KR101647480B1 - 고농도 과산화수소 증기 제거용 대기압 플라즈마 장치 - Google Patents

고농도 과산화수소 증기 제거용 대기압 플라즈마 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR101647480B1
KR101647480B1 KR1020150148686A KR20150148686A KR101647480B1 KR 101647480 B1 KR101647480 B1 KR 101647480B1 KR 1020150148686 A KR1020150148686 A KR 1020150148686A KR 20150148686 A KR20150148686 A KR 20150148686A KR 101647480 B1 KR101647480 B1 KR 101647480B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
hydrogen peroxide
electrode
plasma
adsorbent
peroxide vapor
Prior art date
Application number
KR1020150148686A
Other languages
English (en)
Inventor
정희수
류삼곤
Original Assignee
국방과학연구소
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 국방과학연구소 filed Critical 국방과학연구소
Priority to KR1020150148686A priority Critical patent/KR101647480B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101647480B1 publication Critical patent/KR101647480B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/32—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by electrical effects other than those provided for in group B01D61/00
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/02—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/26—Drying gases or vapours
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/46—Removing components of defined structure
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/74—General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
    • B01D53/86—Catalytic processes
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/93—Toxic compounds not provided for in groups B01D2257/00 - B01D2257/708
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2259/00—Type of treatment
    • B01D2259/80—Employing electric, magnetic, electromagnetic or wave energy, or particle radiation
    • B01D2259/818—Employing electrical discharges or the generation of a plasma

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)

Abstract

본 발명은 고농도 과산화수소 증기의 제거에 관한 장치로써 보다 상세하게는 외부 기체공급 없는 플라즈마 방전 전극 구조를 적용하여 과산화수소 증기를 분해하는 고농도 과산호수소 증기 제거용 대기압 플라즈마 장치에 관한 것으로, 본 발명의 대기압 플라즈마 장치는 외부기체의 공급 없이 공기나 과산화수소 증기만을 이용하여 플라즈마 방전 가능한 대기압 플라즈마 전극 구조를 제시함으로써, 고농도의 과산화수소를 기존의 소모성의 과산화수소 분해용 촉매나 흡착제 등의 물질을 활용하는 것보다 대기압 플라즈마를 이용함으로써 영구적인 과산화수소 처리가 가능하도록 할 수 있으며, 또한 기존의 과산화수소 등을 흡착할 수 있는 흡착제 등을 함께 사용 가능함으로써 단시간 내에 효율적으로 제거 가능하다.

