KR100811095B1

KR100811095B1 - 광촉매 제올라이트 필터를 이용한 로터형 공기정화장치

Info

Publication number: KR100811095B1
Application number: KR1020060093734A
Authority: KR
Inventors: 이화용
Original assignee: (주)엔퓨텍
Priority date: 2006-09-26
Filing date: 2006-09-26
Publication date: 2008-03-06

Abstract

본 발명은 광촉매 제올라이트 필터를 이용한 로터형 공기정화장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 흡착 성능이 우수한 광촉매가 결합된 제올라이트 필터부를 여러개로 구비한 공기정화기에서 공기를 흡입할 때 흡착 성능이 우수한 제올라이트가 흡착한 유해가스를 바로 광촉매와 자외선이 분해를 시켜주어 스스로 재생할 수 있어 살균 효과를 극대화시킬 수 있도록 하는 광촉매 제올라이트 필터를 이용한 로터형 공기정화장치에 관한 것이다.

본 발명인 광촉매 제올라이트 필터를 이용한 로터형 공기정화장치는,

공기정화를 위한 각 구성요소들을 구비하고 있는 본체(100)와;

정화가 아니된 공기를 인입하는 인입부(110)와;

상기 인입부(110)로 공기가 유입되도록 흡입하는 구동팬(120)과;

상기 인입부(110)로 유입된 공기가 유통되도록 유로를 제공하는 적어도 두 개 이상인 실린더(130)와;

상기 실린더(130)내에 위치하며, 광촉매가 결합된 제올라이트 필터(140a) 및 필터와 대응되고 UV램프(140b)가 구비된 하나 이상의 광촉매가 결합된 제올라이트 필터로 구성된 필터부와;

정화된 공기를 배출하는 배출부(150)와;

상기 실린더(130)가 회전할 수 있도록 다수의 실린더 사이에 위치하며, 모터에 의해 구동되는 구동축(160)과;

상기 배출부(150)로 배출되기 전에 공기 유로상에 설치되어 정화된 공기의 오염도를 측정하는 센서(170)와;

상기 센서(170)의 측정도에 따라 상기 구동축(160)을 작동시키는 제어부;를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 한다.

본 발명을 통해 흡착 성능이 우수한 광촉매가 결합된 제올라이트 필터와 UV램프를 제공하여흡착력을 높일 수 있으며 확실한 살균과 탈취 분해를 흡착과 동시에 할 수 있으며, UV램프 및 광촉매가 결합된 제올라이트 필터를 다수개로 구성함으로써, 오염된 공기가 최대한 많은 필터와 접촉하여 흡착될 확률을 높여 확실한 살균과 탈취 분해 효과를 제공한다.

또한, 한 개의 제올라이트 필터부가 흡착을 하고 나머지 제올라이트 필터부들은 흡착한 유해가스를 자외선과 광촉매가 분해하여 스스로 재생하는 과정을 되풀이하도록 함으로써, 살균력이 우수한 필터를 제공할 뿐만 아니라 습도가 많은 곳에서도 사용할 수 있는 반영구적인 광촉매 제올라이트 필터를 구비한 공기정화장치를 제공하게 된다.

광촉매, 제올라이트, 필터, UV램프, 로터형, 공기정화기.

Description

광촉매 제올라이트 필터를 이용한 로터형 공기정화장치{Rotor Air Cleaner Device Use of photocatalyst Zeolite Filter}

도 1 은 본 발명의 일실시예에 따른 광촉매 제올라이트 필터를 이용한 로터형 공기정화장치를 나타낸 사시도이다.

도 2 는 본 발명의 일실시예에 따른 광촉매 제올라이트 필터를 이용한 로터형 공기정화장치의 필터부의 다른 구성을 나타낸 도면이다.

도3은 본 발명의 일실시예에 따른 광촉매 제올라이트 필터를 이용한 로터형 공기정화장치의 필터부를 구성하는 광촉매가 결합된 제올라이트의 모형도이다.

도4는 본 발명의 일실시예에 따른 광촉매 제올라이트 필터를 이용한 로터형 공기정화장치의 필터부를 구성하는 광촉매가 결합된 제올라이트의 결합도이다.

도5는 본 발명의 일실시예에 따른 광촉매 제올라이트 필터를 이용한 로터형 공기정화장치의 필터부를 구성하는 광촉매 제올라이트 필터와 종래의 활성탄 필터의 유해가스 여과 모식도이다.

도6은 본 발명의 일실시예에 따른 광촉매 제올라이트 필터를 이용한 로터형 공기정화장치의 필터부를 구성하는 광촉매 제올라이트 필터와 종래의 필터의 성능 비교표이다.

도7은 본 발명의 일실시예에 따른 광촉매 제올라이트 필터를 이용한 로터형 공기정화장치의 필터부를 구성하는 광촉매 제올라이트 필터의 제조 방법에 대한 흐름도이다.

