KR100703032B1 - Nano porous photocatalytic membrane, method of manufacturing the same, water treatment purification system and air purification system using the nano porous photocatalytic membrane - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 전해액이 담긴 전기화학 전해조를 마련하고, 서로 이격 배치된 상기 양극과 상기 음극에 전압을 인가하여 나노 크기의 다공을 갖는 나노 다공성 금속산화막을 형성하는 나노 다공성 광촉매 분리막 및 그 제조방법과 나노 다공성 광촉매 분리막을 이용한 수처리 정화 시스템 및 대기 정화 시스템에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 유체와 실질적으로 접촉하는 면적이 증가되어 광촉매의 효율이 높은 나노 크기의 다공을 갖는 광촉매 분리막을 제작할 수 있고, 나노 다공성 광촉매 분리막을 수처리 또는 대기 정화 시스템에 적용함으로서 처리 비용이 적게 들고 처리 방식이 용이하며 처리 효율이 우수한 수처리 또는 대기 정화 시스템을 구현할 수 있다.The present invention provides a nanoporous photocatalyst membrane and a method for preparing an electrochemical electrolyzer containing an electrolytic solution, and forming a nanoporous metal oxide film having nanoporous pores by applying voltage to the anode and the cathode, which are spaced apart from each other. The present invention relates to a water treatment purification system and an air purification system using nanoporous photocatalyst membranes. According to the present invention, it is possible to manufacture a photocatalyst membrane having a nano-sized pore with high efficiency of photocatalyst by increasing the area of substantial contact with the fluid, and to reduce the processing cost by applying the nanoporous photocatalyst membrane to a water treatment or air purification system. It is possible to implement a water treatment or air purification system that is easy to carry and treat and has excellent treatment efficiency.
광촉매(photocatalytic), 분리막(membrane), 아노다이징(anodizing), 다공성(porous), 아나타제(anatase), 벌크 마이크로머시닝(bulk micromachining), 수처리(water treatment), 대기 정화(air purification) Photocatalytic, membrane, anodizing, porous, anatase, bulk micromachining, water treatment, air purification
Description
도 1은 나노 다공성 금속산화막 제조장치를 개략적으로 도시한 도면이다. 1 is a view schematically showing a nano-porous metal oxide film production apparatus.
도 2는 티타늄(Ti)막 상에 형성된 나노 다공성 티타늄산화막(TiO2)의 모습을 개략적으로 도시한 도면이다. FIG. 2 is a view schematically showing a nanoporous titanium oxide film (TiO 2 ) formed on a titanium (Ti) film.
도 3 내지 도 5는 실리콘 벌크 마이크로머시닝(bulk micromachining) 공정을 적용하여 광촉매 분리막을 제조하는 방법을 설명하기 위하여 도시한 단면도들이다. 3 to 5 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a photocatalyst membrane by applying a silicon bulk micromachining process.
도 6은 알루미늄(Al)막 상에 형성된 나노 다공성 알루미늄산화막(Al2O3)의 모습을 개략적으로 도시한 도면이다. FIG. 6 is a view schematically showing a nanoporous aluminum oxide film (Al 2 O 3 ) formed on an aluminum (Al) film.
도 7은 나노 다공성 티타늄산화막과 나노 다공성 알루미늄산화막을 포함하는 광촉매 분리막을 제조하는 방법을 설명하기 위하여 도시한 도면이다. FIG. 7 is a diagram illustrating a method of manufacturing a photocatalyst separator including a nanoporous titanium oxide film and a nanoporous aluminum oxide film.
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수처리 정화 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다. 8 is a view schematically showing a water treatment purification system according to a preferred embodiment of the present invention.
도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 대기 정화 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다. 9 is a view schematically showing an air purification system according to a preferred embodiment of the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
10: 전해조 20: 전해액10: electrolytic cell 20: electrolyte solution
30: 양극 40: 음극30: anode 40: cathode
50: 전력 공급 수단 60: 실리콘 기판50: power supply means 60: silicon substrate
65: 티타늄산화막 70: 나노 크기의 다공(pore)65: titanium oxide film 70: nano sized pores
75: 식각마스크 80: 마이크로 크기의 홀75: etching mask 80: micro-sized holes
100: 반응조 110: 수처리 유입구100: reactor 110: water treatment inlet
120: 수처리 배출구 130: 나노 다공성 광촉매 분리막 필터120: water treatment outlet 130: nano porous photocatalyst membrane filter
140: 자외선 램프 150: 투명 덮개140: UV lamp 150: transparent cover
160: 슬러지 배출구 175, 180: 펌프160:
185: 밸브 190: 순환수 유입관185: valve 190: circulating water inlet pipe
200: 대기 정화 시스템 210: 프리 필터200: air purification system 210: pre-filter
220: 활성탄소섬유 필터 230: 나노 다공성 광촉매 분리막 필터220: activated carbon fiber filter 230: nano porous photocatalyst membrane filter
240: 차동 압력 게이지240: differential pressure gauge
본 발명은 광촉매 분리막 및 그 제조방법, 광촉매를 이용한 수처리 정화 시 스템 및 대기 정화 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 나노 다공성 구조를 갖는 광촉매 분리막 및 그 제조방법, 나노 다공성 광촉매 분리막을 이용한 수처리 정화 시스템 및 대기 정화 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a photocatalyst separation membrane and a method of manufacturing the same, a water treatment purification system and an atmospheric purification system using a photocatalyst, and more particularly, a photocatalyst separation membrane having a nanoporous structure and a manufacturing method thereof, and a water treatment purification system using a nanoporous photocatalyst separation membrane. And an atmospheric purification system.
산업 폐수나 가정용 오·폐수는 수질 오염의 주요인이 되고 있으며, 산업의 발달에 따른 대기 오염은 자연 환경 및 생태계를 파괴하는 주요인이 되고 있다. Industrial wastewater and household wastewater are the main causes of water pollution, and air pollution due to industrial development is a major cause of destruction of natural environment and ecosystem.
일반적으로 사용되고 있는 폐수 처리 방법에는 생물학적 처리법과 화학적 처리법이 있다. Commonly used wastewater treatment methods include biological treatment and chemical treatment.
활성오니법이 생물학적 처리법의 대표적인 예인데, 활성오니법은 유기화합물을 분해시키는데 긴 시간이 필요하고, 처리 시설을 갖추는데 넓은 공간이 요구되며, 난분해성 물질인 방향족 유기물이 함유된 폐수의 경우에는 잘 분해 처리되지 않는다는 단점이 있다. The activated sludge process is a representative example of biological treatment. The activated sludge process requires a long time to decompose organic compounds, requires a large space to prepare a treatment facility, and in the case of waste water containing an aromatic organic substance which is a hardly decomposable substance, The disadvantage is that it does not decompose well.
화학적 처리법에는 철산화법, 펜톤(Fenton) 산화법, 오존 산화법 등이 있다. 철산화법은 제일철과 제이철을 사용하여 산화와 응집을 이용하는 방법으로 폐수를 처리하는데 비용이 적게 들고 처리 방식이 용이하나, 처리 효율이 나쁘다는 단점이 있다. 펜톤 산화법은 비교적 처리 효율이 우수한 것으로 나타나지만, 철수산화물 형태의 슬러지가 다량 발생하고 난분해성 유기물을 함유하는 폐수의 경우에는 거의 처리되지 않는다는 단점이 있다. 오존 산화법은 음용수 처리에 널리 사용되고 있으나, 오존 처리 후 발생되는 가스를 활성탄으로 흡착 처리해야 하고, 처리 비용이 많이 들며, 오존에 의한 2차 오염이 우려되고, 여러 가지 유기물질이 함유된 폐수의 처리에는 적합하지 못하다는 단점이 있다. Chemical treatment methods include iron oxidation, Fenton oxidation, ozone oxidation, and the like. The iron oxidation method uses oxidation and flocculation using ferrous iron and ferric iron, which is less expensive and easy to treat wastewater, but has a disadvantage of poor treatment efficiency. Although the Fenton oxidation method appears to be relatively excellent in treatment efficiency, a large amount of sludge in the form of iron hydroxide is generated, and in the case of wastewater containing hardly decomposable organic matter, it is rarely treated. Ozone oxidation is widely used for drinking water treatment, but the gas generated after ozone treatment has to be adsorbed with activated carbon, treatment costs are high, there is concern about secondary pollution by ozone, and wastewater containing various organic substances is treated. There is a disadvantage in that it is not suitable.
이와 같이 산업 발전과 더불어 필수적으로 수반되는 폐수 및 대기 오염을 보다 효율적으로 처리하기 위한 다양한 처리 방법들이 제안되고 있으나, 아직까지는 만족할 만한 수준에는 이르지 못하고 있는 실정이다.As described above, various treatment methods have been proposed to more efficiently treat wastewater and air pollution, which are necessarily accompanied with industrial development, but have not yet reached a satisfactory level.
