KR102162830B1 - 물의 전기분해를 위한 탄소나노튜브 복합체로 제조된 전극판, 이를 포함하는 전극 조립체 및 미세먼지 포집 장치 - Google Patents

물의 전기분해를 위한 탄소나노튜브 복합체로 제조된 전극판, 이를 포함하는 전극 조립체 및 미세먼지 포집 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 물의 전기분해를 위한 탄소나노튜브 복합체로 제조된 전극판, 이를 포함하는 전극 조립체 및 미세먼지 포집 장치로, 물 또는 수용액을 전기분해하여 수산기를 발생시켜 공기 중의 미세먼지, 유해물질 및 곰팡이 포자 등과 결합과정을 통해 포집 및 흡착하여, 보다 큰 입자로 만든 후 부유하는 물질들을 바닥으로 낙하시켜 오염된 공기를 정화시킬 수 있는 장치에 관한 것이다.

Description

물의 전기분해를 위한 탄소나노튜브 복합체로 제조된 전극판, 이를 포함하는 전극 조립체 및 미세먼지 포집 장치{ELECTRODE PLATE CONTAINING CARBON NANOTUBE COMPOSITE FOR ELECTROLYSIS OF WATER, ELECTRODE ASSEMBLY AND APPARATUS FOR COLLECTING FINE DUST COMPRISING THE SAME}
본 발명은 탄소나노튜브(carbon nanotube) 분산 기술과 레진(resin) 복합소재 컴파운딩(compounding) 기술을 기반으로 물의 전기분해 복합소재를 제조하여, 공기 중에 부유하는 먼지, 미세먼지, 유해가스, 세균 등을 제거할 수 있는 물의 전기분해를 위한 탄소나노튜브 복합체로 제조된 전극판, 이를 포함하는 전극 조립체 및 미세먼지 포집 장치에 관한 것이다.
근래에 들어, 황사와 미세먼지에 의해 인류의 건강에 위협이 되고 있는 것은 잘 알려진 사실이다.
미세먼지는 발생되는 지역, 계절, 기상 조건 등에 따라 성분이 달라 질 수 있다.
미세먼지는 토양 입자, 해염 입자, 꽃가루 등으로 구성되는 1차 오염물질과, 1차 오염물질이 대기 중에서 물리적 또는 화학적 반응을 일으켜 생긴 2차 오염물질로 이루어져있다.
2차 오염물질로 구성된 미세먼지는 질소산화물, 황산화물, 암모니아, 휘발성 유기화합물 등의 전구물질이 대기 중에서 질산염, 황산염, 암모늄, 비휘발성 유기물, 유기탄소 등으로 바뀌면서 초미세먼지가 발생되고 있다.
일반 먼지와 달리, 미세먼지는 코, 구강, 기관지에서 걸러지지 않고 신체에 축적된다. 그 중에서도 초미세먼지는 입자의 크기가 지름 2.5㎛ 이하로 폐포, 혈관 등으로 침투하여 심혈관 질환 등을 유발할 수 있다.
특히, 국내 도시의 미세먼지 농도는 주요 선진국 도시의 2배 이상의 수준이며, 최근에는 겨울에서 봄으로 넘어가는 환절기에 미세먼지가 심화되는 경향을 보여주고 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위한 노력으로 현상규명과 예측, 미세먼지 배출저감 장치 개발 및 도로변 등의 우려지역에서의 미세먼지 노출저감 방안연구 등 다방면으로 해결방안을 강구하고 있다.
그러나 상기의 해결방안은 결과를 도출하는 데에 오랜 시간이 걸리고, 적극적인 대처에 어려움이 있으며, 근본적인 원인을 해결하기 위해서는 많은 시간과 돈이 요구되고 있다.
또한, 일반적인 플라즈마 방식의 미세먼지 저감 장치들은 전력 소비량이 높고, 오존 발생량이 많아 경제적인 면과 인체의 건강에 위협을 주는 문제점을 가지고 있다.
다음은 미세먼지 저감을 위한 장치에 관한 배경기술 문헌으로, 등록특허공보 제10-2053347호(이하, 문헌 1), 등록특허공보 제10-1852163호(이하, 문헌 2), 등록특허공보 제10-1882283호(이하, 문헌 3) 및 등록특허공보 제10-1971917호(이하, 문헌 4)가 있다.
문헌 1은 실외에서 실내로 유입되는 공기 중의 미세먼지, 가스, 악취 등을 제거하기 위한 정전기를 이용한 습식 미세먼지 제거 장치에 관한 것이다.
문헌 1의 장치는 음극(-)인 음전하를 인가시킨 복수의 봉전극에 양극(+)을 띠고 있는 미세먼지, 가스 및 악취가 부착하게 되고, 복수의 주수구를 통해 물을 아래로 흘려 봉전극을 씻어내려 유입된 공기를 정화시킬 수 있다.
상기 장치는 미세먼지, 가스와 악취가 정전기로 인해 부착되기 위해, 복수의 봉전극에 높은 전압이 필요하며, 전하를 띄기 위해 금속의 봉전극을 사용하게 됨으로써, 장치 내에서 부식이 발생되고, 내화학성 저하될 수 있다.
문헌 2는 입자의 크기가 지름 2.5㎛ 이하의 미세먼지와 이를 포함하는 배기가스의 체류시간을 증가시켜 집진효율을 증가시킨 정전분무 시스템과 전기집진기가 결합된 미세먼지 제거장치에 관한 것이다.
문헌 2의 장치는 복수개의 정전분무노즐이 형성된 내부로 음극(-)이 인가된 세정액을 양극(+)이 인가된 공간에 분무하여, 방전극에 부착된 미세먼지를 제거할 수 있다.
상기 장치는 전기집진유닛에 복수의 방전극이 형성되며, 정전을 이용한 미세먼지를 방전극에 부착시키기 위해 고접압발생부가 필요로 하며, 세정액에 의해 금속이 부식될 수 있다.
문헌 3은 정전분무를 이용하여 미세먼지를 제거하고, 내부 구조가 비교적 단순하며 소형 제작이 가능한 정전분무 사이클론 공기청정기에 관한 것이다.
문헌 3의 공기청정기는 원통부의 중심부에 구비되어 반전 상승하는 공기의 유출을 안내하는 유출부와 유출부의 외주면에는 원통부의 내주면으로 하전 된 물을 배출하여 정전분무를 형성하는 복수개의 니들이 포함되어 미세머지를 제거할 수 있다.
상기 공기청정기는 사이클론으로 미세먼지가 제거되어 운전 시에 압력손실이 높아 에너지 소비가 많고, 회전에 의한 마찰에 의해 마모되는 분진에 취약한 단점이 있다.
문헌 4는 높이가 상이한 다수개의 유체 수용 용기와 집진판 인근에 다수개의 분출공을 수평방향으로 형성함으로써, 균일한 미세분무와 쇼트를 방지하여 집진효율이 향상되는 정전분무 집진장치에 관한 것이다.
문헌 4의 장치는 케이싱 내부에 양극(+)으로 인가되는 집진판이 수직으로 배치되고, 가스에 포함되어 있는 오염물질을 제거하기 위한 음극(-)으로 인가되는 분출공에 의해 배출되는 유체가 미세화 되며, 케이싱의 전체에 미세액적을 분무하여 오염물질을 낙하시켜 제거할 수 있다.
상기 장치는 집진판에 부착된 오염물질을 제거하기 위해 별도의 세정수단이 필요로 합니다.