도8은 본 발명의 일실시예에 따른 광촉매 제올라이트 필터를 이용한 로터형 공기정화장치의 필터부를 구성하는 광촉매 제올라이트 필터의 제조 방법의 허니컴 필터를 코팅하는 단면용 로울러 코팅 장치를 나타낸 예시도이다.

도9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광촉매 제올라이트 필터를 이용한 로터형 공기정화장치의 필터부를 구성하는 광촉매 제올라이트 필터의 제조 방법의 허니컴 필터를 코팅하는 양면용 로울러 코팅 장치를 나타낸 예시도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 제올라이트 20 : 이산화티타늄

30 : 바인더 40 : 광촉매 제올라이트 필터

100 : 본체 110 : 인입부

120 : 구동팬 130 : 실린더

140a : 제올라이트 필터 140b : UV램프

150 : 배출부 160 : 구동축

170 : 센서

또한, 일정시간이 경과하면 광촉매가 결합된 제올라이트 필터부가 위치한 실린더를 회전시켜 정화함에 있어서, 인입부에 위치한 실린더 내부의 제올라이트 필터부가 흡착을 하고 나머지 제올라이트 필터부들은 흡착한 유해가스를 자외선과 광촉매가 분해하여 스스로 재생하는 과정을 되풀이하는 광촉매 제올라이트 필터를 이용한 로터형 공기정화장치에 관한 것이다.

휘발성유기화합물(VOC)은 대기중에서 질소산화물(NOx) 등과 같은 화학물질과 광화학반응을 일으켜 지표면에 오존(O3)농도를 증가시킬 뿐만 아니라 자체의 독성으로 인해 인체에 심각한 악영향을 주며 수질오염, 대기오염, 악취 등의 환경문제를 일으키는 유해물질이다.

현재 사용되고 있는 VOC제거 기술은 활성탄이나 제올라이트를 이용한 흡착법과 응축법, 흡수법, 막분리법 등의 회수기술과 열소각법, 촉매소각법, UV산화법, 생물막법 등의 처리기술로 나눌 수 있다.

흡착법은 흡착효율이 좋은 활성탄이나 제올라이트를 이용하여 VOC를 흡착제거 하는 방법으로 초기 투자비는 적으나 필터를 자주 교체해 주어야 하므로 교체비용이 많이 들고 관리비가 많이 들어가며, 대용량의 VOC를 처리하기 어렵다는 단점이 있다. 열소각법은 초기설치비 운영비가 많이 들며 장치를 설치하기위해서는 넓은 공간이 필요하다는 단점이 있으며 소각시에 발생하는 NOx, CO 등의 2차 오염물질이 생성된다는 심각한 문제가 있다.

흡착법과 열소각법을 혼용한 방법으로는 세라믹 로터를 이용한 회전식 로터형 흡착 열소각 장치가 사용되고 있다. 이 방식은 원통형 세라믹 모노리스허니컴을 이용하는 것으로서 원통을 1/2이나 1/3로 나누어 한쪽에서는 흡착을 하고 흡착이 완료되면 돌려서 나머지 공간으로 새로운 흡착을 하고 흡착된 VOC는 열로 소각하는 방식으로 운영이 되고 있다. 이 방식은 운영비는 비교적 적게 들지만 필터 생산비가 비싸고 열소각법이 가지는 단점을 극복하지 못한 한계가 있다.

촉매소각법은 초기투자비 운영비가 적게드는 잇점이 있으나 대용량의 처리에는 적합지 않다는 단점과 재생시간이 주어지지 않으므로 효율이 점점 떨어진다는 단점이 있다. 이러한 단점들 때문에 최근에는 흡착/소각법이 각광을 받고 있으나 기존에 사용하던 활성탄 흡착필터는 재생이 어렵고 발화성이 있으며 습기를 먼저 흡착하여 기공이 막히므로 습도를 조절하는 전처리 과정이 필요할 뿐만 아니라 기공의 크기를 조절하여 선택적 흡착을 할 수 없다는 단점이 있었다.

또한, 종래에는 주로 PE, PVA, 우레탄 등의 기지에 활성탄을 코팅하여 공기정화장치의 필터로 사용하여 공기정화를 하였으나, 이러한 필터들은 흡착력이 높지 않고 다습한 환경에서는 사용이 제한적이며 선택적 흡착을 할 수 없고 광촉매에 의해서 기지가 분해되는 문제점을 가지고 있었다.

그리고, 산업의 발전에 따라 공기의 오염정도가 갈수록 심각해지지만 이에 따른 개선된 필터를 필요로 하고 있으며, 오염된 공기가 최대한 많은 필터와 접촉하여 흡착될 확률을 높여주여야만 광촉매 혹은 자외선을 이용한 살균 효과를 극대화시킬 수 있게 되지만 종래의 공기정화장치는 흡착률이 떨어지는게 현실이다.