폐수 처리와 관련하여 선행기술자료인 특허출원 제2001-004275호는 오존 처리공정과 활성탄 처리공정을 단일 반응조로 구성하여 오폐수를 정화시키는 오폐수 고도처리장치 및 방법에 관하여 개시하고 있다. 또한, 특허출원 제2001-0025969호는 간헐적 오존주입 역세정 방법을 결합시킨 금속막을 이용한 오폐수 고도처리장치 및 방법에 관하여 개시하고 있다. Patent application No. 2001-004275, a prior art document relating to wastewater treatment, discloses an advanced wastewater treatment apparatus and method for purifying wastewater by configuring an ozone treatment process and an activated carbon treatment process in a single reactor. In addition, Patent Application No. 2001-0025969 discloses an advanced wastewater treatment apparatus and method using a metal film combined with an intermittent ozone injection backwashing method.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 유체와 실질적으로 접촉하는 면적이 증가되어 광촉매의 효율이 높은 나노 크기의 다공을 갖는 광촉매 분리막을 제공함에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in an effort to provide a photocatalyst separation membrane having nano-sized pores having a high efficiency of photocatalyst due to an increase in the area in contact with the fluid.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 유체와 실질적으로 접촉하는 면적이 증가되어 광촉매의 효율이 높은 나노 크기의 다공을 갖는 광촉매 분리막 제조방법을 제공함에 있다.Another technical problem to be achieved by the present invention is to provide a method for producing a photocatalyst separation membrane having a nano-sized pore having a high efficiency of the photocatalyst due to an increase in the area substantially in contact with the fluid.
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 수처리 비용이 적게 들고, 처리 방식이 용이하며, 처리 효율이 우수한 나노 다공성 광촉매 분리막을 이용한 수처리 정화 시스템을 제공함에 있다. Another technical problem to be achieved by the present invention is to provide a water treatment purification system using a nanoporous photocatalyst membrane having a low water treatment cost, an easy treatment method, and an excellent treatment efficiency.
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 공기 정화 비용이 적게 들고, 처리 방식이 용이하며, 처리 효율이 우수한 나노 다공성 광촉매 분리막을 이용 한 대기 정화 시스템을 제공함에 있다. Another technical problem to be achieved by the present invention is to provide an air purification system using a nanoporous photocatalyst membrane having a low air purification cost, an easy treatment method, and an excellent treatment efficiency.
본 발명은, 전면, 후면, 테두리 에지부 및 상기 전면과 후면 사이의 영역을 갖는 광촉매 분리막에서, 상기 전면과 후면 사이의 영역은 광촉매로서 기능하면서 나노 크기의 다공을 갖는 금속산화막을 포함하며, 상기 나노 크기의 다공은 상기 광촉매 분리막의 전면부터 후면까지 관통되도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 나노 다공성 광촉매 분리막을 제공한다. The present invention, in the photocatalyst separation membrane having a front, rear, edge edge portion and the region between the front and rear, wherein the region between the front and rear includes a metal oxide film having a nano-sized pores while functioning as a photocatalyst, The nano-sized pores provide nanoporous photocatalyst membranes which are formed to penetrate from the front side to the rear side of the photocatalyst membrane.
상기 광촉매 분리막은 상기 금속산화막 하부에 형성되고 상기 금속산화막이 산화되는데 필요한 성분으로 이루어진 금속막을 더 포함하며, 상기 금속막은 상기 나노 크기의 다공을 통해 관통되도록 형성되어 있을 수 있다. The photocatalyst separator may further include a metal film formed under the metal oxide film and made of a component necessary for the metal oxide film to be oxidized, and the metal film may be formed to penetrate through the nano-sized pores.
또한, 상기 광촉매 분리막은, 상기 나노 크기의 다공보다는 크기가 큰 마이크로(micro) 크기의 복수의 홀이 선택적으로 형성되어 있는 실리콘 기판과, 상기 실리콘 기판 상에 형성된 버퍼층과, 상기 버퍼층 상에 형성되고 상기 금속산화막이 산화되는데 필요한 성분으로 이루어진 금속막을 더 포함하며, 상기 금속산화막은 상기 금속막 상에 형성되어 있고, 상기 금속막 및 상기 버퍼층은 상기 나노 크기의 다공을 통해 관통되도록 형성되어 있을 수 있다. The photocatalyst separator may include a silicon substrate on which a plurality of micro-sized holes are selectively formed rather than the nano-sized pores, a buffer layer formed on the silicon substrate, and formed on the buffer layer. The metal oxide film may further include a metal film made of a component necessary for oxidizing, wherein the metal oxide film is formed on the metal film, and the metal film and the buffer layer may be formed to penetrate through the nano-sized pores. .
또한, 상기 광촉매 분리막은, 상기 금속산화막 하부에 형성되고 상기 금속산화막이 산화되는데 필요한 성분으로 이루어진 금속막과, 상기 금속막 하부에 형성된 알루미늄막과, 상기 알루미늄막 하부에 형성된 나노 크기의 다공을 갖는 알루미늄 산화막을 더 포함하며, 상기 금속막 및 상기 알루미늄막은 상기 나노 크기의 다 공을 통해 관통되도록 형성되어 있을 수 있다. In addition, the photocatalyst separator has a metal film formed under the metal oxide film and necessary components for oxidizing the metal oxide film, an aluminum film formed under the metal film, and nano-sized pores formed under the aluminum film. An aluminum oxide film may be further included, and the metal film and the aluminum film may be formed to penetrate through the nano-sized pores.
또한, 본 발명은, 전해액이 담긴 전기화학 전해조를 마련하는 단계와, 양전압이 인가되고 나노 다공성 금속산화막이 형성되는 양극과, 음전압이 인가되어 금속 양이온에 전자를 공급하기 위한 음극을 서로 이격 배치하는 단계와, 상기 양극과 상기 음극에 전압을 공급하기 위한 전력 공급수단을 배치하고 상기 양극과 상기 음극에 전압을 인가하는 단계와, 아노다이징 공정을 이용하여 상기 전해액과 인가되는 상기 전압을 조절하면서 상기 양극에 구비된 금속막에 나노 크기의 다공을 갖는 나노 다공성 금속산화막을 형성하는 단계와, 상기 나노 크기의 다공을 통해 관통되도록 하부에 상기 금속막과 접하면서 상기 나노 크기의 다공을 통해 노출된 상기 금속산화막을 선택적으로 제거하고 잔류하는 상기 금속막을 선택적으로 제거하여 광촉매 분리막을 형성하는 단계를 포함하는 나노 다공성 광촉매 분리막 제조방법을 제공한다.In addition, the present invention, the step of preparing an electrochemical electrolyzer containing the electrolyte, a positive voltage is applied and the anode is formed a nano-porous metal oxide film, and a negative voltage is applied to the negative electrode for supplying electrons to the metal cations are separated from each other Disposing the power supply means for supplying voltage to the positive electrode and the negative electrode, applying a voltage to the positive electrode and the negative electrode, and adjusting the voltage applied to the electrolyte solution using an anodizing process. Forming a nano-porous metal oxide film having nano-sized pores on the metal film provided at the anode, and contacting the metal film at the bottom so as to penetrate through the nano-sized pores and exposed through the nano-sized pores Selectively removing the metal oxide layer and selectively removing the remaining metal layer to form a photocatalyst separation membrane. It provides a nanoporous photocatalyst membrane manufacturing method comprising the step of forming.
상기 나노 다공성 금속산화막을 형성하는 단계는, 상기 전해액 속의 물분자(H2O)를 전기분해에 의하여 수소 이온(H+)과 하이드록실기 이온(OH-)으로 전해시키는 단계와, 전해된 상기 수소 이온(H+)이 상기 음극쪽으로 이동하여 전자와 결합하여 수소 가스(H2)로 방출되고, 상기 하이드록실기 이온(OH-)이 상기 양극쪽으로 이동하여 산소 이온(O2-)과 수소 이온(H+)으로 분리되는 단계와, 분리되어진 상기 산 소 이온(O2-)이 금속 양이온과 반응하여 금속산화막을 형성하는 단계와, 분리되어진 상기 수소 이온(H+)이 상기 금속산화막과 반응하여 금속과 산소의 결합을 부분적으로 끊고 수산화물을 형성하며, 상기 금속산화막과 상기 전해액 사이의 표면에서 산화물 에칭을 발생시켜 나노 크기의 다공을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. The forming of the nano-porous metal oxide film may include electrolyzing water molecules (H 2 O) in the electrolyte into hydrogen ions (H + ) and hydroxyl group ions (OH − ) by electrolysis. Hydrogen ions (H + ) move toward the cathode, combine with electrons, and are released as hydrogen gas (H 2 ), and the hydroxyl group ions (OH − ) move toward the anode to form oxygen ions (O 2 − ) and hydrogen. Separating the ions (H + ), reacting the separated oxygen ions (O 2 − ) with a metal cation to form a metal oxide film, and separating the hydrogen ions (H + ) from the metal oxide film Reacting to partially break the bond between the metal and the oxygen to form a hydroxide, and forming oxide-sized pores by generating an oxide etching on the surface between the metal oxide film and the electrolyte.
상기 금속막은 실리콘 기판의 전면 상에 증착된 금속막이고, 상기 나노 다공성 금속산화막을 형성하는 단계 후에, 실리콘 벌크 마이크로머시닝 공정을 이용하여 상기 실리콘 기판의 후면에 상기 나노 크기의 다공보다는 크기가 큰 마이크로(micro) 크기의 홀을 선택적으로 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. The metal film is a metal film deposited on a front surface of a silicon substrate, and after forming the nanoporous metal oxide film, a micro-sized microparticle having a larger size than the nano-sized pores on the back surface of the silicon substrate using a silicon bulk micromachining process. and selectively forming a hole having a micro size.
