KR102139952B1 - Membrane Comprising Porous Substrate Layer and CNT/Chitosan Nano Hybrid Coating Layer and Electrostatic Dust Collector System Comprising the Same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 다공성 기재 층 및 CNT/키토산 나노 하이브리드 코팅층을 포함하는 멤브레인과 이를 포함한 정전식 집진 시스템에 관한 것으로, 본 발명의 멤브레인은 전기 전도성이 우수하여 낮은 전류로도 먼지를 효율적으로 집진할 수 있고, 기공을 가져 공기의 통과가 자유로우면서도, 공기의 통과 경로가 길어 많은 양의 먼지를 집진할 수 있다. 또한 본 발명의 멤브레인은 다양한 형태로 제작이 가능하여 다양한 형태의 정전식 집진 시스템에 적용되기에 적합하다.The present invention relates to a membrane comprising a porous substrate layer and a CNT/chitosan nano hybrid coating layer and an electrostatic dust collection system including the same, and the membrane of the present invention has excellent electrical conductivity, so that dust can be efficiently collected even at a low current. , It has pores and free passage of air, but the long passage of air can collect a large amount of dust. In addition, the membrane of the present invention can be manufactured in various forms and is suitable for application to various types of electrostatic dust collection systems.

Description

다공성 기재 층 및 CNT/키토산 나노 하이브리드 코팅층을 포함하는 멤브레인 및 이를 포함하는 정전식 집진 시스템{Membrane Comprising Porous Substrate Layer and CNT/Chitosan Nano Hybrid Coating Layer and Electrostatic Dust Collector System Comprising the Same}Membrane Comprising Porous Substrate Layer and CNT/Chitosan Nano Hybrid Coating Layer and Electrostatic Dust Collector System Comprising the Same}

본 발명은 다공성 기재 층 및 CNT/키토산 나노 하이브리드 코팅층을 포함하는 멤브레인 및 이를 포함하는 정전식 집진 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a membrane comprising a porous substrate layer and a CNT/chitosan nano hybrid coating layer and an electrostatic dust collection system comprising the same.

먼지는 그 입자 크기에 따라 총먼지, 미세먼지, 초미세먼지로 분류된다. 그 중 미세먼지는 지름이 10μm 이하인 것을 의미하며, 초미세먼지는 지름이 2.5μm 이하인 것을 의미한다. 이 중 미세먼지와 초미세먼지는 사람의 폐포까지 침투할 수 있고, 침투 후 각종 호흡기 질환을 일으킬 수 있는 직접적인 원인이 된다. 이러한 미세먼지와 초미세먼지는 황산염, 질산염, 암모니아 등의 이온 성분과 금속화합물, 탄소화합물 등의 유해물질로 이루어져 있다. 이러한 물질들이 대기중 광화학 반응을 일으켜 미세먼지와 초미세먼지가 생성되고, 이러한 물질들은 주로 자동차 배기가스나, 공장에서 나오는 매연에서 발생된다. 이러한 물질들의 유해성 때문에 세계 각국에서는 미세먼지와 초미세먼지의 농도를 엄격하게 규제하고 있다.Dust is classified into total dust, fine dust, and ultrafine dust according to the particle size. Among them, the fine dust means that the diameter is 10 μm or less, and the ultrafine dust means that the diameter is 2.5 μm or less. Of these, fine dust and ultrafine dust can penetrate human alveoli and become a direct cause of various respiratory diseases after infiltration. The fine dust and ultrafine dust are composed of ionic components such as sulfate, nitrate, and ammonia, and harmful substances such as metal compounds and carbon compounds. These substances cause photochemical reactions in the atmosphere to produce fine dust and ultrafine dust, and these materials are mainly generated from exhaust gas from automobiles or smoke from factories. Due to the harmfulness of these substances, the concentration of fine dust and ultra fine dust is strictly regulated in countries around the world.

미세먼지는 일반적으로 머리카락 굵기의 약 1/10인 반면, 초미세먼지는 약 1/40 이하의 매우 작은 사이즈임으로 사람의 눈에는 거의 보이지 않고, 기도에서도 걸러지지 못해 흡입하는 대부분이 폐포까지 침투하게 된다. 이는 심장질환과 호흡기 질병 등을 야기한다.Fine dust is generally about 1/10 of the thickness of the hair, while ultrafine dust is a very small size of about 1/40 or less. do. This causes heart disease and respiratory disease.

우리나라에서는 봄철 중국발 황사가 발생하며, 최근에는 지구 온난화 현상으로 인해 중국 내륙의 사막화가 발생하여, 황사의 발생 시기도 앞당겨지는 추세이다. 중국발 황사는 국내 황사에 비해 독성물질이 5배 높은 것으로 분석되었으며, 북경에서는 중금속 농도가 한국의 3배에 달해 장시간 노출될 경우 기관지에 손상이 생길 가능성이 높다. 그러므로 외출 시 미세먼지를 제거할 수 있는 마스크를 착용하는 것이 필수적이 되었다. In Korea, yellow dust originates from China in the spring, and recently, inland desertification has occurred in China due to global warming, and the occurrence of yellow dust is also accelerating. It is analyzed that yellow dust from China is five times higher than domestic yellow sand, and in Beijing, heavy metal concentrations are three times that of Korea, so it is highly likely to damage the bronchus when exposed for a long time. Therefore, it is necessary to wear a mask that can remove fine dust when going out.

또한 황사뿐만 아니라, 대기오염으로 인한 미세먼지 발생도 건강을 위협하는 큰 문제가 되고 있으며, 수술실이나 중환자실, 반도체 공정실 등 불순물이 있어서는 안 되는 세심한 환경, 지하철과 같이 환기가 잘되지 못하는 지하 공간, 프린터를 자주 사용하는 사무실 공간과 같은 곳에서도 미세먼지와 초미세먼지를 차단하는 것이 매우 중요한 문제이다. 그러므로 이러한 미세먼지나 초미세먼지를 제거할 수 있는 차량용, 마스크용, 프린터용, 공기청정기용, 에어컨용, 전기 청소기용, 특수 청정실용 등등 필터들의 개발이 중요해지고 있다.In addition, not only yellow dust, but also the occurrence of fine dust due to air pollution is a major problem that threatens health, and a meticulous environment that should not have impurities, such as an operating room, an intensive care unit, and a semiconductor processing room. , It is very important to block fine dust and ultra fine dust even in places such as office spaces where printers are frequently used. Therefore, the development of filters for vehicles, masks, printers, air purifiers, air conditioners, electric vacuum cleaners, special clean rooms, and the like, which can remove such fine or ultrafine dust, is becoming important.

기존의 방진 필터는 직조직물이나 부직포를 이용한 필터 방식을 사용하고 있다. 즉 입자의 크기보다 작은 기공을 가진 필터를 제조하여, 크기가 큰 입자를 걸러내는 방식을 택하였다. 그러나 이러한 기존의 방진 필터는 두 가지의 문제점을 가지고 있다. 첫째로, 입자의 크기가 2.5μm보다 더 작은 나노 사이즈의 초미세먼지를 제거하는 것에는 한계를 갖고 있다. 둘째로, 미세먼지 및 초미세먼지를 효과적으로 제거하기 위해 필터의 기공은 작아질 수밖에 없는데, 이로 인해 공기의 이동이 어려워지는 문제를 갖게 된다. 결과론적으로 적당한 크기의 기공을 가지고 있어 공기의 출입이 자유로우면서도 초미세먼지도 효과적으로 제거할 수 있는 방진 필터의 제조가 필요하다.Existing anti-vibration filters use a filter method using a woven fabric or a non-woven fabric. That is, a filter having pores smaller than the size of the particles was manufactured, and a method of filtering particles having a larger size was selected. However, this conventional anti-vibration filter has two problems. First, there is a limit to removing nano-sized fine particles having a particle size smaller than 2.5 μm. Second, in order to effectively remove fine dust and ultra fine dust, the pores of the filter have to be small, which causes a problem that air movement becomes difficult. As a result, it is necessary to manufacture an anti-vibration filter that has pores of a suitable size and freely enters and exits air, and can effectively remove ultra-fine dust.

대한민국 등록특허공보 제10-0978602호Republic of Korea Registered Patent Publication No. 10-0978602 대한민국 등록특허공보 제10-1296615호Republic of Korea Registered Patent Publication No. 10-1296615

본 발명의 목적은 적당한 크기의 기공을 가지고 있어 공기의 출입이 자유로우면서 우수한 전기 전도성을 가져 낮은 전류로도 효과적으로 미세먼지를 집진할 수 있는 멤브레인 및 이를 포함하는 정전식 집진 시스템을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide an electrostatic dust collection system including a membrane and a membrane capable of effectively collecting fine dust with a low current, having excellent pore size, free air entry, and excellent electrical conductivity.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 발명자는 적당한 크기의 기공을 가지며, 우수한 전기 전도성을 가져 낮은 전류로도 효과적으로 미세먼지를 집진할 수 있는 멤브레인을 제조하여 본 발명을 완성하였다. 따라서, 본 발명의 과제 해결 수단은 다음과 같다: In order to solve the above problems, the inventors of the present invention have completed the present invention by preparing a membrane that has pores of a suitable size, has excellent electrical conductivity, and can effectively collect fine dust even at a low current. Accordingly, the means for solving the problems of the present invention are as follows:

1. 다공성 기재 층 및 상기 다공성 기재 층에 코팅된 CNT/키토산 나노 하이브리드 코팅층을 포함하고, 상기 CNT/키토산 나노 하이브리드는 CNT 코어가 키토산 쉘로 둘러싸여 있으며, 상기 다공성 기재는 유기질 다공성 기재, 무기질 다공성 기재 또는 이들의 조합이고, 상기 유기질 다공성 기재는 코튼, 울, 셀룰로오스, 메틸셀룰로오스, 카복시메틸셀룰로오스, 폴리스티렌, 폴리에틸렌, 폴리우레탄, 폴리아세테이트 및 나일론으로 이루어진 군에서 선택되는 것이고, 상기 무기질 다공성 기재는 탄소 섬유, 세라믹 및 실리케이트로 이루어진 군에서 선택되는 것인, 멤브레인.1. A porous substrate layer and a CNT/chitosan nanohybrid coating layer coated on the porous substrate layer, wherein the CNT/chitosan nanohybrid has a CNT core surrounded by a chitosan shell, and the porous substrate is an organic porous substrate, an inorganic porous substrate, or Combination of these, the organic porous substrate is selected from the group consisting of cotton, wool, cellulose, methyl cellulose, carboxymethyl cellulose, polystyrene, polyethylene, polyurethane, polyacetate and nylon, the inorganic porous substrate is carbon fiber, A membrane selected from the group consisting of ceramics and silicates.

2. 상기 1의 멤브레인을 포함하는 정전식 집진 시스템.2. An electrostatic dust collection system comprising the membrane of 1 above.

