KR100450227B1

KR100450227B1 - 에틸렌 제거용 광촉매 반응기

Info

Publication number: KR100450227B1
Application number: KR10-2001-0083390A
Authority: KR
Inventors: 박주형; 최상교; 전희동
Original assignee: 재단법인 포항산업과학연구원
Priority date: 2001-12-22
Filing date: 2001-12-22
Publication date: 2004-09-24
Also published as: KR20030053232A

Abstract

본 발명은 냉장고 등의 탈취를 위한 광촉매의 이용에서 벗어나, 과채류의 숙성을 촉진하는 에틸렌 가스를 효과적으로 제거 할 수 있는 광촉매가 코팅된 반응기를 제공하여 과채류의 신선도 유지 및 장기저장을 용이롭게 하고, 아울러 광촉매의 광반응에 의한 항균기능과 탈취기능을 갖는 에틸렌 제거용 광촉매 반응기를 제공함에 있다.

이에 본 발명은, 야채 등에서 발생하는 에틸렌을 제거하기 위한 장치에 있어서, 내부로 에틸렌이 이송되며 내측면에는 광촉매가 코팅된 유리관과, 유리관으로 자외선을 조사하기 위한 자외선램프를 포함하여, 유리관으로 에틸렌을 순환시켜 코팅된 광촉매로부터 에틸렌을 제거하는 것을 특징으로 하는 에틸렌 제거용 광촉매 반응기를 제공한다.

Description

에틸렌 제거용 광촉매 반응기{Photocatalytic ethylene removal reactor for maintaining freshness of fruits and vegetables}

본 발명은 에틸렌 분해능이 있는 광촉매로 코팅된 글래스 비드로 충진된 유리관과 자외선을 이용하여 냉장고 야채실의 과채류에서 발생하는 에틸렌을 제거하여 과채류의 신선도 유지 및 장기저장을 위해 고안된 광촉매를 이용한 에틸렌 제거 장치에 관한 것이다.

일반적으로 과채류는 성장과정에서 식물대사중에 에틸렌이 발생하며 이는 식물의 맛과 색깔을 좋게 하는 역할을 하는 것으로 알려져 있다. 그러나 에틸렌은 수확이 끝난 후에도 계속 발생하여 과채류가 노화하고 부패하게 만들어 상품으로의 가치를 저하시키는 역할을 한다. 따라서 과채류 보관시 냉장고를 이용하여 저온 보관함으로서 식물대사를 억제하여, 에틸렌 발생량을 줄여 신선도 유지를 해오고 있다. 그러나 장기간 냉장고에 과채류를 보관 할 경우, 과채류에서 지속적으로 발생된 에틸렌이 냉장고 내에서 순환하여 축적되어 과채류의 신선도를 저해하고 부패를 가져오는 문제점이 있다.

종래에는 냉장고 내에서 발생하는 악취 및 흡착 가능한 물질들의 제거를 위하여 흡착제를 많이 사용하고 있으나 이는 흡착되는 물질의 종류에 한계가 있으며 흡착할 수 있는 용량이 작아 단기간 사용 시 주기적으로 교체 해주어야 하는 불편함이 있고, 장기간 사용 시, 흡착제 자체가 악취와 각종 세균의 발생원이 될 수 있는 단점이 있다.

이를 보완한 종래의 기술로는 광촉매를 이용한 것들이 있는데, 최근에 공개된 기술로서, 대한민국 공개번호 특허2001-0073362와 공개번호 실용신안2000-0021289의 경우, 분말상의 광촉매를 이용하여 제조된 탈취제를 이용한 탈취작용에 국한되어 있으며, 광촉매로 냉장고 내부 선반을 코팅하여 냉장고내의 성애방지에 초점을 맞추고 있고, 아울러 악취제거 및 세균 번식에 과한 내용을 포함하고 있으나 과채류 장기 저장을 위한 에틸렌 제거에 관한 기술은 없는 실정이다.

이는 단순히 광촉매로 냉장고내의 공기를 순환시키는 것만으로는 충분한 에틸렌분해 시간을 가지지 못하기 때문이라고 판단된다. 이외에 에틸렌 제거 장치에 관한 대한민국 공개 번호 특허1999-025973는 광촉매를 이용한 경우는 아니며, 185나노미터의 자외선 램프를 사용하기 때문에 인체에 노출될 경우 사람에게 치명적일 수 있는 단점이 있다.

