KR101502485B1 - 원예산물용 에틸렌가스 제거장치 - Google Patents

원예산물용 에틸렌가스 제거장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 저장공간의 하부 또는 상부로부터 공기를 흡입할 수 있도록 복수 개의 흡입구와 토출홀부가 구비되는 캐비닛; 상기 캐비닛 내부를 통과하는 공기 중에 포함되는 에틸렌가스를 흡착하도록 카트리지가 설치되어 이루어지는 흡착부; 상기 카트리지를 상기 흡착부에 결합 또는 분리시키는 착탈부; 및 상기 흡입구를 통해 저장공간의 공기를 흡입하여 상기 흡착부를 통과시키도록 상기 캐비닛에 구비되는 송풍부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

원예산물용 에틸렌가스 제거장치 {ETHYLENE GAS REMOVER FOR HORTICULTURAL PRODUCT}
본 발명은 원예산물용 에틸렌가스 제거장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 과일 등과 같은 원예산물에서 발생되는 에틸렌가스를 흡착하여 원예산물의 신선도를 유지할 수 있도록 하고, 저장공간 내부에서 발생되는 에틸렌가스를 효과적으로 제거할 수 있는 원예산물용 에틸렌가스 제거장치에 관한 것이다.
최근 영농의 과학화와 보다 신선하고 맛 좋은 제품을 찾는 소비자의 욕구가 강해짐에 따라 과채류의 장기저장기술의 발전이 급속히 진전되고 있다.
특히 신선도를 최대한으로 유지하면서 장기간 저장이 가능할 경우 작물의 출하시기를 임의대로 조절이 가능함으로 높은 가격으로 작물을 판매할 수 있음으로 농민의 소득증대에도 크게 기여 할 수 있다.
따라서 현대의 농업은 고품질 대량생산기술 뿐만 아니라 저장기술을 얼마나 향상시키느냐 하는 것이 농민 소득증대에 큰 관건이 되고 있으나, 원예산물의 대부분은 수분함량이 높아 부패성이 매우 강하며 수확 후 부적절한 저장과 유통으로 인한 신선도 저하로 상품성이 현저히 감소되거나 완전히 상실되는 경우가 종종 발견되고 있다.(농협중앙회 조사부. 1991. 농산물 수출의 현황과 확대방안)
또한 출하기가 한정되어 있는 경우 수확기의 홍수출하로 인한 가격하락으로 상품화되지 못하여 폐기되는 경우도 있다. 최근 저온저장고의 보급이 확대되고 있으나 저온창고의 부적절한 운영 혹은 저장중 발생하는 유해가스를 제거하지 못하여 발생한 생리적 장해로 작물의 가치가 저하되는 경우도 관찰되었다.(황용수, 1992. 농산물성도 유지를 위한 활성탄 담지필터의 활용)
원예산물은 수확 후 선별, 포장, 수송, 저장 및 판매의 다양한 유통경로로 거쳐 소비되기 때문에(대한무역진홍공사, 1991. 수출유망 농산품 해외시장(시리즈Ⅰ)-과실류편) 이러한 과정에서 작물의 품질은 지속적으로 저하된다.
수확한 청과물의 신선도에 영향을 주는 요인으로 첫째로 수분상실, 둘째로 호흡에 의한 저장 양분의 소모, 셋째로 에틸렌(ethylene)을 포함한 유해 휘발성 가스에 의한 생리적 혹은 물리적 스트레스 등에 의한 품질저하로 크게 구분할 수 있다.(이승구, 1992. 단감의 저장력 증진에 관한 연구. 과학기술처특정연구과제(UR대비)연구보고서 ; Hardenburg, A.H., et al., The commercial storage of fruits, vegetables, and florists and nursery stocks. Agri. Handbook. No. 66. U.S.D.A ; Salunkhe, D. K., and Desai, B.B., Postharvest biochemistry of fruits. Vol. Ⅰ.P. 29, CRC Press, Florida, USA). 특히 ethylene은 식물의 노화를 촉진하는 호르몬으로(Brady, C.J., 1987. Fruit ripening. Ann. Rev. Plant Physiol. 23:155-174)
이는 과실류를 포함한 엽채류에 있어서도 호흡을 촉진시키고(Kay, S.J., 1991. Stress in harvested products. In Postharvest physiology of perishable plant products. P335-408. AVI. New York, USA. ; Knee, M. and S.G.S. Harfield, 1981. Beberits of ethylene removing during apple storage. Ann Appl. Biol. 98:157-165), 세포벽가수분해 효소를 포함한 여러 종류의 가수분해효소의 활성을 증가시키므로 세포벽의 붕괴에 따른 조직의 연화(Huber, D.J., 1983. The role of cell wall hydrolases in fruit softening. Hort. Rev. 5:169-219), 세포막의 투과성 상실로 인한 조직의 괴사등의 장해를 유발한다.(Lougheed, E. C. 1987. Interactions of oxygen, carbon dioxide, temperature and ethylene level that may induce injuries in vegetables. HortScience 22(5):783-790)
조직의 연화는 원예산물의 저장에 직접적인 영향을 미치므로 청과류 저장산업에 있어 중요한 관심의 대상이 되고 있다.
수확한 작물에 있어 에틸렌은 작물의 수확 후 수명과 품질에 악영향을 미치는 여러 가지 생리적 장해와 관련되어 있는 것으로 밝혀졌다. 이러한 생리적 장해를 미치는 농도는 작물에 따라 다소간의 차이는 있지만 0.1ppm 혹은 그 이하인 것으로 알려져 있다.
최근 이와 같은 저장창고 내에서 원예산물을 에틸렌으로부터 보호하기 위한 수단이 다양하게 강구되어 왔는데 에틸렌 제거방법은 다음과 같은 방법들이 개발되었거나 연구되었다.
1. 저온저장 및 Controlled Atmosphere(CA)저장
에틸렌의 생성은 작물의 호흡과정중에 발생하므로 호흡이 활발하게 이루어지지 못하도록 온도를 저온으로 유지하면서 작물을 저장하는 방법이다. 저온저장은 가장 많이 이용하는 방법이지만 에틸렌 생성을 근본적으로 억제할 수 없으며 저온저장 작물에서도 많은 에틸렌 장해가 발생한다. 최근 CA저장이 여러작물에서 저장력이 매우 효과적인 저장기술로 알려졌다.
CA저장은 현재 저장고내의 대기조성을 인위적으로 조절하여 작물의 선도를 유지하는 기술이나 이 기술은 일반 저온저장보다 유지관리가 매우 까다롭고 시설비 및 운영비가 일반 저온저장고의 2-3배정도 많이 소요됨으로 거의 실용화되고 있지 않다.
참고로 1996년 현재 국내에서는 활용되고 있은 대규모 저온저장시설은 1,529개동 이나 CA저장고는 23개소에 불과하다('98한국식품연감).
