KR101914451B1 - 공기 정화 모듈 및 이의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본체; 상기 본체 내부에 배치된 가시광 발광 소자; 및 상기 본체 내부에 배치된 광촉매 필터를 포함하고, 상기 광촉매 필터는 표면에 산소 함유 작용기를 갖는 메탈폼(metal foam) 기재와 상기 메탈폼 기재의 표면에 코팅된 광촉매 코팅층을 포함하며, 상기 광촉매 코팅층은 가시광 활성 광촉매 입자 및 상기 메탈폼 기재 표면의 산소 함유 작용기와 화학적으로 결합된 실리카(silica) 바인더를 포함하는 공기 정화 모듈과 이의 제조방법을 제공한다.
Description
공기 정화 기능을 수행하는 모듈과 이를 제조하는 구체적인 방법에 관한 것이다.
차량 공조 장치(HVAC System)는 차량의 실내외 순환 기능을 운전자가 조절할 수 있도록 만들어진 장치이다. 차량의 환기가 충분치 못한 경우, 내부에 유해 물질의 농도가 증가하여 인체에 좋지 못한 영향을 줄 수 있고, 운전자 및 동승자의 피로감을 증가시키는 원인이 되기도 한다. 따라서, 최근에는 차량 내부의 공기 질을 향상시키기 위해 공기 청정 옵션 기능을 수행하는 이오나이저(ionizer) 등이 많이 사용되고 있다. 이오나이저(ionizer)는 전원이 공급되면 전류를 고전압으로 변환하고, 이온 방전극에서 수소 이온(H+) 등의 양전하를 띠는 이온 또는 산소 이온(O2 -) 등의 음전하를 띠는 이온을 방사한다. 이렇게 방사된 이온들은 공기 중의 수분과 만나 클러스터화 되어 유해 물질에 결합되며, OH-를 발생시켜 유해 물질을 제거하는 원리를 이용하는 것이다. 그러나, 실제 이오나이저의 유해 물질 제거 성능은 낮은 수준이며, 오히려 공기 중에 오존을 생성시켜 인체에 악영향을 줄 우려가 있다. 따라서, 이오나이저를 대체하면서 인체에 무해하고 광범위한 유해 물질 제거 성능을 구현하는 공기 청정 장치에 대한 개발이 필요한 실정이다.
본 발명의 일 구현예는 공기 정화 모듈로서, 다양한 종류의 유해 물질에 대한 제거 성능이 우수하며, 내구성이 높고, 탈취 및 향균 기능을 효과적으로 발현하여 차량 내부의 공기 질을 향상시킬 수 있는 공기 정화 모듈을 제공한다.
본 발명의 다른 구현예는 상기 공기 정화 모듈의 제조방법으로서 시간 및 비용 측면에서 효율성이 높으며, 이를 통해 제조된 공기 정화 모듈이 전술한 우수한 물성을 최대한 구현할 수 있게 하는 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 구현예에서, 본체; 상기 본체 내부에 배치된 가시광 발광 소자; 및 상기 본체 내부에 배치된 광촉매 필터를 포함하고, 상기 광촉매 필터는 표면에 산소 함유 작용기를 갖는 메탈폼(metal foam) 기재와 상기 메탈폼 기재의 표면에 코팅된 광촉매 코팅층을 포함하며, 상기 광촉매 코팅층은 가시광 활성 광촉매 입자 및 상기 메탈폼 기재 표면의 산소 함유 작용기와 화학적으로 결합된 실리카(silica) 바인더를 포함하는 공기 정화 모듈을 제공한다.
본 발명의 다른 구현예에서, 메탈폼(metal foam) 기재를 표면 처리하여 산소 함유 작용기를 부여하는 단계; 가시광 활성 광촉매 입자, 실리카(silica) 바인더 및 용매를 혼합하여 광촉매 코팅액을 제조하는 단계; 상기 광촉매 코팅액을 산소 함유 작용기가 부여된 상기 메탈폼 기재의 표면에 코팅하는 단계; 상기 광촉매 코팅액이 코팅된 상기 메탈폼 기재를 열처리하여 광촉매 필터를 제조하는 단계; 및 본체 내부에 가시광 발광 소자와 상기 광촉매 필터를 배치하는 단계를 포함하는 공기 정화 모듈의 제조방법을 제공한다.
상기 공기 정화 모듈은 알데히드, 암모니아, 아세트산 등의 다양한 종류의 유해 가스에 대한 제거 성능이 우수하며, 내구성이 높고, 탈취 및 향균 기능을 효과적으로 발현하여 차량 내부의 공기 질을 크게 향상시킬 수 있다.
또한 상기 공기 정화 모듈의 제조방법은 시간 및 비용 측면에서 효율성이 높으며, 이를 통해 제조된 공기 정화 모듈이 전술한 우수한 물성을 최대한 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 공기 정화 모듈을 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 상기 광촉매 필터(30)의 확대도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 상기 광촉매 필터(30)의 확대도를 개략적으로 도시한 것이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 후술하는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
또한, 본 명세서에서 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상부에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 아울러, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "아래에" 또는 "하부에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 아래에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
본 발명의 일 구현예는 본체, 상기 본체 내부에 배치된 가시광 발광 소자 및 상기 본체 내부에 배치된 광촉매 필터를 포함하는 공기 정화 모듈을 제공하며, 상기 광촉매 필터는 표면에 산소 함유 작용기를 갖는 메탈폼(metal foam) 기재와 상기 메탈폼 기재의 표면에 코팅된 광촉매 코팅층을 포함한다. 또한, 상기 광촉매 코팅층은 가시광 활성 광촉매 입자 및 상기 메탈폼 기재 표면의 산소 함유 작용기와 화학적으로 결합된 실리카(silica) 바인더를 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 공기 정화 모듈을 개략적으로 도시한 것이다. 도 1을 참조할 때, 상기 공기 정화 모듈(100)은 본체(10) 및 상기 본체(10) 내부에 배치된 가시광 발광 소자(20)를 포함하고, 상기 본체(10) 내부에 배치된 광촉매 필터(30)를 포함한다.
또한, 도 1을 참조할 때, 일 구현예에서 상기 공기 정화 모듈(100)의 본체(10)는 공기 유입구(11) 및 공기 배출구(12)를 포함할 수 있다.
이때, 상기 공기 배출구(12)에 상기 광촉매 필터(30)가 배치될 수 있다. 상기 공기 배출구(12)에 상기 광촉매 필터(30)가 배치됨으로써 상기 광촉매 필터(30)에 의한 탈취, 향균 및 정화 작용을 거친 공기가 다른 오염 경로 없이 상기 본체 외부로 바로 배출될 수 있고, 이로써 상기 공기 정화 모듈을 설치한 차량의 실내에 높은 순도로 정화된 공기를 공급할 수 있다.