본 발명의 멤브레인은 높은 함량으로 CNT를 포함하여 그 전기 전도성이 우수하며, 구조적 안정성이 뛰어나 낮은 전류로도 효율적으로 미세먼지 또는 초미세먼지를 집진할 수 있다. 또한 다공성 기재에 CNT/키토산 나노 하이브리드를 코팅함으로써 충분한 크기의 기공을 가져 멤브레인을 통한 공기의 자유로우면서도, 공기의 통과 경로가 길어 많은 양의 미세먼지를 집진할 수 있다. 이에 본 발명의 멤브레인은 정전식 집진 시스템에 사용되기에 적합하다.The membrane of the present invention has excellent electrical conductivity, including CNTs in a high content, and has excellent structural stability, so that it can efficiently collect fine dust or ultrafine dust even at a low current. In addition, by coating CNT/chitosan nano-hybrid on the porous substrate, the pores of sufficient size have free air, and the passage of air is long to collect a large amount of fine dust. Accordingly, the membrane of the present invention is suitable for use in an electrostatic dust collection system.

도 1은 CNT/키토산 멤브레인의 코어-쉘 구조를 도식화 한 것이다.
도 2는 본 발명의 정전식 집진 시스템에서 멤브레인 층이 여과층의 양 면에 배치되는 경우를 간략화 한 도이다.
도 3은 본 발명의 정전식 집진 시스템에서 멤브레인 층이 여과층의 한 면에 배치되는 경우를 간략화한 도이다.
도 4은 CNT-chitosan 50의 HR-TEM(A), FE-SEM(B) 이미지 및 사진(C)이다.
도 5는 도 4의 C를 확대한 SEM 이미지이다.
도 6는 CNT-chitosan 25, 50, 75 및 순수한 CNT(pCNT)의 HR-TEM 이미지이다.
도 7은 순수한 CNT, 키토산 및 CNT/키토산 멤브레인의 FTIR 스펙트럼을 나타낸 것이다.
도 8은 순수한 CNT, 키토산 및 CNT/키토산 멤브레인의 열중량 분석 결과를 도시한 그래프를 나타낸 것이다.
도 9A는 CNT/키토산 멤브레인의 CNT 중량% 변화에 따른 두께 및 면 저항의 변화를 나타낸 그래프이며, 도 9B는 CNT 중량% 변화에 따른 인장 강도 및 탄성 계수의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 10은 CNT/키토산 멤브레인의 CNT 중량% 변화에 따른 신장율의 변화를 표시한 그래프를 나타낸 것이다.
도 11는 순수한 키토산 및 CNT-chitosan 25, 50, 75, 85의 인장-응력 곡선을 나타낸 그래프이다.
도 12은 순수한 키토산 및 CNT/키토산 멤브레인의 라만 스펙트럼을 도시한 도이다.
도 13은 CNT/키토산 멤브레인의 XPS 데이터 C 1s(A), N 1s(B), O 1s(C)를 나타낸 도이다.
도 14 내지 18은 0 내지 12V의 전압 하에서 3시간 동안 외부 공기에 노출시켰을 때 본 발명의 멤브레인 표면을 SEM 이미지로 관찰한 결과를 나타낸 도이며, 0V인 경우 도 14, 3V인 경우 도 15, 6V인 경우 도 16, 9V인 경우 도 17, 12V 인 경우 도 18로 나타내었다.
도 19는 미세먼지 흡착 후와 이를 세척한 이후의 본 발명의 멤브레인 표면을 비교한 것이다.
도 20은 본 발명의 실시예 2에서 제조한 CNT Coated U-Sponge 멤브레인의 사진 및 SEM 이미지를 나타낸 것이다.
도 21은 본 발명의 실시예 2에서 제조한 CNT Coated U-Fiber 멤브레인의 사진 및 SEM 이미지를 나타낸 것이다.
도 22는 본 발명의 실시예 2에서 제조한 CNT Coated C-Fiber 멤브레인의 사진 및 SEM 이미지를 나타낸 것이다.
도 23은 본 발명의 제조예 2-4에서 제작한 CNT Coated U-Sponge 멤브레인을 이용하여 제작한 원통형 정전식 집진 시스템의 사진을 나타낸 것이다.
도 24는 본 발명의 제조예 2-4에서 제작한 원통형 정전식 집진 시스템의 미세먼지 제거율을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 25는 본 발명의 제조예 2-5에서 제작한 평면형 정전식 집진 시스템의 개념도 및 실제 제조예의 사진을 나타낸 것이다.
도 26은 본 발명의 제조예 2-6에서 제작한 평면형 정전식 집진 시스템의 개념도 및 실제 제조예의 사진을 나타낸 것이다.
도 27은 본 발명의 제조예 2-7에서 제작한 평면형 정전식 집진 시스템의 개념도 및 실제 제조예의 사진을 나타낸 것이다.
도 28은 본 발명의 제조예 2-5에서 제작한 평면형 정전식 집진 시스템 중 25K의 CNT Coated U-Sponge을 사용한 경우의 미세먼지 제거율을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 29는 본 발명의 제조예 2-5에서 제작한 평면형 정전식 집진 시스템 중 50K의 CNT Coated U-Sponge을 사용한 경우의 미세먼지 제거율을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 30은 본 발명의 제조예 2-5에서 제작한 평면형 정전식 집진 시스템 중 65K의 CNT Coated U-Sponge을 사용한 경우의 미세먼지 제거율을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 31은 본 발명의 제조예 2-5에서 제작한 평면형 정전식 집진 시스템 중 50K의 CNT Coated U-Sponge 및 Al 전극층을 사용한 경우의 미세먼지 제거율을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 32는 본 발명의 제조예 2-6에서 제작한 평면형 정전식 집진 시스템의 미세먼지 제거율을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 33은 본 발명의 제조예 2-7에서 제작한 평면형 정전식 집진 시스템의 미세먼지 제거율을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 34는 본 발명의 제조예 2-8에서 제작한 멤브레인의 사진이다.
도 35는 본 발명의 제조예 2-9에서 제작한 멤브레인의 사진이다.
도 36은 본 발명의 제조예 2-10에서 제작한 멤브레인의 사진이다.
도 37은 본 발명의 제조예 2-11에서 제작한 멤브레인의 사진이다.
도 38은 본 발명의 제조예 2-12에서 제작한 멤브레인의 사진이다.
도 39의 (a)는 울, (b)는 (a)의 울을 이용하여 본 발명의 제조예 2-13에서 제작한 멤브레인의 사진이다.
도 40은 제조예 2-13에 따라 50nm의 울 ((a) 및 (b)), 1.0μm의 울 ((c) 및 (d))을 이용하여 제작한 멤브레인의 SEM 이미지이다.
1 schematically illustrates the core-shell structure of a CNT/chitosan membrane.
Figure 2 is a simplified diagram of the case where the membrane layer is disposed on both sides of the filtration layer in the electrostatic dust collection system of the present invention.
3 is a simplified diagram of a case in which the membrane layer is disposed on one side of the filtration layer in the electrostatic dust collection system of the present invention.
Figure 4 is an HR-TEM (A), FE-SEM (B) images and pictures (C) of CNT-chitosan 50.
5 is an enlarged SEM image of FIG. 4C.
6 is an HR-TEM image of CNT-chitosan 25, 50, 75 and pure CNT (pCNT).
7 shows the FTIR spectrum of pure CNT, chitosan and CNT/chitosan membranes.
8 shows a graph showing the results of thermogravimetric analysis of pure CNT, chitosan and CNT/chitosan membranes.
9A is a graph showing changes in thickness and sheet resistance according to CNT weight percent change of CNT/chitosan membrane, and FIG. 9B is a graph showing changes in tensile strength and modulus of elasticity according to CNT weight percent change.
10 is a graph showing a change in elongation according to CNT weight percent change of the CNT/chitosan membrane.
11 is a graph showing the tensile-stress curves of pure chitosan and CNT-chitosan 25, 50, 75, 85.
FIG. 12 is a diagram showing Raman spectra of pure chitosan and CNT/chitosan membranes.
13 is a diagram showing XPS data C 1s(A), N 1s(B), and O 1s(C) of the CNT/chitosan membrane.
14 to 18 are views showing the results of observing the membrane surface of the present invention by SEM image when exposed to external air for 3 hours under a voltage of 0 to 12 V. 16, 9V, and 17, 12V, respectively.
19 is a comparison of the membrane surface of the present invention after adsorbing fine dust and after washing it.
Figure 20 shows a photograph and SEM image of the CNT Coated U-Sponge membrane prepared in Example 2 of the present invention.
Figure 21 shows a photo and SEM image of the CNT Coated U-Fiber membrane prepared in Example 2 of the present invention.
Figure 22 shows a photo and SEM image of the CNT Coated C-Fiber membrane prepared in Example 2 of the present invention.
Figure 23 shows a photograph of a cylindrical electrostatic dust collection system produced using the CNT Coated U-Sponge membrane produced in Preparation Example 2-4 of the present invention.
24 is a graph showing the results of measuring the fine dust removal rate of the cylindrical electrostatic dust collection system produced in Production Example 2-4 of the present invention.
25 is a conceptual diagram of a planar electrostatic dust collection system manufactured in Production Example 2-5 of the present invention and shows a photograph of an actual production example.
26 shows a conceptual diagram of a planar electrostatic dust collection system manufactured in Production Example 2-6 of the present invention and a photograph of an actual production example.
27 is a conceptual diagram of a planar electrostatic dust collection system manufactured in Production Example 2-7 of the present invention and shows a photograph of an actual production example.
28 is a graph showing the results of measuring the removal rate of fine dust in the case of using 25K CNT Coated U-Sponge among the planar electrostatic dust collection systems prepared in Production Example 2-5 of the present invention.
29 is a graph showing the results of measuring the removal rate of fine dust in the case of using 50K CNT Coated U-Sponge of the planar electrostatic dust collection system prepared in Production Example 2-5 of the present invention.
30 is a graph showing the results of measuring the removal rate of fine dust in the case of using 65K CNT Coated U-Sponge of the planar electrostatic dust collection system prepared in Production Example 2-5 of the present invention.
31 is a graph showing the results of measuring the removal rate of fine dust in the case of using the 50K CNT Coated U-Sponge and Al electrode layers of the planar electrostatic dust collection system prepared in Production Example 2-5 of the present invention.
32 is a graph showing the results of measuring the fine dust removal rate of the planar electrostatic dust collection system prepared in Production Example 2-6 of the present invention.
33 is a graph showing the results of measuring the fine dust removal rate of the planar electrostatic dust collection system prepared in Production Example 2-7 of the present invention.
34 is a photograph of the membrane produced in Preparation Example 2-8 of the present invention.
35 is a photograph of the membrane produced in Preparation Example 2-9 of the present invention.
36 is a photograph of the membrane produced in Preparation Example 2-10 of the present invention.
37 is a photograph of the membrane prepared in Production Example 2-11 of the present invention.
38 is a photograph of the membrane produced in Preparation Example 2-12 of the present invention.
Figure 39 (a) is a wool, (b) is a photograph of the membrane produced in Preparation Example 2-13 of the present invention using the wool of (a).
40 is a SEM image of a membrane prepared using 50 nm wool ((a) and (b)) and 1.0 μm wool ((c) and (d)) according to Preparation Example 2-13.