상기 금속막은 알루미늄 기판의 전면 상에 증착된 금속막이며, 상기 금속막에 상기 나노 다공성 금속산화막을 형성하면서 상기 알루미늄 기판의 후면에 나노 크기의 다공을 갖는 알루미늄산화막을 형성하고, 상기 금속막을 식각하면서 다공을 통해 관통되도록 상기 알루미늄산화막 하부에 잔류하는 알루미늄 기판을 선택적으로 식각하는 단계를 더 포함할 수 있다.The metal film is a metal film deposited on the entire surface of the aluminum substrate, while forming the nanoporous metal oxide film on the metal film to form an aluminum oxide film having nano-sized pores on the back of the aluminum substrate, while etching the metal film The method may further include selectively etching the aluminum substrate remaining under the aluminum oxide layer to penetrate through the pores.
잔류하는 상기 금속막의 전면과 후면이 상기 다공을 통해 관통되도록 잔류하는 상기 금속막에 대하여 습식 식각법, 건식 식각법, 샌드 블래스트(sand blast)법, 블로잉(blowing)법 또는 이온 밀링(ion milling)법을 사용하여 선택적으로 제거할 수 있다. A wet etching method, a dry etching method, a sand blast method, a blowing method, or an ion milling method is performed on the remaining metal film so that the front and rear surfaces of the remaining metal film penetrate through the pores. Can be selectively removed using law.
상기 금속막은 티타늄(Ti)막이고, 상기 금속산화막은 아나타제상으로 이루어진 티타늄산화막(TiO2)이며, 상기 다공의 크기는 100㎚ 보다 작은 것이 바람직하다. The metal film is a titanium (Ti) film, the metal oxide film is a titanium oxide film (TiO 2 ) made of an anatase phase, and the pore size is preferably smaller than 100 nm.
또한, 본 발명은, 폐수, 오수 또는 음용수를 정화시키기 위한 수처리 정화 시스템에 있어서, 유입된 원수를 정화시켜 배출시키는 반응조와, 상기 반응조에 원수를 유입시키는 수처리 유입구와, 상기 반응조에 유입된 원수가 처리 정화되어 배출되는 수처리 배출구와, 광촉매 반응을 위한 나노 크기의 다공을 갖는 금속산화막을 함유하고 상기 나노 크기의 다공을 통해 물리적 및 화학적인 유체 정화를 수행하는 복수의 나노 다공성 광촉매 분리막 필터와, 광촉매의 활성을 증가시키기 위하여 상기 광촉매 분리막 필터에 자외선을 조사하기 위한 자외선 램프를 포함하는 나노 다공성 광촉매 분리막을 이용한 수처리 정화 시스템을 제공한다.The present invention also provides a water treatment purification system for purifying wastewater, sewage, or drinking water, comprising: a reaction tank for purifying and discharging introduced raw water, a water treatment inlet for introducing raw water into the reaction tank, and raw water introduced into the reaction tank A plurality of nanoporous photocatalyst separator filters containing a water treatment outlet discharged after treatment and purification, a metal oxide film having nano-sized pores for photocatalytic reaction, and performing physical and chemical fluid purification through the nano-sized pores; It provides a water treatment purification system using a nano-porous photocatalyst membrane comprising an ultraviolet lamp for irradiating the ultraviolet to the photocatalyst membrane filter in order to increase the activity of.
상기 광촉매 분리막 필터는, 나노 크기의 다공을 갖는 상기 금속산화막와, 상기 금속산화막 하부에 구비되고 상기 다공을 통해 관통되어 있는 금속막을 포함하는 광촉매 분리막을 구비하며, 상기 광촉매 분리막이 적어도 1개가 배열 또는 서로 접합되어 부직포 또는 금속망으로 둘러싸여진 광촉매 분리막 필터일 수 있다. 상기 광촉매 분리막은 상기 금속막 하부에 상기 나노 크기의 다공보다는 큰 마이크로(micro) 크기의 홀을 통해 관통되어 있는 실리콘 기판을 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 광촉매 분리막은, 상기 금속막 하부에 구비되고 나노 크기의 다공을 통해 관통되어 있는 알루미늄막 및 상기 알루미늄막 하부에 형성된 나노 크기의 다공을 갖는 알루미늄산화막을 더 포함할 수 있다. The photocatalyst membrane filter includes a photocatalyst membrane including the metal oxide layer having nano-sized pores and a metal membrane provided under the metal oxide layer and penetrating through the pores, wherein at least one photocatalyst membrane is arranged or mutually disposed. It can be a photocatalyst separator filter bonded and surrounded by a nonwoven fabric or metal mesh. The photocatalyst separator may further include a silicon substrate penetrating through the micro-sized hole rather than the nano-sized pores under the metal layer. The photocatalyst separation membrane may further include an aluminum oxide film disposed under the metal film and penetrated through the nano-sized pores, and an aluminum oxide film having nano-sized pores formed under the aluminum film.
상기 나노 다공성 금속산화막은 나노 크기의 다공을 갖고 아나타제상으로 이루어진 티타늄산화막(TiO2)이고, 상기 다공의 직경은 100㎚ 보다 작은 것이 바람직 하다.The nanoporous metal oxide film is a titanium oxide film (TiO 2 ) having a nano-sized pore and made of an anatase phase, and the pore diameter is preferably smaller than 100 nm.
또한, 본 발명은, 공기 중의 먼지 또는 유해 기체를 포집 제거하거나 악취의 흡착을 위한 대기 정화 시스템에 있어서, 공기 중에 함유된 먼지 중에 큰 입자를 1차적으로 포집하는 프리 필터와, 활성탄소섬유의 매우 작은 세공을 통해 악취 물질을 흡착하여 탈취시키기 위한 활성탄소섬유 필터와, 광촉매 반응을 위한 나노 크기의 다공을 갖는 금속산화막을 함유하고, 상기 나노 크기의 다공을 통해 물리적 및 화학적인 공기 정화를 수행하는 나노 다공성 광촉매 분리막 필터를 포함하는 나노 다공성 광촉매 분리막을 이용한 대기 정화 시스템을 제공한다. In addition, the present invention is an air purifying system for collecting and removing dust or harmful gas in the air or adsorbing odors, the pre-filter for collecting large particles in the dust contained in the air, and the active carbon fiber Activated carbon fiber filter for adsorbing and deodorizing malodorous substance through small pores, and metal oxide film having nano sized pores for photocatalytic reaction, and performing physical and chemical air purification through the nano sized pores Provided is an air purification system using a nanoporous photocatalyst membrane comprising a nanoporous photocatalyst membrane filter.
상기 광촉매 분리막 필터는, 나노 크기의 다공을 갖는 상기 금속산화막와, 상기 금속산화막 하부에 구비되고 상기 다공을 통해 관통되어 있는 금속막을 포함하는 광촉매 분리막을 구비하며, 상기 광촉매 분리막이 적어도 1개가 배열 또는 서로 접합되어 부직포 또는 금속망으로 둘러싸여진 광촉매 분리막 필터일 수 있다. 상기 광촉매 분리막은 상기 금속막 하부에 상기 나노 크기의 다공보다는 큰 마이크로(micro) 크기의 홀을 통해 관통되어 있는 실리콘 기판을 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 광촉매 분리막은, 상기 금속막 하부에 구비되고 나노 크기의 다공을 통해 관통되어 있는 알루미늄막 및 상기 알루미늄막 하부에 형성된 나노 크기의 다공을 갖는 알루미늄산화막을 더 포함할 수 있다. The photocatalyst membrane filter includes a photocatalyst membrane including the metal oxide layer having nano-sized pores and a metal membrane provided under the metal oxide layer and penetrating through the pores, wherein at least one photocatalyst membrane is arranged or mutually disposed. It can be a photocatalyst separator filter bonded and surrounded by a nonwoven fabric or metal mesh. The photocatalyst separator may further include a silicon substrate penetrating through the micro-sized hole rather than the nano-sized pores under the metal layer. The photocatalyst separation membrane may further include an aluminum oxide film disposed under the metal film and penetrated through the nano-sized pores, and an aluminum oxide film having nano-sized pores formed under the aluminum film.
상기 나노 다공성 금속산화막은 나노 크기의 다공을 갖고 아나타제상으로 이루어진 티타늄산화막(TiO2)이고, 상기 다공의 직경은 100㎚ 보다 작은 것이 바람직 하다.The nanoporous metal oxide film is a titanium oxide film (TiO 2 ) having a nano-sized pore and made of an anatase phase, and the pore diameter is preferably smaller than 100 nm.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 이하의 실시예는 이 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 나노 크기는 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 주지 관용적으로 사용되는 용어이며, 나노 크기는 통상적으로 1㎚ 이상 1000㎚ 미만의 크기(1㎚ 이상 1㎛ 미만의 나노 단위의 크기)를 의미한다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the following embodiments are provided to those skilled in the art to fully understand the present invention, and may be modified in various forms, and the scope of the present invention is limited to the embodiments described below. It doesn't happen. Like numbers refer to like elements in the figures. Nano size is a term commonly used in the art to those skilled in the art, and nano size generally means a size of 1 nm or more and less than 1000 nm (size of nano units of 1 nm or more and less than 1 μm). do.
광촉매는 빛을 흡수하여 촉매 작용을 나타내는 물질로서 반응의 초기 유발을 도와주는 물질이다. 광촉매는 벤젠, 페놀, TCE 등과 같은 난분해성 유기독성물질을 산화시켜 분해시킬 수 있을 뿐만 아니라 방오, 항균, 탈취 등의 작용을 한다. A photocatalyst is a substance that absorbs light and shows a catalytic action, and helps to induce the initial reaction. The photocatalyst can oxidize and decompose hardly decomposable organic toxic substances such as benzene, phenol, TCE, etc., and also acts as antifouling, antibacterial, and deodorant.