또한, 상기 공기 배출구(12)에 배치된 상기 광촉매 필터(30)의 수직 방향에 상기 가시광 발광 소자(20)가 배치될 수 있다. 상기 가시광 발광 소자(20)는 가시광선 영역의 광을 방사하는 소자로서, 상기 광촉매 필터에 광을 조사하여 상기 광촉매 필터가 탈취, 향균 및 정화 작용을 할 수 있도록 활성화시키는 역할을 한다. 상기 가시광 발광 소자(20)로부터 방사되는 광량은 수직 방향으로 방사되는 광량이 가장 많다. 따라서, 상기 가시광 발광 소자(20)를 상기 공기 배출구(12)에 배치된 광촉매 필터(30)의 수직 방향에 배치함으로써 상기 광촉매 필터(30)의 정화 작용을 더욱 극대화할 수 있다.
또한, 상기 본체(10)의 공기 유입구(11)로부터 상기 본체(10) 내부로 유입되는 공기의 유입 방향(X)은 상기 광촉매 필터(30)와 상기 가시광 발광 소자(20) 사이를 가로지르는 방향이다. 상기 공기 유입구(11)가 이러한 조건을 만족하도록 상기 본체(10)에 형성됨으로써 상기 공기 정화 모듈(100)을 통한 공기의 유입이 원활한 이점을 얻을 수 있고, 상기 공기 정화 모듈(100)을 차량 공조 장치 등에 적용하기 용이한 구조를 확보할 수 있다.
상기 본체(10)의 공기 유입구(11)에는 이를 통한 공기의 유입을 보다 원활하기 하게 위하여 팬(fan)이 배치될 수 있다.
상기 팬(fan)은 공기의 유입 속도를 적절히 조절하기 위한 것으로서, 풍속이 약 0.1m/sec 내지 약 3.0m/sec일 수 있다. 상기 팬의 풍속이 너무 낮으면 유해 물질이 광촉매 필터와 효과적으로 만날 수가 없으며, 풍속이 너무 높으면 유해 물질이 너무 빨리 메탈폼을 통과하게 되어 분해 반응을 위한 충분한 시간 확보가 어려울 수 있다. 따라서, 상기 범위의 풍속으로 공기를 유입시키는 팬을 이용하여 유해 물질의 제거 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
상기 공기 정화 모듈(100)은 상기 광촉매 필터(30)를 포함하며, 상기 광촉매 필터(30)는 직접적으로 유해 성분을 제거하는 정화 기능을 수행한다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 상기 광촉매 필터(30)의 확대도를 개략적으로 도시한 것이다. 도 2를 참조할 때, 상기 광촉매 필터(30)는 메탈폼 기재(31)와 상기 메탈폼 기재(31)의 표면에 코팅된 광촉매 코팅층(32)을 포함한다.
상기 메탈폼 기재(31)는 표면에 산소 함유 작용기를 가지며, 상기 광촉매 코팅층(32)은 가시광 활성 광촉매 입자와 실리카 바인더를 포함한다. 또한, 상기 실리카 바인더는 상기 메탈폼 기재의 표면에 존재하는 산소 함유 작용기와 화학적으로 결합된 상태이다. 이때, 상기 메탈폼 기재(31)의 표면이란, 기공을 포함하는 3차원 망상 구조에 있어서, 각각의 기공을 둘러싸면서 기본 골격을 이루는 부분을 의미한다.
상기 메탈폼 기재 표면의 산소 함유 작용기와 상기 광촉매 코팅층의 실리카 바인더가 서로 화학적으로 결합을 형성함으로써 상기 메탈폼 기재와 상기 광촉매 코팅층 사이의 계면 부착력이 크게 향상될 수 있고, 그 결과, 상기 광촉매 필터를 제조하는 과정 및 상기 공기 정화 모듈의 사용 과정에서 상기 광촉매 필터로부터 상기 가시광 활성 광촉매 입자의 탈리 현상을 방지하는 성능이 향상되어 장기적으로 우수한 공기 정화 성능을 구현할 수 있다.
구체적으로, 상기 메탈폼 기재(31)는 니켈, 철, 크롬, 알루미늄, 구리 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 메탈폼 기재(31)는 니켈을 포함할 수 있고, 예를 들어, 니켈만으로 이루어질 수 있다. 상기 메탈폼 기재(31)가 니켈을 포함하는 경우, 이를 포함하지 않는 경우에 비하여 메탈폼의 형태로 가공하는 성형성을 고려한 측면에서 유리할 수 있다.
또한, 상기 메탈폼 기재의 두께는 약 1.6mm 내지 약 15mm일 수 있고, 예를 들어, 약 2mm 내지 약 10mm일 수 있으며, 예를 들어, 약 3mm 내지 약 5mm일 수 있다. 상기 메탈폼 기재의 두께가 두꺼울수록 표면적이 넓어지기 때문에 광촉매 코팅층이 형성될 수 있는 기재 면적이 넓어지는 이점이 있다. 다만, 상기 메탈폼 기재의 두께가 지나치게 두꺼울 경우, 메탈폼 기재의 내부에 광이 조사되지 못하는 부분이 생기게 되고, 광촉매 코팅량에 비하여 성능이 좋지 못한 문제점이 생길 우려가 있다. 또한, 상기 메탈폼 기재의 두께가 지나치게 두꺼운 경우 상기 공기 정화 모듈을 차량 공조 장치에 적용하기 위한 크기로 적절하게 제조하지 못할 우려가 있다. 따라서, 상기 메탈폼 기재의 두께를 상기 범위로 조절함으로써 광촉매 코팅량 대비 우수한 공기 정화 성능을 구현할 수 있고, 상기 공기 정화 모듈을 원하는 크기로 제조하기 용이할 수 있다.
또한, 도 2를 참조할 때, 상기 메탈폼 기재(31)는 기공을 포함하는 3차원 망상 구조를 갖는다. 이때, 상기 메탈폼 기재(31)의 평면상의 1 제곱인치(inch2) 단위 면적에 해당하는 단위 부피 당 기공의 수가 약 20개 내지 약 110개일 수 있고, 예를 들어, 약 30개 내지 약 100개일 수 있고, 예를 들어, 약 40개 내지 약 70개일 수 있고, 예를 들어, 약 50개 내지 약 70개일 수 있다. 상기 메탈폼 기재(31)의 평면상의 1 제곱인치 단위 면적에 해당하는 단위 부피는 도 2에 도시된 바와 같다.