Description

고농도 과산화수소 증기 제거용 대기압 플라즈마 장치{ATOMOSPHERIC PRESSURE PLASMA PROCESSING APPARATUS FOR REMOVING HIGH CONCENTRATED HYDROGEN PEROXIDE}
본 발명은 과산화수소 증기의 제거에 관한 장치로써, 보다 상세하게는 유전체 장벽 방전(dielectric barrier discharge, DBD) 방식의 플라즈마 발생 전극 구조체를 적용하여 과산화수소를 분해하고, 과산화수소 분해 시 발생되는 수분을 제거하기 위한 촉매 흡착제, 건조기를 더 포함할 수 있는 고농도 과산화수소 증기 제거용 대기압 플라즈마 장치에 관한 것이다.
최근 새롭게 등장하는 다양한 형태의 바이러스와 박테리아들을 살균하고, 위험한 화학 물질의 제독을 위해 고농도의 과산화수소를 증기화(Vaporize)하여 사용하는 기술이 개발되어 사용되고 있다. 특히 위험한 물질들로 오염된 넓은 공간은 고농도의 과산화수소 증기를 이용하여 효과적으로 제거가 가능하기 때문에 병원을 비롯한 군에서도 활용하기 위한 연구개발이 진행되고 있다.
그러나 고농도의 과산화수소 증기는 독성이 있는 산화성가스로 강한 자극성이 있으므로, 살균 및 제독 후에는 노출 허용농도(Threshold limit value)인 1ppm으로 유지하여 인체에 유해하지 않게 신속히 제거하는 것이 중요하다. 물론, 고농도의 과산화수소는 자연적으로 분해되어 물(H2O)과 산소(O2)로 변하지만 제독효율과 시간은 물론 에너지를 절감하기위해 보다 신속히 물과 산소로 변환하거나 고농도 과산화수소를 제거하는 후처리 기술이 요구되고 있다.
이와 관련하여, 종래에 미국등록특허 제 7,132,083 호에는 백금과 팔라듐 촉매를 이용하여 과산화수소를 분해하는 방법을 개시하고, 한국등록특허 제 10-0318353 호에서는 산화망간을 이용하는 방법, 한국등록특허 제 10-1436992 호 이산화망간촉매제를 이용한 방법 등 촉매제를 이용한 방법들이 주를 이루어 개시되어 있다. 하지만 이러한 촉매제들은 비용뿐만 아니라 소모성이 있는 제품으로 일정시간 사용 후 새로 교체를 해서 사용해야하는 문제가 있다.
따라서 단시간 내에 고농도의 과산화수소를 효과적으로 물로 분해 가능한 신속성은 물론 촉매제와 같은 소모성 재료를 대체하여 영구적으로 사용가능한 기술개발이 필요성이 요구되고 있다.
미국등록특허 제 7,132,083 호 한국등록특허 제 10-0318353 호 한국등록특허 제 10-1436992 호
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 기존의 공기 정화 및 살균을 위해 사용한 유전체 장벽 방전(dielectric barrier discharge, DBD) 장치의 전극 구조와 달리 변형된 유전제 장벽 방전(DBD)방식의 플라즈마 발생 전극 구조체를 활용하여, 두 전극 사이의 거리를 가깝게 하여 보다 낮은 전압에서도 방전이 가능하도록 한다. 특히 공기와 같이 대기압에서 방전이 어려운 기체도 방전이 가능하도록 하여 효율적으로 고농도 과산화수소 증기가 제거 가능한 대기압 플라즈마 장치를 제공에 목적으로 한다.
상기와 같은 점을 감안한 본 발명의 대기압 플라즈마 장치는 일단에 제독과정 이후 제독 챔버를 빠져나온 고농도의 과산화수소 증기를 유입 받는 입구 그리드(40)와 상기 입구 그리드(40)와 마주보는 면에 플라즈마를 사용하여 유입된 과산화수소 증기를 수증기로 분해하여 배출하는 출구 그리드(50)를 포함하는 반응 챔버(100), 및 상기 반응 챔버(100)의 내부에는 외부기체의 공급 없이 플라즈마를 생성하기 위해 하나 이상의 전극 구조체(20)를 포함하고, 여기서 상기 전극 구조체(20)가 장착 부재를 더 포함하여 상기 반응 챔버(100)에 고정할 수 있다.
상기 전극 구조체(20)는, 양측이 개방된 원통형상의 내부전극(12), 상기 내부 전극과 접하도록 둘러싸면서 다수개의 홀이 타공되어 있고, 전기장을 형성하는 외부 타공 전극(11), 및 상기 내부 전극 및 상기 외부 타공 전극의 표면을 둘러싸도록 형성하는 유전체(30)를 포함하며, 상기 반응 챔버 내부에 플라즈마를 발생시키기 위한 상기 내부 전극과 상기 외부 타공 전극에 전압을 인가하는 전원(미도시)을 포함하여 이루어진다.
또한 상기 출구 그리드(50) 측면에는 과산화수소 분해 후 생성된 수증기를 효과적으로 처리하기 위한 건조기가 더 장착될 수 있다.
그리고 상기 반응 챔버(100) 내부에 다공성 비드형 촉매제 및 흡착제를 포함하며, 상기 다공성 비드형 촉매제는 과산화수소 증기 분해 촉매제이고, 상기 흡착제는 과산화수소 증기 흡착제 및 수분 흡착제 중에서 선택되는 어느 하나 이상으로 이루어진 것을 추가로 포함한 직경이 수 mm로 다양한 크기의 다공성 비드형 촉매제 및 흡착제를 본 발명의 대기압 플라즈마 장치에 추가로 사용할 수 있다.