본 발명은 다공성 기재 층 및 상기 다공성 기재 층에 코팅된 CNT/키토산 나노 하이브리드 코팅층을 포함하고, 상기 CNT/키토산 나노 하이브리드는 CNT 코어가 키토산 쉘로 둘러싸여 있으며, 상기 다공성 기재는 유기질 다공성 기재, 무기질 다공성 기재 또는 이들의 조합이고, 상기 유기질 다공성 기재는 코튼 (cotton), 울 (wool), 셀룰로오스, 메틸셀룰로오스, 카복시메틸셀룰로오스, 폴리스티렌, 폴리에틸렌, 폴리우레탄, 폴리아세테이트 및 나일론으로 이루어진 군에서 선택되는 것이고, 상기 무기질 다공성 기재는 탄소 섬유, 세라믹 및 실리케이트로 이루어진 군에서 선택되는 것인, 멤브레인에 관한 것이다.The present invention includes a porous substrate layer and a CNT/chitosan nanohybrid coating layer coated on the porous substrate layer, wherein the CNT/chitosan nanohybrid has a CNT core surrounded by a chitosan shell, and the porous substrate is an organic porous substrate, an inorganic porous substrate Or a combination thereof, and the organic porous substrate is selected from the group consisting of cotton, wool, cellulose, methylcellulose, carboxymethylcellulose, polystyrene, polyethylene, polyurethane, polyacetate, and nylon. The inorganic porous substrate relates to a membrane, which is selected from the group consisting of carbon fibers, ceramics and silicates.

본 발명의 멤브레인에 있어서, 상기 CNT/키토산 나노 하이브리드는 코어/쉘 구조를 가지며, CNT 코어가 키토산 쉘로 둘러싸여 있는 형태의 나노 입자를 지칭한다. CNT와 키토산을 단순 혼합하여 사용하거나 복합재의 형태로 사용할 경우, CNT가 균일하게 분포하지 못하고, 일부 영역에 집중되는 경우가 발생하며 이는 멤브레인 전체의 기계적 강도를 약하게 하고, 멤브레인의 전기 전도성에 악영향을 미칠 수 있다. 반면, 본 발명의 코어/쉘 구조는 균일하게 CNT가 분포되도록 하며, 이에 따라 본 발명의 멤브레인은 높은 함량의 CNT를 포함할 수 있으면서도, 그 기계적 강도는 우수하게 유지된다. 본 발명의 CNT/키토산 나노 하이브리드의 코어/쉘 구조를 도 1로 나타내었다.In the membrane of the present invention, the CNT/chitosan nanohybrid has a core/shell structure, and refers to nanoparticles having a CNT core surrounded by a chitosan shell. When CNT and chitosan are simply mixed or used in the form of a composite material, CNTs cannot be uniformly distributed and sometimes concentrated in some areas, which weakens the mechanical strength of the entire membrane and adversely affects the electrical conductivity of the membrane. Can go crazy. On the other hand, the core/shell structure of the present invention allows CNTs to be uniformly distributed, so that the membrane of the present invention can contain a high content of CNTs, while maintaining excellent mechanical strength. The core/shell structure of the CNT/chitosan nanohybrid of the present invention is shown in FIG. 1.

본 발명에 있어서, 상기 CNT는 탄소 나노튜브의 약칭으로, 단일벽 탄소 나노튜브와 다중벽 탄소 나노튜브를 모두 포함한다. 상기 키토산은 키틴을 탈아세탈화한 고분자 화합물을 지칭하며, 탈아세틸화의 정도는 75 내지 85% 일 수 있으며, 분자량은 50000 내지 190000 Da 일 수 있으나, 본 발명의 목적을 달성할 수 있는 범위 내라면 이에 제한되지 않는다.In the present invention, the CNT is an abbreviation for carbon nanotubes, and includes both single-walled carbon nanotubes and multi-walled carbon nanotubes. The chitosan refers to a polymer compound that deacetalized chitin, the degree of deacetylation may be 75 to 85%, and the molecular weight may be 50000 to 190000 Da, but within a range capable of achieving the object of the present invention Ramen is not limited to this.

본 발명의 멤브레인에 있어서, 상기 다공성 기재는 코튼, 울, 셀룰로오스, 메틸셀룰로오스 및 카복시메틸셀룰로오스로 이루어진 천연 소재; 및 폴리스티렌, 폴리에틸렌, 폴리우레탄, 폴리아세테이트, 나일론, 탄소 섬유, 세라믹 및 실리케이트로 이루어진 합성 소재;로 이루어진 군에서 선택될 수 있으며, 상기 CNT/키토산 나노 하이브리드가 코팅될 수 있다. 바람직하게는, 상기 다공성 기재는 상기 천연 소재일 수 있다.In the membrane of the present invention, the porous substrate is a natural material consisting of cotton, wool, cellulose, methylcellulose and carboxymethylcellulose; And synthetic materials made of polystyrene, polyethylene, polyurethane, polyacetate, nylon, carbon fiber, ceramic, and silicate; and the CNT/chitosan nanohybrid may be coated. Preferably, the porous substrate may be the natural material.

본 발명의 멤브레인에 있어서, 다공성 기재가 폴리우레탄일 경우 섬유 또는 스폰지 형태일 수 있으며, 공극의 크기는 50 내지 500μm인 것이 바람직하며, 100 내지 200μm인 것이 특히 바람직하다. 공극의 크기가 이보다 작을 경우, 코팅층이 제대로 코팅되기 어려우며, 동시에 공기 통과 속도가 느려져 차압이 크게 발생하고, 미세먼지 제거 효율이 떨어질 수 있다. 또한 공극의 크기가 이보다 클 경우 다공성 기재의 기계적 안정성이 떨어지며, 공기 통과 경로가 상대적으로 짧을 수 있다. 상기 다공성 기재가 폴리우레탄인 경우 그 공극률은 60 내지 99.9%인 것이 바람직하며, 70 내지 96%인 것이 특히 바람직하고, 94 내지 96%인 것이 가장 바람직하다.In the membrane of the present invention, when the porous substrate is polyurethane, it may be in the form of a fiber or a sponge, and the pore size is preferably 50 to 500 μm, and particularly preferably 100 to 200 μm. If the size of the pores is smaller than this, the coating layer is difficult to be coated properly, and at the same time, the air passing rate is slowed, resulting in a large differential pressure, and the efficiency of removing fine dust may be deteriorated. In addition, when the pore size is larger than this, the mechanical stability of the porous substrate is deteriorated, and the air passage path may be relatively short. When the porous substrate is polyurethane, the porosity is preferably 60 to 99.9%, particularly preferably 70 to 96%, and most preferably 94 to 96%.

상기 다공성 기재가 코튼인 경우 공극의 크기는 50 내지 500μm인 것이 바람직하다. 공극의 크기가 이보다 작을 경우, 코팅층이 제대로 코팅되기 어려우며, 동시에 공기 통과 속도가 느려져 차압이 크게 발생하고, 미세먼지 제거 효율이 떨어질 수 있다. 또한 공극의 크기가 이보다 클 경우 다공성 기재의 기계적 안정성이 떨어지며, 공기 통과 경로가 상대적으로 짧을 수 있다. 이 경우 공극률은 60 내지 99.9%인 것이 바람직하며, 70 내지 95%인 것이 특히 바람직하고, 92 내지 95%인 것이 가장 바람직하다. When the porous substrate is cotton, the pore size is preferably 50 to 500 μm. If the size of the pores is smaller than this, the coating layer is difficult to be coated properly, and at the same time, the air passing rate is slowed, resulting in a large differential pressure, and the efficiency of removing fine dust may be deteriorated. In addition, when the pore size is larger than this, the mechanical stability of the porous substrate is deteriorated, and the air passage path may be relatively short. In this case, the porosity is preferably 60 to 99.9%, particularly preferably 70 to 95%, and most preferably 92 to 95%.

상기 다공성 기재가 울인 경우 공극의 크기는 20 내지 500μm인 것이 바람직하다. 공극의 크기가 이보다 작을 경우, 코팅층이 제대로 코팅되기 어려우며, 동시에 공기 통과 속도가 느려져 차압이 크게 발생하고, 미세먼지 제거 효율이 떨어질 수 있다. 또한 공극의 크기가 이보다 클 경우 다공성 기재의 기계적 안정성이 떨어지며, 공기 통과 경로가 상대적으로 짧을 수 있다. 이 경우 공극률은 60 내지 99.9%인 것이 바람직하며, 70 내지 95%인 것이 특히 바람직하고, 92 내지 95%인 것이 가장 바람직하다. When the porous substrate is wool, the size of the pores is preferably 20 to 500 μm. If the size of the pores is smaller than this, the coating layer is difficult to be coated properly, and at the same time, the air passing rate is slowed, resulting in a large differential pressure, and the efficiency of removing fine dust may be deteriorated. In addition, when the pore size is larger than this, the mechanical stability of the porous substrate is deteriorated, and the air passage path may be relatively short. In this case, the porosity is preferably 60 to 99.9%, particularly preferably 70 to 95%, and most preferably 92 to 95%.

상기 다공성 기재가 탄소 섬유인 경우 공극의 크기는 20 내지 200μm인 것이 바람직하며, 40 내지 50μm인 것이 특히 바람직하다. 공극의 크기가 이보다 작을 경우, 코팅층이 제대로 코팅되기 어려우며, 동시에 공기 통과 속도가 느려져 차압이 크게 발생하고, 미세먼지 제거 효율이 떨어질 수 있다. 또한 공극의 크기가 이보다 클 경우 다공성 기재의 기계적 안정성이 떨어지며, 공기 통과 경로가 상대적으로 짧을 수 있다. 이 경우 공극률은 60 내지 99.9%인 것이 바람직하며, 70 내지 95%인 것이 특히 바람직하고, 92 내지 95%인 것이 가장 바람직하다. When the porous substrate is carbon fiber, the pore size is preferably 20 to 200 μm, and particularly preferably 40 to 50 μm. If the size of the pores is smaller than this, the coating layer is difficult to be coated properly, and at the same time, the air passing rate is slowed, resulting in a large differential pressure, and the efficiency of removing fine dust may be deteriorated. In addition, when the pore size is larger than this, the mechanical stability of the porous substrate is deteriorated, and the air passage path may be relatively short. In this case, the porosity is preferably 60 to 99.9%, particularly preferably 70 to 95%, and most preferably 92 to 95%.

상기 CNT/키토산 나노 하이브리드를 다공성 기재에 코팅하여 제조할 경우, 기공 내부에 CNT/키토산 나노 하이브리드이 코팅됨으로써 미세먼지를 포함한 공기가 통과하게 되는 경로가 크게 증가한다. 또한 상기 다공성 기재는 멤브레인에 구조적 안정성을 부여하며, 형태의 변형이 용이하여 다양한 형태의 정전식 집진 시스템에 적용될 수 있도록 한다.When the CNT/chitosan nanohybrid is prepared by coating on a porous substrate, the path through which air including fine dust passes is greatly increased by coating the CNT/chitosan nanohybrid inside the pores. In addition, the porous substrate imparts structural stability to the membrane and is easy to deform, so that it can be applied to various types of electrostatic dust collection systems.

본 발명의 멤브레인에 있어서, 상기 코팅층은 코팅층의 총 중량을 기준으로 CNT를 25 내지 90 중량%로 포함하는 것이 바람직하다. CNT 함량이 이보다 작을 경우 멤브레인의 전기 전도성이 떨어져 정전식 집진 시스템에 사용되기에 적합하지 않으며, 이보다 많을 경우 멤브레인의 기계적 강도가 약해지는 문제점이 발생할 수 있다.In the membrane of the present invention, it is preferable that the coating layer contains CNTs in an amount of 25 to 90% by weight based on the total weight of the coating layer. If the CNT content is less than this, the electrical conductivity of the membrane is poor, and thus it is not suitable for use in the electrostatic dust collection system. If it is more than this, the mechanical strength of the membrane may be weakened.