광촉매의 가전자대(valence band)와 전도대(conduction) 사이의 에너지 갭(energy gap) 이상의 빛에너지를 받을 경우, 가전자대에서 전도대로 전자가 여기된다. 여기된 전자는 원하는 화학반응을 일으키기에 충분한 에너지를 갖고 있으므로 흡착물질로 이용하여 반응물을 환원시킬 수 있고, 가전자대에서 전자가 여기되면서 발생한 정공은 반응물을 산화시킬 수 있게 된다. 이와 같은 과정을 통해 형성된 전자와 정공은 광촉매 반응을 일으키게 된다. 이러한 광촉매 반응은 자외선과 같은 빛에너지가 화학에너지로 전환되어 화학반응을 일으키는 원리를 이용한 것이다. When light energy above the energy gap between the valence band and the conduction band of the photocatalyst is received, electrons are excited in the conduction band at the valence band. Since the excited electrons have enough energy to cause the desired chemical reaction, the reactants can be used as an adsorbent to reduce the reactants, and the holes generated when the electrons are excited in the valence band can oxidize the reactants. Electrons and holes formed through such a process cause a photocatalytic reaction. This photocatalytic reaction utilizes the principle of converting light energy such as ultraviolet rays into chemical energy and causing a chemical reaction.
광촉매 물질로는 티타늄산화막(TiO2)을 사용할 수 있는데, 티타늄산화막(TiO2)은 에너지 갭이 3.2eV이고, 화학적 및 생물학적으로 안정하며 부식도 잘 일어나지 않을 뿐만 아니라, 값도 매우 저렴하다. 티타늄산화막(TiO2)은 아나타제상 (anatase phase)과 루타일상의 두 형태로 존재하며, 아나타제상의 티타늄산화막(TiO2)은 1100Å 이상의 고온으로 처리하면 루타일상으로 바뀌게 된다. 티타늄산화막(TiO2)은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 아노다이징(anodizing) 공정을 이용하여 나노 다공성 형태의 아나타제상을 갖도록 제조할 수 있다. As a photocatalyst material, a titanium oxide film (TiO 2 ) may be used. The titanium oxide film (TiO 2 ) has an energy gap of 3.2 eV, is chemically and biologically stable, does not easily cause corrosion, and is very inexpensive. Titanium oxide (TiO 2) is present in both the form of the anatase phase (anatase phase) and daily doubles, a titanium oxide film on the anatase (TiO 2) can be processed in high temperature more than 1100Å is changed into rutile daily. The titanium oxide film (TiO 2 ) may be manufactured to have an anatase phase in nanoporous form by using an anodizing process according to a preferred embodiment of the present invention.
이하에서, 아노다이징 공정을 이용하여 나노 다공성(nano porous) 형태의 아나타제상으로 이루어진 티타늄산화막(TiO2)을 형성하는 과정을 살펴본다. Hereinafter, a process of forming a titanium oxide film (TiO 2 ) made of an anatase phase in nanoporous form using an anodizing process will be described.
도 1은 나노 다공성 금속산화막 제조장치를 개략적으로 도시한 도면이다. 1 is a view schematically showing a nano-porous metal oxide film production apparatus.
도 1을 참조하면, 나노 다공성 금속산화막 제조장치는, 전기화학 전해조(electrochemical bath)(10)와, 양전압이 인가되고 나노 다공성 금속산화막이 형성되는 양극(30)과, 음전압이 인가되어 금속 양이온에 전자를 공급하기 위한 음극(40)과, 상기 전해조(10) 내에 담겨지는 전해액(20)과, 양극(30)과 음극(40)에 전압을 공급하기 위한 전력 공급수단(50)을 포함한다. 양극(30)과 음극(40)은 소정 거리를 두고 서로 이격 배치된다. 양극(30)은 얻고자 하는 나노 다공성 금속산화막의 금속성분과 동일한 성분으로 구성된다. 예컨대, 티타늄산화막(TiO2)을 형성하는 경우 양극(30)으로 티타늄(Ti)막을 사용한다. 상기 티타늄막은 실리콘(Si) 등의 기판 상에 증착된 티타늄막일 수도 있다. 전해액(20)으로는 불산(HF), 황산(H2SO4), 인산(H3PO4), 옥살산(oxalic acid) 등의 산성(acids) 용액 또는 이들의 혼합액을 사용할 수 있다. Referring to FIG. 1, an apparatus for manufacturing a nanoporous metal oxide film includes an
나노 다공성 티타늄산화막(TiO2)을 형성하기 위하여 티타늄막 또는 실리콘 기판 상에 증착된 티타늄(Ti)막을 준비하고, 이를 양극(30)에 장착한다. 음극(40)으로는 백금(Pt), 탄탈륨(Ta)과 같은 내산성 금속 전극을 사용한다. 양극(30)은 음극(40)과 일정한 간격을 유지하여 전해액(20) 속에 잠길 수 있도록 설치한다. 전기 분해 또는 화학 반응을 용이하게 하기 위하여 자외선 광원(미도시)이 전해조(10) 상부에 위치하도록 하여 전해액(20)에 자외선이 조사되도록 할 수도 있다. 양극(30)과 음극(40)은 전압 또는 전류를 인가하기 위한 전력 공급 수단(power supply)(50)에 연결되어 있다. 양극(30)에 인가되는 전압은 0V 내지 200V 정도이고, 음극(40)에 인가되는 전압은 0V 내지 -200V 정도이다. 양극(30)과 음극(40)의 전압차는 형성되는 다공의 크기, 다공의 깊이, 셀의 크기, 형성되는 금속산화막의 두께 등을 고려하여 적절하게 조절하며, 바람직하게는 적어도 0.5V 이상이 되도록 한다. 전해조(10)에는 아노다이징 공정 중 발열 반응에 의한 급격한 온도 상승을 방지하고, 금속막 전체에 전기 분해 또는 화학 반응의 균일성을 높이기 위해 일정 온도 유지 장치(미도시)가 설치되어 있을 수 있다. In order to form a nanoporous titanium oxide film (TiO 2 ), a titanium film or a titanium (Ti) film deposited on a silicon substrate is prepared, and mounted on the
티타늄산화막을 형성하기 위한 전해액(20)으로는 불산(HF), 황산(H2SO4), 인산(H3PO4) 등의 산성(acids) 용액 또는 이들의 혼합액을 사용할 수 있다. 전해액(20)은 전하를 띤 전자나 이온의 이동을 원활히 해주어 금속 표면에 금속산화막을 형성하게 한다. 특히, 양극 물질의 금속 이온(예컨대, Ti4+)은 전해액(20)과 산화막 계면에서 전해액(20)에 용해되며, 전해액(20)은 산화막과 금속 계면에서 산화막을 형성시킬 수 있도록 O2-, OH- 라디칼을 공급하는 역할을 한다. As the
아노다이징 공정을 살펴보면, 전해액(20) 속의 물분자(H2O)는 전기분해에 의하여 아래의 반응식 1과 같이 수소 이온(H+)과 하이드록실기 이온(OH-)으로 전해된다. Looking at the anodizing process, the
수소 이온(H+)은 음극(40)쪽으로 이동하고, 전해액(20)과 음극(40) 표면 사이에서 전자와 결합하여 수소 가스(H2)로 방출된다. Hydrogen ions (H + ) move toward the
하이드록실기 이온(OH-)은 양극(30)쪽으로 이동하고, 양극(30)(티타늄막) 표면에 형성된 자연산화막에서 산소 이온(O2-)과 수소 이온(H+)으로 분리되어진다. 이때 분리되어진 산소 이온(O2-)은 자연산화막을 침투하여 자연산화막과 티타늄막 사이에서 티타늄 이온(Ti4+)과 반응하여 아래의 반응식 2와 같이 티타늄산화막(TiO2)을 형성하게 된다.The hydroxyl group ion (OH − ) moves toward the
또한, 수소 이온(H+)은 티타늄산화막(TiO2)과 반응하여 티타늄(Ti)과 산소의 결합을 부분적으로 끊고 수산화물을 형성하게 되며, 이것은 전해액(20)에 용해된다. 즉, 티타늄산화막(TiO2)과 전해액(20) 사이의 표면에서 산화물 에칭(etching)이 발생한다. 이렇게 자연산화막과 티타늄(Ti)막 사이의 계면에서는 티타늄산화막(TiO2)이 형성되고, 티타늄산화막(TiO2)과 전해액 사이의 계면에서는 티타늄산화막(TiO2)이 에칭되어 도 2에 도시된 바와 같은 나노 크기의 다공(porous)을 갖는 아나타제상의 티타늄산화막(TiO2)(65)이 형성되게 된다. 이러한 티타늄산화막(TiO2)(65) 표면은 도 2에 도시된 바와 같이 배열된 셀(cell) 구조를 갖고, 셀 중앙에 나노 크기의 기공(pore)(70)이 형성되어 있다. 나노 크기의 다공 형성 과정에 대하여는 정확한 이론이 정립되지는 않았지만, 티타늄산화막(TiO2)에서의 국부적인 과전류가 발생하게 되고 이러한 과전류에 의한 발열 반응으로 전해액에 의한 산화물 에칭(etching)이 국부적으로 가속화되어 나노 크기의 다공이 형성되는 것으로 파악된다.In addition, hydrogen ions (H + ) react with the titanium oxide film (TiO 2 ) to partially break the bond between titanium (Ti) and oxygen to form a hydroxide, which is dissolved in the
이와 같이 형성한 나노 다공성 티타늄산화막(TiO2)은 수질 정화용 필터 또는 대기 정화용 필터로 응용할 수 있다. 티타늄산화막(TiO2)을 나노 크기의 다공을 갖는 구조로 형성함으로서 유체 또는 공기와 실질적으로 접촉하는 광촉매 표면의 면적을 극대화할 수가 있다. 티타늄(Ti)막을 이용한 아노다이징은 나노 크기의 다공 을 갖는 티타늄산화막으로 형성할 뿐 아니라, 광촉매 역할을 할 수 있는 아나타제상(anatase phase)으로 산화막을 형성할 수 있어 이를 이용한 수처리 또는 대기 정화에의 응용성은 매우 크다.The nanoporous titanium oxide film (TiO 2 ) formed as described above may be applied as a water purification filter or an air purification filter. By forming the titanium oxide film (TiO 2 ) into a structure having nano-sized pores, the area of the surface of the photocatalyst substantially in contact with the fluid or air can be maximized. Anodizing using a titanium (Ti) film is not only formed into a titanium oxide film having nano-sized pores, but also an oxide film can be formed in an anatase phase that can act as a photocatalyst, thereby applying it to water treatment or air purification. The castle is very big.
