KR102425175B1 - 저농도 대기 오염 물질 선택적 검출 장치 - Google Patents
저농도 대기 오염 물질 선택적 검출 장치 Download PDFInfo
- Publication number
- KR102425175B1 KR102425175B1 KR1020210006060A KR20210006060A KR102425175B1 KR 102425175 B1 KR102425175 B1 KR 102425175B1 KR 1020210006060 A KR1020210006060 A KR 1020210006060A KR 20210006060 A KR20210006060 A KR 20210006060A KR 102425175 B1 KR102425175 B1 KR 102425175B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- adsorbent
- flow path
- contaminants
- sensor
- gas
- Prior art date
Links
- 239000000809 air pollutant Substances 0.000 title claims abstract description 66
- 231100001243 air pollutant Toxicity 0.000 title claims abstract description 66
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title claims abstract description 24
- 239000003463 adsorbent Substances 0.000 claims abstract description 131
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 claims abstract description 80
- 238000003795 desorption Methods 0.000 claims abstract description 51
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 claims abstract description 16
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 claims abstract description 16
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 46
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 37
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 claims description 30
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 17
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 239000010457 zeolite Substances 0.000 claims description 8
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims description 6
- 239000012621 metal-organic framework Substances 0.000 claims description 6
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910021536 Zeolite Inorganic materials 0.000 claims description 5
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 238000005192 partition Methods 0.000 claims description 5
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000000741 silica gel Substances 0.000 claims description 4
- 229910002027 silica gel Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000002023 wood Substances 0.000 claims description 4
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- YXTPWUNVHCYOSP-UHFFFAOYSA-N bis($l^{2}-silanylidene)molybdenum Chemical compound [Si]=[Mo]=[Si] YXTPWUNVHCYOSP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 claims description 3
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000002952 polymeric resin Substances 0.000 claims description 3
- 229920003002 synthetic resin Polymers 0.000 claims description 3
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 claims description 3
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 claims description 3
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 abstract description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 42
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 30
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 5
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 3
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 3
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RAHZWNYVWXNFOC-UHFFFAOYSA-N Sulphur dioxide Chemical compound O=S=O RAHZWNYVWXNFOC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 2
- 239000012491 analyte Substances 0.000 description 2
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 2
- 231100000614 poison Toxicity 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 239000003440 toxic substance Substances 0.000 description 2
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910006404 SnO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- -1 SnO 2 Chemical class 0.000 description 1
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- GEIAQOFPUVMAGM-UHFFFAOYSA-N ZrO Inorganic materials [Zr]=O GEIAQOFPUVMAGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 238000007084 catalytic combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 239000004927 clay Substances 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 239000000567 combustion gas Substances 0.000 description 1
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 1
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 1
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 1
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 1
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 1
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- RMAQACBXLXPBSY-UHFFFAOYSA-N silicic acid Chemical compound O[Si](O)(O)O RMAQACBXLXPBSY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 238000000638 solvent extraction Methods 0.000 description 1
- 238000006557 surface reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002341 toxic gas Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/0004—Gaseous mixtures, e.g. polluted air
- G01N33/0009—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment
- G01N33/0011—Sample conditioning
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
- G01N1/02—Devices for withdrawing samples
- G01N1/22—Devices for withdrawing samples in the gaseous state
- G01N1/2202—Devices for withdrawing samples in the gaseous state involving separation of sample components during sampling
- G01N1/2214—Devices for withdrawing samples in the gaseous state involving separation of sample components during sampling by sorption
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
- G01N1/02—Devices for withdrawing samples
- G01N1/22—Devices for withdrawing samples in the gaseous state
- G01N1/2273—Atmospheric sampling
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
- G01N1/28—Preparing specimens for investigation including physical details of (bio-)chemical methods covered elsewhere, e.g. G01N33/50, C12Q
- G01N1/40—Concentrating samples
- G01N1/405—Concentrating samples by adsorption or absorption
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/0004—Gaseous mixtures, e.g. polluted air
- G01N33/0009—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment
- G01N33/0011—Sample conditioning
- G01N33/0019—Sample conditioning by preconcentration
-
- G01N2033/0019—
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Immunology (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Pathology (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Food Science & Technology (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Sampling And Sample Adjustment (AREA)
Abstract
본 발명은 저농도 대기 오염 물질 선택적 검출 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 저농도의 대기 오염 물질을 고감도로 검출할 수 있으며, 필요에 따라 대기기 오염물질을 선택적으로 검출할 수 있는 저농도 대기 오염물질 선택적 검출 장치에 관한 것이다.
본 발명의 저농도 대기 오염 물질 선택적 검출 장치는 기체가 이동하는 유로에 위치되어 기체 내 오염물질을 감지하는 센서; 및 상기 센서로 이동하는 기체의 유로에 위치하며 기체 내 오염물질이 흡착되는 흡착제, 상기 흡착제와 인접하게 위치하여 상기 흡착제로부터 서로 다른 오염물질을 개별 탈착시키는 탈착수단을 포함하여 농축된 오염물질을 상기 센서로 전달시키는 농축부;를 포함한다.
본 발명의 저농도 대기 오염 물질 선택적 검출 장치는 기체가 이동하는 유로에 위치되어 기체 내 오염물질을 감지하는 센서; 및 상기 센서로 이동하는 기체의 유로에 위치하며 기체 내 오염물질이 흡착되는 흡착제, 상기 흡착제와 인접하게 위치하여 상기 흡착제로부터 서로 다른 오염물질을 개별 탈착시키는 탈착수단을 포함하여 농축된 오염물질을 상기 센서로 전달시키는 농축부;를 포함한다.
