KR101777209B1 - 실내 공기 중의 포름알데히드 제거 및 살균에 의한 공기 정화 방법 및 공기 정화 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공기청정기술에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 실내 공기에 함유되어 있는 포름알데히드를 제거함과 동시에 살균기능도 가지는 공기청정기술에 관한 것으로서, 공기 중의 포름알데히드를 NaClO₂ 산화제와 반응시켜 분해 제거하는 단계 및 상기 포름알데히드와 산화제의 반응에 의해 발생된 이산화염소(ClO₂)를 공기 중에 배출하여 공기 중에 존재하는 유해 균, 바이러스 또는 미생물을 살균하는 단계를 포함하는 포름알데히드 산화 제거 및 살균 방법을 제공하며, 또한, 필터부재에 NaClO₂를 포함하는 반응필터를 구비하며, 상기 반응필터는 공기 중의 포름알데히드와 반응하여 ClO₂를 생성하여 배출하는 것인 공기정화장치를 제공한다.

Description

실내 공기 중의 포름알데히드 제거 및 살균에 의한 공기 정화 방법 및 공기 정화 장치{METHOD AND APPARATUS FOR AIR PURIFICATION WITH FUNCTION OF FORMALDEHYDE REMOVAL AND STERILIZATION FROM INDOOR AIR}

본 발명은 공기청정기술에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 실내공기에 함유되어 있는 포름알데히드를 제거함과 동시에 살균기능도 가지는 공기정화방법 및 공기정화장치에 관한 것이다.

일반적으로, 공기정화장치는 오염된 실내 공기를 흡입하여 공기에 함유된 먼지, VOCs(휘발성 유기오염물질) 및 세균 등을 제거하기 위하여 다양한 종류의 필터를 사용한다.

구체적으로, 실내 공기 중의 먼지 등의 입자상 물질을 제거하기 위해 프리필터 및 전처리 필터를 구비한다. 탈취 및 항균을 위해 활성탄 필터를 포함하며, 상기 활성탄 필터에 의해 공기 중에 함유된 유해 가스, 음식 냄새, 포름알데히드, VOCs 등을 제거한다. 마지막으로 헤파필터(HEPA, high efficiency particulate filter)를 포함하며, 상기 헤파필터는 공기 중에 존재하는 미세한 입자를 제거하는 고성능 필터로서, 미세 먼지, 분진, 세균, 담배연기, 곰팡이, 유해바이러스 등을 제거한다.

그러나 종래의 공기정화장치로서, 일반적인 공기청정기는 실내 공기 중에 포함된 포름알데히드 등의 제거를 위해 활성탄 필터를 사용하며, 또한, 활성탄 필터 후단에 공기 중의 유해 세균을 살균하기 위해 헤파필터를 적용하고 있다. 그러나, 종래의 활성탄 필터에 의한 포름알데히드의 흡착 및 헤파필터에 의한 유해 세균 제거 및 살균은 그 효율이 낮으며, 특히 포름알데히드는 1급 발암물질이므로 완전한 제거가 요구된다.

본 발명은 공기정화필터에 있어서 포름알데히드를 완벽하게 분해 제거할 수 있음은 물론, 상기 포름알데히드의 분해 제거 중에 발생하는 분해 생성물로부터 살균 기능을 제공할 수 있는 공기청정방법 및 공기정화장치를 제공하고자 한다.

본 발명은 공기 정화방법, 특히, 포름알데히드의 산화제거 및 살균에 의한 공기 정화방법을 제공하며, 본 발명의 일 구현예에 따른 공기 정화방법은 공기 중의 포름알데히드를 NaClO₂ 산화제와 반응시켜 분해 제거하는 단계 및 상기 포름알데히드와 산화제의 반응에 의해 발생된 이산화염소(ClO₂)를 공기 중에 배출하여 공기 중에 존재하는 유해 균, 바이러스 또는 미생물을 살균하는 단계를 포함하는 포름알데히드 산화 제거 및 살균에 의한 공기 정화방법을 제공한다.

나아가, 본 발명은 공기정화장치에 대한 것으로서, 본 발명의 일 구현예에 따르면, 필터부재에 NaClO₂를 포함하는 반응필터를 구비하며, 상기 반응필터는 공기 중의 포름알데히드와 반응하여 ClO₂를 생성하여 배출하는 것인 공기정화장치를 제공한다.