2. 활성탄 흡착
활성탄만을 이용하여 대기중의 에틸렌을 활성탄에 흡착시켜 제거하는 방식으로 에틸렌 제거능력은 다른 산화 등을 이용하는 경우보다 낮다. xmrgl 에틸렌 농도가 낮은 경우 제거효과가 적고 활성탄에 흡착된 에틸렌이 재 방출될 수 있으며, 과습시 그 제거력이 감소되는 단점을 가지고 있다.
그러나 활성탄은 반응생성물의 발생이 없어 사용상 안전하고 재활용이 가능한 장점이 있다.
3. 과산화망간칼리(KMnO4 )
과산화망간칼리(KMnO4 )는 지속적인 에틸렌 제거 효능은 좋으나 독성이 강한 중금속이기 때문에 다루는데 주의를 요하며 에틸렌 제거제가 작물에 직접 접촉될 경우 산에 의한 피해를 유발시킬 우려가 있으며, 제거제의 사용 후 재활용이 불가능하며 폐기시에는 많은 주의를 요구한다.
4. 브롬화칼리(KBr2 )
브롬화칼리(KBr2 )는 활성탄에 흡착시켜 건조한 다음 사용하는데 에틸렌 제거 효과는 매우 탁월하며 Br 2 함량이 존속하는 동안 에틸렌 제거 작용을 나타낸다. 그러나 브롬은 물에 의하여 분해될 수 있으므로 과습 조건 또는 과잉의 수분이 존재하는 조건에서는 에틸렌 제거효과가 단축되며, 강산처리를 병행하므로 작물에 접촉될 경우 과실 등의 표피를 갈변시킬 수 있고, 가격이 비싸다는 단점이 있다.
5. PdCl 2
PdCl2 는 촉매작용을 이용하여 에틸렌을 촉매적 산화를 시키므로 제거하는 방법으로 산화적 촉매의 방법을 이용하기 때문에 물에 의하여 영향을 받지 않으나 대량의 에틸렌이 발생하는 조건에서는 제거효능이 낮다.
6.오존(O3 )
오존(O3 )은 강력한 산화제로 공기 중의 에틸렌 제거에 이용될 수 있지만 원예산물이 오존에 노출될 경우 직접적인 피해를 일으키므로 산업용 저장고의 에틸렌 제거에 이용할 경우 오존이 저장고 내로 혼입되는 것을 방지할 다른 장치 및 방법 등 부가적인 장비가 소요되는 실정이다. 이상에서 살펴본 방법들은 대부분 에틸렌 단일 가스만을 제거하기 위한 목적일 뿐 이며 고농도에서 저농도까지 전 범위에서 에틸렌을 제거하는 기술은 없다.
혹은 저장 과정중 작물의 생육과정에서 동시에 발생되는 에틸렌 이외의 갈변장해의 원인이 되는 이산화탄소에 대해서는 제거를 못한다는 공통적인 문제점을 가지고 있다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제10-2002-0071592호(2002년 09월 13일 공고, 발명의 명칭 : 에틸렌 가스 및 이산화탄소 제거 방법 및 제거 장치)에 개시되어 있다.
일반적인 에틸렌가스 제거장치는, 하부로부터 공기를 흡입하여 상부로 배출하면서 에틸렌가스를 흡착시키기 때문에 공기 보다 비중이 작아 저장공간의 상부에 주로 위치되는 에틸렌가스를 효과적으로 흡착하기 어려운 문제점이 있다.
또한, 일반적인 에틸렌가스 제거장치는, 송풍량 및 에틸렌가스의 흡착율을 조절하기 어렵기 때문에 저장되는 원예산물의 종류에 따라 적당한 에틸렌가스 농도를 이루기가 용이치 않는 문제점이 있다.
따라서 이를 개선할 필요성이 요청된다.
본 발명은 과일 등과 같은 원예산물에서 발생되는 에틸렌가스를 흡착하여 원예산물의 신선도를 유지할 수 있도록 하고, 저장공간 내부에서 발생되는 에틸렌가스를 효과적으로 제거할 수 있는 원예산물용 에틸렌가스 제거장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은, 저장공간의 하부 또는 상부로부터 공기를 흡입할 수 있도록 복수 개의 흡입구와 토출홀부가 구비되는 캐비닛; 상기 캐비닛 내부를 통과하는 공기 중에 포함되는 에틸렌가스를 흡착하도록 카트리지가 설치되어 이루어지는 흡착부; 상기 카트리지를 상기 흡착부에 결합 또는 분리시키는 착탈부; 및 상기 흡입구를 통해 저장공간의 공기를 흡입하여 상기 흡착부를 통과시키도록 상기 캐비닛에 구비되는 송풍부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상기 흡입구는, 상기 캐비닛에 형성되는 제1흡입구; 및 상기 캐비닛에 형성되는 제2흡입구를 포함하고, 상기 제2흡입구에는 저장공간의 상부로 연장될 수 있는 주름관이 연결되고, 상기 주름관에는 흡입그릴이 설치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상기 캐비닛에는 격벽에 의해 구획되어 이루어지는 전장실이 구비되고, 상기 전장실을 개폐하도록 토출홀부가 구비되는 커버가 설치되며, 조작부 및 상기 송풍부에 연결되는 케이블의 연결되는 터미널블록이 설치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상기 흡입구 내측에는 상기 캐비닛 내부로 유입되는 공기 중에 포함되는 세균을 박멸할 수 있도록 살균램프가 설치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상기 흡착부는, 상기 캐비닛 내부를 구획하고 복수 개의 통과홀부 및 상기 통과홀부 사이에 설치되는 구획바를 구비하는 안착패널; 및 상기 통과홀부를 통과하는 공기 중에 포함되는 에틸렌가스를 흡착하도록 상기 안착패널에 설치되는 상기 카트리지를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상기 착탈부는, 상기 구획바에 설치되는 체결부재; 상기 구획바 외측으로 돌출되어 상기 카트리지를 구속하도록 상기 구획바에 안착되고 상기 체결부재가 통과되는 구속패널; 및 상기 체결부재에 결합되는 너트부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상기 송풍부는, 상기 흡착부에 대향되도록 상기 캐비닛에 설치되는 후드부재; 상기 후드부재에 설치되는 송풍팬; 상기 송풍팬의 배출구로부터 상기 토출홀부 측으로 연장되는 토출관; 및 상기 토출관에 설치되고 상기 토출관으로부터 토출되는 공기가 상기 전장실 또는 커버에 충돌되는 것을 방지하는 가이드부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상기 카트리지는, 환 구조의 기공을 갖고 층상을 이루는 탄소 구조체; 및 상기 탄소 구조체의 기공 내부에 도핑된 세라믹 또는 제올라이트를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 원예산물용 에틸렌가스 제거장치는, 저장공간의 상부로부터 에틸렌가스를 포함할 수 있는 제2흡입구가 구비되므로 저장공간 내에 발생되는 에틸렌가스를 효과적으로 포집하여 제거할 수 있어 원예산물의 신선도를 유지할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 원예산물용 에틸렌가스 제거장치는, 송풍팬의 구동시산 또는 정지시간을 조절하여 송풍량을 용이하게 조절할 수 있으며, 공기 유로가 효과적으로 개선되어 저장공간 내부의 공기를 원활히 순환시킬 수 있어 저장공간에서 발생되는 에틸렌가스를 효과적으로 제거할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 원예산물용 에틸렌가스 제거장치는, 복수 개의 카트리지를 쉽게 설치 또는 분리할 수 있으므로 카트리지의 교체작업을 용이하게 행할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 원예산물용 에틸렌가스 제거장치가 도시된 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 원예산물용 에틸렌가스 제거장치의 배면 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 원예산물용 에틸렌가스 제거장치가 도시된 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 원예산물용 에틸렌가스 제거장치가 도시된 구성도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 원예산물용 에틸렌가스 제거장치의 흡착부 및 착탈부가 도시된 분해 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 원예산물용 에틸렌가스 제거장치의 송풍부가 도시된 사시도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 원예산물용 에틸렌가스 제거장치의 일 실시예를 설명한다.