티타늄산화막(TiO2)의 두께(dox=tp+tb)는 전력 공급 수단(power supply)(50)에서 공급되는 전압(Ua)과 산화막의 전계강도(Ea)에 의해 아래의 수학식 1에 따라 결정된다. The thickness (d ox = tp + tb) of the titanium oxide film TiO 2 is expressed by Equation 1 below by the voltage U a supplied from a
여기서, Ka는 아노다이징 상수로 산화막의 종류와 질에 의해 결정된다.Here, K a is an anodizing constant determined by the type and quality of the oxide film.
나노 다공성 티타늄산화막(TiO2)을 형성하는 경우, 다공의 크기(d), 다공의 깊이(tp), 셀의 크기(D), 산화막의 두께(tp+tb)는 전해액의 농도, 인가되는 전압의 세기, 공정 시간, 전해조의 온도 등을 적절하게 제어함으로서 조절이 가능하다. 예컨대, 전해조(10)의 온도는 0∼50℃ 정도 범위로 설정하여 나노 다공성 티타늄산화막(TiO2)을 제조할 수 있다. In the case of forming a nanoporous titanium oxide film (TiO 2 ), the pore size (d), the pore depth (tp), the cell size (D), and the oxide film thickness (tp + tb) are the concentration of the electrolyte solution and the intensity of the applied voltage. Can be adjusted by appropriately controlling the process time, the temperature of the electrolytic cell, and the like. For example, the temperature of the
앞에서 제시된 공정 조건들을 이용하여 다공의 크기는 100㎚ 이하이고, 다공의 크기 편차가 30% 이하로 균일하며, 산화막의 두께는 100㎚ 이상인 나노 다공성 티타늄산화막(TiO2)을 형성할 수 있다. Using the above-described process conditions, the pore size is 100 nm or less, the pore size variation is 30% or less, and the thickness of the oxide film is 100 nm or more to form a nanoporous titanium oxide film (TiO 2 ).
이하에서, 상술한 아노다이징 공정 후에 이루어지는 광촉매 분리막의 제작 공정에 대하여 설명한다. Hereinafter, the manufacturing process of the photocatalyst separation membrane formed after the above-described anodizing process will be described.
티타늄막에 상술한 아노다이징 공정을 이용하여 나노 다공성 티타늄산화막을 형성하게 되면 티타늄산화막 하부에 산화막으로 형성되지 않은 티타늄막이 남아있을 수 있다. 상기 나노 크기의 다공을 통해 관통되도록 하부에 티타늄막과 접하면서 나노 크기의 다공을 통해 노출된 티타늄산화막을 선택적으로 제거하고, 티타늄산화막과 티타늄막에 대하여 식각 선택비를 갖는 에칭액을 이용하여 다공을 통해 선택적으로 티타늄막만을 식각하여 전면으로부터 후면까지 뚫린 광촉매 분리막을 제작할 수 있다. 상기 에칭액으로는 불산(HF), 황산(H2SO4), 인산(H3PO4), 과산화수소(H2O2) 또는 이들의 혼합액을 사용할 수 있다. 하부에서 티타늄막과 접하면서 다공을 통해 노출된 티타늄산화막은 반응성 가스를 이용한 이방성 건식 식각(dry etching)법을 이용하여 제거할 수 있다. When the nanoporous titanium oxide film is formed on the titanium film using the above-described anodizing process, a titanium film not formed of an oxide film may remain under the titanium oxide film. Selectively remove the titanium oxide film exposed through the nano-sized pores while contacting the titanium film at the bottom so as to penetrate through the nano-sized pores, and using the etching solution having an etching selectivity with respect to the titanium oxide film and the titanium film. By selectively etching only the titanium film it can be produced a photocatalyst separator from the front to the back. As the etching solution, hydrofluoric acid (HF), sulfuric acid (H 2 SO 4 ), phosphoric acid (H 3 PO 4 ), hydrogen peroxide (H 2 O 2 ), or a mixture thereof can be used. The titanium oxide film exposed through the pores while being in contact with the titanium film at the bottom may be removed by using an anisotropic dry etching method using a reactive gas.
또한, 다공을 통해 노출된 잔류하는 티타늄막은 반응성 가스를 이용한 건식 식각(dry etching)법, 미세 입자를 주입하여 제거하는 샌드 블래스트(sand blast)법, 높은 압력의 바람을 이용하는 블로잉(blowing)법, 이온을 이용하는 이온 밀링(ion milling)법 등을 사용하여 뚫을 수도 있다. In addition, the remaining titanium film exposed through the pores is dry etching using a reactive gas, a sand blast method by injecting and removing fine particles, a blowing method using a high pressure wind, It can also be drilled using an ion milling method using ions.
티타늄산화막이 유체의 흐름에 대해 지탱하기 위한 지지층이 필요할 수 있으며, 티타늄막은 이러한 지지층으로 사용될 수 있다. A support layer may be needed for the titanium oxide film to support the flow of fluid, and the titanium film may be used as such support layer.
또한, 티타늄산화막이 광촉매 분리막으로 사용될 수 있을 정도로 충분히 두껍게 형성되어 있는 경우에는, 티타늄막에 상술한 아노다이징 공정을 이용하여 나 노 다공성 티타늄산화막을 형성하고, 나노 다공성 티타늄 산화막 이외의 티타늄막을 절단하거나 식각하여 선택적으로 제거함으로서 광촉매 분리막으로 사용할 수도 있다.In addition, when the titanium oxide film is formed thick enough to be used as a photocatalyst separator, a nanoporous titanium oxide film is formed on the titanium film using the above-described anodizing process, and the titanium film other than the nanoporous titanium oxide film is cut or etched. It can also be used as a photocatalyst separation membrane by selectively removing.
지지층으로서 실리콘(Si) 기판 상에 증착된 티타늄막을 사용한 경우에는 멤스(MEMS; Micro Electro-Mechanical System) 제작에 사용되는 실리콘(Si) 벌크 마이크로머시닝(bulk micromachining) 공정을 적용하여 광촉매 분리막을 제작할 수도 있다. In the case of using a titanium film deposited on a silicon (Si) substrate as a support layer, a photocatalyst separator may be manufactured by applying a silicon bulk micromachining process used for manufacturing MEMS (MEM). have.
도 3 내지 도 5는 실리콘 벌크 마이크로머시닝 공정을 적용하여 광촉매 분리막을 제조하는 방법을 설명하기 위하여 도시한 단면도들이다. 3 to 5 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a photocatalyst membrane by applying a silicon bulk micromachining process.
도 3을 참조하면, 실리콘 기판(60) 상에 티타늄막(미도시)을 증착하고, 상기 티타늄막 상에 상술한 아노다이징 공정을 이용하여 나노 크기의 다공(70)을 갖는 티타늄산화막(65)을 형성한다. Referring to FIG. 3, a titanium film (not shown) is deposited on a
앞에서 설명하지는 않았지만, 티타늄막을 증착하기 전에 실리콘 기판 상에 버퍼층(미도시)을 더 형성할 수도 있다. 상기 버퍼층은 티타늄막의 균일성을 확보하고 실리콘과 티타늄막과의 물성적 특성 차이를 완화하기 위하여 형성한다. 상기 버퍼층으로는 탄탈륨(Ta), 백금(Pt)과 같은 물질을 사용할 수 있으며, 50Å∼200Å 정도의 두께로 얇고 균일하게 형성하는 것이 바람직하며, 다공에 노출된 잔류 금속막 제거시 함께 제거된다. Although not described above, a buffer layer (not shown) may be further formed on the silicon substrate before the titanium film is deposited. The buffer layer is formed to ensure uniformity of the titanium film and to alleviate the difference in physical properties between silicon and the titanium film. Materials such as tantalum (Ta) and platinum (Pt) may be used as the buffer layer, and may be thinly and uniformly formed at a thickness of about 50 kPa to about 200 kPa, and are removed together when removing the residual metal film exposed to the pores.