이러한 상기 다공성 비드형의 촉매제 및 흡착제의 전체 비표면적과 상기 외부 타공 전극의 표면적 비율이 5:5, 4:6 또는 3:7 정도로 반응챔버 내부에 추가함으로써 과산화수소나 증기의 제거에 효과적으로 활용되게 할 수 있다. 그러나 상기 추가되는 촉매제 및 흡착제와 외부 타공 전극의 표면적 비율이 반드시 이에 한정되지 않으며, 사용자의 편이에 따라 그 비율 범위의 변경이 가능하다.
일례로 과산화수소 증기 흡착제와 수분 흡착제를 사용하거나 과산화수소 증기 분해 촉매제와 수분 흡착제를 함께 사용할 경우에는 바람직하게 그 비율이 1:1 정도로 혼합하여 대기압 플라즈마 반응 장치의 효율을 높일 수 있다. 그러나 여기서, 반드시 상기 과산화수소 증기 흡착제와 수분흡착제의 비율이 특정 범위에 한정되지 않으며, 사용자의 편이에 따라 용이하게 변경하여 사용할 수 있다. 만약 과산화수소 증기 제거의 효율을 높이고자 할 경우에는 과산화수소 증기 흡착제의 비율을 상대적으로 높게 하고, 이와 반대로 수분의 제거 효율을 높이고자 할 경우에는 수분 흡착제의 비율을 상대적으로 높게 변경하여 사용할 수 있다.
상기 유전체(30)의 재료로는 Al2O3, TiO2, ZnO2, ZrO2, Ba2TiO3 및 BN(Boron Nitride) 중에서 선택되는 어느 하나의 금속 산화물을 사용할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
한편, 또 다른 일례로 상기 전극 구조체(20)가 둘 이상으로 상기 반응 챔버 내부에 형성될 경우에는 각각의 전극 구조체(20) 사이에 공기 및 과산화수소 증기가 이동하도록 할 수 있는 칸막이를 추가로 설치할 수 있다.
본 발명의 대기압 플라즈마 장치는 외부기체의 공급 없이 고농도의 과산화수소 증기 내에서 플라즈마 방전 가능한 전극 구조체를 제시함으로써, 대기압 플라즈마를 이용하여 고농도의 과산화수소를 기존의 소모성의 과산화수소 분해용 촉매나 흡착제 등의 물질을 활용하는 것보다 영구적이고 효율적으로 과산화수소 처리가 가능하도록 할 수 있으며, 또한 대기압 플라즈마 장치 내부에 추가로 기존의 촉매제나 흡착제를 함께 사용 가능함으로써 단시간 내에 효율적으로 제거 가능하다.
또한, 과산화수소뿐만 아니라 다른 종류의 유해 가스 분해에도 적용이 가능하며, 환경 정화 기술, 의료 및 바이오산업기술, 에너지 및 재료 산업이나 가공산업 등과 군 무기체계 등 다양한 산업분야에서 다양한 제독 및 살균 기술의 후처리 기술로 응용이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 대기압 플라즈마 장치가 장착되는 제독 시스템을 나타낸 것이다.
도 2는 과산화수소 증기가 대기압 플라즈마 장치와 건조기를 통과하는 개념도이다.
도 3은 종래의 전형적인 유전체 장벽 플라즈마 전극 구조를 나타낸 것이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 대기압 플라즈마 장치에서의 전극 구조를 나타낸 단면도이다.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 대기압 플라즈마 장치에 흡착제 비드를 적용을 나타낸 것이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중전극의 대기압 플라즈마 장치를 나타낸 것이다.
도 10은 종래의 제독시스템에 대한 전체적인 제독 과정 및 후처리 과정을 나타낸 순서도이다.
도 11과 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 대기압 플라즈마 이용한 후처리 과정을 나타낸 순서도이다.
도 13은 플라즈마 장치의 켜짐/꺼짐(ON/OFF)에 따른 과산화수소의 농도변화를 나타낸 그래프이다.
도 14는 본 발명의 플라즈마 처리에 의한 과산화수소 농도의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 15는 본 발명의 플라즈마 처리에 의한 습도의 변화를 나타낸 그래프이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 통해 실시하고자 하는 과정과 플라즈마 방전을 위한 대기압 플라즈마 장치에 대해 상세히 설명한다. 그러나 이들 예는 예시적인 목적일 뿐 본 발명이 이들 예에 한정되는 것은 아니다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 대기압 플라즈마 장치는 제독시스템이 있어서, 오염된 대상체를 과산화수소 증기로 제독하는 제독 챔버에서 빠져나온 고농도 과산화수소 증기가 유동하는 유로에 설치되어 구성됨으로써, 과산화수소를 분해하도록 할 수 있다.
그리고 본 발명의 대기압 플라즈마 장치는 도 2에서와 같이 고농도의 과산화수소 증기가 플라즈마 방전 전극 구조체(20)가 부착된 유로를 통과하면서, 과산화수소(H2O2)는 플라즈마에 의해 분해된 후 수증기(H2O)로 배출되도록 한다. 여기서 상기 전극 구조체(20)은 도시된 바와 같이 중공 원통형의 형성으로 구비될 수 있으며, 또한 추가로 상기 대기압 플라즈마 장치 후단에 건조기를 장착하여 상기 대기압 플라즈마 장치에서 나온 수증기를 제거할 수 있다.