본 발명의 멤브레인에 있어서, 상기 코팅층은 5Ω 이하의 전기 저항을 갖는 것이 바람직하다. 전기 저항이 이보다 클 경우 전기장을 발생시키는 데에 높은 전압이 필요하여, 정전식 집진 시스템의 에너지 효율이 낮아지는 문제점이 있다. In the membrane of the present invention, it is preferable that the coating layer has an electrical resistance of 5 Ω or less. If the electrical resistance is greater than this, a high voltage is required to generate an electric field, and thus there is a problem in that the energy efficiency of the electrostatic dust collection system is lowered.

본 발명의 멤브레인에 있어서, 다공성 기재 층이 코튼 또는 울을 포함하는 경우 상기 코팅층은 다공성 기재 층의 중량을 기준으로 1 내지 5배의 중량으로 코팅되는 것이 바람직하며, 2 내지 3.5배인 것이 특히 바람직하다. 다공성 기재 층이 탄소 섬유를 포함할 경우, 상기 코팅층은 다공성 기재 층의 중량을 기준으로 0.5 내지 2배의 중량으로 코팅되는 것이 바람직하며, 0.5 내지 1배인 것이 특히 바람직하다. 상기 코팅층의 중량이 이보다 적을 경우, 정전식 집진 시스템의 집진 능력이 떨어지며, 이보다 많을 경우 멤브레인의 구조적 안정성 및 공극률이 떨어지고, 차압이 증가될 수 있다.In the membrane of the present invention, when the porous base layer comprises cotton or wool, the coating layer is preferably coated at a weight of 1 to 5 times based on the weight of the porous base layer, and particularly preferably 2 to 3.5 times. . When the porous base layer comprises carbon fibers, the coating layer is preferably coated at a weight of 0.5 to 2 times based on the weight of the porous base layer, and particularly preferably 0.5 to 1 times. When the weight of the coating layer is less than this, the dust collecting ability of the electrostatic dust collecting system is lowered, and when it is more than this, the structural stability and porosity of the membrane are lowered, and the differential pressure may be increased.

본 발명의 멤브레인에 있어서, 상기 코팅층은 50 내지 150m2/g의 비표면적을 갖는 것이 바람직하다. 비표면적이 이보다 적을 경우, 정전식 집진 시스템의 집진 용량이 떨어지며, 이보다 많을 경우 멤브레인의 구조적 안정성이 떨어질 수 있다.In the membrane of the present invention, it is preferable that the coating layer has a specific surface area of 50 to 150 m 2 /g. If the specific surface area is less than this, the dust collecting capacity of the electrostatic precipitating system decreases, and if it is larger, the structural stability of the membrane may deteriorate.

또한 본 발명은 상기 멤브레인 층; 및 여과층을 포함하는 정전식 집진 시스템에 관한 것이다.In addition, the present invention is the membrane layer; And a filtration layer.

본 발명의 정전식 집진 시스템에 있어서, 상기 여과층은 여과 원리로 먼지를 걸러내는 기능을 가진 층을 지칭하며, 일반 천, 캐빈필터, 부직포 또는 양모 층을 포함할 수 있다.In the electrostatic dust collection system of the present invention, the filtration layer refers to a layer having a function of filtering dust on a filtration principle, and may include a general cloth, cabin filter, nonwoven fabric, or wool layer.

상기 일반 천은 섬유로 구성되는 직조물 및 편물을 통칭한다.The general fabric collectively refers to woven and knitted fabrics composed of fibers.

본 발명의 정전식 집진 시스템에 있어서, 상기 멤브레인 층은 여과층의 양 면 또는 한 면에 배치될 수 있다. 상기 멤브레인 층이 여과층의 한 면에 배치되는 경우의 정전식 집진 시스템을 간략화한 것은 도 2와 같으며, 상기 멤브레인 층이 여과층의 양 면에 배치되는 경우의 정전식 집진 시스템을 간략화한 것은 도 3과 같다.In the electrostatic dust collection system of the present invention, the membrane layer may be disposed on both sides or one side of the filtration layer. The simplification of the electrostatic dust collection system when the membrane layer is disposed on one side of the filtration layer is shown in FIG. 2, and the simplification of the electrostatic dust collection system when the membrane layer is disposed on both sides of the filtration layer is It is as in FIG. 3.

도 2에서 먼지를 포함하는 공기는 여과층을 통해 하나의 멤브레인 층에 수직 방향으로 도입된다. 외부 전원에 의해 멤브레인 층에서 발생되는 전기장에 의한 인력으로 인해 도입된 공기의 먼지가 기공을 통과하면서 멤브레인 표면에 집진되며, 먼지가 제거된 공기는 여과층을 통과하여 집진 시스템 외부로 배출된다. In FIG. 2, air containing dust is introduced vertically into one membrane layer through a filtration layer. The dust of the introduced air passes through the pores and is collected on the membrane surface due to the attraction by the electric field generated in the membrane layer by an external power source, and the dust-removed air passes through the filtration layer and is discharged outside the dust collection system.

도 3에서 먼지를 포함하는 공기는 여과층과 수평한 방향으로 양 면의 멤브레인 층 사이를 통과한다. 외부 전원에 의해 멤브레인 층에서 발생되는 전기장에 의한 인력으로 인해 도입된 공기의 먼지는 여과층을 둘러싸고 있는 멤브레인 층의 기공으로 끌려가 집진되며, 먼지가 제거된 공기는 여과층을 통과하여 집진 시스템 외부로 배출된다.In FIG. 3, air containing dust passes between the filtration layer and the membrane layers on both sides in a horizontal direction. The dust of the air introduced due to the attraction by the electric field generated in the membrane layer by the external power source is attracted to the pores of the membrane layer surrounding the filter layer, and the dust-removed air passes through the filter layer to pass outside the dust collection system. Is discharged.

본 발명의 정전식 집진 시스템은 평면 형태 또는 원통 형태를 가질 수 있으며, 평면 형태의 대표적 예는 상기 도 2와 같으며, 원통 형태에서는 중앙에 여과층이 배치되고 이룰 멤브레인이 둘러싸는 형태로 시스템을 구성할 수 있다. 원통 및 평면 형태 이외에도 본 발명의 정전식 집진 시스템의 원리를 이용할 수 있는 형태라면 제한 없이 적용이 가능하다.The electrostatic dust collection system of the present invention may have a planar shape or a cylindrical shape, and a typical example of the planar shape is as shown in FIG. 2 above. Can be configured. In addition to the cylindrical and planar shapes, any form that can utilize the principle of the electrostatic dust collection system of the present invention can be applied without limitation.

본 발명의 정전식 집진 시스템은 다공성 기재층에 폴리우레탄이 포함될 경우 100Ω 이하, 다공성 기재층에 탄소 섬유가 포함될 경우 50Ω 이하의 전기 저항을 갖는 것이 바람직하다. 전기 저항이 이보다 클 경우 집진 시스템의 구동에 필요한 전기장을 발생시키는 데에 높은 전압이 필요하여, 정전식 집진 시스템의 에너지 효율이 저하된다. The electrostatic dust collection system of the present invention preferably has an electrical resistance of 100 Ω or less when the porous base layer contains polyurethane, and 50 Ω or less when the porous base layer contains carbon fibers. When the electrical resistance is greater than this, a high voltage is required to generate an electric field required for driving the dust collection system, and energy efficiency of the electrostatic dust collection system is deteriorated.

본 발명의 정전식 집진 시스템에 있어서, 여과층을 통과하는 기체의 풍속이 0.001 내지 5m/s인 것이 바람직하다. 풍속이 이보다 낮을 경우, 단위 시간 당 정화되는 공기의 양이 충분치 못하며, 이보다 높을 경우 집진 성능이 충분하지 못한 문제점이 있다.In the electrostatic dust collection system of the present invention, it is preferable that the wind speed of the gas passing through the filtration layer is 0.001 to 5 m/s. If the wind speed is lower than this, the amount of air to be purified per unit time is insufficient, and if it is higher than this, there is a problem in that the dust collection performance is insufficient.

본 발명의 정전식 집진 시스템에 있어서, 여과층 통과 전후의 차압이 100Pa 이하인 것이 바람직하며, 차압이 이보다 클 경우 집진 효율이 충분하지 못한 문제점이 있다.In the electrostatic dust collection system of the present invention, it is preferable that the differential pressure before and after passing through the filtration layer is 100 Pa or less, and if the differential pressure is greater than this, there is a problem that the dust collection efficiency is insufficient.

실시예Example

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 제조예 및 실험예를 제시한다. 그러나 하기의 제조예 및 실험예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 제조예 및 실험예에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 제조예에서 멤브레인의 CNT 함량을 중량%로 x%라 할 때, CNT-chitosan x라 명명한다.Hereinafter, preferred manufacturing examples and experimental examples are provided to help understanding of the present invention. However, the following Preparation Examples and Experimental Examples are provided only for easier understanding of the present invention, and the contents of the present invention are not limited by the Preparation Examples and Experimental Examples. When the CNT content of the membrane in the manufacturing example of the present invention is x% by weight, it is called CNT-chitosan x.

실시예 1. CNT/키토산 나노 하이브리드 코팅층Example 1. CNT/chitosan nano hybrid coating layer

재료material

다중벽 탄소나노튜브(>95%, 외측 반지름 20 내지 30nm, 길이 10 내지 30μm)를 EMP(EM-Power Co., Republic of Korea)로부터 얻어 사용하였다. 저 분자량 키토산(MW = 50000-190000, 75 내지 85%의 탈아세틸화)은 Sigma-Aldrich(United States)로부터 구매하여 사용하였다. 빙초산, 수산화나트륨, 유기 용매를 포함한 모든 화학 물질은 Sigma-Aldrich로부터 구매하여 사용하였으며, 추가적인 정제 없이 사용하였다.Multi-walled carbon nanotubes (>95%, outer radius 20-30 nm, length 10-30 μm) were obtained from EMP (EM-Power Co., Republic of Korea) and used. Low molecular weight chitosan (MW = 50000-190000, deacetylation of 75-85%) was purchased from Sigma-Aldrich (United States) and used. All chemicals including glacial acetic acid, sodium hydroxide and organic solvent were purchased from Sigma-Aldrich and used without further purification.