도 4를 참조하면, 실리콘 기판(60)의 후면(티타늄막이 증착된 면과 반대되는 면) 상에 마이크로(micro) 크기의 홀을 정의하는 식각마스크, 예컨대 포토레지스트 패턴(75)을 형성한다. Referring to FIG. 4, an etching mask, for example, a
도 5를 참조하면, 상기 포토레지스트 패턴(75)을 식각 마스크로 하여 실리콘 기판(60)을 에칭액을 사용하여 습식 식각하여 마이크로(micro) 크기의 복수의 홀(80)을 형성한다. 상기 홀(80)은 실리콘 기판(60)의 후면에서 전면까지 파여있는 모든 형태의 다공, 트렌치(trench) 등을 포함하는 개념이다. 상기 에칭액으로는 수산화칼륨(KOH) 용액, 테트라메틸암모늄 하이드록사이드(TMAH) 등을 사용할 수 있다. Referring to FIG. 5, the plurality of
또는, 반응이온식각(Reactive Ion Etching; RIE) 방법으로 건식 식각하여 마이크로(micro) 크기의 홀(80)을 형성할 수도 있다. 상기 반응이온식각에 사용되는 식각 가스로는 SF6 가스 또는 C4F8 가스 등을 사용할 수 있다. Alternatively, dry etching may be performed by using reactive ion etching (RIE) to form a
실리콘 기판(60)에 마이크로 크기의 홀(80)을 형성한 후, 포토레지스트 패턴(75)을 제거한다. After the
하부에서 티타늄막과 접하면서 다공을 통해 노출된 티타늄산화막은 반응성 가스를 이용한 이방성 건식 식각(dry etching)법을 이용하여 제거할 수 있다. 실리콘 기판(60) 상에서 티타늄산화막(65) 하부에 잔류하는 상기 티타늄막(버퍼층이 형성되어 있는 경우 버퍼층도 포함)은 앞서 설명한 습식 식각법, 건식 식각법, 샌드 블래스트(sand blast)법, 블로잉(blowing)법, 이온 밀링(ion milling)법 등을 사용하여 다공(70)을 통해 뚫을 수 있다. The titanium oxide film exposed through the pores while being in contact with the titanium film at the bottom may be removed by using an anisotropic dry etching method using a reactive gas. The titanium film remaining on the
한편, 실리콘 기판 상에 증착된 티타늄막을 사용한 경우에, 상술한 아노다이 징 공정을 이용하여 나노 다공성 티타늄산화막을 형성하고, 티타늄산화막과 잔류 티타늄막에 대하여 식각 선택비를 갖는 에칭액, 티타늄산화막과 실리콘 기판에 대하여 식각 선택비를 갖는 에칭액을 이용하여 다공을 통해 티타늄막 및 실리콘 기판만을 선택적으로 식각하여 전면으로부터 후면까지 뚫린 광촉매 분리막을 제작할 수도 있다. 이 방법은 실리콘 기판의 두께가 작아서 얇은 경우에 적용할 수 있다. On the other hand, in the case of using a titanium film deposited on a silicon substrate, using the above-mentioned anodizing process to form a nano-porous titanium oxide film, etching solution having an etching selectivity with respect to the titanium oxide film and the remaining titanium film, titanium oxide film and silicon By using an etching solution having an etching selectivity with respect to the substrate, only a titanium film and a silicon substrate may be selectively etched through the pores to manufacture a photocatalyst separation membrane which is drilled from front to back. This method is applicable to the case where the thickness of the silicon substrate is small and thin.
이와 같이 제작된 광촉매 분리막은 전면, 후면, 테두리 에지부 및 상기 전면과 상기 후면 사이의 영역을 갖고, 상기 전면과 후면 사이의 영역에 적어도 광촉매로서 기능하는 나노 다공성 티타늄산화막이 포함되어 있다. The photocatalyst separator prepared as described above includes a nanoporous titanium oxide film having a front surface, a rear surface, an edge portion, and a region between the front surface and the rear surface, and functioning at least as a photocatalyst in the region between the front surface and the rear surface.
상술한 바와 같이 제작한 광촉매 분리막은 크기에 맞게 적어도 1개 이상 배열 또는 서로 접합시켜 부직포 또는 금속망으로 둘러싸서 수처리용 정화 필터 또는 대기 정화용 필터로 만들 수 있다. The photocatalyst separation membrane prepared as described above may be arranged in a manner of at least one or bonded to each other to be surrounded by a nonwoven fabric or a metal mesh to be a water purification filter or an air purification filter.
나노(nano) 크기의 다공을 갖는 광촉매 티타늄산화막(TiO2)은 수처리용 정화 필터로 사용되어, 가정용 정수기, 오폐수 정화기, 소규모 폐수처리 장치 등에 다양한 용도로 활용이 가능하다. 또한, 대기 정화용 필터로도 사용될 수 있으며, 차량용 또는 가정용 공기 정화기나 대형 건물의 실내 공조 시스템에도 활용될 수 있다. Photocatalytic titanium oxide film (TiO 2 ) having nano-sized pores is used as a purification filter for water treatment, and can be used for various purposes such as household water purifiers, wastewater purifiers, and small-scale wastewater treatment devices. In addition, it can also be used as an air purification filter, it can be used in a car or home air purifier or indoor air conditioning system of a large building.
상술한 아노다이징 공정을 이용하여 나노 다공성(nano-porous) 알루미늄산화막(Al2O3)도 형성할 수 있다. 이하에서, 아노다이징 공정을 이용하여 나노 다공성 알루미늄산화막(Al2O3)을 형성하는 과정을 살펴본다. 나노 다공성 알루미늄산화막(Al2O3)은 도 1에 도시된 금속산화막 제조장치를 이용하여 형성할 수 있다.The nano-porous aluminum oxide layer (Al 2 O 3 ) may also be formed using the above-described anodizing process. Hereinafter, the process of forming the nanoporous aluminum oxide film (Al 2 O 3 ) using the anodizing process will be described. Nanoporous aluminum oxide film (Al 2 O 3 ) can be formed using a metal oxide film manufacturing apparatus shown in FIG.
알루미늄(Al)막을 준비하고, 이를 양극(30)에 장착한다. 음극(40)으로는 백금과 같은 내산성 금속 전극을 사용한다. 양극(30)은 음극(40)과 일정한 간격을 유지하여 전해액(20) 속에 잠길 수 있도록 설치한다. 양극(30)에 인가되는 전압은 0V 내지 200V 정도이고, 음극(40)에 인가되는 전압은 0V 내지 -200V 정도이다. 양극(30)과 음극(40)의 전압차는 형성되는 다공의 크기, 다공의 깊이, 셀의 크기, 형성되는 금속산화막의 두께 등을 고려하여 적절하게 조절하며, 바람직하게는 적어도 0.5V 이상이 되도록 한다.An aluminum (Al) film is prepared and mounted on the
알루미늄산화막을 형성하기 위한 전해액(20)으로는 인산(H3PO4), 옥살산(oxalic acid) 등의 산성(acids) 용액, 또는 이들의 혼합액을 사용할 수 있다. As the
아노다이징 공정을 살펴보면, 전해액(20) 속의 물분자(H2O)는 전기분해에 의하여 아래의 반응식 3과 같이 수소 이온(H+)과 하이드록실기 이온(OH-)으로 전해된다. Looking at the anodizing process, the
수소 이온(H+)은 음극(40)쪽으로 이동하고, 전해액(20)과 음극(40) 표면 사이에서 전자와 결합하여 수소 가스(H2)로 방출된다. Hydrogen ions (H + ) move toward the
하이드록실기 이온(OH-)은 양극(30)쪽으로 이동하고, 양극(30)(알루미늄막) 표면에 형성된 자연산화막에서 산소 이온(O2-)과 수소 이온(H+)으로 분리되어진다. 이때 분리되어진 산소 이온(O2-)은 자연산화막을 침투하여 자연산화막과 알루미늄막 사이에서 알루미늄 이온(Al3+)과 반응하여 아래의 반응식 4와 같이 알루미늄 산화막을 형성하게 된다.The hydroxyl group ion (OH − ) moves toward the
또한, 수소 이온(H+)은 알루미늄 산화막(Al2O3)과 반응하여 알루미늄과 산소의 결합을 부분적으로 끊고 수산화물을 형성하게 되며, 이것은 전해액(20)에 용해된다. 즉, 알루미늄 산화막과 전해액(20) 사이의 표면에서 산화물 에칭(etching)이 발생한다. 이렇게 자연산화막과 알루미늄막 사이의 계면에서는 알루미늄 산화막이 형성되고, 알루미늄 산화막과 전해액 사이의 계면에서는 알루미늄 산화막이 에칭되어 나노 다공성(nano porous) 알루미늄 산화막이 형성되게 된다. 이러한 알루미늄 산화막 표면은 도 6에 도시된 바와 같이 육각 형태의 셀(cell) 구조를 갖고, 셀 중앙에 기공(pore)이 형성되어 있다. In addition, hydrogen ions (H + ) react with the aluminum oxide film (Al 2 O 3 ) to partially break the bond between aluminum and oxygen to form a hydroxide, which is dissolved in the
나노 다공성 알루미늄산화막(Al2O3)을 형성하는 경우, 다공의 크기(d), 다공의 깊이(tp), 셀의 크기(D), 산화막의 두께(tp+tb)는 전해액의 농도, 인가되는 전압의 세기, 공정 시간, 전해조의 온도 등을 적절하게 제어함으로서 조절이 가능하 다. 예컨대, 전해조(10)의 온도는 0∼50Å 정도 범위에서 나노 다공성 알루미늄산화막(Al2O3)을 제조할 수 있다. When the nanoporous aluminum oxide film (Al 2 O 3 ) is formed, the pore size (d), the depth of the pore (tp), the cell size (D), and the thickness of the oxide film (tp + tb) are the concentration of the electrolyte solution and the applied voltage. This can be controlled by appropriately controlling the strength, process time, and temperature of the electrolyzer. For example, the temperature of the
앞에서 제시된 공정 조건들을 이용하여 다공의 크기는 100㎚ 이하이고, 다공의 크기 편차가 30% 이하로 균일하며, 산화막의 두께는 100㎚ 이상인 나노 다공성 알루미늄산화막(Al2O3)을 형성할 수 있다. Using the above-described process conditions, the size of the pores is 100 nm or less, the pore size variation is 30% or less, and the thickness of the oxide film is 100 nm or more, thereby forming a nanoporous aluminum oxide film (Al 2 O 3 ). .
