KR102030482B1 - Filter for dust collection - Google Patents

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D39/00Filtering material for liquid or gaseous fluids
    • B01D39/14Other self-supporting filtering material ; Other filtering material
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D47/00Separating dispersed particles from gases, air or vapours by liquid as separating agent

Abstract

본 발명은 미세먼지 포집을 위한 필터(여과체)를 제공하고자 하며, 효과적인 미세먼지의 포집을 위해 계면에너지 조절 및 모세관 힘 유도를 통해 액상막을 고체 기판 표면에 안정적으로 구현한 먼지 포집 필터를 제시한다.
본 발명은 지금까지의 건식 고체 여과체 들과는 다르게 모든 크기의 미세먼지를 단위 부피당 더욱 효과적으로 집진 가능하고, 친환경적이며, 구동 에너지가 전혀 없으며, 낮의 단가로 제조 가능함과 더불어 다양한 형태로 여러 공간에(공장, 화력발전소 굴뚝 등의 미세먼지 발생 장소, 건물, 도로, 진공청소기, 공기청정기 등) 설치 가능하다는 장점을 갖는다.
The present invention aims to provide a filter (filter) for collecting fine dust, and proposes a dust collecting filter stably embodying a liquid film on the surface of a solid substrate through the control of interfacial energy and capillary force in order to collect fine dust. .
Unlike dry solid filters, the present invention is capable of collecting dust of all sizes more effectively per unit volume, being environmentally friendly, having no driving energy, and manufacturing at low cost and in various forms in various forms ( It has the advantage of being able to install fine dust generating place such as factory, thermal power plant chimney, building, road, vacuum cleaner, air cleaner, etc.).

Description

먼지 포집용 필터 {FILTER FOR DUST COLLECTION}Dust Collection Filter {FILTER FOR DUST COLLECTION}

본 발명은 먼지 포집용 필터에 관한 것으로서, 구체적으로는 미세 먼지의 포집을 위한 필터에 관한 것이다.The present invention relates to a filter for collecting dust, and more particularly, to a filter for collecting fine dust.

현재까지 공기중의 먼지를 포집하는 방식은 크게 고체 여과체를 이용하는 건식포집, 액체를 이용하는 습식포집 방법이 있다. To date, dust in the air is mainly collected by a dry filter using a solid filter or a wet method using a liquid.

이 중 건식포집은 진공청소기, 공기청정기, 공장 및 발전소의 먼지 정화 등 다양한 환경에서 널리 이용되는 방법으로써 대표적으로 (1) 공기 흡입 후 HEPA (High Efficiency Particulate Air Filter)와 같은 기공성 여과체를 이용해 물리적으로 먼지를 공기에서 여과시키는 방식, (2) 정전기를 이용해 먼지를 포집하는 정전기 유도 집진방식이 있다. 기공성 고체 여과체를 이용한 방식은 낮은 단가로 제작이 가능하고 다양한 공간에서 여러 형태로 응용이 가능하다는 장점이 있지만, 고체(먼지)-고체(여과체) 계면에서의 약한 흡착력 (반데르발스 (van der Waals) 힘) 때문에 기공 크기보다 큰 먼지만을 여과킬 수 있다. 이러한 단점은 약 50 μm 이하의 미세먼지 포집에 치명적인 문제를 야기하는데, 미세먼지를 포집하기 위해 미세먼지보다 작은 기공을 사용하게 되면 공기의 압력감소가 커지게 되어 효과적인 포집에 한계가 발생하게 되는 것이 그것이다. 정전기를 이용한 집진방식은 정전기력 유도를 바탕으로 미세먼지를 여과체에 강하게 흡착시켜 효과적인 미세먼지의 포집을 가능하게 하지만, 정전기를 유도하기 위한 추가적인 설비가 필요하며 지속적인 구동전력이 필요하다는 단점이 있다. 더욱이 위의 두 건식포집 방법은, 먼지 포집 후 여과체를 재사용하기 위해 포집된 먼지를 여과체에서 제거하는 과정에서 약 5~10 %의 포집된 먼지가 다시 대기중으로 퍼지게 되는 한계를 갖는다. Among them, dry collecting is widely used in various environments such as vacuum cleaners, air cleaners, and dust purification of factories and power plants. Typically, (1) air intake is carried out using a porous filter such as HEPA (High Efficiency Particulate Air Filter). There is a method of physically filtering dust from the air, and (2) an electrostatic induction dust collecting method that collects dust using static electricity. The method using the porous solid filter has the advantage that it can be manufactured at low cost and can be applied in various forms in various spaces, but it has weak adsorption force at the solid (dust) -solid (filter) interface (Vandervals ( van der Waals) can only filter out dust larger than the pore size. This drawback causes a fatal problem in collecting fine dust of about 50 μm or less. When the pores smaller than the fine dust are used to collect the fine dust, the air pressure decreases, which causes a limit in effective collection. It is. The dust collecting method using static electricity enables effective dust collecting by effectively adsorbing fine dust to the filter body based on the induction of electrostatic force, but it has the disadvantage of requiring additional equipment and inducing continuous driving power. Furthermore, the above two dry collection methods have a limitation in that about 5-10% of collected dust is spread back to the atmosphere in the process of removing the collected dust from the filter medium for reuse of the filter medium after dust collection.

