KR101025033B1 - Composite Films Comprising Planar Nanoporous Oxide Ceramic Membranes and Multi-functional Filters Using the Same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 실내공기와 연소가소, 배기가스 등의 정화를 위한 다기능 필터장치, 그리고 수처리와 식·음료, 유류, 혈액, 단백질, 바이러스 등의 정제를 위한 복합재료 막 및 다기능 필터에 관한 것으로서, 판상의 금속을 소정의 패턴으로 패턴닝한 후 양극산화함으로써 제조한 나노크기의 직관통공이 형성된 양극산화 나노다공질 산화물 세라믹 막과, 금속 지지체부, 금속 결합부로 이루어진 복합재료 막을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 판상의 양극산화 나노다공질 산화물 세라믹 막을 포함하는 복합재료 및 이를 이용한 다기능 필터를 기술적 요지로 하며, 또한 상기 다기능 필터는 상기 복합재료 막과 함께 또는 각종 금속촉매물질 또는 중합체 기능성 물질을 코팅한 복합재료 막을 혼합하여 적층 조립하여 형성된 것이다. 이에 따라 보다 나은 기계적 특성과 열 및 기계적 내충격성을 부여함 아울러 다른 구조물과의 접합성이나 연결성을 향상시키고, 다른 디바이스에의 적용성도 향상시킬 수 있으며, 종래의 세라믹 필터에 비하여 훨씬 더 큰 비표면적에 의한 여과효율의 증대와 다기능성 부여, 구조의 단순화와 집적화를 도모할 수 있는 이점이 있다.The present invention relates to a multifunctional filter device for purifying indoor air, combustion gas, and exhaust gas, and to a composite membrane and a multifunctional filter for water treatment and purification of food, beverage, oil, blood, protein, virus, and the like. And an anodized nanoporous oxide ceramic film having a nano-sized straight through hole formed by patterning a metal in a predetermined pattern and then anodizing, and a composite film composed of a metal support part and a metal bonding part. The composite material comprising a plate-shaped anodized nanoporous oxide ceramic membrane and a multifunctional filter using the same, and the multifunctional filter is also a composite material coated with the composite membrane or coated with various metal catalyst materials or polymer functional materials It is formed by mixing and laminating the membranes. This provides better mechanical properties, heat and mechanical impact resistance, improves adhesion and connectivity with other structures, improves applicability to other devices, and provides a much larger specific surface area than conventional ceramic filters. By increasing the filtration efficiency and multifunctionality, there is an advantage that can simplify the structure and integration.

필터 투석 정제 나노다공질 산화물 세라믹 막 복합재료 막 판상 직관통공 Filter Dialysis Purification Nanoporous Oxide Ceramic Membrane Composite Membrane Plate Straight Through Hole

Description

판상의 양극산화 나노다공질 산화물 세라믹 막을 포함하는 복합재료 막 및 이를 이용한 다기능 필터{Composite Films Comprising Planar Nanoporous Oxide Ceramic Membranes and Multi-functional Filters Using the Same}Composite Films Comprising Planar Nanoporous Oxide Ceramic Membranes and Multi-functional Filters Using the Same}

본 발명은 여과와 정화, 정제, 투석과정에 유용한 복합재료 막 및 이를 이용한 다기능 필터에 관한 것으로서, 판상의 금속을 소정의 패턴으로 패턴닝한 다음 양극산화하여 나노다공질 산화물 세라믹 막과, 금속 지지체부 및 금속 결합부로 이루어진 복합재료막을 형성함으로써 양극산화 나노다공질 산화물 세라믹 막의 기계적 강도 및 다른 구조물과의 접합성과 연결성을 향상시키고, 또한 상기 양극산화 나노다공질 산화물 세라믹 막에 각종 흡착물질이나 촉매물질, 또는 특별한 기능성을 갖는 물질을 코팅하여 제조한 막을, 코팅하지 않은 다수 개의 막들과 조합하여 적층 조립함으로써, 여과 성능과 효율 증대와 다기능 부여, 구조의 단순화와 집적화를 도모한 복합재료 막을 이용한 다기능 필터에 관한 것이다.The present invention relates to a composite membrane useful for filtration, purification, purification, and dialysis, and a multifunctional filter using the same, wherein the plate-shaped metal is patterned into a predetermined pattern and then anodized to form a nanoporous oxide ceramic membrane and a metal support part. And improving the mechanical strength and adhesion to other structures of the anodized nanoporous oxide ceramic membrane by forming a composite membrane composed of metal bonds, and also adsorbing various catalysts, catalytic materials, or special materials on the anodized nanoporous oxide ceramic membrane. The present invention relates to a multifunctional filter using a composite membrane, which is intended to increase the filtration performance and efficiency, to provide multifunctionality, and to simplify and integrate a structure by stacking and fabricating a membrane prepared by coating a functional material with a plurality of uncoated membranes. .

졸-겔법에 기초한 슬립캐스팅 법 등과 같은 재래식 방법으로 제조한 코디어라이트나 뮬라이트, 알루미나, 지르코니아, 샤모트, 타이탄알루미나 등의 기존의 다공성 산화물 세라믹 막으로 구성된 필터는 다양한 크기의 구부러진 형태의 기공 을 가져 기공율도 비교적 낮고, 막힘 현상도 심하게 일어나지만, 소독이 간편하고 내구성이 우수하여 한외필터나 나노필터와 같은 수처리 필터나 식음료 정제 필터로 많이 사용된다.Filters composed of conventional porous oxide ceramic membranes such as cordierite, mullite, alumina, zirconia, chamotte, and titanium alumina manufactured by conventional methods such as slip casting based on sol-gel method have bent pores of various sizes. Although the porosity is relatively low and the blockage phenomenon occurs severely, it is easy to disinfect and has excellent durability, and is widely used as a water treatment filter or food and beverage purification filter such as an ultrafilter or a nanofilter.

그리고 고온의 반응성 가스 분위기에서 화학적 안정성, 낮은 온도의 펄스 가스에 의한 역세 시 열 및 기계적 충격 저항성, 그리고 열팽창 등에 견딜 수 있는 조건을 갖출 경우, 고온과 강산, 강염기성 분위기의 혹독한 환경에서의 배기 및 연소가스 필터로 사용되고 있다And exhaustion in harsh environments with high temperatures, strong acids, and strong bases, provided that the chemical stability in high temperature reactive gas atmospheres withstands thermal and mechanical shock resistance when backwashed by low temperature pulsed gases, and thermal expansion. Used as a combustion gas filter

또한 산화물 세라믹 필터는 TiO2, V2O5, WO3, SnO2, ZnO, Cr2O3, MoO3, Co3O4, Fe2O3, Mn3O4 등의 산화물 세라믹이나 Pt, Pd, Au, Ag, Ir 등 금속 흡착/촉매물질 또는 다른 중합체 흡착물질의 부착성이 우수하여 기능성을 쉽게 부여할 수 있어, 흡착법 또는 촉매산화법으로 휘발성 유기화합물 가스(VOC), NOx, SOx, 다이옥신, CO2, CO 등의 환경유해가스의 여과나 분리, 그리고 각종 세균이나 바이러스 여과용 필터로 사용할 수 있다.In addition, the oxide ceramic filter includes oxide ceramics such as TiO 2 , V 2 O 5 , WO 3 , SnO 2 , ZnO, Cr 2 O 3 , MoO 3 , Co 3 O 4 , Fe 2 O 3 , Mn 3 O 4 , Pt, Excellent adhesion of metal adsorption / catalyst materials or other polymer adsorption materials such as Pd, Au, Ag, Ir, and other polymers to provide functionality easily, volatile organic compound gases (VOC), NO x , SO x by adsorption or catalytic oxidation Can be used for the filtration and separation of environmentally harmful gases such as dioxins, CO 2 , and CO, and for filtering various bacteria and viruses.