상기 공기정화장치는 프리필터, 전처리 필터, 활성탄 필터 및 헤파필터가 순차적으로 배치된 것일 수 있으며, 상기 활성탄 필터가 NaClO₂를 포함하는 반응필터일 수 있다.

또한, 상기 공기정화장치는 프리필터, 전처리 필터, 활성탄 필터 및 헤파필터가 순차적으로 배치된 것으로서, 상기 반응필터는 상기 활성탄 필터 및 헤파필터 사이에 배치될 수 있다.

이때, 상기 반응필터의 필터부재는 활성탄, 알루미나, 실리카겔, 제올라이트와 같은 비표면적인 큰 다공성 물질로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것을 사용할 수 있다.

한편, 상기 NaClO₂를 포함하는 반응필터는 포름알데히드와의 반응에 의해 생성된 ClO₂를 헤파필터에 공급하여 상기 헤파필터에 포집된 유해 균, 바이러스 또는 미생물을 살균하는 공기정화장치일 수 있다.

본 발명의 효과는 실내 공기 중에 존재하는 인체에 가장 유해한 성분 중 하나인 포름알데히드를 거의 100%의 수준으로 제거할 수 있으며, 나아가, 상기 포름알데히드의 분해 제거 과정에서 생성된 반응 생성물을 이용하여 살균 효과를 얻을 수 있다.

이에 의해 최근 메르스(MERS) 등과 같은 바이러스에 살균효과가 탁월한 이산화염소를 포름알데히드 제거과정에서 자연적으로 발생시킴으로써 살균기능을 부가적으로 얻을 수 있다.

나아가, 본 발명은 헤파필터의 사용에 따른 미생물 번식을 차단하여 악취가 발생하는 단점을 해결할 수 있다는 부대효과도 얻을 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 종래의 공기 청정을 위해 자외선 및 오존의 생성을 위한 자외선 또는 오존발생기의 추가 부착이 필요없다.

도 1은 포름알데히드의 산화에 의해 이산화염소가 발생됨을 보여주는 실시예 1의 실험 과정을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 실시예 1의 실험에 의해 생성된 가스를 분석한 FTIR 피크로서, ClO₂의 발생량이 증가함을 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 공기청정장치의 개략적인 필터의 배치 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.

병원, 터미널 등 다중 이용시설의 실내 공기 중 포름알데히드의 국내 실내 공기질 관리법에 따른 규제 농도는 0.09ppm이다.

포름알데히드는 대표적인 발암물질로서, 실내 오염의 대표적인 유해물질이다. 특히 신축 주택이나 가구 등에 사용하고 있는 접착제 성분에서 포름알데히드가 다량 방출되고 있다. 이러한 포름알데히드를 제거하기 위하여 다양한 공기청정기술이 개발되고 있으나, 제거방법은 주로 활성탄 흡착필터가 이용된다.

활성탄은 비표면적이 커서 다양한 유해 유기물질을 흡착할 수 있으나, 포름알데히드의 흡착효율은 60~70%로 낮은 편이다. 더구나 활성탄은 고유의 흡착용량에 대한 한계가 있어서 흡착능력이 저하하게 되며, 따라서, 주기적으로 교체하여야 한다.

이에 본 발명은 포름알데히드와 반응하여 포름알데히드를 분해 제거할 수 있는 수단을 제공하고자 하는 것으로서, 포름알데히드의 분해를 위해 NaClO₂ 산화제를 사용한다. 상기 NaClO₂ 산화제는 포름알데히드와 아래 반응식 (1)에 나타낸 바와 같이 산화반응하여 포름알데히드를 분해한다.

HCHO + 6NaClO_{2 ( aq )} + 4H⁺ → 4ClO_{2 (g)} + CO_{2 (g)} + 3H₂O + 2Cl^- 반응식 (1)

이와 같이 포름알데히드를 NaClO₂ 산화제와 반응시켜 분해함으로써 종래의 흡착을 통해서 포름알데히드를 제거하는 경우에 비하여 완벽히 포름알데히드를 제거할 수 있다.