습식포집은 물방울 분사를 통한 먼지 집진 방식으로, 지속적으로 물방울을 분사해주는 설비를 바탕으로 한 먼지 포집 방식과 인공강우를 발생시켜 대기중의 미세먼지들을 포집하는 방법들이 대표적이다. 이러한 습식포집 방법은 액체(물방울)-고체(먼지) 사이의 강한 흡착력으로 효과적인 미세먼지 포집이 가능하지만, 지속적으로 물방울을 분사해야하기 때문에 추가적인 물방울 분사 장치가 필요하며 지속적인 구동전력이 필요하다는 한계가 있다. 또한, 인공강우의 경우 지역에 따라 인공강우 발생에 한계가 있고 2차적인 환경오염 유발 가능성 등의 문제가 있어 널리 사용되지 못하고 있는 실정이다. 이렇듯 지금까지의 습식포집 방법은 효과적인 먼지포집능력에도 불구하고, 중력에 의해 흘러내리거나 아래로 떨어지는 액체의 특성 때문에 고정상으로 제작되어 여러 다양한 형태로 먼지를 포집하는 건식 여과체에 비해 그 범용성이 떨어진다. Wet collection is a method of dust collection by spraying water droplets. The dust collecting method is based on a facility that continuously sprays water droplets, and a method of collecting fine dust in the atmosphere by generating artificial rainfall. This wet collection method is effective in collecting fine dust with strong adsorption force between liquid (droplets) and solids (dust), but it requires additional droplet spraying device and requires continuous driving power due to continuous spraying of water droplets. have. In addition, in the case of artificial rainfall, there is a limit in the generation of artificial rainfall depending on the region, there is a problem such as the possibility of secondary environmental pollution is not widely used. As such, despite the effective dust capturing ability, the wet collecting method has been used in a fixed phase due to the characteristics of the liquid flowing down or falling down due to gravity, and thus its generality is inferior to that of the dry filter which collects dust in various forms. .

따라서 악화되는 대기 오염문제의 해결을 위해, 이러한 기존의 건식과 습식 먼지포집 방법들의 한계를 극복한, (1) 강한 흡착을 바탕으로 더욱 효과적으로 먼지를 포집하고, (2) 고정상으로 추가적인 설비나 구동전력이 필요하지 않아 다양한 분야에서 사용될 수 있으며, (3) 포집된 먼지 제거 시 대기중으로의 먼지 재분산 문제 없이 지속적인 사용이 용이한 새로운 여과체가 반드시 필요하다.Therefore, in order to solve the worsening air pollution problem, (1) it collects dust more effectively based on strong adsorption, which overcomes the limitations of these conventional dry and wet dust collection methods, and (2) additional equipment or operation as fixed bed. No electric power is needed, so it can be used in various fields. (3) When removing the collected dust, a new filter medium that is easy to use continuously without the problem of re-dispersing dust into the atmosphere is necessary.

본 발명은 미세먼지 포집을 위한 필터(여과체)를 제공하고자 하며, 효과적인 미세먼지의 포집을 위해 계면에너지 조절 및 모세관 힘 유도를 통해 액상막을 고체 기판 표면에 안정적으로 구현한 먼지 포집 필터를 제시한다. The present invention aims to provide a filter (filter) for collecting fine dust, and proposes a dust collecting filter stably embodying a liquid film on the surface of a solid substrate through the control of interfacial energy and capillary force in order to collect fine dust. .

본 발명의 일 실시예에 따른 먼지 포집용 필터는, 기판; 상기 기판 상에 형성된 표면 개질층; 및 상기 표면 개질층을 통해 상기 기판 상에 코팅된 액상층을 포함한다.Dust collecting filter according to an embodiment of the present invention, the substrate; A surface modification layer formed on the substrate; And a liquid layer coated on the substrate through the surface modification layer.

상기 필터는 미세 먼지 포집용 필터이다.The filter is a filter for collecting fine dust.

상기 기판은 다기공성 기판인 것이 바람직하고, 상기 기판은 금속, 고분자, 섬유, 유리, 세라믹, 종이, 셀룰로스 중 어느 하나 이상으로 이루어진다.Preferably, the substrate is a porous substrate, and the substrate is made of any one or more of metal, polymer, fiber, glass, ceramic, paper, and cellulose.

상기 표면 개질층은 낮은 표면 에너지를 갖는 물질이 이용되는 것이 바람직하고, 상기 표면 개질층은 40mN/m 이하의 표면 에너지를 갖는 물질이 이용되는 것이 바람직하다.It is preferable that a material having a low surface energy is used as the surface modification layer, and a material having a surface energy of 40 mN / m or less is preferably used as the surface modification layer.