이에 본 발명은 상기와 같은 제반 요구사항에 부응하기 위하여 안출된 것으로, 냉장고내의 탈취를 위한 광촉매의 이용에서 벗어나, 과채류의 숙성을 촉진하는 에틸렌 가스를 효과적으로 제거 할 수 있는 광촉매가 코팅된 반응기를 제공하여 과채류의 신선도 유지 및 장기저장을 용이롭게 하고, 아울러 광촉매의 광반응에 의한 항균기능과 탈취기능을 갖는 에틸렌 제거용 광촉매 반응기를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명이 적용된 에틸렌 제거용 광촉매 반응기의 단면도,

도 2는 본 발명에 따른 광촉매로 코팅된 유리관과 자외선램프를 도시한 개략적인 도면,

도 3은 본 발명에 따른 광촉매로 코팅된 글래스 비드로 충진된 유리관의 단면도,

도 4는 본 발명에 따른 활성탄이 충진된 유리관의 끝단을 도시한 단면도,

도 5는 본 발명에 따른 광촉매 반응기에 의한 항균력 실험 결과 그래프이다.

*도면의 주요 부호에 대한 간단한 설명*

10 : 냉장고 11 : 냉장실

12 : 야채실 13 : 프레임구조물

20 : 유리관 21 : 광촉매

30 : 글래스비드 40 : 자외선램프

50 : 활성탄 60 : 블로워

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 냉장고 야채실에서 발생하는 에틸렌이 이송되며 야채실과 냉장실 사이에 에틸렌의 광분해 반응시간을 충분히 확보하도록 긴 길이로 제작되고 내측면에는 광촉매가 코팅된 유리관에 자외선을 조사하여 유리관으로 야채실내의 공기를 강제 순환시켜 코팅된 광촉매로부터 에틸렌을 제거하는 구조로 되어 있다.

또한, 본 발명은 글래스 비드를 코팅용 광촉매 졸로 투명하고 균일하게 코팅하고 상온 경화시킨 후, 상기 글래스 비드를 상기 유리관에 충진시켜 고정시킴으로서, 광촉매의 면적을 증대시킴을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 글래스비드 대신 광촉매가 코팅된 유리섬유, 스테인레스스틸 메쉬, 하니콤형 세라믹 담체, 세라믹 볼의 단독 혹은 복합물이 충진될 수 있다.

상기 광촉매는 빛에너지를 받으면 활성이 높은 물질을 생성하여 화학반응을 촉진시키는 물질로서, 상기 코팅용 광촉매 졸은 높은 투명도와 광활성도를 갖도록 (a) 티타늄 화합물, 물, 유기용매, 촉매 및 계면활성제를 혼합하여 70 내지 100 ℃에서 열처리하는 단계와 (b) 상온에서 바인더, 물, 유기용매, 촉매를 포함하는 바인더 용액을 상기 열처리된 혼합액에 첨가하는 단계; 및 (c) 상기 혼합액을 상온에서 2 내지 24 시간 동안 교반하여 용매를 휘발시키는 단계를 거쳐 제조될 수 있다.

본 발명의 다른 특징은 유리관 유출구에 활성탄을 충진시킨 구조로 하여, 에틸렌이 유리관을 통과하며 분해되어 발생한 부산물과 이산화탄소를 유출구에 충진되어 있는 활성탄으로 제거하여 유리관을 통과한 정화된 공기가 냉장실로 순환될 수 있게 하는데 있다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참고로 보다 상세히 설명한다.

먼저, 본 발명에 적용되는 기술적인 원리에 대하여 간단하게 설명하면, 본 발명의 에틸렌 제거용 광촉매 반응기는 광촉매의 광분해 반응을 이용한 것으로 광촉매로 코팅된 유리관에 일정한 에너지 이상을 가진 빛(자외선)을 조사하면 즉, 광촉매 자체가 가지는 밴드 갭 에너지(Band gab energy) 3.2ev이상의 에너지를 주는 320 ~ 380nm 정도의 자외선을 조사하면 표면에서 전자가 발생하고, 수분에 포함된 수소 분자와 반응하여 수산기 라디칼(OH- radical)을 발생시키는 데, 이때 발생한 수산기 라디칼은 매우 불안정한 상태로 다른 기체와 반응하며, 특히 산화력이 뛰어나 유기물을 분해하는 기능을 가지고 있다. 따라서 본 발명에서는 냉장고 야채실에서 발생하는 에틸렌을 광촉매로 코팅된 광반응기 내로 순화시킴으로써 에틸렌을 산화시킬 수 있게 되는 것이다.

여기서 상기 자외선이 380nm를 초과하는 경우에는 광촉매 반응 자체가 없게 되며, 320nm 미만의 자외선이 인체에 노출될 경우 피부에 홍반 반응과 색소침착을 일으키고 눈의 시력을 저라시킬 수 있어, 320nm미만의 자외선을 적용하는 것은 바람직하지 않다.

