KR102406401B1 - 기능성 공조물질의 제조방법 및 공조 장치. - Google Patents

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Abstract

기능성 공조물질의 제조방법이 제공된다. 상기 기능성 공조물질의 제조방법은 베이스 용매, 가수분해 억제제, 반도체 산화물, 경화촉진제, 금속 전구체, 및 안정제를 혼합하여, 상기 반도체 산화물의 표면에 상기 금속이 제공된 광촉매를 포함하는 제1 기능성 공조물질을 제조하는 단계, 및 알칼리 토금속의 과산화물을 포함하는 제1 베이스 소스, 알칼리 토금속의 수산화물을 포함하는 제2 베이스 소스, 및 촉매를 혼합하여, 상기 제1 기능성 공조물질의 광반응시 형성되는 부산물을 제거하는 제2 기능성 공조물질을 제조하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

기능성 공조물질의 제조방법 및 공조 장치. {Fabricating method for functional air conditional material, and air conditional}
본 발명은 기능성 공조물질의 제조방법 및 공조 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 공기 중의 유해물질이나 미세먼지 등을 정화할 수 있는, 기능성 공조물질의 제조방법 및 공조 장치에 관련된 것이다.
공기조화(Air conditioning, 공조)는 온도, 습도, 및 기류, 박테리아, 먼지, 유해 가스 등의 조건을 실내에 있는 사람이나 물품에 대하여 가장 좋은 조건으로 유지하는 것을 말하며, 기능적으로 주요기능인 냉난방(Cooling & Heating) 외에도 제습(dehumidification)과 가습(humidification), 청정(purification), 환기(ventilation), 방향(aroma) 기능을 하며, 온도와 습도를 일정하게 유지시키는 항원 및 항습 등의 기능을 수행한다.
이러한 공기조화기의 다양한 기능으로 인하여, 공기조화기와 관련된 다양한 연구들이 수행되고 있다. 예를 들어, 대한민국 특허 등록번호 10-1948003(출원번호: 10-2016-0000940, 특허권자: 코웨이 주식회사)에는, 실외 공기를 흡입하여 실내로 배출하는 흡기부, 및 실내 공기를 흡입하여 실외로 배출하는 배기부를 포함하되, 상기 흡기부 및 상기 배기부는 각각 일측이 서로 결합가능한 구조로 형성되며, 상기 배기부는, 상기 흡기부와 결합여부를 감지하는 결합 감지부를 포함하고, 상기 흡기부와의 결합여부에 따라 상기 배기부에 구비되는 팬의 회전방향을 결정하는 공기청정 환기 장치가 개시되어 있다.
대한민국 특허 등록번호 10-1948003
본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는, 유해한 유기물을 용이하게 제거가능한 기능성 공조물질의 제조방법 및 공조 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 이산화탄소를 제거하고 산소를 발생시키는 기능성 공조물질의 제조방법 및 공조 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 박테리아, 미생물등을 제거하여 향균작용을 수행하는 기능성 공조물질의 제조방법 및 공조 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 유해물질 제거 및 산소 발생 기능이 모두 가능한 기능성 공조물질의 제조방법 및 공조 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술된 것에 제한되지 않는다.