예를 들어 상기 기공의 수가 적을수록 하나의 기공의 크기는 상대적으로 커지며, 상기 기공의 수가 많을수록 하나의 기공의 크기는 상대적으로 작아진다. 즉, 상기 기공의 수가 적을수록 공기의 흐름성은 높아지지만, 상기 광촉매 코팅층이 형성될 수 있는 표면적이 좁아지는 문제가 있고, 상기 기공의 수가 많을수록 상기 광촉매 코팅층이 형성될 수 있는 표면적은 넓어지지만, 공기의 흐름성이 저하되는 문제가 생길 수 있다. 따라서, 상기 메탈폼 기재로 상기 범위의 기공의 수를 갖는 것을 적용함으로써 원하는 공기 정화 성능 및 공기 정화 효율을 모두 확보할 수 있다.
상기 메탈폼 기재(31)의 기공은 크기가 약 100㎛ 내지 약 1500㎛일 수 있고, 예를 들어, 약 500㎛ 내지 약 1500㎛일 수 있다. 상기 기공의 크기는 기공의 최대 직경을 의미하며, SEM 또는 TEM을 이용하여 확인할 수 있다. 상기 메탈폼 기재(31)의 기공이 이와 같은 크기를 가짐으로써 공기의 흐름 속도가 적절히 확보되어 공기 정화 기능이 우수하게 구현될 수 있다.
상기 메탈폼 기재(31)는 표면에 산소 함유 작용기를 갖는다. 상기 산소 함유 작용기는 상기 광촉매 코팅층(32)의 실리카(silica) 바인더와 화학적으로 결합하여 부착성을 향상시키는 역할을 한다. 이때, 화학적으로 결합한다는 것은 상기 산소 함유 작용기의 산소 원자와 상기 실리카 바인더의 규소 원자가 직접 공유 결합에 기인한 화학 결합을 이루는 경우를 의미할 수도 있고, 상기 산소 함유 작용기의 임의의 원자와 상기 실리카 바인더의 임의의 원자가 반데르 발스(van der Waals) 힘에 의해 결합된 경우를 의미할 수도 있다.
이때, 상기 산소 함유 작용기는 M-O-M-의 화학 구조를 갖는 작용기를 포함할 수 있다. 상기 M-O-M-의 화학 구조에 있어서, 상기 M은 상기 메탈폼 기재(31)를 이루는 금속 원자일 수 있다.
구체적으로, 상기 M은 니켈, 철, 크롬, 알루미늄, 구리 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함하는 금속 원자일 수 있고, 일 구현예에서, 상기 메탈폼 기재가 니켈(Ni)로 이루어진 경우, 상기 산소 함유 작용기는 Ni-O-Ni-의 화학 구조를 갖는 작용기를 포함할 수 있다.
또한, 상기 산소 함유 작용기는 히드록시기(-OH)를 포함할 수 있다.
상기 광촉매 코팅층(32)은 가시광 활성 광촉매 입자 및 실리카(silica) 바인더를 포함한다. 상기 가시광 활성 광촉매 입자는 광반응을 통하여 직접적으로 유해 가스를 분해하는 역할을 한다. 구체적으로, 상기 가시광 활성 광촉매 입자는 파장이 400nm 내지 800nm인 가시광선 영역의 빛을 흡수하여 얻은 에너지로부터 전자와 정공을 생성하고, 생성된 상기 전자와 정공이 퍼옥사이드 음이온 또는 히드록시 라디칼을 생성한다. 이어서, 상기 퍼옥사이드 음이온 또는 히드록시 라다킬이 알데히드, 암모니아, 아세트산 등의 유해 물질을 분해 및 제거할 수 있다.
상기 가시광 활성 광촉매 입자는 삼산화텅스텐(WO3) 및 금속 입자를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 가시광 활성 광촉매 입자는 상기 삼산화텅스텐의 표면에 상기 금속 입자가 광-증착(photo-deposition)된 구조를 갖는다.
상기 삼산화텅스텐은 입자 형태로서 가격이 저렴하고, 가시광선 하에서 광반응성이 우수한 이점을 갖는다.
상기 금속 입자는 상기 삼산화텅스텐 입자의 표면에 광-증착되어 가시광 활성 광촉매 입자의 가시광선에 대한 광 반응성을 더욱 향상시키는 역할을 하며, 예를 들어, 전이 금속 또는 귀금속을 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 금속 입자는 텅스텐, 크롬, 바나듐, 몰리브데넘, 구리, 철, 코발트, 망간, 니켈, 백금, 금, 은, 세륨, 카드늄, 아연, 마그네슘, 칼슘, 스트론튬, 바륨 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 금속 입자는 백금을 포함할 수 있고, 이 경우 광촉매 성능이 극대화될 수 있다.
상기 삼산화텅스텐 및 금속 입자는 각각 구형의 입자로서, '구형의 입자'란 수학적으로 완전한 구의 형상을 갖는 입자를 의미하는 것은 아니고, 투영상이 원 또는 타원과 동일 또는 유사한 형상을 나타내는 입자를 의미한다. 즉, 상기 가시광 활성 광촉매 입자는 구형의 삼산화텅스텐 입자의 표면에 구형의 금속 입자가 증착된 형상을 갖는다.
이때, 상기 금속 입자의 입경(particle diameter)은 수 나노미터(㎚)로서, 예를 들어 약 2㎚ 내지 약 5㎚일 수 있다. 상기 금속 입자의 입경은 상기 삼산화텅스텐 입자의 입경에 비해 매우 작으며, 상기 금속 입자가 상기 범위의 입경을 가짐으로써 상기 삼산화텅스텐 입자의 표면에 적절한 함량으로 광-증착되어 우수한 광촉매 활성을 나타낼 수 있다.
상기 삼산화텅스텐 입자의 입경(particle diameter)은 약 20㎚ 내지 약 100㎚ 일 수 있고, 구체적으로 약 30nm 내지 약 60nm일 수 있다. 상기 삼산화텅스텐 입자의 입경은 SEM 또는 TEM 사진을 측정함으로써 도출될 수 있다. 상기 삼산화텅스텐 입자의 입경이 상기 범위를 만족함으로써 상기 가시광 활성 광촉매 입자의 메탈폼 기재 골격에 대한 코팅성을 향상시킬 수 있고, 상기 가시광 활성 광촉매 입자가 적절한 분산도를 가지면서 상기 실리카 바인더에 의해 바인딩(binding) 되어 있을 수 있다.
