KR100945311B1 - 가시광 반응형 복합 광촉매 필터 및 이를 이용한 공기정화장치 - Google Patents

가시광 반응형 복합 광촉매 필터 및 이를 이용한 공기정화장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 가시광 반응형 복합 광촉매 필터 및 이를 이용한 공기정화장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 가시광 반응형 광촉매 조성물을 이용하여 자외선광 뿐만 아니라 가시광하에서도 공기 중에 포함된 일산화탄소 및 이산화탄소, 질소산화물, 휘발성유기화합물 등의 오염물질 및 세균 등을 제거할 수 있는 복합 광촉매 필터 및 이를 이용한 공기정화장치에 관한 것이다.
본 발명의 가시광 반응형 복합 광촉매 필터는 망체로 이루어진 기재와, 기재의 표면에 코팅되며 가시광에 의해 광활성화되어 공기 중의 오염물질을 분해시키는 광촉매 코팅층을 구비하고, 상기 광촉매 코팅층은 로듐, 산화티탄, 산화바나듐, 산화텅스텐, 규산칼륨, 염화백금을 포함하는 광촉매 조성물을 코팅하여 형성시킨다.
정화, 공기정화, 공기청정기, 광촉매, 이산화탄소, 일산화탄소, 가시광

Description

가시광 반응형 복합 광촉매 필터 및 이를 이용한 공기정화장치{Visible ray reaction type hybrid photocatalyst filter and air cleaner}
본 발명은 가시광 반응형 복합 광촉매 필터 및 이를 이용한 공기정화장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 가시광 반응형 광촉매 조성물을 이용하여 자외선광 뿐만 아니라 가시광하에서도 공기 중에 포함된 일산화탄소 및 이산화탄소, 질소산화물, 휘발성유기화합물 등의 오염물질 및 세균 등을 제거할 수 있는 복합 광촉매 필터 및 이를 이용한 공기정화장치에 관한 것이다.
일반적으로 가정 또는 산업 현장 등에서는 각종 공기정화장치가 사용된다. 예를 들어 쓰레기 소각로나 공장의 굴뚝 등에서 배출되는 배출가스 중에 포함된 유해물질이나 먼지 등을 제거하기 위하여 공기정화장치를 이용한다. 그리고 가정에서도 청결한 환경을 유지하기 위하여 공기정화장치가 사용되며, 에어컨, 팬히터, 진공청소기 등에서도 공기를 정화하는 기능이 구비된다.
흡입된 공기로부터 이물질을 제거하는 방식은 크게 필터식과 원심분리식으로 구분된다. 필터식은 공기의 유로 상에 필터를 설치함으로써 공기가 필터를 통과할 때 공기 중의 이물질이 필터에 의해 걸러지도록 하는 방식이다.이에 비하여 원심분 리식은 원심력을 이용하여 공기로부터 비교적 입자가 큰 물질을 제거하는 방식으로, 주로 전처리 집진 장치에 이용되고 있다.
종래의 필터방식에서 필터로는 보통 헤파(HEPA, High Efficiency Particulate Arrestor) 필터나 전기집진방식의 정전필터 등이 사용되고 있다. 그러나, 필터만을 사용하는 경우에는 미세먼지에 대한 제거효율이 우수하며 입자에 부착되어 있는 상당부분의 세균을 필터링하여 제거할 수 있다는 장점이 있지만, 세균 자체를 살균하기는 어려울 뿐만 아니라 엄격한 기준의 살균효율을 구현하는 데에는 한계가 있다는 문제점이 있었다.
이와 같이 공기 중에 포함된 세균 등에 대한 살균 필요성이 증가되면서 미세입자를 제거할 수 있을 뿐만 아니라 세균이나 바이러스를 살균할 수 있는 공기살균 장치에 관한 필요성이 증대되고 있다.
이를 위하여, 오존과 같은 살균약품을 발생시키는 방법이 제안되고 있다. 그러나, 이러한 방법을 사용하는 경우에는 어느 정도의 살균효과는 기대할 수 있지만, 산화 및 부식 등과 같이 약제에 의해 발생되는 반응이 우려되며 특히 사람이 실내에 머무를 때 사용하기 어려운 문제점이 있다. 특히 오존을 사용하는 경우에는 미반응 오존이 오히려 인체에 해를 끼치기 때문에 사용상 각별한 주의가 필요하며 살균약품 특유의 냄새를 유발하기 때문에 쾌적한 실내환경을 유지하기 어렵다는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 자외선(UV) 램프를 단독으로 이용하는 공기살균장치, 자외선(UV) 광원과 산화티타늄 광촉매를 이용한 공기살균장치 등이 제 안되고 있다.