상기 액상층은 낮은 표면 에너지를 가지며 소수성 물질이 이용되는 것이 바람직하고, 상기 액상층은 40mN/m 이하의 표면 에너지를 갖는 물질이 이용되는 것이 바람직하다.Preferably, the liquid layer has a low surface energy and a hydrophobic material is used, and the liquid layer preferably has a material having a surface energy of 40 mN / m or less.

상기 액상층과 상기 표면 개질층의 표면 에너지 차이는 10mN/m 이하, 바람직하게는 5mN/m 이하이다.The surface energy difference between the liquid layer and the surface modification layer is 10 mN / m or less, preferably 5 mN / m or less.

본 발명의 추가적인 실시예에 따른 먼지 포집용 필터는, 기판; 상기 기판 상에 형성된 표면 개질층; 및 상기 표면 개질층에 상기 기판 상에 코팅된 액상층을 포함하는 필터가 복수개가 겹쳐져 배치된다.Dust collecting filter according to an embodiment of the present invention, the substrate; A surface modification layer formed on the substrate; And a plurality of filters including a liquid layer coated on the substrate to the surface modification layer.

상기 기판은 다기공성 기판으로서 섬유 또는 그물망인 것이 바람직하다.The substrate is preferably a fiber or a net as the porous substrate.

상기 표면 개질층은 40mN/m 이하의 표면 에너지를 갖는 물질이 이용되는 것이 바람직하고, 상기 액상층은 40mN/m 이하의 표면 에너지를 갖는 물질이 이용되는 것이 바람직하다.It is preferable that a material having a surface energy of 40 mN / m or less is used as the surface modification layer, and a material having a surface energy of 40 mN / m or less is used as the liquid phase layer.

상기 액상층과 상기 표면 개질층의 표면 에너지 차이는 10mN/m 이하, 바람직하게는 5mN/m 이하이다.The surface energy difference between the liquid layer and the surface modification layer is 10 mN / m or less, preferably 5 mN / m or less.

본 발명은 지금까지의 건식 고체 여과체 들과는 다르게 모든 크기의 미세먼지를 단위 부피당 더욱 효과적으로 집진 가능하고, 구동 에너지가 전혀 없으며, 낮의 단가로 제조 가능함과 더불어 다양한 형태로 여러 공간에(공장, 화력발전소 굴뚝 등의 미세먼지 발생 장소, 건물, 도로, 진공청소기, 공기청정기 등) 설치 가능하다는 장점을 갖는다. Unlike dry solid filters, the present invention is capable of collecting dust of all sizes more effectively per unit volume, has no driving energy, and can be manufactured at low unit costs. It has the advantage of being able to install fine dust generating place such as power plant chimney, building, road, vacuum cleaner, air cleaner, etc.).

도 1a는 먼지 입자가 고체 표면 및 액상 표면에 흡착되는 모습의 개략도를 도시한다.
도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 먼지 포집용 필터의 측단면의 간략도를 도시한다.
도 2는 3차원 공초점 현미경으로 분석한 액상막이 코팅된 유리 기판에 흡착된 마이크로 미세 입자를 도시한다.
도 3은 액상막이 코팅된 기판에 포집된 미세먼지를 제거하기 위해 물방울 분사를 이용하여 자가클리닝 하는 과정을 도시한다.
도 4는 섬유 또는 그물망 구조의 기판이 이용되는 경우에 있어서 액상층이 코팅된 필터의 구조를 도시한다.
도 5는 섬유 또는 그물망 구조의 기판에 액상층이 코팅된 필터를 이용한 공기 정화 과정을 도시한다.
도 6은 본 발명의 추가적인 실시예에 따른 먼지 포집용 필터의 모습을 도시한다.
다양한 실시예들이 이제 도면을 참조하여 설명되며, 전체 도면에서 걸쳐 유사한 도면번호는 유사한 엘리먼트를 나타내기 위해서 사용된다. 설명을 위해 본 명세서에서, 다양한 설명들이 본 발명의 이해를 제공하기 위해서 제시된다. 그러나 이러한 실시예들은 이러한 특정 설명 없이도 실행될 수 있음이 명백하다. 다른 예들에서, 공지된 구조 및 장치들은 실시예들의 설명을 용이하게 하기 위해서 블록 다이아그램 형태로 제시된다.
1A shows a schematic view of dust particles adsorbed on a solid surface and a liquid surface.
Figure 1b shows a simplified view of the side cross-section of the dust collecting filter according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 shows the micro fine particles adsorbed on the liquid film coated glass substrate analyzed by three-dimensional confocal microscopy.
FIG. 3 illustrates a process of self-cleaning using a spray of water droplets to remove fine dust collected on a liquid film-coated substrate.
4 shows the structure of a filter coated with a liquid layer in the case where a substrate having a fiber or mesh structure is used.
5 shows an air purification process using a filter coated with a liquid layer on a substrate having a fiber or mesh structure.
6 shows an appearance of a dust collecting filter according to a further embodiment of the present invention.
Various embodiments are now described with reference to the drawings, wherein like reference numerals are used to refer to like elements throughout. In the following description, for purposes of explanation, various details are set forth in order to provide an understanding of the invention. It is evident, however, that such embodiments may be practiced without these specific details. In other instances, well-known structures and devices are shown in block diagram form in order to facilitate describing the embodiments.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail an embodiment of the present invention. As the inventive concept allows for various changes and numerous embodiments, particular embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the text. However, this is not intended to limit the present invention to a specific disclosed form, it should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In describing the drawings, similar reference numerals are used for similar elements.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular example embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this application, the terms "comprises" or "having" are intended to indicate that there is a feature, step, operation, component, part, or combination thereof described on the specification, and one or more other features or steps. It is to be understood that the present invention does not exclude, in advance, the possibility of the presence or addition of any operation, component, part, or combination thereof.