<배경기술 문헌>
(문헌 1) 등록특허공보 제10-2053347호
(문헌 2) 등록특허공보 제10-1852163호
(문헌 3) 등록특허공보 제10-1882283호
(문헌 4) 등록특허공보 제10-1971917호
본 발명은 상기 배경기술의 문제점과 기존 장치들에서 나타나는 문제점을 해결하고, 탄소나노튜브(carbon nanotube)-레진(resin) 복합체를 물의 전기분해를 위한 전극판으로 제조하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 공기 중에 떠다니는 먼지, 미세먼지, 유해기체, 세균, 바이러스 등을 물을 사용하여 저감 또는 제거함으로써, 사용자에게 무화학성으로 친환경적인 전극판이 포함된 미세먼지 포집 장치를 개발하는 것을 목적으로 한다.
더욱이, 본 발명은 물 또는 수용액을 사용하여도 부식이 발생되지 않고, 내화학성이 향상되는 전극판과 이를 포함하는 미세먼지 포집 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명의 전극판은 하나 이상의 구멍(11)이 포함되고, 원형 또는 다각형의 판재 또는 시트 형태로 형성되되, 레진 55~75중량%, 탄소나노튜브 15~40중량%, 전도성 필러 1~10중량% 및 난연제 0~5중량%가 포함되어 물 또는 수용액의 전기분해가 가능한 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 전극판의 한쪽 끝에 연결부(12)가 포함되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 전극 조립체는 상기 전극판(10)이 하나 이상 포함되고, 전극판(10)이 이탈되는 것을 방지하기 위해, 전극판들(10) 사이에 고정부(100)가 포함되며, 고정부(100)는 원형 또는 다각형의 판재 또는 시트 형태로 형성되되, 중공부(110)가 포함되고, 전극판(10)이 이탈되는 것을 방지하기 위해 고정부(100)에 돌출 형성되는 이탈방지부(120) 및 고정부들(100)이 결합되기 위해 고정부(100)에 결합공(130)이 포함되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 전극 조립체(1)가 포함되는 미세먼지 포집 장치(2)는 일단 또는 타단이 개방되어 형성되되, 전기분해 된 물 또는 수용액이 분무되어 외부에서 유입되는 오염된 공기와 접촉시켜 공기가 정화되기 위한 전극 조립체(1), 송풍장치(211) 또는 분사장치(212) 중 어느 하나 이상이 포함되는 제1수용부(210); 제1수용부(210)의 일 측면에 형성되되, 오염된 물 또는 수용액이 정화되기 위한 배수관(221), 필터(222) 또는 수조부(223) 중 어느 하나 이상이 포함되는 제2수용부(220); 및 제1수용부(210)와 제2수용부(220)에 포함되되, 물 또는 수용액이 연속으로 사용가능한 배관(230);을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 전극 조립체(1)는 유입되는 물 또는 수용액의 방향과 평행하도록 포함되는 것을 특징으로 한다.
상기 필터(222)는 경사각으로 포함되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 전극판은 탄소나노튜브-레진 복합체를 이용하여 구성됨에 따라, 고가의 금속 전극을 대체하여 일관성 있는 성능이 유지되며, 원가가 절감되는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 상기 전극판을 사용하여 물을 아주 작은 액체로 만들어 공기 속의 먼지, 미세먼지, 유해기체 등에 분사하여 접촉시킴으로써, 사용자에게 무해한 친환경 제품을 제공할 수 있는 효과가 있다.
특히, 본 발명은 고온, 고압의 환경이 요구되지 않고, 비용 및 안정성 면에서 장점을 지니고 있는 미세먼지 포집 장치이며, 높은 시스템 효율로 다양한 성분을 포함하는 유해물질을 동시에 처리 가능할 수 있다.
더욱이, 본 발명은 금속으로 형성된 전극판에 물 또는 수용액을 장기간 사용할 때 나타나는 이온 용출이나 스케일 발생 등의 현상이 없어 내화학성과 내부식성이 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 전극판의 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 전극판의 평면도이다.
도 3은 도 2에서의 A-A선 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 고정부의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 예에 따른 고정부의 사시도이다.
도 6은 본 발명에 따른 고정부와 전극판이 결합되는 예시도이다.
도 7은 본 발명에 따른 미세먼지 포집 장치 예시도이다.
도 8은 본 발명에 따른 미세먼지 포집 장치의 작동 예시도이다.
도 9는 본 발명에 따른 전극 조립체의 사시도이다.
도 10은 도 9에서의 B-B선 단면도가 포함된 전극 조립체 예시도이다.
도 11 및 도 12는 본 발명의 또 다른 예에 따른 미세먼지 포집 장치 예시도이다.
도 13은 본 발명에 따른 미세먼지 포집 장치를 이용하여 오염된 공기를 정화시키는 방법 흐름도이다.
도 14는 본 발명에 따른 전극판을 이용하여 수소 가스 발생량 측정 모식도이다.
도 15는 레진 종류에 따른 전극판의 전기저항값을 비교한 그래프이다.
도 16은 레진 종류에 따른 전극판의 전류량을 비교한 그래프이다.
도 17은 레진 종류에 따른 수소발생량을 비교한 그래프이다.
<부호의 설명>
1: 전극 조립체
2: 미세먼지 포집 장치
10: 전극판 11: 구멍
12: 연결부
100: 고정부 110: 중공부
120: 이탈방지부 130: 결합공
140: 탈락방지부
210: 제1수용부 211: 송풍장치
212: 분사장치 213: 여과부
220: 제2수용부
221: 배수관 222: 필터
223: 수조부
230: 배관
231: 제1배관 232: 제2배관
233: 제3배관
이하, 실시예들을 통하여 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명의 목적, 특징, 장점은 이하의 실시예들을 통해 쉽게 이해될 것이다.
본 발명은 여기에서 개시되는 실시예들에 한정되지 않고, 다른 형태로 구체화될 수 있다. 여기에서 개시되는 실시예들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 사람에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위하여 제공되는 것이고, 본 발명의 기술적 사상 및 기술적 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
따라서 이하의 실시예들에 의하여 본 발명이 제한되어서는 안 되며, 본 발명의 기술적 사상 및 기술적 범위에 포함되는 모든 변환이 포함되는 것으로 이해되어야 한다. 즉, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 사람이라면 청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 또는 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
본 발명은 다양한 변환이 가해질 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명한다. 도면들에서 요소의 크기 또는 요소들 사이의 상대적인 크기는 본 발명에 대한 명확한 이해를 위해서 다소 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 도면들에 도시된 요소의 형상이 제조 공정상의 변이 등에 의해서 다소 변경될 수 있다.
따라서 본 명세서에서 개시된 실시예들은 특별한 언급이 없는 한 도면에 도시된 형상으로 한정되어서는 안 되며, 어느 정도의 변형을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
한편, 본 발명의 여러 가지 실시예들은 명확한 반대의 지적이 없는 한 그 외의 어떤 다른 실시예들과 결합될 수 있다. 특히 바람직하거나 유리하다고 지시하는 어떤 특징도 바람직하거나 유리하다고 지시한 그 외의 어떤 특징 및 특징들과 결합될 수 있다. 즉, 본 발명의 다양한 양상들, 특징들, 실시예들 또는 구현예들은 단독으로 또는 다양한 조합들로 사용될 수 있다.
