KR102039512B1

KR102039512B1 - 유해공기 정화용 필터

Info

Publication number: KR102039512B1
Application number: KR1020170163492A
Authority: KR
Inventors: 주광진; 이재민; 이영섭; 제갈진환; 윤정애; 이용균
Original assignee: 주식회사 성창오토텍
Priority date: 2017-11-30
Filing date: 2017-11-30
Publication date: 2019-11-01
Also published as: KR20190064148A

Abstract

본 발명은 유해공기 정화용 필터에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 유해가스로 분류되는 휘발성 유기화합물(VOCs), 암모니아, 알데히드, 아민, 강산, 유기산 등의 악취가스를 포함한 다양한 대기 오염물질을 정화하고 산업시설이나 자동차 또는 실내 등에서 발생하는 각종 유해가스를 정화하여 쾌적한 대기 환경으로 개선 유지되도록 하기 위해 사용되는 유해공기 정화용 필터에 관한 것이다.

Description

유해공기 정화용 필터{Filter for harmful air cleaner}

일반적으로 공기정화 장치는 오염된 공기를 정화하여 보다 신선한 공기를 제공하기 위한 것으로, 건강 및 웰빙을 무엇보다 중요시하는 현대 사회에서 공해로 오염된 공기 중의 각종 유해성분을 제거해주는 기능을 하는 공기정화기의 필요성이 증대하고 있다.

이와 같이, 공기청정장치나 공기청정기는 가정, 사무실, 공공장소, 자동차, 산업설비 등 생활공간의 모든 영역에서 사용되고 있을 정도로 점차 확대되고 있다.

이러한 공기정화 장치로서 예컨대 자동차 등에 장착되는 공기 정화기는 수개의 출구가 덕트와 연결되어 외부에서 공급되는 공기를 차실내의 여러 방향으로 분배시키는 기능을 하고, 이러한 공기 정화기는 입구로 유입되는 공기가 복수개의 출구들로 분배될 수 있도록 복잡한 유로를 가지며, 이 유로의 적당 위치는 출구로 배출되는 공기의 방향을 제어할 수 있도록 도어들이 회전가능하게 설치된다.

그리고 상기한 공기 정화기의 내부에는 통상적으로 외부의 공기를 강제로 공급하는 블로워와, 상기 블로워에 의해 유입되는 공기 중에 혼합된 불순물을 여과시키는 에어 필터와, 공기를 열교환시켜 차 실내를 냉·난방할 수 있도록 하기 위한 열교환기 등이 설치됨에 따라 차 외부의 공기가 상기 블로워의 작동에 의해 케이스의 내부를 통과하면서 에어 필터에 의해 불순물이 여과되고, 상기 열교환기를 통과하면서 차 실내의 온도보다 저온 또는 고온으로 열교환된 후 출구와 덕트를 통해 차의 실내로 분배된다.

이러한 공기 정화기의 케이스 내부에는 공기 중에 혼합된 불순물을 여과시킬 수 있도록 공기정화필터가 설치되는 데, 공기정화필터에는, 여과 섬유를 이용해 입자형 오염물질을 제거하는 흡착 소재의 유형에 따라 입자형 필터와 섬유형 필터, 그리고 세균 번식 억제 기능을 추가한 항균필터 등이 있다.

차량용 공기 정화필터는 외부로부터 유입되는 가스상 오염물질을 차단하기 위해 차량의 에어컨디셔너에 장착되어 사용되는데, 최근 차량의 실내 대기질 개선에 대한 인식이 증가하면서 차량용 복합 필터에 대한 관심 및 수요가 증가하고 있다.

상기와 같은 공기정화필터에 사용되는 흡착소재로는 활성탄, 제올라이트 등이 사용될 수 있는데, 일반적으로 비표면적이 넓어 가격 대비 오염물질의 제거특성이 우수한 활성탄이 주로 사용된다.

기존의 상용화된 필터로서 입자형 필터와 섬유형 필터를 동시에 사용하는 복합 필터는 주로 활성탄 등의 흡착소재를 부직포 등으로 이루어진 섬유형 필터 내에 내장시켜서 사용하고 있는데, 예컨대 흡착소재 입자들을 부착시키는 방법, 흡착소재 입자를 부직포 사이에 삽입되게 하고 융착시키는 방법, 흡착소재 입자를 부직포 웹 사이에 내장시키는 방법 등이 적용되고 있다.