그러나, 자외선 조사를 통한 살균기술을 단독으로 적용하는 경우에는 자외선(UV) 광원에 가까운 공기 중의 세균에 대해서는 살균효율이 양호하지만, 자외선 광원에서 멀리 떨어진 곳은 처리효율이 저하되므로 전체적으로 살균효율이 저하된다는 문제점이 있다.
한편, 자외선(UV) 및 광촉매를 이용한 공기살균기술의 경우에는 산화티타늄과 같은 광촉매를 메쉬 필터 등에 코팅하여 사용한다. 하지만 종래의 방식은 필터를 계속 사용함에 따라 필터에 포집된 세균 및 미세입자가 광촉매 표면에 누적되어 광촉매 물질을 통한 살균처리효율이 급격히 저하된다는 문제점이 있다. 즉, 가동 초기에는 비교적 상당한 살균효과를 나타내지만, 사용기간이 경과되면서 광촉매 물질의 오염으로 인해 살균효율이 현저하게 감소된다는 문제점이 있다.
또한, 산업적으로 가장 널리 사용되는 광촉매인 이산화티탄은 유해물질을 산화 분해하는 기능, 대기나 수질, 토양 등에 대한 환경 정화기능, 탈취, 항균 및 항오 등의 우수한 효과를 갖는다.
그러나 순수한 이산화티탄은 파장이 380nm 이하의 자외선에서는 매우 우수한 광촉매 활성을 나타내지만, 태양광의 대부분을 차지하는 400nm 이상의 가시광 하에서는 광촉매 활성을 갖지 못하는 한계가 있다. 따라서 실내와 같은 자외선 강도가 약한 환경에서 광촉매 기능을 이용할 수 있도록 광분해 활성이 우수한 촉매를 개발하려는 연구가 다양하게 진행되고 있으며, 현재 부분적인 성공을 이루고 있다.
광분해 활성을 향상시키는 기술로는 입경, 막두께, 표면적, 세공 지름 등으 로 대표되는 광촉매의 형상을 개량하는 기술과, 조촉매, 증감제 등을 첨가하는 기술이 널리 알려져 있다. 또한, 광촉매에 다른 기능을 갖는 화합물을 복합화하는 것도 제안되고 있고, 실리카, 알루미나, 지르코니아, 실리카-알루미나, 제올라이트 등이 복합화된 광촉매가 알려져 있다.
하지만 종래의 기술들은 가시광에서의 반응성이 저하되는 부분적인 문제를 여전히 안고 있다. 따라서 광촉매를 활성화시키기 위해 자외선 램프를 공기정화장치에 설치해야 하는 문제점이 있다.
또한, 종래의 광촉매로는 공기 중에 함유된 일산화탄소나 이산화탄소를 거의 제거할 수 없다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위해 자외선 광은 물론 가시광하에서도 반응하여 공기 중의 일산화탄소나 이산화탄소, 질소산화물, 휘발성 유기화합물 등의 각종 오염물질 및 세균 등을 제거할 수 있는 가시광 반응형 복합 광촉매 필터 및 이를 이용한 공기정화장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 원심력을 이용하여 공기로부터 먼지 등의 이물질을 1차적으로 제거한 후 복합 광촉매 필터에 의해 통과하게 함으로써 광촉매 표면의 오염을 감소시켜 정화효율을 높일 수 있는 공기정화장치를 제공하는 데 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 가시광 반응형 복합 광촉매 필터는 망체로 이루어진 기재와; 상기 기재의 표면에 코팅되며 가시광에 의해 광활성화되어 공기 중의 오염물질을 분해시키는 광촉매 코팅층;을 구비하고, 상기 광촉매 코팅층은 로듐, 산화티탄, 산화바나듐, 산화텅스텐, 규산칼륨, 염화백금을 포함하는 광촉매 조성물을 코팅하여 형성시킨 것을 특징으로 한다.
상기 광촉매 조성물은 상기 로듐 0.01 내지 0.05중량%, 상기 산화티탄 12 내지 18중량%, 상기 산화바나듐 8 내지 12중량%, 상기 산화텅스텐 20 내지 30중량%, 상기 규산칼륨 27 내지 29중량%, 물 12.8 내지 32중량%를 혼합하는 제 1혼합단계와; 상기 혼합단계에서 혼합된 혼합물을 400 내지 650℃에서 열처리하는 열처리단계와; 상기 열처리단계에서 얻어진 소성물을 40 내지 200메쉬 입도크기로 분쇄하는 분쇄단계와; 상기 분쇄단계에서 분쇄된 소성물 35 내지 45중량%, 염화백금수용액 5 내지 15중량%, 바인더 40 내지 60중량%를 혼합하는 제 2혼합단계;를 포함하는 방법으로 제조된 것을 특징으로 한다.
그리고 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 공기정화장치는 유입구를 통해 유입되는 공기가 하강 선회하는 사이클론과; 상기 사이클론의 외측에 설치되어 상기 유입구로 공기를 송풍시키는 팬유니트와; 상기 사이클론의 하부에 결합되고 내부에는 액체가 저장되어 상기 사이클론으로 유입된 공기로부터 분리된 이물질을 포집하는 포집통과; 상기 사이클론의 내부에 설치되어 상승하는 공기가 외부로 배출되는 배기관과; 상기 배기관의 내부에 설치되어 외부로 배출되는 공기 중의 유해 물질을 분해하는 복합 광촉매 필터;를 구비하며, 상기 복합 광촉매 필터는 망체로 이루어진 기재와, 상기 기재의 표면에 코팅되며 가시광에 의해 광활성화되어 공기 중의 오염물질을 분해시키는 광촉매 코팅층을 구비하고, 상기 광촉매 코팅층은 로듐, 산화티탄, 산화바나듐, 산화텅스텐, 규산칼륨, 염화백금을 포함하는 광촉매 조성물을 코팅하여 형성시킨 것을 특징으로 한다.
상기 포집통에 저장된 액체는 로듐, 산화티탄, 산화바나듐, 산화텅스텐, 규산칼륨을 물에 혼합한 다음 열처리한 후 염화백금수용액을 혼합하여 조성되며, 상기 포집통에는 상기 액체를 교란시켜 공기와의 접촉면적을 증대시키는 액체교란수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면 가시광하에서 일산화탄소, 이산화탄소, 질소산화물, 휘발성 유기화합물을 제거하는 효능이 우수하여 공기 중의 각종 오염물질 및 세균 등을 효과적으로 제거할 수 있다.
특히, 본 발명의 복합 광촉매 필터를 이용한 공기정화장치는 광촉매를 활성화시키기 위한 별도의 자외선램프를 필요로 하지 않으므로 구성이 간단해지고 필터의 설치 위치가 자유롭다.
또한, 본 발명은 원심력을 이용하여 공기로부터 먼지 등의 이물질을 1차적으로 제거한 후 복합 광촉매 필터에 의해 통과하게 함으로써 광촉매 표면의 오염을 감소시켜 정화효율을 높일 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 가시광 반응형 복합 광촉매 필터 및 이를 이용한 공기정화장치에 대해 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 가시광 반응형 복합 광촉매 필터가 적용된 필터유니트(10)를 나타내는 일부절개 사시도이다.
도 1을 참조하면, 복합 광촉매 필터(11)는 크게 망체로 이루어진 기재(15)와, 기재(15)의 표면에 코팅된 광촉매 코팅층(13)을 구비한다. 기재(15)의 소재로 세라믹류나 섬유류, 금속 등이 이용될 수 있다. 세라믹류는 다양한 형태로 성형이 어렵고, 섬유류는 그 자체가 광촉매에 의해 분해될 수 있으므로 금속 소재를 이용하는 것이 바람직하다. 금속소재로 가공성이 우수한 티타늄 등의 금속을 이용할 수 있다.
본 발명에 적용된 광촉매 코팅층(13)은 로듐, 산화티탄, 산화바나듐, 산화텅스텐, 규산칼륨, 염화백금을 포함하는 광촉매 조성물을 코팅하여 형성시킨다. 구체적으로 광촉매 조성물은 로듐, 산화티탄, 산화바나듐, 산화텅스텐, 규산칼륨을 물에 혼합한 후 열처리한 다음 염화백금수용액을 혼합하여 조성된다.
상기에서 산화티탄(TiO2), 산화바나듐(V2O5), 산화텅스텐(WO3)은 광촉매로 이용되는 금속산화물이다. 상기 금속산화물들은 열처리에 의해 상호 혼합된 Ti-V-W복합체를 형성한다. 이 경우 산화티탄, 산화바나듐, 산화텅스텐에는 미량의 로듐(Rh)이 도핑된 형태로 존재하게 된다.
로듐은 백금족 원소로서, 상기와 같은 광촉매에 미량 도핑되어 광촉매의 밴드 갭 에너지를 줄여 380 ㎚이상의 낮은 에너지의 파장대, 즉 가시광에서 광촉매가 광활성화될 수 있도록 하여 유해가스의 제거 활성력을 증가시키게 된다. 규산칼륨(K2SiO3)은 물에 용해되어 열처리에 의해 광촉매의 표면에 산화규소막으로 피복된다. 이러한 규산칼륨은 복합광촉매를 알칼리성으로 변화시켜 일산화탄소 및 이산화탄소를 흡착시키는 작용을 한다. 염화백금수용액(PtCl4·H2O)은 광촉매의 표면에 피복되어 로듐과 함께 광촉매의 밴드 갭 에너지를 줄여준다. 또한, 염화백금 수용액은 복합광촉매에 친수성을 부여해줘 습기가 많은 상태에서도 반응이 잘 일어나도록 한다.
상기 광촉매 조성물은 380 ㎚이상의 가시광하에서도 NO2, NO3 등의 질소산화물(NOx)을 질소가스로 환원시켜 질소산화물을 제거하게 된다. 그리고 일산화탄소나 이산화탄소등의 탄소산화물은 촉매의 표면에 흡착되어 제거된다.
상기 광촉매 조성물에는 바인더가 더 혼합되어 도료용으로 이용될 수 있다. 바인더로는 변성실리콘 수지를 이용한다. 변성 실리콘 수지로는 알키드 변성 실리콘 수지, 에폭시 변성 실리콘 수지, 폴리에스테르 변성 실리콘 수지, 아크릴 변성 실리콘 수지, 우레탄 변성 실리콘 수지 등을 들 수 있다.
상기 광촉매 조성물은 제 1혼합단계와, 열처리단계와, 분쇄단계와, 제 2혼합단계를 수행하는 방법으로 제조된다.
제 1혼합단계에서 광촉매 재료들을 물에 혼합하여 분산시킨다. 로듐 0.01 내지 0.05중량%, 산화티탄 12 내지 18중량%, 산화바나듐 8 내지 12중량%, 산화텅스텐 20 내지 30중량%, 규산칼륨 27 내지 29중량%, 물 12.8 내지 32중량% 비율로 혼합한다. 이 경우 로듐, 산화티탄, 산화바나듐, 산화텅스텐은 약 10 내지 50㎛의 분말 형태로 물에 혼합된다.
상기 제 1혼합단계에서 물에 골고루 분산된 혼합물을 400 내지 650℃에서 열처리하여 복합된 광촉매를 얻는다. 열처리는 전기로에서 400 내지 650℃로 6 내지 12시간 정도 가열시킨다. 본 열처리에 의해 미량의 로듐이 산화티탄, 산화바나듐, 산화텅스텐의 표면에 도핑된다. 전기로 외에 통상적인 가열로를 이용할 수 있음은 물론이다.
상기 열처리단계에서 얻어진 소성물을 볼밀링 하여 40 내지 200메쉬 입도크기로 분쇄한다. 입자의 크기가 커질수록 비표면적이 커져서 성능이 향상되나 200메쉬이상으로 분쇄시 비용면에서 경제적으로 불리하다. 상기 분쇄단계에서 분쇄된 소 성물에 염화백금 수용액을 혼합함으로써 광촉매 조성물이 제조된다. 이 경우 광촉매 조성물은 분쇄된 소성물에 대한 염화백금 수용액의 중량비가 0.1 내지 0.45정도인 것이 바람직하다. 가령, 분쇄된 소성물 70 내지 90중량%, 염화백금수용액 10 내지 30중량%로 혼합된다.
광촉매 조성물의 다른 예로서 상기 바인더를 더 혼합하여 제조된다. 이 경우 상술한 혼합단계는 분쇄된 소성물 35 내지 45중량%, 염화백금수용액 5 내지 15중량%, 바인더 40 내지 60중량%를 혼합한다. 상기 바인더로는 변성 실리콘 수지를 이용한다. 변성실리콘 수지는 그 사용량에 따라 도막의 물성이 크게 좌우되므로 양을 적절하게 조절해야 한다. 변성 실리콘 수지의 양이 40중량% 미만일 때에는 도막의 내열성이 취약하며, 60중량% 초과하는 경우 도막이 갈라지고 광촉매의 반응이 저하된다.
본 발명에서 사용되는 변성실리콘 수지는 평균 분자량 1,000∼150,000인 것이 바람직하다. 분자량이 1,000 미만이면 도막의 인장강도가 나쁘며, 150,000을 초과하면 작업성이 떨어져서 바람직하지 못하다.
기재(15)의 표면에 광촉매 코팅층(13)을 형성하기 위해 기재(15)의 표면에 묻어 있는 이물질을 세척한다. 이물질을 세척하기 위하여 세척 통에 기재(15)를 투입한 다음 통상적인 세척액을 주입하고 세척기를 이용하여 기재(15)의 표면에 붙어 있는 불순물을 세척한다. 이외에도 통상적인 초음파를 이용하여 세척할 수 있다. 세척공정을 거친 다음 헹굼 공정을 거치고 건조기에서 건조하여 수분을 증발시킨 후 기재(15)의 표면에 통상적인 졸겔법, 스프레이법, 담금법 등을 이용하여 광촉매 코팅층(13)을 형성할 수 있다.
도시된 바와 같이 본 발명의 가시광 반응형 복합 광촉매 필터(11)는 사각의 메쉬망으로 이루어진다. 이외에도 복합 광촉매 필터(11)는 원형 등의 다양한 형상으로 형성될 수 있음은 물론이다. 또한, 도시된 바와 같이 본 발명의 가시광 반응형 복합 광촉매 필터(11)는 지지프레임(17)에 다수가 상하로 적층되어 필터유니트(10)를 구성할 수 있다.
본 발명의 복합 광촉매 필터(11)는 가정 또는 산업 현장 등에서는 각종 공기 정화용 필터로 이용될 수 있다. 예를 들어 쓰레기 소각로나 공장의 굴뚝 등에서 배출되는 배출가스 중에 포함된 유해물질이나 먼지 등을 제거하기 위한 공기정화장치나 가정용 공기정화장치 또는 에어컨, 팬히터 등에 이용될 수 있다.
도 2 및 도 3에서는 본 발명의 일 실시 예에 따라 가시광 반응형 복합 광촉매 필터를 이용한 공기정화장치를 도시하고 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 공기정화장치는 크게 사이클론(20)과, 팬유니트(40)와, 포집통(30)과, 배기관(25)과, 광촉매 필터(11)를 구비한다.
사이클론(20)은 팬유니트로부터 유입되는 공기가 나선형 선회류를 형성하도록 하여 하방으로 이물질을 분리한다. 사이클론(20)의 형상은 내부가 중공이고, 하부가 개구된 원통형으로 형성된다. 또한, 하강하는 이물질을 효율적으로 집진하기 위하여 사이클론(20)은 상부의 직경보다 하부의 직경이 작아지는 원추형으로 형성될 수 있다.
사이클론(20)의 측면 상부측에는 공기가 유입되는 유입구(21)가 형성된다. 사이클론(20)의 내부로 유입되는 공기가 사이클론(20)의 내주면을 따라 유입되어 선회류를 형성할 수 있도록 유입구(21)는 사이클론(20)의 벽체를 비스듬하게 관통되어 형성된다.
사이클론(20)의 외측면에 설치된 팬유니트(40)는 공기를 흡입하여 사이클론의 유입구(21)로 공기를 송풍시킨다. 팬유니트(40)는 사이클론의 외측면에 고정되며 전면에 공기통로의 입구가 형성된 하우징(41)과, 하우징(41)의 내부에 형성된 공기통로 상에 설치되어 공기를 흡입하기 위한 시로코 팬(45)과, 시로코 팬(45)을 구동하기 위한 모터(47)로 이루어진다. 하우징(41)의 내부에는 격벽(49)이 설치되어 시로코팬(45)으로부터 흡입된 공기가 사이클론의 유입구(21)로 유입될 수 있도록 공기통로를 형성한다. 공기통로는 사이클론의 유입구(21)와 연통된다. 하우징(41)의 입구에는 안전망(43)이 설치된다. 그리고 안전방의 후면에는 공기 중의 큰 입자를 1차 여과하는 통상적인 프리필터(Prefilter)가 더 설치될 수 있다.
상기와 같이 팬유니트(40)를 통해 사이클론(20)으로 유입된 공기 중에 포함된 먼지들은 사이클론(20) 내부에서 나선형 선회류를 형성하여 회전하면서 원심력과, 먼지들 상호 간의 응집 및 결합과, 난류 분산 및 충돌 등의 다양한 메카니즘으로 중력에 의하여 자유 낙하한다.
포집통(30)은 사이클론(20)의 하부에 위치하며 그 내부에는 일정량의 액체(50)가 수용된다. 상방에서 떨어지는 먼지는 액체의 표면과 접촉하여 액체의 점성 응착력으로 물에 포집된다. 포집통(30)은 청소의 편이성을 위해 착탈이 용이하도록 사이클론(20)의 하부에 분리가능하게 결합된다. 사이클론(20)의 하부의 외측 면에 형성된 돌기(29)를 포집통(30)의 상단에 형성된 홈(35)에 끼워 맞춰 회전시키면 사이클론(20)이 포집통(30)에 결합되는 구조를 갖는다. 포집통(30)의 측면에는 손잡이(33)가 구비될 수 있다.