본 발명은 미세먼지 포집을 위한 필터(여과체)를 제공하고자 하며, 효과적인 미세먼지의 포집을 위해 계면에너지 조절 및 모세관힘 유도를 통해 액상막을 고체 기판 표면에 안정적으로 구현한 먼지 포집 필터를 제시한다. The present invention aims to provide a filter (filter) for collecting fine dust, and proposes a dust collecting filter stably embodying a liquid film on the surface of a solid substrate through the control of interfacial energy and capillary force in order to effectively collect fine dust. .

기존의 HEPA와 같은 고체 여과체들과는 달리 본 발명이 제시하는 여과체는 표면이 액상이기 때문에, 도 1a에서 도시된 것처럼 액체-고체 사이의 강한 흡착력을 바탕으로 매우 효과적으로 고체 먼지 입자를 여과체 표면에 흡착시킬 수 있다. 모든 액체는 중력에 의해 낮은 위치로 흘러내려 고정상으로 존재하기가 어렵기 때문에, 액체-고체 사이의 강한 흡착을 고체 여과체들과 같은 고정상의 여과체로 구현하여 이용하는데 한계가 있었다. 따라서 본 발명의 핵심은 여과체의 '고체 기판 표면'과 '액상층' 사이의 계면 에너지를 최소화하고 모세관 힘을 유도하여 중력에 의해 흐르거나 떨어지지 않는 액상막을 여과체 표면 위에 구현하는 것이다. Unlike the conventional solid filters such as HEPA, the filter medium proposed by the present invention is a liquid phase, and as shown in FIG. Can be adsorbed. Since all liquids are difficult to flow into the low position by gravity and hardly exist in the stationary phase, there is a limit to implementing and using strong adsorption between the liquid-solids as a fixed-bed filter such as solid filters. Therefore, the core of the present invention is to minimize the interfacial energy between the 'solid substrate surface' and the 'liquid layer' of the filter medium and induce a capillary force to implement a liquid film that does not flow or fall by gravity on the filter surface.

이렇게 구현된 '액상막이 코팅된 필터'는 액상막-고체입자 사이의 강한 흡착력을 바탕으로 종래 기술에서 소개했던 기존의 건식 여과체들에 비해 훨씬 우수한 (미세)먼지 포집 효과를 보이며, 기존 습식 포집법들과도 다르게 액상 물질을 고정상으로 이용함으로써 다양한 환경에서 먼지를 포집할 수 있는 범용성을 확보하게 한다. The 'liquid membrane coated filter' implemented in this way has a much better (fine) dust collection effect than the conventional dry filters introduced in the prior art based on the strong adsorption force between the liquid membrane and the solid particles, and the existing wet collection Unlike the laws, the use of liquid materials as the stationary phase ensures the versatility to collect dust in various environments.

이하에서는 본 발명의 먼지 포집용 필터에 대해 설명하도록 하겠다.Hereinafter, the dust collecting filter of the present invention will be described.

도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 먼지 포집용 필터의 측단면의 간략도를 도시한다. 도 1b에서 도시된 것처럼, 본 발명의 일 실시예에 따른 먼지 포집용 필터는, 기판(10); 기판 상에 형성된 표면 개질층(20); 및 액상층(30)을 포함한다.Figure 1b shows a simplified view of the side cross-section of the dust collecting filter according to an embodiment of the present invention. As shown in Figure 1b, the dust collecting filter according to an embodiment of the present invention, the substrate 10; A surface modification layer 20 formed on the substrate; And a liquid layer 30.

기판(10)은 금속, 고분자, 섬유, 유리, 세라믹, 그물망 중 어느 하나 이상으로 이루어질 수 있다. 도 1b의 경우에는 평판 형태의 기판 모습을 도시하고 있으나, 기판은 표면적을 넓히기 위해 도 4 내지 도 5와 같이 섬유 또는 그물망 형태일 수도 있다. 넓은 표면적을 갖는 기판은 보다 효과적인 먼지의 포집을 가능하게 한다.The substrate 10 may be made of any one or more of metal, polymer, fiber, glass, ceramic, and mesh. In the case of Figure 1b, but the shape of the substrate in the form of a flat plate, but the substrate may be in the form of fibers or nets as shown in Figures 4 to 5 to increase the surface area. Substrates with large surface areas allow for more effective dust collection.