이하, 구체적으로 본 발명의 대기압 플라즈마 장치 내부에 플라즈마 방전을 위한 전극 구조에 대해 상세히 설명한다.
일반적으로 유전체 장벽(dielectric barrier)은 대기압에서 고출력 방전을 발생시킬 수 있으며, 또한 복잡한 펄스 전력 공급기 없어도 되기 때문에 산업체에서 널리 이용되며, 특히 오존 발생, CO2 레이저, 자외선 광원, 오염물질 처리 등에 널리 응용되고 있다.
도 3은 전형적인 유전체 장벽 방전(dielectric barrier discharge, DBD) 방식의 전극 구조를 나타낸 것으로, 유전체 장벽 방전(dielectric barrier discharge, DBD) 장치는 일정거리 이격된 두 개의 평행한 금속 전극으로 구성되어 있다. 하나의 전극 또는 한 쌍의 전극은 유전체 층으로 덮여있으며, 절연체를 사용하게 되면 직류 전력의 경우 전극을 통한 전류의 흐름이 불가능하므로 교류(AC)전력을 이용하여 플라즈마를 발생시키고, 안정적인 플라즈마 발생을 위하여 전극 간 간격은 수 밀리미터로 제한되며 플라즈마 가스는 이 간격 사이로 흘러간다.
그러나 이와 달리 본 발명의 대기압 플라즈마 장치는 도 4와 도 5에 도시된 바와 같이 기존의 전형적인 유전체 장벽 방전(DBD) 구조의 변형된 유전체 장벽 방전(DBD) 구조로써, 한 쌍의 전극으로 유전체(30)로 감싸져 절연 처리된 내부전극(20)과 상기 내부전극과 접하도록 감싸는 외부 타공 전극(11) 사이에 기존의 전극처럼 소정의 간격으로 떨어진 공간 없이 두 전극 사이를 가깝게 하여 보다 낮은 전압에서도 방전이 가능하도록 할 수 있다.
플라즈마 방전을 위한 본 발명의 전극 구조체(20)는 과산화수소(H2O2) 증기가 유입되는 입구 그리드(40)와 과산화수소가 분해되어 생성된 수증기(H2O)가 배출하는 출구 그리드(50)가 서로 마주보는 단부지점에 위치하고, 외부 기체의 공급 없이 유전체 장벽 방전의 플라즈마를 발생시켜 유입된 과산화수소 증기를 수증기로 분해하도록 하는 반응 챔버(100) 내부에 배치되며, 구체적으로 원통 형상의 내부전극(12), 상기 내부 전극(12)과 접하도록 상기 내부 전극(12)을 둘러싸면서 다수개의 홀이 타공되어 있는 외부 타공 전극(11), 상기 외부 타공 전극(11) 및 상기 내부 전극(12)을 감싸는 유전체(30)로 이루어질 수 있다.
상기 외부 타공 전극(11)은 두 가지 형태로 제작이 가능하며, 도 4에서처럼 외부 타공 전극(11)이 유전체(30)로 감싸여 있지 않고 노출된 구조이거나, 또는 도 5에서처럼 외부 타공 전극(11)이 유전체(30)로 감싸여 있는 구조로 절연 처리된 형태가 가능하다. 여기서 상기 도 5에서와 같이 유전체(30)로 외부 타공 전극이 감싸진 경우에는 플라즈마 방전 시, 상기 도 4의 유전체가 감싸여 있지 않은 전극보다 플라즈마 방전 시 상대적으로 높은 전압과 소모 전력이 요구된다.
또한 본 발명의 외부 타공 전극(11)은 단순한 플레이트 전극이 아닌 타공이 형성된 전극을 사용하여 반응 챔버(100) 내부의 전기장 강화(electric field enhancement)하고, 타공 전극의 구조를 통해 플라즈마 내에 전자의 농도가 균일하게 분포하게 될 수 있어, 플라즈마의 균일성과 효율성을 향상시킬 수 있는 전극 구조이다.
도 6 내지 도 8에 도시된 바와 같이 상기 설명한 본 발명의 대기압 플라즈마 장치 내부에 직경이 수 mm로 다양한 크기를 갖는 다공성 비드형의 촉매제 및 흡착제를 포함하며, 상기 다공성 비드형 촉매제는 과산화수소 증기 분해 촉매제이고, 상기 흡착제는 과산화수소 증기 흡착제 및 수분 흡착제 중에서 선택되는 어느 하나 이상으로 이루어진 것을 더 포함할 수 있다.
도 6에서처럼 본 발명의 일 실시예에 따른 대기압 플라즈마 장치의 반응 챔버 내부에 과산화수소 증기 분해 촉매제 또는 과산화수소 증기 흡착제를 추가로 구성하여, 과산화수소 증기를 상기 흡착제로 흡착하고 플라즈마로 분해하여 수증기를 배출할 수 있다.
또는 도 7에서처럼 이미 플라즈마를 통해 과산화수소에서 분해되어 나온 수증기를 흡착하는 수분 흡착제를 상기 반응 챔버(100) 내부에 추가로 구성하여, 상기 설명한 건조기 장치 없이 건조된 공기를 배출하거나 혹은 낮은 농도의 과산화수소를 배출할 수 있다.
또 다른 방법으로 도 8에서처럼 상기 도 6과 도 7에서 언급한 과산화수소 증기 분해 촉매제 또는 과산화수소 증기 흡착제를 수분 흡착제와 함께 사용한 경우로 이때에는 과산화수소 증기와 수증기를 동시에 흡착할 수 있으며, 여기서 일례로 상기 과산화수소 증기 흡착제와 수분 흡착제는 바람직하게 1:1 정도로 혼합하여 사용하는 것이 대기압 플라즈마 반응 장치의 효율에 적합하다.
상기 도 6 내지 도 8에서 설명한 바와 같이 본 발명의 대기압 플라즈마 장치에 다공성 비드형의 촉매제와 흡착제를 사용하여, 과산화수소 증기 분해에 효율을 높일 수 있으며, 이때 상기 다공성 비드형의 촉매제와 흡착제의 전체 비표면적과 상기 외부 타공 전극의 표면적 비율이 바람직하게는 5:5, 4:6 또는 3:7 정도가 되도록 상기 다공성 비드형의 촉매제와 흡착제의 양을 조절함으로써 과산화수소나 증기의 제거에 효과적으로 활용되게 할 수 있다.