포집통(30)에 수용되는 액체(50)로 수돗물이나 정수물을 사용할 수 있다. 또한, 액체(50)로서 광촉매 조성물을 이용할 수 있다. 이때 광촉매 조성물은 상술한 바와 같이 로듐, 산화티탄, 산화바나듐, 산화텅스텐, 규산칼륨을 물에 혼합한 후 열처리한 다음 염화백금수용액을 혼합하여 조성된 액상의 물질을 이용한다. 이러한 광촉매 조성물을 이용하는 경우 먼지가 포집됨과 동시에 광촉매 조성물과 접촉되는 공기 중의 각종 오염물질 및 세균 등을 제거한다. 이는 후술할 배출관에 설치된 광촉매 필터와 함께 이중으로 공기를 정화하는 역할을 한다.
바람직하게 포집통(30)에는 광촉매 조성물을 교란시켜 공기와의 접촉면적을 증대시키는 액체교란수단을 구비할 수 있다. 도시되지 않았지만 액체교란수단으로 포집통(30)의 내측 하부, 즉 포집통의 바닥에서 약간 이격된 위치에 설치된 스크루를 포집통(30)의 외측에 설치된 모터로 회전시키는 구성을 갖는다. 이외에도 포집통(30)의 내부에 수중펌프를 설치하여 광촉매 조성물을 순환시켜 공기와의 접촉면적을 확대시킬 수 있다.
배기관(25)은 내부가 중공이며, 상부 및 하부는 개구된 파이프 형상의 구조를 가진다. 배기관(25)은 사이클론(20)의 상판 중앙에 관통되어 형성된 결합홀에 삽입되어 사이클론(20)과 결합된다. 상호 결합되는 부위인 배기관(25)의 외주면과 결합홀의 내주면에는 나사산이 형성되어 탈부착 가능하도록 나사결합된다. 사이클 론(20)에서 하강선회하는 공기는 포집통(30)의 액체와 접촉한 후 상승하면서 배기관(25)을 통해 외부로 배출된다.
포집통(30)에 포집되는 먼지의 크기는 약 7㎛ 이상의 비교적 입자가 커다란 먼지들이다. 공기가 배기관(25)을 빠져나갈 때의 약 7㎛ 이하의 미세먼지도 공기와 함께 상승하여 일부 배출될 수 있다. 따라서 배기관(25)을 통해 배출되는 미세먼지를 제거하기 위하여 배기관의 하부에 미세입자를 여과하는 통상적인 헤파필터(HEPA;High Efficiency Particulate Air Filter)가 설치될 수 있다. 이는 광촉매 필터의 표면이 먼지에 의해 오염되는 것을 막는 효과를 갖는다.
배기관(25)의 내부에는 공기 중의 유해물질을 분해하여 제거하는 복합 광촉매 필터(11)가 설치된다. 복합 광촉매 필터(11)는 상술한 바와 같은 망체로 이루어진 기재의 표면에 광촉매 코팅층이 코팅된 구조이다. 광촉매 필터(11)는 배기관(11)의 내부에 하나가 설치되거나, 다수가 상하로 상하로 이격되어 설치될 수 있다. 따라서 배기관(25)을 통해 외부로 배출되는 공기는 광촉매 필터(11)를 통과하면서 일산화탄소 및 이산화탄소, 질소산화물, 휘발성유기화합물 등의 각종 오염물질을 분해 제거하고, 유해 세균 및 바이러스 등을 제거한다. 또한, 광촉매에 의해 공기 중의 나쁜 냄새를 탈취시킬 수 있다.
본 발명의 공기정화장치는 배기관(25)에 설치된 복합 광촉매 필터(11)가 가시광에 의해 광활성화되므로 종래의 공기정화장치에서와 같은 자외선램프가 설치될 필요가 없다. 본 발명에서는 배기관(25)의 출구를 통해 유입된 가시광에 의해서도 광촉매 필터(11)가 충분히 광활성화된다. 또한, 효과적인 가시광 조사를 위해 사이 클론(20)과 배기관(25)의 재질을 가시광이 투과되는 투광성 소재를 이용하여 제조할 수 있다. 투광성 소재로 석영이나 투명 아크릴을 이용할 수 있다. 다만, 야간과 같이 빛이 없는 환경에서 사용하는 경우 사이클론(20)의 내부에 가시광을 발생하는 램프가 별도로 설치될 수 있음은 물론이다. 그리고 광촉매에 의한 공기 중의 오염물질 분해율을 높이기 위해 사이클론(20)의 내측면 및 배기관(25)의 내측면에 광촉매 코팅층을 더 형성할 수 있다.
도 4에서는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 공기정화장치를 도시하고 있다. 이와 같이 가시광 반응형 복합 광촉매 필터를 이용한 공기정화장치는 다양한 실시 예들로 변경가능하다.