그러나 이러한 기존의 공기정화필터는 복합형으로 적용하였음에도 불구하고 분자량, 화학적 성질 등이 서로 다른 다양한 성질의 가스상 오염물질을 모두 흡착할 수 메커니즘을 다 갖추고 있지 못하기 때문에 오염물질을 포함하는 공기를 모두 정화시키는 데는 한계가 있다.

이러한 문제 해결을 위해 종래 공기정화필터로서 한국특허공개 제10-2007-0105461호에서는 활성탄, 첨착활성탄, 이온교환수지를 독자적으로 사용하는 필터매체를 포함하는 케미컬 필터 및 이를 포함하는 공기정화장치를 제안하고 있으며, 한국특허공개 제10-2003-0042533호에서는 유해가스와 화학적으로 반응하는 특정 촉매제를 코팅한 활성탄을 여과층으로 하는 자동차의 환기장치용 에어필터를 제안하고 있다.

이러한 종래기술의 경우 예컨대 활성탄에 특정 화학성분을 함침, 첨착 등의 방법으로 화학적 기능성을 부여하고자 하지만 그 방법이 너무 까다롭고 실질적인 기능성 부여도 한계가 있고 이러한 흡착소재의 입자를 필터에 함유시키는 양도 에어 부압을 고려하면 한계성이 있어서 일정 비율 이상으로 증가시키는 것도 어렵다.

이를 개선하기 위해 활성탄에 화학적 기능기를 보다 많이 보다 효과적으로 부여한 새로운 형태의 흡착제로서, 한국특허등록 제10-2013-0091115호에서는 특정 크기의 활성탄입자와 특정 물성의 이온교환수지가 혼합된 활성탄입자를 혼합하여 이루어진 흡착소재를 이용한 공기 정화용 필터가 제안되어 있다.

여기서는 이온교환수지를 적용하고 있는데 이온교환수지의 입자와 함께 혼합되는 활성탄과 섬유형 필터의 기공과 유입되는 공기흐름을 막아 전체적인 흡착능과 필터 기능을 저하시키는 새로운 문제점이 있어서 그 사용상 한계가 나타나고 있다.

또한, 이러한 문제는 소음의 원인이 되고, 필터의 기능을 저하시키는 문제점으로 나타나서 이를 시급히 개선하여야 하는 문제점으로 지적되고 있다.

상기와 같은 종래기술의 문제점을 개선하기 위하여, 본 발명은 활성탄과 같은 물리적 흡착소재와 이온교환수지와 같은 화학적 흡착소재를 병용하는 경우 나타나는 문제를 해결하여 흡착성능을 개선하는 것을 해결 과제로 한다,

따라서 본 발명의 목적은 다양한 유해공기를 정화할 수 있는 물리적 흡착능과 화학적 흡착능을 모두 가지면서도 그 흡착성능이 크게 개선된 유해공기 정화용 필터를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 활성탄과 이온교환수지를 혼합 사용하는 필터를 구성하되 이온교환수지의 입자크기와 함량을 특정 범위로 제한함으로써 물리적 화학적 흡착성능을 개선시킨 유해공기 정화용 필터를 제공하는데 있다.

위와 같은 과제의 해결을 위하여, 본 발명은 다공성 구조를 가지면서 비표면적이 800-3,000㎡/g, 입자의 크기가 50-3,000㎛인 활성탄 100 중량부와;

다공성 구조를 가지면서 비표면적이 800-3,000㎡/g, 입자의 크기가 50-3,000㎛인 활성탄에 첨착물질이 진공 첨착된 첨착활성탄 30-300 중량부와;

스타일렌 모노머과 디비닐 벤젠의 공중합물로 이루어진 다공성 구조의 무정형입자로서 입자크기가 평균직경이 10-150㎛이고, 이온결합형 기능기를 가지며, 이온교환용량이 1.2 meq/㎖ 이상인 이온교환수지 1-9 중량부;

로 이루어진 흡착소재를 포함하는 유해공기 정화용 필터를 제공한다.

본 발명에 따른 유해공기 정화용 필터는 활성탄의 물리적 흡착능에 더하여 이온교환수지를 사용하여 화학적 흡착이 가능하므로 각종 휘발성 유기화합물과 강산 유기산 등의 유해물질들을 흡착할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 이온교환수지 입자의 크기가 작고 그 함량이 적어서 활성탄의 미세 기공을 막아버리는 양이 적으면서도 흡착성능을 우수하게 발휘하는 효과가 있다.

