 cm 이격되게 설치하여, 공기 청정기를 제작하였다.
실시예 2
실시예 1에서 제조된 방법과 동일한 방법으로 제조된 가시광 활성 촉매 (Pt-WO3)를 6 wt%로 증류수에 분산하여 슬러리를 제조하였다. 제조된 슬러리를 스프레이법으로 콜게이트형 활성탄 필터 (Azumi, ME06WE, 활성탄 코팅 부직포 소재를 콜게이팅한 필터)에 코팅하여, 탈취 필터를 제조하였다. 탈취 필터는 콜게이트형 활성탄 필터 100g 에 가시광 활성 촉매(Pt-WO3) 4g을 코팅하여 제조 하였다.
상기 탈취 필터가 백색 발광다이오드 모듈 (LG 이노텍, 3030)과 1.5 cm 이격되게 설치하여, 공기 청정기를 제작하였다.
실시예 3
실시예 1에서, 상기 탈취 필터가 백색 발광다이오드 모듈의 이격 거리를 0.5 cm 로 한 점을 제외하고, 동일한 방법으로 공기 청정기를 제작하였다.
실시예 4
실시예 1에서, 상기 탈취 필터가 백색 발광다이오드 모듈의 이격 거리를 1.0 cm 로 한 점을 제외하고, 동일한 방법으로 공기 청정기를 제작하였다.
실시예 5
실시예 1에서, 상기 탈취 필터가 백색 발광다이오드 모듈의 이격 거리를 3.0 cm 로 한 점을 제외하고, 동일한 방법으로 공기 청정기를 제작하였다.
실시예 6
실시예 1에서, 상기 탈취 필터가 백색 발광다이오드 모듈의 이격 거리를 6.0 cm 로 한 점을 제외하고, 동일한 방법으로 공기 청정기를 제작하였다.
실시예 7-11
가시광 활성 촉매(Pt-WO3)의 코팅량이 세라믹 허니컴 구조체 100 g에 가시광 활성 촉매를 담지한 펠렛형 활성탄 200g (이 중, 상기 가시광 활성 촉매는 10g부임)을 담았고, 하기 표 2에서와 같이, 이격 거리를 조절한 점을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 공기 청정기를 제작하였다.
비교예 1
시중에 판매되는 팰렛형 활성탄 필터 (KURARAY 활성탄 팰렛, 가시광촉매는 포함되지 않음)를 준비하였다.
상기 펠렛형 활성탄을 세라믹 허니컴 구조체의 수용 공간에 담아서, 탈취 필터를 제조하였다. 상기 탈취 필터는 세라믹 허니컴 구조체 100 g에 상기 펠렛형 활성탄이 200g을 담았다.
상기 탈취 필터가 백색 발광다이오드 모듈 (LG 이노텍, 3030)과 1.5 cm 이격되게 설치하여, 공기 청정기를 제작하였다.
비교예 2
시중에 판매되는 콜게이트형 활성탄 필터 (Azumi, ME06WE, 활성탄 코팅 부직포 소재를 콜게이팅한 필터)를 탈취 필터로 준비하였다.
상기 탈취 필터가 백색 발광다이오드 모듈 (LG 이노텍, 3030)과 1.5 cm 이격되게 설치하여, 공기 청정기를 제작하였다.
평가
실험예 1
실시예 1-2 및 비교예 1-2에서 제작된 공기청정기를 이용하여 가시광 활성 촉매가 적용된 필터인 실시예 1-2와 가시광 활성 촉매를 적용하지 않은 비교예 1-2의 성능을 비교하는 평가를 실시하였다.
가시광 활성 촉매의 분해 작용에 의한 필터의 누적 정화량 개선 효과를 확인하기 위해 중국 공기청정기 규격인 GB/T 실험을 실시하였다.
상기 평가는 포름알데히드에 대한 정화성능을 평가하는 것으로써 시간당 공기정화율과 누적정화량을 평가하게 된다. 30루베 챔버에서 시간당 공기정화율을 평가한 후 3루베 챔버에서 과량의 포름알데히드를 누적 시킨후 다시 30루베 챔버에서 시간당 공기정화율을 평가하게 된다. 이때 누적 후 평가된 공기정화율이 처음 공기정화율의 50% 이하가 될 때까지 상기 시험을 반복한다. 50% 이하가 되면 평가를 종료하고, 평가종료 시점까지 총 제거된 포름알데히드의 양으로 누적정화량을 평가하게 된다.
결과는 하기 표 1에 기재하였다.
구분 CCM
(누적 정화량)		 등급
실시예 1 1500 mg 이상 F4
실시예 2 1200 mg F3
비교예 1 360 mg F1
비교예 2 480 mg F1
평가 결과 비교예 1-2에서 중국 규격에서 제시하는 최저 등급인 F1 등급 (CCM 500mg 이하) 의 성능을 보이고 있는 반면에, 가시광 활성 촉매가 적용된 탈취 필터 및 백색 발광다이오드 모듈이 적용된 실시예 1-2의 경우에는 필터 형태 및 크기에 따라 편차는 있지만 F3 부터 최고 등급인 F4 등급 달성이 가능한 수준까지 성능이 개선되는 것을 확인할 수 있다.
이는 비교예 1-2는 탈취 필터가 재생이 되지 않기 때문에 지속적으로 가스가 투입되는 누적 정화량 평가에서 흡착 가능한 기공이 포화되어 제거 성능이 급격하게 감소하기 때문이다. 반면에, 가시광 활성 촉매가 적용된 실시예 1-2에서는 탈취 필터가 내부에 설치된 백색 발광다이오드 모듈의 광원으로 인해 지속적인 가시광 활성 촉매의 분해 작용이 가능하여 제거 성능이 저하되지 않고 유지되기 때문에 높은 누적 정화량을 보이는 것으로 판단된다.