한편, 고농도의 유해가스를 분해하기 위해서는 흡착력이 우수하여야 하며, 반영구적으로 재생할 수 있어야 하지만, 종래의 공기정화장치로는 실현하기가 불가능하다.

따라서, 본 발명은 상기 종래의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로,

본 발명의 목적은 흡착 성능이 우수한 광촉매가 결합된 제올라이트 필터와 UV램프를 제공함으로써, 흡착력을 높일 수 있으며 확실한 살균과 탈취 분해를 흡착과 동시에 할 수 있도록 구성된 공기정화장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 UV램프 및 광촉매가 결합된 제올라이트 필터를 다수개로 구성함으로써, 오염된 공기가 최대한 많은 필터와 접촉하여 흡착될 확률을 높여 확실한 살균과 탈취 분해 효과를 제공하는 공기정화장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 인입부에 위치한 실린더 내부의 제올라이트 필터부가 흡착을 하고 나머지 제올라이트 필터부들은 흡착한 유해가스를 자외선과 광촉 매가 분해하여 스스로 재생하는 과정을 되풀이하도록 하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 광촉매 제올라이트 필터를 이용한 로터형 공기정화장치는,

정화가 아니된 공기를 인입하는 인입부(110)와;

정화된 공기를 배출하는 배출부(150)와;

상기 UV램프는,

상기 광촉매가 결합된 제올라이트 필터의 중앙에 위치하여 빛을 조사하는 것을 특징으로 하며, 다른 양상에 따른 UV램프는,

상기 광촉매가 결합된 제올라이트 필터의 상단에 위치하여 빛을 조사하는 것을 특징으로 한다.

상기 인입부(110)에,

장착된 실린더(130)내에 위치한 필터부는 흡착을 하며, 나머지 필터부는 흡착한 유해가스를 자외선과 광촉매가 분해하여 재생하는 과정을 반복하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명인 광촉매 제올라이트 필터를 이용한 로터형 공기정화장치의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 광촉매 제올라이트 필터를 이용한 로터형 공기정화장치는,

정화가 아니된 공기를 인입하는 인입부(110)와;

정화된 공기를 배출하는 배출부(150)와;

상기 UV램프는,

상기 광촉매가 결합된 제올라이트 필터의 중앙에 위치하여 빛을 조사하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 인입부(110)에 장착된 실린더(130)내에 위치한 필터부는 흡착을 하며, 나머지 필터부는 흡착한 유해가스를 자외선과 광촉매가 분해하여 재생하는 과정을 반복하는 것을 특징으로 한다.

상기 실린더(130)내에 위치한 필터부는 광촉매가 결합된 제올라이트 필터(140a) 및 필터와 대응되고 UV램프(140b)가 구비된 하나 이상의 광촉매가 결합된 제올라이트 필터로 구성된다.

또한, 필터부를 구성하는 필터는 상기한 광촉매가 결합된 제올라이트 필터(140a)이외에 다른 필터를 사용하여 구성하는 것은 용이하게 실시할 수 있다.

상기와 같이, 흡착 성능이 우수한 광촉매가 결합된 제올라이트 필터(140a)와 UV램프(140b)를 제공함으로써, 흡착력을 높일 수 있으며 확실한 살균과 탈취 분해를 흡착과 동시에 할 수 있는 장점을 가지게 되는 것이다. 또한, UV램프 및 광촉매가 결합된 제올라이트 필터를 필터부에 다수 개로 구성함으로써, 오염된 공기가 최대한 많은 필터와 접촉하여 흡착될 확률을 높여 확실한 살균과 탈취 분해 효과를 제공하게 된다.

이러한 특성을 통해 종래에 주로 PE, PVA, 우레탄 등의 기지에 활성탄을 코팅하여 공기정화장치의 필터로 사용하여 공기정화를 하는 단점을 개선하여 본 발명의 필터를 통해 흡착력이 높이고 다습한 환경에서는 사용이 가능하며 선택적 흡착을 할 수 있고 광촉매에 의해서 기지가 분해되게 된다.

본 발명의 동작 원리를 설명하자면, 도1에 도시한 대로 오염된 공기가 인입부(110)를 통해 인입이 되면, 본체(100)의 인입부에 장착된 실린더(130) 내에 구성된 해당 필터부(140)를 거치게 된다.

이때, 필터부를 구성하고 있는 광촉매가 결합된 제올라이트 필터(140a)와 UV램프(140b)에 공기가 유입되는데, 흡착 성능이 우수한 광촉매가 결합된 제올라이트 필터를 통해 흡착하여 광분해를 하게 되고, UV램프를 통해 확실한 살균을 하여 살균 및 탈취된 공기가 배출부(150)를 통해 외부로 나가게 되는 것이다.