그러므로 본 발명에 따른 흡착성능이 개선된 활성탄 함유 유해공기 정화용 필터는 기존의 구형 이온교환수지를 과량 사용한 활성탄 흡착소재를 적용한 필터에 비해 각종 휘발성 유해 유기화합물의 흡착성능 등에서 우수한 효과를 나타내는 것으로 확인되었다.

도 1은 본 발명에 따른 흡착소재를 공기정화용 필터로 제작하는 경우의 필터 구성을 예시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 흡착소재를 공기정화용 필터로 제작한 후, 비교 제품과 DIN71460 규격으로 Toluene의 소취효율에 대한 성능평가 결과이다.
도 3은 본 발명에 따른 흡착소재를 공기정화용 필터로 제작한 후, 비교 제품과 DIN71460 규격으로 n-Butane의 소취효율에 대한 성능평가 결과이다.
도 4는 본 발명에 따른 흡착소재를 공기정화용 필터로 제작한 후, 비교 제품과 DIN71460 규격으로 SO₂의 소취효율에 대한 성능평가 결과이다.

이하, 본 발명을 하나의 구현예로서 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 일반적인 공기정화필터에 활성탄을 혼합하되, 기존에 사용되어 왔던 활성탄과 첨착물질이 도입된 첨착활성탄, 그리고 이온교환수지를 기존과는 달리 입자와 혼합비율을 특정 비율로 새롭게 혼합 사용하여 새로운 고성능 흡착소재를 개발한 것이다.

본 발명에 따른 특정 조성의 흡착소재는 물리적 흡착성능 이외에도 화학적 흡착성능을 부가하여 유해공기 제거 성능을 크게 개선한 것으로써, 이러한 흡착소재에 의해 제거가 가능한 유해공기의 성분으로서는 예컨대 암모니아, 아민류, 알데하이드류, 그리고 벤젠, 톨루엔, 자일렌, n-부탄 등과 같은 VOCs류, 오존, 포름산, 아세트산 등의 유기산, 황산, 질산, 염산 등의 강산과 같은 각종 유해공기를 정화할 수 있는 것이다.

일반적으로 섬유상 웹과 활성탄 등을 복합 사용하는 공기정화필터는 섬유상 웹 형태의 필터보다는 그와 함께 사용되는 활성탄에 의해 주요 휘발성 성분에 대한 흡착기능이 발휘되므로 섬유필터 보다는 활성탄에 의해 유효 사용기간이나 흡착효능이 좌우되는 것으로 알려져 있다.

그러므로 본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 필터에서 흡착소재를 구성함에 있어서 활성탄의 특성과 화학적 흡착능을 발휘하는 이온교환수지의 물성과 함량 등은 중요한 요소가 될 수 있는 것이다,

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 필터에 흡착소재로 사용되는 활성탄은 활성탄과 첨착활성탄이 사용될 수 있는바, 이때의 활성탄은 바람직하게는 석탄계, 야자계, 피치계, 섬유계 중 선택된 하나 이상으로 이루어진 활성탄이 사용될 수 있다.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 본 발명에서 사용되는 활성탄으로는 다공성 구조를 가지면서 비표면적이 800-3,000㎡/g, 입자의 크기가 50-3,000㎛인 활성탄을 사용하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 50~500㎛, 500~1,500㎛, 1,500~3,000㎛ 의 활성탄을 혼합하여 사용하는 것이 좋다. 예컨대, 활성탄의 요오드가는 950㎎/g 이상인 것이 바람직하다.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 활성탄은 이러한 활성탄을 단독으로 사용하는 것보다는 흡착성능을 개선하기 위하여 첨착물질이 도입된 첨착활성탄을 혼합하여 사용하는 것이 바람직한바, 이러한 첨착활성탄에 사용되는 활성탄으로서는 상기 활성탄과 유사한 형태를 사용할 수 있지만, 첨착물질의 진공 첨착을 용이하게 하기 위하여 비표면적이 다소 낮은 것을 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 첨착활성탄에 적용되는 활성탄은 예컨대 다공성 구조를 가지면서 비표면적이 800-3,000㎡/g, 입자의 크기가 50-3,000㎛인, 더욱 바람직하게는 비표면적이 800-2,500㎡/g이고 요오드가가 950㎎/g 이상인 활성탄이 바람직하게 사용될 수 있다.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 첨착활성탄에 적용되는 첨착물질로서는 진공첨착이 가능한 것으로써, 예컨대 NaOH, KOH, KI, KIO₃, LiOH, K₂CO₃, Na₂CO₃, NaHCO₃, NaI, 염산, 황산, 질산, 구연산, 차아염소산나트륨, 과산화수소, 실리실산, 과망간산칼륨, 과망간산나트륨, 중크롬산칼륨, 중크롬산나트륨, 에틸렌우레아 중에서 선택된 어느 하나 이상의 물질들을 사용할 수 있다.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 활성탄에 첨착되는 첨착물질은 진공첨착 시에 바람직하게는 1-30 중량%, 보다 바람직하게는 1-15 중량%로 활성탄에 고르게 진공 첨작시켜서 사용될 수 있다.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 활성탄 100중량부에 대해 침착활성탄을 30-300중량부로 사용하는 것이 바람직하다. 이를 너무 지나치게 과량으로 사용하게 되면 순수한 물리적 흡착성능이 저하되고, 다양한 성분의 흡착능력을 발휘하는 데 한계가 있다.