Description
본 발명은 저농도 대기 오염 물질 선택적 검출 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 저농도의 대기 오염 물질을 고감도로 검출할 수 있으며, 필요에 따라 대기기 오염물질을 선택적으로 검출할 수 있는 저농도 대기 오염물질 선택적 검출 장치에 관한 것이다.
대기오염물질이란 생물이나 물질에 악영향을 끼치는 미량물질이 대기 중에 포함된 것으로, 가스 상태의 오염물질과 분진으로 나눌 수 있다. 전자에는 아황산가스, 일산화탄소 등이 있으며, 후자에는 미량중금속, 규산, 유기물질 등이 있다.
인체가 장시간 또는 고농도의 대기 오염물질에 노출될 시, 인체에 악영향을 끼칠 수 있음에 따라, 대기 오염물질을 측정 및 처리하기 위한 다양한 장치들이 개발되었다.
그러나, 종래 대기 오염물질을 측정하기 위한 보급형 감지 센서는 대부분 p.p.m. 범위까지 검출이 가능한 것으로, p.p.m. 이하의 극미량의 대기 오염물질을 감지하기 어려움이 있었다. 이에, p.p.b., p.p.t. 농도까지 감지할 수 있는 고감도 대기오염물질 센서가 개발되었으나, 고가로 실질적으로 보급하여 산업에 적용하기 어려웠다.
대한민국 등록특허 제10-1634653호 “분석대상가스 농축용 흡착제 및 제조방법, 분석대상가스의 검출방법”에는 미량의 독성가스를 흡착할 수 있는 흡착제 및 이의 검출방법이 개시되어 있으나, 발수성을 나타내는 흡착제를 통해 수분이 제외된 독성물질을 탈착하는 것으로, 측정하고자하는 독성물질이 매우 한정적이며, 농축단계, 회수단계, 제거단계 및 분석 단계 등 여러 단계를 거쳐 독성물질을 측정함에 따라, 분석 시간이 매우 오래 걸린다는 단점이 있다.
본 발명의 목적은 다종의 대기 오염물질을 필요에 따라 선택적으로 검출할 수 있는 검출 장치를 제공하는 것이다.
또한, 미량의 대기 오염물질을 농축한 후 탈착하여 센서의 고감도 센싱이 가능한 검출 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 저농도 대기오염물질 선택적 검출장치는 기체가 이동하는 유로에 위치되어 기체 내 오염물질을 감지하는 센서; 및 상기 센서로 이동하는 기체의 유로에 위치하며 기체 내 오염물질이 흡착되는 흡착제, 상기 흡착제와 인접하게 위치하며 상기 흡착제로부터 서로 다른 오염물질을 개별 탈착시키는 탈착수단을 포함하여 농축된 오염물질을 상기 센서로 전달시키는 농축부;를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 저농도 대기 오염물질 선택적 검출 장치에 있어서, 상기 흡착제는 복수개로 배열되되, 적어도 둘 이상은 서로 다른 소재로 구비되어 각각 다른 오염물질이 흡착되며, 상기 탈착수단은 각각의 흡착제와 인접하게 위치하여 각각의 흡착제에 흡착된 오염물질을 탈착시킬 수 있다.
발명의 일 실시예에 따른 저농도 대기 오염물질 선택적 검출 장치에 있어서, 상기 흡착제는 다공성 흡착구조체로, 상기 유로를 구획하도록 설치되고, 상기 탈착수단은 상기 흡착제의 외주면을 감싸도록 설치될 수 있다.
발명의 일 실시예에 따른 저농도 대기 오염물질 선택적 검출 장치에 있어서, 상기 탈착수단은 발열구조체로, 상기 유로를 구획하도록 설치되고, 상기 흡착제는 상기 다공성 구조체의 표면에 코팅된 흡착물질을 포함할 수 있다.
발명의 일 실시예에 따른 저농도 대기 오염물질 선택적 검출 장치에 있어서, 상기 발열구조체는 철(Fe), 크롬(Cr), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 백금(Pt), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W) 및 탄탈럼(Ta) 중 어느 하나의 금속 또는 이들의 합금일 수 있다.
발명의 일 실시예에 따른 저농도 대기 오염물질 선택적 검출 장치에 있어서, 상기 발열구조체는 탄화규소(SiC)계, 몰리브덴 실리사이드(MoSi2)계, 탄소계 및 지르코니아계 중 어느 하나의 발열체일 수 있다.
발명의 일 실시예에 따른 저농도 대기 오염물질 선택적 검출 장치에 있어서, 흡착물질은 실리카겔, 활성 알루미나, 합성비석, 목탁, 골탄, 활성탄, 금속유기구조체(MOF; metal organic frameworks), 초가교 고분자(HPR; hypercrosslinked polymeric resin) 및 제올라이트(zeolites)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상일 수 있다.
발명의 일 실시예에 따른 저농도 대기 오염물질 선택적 검출 장치에 있어서, 외부로부터 유입된 기체가 상기 센서로 이동되는 메인유로를 형성하는 메인라인; 상기 메인유로에 위치되는 상기 농축부; 및 상기 농축부와 상기 센서 사이에 위치하며 상기 메인유로로부터 분기된 서브유로를 형성하는 서브라인;을 포함할 수 있다.