그러나 이들 다공성 산화물 세라믹은 균일한 크기의 기공 형성이 어렵고, 기공율을 증가시키는데 한계가 있고, 무겁고, 고가로 초기 설치비용이 높고, 탄성이 작아서 기계적 충격 등에 의한 파손 위험이 높은 등의 단점이 있어, 그 용도가 제한된다. 더욱이 기존의 산화물 세라믹 막은 그 열처리 온도가 낮아 소결밀도가 낮음으로써 작은 입자들이 부수러져 나오는 단점이 있어, 고도의 전자산업이나 정밀기계산업에서의 초고순도 가스 정제용 필터로는 적절하지 못하는 단점이 있다.However, these porous oxide ceramics have disadvantages such as difficulty in forming pores of uniform size, limitation in increasing porosity, heavy installation, high initial installation cost, and low elasticity, and high risk of breakage due to mechanical impact. Its use is limited. Moreover, the conventional oxide ceramic membrane has a disadvantage in that small particles are broken due to low sintering density due to its low heat treatment temperature, which is not suitable for ultra-high purity gas purification filter in high electronic or precision machinery industries. .

재래식 방법으로 제조한 기존의 다공질 세라믹 막과는 달리, 양극산화법으로 제조한 알루미늄 산화물 막이나 티타늄 산화물 막 등과 같은 양극산화 나노다공질 산화물 세라믹 막은, 기공율이 커 여과효율이 매우 높고, 막 두께가 얇아 막 전후에서의 압력 저하도 크지 않고, 균일한 크기의 직선으로 관통된 기공(직관통공, through-hole pore)을 가지고 있어 그 기공보다 적은 크기의 유해물 입자를 크나큰 막힘 현상 없이 효율적이고 효과적으로 여과할 수 있다.Unlike conventional porous ceramic membranes manufactured by conventional methods, anodized nanoporous oxide ceramic membranes such as aluminum oxide membranes and titanium oxide membranes prepared by anodization have a high porosity, very high filtration efficiency, and thin membranes. The pressure drop in the front and rear is not large, and it has a through-hole pore through a uniform straight line, so that harmful particles having a smaller size than the pore can be efficiently and effectively filtered without large blockage. .

따라서 기공 채널을 자주 세척할 필요 없이 기존 막보다 훨씬 오랫동안 사용할 수 있다. 더구나 그 기공의 크기는 매우 균일할 뿐만 아니라, 수 nm ~ 수백 nm 범위에서 조절할 수 있어, 이 막을 필터에 적용할 경우, 그 막의 여과 선택성은 매우 우수하다.Thus, the pore channels can be used for much longer than conventional membranes without the need for frequent cleaning. Moreover, the pore size is not only very uniform, but can be adjusted in the range of several nm to several hundred nm, and when the membrane is applied to a filter, the filtration selectivity of the membrane is very excellent.

양극산화 나노다공질 산화물 세라믹 막은 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 양극산화하여 알루미나 막을 제조하고자 할 경우에는 인산, 옥살산, 말론산, 주석산 및 구연산의 혼합용액, 그리고 황산과 옥살산의 혼합용액, 유기산의 혼합용액 중의 어느 하나를, 티타늄 또는 티타늄 합금을 양극산화하고자 하는 경우에는, HF, KF, NaF, 그리고 H2SO4와 HF, CrO3과 HF, (NH4)2SO4와 NH4F, (NH4)2SO4와 NaF 혼합용액 중의 어느 하나를 전해질로 사용하여, 자발적 정렬성을 얻기 위하여 이 전해질에 대응하는 10~250V의 전압을 인가하여 양극산화하여 제조한다.The anodized nanoporous oxide ceramic membrane is an anodized aluminum or aluminum alloy to produce an alumina membrane. If one wants to anodize a titanium or titanium alloy, HF, KF, NaF, and H 2 SO 4 and HF, CrO 3 and HF, (NH 4 ) 2 SO 4 and NH 4 F, (NH 4 ) 2 Any solution of SO 4 and NaF is used as an electrolyte, and anodized by applying a voltage of 10 to 250 V corresponding to this electrolyte to obtain spontaneous alignment.

이 양극산화 나노다공질 산화물 세라믹 막 중의 하나인 양극산화 나노다공질 알루미나 막은 그 표면 자체가 친수성이어서 물과 같은 유체의 흐름속도를 매우 향 상시킬 수 있어, 수처리 분야에도 우수한 성능과 함께 활용할 수 있다. 또한 인체적합성이 우수하여, 막힘 현상이 심각한 문제인 혈액투석과 같은 생명과학 분야에서도 많은 관심을 받고 있다.The anodized nanoporous alumina membrane, which is one of the anodized nanoporous oxide ceramic membranes, is hydrophilic in its surface and can greatly improve the flow rate of a fluid such as water, and can be used with excellent performance in water treatment. In addition, due to the excellent human compatibility, clogging is receiving a lot of attention in the field of life sciences, such as hemodialysis is a serious problem.

이 양극산화 나노다공질 알루미나 막의 녹는점은 1000℃이기 때문에 600℃의 온도에서까지 사용할 수 있고, 결정체로의 상 변태를 위해 높은 온도에서 열처리한 경우에는 1000℃까지의 높은 온도에서도 사용할 수 있다. 이 상 변태된 것은 화학적으로 매우 안정하여 강염기와 강산의 환경에서 조차 사용될 수 있어, 높은 온도 하의 산과 염기 분위기의 혹독한 환경에서도 한외여과, 나노필터여과, 역삼투압 여과에 사용될 수 있다.Since the melting point of the anodized nanoporous alumina membrane is 1000 ° C, the melting point can be used at temperatures up to 600 ° C, and can be used even at high temperatures up to 1000 ° C when heat-treated at high temperatures for phase transformation into crystals. This phase transformation is chemically very stable and can be used even in environments of strong bases and strong acids, and can be used for ultrafiltration, nanofilter filtration and reverse osmosis filtration, even in harsh environments of acid and base atmospheres under high temperatures.

그리고 다른 크기의 직관통공을 갖는 양극산화 나노다공질 티타니아 막은 화학적 안정성이 우수하고, 이 물질의 용융점이 1870℃로 높아 매우 높은 온도의 매우 혹독한 알칼리나 산성 분위기에서 사용할 수 있다. 그리고 이 산화물의 세 개의 결정상인 아나타세와 루타일, 브룩카이트는 광촉매성이 있어, 이 막의 표면이나 기공에 다른 촉매물질을 증착하지 않고도 VOC와 NOx, SOx 등과 같은 환경유해가스를 분해하는 필터로 사용할 수 있다.In addition, anodized nanoporous titania membranes having straight through holes of different sizes have excellent chemical stability, and have a high melting point of 1870 DEG C, which can be used in very harsh alkali or acidic atmospheres at very high temperatures. The three crystalline phases of this oxide, anatase, rutile and brookite, are photocatalytic and decompose environmentally harmful gases such as VOC, NO x and SO x without depositing other catalysts on the surface or pores of the film. Can be used as a filter.

그리고 양극산화 나노다공질 산화물 세라믹 막은 기존의 산화물 세라믹 막과 마찬가지로 TiO2, V2O5, WO3, SnO2, ZnO, Cr2O3, MoO3, Co3O4, Fe2O3, Mn3O4 등의 산화물 세라믹이나 Pt, Pd, Au, Ag, Ir 등 금속 흡착/촉매물질의 부착성이 우수하여 스퍼터링이나 증발 등의 물리적 증착법이나, CVD, 전기화학적 증착법, 또는 졸-겔법 등 과 같은 습식법 등의 코팅방법을 이용하여 이들 물질을 코팅함으로써 기능성을 쉽게 부여할 수 있어, VOC, NOx, SOx, 다이옥신, CO2, CO 등의 환경유해가스의 여과나 분리, 그리고 각종 세균이나 바이러스 여과용 필터로 사용할 수 있다.And the anodized nanoporous oxide ceramic membrane is similar to the conventional oxide ceramic membrane such as TiO 2 , V 2 O 5 , WO 3 , SnO 2 , ZnO, Cr 2 O 3 , MoO 3 , Co 3 O 4 , Fe 2 O 3 , Mn Excellent adhesion of oxide ceramics such as 3 O 4 and metal adsorption / catalyst materials such as Pt, Pd, Au, Ag, Ir, etc., and physical vapor deposition such as sputtering and evaporation, CVD, electrochemical deposition, or sol-gel By coating these materials using the same coating method as the wet method, functionality can be easily provided, and the filtration or separation of environmentally harmful gases such as VOC, NO x , SO x , dioxin, CO 2 , CO, and various bacteria and Can be used as a filter for virus filtration.