도 4를 참조하면, 전면 그릴커버(60)의 후방에는 하우징(67)에 설치된 팬(69)의 작동에 따라 공기 중의 큰 입자를 1차여과하는 프리필터(Prefilter)(61)가 설치되고, 프리필터(61)를 통과한 공기 중의 미세입자를 2차 여과하는 헤파필터(63)가 프리필터(61)의 후방에 배치된다. 그리고 헤파필터(63)에 후방에는 다수의 복합 광촉매 필터가 설치된 필터유니트(10)가 위치한다. 필터유니트(10)의 구조는 도 1과 동일하다.
<제 1실험예:일산화탄소 및 이산화탄소 제거실험>
가시광하에서 본 발명의 복합 광촉매 필터에 적용된 광촉매 조성물의 일산화탄소 및 이산화탄소 제거효과를 살펴보기 위해 일산화탄소 및 이산화탄소 제거율을 각각 측정하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
약 30㎛크기를 가지는 분말형상의 Rh(YAKURE PURE chem. japan) 0.03중량%, TiO2(JUNSEI chem. japan) 15.00중량%, V2O5(YAKURE PURE chem. japan) 10.00중량%, WO3(YAKURE PURE chem. japan) 25.00중량%와 K2SiO3(JUNSEI chem. japan) 28.00중량%, 증류수 21.97중량%를 서로 혼합하여 충분히 교반시킨 다음 전기로에서 500℃로 10시간 가열한 소성물을 볼밀링하여 120메쉬 입도 크기로 분쇄하여 분쇄 소성물을 준비였다. 준비된 분쇄 소성물 80중량%, 3%의 염화백금수용액(JUNSEI chem. japan) 20중량%를 혼합하여 광촉매 조성물을 제조한 후 5×10cm 크기의 유리의 표면에 1.0g을 각각 도포하여 제 1시료를 제작하였다.
제 2시료는 상기 분쇄 소성물 40중량%, 염화백금수용액 10중량%, 바인더로 알키드 변성실리콘 수지 50중량%를 혼합하여 조성된 광촉매 조성물을 유리의 표면에 도포하여 제작하였다.
그리고 대조구인 제 3시료는 30㎛크기를 가지는 분말형상의 순수한 TiO2(JUNSEI chem. japan)50중량%, 알키드 변성실리콘 수지 50중량%를 혼합하여 조성한 광촉매 조성물을 유리의 표면에 도포하여 제작하였다.
상기 제 1 및 제 2, 제 3시료를 각각 반응기에 넣은 다음 반응기에 초기농도가 10ppm인 CO가스를 주입한 후 2시간 후의 CO제거율을 측정하였고, 광원으로 450nm 영역의 가시광을 발산하는 20W의 램프를 이용하였다. 그리고 이산화탄소 제거율 측정도 마찬가지로 반응기에 초기농도가 10ppm인 CO2가스를 주입한 후 2시간 후의 CO2제거율을 측정하였다. 각 시료에 따른 CO제거율 및 CO2제거율을 하기 표 1 에 나타내었다.
구분 제 1시료 제 2시료 제 3시료
CO제거율 81.3% 73.7% 0.7%
CO2제거율 83.5% 81.8% 0.9%
상기 표 1의 결과로부터 제 1 및 제 2시료의 경우 가시광하에서 광활성화되어 일산화탄소 및 이산화탄소를 효과적으로 제거하였다. 이는 본 발명의 복합광촉매는 광촉매의 밴드 갭(Band gap)에너지를 줄여 360nm 이상의 낮은 에너지의 파장에서도 광촉매가 광활성화됨을 의미한다.
통상적인 광촉매를 이용한 제 3시료가 일산화탄소 및 이산화탄소를 거의 제거하지 못하는 것에 비해 제 1 및 제 2시료는 효과가 우수함을 알 수 있다.
<제 2실험예: 질소산화물 제거실험>
가시광하에서의 본 발명의 질소산화물 제거효과를 살펴보기 위해 NO2제거율을 측정하여 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
상기 제 1 및 제 2, 제 3시료를 각각 반응기에 넣은 다음 반응기에 초기농도가 10ppm인 NO2가스를 주입한 후 2시간 후의 NO2제거율을 측정하였고, 광원으로 450nm 영역의 가시광을 발산하는 20W의 램프를 이용하였다.
구분 제 1시료 제 2시료 제 3시료
NO2제거율 78.2% 69.5% 0.6%
상기 표 2에 나타난 바와 같이 제 1 및 제 2시료의 경우 실험 초기 10ppm이던 NO2의 농도가 약 3시간 후에는 78.2%, 69.5% 정도 감소하는 결과를 나타냈다. 이에 비해 제 3시료의 경우 약 0.6%만이 감소하는 결과를 나타냈다.