한편, 상기 반응식 (1)에서 생성되는 반응 생성물인 이산화염소(ClO₂) 가스는 1900년대 초부터 우수한 살균효과를 지니고 있는 것으로 알려져 있으며, 또한, 이산화염소는 곰팡이에서 세균, 바이러스에 이르기까지 산화 살균제로서 광범위한 효력을 갖고 있으며, 미생물 살균 메커니즘은 미생물의 보호막을 뚫고 들어가 산화력에 의한 세포의 효소작용을 방해하여 미생물을 죽이는 것으로 알려져 있다. 이 같은 살균력은 염소에 비해 2.5배 이상 살균력이 강하고 THM(trihalomethane: 트리할로메탄)과 같은 발암물질을 생성하지 않는 것이 장점으로 유럽이나 미국에서 환경 친화적 그린(Green) 살균제로 각광받고 있다.

또한, OIE(국제수역사무국)은 이산화염소를 구제역의 불화화 소독제 및 AI 소독제로 등록하고 있으며, UN 산하 세계보건기구(WHO) 및 식량농업기구(FAO)는 이산화염소를 살균제로 추천하고 있다. 더구나 미국 EPA는 2001년 911 테러 후 우편물의 형태로 유포된 탄저균에 대처하기 위하여 오염 가능 공간 전체를 살균하는 용도로 이산화염소 가스 사용을 결정하면서 이산화염소 가스는 유명세를 탔다.

나아가, 이산화염소는 상온에서 기체 상태로 존재하여 멀리까지 확산되는 성질을 가지고 있다. 따라서, 본 발명에 의해 제공되는 바와 같이, 상기 NaClO₂ 산화제를 사용하여 포름알데히드를 분해 제거하고, 이에 의해 생성된 이산화염소를 통해 유해 세균 등을 제거할 수 있어, 우수한 공기 청정 효과를 얻을 수 있다.

그러나 이산화염소는 상온에서 기체 상태로 존재하며 농도가 10%이상 압축되면 폭발하는 특성 때문에 이동이 금지되어 필요 현장에서(On-Situ) 발생하여 사용해야 하며, 기존에는 염소 또는 염산을 아염소산나트륨과 반응시켜 이산화염소를 얻는 방법으로 비전문가인 운전원이 염소 또는 염산을 취급해야 하는 운전상의 위험성, 장비의 복잡성과 크기와 가격 등 부적합한 요소들이 존재하였다. 이 같은 특성 때문에, 이산화염소 가스는 광범위한 효력을 가지는 살균제지만 현장의 적용이 다양하게 이루어지지 못하는 문제점이 있었다.

이에, 본 발명은 상기한 바와 같이, 이산화염소의 생성을 포름알데히드의 산화과정에서 자연적으로 발생시킴으로써 상기와 같은 문제를 해소시킬 수 있다.

본 발명은 다른 구현예로서 상기와 같은 NaClO₂를 사용하여 포름알데히드를 분해 제거하면서, 이에 의해 생성된 이산화염소에 의한 살균 효과를 제공하는 기술을 적용한 공기정화장치를 제공한다.

본 발명에 의해 제공되는 공기정화장치는 필터부재에 NaClO₂의 산화제가 적용된 반응 필터를 포함한다. 이러한 반응 필터를 포함하는 공기정화장치라면 특별히 한정하지 않으며, 종래 일반적인 공기정화장치에서와 같은 다양한 필터 부재가 적용된 공기정화장치에 본 발명의 상기 반응필터가 장착될 수 있다.

상기 반응필터의 필터 부재는 특별히 한정하지 않으며, 공기 정화를 위해 적용될 수 있는 다양한 필터 부재를 사용할 수 있으며, 종래 포름알데히드의 흡착 제거를 위해 사용된 활성탄 필터를 사용할 수 있다. 또한, 알루미나, 실리카 겔, 제올라이트 및 CaCl₂ 등의 비표면적인 큰 다공성 물질 등의 필터 부재를 적용할 수 있다. 이들 필터 부재는 수분을 잘 흡수하는 흡습성(조해성)을 갖는 것으로서, 본 발명의 반응필터로서 특히 바람직하게 사용될 수 있다.