제조예 1-1. CNT-chitosan 50 멤브레인의 제조Production Example 1-1. Preparation of CNT-chitosan 50 membrane

탄소나노튜브(CNT)를 사용하기에 앞서, 5N 염산에 하루 동안 환류시켜 가능한 모든 불순물을 제거하였다. 그 후 200mg의 키토산을 5N 염산 및 빙초산의 1:1 혼합액 50mL(pH < 2)에 24시간 동안 녹였다. 그 후 200mg의 CNT를 키토산 용액에 넣고 고압 균질화기(Nano DeBEE 45-3, BEE International, South Easton MA)로 균질화하였다. 그 후 산성의 CNT-키토산 용액에 2N의 수산화나트륨을 가해 천천히 중화하였고, 분자량 12000 내지 14000의 분절을 갖는 투석 멤브레인(Spectrum Laboratories, Savannah, GA) 및 증류수로 3일간 투석하여 무기 부산물을 포함한 작은 분자들을 제거하였다. CNT-키토산 용액을 적당한 크기의 용기에 넣은 후 30분간 음파처리 하였고, 흄 후드(fume hood) 및 상온에서 2일간 두었다. 그 후 용액을 건조시켜 멤브레인을 제조하였다. Prior to the use of carbon nanotubes (CNT), all possible impurities were removed by refluxing with 5N hydrochloric acid for one day. Thereafter, 200 mg of chitosan was dissolved in 50 mL (pH <2) of a 1:1 mixture of 5N hydrochloric acid and glacial acetic acid for 24 hours. Then, 200 mg of CNT was added to the chitosan solution and homogenized with a high pressure homogenizer (Nano DeBEE 45-3, BEE International, South Easton MA). Thereafter, 2N sodium hydroxide was added to the acidic CNT-chitosan solution to neutralize it slowly, and a small molecule containing inorganic by-products was dialyzed for 3 days with a dialysis membrane (Spectrum Laboratories, Savannah, GA) having a segment having a molecular weight of 12000 to 14000 and distilled water. Were removed. The CNT-chitosan solution was placed in an appropriately sized container, sonicated for 30 minutes, and placed for 2 days at a fume hood and room temperature. Thereafter, the solution was dried to prepare a membrane.

제조예 1-2. CNT-chitosan 25 멤브레인의 제조Production Example 1-2. Preparation of CNT-chitosan 25 membrane

탄소나노튜브의 중량%를 25%로 사용한 것 이외에는 모두 제조예 1과 동일한 방법을 사용하여 멤브레인을 제조하였다.Membranes were prepared using the same method as in Production Example 1, except that 25% by weight of the carbon nanotubes was used.

제조예 1-3. CNT-chitosan 75 멤브레인의 제조Preparation Example 1-3. Preparation of CNT-chitosan 75 membrane

탄소나노튜브의 중량%를 75%로 사용한 것 이외에는 모두 제조예 1과 동일한 방법을 사용하여 멤브레인을 제조하였다.Membranes were prepared using the same method as in Production Example 1, except that 75% by weight of the carbon nanotubes was used.

제조예 1-4. CNT-chitosan 85 멤브레인의 제조Production Example 1-4. Preparation of CNT-chitosan 85 membrane

탄소나노튜브의 중량%를 85로 사용한 것 이외에는 모두 제조예 1과 동일한 방법을 사용하여 멤브레인을 제조하였다.Membranes were prepared using the same method as in Production Example 1, except that 85% by weight of the carbon nanotubes was used.

제조예 1-5. CNT-chitosan 60 멤브레인의 제조Production Example 1-5. Preparation of CNT-chitosan 60 membrane

탄소나노튜브의 중량%를 60으로 사용한 것 이외에는 모두 제조예 1과 동일한 방법을 사용하여 멤브레인을 제조하였다.Membranes were prepared using the same method as in Production Example 1, except that 60% by weight of the carbon nanotubes was used.

제조예 1-6. CNT-chitosan 70 멤브레인의 제조Preparation Example 1-6. Preparation of CNT-chitosan 70 membrane

탄소나노튜브의 중량%를 70으로 사용한 것 이외에는 모두 제조예 1과 동일한 방법을 사용하여 멤브레인을 제조하였다.Membranes were prepared using the same method as in Production Example 1, except that 70% by weight of the carbon nanotubes was used.

제조예 1-7. CNT-chitosan 80 멤브레인의 제조Production Example 1-7. Preparation of CNT-chitosan 80 membrane

탄소나노튜브의 중량%를 80으로 사용한 것 이외에는 모두 제조예 1과 동일한 방법을 사용하여 멤브레인을 제조하였다.Membranes were prepared using the same method as in Production Example 1, except that 80% by weight of the carbon nanotubes was used.

제조예 1-8. CNT-chitosan 90 멤브레인의 제조Preparation Example 1-8. Preparation of CNT-chitosan 90 membrane

탄소나노튜브의 중량%를 90으로 사용한 것 이외에는 모두 제조예 1과 동일한 방법을 사용하여 멤브레인을 제조하였다.Membranes were prepared using the same method as in Production Example 1, except that 90% by weight of the carbon nanotubes was used.

실험예 1-1. CNT-키토산 멤브레인의 형태 분석Experimental Example 1-1. Morphological analysis of CNT-chitosan membrane

CNT-키토산 멤브레인의 형태를 고 해상도 전자 투과 현미경(HR-TEM; JEM 3010, JEOL, Japan) 및 전계 방출 스캐닝 전자 현미경 (FE-SEM; MIRA II LMH microscope, Tescan, Czech Republic)을 이용하여 분석하였다. SEM 분석에 앞서 시료들을 금으로 스퍼터-코팅(sputter-coat)하였다. 그 결과는 도 4 내지 도 6에 나타난다. 도 4은 CNT-chitosan 50의 HR-TEM(A), FE-SEM(B) 이미지 및 사진(C)이다. 도 5은 도 4의 C를 SEM으로 확대한 것이다. 도 6는 CNT-chitosan 25, 50, 75 및 순수한 CNT의 HR-TEM 사진이다.The morphology of the CNT-chitosan membrane was analyzed using a high resolution electron transmission microscope (HR-TEM; JEM 3010, JEOL, Japan) and a field emission scanning electron microscope (FE-SEM; MIRA II LMH microscope, Tescan, Czech Republic). . Samples were sputter-coated with gold prior to SEM analysis. The results are shown in FIGS. 4 to 6. Figure 4 is an HR-TEM (A), FE-SEM (B) images and pictures (C) of CNT-chitosan 50. 5 is an enlarged view of C of FIG. 4 by SEM. 6 is an HR-TEM image of CNT-chitosan 25, 50, 75 and pure CNT.

실험예 1-2. CNT-키토산 멤브레인의 특성 분석Experimental Example 1-2. Characterization of CNT-chitosan membrane

CNT-키토산 멤브레인의 특성을 분석하기 위해, 열중량 분석기(TGA; Seiko Exstar 6000 TG/DTA6100, Japan) 및 푸리에 변환 적외선 분광분석기(FTIR; JASCO 470 PLUS, Japan)을 사용하였다. 4mg의 시료를 사용하여 10℃/분의 속도로 25 내지 900℃ 범위에서 시료를 가열하였다. FT-IR 스펙트럼은 고체 상태 및 400 내지 4000cm-1 범위에서 측정하였다. 비교하기 위하여 순수한 키토산 및 CNT에 대해서도 실험을 수행하였고, 그 FT-IR의 결과는 도 7에, TGA의 결과는 도 8에 나타내었다. To characterize the CNT-chitosan membrane, a thermogravimetric analyzer (TGA; Seiko Exstar 6000 TG/DTA6100, Japan) and a Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR; JASCO 470 PLUS, Japan) were used. A sample of 4 mg was used to heat the sample in the range of 25 to 900°C at a rate of 10°C/min. The FT-IR spectrum was measured in the solid state and in the range of 400 to 4000 cm -1 . For comparison, experiments were also performed on pure chitosan and CNT, and the results of FT-IR are shown in FIG. 7 and the results of TGA are shown in FIG. 8.

FT-IR의 경우에, 순수한 CNT는 어떠한 특징적인 피크도 나타내지 않았다. 이는 표면에 작용기가 없기 때문이다. 반면에, 50중량%의 CNT-키토산 멤브레인은 키토산과 같은 유형의 아래의 피크를 나타내었다. In the case of FT-IR, pure CNT showed no characteristic peaks. This is because there are no functional groups on the surface. On the other hand, the 50% by weight CNT-chitosan membrane showed a peak below that of the same type as chitosan.

- 3120 - 3385 cm-1 (키토산의 -OH 및 -NH의 늘어남)-3120-3385 cm -1 (stretching of -OH and -NH from chitosan)

- 2925 및 2856 cm-1 (키토산의 -CH의 늘어남)-2925 and 2856 cm -1 (stretching of -CH in chitosan)

- 1654 cm-1 (순수한 CNT의 C=C 늘어남)-1654 cm -1 (C=C stretch of pure CNT)

- 1632 cm-1 (키토산의 C=O 늘어남)-1632 cm -1 (C=O increase in chitosan)

이러한 IR 스펙트럼은 CNT가 키토산으로 잘 작용기화 되었음을 나타낸다.This IR spectrum indicates that CNT was functionalized well with chitosan.

열중량 분석의 경우에, 순수한 CNT의 경우 600 내지 700℃ 범위에서 주된 질량 손실이 발생하였으나, 순수한 키토산의 경우 2단계로 질량 손실이 발생하였다. 첫 단계는 고분자 구조가 깨지고, 글루코사민 단위의 분해가 일어나는 약 300℃ 근처의 단계이고, 두 번째 단계는 산화적 분해가 발생하는 400 내지 600℃의 단계이다. 50중량%의 CNT-키토산 멤브레인의 경우 명확한 2단계의 분해를 보였다. 첫 단계는 키토산의 손실로 발생하는 200 내지 300℃의 단계이고, 두 번째 단계는 CNT의 분해가 발생하는 500 내지 600℃의 단계이다. 양 물질의 열 분해 온도는 순수한 경우와 비교하여 낮은 쪽으로 이동하였다. 이는 순수한 경우와 비교하여 각 성분의 중량 농도가 절반으로 낮기 때문이다. In the case of thermogravimetric analysis, the main mass loss occurred in the range of 600 to 700°C in the case of pure CNT, but in the case of pure chitosan, mass loss occurred in two steps. The first step is a step in the vicinity of about 300°C in which the polymer structure is broken and the decomposition of glucosamine units occurs, and the second step is in the range of 400 to 600°C in which oxidative decomposition occurs. The CNT-chitosan membrane of 50% by weight showed a clear two-step decomposition. The first step is a step of 200 to 300° C. resulting from the loss of chitosan, and the second step is a step of 500 to 600° C. where CNT decomposition occurs. The thermal decomposition temperature of both materials shifted to the lower side compared to the pure case. This is because the weight concentration of each component is half lower compared to the pure case.

실험예 1-3. CNT-키토산 멤브레인의 기계적 특성 분석Experimental Example 1-3. Mechanical properties analysis of CNT-chitosan membrane

각 CNT-키토산 멤브레인에 대해 표면 키토산의 두께, 전기 저항, 인장 강도, 탄성 계수, 신장율을 측정하였다. 비교하기 위해 순수한 키토산에 대해서도 측정하였다. 그 결과는 아래 표 1과 같다.For each CNT-chitosan membrane, the thickness of the surface chitosan, electrical resistance, tensile strength, modulus of elasticity, and elongation were measured. For comparison, pure chitosan was also measured. The results are shown in Table 1 below.