본 발명에서는 이렇게 활성탄과 첨착활성탄의 혼합 사용으로 흡착성능을 개량시키는데 도움을 주게 된다.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 이러한 활성탄 및 첨착활성탄의 혼합 사용 이외에도 이온교환수지 입자를 혼합 사용하는 것을 특징으로 한다.

이러한 활성탄, 첨착활성탄 및 이온교환수지를 혼합 사용하는 것만으로는 충분하게 다양한 혼합 유해공기를 정화하는 데는 한계가 있다.

본 발명에서는 이러한 문제를 개선하여 이온교환수지를 사용하되 그 함량을 기존에 비해 월등하게 적은 양으로 혼합 사용한 것을 주요 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 이온교환수지는 전체 조성에서 1-9중량부로 사용한다. 더욱 바람직하게는 5-9중량부로 사용할 수 있다.

만일, 이온교환수지의 함량을 상기보다 소량으로 사용하는 경우 VOCs 등 각종 유해공기에 대한 화학적 흡착능이 저하되어 목적달성이 불가하고, 그 함량이 이보다 과량이면 활성탄과 첨착활성탄의 미세기공을 너무 막아서 흡착성능을 저하시키는 등 전체적인 흡착능력이 오히려 저하되는 문제가 있다. 특히, 이온교화수지를 활성탄이나 첨착활성탄과 독립적으로 섬유형 필터에 혼합하여 사용하는 경우 이온교환수지를 고착시키는데 사용되는 바인더나 고착을 위한 과정에서 이온교환수지가 과량 사용되는 다른 흡착소재의 흡착능력을 상대적으로 저하시키는 문제가 있다.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 본 발명에서 사용되는 이온교환수지는 스타일렌 모노머과 디비닐 벤젠의 공중합물로 이루어진 다공성 구조의 이온교환수지를 무정형입자로 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 무정형의 입자는 구형입자에 비해 오히려 다양한 유해공기에 대한 흡착성능을 좋게 하는 데 유리하다.

특히, 본 발명에서는 이온교환수지의 입자크기가 평균직경이 10-150㎛인 것, 더욱 바람직하게는 70-100㎛인 것을 사용하는 것이 바람직한 바, 그 입자크기가 너무 크면 흡착효율이 현저하게 저하되고, 그 입자크기가 상기보다 적으면 필터 내에서 이탈하여 외부로 누출될 염려가 있어서 바람직하지 않게 된다. 그러므로 본 발명에 따르면 상기와 같은 입자크기를 특정 범위로 사용하는 것도 중요한 요소가 될 수 있다.

본 발명은, 이러한 활성탄, 첨착활성탄 및 이온교환수지 입자를 혼합 사용하는 것이지만, 이들을 임의로 혼합하여 사용하는 것이 아니라 상기와 같은 특정 물성을 가진 입자를 사용하고, 특히 이온교환수지 입자를 특정의 것으로 사용하되 그 함량을 현저하게 적게 사용하게 되면 오히려 흡착성능이 크게 개선된다는 것을 특징으로 하는 것이다.