상술된 기술적 과제들을 해결하기 위해 본 발명은 기능성 공조물질의 제조방법을 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 기능성 공조물질의 제조방법은, 베이스 용매, 가수분해 억제제, 반도체 산화물, 경화촉진제, 금속 전구체, 및 안정제를 혼합하여, 상기 반도체 산화물의 표면에 상기 금속이 제공된 광촉매를 포함하는 제1 기능성 공조물질을 제조하는 단계, 및 알칼리 토금속의 과산화물을 포함하는 제1 베이스 소스, 알칼리 토금속의 수산화물을 포함하는 제2 베이스 소스, 및 촉매를 혼합하여, 상기 제1 기능성 공조물질의 광반응시 형성되는 부산물을 제거하는 제2 기능성 공조물질을 제조하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제2 기능성 공조물질을 제조하는 단계에서, 상기 제1 베이스 소스는, 상기 제1 베이스 소스 및 상기 제2 베이스 소스의 전체 중량 대비 2 wt% 초과 4 wt% 미만의 비율로 혼합되는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 기능성 공조물질은, UV와 반응되어 이산화 탄소(CO2)를 발생시키는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제2 기능성 공조물질은, 상기 알칼리 토금속의 과산화물이 상기 이산화 탄소(CO2)와 반응되어 산소(O2)를 발생시키는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 반도체 산화물은, 이산화 티탄(TiO2)를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 반도체 산화물은, 마이크로 분말 상태, 나노 분말 상태, 또는 액체 상태 중 어느 하나의 상태로 제공되는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 알칼리 토금속의 과산화물은 과산화 칼륨(KO2)를 포함하고, 상기 알칼리 토금속의 수산화물은 수산화 칼륨(KOH)을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 금속 전구체는, 질산은(AgNO3), 아질산은(AgNO2), 염화은(AgCl), 또는 과염소산은(AgClO4) 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
상술된 기술적 과제들을 해결하기 위해 본 발명은 공조 장치를 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 공조 장치는 유체가 흐르는 제1 유로를 포함하고, 반도체 산화물의 표면에 금속이 제공된 광촉매를 포함하는 제1 기능성 공조 물질이 코팅된 광필터, 및 상기 광필터를 활성화시키는 광을 조사하는 광원이 상기 제1 유로 내에 배치되는 제1 공조 모듈, 및 상기 제1 공조 모듈로부터 배출된 상기 유체가 흐르는 제2 유로를 포함하고, 상기 제2 유로 내에, 상기 유체로부터 이산화 탄소(CO2)를 제거하고 산소(O2)를 발생시키는 제2 기능성 공조물질이 배치되는 제2 공조 모듈을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 공조 모듈은, 상기 광원을 상기 광필터가 둘러싸되, 상기 광필터는, 금속 망(net)에 상기 제1 기능성 공조 물질이 코팅된 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제2 기능성 공조물질은, 상기 제1 기능성 공조 물질이 상기 광과 반응되어 형성되는 부산물을 제거하는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 부산물은 이산화 탄소(CO2)를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 기능성 공조물질의 제조방법은, 베이스 용매, 가수분해 억제제, 반도체 산화물, 경화촉진제, 금속 전구체, 및 안정제를 혼합하여, 상기 반도체 산화물의 표면에 상기 금속이 제공된 광촉매를 포함하는 제1 기능성 공조물질을 제조하는 단계, 및 알칼리 토금속의 과산화물을 포함하는 제1 베이스 소스, 알칼리 토금속의 수산화물을 포함하는 제2 베이스 소스, 및 촉매를 혼합하여, 상기 제1 기능성 공조물질의 광반응시 형성되는 부산물을 제거하는 제2 기능성 공조물질을 제조하는 단계를 포함할 수 있다. 이에 따라, 공기 중의 유기물을 제거할 수 있을 뿐만 아니라, 산소(O2)를 발생시켜 공기질을 개선시킬 수 있는 기능성 공조물질이 제공될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 기능성 공조물질의 제조방법을 설명하는 순서도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 기능성 공조물질의 제조방법 중 제1 기능성 공조물질 제조 단계를 구체적으로 설명하는 순서도이다.
도 3은 제1 기능성 공조물질의 제조 단계에 사용되는 물질들을 정리한 표이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 기능성 공조물질의 제조방법 중 제2 기능성 물질 제조 단계를 구체적으로 설명하는 순서도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 공조 장치를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 공조 장치가 포함하는 제1 공조 모듈을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 공조 장치가 포함하는 제2 공조 모듈을 나타내는 도면이다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 실시 예들에 따른 제1 기능성 공조물질과 비교 예에 따른 광촉매의 성능을 비교하는 사진들이다.
도 10은 본 발명의 실시 예 5에 따른 제2 기능성 공조물질의 성능을 나타내는 그래프이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.
명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 또한, 본 명세서에서 "연결"은 복수의 구성 요소를 간접적으로 연결하는 것, 및 직접적으로 연결하는 것을 모두 포함하는 의미로 사용된다.