상기 가시광 활성 광촉매 입자는 상기 삼산화텅스텐(WO3) 100 중량부에 대하여, 상기 금속 입자를 약 0.1 내지 약 5 중량부 포함할 수 있고, 예를 들어, 약 0.1 내지 약 2 중량부 포함할 수 있고, 예를 들어, 약 0.1 내지 약 0.5 중량부 포함할 수 있다. 상기 가시광 활성 광촉매 입자가 금속 입자를 상기 범위의 함량으로 포함함으로써, 삼산화텅스텐(WO3)의 표면에 안정적으로 광-증착시킬 수 있고, 가격 대비 우수한 성능을 구현할 수 있다.
상기 광촉매 코팅층(32)은 상기 가시광 활성 광촉매 입자와 함께 실리카 바인더를 포함한다. 상기 실리카 바인더는 상기 가시광 활성 광촉매 입자를 바인딩(binding) 함과 동시에 상기 메탈폼 기재의 표면에 존재하는 산소 함유 작용기와 화학적으로 결합하여 상기 메탈폼 기재(31) 및 상기 광촉매 코팅층(32) 사이의 계면 부착성을 향상시키는 역할을 한다.
상기 실리카(silica) 바인더는 하기 화학식 1로 표시되는 실란 화합물의 중합체일 수 있다.
[화학식 1]
R1 xSi(OR2)4-x
상기 화학식 1에서, R1은 수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~10의 알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6~10의 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 3~10의 알케닐기이고, R2는 치환 또는 비치환된 탄소수 1~6의 알킬기이며, x는 0≤x<4의 정수를 나타낸다.
보다 구체적으로, 상기 화학식 1로 표시되는 실란 화합물은 테트라메톡시실란, 테트라에톡시실란, 테트라프로폭시실란, 테트라이소프로폭시실란, 테트라-n-부톡시실란, 테트라-sec-부톡시실란, 테트라-tert-부톡시실란, 트리메톡시실란, 트리에톡시실란, 메틸트리메톡시실란, 메틸트리에톡시실란, 에틸트리메톡시실란, 에틸트리에톡시실란, 프로필트리메톡시실란, 프로필트리에톡시실란, 이소부틸트리에톡시실란, 시클로헥실트리메톡시실란, 페닐트리메톡시실란, 페닐트리에톡시실란, 비닐트리메톡시실란, 비닐트리에톡시실란, 알릴트리메톡시실란 알릴트리에톡시실란, 디메틸디메톡시실란, 디메틸디에톡시실란, 디페닐디메톡시실란, 디페닐디에톡시실란, 3-글리시독시프로필트리메톡시실란, 3-글리시독시프로필트리에톡시실란, 3-글리시독시프로필메틸디메톡시실란, 3-글리시독시프로필메틸디에톡시실란 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
상기 화학식 1로 표시되는 실란 화합물은 가수분해된 후 탈수 축합 중합되어 중합체로 형성된다. 상기 실란 화합물의 중합체는 중량평균분자량이 약 1,000 내지 약 100,000일 수 있고, 예를 들어, 약 2,000 내지 약 50,000일 수 있고, 예를 들어, 약 5,000 내지 약 20,000일 수 있다. 상기 실리카 바인더가 이와 같은 범위의 중량평균분자량을 갖는 중합체로 이루어짐으로써 상기 가시광 활성 광촉매 입자의 바인딩 역할 뿐만 아니라, 상기 메탈폼 기재와 상기 광촉매 코팅층 사이의 부착성을 크게 향상시킬 수 있다.
일 구현예에서, 상기 실리카 바인더는 화학적 구조 내에 에폭시기를 약 0중량% 초과, 약 5중량% 미만으로 함유할 수 있다. 상기 실리카 바인더가 화학적 구조 내에 에폭시기를 상기 범위로 소량 함유함으로써 상기 메탈폼 기재에 대한 부착성이 더욱 향상될 수 있다.
상기 광촉매 코팅층은 상기 가시광 활성 광촉매 입자 100 중량부에 대하여, 상기 실리카 바인더를 약 10 내지 약 40 중량부 포함할 수 있고, 예를 들어, 약 20 내지 약 30 중량부 포함할 수 있다. 상기 가시광 활성 광촉매 입자와 상기 실리카 바인더가 이러한 함량비로 포함됨으로써 비용 대비 상기 실리카 바인더의 상기 가시광 활성 광촉매 입자에 대한 바인딩 기능이 우수하게 구현될 수 있고, 상기 광촉매 코팅층을 형성하는 제조 과정에서 코팅성이 향상될 수 있다.
도 1을 참조할 때, 상기 공기 정화 모듈(100)은 상기 광촉매 필터(30)와 함께 본체(10) 및 상기 본체(10) 내부에 배치된 가시광 발광 소자(20)를 포함한다.
상기 본체(10)는 상기 공기 정화 모듈(100)의 하우징(housing) 역할을 하는 것으로, 예를 들어, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리프로필렌(PP), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 테플론 수지 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나의 플라스틱 재질로 이루어지거나, 또는 알루미늄, 스테인리스 스틸(SUS, Steel Use Stainless) 등의 금속 재질로 이루어질 수 있다.
일 구현예에서, 상기 본체(10)는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)를 포함하는 플라스틱 재질로 제조될 수 있고, 이 경우 가공성 및 성형성이 우수하고, 경량성이 확보되어 유통성 측면에서 보다 유리할 수 있다.
상기 공기 정화 모듈(100)은 전술한 바와 같이 가시광선에 대해 광활성을 갖는 광촉매를 이용해 공기를 정화하는 것으로서, 광촉매의 광활성을 유도하는 광원으로서 가시광 발광 소자(20)를 이용한다.
상기 가시광 발광 소자(20)는 약 400nm 내지 약 800nm의 가시광선에 해당하는 광을 방사하는 소자로서, 예를 들어, 블루 LED를 이용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 약 200nm 이상, 약 400nm 미만의 자외선을 방사하는 자외선 발광 소자의 경우, 높은 에너지를 갖는 광을 방사하기 때문에 광활성을 유도하는 측면에서 유리할 수 있으나, 자외선은 인체에 유해한 문제가 있고, 자외선 발광 소자의 경우 가시광 발광 소자에 비해 수명이 짧으며 가격이 매우 고가인 문제가 있다. 따라서, 상기 공기 정화 모듈(100)은 가시광 발광 소자(20)를 광원으로 이용하여 이러한 문제점을 방지할 수 있으며, 상기 가시광 발광 소자(20)의 방사 대상으로서 전술한 바와 같은 광촉매 필터(30)를 이용하여 공기 정화 효율을 극대화할 수 있다.