시료sample 키토산 두께(nm)Chitosan thickness (nm) 면 저항(Ω/sq)Sheet resistance (Ω/sq) 인장 강도(MPa)Tensile strength (MPa) 탄성 계수(N/mm)Elastic modulus (N/mm) 신장율 (%)Elongation (%) 키토산Chitosan NDND >10¹²>10¹² 14.814±1.43314.814±1.433 5.501±1.3675.501±1.367 217.2±21.113217.2±21.113 CNT-chitosan 25CNT-chitosan 25 6.528±1.07886.528±1.0788 16.51±0.65116.51±0.651 37.557±1.67837.557±1.678 16.253±2.06816.253±2.068 76.3±6.47276.3±6.472 CNT-chitosan 50CNT-chitosan 50 3.542±0.19063.542±0.1906 8.477±0.3778.477±0.377 51.039±1.10451.039±1.104 22.754±2.12822.754±2.128 67.1±4.35967.1±4.359 CNT-chitosan 75CNT-chitosan 75 1.211±0.11721.211±0.1172 5.133±0.0685.133±0.068 36.113±1.77236.113±1.772 27.263±1.11527.263±1.115 40.7±5.66940.7±5.669 CNT-chitosan 85CNT-chitosan 85 NDND 4.861±0.1284.861±0.128 14.251±1.83914.251±1.839 24.02±2.02924.02±2.029 13.3±1.11513.3±1.115

(ND는 값이 결정되지 않음을 뜻함) (ND means value is not determined)

CNT 함량에 따라 키토산의 두께 및 저항의 변화를 비교한 것과 인장 강도 및 탄성 계수를 비교한 것을 도 9에 도시하였다. 또한 CNT 함량에 따라 신장율이 변화하는 것을 나타낸 그래프를 도 10에 도시하였다.FIG. 9 shows a comparison of the change in chitosan thickness and resistance according to the CNT content, and a comparison of tensile strength and elastic modulus. In addition, a graph showing that the elongation rate changes according to the CNT content is shown in FIG. 10.

또한 각 멤브레인 및 키토산에 대해 인장-응력 곡선을 얻었다. 그 결과는 도 11에 도시하였다.In addition, tensile-stress curves were obtained for each membrane and chitosan. The results are shown in FIG. 11.

실험예 1-4. CNT-키토산 멤브레인의 표면 분석Experimental Example 1-4. Surface analysis of CNT-chitosan membrane

CNT-키토산 멤브레인의 표면을 분석하는 것에는 라만 스펙트럼(Horiba LabRam Aramis IR2, Japan) 및 엑스선 광전자 분광분석기(XPS; AES-XPS ESCA 2000, Thermo Fisher Scientific, United States)를 사용하였다. 그 결과를 도 12(라만 스펙트럼) 및 도 13(XPS)에 도시하였다.Raman spectrum (Horiba LabRam Aramis IR2, Japan) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS; AES-XPS ESCA 2000, Thermo Fisher Scientific, United States) were used to analyze the surface of the CNT-chitosan membrane. The results are shown in Fig. 12 (Raman spectrum) and Fig. 13 (XPS).

라만 스펙트럼은 탄소 나노성분을 분석하는 것에 효율적인 방법이다. 1350cm-1 에서의 D-밴드는 sp³ 혼성 탄소의 존재를 보여준다. 또한 분산된 상태의 비정질 탄소의 양에 비례하는 무질서한 흑연 구조에도 관련이 있다. 고 주파수의 1580cm-1 G-밴드는 CNT의 진동 모드에 따른 sp² 혼성 탄소의 구조적인 강함을 보여준다. G 및 G` 피크의 날카로움은 나노튜브가 금속과 같은 전도성을 보여줄 수 있을 것이라는 것과 관련이 있다.The Raman spectrum is an efficient method for analyzing carbon nanocomponents. The D-band at 1350 cm -1 shows the presence of sp³ hybrid carbon. It is also concerned with disordered graphite structures proportional to the amount of amorphous carbon in the dispersed state. The high frequency 1580 cm -1 G-band shows the structural strength of sp² hybrid carbon according to the vibration mode of CNT. The sharpness of the G and G` peaks has to do with the fact that the nanotubes will be able to show metal-like conductivity.

XPS의 경우 3개의 특징적인 피크를 보여준다. The XPS shows three characteristic peaks.

- 284.60eV (C 1s)-284.60eV (C 1s)

- 399.63-400.16eV (N 1s)-399.63-400.16eV (N 1s)

- 532.36-533.17eV (O 1s)-532.36-533.17eV (O 1s)

작용기화된 CNT로부터 얻어진 XPS 데이터의 C 1s, N 1s 및 O 1s는 280-295, 395-410, 525-540eV의 결합 에너지를 각각 나타낸다. 키토산 작용기화 된 CNT의 C 1s 스펙트럼은 키토산 분자에 강하게 부착되어 있는 CNT 분자의 sp² 탄소 원자가 많은 양으로 존재함을 보여준다. 이러한 XPS 데이터는 CNT 표면이 키토산으로 잘 작용기화 되었음을 보여준다.C 1s, N 1s and O 1s of XPS data obtained from functionalized CNTs represent the binding energies of 280-295, 395-410, and 525-540eV, respectively. The C 1s spectrum of the chitosan functionalized CNT shows that the sp² carbon atom of the CNT molecule strongly attached to the chitosan molecule is present in a large amount. These XPS data show that the CNT surface is well functionalized with chitosan.

실험예 1-5. CNT-chitosan 50 멤브레인의 미세먼지 제거 테스트Experimental Example 1-5. Fine dust removal test of CNT-chitosan 50 membrane

0 내지 12V의 전압 하에서 3시간 동안 외부 공기에 노출시킨 경우의멤브레인 표면을 SEM 이미지로 관찰하여 미세먼지의 흡착 정도를 정성적으로 파악하였다. 0V인 경우 도 14, 3V인 경우 도 15, 6V인 경우 도 16, 9V인 경우 도 17, 12V 인 경우 도 18에 나타내었으며, 미세먼지 흡착 후와 이를 세척한 이후의 멤브레인 표면을 도 19에서 비교하였다. 이로부터 전압이 증가하여 강한 전기장이 발생할수록 멤브레인의 표면이 미세먼지로 덮인다는 점을 확인하였다.The surface of the membrane when exposed to external air for 3 hours under a voltage of 0 to 12 V was observed with a SEM image to qualitatively grasp the degree of adsorption of fine dust. In case of 0V, in Fig. 14, in case of 3V, in Fig. 15, in case of 6V, in Figs. 16, and 9V, in Figs. Did. From this, it was confirmed that as the voltage increased and a strong electric field was generated, the surface of the membrane was covered with fine dust.

실시예 2. 다공성 기재층 및 CNT/키토산 나노 하이브리드 코팅층을 포함하는 멤브레인 및 이를 이용한 정전식 집진 시스템Example 2. Membrane comprising porous substrate layer and CNT/chitosan nano hybrid coating layer and electrostatic dust collection system using same

제조예 2-1. 폴리우레탄 스폰지 층 및 CNT/키토산 나노 하이브리드 코팅층(CNT-chitosan 50)을 포함하는 멤브레인의 제조Production Example 2-1. Preparation of membrane comprising polyurethane sponge layer and CNT/chitosan nano hybrid coating layer (CNT-chitosan 50)

1%의 초산 및 염산 용액(pH 2.0) 150ml에 키토산을 녹이고, CNT를 첨가한 후 충분히 교반하였다. 키토산 0.7g과 CNT 0.7g의 용액을 제조하며, 교반 및 분산장비를 통해 이를 충분히 분산시켰다. 그 후 각 용액에 5% 암모니아수 또는 염기성 용액을 첨가하여 pH를 9 내지 10까지 천천히 증가시켰다. Chitosan was dissolved in 150 ml of 1% acetic acid and hydrochloric acid solution (pH 2.0), and CNT was added, followed by sufficient stirring. A solution of chitosan 0.7g and CNT 0.7g was prepared and sufficiently dispersed through agitation and dispersion equipment. Then, 5% ammonia water or a basic solution was added to each solution to slowly increase the pH to 9-10.

상기에서 제조한 용액을 반으로 희석하여 충분히 교반한 후, 희석한 용액에 폴리우레탄 스폰지를 완전히 담가 충분히 용액이 흡수되도록 하였다. 그 후 70℃ 오븐에 넣어 건조시켰으며, 완전히 건조한 후 상기 과정을 3 내지 7회 반복하였으며, 마지막으로 물과 에탄올로 세척한 후 건조하여 폴리우레탄 스폰지 층 및 CNT/키토산 나노 하이브리드 코팅층을 포함하는 멤브레인을 제조하였으며, 이를 "CNT Coated U-Sponge"로 칭한다. 제조된 CNT Coated U-Sponge의 표면 및 이를 확대한 SEM 이미지를 도 20에 나타내었다. 도 20으로부터 폴리우레탄 기공 표면에 CNT/키토산 나노 하이브리드가 코팅되었음을 확인할 수 있다. 또한 코팅 횟수에 따른 저항 값 및 무게를 측정하였으며, 이를 하기 표 2로 표시하였다. The solution prepared above was diluted in half and stirred sufficiently, so that the polyurethane sponge was completely immersed in the diluted solution so that the solution was sufficiently absorbed. Thereafter, the mixture was dried in a 70° C. oven, dried completely, and then the process was repeated 3 to 7 times. Finally, after washing with water and ethanol, drying, the membrane comprising a polyurethane sponge layer and a CNT/chitosan nano hybrid coating layer was dried. Was prepared, and it is called "CNT Coated U-Sponge". The surface of the prepared CNT Coated U-Sponge and a SEM image of the enlarged surface are shown in FIG. 20. It can be seen from FIG. 20 that the CNT/chitosan nano hybrid was coated on the polyurethane pore surface. In addition, the resistance value and weight according to the number of coatings were measured, and this is shown in Table 2 below.

코팅 횟수Coating count 저항(Ω)Resistance (Ω) 무게(g)Weight (g) 00 측정 XMeasure X 0.539±0.0320.539±0.032 1One 876.6±101.35876.6±101.35 0.813±0.0160.813±0.016 22 292.8±70.92292.8±70.92 1.071±0.0261.071±0.026 33 131.6±17.46131.6±17.46 1.372±0.0061.372±0.006 44 133.8±38.45133.8±38.45 1.639±0.0151.639±0.015 55 131.4±10.24131.4±10.24 1.894±0.0231.894±0.023 66 130.6±12.95130.6±12.95 2.196±0.0092.196±0.009 77 130.6±8.29130.6±8.29 2.451±0.0242.451±0.024

상기 표 2로부터 코팅 횟수가 증가하더라도 저항이 130Ω보다 낮은 값으로는 떨어지지 않는다는 점을 확인하였다.From Table 2, it was confirmed that even if the number of coatings increased, the resistance did not drop to a value lower than 130 Ω.

제조예 2-2. 폴레우레탄 섬유층 및 CNT/키토산 나노 하이브리드 코팅층(CNT-chitosan 50)을 포함하는 멤브레인의 제조Production Example 2-2. Preparation of membrane comprising a polyurethane fiber layer and a CNT/chitosan nano hybrid coating layer (CNT-chitosan 50)

제조예 2-1에서와 동일하게 용액을 제조한 후, 폴리우레탄 스폰지 대신 폴리우레탄 섬유를 사용하여 폴리우레탄 섬유 층 및 CNT/키토산 나노 하이브리드 코팅층을 포함하는 멤브레인을 제조하였으며, 이를 "CNT Coated U-Fiber"로 칭한다. 제조된 CNT Coated U-Fiber의 표면 및 이를 확대한 SEM 이미지를 도 21에 나타내었다. 도 21로부터 폴리우레탄 기공 표면에 CNT/키토산 나노 하이브리드가 코팅되었음을 확인할 수 있다. 또한 코팅 횟수에 따른 저항 값 및 무게를 측정하였으며, 이를 하기 표 3으로 표시하였다.After preparing the solution in the same manner as in Preparation Example 2-1, a polyurethane fiber layer and a membrane including a CNT/chitosan nano-hybrid coating layer were prepared using polyurethane fibers instead of polyurethane sponges, which were prepared as "CNT Coated U- Fiber". The surface of the prepared CNT Coated U-Fiber and an SEM image enlarging the same are shown in FIG. 21. It can be seen from FIG. 21 that the CNT/chitosan nano hybrid was coated on the polyurethane pore surface. In addition, the resistance value and weight according to the number of coatings were measured, and this is shown in Table 3 below.