상기 구동축을 통해 실린더가 회전하게 되는데, 회전은 센서(170)를 통해 배출부(150)로 배출되기 전에 정화된 공기의 오염도를 측정하여 오염도가 사용자가 설정한 값보다 높을 경우 제어부(미도시)의 제어 신호를 모터(미도시)에 보내어 구동축을 움직이게 하여 인접한 다른 실린더로 교체하는 것이다.

상기와 같이, 일일히 오염 정도를 확인하여 사용자가 교체할 필요없이 센서의 오염도 측정을 통해 실린더를 교체할 수 있는 편리성을 제공하게 된다.

한편, 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 다른 일실시예에 따른 광촉매 제올라이트 필터를 이용한 로터형 공기정화장치의 UV램프는 상기 광촉매가 결합된 제올라이트 필터의 상단에 위치하여 빛을 조사하는 것을 특징으로 한다.

즉, 도 2에 도시한 바와 같이, 광촉매가 결합된 제올라이트 필터의 상단에 UV램프 위치시켜 한 세트 이상 원하는 세트를 구성할 수 있으며, 동작원리는 도 1에 설명한 바와 같이 동작하게 된다.

본 발명에서의 필터는 제올라이트 필터로 필터부를 구성하여 설명하고 있지만 필터부에 구성되는 필터를 제올라이트 필터에 한정하지 않고 기타 필터로도 대체가 가능하다.

본 발명인 광촉매 제올라이트 필터를 이용한 로터형 공기정화장치의 필터부를 구성하는 광촉매 제올라이트 필터의 제조 방법 및 특징에 대해 다음과 같이 상세히 설명하도록 한다.

도3에 도시한 바와 같이, 제올라이트의 기공을 막지 않는 이산화티타늄과의 결합구조를 만들게 되는데 제올라이트는 기공의 크기가 조절되는 무기재료로서 6~7 Å(옹스트롱)으로 조절 가능하며 6~7 Å(옹스트롱) 이상 혹은 이하로도 제조할 수 있다.

제올라이트(10)의 기공이 이산화티타늄(20)보다 크기가 작게 하여 바인더(30)로 안정적으로 결합되는 구조를 가지도록 한다.

상기와 같이, 안정적인 나노 결합 구조가 되어야 흡착 분해성능이 최적화될 수 있게 된다.

상기한 바인더는 바람직하게는 SiO2를 사용한다.

제올라이트의 공극을 막지 않는 이산화티타늄의 결합구조를 만들게 된다.

이 과정을 생략하고 슬러리를 만드는 단계에서 제올라이트, 광촉매, 바인더와 펄프 및 기타 재료를 넣고 교반하여 결합시킬 수 있으나 이러한 방법은 광촉매와 제올라이트가 선택적으로 먼저 결합된다는 보장이 없고, 광촉매끼리 혹은 제올라이트끼리 뭉쳐있는 경우가 많이 발생한다. 또한 제올라이트와 광촉매가 구조적으로 결합되어 있지 않기 때문에 사용 중 제올라이트와 광촉매가 서로 분리될 가능성이 많다.

이산화티타늄, 제올라이트, 실리카(SiO2)와 같은 무기 혹은 금속의 나노입자화로 인해 촉매기능의 변화, 활성 선택성의 향상이 이루어진다.

일반적으로 입자가 작아짐으로써 나타나는 효과는 총원자중에서 표면원자가 차지하는 비율이 증가하고, 원자 간의 상호작용이 미치는 범위가 한정되는 것으로 인한 양자 사이즈 효과로 인해 이상적인 에너지 준위가 형성된다.

나노입자를 만드는 방법에는 물리적인 방법과 화학적인 방법이 있는데, 물리적인 방법은 다양한 것을 만드는 데 유리하고 화학적 방법은 이온을 환원하여 원자로 바꾸고 그것을 응집해서 나노입자를 만들기 때문에 한 번에 많은 나노입자를 균일하게 만들 수 있다.

상기 이산화티타늄은 그의 산화물의 밴드갭 에너지(아나타제 결정에서 3.2eV)보다 높은 에너지를 받아 전자-정공의 짝을 생성(즉 분극 상태를 발생)함으로써, 광촉매 작용을 나타낸다.

또한, 은 등의 금속을 광촉매로서 기능을 하는 물질(TiO2 미립자)에 담지시킴으로써 광촉매 효율을 향상시킬 수 있는 것이 알려져 있다. 즉, 분극 상태에 있어서의 전자 및 정공은 그 수명이 대단히 짧고, 외부물질을 산화 환원하기 전에(광촉매 작용을 발휘하기 전에) 다시 결합하여 소멸하는 경우가 있다. 이 소멸(전자 및 정공의 감소)이 광촉매재료의 반응효율을 저하시키는 큰 요인이 되었다.

