KR102286104B1 - Apparatus for Removing VOCs and VOCs Removing Method Using the Same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 휘발성 유기 화합물 제거장치 및 이를 이용한 휘발성 유기화합물의 제거방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 광촉매가 코팅된 카본필터와 양극을 띠는 방전판이 일체로 구비되어 광촉매의 산화반응활성점을 최대로 지속시키는 것과 동시에 카본필터의 뛰어난 흡착력으로 휘발성 유기화합물을 효과적으로 제거시킬 수 있는 휘발성 유기화합물 제거장치 및 이를 이용한 휘발성 유기화합물 제거방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for removing volatile organic compounds and a method for removing volatile organic compounds using the same, and more particularly, a carbon filter coated with a photocatalyst and a discharge plate having an anode are integrally provided to maximize the oxidation reaction active point of the photocatalyst It relates to a volatile organic compound removal device and a volatile organic compound removal method that can effectively remove volatile organic compounds with the excellent adsorption power of a carbon filter at the same time.
Description
본 발명은 휘발성 유기 화합물 제거장치 및 이를 이용한 휘발성 유기화합물의 제거방법에 관한 것이다.
The present invention relates to an apparatus for removing volatile organic compounds and a method for removing volatile organic compounds using the same.
반도체 제조 공정이나 정밀제품 또는 전자제품 제조공정은 일반적으로 오염 물질들이 배제된 클린룸 내에서 제조되고 있고,이러한 클린룸의 오염 정도는 제조되는 제품의 생산 수율에 직결되는 중요한 요소로 작용하고 있다.Semiconductor manufacturing processes, precision products, or electronic product manufacturing processes are generally manufactured in a clean room in which contaminants are excluded, and the degree of contamination in the clean room is an important factor directly connected to the production yield of manufactured products.
더욱이, 최근의 반도체 장치는 고집적화되고 있고, 이러한 반도체 장치를 제조하기 위한 웨이퍼의 구경 또한 증가하고 있으며, 상기 웨이퍼의 불량을 방지하고 생산 수율을 높이기 위해서는 불량품 원인 물질인 기상으로 존재하는 휘발성 유기화합물(VOCs)이 미립자 상태로 공기 중에 존재하여 클린룸으로 유입되는 것을 차단하여야 한다.Moreover, recent semiconductor devices are being highly integrated, and the diameter of wafers for manufacturing such semiconductor devices is also increasing, and in order to prevent defects in the wafer and increase production yield, volatile organic compounds ( VOCs) exist in the air in the form of particulates and must be prevented from flowing into the clean room.
이에, 전술한 문제점을 극복하기 위하여 휘발성 유기화합물 등의 오염물질을 제거하기 위한 다양한 방법이 사용되고 있는 바, 대표적이 방법으로서 오염물질의 농도가 ppb까지의 저농도일 경우 클린룸 내에 설치된 케미컬 필터를 이용하여 오염물질을 제거하는 방법이 있다.Accordingly, in order to overcome the above problems, various methods for removing contaminants such as volatile organic compounds have been used. As a representative method, when the concentration of contaminants is as low as ppb, a chemical filter installed in a clean room is used. There are ways to remove contaminants.
이러한 휘발성 유기화합물을 제거하기 위해 주로 사용하고 있는 기존의 공기 정화시스템 혹은 공기 청정기는 일반적으로 항균과 먼지 제거를 위한 프리필터, 헤파필터, 및 가스의 흡착 및 탈취를 위한 활성탄 또는 제올라이트 필터를 기본 구조로 하여 사용된다. 활성탄은 비표면적이 크고, 가스 흡착력이 뛰어나지만, 흡착된 성분이 필터내에 잔존하기 때문에, 시간에 따라 흡착 특성이 저하되고 주기적인 교체를 필요로 한다는 단점이 있다. 또한, 필터내에 미생물과 세균이 번식할 가능성이 있기 때문에 위생상의 문제점을 내포하고 있다.Existing air purification systems or air purifiers, which are mainly used to remove these volatile organic compounds, generally have a basic structure of a pre-filter for antibacterial and dust removal, a HEPA filter, and an activated carbon or zeolite filter for gas adsorption and deodorization. is used as Activated carbon has a large specific surface area and excellent gas adsorption power. However, since the adsorbed component remains in the filter, there is a disadvantage in that the adsorption property is deteriorated over time and periodic replacement is required. In addition, there is a sanitary problem because there is a possibility that microorganisms and bacteria can breed in the filter.