본 발명의 다른 구현예는 상기 공기 정화 모듈의 제조방법을 제공하며, 상기 공기 정화 모듈의 제조방법은 메탈폼(metal foam) 기재를 표면 처리하여 산소 함유 작용기를 부여하는 단계; 가시광 활성 광촉매 입자, 실리카(silica) 바인더 및 용매를 혼합하여 광촉매 코팅액을 제조하는 단계; 상기 광촉매 코팅액을 산소 함유 작용기가 부여된 상기 메탈폼 기재의 표면에 코팅하는 단계; 상기 광촉매 코팅액이 코팅된 상기 메탈폼 기재를 열처리하여 광촉매 필터를 제조하는 단계; 및 본체 내부에 가시광 발광 소자와 상기 광촉매 필터를 배치하는 단계를 포함한다.
상기 공기 정화 모듈의 제조방법에 있어서, 상기 메탈폼(meatl foam) 기재에 관한 사항은 모두 전술한 바와 같다. 상기 메탈폼(metal foam) 기재는 그 표면에 산소 함유 작용기를 부여하기 위하여 표면 처리되는데, 구체적으로 상기 표면 처리는 열처리 또는 산처리의 방법으로 수행될 수 있다.
구체적으로, 상기 메탈폼 기재를 표면 처리하여 산소 함유 작용기를 부여하는 단계는, 상기 메탈폼 기재를 에탄올 및 증류수로 세척하는 단계; 및 세척된 상기 메탈폼 기재를 열처리 또는 산처리하는 단계를 포함한다.
상기 메탈폼 기재를 에탄올 및 증류수로 세척하는 단계는, 상기 메탈폼 기재를 에탄올로 1차 세척한 후, 이어서 증류수로 2차 세척하는 단계일 수 있다.
또한, 상기 메탈폼 기재를 열처리하는 경우, 약 400℃ 내지 약 800℃의 온도에서 약 30분 내지 약 90분 동안 열처리할 수 있다. 상기 범위의 온도 및 시간에서 메탈폼 기재를 열처리함으로써 그 표면에 충분한 함량의 산소 함유 작용기가 부여될 수 있고, 그 결과 상기 메탈폼 기재와 상기 광촉매 코팅층의 실리카 바인더의 부착력이 크게 향상될 수 있다.
상기 메탈폼 기재를 표면 처리하여 산소 함유 작용기를 부여하는 단계는, 상기 메탈폼 기재의 표면에 부여된 산소 원자의 함량이 약 10원자% 내지 약 30원자%가 되도록 부여하는 단계일 수 있다. 상기 산소 원자의 함량은 상기 메탈폼 기재의 표면을 이루는 전체 성분 중의 산소 원자의 함량이며, 성분 분석 장치(Horiba社, E-max)를 이용하여 측정할 수 있다. 상기 메탈폼 기재 표면의 산소 원자의 함량을 상기 범위에 해당하도록 조절함으로써, 후속하여 상기 광촉매 코팅액이 코팅됨에 있어서 계면 부착 성능의 효과를 극대화할 수 있다.
상기 공기 정화 모듈의 제조방법은 광촉매 코팅액을 제조하는 단계를 포함한다. 상기 광촉매 코팅액은 가시광 활성 광촉매 입자, 실리카(silica) 바인더 및 용매를 혼합하여 제조할 수 있다. 이때, 상기 가시광 활성 광촉매 입자와 상기 실리카 바인더에 관한 사항은 모두 전술한 바와 같다.
상기 용매는 알코올 용매를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 용매는 이소프로필알콜(IPA), 에탄올(Ethanol), 메탄올(methanol) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다. 상기 광촉매 코팅액이 용매로서 알코올 용매를 사용함으로써 물, 증류수 등의 수계 용매를 사용하는 경우에 비하여 코팅성이 우수하고, 휘발성이 좋은 이점을 얻을 수 있다.
구체적으로, 상기 용매가 물, 증류수 등의 수계 용매인 경우에는 상기 광촉매 코팅액의 상기 메탈폼 기재의 표면에 잘 코팅되지 않기 때문에 계면활성제 등의 첨가제 사용이 불가피하며, 상기 계면활성제는 주로 유기물이므로 광촉매 성능을 저하시키는 원인이 될 수 있다. 또한, 상기 알코올 용매는 물 또는 증류수 등의 수계 용매에 비하여 끓는점이 낮기 때문에 비교적 저온에서 건조 및 휘발 가능한 이점이 있다.
상기 광촉매 코팅액은 상기 가시광 활성 광촉매 입자 100 중량부에 대하여, 상기 실리카 바인더를 약 10 중량부 내지 약 40 중량부 포함할 수 있고, 예를 들어, 약 20 중량부 내지 약 30 중량부 포함할 수 있다.
이와 동시에, 상기 광촉매 코팅액은 상기 가시광 활성 광촉매 입자 100 중량부에 대하여, 상기 용매를 약 800 중량부 내지 약 1000 중량부 포함할 수 있고, 예를 들어, 약 800 중량부 내지 약 900 중량부 포함할 수 있다.
상기 광촉매 코팅액에 있어서, 상기 가시광 활성 광촉매 입자, 실리카 바인더 및 용매의 함량비가 전술한 범위를 만족함으로써 상기 메탈폼 기재에 대한 상기 광촉매 코팅액의 코팅성이 향상되며, 상기 메탈폼 기재의 표면에 상기 광촉매 코팅층이 균일하게 도포될 수 있다.
상기 공기 정화 모듈의 제조방법은 상기 광촉매 코팅액을 상기 산소 함유 작용기가 부여된 메탈폼 기재의 표면에 코팅하는 단계를 포함한다.
상기 광촉매 코팅액을 상기 메탈폼 기재의 표면에 코팅하는 방법은 특별히 제한되지 아니하나, 예를 들어, 딥(dip) 코팅 방법으로 코팅될 수 있다. 즉, 상기 산소 함유 작용기가 부여된 메탈폼 기재를 상기 광촉매 코팅액에 소정의 시간 동안 담갔다가 빼내는 방법으로 코팅 공정을 수행할 수 있다. 상기 메탈폼 기재는 3차원 망상 구조를 갖는 것으로서 그 구조가 복잡하기 때문에, 상기 광촉매 코팅액을 딥 코팅 방법으로 코팅하는 경우, 다른 코팅 방법에 비하여 내부에 존재하는 메탈폼 기재의 표면까지 상기 광촉매 코팅액을 고르게 코팅하는 이점을 얻을 수 있다.
상기 공기 정화 모듈의 제조방법은 상기 광촉매 코팅액이 코팅된 메탈폼 기재를 열처리하여 광촉매 필터를 제조하는 단계를 포함한다.
구체적으로, 상기 광촉매 코팅액이 코팅된 메탈폼 기재의 열처리는 2단계로 진행될 수 있고, 상기 2단계의 열처리는 약 60℃ 내지 약 100℃의 온도에서 1차 열처리하는 단계; 및 약 350℃ 내지 약 500℃의 온도에서 2차 열처리 단계를 포함할 수 있다.