도 1에는 본 발명에 따른 광촉매를 이용한 에틸렌 제거 반응기의 개략적인 구성이 도시되어 있다.

상기한 도면에 의하면, 냉장고(10)에 있어서 상기 냉장고(10)의 야채실(12) 상부에 놓여지고 일측 선단은 야채실(12)에 연통설치되고 타단은 냉장실(11)로 연통되며 내측면에는 광촉매(21)가 코팅된 유리관(20)과, 표면에 광촉매(21)가 코팅되어 상기 유리관(20) 내부에 충진되는 글래스 비드(30), 야채실(12)에서 발생된에틸렌을 상기 유리관(20)으로 이송하기 위한 에틸렌 순환 팬 블로워(60), 상기 유리관(20) 상부에 근접설치되어 유리관(20)에 자외선을 조사하기 위한 자외선램프(40)를 포함한다.

따라서 야채실(12)에서 발생한 에틸렌을 에틸렌 순환 팬 블로워(60)를 사용하여 광촉매(21)로 코팅된 글래스 비드(30)가 충진된 유리관(20)으로 이송하여 순환시키고, 자외선 램프(40)에 의한 광조사에 의해 글래스 비드(30)로 충진된 유리관(20)을 조사함으로서, 과채류의 노화와 부패를 가속화시키는 에틸렌을 제거하는 역할을 하게 한다.

또한 유리관(20)을 통과하며 발생한 에틸렌 분해 산물 및 이산화탄소는 다시 냉장실(11)로 유출되어 기존의 탈취제에 의해 흡착되는데 에틸렌 광분해 후에 냉장실(11)로 보내지는 공기가 냉장실(11)에 보관되어 있는 음식에 영향을 주고 악취가 발생하는 것을 저감하기 위해 유리관(20) 유출구에 활성탄(50)을 충진하여 냉장실(11)로 보내지는 공기를 정화하고 기존 탈취제의 수명을 연장하도록 하였다.

도 2는 유리관(20)과 자외선램프(40)의 구조를 나타낸 도면으로, 상기 유리관(20)은 냉장고(10)의 하단에 위치하는 야채실(12)과 상부의 냉장실(11) 사이의 냉장고(10) 프레임구조물(13) 내부에 수평상태로 장착되며, 유리관(20)의 일단은 하부로 절곡되어 야채실(12) 후방으로 연결되며, 타단은 수직절곡되어 상기 프레임구조물(13) 상부를 통해 냉장실(11)로 연결된다.

또한, 상기 유리관(20)은 에틸렌 분해 반응 시간을 확보하기 위해 전체 길이를 길게하여 지그재그식으로 형성하고, 지그재그식으로 놓여진 유리관(20) 상부에두 개의 자외선 램프(40)가 설치된다. 따라서 야채실(12)에서 발생된 에틸렌은 유리관(20)을 따라 충분히 긴 거리를 이동하면서 광촉매(21)와 반응하게 된다.

도 3은 상기 유리관(20) 내부에서 에틸렌과 광촉매(21)의 접촉면적을 증대하여 에틸렌의 광분해 반응 효율을 증가시키기 위해, 광촉매(21)를 코팅한 글래스 비드(30)로 충진된 유리관(20)을 도시하고 있다.

그리고 도 4는 상기 유리관(20)의 배출구쪽에 에틸렌 분해 산물을 흡착시키기 위해 활성탄(50)이 충진되어 있는 상태를 도시하고 있다.

일반적으로 자외선 램프(40)등에 의해 활성화된 광촉매(21)는 에틸렌뿐만 아니라 유기물질 및 악취를 유발하는 성분을 분해하는데 효과적으로 알려져 있으며, 본 발명에서 고안된 유리관(20)을 통과한 순환 공기는 충분한 반응시간 및 접촉면적을 지니고 있어 실질적으로 순환 공기가 멸균되어 냉장고(10) 전체의 위생상태를 유지할 수 있다는 장점이 있다.

이하, 본 발명의 내용을 실시예를 통하여 더욱 상세히 설명한다.

실시예 1

종래의 냉장고(10) 야채실(12)에 각종 과채류 15Kg을 채운 후, 본 발명에서 고안된 에틸렌 제거 반응기 설치 전/후의 24시간 동안의 에틸렌 농도를 냉장실(11)에 에틸렌 포집병을 설치하여 측정하여 그 결과를 표1에 나타내었다.