또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 기능성 공조물질의 제조방법을 설명하는 순서도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 기능성 공조물질의 제조방법 중 제1 기능성 공조물질 제조 단계를 구체적으로 설명하는 순서도이고, 도 3은 제1 기능성 공조물질의 제조 단계에 사용되는 물질들을 정리한 표이고, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 기능성 공조물질의 제조방법 중 제2 기능성 물질 제조 단계를 구체적으로 설명하는 순서도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 베이스 용매와 가수분해 억제제가 혼합 및 교반되어 제1 혼합 용액이 제조될 수 있다(S110). 예를 들어, 상기 베이스 용매는 에탄올(ethanol) 및 2-n 부톡시 에탄올을 포함할 수 있다. 상기 베이스 용매는, 후술되는 반도체 산화물을 용해시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 가수분해 억제제는 1-2N HCl을 포함할 수 있다. 상기 가수분해 억제제는, 후술되는 제1 기능성 공조물질이 겔(gel)화되어 불안정해지지 않도록, 상기 제1 기능성 공조물질의 가수분해를 억제할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 제1 혼합 용액은, 80 wt% 농도 및 40 ml 용량의 에탄올과 20 wt% 농도 및 10ml 용량의 2-n 부톡시 에탄올이 혼합된 용매에 0.2 wt% 농도의 1-2N HCl을 첨가하여 혼합한 후, 300RPM의 속도로 20분 동안 교반되어 제조될 수 있다.
상기 제1 혼합 용액은, 반도체 산화물과 혼합 및 교반될 수 있다. 이에 따라, 제2 혼합 용액이 제조될 수 있다(S120). 예를 들어, 상기 반도체 산화물은 이산화 티탄(TiO2)을 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 반도체 산화물은, 마이크로 분말 상태, 나노 분말 상태, 또는 액체 상태 중 어느 하나의 상태로 제공될 수 있다. 상기 반도체 산화물이 광(예를 들어, 자외선)에 의해 활성화되는 경우, 공기 중의 유해물질(예를 들어, 유기물) 등을 분해할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 제1 혼합 용액에 0.5 wt% 농도의 이산화 티탄(TiO2)를 첨가한 후, 500 RPM의 속도로 3시간 동안 교반하여, 상기 제2 혼합 용액을 제조할 수 있다.
상기 제2 혼합 용액은, 경화촉진제, 금속 전구체, 및 안정제와 혼합되고 교반될 수 있다(S130). 이에 따라, 상기 반도체 산화물의 표면에 상기 금속이 제공된 광촉매를 포함하는 제1 기능성 공조물질이 제조될 수 있다(S100).
예를 들어, 상기 경화촉진제는, 메틸트리메톡시 실란을 포함할 수 있다. 상기 제1 기능성 공조물질이 코팅 물질로 사용되는 경우, 상기 경화촉진제는 상기 제1 기능성 공조물질의 경화속도를 촉진시킬 수 있다. 또한, 상기 경화촉진제는, 상기 제1 기능성 공조물질이 코팅된 대상체의 경도, 내약품성, 및 부착력을 향상시킬 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 금속은 은(Ag)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 금속 전구체는, 질산은(AgNO3), 아질산은(AgNO2), 염화은(AgCl), 또는 과염소산은(AgClO4) 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 상기 금속 전구체는, 상기 반도체 산화물과 반응될 수 있다. 이에 따라, 상기 반도체 산화물에 상기 금속이 도핑 될 수 있다. 즉, 이산화 티탄(TiO2)에 은(Ag)이 도핑 될 수 있다. 이 경우, 이산화 티탄(TiO2)의 쇼트키 장벽(Schottky barriers)이 증가되어, 전자-정공의 분리가 촉진되며, 가시광선 영역까지 빛의 흡수범위가 확장될 수 있다.
예를 들어, 상기 안정제는 아세틸 아세톤을 포함할 수 있다. 상기 제1 기능성 공조물질이 코팅 물질로 사용되는 경우, 상기 안정제로 인하여 코팅의 안정성이 향상될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 제2 혼합 용액에 0.2 wt% 농도의 질산은 수용액, 1.5 wt% 농도의 메틸트리메톡시, 및 0.1~1 wt% 농도의 아세틸 아세톤을 첨가한 후, 300 RPM의 속도로 20분 동안 교반하여 상기 제1 기능성 공조물질을 제조할 수 있다.
결과적으로, 상기 제1 기능성 공조물질이 광(예를 들어, 자외선)에 의하여 활성화되는 경우, 공기 중의 미세먼지 및 유기물을 용이하게 제거할 수 있다.