이때, 상기 1차 열처리 단계 및 상기 2차 열처리 단계는 각각 약 30분 내지 약 90분 동안 수행될 수 있다.
상기 1차 열처리 단계 및 상기 2차 열처리 단계가 순차적으로 수행됨에 따라 상기 광촉매 코팅액이 건조되면서 용매가 제거되고, 이와 동시에, 상기 광촉매 코팅액의 실리카 바인더가 상기 메탈폼 기재 표면의 산소 함유 작용기와 화학적으로 단단한 결합을 형성할 수 있다.
상기 광촉매 코팅액에 포함된 용매가 제거되지 못하고 상기 메탈폼 기재의 표면에 잔류하는 경우, 상기 광촉매 필터에 의한 공기 정화 기능이 제대로 발현될 수 없으며, 상기 실리카 바인더가 상기 메탈폼 기재 표면의 산소 함유 작용기와 화학적으로 단단히 결합하지 못하는 경우 상기 가시광 활성 광촉매 입자의 탈리 현상에 의해 상기 공기 정화 모듈의 정화 기능이 저하될 수 있다.
즉, 상기 광촉매 코팅액이 코팅된 메탈폼 기재가 상기 범위의 온도 및 시간에서 2단계로 열처리됨에 따라, 최종 제조된 공기 정화 모듈의 공기 정화 기능이 크게 개선될 수 있다.
상기 공기 정화 모듈의 제조방법은 본체 내부에 가시광 발광 소자와 전술한 방법으로 제조된 광촉매 필터를 배치하는 단계를 포함한다. 이때, 상기 본체 및 상기 가시광 발광 소자에 관한 사항은 모두 전술한 바와 같다.
상기 본체는 공기 유입구와 공기 배출구를 포함한다. 이때, 상기 광촉매 필터를 상기 공기 배출구에 배치하며, 상기 가시광 발광 소자를 상기 광촉매 필터와 수직 방향에 배치한다. 또한, 상기 공기 유입구는 상기 공기 유입구로부터 상기 본체 내부로 유입되는 공기의 유입 방향이 상기 광촉매 필터와 상기 가시광 발광 소자 사이를 가로지르도록 배치된다.
상기 공기 정화 모듈의 각 구성이 이와 같은 상대적 위치를 갖도록 배치됨으로써 공기의 흐름이 원활해지고, 공기 유입구를 통해 유입된 공기가 상기 광촉매 필터를 거쳐 높은 순도로 정화되어 공기 배출구를 통해 배출될 수 있다.
상기 공기 정화 모듈의 제조방법은 상기 공기 유입구에 팬(fan)을 배치하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 팬(fan)은 공기의 유입 속도를 적절히 조절하기 위한 것으로서, 풍속이 약 0.1m/sec 내지 약 3.0m/sec일 수 있다. 상기 팬의 풍속이 너무 낮으면 유해 물질이 광촉매 필터와 효과적으로 만날 수가 없으며, 풍속이 너무 높으면 유해 물질이 너무 빨리 메탈폼을 통과하게 되어 분해 반응을 위한 충분한 시간 확보가 어려울 수 있다. 따라서, 상기 범위의 풍속으로 공기를 유입시키는 팬을 이용하여 유해 물질의 제거 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예들을 제시한다. 다만, 하기에 기재된 실시예들은 본 발명을 구체적으로 예시하거나 설명하기 위한 것에 불과하며, 이로서 본 발명이 제한되어서는 아니된다.
<
실시예
및
비교예
>
실시예
1
두께가 4mm인 니켈 100% 성분의 메탈폼 기재를 마련하였다. 상기 메탈폼 기재의 평면상의 1 제곱인치(inch2) 면적에 해당하는 부피당 기공의 수는 60개이고, 기공의 크기는 0.8mm였다. 상기 메탈폼 기재를 400℃에서 60분 동안 열처리하여 표면에 히드록시기(-OH) 및 Ni-O-Ni- 화학 구조의 작용기를 부여하였고, 표면 상의 산소 원자의 함량이 20원자%가 되도록 하였다.
이어서, Pt/WO3 가시광 활성 광촉매 입자와 테트라에톡시실란(TEOS, Si(OCH2CH3)4)의 탈수 중합체인 실리카 바인더 및 이소프로필알콜(IPA) 용매를 혼합하여 광촉매 코팅액을 제조하였다. 상기 Pt/WO3 가시광 활성 광촉매 입자는 입경이 50nm인 삼산화텅스텐(WO3) 입자 100 중량부에 대하여, 입경이 2nm인 백금(Pt) 입자 0.2 중량부가 광-증착된 구조를 갖는다. 상기 광촉매 코팅액은 상기 가시광 활성 광촉매 입자 100 중량부에 대하여, 상기 실리카 바인더 25 중량부, 상기 용매 875 중량부를 포함한다.
이어서, 상온에서 상기 광촉매 코팅액에 상기 산소 함유 작용기가 부여된 메탈폼 기재를 2분 동안 담갔다가 꺼내어 딥(dip) 코팅하였고, 80℃에서 1시간 동안 1차 열처리하고, 400℃에서 2차 열처리하여 광촉매 필터를 제조하였다.
소형 팬(fan)이 설치된 공기 유입구와 공기 배출구를 포함하는 본체를 준비하고, 상기 공기 배출구에 제조된 상기 광촉매 필터를 배치하였다. 이어서, 상기 광촉매 필터의 수직 방향 본체 내부에 450nm 파장의 광을 방사하는 블루 LED를 배치하되, 상기 소형 팬(fan)을 통해 공기 유입구로부터 유입되는 공기의 유입 방향이 상기 광촉매 필터와 상기 블루 LED 사이를 가로지르도록 배치하였고, 이로써, 공기 정화 모듈을 제조하였다.
실시예
2
상기 메탈폼 기재를 300℃에서 60분 동안 열처리하여 표면에 히드록시기(-OH) 및 Ni-O-Ni- 화학 구조의 작용기를 부여하였고, 표면 상의 산소 원자의 함량이 10원자%가 되도록 한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 공기 정화 모듈을 제조하였다.
실시예
3
광촉매 코팅액에 있어서, 상기 실리카 바인더 대신에 화학적 구조 내에 에폭시기를 0중량% 초과 5중량% 미만으로 포함하는 실리카 바인더를 사용한 것을 제외하고 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 공기 정화 모듈을 제조하였다.