에틸렌 제거 반응기 설치 후의 에틸렌 제거량.(1∼5℃)

에틸렌 제거 반응기 설치 전의 에틸렌 농도(mg/l)	에틸렌 제거 반응기 설치 후의 에틸렌 농도(mg/l)	에틸렌 제거율(%)
12∼24	4∼6	67∼77

실시예 2

본 발명에서 고안된 유리관(20)에 자외선 램프(40)(365nm)를 조사하여 광촉매(21)를 광활성화 시킨 후, 에틸렌 15mg/l를 주입하여 유출구에서의 에틸렌 농도는 표2에 나타내었다.

유리관(20) 내에 에틸렌을 주입했을 때의 제거율.(20℃)

에틸렌 유입 농도(mg/l)	유리관 유출구의 에틸렌 농도(mg/l)	제거율(%)
15	9	40%

실시예 3

본 발명에서 고안된 유리관(20)에 320CFU/ml인 대장균용액을 넣고 자외선을 조사하여 대장균 사멸 실험을 한 결과를 도 5에 나타내었다. 광촉매(21)를 코팅하지 않은 경우에는 자외선에 의하여 1시간 후 약 50%의 살균력을 나타내었지만, 광촉매(21)를 코팅한 경우에 있어서는 45분후 100%의 살균력을 나타내어 광촉매 반응기가 매우 우수한 항균효과가 있음을 알 수 있다.

이상 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 냉장고 야채실의 신선도 유지를 위한 에틸렌 제거 광촉매 반응기에 의하면, 냉장고에서 과채류의 신선도 유지와 장기저장을 목적으로 할 경우, 코팅용 광촉매 졸로 유리관 및 글래스 비드를 코팅하여 충분한 반응시간 및 접촉면적을 가진 반응기를 사용하여 과채류에서 발생하는 에틸렌을 제거할 수 있으며, 악취 물질 제거,항균기능을 부여할 수 있다. 이렇게 함으로써 기존의 냉장고에서 상기의 효과를 얻을 수 있음은 물론, 김치냉장고와 같은 과채류 저장고를 만들어 그 특성을 광범위하게 사용할 수 있다.

Claims

야채 등에서 발생하는 에틸렌을 제거하기 위한 장치에 있어서,

내부로 에틸렌이 이송되며 내측면에는 광촉매가 코팅된 유리관과, 상기 유리관으로 자외선을 조사하기 위한 자외선램프를 포함하며, 상기 유리관 내에 코팅용 광촉매 졸로 투명하고 균일하게 코팅된 광촉매 면적 증대용 글래스 비드를 충진시킨 구조의 에틸렌 제거용 광촉매 반응기.
삭제
제 1 항에 있어서, 상기 유리관은 지그재그식으로 형성되어 에틸렌의 통과시간을 연장시키도록 된 것을 특징으로 하는 에틸렌 제거용 광촉매 반응기.
제 3 항에 있어서, 상기 유리관의 입측 또는 출측에 활성탄이 충진되어, 에틸렌이 유리관을 통과하며 분해되어 발생한 부산물과 이산화탄소를 제거하도록 된 것을 특징으로 하는 에틸렌 제거용 광촉매 반응기.
제 1 항에 있어서, 상기 자외선램프는 340 ~ 380nm의 자외선을 조사하도록 된 것을 특징으로 하는 에틸렌 제거용 광촉매 반응기.
제 1 항에 있어서, 상기 광촉매는 TiO₂, SiO₂, WO₃, ZnO를 단독 혹은 복합적으로 사용하여 제조되는 것을 특징으로 하는 에틸렌 제거용 광촉매 반응기.
제 1 항에 있어서, 상기 유리관 내부에 글래스비드 대신 광촉매가 코팅된 유리섬유, 스테인레스스틸 메쉬, 하니콤형 세라믹 담체, 세라믹 볼의 단독 혹은 복합물이 충진된 것을 특징으로 하는 에틸렌 제거용 광촉매 반응기.
야채실을 포함하는 냉장고에 있어서,

상기 야채실과 냉장실을 구분하는 프레임구조물 내측에 수평장착되어 일측 선단은 야채실로 연통되고 타측 선단은 냉장실로 연통되며 내측면에는 광촉매가 코팅된 유리관과, 표면에 광촉매가 코팅되어 상기 유리관 내부에 충진되는 글래스비드, 상기 유리관 상부에 근접위치하여 유리관에 자외선을 조사하기 위한 자외선램프, 상기 유리관 유출구쪽에 충진되어 에틸렌이 유리관을 통과하며 발생한 부산물과 이산화탄소를 제거하기 위한 활성탄, 야채실에서 발생된 에틸렌을 상기 유리관으로 강제 이송하기 위한 에틸렌 순환 팬 블로워를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉장고 야채실의 에틸렌 제거용 광촉매 반응기.