이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.
또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로써, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다.
그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 원예산물용 에틸렌가스 제거장치가 도시된 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 원예산물용 에틸렌가스 제거장치의 배면 분해 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 원예산물용 에틸렌가스 제거장치가 도시된 단면도이다.
또한, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 원예산물용 에틸렌가스 제거장치가 도시된 구성도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 원예산물용 에틸렌가스 제거장치의 흡착부 및 착탈부가 도시된 분해 사시도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 원예산물용 에틸렌가스 제거장치의 송풍부가 도시된 사시도이다.
도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 원예산물용 에틸렌가스 제거장치는, 저장공간의 하부 또는 상부로부터 공기를 흡입할 수 있도록 복수 개의 흡입구(12, 14)와 토출홀부(34)가 구비되는 캐비닛(10)과, 캐비닛(10) 내부를 통과하는 공기 중에 포함되는 에틸렌가스를 흡착하도록 카트리지(58)가 설치되어 이루어지는 흡착부(50)와, 카트리지(58)를 흡착부(50)에 결합 또는 분리시키는 착탈부(70)와, 흡입구(12, 14)를 통해 저장공간의 공기를 흡입하여 흡착부(50)를 통과시키도록 캐비닛(10)에 구비되는 송풍부(80)를 포함한다.
캐비닛(10) 전면 상부에 구비되는 조작부(16)를 조작하여 에틸렌가스 제거장치를 구동시키면 송풍부(80)의 작동에 의해 흡입구(12, 14)를 통해 저장공간 내부의 공기가 캐비닛(10) 내부로 유입되고, 캐비닛(10) 내부에 설치되는 흡착부(50)를 통과하면서 공기 중에 포함되는 에틸렌가스가 카트리지(58)에 흡착된 후에 캐비닛(10) 외부로 배출된다.
따라서 과일 등의 원예산물이 저장되는 창고 내부에 에틸렌가스 농도가 낮아지게 되고, 에틸렌가스 농도를 조절하여 원예산물의 신선도를 유지할 수 있게 된다.
흡입구(12, 14)는, 캐비닛(10)에 형성되는 제1흡입구(12)와, 캐비닛(10)에 형성되는 제2흡입구(14)를 포함하고, 제2흡입구(14)에는 저장공간의 상부로 연장될 수 있는 주름관(14a)이 연결되고, 주름관(14a)에는 흡입그릴(14b)이 설치된다.
제1흡입구(12)는 캐비닛(10)의 전면 하부에 다수 개의 홀부가 연속되게 형성되어 제1흡입구(12)를 이루게 되고, 캐비닛(10)의 배면 하부에는 원형의 제2흡입구(14)가 형성된다.
제2흡입구(14)에는 길이가 가변될 수 있는 주름관(14a)이 설치되고, 주름관(14a)의 단부에는 흡입그릴(14b)이 설치되므로 흡입그릴(14b)을 저장공간의 상부에 거치시켜 저장공간의 상부로부터 공기를 흡입할 수 있다.
에틸렌가스는 공기와 비교하여 비중이 작으므로 과일로부터 배출되는 에틸렌가스는 주로 저장공간의 상부에 배치되므로 주름관(14a)을 연장시켜 흡입그릴(14b)을 저장공간의 상부에 배치시키면 저장공간의 상부로부터 공기를 흡입하여 에틸렌가스의 효과적인 제거작업을 행할 수 있게 된다.
캐비닛(10)의 저면에는 복수 개의 바퀴(10a)가 설치되므로 캐비닛(10)을 저장공간 내부에서 이동시킬 수 있어 과일이 저장되는 공간으로 캐비닛(10)을 이동시키면서 효과적인 에틸렌가스 제거작업을 행할 수 있게 된다.
또한, 복수 개의 바퀴(10a) 중에 캐비닛(10)의 배면 측에 설치되는 바퀴(10a)에는 스토퍼가 설치되므로 캐비닛(10)의 이동을 완료한 후에는 스토퍼를 조작하여 캐비닛(10)이 유동되는 것을 방지하게 된다.
또한, 캐비닛(10)에는 격벽에 의해 구획되어 이루어지는 전장실(30)이 구비되고, 전장실(30)을 개폐하도록 토출홀부(34)가 구비되는 커버(32)가 설치되며, 조작부(16) 및 송풍부(80)에 연결되는 케이블의 연결되는 터미널블록(36)이 설치된다.
캐비닛(10) 내부는 수평방향으로 길게 설치되는 격벽에 의해 상부와 하부로 구획되며, 캐비닛(10) 상부에 구비되는 공간은 조작부(16) 및 송풍부(80)로 연결되는 케이블이 배치되고, 각종 케이블이 연결되는 인쇄회로기판이 설치되는 전장실(30)을 이루게 된다.
전장실(30)에는 다수 개의 케이블이 연결되는 터미널블록(36)이 설치되고, 터미널블록(36)에는 다수 개의 연결홈부(37)가 형성되어 각각의 연결홈부(37)에 케이블이 연결된다.
터미널블록(36)의 상면에는 저장공간의 천장으로부터 떨어지고 커버(32)를 통과하는 수분이 케이블의 연결부위에 접촉되는 것을 방지할 수 있도록 투명재질을 포함하는 차단패널(38)이 착탈 가능하게 설치된다.
또한, 제1흡입구(12) 및 제2흡입구(14)는 캐비닛(10) 하부에 서로 대향되게 배치되고, 제1흡입구(12) 및 제2흡입구(14)와 대향되는 캐비닛(10) 저면에는 캐비닛(10) 내부로 유입되는 공기 중에 포함되는 세균을 박멸할 수 있도록 살균램프(18)가 설치된다.
따라서 저장공간에 서식하는 세균을 박멸할 수 있으며, 살균램프(18)는 자외선램프 등 다양한 살균램프(18)가 적용될 수 있다.
흡착부(50)는, 캐비닛(10) 내부를 구획하고 복수 개의 통과홀부(56) 및 통과홀부(56) 사이에 설치되는 구획바(54)를 구비하는 안착패널(52)과, 통과홀부(56)를 통과하는 공기 중에 포함되는 에틸렌가스를 흡착하도록 안착패널(52)에 설치되는 카트리지(58)를 포함한다.