실시예
4
두께가 15mm인 니켈 100% 성분의 메탈폼 기재로서, 상기 메탈폼 기재의 평면상의 1 제곱인치(inch2) 면적에 해당하는 부피당 기공의 수가 30개이고, 기공의 크기가 1.2mm인 메탈폼 기재를 사용한 것을 제외하고 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 공기 정화 모듈을 제조하였다.
비교예
1
광촉매 필터에 있어서, 산소 함유 작용기, 즉, 히드록시기(-OH) 및 Ni-O-Ni- 화학 구조의 작용기가 부여되지 않은 메탈폼 기재를 이용한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 공기 정화 모듈을 제조하였다.
비교예
2
광촉매 코팅액에 있어서, 상기 실리카 바인더 대신에 이산화티탄(TiO2) 졸 바인더를 사용한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 공기 정화 모듈을 제조하였다.
비교예
3
광촉매 코팅액에 있어서, 이소프로필알콜(IPA) 용매 및 실리카 바인더 대신에 에탄올 : 물이 1 : 1의 질량비로 혼합된 용매 및 알루미나(alumina) 졸 바인더를 사용한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 공기 정화 모듈을 제조하였다.
비교예
4
광촉매 코팅액에 있어서, 이소프로필알콜(IPA) 용매 및 실리카 바인더 대신에 증류수를 용매로 하는 콜로이달 실리카(GRACE社, Ludox LS)를 사용한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 공기 정화 모듈을 제조하였다.
비교예
5
기존에 시판되고 있는 이오나이저(ionizer)(한라공조社, 클리오젠)를 공기 정화 모듈로 하였다.
<평가>
실험예
1: 유해 가스 제거 성능의 평가
3L의 기체 봉투(gas bag)에 하기 농도의 각각의 분해 대상 가스를 주입하고, 상기 실시예 1-4 및 상기 비교예 1-5 각각의 공기 정화 모듈을 가동하여 1시간 후의 가스 농도를 확인하였다. 하기 표 1에 주입 가스 농도 대비 각각의 공기 정화 모듈로 제거된 가스 농도의 비를 백분율로 나타내었다.
| 구분 | 유해 가스 제거 성능 (%) | |||
| 포름알데히드 2.5ppm |
아세트알데히드 2.5ppm |
암모니아 10ppm |
아세트산 10ppm |
|
| 실시예 1 | 91 | 91 | 100 | 100 |
| 실시예 2 | 92 | 85 | 95 | 96 |
| 실시예 3 | 91 | 87 | 100 | 97 |
| 실시예 4 | 90 | 88 | 98 | 95 |
| 비교예 1 | 51 | 49 | 64 | 59 |
| 비교예 2 | 68 | 71 | 80 | 82 |
| 비교예 3 | 45 | 41 | 56 | 55 |
| 비교예 4 | 63 | 62 | 79 | 84 |
| 비교예 5 | 27 | 24 | 26 | 25 |
실험예
2:
메탈폼
기재와
광촉매
코팅층의 계면 부착 성능의 평가
상기 실시예 1-4 및 비교예 1-4 각각의 공기 정화 모듈에 있어서, 각각의 광촉매 필터를 증류수에 담가 5분 동안 초음파 처리(고도기연社, JAC-1002)를 시행하였다. 이어서, 상기 광촉매 필터의 광촉매 코팅층에 대하여, 상기 초음파 처리 전의 질량 대비 상기 초음파 처리 후에 감소된 질량 비를 백분율로 하기 표 2에 나타내었다.
| 구분 | 계면 부착 성능 |
| 광촉매 코팅층 질량 감소량(%) | |
| 실시예 1 | 0.6 |
| 실시예 2 | 0.9 |
| 실시예 3 | 0.7 |
| 실시예 4 | 0.9 |
| 비교예 1 | 67 |
| 비교예 2 | 52 |
| 비교예 3 | 84 |
| 비교예 4 | 70 |
| 비교예 5 | - |
상기 표 1 및 표 2의 결과를 참조할 때, 상기 실시예 1-4의 공기 정화 모듈이 상기 비교예 1-5의 공기 정화 모듈에 비하여 여러 종류의 유해 가스에 대한 정화 기능이 우수하며, 상기 광촉매 필터의 메탈폼 기재와 광촉매 코팅층 사이의 계면 부착력 또한 우수한 것을 알 수 있다.
구체적으로, 상기 비교예 1의 경우에는 상기 메탈폼 기재에 산소 함유 작용기를 부여하지 않은 것으로서, 상기 실시예 1-4에 비하여 메탈폼 기재와 광촉매 코팅층 사이의 계면 부착력이 좋지 못하고, 상기 광촉매 코팅층의 가시광 활성 광촉매 입자가 상기 공기 정화 모듈의 제조 또는 가동 중에 탈리된다. 따라서, 결과적으로 광촉매 필터에 의한 유해 가스의 제거 성능도 좋지 못하게 된다.
또한, 상기 비교예 2-4의 경우에는 상기 실시예 1-4의 실리카 바인더 대신에 각각 다른 종류의 바인더를 사용한 것으로, 상기 실시예 1-2에 비하여 메탈폼 기재와 광촉매 코팅층 사이의 계면 부착력이 좋지 못하고, 상기 광촉매 코팅층의 가시광 활성 광촉매 입자가 상기 공기 정화 모듈의 제조 또는 가동 중에 탈리된다. 따라서, 결과적으로 광촉매 필터에 의한 유해 가스의 제거 성능도 좋지 못하게 된다.
100: 공기 정화 모듈
10: 본체
11: 공기 유입구
12: 공기 배출구
20: 가시광 발광 소자
30: 광촉매 필터
10: 본체
11: 공기 유입구
12: 공기 배출구
20: 가시광 발광 소자
30: 광촉매 필터
Claims (20)
- 본체;
상기 본체 내부에 배치된 가시광 발광 소자; 및
상기 본체 내부에 배치된 광촉매 필터를 포함하고,
상기 광촉매 필터는 표면에 산소 함유 작용기를 갖는 메탈폼(metal foam) 기재와 상기 메탈폼 기재의 표면에 코팅된 광촉매 코팅층을 포함하며,
상기 광촉매 코팅층은 가시광 활성 광촉매 입자 및 상기 메탈폼 기재 표면의 산소 함유 작용기와 화학적으로 결합된 실리카(silica) 바인더를 포함하는
공기 정화 모듈.
- 제1항에 있어서,
상기 본체는 공기 유입구와 공기 배출구를 포함하며,
상기 공기 배출구에 상기 광촉매 필터가 배치되고,
상기 광촉매 필터의 수직 방향에 상기 가시광 발광 소자가 배치되며,
상기 공기 유입구로부터 상기 본체 내부로 유입되는 공기의 유입 방향은 상기 광촉매 필터 및 상기 가시광 발광 소자 사이를 가로지르는 방향인
공기 정화 모듈.