이와 같은 본 발명에 다른 흡착성능이 개선된 흡착소재를 함유하는 유해공기 정화용 필터의 제조과정을 자세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 상기와 같은 요건을 갖춘 활성탄을 준비하기 위해 통상의 활성탄을 수세하고 활성화하여 활성탄 내 분진 및 이물질을 제거하고 산 용액과 알칼리금속 등을 이용하여 탄소격자 내에 나노기공을 형성하는 활성탄의 전처리 단계를 거쳐서 이를 활성탄으로 사용할 수 있다.

예컨대, 이러한 본 발명의 활성탄의 제조방법은 기공을 갖는 탄소격자상(carbon matrix)의 물질에 나노크기의 미세기공을 발달시키는 제조과정을 적용할 수 있으며, 이러한 일반적인 활성탄 제조과정은 한국등록특허 제10-1315127호에 자세하게 소개되어 있는 방법에 의해 활성화된 활성탄을 사용할 수 있다.

또한, 본 발명에서 사용되는 첨착활성탄은 일반적으로 흡착성능의 개선을 위해 사용되는 것으로써, 본 발명의 바람직한 구현예에 따르면 첨착활성탄의 제조를 위해서는 상기와 같이 제조된 활성탄에 대하여 예컨대, -0.1MPa 이하의 진공조건, 95℃ 이하의 온도조건에서 첨착물질을 진공 첨착시키는 첨착활성탄 제조단계를 거쳐서 이를 흡착소재로 사용할 수 있다. 바람직하게는 -0.08 ~ -0.09MPa의 진공조건에서 첨착물질의 수용액을 분사하고, 20~30℃ 또는 75~90℃의 온도조건에서 건조시키면 활성탄의 기공 내부에도 첨착물질이 골고루 첨작될 수 있도록 첨착활성탄을 제조할 수 있다.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 본 발명에서 사용되는 이온교환수지는 스타일렌 모노머과 디비닐 벤젠의 공중합으로 제작된 다공성 구조의 구형입자로 제조될 수 있으며, 이러한 이온교환수지 입자에 함유되는 이온교환 작용기로서 가스상 오염물질을 제거하기 위한 기능기로는 술폰산기, 아민기, 카르복실기, 암모니움기, 페놀기 및 인산기 중에서 선택된 하나 이상의 기능기를 갖는 것으로 제조될 수 있다.

본 발명에서는 예컨대 상기 이온교환수지의 교환용량은 바람직하게는 1.2 meq/㎖ 이상, 보다 바람직하게는 3.0 meq/㎖ 이상인 것을 사용할 수 있는바, 본 발명에서 사용되는 이온교환수지는 그 기능기의 종류에 따라 이에 적합한 유해공기를 흡착하는 작용을 하게 된다.

이와 같은 방법으로 제조된 활성탄, 첨착활성탄 및 이온교환수지 입자는 상기와 같은 비율로 혼합하여 흡착 소재로 사용하여 유해공기 정화용 필터의 제조에 적용할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 흡착소재를 적용하는 유해공기 정화용 필터의 일예를 도시한 것이다.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 예컨대 상부 부직포 형태의 섬유상 웹과 하부의 섬유상 웹 사이에 상기 3종의 성분을 혼합한 흡착소재를 충전시켜 봉입하는 방법으로 유해공기 정화용 필터를 제조할 수 있다.

또한, 다른 예로서는 섬유상의 웹으로 이루어지는 필터에서 그 웹을 구성하는 부직포에 바인더를 이용하여 상기 3종 성분을 혼합 고착시켜서 필터를 제조하여 사용할 수도 있다. 구체적으로는 섬유상 필터로 적용되는 부직포 웹을 구성하는 저융점에 상기 3종의 흡착소재를 혼합하여 핫멜트(hot melt) 방법으로 부착하거나, 흡착소재 입자와 핫멜트용 단섬유를 혼합한 웹을 제조하여 부직포 사이에 삽입한 다음 핫멜트용 단섬유를 융착시키는 방법 등을 이용하여 필터를 제조할 수 있다.

이렇게 제조된 본 발명에 따른 유해공기 정화용 필터는 실내나 산업시시설의 공기정화를 위한 필터로 적용될 수 있다.

또한, 본 발명은 자동차용 부품으로서 자동차 실내의 유입공기를 사전에 정화하기 위한 필터나 차량 내부의 공기정화를 위한 필터로 바람직하게 적용될 수 있다.