발명의 일 실시예에 따른 저농도 대기 오염물질 선택적 검출 장치에 있어서, 상기 농축부는 복수개로 구비되며 메인유로에 상호 병렬로 연결될 수 있다.
본 발명의 저농도 대기 오염물질 선택적 검출 방법은 기체에 포함된 서로 다른 오염물질이 농축부에 포함된 서로 다른 소재의 흡착제에 각각 흡착되는 단계를 포함하는 흡착모드; 및 상기 흡착제에 인접하게 위치하는 탈착수단에 의해 상기 흡착제로부터 서로 다른 오염물질이 개별 탈착되어 센서로 이동하는 단계를 포함하는 탈착모드;를 포함하며, 상기 흡착모드 및 상기 탈착모드는 선택적으로 이루어진다.
본 발명의 일 실시예에 따른 저농도 대기 오염물질 선택적 검출 방법에 있어서, 상기 흡착모드는 메인유로가 개방되며 상기 메인유로에 위치하는 상기 농축부에 기체가 유입되는 단계, 상기 각 흡착제에 각각 다른 오염물질이 흡착되는 단계, 상기 흡착제를 통과한 기체가 상기 메인유로로부터 분기된 서브유로를 통해 배출되는 단계,를 포함하고, 상기 탈착모드는 상기 흡착제 각각에 인접하게 위치하는 탈착수단 중 선택된 어느 하나 또는 둘 이상의 탈착수단에 의해 상기 흡착제로부터 오염물질이 탈착되는 단계, 상기 탈착된 오염물질이 메인유로를 따라 센서로 이동하는 단계, 상기 센서가 오염물질의 농도를 포함하는 정보를 측정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 저농도 대기오염 물질 선택적 검출 방법에 있어서, 상기 흡착모드 시, 설정된 일정 시간이 경과할 경우, 상기 탈착모드가 진행될 수 있다.
본 발명의 저농도 대기 오염물질 선택적 검출 장치는 흡착제가 구비된 농축부에 의해 미량의 대기 오염 물질이 흡착되어 농축된 후 다량으로 탈착됨에 따라 센서의 고감도 센싱이 가능하다.
또한, 탈착수단을 통해 필요에 따라 각 흡착제에 부착된 오염물질을 별도로 탈착시켜 오염물질의 선택적 센싱이 가능하다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 저농도 대기 오염 물질 선택적 검출 장치의 정면도,
도 2는 도 1에 도시된 저농도 대기 오염 물질 선택적 검출 장치의 요부를 도시한 일부 절개 사시도,
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 저농도 대기 오염 물질 선택적 검출 장치의 요부를 도시한 일부 절개 사시도,
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 저농도 대기 오염 물질 선택적 검출 장치의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 저농도 대기 오염 물질 선택적 검출 장치의 사진,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 저농도 대기 오염 물질 선택적 검출 장치를 통한 오염 물질 검출 결과이다.
도 2는 도 1에 도시된 저농도 대기 오염 물질 선택적 검출 장치의 요부를 도시한 일부 절개 사시도,
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 저농도 대기 오염 물질 선택적 검출 장치의 요부를 도시한 일부 절개 사시도,
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 저농도 대기 오염 물질 선택적 검출 장치의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 저농도 대기 오염 물질 선택적 검출 장치의 사진,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 저농도 대기 오염 물질 선택적 검출 장치를 통한 오염 물질 검출 결과이다.
본 명세서에서 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 단수 형태는 문맥에서 특별한 지시가 없는 한 복수 형태도 포함하는 것으로 의도할 수 있다.
또한, 본 명세서에서 특별한 언급 없이 사용된 단위는 중량을 기준으로 하며, 일 예로 % 또는 비의 단위는 중량% 또는 중량비를 의미하고, 중량%는 달리 정의되지 않는 한 전체 조성물 중 어느 하나의 성분이 조성물 내에서 차지하는 중량%를 의미한다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 수치 범위는 하한치와 상한치와 그 범위 내에서의 모든 값, 정의되는 범위의 형태와 폭에서 논리적으로 유도되는 증분, 이중 한정된 모든 값 및 서로 다른 형태로 한정된 수치 범위의 상한 및 하한의 모든 가능한 조합을 포함한다. 본 발명의 명세서에서 특별한 정의가 없는 한 실험 오차 또는 값의 반올림으로 인해 발생할 가능성이 있는 수치범위 외의 값 역시 정의된 수치범위에 포함된다.
본 명세서의 용어, '포함한다'는 '구비한다', '함유한다', '가진다' 또는 '특징으로 한다' 등의 표현과 등가의 의미를 가지는 개방형 기재이며, 추가로 열거되어 있지 않은 요소, 재료 또는 공정을 배제하지 않는다.
본 발명의 저농도 대기 오염 물질 선택적 검출 장치는 기체가 이동하는 유로에 위치되어 기체 내 오염물질을 감지하는 센서; 및 센서로 이동하는 기체의 유로에 위치하며 기체 내 오염물질이 흡착되는 흡착제, 흡착제와 인접하게 위치하여 흡착제로부터 서로 다른 오염물질을 개별 탈착시키는 탈착수단을 포함하여 농축된 오염물질을 센서로 전달시키는 농축부;를 포함한다.