기판(10)은 중력 등의 외부 압력 등이 가해지더라도 액상층이 고정상 형태를 유지할 수 있도록 구현하기 위해 기판과 액상층 사이에 모세관 힘을 유도할 수 있는 다기공성 기판이 이용되는 것이 바람직하다. 이러한 모세관 힘과 후술하는 것처럼 낮은 계면 에너지에 의해 중력에 의해 흘러내리지 않는 액상층을 액상막으로 구현하게 된다.The substrate 10 is preferably a porous substrate capable of inducing capillary force between the substrate and the liquid layer in order to implement the liquid layer to maintain a fixed phase even when external pressure such as gravity is applied. Such a capillary force and a liquid layer that does not flow by gravity due to low interfacial energy, as described below, are realized as a liquid film.

다음으로 기판 상에 표면 개질층(20)을 형성한다. 표면 개질층은 낮은 표면 에너지를 갖는 물질이 이용되는 것이 바람직하고, 수치적으로는 40mN/m 이하의 표면 에너지를 갖는 물질이 이용되는 것이 바람직하다. Next, the surface modification layer 20 is formed on a substrate. As the surface modification layer, a material having a low surface energy is preferably used, and a material having a surface energy of 40 mN / m or less is preferably used numerically.

표면 개질층(20)은 도 1b에서는 평면 기판에서 액상층이 형성되는 면 쪽에 형성된 것으로 도시되어 있으나, 도 4 내지 도 5와 같이 섬유 또는 그물망 형태인 경우에는 망이나 섬유의 가닥을 모두 감싸는 형태로 형성되어 있을 수 있다.Although the surface modification layer 20 is illustrated in FIG. 1B as being formed on the side on which the liquid layer is formed on the planar substrate, when the fiber or net form is formed as shown in FIGS. 4 to 5, the surface modification layer 20 surrounds all the strands of the net or the fiber. It may be formed.

표면 개질층(20)는 낮은 표면 에너지의 표면 개질 고분자가 이용되는 것이 일반적이며, 예를 들어 탄화수소(hydrocarbon) 또는 탄화불소(fluorocarbon) 계의 단분자 또는 고분자가 이용될 수 있으며, 실리콘 고분자(polysilicone)가 이용될 수도 있다.As the surface modification layer 20, a surface modification polymer having a low surface energy is generally used. For example, a single molecule or a polymer of hydrocarbon or fluorocarbon system may be used, and a silicon polymer (polysilicone) may be used. ) May be used.

액상층(30)은 표면 개질층을 통해 기판 상에 코팅된다. 본 명세서에서 액상층은 액상막이라고도 명명된다. 액상층은 낮은 표면 에너지를 가지며 물과 섞이지 않는 소수성 물질이 이용되는 것이 바람직하며, 구체적으로 액상층은 40mN/m 이하의 표면 에너지를 갖는 물질이 이용되는 것이 바람직하다.The liquid layer 30 is coated onto the substrate via a surface modification layer. In the present specification, the liquid layer is also called a liquid film. Preferably, the liquid layer has a low surface energy and a hydrophobic material that does not mix with water is used. Specifically, the liquid layer preferably has a material having a surface energy of 40 mN / m or less.

액상층으로 소수성 물질이 이용되는 이유는 액상층에 붙은 먼지를 제거할 때 물방울을 분사하여 제거하게 되기 때문이며, 또한 물의 표면 에너지인 72mN/m보다 낮은 표면 에너지를 갖는 물질이 이용되어야 한다.The reason why the hydrophobic material is used as the liquid layer is that water droplets are sprayed to remove the dust attached to the liquid layer, and a material having a surface energy lower than 72 mN / m, which is the surface energy of water, should be used.

액상층(30)과 표면 개질층(20)은 서로 화학적으로 동일한 물질이 이용되는 것이 바람직하며, 또한 이들 간의 표면 에너지 차이는 10mN/m 이하, 더욱 바람직하게는 5mN/m 이하인 것이 바람직하다.It is preferable that the liquid layer 30 and the surface modification layer 20 are chemically identical to each other, and the surface energy difference between them is preferably 10 mN / m or less, more preferably 5 mN / m or less.