최근, 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 기존의 필터들에 더하여 광촉매 필터를 사용하여 유기 화합물을 제거시키는 시스템이 제시되고 있는데, 일반적으로 광촉매의 휘발성 유기화합물의 제거 시스템은 자외선 램프 및 광촉매로 구성되어 있다. 자외선 램프로부터 적어도 밴드갭(band gap) 이상의 광에너지를 가진 자외선이 조사되면, 광촉매의 가전자대(valeance band)에 채워진 전자들이 여기(excit ation)하여 전도대(conduction band)로 이동한다. 이로 인해 전도대에 자유 전자(free electrons)가 생기고 동시에 가전자대에 양으로 하전된 정공이 생기게 되는 데, 이 때 주위에 자유 전자 수여체나 공여체가 존재하면 물질의 환원 및 산화 반응이 일어나게 된다.Recently, in order to solve this problem, a system for removing organic compounds using a photocatalytic filter in addition to the existing filters has been proposed. In general, the system for removing volatile organic compounds of a photocatalyst is composed of an ultraviolet lamp and a photocatalyst. . When ultraviolet light having light energy of at least a band gap is irradiated from the ultraviolet lamp, electrons filled in the valence band of the photocatalyst are excited and move to the conduction band. This creates free electrons in the conduction band and positively charged holes in the valence band at the same time.
또한, 양으로 하전된 정공은 주위의 물질들을 산화시킨다. 예를 들어 휘발성 유기물질 등과 같은 각종 오염물질은 전자 도너(donor)로서 가전자대에 남아있는 정공에 전자를 제공하고 자신들은 산화 및 분해되는데, 이러한 조작에 의하여 공기와 같은 유체에 포함된 휘발성 유기물질 등과 같은 오염 물질들이 산화 또는 제거된다. 자유 전자는 환원 반응을 일으키는데, 주로 산소를 활성 산소종(reactive oxygen species)으로 전환시킨다.In addition, positively charged holes oxidize surrounding materials. For example, various pollutants such as volatile organic materials donate electrons to holes remaining in the valence band as electron donors and they are oxidized and decomposed. Contaminants, such as, are oxidized or removed. Free electrons cause a reduction reaction, mainly converting oxygen into reactive oxygen species.
이와 같이, 광촉매 상에서의 반응은 주로 정공과 전자에 의해 수행되므로 전자-정공의 재결합을 방지하여 그들의 수명을 연장시키는 것은 곧 광촉매의 활성을 높이는 것과 같다. 광촉매 상의 이들 전자-정공의 수명은 전도대로 여기된 전자가 광촉매 표면에 흡착된 수용체(acceptor)에 전달되는 속도 및 가전자대에 형성된 정공에 도너의 전자가 전달되는 속도에 의해 결정된다.As described above, since the reaction on the photocatalyst is mainly performed by holes and electrons, preventing electron-hole recombination and extending their lifetime is the same as increasing the activity of the photocatalyst. The lifetime of these electron-holes on the photocatalyst is determined by the rate at which electrons excited in the conduction band are transferred to an acceptor adsorbed on the photocatalyst surface and the rate at which donor electrons are transferred to the holes formed in the valence band.
그러나, 지금까지 휘발성 유기화합물 등의 제거에 많이 사용되어 온 광반도체 시스템, 일명 광촉매 시스템은 일반적으로 시간이 지남에 따라 여기된 전자들이 가전자대의 정공에 재결합하여 광촉매의 활성이 감소되는 문제점이 있었다. 전자와 정공이 재결합하면 광반도체가 오염물질을 산화 분해하는 능력이 상실되므로 결과적으로 광촉매 시스템의 공기 정화 능력이 감소하게 된다. However, photo-semiconductor systems, so-called photocatalytic systems, which have been widely used to remove volatile organic compounds, generally have a problem in that excited electrons recombine with holes in the valence band over time, thereby reducing the activity of the photocatalyst. . When electrons and holes recombine, the photosemiconductor loses its ability to oxidatively decompose pollutants, and consequently, the air purification ability of the photocatalyst system is reduced.
따라서, 전자와 정공의 재결합을 방지하는 방법들이 개발되고 있다. 미국특허 제5,126,111호는 전자-정공의 결합(electron-hole recombination)을 줄이기 위하여 전자 수용체(electron acceptor)인 오존 또는 오존화된 산소(ozonized oxygen)와 하이드로겐 퍼록사이드(hydrogen peroxide) 하에서 광촉매 반응을 수행하는 방법을 개시하고 있다.Accordingly, methods for preventing recombination of electrons and holes have been developed. U.S. Patent No. 5,126,111 discloses a photocatalytic reaction under an electron acceptor ozone or ozonized oxygen and hydrogen peroxide to reduce electron-hole recombination. How to do it is disclosed.
유해한 물질을 제거하는데 사용되는 방법으로 광반도체 시스템 이외에도 고전압 방전 집진 시스템(high voltage dis charger amp; collector system or Electrostatic precipitator)의 전기 정화방법(electronic cleaning method)이 있다. 이 방법은 주로 공기 중의 오염 물질의 제거에 사용되어 온 것으로, 공기 중의 먼지, 담배 연기 기타 입자가 큰 오염물질을 제거하는데는 우수한 효과를 보이지만, 흡착하기 어려운 휘발성 유기물질들은 제대로 분해할 수 없는 단점이 있다. 또한, 고전압 방전시 발생되는 O3은 저농도 (0.12ppm 이하)에서는 공기 중 오염물질을 산화시키고 살균하는 기능을 갖지만 그 이상의 농도에서는 노약자, 유아 등 인간에게도 해를 줄 수 있어 밀폐된 공간에서의 장시간 운전은 매우 위험할 수도 있다.