안착패널(52)은 제1흡입구(12) 및 제2흡입구(14)로부터 상측에 수평방향으로 길게 설치되어 캐비닛(10)의 상부와 하부를 구획하며, 다수 개의 안착패널(52)이 간격을 유지하며 배치되어 각각의 안착패널(52)에 다수 개의 카트리지(58)가 설치될 수 있게 된다.
본 실시예는 3개의 안착패널(52)이 설치되고, 각각의 안착패널(52)에 3개의 통과홀부(56)가 형성되어 총 9개의 카트리지(58)가 설치될 수 있으며, 안착패널(52)의 개수와 통과홀부(56)의 개수는 다양하게 변형이 가능하다.
작업자는 착탈부(70)를 조작하여 카트리지(58)를 통과홀부(56)에 결합 또는 분리할 수 있으므로 카트리지(58)의 교체작업을 용이하게 행할 수 있게 된다.
착탈부(70)는, 구획바(54)에 설치되는 체결부재(74)와, 구획바(54) 외측으로 돌출되어 카트리지(58)를 구속하도록 구획바(54)에 안착되고 체결부재(74)가 통과되는 구속패널(72)과, 체결부재(74)에 결합되는 너트부재(76)를 포함한다.
한 쌍의 구획바(54) 사이에 카트리지(58)를 안착시키면 통과홀부(56)를 카트리지(58)가 커버(32)하게 되고, 안착패널(52)의 전방측 단부 및 후방측 단부에 설치되는 걸림편(57)에 의해 카트리지(58)의 전후방향 위치가 결정되어 통과홀부(56) 전체를 카트리지(58)에 의해 커버(32)할 수 있게 된다.
상기한 바와 같이 카트리지(58)를 안착시킨 후에 구획바(54) 상면에 구속패널(72)을 안착시키면 구속패널(72)에 형성되는 홀부를 통해 복수 개의 체결부재(74)가 삽입되면서 구속패널(72)이 정확한 위치에 안착되도록 하고, 체결부재(74)와 너트부재(76)를 결합하여 구속패널(72)이 카트리지(58)의 테두리를 하측 방향으로 가압하게 된다.
구속패널(72)은 구획바(54)와 비교하여 폭이 넓게 형성되므로 구획바(54)의 양측 단부로부터 측 방향으로 돌출되는 구속패널(72)의 단부가 카트리지(58)의 테두리를 하측 방향으로 가압하게 된다.
송풍부(80)는, 흡착부(50)에 대향되도록 캐비닛(10)에 설치되는 후드부재(84)와, 후드부재(84)에 설치되는 송풍팬(82)과, 송풍팬(82)의 배출구로부터 토출홀부(34) 측으로 연장되는 토출관(86)과, 토출관(86)에 설치되고 토출관(86)으로부터 토출되는 공기가 전장실(30) 또는 커버(32)에 충돌되는 것을 방지하는 가이드부재(88)를 포함한다.
후드부재(84)는 흡착부(50) 상부에 설치되어 흡착부(50)를 통과한 공기를 캐비닛(10)의 중앙부 측으로 모아지게 안내하며, 후드부재(84)의 상면에는 한 쌍의 송풍팬(82)이 설치된다.
한 쌍의 송풍팬(82)은 브래킷(82a)에 의해 전장실(30) 저면에 서로 이격되게 설치되고, 송풍팬(82)의 토출홀부(34)로부터 전장실(30) 내부로 한 쌍의 토출관(86)이 연결된다.
따라서 송풍팬(82)에 의해 압송되는 공기는 토출관(86)을 따라 전장실(30) 내부로 분사되고, 전장실(30)의 상면을 이루는 커버(32)의 토출홀부(34)를 통해 캐비닛(10) 외부로 배출된다.
후드부재(84)는 하부로부터 상부로 갈수록 단면적이 좁아지는 후드모양으로 형성되고, 저면이 개방되므로 다수 개의 카트리지(58)를 통과하는 공기가 중앙부로 모아지도록 공기를 안내하게 된다.
따라서 다수 개의 카트리지(58) 중에 중앙부에 설치되는 카트리지(58)에 공기압이 집중되는 것을 방지하고, 다수 개의 카트리지(58)에 균등한 공기압이 발생되면서 다수 개의 카트리지(58)에 고르게 공기가 통과하도록 유도하게 된다.
또한, 후드부재(84)에 설치되는 송풍팬(82)은 1개 또는 복수 개가 설치될 수 있으며, 이는 본 발명의 기술구성을 인지한 당업자가 용이하게 변경할 수 있는 것이므로 다른 실시예에 대한 구체적인 도면이나 설명은 생략하기로 한다.
토출관(86)의 단부에는 각각 가이드부재(88)가 설치되고, 가이드부재(88)는 4개의 측면이 개방되도록 배출홀부(88a)가 형성되고, 가이드부재(88)의 상면에는 양측 방향으로 낮아지는 경사면(88b)이 형성된다.
따라서 토출관(86)을 따라 분사되는 공기는 경사면(88b)에 충돌된 후에 배출홀부(88a)를 통해 전장실(30) 내부로 유입되고, 토출홀부(34)를 통해 전장실(30) 외부로 배출되어 전장실(30) 내벽 또는 커버(32)에 공기가 충돌되는 것을 방지할 수 있게 된다.
카트리지(58)는, 환 구조의 기공을 갖고 층상을 이루는 탄소 구조체와, 탄소 구조체의 기공 내부에 도핑된 세라믹 또는 제올라이트를 포함한다.
환 구조의 기공을 갖고, 층상을 이루는 탄소 구조체
본 발명의 나노 흡착제가 흡착용해 메커니즘을 갖기 위해서는 흡착미셀(Admicelle)인 세라믹 및/또는 제올라이트의 나노 크기의 핵을 형성하기 위한 탄소 구조체(Matrix)가 중요한 요소가 된다.
본 발명에서 탄소 구조체의 원료물질은 특별히 제한되지 않으나, 야자각, 대나무, 참나무, 왕겨, 살구씨, 복숭아씨, 또는 대추씨 등의 천연물로 이루어지는 제 1 그룹; 및 석탄재, 석탄 및 석유 피치계 등의 제2그룹으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상을 사용할 수 있다. 바람직하게는 제 1 그룹에서 선택된 2종 및 제2그룹에서 선택된 1종을 포함하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 제1그룹에서 왕겨 및 대나무를 포함하고, 제2그룹에서 석탄계 피치를 포함하는 것이 바람직하다.
제1그룹의 왕겨는 수십 ㎛의 거대 기공이 방사형으로 잘 발달되어 있고, 왕겨의 구성 성분인 셀룰로오스 및 니그린은 탄소 구조체를 형성할 수 있으며, 유기 실리카는 나노 크기의 세라믹으로 전환되어 흡착미셀(admicelle)의 핵으로 작용할 수 있기 때문이다.