도 1 및 도 4를 참조하면, 제1 베이스 소스, 제2 베이스 소스, 및 촉매가 혼합되어 제2 기능성 공조물질이 제조될 수 있다(S200). 일 실시 예에 따르면, 상기 제1 베이스 소스는 알칼리 토금속의 과산화물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 알칼리 토금속의 과산화물은 과산화 칼륨(KO2)을 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 제2 베이스 소스는 알칼리 토금속의 수산화물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 알칼리 토금속의 수산화물은 수산화 칼륨(KOH)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 촉매는 호프칼라이트를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제2 기능성 공조물질을 제조하는 단계는, 상기 제1 베이스 소스, 제2 베이스 소스, 및 촉매를 혼합하는 단계(S210) 이후, 혼합된 물질을 압착하는 단계(S220)를 더 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 제2 기능성 공조 물질은 pillet 형태를 가질 수 있다.
상기 제2 기능성 공조물질은, 아래의 <화학식 1>에 따라 이산화 탄소(CO2)를 제거하고 산소(O2)를 발생시킬 수 있다.
<화학식 1>
2KO2 + CO2 -> K2CO3 + 3/2 O2
일 실시 예에 따르면, 상기 제2 기능성 공조물질을 제조하는 단계에서, 상기 제1 베이스 소스의 혼합 비율이 제어될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 베이스 소스는, 상기 제1 베이스 소스 및 상기 제2 베이스 소스의 전체 중량 대비 2 wt% 초과 4 wt% 미만의 비율로 혼합될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 제1 베이스 소스: 상기 제2 베이스 소스는, 2:8 wt% 초과 4:6 wt% 미만의 비율로 혼합될 수 있다. 이 경우, 상기 제2 기능성 공조물질의 이산화탄소(CO2) 제거 효율이 향상될 수 있다.
상술된 바와 같이, 상기 제1 기능성 공조 물질은 공기 중의 유기물질을 제거할 수 있다. 이와 달리, 상기 제2 기능성 공조 물질은, 이산화탄소(CO2)를 제거하고 산소(O2)를 발생시킬 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 기능성 공조물질 및 상기 제2 기능성 공조물질이 함께 사용되는 경우, 공기중의 유해한 유기물들을 제거할 수 있을 뿐만 아니라, 산소 발생을 증가시켜 실내의 공기질까지 개선시킬 수 있다. 특히, 상기 제1 기능성 공조물질 및 상기 제2 기능성 공조물질이 함께 사용되는 경우, 상기 제2 기능성 공조물질이 상기 제1 기능성 물질의 광반응시 형성되는 부산물을 제거함으로써, 공기 조화 효율을 더욱 향상될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 제1 기능성 물질이 광반응되는 경우, 부산물로서 이산화탄소(CO2)가 발생된다. 상술된 바와 같이, 상기 제2 기능성 공조물질은, 이산화탄소(CO2)를 제거하고 산소(O2)를 발생시킴에 따라, 상기 제1 기능성 물질의 광반응으로부터 형성되는 부산물을 이용하여 산소(O2) 발생 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 기능성 공조물질의 제조방법은, 베이스 용매, 가수분해 억제제, 반도체 산화물, 경화촉진제, 금속 전구체, 및 안정제를 혼합하여, 상기 반도체 산화물의 표면에 상기 금속이 제공된 광촉매를 포함하는 제1 기능성 공조물질을 제조하는 단계, 및 알칼리 토금속의 과산화물을 포함하는 제1 베이스 소스, 알칼리 토금속의 수산화물을 포함하는 제2 베이스 소스, 및 촉매를 혼합하여, 상기 제1 기능성 공조물질의 광반응시 형성되는 부산물을 제거하는 제2 기능성 공조물질을 제조하는 단계를 포함할 수 있다. 이에 따라, 공기 중의 유기물을 제거할 수 있을 뿐만 아니라, 산소(O2)를 발생시켜 공기질을 개선시킬 수 있는 기능성 공조물질이 제공될 수 있다.