아노다이징 공정을 적용하여 알루미늄막에 나노 다공성 알루미늄산화막을 형성한 경우에도, 앞서 설명한 광촉매 분리막 제작 공정을 적용할 수 있음은 물론이며, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다. Even when the nanoporous aluminum oxide film is formed on the aluminum film by applying the anodizing process, the above-described photocatalytic separator manufacturing process may be applied, and a detailed description thereof will be omitted.
본 발명의 바람직한 또 다른 실시예로서, 나노 다공성 티타늄산화막과 나노 다공성 알루미늄산화막을 포함하는 광촉매 분리막을 제작하는 방법을 설명한다. As another preferred embodiment of the present invention, a method of manufacturing a photocatalyst separator comprising a nanoporous titanium oxide film and a nanoporous aluminum oxide film will be described.
도 7을 참조하면, 먼저 알루미늄 기판의 전면 상에 티타늄막을 증착한다(또는 티타늄 기판 상에 알루미늄막을 증착할 수도 있음). 또한, 티타늄막과 알루미늄 기판 사이에 버퍼층을 형성할 수도 있다. 상술한 아노다이징 공정을 이용하여 티타늄막에 나노 크기의 다공을 갖는 티타늄산화막을 형성하고, 알루미늄 기판의 후면에 나노 크기의 다공을 갖는 알루미늄산화막을 형성한다. Referring to FIG. 7, a titanium film is first deposited on an entire surface of an aluminum substrate (or an aluminum film may be deposited on a titanium substrate). It is also possible to form a buffer layer between the titanium film and the aluminum substrate. A titanium oxide film having nano-sized pores is formed on the titanium film by using the above-described anodizing process, and an aluminum oxide film having nano-sized pores is formed on the rear surface of the aluminum substrate.
광촉매 분리막을 제작하기 위하여, 앞서 설명한 바와 같이 티타늄산화막 하부에 잔류하는 티타늄막과 알루미늄산화막 하부에 잔류하는 알루미늄 기판(버퍼층이 형성되어 있는 경우 버퍼층도 포함)에 대하여 습식 식각법, 건식 식각법, 샌드 블래스트(sand blast)법, 블로잉(blowing)법, 이온 밀링(ion milling)법 등을 사용 하여 다공을 통해 식각한다. 이렇게 하여 다공을 통해 전면과 후면이 뚫린 광촉매 분리막을 만들 수 있다. In order to fabricate the photocatalyst, wet etching, dry etching, and sand are applied to the titanium film remaining under the titanium oxide film and the aluminum substrate remaining under the aluminum oxide film (including the buffer layer when the buffer layer is formed) as described above. It is etched through the pores by using a blast (sand blast), blowing (ion) method, ion milling (ion milling) method. In this way, a photocatalyst membrane having a front and a rear surface can be made through the pores.
상술한 아노다이징을 이용한 나노 다공성 금속산화막을 형성하는 방법은 티타늄산화막(TiO2) 및 알루미나(Al2O3)에만 적용되는 것이 아니라, 탄탈륨(Ta), 니오브(Nb), 바나듐(V), 하프늄(Hf), 텅스텐(W) 등과 같은 밸브 금속(valve metal)을 사용하여 나노 다공성 금속산화막을 형성하는 경우에도 그 적용이 가능하다. The method of forming the nanoporous metal oxide film using the above anodizing is not only applied to the titanium oxide film (TiO 2 ) and alumina (Al 2 O 3 ), but also tantalum (Ta), niobium (Nb), vanadium (V), and hafnium. The present invention is also applicable to a case where a nanoporous metal oxide film is formed using a valve metal such as (Hf), tungsten (W), or the like.
나노 다공성 산화물을 이용한 응용성은 그 산화물을 특성에 따라 크게 확대될 수 있으며, 다양한 금속의 아노다이징을 통해 얻어진 나노 다공성 금속산화막은 전기 전자분야, 환경 분야, 의료 분야와 같은 많은 분야에 응용될 수 있다. Applicability using nanoporous oxide can be greatly expanded according to the characteristics of the oxide, nanoporous metal oxide film obtained through the anodizing of various metals can be applied to many fields such as electrical and electronics, environmental field, medical field.
이하에서, 상술한 나노 다공성 금속산화막을 광촉매로 이용하여 수처리용 정화 필터 또는 대기 정화용 필터로 사용되는 실시예들을 설명하기로 한다. Hereinafter, embodiments using the above-described nanoporous metal oxide film as a photocatalyst as a purification filter for water treatment or an air purification filter will be described.
도 8은 나노 광촉매 분리막을 이용한 수처리 정화 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다. 8 is a view schematically illustrating a water treatment purification system using a nanophotocatalyst membrane.
도 8을 참조하면, 수처리 정화 시스템은 유입된 폐수, 오수 또는 음용수 등의 원수를 정화시켜 배출시키는 반응조(100)와, 상기 반응조(100) 상단에 설치되어 폐수, 오수 또는 음용수 등의 원수가 유입되는 수처리 유입구(110)와, 상기 반응조(100) 일측에 설치되고 유입된 원수가 처리 정화되어 배출되는 수처리 배출구(120), 광촉매를 위한 나노 다공성 금속산화막(예컨대, 나노 다공성 티타늄산화막(TiO2))을 이용하여 제작된 복수의 광촉매 분리막 필터(130)와, 광촉매의 활성을 증 가시키기 위하여 상기 광촉매 분리막 필터에 자외선을 조사하기 위한 자외선 램프(140)를 포함한다. 나노 다공성 티타늄산화막(TiO2)을 이용하여 제작된 광촉매 분리막 필터(130)는 자외선 램프(140)들 사이에 구비됨으로서 광촉매를 보다 활성화시킬 수 있다. 또한, 수처리 정화 시스템은 상부가 태양광이 투과될 수 있도록 투명 덮개(150)를 구비하고, 잉여 슬러지를 배출하기 위한 슬러지 배출구(160)를 하단에 구비하고 있다. Referring to FIG. 8, the water treatment purification system includes a
광촉매 반응을 위한 반응조(100)는 나노 다공성 티타늄산화막을 광촉매 분리막 필터 내에 침지시키고 외부에 설치한 펌프(175, 180)와 파이프나 튜브 등으로 연결하여 외부 펌프의 작동에 의해 여과수가 얻어지는 형태로 되어 있다. 외부 펌프(175, 180)의 작동에 의해 나노 다공성 티타늄산화막의 내부가 부압(-)이 되고, 이때 압력차에 의해 외부로부터 나노 다공성 티타늄산화막의 내부로 원수(feed)가 유입되게 되고 동시에 나노 다공성 티타늄산화막의 표면에서 광촉매 반응이 발생하여 유기물이 제거되게 된다. The
반응조(100) 내에 부유성 경량 파인 세라믹스(미도시)를 더 구비할 수 있다. 상기 부유성 경량 파인 세라믹스는 물에 뜨는 세라믹 재질의 물질로 이루어진다.Floating lightweight fine ceramics (not shown) may be further provided in the
광촉매 분리막은 전술한 방법과 같이 제작한다. 나노 다공성 광촉매 분리막 필터(130)는 상술한 아노다이징 공정에 제작된 나노 다공성 금속산화막, 예컨대 나노 다공성 티타늄산화막(TiO2) 또는 나노 다공성 알루미늄산화막(Al2O3)을 포함하는 광촉매 분리막을 함유한다. 상기 광촉매 분리막은 나노 크기의 다공을 갖는 상기 금속산화막(예컨대, TiO2)과, 상기 금속산화막 하부에 구비되고 상기 다공을 통해 관통되어 있는 금속막(예컨대, Ti)을 포함할 수도 있다. 또한, 상기 광촉매 분리막은 상기 금속막 하부에 상기 나노 크기의 다공보다는 큰 마이크로(micro) 크기의 홀을 통해 관통되어 있는 실리콘 기판이 더 구비되어 있을 수 있다. 또한, 상기 광촉매 분리막은, 상기 금속막 하부에 구비되고 나노 크기의 다공을 통해 관통되어 있는 알루미늄막 및 상기 알루미늄막 하부에 형성된 나노 크기의 다공을 갖는 알루미늄산화막을 더 포함할 수 있다. The photocatalyst separation membrane is manufactured in the same manner as described above. The nanoporous
광촉매 분리막 필터(130)는 이와 같이 제작된 광촉매 분리막을 크기에 맞게 적어도 1개 이상 배열 또는 서로 접합시켜 부직포 또는 금속망으로 둘러싸서 제작할 수 있다. The