본 명세서에 사용된 용어는 특정의 실시예를 기술하기 위한 것일 뿐 청구범위에 의해서 한정하려는 것은 아님을 이해하여야 하고, 본 명세서에 사용되는 모든 기술용어 및 과학용어는 다른 언급이 없는 한 통상의 기술을 가진 사람에게 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
<실시예 1>
물 또는 수용액의 전기분해를 위한 전극판(10)을 제조하기 위해, 탄소나노튜브-레진 복합체가 제조될 수 있다.
상기 탄소나노튜브-레진 복합체는 레진 55~75중량%, 탄소나노튜브 15~40중량%, 전도성 필러 1~10중량% 및 난연제 0~5중량%가 포함될 수 있다.
만일, 탄소나노튜브-레진 복합체에 레진이 55중량% 미만 포함될 경우 다음에 설명할 전극판(10)의 모양이 유지되기 어려울 수 있고, 75중량% 초과 포함될 경우 전극판(10)에 전기 전도도가 저하됨에 따라 물 또는 수용액 전기분해 시에 수산기 발생량이 감소될 수 있다.
또한, 탄소나노튜브-레진 복합체에 탄소나노튜브가 15중량% 미만 포함될 경우 전극판(10)에 전기 전도도가 저하되어 수산기 발생량이 감소될 수 있고, 40중량% 초과 포함될 경우 응집되려는 탄소나노튜브의 고유 성질에 의해 불균일한 전기적 특성이 나타날 수 있다.
예컨대, 탄소나노튜브-레진 복합체에 전도성 필러가 1중량% 미만이나, 10중량% 초과로 포함될 경우 탄소나노튜브가 레진에 균일하게 혼합되기 어려울 수 있다.
상기 레진은 60~75중량%가 포함되되, 전극판(10)의 내부식성과 내화학성이 향상되기 위해 폴리프로필렌 수지(polypropylene resin), 폴리에틸렌 수지(polyethylene resin), 폴리아미드 수지(polyamide resin), 폴리카보네이트 수지(polycarbonate resin), 내충격성 폴리스틸렌 수지(high impact polystyrene resin), 열가소성폴리우레탄 수지(thermoplastic polyurethane resin), ABS 수지(acrylonitrile butadiene styrene resin), 에폭시 수지(epoxy resin), 아크릴 수지(acrylic resin), 우레탄 수지(urethane resin), 실리콘 수지(silicone resin), 폴리에텔에텔 케톤 수지(polyetherether ketone resin) 또는 폴리비닐리덴 플로라이드 수지(polyvinylidene fluoride resin) 등이 사용될 수 있으며, 이들을 단독으로 또는 둘 이상이 혼합되어 사용될 수 있고, 이에 한정되지 않는다.
예컨대, 레진은 60~70중량%가 포함되되, 위에서 언급된 전극판(10)의 내부식성과 내화학성이 향상됨과 동시에 물 또는 수용액의 전기분해 시에 수산기 발생량이 향상되기 위해 폴리프로필렌 수지, 폴리아미드 수지, 폴리에틸렌 수지, 실리콘 수지, 폴리에텔에텔 케톤 수지 또는 폴리비닐리덴 플로라이드 수지가 사용될 수 있으며, 이들을 단독으로 또는 둘 이상이 혼합될 수 있으나, 전극판(10)에 요구되는 수산기 발생량, 크기 등에 따라 변동될 수 있기에 이에 특별히 한정되지 않는다.
상기 탄소나노튜브는 20~35중량%가 포함되되, 다음에 설명할 전극판(10)에 전도성을 부여하여 물 또는 수용액의 전기분해 시에 수산기 발생량이 향상될 수 있다.
예컨대, 탄소나노튜브는 선행 분산처리 된 단일벽 탄소나노튜브 또는 다중벽 탄소나노튜브가 사용될 수 있으며, 이들을 단독으로 또는 둘 이상이 혼합되어 사용될 수 있다.
이때, 탄소나노튜브는 분산 처리 과정 중에 발생되는 저항과 탄소나노튜브 소요량을 최소화하고, 전극판(10)에 전도성이 고르게 나타내기 위해서 건식 분산으로 수행될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
건식 분산은 습식분산과 반대되는 분산 방식으로, 분체만 단독으로 있는 상태에서 분산장치에 분산이 수행될 수 있다.
만일, 분산처리 되지 않은 탄소나노튜브를 사용하게 되면, 응집되려는 탄소나노튜브의 고유 성질에 의해 불균일한 전기적 특성이 나타날 수 있다.
특히, 분산 처리된 탄소나노튜브는 레진 내에서 그물망처럼 네트워크를 형성하여, 전기 전도도와 컴파운딩 작업성이 우수한 장점이 있다.
그러나 탄소나노튜브는 분산 처리 된 것과 분산 처리 되지 않은 것, 건식 분산이나 습식 분산으로 특별히 제한되지 않는다.
상기 다중벽 탄소나노튜브는 직경이 30nm 이하의 크기를 사용할 수 있고, 바람직하게는 10~30nm의 크기를 사용할 수 있으나, 전극판(10)에서 요구되는 크기, 전기 전도도 등에 따라 직경 크기가 변동될 수 있기에 특별히 한정되지 않는다.
또한, 다중벽 탄소나노튜브는 직경 1 기준으로 종횡비가 1 대 1,000 이하인 것을 사용할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
상기 전도성 필러는 3~10중량% 포함되되, 레진에 탄소나노튜브가 균일하게 혼합되기 위해 탄소나노튜브 이외의 탄소 소재, 금속 또는 금속 산화물 등이 사용될 수 있으며, 이들을 단독으로 또는 둘 이상이 혼합되어 포함될 수 있다.
예컨대, 전도성 필러는 3~5중량% 포함되되, 레진에 탄소나노튜브가 균일하게 혼합되고, 전극판(10)의 전기 전도율이 향상되기 위해 흑연(graphite), 카본 블랙(carbon black), 풀러렌(fullerene), 그래핀(graphene) 또는 탄소 마이크로 코일(carbon micro coil) 등이 사용될 수 있으며, 이들을 단독으로 또는 둘 이상이 혼합되어 포함될 수 있으나, 전극판(10)에 요구되는 크기, 전기 전도도 등에 따라 변동될 수 있기에 이에 특별히 한정되지 않는다.
특히, 흑연은 탄소나노튜브-레진 복합체의 전도성을 향상시키고, 열적안정성을 부여할 수 있다.
상기 난연제는 0.1~5중량% 포함되되, 탄소나노튜브-레진 복합체의 난연성 및 불연성을 부여하기 위해 포함될 수 있다.
예컨대, 탄소나노튜브-레진 복합체는 혼합, 압출 및 사출 공정을 통해 원판, 판재 또는 시트 등의 형태로 제작되어 사용될 수 있으나, 적용하고자 하는 목적물에 따라 변동될 수 있기에, 크기와 형태가 이에 한정되지 않는다.
<실시예 2>
상기 실시예 1의 탄소나노튜브-레진 복합체를 이용하여 전극판(10)이 형성될 수 있다.
상기 전극판(10)은 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 구멍(11)과 연결부(12)가 포함될 수 있다.
또한, 전극판(10)은 원형 또는 다각형 등의 판재 또는 시트 형태로 형성되되, 한쪽 끝에 연결부(12)가 포함될 수 있다.
예컨대, 전극판(10)은 원형, 삼각형, 사각형, 오각형, 육각형, 칠각형 또는 팔각형 등의 판재 형태로 형성될 수 있으나, 적용하고자 하는 목적물에 따라 판재 형태가 변동될 수 있기에, 이에 한정되지 않는다.