또한, 여기에서 설명된 촉매제 및 흡착제에만 한정하지 않고, 또 다른 다양한 흡착제나 촉매제 등으로 바꾸어 사용할 수 있다.
도 9는 상기 설명한 단일구조의 전극 구조체를 다수개로 장착한 형태의 다중전극의 대기압 플라즈마 장치를 나타낸 것으로, 이 때, 과산화수소 증기는 플라즈마와 만나서 반응하는 시간과 부피를 늘리기 위해 각각의 전극과 전극 사에는 칸막이를 둘 수 있으며, 상기 칸막이는 과산화수소 증기가 유동되도록 설치할 수 있다.
또한 상기 다중전극의 대기압 플라즈마 장치에도 상기 도 6 내지 도 8에서 설명한 다양한 종류의 흡착제 및 촉매를 중간에 삽입하여 과산화수소 증기 제거 효율을 증대 시킬 수 있다.
도 10에 도시된 바와 같이 종래의 제독 시스템에서 발생된 고농도의 과산화수소 증기는 제독챔버로 공급되고 송풍기와 건조기를 통해 일정 농도에서 유지되면서 제독 반응이 일어나도록 오염된 제독 대상체를 제독 및 살균을 실시하는 일련의 과정을 거친 후, 만약 제독 및 살균 실시를 종료하고자 하면, 후처리 과정이 시작된다.
여기서 상기 후처리 과정은 제독 과정 후에 사용된 고농도의 과산화수소 증기를 노출 허용농도의 일정 수준 이하로 인체에 유해하지 않게 제거하는 과정으로 송풍기, 건조기 및 제독챔버 내에 과산화수소 증기를 과산화수소 증기를 제거하기위해 과산화수소 증기 흡착제나 촉매 등이 구비된 흡착장치를 통해 제거하고, 과산화수소 증기 농도가 설정한 일정 수준 이하로 감소되면 후처리 과정을 종료한다.
그러나 본 발명은 도 11과 도 12에 도시된 바와 같이 후처리 과정에서 대기압 플라즈마 장치를 이용하거나 혹은 상기 대기압플라즈마 장치와 흡착제 비드를 함께 사용하는 후처리 과정을 실시할 수 있다.
도 13는 본 발명의 일 실시예에 따른 대기압 플라즈마 반응 장치를 이용하여 입력주파수 20 kHz에서 약 6 kV의 펄스(펄스폭은 8㎲임)를 인가하여 플라즈마의 방전 전후의 과산화수소 증기 농도의 변화의 결과를 나타낸 그래프이다.
여기서 본 발명의 일 실시예에 따른 대기압 플라즈마 반응 장치는 제독 챔버로 들어가는 유로에 설치하고, 35% 과산화수소 용액을 증기발생기를 통해 생성된 과산화수소 증기를 상기 제독 챔버로 150 lpm(liter per minutes)으로 유입하고, 이때 제독 챔버의 온도와 습도는 28도와 30% 정도에서 유지하도록 초기 조건을 설정을 하며, 플라즈마 방전 인가 전력은 100W으로 한다.
도 13에 도시된 바와 같이 상대적으로 제독이 어려운 과산화수소가 35 ppm이하의 저농도에서 플라즈마 전원의 켜짐/꺼짐(ON/OFF)에 의한 과산화수소의 농도변화가 달라짐을 확인할 수 있었다. 즉, 대기압과 플라즈마에 의해 과산화수소 증기가 매우 빠른 속도로 분해되는 것을 살펴볼 수 있다.
도 14와 도 15는 고농도인 1000 ppm 이상으로 오염된 과산화수소 증기를 앞서 제시한 다중전극을 이용하여 플라즈마 방전을 통해 분해하고 분해산물로 과산화수소 농도와 상대습도를 측정한 결과를 나타낸 것으로, 여기서 본 발명의 효과를 살펴보기 위해 기존의 과산화수소 제거용 흡착장치와 본 발명의 대기압 플라즈마 장치를 비교하여 나타낸 결과이다.
도 14에 나타난 바와 같이 별도의 과산화수소 제거 장치기 없는 경우(0 lpm)에서는 과산화수소 제거에 많은 시간이 소요됨을 나타내고, 기존의 과산화수소 증기 제거용 흡착장치를 이용하여 과산화수소를 제거하는 경우(150 lpm - 0W)에는 보호장비를 착용하지 않고 신체가 노출되어도 인체에 영향을 미치지 않는 농도인 75 ppm 이하로 떨어지는 시간이 27.3분이 소요되고, 본 발명의 대기압 플라즈마 반응 장치를 이용하여 과산화수소를 제거하고 인가 전력이 250W인 경우에는 과산화수소 농도가 75 ppm 이하로 감소하는데 걸리는 시간은 22.7분이고, 인가 전력이 500W인 경우에는 18.5분으로 감소함을 알 수 있다.
그리고 이와 같은 과산화수소 농도의 감소에 따라 도 15에서 같이 과산화수소의 분해 산물인 물(H2O)의 농도는 증가되는 것을 확인할 수 있다.
앞서 살펴본 실시 예는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 당업자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하는 바람직한 실시 예일 뿐, 전술한 실시 예 및 첨부한 도면에 한정되는 것은 아니므로 이로 인해 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다. 따라서 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 당업자에게 있어 명백할 것이며, 당업자에 의해 용이하게 변경 가능한 부분도 본 발명의 권리범위에 포함됨은 자명하다
11 : 외부 타공 전극
12 : 내부 전극
20 : 전극 구조체
30 : 유전체
40 : 입구 그리드
50 : 출구 그리드
100 : 반응 챔버