As a method used to remove harmful substances, there is an electronic cleaning method of a high voltage discharger amp; collector system or Electrostatic precipitator in addition to the optical semiconductor system. This method has been mainly used to remove pollutants in the air, and it has an excellent effect in removing pollutants with large particles such as dust, cigarette smoke, etc. There is this. In addition, O 3 generated during high-voltage discharge has a function of oxidizing and sterilizing pollutants in the air at a low concentration (0.12ppm or less), but at a concentration higher than that, it can harm humans such as the elderly and infants. Driving can be very dangerous.
본 발명의 주된 목적은 광촉매가 코팅된 카본필터와 양극을 띠는 방전판이 일체로 구비되어 광촉매의 산화반응활성점을 최대로 지속시키는 것과 동시에 카본필터의 뛰어난 흡착력으로 휘발성 유기화합물을 효과적으로 제거시킬 수 있는 휘발성 유기화합물 제거장치 및 이를 이용한 휘발성 유기화합물 제거방법을 제공하는데 있다.
The main object of the present invention is that a carbon filter coated with a photocatalyst and a discharge plate having an anode are provided integrally to maintain the oxidation reaction active point of the photocatalyst to the maximum, and at the same time to effectively remove volatile organic compounds with the excellent adsorption power of the carbon filter. An object of the present invention is to provide an apparatus for removing volatile organic compounds and a method for removing volatile organic compounds using the same.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 구현예는, 양극의 성질을 갖는 방전판; 상기 방전판의 방전면에 부착되고 광촉매가 코팅된 카본필터; 상기 카본필터와 대향되도록 소정 간격으로 이격된 위치에 구비되고, 음극의 성질을 갖는 방전부; 및 상기 방전부의 배면에서 소정 간격으로 이격된 위치에 구비되는 자외선 광원을 포함하는 광전자 촉매부; 상기 광전자 촉매부를 내부에 구비하고, 유체 유입구 및 배출구가 형성된 하우징; 및 상기 하우징 외부에서 방전판과 방전부에 전압을 공급하는 전원공급부를 포함하는 휘발성 유기화합물 제거장치를 제공한다. In order to achieve the above object, one embodiment of the present invention, a discharge plate having a positive electrode; a carbon filter attached to the discharge surface of the discharge plate and coated with a photocatalyst; a discharge unit provided at a position spaced apart from the carbon filter at a predetermined interval to face the carbon filter and having a negative electrode property; and a photoelectrocatalyst unit including an ultraviolet light source provided at a position spaced apart from the rear surface of the discharge unit at a predetermined interval; a housing having the photoelectrocatalyst part therein and having a fluid inlet and outlet; and a power supply for supplying a voltage to the discharge plate and the discharge unit from the outside of the housing.
본 발명의 바람직한 일 구현예에서, 상기 광촉매는 TiO2, WO3, SrTiO3, a-Fe2O3, SnO3, Au, ZnO, CdS, ZnS, MoS2, α-Fe2O3, α-FeOOH, β-FeOOH 및 δ-FeOOH로 구성된 군에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 할 수 있다.In a preferred embodiment of the present invention, the photocatalyst is TiO 2 , WO 3 , SrTiO 3 , a-Fe 2 O 3 , SnO 3 , Au, ZnO, CdS, ZnS, MoS 2 , α-Fe 2 O 3 , α -FeOOH, β-FeOOH and δ-FeOOH may be characterized in that at least one selected from the group consisting of.
본 발명의 바람직한 일 구현예에서, 상기 방전판은 알루미늄, 구리, 철 및 이들의 합금으로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 할 수 있다.In a preferred embodiment of the present invention, the discharge plate may be selected from the group consisting of aluminum, copper, iron, and alloys thereof.
본 발명의 바람직한 일 구현예에서, 상기 방전부은 알루미늄, 구리, 철 및 이들의 합금으로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 할 수 있다.In a preferred embodiment of the present invention, the discharge unit may be selected from the group consisting of aluminum, copper, iron and alloys thereof.
본 발명의 바람직한 일 구현예에서, 상기 방전판은 일정 간격으로 천공된 천공홀이 다수개 형성되어 있는 다공판인 것을 특징으로 할 수 있다. In a preferred embodiment of the present invention, the discharge plate may be a perforated plate in which a plurality of perforated holes perforated at regular intervals are formed.
본 발명의 바람직한 일 구현예에서, 상기 방전부는 다수의 침부가 연이어져 돌설된 도전성 금속재질의 스틸스트립이 수평으로 배치되어 있고, 상기 침부 선단이 방전판의 천공홀을 향하도록 정렬되어 있는 것을 특징으로 할 수 있다.In a preferred embodiment of the present invention, the discharge unit has a steel strip made of a conductive metal material with a plurality of needles protruding one after another in a horizontal manner, and the tip of the needle is aligned to face the perforation hole of the discharge plate. can be done with
본 발명이 바람직한 일 구현예에서, 상기 휘발성 유기화합물 제거장치는 공기 순환용 팬, 공기오염정도를 측정하는 센서 및 필터 중에서 선택된 어느 하나 이상을 추가로 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.In a preferred embodiment of the present invention, the volatile organic compound removal device may further include any one or more selected from a fan for air circulation, a sensor for measuring the degree of air pollution, and a filter.