상기 구멍(11)은 전극판(10)에 복수개가 원 또는 다각의 형상으로 타공 되어 형성될 수 있다.
예컨대, 구멍(11)은 전극판(10)에 원, 삼각, 사각, 마름모, 오각, 육각, 칠각, 팔각 등의 형상으로 형성될 수 있으며, 이들을 단독으로 또는 둘 이상의 형상이 조합되어 타공 될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
바람직하게는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 구멍(11)이 마름모 형상으로 타공 되어 형성될 수 있다. 이는 전극판(10)으로 흐르는 물 또는 수용액의 단면적을 크게 하여 전기분해 시에 수산기 발생량이 향상될 수 있다.
상기 연결부(12)는 전원부와 연결하여 전극판(10)에 전류가 공급되기 위해 금속 또는 실시예 1의 탄소나노튜브-레진 복합체가 포함될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
상기 금속은 높은 전기 전도도, 화학적 안정성, 가공의 용이성, 산화 피막 형성 억제 특성을 가지는 은, 금, 백금, 니켈, 크롬, 티타늄, 알루미늄 또는 스테인리스 중 선택되는 어느 하나 이상이 사용될 수 있다.
예컨대, 연결부(12)는 물에 대해 내구성을 갖는 금속으로 스테인리스가 사용될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
이와 같이 전극판(10)이 금속 소재를 사용하지 않고 무금속 복합소재를 이용하여 물 또는 수용액의 전기분해용 전극을 제조함으로써 전기분해 시에 용매화로 인한 이온 용출이나 스케일이 발생하는 등의 금속 전극을 사용할 때 나타나는 문제점이 개선되는 효과가 있다.
즉, 전극판(10)은 사용자가 요구하는 수산기 발생량에 따라 구멍(11)의 개수, 크기, 모양 등이 다양하게 구성될 수 있기에, 특별히 이에 한정되지 않는다.
더욱이, 본 발명에 따른 전극판(10)은 기존의 금속 전극판의 내부식성, 가격, 중량, 내구성 등의 문제점이 해결 또는 개선되는 특징을 가지고 있다.
상기 수용액은 물과 친화성을 가지고 있으며, 전기분해 시에 수산기(OH-)가 포함되도록 분해되는 물질을 사용할 수 있기에, 그 종류를 특별히 한정하지 않는다.
<실시예 3>
상기 실시예 2의 전극판(10)에 포함된 구멍(11)이 도 3에 도시된 바와 같이 형성될 수 있다.
상기 전극판(10)에서 구멍(11)을 제외한 구성은 실시예 2와 동일하게 형성될 수 있다.
상기 구멍(11)은 도 3의 확대된 부분에 도시된 바와 같이, 아래 방향으로 갈수록 구멍(11)의 지름이 작아지도록 형성될 수 있고, 예컨대 구멍(11)의 단면 형상이 사다리꼴로 형성될 수 있다.
이는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 전극판(10)에 구멍(11)이 형성되면, 단면적이 커지게 된다.
즉, 구멍(11)으로 통과되는 물 또는 수용액의 단면적을 넓히고, 물 또는 수용액의 통기 저항을 낮추어 전기분해 시에 수산기 발생량이 향상될 수 있다.
<실시예 4>
상기 실시예 2 또는 3의 전극판(10)을 이용하여 전극 조립체(1)가 형성될 수 있다.
전극 조립체(1)는 하나 이상의 전극판(10)이 포함되고, 전극판(10)이 탈되는 것을 방지하기 위해, 전극판들(10) 사이에 고정부(100)가 포함될 수 있다.
예컨대, 본 발명에서 전극 조립체(1)는 2개 이상의 전극판(10)이 포함된 것을 의미할 수 있다.
상기 전극판(10)은 실시예 2 또는 실시예 3과 동일하게 형성될 수 있다.
상기 고정부(100)는 도 4에 도시된 바와 같이, 중공부(110), 이탈방지부(120) 및 결합공(130)이 포함될 수 있다.
또한, 고정부(100)는 원형 또는 다각형 등의 판재 또는 시트 형태로 형성될 수 있다.
예컨대, 고정부(100)는 원형, 삼각형, 사각형, 오각형, 육각형, 칠각형 또는 팔각형 등의 판재 형태로 형성될 수 있다.
바람직하게 고정부(100)는 전극판(10)의 형상에 대응되도록 형성될 수 있으나, 적용하고자 하는 목적물에 따라 전극판(10)의 형상과 대응되지 않도록 형성될 수 있다.
상기 중공부(110)는 전극 조립체(1)에 물 또는 수용액이 유입되기 위해 원 또는 다각의 형상으로 형성될 수 있다.
예컨대, 도 4에 도시된 바와 같이, 사각의 형상으로 중공부(110)가 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
상기 이탈방지부(120)는 도 4의 확대된 부분에서와 같이, 고정부(100)의 배면에 돌출되도록 형성되되, 한쪽 끝 부분에 단턱이 형성될 수 있다.
상기 단턱은 이탈방지부(120)에 결합된 전극판(10)이 물 또는 수용액의 압력에 의해 전극판(10)이 물 또는 수용액이 흐르는 방향으로 이탈되는 것을 방지하여 물 또는 수용액의 전기분해 시에 수산기 발생량이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
이때, 이탈방지부(120)는 고정부(100) 상하 또는 좌우 모서리 부분에 각각 하나 이상이 포함될 수 있으나, 물 또는 수용액의 압력에 따라 이탈방지부(120)의 개수가 변동될 수 있기에 특별히 한정되지 않는다.
예컨대, 이탈방지부(120)는 고정부(100)의 4개 모서리 부분에 각각 하나 이상이 포함될 수도 있다.
상기 결합공(130)은 도 4의 확대된 부분에서와 같이, 고정부(100)의 꼭짓점 부분에 원 형상으로 타공 되어 하나 이상이 형성될 수 있고, 바람직하게 각 꼭짓점 부분에 원 형상으로 타공 되어 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
예컨대, 결합공(130)은 도 6에 도시된 바와 같이, 제1체결부재(b)와 제2체결부재(c)를 이용하여 고정부들(100)을 결합하기 위해, 나사산(예를 들어, 암나사)이 포함될 수 있다.
상기 제1체결부재(b)는 나사산(예를 들어, 수나사)이 포함된 나사가 사용될 수 있다.
즉, 제1체결부재(b)의 수나사가 결합공(130)의 암나사에 회전되어 결합될 수 있다.
그 후, 암나사가 포함된 제2체결부재(c) 즉, 너트는 제1체결부재(b)의 수나사에 회전되어 결합됨으로써, 전극판들(10)과 고정부들(100)이 분리되는 것을 방지할 수 있다.
<실시예 5>
상기 실시예 4의 고정부(100)에 탈락방지부(140)가 더 포함될 수 있다.
상기 고정부(100)는 탈락방지부(140)를 제외한 구성은 실시예 4와 동일하게 형성될 수 있다.
상기 탈락방지부(140)는 도 5에 도시된 바와 같이, 중공부(110)의 가로 또는 세로 방형으로 가로 질러 하나 이상이 고정부(100)에 연결될 수 있다.
예컨대 도 5에 도시된 바와 같이, 탈락방지부(140)가 중공부(110)의 가로 방향으로 가로 질러 2개가 고정부(100)에 연결될 수 있으나, 적용하고자 하는 목적물에 따라 변동될 수 있기에 특별히 이에 한정되지 않음은 물론이다.