이상, 본 발명의 실시 예에 따른 기능성 공조물질의 제조방법이 설명되었다. 이하, 본 발명의 실시 예에 따른 공조 장치가 설명된다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 공조 장치를 나타내는 도면이고, 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 공조 장치가 포함하는 제1 공조 모듈을 나타내는 도면이고, 도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 공조 장치가 포함하는 제2 공조 모듈을 나타내는 도면이다.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 공조 장치는, 제1 공조 모듈(100) 및 제2 공조 모듈(200)을 포함할 수 있다. 이하, 제1 공조 모듈(100) 및 제2 공조 모듈(200)에 대해 구체적으로 설명된다.
제1 공조 모듈(100)은 광필터(110), 및 광원(120)을 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 광필터(110)는, 금속 망(net)에 제1 기능성 공조 물질이 코팅된 것일 수 있다. 또한, 상기 광필터(110)는 내부에 빈공간이 형성된 원통 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 금속 망(net)은 스테인리스 망일 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 기능성 공조 물질은, 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명된, 본 발명의 실시 예에 따른 기능성 공조물질의 제조방법에서 설명된 상기 제1 기능성 공조물질과 같을 수 있다. 이에 따라, 구체적인 설명은 생략된다.
상기 광원(120)은, 상기 광필터(110)를 활성화시키는 광을 조사할 수 있다. 예를 들어, 상기 광은 자외선(ultra violet, UV)을 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 광원(120)은, 상기 광필터(110)에 의하여 둘러싸일 수 있다. 즉, 원통 형상의 상기 광필터(110) 내부에 상기 광원(120)이 배치될 수 있다. 이에 따라, 상기 광필터(110)의 활성화 효율이 향상될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 광필터(110)가 상기 광원(120)을 둘러싸는 형태를 갖는 경우, 상기 광원(120)으로부터 조사된 상기 광은, 상기 광필터(110)에 전체적으로 조사될 수 있다. 이에 따라, 상기 광필터(110)의 활성화 면적이 증가되므로, 상기 광필터(110)의 활성화 효율이 향상될 수 있다.
상기 제1 공조 모듈(100)에는 유체(A)가 제공될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 유체는 외부 공기(air)일 수 있다. 상기 제1 공조 모듈(100) 내로 상기 유체(A)가 제공되는 경우, 상기 유체(A)는 상기 광필터(110)의 내부를 따라 흐를 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 광필터(110)의 내부는 제1 유로(R1)로 정의될 수 있다.
상기 제1 유로(R1)를 따라 상기 유체(A)가 흐르는 경우, 상기 제1 기능성 공조물질에 의하여, 상기 유체(A) 내의 유기물들이 제거될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 공조 모듈(100)은, 상기 유체(A) 내의 유해물질들을 제거할 수 있다.
상기 제2 공조 모듈(200)은, 제2 기능성 공조물질(CM)이 배치되는 제2 유로(R2)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 기능성 공조 물질은, 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명된, 본 발명의 실시 예에 따른 기능성 공조물질의 제조방법에서 설명된 상기 제2 기능성 공조물질과 같을 수 있다. 이에 따라, 구체적인 설명은 생략된다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제2 기능성 공조물질(CM)은, 플레이트의 상부면 및 하부면에 코팅된 형태로 제공될 수 있다. 또한, 상기 제2 공조 모듈(200)은, 복수의 플레이트를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 제2 공조 모듈(200)은 제1 내지 제3 플레이트(210, 220, 230)를 포함하되, 상기 제1 내지 제3 플레이트(210, 220, 230)에는 각각, 상기 제2 기능성 공조물질(CM)이 코팅될 수 있다. 이 경우, 상기 제1 내지 제3 플레이트(210, 220, 230) 사이의 공간 및, 상기 제1 내지 제3 플레이트(210, 220, 230) 외부 공간은 상기 제2 유로(R2)로 정의될 수 있다.
상기 제2 공조 모듈(200)이 복수의 플레이트를 포함하는 경우, 상기 제2 기능성 물질(CM)과 상기 유체(A)와의 접촉 면적이 증가하게 되어, 상기 제2 공조 모듈(200)의 공기 조화 성능이 향상될 수 있다.
상기 제2 유로(R2)에는, 상기 제1 공조 모듈(100)로부터 배출된 상기 유체(A)가 흐를 수 있다. 즉, 상기 유체(A)는, 상기 제1 공조 모듈(100) 및 상기 제2 공조 모듈(200)을 순차적으로 통과할 수 있다.