본 발명의 다른 구현예는, 상기 휘발성 유기화합물 제거장치를 이용하여 휘발성 유기화합물을 제거하는 휘발성 유기화합물 제거방법을 제공한다.
Another embodiment of the present invention provides a volatile organic compound removal method for removing the volatile organic compound using the volatile organic compound removal device.
본 발명에 따른 휘발성 유기화합물 제거장치는 광촉매가 코팅된 카본필터와 양극을 띠는 방전판이 일체로 구비되어 광촉매내에서 여기된 전자들이 정공에 재결합되는 것을 억제시켜 광촉매의 산화반응활성점을 최대로 지속시키는 것과 동시에 카본필터의 뛰어난 흡착력으로 휘발성 유기화합물 등의 오염물질을 효과적으로 제거시킬 수 있다.The device for removing volatile organic compounds according to the present invention is provided with a photocatalyst-coated carbon filter and a discharge plate having an anode integrally, thereby suppressing the recombination of excited electrons in the photocatalyst into holes, thereby maximizing the oxidation reaction active point of the photocatalyst At the same time, it can effectively remove contaminants such as volatile organic compounds due to the excellent adsorption power of the carbon filter.
또한, 본 발명에 따르면, 고전압 방전으로 전기집진 효과와 함께 발생된 오존을 광산화반응의 산화제로 이용함으로써 배출되는 오존의 양을 줄일 수 있으며, 카본필터 흡착단에 흡착된 유해물질을 광촉매 반응과 고전압 방전에서 발생된 오존으로 제거함으로써 카본필터의 수명을 연장시키고, 오염물질의 제거능을 향상시키는 효과가 있다.
In addition, according to the present invention, it is possible to reduce the amount of ozone emitted by using ozone generated with the electrostatic precipitation effect by high voltage discharge as an oxidizing agent for photooxidation reaction, and harmful substances adsorbed on the carbon filter adsorption stage can be used for photocatalytic reaction and high voltage Removal with ozone generated in the discharge has the effect of extending the life of the carbon filter and improving the removal ability of contaminants.
도 1은 본 발명에 따른 휘발성 유기화합물 제거장치를 도시한 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 일 실시예의 방전판 이미지이다.
도 3은 본 발명에 적용되는 광촉매의 작용원리를 설명한 개요도이다.
도 4는 본 발명에 따른 일 실시예의 방전부 이미지이다.
도 5는 본 발명에 따른 방전판과 카본필터에서의 전자의 흐름을 나타내는 개요도이다.1 is a block diagram showing an apparatus for removing volatile organic compounds according to the present invention.
2 is an image of a discharge plate according to an embodiment of the present invention.
3 is a schematic diagram illustrating the working principle of a photocatalyst applied to the present invention.
4 is an image of a discharge unit according to an embodiment of the present invention.
5 is a schematic diagram showing the flow of electrons in the discharge plate and the carbon filter according to the present invention.
다른 식으로 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 숙련된 전문가에 의해서 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로, 본 명세서에서 사용된 명명법 은 본 기술분야에서 잘 알려져 있고 통상적으로 사용되는 것이다.Unless defined otherwise, all technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. In general, the nomenclature used herein is those well known and commonly used in the art.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout this specification, when a part "includes" a certain component, it means that other components may be further included, rather than excluding other components, unless otherwise stated.
본 발명은 일 관점에서 양극의 성질을 갖는 방전판; 상기 방전판의 방전면에 부착되고 광촉매가 코팅된 카본필터; 상기 카본필터와 대향되도록 소정 간격으로 이격된 위치에 구비되고, 음극의 성질을 갖는 방전부; 및 상기 방전부의 배면에서 소정 간격으로 이격된 위치에 구비되는 자외선 광원을 포함하는 광전자 촉매부; 상기 광전자 촉매부를 내부에 구비하고, 유체 유입구 및 배출구가 형성된 하우징; 및 상기 하우징 외부에서 방전판과 방전부에 전압을 공급하는 전원공급부를 포함하는 휘발성 유기화합물 제거장치에 관한 것이다.The present invention is a discharge plate having the properties of a positive electrode in one aspect; a carbon filter attached to the discharge surface of the discharge plate and coated with a photocatalyst; a discharge unit provided at a position spaced apart from the carbon filter at a predetermined interval to face the carbon filter and having a negative electrode property; and a photoelectrocatalyst unit including an ultraviolet light source provided at a position spaced apart from the rear surface of the discharge unit at a predetermined interval; a housing having the photoelectrocatalyst part therein and having a fluid inlet and outlet; and a power supply for supplying a voltage to the discharge plate and the discharge unit from the outside of the housing.