Claims (7)

  1. 일단에 과산화수소 증기를 유입 받는 입구 그리드와 상기 입구 그리드와 마주보는 면에 플라즈마를 사용하여 유입된 과산화수소 증기를 수증기로 분해하여 배출하는 출구 그리드를 포함하는 반응 챔버; 및
    외부기체의 공급 없이 플라즈마를 생성하기 위해 상기 반응 챔버의 내부에는 원통 형상의 내부전극, 상기 내부전극과 떨어진 공간 없이 접하도록 둘러싸면서 다수개의 홀이 타공되어 있는 외부 타공 전극과, 상기 외부 타공 전극 및 상기 내부전극의 표면을 둘러싸도록 형성되어 있는 유전체를 포함하여 구성된 하나 이상의 전극 구조체;를 포함하고,
    상기 반응 챔버 내부에는 다공성 비드형 촉매제 및 흡착제를 포함하며, 상기 다공성 비드형 촉매체는 과산화수소 증기 분해 촉매제이고, 상기 흡착제는 과산화수소 증기 흡착제 및 수분 흡착제 중에서 선택되는 어느 하나 이상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 대기압 플라즈마 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 반응 챔버 내에 플라즈마를 발생시키기 위한 상기 외부 타공 전극과 상기 내부 전극에 전압을 인가하는 전원을 포함하는 것을 특징으로 하는 대기압 플라즈마 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 출구 그리드 측면에 수증기를 제거하는 건조기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 대기압 플라즈마 장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 유전체를 구성하는 재료는 BN(Boron Nitride)을 함유하는 재료인 것을 특징으로 하는 대기압 플라즈마 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 전극 구조체가 상기 반응 챔버에 고정하는 장착 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 대기압 플라즈마 장치.
KR1020150148686A 2015-10-26 2015-10-26 고농도 과산화수소 증기 제거용 대기압 플라즈마 장치 KR101647480B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150148686A KR101647480B1 (ko) 2015-10-26 2015-10-26 고농도 과산화수소 증기 제거용 대기압 플라즈마 장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150148686A KR101647480B1 (ko) 2015-10-26 2015-10-26 고농도 과산화수소 증기 제거용 대기압 플라즈마 장치