코팅 횟수Coating count 저항(Ω)Resistance (Ω) 무게(g)Weight (g) 00 측정 XMeasure X 1.389±0.0081.389±0.008 1One 1437.6±126.411437.6±126.41 1.476±0.0071.476±0.007 22 488±133.15488±133.15 1.554±0.0061.554±0.006 33 159.2±86.93159.2±86.93 1.659±0.0031.659±0.003 44 147±32.17147±32.17 1.759±0.0091.759±0.009 55 131.8±19.27131.8±19.27 1.865±0.0041.865±0.004 66 132±8.34132±8.34 1.967±0.0071.967±0.007 77 130.8±18.90130.8±18.90 2.062±0.0172.062±0.017

제조예 2-3. 탄소 섬유층 및 CNT/키토산 나노 하이브리드 코팅층(CNT-chitosan 50)을 포함하는 멤브레인의 제조Production Example 2-3. Preparation of membrane comprising carbon fiber layer and CNT/chitosan nano hybrid coating layer (CNT-chitosan 50)

제조예 2-1에서와 동일하게 용액을 제조한 후, 폴리우레탄 스폰지 대신 탄소 섬유를 사용하여 탄소 섬유 층 및 CNT/키토산 나노 하이브리드 코팅층을 포함하는 멤브레인을 제조하였으며, 이를 "CNT Coated C-Fiber"로 칭한다. 제조된 CNT Coated C-Fiber의 표면 및 이를 확대한 SEM 이미지를 도 22에 나타내었다. 도 22로부터 탄소 섬유 기공 표면에 CNT/키토산 나노 하이브리드가 코팅되었음을 확인할 수 있다.After preparing the solution in the same manner as in Preparation Example 2-1, a carbon fiber layer and a membrane including a CNT/chitosan nano hybrid coating layer were prepared using carbon fiber instead of a polyurethane sponge, and a “CNT Coated C-Fiber” was prepared. It is called. The surface of the prepared CNT Coated C-Fiber and an SEM image of the enlarged surface are shown in FIG. 22. It can be seen from FIG. 22 that the CNT/chitosan nano hybrid was coated on the surface of the carbon fiber pores.

제조예 2-4. 원통형 정전식 집진 시스템의 제작 및 제거율 측정Production Example 2-4. Fabrication and removal rate measurement of cylindrical electrostatic dust collection system

상기 제조예 2-1에서 제조한 CNT Coated U-Sponge 멤브레인을 공기청정기 및 건축물 환기구에 적용하기 위하여 원통형 정전식 집진 시스템을 제작하였다. 캐빈필터를 여과식 필터로 하고, 옷감/Al/CNT Coated U-Sponge 두루마리를 도 23과 같이 제작하였으며, 이를 이용하여 1A 조건 하에서 미세먼지 제거율을 측정하였다. 그 결과를 도 24에 나타내었다.To apply the CNT Coated U-Sponge membrane prepared in Preparation Example 2-1 to an air purifier and a building vent, a cylindrical electrostatic dust collection system was manufactured. The cabin filter was used as a filtration filter, and cloth/Al/CNT Coated U-Sponge rolls were prepared as shown in FIG. 23, and the fine dust removal rate was measured under 1A conditions using the same. The results are shown in FIG. 24.

전반적으로 CNT Coated U-Sponge 멤브레인에 의해 제거율이 크게 증가하였으며, 특히 PM 2.5 및 1.0 먼지의 제거율이 크게 증가하였다. 상기 PM 1.0, 2.5 및 10 먼지는 입경이 각각 1, 2.5 및 10μm 이하인 먼지를 지칭한다.Overall, the removal rate was significantly increased by the CNT Coated U-Sponge membrane, especially the removal rate of PM 2.5 and 1.0 dust. The PM 1.0, 2.5 and 10 dust refers to dust having a particle diameter of 1, 2.5 and 10 μm or less, respectively.

제조예 2-5. CNT Coated U-Sponge 멤브레인을 이용한 평면형 정전식 집진 시스템의 제조Production Example 2-5. Preparation of planar electrostatic dust collection system using CNT Coated U-Sponge membrane

상기 제조예 2-1에서 제조한 CNT Coated U-Sponge 멤브레인에 캐빈 필터를 결합하여 평면형 정전식 집진 시스템을 제작하였다. 여과층으로 캐빈 필터를 사용하였으며, CNT Coated U-Sponge의 밀도로 25, 50 및 65kg/m3(K로 약칭)을 사용하였다. 또한 50K의 경우 여과층과 멤브레인 사이에 미세 전류를 전달하기 위한 Al 전극층을 사용한 것과 사용하지 않은 것의 두 가지 종류의 정전식 집진 시스템을 제작하였으며, 이를 간략화하여 도 25에 도시하였다.A planar electrostatic dust collection system was fabricated by combining a cabin filter with the CNT Coated U-Sponge membrane prepared in Preparation Example 2-1. Cabin filter was used as the filtration layer, and the density of CNT Coated U-Sponge was 25, 50, and 65 kg/m 3 (abbreviated as K). Used. In addition, in the case of 50K, two types of electrostatic precipitating systems were produced, with and without using an Al electrode layer for transferring micro-currents between the filtration layer and the membrane, which is simplified and illustrated in FIG. 25.

제조예 2-6. CNT Coated U-Fiber 멤브레인을 이용한 평면형 정전식 집진 시스템의 제조Production Example 2-6. Preparation of planar electrostatic dust collection system using CNT Coated U-Fiber membrane

상기 제조예 2-5에서 CNT Coated U-Sponge 대신 CNT Coated U-Fiber를 이용하여 평면형 정전식 집진 시스템을 제조하였다. 이를 간략화하여 도 26에 도시하였다.In Preparation Example 2-5, a CNT Coated U-Fiber was used instead of a CNT Coated U-Sponge to prepare a planar electrostatic dust collection system. This is simplified and illustrated in FIG. 26.

제조예 2-7. CNT Coated C-Fiber 멤브레인을 이용한 평면형 정전식 집진 시스템의 제조Production Example 2-7. Preparation of planar electrostatic dust collection system using CNT Coated C-Fiber membrane

상기 제조예 2-5에서 CNT Coated U-Sponge 대신 CNT Coated C-Fiber를 이용하였으며, 탄소 섬유 자체가 전도성이 우수하여 Al 전극층을 사용하지 않고 평면형 정전식 집진 시스템을 제조하였다. 이를 간략화하여 도 27에 도시하였다.In Preparation Example 2-5, CNT Coated C-Fiber was used instead of CNT Coated U-Sponge, and the carbon fiber itself had excellent conductivity, so that a planar electrostatic dust collection system was prepared without using an Al electrode layer. This is simplified and illustrated in FIG. 27.

제조예 2-8. 코튼 층 및 CNT/키토산 나노 하이브리드 코팅층(CNT-chitosan 50)을 포함하는 멤브레인의 제조Preparation Example 2-8. Preparation of a membrane comprising a cotton layer and a CNT/chitosan nano hybrid coating layer (CNT-chitosan 50)

제조예 2-1에서와 동일하게 용액을 제조한 후, 폴리우레탄 스폰지 대신 다양한 기공 크기를 갖는 코튼 섬유를 사용하여 코튼 층 및 CNT/키토산 나노 하이브리드 코팅층을 포함하는 멤브레인을 제조하였으며, 도 34에 이를 나타내었다.After preparing the solution in the same manner as in Preparation Example 2-1, a membrane including a cotton layer and a CNT/chitosan nano-hybrid coating layer was prepared using cotton fibers having various pore sizes instead of a polyurethane sponge, which is shown in FIG. Shown.

제조예 2-9. 코튼 층 및 CNT/키토산 나노 하이브리드 코팅층(CNT-chitosan 60)을 포함하는 멤브레인의 제조Production Example 2-9. Preparation of a membrane comprising a cotton layer and a CNT/chitosan nano hybrid coating layer (CNT-chitosan 60)

제조예 2-8에서와 동일한 방법으로 코튼 층 및 CNT/키토산 나노 하이브리드 코팅층을 포함하는 멤브레인을 제조하였으며, 도 35에 이를 나타내었다.A membrane including a cotton layer and a CNT/chitosan nano hybrid coating layer was prepared in the same manner as in Preparation Example 2-8, and this is illustrated in FIG. 35.

제조예 2-10. 코튼 층 및 CNT/키토산 나노 하이브리드 코팅층(CNT-chitosan 70)을 포함하는 멤브레인의 제조Preparation Example 2-10. Preparation of a membrane comprising a cotton layer and a CNT/chitosan nano hybrid coating layer (CNT-chitosan 70)

제조예 2-8에서와 동일한 방법으로 코튼 층 및 CNT/키토산 나노 하이브리드 코팅층을 포함하는 멤브레인을 제조하였으며, 도 36에 이를 나타내었다.A membrane including a cotton layer and a CNT/chitosan nanohybrid coating layer was prepared in the same manner as in Preparation Example 2-8, and this is illustrated in FIG. 36.

제조예 2-11. 코튼 층 및 CNT/키토산 나노 하이브리드 코팅층(CNT-chitosan 80)을 포함하는 멤브레인의 제조Production Example 2-11. Preparation of a membrane comprising a cotton layer and a CNT/chitosan nano hybrid coating layer (CNT-chitosan 80)

제조예 2-8에서와 동일한 방법으로 코튼 층 및 CNT/키토산 나노 하이브리드 코팅층을 포함하는 멤브레인을 제조하였으며, 도 37에 이를 나타내었다.A membrane including a cotton layer and a CNT/chitosan nano hybrid coating layer was prepared in the same manner as in Preparation Example 2-8, and this is illustrated in FIG. 37.

제조예 2-12. 코튼 층 및 CNT/키토산 나노 하이브리드 코팅층(CNT-chitosan 80)을 포함하는 멤브레인의 제조Production Example 2-12. Preparation of a membrane comprising a cotton layer and a CNT/chitosan nano hybrid coating layer (CNT-chitosan 80)

제조예 2-8에서와 동일한 방법으로 코튼 층 및 CNT/키토산 나노 하이브리드 코팅층을 포함하는 멤브레인을 제조하였으며, 도 38에 이를 나타내었다.A membrane including a cotton layer and a CNT/chitosan nanohybrid coating layer was prepared in the same manner as in Preparation Example 2-8, and this is illustrated in FIG. 38.

제조예 2-13. 울 층 및 CNT/키토산 나노 하이브리드 코팅층(CNT-chitosan 90)을 포함하는 멤브레인의 제조Production Example 2-13. Preparation of membrane comprising wool layer and CNT/chitosan nano hybrid coating layer (CNT-chitosan 90)

제조예 2-1에서와 동일한 방법으로 하되, 50 nm 및 1.0 μm의 울 층을 각각 이용하여 울 층 및 CNT/키토산 나노 하이브리드 코팅층을 포함하는 멤브레인을 제조하였으며, 도 39 및 40에 이를 나타내었다.In the same manner as in Preparation Example 2-1, a membrane including a wool layer and a CNT/chitosan nano hybrid coating layer was prepared using 50 nm and 1.0 μm wool layers, respectively, and shown in FIGS. 39 and 40.