구체적으로 본 발명에 따른 휘발성 유기화합물 제거장치는 광촉매에서 여기된 전자를 높은 전기전도성을 갖는 카본필터를 통해 양극을 띠는 방전판으로 흡수 시켜 광촉매의 전자-정공의 재결합을 방지시킴으로써, 광촉매의 활성을 장기간 유지시킬 뿐만 아니라, 하전된 입자성 물질들을 포집하여 제거하고 방전 시스템에서 발생된 오존을 광산화 반응의 산화제로 이용함으로써, 장치 외부로 배출되는 오존의 양을 줄이는 역할을 한다. 따라서, 카본필터에 코팅된 광촉매층에 의하여 휘발성 유기화합물들이 제거됨과 동시에 방전판과 방전부의 전기적 집진(electrostatic precipitatior)에 의한 정화 작용이 동시에 수행됨으로써 난분해성 휘발성 유기화합물을 효과적으로 제거시킬 수 있다.Specifically, the volatile organic compound removal device according to the present invention absorbs electrons excited from a photocatalyst through a carbon filter having high electrical conductivity to a discharge plate having an anode to prevent recombination of electron-holes in the photocatalyst, thereby activating the photocatalyst. It not only maintains the energy for a long time, but also serves to reduce the amount of ozone discharged to the outside of the device by collecting and removing charged particulate matter and using ozone generated in the discharge system as an oxidizing agent for photooxidation. Therefore, the volatile organic compounds are removed by the photocatalyst layer coated on the carbon filter, and at the same time, the purification action by the electrostatic precipitator of the discharge plate and the discharge unit is simultaneously performed, thereby effectively removing the difficult-to-decompose volatile organic compounds.
또한, 본 발명은 카본필터 흡착단에 흡착된 유기화합물을 광촉매 반응과 고전압 방전에서 발생된 오존으로 제거함으로써, 카본필터의 수명을 연장시킬 수 있어 별도의 탈착과정을 수행하지 않아도 되는 장점이 있다.
In addition, the present invention has the advantage of not having to perform a separate desorption process because the life of the carbon filter can be extended by removing the organic compound adsorbed on the carbon filter adsorption stage with ozone generated in the photocatalytic reaction and high voltage discharge.
이하, 본 발명의 일 실시예를 나타내는 도 1을 참조하여 본 발명의 휘발성 유기화합물 제거장치를 더욱 상세히 설명한다.Hereinafter, the volatile organic compound removal apparatus of the present invention will be described in more detail with reference to FIG. 1 showing an embodiment of the present invention.
본 발명의 휘발성 유기화합물 제거장치는 양극의 성질을 갖는 방전판(10); 상기 방전판(10)의 방전면에 부착되고 광촉매(50)가 코팅된 카본필터(40); 상기 카본필터(40)와 대향되도록 소정 간격으로 이격된 위치에 구비되고, 음극의 성질을 갖는 방전부(20); 및 상기 방전부(20)의 배면에서 소정 간격으로 이격된 위치에 구비되는 자외선 광원(60)을 포함하는 광전자 촉매부(70); 상기 광전자 촉매부(70)를 내부에 구비하고, 유체 유입구(81) 및 유체 배출구(82)가 형성된 하우징(80); 및 상기 하우징(80) 외부에서 방전판(10)과 방전부(20)에 전압을 공급하는 전원공급부(30)를 포함하는 것을 특징으로 한다. 오염된 유체(휘발성 유기화합물 함유 공기)는 하우징(80)의 유체 유입구(81)로부터 유입되며, 정화된 유체는 배출구(82)를 통하여 배출된다.The device for removing volatile organic compounds of the present invention includes: a
상기 방전판(10)은 전원공급부(30)로부터 양극이 인가되어 양극 성질을 갖도록 금속성 물질로 이루어져 광촉매(50)에서 여기된 전자들을 흡수하여 광촉매의 산화 반응 활성점을 일정하게 유지하는 역할을 한다. 이때, 본 발명에 따른 방전판(10)은 전하를 전달할 수 있는 금속성 물질이면 사용 가능하고, 바람직하게는 알루미늄, 구리, 철 및 이들의 합금으로 구성된 군에서 선택될 수 있다.The