예를 들어 액상 물질은 기판의 표면 개질 물질에 따라 계면 에너지를 최소화할 수 있는 물질을 적용한다. 예를 들어 탄화불소 분자로 기판 표면을 개질 했을 시에는 탄화불소 바탕의 윤활액을 액상 물질로 사용하고, 탄화수소 분자로 기판 표면을 개질 했을 경우에는 탄화수소 바탕의 윤활액을 액상 물질로 사용하는 것이 기판 표면과 액상층 사이 계면 에너지를 최소화시킬 수 있는 방법이다. 특히, 다양한 표면 개질물질과 액상물질 중 실리콘 고분자로(polysilicone) 기판 표면을 개질하고 실리콘 오일을(silicone oil) 액상 물질로 사용했을 시, 기판 위에 매우 안정적으로 유지되는 실리콘 오일 액상막을 구현할 수 있는데, 이는 실리콘 고분자와 실리콘 오일이 화학적 동일하기 때문에 0 mN/m에 가까운 매우 낮은 계면 에너지를 갖게 되고 또한 실리콘 오일이 실리콘 고분자 층 내부에도 안정적으로 습윤될 수 있기 때문이다.For example, the liquid material applies a material that can minimize the interfacial energy according to the surface modification material of the substrate. For example, when the substrate surface is modified with fluorocarbon molecules, the fluorocarbon-based lubricant is used as the liquid substance. When the substrate surface is modified with the hydrocarbon molecules, the hydrocarbon-based lubricant is used as the liquid substance. This method can minimize the interfacial energy between the liquid layers. Particularly, when the surface of the substrate is modified with polysilicone among various surface modifiers and liquid materials and the silicone oil is used as the liquid material, a silicone oil liquid film that is very stable on the substrate can be realized. This is because the silicone polymer and the silicone oil are chemically identical, and thus have very low interfacial energy of close to 0 mN / m and the silicone oil can be stably wetted inside the silicone polymer layer.

액상층(30)은 스프레이 또는 담지 코팅법을 이용해 구현되는 것이 바람직하다. The liquid layer 30 is preferably implemented using a spray or supported coating method.

기판 위에 코팅되어 있는 액상층(액상막)은 도 2에서와 같이 액체-고체 사이의 강한 흡착력을 바탕으로 표면에 닿은 먼지 입자를 강하게 흡착시킨다. 도 2는 3차원 공초점 현미경으로 분석한 액상막이 코팅된 유리 기판에 흡착된 마이크로 미세 입자를 도시한다. 따라서 본 발명에 따른 먼지 포집용 필터는, 기존의 고체 필터와 같이 미세먼지보다 작은 기공을 이용해 먼지를 여과시키는 방법이 아닌, 표면에 먼지를 흡착시키는 방법으로 먼지 포집이 가능하다. 이러한 강한 흡착력은 크기에 상관없이 모든 고체 먼지에 유도되기 때문에, 10 마이크로미터 이하의 초미세먼지 또한 매우 효과적으로 포집이 가능하다. The liquid layer (liquid film) coated on the substrate strongly adsorbs the dust particles on the surface based on the strong adsorption force between the liquid and solid as shown in FIG. Figure 2 shows the micro fine particles adsorbed on the liquid film coated glass substrate analyzed by three-dimensional confocal microscopy. Therefore, the dust collecting filter according to the present invention can collect dust by a method of adsorbing dust on the surface, rather than filtering the dust using pores smaller than fine dust, as in the conventional solid filter. Since this strong adsorption force is induced to all solid dust regardless of size, ultrafine particles of 10 micrometers or less can be captured very effectively.

또한, 여과체를 지속적이고 장기적으로 사용하기 위해서는 포집된 먼지를 간단하고 효과적으로 제거할 수 있어야한다. 본 발명에서 중력에 흐르지 않는 안정적인 액상막 구현을 위해 낮은 표면에너지로 기판을 개질하고 낮은 표면장력의 액상물질을 사용하는 것이 핵심인데, 이렇게 낮은 표면에너지 기판에 코팅된 낮은 표면 장력의 액상층은 매우 우수한 자가 클리닝(self-cleaning)효과를 갖는다. 따라서 도 3에서와 같이 물방울들을 먼지가 포집된 여과체 위에 흘려줌으로써 물방울들이 먼지를 쓸고 내려가는 자가클리닝 효과를 통해 포집된 미세먼지들을 제거하고 다시 깨끗한 여과체 표면을 얻음으로써 지속적인 재사용을 가능하게 한다. 도 3은 액상막이 코팅된 기판에 포집된 미세먼지를 제거하기 위해 물방울 분사를 이용하여 자가클리닝 하는 과정을 도시한다.In addition, continuous and long-term use of the filter media requires simple and effective removal of the collected dust. In the present invention, in order to realize a stable liquid film that does not flow through gravity, it is essential to modify the substrate with low surface energy and use a low surface tension liquid material. The low surface tension liquid layer coated on the low surface energy substrate is very important. It has excellent self-cleaning effect. Therefore, as shown in FIG. 3, the water droplets are allowed to flow on the dust-collected filter medium, thereby allowing the continuous reuse by removing the fine dust collected through the self-cleaning effect in which the water droplets sweep down the dust and again obtaining a clean filter surface. FIG. 3 illustrates a process of self-cleaning using a spray of water droplets to remove fine dust collected on a liquid film-coated substrate.

도 4는 섬유 또는 그물망 구조의 기판이 이용되는 경우에 있어서 액상층이 코팅된 필터의 구조를 도시한다. 도 5는 섬유 또는 그물망 구조의 기판에 액상층이 코팅된 필터를 이용한 공기 정화 과정을 도시한다.4 shows the structure of a filter coated with a liquid layer in the case where a substrate having a fiber or mesh structure is used. 5 shows an air purification process using a filter coated with a liquid layer on a substrate having a fiber or mesh structure.