상기 제2 유로(R2)를 따라 상기 유체가 흐르는 경우, 상기 제2 기능성 공조물질에 의하여, 상기 유체 내의 이산화 탄소(CO2)가 제거되고 산소(O2)가 발생될 수 있다. 이에 따라, 상기 제2 공조 모듈(200)은, 실내 공기질을 개선시킬 수 있다.
또한, 상술된 바와 같이, 상기 제2 기능성 공조물질은 상기 제1 기능성 공조 물질이 상기 광과 반응되어 형성되는 부산물을 제거할 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 공조 모듈(100)에서 발생된 부산물은, 상기 제2 공조 모듈(200)에서 제거될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 공조 장치는 상기 유체(A)가 흐르는 상기 제1 유로(R1)를 포함하고, 반도체 산화물의 표면에 금속이 제공된 광촉매를 포함하는 제1 기능성 공조 물질이 코팅된 상기 광필터(110), 및 상기 광필터(110)를 활성화시키는 광을 조사하는 상기 광원(120)이 상기 제1 유로(R1) 내에 배치되는 상기 제1 공조 모듈(100) 및 상기 제1 공조 모듈(100)로부터 배출된 상기 유체(A)가 흐르는 상기 제2 유로(R2)를 포함하고, 상기 제2 유로(R2) 내에, 상기 유체(A)로부터 이산화 탄소(CO2)를 제거하고 산소(O2)를 발생시키는 상기 제2 기능성 공조물질이 배치되는 상기 제2 공조 모듈(200)을 포함할 수 있다. 이에 따라, 공기 중의 유기물을 제거할 수 있을 뿐만 아니라, 산소(O2)를 발생시켜 공기질을 개선시킬 수 있는 공조 장치가 제공될 수 있다.
이상, 본 발명의 실시 예에 따른 공조 장치가 설명되었다. 이하, 본 발명의 실시 예에 따른 기능성 공조 물질의 구체적인 실험 예 및 특성 평가 결과가 설명된다.
실시 예 1에 따른 제1 기능성 공조물질 제조
80 wt% 농도 및 40 ml 용량의 에탄올과 20 wt% 농도 및 10ml 용량의 2-n 부톡시 에탄올이 혼합된 용매에 0.2 wt% 농도의 1-2N HCl을 첨가하여 혼합한 후, 300RPM의 속도로 20분 동안 교반하여 제1 혼합 용액을 제조하고, 제1 혼합 용액에 0.5 wt% 농도 및 마이크로 분말 형태의 이산화 티탄(TiO2)를 첨가한 후, 500 RPM의 속도로 3시간 동안 교반하여, 상기 제2 혼합 용액을 제조하였다.
이후, 제2 혼합 용액에 0.2 wt% 농도의 질산은 수용액, 1.5 wt% 농도의 메틸트리메톡시, 및 0.1~1 wt% 농도의 아세틸 아세톤을 첨가한 후, 300 RPM의 속도로 20분 동안 교반하여 실시 예 1에 따른 제1 기능성 공조물질을 제조하였다.
실시 예 2에 따른 제1 기능성 공조물질 제조
상술된 실시 예 1에 따른 방법으로 제조하되, 나노 분말 형태의 이산화 티탄(TiO2)을 사용하였다.
실시 예 3에 따른 제1 기능성 공조물질 제조
상술된 실시 예 1에 따른 방법으로 제조하되, 액체 형태의 이산화 티탄(TiO2)을 사용하였다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 실시 예들에 따른 제1 기능성 공조물질과 비교 예에 따른 광촉매의 성능을 비교하는 사진들이다.
도 8 및 도 9를 참조하면, Vial에 담배 연기만을 넣은 상태(Bare), Vial에 담배 연기 및 실시 예 1 내지 실시 예 3에 따른 제1 기능성 공조물질을 넣은 상태, 및 Vial에 담배 연기 및 비교 예에 따른 광촉매를 넣은 상태 각각에 대해, 유기물 분해 능력을 비교하였다. 도 8 은 담배 연기를 넣은 직후를 촬영한 사진이고, 도 9는 담배 연기를 넣고 30분히 지난 후를 촬영한 사진이다. 또한, 비교 예로서 사용된 광촉매는 시제품을 사용하였다.