특히, 탈락방지부(140)는 고정부(100)보다 작게 형성된 전극판(10)을 적용하되, 중공부(110)로 이탈되는 것을 방지하여, 물 또는 수용액 전기분해 시에 수산기 발생량이 저하되지 않는 효과가 있다.
<실시예 6>
상기 실시예 4 또는 실시예 5의 전극 조립체(1)가 포함되는 미세먼지 포집 장치(2)가 형성될 수 있다.
상기 미세먼지 포집 장치(2)는 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 제1수용부(210), 제2수용부(220) 및 배관(230)이 포함될 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 제1수용부(210)는 일단 또는 타단이 개방되어 형성되되, 전기분해 된 물 또는 수용액이 분무되어 외부에서 유입되는 오염된 공기와 접촉시켜 공기가 정화되기 위한 전극 조립체(1), 송풍장치(211) 또는 분사장치(212) 중 어느 하나 이상이 포함될 수 있다.
예컨대, 제1수용부(210)는 일단 및 타단이 개방되어 형성될 수 있다.
상기 전극 조립체(1)는 제1수용부(210)의 내측 하단에 포함되되, 상기 실시예 4 또는 실시예 5에서 설명한 바와 같이 형성될 수 있고, 도 9에 도시된 바와 같이 물 또는 수용액이 통과하여 전기분해가 이루어지기 위해 보호프레임(a)이 포함될 수 있다.
상기 보호프레임(a)은 도 9에 도시된 바와 같이, 물 또는 수용액이 통과되기 위해 일단 또는 타단이 개방되어 형성되되, 전극 조립체(1)가 포함되기 위해 속이 비어있도록 형성될 수 있다.
또한, 전극 조립체(1)에 포함된 전극판(10)의 연결부(12)가 물 또는 수용액에 의해 부식되는 것을 방지하기 위해 보호프레임(a) 외부로 노출 형성되기 위해 보호프레임(a) 일 측면에 타공부(미도시)가 포함될 수 있다.
예컨대, 상기 타공부는 전극판(10)의 연결부(12)가 맞닿는 보호프레임(a)에 연결부(12)의 지름 크기와 동일한 크기로 구멍이 형성될 수 있다.
상기 전극 조립체(1)는 물 또는 수용액의 전기분해를 위해, 양극(+)이 인가되는 전극과 음극(-)이 인가되는 전극이 필요하기에 적어도 2개 이상의 전극판(10)이 포함될 수 있다.
예컨대, 전극판(10) 2개가 쌍으로 전극 조립체(1)에 포함될 수 있고, 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 10개의 전극판(10)이 전극 조립체(1)에 포함될 수 있고, 복수개의 전극판(10)이 전극 조립체(1)에 포함될 수 있고, 요구되는 수산기 발생량에 따라 전극판(10)의 개수가 변동될 수 있기에, 이에 한정되지 않는다.
도 10에 도시된 바와 같이, 전극 조립체(1)는 가장 앞과 가장 뒤에 위치한 고정부(100)는 탈락방지부(140)가 포함된 실시예 5의 고정부(100)가 포함될 수 있다.
예컨대, 전극판(10)과 전극판(10) 사이에 위치한 고정부(100)는 실시예 4 또는 실시예 5의 고정부(100)가 포함될 수 있다.
상기 전극판(10)의 구멍(11)이 도 10에 도시된 바와 같이 배치될 수 있다.
예컨대, 구멍(11)은 일 측에서 타 측 방향으로 갈수록 구멍(11)의 지름이 작아지는 즉, 도 10에 도시된 바와 같이 경사가 형성되어, 구멍(11)의 단면이 사다리꼴 형상으로 형성될 수 있다.
이때, 물 또는 수용액이 구멍(11) 일 측으로 유입되고, 구멍(11) 타 측으로 배출될 수 있다.
즉, 도 10에 도시된 바와 같이 구멍(11)이 형성된 전극판(10)은 물 또는 수용액이 전극판(10)에 닿는 단면적이 넓어짐으로써, 물 또는 수용액의 통기 저항을 낮추어 전기분해 시에 수산기 발생량이 향상될 수 있다.
또한, 전극 조립체(1)는 물 또는 수용액이 흐르는 방향과 평행하게 배치되는 것이 바람직하다. 이는 물 또는 수용액이 구멍(11)을 통과하여 단면적을 넓혀 수산기 발생량이 향상되어 미세먼지 제거 효율이 향상되는 효과가 있다.
앞서 설명한 전극 조립체(1)의 연결부(12)에 전원부(미도시)와 연결하여 교대로 양극(+)과 음극(-)을 인가하게 되면, 분자 및 원자의 최외각 전자가 궤도를 이탈하면서 이온 또는 반응성이 높은 수산기(OH- : OH radical)가 형성될 수 있다.
예컨대, 상기 수산기(OH-)는 전극 조립체(1)를 통과한 물(H2O)에 높고 강력한 에너지로 인하여 물 분자가 분리되는 과정에서 수소 원자(H+)가 떨어지면서 발생하거나, 또는 산소 분자(O2)가 같은 방법으로 깨어지면서 발생하는 산소 음이온 중에서도 과산화물음이온(superoxide anion)이 후단에 설명할 유입된 공기 중의 오염물질과 화학적으로 결합하여 산화반응을 일으킬 수 있다.
특히, 수산기(OH-)는 오염물질을 살균 소독 또는 화학적으로 분해하여 제거할 수 있는 산소 음이온계 물질 중 하나로, 공기와 물속의 오염물질과 직접적으로 관여하고, 다시 중간물질로 산화분해 반응을 일으켜 안전한 물과 산소로 환원되는 친환경 물질의 특징을 가지고 있다.
또한, 수산기(OH-)는 산화력이 매우 뛰어나 염소의 2배, 과산화수소의 1.57배 살균력이 강하고, 오존의 2,000배, 자외선의 180배 빠른 살균력으로 인체에 무해한 특징을 가지고 있다.
상기 수산기(OH-)가 분해할 수 있는 물질은 수질 또는 대기 오염물질 등을 분해할 수 있다.
예컨대, 수질 오염물질로는 유기산(방향족), 페놀류, 알코올류, 계면활성제, 착색물질, 시안화학물, 중금속류, 원유, 유기염소화합물 등이 포함될 수 있으나, 특별히 이에 한정되지 않는다.
대기 오염물질은 가스 또는 악취 등의 유해기체가 포함될 수 있고, 예컨대, 유기염소화합물, 휘발성 유기화합물, 알데하이드, 케톤, 알코올, 페놀류, 암모니아, 황화수소, 질소산화물, 유황산화물 등이 포함될 수 있으나, 이에 특별히 한정되지 않는다.
상기 송풍장치(211)는 오염된 공기를 제1수용부(210) 내부로 흡입하고, 정화된 공기를 제1수용부(210) 외부로 배출하기 위해, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이 제1수용부(210)의 일단 및 타단에 포함되어 배치될 수 있다.
예컨대, 송풍장치(211)는 공기를 강제 흡입 및 배출하기 위해 환풍기, 가열 공기 흡입 장치 또는 진공 흡입 장치 등이 포함될 수 있으며, 이들을 단독으로 또는 둘 이상이 조합되어 포함될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
상기 환풍기는 날개의 회전으로 바람을 일으켜 외부의 오염된 공기를 제1수용부(210) 내부로 흡입하고, 제1수용부(210)에서 정화된 공기를 제1수용부(210) 외부로 내보낼 수 있다.