또한 저비점 유기물질은 탄소 구조체 기벽 또는 결합체로써 전환될 수 있어 보다 바람직한 원료물질이다.
또한 제1그룹의 대나무는 연질부와 경질부로 구성되어 있고, 연질부는 평균 약 100㎛의 직성 형태의 거대 기공을 갖고 있어, 본 발명의 흡착미셀(Admicelle)의 핵을 제조하기 위한 탄소 구조체에 적합하다.
또한 대나무의 구성성분인 저분자 유기물 및 니그린은 탄소 구조체 기벽을 강화하는 역할을 할 수 있다.
제2그룹은 고분자 유기물 또는 타르를 형성하여 탄소 구조체의 결합 및 기벽의 강도를 강화하는 역할을 한다.
제1그룹의 단점인 구조체의 강도를 보강하고, 탄소 구조체간의 네트워크(Network)를 화학적 결합에 의하도록 한다.
제2그룹의 함량은 제1그룹 100 중량부에 대하여 10 내지 40 중량부인 것이 바람직하다.
세라믹 및/또는 제올라이트
본 발명의 탄소 구조체의 기공 내부에 도핑된 세라믹 및/또는 제올라이트는 알루민산 나트륨 흡착미셀 및 탄소 구조체의 원료물질에 포함된 유기 실리카의 교질화 반응에 의하여 형성된다. 본 발명에서는 유기 실리카를 무정형 알루미노 실리케이트로 성장시키고, 알루민산 나트륨에 의하여 분자의 크기를 조절하는 것을 특징으로 한다.
세라믹 및/또는 제올라이트는 평균입경이 1 내지 30nm인 것이 바람직하고, 상기 평균입경이 30nm를 초과하는 경우에는 탄소구조체 기공 내부에 들어 갈 수 없다. 또한 상기 세라믹 및/또는 제올라이트의 구체적인 종류는 SiO₂, 무정형 알루미노 실리케이트, 제올라이트 X, 제올라이트 Y, ZSM-5, 및 제올라이트 β로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상인 것이 바람직하다.
또한 세라믹 및/또는 제올라이트의 함량은 탄소 구조체 100 중량부에 대하여 0.1 내지 60 중량부인 것이 바람직하다.
본 발명은 나노 복합체의 세라믹 또는 제올라이트의 표면에 나노금속입자를 포함할 수 있다.
나노금속입자
본 발명에 따른 나노 흡착체는 환 구조의 기공 내부에 도핑된 세라믹 또는 제올라이트를 포함하고, 세라믹 또는 제올라이트 표면에 나노금속입자를 포함할 수 있다.
탄소 구조체의 기공의 평균입경은 50 내지 100nm이기 때문에 나노금속입자의 평균입경은 1 내지 20nm이하가 바람직하다.
나노금속입자는 Ag, Pd, Pt, Au, TiO₂, Fe, Zn, 또는 Cu의 단종류의 나노금속입자; 및 Ag/Fe, Pd/Fe, TiO₂/Fe, Pt/Fe, Au/Fe, Ag/Zn, Pd/Zn, TiO₂/Zn, Pt/Zn, Au/Zn, Ag/Cu, Pd/Cu, TiO₂/Cu, Pt/Cu, Au/Cu 등의 2종류의 나노금속입자로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
바람직하게는 나노금속입자는 나노크기의 전이금속 지지체 표면에 분자단위의 귀금속 흡착미셀(Admicelle)이 피복되어 있는 것이 바람직하다.
전이금속은 Fe, Zn, Cu, Ti로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상인 것이 바람직하고, 귀금속 흡착미셀은 Ag, Pd, Pt, 및 Au로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상인 것이 바람직하다.
본 발명은 또한 A) 탄소 구조체의 원료물질 및 개질화 물질을 혼합하는 단계; B) 상기 혼합물에 알루민산 나트륨을 혼합하여 교질화하는 단계; C) 교질화된 혼합물을 불용화하여 측쇄 환 구조의 기공을 갖는 탄소 구조체를 형성하는 단계; D) 탄화 및 활성화하여 환 구조의 기공을 갖고, 층상을 이루는 탄소 구조체를 형성하는 단계; 및 E) 수열처리하여 세라믹 또는 제올라이트를 탄소 구조체의 기공 내부에 도핑하는 단계를 포함하는 원예산물의 선도 유지용 나노 흡착제의 제조방법에 관한 것이다.
이하 본 발명에 따른 나노 흡착제의 제조방법을 상세히 설명한다.
A) 탄소 구조체의 원료물질 및 개질화 물질을 혼합하는 단계
탄소 구조체(Matrix)를 제조하기 위한 ⅰ)원료물질은 특별히 제한되지 않으나, 야자각, 대나무, 참나무, 왕겨, 살구씨, 복숭아씨, 또는 대추씨 등의 천연물로 이루어지는 제 1 그룹 및 석탄재, 석탄 및 석유 피치계 등의 제2그룹으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상을 사용할 수 있다.
바람직하게는 제1그룹에서 선택된 2종 및 제1그룹에서 선택된 1종을 포함하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 제1그룹에서 왕겨 및 대나무를 포함하고 제2그룹에서 석탄계 피치를 포함하는 것이 바람직하다.
ⅰ)원료물질에서의 함량은 제1그룹의 원료물질 100 중량부에 대하여 제2그룹의 원료물질 10 내지 40 중량부인 것이 바람직하다.
ⅰ)원료물질은 100 메쉬(mesh)이하, 보다 바람직하게는 80메쉬 이하로 분쇄하는 것이 바람직하다.
ⅱ)개질화물질은 원료물질의 불용화 및 탄화 과정에서 발생하는 직쇄 저분자물질을 측쇄 고분자물질로 전환하는 역할을 한다.
ⅱ)개질화물질은 스틸렌부타디엔스틸렌(Stylene Butadien Stylene: SBS), 니트로벤젠, 니트릴부타디엔고무(Nitile Butadien Rubber: NBR) 등을 사용할 수 있으며, 니트로벤젠이 바람직하다.
ⅱ)개질화물질의 함량은 원료물질 100 중량부에 대하여 0.5 내지 20중량부인 것이 바람직하고, 5 내지 15 중량부가 보다 바람직하다.
함량이 0.5 중량부 미만인 경우 개질화가 일어나지 않을 우려가 있고, 20 중량부를 초과하는 경우 개질화가 과다하게 발생하여 물성에 지장을 초래할 우려가 있다.
B) 상기 A) 단계의 혼합물에 알루민산 나트륨을 혼합하여 교질화하는 단계
탄소구조체의 원료물질에 포함된 유기 실리카를 성장시키고, 나노크기의 세라믹을 형성시키는 단계로, 본 발명의 중요한 단계이다.
본 단계의 조건에 따라 세라믹 또는 제올라이트의 종류, 사이즈 및 형태가 결정된다.