상기와 같이 본 발명에 따라 제조된 유해공기 정화용 필터는 기존의 흡착소재 함유 필터의 구성에서 활성탄의 일부를 첨착활성탄과 이온교환수지 입자로 대체하여 사용하고, 특히 이온교환수지 입자의 형태를 구형이 아닌 무정형으로 사용하고 그 함량을 특정 범위로 조절하여 적용함으로써, 2가지 개선점을 통해 활성탄의 고유 성능은 유지하면서도 활성탄의 기공 내부까지 다량의 화학적 기능기를 효과적으로 부여하여 가스상 오염물질의 흡착능력과 처리능력을 현저하게 개선시키는 상승효과가 있다.

특히, 본 발명에 따른 필터는 기존에 비해 다양한 유해가스의 흡착활성이 더욱 개선된 효과를 발휘할 수 있다.

또한, 과다한 이온교환수지 입자의 사용으로 인해 필터의 물리적 특성을 저해하는 문제를 해결하여, 물리 화학적 특성이 우수한 흡착능력을 나타내며, 필터를 통과하는 공기의 통과압력도 높이지 않아서 공기정화 기능을 우수하게 개선한 효과가 있는 것이다.

이하, 본 발명을 실시 예에 의거하여 상세하게 설명하겠는바, 본 발명이 실시 예에 의해 한정되는 것은 아니다.

실시예 1-7

하기 표 1에 제시한 구성으로 활성탄과 첨착활성탄 및 이온교환수지 입자를 사용하여 흡착소재를 제작하였다. 하기 표 1에서 각성분의 함량 수치는 중량부이다.

활성탄은 다공성 구조를 가지는 야자계 활성탄으로서 요오드가가 950-1,000㎎/g, 비표면적이 1400㎡/g, 평균직경 1,500㎛ 인 입자의 활성탄을 사용하였다.

첨착에 사용된 활성탄은 요오드가가 1,000-1,200㎎/g, 비표면적이 1,000㎡/g이고, 평균직경 1,500㎛ 인 입자의 활성탄을 사용하였다. 이러한 활성탄을 반응기에 투입하고 상온, 진공조건(-0.08~-0.09MPa)에서 2시간 동안 전처리하여 오염물질을 제거한 후에, KOH (98%)를 활성탄 중량대비 5 중량%가 되도록 첨착하였다.

이온교환수지는 스타일렌 모노머와 디비닐 벤젠의 공중합으로 제작된 겔타입 구형입자로서 기능기로 아민기를 가지며, 이온교환용량이 3.6 meq/㎖, 입자크기 90㎛인 무정형 이온교환수지를 준비하였다.

부직포 섬유형 필터(여과면적 0.42m²)에 상기 준비한 활성탄, 첨착활성탄, 이온교환수지의 흡착소재를 뿌려 공기정화 성능시험을 실시하였다. 단, 흡착소재의 총중량 107g으로 하였다.

실시예		1	2	3	4	5	6	7
활성탄(㎡/g)	BET1000	100	100	100
활성탄(㎡/g)	BET1400				100	100	100	100
첨착활성탄 (1000㎡/g)	KOH	200	200	100	300	200	200	100
이온교환수지 (무정형)		9	8	8	5	7	8	3

비교예 1-7

상기 실시예와 동일하게 실시하되 이온교환수지 입자는 구형입자를 사용하고, 그 입자크기는 500㎛인 것을 사용하였다. 각 성분의 사용함량은 다음 표 2와 같은 조성으로 구성하여 흡착소재를 제조하였다.

비교예		1	2	3	4	5	6	7
활성탄(㎡/g)	BET1000	100	100	100
활성탄(㎡/g)	BET1400				100	100	100	100
첨착활성탄 (1000㎡/g)	KOH	200	200	100	300	200	200	100
이온교환수지 (구형)		30	15	15	15	20	15	10

실험예 1

상기 실시예와 비교예에서 제조한 흡착소재의 성능 평가를 실험하기 위하여 차량용 복합 필터에 대해 독일식 콤비네이션 사이클 시험법인 DIN71460 규격으로 소취효율에 대한 성능평가를 진행하였다. 평가조건은 풍량은 150㎥/h±1㎥/h, 온도는 23±3℃, 습도는 50±2%, 가스 농도는 80±8ppm을 조건으로 5분간 필터링을 실시하였다.

그 평가는 N-부탄, 톨루엔에 대해 실시하고 그 결과는 다음 표 3에 각각 나타내었다. 표 3에서 수치는 해당성분의 제거효율(%)을 의미한다.