그러므로 상술한 양극산화 나노다공질 산화물 세라믹 막으로 기존의 다공성 산화물 세라믹 막을 대체한다면, 그 필터의 성능과 효율 및 경제성도 크게 향상하고 그 사용 분야도 크게 확대될 것으로 기대된다. 그러나 이 양극산화 나노다공질 산화물 세라믹 막 역시 세라믹 막이기 때문에 취성(brittleness)이 강하여 부스러지기 쉽고, 금속에서 산화물로의 전이에 따른 변이가 발생하여 큰 크기로 제조할 수 없을 가능성이 있고, 다른 부품과의 조립을 위해서는 특별한 기술이 요구되는 단점이 있다.Therefore, if the above-mentioned anodized nanoporous oxide ceramic membrane is replaced with the existing porous oxide ceramic membrane, it is expected that the performance, efficiency, and economics of the filter will be greatly improved, and its field of use will be greatly expanded. However, since the anodized nanoporous oxide ceramic film is also a ceramic film, brittleness is strong and brittle, and there is a possibility that a transition occurs due to the transition from metal to oxide, and thus it cannot be manufactured in a large size. There is a disadvantage that special technology is required for the assembly of.

본 발명은 상술한 양극산화 나노다공질 산화물 세라믹 막을 세라믹 필터에 적용하여 높은 여과 효율과 여과 선택성, 가볍고, 기계적 특성도 우수하고, 열과 기계적 충격저항도 높고, 가격도 싼 필터를 제작하기 위하여, 알루미늄이나 알루미늄 합금, 티타늄이나 티타늄 합금과 같은 금속 판재를 패턴닝하여 양극산화하여, 양극산화 나노다공질 산화물 세라믹 막과 금속 지지체부, 금속 결합부로 이루어진 복합재료 막을 형성함으로써 양극산화 나노다공질 산화물 세라믹 막의 기계적 강도를 향상시키고, 인접하는 구조물과의 결합을 용이하게 하는 판상의 양극산화 나노다공질 산화물 세라믹 막을 포함하는 복합재료 막의 제공을 그 목적으로 한다.The present invention applies the above-mentioned anodized nanoporous oxide ceramic membrane to a ceramic filter to produce a filter having high filtration efficiency, filtration selectivity, light weight, excellent mechanical properties, high thermal and mechanical impact resistance, and low cost. By patterning and anodizing a metal plate such as aluminum alloy, titanium or titanium alloy, the mechanical strength of the anodized nanoporous oxide ceramic membrane is increased by forming a composite film composed of the anodized nanoporous oxide ceramic membrane, the metal support portion and the metal bonding portion. It is an object of the present invention to provide a composite membrane comprising a plate anodized nanoporous oxide ceramic membrane that improves and facilitates bonding with adjacent structures.

또한, 상기 복합재료 막의 표면과 기공을 환경유해가스나 세균을 흡착·분해하거나 특별한 기능성을 부여할 수 있는 여러 가지 흡착 물질이나 촉매 물질, 기능성 물질을 각각 코팅하여, 이 코팅 막 하나 내지 다수 개를 코팅하지 않은 복합재료 막 하나 내지 다수 개와 조합·적층하여 하나의 필터로 제조함으로써 고성능 다기능성의 판상의 양극산화 나노다공질 산화물 세라믹 막을 포함하는 복합재료 막을 이용한 다기능 필터의 제공을 또 다른 목적으로 한다.In addition, the surface and pores of the composite membrane are coated with various adsorption substances, catalyst substances, and functional substances, each of which can adsorb and decompose environmentally harmful gases or bacteria, or impart special functionality. It is another object of the present invention to provide a multifunctional filter using a composite membrane including a high-performance multifunctional plate-shaped anodized nanoporous oxide ceramic membrane by combining and stacking one to many uncoated composite membranes to form a single filter.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 판상의 금속을 소정의 패턴으로 패턴닝한 후 양극산화함으로써 제조한 나노크기의 직관통공이 형성된 양극산화 나노다공질 산화물 세라믹 막과, 금속 지지체부, 금속 결합부로 이루어진 복합재료 막을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 판상의 양극산화 나노다공질 산화물 세라믹 막을 포함하는 복합재료 막 및 이를 이용한 다기능 필터를 기술적 요지로 한다.In order to achieve the above object, the present invention provides an anodized nanoporous oxide ceramic membrane having a nano-sized straight through hole formed by patterning a plate-like metal in a predetermined pattern and then anodizing the metal, and a metal support part and a metal bonding part. A composite membrane including a plate-shaped anodized nanoporous oxide ceramic membrane comprising a composite membrane made of a composite material and a multifunctional filter using the same are provided in the technical subject matter.

또한, 상기 판상의 금속은 알루미늄, Cu와 Mn, Si, Mg, Cr, Zn, Zr, Ti 및 Li 원소들 중 하나에서 네 개까지의 원소를 포함하는 알루미늄 합금, 티타늄 및 Al과 V, Mo, Ga, Ge, Ta, Nb, Mn, Fe, Cr, Co, Ni, Cu, Si, C, O 원소들 중 하나에서 네 개까지의 원소를 포함하는 티타늄 합금 중 어느 하나인 것이 바람직하다.In addition, the plate-shaped metal may be aluminum, Cu and Mn, Si, Mg, Cr, Zn, Zr, Ti alloy and aluminum alloy containing up to four elements of one of the elements, titanium and Al and V, Mo, It is preferred that it is any one of a titanium alloy comprising up to four elements of one of Ga, Ge, Ta, Nb, Mn, Fe, Cr, Co, Ni, Cu, Si, C, O elements.

또한, 상기 양극산화 나노다공질 산화물 세라믹 막은 1~300 nm 크기의 나노 기공을 갖고, 20~500 ㎛의 두께 범위인 것이 바람직하며, 또한, 상기 복합재료 막은 원형이나 사각형 또는 소정의 모양을 가지는 것이 바람직하다.In addition, the anodized nanoporous oxide ceramic membrane has a nano-pores of 1 ~ 300 nm size, preferably in the thickness range of 20 ~ 500 ㎛, the composite material is preferably a round, square or a predetermined shape. Do.

또한, 상기 금속 지지체부는 상기 복합재료 막의 기계적 강도를 향상시키기 위하여, 상기 양극산화 나노다공질 산화물 세라믹 막의 두께보다 상대적으로 두꺼운, 소정의 패턴이나 모양을 가지는 것이 바람직하다.In addition, the metal support portion preferably has a predetermined pattern or shape, which is relatively thicker than the thickness of the anodized nanoporous oxide ceramic film, in order to improve the mechanical strength of the composite film.

또한, 상기 금속 결합부는 필터 하우징 옆 벽에의 복합재료 막의 장착 또는 설치를 위하여 복합재료 막의 가장자리를 둘러싸는 소정 패턴이나 모양으로 형성되는 것이 바람직하다.In addition, the metal coupling portion is preferably formed in a predetermined pattern or shape surrounding the edge of the composite membrane for mounting or installation of the composite membrane on the side wall of the filter housing.