- 제2항에 있어서,
상기 공기 유입구에 배치된 팬(fan)을 더 포함하는
공기 정화 모듈.
- 제1항에 있어서,
상기 메탈폼 기재는 니켈, 철, 크롬, 알루미늄, 구리 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함하는
공기 정화 모듈.
- 제1항에 있어서,
상기 메탈폼 기재의 두께가 1.6mm 내지 15mm인
공기 정화 모듈.
- 제1항에 있어서,
상기 메탈폼 기재는 기공을 포함하는 3차원 망상 구조를 갖고,
상기 메탈폼 기재의 평면 상의 1 제곱인치(inch2) 단위 면적에 해당하는 단위 부피 당 20개 내지 110개의 기공을 포함하는
공기 정화 모듈.
- 제1항에 있어서,
상기 산소 함유 작용기는 M-O-M-의 화학 구조를 갖는 작용기; 또는 히드록시기(-OH)를 포함하고,
상기 M은 상기 메탈폼 기재를 이루는 금속 원자인
공기 정화 모듈.
- 제1항에 있어서,
상기 가시광 활성 광촉매 입자는 삼산화텅스텐(WO3) 및 금속 입자를 포함하는
공기 정화 모듈.
- 제8항에 있어서,
상기 금속 입자는 텅스텐, 크롬, 바나듐, 몰리브데넘, 구리, 철, 코발트, 망간, 니켈, 백금, 금, 은, 세륨, 카드늄, 아연, 마그네슘, 칼슘, 스트론튬, 바륨 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는
공기 정화 모듈.
- 제8항에 있어서,
상기 가시광 활성 광촉매 입자는 삼산화텅스텐(WO3) 100 중량부에 대하여, 상기 금속 입자 0.1 내지 5 중량부를 포함하는
공기 정화 모듈.
- 제1항에 있어서,
상기 실리카(silica) 바인더는 하기 화학식 1로 표시되는 실란 화합물의 중합체인
공기 정화 모듈.
[화학식 1]
R1 xSi(OR2)4-x
상기 화학식 1에서, R1은 수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~10의 알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6~10의 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 3~10의 알케닐기이고, R2는 치환 또는 비치환된 탄소수 1~6의 알킬기이며, x는 0≤x<4의 정수를 나타낸다.
- 제11항에 있어서,
상기 화학식 1로 표시되는 실란 화합물은 테트라메톡시실란, 테트라에톡시실란, 테트라프로폭시실란, 테트라이소프로폭시실란, 테트라-n-부톡시실란, 테트라-sec-부톡시실란, 테트라-tert-부톡시실란, 트리메톡시실란, 트리에톡시실란, 메틸트리메톡시실란, 메틸트리에톡시실란, 에틸트리메톡시실란, 에틸트리에톡시실란, 프로필트리메톡시실란, 프로필트리에톡시실란, 이소부틸트리에톡시실란, 시클로헥실트리메톡시실란, 페닐트리메톡시실란, 페닐트리에톡시실란, 비닐트리메톡시실란, 비닐트리에톡시실란, 알릴트리메톡시실란 알릴트리에톡시실란, 디메틸디메톡시실란, 디메틸디에톡시실란, 디페닐디메톡시실란, 디페닐디에톡시실란, 3-글리시독시프로필트리메톡시실란, 3-글리시독시프로필트리에톡시실란, 3-글리시독시프로필메틸디메톡시실란, 3-글리시독시프로필메틸디에톡시실란 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함하는
공기 정화 모듈.
- 제1항에 있어서,
상기 광촉매 코팅층은 상기 가시광 활성 광촉매 입자 100 중량부에 대하여, 상기 실리카 바인더를 10 내지 40중량부 포함하는
공기 정화 모듈.
- 메탈폼(metal foam) 기재를 표면 처리하여 산소 함유 작용기를 부여하는 단계;
가시광 활성 광촉매 입자, 실리카(silica) 바인더 및 용매를 혼합하여 광촉매 코팅액을 제조하는 단계;
상기 광촉매 코팅액을 산소 함유 작용기가 부여된 상기 메탈폼 기재의 표면에 코팅하는 단계;
상기 광촉매 코팅액이 코팅된 상기 메탈폼 기재를 열처리하여 광촉매 필터를 제조하는 단계; 및
본체 내부에 가시광 발광 소자와 상기 광촉매 필터를 배치하는 단계를 포함하는
공기 정화 모듈의 제조방법.
- 제14항에 있어서,
상기 메탈폼 기재의 표면 처리는 열처리 또는 산처리의 방법으로 수행되는
공기 정화 모듈의 제조방법.
- 제14항에 있어서,
상기 광촉매 코팅액은 상기 가시광 활성 광촉매 입자 100 중량부에 대하여, 상기 실리카 바인더 10 내지 40 중량부 및 상기 용매 800 내지 1000 중량부를 포함하는
공기 정화 모듈의 제조방법.
- 제14항에 있어서,
상기 광촉매 코팅액은 상기 메탈폼 기재에 딥(dip) 코팅 방법으로 코팅되는
공기 정화 모듈의 제조방법.
- 제14항에 있어서,
상기 광촉매 코팅액이 코팅된 상기 메탈폼 기재의 열처리는, 60℃ 내지 100℃에서 1차 열처리 단계; 및 350℃ 내지 500℃에서 2차 열처리 단계를 포함하는
공기 정화 모듈의 제조방법.
- 제14항에 있어서,
상기 본체는 공기 유입구와 공기 배출구를 포함하며,
상기 광촉매 필터는 상기 공기 배출구에 배치되고,
상기 가시광 발광 소자는 상기 광촉매 필터의 수직 방향에 배치되며,
상기 공기 유입구는 상기 공기 유입구로부터 상기 본체 내부로 유입되는 공기의 유입 방향이 상기 광촉매 필터와 상기 가시광 발광 소자 사이를 가로지르도록 배치되는
공기 정화 모듈의 제조방법.
- 제19항에 있어서,
상기 공기 유입구에 팬(fan)을 배치하는 단계를 더 포함하는
공기 정화 모듈의 제조방법.
Priority Applications (2)
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| KR1020160113357A KR101914451B1 (ko) | 2016-09-02 | 2016-09-02 | 공기 정화 모듈 및 이의 제조방법 |
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| KR1020160113357A KR101914451B1 (ko) | 2016-09-02 | 2016-09-02 | 공기 정화 모듈 및 이의 제조방법 |
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| KR1020160113357A KR101914451B1 (ko) | 2016-09-02 | 2016-09-02 | 공기 정화 모듈 및 이의 제조방법 |
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Patent Citations (1)
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