구체적으로, 상기 활성탄 필터 부재에 NaClO₂ 산화제를 적용하는 방법은 특별히 한정하지 않으며, 이러한 다공성 물질 등의 필터 표면에 고체 NaClO₂를 녹인 수용액을 활성탄 등의 상기와 같은 필터부재에 침착 또는 담지시킴으로써 형성될 수 있다.

이와 같이, 조해성 및 수분 흡수력을 가지는 필터 부재의 특성에 의해 실내 공기 중에 존재하는 수분이 흡수되고, 이때 필터 부재에 침착된 고체 NaClO₂가 수분에 의해 일부 용해됨과 동시에 실내 공기 중에 함유된 포름알데히드와의 반응이 일어나서 가스상의 이산화염소가 발생된다. 필요 시에는 필터 부재에 일정 양의 수분을 별도로 공급할 수 있다.

상기와 같은 반응필터를 포함하는 본 발명의 공기정화장치는 특별히 한정하지 않으며, 예를 들어, 도 3에 나타낸 바와 같이, 실내 공기 중의 먼지 등의 입자상 물질을 제거하기 위한 프리필터 및 전처리 필터, 유해 가스, 음식 냄새, 포름알데히드, VOCs 등의 탈취 및 항균을 위한 활성탄 필터 및 공기 중의 미세 먼지, 분진, 세균, 담배연기, 곰팡이, 유해바이러스 등을 제거하기 위한 헤파필터(HEPA, high efficiency particulate filter)를 포함하는 공기정화장치일 수 있다.

이때, 상기 공기 정화장치의 활성탄 필터를 대신하여 본 발명의 반응필터를 적용할 수 있으며, 나아가, 상기 활성탄 필터와 함께 본 발명의 반응필터를 적용할 수 있다. 활성탄 필터와 함께 반응필터를 적용하는 경우에는 활성탄 필터에 의해 포름알데히드 등의 유해물질을 제거하고, 일부 흡착되지 않은 포름알데히드를 분해 제거할 수 있다. 이에 의해 포름알데히드와의 분해 반응에 의해 이산화염소를 생성되어 헤파필터에 포집되는 유해세균 등에 대한 살균 효과를 제공할 수 있음은 물론, 공기 중으로 배출되어 공기 중에 존재하는 유해 세균의 살균 효과를 제공할 수 있다.

실시예

이하, 본 발명을 실시예를 들어 보다 구체적으로 설명한다. 그러나, 이하의 실시예는 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 보다 구체적으로 본 발명을 설명하기 위한 일 예이다.

실시예 1

본 발명에 따른 NaClO₂를 포름알데히드와 반응시키는 경우에 ClO₂가 생성되는지를 확인하기 위해 도 1에 나타낸 바와 같이, NaClO₂를 포함하는 수용액 내에 황산을 주입한 후 생성되는 가스를 회수하여 FTIR 분석을 수행하였다. 분석 결과를 아래 도 2에 나타내었다.

이어서 포름알데하이드를 황산 대신에 주입하고, 생성되는 가스를 상기와 동일하게 회수 및 FTIR로 분석하였다. 분석 결과를 도 2에 함께 나타내었다.

도 2로부터 알 수 있는 바와 같이, ClO₂ FTIR 피크의 존재를 확인할 수 있는바, 포름알데히드와 NaClO₂의 반응에 의해 ClO₂가 생성됨을 알 수 있다.

Claims (6)

1. 삭제
2. 프리필터, 전처리 필터, 활성탄 필터 및 헤파필터가 순차적으로 배치되며, 상기 활성탄 필터 및 헤파필터 사이에 반응필터가 배치되되,
   상기 반응필터는 필터부재에 NaClO₂를 포함하며,
   상기 반응필터는 공기 중의 포름알데히드와 반응하여 ClO₂를 생성하여 배출하는 것인 공기정화장치.
   
3. 삭제
4. 삭제
5. 제2항에 있어서, 상기 반응필터의 필터부재는 활성탄, 알루미나, 실리카겔, 제올라이트 및 CaCl₂로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 다공성 부재인 공기정화장치.
   
6. 제2항에 있어서, 상기 NaClO₂를 포함하는 반응필터는 포름알데히드와의 반응에 의해 생성된 ClO₂를 헤파필터에 공급하여 상기 헤파필터에 포집된 유해 균, 바이러스 또는 미생물을 살균하는 공기정화장치.
   

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