KR100991789B1

KR100991789B1 - 포름알데히드 탈수소효소를 포함하는 공기 정화 필터 및이의 제조방법

Info

Publication number: KR100991789B1
Application number: KR1020080040151A
Authority: KR
Inventors: 현옥천; 이성화; 장재수
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2008-04-30
Filing date: 2008-04-30
Publication date: 2010-11-03
Also published as: CN101765455A; KR20090114491A; US20100120114A1; CN101765455B; EP2164612A1; US8323940B2; EP2164612A4; EP2164612B1; ES2392776T3; WO2009133990A1

Abstract

본 발명은 포름알데히드 탈수소효소를 포함하는 공기 정화 필터 및 이를 제조하는 방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 공기 정화 필터는 담체에 포름알데히드 탈수소효소를 코팅하여 고정화하는 단계를 포함하거나, 아연, 금, 은, 구리, 백금 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나의 금속, 포름알데히드 탈수소효소, 폴리페놀계 화합물, 실리콘 변성 아크릴 수지, 우레탄 수지, 아크릴 수지 및 실리콘 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 바인더 및 물 또는 알코올을 포함하는 코팅액을 담체에 코팅하는 단계 및 상기 코팅된 담체를 건조하는 단계를 포함하여 제조됨으로써 담체에 포름알데히드 탈수소효소가 코팅되어진 것을 특징으로 하여 공기 중의 휘발성 유기화합물, 특히 포름알데히드를 효율적으로 제거할 수 있다.

포름알데히드 탈수소효소, 공기 정화 필터

Description

포름알데히드 탈수소효소를 포함하는 공기 정화 필터 및 이의 제조방법{AIR CLEANING FILTER COMPRISING FORMALDEHYDE DEHYDROGENASE AND PROCESS FOR PRODUCING THE SAME}

본 발명은 공기 정화 필터에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 공기 정화 필터용 담체에 포름알데히드 탈수소효소가 코팅되어 공기 중의 포름알데히드를 효과적으로 제거하는 포름알데히드 탈수소효소를 포함하는 공기 정화 필터 및 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.

최근 새집증후군에 대한 관심이 증가하면서 실내 공기의 주된 오염원이 되는 입자상의 물질, 미스트, 가스상 물질, 그리고 휘발성 유기화합물(Volatile Organic Compounds, VOCs) 등을 효과적으로 제거하기 위한 다양한 기술들이 개발되고 있다. 그러나 이러한 기술들은 대부분 광촉매나 환기 장치를 이용하는 기술에 집중되어 있으며 실내 오염 환경을 효율적으로 제거할 수 있는 방법은 미비한 실정이다. 또한 국내의 작업장과 신건축물의 실내공기에 배출되는 특정 유해물질 중 VOCs와 포름알데히드의 농도는 기준값에 비해 3 내지 5배 가량 높은 것으로 추정되며 지속적으로 발생되는 이 유해물질의 농도는 최소 1 내지 2년이 경과되어야만 저농도의 상 태가 되는 것으로 알려져 있다.

현재 포름알데히드를 포함한 실내 유해물질을 제거하기 위한 방법으로는 광촉매를 이용한 산화·분해법, 탈취제나 화학용제를 사용하는 흡착법 그리고 환기설비를 이용하는 환기법 등이 있다. 광촉매를 이용한 산화·분해법은 한번의 시공으로 반영구적인 효과를 나타낸다고 알려져 있으나 시공비가 많이 들며 더욱이 포름알데히드를 분해시키는데 장기간이 소요된다. 또한 흡착법의 경우 화학용제나 탈취제를 직접적으로 사용하여야 하며 유해물질과 냄새를 중화시키기는 하지만 그 효과는 일시적이다. 그리고 환기법은 환기용 기계설비를 통하여 실내공기를 강제로 환기시키는 방법으로 공동주택의 경우 설치의 어려움과 비용이 많이 소모되는 단점이 있다.