상기 분사장치(212)는 전극 조립체(1)를 통해 전기분해 된 물 또는 수용액을 제1수용부(210)에 분사하기 위해, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이 제1수용부(210)의 내측 상단에 1개 이상이 포함될 수 있다.
예컨대, 분사장치(212)는 도 7에 도시된 바와 같이, 제1수용부(210)의 내측 상단에 위치한 제2배관(232)에 포함될 수 있다.
또한, 분사장치(212)는 전기분해 된 물 또는 수용액 압력을 가하기 위해 노즐이 포함되며, 전기분해 된 물 또는 수용액이 제1수용부(210) 내부에서 물방울을 작거나, 안개 모양으로 분사될 수 있다.
예컨대, 분사장치(212)에 의해 작거나, 안개 모양으로 형성된 전기분해 된 물은 제1수용부(210) 내부에 분사되어 유입된 공기의 미세먼지와 부유중인 유해기체와 접촉하여 오염된 공기에서 미세먼지와 유해기체를 제거하여 공기를 정화시킬 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이 상기 제2수용부(220)는 제1수용부(210)의 일 측면에 형성되되, 오염된 물 또는 수용액이 정화되기 위한 배수관(221), 필터(222) 또는 수조부(223) 중 어느 하나 이상이 포함될 수 있다.
예컨대, 제2수용부(220)는 제1수용부(210)의 하단에 맞닿아 형성될 수 있다.
상기 배수관(221)은 제1수용부(210)에서 오염된 공기와 접촉되어 제1수용부(210)의 내부에서 하강되어 오염된 물 또는 수용액 수용하기 위해, 제1수용부(210)의 하단에 관통되어 제2수용부(220)에 포함된 필터(222)와 연결되어 형성될 수 있다.
상기 필터(222)는 한 쪽 끝에 배수관(221)과 연결되고, 다른 한 쪽 끝에 제3배관(233)이 연결되어 형성될 수 있다.
또한, 필터(222)는 오염된 물 또는 수용액의 이물질을 걸러 낼 수 있는 여과 장치가 포함되어, 1차적으로 물리적인 방식을 통해 1㎛ 이상의 크기를 갖는 이물질을 오염된 물 또는 수용액에서 제거할 수 있다.
더욱이, 필터(222)는 배수관(221)과 수직, 수평 또는 기울어지도록 형성될 수 있다.
예컨대, 필터(222)는 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 배수관(221)과 제3배관(233) 사이에 경사각으로 형성될 수 있다.
상기 수조부(223)는 제3배관(233)을 통해 1차적으로 이물질이 걸러진 오염된 물 또는 수용액이 유입되어 수용되기 위해 제2수용부(220)에 포함되되, 일 측에 제3배관(233)과 연결되고, 오염된 물 또는 수용액을 재사용하기 위해 윗면에 제1배관(231)과 연결될 수 있다.
또한, 수조부(223)는 물 또는 수용액이 재사용이 불가능할 정도로 오염될 경우를 대비하여, 외부에서 물 또는 수용액 유입이 가능하도록 유입구(미도시)와 오염된 물 또는 수용액을 외부로 배출이 가능하도록 배출구(미도시)가 포함될 수 있다.
상기 유입구와 배출구는 수조부(223)의 타 측에 형성될 수 있다.
상기 배관(230)은 제1수용부(210)와 제2수용부(220)에 포함되되, 물 또는 수용액이 연속으로 사용가능하도록 순환 구조로 형성될 수 있다.
예컨대, 배관(230)은 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 제1배관(231), 제2배관(232) 및 제3배관(233)이 포함될 수 있다.
상기 제1배관(231)은 수조부(223)와 전극 조립체(1) 사이에 형성될 수 있다. 바람직하게, 도 7에 도시된 바와 같이 제1배관(231)의 한 쪽 끝에는 수조부(223)가 연결되고, 다른 한 쪽 끝에는 전극 조립체(1)의 일단에 연결되어 ㄱ형상으로 형성될 수 있다.
또한, 제1배관(231)은 수조부(223)에 포함된 물 또는 수용액을 전극 조립체(1)로 이송시키기 위해 펌프가 포함될 수 있다.
상기 제2배관(232)은 전극 조립체(1)와 분사장치(212) 사이에 형성되되, 제1수용부(210)에 포함될 수 있다. 바람직하게, 도 7에 도시된 바와 같이 제2배관(232)의 한 쪽 끝에는 전극 조립체(1)의 타단에 연결되고, 다른 한 쪽 끝의 측면에는 분사장치(212)가 연결되어 ㄷ형상으로 형성될 수 있다.
상기 제3배관(233)은 필터(222)와 수조부(223) 사이에 형성될 수 있다. 바람직하게, 도 7에 도시된 바와 같이 제3배관(233)의 한 쪽 끝에는 필터(222)의 일단에 연결되고, 다른 한 쪽 끝에는 수조부(223)에 연결되어 형성될 수 있다.
또한, 제3배관(233)은 필터(222)와 수직, 수평 또는 기울어지도록 형성될 수 있다.
예컨대, 제3배관(233)은 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 필터(222)와 수조부(223) 사이에 경사각으로 형성될 수 있다.
다음은 미세먼지 포집 장치(2)를 이용하여 공기 중의 미세먼지, 유해기체 또는 부유세균 등 중 어느 하나 이상을 포집하여 제거하는 방법을 도 8 및 도 13을 토대로 하여 설명하고자 한다.
먼저, 수조부(223)에는 오염되지 않은 물 또는 수용액을 사용하기에, 물 또는 수용액이 전기분해 되는 단계(S10)가 수행될 수 있다.
물 또는 수용액이 전기분해 되는 단계(S10)는 도 8에 도시된 바와 같이, 제1배관(231)의 펌프에 의해 수조부(223)에 포함된 물 또는 수용액이 제1배관(231)을 통해 전극 조립체(1)로 유입되고, 물 또는 수용액이 전극 조립체(1)에 의해 전기분해 될 수 있다.
예컨대, 전극 조립체(1)에 의해 물(H2O)은 수소(H+)와 수산기(OH-)로 분해될 수 있다.
다음으로, 오염된 공기가 미세먼지 포집 장치(2)로 유입되는 단계(S20)가 수행될 수 있다.
오염된 공기가 미세먼지 포집 장치(2)로 유입되는 단계(S20)는 도 8에 도시된 바와 같이, 제1수용부(210) 일단에 위치한 송풍장치(211)에 의해 외부의 오염된 공기가 제1수용부(210)로 유입될 수 있다.
이후, 전기분해 된 물 또는 수용액이 분사되는 단계(S30)가 수행될 수 있다.
전기분해 된 물 또는 수용액이 분사되는 단계(S30)는 제2배관(232)을 통해 전극 조립체(1)에 의해 전기분해 된 물 또는 수용액이 분사장치(212)에 이송되어 제1수용부(210)로 물방울을 작거나, 안개 모양으로 분사될 수 있다.
이때, 오염된 공기에는 양극(+)을 띠고 있는 미세먼지와 유해기체 등의 미세한 입자가 포함되어 있다.
분사장치(212)에 의해 분사된 물방울은 수소(H+)와 수산기(OH-)를 띠고 제1수용부(210)에서 분사되어 하강될 수 있다.
특히, 수산기(OH-)를 띠는 물방울은 양극(+)을 띠고 있는 미세먼지와 유해기체 등의 미세한 입자와 곰팡이 포자 등과 결합 과정을 통해 포집 및 흡착하여 보다 큰 입자로 만든 후, 공기 중에 부유하는 물질들을 제1수용부(210)의 바닥으로 낙하시켜 공기를 정화시킬 수 있다.
다음으로, 정화된 공기가 외부로 배출되는 단계(S40)가 수행될 수 있다.
정화된 공기가 외부로 배출되는 단계(S40)는 도 8에 도시된 바와 같이, 위의 S30 단계를 통해 정화된 공기가 제1수용부(210) 타단에 위치한 송풍장치(211)에 의해 외부로 배출될 수 있다.
이후, 오염된 물 또는 수용액이 1차 여과되는 단계(S50)가 수행될 수 있다.
오염된 물 또는 수용액이 1차 여과되는 단계(S50)는 도 8에 도시된 바와 같이, 위의 S30 단계를 통해 낙하되는 오염된 물 또는 수용액이 배수관(221)을 통해 필터(222)로 이송되어 이물질을 걸러 낼 수 있다.
이때, 오염된 물 또는 수용액에서 1㎛ 이상의 크기를 갖는 이물질을 1차적으로 물리적인 방식으로 제거할 수 있다.
다음으로, 1차 여과 처리된 물 또는 수용액이 저장되는 단계(S60)가 수행될 수 있다.
1차 여과 처리된 물 또는 수용액이 저장되는 단계(S60)는 도 8에 도시된 바와 같이, 위의 S40 단계를 통해 1차 여과 처리된 물 또는 수용액이 제3배관(233)을 통해 수조부(223)에 수용되어 저장될 수 있다.
이후, 저장된 물 또는 수용액이 전기분해 및 2차 여과되는 단계(S70)가 수행될 수 있다.
저장된 물 또는 수용액이 전기분해 및 2차 여과되는 단계(S70)는 도 8에 도시된 바와 같이, 위의 S50단계 및 S60단계를 거쳐 1차 여과 처리되어 저장된 오염된 물 또는 수용액이 펌프를 통해 제1배관(231)을 따라 수조부(223)에서 전극 조립체(1)로 이송될 수 있다.
이때, 1차 여과 처리되어 오염된 물 또는 수용액은 전극 조립체(1)의 전극판들(10)의 계면 사이에서 산화-환원 반응을 이용하여 물 또는 수용액 내에 존재하는 유해한 유기화합물, 미생물, 중금속 이온 등을 제거할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
예컨대, 전극 조립체(1)를 통해 오염된 물 또는 수용액이 정화됨과 동시에 위에서 설명한 S10 단계와 같이 물 또는 수용액이 전기분해가 이루어질 수 있다.
특히, 위와 같은 단계를 통한 수처리 방법은 일반적인 플라즈마 발생장치와 다르게 고온, 고압의 환경이 요구되지 않고, 비용 및 안정성 면에서 뛰어난 장점을 지니며, 높은 시스템 효율로 다양한 성분을 포함하는 유해물질을 동시에 처리 가능한 효과가 있다.
이후 도 13에 도시된 바와 같이, 위에서 설명한 S20 단계부터 순차적으로 반복되어 수행되어, 물 또는 수용액을 재사용할 수 있는 장점이 있다.
특히, 본 발명에 따른 미세먼지 포집 장치(2)는 물 또는 수용액 분사방법, 수산기 생성 등 복합적인 방법을 통해 공기 중 미세먼지를 포집하여 제거하고, 부유세균 살균 및 유해가스 등을 동시에 처리할 수 있으며, 무화학성으로 2차 오염이 없는 친환경적인 시스템이다.
<실시예 7>
상기 실시예 6의 미세먼지 포집 장치(2)에 여과부(213)가 포함될 수 있다.
이때, 미세먼지 포집 장치(2)는 여과부(213)를 제외하고 실시예 6과 동일하게 형성될 수 있다.
상기 여과부(213)는 제1수용부(210) 내측에 포함될 수 있다.
예컨대, 여과부(213)는 도 11에 도시된 바와 같이, 제1수용부(210) 일단에 위치한 송풍장치(211) 뒤에 포함될 수 있고, 제1수용부(210) 타단에 위치한 송풍장치(211) 앞에 포함될 수 있다.
더욱이, 여과부(213)는 메시(mesh) 또는 격자 형상을 형성하되, 음극(-) 또는 양극(+)을 띠도록 형성될 수 있다.
만일, 여과부(213)가 음극(-)을 띠게 되면, 유입되는 공기 중의 양극(+)을 띠는 오염물질을 1차적으로 제거할 수 있다.
또한, 여과부(213)가 양극(+)을 띠게 되면, 배출되는 공기 중의 양극(+)을 띠는 오염물질이 척력에 의해 외부로 이탈되는 것을 방지하고, 음극(-)을 띠는 오염물질이 인력에 의해 외부로 이탈되는 것을 방지할 수 있다.
<실시예 8>
상기 실시예 6 또는 실시예 7의 미세먼지 포집 장치(2)의 제1수용부(210)의 바닥면이 경사가 형성될 수 있다.
이때, 미세먼지 포집 장치(2)는 제1수용부(210)의 바닥면의 구성을 제외하고, 실시예 6 또는 실시예 7과 동일하게 형성될 수 있다.
도 12에 도시된 바와 같이, 제1수용부(210)의 바닥면이 경사가 형성될 수 있다.
이때, 제1수용부(210)의 바닥면에 경사가 형성됨에 따라 오염된 물 또는 수용액이 경사면을 따라 배수관(221)으로 유입되어, 제1수용부(210)의 바닥면에 오염된 물 또는 수용액이 고이는 것을 방지할 수 있다.
<실험예 1>
상기 실시예에서 사용되는 탄소나노튜브의 분산 전, 후에 따른 물성 변화를 확인하였다.
다음 표 1은 탄소나노튜브의 분산 전, 후에 따른 표면 저항률을 비교한 결과이다.
분산 전의 표면 저항률(Ω/sq) 분산 후의 표면 저항률(Ω/sq)
1.0E+06 1.0E+02
1.0E+07 1.0E+03
1.0E+04 1.0E+00
일반적으로 탄소나노튜브는 반데르발스 힘에 의하여 여러 가닥이 뭉쳐진 다발형 탄소나노튜브 형태로 정렬되어 있다. 이러한 다발형 탄소나노튜브를 레진에 혼입하게 되면, 한쪽으로만 뭉치게 되어 불균일한 물성 변화가 나타날 수 있다.
즉, 표 1에서와 같이 분산 전의 탄소나노튜브의 표면 저항률이 1.0E+04 내지 1.0E+07Ω/sq을 나타내고 있다.
반면, 분산 후의 탄소나노튜브의 표면 저항률이 1.0E+00 내지 1.0E+03Ω/sq을 나타내고 있다. 이를 통해 탄소나노튜브는 분산함에 따라 표면 저항률이 낮아짐을 알 수 있다.
또한, 표면 저항률이 낮다는 의미는 전기전도성이 높아짐을 유추할 수 있다.
즉, 탄소나노튜브가 분산 전보다 분산 후에 표면 저항률이 낮아짐을 통해, 탄소나노튜브가 분산될 경우 분산 전보다 전기전도성이 높아짐을 예측할 수 있다.
또한, 탄소나노튜브는 분산 시에 동일 함량으로 전기전도성이 100~10,000배 향상되는 효과가 있다. 즉, 분산된 탄소나노튜브는 요구되는 전기전도성에 맞게 소량을 사용하여 구현이 가능함으로써, 제조 단가가 낮아지는 장점이 있다.
이러한 특징을 갖는 분산된 탄소나노튜브가 포함된 전극판(10)을 이용하여 물 또는 수용액을 전기분해할 경우에 수산기 발생량이 향상될 것임을 유추할 수 있다.
<실험예 2>
본 발명의 실시예에 따른 전극판(10)이 포함된 전극 조립체(1)를 이용하여 수소 가스 발생량을 확인하였다.
물의 전기분해 시 수산기 발생 여부를 확인하기 위해, 도 14에 도시된 바와 같이 2개의 전극판(10)이 포함된 전극 조립체(1)가 기포 포집 용기에 포함하여 수소 가스 발생량을 확인하였다.
상기 전극판(10)은 레진 60~70중량%, 탄소나노튜브 20~35중량%, 흑연 3~5중량% 및 난연제 0.1~5중량%가 포함된 탄소나노튜브-레진 복합체를 이용하여 제조되었다.
상기 레진은 폴리에텔에텔 케톤 수지(PEEK), 폴리프로필렌 수지(PP), 폴리아미드 수지(PA), 폴리에틸렌 수지(PE) 또는 폴리비닐리덴 플로라이드 수지(PVDF)가 사용되었다.
상기 탄소나노튜브는 분산 처리된 것을 사용하였다.
또한, 전극판(10)은 전원부와 연결되되, 하나의 전극판(10)의 연결부(12)에 양극(+)을 연결하고, 다른 하나의 전극판(10)의 연결부(12)에 음극(-)을 연결하였다.
전원부의 전압을 24V로 맞추어 전극판들(10)에 전류가 공급되는데, 이때 해당 전기저항에 맞게 전류가 자동으로 맞추어지며, 전극 조립체(1)의 표면에서 기포가 발생하게 된다.
1시간 후에 기포 포집 용기의 부피를 측정하여 수소 가스 발생량을 확인하였다.
다음 표 2는 전극판(10)에 포함되는 레진 종류에 따른 수소 가스 발생량을 확인한 결과이다.
레진 저항(Ω) 전류(A) 수소 가스 발생량(cc)
PEEK 7.6 0.7 328
PP 0.5 0.9 463
PA 0.9 0.9 463
PE 1.3 0.8 418
PVDF 3.2 0.8 418
표 2 및 도 15 내지 도 17에 도시된 바와 같이, 레진 사용에 따른 수소 가스 발생량은 328~463cc이며, 사용되는 레진의 종류에 따라 수소 가스 발생량에 큰 차이가 없음을 확인하였다. 이는 위의 레진에 한정되지 않고 전도성을 갖는 어떤 고분자를 사용하여도 크게 상관이 없음을 유추할 수 있다.
특히, 위의 결과 값을 바탕으로 PP와 PA가 포함된 전극판(10)에서 가장 높은 수소 가스를 발생시켜 가장 우수하나, 2개의 전극판(10)을 사용하여 수소 가스 발생량을 측정하였기에 복수개의 전극판(10)을 사용하게 되면 300cc 이상의 수소 가스를 발생시킬 수 있을 것임을 유추할 수 있다.
더욱이, PE와 PP는 물 또는 수용액 전기분해 시에 내화학적 성질이 우수한 올레핀 계열로 수소 가스 발생을 위한 전극판(10) 제조 시에 가장 적절한 소재로 활용될 수 있다.
또한, 위의 표 2를 통해 전기저항이 낮을수록 수소 가스 발생량이 높음을 확인할 수 있고, 실시예에 따른 전극판(10)을 사용하여 수소 가스가 발생됨을 통해 수산기가 발생되었음을 유추할 수 있다. 즉, 수소 가스 발생량과 전기 전도성 간의 연관성이 있음을 알 수 있다.
본 발명은 물의 전기분해를 위한 탄소나노튜브 복합체로 제조된 전극판, 이를 포함하는 전극 조립체 및 미세먼지 포집 장치로, 물 또는 수용액을 전기분해 하여 공기 중에 부유하는 먼지, 미세먼지, 유해가스, 세균 등에 분사하여 이들을 제거할 수 있는 산업상 이용가능한 발명이다.

Claims (6)

  1. 하나 이상의 구멍(11)이 포함되고, 원형 또는 다각형의 판재 형태로 형성되되, 레진 55 내지 75중량%, 탄소나노튜브 15 내지 40중량%, 전도성 필러 1 내지 10중량% 및 난연제 0 내지 5중량%가 포함되어 물 또는 수용액의 전기분해가 가능하며,
    전도성 필러는 레진에 탄소나노튜브가 균일하게 혼합되며, 전극판의 전기 전도율을 향상시키기 위해 흑연, 카본 블랙, 풀러렌 또는 탄소 마이크로 코일 중 어느 하나 이상이 포함되고,
    구멍(11)은 일 측에서 타 측 방향으로 갈수록 지름이 작아지도록 형성되어 구멍(11)으로 통과되는 물 또는 수용액의 단면적을 넓히고, 통기 저항을 낮추어 전기분해 시에 수산기 발생량이 향상되는 것을 특징으로 하는, 전극판.
  2. 청구항 1에 있어서,
    전극판의 한쪽 끝에 연결부(12)가 포함되는 것을 특징으로 하는, 전극판.
  3. 청구항 1 또는 2의 전극판(10)이 하나 이상 포함되고,
    전극판(10)이 이탈되는 것을 방지하기 위해, 전극판들(10) 사이에 고정부(100)가 포함되며,
    고정부(100)는 원형 또는 다각형의 판재 또는 시트 형태로 형성되되, 중공부(110)가 포함되고, 전극판(10)이 이탈되는 것을 방지하기 위해 고정부(100)에 돌출 형성되는 이탈방지부(120) 및 고정부들(100)이 결합되기 위해 고정부(100)에 결합공(130)이 포함되는 것을 특징으로 하는, 전극 조립체.
  4. 청구항 3의 전극 조립체(1)가 포함되는 미세먼지 포집 장치(2)에 있어서,
    미세먼지 포집 장치(2)는 일단 또는 타단이 개방되어 형성되되, 전기분해 된 물 또는 수용액이 분무되어 외부에서 유입되는 오염된 공기와 접촉시켜 공기가 정화되기 위한 전극 조립체(1), 송풍장치(211) 또는 분사장치(212) 중 어느 하나 이상이 포함되는 제1수용부(210);
    제1수용부(210)의 일 측면에 형성되되, 오염된 물 또는 수용액이 정화되기 위한 배수관(221), 필터(222) 또는 수조부(223) 중 어느 하나 이상이 포함되는 제2수용부(220); 및
    제1수용부(210)와 제2수용부(220)에 포함되되, 물 또는 수용액이 연속으로 사용가능한 배관(230);
    을 포함하는 것을 특징으로 하는, 전극 조립체가 포함되는 미세먼지 포집 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    전극 조립체(1)는 유입되는 물 또는 수용액의 방향과 평행하도록 포함되는 것을 특징으로 하는, 전극 조립체가 포함되는 미세먼지 포집 장치.
  6. 청구항 4에 있어서,
    필터(222)는 배수관(221)과 배관(230) 사이에 경사각으로 배치되는 것을 특징으로 하는, 전극 조립체가 포함되는 미세먼지 포집 장치.
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