도4에 도시한 바와 같이, 보통 휘발성 유기화합물(VOC)의 크기는 대부분 3~4 Å(옹스트롱)이므로 이 휘발성 유기화합물들을 흡착하고 서서히 탈착되어 이산화티타늄 광촉매가 분해하기 위해서는 제올라이트의 기공 크기를 6~7 Å(옹스트롱)으로 다소 크게 하여야 한다.

다시 말하자면, 종래의 활성탄 필터의 기공크기와 구조가 도면에 도시한 대로 일정하지 않아 선택적 흡착이 불가능하고 수분 흡착성이 높아 다습한 환경에서는 사용함에 제한적인 단점이 있으나, 본 발명의 필터는 기공의 크기가 일정하여 선택적 흡착이 가능하고 흡착된 휘발성 유기화합물들을 광촉매가 분해하여 기공을 비워주어 새로운 휘발성 유기화합물들의 흡착이 가능하게 된다.

부연 설명하면, 제올라이트는 합성하여 만들기 때문에 선택적 흡착이 가능하지만 활성탄 필터는 기공이 200~500 Å(옹스트롱)이 되는 것이 많고 기공크기와 구조가 일정하지 않아 크기가 작은 휘발성 유기화합물이 흡착되지 않고 흘러가는 문제점을 가지고 있으며, 흡착한 유해가스는 작은 충격이나 센 바람에 의해서 쉽게 탈착되어 광촉매가 미처 분해하기도 전에 방출되는 문제점이 있고, 선택적 흡착 또한 안 되는 것이다.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 광촉매 제올라이트 필터를 이용한 로터형 공기정화장치의 필터부를 구성하는 광촉매 제올라이트 필터와 종래의 필터의 성능 비교표이다.

도6에 도시한 필터는 부직필터, 우레탄 필터로 도시한 바와 같이, 이러한 필터들은 선택적 여과가 불가능하고 흡착 성능이 떨어질 뿐만 아니라, 광 분해성이 없어 스스로 재생되지 않기 때문에 그래프에 나타낸 것처럼 성능이 저하되므로 주기적인 교환이 필요하게 된다.

한편, 습도에 따른 수분 흡착율 비교표를 참조하면 활성탄은 습도의 영향을 많이 받기 때문에 습도가 높은 환경에서는 수분을 먼저 흡착하여 기공이 막혀 유해가스를 흡착할 기공이 존재하지 않아 사용이 제한적이거나 제습을 위한 다른 장치들이 필요하게 된다.

도 7에 도시한 바와 같이, 광촉매 제올라이트 필터 제조 방법은,

제올라이트 분말과 이산화티타늄 분말 및 바인더를 넣고 혼합 교반하고 소성하여 광촉매를 결합하는 단계(S100)와;

제올라이트와 광촉매가 결합된 분말을 물, 펄프, 세라믹 화이버, 글래스 화이버, 바인더를 넣고 교반하여 슬러리를 만드는 단계와;

슬러리를 정형화된 판에 균질하게 편 후에 증발시켜 시트로 만드는 시트화단계(S110)와;

표면적을 높이기 위해 시트를 파형화하는 파형화단계(S120)와;

시트와 시트사이에 접착제를 사용하여 결합하는 적층단계(S130)와;

적층이 완료된 시트를 적당한 크기로 자르는 절단단계(S140)와;

절단면에 광활성을 높이기 위해 광촉매를 2차 코팅하고 건조하는 단계;를 포 함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 광촉매를 결합하는 단계는,

먼저 제올라이트 분말과 광촉매 분말을 잠시 교반하여 혼합한 후, 적정량의 물을 가하여 교반 혼합하여 완전하게 제올라이트, 광촉매, 그리고 물이 혼합되도록 한다. 제올라이트와 광촉매가 혼합된 슬러리를 만든 다음, 이후, 광촉매 제올라이트의 슬러리를 물이 1/4정도 남을 때까지 건조하고 여기에 바인더(SiO2)를 첨가하여 교반 혼합한다. 그 후 슬러리의 온도를 서서히 상승시키면서 교반 혼합하여 제올라이트/바인더/광촉매를 포함하는 슬러리를 만든다. 온도를 올리는 과정에서 후술하는 코어/쉘 효과에 의하여 제올라이트가 광촉매를 안정적으로 감싸는 형태로 만들어지며 바인더는 광촉매와 제올라이트의 코어/쉘 구조를 좀 더 안정하게 유지하기 위한 지지체로서의 작용을 하게 된다. 그리고 온도를 200~250도 정도 까지 가열하여 건조한다. 이렇게 하여, 이산화티타늄의 표면에 제올라이트층이 형성된 다르게 표현하면 제올라이트 표면에 이산화티타늄 광촉매가 나노 구조적으로 결합된 안정적인 구조체를 얻을 수 있다.