실험예 2-1. 제조예 2-5의 평면형 정전식 집진 시스템에 의한 미세먼지 제거율 측정Experimental Example 2-1. Measurement of fine dust removal rate by planar electrostatic dust collection system of Preparation Example 2-5

제조예 2-5의 평면형 정전식 집진 시스템에 대하여 미세먼지 제거율을 측정하였으며, 9V 전압 하에서 실험을 수행하였다. 본 발명의 멤브레인 없이 캐빈필터만 사용한 경우를 대조군으로 하였으며, 밀도로 25K를 사용한 경우의 결과를 도 28, 50K의 경우 도 29, 65K의 도 30에 나타내었으며, 50K에 추가로 Al 전극층을 사용한 정전식 집진 시스템의 경우 그 결과를 도 31에 나타내었다. The fine dust removal rate of the planar electrostatic dust collection system of Preparation Example 2-5 was measured, and an experiment was performed under 9V voltage. The case of using only the cabin filter without the membrane of the present invention was used as a control, and the results of using 25K as the density are shown in FIGS. 28 and 50K as shown in FIGS. 29 and 65K in FIG. In the case of the expression dust collection system, the results are shown in FIG. 31.

캐빈필터만 사용한 경우 평균적으로 PM 10은 약 75%, PM 2.5는 약 65%, PM 1.0은 약 57%의 제거율을 보였으며, 25K의 CNT Coated U-Sponge 멤브레인을 추가한 경우 PM 10은 80%, PM 2.5는 77%, PM 1.0은 64%의 제거율을 나타내어 제거율이 상승함을 확인하였다. 50K 및 65K의 CNT Coated U-Sponge 멤브레인을 추가한 경우에서도 미세먼지 제거율이 모두 상승하였으며, 특히 50K일 때 PM 10은 97%, PM 2.5는 78%, PM 1.0은 68%의 가장 높은 제거율을 보였다. 50K의 CNT Coated U-Sponge 이외에 Al 전극층을 추가한 경우에는 PM 10은 94%, PM 2.5는 83%, PM 1.0은 75%의 제거율을 보였으며, PM 10의 제거율은 전극층의 추가로 상승하지 않았지만 초미세먼지에 해당하는 PM 2.5 및 1.0의 먼지 제거율이 크게 상승하였음을 확인하였다. In the case of using only the cabin filter, on average, PM 10 was about 75%, PM 2.5 was about 65%, PM 1.0 was about 57%, and when 25K CNT Coated U-Sponge membrane was added, PM 10 was 80%. , PM 2.5 was 77%, PM 1.0 was 64% removal rate was confirmed that the removal rate is increased. Even when 50K and 65K CNT Coated U-Sponge membranes were added, all of the fine dust removal rates increased, especially at 50K, PM 10 was 97%, PM 2.5 was 78%, and PM 1.0 was 68%, the highest removal rate. . When the Al electrode layer was added in addition to the 50K CNT Coated U-Sponge, the removal rate of PM 10 was 94%, PM 2.5 was 83%, and PM 1.0 was 75%, and the removal rate of PM 10 was not increased by the addition of the electrode layer. It was confirmed that the dust removal rates of PM 2.5 and 1.0, which correspond to ultra fine dust, significantly increased.

실험예 2-2. 제조예 2-6의 평면형 정전식 집진 시스템에 의한 미세먼지 제거율 측정Experimental Example 2-2. Measurement of fine dust removal rate by planar electrostatic dust collection system of Preparation Example 2-6

제조예 2-6의 평면형 정전식 집진 시스템에 대하여 미세먼지 제거율을 측정하였으며, 9V 전압 하에서 실험을 수행하였다. 그 결과롤 도 32에 나타내었다. 캐빈필터만 사용한 경우 PM 10은 80%, PM 2.5는 65%, PM 1.0은 58%의 제거율을 보였으며, CNT Coated U-Fiber 멤브레인을 추가한 경우 PM 10은 93%, PM 2.5는 80%, PM 1.0은 69%의 제거율을 나타내었다. 전반적으로 제거율이 상승하였으며, PM 2.5 및 1.0 먼지에 대한 제거율이 10 내지 15% 상승하였다. The removal rate of fine dust was measured for the planar electrostatic dust collection system of Preparation Example 2-6, and an experiment was performed under 9V voltage. The resulting rolls are shown in Figure 32. When only the cabin filter was used, PM 10 was 80%, PM 2.5 was 65%, and PM 1.0 was 58%. When CNT Coated U-Fiber membrane was added, PM 10 was 93%, PM 2.5 was 80%, PM 1.0 showed a removal rate of 69%. Overall, the removal rate increased, and the removal rate for PM 2.5 and 1.0 dust increased by 10 to 15%.

실험예 2-3. 제조예 2-7의 평면형 정전식 집진 시스템에 의한 미세먼지 제거율 측정Experimental Example 2-3. Measurement of fine dust removal rate by planar electrostatic dust collection system of Preparation Example 2-7

제조예 2-7의 평면형 정전식 집진 시스템에 대하여 미세먼지 제거율을 측정하였으며, 9V 전압 하에서 실험을 수행하였다. 그 결과롤 도 33에 나타내었다. 캐빈필터만 사용한 경우 PM 10은 79%, PM 2.5는 65%, PM 1.0은 57%의 제거율을 보였으며, CNT Coated C-Fiber 멤브레인을 추가한 경우 PM 10은 97%, PM 2.5는 83%, PM 1.0은 75%의 제거율을 나타내었다. 전반적으로 제거율이 상승하였으며, PM 2.5 및 1.0 먼지에 대한 제거율이 약 20% 상승하였다. The fine dust removal rate was measured for the planar electrostatic dust collection system of Preparation Example 2-7, and an experiment was performed under a 9V voltage. The resulting rolls are shown in Figure 33. When only the cabin filter was used, PM 10 was 79%, PM 2.5 was 65%, PM 1.0 was 57%, and when a CNT Coated C-Fiber membrane was added, PM 10 was 97%, PM 2.5 was 83%, PM 1.0 showed a removal rate of 75%. Overall, the removal rate increased, and the removal rate for PM 2.5 and 1.0 dust increased by about 20%.

1, 1': 공극
2, 2': 코팅층
3 : 여과층
4 : 공기 통과 방향
1, 1': void
2, 2': coating layer
3: filtration layer
4: Air passage direction

Claims (16)

다공성 기재 층 및 상기 다공성 기재 층에 코팅된 CNT/키토산 나노 하이브리드 코팅층을 포함하고,
상기 CNT/키토산 나노 하이브리드는 CNT 코어가 키토산 쉘로 둘러싸여 있으며,
상기 다공성 기재는 코튼, 울, 셀룰로오스, 메틸셀룰로오스, 카복시메틸셀룰로오스, 폴리스티렌, 폴리에틸렌, 폴리우레탄, 폴리아세테이트, 나일론, 탄소 섬유, 세라믹 및 실리케이트로 이루어진 군에서 선택되는 것인, 멤브레인.
A porous substrate layer and a CNT/chitosan nano hybrid coating layer coated on the porous substrate layer,
In the CNT/chitosan nano hybrid, the CNT core is surrounded by a chitosan shell,
The porous substrate is a membrane selected from the group consisting of cotton, wool, cellulose, methylcellulose, carboxymethylcellulose, polystyrene, polyethylene, polyurethane, polyacetate, nylon, carbon fiber, ceramic and silicate.
제1항에 있어서, 상기 다공성 기재는 섬유 또는 스폰지 형태의 코튼인 멤브레인.The membrane of claim 1, wherein the porous substrate is cotton in the form of fibers or sponges. 제2항에 있어서, 상기 섬유 또는 스폰지 형태의 코튼은 50 내지 500μm의 공극 크기를 갖는 것인 멤브레인.The membrane according to claim 2, wherein the cotton in the form of a fiber or a sponge has a pore size of 50 to 500 μm. 제1항에 있어서, 상기 다공성 기재는 섬유 또는 스폰지 형태의 울인 멤브레인.The membrane of claim 1, wherein the porous substrate is a fiber or sponge-shaped wool. 제4항에 있어서, 상기 섬유 또는 스폰지 형태의 울은 20 내지 200μm의 공극 크기를 갖는 것인 멤브레인.The membrane according to claim 4, wherein the wool in the form of fibers or sponges has a pore size of 20 to 200 μm. 제1항에 있어서, 상기 코팅층은 코팅층의 총 중량을 기준으로 코튼 또는 울을 25 내지 90 중량% 포함하는 것인 멤브레인.The membrane of claim 1, wherein the coating layer comprises 25 to 90% by weight of cotton or wool based on the total weight of the coating layer. 제1항에 있어서, 상기 코팅층은 5Ω 이하의 전기 저항을 갖는 것인 멤브레인.The membrane of claim 1, wherein the coating layer has an electrical resistance of 5 Ω or less. 제2항에 있어서, 상기 코팅층은 코튼 또는 울 층의 중량을 기준으로 1 내지 5배의 중량으로 코팅되는 것인 멤브레인.The membrane of claim 2, wherein the coating layer is coated with a weight of 1 to 5 times based on the weight of the cotton or wool layer. 제1항에 있어서, 상기 코팅층은 50 내지 150m2/g의 비표면적을 갖는 것인 멤브레인.The membrane of claim 1, wherein the coating layer has a specific surface area of 50 to 150 m 2 /g. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 멤브레인 층; 및 여과층;을 포함하는 정전식 집진 시스템.The membrane layer according to claim 1; And a filtration layer. 제10항에 있어서, 상기 여과층은 일반 천, 캐빈필터, 부직포 및 양모 로 이루어진 군에서 선택되는 것인 정전식 집진 시스템.The electrostatic dust collection system according to claim 10, wherein the filtration layer is selected from the group consisting of a general cloth, a cabin filter, a nonwoven fabric, and wool. 제10항에 있어서, 상기 여과층의 양 면 또는 한 면에 멤브레인 층이 배치되는 것인 정전식 집진 시스템.The electrostatic dust collection system according to claim 10, wherein a membrane layer is disposed on both sides or one side of the filtration layer. 제10항에 있어서, 평면 또는 원통 중 어느 한 형태를 갖는 것인 정전식 집진 시스템.The electrostatic dust collection system according to claim 10, which has a flat or cylindrical shape. 제10항에 있어서, 100Ω 이하의 전기 저항을 갖는 것인 정전식 집진 시스템.The electrostatic dust collection system according to claim 10, which has an electrical resistance of 100 Ω or less. 제10항에 있어서, 여과층을 통과하는 기체의 풍속이 0.001 내지 5m/s인 정전식 집진 시스템.The electrostatic dust collection system according to claim 10, wherein the air velocity of the gas passing through the filtration layer is 0.001 to 5 m/s. 제10항에 있어서, 여과층 통과 전후의 차압이 100Pa 이하인 정전식 집진 시스템.The electrostatic dust collection system according to claim 10, wherein the differential pressure before and after passing through the filtration layer is 100 Pa or less.
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