광촉매로 기능하는 나노 다공성 티타늄산화막(TiO2)은 물의 광분해를 통하여 얻어지는 하이드록실기 이온(OH-)을 난분해성의 유기 물질을 제거하기 위한 수산화 라디칼로 변화시킨다. 자외선 램프(140)에 의해 물에 포함된 세균이 살균되고, 자연광 및/또는 자외선이 나노 다공성 티타늄산화막(광촉매)에 조사되면 강한 산화력을 지닌 수산화라디칼이 생성되며, 상기 수산화라디칼에 의해 유기화합물이 산화분해되게 된다. The nanoporous titanium oxide film (TiO 2 ) functioning as a photocatalyst converts hydroxyl group ions (OH − ) obtained through photolysis of water into hydroxyl radicals for removing hardly decomposable organic substances. The bacteria contained in the water are sterilized by the
반응조(100)의 하부는 경사지게 구비(즉, 경사진 슬로프(slope)를 갖도록 구비)함으로서 슬러지가 하부로 모여 슬러지 배출관(160)을 통해 배출이 용이하도록 하는 것이 바람직하다. 슬러지는 물보다 비중이 크기 때문에 반응조(100) 하부에 퇴적되므로 슬러지 배출구(160)를 통해 이를 적절하게 배출할 필요가 있다. The lower portion of the
오염된 유체는 펌프(175)와 수처리 유입구(110)를 통해 반응조(100)에 유입되며, 유입된 유체는 부유성 경량 파인 세라믹스에 의해 유지 성분이 처리될 수 있다. 유지 성분이 1차 처리된 유체는 광촉매 분리막 필터(130)에 분사되고, 투명 덮개(150)를 투과한 태양광 및 자외선 램프(140)에 의해 광촉매와 오염된 유체를 반응시켜 오염된 유체를 정화한다. 정화되고 남은 슬러지는 슬러지 배출구(160)와 밸브(185)를 통해 배출되고, 정화된 유체는 수처리 배출구(120)와 펌프(180)를 통해 외부로 배출된다. The contaminated fluid is introduced into the
수처리 유입구(110)를 통해 배출된 유체는 반응조(100) 내에서 정화되고, 순환수 유입관(190)을 통해 다시 수처리 유입구(110)로 유입되고 다시 수처리 유입구(110)를 통해 반응조(100)에 유입시켜 정화시키는 과정을 반복할 수 있다. 유입된 유체가 충분히 정화된 수준에 도달할 때까지 위와 같은 방법으로 반복하고, 최종 처리수를 수처리 배출구(120)로 배출시켜 원하는 수준의 정화된 유체를 얻을 수 있다. The fluid discharged through the
한편, 과산화수소(H2O2)를 반응조에 투입함으로서 산화 반응을 이용하여 유체의 산화분해를 더욱 촉진할 수도 있다. On the other hand, by introducing hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) into the reaction tank, it is possible to further promote the oxidative decomposition of the fluid by using an oxidation reaction.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수처리 정화 시스템은 오수, 폐수, 음용수 등의 수처리를 위한 단위공정이 하나의 반응조(100) 안에 집적되어 있어 처리에 소요되는 부지 면적을 줄일 수 있다. 상부에 태양광이 투과될 수 있도록 투명 덮개 (150)가 설치되도록 설계되어 있어 광촉매의 효율을 높일 수 있고, 또한 부유성 경량 파인 세라믹스에 의한 유지 성분의 처리가 가능하다. 또한, 반응조(100) 내에 침적된 나노 다공성 티타늄산화막(TiO2)을 광촉매로 사용하여 목적하는 처리 수질의 확보가 가능하고, 자외선 램프를 이용한 자외선 살균 기능뿐만 아니라 미량 유해 유기물, 휘발성 유기 화합물 및 유기성 오염 물질의 동시 제거가 가능하다. In the water treatment purification system according to the preferred embodiment of the present invention, a unit process for water treatment such as sewage, waste water, and drinking water is integrated in one
도 9는 나노 광촉매 분리막을 이용한 대기 정화 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다. 9 is a view schematically illustrating an air purification system using a nanophotocatalyst separator.
도 9를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 대기 정화 시스템(200)은 프리 필터(pre filter)(210)와, 활성탄소섬유(activated carbon fiber; 이하 'ACF'라 함) 필터(220)와, 나노 다공성 광촉매 분리막 필터(230)와, 차동 압력 게이지(differential pressure gauge)(240)를 포함한다. Referring to FIG. 9, the
프리 필터(210)는 공기 중에 함유되어 있는 먼지 중에 큰 입자를 우선적으로 포집하는 역할을 한다. 프리 필터(210)는 폴리에스테르 기지(polyester base)의 섬유부직포층으로 이루어질 수 있다. The
ACF 필터(220)는 활성탄소섬유의 작은 세공을 통해 악취 물질을 흡착하여 탈취시키는 기능을 한다. ACF 필터(220)는 활성탄소섬유가 부직포로 둘러싸여 있는 구조로 이루어질 수 있다. 또한, ACF 필터(220)는 활성탄 입자 또는 활성탄소섬유와 열가소성 또는 열경화성 섬유를 페이스트 상의 바인더에 함침시킨 후 건조시켜 서로 접합되도록 한 필터이거나, 활성탄 입자를 발포성 우레탄 용액과 섞어서 발포 시킨 우레탄 스폰지와 같은 필터일 수 있다. The
나노 다공성 광촉매 분리막 필터(230)는 상술한 아노다이징 공정에 제작된 나노 다공성 금속산화막, 예컨대 나노 다공성 티타늄산화막(TiO2) 또는 나노 다공성 알루미늄산화막(Al2O3)을 포함하는 광촉매 분리막을 함유한다. 광촉매 분리막은 전술한 방법과 같이 제작한다. 상기 광촉매 분리막은 나노 크기의 다공을 갖는 상기 금속산화막(예컨대, TiO2)과, 상기 금속산화막 하부에 구비되고 상기 다공을 통해 관통되어 있는 금속막(예컨대, Ti)을 포함할 수도 있다. 또한, 상기 광촉매 분리막은 상기 금속막 하부에 상기 나노 크기의 다공보다는 큰 마이크로(micro) 크기의 홀을 통해 관통되어 있는 실리콘 기판이 더 구비되어 있을 수 있다. 또한, 상기 광촉매 분리막은, 상기 금속막 하부에 구비되고 나노 크기의 다공을 통해 관통되어 있는 알루미늄막 및 상기 알루미늄막 하부에 형성된 나노 크기의 다공을 갖는 알루미늄산화막을 더 포함할 수 있다. The nanoporous
나노 다공성 광촉매 분리막 필터는 상술한 바와 같이 제작된 광촉매 분리막을 크기에 맞게 적어도 1개 이상 배열 또는 서로 접합시켜 부직포 또는 금속망으로 둘러싸서 만들 수 있다. The nanoporous photocatalyst membrane filter may be made by arranging at least one or more photocatalyst membranes manufactured as described above or bonded to each other to surround the nonwoven fabric or a metal network.
차동 압력 게이지(240)는 대기 정화 시스템 내부의 압력을 측정하는 제어하는 기능을 한다.
오염된 공기는 나노 다공성 광촉매 분리막 필터(230)에 의해 정화되기 전에 분리막 보호를 위해 프리 필터(210)로 1차 정화하고, 다음에 다공의 크기가 수 ㎛ 정도의 ACF 필터(220)를 사용하여 2차 정화를 한다. 이렇게 물리적인 정화작용이 완료되면, 아노다이징 공정에 의해 제작된 나노 다공성 광촉매 분리막 필터(230)을 이용하여 나노 크기의 다공을 통해 물리적 및 화학적인 정화를 수행한다. 광촉매 반응을 이용함으로써 미세 세균을 효과적으로 제거할 수 있다. The contaminated air is first purified by the pre-filter 210 to protect the membrane before being purified by the nanoporous
본 발명에 의하면, 나노 다공성 티타늄산화막에 의해 유체 또는 공기와의 접촉면이 극대화되어 물 또는 공기 중의 바이러스, 병원성 세균, 기생충 등의 살균 효율이 증가한다. 또한, 고가의 약품 비용을 들이지 않고도 광촉매 및 자외선 램프에 의해 다이옥신, 벤젠, 페놀, TCE, THMs 등과 같은 독성 및 난분해성 유기화합물을 산화 분해할 수 있어 수질 관리 및 보수 유지가 용이하다. 또한, 광촉매 분리막 필터를 이용하여 공기 중의 미세 먼지를 효과적으로 제거할 수 있고, 항균 및 탈취 기능이 우수한 공기 정화용 시스템을 구현할 수 있다. According to the present invention, the surface of contact with fluid or air is maximized by the nanoporous titanium oxide film to increase sterilization efficiency of viruses, pathogenic bacteria, parasites, and the like in water or air. In addition, toxic and hardly decomposable organic compounds such as dioxins, benzenes, phenols, TCEs, and THMs can be oxidized and decomposed by photocatalysts and ultraviolet lamps without incurring expensive chemical costs, thereby facilitating water quality management and maintenance. In addition, it is possible to effectively remove the fine dust in the air by using a photocatalyst membrane filter, it is possible to implement an air purification system excellent in antibacterial and deodorizing function.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described in detail, this invention is not limited to the said embodiment, A various deformation | transformation by a person of ordinary skill in the art within the scope of the technical idea of this invention is carried out. This is possible.
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