제올라이트는 광촉매와 안정된 결합을 위하여 사이즈가 20nm~2000nm인 것을 사용할 수 있으나 바람직하게는 30~50nm인 것을 사용한다.

또한, 광촉매 슬러리는 아나타제 타입의 미립자가 수계매질 중에 단순 분산되는 것이다.

이산화티타늄/제올라이트 구조를 가지는 헤테로 나노입자의 생성메커니즘은 다음과 같이 설명되어 진다.

우선 이산화티타늄 입자와 제올라이트 입자는 바인더인 실리카에 배위된다.

이때, 가열하면 이산화티타늄 나노입자가 형성되고 계속해서 가열하면 이산화티타늄 나노입자 위로 제올라이트 입자가 석출되어 제올라이트 쉘을 형성한다.

이것은 이산화티타늄과 제올라이트의 산화환원전위의 차이로 인해 코어/쉘 구조를 형성하는 것이며, 제올라이트 입자가 실리카와 강하게 배위되어 있기 때문에 자유롭게 움직일 수 없지만, 이산화티타늄 나노입자는 비교적 약하게 배위되어 있어 그 부근의 이산화티타늄 나노입자들이 모여 쉽게 클러스터를 형성할 수 있기 때문이다.

이산화티타늄 입자의 클러스터가 형성되면 그 주변에 제올라이트 나노입자가 모이게 된다.

제올라이트는 기공의 크기가 조절되는 무기재료로서 기공의 크기를 6~7 Å(옹스트롱)으로 조절 가능하며 6~7 Å(옹스트롱) 이상 혹은 이하로도 제조할 수 있다. 보통 휘발성 유기화합물(VOC)의 크기가 3~4 Å(옹스트롱)이므로 제올라이트 기공의 크기를 다소 크게 하여야 한다.

상기 제올라이트의 합성은 수열합성법(水熱合成法)으로 합성한다.

수열합성법은 고온고압으로 물의 존재 하에서 행하여지는 물질의 합성법으로 제올라이트는 이러한 합성법을 이용하여 합성한다. 제올라이트를 합성할 때의 원료는 통상 실리카, 알루미나, 광화제(鑛化劑, 알칼리, 불화물) 및 물이 포함된다.

Si, Al은 제올라이트 골격을 구성하는 성분이고, 광화제는 이러한 금속성분을 물중에 용해시키는 역할을 한다. 또한, 광화제에 포함되어있는 양이온은 최종적 으로 골격이 갖는 음전하를 없애는 역할도 한다.

Si/Al의 커다란 고(高)실리카 제올라이트를 합성할 경우에는 구조규정제로서 비교적 용적이 커다란 유기화합물을 첨가한다. 원료를 혼합해서 반응성이 높은 비정질의 하이드로 겔을 조제하고, 이것을 오토클레이브에 넣고 소정온도(~250도)에서 가열하면 제올라이트가 생성된다.

제올라이트는 거의 준안정 상으로서 얻어지기 때문에 합성은 온도나 원료의 조성뿐만 아니라, 원료의 종류, 혼합방법, pH, 교반법, 반응용기 등의 다양한 인자의 영향을 받는다.

목적에 알맞은 구조나 특성을 가지는 제올라이트를 얻기 위해서는 상기한 합성조건을 적절히 선택하는 것이 필요하다. 그리고 합성 후에 이온교환을 행하여서 보다 상세한 구조나 특성을 제어하는 것이 가능하다.

상기한 제올라이트는 합성하여 제조하기 때문에 크기 조절이 가능하지만 활성탄의 크기가 500 Å(옹스트롱)으로 유기화합물(VOC)에 비해 너무 크기 때문에 흡착효율이 떨어지며, 흡착할 수 있는 표면적의 크기가 단위 면적당 제올라이트보다 작다.

상기 시트화단계는,

딱딱한 고체로 변한 광촉매가 결합된 제올라이트 덩어리를 파쇄하여 가루로 만든다. 이때 가루가 된 광촉매 코팅된 제올라이트 구조체 가루와 펄프 가루와 바인더를 혼합하여 증류수를 섞는다.

구조체 가루와 펄프 가루, 바인더의 비율은 바람직하게는 4:8:1로 하여 혼합 하고 혼합된 가루와 증류수를 1:1로 섞는다.

묽은 겔로 변한 가루를 슬러리라고 한다.

슬러리를 정형화된 판에 균질하게 편 후에 상온에서 증발하게 하면 시트가 마련된다.

시트로 수분이 15%가 될 때까지 상온에서 수분을 증발시킨다. 약 15% 정도 수분을 함유한 시트를 파형화하게 된다.