한편 최근에 들어서는 포름알데히드를 비롯한 실내 환경 오염의 대부분을 차지하며 인체에 유해한 영향을 나타낸다고 보고되고 있는 VOCs 물질들을 분해할 수 있는 미생물의 기능이 알려지고 있다. 이러한 미생물로는 세균으로서 슈도모나스 푸티다(Pseudomonas putida), 로도박터속(Rodobacter sp.), 알칼리게네스속(Alcaligenes sp.) 등이 있으며, 효모로서는 한세눌라속(Hansenula sp.)이 있다. 이 미생물들은 일반적으로 유해물질을 생육에 필요한 기질로서 이용하거나 또는 미생물이 생산해내는 효소에 의해 유해물질을 분해하여 생장할 수 있다. 특히 포름알데히드를 분해시키기 위하여 미생물을 사용하는 경우, 포름알데히드는 포름알데히드 탈수소효소에 의해 분해가 되고 이때 분해 산물로서 생성되는 포름산염과 이산화탄소(CO₂)는 공기 오염의 문제를 유발하지 않고 인체에 무해하다.

이에 본 발명은 포름알데히드 탈수소효소를 이용하여 공기 중의 VOCs, 특히 포름알데히드를 효율적, 지속적으로 제거할 수 있는 공기 정화 필터를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 포름알데히드 탈수소효소를 담체에 코팅하여 공기 중의 VOCs, 특히 포름알데히드를 제거할 수 있는 공기 정화 필터의 제조방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 포름알데히드 탈수소효소를 포함하는 공기 정화 필터는 담체에 포름알데히드 탈수소효소가 코팅되어진 것을 특징으로 한다.

또한, 또 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 포름알데히드 탈수소효소를 포함하는 공기 정화 필터의 제조방법은 담체에 포름알데히드 탈수소효소를 코팅하여 고정화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 선택적으로 본 발명에 따른 공기 정화 필터를 제조하는 방법은 금, 아연, 은, 구리, 백금 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나의 금속, 포름알데히드 탈수소효소, 실리콘 변성 아크릴 수지, 우레탄 수지, 아크릴 수지 및 실리콘 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 바인더, 폴리페놀계 화합물 및 물 또는 알코올을 포함하는 코팅액을 담체에 코팅하는 단계 및 상기 코팅된 담체를 건조하는 단계 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 사용하는 공기 정화 필터의 담체 재료로는 공기 정화 필터로서의 기능을 구비한 것이면 그 종류, 형태, 크기 및 이의 제조방법에 특별한 제한 없이 어떠한 것이라도 사용할 수 있다. 예를 들면, 유리섬유, 이온교환섬유, 셀룰로오스섬유, 아스베스트 섬유 등의 유리섬유와 각종 유기섬유, 무기섬유를 사용할 수 있으며, 아연, 구리, 알루미늄 등의 금속 또는 플라스틱도 사용할 수 있고, 이러한 재료들은 각각 그 재질의 특성에 따라 용도별로 다양하게 사용할 수 있다.

또한, 공기 정화 필터의 담체의 형상 역시 하니컴형, 입자형, 그물형, 여과지형, 솜형, 메쉬형, 플레이트형 및 폼형 등 특별한 제한없이 적용되는 공기 정화 장치에 따라 적절하게 변형하여 사용할 수 있다.

본 발명에 따른 공기 정화 필터는 냉장고나 에어컨 등 여러 가전제품에서 사용되는 활성탄 필터 등의 탈취 필터, 헤파 필터, 그리고 자동차의 공기 정화 장치등의 필터에 사용되거나 이들과 함께 병용하여 사용될 수 있다.

본 발명에서 사용되는 포름알데히드 탈수소효소는 포름알데히드 탈수소효소로서 알려져 있는 것이라면 슈도모나스 푸티다, 로도박터속, 알칼리게네스속(Alcaligenes sp.), 한세눌라속(Hansenula sp.) 등에 관계없이 사용가능하며 이들의 균체를 직접 추출하여 사용하거나 동정하여 시판하고 있는 것을 구입하여 사용할 수 있으며 특별한 제한 없이 어떤 상태의 것도 사용가능하다. 바람직하게는 알칼리게네스속을 사용한다. 보다 바람직하게는 알칼리게네스속 FA2-4를 사용한다. 예를 들면, 알칼리게네스속의 생균, 사균, GN사균, 조효소액 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나일 수 있다.

본 발명에 따른 포름알데히드 탈수소효소가 코팅된 공기 정화 필터는 담체에 포름알데히드 탈수소효소를 코팅하여 고정화하는 단계를 포함하여 제조한다.

선택적으로, 본 발명에 따른 공기 정화 필터는 상기 포름알데히드 탈수소효소와, 실리콘 변성 아크릴 수지, 우레탄 수지, 아크릴 수지 및 실리콘 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나의 바인더, 그리고 아연, 금, 은, 구리, 백금 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 금속, 또한 폴리페놀계 화합물, 그리고 물 또는 알코올을 포함하는 용액을 담체에 분사하거나 이 용액에 담체를 침지하는 단계를 포함하여 제조할 수 있다. 여기서 폴리페놀계 화합물은 하기 화학식으로 나타내는 다가 페놀로서 녹차, 우롱차, 감잎차와 같은 차종류, 사과, 포도종자, 검은 콩, 카카오 등에 함유된 식물 추출군이고 항산화 작용을 하는 물질이다.

[화학식]

즉, 본 발명에 따른 포름알데히드 탈수소효소가 코팅된 공기 정화 필터는 포 름알데히드 탈수소효소를 직접 담체상에 코팅하거나 포름알데히드 탈수소효소를 포함하는 코팅 용액을 먼저 제조한 다음 이 용액을 침지 또는 분사 등의 방법으로 담체에 코팅하여 제조한다. 공기 정화 필터의 담체에 포름알데히드 탈수소효소를 코팅하여 고정화하는 단계는 이 기술분야에서의 통상의 방법에 따라 수행될 수 있다. 경우에 따라서는 담체의 특성에 따라 포름알데히드 탈수소효소를 코팅되기에 적합한 상태로 변경하는 것이 필요하다. 포름알데히드 탈수소효소를 담체상에 고정화하기 위해서는 화학적 방법, 물리적 방법을 사용하여 용도에 맞게 적절한 고정화 기술을 사용하면 된다.

담체에 포름알데히드 탈수소효소를 코팅하는 또 다른 공기 정화 필터를 제조하는 방법은 포름알데히드 탈수소효소를 실리콘 변성 아크릴 수지, 우레탄 수지, 아크릴 수지, 실리콘 수지 등의 바인더, 아연, 금, 은, 구리, 백금 등의 금속, 폴리페놀계 화합물 및 물 또는 알코올과 혼합하여 포름알데히드 탈수소효소를 포함하는 코팅액을 제조하고, 이렇게 제조된 코팅액을 분사 또는 침지의 방법에 의해 공기 정화 필터용 담체 표면에 코팅하는 것을 특징으로 한다. 이때 코팅액을 제조하는 방법은 포름알데히드 탈수소효소가 담체 표면에 코팅될 수 있을 정도로 폴리페놀계 화합물, 바인더, 금속을 함께 혼합할 수 있다면 특별한 제한이 없다. 바인더 1 내지 3중량%, 폴리페놀계 화합물 1 내지 5중량%, 금속 0.001 내지 0.003중량% 및 나머지 물로 된 코팅액이 그 혼합성 및 코팅성의 관점에서 바람직하다.

한편, 본 발명의 제조방법에서 담체를 포름알데히드 탈수소효소로 코팅하기 전에 사용할 담체를 적당한 세정수로 세정하거나 세정된 담체를 열처리 등으로 건 조하는 단계를 추가할 수 있다. 경우에 따라서는 금속 등의 담체는 그 제조과정이나 보관중에 담체 표면에 부착되어진 오일 성분을 제거하는 것이 바람직하다. 또한 담체를 건조하는 경우 그 건조 시간 및 건조 온도는 사용하는 담체의 형태, 종류, 크기 등에 따라 조절가능하다. 또한 담체에 포름알데히드 탈수소효소를 코팅시킨 다음에 이 코팅된 담체를 건조하는 건조단계를 포함할 수 있다.

본 발명에 따라 제조된 공기 정화 필터는 원하는 크기로 잘라 공기 정화 장치의 공기 정화 필터로서 사용한다. 또한 본 발명에 따른 공기 정화 필터는 동일한 제품내에서 단독으로뿐만 아니라 종래의 공기 정화 필터, 탈취 필터 등과 함께 병행하여 사용할 수 있다. 이와 같이 본 발명의 공기 정화 필터는 공기 정화 필터를 필요로 하는 가정용 및 업무용의 여러 공기 정화 장치, 그리고 자동차, 냉장고, 에어컨, 기타 가전제품 등에 두루 사용할 수 있다.

본 발명에 따른 포름알데히드 탈수소효소가 코팅된 공기 정화 필터는 공기 중의 VOCs, 특히 포름알데히드를 효율적, 지속적으로 제거할 수 있다.

이하, 본 발명은 실시예를 참고로 하여 보다 상세하게 기재될 것이다. 그러나 본 발명은 이러한 실시예에 의해 제한되지는 않는다.

실시예

1. Alcaligenes sp. FA2-4의 배양 및 균체 준비

가. Alcaligenes sp. FA2-4의 배양

Alcaligenes sp. FA2-4를 대량 배양하기 위해 포름알데히드 분해균 증식용 배지(10g 펩톤, 5g 쇠고기 추출물, 1g K₂HPO₄, 5g NaCl, 1g 글루코오스 및 1㎖ 미량 원소(trace element, 0.5g B(OH)₃, 0.04g CuSO₄·5H₂O, 0.2g FeCl₃·6H₂O,0.04g ZnSO₄·H₂O/ℓ)를 증류수 1ℓ에 녹이고 여과멸균한 포름알데히드를 0.04% 농도가 되도록 첨가) 5.4ℓ를 제조한 후 1ℓ용 삼각플라스트에 600㎖씩 나눠담고 Alcaligenes sp. FA2-4를 접종하였다. 접종 후 30℃ 진탕배양기에서 100rpm으로 교반하면서 3일간 배양하였다.

나. 균체의 준비

(1) 생균, 사균 및 GN사균

상기 배양된 Alcaligenes sp. FA2-4의 배양액을 2500rpm에서 20분간 원심분리한 후 10mM 포스페이트 버퍼(pH 7.0)로 씻어낸 다음 동종의 버퍼 20㎖에 재현탁시켰다. 이 현탁액에 1mM EDTA를 첨가하여 10분간 소용돌이(vortex)시킨 후 동일한 버퍼로 씻은 후 50㎖의 10mM 포스페이트 버퍼(pH 7.0)에 재현탁시킨 다음 동결(-80℃) 보관하였다(생균).

또한 동결저장된 균체를 해동시켜 페트리접시에 붓고 동결건조기에 넣고 3일간 동결건조하였다(사균).

한편 동결저장된 균체를 동결건조하기 전에 보효소로서 NAD(2.5mM)와 글루타티온(2mM)을 첨가하여 동결건조기에서 동결건조하였다(GN사균).

(2)조효소액

상기 배양된 Alcaligenes sp. FA2-4의 배양액을 2500rpm에서 20분간 원심분리한 후 10mM 포스페이트 버퍼(pH 7.0)로 씻어낸 다음 동종의 버퍼 20㎖에 재현탁시켰다. 이 현탁액에 1mM EDTA를 첨가하여 10분간 소용돌이(vortex)시킨 후 동일한 버퍼로 씻은 후 50㎖의 10mM 포스페이트 버퍼(pH 7.0)에 재현탁시킨 다음 균체를 파쇄하였다(조효소액).

2. 포름알데히드 탈수소효소가 코팅된 공기 정화 필터의 제조

담체로는 활성탄 탈취필터를 세정하여 준비하였다.

별도로 상기 1에서 얻은 생균은 해동 후 1㎖ 균현탁액을 취하여 고정화제(실리콘 변성 에폭시계인 시판하는 (주)엔지텍사의 고정화제를 5%로 희석하여 사용함) 4㎖에 넣어 잘 섞어두고, 상기 사균 및 GN사균 역시 각각 40㎎을 취한 후 상기 고정화제 5㎖에 넣고 마이크로피펫으로 잘 현탁시켜두고, 또한 상기 조효소액은 1㎖를 취하여 상기 고정화제 4㎖에 넣고 마이크로피펫으로 잘 현탁시켜두었다.

페트리쉬접시에 상기 메쉬(7×7㎝)를 넣고 별도로 준비해 둔 생균, 사균, GN사균, 조효소액을 부어 침지시킨 후 건조시키기를 3 내지 6번 반복하였다(조효소액은 3번 반복). 그 결과 포름알데히드 탈수소효소가 코팅된 활성탄 탈취필터I 4개를 얻었다.