도 8 및 도 9에서 확인할 수 있듯이, 실시 예 1 내지 실시 예 3에 따른 제1 기능성 공조물질을 넣은 Vial 및 비교 예에 따른 광촉매를 넣은 Vial 모두 내부의 담배연기가 사라진 것을 확인할 수 있었다. 이에 따라, 상기 제1 기능성 공조물질을 통해 유기물을 용이하게 제거할 수 있음을 알 수 있다. 또한, 상기 제1 기능성 공조물질의 제조과정에서 사용되는 TiO2는 마이크로 분말 형태, 나노 분말 형태, 액체 형태와 관계없이 모두 유기물을 제거할 수 있음을 알 수 있다.
실시 예 1에 따른 제2 기능성 공조물질 제조
KO2, KOH, 및 호프칼라이트 총 4g을 혼합하되, KO2: KOH를 2:8 wt%의 비율로 혼합하여 실시 예 1에 따른 제2 기능성 공조물질을 제조하였다.
실시 예 2에 따른 제2 기능성 공조물질 제조
KO2, KOH, 및 호프칼라이트 총 4g을 혼합하되, KO2: KOH를 3:7 wt%의 비율로 혼합하여 실시 예 2에 따른 제2 기능성 공조물질을 제조하였다.
실시 예 3에 따른 제2 기능성 공조물질 제조
KO2, KOH, 및 호프칼라이트 총 4g을 혼합하되, KO2: KOH를 4:6 wt%의 비율로 혼합하여 실시 예 3에 따른 제2 기능성 공조물질을 제조하였다.
실시 예 4에 따른 제2 기능성 공조물질 제조
KO2, KOH, 및 호프칼라이트 총 4g을 혼합하되, KO2: KOH를 8:2 wt%의 비율로 혼합하여 실시 예 1에 따른 제2 기능성 공조물질을 제조하였다.
실시 예 5에 따른 제2 기능성 공조물질 제조
상술된 실시 예 1에 따른 제2 기능성 공조물질을 준비한 후, press로 압착하여 실시 예 5에 따른 제2 기능성 공조물질을 제조하였다.
상기 실시 예 1 내지 실시 예 5에 따른 제2 기능성 공조물질의 제조에 사용되는 KO2: KOH의 혼합 비율이 아래의 <표 1>을 통해 정리된다.
구분 KO2:KOH (wt%)
실시 예 1 2:8
실시 예 2 3:7
실시 예 3 4:6
실시 예 4 8:2
실시 예 5 2:8 + press
도 10은 본 발명의 실시 예 5에 따른 제2 기능성 공조물질의 성능을 나타내는 그래프이다.
도 10을 참조하면, Vial 내에 상기 실시 예 5에 따른 제2 기능성 공조물질, Ar 가스를 채운 후 CO2를 주입하고, 시간에 따른 CO2의 변화량을 측정하여 나타내었다. 도 10에서 도시된 빨간선은 CO2 제거 전 기체의 조성을 나타내고, 파란선은 CO2 제거 후 기체의 조성을 나타낸다. 도 10에서 확인할 수 있듯이, 빨간선의 두번째 피크(peak)와 파란선의 두번째 피크(peak)가 현저하게 차이나는 것을 확인할 수 있었다. 즉, 상기 실시 예 5에 따른 제2 기능성 공조물질을 통해, CO2를 용이하게 제거할 수 있음을 알 수 있다.
이 밖에도, 상기 실시 예 1 내지 실시 예 5에 따른 제2 기능성 공조물질 각각에 대해 CO2 제거 실험을 수행하였고, 그 결과가 아래의 <표 2>를 통해 정리된다.