종래, 대기 오염물질 검출 장치는 미량의 오염물질을 측정하기 어려웠다. 이에, 흡착제에 오염물질을 농축시킨 후 탈착시켜 농축된 오염물질을 통해 센서의 센싱이 가능하도록 하였으나 여러 오염물질이 동시에 센서부로 이동함에 따라 센싱하고자 하는 특정 오염물질의 농도는 비교적 낮아 신뢰성 있는 결과를 얻기 어려웠다. 게다가, 측정을 필요로 하는 오염물질을 선택적으로 측정할 수 없어 각 오염물질에 따라 따로 센싱을 해야한다는 번거로움이 있었다. 또한, 농축단계, 회수단계, 제거 단계 및 분석단계등 여러 단계를 거쳐 독성물질을 측정함에 따라 분석 시간이 매우 오래 걸린다는 단점이 있다.
반면, 본 발명의 저농도 대기 오염 물질 선택적 검출 장치는 농축부에 의해 미량의 대기 오염 물질이 농축된 후 센서 측으로 전달됨에 따라, 센서의 고감도 센싱이 가능하다. 아울러, 본 발명은 선택적으로 타겟 오염 물질을 흡착시키고 탈착수단을 통해 각 흡착제에 부착된 서로 다른 오염물질을 필요에 따라 개별 탈착시킨 후 센서 전달할 수 있다. 이에, 오염물질의 선택적 센싱이 가능하다.
이하, 상기와 같은 본 발명의 일실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1 내지 도 2에는 본 발명의 일 실시예에 따른 저농도 대기 오염 물질 선택적 검출 장치가 도시되어 있다.
도 1 내지 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 저농도 대기오염 물질 선택적 검출장치는 외부로부터 유입된 기체가 센서(650)로 이동되는 메인유로(250a)를 형성하는 메인부재(250), 메인유로(250a)에 위치되는 농축부(450) 및 농축부(450)와 센서(650) 사이에 위치하며 메인유로(250a)로부터 분기된 서브유로(350a)를 형성하는 서브부재(350)을 포함할 수 있다.
상세하게, 메인부재(250)는 오염물질이 포함된 기체가 이동하는 통로인 메인유로(250a)를 형성하는 것으로, 도면에 도시된 바와 같이 관부재로 구비될 수 있으나, 함체 등과 같이 내부공간이 형성된 본체일 수 있다. 즉, 메인부재(250)는 기체가 이동하는 통로인 메인유로(250a)를 형성하며, 농축부(450)가 설치될 수 있는 구조라면 한정되지 않는다. 메인부재(250)는 제1밸브(251)에 의해 개폐되어 외부로부터 기체의 공급 여부를 조절할 수 있다. 또한, 메인부재(250)는 질량 유량 제어기(Mass Flow Controller, MFC)(252)와 연결될 수 있다. 메인부재(250)를 통해 유입된 기체는 오염물질이 포함된 기상의 것으로, 예를 들어 정화되지 않은 대기(Atmosphere)일 수 있으나 이에 한정 되지 않는다.
센서(650)는 구체적으로, 각종 오염물질을 감지할 수 있는 공지의 화학센서일 수 있다. 예를 들어, 산화물 반도체 재료를 사용하는 반도체식 가스센서, VOC를 전자와 충돌하여 이온화시켜 검출하는 이온화식 가스센서 또는 팔라듐, 백금 같은 촉매, 알루미나 담체를 이용한 접촉 연소식 가스센서가 예시될 수 있다. 구체적인 일 예로, 반도체식 가스센서는 SnO2, TiO2, ZrO 및 In2O3와 같은 금속 산화물을 이용한 센서일 수 있으며, 주위 가스의 흡착 및 탈착에 의해 발생하는 감지체의 표면반응을 이용하여 가스의 농도 및 종류를 측정하는 것일 수 있으나, 이에 제한받지 않는다. 센서는 도면에 도시된 바와 달리 오염물질의 종류 및 갯수에 따라 복수개로 구비될 수 있다.
본 발명의 농축부(450)는 각종 오염물질을 흡착하여 농축시킨 후 센서로 이동시키기 위한 것으로, 오염물질을 흡착할 수 있는 흡착제(460) 및 탈착할 수 있는 탈착수단(470)을 포함한다. 흡착제(460)는 다양한 오염물질을 흡착시키거나 어느 한 종류의 오염물질을 흡착시킬 수 있다. 탈착수단(470)은 흡착제(460) 각각에 인접하게 위치하여 흡착제를 가열시켜 흡착제(460)로부터 오염물질을 개별 탈착시킬 수 있다. 일 예로, 한 종류의 소재로 이루어진 흡착제(450)에 탈착 온도가 다른 다양한 오염물질이 부착되었을 경우, 탈착수단(470)을 통해 흡착제(450)에 가해지는 온도를 조절하여 오염물질이 개별 탈착될 수 있다.
이와 달리, 흡착제는 복수개로 배열되되, 적어도 둘 이상의 흡착제(460)는 서로 다른 소재로 각각 서로 다른 오염물질이 흡착될 수 있다. 이때 탈착수단(470)은 흡착제와 동일한 개수로 구비되며, 각 흡착제와 인접하게 위치하여, 각 흡착제에 흡착된 오염물질을 탈착 시킬 수 있다.