이 단계는 A)단계의 혼합물에 ⅲ)알루민산 나트륨(NaAlO₂) 및 수산화나트륨(NaOH)를 혼합하는 것으로써, 반응메커니즘은 졸-겔법에 의존하고, 반응식은 하기와 같다.
[반응식 1]
≡Si-OH + NaOH → ≡Si-O-Na+ +H₂O
[반응식 2]
≡Si-OH + Na+O--Si≡ → ≡Si-O-Si≡ + NaOH
[반응식 3]
≡Si-OH + OH-Si → Si-O-Si +H₂O
[반응식 4]
(RO)₄Si + OH-Si(OR)₃→ (RO)₃Si-O-Si(OR)₃+ROH
[반응식 5]
≡Si-OH + Na+O-Al≡ → ≡Si-O-Al +NaOH
[반응식 6]
≡Si-OH + Na+O-Al-O-Si≡ → ≡Si-O-Al-O-Si≡
반응식1과 같이 ⅰ)원료물질에 함유되어 있는 유기 실리카는 수산화나트륨(NaOH)과 반응하여 나트륨 형태의 수화물을 형성하고, 반응식2와 같이 중합(Polymerization)된다.
따라서 유기 실리카는 수산화나트륨(NaOH)을 촉매로 하여 무정형 알루미노 실리케이트의 망상구조로 성장하게 된다. 이 망상구조를 갖는 무정형 알루미노 실리케이트의 분자 크기를 ⅲ)알루민산 나트륨(NaAlO₂)과 혼합하고, 조절함으로써 나노크기의 세라믹 핵으로 형성시킬 수 있다.
고정상 반응물인 ⅰ)원료물질에 함유되어 있는 유기 실리카 및 유동상 반응물인 ⅲ)알루민산 나트륨(NaAlO2) 및 수산화나트륨(NaOH)를 반응시키기 때문에 분자 상태의 나노 입자상의 일정한 크기와 배열 갖는 생성물을 얻을 수 있다.
그러므로 ⅲ)알루민산 나트륨(NaAlO₂), 수산화나트륨(NaOH) 및 용매로 작용하는 물 함량이 매우 중요하다.
ⅲ)알루민산 나트륨(NaAlO₂)의 농도는 0.8 무게% 내지 6 무게%인 것이 바람직하고, 0.8 무게% 미만인 경우 반응물질의 몰비가 변하여 원하는 제올라이트가 생성되지 않을 우려가 있고, 6 무게% 미만인 경우 제올라이트 P타입이 형성될 우려가 있다.
SiO₂/Al₂O₃의 몰비는 1 내지 100인 것이 바람직하고, 2.5 내지 50인 것이 보다 바람직하다. 몰비가 1 미만인 경우 제올라이트 결정이 형성되지 않을 우려가 있고, 100을 초과하는 경우 제올라이트 P 타입 또는 모더나이트가 형성될 우려가 있다.
Na₂O/SiO₂의 몰비는 0.1 내지 3.0 가 바람직하고, 0.095 내지 1.52가 보다 바람직하다.
몰비가 0.1 미만인 경우 제올라이트 결정이 형성되지 않을 우려가 있고, 3.0 를 초과하는 경우 제올라이트 P 타입 또는 하이드록시 소달라이트가 형성될 우려가 있다.
H₂O/Na₂O의 몰비는 10 내지 100 인 것이 바람직하고, 몰비가 10 미만인 경우 제올라이트 P타입이 형성될 우려가 있고, 100을 초과하는 경우 제올라이트 결정이 형성되지 않을 우려가 있다.
수산화나트륨(NaOH)의 농도는 4무게% 내지 9무게%가 바람직하고, 상기 농도가 4무게% 미만인 경우 제올라이트 결정이 형성되지 않을 우려가 있고, 9무게%를 초과하는 경우 제올라이트 P타입이 형성될 우려가 있다.
교질화 단계의 온도는 25 내지 60℃가 바람직하고, 반응 시간은 0.5 내지 6시간이 바람직하다. 상기 온도가 25℃ 미만인 경우 반응속도가 지연될 수 있고, 60℃를 초과하는 경우 반응속도가 지나치게 빨라져 다른 타입의 제올라이트가 형성될 우려가 있으며, 반응시간이 0.5 시간 미만인 경우 제올라이트가 충분히 성장하지 못할 우려가 있고, 6시간을 초과하는 경우 다른 타입의 제올라이트가 형성될 우려가 있다.
ⅲ)알루민산 나트륨은 수산화알루미늄(Al(OH)₃), 수산화나트륨, 및 계면활성제를 혼합하여 제조할 수 있다.
이의 반응식은 하기와 같고, 반응온도는 100℃에서 130℃가 적당하며, 반응 시간은 1 내지 2시간이 바람직하다.
[반응식 7]
Al(OH)₃ + NaOH → NaAlO₂ +3H₂O
알루민산 나트륨(NaAlO₂)의 출발물질로, 보크사이트, 알루미늄드로스(Aldross), 황산알루미늄[Al₂(SO₄)₃], 염화알루미늄(AlCl₃), 및 질화알루미늄[Al(NO₃)₃]으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 사용할 수 있고, 계면활성제는 젤라틴, 알긴산염, 카르복실메틸셀루로스(Carboxyl methyl cellulose:CMC), 양이온 계면활성제, 및 음이온 계면활성제로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 사용할 수 있다.
C) 교질화된 혼합물을 불용화하여 측쇄 환 구조의 기공을 갖는 탄소 구조체를 형성하는 단계
불용화 공정은 ⅰ)원료물질의 열분해시 발생하는 저비점 물질을 고비점 물질로 고분자반응(Polymerization)시키는 것으로, 저분자 직쇄 유기물질을 환구조 화합물(Ring Structure Compound)로 전환하는 공정이다.
본 발명에 있어 본 공정의 특징은 ⅱ)개질화 물질을 사용하여 유리된 저비점 유기물과 석탄계에서 발생하는 저비점 유기물질을 니트로벤젠과 반응시켜 측쇄 환구조(Ring Structure)를 갖는 고비점 물질로 고분자반응(Polymerization)을 하는 것이다. 고비점의 환구조 화합물은 탄소 구조체를 형성하는 물질이기 때문에 매우 중요한 공정이다.
이 불용화 반응에 따라 본 발명의 나노 복합체의 탄소 구조체의 수율, 강도, 비표면적, 및 기공분포 등의 성능이 결정된다.
반응온도는 150℃ 내지 350℃온도가 바람직하고, 이때 온도 상승 속도는 5℃/분 내지 10℃/분이 바람직하다.
온도가 150℃ 미만인 경우 고분자 반응(Polymerization)이 개시되지 않을 우려가 있고, 350℃를 초과하는 경우 측쇄 환구조가 파손될 우려가 있으며, 온도 상승 속도가 5℃/분 미만인 경우 반응 속도가 지연될 우려가 있고, 10℃/분 초과하는 경우 고비점의 환구조 화합물이 형성되지 않을 우려가 있다.