또한, 상기 금속 결합부는 이웃하는 아래 또는 위층의 복합재료 막, 또는 하우징의 아래 벽이나 위 벽과의 결합을 위하여 소정 패턴이나 모양으로 형성되는 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다.In addition, the metal coupling portion is preferably formed in a predetermined pattern or shape for bonding with the neighboring composite film of the lower or upper layer, or the lower or upper wall of the housing.

또한, 상기 패턴닝은 리소그래피, 기계적 절삭, 연마, 긁어냄, 용접 및 리벳 중의 어느 하나 또는 둘 이상의 복합 가공공정으로 수행하는 것이 바람직하다.In addition, the patterning is preferably performed by any one or two or more complex processing processes of lithography, mechanical cutting, polishing, scraping, welding and riveting.

여기에서, 상기 양극산화 나노다공질 산화물 세라믹 막은 TiO2, V2O5, WO3, SnO2, ZnO, Cr2O3, MoO3, Co3O4, Fe2O3 및 Mn3O4 중의 어느 하나의 산화물 세라믹이나 Pt, Pd, Au, Ag 및 Ir 중의 어느 하나의 금속촉매물질 또는 중합체 기능성 물질을 스퍼터링, 증발, 전기증착, 스프레이(spray) 및 졸-겔법 중의 어느 하나의 코팅방법을 이용하여 코팅한 막을 포함하는 것이 바람직하다.Here, the anodized nanoporous oxide ceramic film is formed of TiO 2 , V 2 O 5 , WO 3 , SnO 2 , ZnO, Cr 2 O 3 , MoO 3 , Co 3 O 4 , Fe 2 O 3, and Mn 3 O 4 . The coating method of any one of oxide ceramics, metal catalysts of Pt, Pd, Au, Ag and Ir or polymer functional materials by sputtering, evaporation, electrodeposition, spray and sol-gel method It is preferable to include a coated film.

또한, 상기 필터는 상기 복합재료 막만을, 또는 상기 금속촉매물질 또는 중합체 기능성 물질이 코팅된 상기 복합재료 막만을 단일 또는 복수 개로 적층하거나, 이들 두 종류의 상기 복합재료 막 복수 개를 혼합하여 적층하여 제작하여 형성된 것이 바람직하다.The filter may be formed by stacking only the composite film alone, or the composite film coated with the metal catalyst material or the polymer functional material in a single or plural form, or by mixing and stacking a plurality of the two kinds of composite film. It is preferable that it is produced and formed.

또한, 상기 필터는 하나의 하우징 내부에 일정한 간격을 두고 상기 복합재료 막을 적층한 것으로, 하우징의 축 방향에 따라 적층되는 복합재료 막 내 나노다공질 막의 기공 크기가 점점 커지거나 적어지거나, 일정하거나, 또는 커짐과 적어짐, 일정함이 혼합되어 배열되는 것이 바람직하다.In addition, the filter is a laminate of the composite membrane at a predetermined interval inside one housing, the pore size of the nanoporous membrane in the composite membrane to be laminated according to the axial direction of the housing becomes larger, smaller, or constant, or It is preferable that the larger, smaller, and constant are arranged in a mixed state.

또한, 상기 필터는 각기 다른 물질 종류거나 일부가 다른 물질 종류의 상기 복합재료 막을 단일 또는 복수 개로 혼합하여 적층하여 제작되는 것이 바람직하다.In addition, the filter is preferably manufactured by laminating a single or a plurality of the composite film of different material types or different material types.

상기 과제 해결 수단에 의해 본 발명은 종래의 재래식 방법으로 제조한 세라믹 막에 비해 그 기공율이 커 여과효율이 매우 높고, 균일한 크기의 직관통공을 가져 여과의 선택성이 높을 뿐만 아니라 막힘 현상이 적어 자주 세정할 필요도 없고 수명도 길고, 두께가 얇아 막 전후에서의 압력 저하가 적고, 가격도 싼 양극산화 나노다공질 산화물 세라믹 막을 복합재료 막으로 만듦으로써 보다 나은 기계적 특성과 열 및 기계적 내충격성을 부여함 아울러 다른 구조물과의 접합성이나 연결성을 향상시키고, 다른 디바이스에의 적용성도 향상시키는 효과가 있다.According to the above problem solving means, the present invention has a high porosity and high filtration efficiency compared to the ceramic membrane manufactured by the conventional method, and has a uniformly sized straight through hole, so that the filtration selectivity is high and the clogging phenomenon is often low. No need for cleaning, long service life, thin thickness, less pressure drop before and after the membrane, and cheaper anodized nanoporous oxide ceramic membrane made of composite membrane gives better mechanical properties, heat and mechanical impact resistance In addition, there is an effect of improving the bonding and connectivity with other structures, and also improves the applicability to other devices.

또한 본 발명은 이 복합재료 막을 하나 내지 다수 개를 각종 흡착/촉매/기능성 물질로 코팅한 다음, 이 코팅 막 하나 내지 다수 개를 코팅하지 않은 복합재료 막 하나 내지 다수 개와 혼합하여 적층하여 새로운 필터로 제조함으로써, 입자의 분리나 여과와 아울러 수처리, 식음료 및 유류 필터, 여러 가지 환경유해가스와 세균의 흡착·분해, 혈액 및 단백질의 여과 및 분리, 그리고 특별한 기능을 동시에 수행할 수 있도록 하는 고성능 다기능성 필터를 제공하는 효과가 있다. In addition, the present invention is coated with one or more of the composite membranes with various adsorption / catalyst / functional materials, and then mixed with one or more of the uncoated composite membranes and laminated with a new filter. High performance and versatility, which allows the separation and filtration of particles, water treatment, food and beverage and oil filters, adsorption and decomposition of various environmentally harmful gases and bacteria, filtration and separation of blood and proteins, and special functions This has the effect of providing a filter.

본 발명에 따른 양극산화 나노다공질 산화물 세라믹 막을 포함하는 복합재료 막을 제조하는 방법은 판상의 금속을 패턴닝하여 양극산화 후, 그 판상의 금속이 세라믹 막과, 금속 지지체부 및 금속 결합부로 이루어진 금속 막이 잘 절충된 복합재료 막으로 전환되게 하는 것이다.According to the present invention, a method for producing a composite membrane including an anodized nanoporous oxide ceramic membrane is characterized by patterning a plate metal and anodizing the plate metal to form a metal film made of a ceramic film, a metal support portion, and a metal bonding portion. To be converted to a well compromised composite membrane.

상기 판상의 금속은 알루미늄, Cu와 Mn, Si, Mg, Cr, Zn, Zr, Ti 및 Li 원소들 중 하나에서 네 개까지의 원소를 포함하는 알루미늄 합금, 티타늄 및 Al과 V, Mo, Ga, Ge, Ta, Nb, Mn, Fe, Cr, Co, Ni, Cu, Si, C, O 원소들 중 하나에서 네 개까지의 원소를 포함하는 티타늄 합금 주괴 중 어느 하나를 절단, 절삭, 압연 등의 기계적 가공과 열처리 중 하나 이상의 공정을 사용하여 두께 1 mm ~ 50 ㎛의 판재 로 만든 것이다.The plate-like metal is aluminum, Cu and Mn, Si, Mg, Cr, Zn, Zr, Ti and Li alloys containing one to four elements, titanium and Al and V, Mo, Ga, Cutting, cutting, rolling, etc. any one of titanium alloy ingots containing up to four elements of Ge, Ta, Nb, Mn, Fe, Cr, Co, Ni, Cu, Si, C, O elements It is made of a sheet of 1 mm to 50 μm in thickness using one or more processes of mechanical processing and heat treatment.