구체적으로, 어느 한 종류의 오염물질(이하, 제1오염물질)만을 센싱하고자 할 때, 제1오염물질을 흡착할 수 있는 소재로 이루어진 흡착제(460)와 인접한 탈착수단(470)을 작동시켜 제1오염물질 만을 센서(650)로 전달하여 센싱할 수 있다. 아울러, 둘 이상의 종류를 센싱할 시엔 두 종류의 오염물질이 각각 흡착된 두 개의 흡착제(460)와 인접한 탈착수단(470)을 작동시켜 두 종류의 오염물질을 센서(650)로 전달하여 센싱할 수 있다. 이와 같은 본 발명의 농축부(450)는 농축된 오염물질을 선택적으로 센서(650)측으로 전달할 수 있음에 따라, 센서(650)의 오염 물질 센싱에 있어 선택도를 향상시킬 수 있으며, 동일한 온도에서 탈착되는 오염물질들도 구분하여 탈착할 수 있음에 따라 더욱 더 선택성이 높은 센싱이 가능하도록 한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 농축부(450)는 도면에 도시된 바와 같이, 메인유로(250a)를 구획하며, 메인부재(250) 내부에 설치되는 다수개의 흡착제(460)를 포함할 수 있다. 흡착제(460)는 기체와 접촉하여 오염물질이 흡착될 수 있되 기체가 통과할 수 있도록 미세한 기공이 형성된 다공성 흡착구조체로 구비될 수 있다.
구체적으로 다공성 흡착구조체의 비표면적은 500 내지 5000 m2/g, 더욱 구체적으로 1000 내지 3000m2/g 일 수 있으나 이에 한정되진 않는다. 다공성 흡착구조체의 미세기공 크기는 2 내지 50 ㎚ 범위의 메조포어(meso-pore) 또는 50 내지 500 ㎚ 범위의 매크로포어(macropores)로 기공 크기가 한정되진 않으나, 기공 부피(pore volume)는 평균 0.1 내지 5cm3/g, 상세하게 0.2 내지 3 cm3/g 일 수 있다. 또한, 다공성 흡착구조체의 흡착량(adsorption capacity)은 10 내지 2000mg/g, 구체적으로, 50 내지 1500 mg/g 일 수 있다.
이처럼 다공성 흡착구조체로 구비된 흡착제(460)는 다양한 방식으로 배열될 수 있으나, 메인유로(250a)에서 기체의 이동방향을 따라 동일 간격으로 이격되어 배열될 수 있다. 이에, 후술할 탈착수단(470)이 각각의 흡착제(460)에 인접하게 각각 설치될 시, 하나의 탈착수단(470)이 하나의 흡착제(460)에 만 영향을 끼치도록 위치 설계가 용이할 수 있다.
상술한 바와 같이 농축부(450)의 적어도 둘 이상의 흡착제(460)는 상이한 소재로 각각 상이한 오염물질이 흡착될 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 농축부(450)는 메인유로(250a)의 기체 이동방향을 따라 나열된 흡착제(460)를 순차적으로 제 1 내지 제3 흡착제(461)(463)(465)라 가정할 시, 제1 내지 제3 흡착제(461)(463)(465)는 모두 상이한 소재로 구비될 수 있으며, 이와 달리, 제1 및 제3 흡착제(461)(465)는 동일한 소재, 제2 흡착제(463)는 제1 및 제3흡착제(461)(465)와 다른 소재로 구비될 수 있다. 이와 같은 농축부(450)는 동일한 소재로 구비된 흡착제(460)에는 동일한 종류의 오염물질이 흡착되며, 다른 소재로 구비된 흡착제(460)에는 다른 종류의 오염물질이 흡착될 수 있다.
일 예로, 제1 흡착제(461)는 수분을 유리하게 흡착할 수 있는 친수성 물질일 수 있으며, 제2 흡착제(463)는 유기용제를 유리하게 흡착할 수 있는 소수성 물질로 구비될 수 있다. 구체적으로, 제1 흡착제(461)는 활성백토, 실리카겔, 활성 알루미나 및 합성비석으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 또는 둘 이상의 물질을 함유할 수 있으며, 제 2 흡착제(463)는 목탁, 골탄 및 활성탄으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 또는 둘 이상의 물질을 함유할 수 있다. 본 발명의 흡착제(460)는 이에 한정되지 않고 기체에 함유된 오염물질을 흡착할 수 있는 종래 흡착제(460)는 모두 적용이 가능하나, 복수개로 구비되는 흡착제(460) 중 적어도 두 개 이상은 서로 다른 소재로 구비되어 서로 다른 오염물질이 흡착될 수 있도록 한다.
탈착수단(470)은 복수개로 구비된 흡착제(460) 각각에 흡착제(460) 각각에 인접하게 위치하여 흡착제(460)로부터 오염물질을 개별 탈착시킬 수 있는 것으로, 흡착제(460)로부터 흡착된 물질을 탈착시킬 수 있는 종래 탈착수단(470)은 모두 적용이 가능하다. 예를 들어, 캐리어 가스를 공급하여 흡착제(460)에 흡착된 오염물질을 탈착할 수 있는 에어공급기, 흡착제(460)를 진동시켜 오염물질을 탈착할 수 있는 진동체 일 수 있다. 바람직하게는 흡착제(460) 각각을 가열시켜 흡착제(460)로부터 오염물질을 탈착시키는 가열체(472)일 수 있다. 이와 같은 가열체(472)는 열공급을 통해 흡착제(460)로부터 오염물질을 탈착시킴에 따라, 오염물질의 탈착속도가 빠르다. 이에, 본 발명의 저농도 대기 오염물질 농축 키트는 더욱 신속한 센싱이 가능할 수 있다.
가열체(472)는 흡착제(460)를 가열시킬 수 있도록 열에너지를 공급할 수 있는 종래 가열체(472) 모두 적용이 가능하나 바람직하게는 줄열을 발생하는 저항체일 수 있으며, 저항체는 전원의 인가 여부에 따라 손쉽게 열에너지의 공급 및 중단이 이루어져, 각 흡착제(460)의 개별 가열이 용이할 수 있다. 가열체(472)는 도면에 도시된 바와 같이, 일정한 면적을 가지는 링형상의 부재로, 각각의 흡착체가 위치하는 메인부재(250)의 외측면을 감싸도록 위치될 수 있다.
가열체(472)는 흡착제(460)가 n개 구비될 시, 이와 동일한 개수인 n개로 구비될 수 있다. 구체 예로, 흡착제(460)가 3개 구비되고, 기체의 이동방향을 따라 순차적으로 제 1 내지 제3 흡착제(461)(463)(465)라 가정할 시, 제1흡착제(461)가 위치하는 메인부재(250) 외측면을 감싸도록 형성된 제1가열체(471), 제2흡착제(463)가 위치하는 메인부재(250) 외측면을 감싸도록 형성된 제2가열체(473), 제3흡착제(465)가 위치하는 메인부재(250) 외측면을 감싸도록 형성하는 제3가열체(475)로 구분될 수 있다. 도면에 도시된 바와 달리, 가열체(472)는 나선형 열선, 선형 열선 등 복수개로 구비된 흡착제(460)를 각각 가열시킬 수 있는 형상 및 구조는 한정되지 않고 적용이 가능하다.
서브부재(350)은 메인유로(250a)로부터 분기된 서브유로(350a)를 형성하는 것으로, 흡착제(460)를 통과한 기체가 센서(650)로 이동되지 않고 외부로 배출되게 한다. 도면에 도시된 바와 같이 관부재로 구비될 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 서브부재(350)의 서브유로(350a)는 제2밸브(351)에 의해 개폐될 수 있다. 제2밸브(351)가 개방되면 농축부(450)를 통과한 기체는 서브부재(350)의 서브유를 통해 외부로 배출될 수 있다. 이와 달리, 제2밸브(351)가 폐쇄되면 농축부(450)를 통과한 기체는 센서(650)로 이동할 수 있다.
이와 같은 농축부(450)를 포함하는 저농도 대기 오염물질 선택적 검출 장치는 메인유로(250a)에 인접하게 설치되는 제어부(750)에 의해 작동될 수 있다. 또한, 이와 인접하게 설치되는 배터리(850)에 의해 필요한 전력을 제공받을 수 있다. 도면에는 제어부(750) 및 배터리(850)가 동일한 하우징 내부에 위치하나, 이와 달리 각각 별도의 본체에 위치될 수 있다.
도 3에는 본 발명의 다른 실시예에 따른 농축부를 포함하는 저농도 대기 오염물질 선택적 검출장치가 도시되어 있다.
도 3을 참조하면 농축부의 탈착수단은 발열구조체(570)로 구비될 수 있으며, 흡착제는 발열구조체(570) 표면에 흡착제((571)이 코팅되어 구비될 수 있다. 이와 같은 농축부는 발열구조체(570)의 표면에 코팅된 흡착물질(571)에 의해, 발열구조체(570)가 형성하는 표면적에 비례하여 오염물질이 흡착될 수 있다. 또한, 흡착물질(571)에 오염물질이 농축된 후, 발열구조체(570)가 발열될 시, 발열구조체(570) 표면에 코팅된 흡착물질(571)에 균일하게 열에너지가 전달될 수 있다. 이로 인해, 비교적 빠른시간에 다량의 오염물질이 탈착될 수 있으며, 고감도 센싱이 빠르게 이루어질 수 있다.
구체적으로, 발열구조체(570)는 메인유로(250a)를 구획하도록 설치되는 것으로, 도면에 도시된 바와 같이 다수개가 일렬로 배열되어 구비될 수 있다.
발열구조체(570)는 줄열(Joule-Heating)을 발생하는 저항체로, 철(Fe), 크롬(Cr), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 백금(Pt), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W) 및 탄탈럼(Ta) 중 어느 하나의 금속 또는 이들의 합금일 수 있다. 또는 발열구조체는 탄화규소(SiC)계, 몰리브덴 실리사이드(MoSi2)계, 탄소계 및 지르코니아계 중 어느 하나의 발열체일 수 있으나, 이에 한정되진 않는다. 일예 로, SiC로 이루어져 일 수 있다. 발열구조체(570)의 형태는 메인유로의 유로형성 방향과 나란 방향으로 오픈된 다수의 채널을 갖는 모노리스(monolith) 구조를 할 수 있으며, 구체적으로, 허니컴-모노리스 구조로 구비될 수 있다.
이와 같은 발열구조체(570)는 메인유로(250a)내에 다양한 방식으로 배열될 수 있으나, 도면에 도시된 바와 같이 메인유로(250a)에서 기체의 이동방향을 따라 동일 간격으로 이격되어 배열될 수 있다. 이에, 상호 인접한 발열구조체(570)가 서로 간섭하는 것을 방지할 수 있다.
이때, 발열구조체(570)들은 상이한 흡착물질이 각각 코팅될 수 있다. 구체적으로, 메인유로(250a)의 기체 이동방향을 따라 나열된 발열구조체(570)를 순차적으로 제 1 내지 제3 발열구조체(571)(573)(575)라 가정할 시, 제1 내지 제3 발열구조체(571)(573)(575)는 모두 상이한 흡착물질이 코팅될 수 있다. 이와 달리, 제1 및 제3 발열구조체(571)(575)는 동일한 흡착물질, 제2 발열구조체(573)는 제1 및 제3 발열구조체(571)(575)와 다른 흡착물질이 코팅되어 구비될 수 있다. 이처럼, 동일한 흡착물질로 코팅된 발열구조체(570)는 동일한 종류의 흡착물질(561)이 흡착되며, 다른 흡착물질(561)로 코팅된 발열구조체(570)에는 다른 종류의 오염물질이 흡착될 수 있다.
흡착물질(561)은 당업계에 알려진 흡착제로 사용 가능한 흡착물질은 한정되지 않으나, 일 예로 흡착물질은 수분을 유리하게 흡착할 수 있는 친수성 물질 또는 유기용제를 유리하게 흡착할 수 있는 소수성 물질로 구비될 수 있다. 구체적으로, 흡착물질은 실리카겔, 활성 알루미나, 합성비석, 목탁, 골탄, 활성탄, 금속유기구조체(MOF; metal organic frameworks), 초가교 고분자(HPR; hypercrosslinked polymeric resin) 및 제올라이트(zeolites) 으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 또는 둘 이상의 물질을 함유할 수 있다.
이와 같은 흡착물질(561)이 코팅된 발열구조체(570)를 포함하는 농축부를 구비하는 저농도 대기 오염물질 선택적 검출 장치는 전기적 인가에 의해 발열구조체(570)가 발열되며, 이의 표면에 코팅된 흡착물질(561)에 흡착된 오염물질이 탈착될 수 있다.
이와 같은 본 발명의 저농도 대기 오염물질 선택적 검출 장치는 도 4에 도시된 바와 같이, 복수개의 농축부(450)가 구비될 수 있으며, 이때, 농축부(450)는 메인유로(250a)에 상호 병렬로 연결될 수 있다. 이처럼 메인유로(250a)에 다수개의 농축부(450)가 병렬 연결된 저농도 대기 오염물질 선택적 검출 장치는 다양한 종류의 흡착제 설치가 가능하여 더욱 더 다양한 종류의 오염물질을 선택적으로 센싱할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 저농도 대기 오염물질 선택적 검출 장치는 센서에 농축된 오염물질이 전달됨에 따라 우수한 센싱 감도를 가짐과 동시에, 필요로 하는 오염물질을 선택적으로 센싱할 수 있다.
본 발명의 저농도 대기 오염물질 선택적 검출 방법은 기체에 포함된 서로 다른 오염물질이 농축부에 포함된 서로 다른 소재의 흡착제에 각각 흡착되는 단계를 포함하는 흡착모드; 및 흡착제에 인접하게 위치하는 탈착수단에 의해 흡착제로부터 오염물질이 개별 탈착되며 탈착된 오염물질이 센서로 이동하는 단계로 포함하는 탈탁모드를 포함하는 것으로 흡착모드 및 탈착모드는 선택적으로 이루어질 수 있다. 이와 같은 검출 방법은 농축된 오염물질을 필요에 따라 종류별로 선택적으로 센싱이 가능하다.
구체적으로 흡착모드는 메인유로가 개방되며 메인유로에 위치하는 농축부에 기체가 유입되는 단계, 각 흡착제에 각각 다른 오염물질이 흡착되는 단계, 흡착제를 통과한 기체가 메인유로로부터 분기된 서브유로를 통해 배출단계를 포함할 수 있다. 이와 같은 흡착모드는 일정시간 동안 연속적으로 진행되며, 농축부에 대기 오염물질이 농축될 수 있다. 흡착모드의 수행시간은 흡착제에 대기 오염물질이 충분히 흡착될 수 있는 시간이라면 한정되지 않고 진행될 수 있다.
탈착모드는 상기 흡찰제 각각에 인접하게 위치하는 탈착수단 중 선택된 어느 하나 또는 둘 이상의 탈착수단에 의해 흡착제로부터 오염물질이 개별 탈착되는 단계, 탈착된 오염물질이 메인유로를 따라 센서로 이동하는 단계, 센서가 오염물질의 농도를 포함하는 정보를 측정하는 단계를 포함할 수 있다. 이와 같은 흡착모드 및 탈착모드는 선택적으로 수행될 수 있으나 바람직하게는 흡착모드 시, 대기 오염물질이 충분히 농축될 수 있도록 설정된 일정 시간이 경과한 후, 탈착모드가 진행될 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 저농도 대기 오염물질 선택적 검출 장치의 일 실시예 따른 검출방법에 대해 상세히 설명한다.
제어부의 흡착모드 시, 메인부재(250)에 설치된 제1밸브(251)가 개방되며, 외부 대기가 메인유로(250a)를 따라 유입되고 다수의 흡착제(460)가 일렬로 배열된 농축부(450)를 통과한다. 아울러, 서브부재(350)에 설치된 제2밸브(351)가 개방되며, 농축부(450)를 통과된 기체가 서브유로(350a)를 통해 이동하여 외부로 배출된다. 농축부(450)의 흡착제(460)에 오염물질이 충분히 흡착될 수 있는 일정 시간동안 흡착모드를 유지할 수 있다.