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101647480B1 true KR101647480B1 (ko) 2016-08-10

Family

ID=56713622

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020150148686A KR101647480B1 (ko) 2015-10-26 2015-10-26 고농도 과산화수소 증기 제거용 대기압 플라즈마 장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101647480B1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101887112B1 (ko) 2017-04-13 2018-09-10 한국과학기술연구원 과산화수소 증기 제거 장치
US10464020B1 (en) 2018-10-05 2019-11-05 Korea Institute Of Science And Technology Hydrogen peroxide vapor detoxifying system using honeycomb structure

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002043094A (ja) * 2000-07-24 2002-02-08 Matsushita Electric Ind Co Ltd プラズマ処理装置及びそのクリーニング方法
KR100318353B1 (ko) 1994-06-13 2002-04-22 야마자끼 료이찌 배기가스의정화방법
US7132083B2 (en) 2000-08-04 2006-11-07 Bioquell Uk Limited Apparatus for removing sterilant from a sterilant containing atmosphere
KR20070022238A (ko) * 2004-03-31 2007-02-26 가부시키가이샤 유야마 세이사쿠쇼 멸균방법 및 장치
JP2009078266A (ja) * 2007-09-09 2009-04-16 Kazuo Shimizu プラズマを用いた流体浄化方法および流体浄化装置
KR101003729B1 (ko) * 2010-06-28 2010-12-23 낙천 제임스 백 공기 청정 및 살균용 플라즈마 발생장치
KR101436992B1 (ko) 2012-11-26 2014-09-05 국방과학연구소 암모니아 및 과산화수소 가스 제거제 및 장치