또한, 상기 방전판(10)은 도 1에서 평판형으로 도시하였으나, 오염된 유체의 흐름을 원활히 할 수 있고, 후술되는 카본필터의 부착이 용이한 형태이면 어떠한 형태라도 무방하나, 도 2에 나타난 바와 같이 바람직하게는 일정 간격으로 천공된 천공홀(11)이 다수개 형성되어 있는 다공판인 것이 유체의 흐름에 따른 장치내 배압부하를 줄여 공기의 흐름을 돕고 추가되는 팬의 효율을 높여 에너지 소모를 감소시킨다는 점에서 바람직하다.In addition, although the
한편, 카본필터(40)은 활성탄소가 함유된 필터이면 제한 없이 사용 가능하고, 전자전달 측면에서 바람직하게는 금속 메쉬, 금속섬유 필터, 금속분말 소결필터, 금속부직포 필터, 금속폼 필터, 금속펠트 필터 금속 멤브레인 필터 등의 금속 재질의 기공체(porous materials)에 활성 탄소가 함유된 카본필터를 사용하거나, 활성탄소를 필터형태로 성형하여 사용할 수 있다.On the other hand, the
상기 카본필터(40)는 활성 탄소의 전자 전도성으로 광촉매에서 여기된 전자들의 정공과의 재결합 시간을 연장시켜 광촉매의 산화 반응 활성점을 증가시키는 동시에 미세한 다공 구조로 높은 흡착력을 가져 휘발성 유기 화합물을 효과적으로 제거시킬 수 있다.The
상기 카본필터(40)와 방전판(10)의 부착방법은 유체의 흐름을 방해하지 않는 정도에서 방전판면에 카본필터를 나사결합이나 클립결합 등으로 부착 고정시키거나, 또는 방전판에 카본필터 고정부(12)를 형성시켜 카본필터를 부착시킬 수 있다.In the method of attaching the
상기 카본필터(40)에 코팅되는 광촉매(50)는 광에너지를 화학 에너지로 전환할 수 있는 물질을 의미하며, 광촉매를 구성하는 금속 화합물(metallic compound)은 반도체이다. 도 3에 나타난 바와 같이, 광촉매 물질은 가전자대 E, 전도대 D, 밴드갭 G를 가진다. 밴드갭 G는 광촉매의 종류에 따라 다른 고유값이다. 광촉매제로는 금속산화물 계통으로서 TiO2, WO3, SrTiO3, α-Fe2O3 , SnO3 , Au, ZnO 등이 있고 금속 황화물 계통인 CdS, ZnS, MoS2 등과 또한 α-Fe2O3, α-FeOOH, β-FeOOH, δ-FeOOH 등과 같은 철 화합물을 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있으며, 광촉매는 상기 다양한 광촉매를 혼합하여 사용할 수도 있고 단일물질을 사용할 수도 있다.The
본 발명에 따른 광촉매는 바람직하게는 이산화티탄(TiO2)으로, 이산화티탄(TiO2)의 경우 밴드캡 G는 약 3eV이며 파장으로 환산하면 400nm이다. 따라서 400nm보다 짧은 파장의 빛이 조사되면 가전자대의 전자가 여기하게 된다. The photocatalyst according to the present invention is preferably titanium dioxide (TiO 2 ), and in the case of titanium dioxide (TiO 2 ), the band cap G is about 3 eV, and in terms of wavelength, it is 400 nm. Therefore, when light with a wavelength shorter than 400 nm is irradiated, electrons in the valence band are excited.
상기 광촉매의 코팅방법으로는 카본필터의 종류에 따라 광촉매 형상과 코팅방법을 적용할 수 있다. 그 일 예로 졸-겔 방법으로 광촉매를 제조한 다음, 딥코팅법, 스프레이법, 바코터법 등으로 카본필터에 코팅할 수 있다(David A. Ward and Edmon I. Ko., Preparing Catalytic Materials by the Sol-Gel Method, Ind . Eng . Chem. Res. 34, 421-433 (1995)). As a coating method of the photocatalyst, a photocatalyst shape and a coating method may be applied depending on the type of carbon filter. For example, a photocatalyst may be prepared by a sol-gel method, and then coated on a carbon filter by a dip coating method, a spray method, a bar coater method, etc. (David A. Ward and Edmon I. Ko., Preparing Catalytic Materials by the Sol-Gel Method, Ind . Eng . Chem. Res . 34, 421-433 (1995)).
또한, 광촉매가 카본필터에 잘 코팅되도록 바인더(binder) 성분을 사용할 수 있으며, 바인더 성분으로는 예를 들어 규소화합물 등과 같은 물질을 사용할 수 있고, 전도성 및 광촉매의 활성을 향상시키기 위하여 산화주석(SnO2)과 같은 전이금속 산화물 또는 백금 등과 같은 귀금속을 광촉매에 광촉매의 전체 중량에 대하여 1~10 중량%의 양으로 첨가할 수 있다.In addition, a binder component may be used so that the photocatalyst is well coated on the carbon filter, and a material such as a silicon compound may be used as the binder component, and tin oxide (SnO) to improve conductivity and photocatalyst activity 2 ) A transition metal oxide such as or a noble metal such as platinum may be added to the photocatalyst in an amount of 1 to 10% by weight based on the total weight of the photocatalyst.
방전부(20)는 알루미늄, 구리, 철 및 이들의 합금 등과 같은 전기 전도성이 좋은 금속성의 물질로 이루어져 있으며, 휘발성 유기화합물이 방전부(20)를 지날 때 전기 에너지를 받아 방전판(10)으로의 코로나(corona) 방전에 의해 플라즈마 형태로 다소 변환되는데, 이렇게 하전된 휘발성 유기화합물이 카본필터의 광촉매 표면에 닿을 때 하전된 휘발성 유기화합물의 에너지가 광촉매의 전자를 여기시킬 수 있어 광촉매의 활성을 또한 증가시킬 수 있다.The
또한, 상기 방전부(20)는 도 1에서 침부(25)가 형성된 평판형으로 도시하였으나, 자외선 광원으로부터 나오는 빛의 흐름을 방해하지 않고 카본필터에 전달할 수 있는 개방형 형태가 바람직하고, 더욱 바람직한 예로는 도 4에 나타난 바와 같이 다수의 침부(25)가 연이어져 돌설된 전기 전도성 금속재질의 스틸스트립(21)이 수평으로 다수 배치되고, 상기 스틸스크립(21)을 절연재로 된 막대 형상의 삽설구(22)에 병렬로 삽설시키는 것이 장치내의 부합 부하를 줄여 공기의 흐름을 돕고 코로나 방전을 효과적으로 발생시킬 수 있다는 것에서 바람직하다.In addition, although the
자외선 광원(60)은 방전부(20)의 배면에서 소정 간격으로 이격된 위치에 구비되어 있으며, 장치의 크기에 따라 용량 및 수를 조절할 수 있다. The ultraviolet
하우징(80)은 전술된 광전자 촉매부(70)를 내부에 구비하고, 유체 유입구(81) 및 배출구(82)가 형성되며, 적용되는 장소에 따라 다양한 형상으로 적용될 수 있다. 이때, 하우징(80)의 재질은 자외선에 강한 재질인 것이 바람직하다. The
전원공급부(30)은 방전판(10) 및 방전부(20)에 직류 고전압을 인가하여 코르나 방전을 시킬 수 있도록 전원을 공급하는 것으로, 일반 220V의 가정용 전압을 약 1 ~ 20000V 전압으로 승압시키는 회로판이 내장되어 있다.The
또한, 본 발명에 따른 휘발성 유기화합물 제거장치는 공기 순환용 팬 및/또는 공기오염 정도를 측정하는 센서, 필터 등을 추가로 구비할 수 있다. 이때, 상기 팬(미도시)은 방전판의 방전면 타측에 위치시킬 수 있으며 정화시킬 공기의 유량을 조절하는 역할을 하고, 센서는 공기 오염물질 농도를 감지하여 조절부(미도시)에 전기적 신호를 보내는 역할을 한다.In addition, the apparatus for removing volatile organic compounds according to the present invention may further include a fan for air circulation and/or a sensor for measuring the degree of air pollution, a filter, and the like. At this time, the fan (not shown) may be located on the other side of the discharge surface of the discharge plate and serves to control the flow rate of air to be purified, and the sensor detects the concentration of air pollutants and sends an electrical signal to the control unit (not shown). serves to send
본 발명에 따른 휘발성 유기화합물 제거장치는 상기 하우징(80) 내부에 병렬로 배치되는 다수의 광전자 촉매부(70)를 포함하여 휘발성 유기화합물의 제거 효과를 상승시킬 수 있다.The volatile organic compound removal apparatus according to the present invention may include a plurality of
본 발명은 다른 관점에서, 상기 휘발성 유기화합물 제거장치를 이용하여 휘발성 유기화합물을 제거하는 휘발성 유기화합물 제거방법에 관한 것이다.In another aspect, the present invention relates to a volatile organic compound removal method for removing the volatile organic compound using the volatile organic compound removal device.
구체적으로, 본 발명에 따른 휘발성 유기화합물 제거장치에서 자외선 광원(60)을 작동시켜 자외선이 카본필터에 코팅된 광촉매(50)에 조사되면, 광촉매내의 가전자대 E에 채워진 전자들이 전도대 D로 이동하는 전자의 여기 현상이 발생한다. 이때, 여기된 전자 e-가 갖는 환원력보다 정공 h+이 갖는 산화력이 휠씬 크므로, 대부분의 경우 전자 e-가 여기되면 가전자대 E에 남아 있는 정공 h+이 공기 중에 함유된 휘발성 유기화합물 등의 오염물질로부터 전자를 받아 이들 오염 물질을 산화 분해시킨다. 휘발성 유기화합물의 경우에는 아래 화학식에서와 같이 물(H20)와 이산화탄소(CO2)로 산화되어 제거된다. 광촉매 반응을 이용한 휘발성 유기화합물 제거에서 특히 중요한 것은 전자와 정공을 활성 상태로 유지, 즉 서로 결합을 방지하는 것이다. Specifically, when the ultraviolet
VOC(휘발성 유기화합물) → CO2 + H2OVOC (Volatile Organic Compounds) → CO 2 + H 2 O
본 발명의 휘발성 유기화합물 제거장치는 전원공급부(30)의 양극이 방전판(10)에, 음극이 방전부(20)에 연결시키면, 도 5에 나타나 바와 같이 음극의 방전부(20)에서 생성된 전자가 양극의 방전판(10) 방향으로 이동하게 되며, 광촉매내에서 여기된 전자가 카본필터(40)의 활성탄소를 통해 고전압 방전판으로 유입되거나, 또는 카본필터로 유입된다. 따라서, 본 발명의 휘발성 유기화합물 제거장치는 광촉매 활성을 감소시키는 여기된 전자들이 정공에 재결합하는 것을 억제시켜 광촉매의 산화반응 활성점을 최대로 지속할 수 있어 휘발성 유기화합물 등의 오염물질의 제거능력을 향상시킬 수 있다.In the volatile organic compound removal device of the present invention, when the anode of the
다만 도 1 및 도 5에서는 카본필터상에 광촉매가 층으로 이루어진 것으로 도시하고 있으나, 이는 광촉매의 전자 흐름을 이해하도록 하기 위한 것으로, 광촉매의 코팅방법에 따라 카본필터 내부나, 외부에 모두 코팅될 수 있다 할 것이다.However, in FIGS. 1 and 5, the photocatalyst is shown as a layer on the carbon filter, but this is for understanding the electron flow of the photocatalyst. Depending on the coating method of the photocatalyst, both the inside and the outside of the carbon filter can be coated. there will be
또한, 본 발명의 휘발성 유기화합물 제거장치의 고전압 방전은 전기 집진 효과가 있다. 이는 공기중의 먼지 입자들을 방전판에 흡착시킬 수 있으며, O3를 발생시키는데 이는 강력한 산화제로 작용하여 휘발성 유기화합물과 같은 오염물질을 산화시켜 공기를 정화한다.In addition, the high voltage discharge of the volatile organic compound removal device of the present invention has an electrostatic precipitation effect. This can adsorb dust particles in the air to the discharge plate and generate O 3 , which acts as a strong oxidizing agent and oxidizes pollutants such as volatile organic compounds to purify the air.
또한, 본 발명의 휘발성 유기화합물 제거장치는 카본필터 흡착단에 흡착된 유해물질을 광촉매 반응과 고전압 방전에서 발생된 오존으로 제거함으로써 카본필터의 수명을 연장시키고, 오염물질의 제거능을 향상시킬 수 있다.
In addition, the volatile organic compound removal device of the present invention can extend the life of the carbon filter and improve the removal ability of pollutants by removing harmful substances adsorbed on the carbon filter adsorption stage with ozone generated from a photocatalytic reaction and high voltage discharge. .
본 발명의 단순한 변형 또는 변경은 모두 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.
All simple modifications or changes of the present invention can be easily carried out by those skilled in the art, and all such modifications or changes can be considered to be included in the scope of the present invention.
10: 방전판 20: 방전부
30: 전원공급부 40: 카본필터
50: 광촉매 60: 자외선 광원
70: 광전자 촉매부 80: 하우징
81: 유체 유입구 82: 유체 배출구10: discharge plate 20: discharge unit
30: power supply 40: carbon filter
50: photocatalyst 60: ultraviolet light source
70: photoelectron catalyst part 80: housing
81: fluid inlet 82: fluid outlet
Claims (8)
상기 광전자 촉매부를 내부에 구비하고, 유체 유입구 및 배출구가 형성된 하우징; 및
상기 하우징 외부에서 방전판과 방전부에 직류 고전압을 공급하는 전원공급부를 포함하는 휘발성 유기화합물 제거장치.
Discharge plate having the property of anode; a carbon filter attached to the discharge surface of the discharge plate and coated with a photocatalyst; a discharge unit provided at a position spaced apart from the carbon filter at a predetermined interval to face the carbon filter and having a negative electrode property; and a photoelectrocatalyst unit including an ultraviolet light source provided at a position spaced apart from the rear surface of the discharge unit at a predetermined interval;
a housing having the photoelectrocatalyst part therein and having a fluid inlet and outlet; and
A volatile organic compound removal device including a power supply for supplying a DC high voltage to the discharge plate and the discharge unit from the outside of the housing.
According to claim 1, wherein the photocatalyst is TiO 2 , WO 3 , SrTiO 3 , a-Fe 2 O 3 , SnO 3 , Au, ZnO, CdS, ZnS, MoS 2 , α-Fe 2 O 3 , α-FeOOH, A volatile organic compound removal device, characterized in that at least one selected from the group consisting of β-FeOOH and δ-FeOOH.
The volatile organic compound removal device according to claim 1, wherein the discharge plate is selected from the group consisting of aluminum, copper, iron and alloys thereof.
The volatile organic compound removal device according to claim 1, wherein the discharge unit is selected from the group consisting of aluminum, copper, iron, and alloys thereof.
The volatile organic compound removal apparatus according to claim 1, wherein the discharge plate is a perforated plate having a plurality of perforated holes perforated at regular intervals.
[2] The volatile organic compound removal device according to claim 1, wherein the electric discharge unit has a steel strip made of a conductive metal material in which a plurality of needles are protruded in succession and arranged horizontally.
The volatile organic compound removal device according to claim 1, wherein the volatile organic compound removal device further comprises at least one selected from a fan for air circulation, a sensor for measuring the degree of air pollution, and a filter.
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