본 발명에서 구현된 액상막이 코팅된 여과체는 공기중의 먼지를 강한 흡착에 의해 포집한다.(도 5) 특히 액상막이 중력에 의해 흐르지 않고 건식 고체 여과체와 같이 고정상으로 존재하기 때문에, 고체 여과체와 같이 본 여과체를 다양한 형태로 여러 다른 분야에 적용이 가능하다. 대표적인 적용 가능 예로는 공기청정기, 진공청소기 용 여과체, 대기 정화용 대용량 여과체, 공장 및 발전소의 집진체, 가정 혹은 건물용 방충망 등에 적용된 먼지 여과체 등이 있다. 포집된 먼지들은 자가클리닝 기능에 의해 스프레이 분사등으로 분사된 물방울로 간단히 제거가 되어, 액상막이 코팅된 여과체(필터)의 지속적인 장기 재사용이 가능하다.The liquid membrane-coated filter medium embodied in the present invention collects dust in the air by strong adsorption (FIG. 5). Particularly, since the liquid membrane does not flow by gravity and exists in a fixed phase like a dry solid filter, solid filtration. Like the sieve, this filter medium can be applied to various other fields in various forms. Typical applications include air cleaners, vacuum cleaner filters, large-capacity filters for air purification, dust filters applied to dust collectors in factories and power plants, and home or building screens. Collected dust can be easily removed by water droplets sprayed by spray spraying by self-cleaning function, which enables continuous long-term reuse of the liquid film coated filter.

본 발명의 추가적인 실시예에 따르면, 먼지 포집용 필터는 기판; 상기 기판 상에 형성된 표면 개질층; 및 상기 표면 개질층을 통해 상기 기판 상에 코팅된 액상층을 포함하는 필터가 복수개가 겹쳐져 배치된다. 이러한 본 발명의 추가적인 실시예에 따른 먼지 포집용 필터는 도 6에서 도시된다.According to a further embodiment of the present invention, the dust collecting filter comprises a substrate; A surface modification layer formed on the substrate; And a plurality of filters including a liquid layer coated on the substrate through the surface modification layer. The dust collecting filter according to this further embodiment of the present invention is shown in FIG. 6.

도 6에서 보는 것처럼, 본 발명의 추가적인 실시예에 따른 먼지 포집용 필터는 섬유 또는 그물망이 이용되며, 이러한 섬유 또는 그물망이 복수개가 겹쳐서 이용된다. 이를 통해 더욱 효과적인 먼지의 포집이 가능하게 된다.As shown in Figure 6, the dust collecting filter according to a further embodiment of the present invention is used a fiber or a mesh, a plurality of such fibers or mesh is used by overlapping. This allows for more effective dust collection.

추가적인 실시예에 따른 먼지 포집용 필터의 경우에도 기판은 다기공성 기판으로서 섬유 또는 그물망이 이용되는 것이 바람직하고, 표면 개질층은 40mN/m 이하의 표면 에너지를 갖는 물질이 이용되는 것이 바람직하며, 액상층은 40mN/m 이하의 표면 에너지를 갖는 물질이 이용되는 것이 바람직하다.In the case of the filter for collecting dust according to a further embodiment, it is preferable that the substrate is a fiber or a mesh used as the porous substrate, and the surface modification layer is preferably a material having a surface energy of 40 mN / m or less, The layer is preferably a material having a surface energy of 40 mN / m or less.

또한, 상기 액상층과 상기 표면 개질층의 표면 에너지 차이는 10mN/m 이하, 바람직하게는 5mN/m 이하인 것이 바람직하다.In addition, the surface energy difference between the liquid layer and the surface modification layer is preferably 10 mN / m or less, preferably 5 mN / m or less.

본 발명은 지금까지의 건식 고체 여과체 들과는 다르게 모든 크기의 미세먼지를 단위 부피당 더욱 효과적으로 집진 가능하고, 친환경적이며, 구동 에너지가 전혀 없으며, 낮의 단가로 제조 가능함과 더불어 다양한 형태로 여러 공간에(공장, 화력발전소 굴뚝 등의 미세먼지 발생 장소, 건물, 도로, 진공청소기, 공기청정기 등) 설치 가능하다는 장점을 갖는다. Unlike dry solid filters, the present invention is capable of collecting dust of all sizes more effectively per unit volume, being environmentally friendly, having no driving energy, and manufacturing at low cost, and in various forms in various spaces. It has the advantage of being able to install fine dust generating place such as factory, thermal power plant chimney, building, road, vacuum cleaner, air cleaner, etc.).