구분 실시 예 1 실시 예 2 실시 예 3 실시 예 4 실시 예 5
CO2 주입 직후 CO2 양(ppm) 11690 7990 4731 10460 15269
20min 후 CO2 양(ppm) 988 212 494 933 1386
제거 효율 (%) 91.5 97.3 89.6 91.1 90.9
<표 2>를 통해 확인할 수 있듯이, 실시 예 2에 따른 제2 기능성 공조물질(KO2:KOH=3:7)의 CO2 제거 효율은 97.3%로서, 실시 예 1에 따른 제2 기능성 공조물질(KO2:KOH=2:8)의 CO2 제거 효율 91.5% 및 실시 예 3에 따른 제2 기능성 공조물질(KO2:KOH=4:6)의 CO2 제거 효율 89.6% 보다 높게 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 이에 따라, 상기 실시 예에 따른 제2 기능성 공조물질의 제조 과정에서, KO2 및 KOH 전체 중량 대비 KO2의 비율을 2 wt% 초과 4 wt%로 제어하는 경우, 상기 제2 기능성 공조물질의 성능이 효과적으로 향상됨을 알 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
100: 제1 공조 모듈
110: 광필터
120: 광원
200: 제2 공조 모듈
210, 220, 230: 제1 내지 제3 플레이트

Claims (12)

  1. 에탄올을 포함하는 베이스 용매, 염산(HCl)을 포함하는 가수분해 억제제, 이산화 티탄(TiO2)을 포함하는 반도체 산화물, 실란(silane)을 포함하는 경화촉진제, 은(Ag) 전구체, 및 아세틸 아세톤을 포함하는 안정제를 혼합하여, 상기 반도체 산화물의 표면에 상기 은(Ag)이 제공된 광촉매를 포함하는 제1 기능성 공조물질을 제조하는 단계; 및
    과산화 칼륨(KO2)을 포함하는 제1 베이스 소스, 수산화 칼륨(KOH)을 포함하는 제2 베이스 소스, 및 촉매를 혼합하여, 상기 제1 기능성 공조물질의 광반응시 형성되는 부산물을 제거하는 제2 기능성 공조물질을 제조하는 단계를 포함하되,
    상기 제2 기능성 공조물질을 제조하는 단계에서,
    상기 제1 베이스 소스와 상기 제2 베이스 소스는 2:8 wt% 초과 4:6 wt% 미만의 비율로 혼합되는 것을 포함하는 기능성 공조물질의 제조방법.
  2. 삭제
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 기능성 공조물질은, UV와 반응되어 이산화 탄소(CO2)를 발생시키는 것을 포함하는 기능성 공조물질의 제조방법.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 제2 기능성 공조물질은, 상기 과산화 칼륨(KO2)이 상기 이산화 탄소(CO2)와 반응되어 산소(O2)를 발생시키는 것을 포함하는 기능성 공조물질의 제조방법.
  5. 삭제
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 반도체 산화물은, 마이크로 분말 상태, 나노 분말 상태, 또는 액체 상태 중 어느 하나의 상태로 제공되는 것을 포함하는 기능성 공조물질의 제조방법.
  7. 삭제
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 은(Ag) 전구체는, 질산은(AgNO3), 아질산은(AgNO2), 염화은(AgCl), 또는 과염소산은(AgClO4) 중 어느 하나를 포함하는 기능성 공조물질의 제조방법.
  9. 유체가 흐르는 제1 유로를 포함하고, 이산화 티탄(TiO2)을 포함하는 반도체 산화물의 표면에 은(Ag)이 제공된 광촉매를 포함하는 제1 기능성 공조 물질이 코팅된 광필터, 및 상기 광필터를 활성화시키는 광을 조사하는 광원이 상기 제1 유로 내에 배치되는 제1 공조 모듈; 및
    상기 제1 공조 모듈로부터 배출된 상기 유체가 흐르는 제2 유로를 포함하고, 상기 제2 유로 내에, 상기 유체로부터 이산화 탄소(CO2)를 제거하고 산소(O2)를 발생시키는 제2 기능성 공조물질이 배치되는 제2 공조 모듈을 포함하되,
    상기 제2 기능성 공조 물질은 플레이트의 상부면 및 하부면에 코팅된 형태로 제공되고, 상기 플레이트는 서로 이격되도록 복수로 제공되며, 복수의 상기 플레이트 사이에는 상기 제2 유로가 형성된 것을 포함하는 공조 장치.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 제1 공조 모듈은,
    상기 광원을 상기 광필터가 둘러싸되,
    상기 광필터는, 금속 망(net)에 상기 제1 기능성 공조 물질이 코팅된 것을 포함하는 공조 장치.
  11. 제9 항에 있어서,
    상기 제2 기능성 공조물질은, 상기 제1 기능성 공조 물질이 상기 광과 반응되어 형성되는 부산물을 제거하는 것을 포함하는 공조 장치.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 부산물은 이산화 탄소(CO2)를 포함하는 공조 장치.
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