이 후 이 판상의 금속을 리소그래피, 기계적 절삭, 연마, 인발, 긁어냄, 용접 및 리벳 중의 어느 하나 또는 둘 이상의 복합 가공공정을 수행하여, 양극산화 후 그 판상의 금속이 여과 막 역할을 수행할 양극산화 나노다공질 산화물 세라믹 막과, 전체 복합재료 막의 기계적 강도를 향상시키기 위한 금속 지지체부, 이웃하는 구조물이나 필터 하우징과의 연결 및 결합을 위한 금속 결합부로 구성되도록 패턴을 만든다.The plate metal is then subjected to lithography, mechanical cutting, polishing, drawing, scraping, welding and riveting, or a combination of two or more of them, so that after anodization, the plate metal will act as a filtration membrane. The pattern is made up of an oxide nanoporous oxide ceramic membrane, a metal support portion for improving the mechanical strength of the entire composite membrane, and a metal coupling portion for connection and bonding with neighboring structures or filter housings.

상기 금속 지지체부는 전체 복합재료 막의 기계적 특성을 강화하기 위하여 구성되는데, 그 두께는 통상 양극산화 나노다공질 산화물 세라믹 막보다 두꺼워야 하는데, 재료 막의 크기와 요구되는 강도 등 필터의 설계 사양에 따라 달라진다.The metal support portion is configured to enhance the mechanical properties of the entire composite membrane, the thickness of which typically must be thicker than the anodized nanoporous oxide ceramic membrane, depending on the design specifications of the filter, such as the size of the material membrane and the required strength.

그리고, 금속 결합부는 주로 필터 하우징 옆 벽에 복합재료 막을 장착 또는 설치하기 위하여 구성된 부분으로, 보다 견고한 장착을 위하여 그 두께가 두꺼워야 하고, 보다 용이한 장착을 위하여서 그 측면이 나사산 모양이나 표면 거칠기가 아주 고른 면으로 가공될 수 있다. 이 외 금속 결합부는 이웃하는 아래 위 층 복합재료 막과의 결합과, 하우징의 아래 벽이나 위 벽과의 결합 등을 통하여 전체 필터를 일체화함으로써 그 구조 강도를 매우 향상시키고자 할 때 구성될 수 있는데, 이 결합부 구성의 세부사항은 필터의 용도 및 사용 환경에 따라 달라질 수 있다.In addition, the metal coupling part is mainly configured to mount or install the composite membrane on the side wall of the filter housing, the thickness of which is to be thicker for a more secure mounting, and the side surface is threaded or the surface roughness for easier mounting. It can be processed to very even sides. In addition, the metal joining portion may be configured to greatly improve the structural strength by integrating the entire filter through bonding with a neighboring upper layer composite film and bonding with the lower wall or the upper wall of the housing. However, the details of this coupling configuration may vary depending on the use of the filter and the circumstances of use.

상기 금속 지지체부와 금속 결합부는 소정의 패턴이나 모양으로 패턴닝하고, 복합재료 막의 필터 하우징 옆 벽에의 장착 및 설치를 위한 패턴은 통상 복합재료 막의 가장자리를 따라 패턴닝되는데, 그 패턴닝되는 부분의 폭 및 면적은 복합재료 막의 크기와 필터의 설계 사양에 따라 달라진다.The metal support portion and the metal coupling portion are patterned in a predetermined pattern or shape, and a pattern for mounting and installing the composite membrane on the side wall of the filter housing is usually patterned along the edge of the composite membrane, the patterned portion The width and area of the membrane depend on the size of the composite membrane and the design specifications of the filter.

통상 각 부의 두께는 하우징 아래 바닥에의 연결을 위한 결합부가 제일 두껍고, 그 다음 하우징 옆 벽에의 장착을 위한 결합부, 막간 결합부, 지지체부의 순으로 얇은 것이 바람직하다.It is usually preferred that the thickness of each part is the thickest in the order of the joining part for connection to the bottom under the housing, followed by the joining part for the mounting on the side wall of the housing, the intermembrane joining part and the support part.

각 지지체부나 결합부에 대한 양극산화 나노다공질 산화물 세라믹 막의 상대적인 위치는 각 지지체부나 결합부 두께의 가운데나 상부, 하부에 위치할 수 있는데, 통산 가운데 위치하는 것이 바람직하나, 그 위치는 설계 사양과 사용 환경에 의존한다.The relative position of the anodized nanoporous oxide ceramic membrane relative to each support or bond may be located at the center, top, or bottom of each support or bond thickness. Depends on the environment

상기 패턴닝된 판상의 금속은 그 금속의 종류와 제조하고자 하는 양극산화 나노다공질 산화물 세라믹 막의 기공간 거리에 따라 각기 다른 전해질을 선택하여 사용하고, 그 선택된 전해질에서 기공들이 자발적으로 면밀하게 잘 정렬되도록 하는 전압을 10~250V에서 선택하여 인가한다.The patterned plate-shaped metal is selected and used according to the type of the metal and the space distance of the anodized nanoporous oxide ceramic membrane to be manufactured, and the pores in the selected electrolyte are spontaneously and closely aligned. Select and apply voltage from 10 to 250V.

상기 양극산화 나노다공질 산화물 세라믹 막을 제조하기 위한 장치는 잘 알려져 있는데, 주의를 요하는 사항은 판상의 금속 망(mesh) 음극을 선택하여 양극인 금속판과 나란하게 위치하게 하여 양극과 음극사이에서 전기장 분포를 균일하게 하여야 한다. 그리고 양극산화과정 동안 발생하는 열을 흡수하여 양극산화가 정상상태에서 진행되도록 판상의 금속의 일측 벽면은 열 흡수체와 긴밀한 열 접촉을 유지해야 하며, 그 열 흡수체는 열 흡수 능력이 우수하여야 한다. 균일한 전기화학반응을 위하여 전해질은 교반되어 전체적으로 일정 농도를 유지해야 한다. 판상의 금속의 일측 표면을 넘어 과잉으로 양극산화됨으로부터 전극의 표면과 열 흡수체를 보 호하기 위하여 또 다른 금속 층이 필요할 것이다. 여기에서, 인가전압, 전해질 종류와 양극산화 온도와 같은 양극산화를 위한 공정변수는 행하고자 하는 양극산화의 종류, 기공간 거리, 기공(셀) 배열정도에 따라 기본적으로 변할 것이다. 물론 기공간 거리는 전해질이 선택된 이후에는 일차적으로는 인가전압에 의존하고 이차적으로는 전류와 온도에 의존한다.Apparatus for producing the anodized nanoporous oxide ceramic film is well known, the matter that needs attention is to select a plate-shaped metal mesh (mesh) cathode to be placed in parallel with the metal plate as the anode to distribute the electric field between the anode and the cathode Should be uniform. In order to absorb heat generated during the anodization process, one side wall of the plate-shaped metal must maintain intimate thermal contact with the heat absorber so that the anodization proceeds in a steady state, and the heat absorber must have excellent heat absorption ability. For uniform electrochemical reactions, the electrolyte should be stirred to maintain a constant concentration throughout. Another layer of metal will be needed to protect the surface of the electrode and the heat absorber from excessive anodization beyond one surface of the plate metal. Here, process variables for anodization, such as applied voltage, electrolyte type and anodization temperature, will basically change depending on the kind of anodization to be performed, the space distance, and the degree of pore (cell) arrangement. Of course, the airspace distance depends primarily on the applied voltage after the electrolyte has been selected, and secondly on current and temperature.

상기 지지체부는 양극산화되거나 되지 않거나 별 상관이 없지만 양극산화된 경우 그 산화 막 코팅은 열악한 환경에 더 잘 견디게 한다. 그러나 결합부는 양극산화 전에 피막을 코팅하여 양극산화되지 않도록 한 후, 양극산화 후 피막을 벗겨내어 이웃하는 구조물과의 결합이 더욱 용이하고 견고하게 할 수 있다.The support portion may or may not or may not be anodized, but when anodized, the oxide film coating will tolerate harsh environments better. However, the bonding portion may be coated with a coating before anodization so as not to be anodized, and then peeling off the coating after anodization to make bonding with neighboring structures easier and more robust.

한편, 양극산화 나노다공질 산화물 세라믹 막의 두께는 기계적 강도의 관점에서는 두꺼울수록 좋지만, 여과 성능을 고려할 때는 얇을수록 좋다. 대략 200㎛ 보다 적은 두께의 것이 바람직하다. 기계적 강도의 관점에서 직관통공 막에서는 100~200㎛가 적당한데, 이를 위해서 중(hard)양극산화법을 사용할 경우 10시간 정도면 이 두께를 충분히 만들 수 있다. 그러나 경(mild) 양극산화법을 사용할 경우에는 2~5일 동안 양극산화하여야 한다. 그런데 빈약한 기계적 성질 때문에 20㎛ 보다 얇은 두께는 피해야 한다. 20㎛ 보다 얇은 막을 다루기 위해서는 특별한 주의를 요한다.On the other hand, the thickness of the anodized nanoporous oxide ceramic membrane is better in terms of mechanical strength, but thinner in consideration of filtration performance. Preference is given to thicknesses of less than approximately 200 μm. In terms of mechanical strength, in the through-hole membrane, 100 to 200 µm is suitable. For this, when using the hard anodization method, the thickness can be sufficiently made in about 10 hours. However, if mild anodization is used, it should be anodized for 2 to 5 days. However, due to poor mechanical properties, a thickness thinner than 20 μm should be avoided. Special care is required to handle films thinner than 20 μm.

상기 양극산화 나노다공질 산화물 세라믹 막의 두께는 양극산화시간에 따라 달라진다. 일정시간동안 특정한 내부 깊이까지 양극산화한 다음, 지지체부와 결합 부가 식각되지 않도록 피막을 입힌 다음, CuCl2와 HCl의 혼합용액과 같은 산성용액을 사용하여 양극산화되지 않고 남아있는 금속 매트릭스를 제거한 후, H3PO4와 같은 산 용액으로 산화물 장벽 층을 제거함으로써 직관통공을 갖는 양극산화 나노다공질 산화물 세라믹 막의 두께가 결정된다. 또는 이미 적절한 두께로 패턴된 금속을 직관통공이 형성될 때까지 양극산화함으로써 부가적인 식각공정이 없이 양극산화 나노다공질 산화물 세라믹 막을 제조하는 방법이 있다. 이 후 H3PO4와 같은 산 용액에서 부가적으로 일정시간 처리함으로써 기공의 크기를 증가시킬 수 있다.The thickness of the anodized nanoporous oxide ceramic film depends on the anodization time. After anodizing to a certain internal depth for a certain time, coating the support and the bond portion to prevent etching, and then using an acidic solution such as a mixed solution of CuCl 2 and HCl to remove the remaining metal matrix without anodization. By removing the oxide barrier layer with an acid solution such as H 3 PO 4 , the thickness of the anodized nanoporous oxide ceramic membrane with straight through holes is determined. Alternatively, there is a method of producing an anodized nanoporous oxide ceramic film without an additional etching process by anodizing a metal already patterned to an appropriate thickness until a straight through hole is formed. Thereafter, the pore size may be increased by additionally treating the acid solution such as H 3 PO 4 .

도 1은 상기 방법으로 제조한 복합재료 막 구성의 일례를 보여준다. 전체 복합재료 막은 원형인데, 원형의 양극산화 나노다공질 산화물 세라믹 막(100) 내부를 지지체 역할을 하는 지지체부(200)가 교차로 가로질러 바둑판 모양을 하는 구조로 되어 있는데, 이웃하는 아래 위 층 복합재료 막과의 결합부(310)와, 하우징의 아래 벽이나 위 벽과의 결합을 위한 결합부는 가로 세로의 지지체부(200)가 만나는 교차점부분이다. 그리고 하우징 벽에의 장착을 위한 하우징과의 결합부(320)는 원주의 가장자리를 따라 돌아가는 띠 모양을 하고 있다.1 shows an example of a composite film structure manufactured by the above method. The entire composite membrane is circular, and the support 200, which serves as a support inside the circular anodized nanoporous oxide ceramic membrane 100, has a structure in which a checkerboard shape is crossed across the intersection. The coupling portion 310 for coupling with the membrane and the coupling portion for coupling with the lower wall or the upper wall of the housing are the intersection portions where the horizontal and vertical support portions 200 meet. The coupling portion 320 with the housing for mounting on the housing wall is shaped like a belt that runs along the edge of the circumference.

상기 복합재료 막에 VOC, NOx, SOx, 다이옥신, CO2, CO 등의 환경유해가스의 여과나 분리, 그리고 각종 세균이나 바이러스 여과 및 분리에 있어서 새로운 기능을 부여하거나 또는 비표면적을 더욱 향상시킴으로써 그 기능의 성능과 효율을 향상시키기 위하여, 상기 제조한 복합재료 막 다수 개에 Al2O3, TiO2, V2O5, WO3, SnO2, ZnO, Cr2O3, MoO3, Co3O4, Fe2O3, Mn3O4 등의 산화물 세라믹이나 Pt, Pd, Au, Ag, Ir 등의 금속촉매물질, 또는 중합체 기능성 물질을 스퍼터링, 증발, CVD, 전기증착, 스프레이 및 졸-겔법 등의 코팅법 중 어느 하나를 이용하여 코팅하였다. 이때 코팅된 물질 또한 그 넓은 비표면적을 통한 매우 향상된 반응성을 위하여 얇은 다공질 층상으로나 나노입자 모양을 가지는 편이 바람직하다. 때때로 이 복합재료 막의 기공 크기를 기공의 채널의 국소부분에서 대폭 줄이기 위해 수열처리(hydrothermal treatment)를 실시하였다.Filtration or separation of environmentally harmful gases such as VOC, NO x , SO x , dioxin, CO 2 , CO, and various bacterial or virus filtration and separation to the composite membrane, or further improve specific surface area. In order to improve the performance and efficiency of the function, a plurality of the composite film prepared above, Al 2 O 3 , TiO 2 , V 2 O 5 , WO 3 , SnO 2 , ZnO, Cr 2 O 3 , MoO 3 , Sputtering, evaporation, CVD, electro-deposition, spraying of oxide ceramics such as Co 3 O 4 , Fe 2 O 3 , Mn 3 O 4 , metal catalyst materials such as Pt, Pd, Au, Ag, Ir, or polymer functional materials Coating was carried out using any one of coating methods such as sol-gel method. The coated material also preferably has a thin porous layer or nanoparticle shape for very improved reactivity through its large specific surface area. Occasionally, hydrothermal treatment was performed to drastically reduce the pore size of the composite membrane at the local part of the pore channel.

그리고 하나 내지 다수 개의 복합재료 막에는 단백질이나 혈장 알부민과 같은 종의 막에의 흡착을 줄이기 위하여 polyethylene glycol 단량체와 같은 친수성 고분자 물질 층을 코팅하였다. 또한 각종 효소의 감지 기능을 부여하기 위해 자연 polysaccharide나 키토산 등도 코팅하였다.One or more composite membranes were coated with a layer of hydrophilic polymer such as polyethylene glycol monomer to reduce adsorption to membranes of species such as protein or plasma albumin. In addition, natural polysaccharide or chitosan was coated to give various enzyme detection functions.

상기 코팅하지 않거나 코팅한 복합재료 막을 이용하여 다기능 필터를 제조하기 위하여, 아래와 같이 하나 내지 다수 개의 막군(membrane group)을 적층하였는데, 그 용도에 따라 막군의 수나 배열순서가 다를 수 있다. 이 때 하나의 막군은 하나 내지 다수 개의 막으로 구성되어 있는데, 그 수는 그 막의 역할과, 최종적 필터의 설계 사양과 사용 환경에 따라 변한다.In order to manufacture a multifunctional filter using the uncoated or coated composite membrane, one or more membrane groups were stacked as follows, and the number or arrangement order of the membrane groups may vary depending on the purpose. At this time, one membrane group is composed of one or more membranes, the number of which varies depending on the role of the membrane, the design specification of the final filter, and the environment of use.

먼저 제일 아래층에 위하는 필터군은 이 필터에 흡입되는 유체에 포함된 유해한 입자를 제거하기 위한 파티클(particle) 필터가 바람직한데, 이 막 군은 상기 코팅하지 않은 복합재료 막을 몇 개 적층하였는데, 위에 위치한 막일수록 그 기공 직경이 작아, 필터의 위로 유체가 흐름에 따라 점점 작은 입자들이 여과되도록 한다.First, the filter group in the bottom layer is preferably a particle filter for removing harmful particles contained in the fluid sucked into the filter. The membrane group is a stack of several uncoated composite membranes. The larger the membrane, the smaller its pore diameter, allowing smaller and smaller particles to filter as the fluid flows over the filter.

다음의 필터군은 바이러스나 병원체 막군으로 그 여과 효율 향상과 다른 물질들의 흡착 방지를 위하여 친수성 고분자 물질들을 코팅한 복합재료 막을 사용하는 것이 바람직하다. 이 바이오막군을 파티클(particle) 필터와 함께 사용할 경우에는 기공 직경과 기능성에 따라 이 막을 혼합 배열하는 것이 바람직하다.The next filter group is a virus or pathogen membrane group, and it is preferable to use a composite membrane coated with hydrophilic polymer materials in order to improve its filtration efficiency and prevent adsorption of other substances. When the biofilm group is used together with the particle filter, it is preferable to arrange the membranes according to the pore diameter and the functionality.

또한 VOC, NOx, SOx, 다이옥신, CO2, CO 등의 환경유해가스를 여과나 분리하는 막군으로, 다수 개의 복합재료 막에 TiO2, V2O5, WO3, SnO2, ZnO, Cr2O3, MoO3, Co3O4, Fe2O3, Mn3O4 등의 산화물 세라믹 물질을 하나 또는 두 개 이상 코팅하거나, 때때로 Pt, Pd, Au, Ag, Ir 등의 금속촉매물질 하나 또는 두 개 이상을 산화물들과 함께 코팅하는 것이 바람직하다. 또한 이 막군은 여과 분리하고자 하는 가스의 종류에 따라 다시 세분화된 막군으로 분리할 수 있다. 각 촉매는 하나 이상의 가스 제거에 유효한데, 일례로서 다이옥신과 함께 NOx를 제거하기 위해서는 V2O5/TiO2나 TiO2-V2O5-WO3 SCR 촉매를 사용하는 것이 바람직하다.In addition, a group of membranes for filtering or separating environmentally harmful gases such as VOC, NO x , SO x , dioxin, CO 2 , CO, etc., and a plurality of composite membranes include TiO 2 , V 2 O 5 , WO 3 , SnO 2 , ZnO, Coating one or more oxide ceramic materials such as Cr 2 O 3 , MoO 3 , Co 3 O 4 , Fe 2 O 3 , Mn 3 O 4 , or sometimes metal catalysts such as Pt, Pd, Au, Ag, Ir It is preferable to coat one or two or more materials together with the oxides. In addition, the membrane group can be further divided into membrane groups which are further subdivided according to the type of gas to be separated by filtration. Each catalyst is effective for removal of one or more gases. For example, in order to remove NOx together with dioxins, it is preferable to use a V 2 O 5 / TiO 2 or TiO 2 -V 2 O 5 -WO 3 SCR catalyst.

도 2는 상기 코팅하지 않거나 코팅한 복합재료 막을 이용하여 제작한 다기능 필터에서의 기능별로 적층된 복합재료 막의 한 예를 보여준 것으로써, 하우징(400) 내부에 제일 바닥 층은 Pre-filter 이고, 그 위로 파티클(particle) 필터, VOC 필터, 바이러스 필터, SOx 필터, NOx 필터, CO2 필터 막의 순서로 적층되어 있는 형 태이다.2 shows an example of a composite membrane laminated by function in a multifunctional filter manufactured using the uncoated or coated composite membrane, wherein the bottom layer in the housing 400 is a pre-filter. Back to top Particle filters, VOC filters, virus filters, SOx filters, NOx filters, and CO2 filters are stacked in this order.

도 3에서 (a)는 본 발명에 따른 복합재료 막의 양극산화 나노다공질 산화물 세라믹 막에 대한 사진을 나타낸 것이고, (b)는 복합재료 막에 각종 흡착/촉매/기능성 물질을 코팅한 이후의 사진을 나타낸 도이다. 도시된 바와 같이 각종 흡착/촉매/기능성 물질을 코팅한 이후에는 직관통공(110)의 크기가 더 줄어들었음을 확인할 수 있었다.In Figure 3 (a) is a photograph of the anodized nanoporous oxide ceramic membrane of the composite membrane according to the present invention, (b) is a photograph after coating the various adsorption / catalyst / functional material on the composite membrane The figure shown. After coating various adsorption / catalyst / functional materials as shown, it was confirmed that the size of the through-hole 110 was further reduced.

도 1 - 본 발명에 따른 복합재료 막의 일실시예를 나타낸 도.1-an embodiment of a composite membrane according to the present invention.

도 2 - 본 발명에 따른 복합재료 막을 이용한 다기능 필터에서의 기능별로 적층된 복합재료 막의 일실시예를 나타낸 도.2-an embodiment of a composite membrane laminated by function in a multifunctional filter using a composite membrane according to the present invention.

도 3 - (a) 본 발명에 따른 복합재료 막의 양극산화 나노다공질 산화물 세라믹 막에 대한 사진을 나타낸 도, (b) 도 3 - (a)의 복합재료 막에 각종 흡착/촉매/기능성 물질을 코팅한 이후의 사진을 나타낸 도.Figure 3-(a) a photo showing the anodized nanoporous oxide ceramic membrane of the composite membrane according to the present invention, (b) coating various adsorption / catalyst / functional material on the composite membrane of Figure 3-(a) Figure shows a picture after one.

<도면에 사용된 주요부호에 대한 설명><Description of Major Symbols Used in Drawings>

100 : 양극산화 나노다공질 산화물 세라믹 막 110 : 직관통공100: anodized nanoporous oxide ceramic membrane 110: straight through

200 : 지지체부 300 : 결합부200: support portion 300: coupling portion

310 : 하우징과의 결합부 320 : 이웃 복합재료 막과의 결합부310: coupling portion with the housing 320: coupling portion with the neighboring composite film

400 : 하우징400: housing

Claims (12)

판상의 금속을 소정의 패턴으로 패턴닝한 후 양극산화함으로써 제조한 나노크기의 직관통공이 형성된 양극산화 나노다공질 산화물 세라믹 막과, 금속 지지체부 및 금속 결합부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 판상의 양극산화 나노다공질 산화물 세라믹 막을 포함하는 복합재료 막.A plate-shaped anode comprising an anodized nanoporous oxide ceramic film having a nano-sized through-hole formed by patterning a plate-like metal in a predetermined pattern and then anodizing, and a metal support portion and a metal bonding portion. A composite membrane comprising an oxidized nanoporous oxide ceramic membrane. 제 1항에 있어서, 상기 판상의 금속은, 알루미늄, 알루미늄 합금, 티타늄 및 티타늄 합금 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 판상의 양극산화 나노다공질 산화물 세라믹 막을 포함하는 복합재료 막.The composite membrane according to claim 1, wherein the plate-shaped metal is any one of aluminum, aluminum alloy, titanium and titanium alloy. 제 1항에 있어서, 상기 양극산화 나노다공질 산화물 세라믹 막은 1~300 nm 크기의 나노 기공을 갖고, 20~500 ㎛의 두께 범위인 것을 특징으로 하는 판상의 양극산화 나노다공질 산화물 세라믹 막을 포함하는 복합재료 막.The composite material of claim 1, wherein the anodized nanoporous oxide ceramic membrane has nanopores having a size of 1 to 300 nm and has a thickness in the range of 20 to 500 μm. membrane. 제 1항에 있어서, 상기 복합재료 막은 원형이나 사각형 또는 소정의 모양을 가지는 것을 특징으로 하는 판상의 양극산화 나노다공질 산화물 세라믹 막을 포함하는 복합재료 막.2. The composite membrane of claim 1, wherein the composite membrane has a circular, rectangular, or predetermined shape. 제 1항에 있어서, 상기 금속 지지체부는 상기 복합재료 막의 기계적 강도를 향상시키기 위하여, 상기 양극산화 나노다공질 산화물 세라믹 막의 두께보다 상대적으로 두꺼운, 소정의 패턴이나 모양을 가지는 것을 특징으로 하는 판상의 양극산화 나노다공질 산화물 세라믹 막을 포함하는 복합재료 막.The plate-shaped anodization according to claim 1, wherein the metal support portion has a predetermined pattern or shape, which is relatively thicker than the thickness of the anodized nanoporous oxide ceramic film, in order to improve the mechanical strength of the composite film. Composite membranes comprising nanoporous oxide ceramic membranes. 제 1항에 있어서, 상기 금속 결합부는 필터 하우징 옆 벽에의 복합재료 막의 장착 또는 설치를 위하여 복합재료 막의 가장자리를 둘러싸는 소정 패턴이나 모양으로 형성되는 것을 특징으로 하는 판상의 양극산화 나노다공질 산화물 세라믹 막을 포함하는 복합재료 막.The plate-shaped anodized nanoporous oxide ceramic according to claim 1, wherein the metal coupling portion is formed in a predetermined pattern or shape surrounding the edge of the composite membrane for mounting or installing the composite membrane on the side wall of the filter housing. Composite membrane comprising a membrane. 제 1항에 있어서, 상기 금속 결합부는 이웃하는 아래 또는 위층의 복합재료 막, 또는 하우징의 아래 벽이나 위 벽과의 결합을 위하여 소정 패턴이나 모양으로 형성되는 것을 특징으로 하는 판상의 양극산화 나노다공질 산화물 세라믹 막을 포함하는 복합재료 막.The plate-shaped anodized nanoporous material according to claim 1, wherein the metal bonding portion is formed in a predetermined pattern or shape for bonding with a neighboring lower or upper layer composite film or a lower wall or upper wall of the housing. Composite membranes comprising oxide ceramic membranes. 삭제delete 제 1항 내지 제 7항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 양극산화 나노다공질 산화물 세라믹 막은 TiO2, V2O5, WO3, SnO2, ZnO, Cr2O3, MoO3, Co3O4, Fe2O3 및 Mn3O4 중의 어느 하나인 것을 특징으로 하는 판상의 양극산화 나노다공질 산화물 세라믹 막을 포함하는 복합재료 막.The method of claim 1, wherein the anodized nanoporous oxide ceramic membrane comprises TiO 2 , V 2 O 5 , WO 3 , SnO 2 , ZnO, Cr 2 O 3 , MoO 3 , Co 3 O 4. And Fe 2 O 3 and Mn 3 O 4 , a composite membrane comprising a plate anodized nanoporous oxide ceramic membrane. 제 9항의 상기 복합재료 막만을, 또는 상기 금속촉매물질 또는 중합체 기능성 물질이 코팅된 상기 복합재료 막만을 단일 또는 복수 개로 적층하거나, 이들 두 종류의 상기 복합재료 막 복수 개를 혼합하여 적층하여 형성된 것을 특징으로 하는 판상의 양극산화 나노다공질 산화물 세라믹 막을 포함하는 복합재료 막을 이용한 다기능 필터.A single or multiple layers of the composite film of claim 9 or the composite film coated with the metal catalyst material or polymer functional material, or a mixture of two or more of the two kinds of the composite films are formed. A multifunctional filter using a composite membrane comprising a plate-shaped anodized nanoporous oxide ceramic membrane. 제 10항에 있어서, 상기 필터는, 하나의 하우징 내부에 일정한 간격을 두고 상기 복합재료 막을 적층한 것을 특징으로 하는 판상의 양극산화 나노다공질 산화물 세라믹 막을 포함하는 복합재료 막을 이용한 다기능 필터.11. The multifunctional filter using a composite membrane according to claim 10, wherein the filter comprises laminating the composite membrane at a predetermined interval inside one housing. 삭제delete
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Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101066570B1 (en) * 2010-11-09 2011-09-21 (주)태린 Manufacturing method of dual complex metal filter coated with ceramic and dual complex metal filter coated with ceramic manufactured by the same
KR101454386B1 (en) * 2011-10-20 2014-10-24 한국전기연구원 Method to Fabricate Nanoporous Alumina Membranes with Through-hole Pores Which Are Open at Both ends
WO2013058629A2 (en) * 2011-10-20 2013-04-25 한국전기연구원 Production method for nanoporous alumina separating film having straight through holes of nano-sized diameter open at both ends
KR101417988B1 (en) * 2012-02-27 2014-08-07 한국전기연구원 Composite Membranes Consisted of Nanoporous Anodic Metal Oxide Membranes and Metallic Mesh
KR101386153B1 (en) * 2012-03-07 2014-04-17 한국전기연구원 Nano membrain water treatment filters using thin metal film mesh and their manufacturing method
KR101379498B1 (en) * 2012-03-30 2014-04-01 한국전기연구원 composite membranes consisted of metallic supporter and metal oxide membrane using metals patterned as prominent planes and depressed planes and their fabrication method
KR101417991B1 (en) * 2012-10-09 2014-07-09 한국전기연구원 composite membranes consisted of metallic supporter and metal oxide membrane using metals patterned as prominent planes and depressed planes using lithography and their fabrication method
CN103337378B (en) * 2013-06-06 2016-05-04 燕山大学 A kind of waste liquid that Hummers method is produced is converted into the method for Mn oxide electrode material
CN104529448B (en) * 2015-01-23 2016-03-30 景德镇陶瓷学院 A kind of high porosity high osmosis Nb 2o 5ceramic membrane and preparation method thereof
KR20160094054A (en) 2015-01-30 2016-08-09 강원대학교산학협력단 Manufacturing method of the alumina filter having a polymer support
KR20160094055A (en) 2015-01-30 2016-08-09 강원대학교산학협력단 Manufacturing method of the alumina filter
KR101733171B1 (en) 2016-06-21 2017-05-08 한국생산기술연구원 NOx Removal Catalyst using Ceramic Nanotube on Metal Structure with Gaps for Ship and Method for Manufacturing Same
WO2018180421A1 (en) * 2017-03-29 2018-10-04 シャープ株式会社 Optical device case and optical device
CN107056271B (en) * 2017-06-15 2020-02-04 内蒙古大学 GaFeO3Ceramic target material and preparation method of nano film
CN115845851B (en) * 2022-11-11 2024-06-21 南开大学 Limited catalytic membrane material for deep water purification and preparation method thereof

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09141069A (en) * 1995-11-24 1997-06-03 Tokyo Metropolis Production of porous membrane by using anodically oxidized film of aluminum
KR20000023742A (en) * 1996-08-26 2000-04-25 미야즈 쥰이치로 Method of manufacturing porous anodized alumina film
JP2006068827A (en) * 2004-08-31 2006-03-16 Kanagawa Acad Of Sci & Technol Nanohole array, manufacturing method thereof, composite material and manufacturing method thereof

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09141069A (en) * 1995-11-24 1997-06-03 Tokyo Metropolis Production of porous membrane by using anodically oxidized film of aluminum
KR20000023742A (en) * 1996-08-26 2000-04-25 미야즈 쥰이치로 Method of manufacturing porous anodized alumina film
JP2006068827A (en) * 2004-08-31 2006-03-16 Kanagawa Acad Of Sci & Technol Nanohole array, manufacturing method thereof, composite material and manufacturing method thereof

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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한국재료학회지,2003

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