상기 파형화단계는,

시트를 파형화하는 것은 시트를 구불구불하게 접음으로서 좁은 면적에서 표면적을 최대한 높이기 위한 것이다. 또한, 시트를 겹쳤을때 시트간에 공간을 확보하기 위함이다.

시트가 파형화된 예로는 두꺼운 박스를 절단한 단면을 보면 이해가 가능하다. 본 발명의 파형화 단계도 동일한 원리로서 다소 수분을 함유한 시트를 파형 압착기에 넣고 열을 가해줌으로써 완료된다.

파형화가 완료된 시트는 측단면은 '

'형태에서 '

'형태로 변했음을 알 수 있다.

상기 적층단계는,

파형화하는 단계를 거친 시트는 적층하는 단계를 거친다. 적층은 장수에 제한이 없지만 바람직하게는 20장 내지 30장으로 할 수 있다. 적층한 시트는 측단면으로 '

'의 모양을 갖는다. 시트와 시트 사이는 접착제로 채워 시트간에 결 합하도록 한다.

파형화된 시트는 적층하지 않고 종이를 말듯이 둥글게 말 수도 있다. 이때, 가로의 길이는 다양하게 할 수 있지만 60cm가 적당하며 지름도 필요에 따라서 다양한 사이즈로 만들 수 있지만 10~60cm가 적당하다.

상기 절단단계는,

적층이 완료된 시트는 적당한 크기로 자른다. 예컨대, 가로 30cm 세로 30cm두께 1~3cm의 정사각형으로 자를 수 있으며, 용도에 따라서 다양한 두께로 절단이 가능하지만 자외선 광원이 투과하기 위해서는 1~5cm가 적당하다.

절단된 시트는 하나의 필터로도 활용되게 된다.

상기 광촉매를 2차 코팅하고 건조하는 단계는,

적당한 크기로 절단된 허니컴필터(Honey Comb Filter)는 그대로 필터로 사용할 수도 있으나 절단면이 공기와 가장먼저 접촉하게 되고 자외선을 가장 많이 받는 곳이므로 광분해성능을 한 층 높이기 위해서 광촉매를 절단면에 코팅하는 단계를 거쳐야 된다. 정단면에 광촉매를 코팅하기 위해서는 먼저 광촉매 졸(TiO2 Sol)을 만들어야 되는데 광촉매 분말로는 아나타제 구조로 크기는 5~25nm사이즈의 것을 사용하며 더욱 바람직하게는 7~10nm의 것을 사용한다. 상기 파우더를 물 베이스로 분산을 한 다음 바인더로 3nm 사이즈의 SiO2를 사용한다.

광촉매와 SiO2는 wg/% 기준으로 8:2의 비율이 바람직하다. 상기 광촉매 졸(Sol)을 허니컴의 절단면에 코팅하는 방법으로는 스프레이 코팅, 딥(Deep)코팅과 같은 방법이 있으나 스프레이 코팅은 많은 량의 분말을 표면에 코팅하기가 어렵고 딥코팅 방법은 코팅 후 허니컴 필터가 변형되기 쉬우며 건조하는데 많은 시간과 에너지가 필요하다. 그러므로 본 허니컴 필터를 코팅하는 방법으로 로울러 코팅이라는 새로운 코팅 방법을 안출하고 이를 실현하기 위한 로울러 코팅 장치를 도8 내지 도9에 나타내었다.

도8 내지 도9에서 제시한 바와 같이, 허니컴 필터는 광촉매 코팅액이 묻어있는 로울러 위를 지나가며 한 면이 코팅이 되고 이 허니컴 필터는 뒤집어져 1차 건조 라인을 지나가고 이어서 다른 면이 코팅이 되며, 다시 뒤집어져 코팅된 면이 위로 올라오게 하여 2차 건조의 과정을 거쳐 코팅이 완료된다. 코팅이 완료된 허니컴은 건조 트레이(미도시)에 적재되어 건조실로 옮겨져 열풍으로 건조되어 완성된다.

완성된 필터는 이산화티타늄이 코팅된 제올라이트 필터로서 크기가 3 Å(옹스트롱) 이하인 휘발성 유기화합물이 우선적으로 제올라이트의 미세공에 흡착되게 된다. 기존 활성탄은 미세공이 500 Å(옹스트롱)이라서 휘발성 유기화합물보다 크기가 상대적으로 크므로 활성탄 미세공에 흡착되는 휘발성 유기화합물 분자는 개수가 제한적이다.

그러나, 제올라이트의 미세공은 가공 여건에 따라 6 Å(옹스트롱) 내지 30 Å(옹스트롱)이므로 휘발성 유기화합물 분자가 흡착될 수 있는 미세공을 단위 면적당 활성탄에 비하여 400 배 내지 700배 이상을 제공할 수 있으므로 휘발성 유기화합물 분자의 흡착량을 늘릴 수 있다.