실험예 2
실시예 2 및 비교예 2에 대하여, 8루베 챔버에서 10ppm의 포름알데히드, 아세트알데히드, 초산, 암모니아, 톨루엔 5대 가스에 대한 평균 제거성능 평가를 CA규격 시험에 준하여 수행하였다 (CA는 "Clean air"를 의미함). 평가 결과를 초기값으로 설정한 후 상기의 평가를 반복적으로 수행하여 평균 제거성능이 초기값 대비 얼마나 저하되는 지를 평가하였다.
결과는 도 3에 나타내었다.
가시광 활성 촉매가 탈취 필터에 코팅된 실시예 2의 경우, 지속적인 분해 효과로 인해 탈취 필터의 수명이 증가하게 된다. 비교예 2의 탈취 필터는 활성탄의 물리 흡착과 첨착제에 의한 화학 흡착으로 유해가스를 제거하기 때문에 사용 시간에 따라 제거성능이 지속적으로 감소하게 됨을 도 3에서 확인할 수 있다. 반면, 가시광 활성 촉매가 코팅된 실시예 2의 경우 활성탄에 물리 흡착된 유해가스를 분해하여 활성탄의 흡착성능을 일정 수준으로 유지함을 확인할 수 있다.
실험예 3
실시예 2에 대하여, 백색 발광다이오드 모듈의 조도에 따른 제거량을 측정하였다. 5ppm의 포름알데히드를 8루베 챔버에 넣고 30분간 공기청정기를 가동하여 제거량을 평가하였다.
결과는 도 4에 나타내었다.
실시예 2의 공기청정기의 경우에는 25,000 lux에서 최대 효율을 보인다.
실험예 4
실시예 1 및 3-6의 공기청정기에 대하여 로딩량 및 거리에 따른 성능 변화를 확인하기 위해 평가를 수행하였다. 평가는 활성탄 필터에 가시광촉매를 코팅하여 포름알데히드에 대한 제거성능을 평가하였다.
하기 표 2에 결과를 기재하였다.
구분 실시예 3
(3g 로딩; 0.5cm 이격)		 실시예 4
(3g 로딩; 1.0cm)		 실시예 1
(3g 로딩; 1.5cm)		 실시예 5
(3g 로딩; 3.0cm)		 실시예 6
(3g 로딩; 6.0cm)
제거율(%) 57 60 81 82 79
광원과의 거리 실시예 7
(5g 로딩; 0.5cm 이격)		 실시예 8
(5g 로딩; 1.0cm 이격)		 실시예 9
(5g 로딩; 1.5cm 이격)		 실시예 10
(5g 로딩; 3.0cm 이격)		 실시예 11
(5g 로딩; 6.0cm 이격)
제거율(%) 77 80 94 96 94
상기 결과로부터, 가시광 활성 촉매의 로딩량이 증가하면 제거 효율이 증가하게 됨을 알 수 있다. 또한, 동일한 광원 사용시 거리에 따라서 제거 성능이 변하는 것을 확인할 수 있다. 광원과 탈취 필터의 거리가 너무 가까울 경우 필터에 빛이 조사되지 않는 영역이 늘어나 가시광 활성 촉매의 효율이 낮아지게 된다. 그에 따라, 실시예 1, 5-6, 9-11에서 보다 우수한 효율을 나타냄을 알 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구 범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.
1: 활성탄
2: 가시광 활성 촉매
10: 탈취 필터
20: 백색 발광다이오드 모듈
100: 공기 청정기

Claims (9)

  1. 가시광 활성 촉매를 포함하는 탈취 필터; 및 백색 발광다이오드 모듈;을 포함하고,
    상기 탈취 필터는 활성탄을 더 포함하고, 활성탄 100 중량부 및 가시광 활성 촉매 2 내지 10 중량부를 포함하며,
    상기 백색 발광다이오드 모듈은 20,000 lux 내지 30,000 lux의 조도로 발광되고,
    상기 백색 발광다이오드 모듈과 상기 탈취 필터 간의 이격 거리가 1.5 cm 내지 6 cm 인
    공기청정기.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 가시광 활성 촉매는 다공성 금속 산화물 입자 100 중량부 및 상기 다공성 금속 산화물 입자에 담지된 금속 입자 0.1 내지 10 중량부를 포함하는
    공기청정기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 다공성 금속 산화물은 산화티탄, 산화텅스텐, 산화아연, 산화니오븀 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하고,
    상기 금속 입자는 텅스텐, 크롬, 바나듐, 몰리브데넘, 구리, 철, 코발트, 망간, 니켈, 백금, 금, 은, 세륨, 카드늄, 아연, 마그네슘, 칼슘, 스트론튬, 바륨, 라듐, 팔라듐 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는
    공기청정기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 탈취 필터는:
    세라믹 허니컴 구조체; 활성탄 함유 섬유 기재; 또는 페이퍼 구조체;를 포함하는
    공기청정기.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 세라믹 허니컴 구조체, 또는 상기 페이퍼 구조체는 내부 수용 공간에 상기 가시광 활성 촉매가 아일랜드상으로 표면에 코팅된 활성탄의 입자체를 수용하거나; 또는
    세라믹 허니컴 구조체, 활성탄 함유 섬유 기재 및 상기 페이퍼 구조체는 활성탄을 내부 공극에 포함하고, 상기 활성탄을 함유하는 구조체 면상에 상기 가시광 활성 촉매가 코팅된
    공기청정기.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 탈취 필터는 유기 바인더를 포함하지 않는
    공기청정기.
  8. 삭제
  9. 삭제
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