반응시간은 2 내지 12시간이 바람직하고, 4 내지 6시간이 보다 바람직하다. 상기 반응 시간이 2시간 미만인 경우 개질화 반응이 일어나지 않을 우려가 있고, 12시간을 초과하는 경우 고비점의 환구조 화합물이 형성되지 않을 우려가 있다.
촉매는 산소(O₂)를 사용할 수 있고, 산소 농도는 5부피% 내지 20부피%가 바람직하며, 나머지는 질소인 것이 바람직하다.
산소 농도의 부피가 5부피% 미만인 경우 개질화 반응이 일어나지 않을 우려가 있고, 20부피%를 초과하는 경우 연소될 우려가 있다.
D) 탄화 및 활성화하여 층상 환구조의 탄소 구조체를 형성하는 단계
탄화공정은 측쇄 환구조의 탄소 구조체를 탈산소, 탈수소 반응을 거쳐 층상 환구조(Layered Carbon Ring Structure)의 탄소 구조체로 전환하는 공정이다.
반응온도는 환원 분위기하에서 500 내지 800℃가 바람직하고, 600℃ 내지 700℃가 보다 바람직하다. 상기 온도가 500℃미만인 경우 탄소 구조체로 전환되지 않을 우려가 있고, 800℃를 초과하는 경우 환구조의 탄소가 열 분해되어 단분자의 탄소로 분해될 우려가 있다.
탄화공정에서는 과량의 열에너지가 발생하므로 연쇄반응에 의한 반응열을 냉각시키기 위해서 과량의 환원가스를 공급하는 것이 바람직하다.
탄화시간은 0.5 내지 6시간이 바람직하고, 2시간 내지 4시간 보다 바람직하다. 상기 시간이 0.5 미만인 경우 탄소 구초제로 전환되지 않을 우려가 있고, 6시간을 초과하는 경우 환구조의 탄소가 열 분해 될 우려가 있다.
탄화공정을 거친 후에 미세기공(Micro Pore) 및 중기공(Meso Pore)를 생성시키는 활성화 단계를 수행하게 된다.
활성화 단계는 탄화된 제품의 1 내지 5배의 수증기를 투입하여 수행하는 것이 바람직하고, 1.5 내지 2 배의 수증기를 투입하는 것이 보다 바람직하다. 이때 수증기 이외에 CO₂ 또는 공기, KOH등을 사용하는 것도 가능하다.
활성화 온도는 700℃ 내지 900℃가 바람직하고, 850℃ 내지 900℃가 보다 바람직하다. 활성화 시간은 0.5 내지 12시간이 바람직하고, 2 내지 6 시간이 보다 바람직하다. 상기 온도가 700℃ 미만인 경우 활성화가 일어나지 않을 우려가 있고, 900℃를 초과하는 경우 제품 수율 저하의 우려가 있다. 또한 상기 시간이 0.5 시간 미만인 경우 활성화가 일어나지 않을 우려가 있고, 12시간을 초과하는 경우 제품 수율 저하의 우려가 있다.
E) 수열 처리하여 세라믹 및/또는 제올라이트를 형성하는 단계
수열 처리하는 단계는 나노 구조를 갖는 탄소 구조체의 기공 내부에서 나노 크기의 세라믹 및 제올라이트를 결정화하여 거대기공 내부에 도핑(Dopping)하는 단계이다. 이 단계에서 나노 실리카, 나노 알루미노 실리케이트, 제올라이트 X, 제올라이트 Y, ZSM-5, 또는 제올라이트β로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 탄소 구조체의 기공 내부에 도핑할 수 있는 것이 특징이다.
본 발명의 수열처리는 핵 성장 및 결정화 공정을 포함하는 것이다. 핵 성장 공정은 1 내지 12무게%농도의 알칼리 수용액를 첨가하고, 25 내지 60℃에서, 1 내지 24 시간 동안 수행하는 것이 바람직하다.
알칼리 수용액의 농도가 1 무게%미만인 경우 반응 물질의 몰비가 변하여 원하는 제올라이트가 생성되지 않을 우려가 있고, 12 무게%를 초과하는 경우 다른 타입의 제올라이트가 형성될 우려가 있다. 또한 상기 온도가 25℃ 미만인 경우 반응 속도가 느려질 우려가 있고, 60℃를 초과하는 경우 다른 타입의 제올라이트가 형성될 우려가 있고, 시간이 1 시간 미만인 경우 원하는 제올라이트가 생성되지 않을 우려가 있고, 24시간을 초과하는 경우 다른 타입의 제올라이트가 형성될 우려가 있다.
핵 성장 공정을 거친 후 80 내지 250℃에서, 2 내지 24 시간 동안 결정화 공정을 수행한다. 상기 온도가 80℃ 미만인 경우 반응속도가 느려질 우려가 있고, 250℃를 초과하는 경우 다른 타입의 제올라이트가 형성될 우려가 있다.
또한 시간이 2시간 미만인 경우 원하는 제올라이트가 생성되지 않을 우려가 있고, 24 시간을 초과하는 경우 다른 타입의 제올라이트가 형성될 우려가 있다.
본 발명에 따른 나노 복합체의 제조방법에서는 또한 F) 세라믹 및/또는 제올라이트 표면에 나노금속입자를 피복하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
F) 세라믹 및/또는 제올라이트 표면에 나노금속입자를 피복하는 단계
세라믹 및/또는 제올라이트 표면에 나노금속 입자를 피복하는 단계는 탄소 구조체의 기공 내부에 도핑된 세라믹 또는 제올라이트 표면에 나노금속입자를 피복하는 단계이다.
본 발명에 따른 나노금속입자는 단종류 또는 전이금속 지지체 표면에 분자단위의 귀금속 흡착미셀이 포함되어 있는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 전이금속 지지체 표면에 분자단위의 귀금속 흡착미셀이 포함되어 있는 것이다.
전이 금속은 Fe, Zn, Cu및 Ti로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상인 것이 바람직하고, 귀금속은 Ag, Pd, Pt 및 Au로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상인 것이 바람직하다.
보다 구체적으로 나노금속입자의 제조방법은 AgNO₃, PdCl₂, TiCl₄, FeCl₂, Fe(NO₂)₂, Zncl₄, 및 Cu[(NO)₃]₂로 이루어지는 군으로부터 하나 이상을 선택하고, 이를 계면활성제를 포함한 용액에 적하 반응 하여 제조한다.
계면활성제는 젤라틴, 알긴산염, 카르복실메틸셀루로즈(Carboxyl methyl cellulose: CMC), 및 에틸렌비닐아세테이트(Ethylene Vinyl Acetate: EVA)로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 사용할 수 있고, 농도는 2 내지 10무게%가 바람직하다. 이 때 용액의 pH는 10 내지 13인 것이 바람직하고, pH조절제로 NaOH, KOH, 또는 Na₂CO₃ 등을 사용할 수 있다.
전이금속 흡착미셀(Admicelle)에 귀금속 산화물을 서서히 적하 반응하여 전이금속 흡착미셀(Admicelle)에 귀금속 산화물을 흡착시킨다.
이때 용액의 pH는 9 내지 12가 바람직하고, 반응온도는 25℃ 내지 90℃가 바람직하다.
반응시간은 2 내지 6시간이 바람직하고, 3 내지 4 시간이 보다 바람직하며, 반응 후 중심금속표면에 귀금속이 피복된 생성물을 얻을 수 있다.
제조된 나노사이즈 금속흡착미셀(Admicelle)을 나노구조를 갖는 탄소구조체내 거대 기공 표면에 피복(Dopping)하는 공정은 금속흡착미셀이 포함된 수용액에 담지하여 수행될 수 있다.
이때 반응온도는 25℃에서 100℃가 바람직하며, 금속흡착미셀의 농도는 100ppm 내지 10000ppm이 바람직하고, 500ppm 내지 3000ppm이 보다 바람직하고, 탄소구조체 대비 용액의 비가 1 내지 4 배가 바람직하다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 원예산물용 에틸렌가스 제거장치의 작동을 살펴보면 다음과 같다.
작업자가 주름관(14a)을 연장시켜 저장공간의 상부에 거치시키고, 조작부(16)를 조작하여 송풍팬(82)이 구동되면 저장공간의 하부 공기는 제1흡입구(12)를 통해 캐비닛(10) 내부로 유입되고, 저장공간의 상부 공기는 흡입그릴(14b), 주름관(14a) 및 제2흡입구(14)를 통해 캐비닛(10) 내부로 유입된다.
캐비닛(10) 내부로 유입되는 공기는 살균램프(18)로부터 조사되는 빛에 의해 세균이 박멸되고, 통과홀부(56) 및 카트리지(58)를 통과하면서 공기 중에 포함되는 에틸렌가스가 흡착되어 토출관(86) 및 전장실(30) 지나 토출홀부(34)를 통해 저장공간 내부로 배출된다.
상기한 바와 같은 작동이 지속되면 저장공간 내부의 공기가 캐비닛(10) 내부 및 외부로 순환되면서 에틸렌가스가 저감되는 효과가 나타나게 된다.
작업자는 캐비닛(10) 배면에 구비되는 도어를 열어 카트리지(58)의 개수를 조절할 수 있으므로 에틸렌가스의 흡착율을 제어할 수 있으므로 저장공간에 저장되는 과일 들의 원예산물에 적당한 에틸렌가스 농도를 유지할 수 있게 된다.
또한, 조작부(16)를 조작하여 송풍팬(82)의 구동시간, 정지시간 및 구동회수를 설정할 수 있으므로 에틸렌가스의 흡착율을 보다 효과적으로 조절할 수 있게 된다.
이로써, 과일 등과 같은 원예산물에서 발생되는 에틸렌가스를 흡착하여 원예산물의 신선도를 유지할 수 있도록 하고, 저장공간 내의 에틸렌가스 농도를 용이하게 조절할 수 있는 원예산물용 에틸렌가스 제거장치를 제공할 수 있게 된다.
본 발명은 도면에 도시되는 일 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
또한, 원예산물용 에틸렌가스 제거장치를 예로 들어 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 원예산물용 에틸렌가스 제거장치가 아닌 다른 제품에도 본 발명의 에틸렌가스 제거장치가 사용될 수 있다.
따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
10 : 캐비닛 12 : 제1흡입구
14 : 제2흡입구 14a : 주름관
14b : 흡입그릴 16 : 조작부
18 : 살균램프 30 : 전장실
32 : 커버 34 : 토출홀부
36 : 터미널블록 37 : 연결홈부
38 : 차단패널 50 : 흡착부
52 : 안착패널 54 : 구획바
56 : 통과홀부 57 : 걸림편
58 : 카트리지 70 : 착탈부
72 : 구속패널 74 : 체결부재
76 : 너트부재 80 : 송풍부
82 : 송풍팬 82a : 브래킷
84 : 후드부재 86 : 토출관
88 : 가이드부재 88a : 배출홀부
88b : 경사면

Claims (8)

  1. 저장공간의 하부 또는 상부로부터 공기를 흡입할 수 있도록 복수 개의 흡입구와 토출홀부가 구비되는 캐비닛;
    상기 캐비닛 내부를 통과하는 공기 중에 포함되는 에틸렌가스를 흡착하도록 카트리지가 설치되어 이루어지는 흡착부;
    상기 카트리지를 상기 흡착부에 결합 또는 분리시키는 착탈부; 및
    상기 흡입구를 통해 저장공간의 공기를 흡입하여 상기 흡착부를 통과시키도록 상기 캐비닛에 구비되는 송풍부를 포함하고,
    상기 캐비닛에는 격벽에 의해 구획되어 이루어지는 전장실이 구비되고, 상기 전장실을 개폐하도록 토출홀부가 구비되는 커버가 설치되며, 조작부 및 상기 송풍부에 연결되는 케이블의 연결되는 터미널블록이 설치되고,
    상기 송풍부는,
    상기 흡착부에 대향되도록 상기 캐비닛에 설치되는 후드부재;
    상기 후드부재에 설치되는 송풍팬;
    상기 송풍팬의 배출구로부터 상기 토출홀부 측으로 연장되는 토출관; 및
    상기 토출관에 설치되고 상기 토출관으로부터 토출되는 공기가 상기 전장실 또는 커버에 충돌되는 것을 방지하는 가이드부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 원예산물용 에틸렌가스 제거장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 흡입구는,
    상기 캐비닛에 형성되는 제1흡입구; 및
    상기 캐비닛에 형성되는 제2흡입구를 포함하고,
    상기 제2흡입구에는 저장공간의 상부로 연장될 수 있는 주름관이 연결되고, 상기 주름관에는 흡입그릴이 설치되는 것을 특징으로 하는 원예산물용 에틸렌가스 제거장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 흡입구 내측에는 상기 캐비닛 내부로 유입되는 공기 중에 포함되는 세균을 박멸할 수 있도록 살균램프가 설치되는 것을 특징으로 하는 원예산물용 에틸렌가스 제거장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 흡착부는,
    상기 캐비닛 내부를 구획하고 복수 개의 통과홀부 및 상기 통과홀부 사이에 설치되는 구획바를 구비하는 안착패널;
    상기 통과홀부를 통과하는 공기 중에 포함되는 에틸렌가스를 흡착하도록 상기 안착패널에 설치되는 상기 카트리지를 포함하는 것을 특징으로 하는 원예산물용 에틸렌가스 제거장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 착탈부는,
    상기 구획바에 설치되는 체결부재;
    상기 구획바 외측으로 돌출되어 상기 카트리지를 구속하도록 상기 구획바에 안착되고 상기 체결부재가 통과되는 구속패널; 및
    상기 체결부재에 결합되는 너트부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 원예산물용 에틸렌가스 제거장치.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서, 상기 카트리지는,
    환 구조의 기공을 갖고 층상을 이루는 탄소 구조체; 및
    상기 탄소 구조체의 기공 내부에 도핑된 세라믹 또는 제올라이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 원예산물용 에틸렌가스 제거장치.
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