<제 3실험예: 휘발성 유기화합물 제거실험>
가시광하에서의 본 발명의 유기화합물의 제거효과를 살펴보기 위해 암모니아제거율을 측정하여 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
상기 제 1 및 제 2, 제 3시료를 각각 반응기에 넣은 다음 반응기에 초기농도가 10ppm인 암모니아 가스를 주입한 후 2시간 후의 암모니아 제거율을 측정하였고, 광원으로 450nm 영역의 가시광을 발산하는 20W의 램프를 이용하였다.
구분 제 1시료 제 2시료 제 3시료
암모니아제거율 95.1% 92.4% 0.8%
상기 표 3의 결과로부터 제 1 및 제 2시료의 경우 가시광 조사 후 2시간 정도 지나서 95.1% 및 92.4%의 암모니아를 분해시켰다. 이에 반해 제 3시료의 경우 약 0.8%의 암모니아만을 제거하였을 뿐이다.
상술한 바와 같이 제 1 및 제 2시료에 적용된 광촉매 조성물은 가시광하에서 일산화탄소, 이산화탄소, 질소산화물, 휘발성 유기화합물을 제거하는 효능을 확인하였다. 이는 상기 광촉매 조성물로 코팅된 본 발명의 복합 광촉매 필터 및 이를 이용한 공기정화장치가 유용하게 사용될 수 있을 것으로 기대된다.
이상, 본 발명은 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 등록청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 복합 광촉매 필터가 적용된 필터유니트를 나타내는 일부절개 사시도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 공기 청정기를 나타내는 분리사시도이고,
도 3은 도 2의 단면도이고,
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 공기 청정기를 나타내는 분리사시도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10: 필터 유니트 11: 복합 광촉매 필터
13: 광촉매 코팅층 15: 기재
20: 사이클론 25: 배기관
30: 포집통 40: 팬유니트

Claims (4)

  1. 삭제
  2. 망체로 이루어진 기재와;
    상기 기재의 표면에 코팅되며 가시광에 의해 광활성화되어 공기 중의 오염물질을 분해시키는 광촉매 코팅층;을 구비하고,
    상기 광촉매 코팅층은 광촉매 조성물을 코팅하여 형성하며,
    상기 광촉매 조성물은
    로듐 0.01 내지 0.05중량%, 산화티탄 12 내지 18중량%, 산화바나듐 8 내지 12중량%, 산화텅스텐 20 내지 30중량%, 규산칼륨 27 내지 29중량%, 물 12.8 내지 32중량%를 혼합하는 제 1혼합단계와; 상기 제 1혼합단계에서 혼합된 혼합물을 400 내지 650℃에서 열처리하는 열처리단계와; 상기 열처리단계에서 얻어진 소성물을 40 내지 200메쉬 입도크기로 분쇄하는 분쇄단계와; 상기 분쇄단계에서 분쇄된 소성물 35 내지 45중량%, 3%농도의 염화백금수용액 5 내지 15중량%, 바인더 40 내지 60중량%를 혼합하는 제 2혼합단계;를 포함하는 방법으로 제조된 것을 특징으로 하는 가시광 반응형 복합 광촉매 필터.
  3. 삭제
  4. 유입구를 통해 유입되는 공기가 하강 선회하는 사이클론과;
    상기 사이클론의 외측에 설치되어 상기 유입구로 공기를 송풍시키는 팬유니트와;
    상기 사이클론의 하부에 결합되고 내부에는 액체가 저장되어 상기 사이클론으로 유입된 공기로부터 분리된 이물질을 포집하는 포집통과;
    상기 사이클론의 내부에 설치되어 상승하는 공기가 외부로 배출되는 배기관과;
    상기 배기관의 내부에 설치되어 외부로 배출되는 공기 중의 유해 물질을 분해하는 복합 광촉매 필터;를 구비하며,
    상기 복합 광촉매 필터는 망체로 이루어진 기재와, 상기 기재의 표면에 코팅되며 가시광에 의해 광활성화되어 공기 중의 오염물질을 분해시키는 광촉매 코팅층을 구비하고,
    상기 광촉매 코팅층은 로듐, 산화티탄, 산화바나듐, 산화텅스텐, 규산칼륨, 염화백금을 포함하는 광촉매 조성물을 코팅하여 형성시키고,
    상기 포집통에 저장된 액체는 로듐, 산화티탄, 산화바나듐, 산화텅스텐, 규산칼륨을 물에 혼합한 다음 열처리한 후 염화백금수용액을 혼합하여 조성되며,
    상기 포집통에는 상기 액체를 교란시켜 공기와의 접촉면적을 증대시키는 액체교란수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 공기정화장치.
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