본 발명의 필터는 액체-고체 먼지 사이의 강한 흡착을 이용한 완전히 새로운 개념의 여과체 및 활용을 제시하고 있으며, 이에 의해 본 기술은 다양한 분야로 적용되어 액상막을 이용한 새로운 먼지 포집 기술 플랫폼 구축을 가능하게 할 것이며, 추후 먼지 포집 기술 및 산업에 새로운 패러다임을 제시할 것으로 보인다.The filter of the present invention proposes a completely new concept of filter medium and its application using strong adsorption between liquid and solid dust, whereby the technology is applied to various fields, thereby enabling the construction of a new dust collection technology platform using liquid membranes. It is expected to present a new paradigm for dust collection technology and industry in the future.

제시된 실시예들에 대한 설명은 임의의 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 이용하거나 또는 실시할 수 있도록 제공된다. 이러한 실시예들에 대한 다양한 변형들은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이며, 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 그리하여, 본 발명은 여기에 제시된 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 여기에 제시된 원리들 및 신규한 특징들과 일관되는 최광의의 범위에서 해석되어야 할 것이다. The description of the presented embodiments is provided to enable any person skilled in the art to make or use the present invention. Various modifications to these embodiments will be apparent to those skilled in the art, and the generic principles defined herein may be applied to other embodiments without departing from the scope of the invention. Thus, the present invention should not be limited to the embodiments set forth herein but should be construed in the broadest scope consistent with the principles and novel features set forth herein.

Claims (16)

  1. 기판;
    상기 기판 상에 형성된 표면 개질층; 및
    상기 표면 개질층을 통해 상기 기판 상에 코팅된 액상층을 포함하고,
    상기 표면 개질층은 40mN/m 이하의 표면 에너지를 갖는 물질이 이용되고,
    상기 액상층은 40mN/m 이하의 표면 에너지를 갖는 소수성 액상 물질이 이용되는,
    먼지 포집용 필터.
    Board;
    A surface modification layer formed on the substrate; And
    A liquid layer coated on the substrate through the surface modification layer,
    The surface modification layer is a material having a surface energy of 40mN / m or less,
    The liquid layer is a hydrophobic liquid material having a surface energy of 40mN / m or less,
    Dust collector filter.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 필터는 미세 먼지 포집용 필터인,
    먼지 포집용 필터.
    The method of claim 1,
    The filter is a filter for collecting fine dust,
    Dust collector filter.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판은 다기공성 기판인,
    먼지 포집용 필터.
    The method of claim 1,
    The substrate is a porous substrate,
    Dust collector filter.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판은 금속, 고분자, 섬유, 종이, 셀룰로스, 유리, 세라믹 중 어느 하나 이상으로 이루어지는,
    먼지 포집용 필터.
    The method of claim 1,
    The substrate is made of any one or more of metal, polymer, fiber, paper, cellulose, glass, ceramic,
    Dust collector filter.
  5. 삭제delete
  6. 삭제delete
  7. 삭제delete
  8. 삭제delete
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 액상층과 상기 표면 개질층의 표면 에너지 차이는 10mN/m 이하인,
    먼지 포집용 필터.
    The method of claim 1,
    The difference in surface energy of the liquid layer and the surface modification layer is 10mN / m or less,
    Dust collector filter.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 액상층과 상기 표면 개질층의 표면 에너지 차이는 5mN/m 이하인,
    먼지 포집용 필터.
    The method of claim 1,
    The surface energy difference between the liquid layer and the surface modification layer is 5mN / m or less,
    Dust collector filter.
  11. 기판; 상기 기판 상에 형성된 표면 개질층; 및 상기 표면 개질층에 상기 기판 상에 코팅된 액상층을 포함하는 필터가 복수개가 겹쳐져 배치되고,
    상기 표면 개질층은 40mN/m 이하의 표면 에너지를 갖는 물질이 이용되고,
    상기 액상층은 40mN/m 이하의 표면 에너지를 갖는 소수성 액상 물질이 이용되는,
    먼지 포집용 필터.
    Board; A surface modification layer formed on the substrate; And a plurality of filters including a liquid layer coated on the substrate to the surface modification layer.
    The surface modification layer is a material having a surface energy of 40mN / m or less,
    The liquid layer is a hydrophobic liquid material having a surface energy of 40mN / m or less,
    Dust collector filter.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 기판은 다기공성 기판으로서 섬유 또는 그물망 구조인,
    먼지 포집용 필터.
    The method of claim 11,
    The substrate is a fiber or mesh structure as a porous substrate,
    Dust collector filter.
  13. 삭제delete
  14. 삭제delete
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 액상층과 상기 표면 개질층의 표면 에너지 차이는 10mN/m 이하인,
    먼지 포집용 필터.
    The method of claim 11,
    The difference in surface energy of the liquid layer and the surface modification layer is 10mN / m or less,
    Dust collector filter.
  16. 제 11 항에 있어서,
    상기 액상층과 상기 표면 개질층의 표면 에너지 차이는 5mN/m 이하인,
    먼지 포집용 필터.
    The method of claim 11,
    The surface energy difference between the liquid layer and the surface modification layer is 5mN / m or less,
    Dust collector filter.
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KR101791677B1 (en) * 2016-09-12 2017-10-30 류이하 Wet air cleaner

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