본 발명에 적용되는 제올라이트 필터는 제올라이트에 흡착된 휘발성 유기화합물은 일정기간 흡착된 채로 미세공에 있다가 바람이나 온도의 상승으로 서서히 미세공 주위로 나오게 되며 미세공 주위에 있는 이산화티타늄에 의하여 분해되게 된다.

이산화티타늄은 촉매로서 자신은 변하지 아니하고 유해한 가스 분자등을 분해하여 무해하도록 하는 광촉매로서 이에 대한 설명은 이미 공지된 것으로 생략한다.

미세공 주위의 휘발성 유기화합물은 이산화티타늄에 노출되어 분해되게 되며 촉매 작용을 촉진하기 위하여 UV 램프등을 조사하기도 한다.

원적외선을 다량으로 방출하는 천연 광물인 제올라이트를 특수한 공정을 거쳐 슬러리(Slurry) 상태의 담체를 얻은 후, 이를 광촉매인 이산화티타늄 (TiO2)을 이용하여 항균력과 탈취력 및 흡착기능이 향상되도록 제조한 무기 흡착 광촉매제와 일정량 충분히 교반시켜서 슬러리(Slurry) 상태의 광촉매가 혼합된 무기 흡착제를 얻은 다음, 이를 본 발명의 제조방법으로 광촉매제가 결합된 제올라이트를 가진 구조체, 즉 광촉매 제올라이트필터를 제조하여 흡착기능과 광분해기능을 극대화시킬 수 있도록 하였다.

이상에서와 같은 내용의 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시된 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구 범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되 는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 광촉매 제올라이트 필터를 이용한 로터형 공기정화장치는,

흡착 성능이 우수한 광촉매가 결합된 제올라이트 필터와 UV램프를 제공하여흡착력을 높일 수 있으며 확실한 살균과 탈취 분해를 흡착과 동시에 할 수 있으며, UV램프 및 광촉매가 결합된 제올라이트 필터를 다수개로 구성함으로써, 오염된 공기가 최대한 많은 필터와 접촉하여 흡착될 확률을 높여 확실한 살균과 탈취 분해 효과를 제공한다.

또한, 한 개의 제올라이트 필터부가 흡착을 하고 나머지 제올라이트 필터부들은 흡착한 유해가스를 자외선과 광촉매가 분해하여 스스로 재생하는 과정을 되풀이하도록 함으로써, 살균력이 우수한 필터를 제공할 뿐만 아니라 습도가 많은 곳에서도 사용할 수 있는 반영구적인 광촉매 제올라이트 필터를 구비한 공기정화장치를 제공한다.

Claims

공기정화를 위한 각 구성요소들을 구비하고 있는 본체(100)와;

정화가 아니된 공기를 인입하는 인입부(110)와;

상기 인입부(110)로 공기가 유입되도록 흡입하는 구동팬(120)과;

상기 인입부(110)로 유입된 공기가 유통되도록 유로를 제공하는 적어도 두 개 이상인 실린더(130)와;

상기 실린더(130)내에 위치하며, 광촉매가 결합된 제올라이트 필터(140a) 및 필터와 대응되고 UV램프(140b)가 구비된 하나 이상의 광촉매가 결합된 제올라이트 필터로 구성된 필터부와;

정화된 공기를 배출하는 배출부(150)와;

상기 실린더(130)가 회전할 수 있도록 다수의 실린더 사이에 위치하며, 모터에 의해 구동되는 구동축(160)과;

상기 배출부(150)로 배출되기 전에 공기 유로상에 설치되어 정화된 공기의 오염도를 측정하는 센서(170)와;

상기 센서(170)의 측정도에 따라 상기 구동축(160)을 작동시키는 제어부;를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 광촉매 제올라이트 필터를 이용한 로터형 공기정화장치.
제 1항에 있어서,

상기 UV램프는,

상기 광촉매가 결합된 제올라이트 필터의 중앙에 위치하여 빛을 조사하는 것을 특징으로 하는 광촉매 제올라이트 필터를 이용한 로터형 공기정화장치.
제 1항에 있어서,

상기 UV램프는,

상기 광촉매가 결합된 제올라이트 필터의 상단에 위치하여 빛을 조사하는 것을 특징으로 하는 광촉매 제올라이트 필터를 이용한 로터형 공기정화장치.
제 1항에 있어서,

상기 인입부(110)에,

장착된 실린더(130)내에 위치한 필터부는 흡착을 하며, 나머지 필터부는 흡착한 유해가스를 자외선과 광촉매가 분해하여 재생하는 과정을 반복하는 것을 특징으로 하는 광촉매 제올라이트 필터를 이용한 로터형 공기정화장치.