성분	구분	1	2	3	4	5	6	7
N-부탄	실시예	54.1	51.8	49.9	59.9	52.7	52.5	48.0
N-부탄	비교예	39.0	34.5	34.0	42.6	36.4	35.9	33.0
톨루엔	실시예	66.6	64.0	61.4	71.3	69.3	64.9	59.2
톨루엔	비교예	53.4	47.1	44.6	56.4	54.1	48.7	46.7

실험예 2

상기 실시예와 비교예에 따라 제조된 필터에 대하여 복합 유해가스의 제거효율 평가하기 위하여 실차의 내용적과 비슷한 크기의 1m³ 챔버 내부에 장착하고, 챔버 내에 암모니아는 30ppm의 분위기로, 아세트알데히드는 15ppm의 분위기로 흘려 준 후, 블로어(blower)로 순환시키면서 5분이 경과한 후, 복합 유해가스의 제거효율을 측정하였다.

그 실험결과는 다음 표 4에 나타내었다.

성분	구분	1	2	3	4	5	6	7
암모니아	실시예	87	82	78	85	83	80	76
암모니아	비교예	79	75	69	77	76	74	70
아세트 알데히드	실시예	82	78	76	83	80	79	75
아세트 알데히드	비교예	75	73	68	77	74	72	70

제조예

활성탄 100중량부, 첨착활성탄 200중량부, 이온교환수지 8중량부[실시예 2 조성], 총중량 290g/m²[가로×세로×높이: 223mm×252.8mm×30mm, 33산, 여과면적 : 0.42m²] 의 공기정화용 필터를 제작하였다.

비교제조예

활성탄 100중량부, 첨착활성탄 200중량부, 이온교환수지 15중량부[비교예 2 조성], 총중량 290g/m²[가로×세로×높이: 223mm×252.8mm×30mm, 33산, 여과면적 : 0.42m²] 의 공기정화용 필터를 제작하였다.

실험예 3

상기 제조예(실시예 2 제품)와 비교제조예(비교예 2 제품)에서 제조한 흡착소재를 공기정화용 필터로 제작한 후, DIN71460 규격으로 소취효율에 대한 성능평가를 추가로 진행하였다. 평가를 위하여 풍량은 150㎥/h±1㎥/h, 온도는 23±3℃, 습도는 50±2%, 농도는 n-Butane, Toluene의 경우 80±8ppm, SO₂의 경우 30±3ppm을 조건으로 필터의 효율이 5%이하로 떨어질 때까지 시험을 실시하였다.

그 결과, 도 2(Toluene), 도 3(n-Butane) 및 도 4(SO₂)에서와 같이 실시예의 흡착소재를 적용한 필터에서 유해가스에 대한 투과율이 비교예의 경우에 비해 현저히 낮은 것으로 보아 기존 제품에 비해 우수한 공기정화성능을 입증하였다.

Claims

다공성 구조를 가지면서 비표면적이 800-3,000㎡/g, 입자의 크기가 50-3,000㎛이며, 석탄계, 야자계, 피치계, 섬유계 중 선택된 하나 이상으로 이루어진 활성탄 100 중량부와;
다공성 구조를 가지면서 비표면적이 800-3,000㎡/g, 입자의 크기가 50-3,000㎛인 활성탄에 첨착물질이 1-30중량%로 진공 첨착된 첨착활성탄 30-300 중량부와;
스타일렌 모노머과 디비닐 벤젠의 공중합물로 이루어진 다공성 구조의 무정형입자로서 입자크기가 평균직경이 70-100㎛이고, 술폰산기, 아민기, 카르복실기, 암모니움기, 페놀기 및 인산기 중에서 선택된 하나 이상의 이온결합형 기능기를 가지며, 이온교환용량이 1.2 meq/㎖ 이상인 이온교환수지 3-8 중량부;
로 이루어진 흡착소재를 포함하는 유해공기 정화용 필터.
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청구항 1에 있어서, 첨착물질은 NaOH, KOH, KI, KIO₃, LiOH, K₂CO₃, Na₂CO₃, NaHCO₃, NaI, 염산, 황산, 질산, 구연산, 차아염소산나트륨, 과산화수소, 실리실산, 과망간산칼륨, 과망간산나트륨, 중크롬산칼륨, 중크롬산나트륨, 에틸렌우레아 중에서 선택된 어느 하나 이상인 것임을 특징으로 하는 유해공기 정화용 필터.
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