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100318353B1 (ko) 1994-06-13 2002-04-22 야마자끼 료이찌 배기가스의정화방법
JP2002043094A (ja) * 2000-07-24 2002-02-08 Matsushita Electric Ind Co Ltd プラズマ処理装置及びそのクリーニング方法
US7132083B2 (en) 2000-08-04 2006-11-07 Bioquell Uk Limited Apparatus for removing sterilant from a sterilant containing atmosphere
KR20070022238A (ko) * 2004-03-31 2007-02-26 가부시키가이샤 유야마 세이사쿠쇼 멸균방법 및 장치
JP2009078266A (ja) * 2007-09-09 2009-04-16 Kazuo Shimizu プラズマを用いた流体浄化方法および流体浄化装置
KR101003729B1 (ko) * 2010-06-28 2010-12-23 낙천 제임스 백 공기 청정 및 살균용 플라즈마 발생장치
KR101436992B1 (ko) 2012-11-26 2014-09-05 국방과학연구소 암모니아 및 과산화수소 가스 제거제 및 장치

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101887112B1 (ko) 2017-04-13 2018-09-10 한국과학기술연구원 과산화수소 증기 제거 장치
US10464020B1 (en) 2018-10-05 2019-11-05 Korea Institute Of Science And Technology Hydrogen peroxide vapor detoxifying system using honeycomb structure

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Laroussi Nonthermal decontamination of biological media by atmospheric-pressure plasmas: review, analysis, and prospects
KR101206360B1 (ko) 화학 작용제 또는 생물학 작용제의 처리장치 및 방법
JP5598770B2 (ja) 改良型の空気除染装置
US7192553B2 (en) In situ sterilization and decontamination system using a non-thermal plasma discharge
US7777151B2 (en) Portable plasma sterilizer
KR20040077658A (ko) 플라스마 방전 및 필터를 이용한 살균 및 오염제거 시스템
KR101600991B1 (ko) 플라즈마와 반응성 가스를 이용한 유연 포장커버 형태의 제독 및 살균 장치
KR101647480B1 (ko) 고농도 과산화수소 증기 제거용 대기압 플라즈마 장치
KR102268724B1 (ko) 고밀도 융합 플라즈마 살균 및 탈취기
KR100316802B1 (ko) 고전압 방전을 이용한 이온화가스 발생장치
JPH07328425A (ja) プラズマ化学反応装置
KR102146200B1 (ko) 고밀도 융합 플라즈마 살균 및 탈취기
Nur et al. Development of DDBD and plasma jet reactors for production reactive species plasma chemistry
US20040050684A1 (en) System and method for injection of an organic based reagent into weakly ionized gas to generate chemically active species
KR20220056216A (ko) 코로나 방전 구역 내 성분의 오존 프리 분리하기 위한 디바이스 및 방법
Becker et al. Microplasmas: environmental and biological applications
KR101194702B1 (ko) 플라즈마 방전을 이용한 악취성분제거장치
KR102315245B1 (ko) 고밀도 융합 플라즈마 살균 및 탈취기
EP1490115B1 (en) System and method for injection of an organic based reagent into weakly ionized gas to generate chemically active species
JP2022132263A (ja) 空気浄化装置
KR101420125B1 (ko) 고전압 방전 발생 장치
WO2024192184A1 (en) Methods and apparatus for generating atmospheric pressure, low temperature plasma with changing parameters
KR101599733B1 (ko) 플라즈마를 이용한 액체 처리 장치
JP2023510095A (ja) プラズマ水処理
CZ33565U1 (cs) Zařízení pro generování plazmatem aktivované páry nebo aerosolu použitím proudícího plynu s podstatným podílem vodních par

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant