KR102279784B1 - 유해가스 제거능이 우수한 실내 주방용 공기 정화 장치 - Google Patents

유해가스 제거능이 우수한 실내 주방용 공기 정화 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 건물 내부 공기가 유입되는 유입구; 유입구로부터 유입된 공기에서 유분 및 수분을 제거하는 유수분제거 필터; 유수분제거 필터를 통과한 공기에서 먼지를 제거하는 먼지 제거 필터; 상기 먼지 제거 필터를 통과한 공기에서 유해가스를 제거하는 유해가스 제거필터; 및 상기 유해가스 제거필터를 통과한 공기를 외부로 배출하는 배기팬;을 포함하여 효율적으로 공기 정화가 가능한 실내 주방용 공기 정화장치에 관한 것이다.

Description

유해가스 제거능이 우수한 실내 주방용 공기 정화 장치{Air purification system for apartment houses}
본 발명은 공동 주택 등의 건물에 적용되어, 배출되는 공기를 정화할 수 있는 실내 주방용 공기 정화장치에 관한 것이다.
최근 대기오염이 심각해지는 추세에 따라 미세먼지 등을 정화하기 위한 공기 정화장치가 설치되는 시설이 증가하는 추세이다.
미세먼지는 가스 또는 휘발유의 연소시 발생하기도 하며, 특히 가정내 주방과 같은 좁은 공간에서 가스불을 이용하는 경우 미세먼지 농도가 급격히 상승하는 문제가 있으며, 이로인한 각종 질병 우려가 대두되고 있는 실정이다.
상술한 바와 같이 주방에서 가스의 연소로 인해 발생한 미세먼지 및 음식 냄새 등을 이용하기 위하여 후드와 같은 주방용 환풍시설의 이용이 증가하고 있으며, 환풍시설의 성능 또한 향상되고 있다.
그러나, 통상적으로 아파트, 빌라 등과 같은 공동주택에 설치된 환풍시설은 단순히 주방에서 발생한 공기를 외부로 배출해 주는 역할만을 수행하며, 이는 곧 외부 공기 오염으로 이어질 수 있는 문제가 있다.
이에, 공동주택 또는 빌딩 등과 같은 건물에서 배출되는 공기를 정화하기 위한 시설 개발의 필요성이 더욱 대두되고 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2016-0062989호
본 발명의 목적은 높은 효율로 공기 정화가 가능한 실내 주방용 공기 정화장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 미세먼지 뿐만 아니라 유해가스 및 악취를 제거할 수 있는 실내 주방용 공기 정화장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 내구성이 우수한 유해가스 제거촉매를 포함하여, 유해가스 제거 촉매를 장기간 사용할 수 있는 실내 주방용 공기 정화장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 의한 실내 주방용 공기 정화장치는
건물 내부 공기가 유입되는 유입구;
유입구로부터 유입된 공기에서 유분 및 수분을 제거하는 유수분제거 필터;
유수분제거 필터를 통과한 공기에서 먼지를 제거하는 먼지 제거 필터;
상기 먼지 제거 필터를 통과한 공기에서 유해가스를 제거하는 유해가스 제거필터; 및
상기 유해가스 제거필터를 통과한 공기를 외부로 배출하는 배기팬;을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 실내 주방용 공기 정화장치는 공기의 흐름을 기준으로 유수분제거 필터, 먼지 제거 필터 및 유해가스 제거필터가 순차로 배치된 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 실내 주방용 공기 정화장치에서 상기 유입구는 건물내부 각 세대의 환풍설비로부터 이송된 공기가 합류하여 유입되는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 실내 주방용 공기 정화장치에서 상기 유수분제거 필터는 데미스터 필터인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 실내 주방용 공기 정화장치에서 상기 먼지 제거 필터는 프리필터; 및 세미헤파필터 또는 헤파필터;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 실내 주방용 공기 정화장치에서 상기 유해가스 제거 필터는 두 개의 메쉬망 사이에 유해가스 제거 펠릿이 충진된 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 실내 주방용 공기 정화장치에서 상기 유해가스 제거 펠릿은 금속 산화물이 함유된 이산화규소 입자, 실리카 마이크로입자, 실리카 나노입자 및 클레이를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 의한 실내 주방용 공기 정화장치는 유수분 제거필터, 먼지 제거 필터, 유해가스 제거 필터 및 배기팬을 포함함으로써, 높은 효율로 건물내 공기 정화가 가능하며, 미세먼지 뿐 아니라 악취 등을 제거한 공기를 배출할 수 있고, 내구성이 우수하여 장기간 사용이 가능하며, 배기팬에 의한 공기 배출로 세대 내 환풍설비의 환풍효과 향상을 도모할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 실내 주방용 공기 정화장치가 건물에 설치된 모습을 대략적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 실내 주방용 공기 정화장치를 대략적으로 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 실내 주방용 공기 정화장치에 포함된 유해가스 제거필터에 포함된 금속 산화물이 담지된 이산화규소의 제조과정에서 pH에 따른 잔류중금속을 육안으로 관찰하고 이를 도시한 것이다.
본 발명의 실시예들에 대한 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 발명에 의한 실내 주방용 공기 정화장치는 건물 내부 공기가 유입되는 유입구;
유입구로부터 유입된 공기에서 유분 및 수분을 제거하는 유수분제거 필터;
유수분제거 필터를 통과한 공기에서 먼지를 제거하는 먼지 제거 필터;
상기 먼지 제거 필터를 통과한 공기에서 유해가스를 제거하는 유해가스 제거필터; 및
상기 유해가스 제거필터를 통과한 공기를 외부로 배출하는 배기팬;을 포함한다.
본 발명에 의한 실내 주방용 공기 정화장치는 건물 내부에 설치되어, 각 세대 또는 각 호로부터 이송된 공기를 정화하여 배출할 수 있다. 나아가, 유수분제거 필터, 먼지 제거 필터 및 유해가스 제거 필터를 포함함으로써 높은 효율로 공기를 정화하고, 미세먼지 뿐만 아니라 악취 또한 제거하여 외부로 배출할 수 있는 장점이 있다.
좋게는, 상기 실내 주방용 공기 정화장치는 공기의 흐름을 기준으로 유수분제거 필터, 먼지 제거 필터 및 유해가스 제거 필터가 순차로 배치된 것일 수 있다. 나아가 본 발명의 일 실시예에 의한 실내 주방용 공기 정화장치의 유입구는 건물내부 각 세대 또는 각 호의 환풍설비로부터 이송된 공기가 합유하여 유입되는 것일 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 의한 실내 주방용 공기 정화장치는 여러 세대에서 배출되는 공기를 모아서 정화함으로써 공기 정화효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 실내 주방용 공기 정화장치는 공동주택등에 설치될 수 있으며, 엄밀한 의미의 공동주택 뿐만 아니라, 다수의 구획된 공간에 여러 사람이 거주하는 형태인 경우 제한없이 적용이 가능하다. 구체적이고 비한정적인 일예로, 상기 공동주택은 아파트, 빌라, 다세대 주택 뿐만 아니라 오피스텔 등을 포함할 수 있으며, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 나아가, 본 발명에 의한 실내 주방용 공기 정화장치는 공동주택 뿐만 아니라 사무실, 복합빌딩 등의 다중이용시설에도 적용이 가능하다.
나아가, 본 발명의 일 실시예에 의한 실내 주방용 공기 정화장치는 각 세대 또는 각호의 주방에 설치된 후드 등과 같은 환풍설비 및 환풍설비를 통해 공기를 이송하는 환풍관을 포함할 수 있으며, 다수개의 환풍관은 상기 유입구의 전단에서 하나로 통합되어 유입구와 연결될 수 있으며, 각 환풍설비로부터 이송된 공기는 합류하여 유입구로 유입될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 실내 주방용 공기 정화장치는 유입구로부터 유입된 공기가 통과하는 유수분제거 필터를 포함한다. 건물 내부 각 세대의 주방에 설치된 후드는 음식물 조리로 발생하는 수증기 및 유증기가 일부 포함되어 있으며, 이러한 수증기 및 유증기가 먼지 제거 필터 및 유해가스 제거 필터와 접촉하는 경우 먼지 제거 필터 또는 유해가스 제거 필터의 기공을 막거나, 흡착 효율을 현저히 저하시키는 문제가 발생할 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 의한 실내 주방용 공기 정화장치는 각 세대의 환풍설비로부터 이송되어 합류된 공기가 유입구로 유입된 후 유수분제거필터를 통과함으로써, 이송된 공기에 포함된 유분 및 수분을 제거할 수 있다.
이때, 상기 유수분 제거 필터는 상온에서 유분 및 수분을 제거할 수 있는 필터인 경우 제한없이 이용이 가능하다. 구체적이고 비한정적인 일예로 상기 유수분제거필터는 데미스터 필터일 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명에 의한 실내 주방용 공기 정화장치는 상기 유수분제거 필터를 통과한 공기에서 먼지를 제거하는 먼지 제거 필터를 포함한다. 이때 먼지 제거 필터는 유수분제거 필터를 통과한 공기 중에 포함된 먼지 뿐만 아니라 10 ㎛이하의 미세먼지 또한 제거하는 필터일 수 있다.
더욱 좋게는, 상기 먼지 제거 필터는 프리필터; 및 세미헤파필터 또는 헤파필터;를 순차로 포함하여, 프리필터를 통과한 공기가 세미헤파필터 또는 헤파필터를 통과할 수 있다. 이때 프리필터는 세미헤파필터 또는 헤파필터의 전단에 설치되어 세미헤파필터 또는 헤파필터의 필터 성능이 저하되는 문제를 예방하는 역할을 수행하는 경우 제한없이 이용이 가능하다.
본 발명에 의한 실내 주방용 공기 정화장치에서 유해가스 제거 필터는 두 개의 메쉬망 사이에 유해가스 제거 펠릿이 충진된 것일 수 있으며, 이때 유해가스 제거 펠릿은 금속 산화물이 함유된 이산화규소 입자, 실리카 마이크로입자, 실리카 나노입자 및 클레이를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 실내 주방용 공기 정화장치에서 상기 금속 산화물이 함유된 이산화규소 입자의 금속 산화물은 망간 또는 망간 및 구리를 함께 포함할 수 있으며, 좋게는 상기 금속 산화물은 망간과 구리의 복합 산화물일 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 의한 실내 주방용 공기 정화장치에서 상기 금속산화물이 함유된 이산화규소 입자는 종래 금속 산화물 입자의 제조를 위하여 금속염 수용액에 염기를 첨가하는 침전법에 있어서, 염기로 메타규산리튬(Li2SiO3) 메타규산나트륨(Na2SiO3), 메타규산칼륨(K2SiO3) 및 이들의 수용액에서 선택되는 하나 또는 둘 이상을 첨가함으로써, 금속 산화물과 함께 이산화규소가 함께 침전된 것일 수 있다.
더욱 구체적으로, 상기 금속 산화물이 함유된 이산화규소 입자의 제조방법은 다음과 같다. 먼저 금속염 수용액을 제조하는 단계를 필요로 하며, 금속염 수용액은 망간염이 물 100 중량부 대비 1 내지 30 중량부, 좋게는 3 내지 20 중량부 포함된 것일 수 있으며, 구리염은 물 100 중량부 대비 0.5 내지 20 중량부, 좋게는 1 내지 10 중량부 포함된 것을 이용할 수 있다. 또한, 상기 금속염 수용액에 포함된 구리염 : 망간염의 몰 비는 1:1 내지 6일 수 있으며, 이러한 범위에서 유해가스 제거 펠릿의 유해가스 제거 성능을 극대화할 수 있다.
상술한 중량비로 제조된 금속염 수용액에 염기로 메타규산리튬(Li2SiO3) 메타규산나트륨(Na2SiO3), 메타규산칼륨(K2SiO3) 및 이들의 수용액에서 선택되는 하나 또는 둘 이상과 같은 규산염 화합물을 첨가하여 침전시킴으로써 금속 산화물이 함유된 이산화규소 입자의 제조가 가능하며, 더욱 좋게는 상기 규산염 화합물 수용액을 첨가할 수 있다.
이때, 상기 규산염의 첨가량은 상기 금속염 수용액의 pH를 기준으로 제어 될 수 있으며, 상기 규산염은 금속염 수용액의 pH가 7.0 내지 7.5인 범위에 포함되도록 첨가될 수 있다. 이때, 규산염 첨가 후 금속염 수용액의 pH가 7.0 미만인 경우 금속염 수용액에 포함된 금속 침전의 침전률이 낮은 문제점이 있으며, pH가 7.5 이상인 경우 금속염, 특히 구리 또는 망간의 산화 상태가 변화되어 촉매활성이 현저히 낮아지는 문제가 발생할 수 있다. 아울러, 상기 규산염 수용액의 농도는 20 내지 40 중량%일 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
상술한 바와 같이 염기로 규산염 화합물을 첨가한 후, 침전된 침전물을 원심분리, 침강분리 또는 백필터법을 통해 분리하고 건조하는 단계를 추가적으로 거칠 수 있으며, 결과적으로 금속 산화물이 함유된 이산화규소 입자의 제조가 가능하다.
본 발명의 일 실시예에 의한 실내 주방용 공기 정화장치에서 상기 실리카 마이크로입자는 평균입경이 20 내지 40 ㎛이며, 비표면적이 210 내지 270m2/g이고, 공극부피가 0.6 내지 0.9ml/g일 수 있다. 이러한 범위를 만족하는 실리카 마이크로입자 및 후술하는 실리카 나노입자를 혼합하여 유해가스 제거 펠릿을 제조하는 경우, 강도가 우수하여 장기간 사용이 가능하며, 부서짐 또는 가루날림에 의한 2차적인 오염을 예방할 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 실내 주방용 공기 정화장치에서 상기 유해가스 제거 펠릿에 포함된 실리카 마이크로입자는 평균 입경이 10 내지 20 ㎚일 수 있다. 더욱 좋게는, 상기 실리카 나노입자는 초미세 실리콘 디옥사이드 입자 25 내지 32wt%가 용매안에 분산된 콜로이드 실리카인 것이 더욱 바람직하며, 상기 용매는 물 또는 메틸에틸케톤, 메틸이소부틸케톤, 메탄올 및 이소프로판올로 이루어진 군에서 선택된 1종의 유기용매일 수 있다. 또한, 상기 실리카 나노입자의의 점도는 25℃에서 13cps 미만인 것이 더욱 바람직하다. 실리카 나노입자의 점도가 13cps를 초과하는 경우 유해가스 제거용 촉매와 혼합 시 혼합 분산성이 떨어져 물성이 균일한 펠렛 조성물을 제조하기 어려워 바람직하지 않다.
본 발명의 일 실시예에 의한 실내 주방용 공기 정화장치에서 상기 유해가스 제거 펠릿에 포함된 클레이는 통상적으로 촉매의 제조에 이용되는 것인 경우 제한없이 이용이 가능하나, 구체적이고 비한정적인 일예로 클레이는 몬모릴로나이트, 벤토나이트, 헥토라이트, 베이델라이트, 논트로나이트, 사포나이트, 라포나이트, 돌로마이트, 활석, 납석, 질석, 고령토, 할로이사이트, 일라이트, 녹니석, 브룩사이트, 버미귤라이트, 합성운모, 카네마이트, 마가다이트 및 케냐이트로에서 선택되는 하나 또는 둘 이상일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 실내 주방용 공기 정화장치에서 상기 유해가스 제거 펠릿은 실리카 마이크로입자 100 중량부 대비 금속 산화물 1 내지 15 중량부, 실리카 나노입자 15 내지 35 중량부 및 클레이 0.5 내지 5 중량부를 포함할 수 있다. 이러한 범위에서, 성형체의 제조 시 깨지거나 균열이 발생하는 문제를 예방하고, 비표면적을 일정 수준 이상으로 확보하고, 촉매 효율을 극대화 할 수 있는 장점이 있다.
더욱 좋게는 상기 유해가스 제거 펠릿은 상술한 조건을 만족하는 금속 산화물이 함유된 이산화규소 입자, 실리카 마이크로입자, 실리카 나노입자 및 클레이를 혼합하여 성형하고, 열처리하는 방법으로 제조될 수 있다. 이때 열처리 온도는 200 내지 300 ℃에서 1 내지 24시간 동안 수행될 수 있으며, 이러한 범위에서 제조되는 유해가스 제거 펠릿의 강도를 더욱 향상시킬 수 있다. 좋게는 상기 유해가스 제거 펠릿은 5.0kg/m2 이상의 강도를 갖는 것이 바람직하고, 보다 구체적으로는 5.0 ~ 6.5kg/m2의 강도를 가지며, 200 내지 240m2/g의 비표면적을 가지고, 0.65ml/g 이상의 메조기공 부피를 가져 우수한 유해가스 흡착능을 갖는 것을 특징으로 할 수 있다.
상술한 유해가스 제거 필렛을 실내 주방용 공기 정화장치에 적용함으로써, 주방 또는 화장실 등에서 환풍설비를 통해 외부로 배출되는 공기에서 악취를 제거함으로써 보다 쾌적한 주변환경을 형성할 수 있는 장점이 있다.
본 발명은 또한 실내 주방용 공기 정화방법을 제공한다.
본 발명에 의한 실내 주방용 공기 정화방법은 본 발명에 의한 실내 주방용 공기 정화장치는 건물 내부 공기가 유입되는 단계;
유입구로부터 유입된 공기에서 유분 및 수분을 제거하는 유수분제거 필터를 통과하는 단계;
유수분제거 필터를 통과한 공기에서 먼지를 제거하는 먼지 제거 필터를 통과하는 단계;
상기 먼지 제거 필터를 통과한 공기에서 유해가스를 제거하는 유해가스 제거필터를 통과하는 단계; 및
상기 유해가스 제거필터를 통과한 공기를 외부로 배출하는 배기팬을 통과하는 단계;를 포함하며, 배기팬을 통과한 공기는 유출구를 통해 외부로 배출될 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예 및 비교예에 의해 구체적으로 설명한다. 아래 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위가 아래 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
제조예 1 및 2. 금속 산화물이 함유된 이산화규소 제조 및 평가
제조예 1-1. 구리-망간 산화물이 함유된 이산화규소의 제조
정제수 3kg에 과망간산칼륨(KMnO4) 153.24g을 용해시켜 과망간산칼륨 수용액을 제조하였다. 이어서 정제수 3kg에 초산구리1수화물(Cu(CH3COO)2·H2O) 121.09g 및 초산망간4수화물(Mn(CH3COO)2·4H2O) 356.49g을 용해시켜 구리-망간 초산 수용액을 제조하고 상기 구리-망간 초산 수용액을 과망간산칼륨 수용액에 첨가하여 혼합하였다. 이후 17.5℃에서 4시간 동안 교반시키면서 산화환원 침전반응(Redox precipitation reaction)에 의한 CuO:MnO2의 침전을 유도하였다. 이때 용액의 pH는 4.38이였다. 다음으로 CuO:MnO2 침전 용액에 pH가 4.3이 되도록 메타규산나트륨 수용액(Na2SiO3, 23.5w/v%)을 첨가하고 19.8℃에서 4시간 동안 교반하였다. 반응이 완료되면 원심분리기를 이용하여 침전물과 용액을 분리한 후 침전물을 증류수로 3회 세척하여 불순물을 제거하였다. 이어서 침전물을 120℃에서 1시간 건조한 후, 250℃에서 4시간 열처리하여 구리-망간 산화물이 함유된 이산화규소를 제조하였다.
제조예 1-2 내지 1-8. 구리-망간 산화물이 함유된 이산화규소의 제조
제조예 1-1과 같은 방법으로 제조하되, 메타규산나트륨 수용액을 첨가한 후의 pH를 표 1과 같이 하여 구리-망간 산화물이 함유된 이산화규소를 제조하였다.
이들 중 제조예 1-6에 대하여 X-선 형광분석법을 통해 성분을 분석한 결과 (K2O)0.020(Na2O)0.013(CuO)0.099(MnO2)0.327(SiO2)0.572의 화학식을 갖는 것을 확인할 수 있었다.
제조예
1-1 1-2 1-3 1-4 1-5 1-6 1-7 1-8
pH 4.3 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0
제조예 2. 망간 산화물이 함유된 이산화규소의 제조
정제수 6kg에 과망간산칼륨(KMnO4) 63.85g 및 초산망간4수화물(Mn(CH3COO)2·4H2O) 643.67g을 첨가하여 혼합용액을 제조하였다. 이어서 16.9℃에서 4시간 동안 교반시키면서 산화환원 침전반응(Redox precipitation reaction)에 의한 이산화망간(MnO2)의 침전을 유도하였다. 이때 용액의 pH는 5.02였다. 이후 이산화망간 침전 용액에 pH가 7.0이 되도록 메타규산나트륨 수용액(Na2SiO3, 23.5w/v%)을 첨가하고 17.4℃에서 4시간 동안 교반하였다. 반응이 완료되면 원심분리기를 이용하여 침전물과 용액을 분리한 후 침전물을 증류수로 3회 세척하여 불순물을 제거하였다. 이어서 침전물을 120℃에서 1시간 건조한 후, 250℃에서 4시간 열처리하여 산화망간(Ⅳ)망간(Ⅱ) 촉매(Mn3O4 catalyst)를 제조하였으며, X-선 형광분석법을 통해 상기 촉매의 성분을 분석한 결과 (Mn3O4)0.183(SiO2)0.817의 화학식을 갖는 것을 확인할 수 있었다.
평가예 1. 제조된 금속 산화물이 함유된 이산화규소의 특성 평가
평가예 1-1. 상등액이 금속이온 함유 여부 확인
제조예 1-1 내지 1-6의 금속 산화물을 제조하고 난 후 남은 상등액을 육안으로 관찰하고 이를 도 3으로 나타내었다.
도 3을 살펴보면, pH가 7.0인 범위까지는 pH가 증가할수록 상등액의 투명도가 증가함을 확인할 수 있으며, 이에 따라 상등액에 잔류하는 금속 이온의 농도가 점점 낮아짐을 확인할 수 있다.
평가예 1-2. 상등액의 조성 분석
제조예 1-1 내지 1-8의 금속 산화물 제조 후 남은 상등액을 X선 형광 분석법(XRF)를 이용하여 조성을 분석하고, 이를 표 2로 나타내었다.
제조예
1-1 1-2 1-3 1-4 1-5 1-6 1-7 1-8
농도
(ppm)		 K 3.058 3.277 2.681 2.410 2.305 2.054 2.059 2.051
Na - 4.011 4.511 4.088 4.318 4.017 4.053 4.182
Cu 935.3 581.0 252.1 60.8 11.3 - - -
Mn 10.5 33.7 12.0 - - - - -
Si - 15.989 3.421 50.0 139.9 92.3 100.1 108.4
상기 표 2를 참고하면, pH가 7인 범위에서 중금속인 구리이온 및 망간이온이 검출되지 않음을 확인할 수 있다.
평가예 1-3. 제조된 금속 산화물이 함유된 이산화규소의 비표면적 및 공극부피 확인
제조예 1-1 내지 1-8을 각각 질소 흡착-탈착 등온선 분석(Nitrogen adsorption-desorption isotherm analysis)를 이용하여 기표면적, 기공부피 및 BJH(Barrett-Joyner-Halenda) 기공크기 모형으로 기공지름을 계산하였으며, 그 결과를 표 3으로 나타내었다.
제조예
1-1 1-2 1-3 1-4 1-5 1-6 1-7 1-8
비표면적(SBET)
(㎡/g)		 294.9 384.0 456.1 526.3 508.0 464.7 451.3 439.2
기공
부피		 Vtotal
(cm3/g)		 0.290 0.271 0.276 0.391 0.604 0.710 0.718 0.724
Vmeso
(cm3/g)		 0.258 0.165 0.128 0.254 0.554 0.679 0.705 0.710
기공
지름		 BJH (nm) 4.3 < 2.4 < 2.4 < 2.4 4.3 5.6 5.7 5.9
MP
(nm)		 - 1.2 1.0 1.2 - - - -
실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 14. 유해가스 제거 펠릿 제조
실시예 1. 구리-망간 산화물이 함유된 이산화규소를 포함하는 유해가스 제거 펠릿 제조
상기 제조예 1-6에서 제조된 구리-망간 산화물 촉매 분산액(16wt%) 2.0kg, 실리카 분말(평균 입자경 35㎛, 비표면적 217m2/g, 공극부피 0.8ml/g) 5.0kg, 콜로이드 실리카(고형?t량 30.2wt%, 입자크기 12nm, 점도 9.17cps(@25℃)) 4.0kg 및 몬모릴로나이트 분산액(2wt%) 4.0kg을 니더(kneader)에 넣고 1시간 동안 혼합하였다. 이어서 상기에서 혼합된 혼합물을 압출방식형 펠릿형 과립 성형장비를 이용하여 지름 3.5mm, 길이 약 10mm의 펠릿형 과립으로 압출성형하였다. 이후 70℃에서 20시간 열풍건조한 후 250℃에서 4시간 열처리하여 최종적으로 구리-망간 산화물 촉매를 포함하는 펠릿을 제조하였다.
실시예 2. 망간 산화물이 함유된 이산화규소를 포함하는 유해가스 제거 펠릿 제조
상기 제조예 2에서 제조된 망간 산화물 촉매 분산액(19wt%) 2.0kg, 실리카 분말(평균 입자경 35㎛, 비표면적 217m2/g, 공극부피 0.8ml/g) 5.0kg, 콜로이드 실리카(고형?t량 30.2wt%, 입자크기 12nm, 점도 9.17cps(@25℃)) 4.0kg 및 몬모릴로나이트 분산액(2wt%) 4.0kg을 니더(kneader)에 넣고 1시간 동안 혼합하였다. 이어서 상기에서 혼합된 혼합물을 압출방식형 펠릿형 과립 성형장비를 이용하여 지름 3.5mm, 길이 약 10mm의 펠릿형 과립으로 압출성형하였다. 이후 70℃에서 20시간 열풍건조한 후 250℃에서 4시간 열처리하여 최종적으로 망간 산화물 촉매를 포함하는 펠릿을 제조하였다.
실시예 3 및 4. 구리-망간 산화물이 함유된 이산화규소를 포함하는 유해가스 제거 펠릿 제조
실시예 2와 동일한 방법으로 펠릿을 제조하되, 각 조성물의 중량은 하기 표 4의 값을 참고하였다.
비교예 1. 평균 입자경이 20㎛ 미만인 실리카 분말을 사용하여 펠릿 제조
실시예 2와 동일한 방법으로 펠릿을 제조하되, 평균 입자경이 18㎛, 비표면적이 220m2/g인 실리카 분말을 사용하여 제조하였다.
비교예 2. 평균 입자경이 40㎛ 초과인 실리카 분말을 사용하여 펠릿 제조
실시예 2와 동일한 방법으로 펠릿을 제조하되, 평균 입자경이 45㎛, 비표면적이 261m2/g인 실리카 분말을 사용하여 제조하였다.
비교예 3. 비표면적이 210m 2 /g 미만인 실리카 분말을 사용하여 펠릿 제조
실시예 2와 동일한 방법으로 펠릿을 제조하되, 평균 입자경이 35㎛, 비표면적이 204m2/g인 실리카 분말을 사용하여 제조하였다.
비교예 4. 입자크기가 10nm 미만인 콜로이드 실리카를 사용하여 펠릿 제조
실시예 2와 동일한 방법으로 펠릿을 제조하되, 입자크기가 8nm인 콜로이드 실리카를 사용하여 제조하였다.
비교예 5. 점도가 13cps (@25℃) 초과인 콜로이드 실리카를 사용하여 펠릿 제조
실시예 2와 동일한 방법으로 펠릿을 제조하되, 점도가 15cps(@25℃)인 콜로이드 실리카를 사용하여 제조하였다.
비교예 6 내지 11. 각 조성물의 중량을 달리하여 펠릿 제조
실시예 2와 동일한 방법으로 펠릿을 제조하되, 각 조성물의 중량은 하기 표 4의 값을 참고하였다.
비교예 12 내지 14. 각 조성물의 중량을 달리하여 펠릿 제조
실시예 1과 동일한 방법으로 펠릿을 제조하되, 각 조성물의 중량은 하기 표 4의 값을 참고하였다.
실리카 마이크로입자
(kg) 		금속 산화물이 함유된 이산화규소
(분산액 내 촉매 함량)
(kg)		 콜로이드 실리카
(실리카 나노입자 함량)
(kg)		 클레이 분산액
(분산액 내 클레이 함량)
(kg)		 비고
망간 구리-망간
실시예 1 5 2 (0.32) 4 (1.21) 4 (0.08)
실시예 2 5 2 (0.38) 4 (1.21) 4 (0.08)
실시예 3 5 3.5 (0.67) 4 (1.21) 3.5 (0.07)
실시예 4 5 2 (0.38) 5.5 (1.66) 2.5 (0.05)
비교예 1 5 2 (0.38) 4 (1.21) 4 (0.08) 실리카 마이크로입자 평균 입자크기 미만
비교예 2 5 2 (0.38) 4 (1.21) 4 (0.08) 실리카 마이크로입자 평균 입자크기 초과
비교예 3 5 2 (0.38) 4 (1.21) 4 (0.08) 실리카 마이크로입자 비표면적 미만
비교예 4 5 2 (0.38) 4 (1.21) 4 (0.08) 실리카 나노입자 평균 입자크기 미만
비교예 5 5 2 (0.38) 4 (1.21) 4 (0.08) 실리카 나노입자 점도 초과
비교예 6 - 3.5 (0.67) 5.5 (1.66) 6 (0.12)
비교예 7 5 3.5 (0.67) - 6.5 (0.13)
비교예 8 5 5 (0.95) 5 (1.51) -
비교예 9 5 5 (0.95) 3 (0.91) 2 (0.04)
비교예 10 5 2 (0.38) 6 (1.81) 2 (0.04)
비교예 11 5 2 (0.38) 4 (1.21) 15 (0.3)
비교예 12 - 4.5 (0.72) 5.5 (1.66) 5 (0.1)
비교예 13 5 4.5 (0.72) - 5.5(0.11)
비교예 14 5 4.5 (0.72) 5.5(1.66) -
평가예 2. 유해가스 제거 펠릿의 특성 평가
평가예 2-1. 펠릿의 강도, 비표면적 및 기공부피 측정
강도측정기(Campbell Tablet)를 이용하여 실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 14를 통해 유해가스 제거용 촉매를 포함하는 펠릿의 강도를 측정하였다.
또한 실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 14를 통해 얻은 펠릿의 질소 흡착-탈착 등온선 분석(Nitrogen adsorption-desorption isotherm analysis) 결과를 통해 비표면적, 기공부피를 측정하였으며, BJH(Barrett-Joyner-Halenda) 기공크기 모형으로 기공지름을 계산하였고, 그 결과를 하기 표 5에 나타내었다.
강도
(kg/m2) 		충전밀도(g/ml) 비표면적(SBET)
(m2/g)		 기공부피 기공지름(BJH)
(nm)
Vtotal
(ml/g)		 Vmeso
(ml/g)
실시예 1 6.2 0.388 200.9 0.676 0.655 49.6
실시예 2 5.2 0.408 232.2 0.781 0.757 45.4
실시예 3 5.2 0.407 232.0 0.781 0.755 45.5
실시예 4 5.4 0.413 232.6 0.784 0.759 45.1
비교예 1 3.7 0.327 231.9 0.772 0.750 46.9
비교예 2 3.1 0.316 231.5 0.770 0.749 46.8
비교예 3 4.5 0.344 232.1 0.779 0.755 45.5
비교예 4 3.4 0.321 231.8 0.770 0.747 46.9
비교예 5 3.6 0.324 220.0 0.775 0.751 45.7
비교예 6 2.1 0.278 251.4 0.809 0.781 41.3
비교예 7 2.5 0.284 222.1 0.778 0.755 50.5
비교예 8 2.7 0.297 215.3 0.765 0.741 51.2
비교예 9 3.0 0.302 211.8 0.764 0.739 52.6
비교예 10 4.8 0.390 231.9 0.773 0.750 46.9
비교예 11 4.9 0.394 231.7 0.768 0.754 47.0
비교예 12 3.4 0.206 228.6 0.728 0.721 32.4
비교예 13 3.7 0.213 181.2 0.624 0.619 50.8
비교예 14 3.6 0.210 204.4 0.679 0.653 44.7
상기 표 5를 참고하여, 실시예 1 내지 4의 펠릿은 비교예 1, 2, 4 내지 9 및 12 내지 14와 비교하여 개선된 강도를 가지는 것을 확인할 수 있었다.
평가예 2-2. 암모니아(NH 3 ) 제거효율 평가
실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 14를 통해 얻은 펠릿에 대한 암모니아 제거효율을 평가하였다.
먼저 실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 14의 펠릿 1g을 120℃에서 1시간 동안 전처리하였다. 이어서 10L 테들라백에 봉입하여 진공처리하고, 52ppm 농도의 암모니아 표준가스를 주입한 후 검지관(test tube)을 이용하여 시간에 따른 암모니아의 농도 변화를 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 6에 나타내었다.
NH3 농도(ppm) / 제거율(%)
30분 60분
실시예 1 17 / 67 9 / 83
실시예 2 20 / 62 12 / 77
실시예 3 19 / 64 10 / 81
실시예 4 21 / 60 12 / 77
비교예 1 32 / 39 19 / 64
비교예 2 27 / 48 17 / 67
비교예 3 41 / 21 35 / 33
비교예 4 37 / 29 23 / 56
비교예 5 34 / 35 24 / 54
비교예 6 30 / 42 25 / 52
비교예 7 35 / 33 30 / 42
비교예 8 34 / 35 30 / 42
비교예 9 40 / 23 35 / 33
비교예 10 40 / 23 34 / 35
비교예 11 43 / 17 38 / 27
비교예 12 34 / 35 23 / 56
비교예 13 33 / 37 19 / 64
비교예 14 33 / 37 20 / 62
표 6을 참고하여, 실시예 1 내지 4의 펠릿의 경우 암모니아 제거 효과가 우수하였다. 반면, 비교예 3, 10 및 11의 경우 펠릿의 강도는 우수하더라도, 실시예 1 내지 4와 비교하여 촉매 성능이 현저히 저하되어 실제 사용에 적합하지 않았다.
평가예 1-3. 아세트알데하이드 ( CH 3 CHO ) 제거효율 평가
실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 14를 통해 얻은 펠릿에 대한 아세트알데하이드 제거효율을 평가하였다.
먼저 실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 14의 펠릿 1g을 120℃에서 1시간 동안 전처리하였다. 이어서 10L 테들라백에 봉입하여 진공처리하고, 50ppm 농도의 아세트알데하이드 표준가스를 주입한 후 검지관(test tube)을 이용하여 시간에 따른 아세트알데하이드의 농도 변화를 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 7에 나타내었다.
CH3CHO 농도(ppm) / 제거율(%)
30분 60분
실시예 1 24 / 52 19 / 62
실시예 2 27 / 46 20 / 60
실시예 3 25 / 50 19 / 62
실시예 4 28 / 44 21 / 58
비교예 1 33 / 34 24 / 52
비교예 2 31 / 38 23 / 54
비교예 3 39 / 22 33 / 34
비교예 4 32 / 36 26 / 48
비교예 5 33 / 34 25 / 50
비교예 6 38 / 32 30 / 40
비교예 7 41 / 18 31 / 38
비교예 8 40 / 20 31 / 38
비교예 9 45 / 10 38 / 24
비교예 10 45 / 10 39 / 22
비교예 11 48 / 4 40 / 20
비교예 12 31 / 38 22 / 56
비교예 13 33 / 34 25 / 50
비교예 14 34 / 32 26 / 48
표 7을 참고하여, 실시예 1 내지 4의 펠릿의 경우 아세트알데하이드 제거 효과가 우수하였다. 반면, 비교예 3, 10 및 11의 경우 펠릿의 강도는 우수하더라도, 실시예 1 내지 4와 비교하여 촉매 성능이 현저히 저하되어 실제 사용에 적합하지 않았다.
이에 본 발명은 유해가스 제거용 촉매가 함유된 펠릿 제조 시 각 성분의 특성 및 함량을 한정함으로써 우수한 강도 및 촉매 성능을 모두 만족할 수 있다.
101 유수분제거 필터 102 먼지 제거 필터
103 유해가스 제거 필터 104 유입구
105 배기팬 106 유출구

Claims (7)

  1. 공동주택의 건물 내부 공기가 유입되는 유입구;
    유입구로부터 유입된 공기에서 유분 및 수분을 제거하는 유수분제거 필터;
    유수분제거 필터를 통과한 공기에서 먼지를 제거하는 먼지 제거 필터;
    상기 먼지 제거 필터를 통과한 공기에서 유해가스를 제거하는 유해가스 제거필터; 및
    상기 유해가스 제거필터를 통과한 공기를 외부로 배출하는 배기팬;을 포함하며,
    상기 유해가스 제거필터는 상기 유해가스 제거 펠릿을 포함하며,
    상기 유해가스 제거 펠릿은 금속 산화물이 함유된 이산화규소 입자, 실리카 마이크로입자, 실리카 나노입자 및 클레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 실내 주방용 공기 정화장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 실내 주방용 공기 정화장치는 공기의 흐름을 기준으로 유수분제거 필터, 먼지 제거 필터 및 유해가스 제거필터가 순차로 배치된 것인 실내 주방용 공기 정화장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 유입구는 건물내부 각 세대의 환풍설비로부터 이송된 공기가 합류하여 유입되는 것인 실내 주방용 공기 정화장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 유수분제거 필터는 데미스터 필터인 것을 특징으로 하는 실내 주방용 공기 정화장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 먼지 제거 필터는 프리필터; 및 세미헤파필터 또는 헤파필터;를 포함하는 실내 주방용 공기 정화장치.
  6. 삭제
  7. 삭제
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