이와는 별도로 상기 조효소액 1㎖를 실리콘 변성 아크릴 바인더 5㎎, 아연 1㎎, 폴리페놀계 화합물 100㎎ 및 물 93.9㎖와 혼합하여 포름알데히드 탈수소효소를 포함하는 코팅액을 제조하였다. 그런 다음 상기 활성탄 탈취필터에 상기 코팅액 을 분사하여 코팅하였다. 그 결과 포름알데히드 탈수소효소가 코팅된 활성탄 탈취필터II를 얻었다.

3. 실험예

상기에서 얻어진 공기 정화 필터의 포름알데히드 제거능을 측정하기 위하여 도 1에 따른 실험장치를 사용하였다. 즉, 기상실험용 챔버(33×33×33㎝)에 팬을 넣어 회전시켜 챔버에서 공기가 순환하도록 하였고 포름알데히드 증발용 핫플레이트를 내재시켰다. 챔버와 포름알데히드 측정기(VH Sniffer II)를 관으로 연결하였으며 상기에서 얻어진 4개의 활성탄 탈취필터I 및 활성탄 탈취필터II 각각은 챔버의 각 모서리에 집게로 꽂아 같은 방향이 되도록 실험장치를 준비하였다.

먼저 핫플레이트 위에 알루미늄 접시를 올려놓고 0.4%로 희석한 포름알데히드 용액을 0.4㎖ 취하여 알루미늄 접시 위에 주입한 후 완전히 증발시켰다. 이때 사용된 포름알데히드의 희석액은 실험 직전에 만들어 사용하였으며 희석한 원액(stock solution)은 냉장 보관하면서 실험에 사용하였다. 포름알데히드 용액의 증발이 끝남과 동시에 포름알데히드 측정기로 초기의 포름알데히드를 측정하고 그 후 10분마다 포름알데히드의 농도 변화를 측정하였다. 그 결과는 도 2에 나타내었다.

도 2의 결과로부터 본 발명에 따른 포름알데히드 탈수소효소를 포함하는 공기 정화 필터는 포름알데히드에 대한 제거능력이 이를 사용하지 않은 활성탄 필터에 비해 현저하게 향상되고 지속적임을 확인할 수 있다.

이와 같이 본 발명에서는 포름알데히드 탈수소효소를 공기 정화 필터에 코팅함으로써 포름알데히드의 제거능력을 크게 향상시킬 수 있었다.

도 1은 포름알데히드 제거능을 실험하기 위한 실험장치의 모식도이고,

도 2는 각 필터의 포름알데히드 제거능을 시간의 변화에 따른 농도 변화로 보여주는 그래프이다.

Claims

담체에 알칼리게네스속 미생물로부터 유래된 포름알데히드 탈수소효소가 코팅된 공기 정화 필터.
제1항에 있어서, 담체가 유리섬유, 이온교환섬유, 셀룰로오스 섬유, 아스베스트 섬유, 유기섬유, 무기섬유로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 어느 하나인 공기 정화 필터.
제1항에 있어서, 담체가 금속 또는 플라스틱인 공기 정화 필터.
제1항에 있어서, 담체가 하니컴형, 입자형, 그물형, 여과지형, 솜형, 메쉬형, 플레이트형 또는 폼형인 공기 정화 필터.
제1항에 있어서, 담체가 활성탄 탈취필터인 공기 정화 필터.
삭제
제1항에 있어서, 포름알데히드 탈수소효소가 Alcaligenes sp. FA2-4로부터 유래된 것인 공기 정화 필터.
담체에 알칼리게네스속 미생물로부터 유래된 포름알데히드 탈수소효소를 코팅하여 고정화하는 단계를 포함하는 제1항 내지 제5항 또는 제7항 중 어느 한 항에 따른 공기 정화 필터를 제조하는 방법.
아연, 금, 은, 구리, 백금 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나의 금속, 알칼리게네스속 미생물로부터 유래된 포름알데히드 탈수소효소, 폴리페놀계 화합물, 그리고 실리콘 변성 아크릴 수지, 우레탄 수지, 아크릴 수지 및 실리콘 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 바인더, 및 물 또는 알코올을 포함하는 코팅액을 담체에 코팅하는 단계 및 상기 코팅된 담체를 건조하는 단계를 포함하는 제1항 내지 제5항 또는 제7항 중 어느 한 항에 따른 공기 정화 필터를 제조하는 방법.