이후 설정된 일정 시간이 경과되면 제어부는 탈착모드를 수행한다. 탈착모드 시, 서브부재(350)에 설치된 제2밸브(351)가 폐쇄되고, 탈착수단(470)인 가열체(472)를 작동시켜 열에너지를 공급함으로써 흡착제(460)로부터 농축된 오염물질이 탈착된다. 제2밸브(351)가 폐쇄됨에 따라, 농축된 오염물질은 서브부재(350)이 아닌 센서(650)로 이동할 수 있으며, 센서(650)로 오염물질이 용이하게 이동할 수 있도록 메인유로(250a)와 연결된 펌프(651)가 더 구비될 수 있으며, 펌프(651)가 작동한다. 탈착모드 시, 센싱하고자 하는 오염물질의 종류에 따라, 제1 내지 제3 가열체(471)(473)(475) 중 어느 한 가열체(472)만 작동시켜 선택적으로 한 오염물질만 탈착시킬 수 있다. 이와 달리, 제1 내지 제3 가열체(471)(473)(475) 중 두 개의 가열체(472)만 작동시킬 수 있고, 제1 내지 제3 가열체(471)(473)(475) 모두를 작동시킬 수 있다.
이하 실시예를 통해 본 발명에 대하여 더욱 상세히 설명한다. 다만 하기 실시예는 본 발명을 상세히 설명하기 위한 하나의 참조일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 여러 형태로 구현될 수 있다.
또한 달리 정의되지 않은 한, 모든 기술적 용어 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 당업자 중 하나에 의해 일반적으로 이해되는 의미와 동일한 의미를 갖는다. 본원에서 설명에 사용되는 용어는 단지 특정 실시예를 효과적으로 기술하기 위함이고 본 발명을 제한하는 것으로 의도되지 않는다.
(실시예 1)
도 5에 도시된 바와 같이, 표면에 제올라이트 H-beta(Sigma-Aldrich)가 코팅된 발열구조체를 농축부로써 본 발명의 일 실시예에 따른 검출장치의 메인유로에 설치한 후, 상온에서, 1 ppm의 톨루엔 가스를 메인유로에 주입하였다. 톨루엔 가스는 fan를 통해 공급되었다. 사용된 발열구조체는 SiC으로 이루어졌으며, 허니컴 모노리스 구조인 것을 사용하였다. 센서부는 상용적으로 판매되는 TVOC 센서로 금속산화물기반 전기저항변화식 센서를 활용하였다.
도 6은 실시예 1의 농축부 유무에 따른 검출장치의 톨루엔 가스 센싱값 비교를 나타내는 그래프이다. 구체적으로, 도 6 (a)는 농축부가 없을 시, 센서부의 톨루엔 센싱값이며, (b)는 실시예 1의 톨루엔 센싱값이다. 더욱 구체적으로, 15 분동안 상온에서 톨루엔을 흡착 농축 시킨 후 발열구조체(SiC)에 전압을 가하여 가열시켜 주어 농축된 톨루엔을 탈착 시켜 센서부에 농축 톨루엔을 공급하였다.
도 6의 (b)에서 확인할 수 있듯이 가열을 180 ℃로 하였을 때 농축(흡착)된 톨루엔의 탈착으로 센서의 감지부에 고농도의 톨루엔이 주입되어 감도가 0.2 정도 반응 함을 확인하였고, 탈착 온도를 250 ℃로 가져갔을 때 감도 값 2가 넘는 검출이 가능하였다. 즉, 본 발명의 검출장치를 통해 저농도의 대기오염물질의 고감도 센싱이 가능함을 확인할 수 있었다.
이상과 같이 본 발명에서는 특정된 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
250: 메인부재
350 : 서브부재
450 : 농축부
460 : 흡착제
470 : 탈착수단
650 : 센서
350 : 서브부재
450 : 농축부
460 : 흡착제
470 : 탈착수단
650 : 센서
Claims (12)
- 기체가 이동하는 유로에 위치되어 기체 내 오염물질을 감지하는 센서; 및
상기 센서로 이동하는 기체의 유로에 위치하며 기체 내 오염물질이 흡착되는 흡착제, 상기 흡착제와 인접하게 위치하며 상기 흡착제로부터 서로 다른 오염물질을 개별 탈착시키는 탈착수단을 포함하여 농축된 오염물질을 상기 센서로 전달시키는 농축부;를 포함하고,
상기 흡착제는 복수개로 배열되되, 적어도 둘 이상은 서로 다른 소재로 구비되어 각각 다른 오염물질이 흡착되며,
상기 탈착수단은 각각의 흡착제와 인접하게 위치하여 각각의 흡착제에 흡착된 오염물질을 탈착시키는 저농도 대기 오염물질 선택적 검출 장치.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 흡착제는 다공성 흡착구조체로, 상기 유로를 구획하도록 설치되고,
상기 탈착수단은 상기 흡착제의 외주면을 감싸도록 설치되는 저농도 대기 오염물질 선택적 검출 장치. - 제1항에 있어서,
상기 탈착수단은 발열구조체로, 상기 유로를 구획하도록 설치되고,
상기 흡착제는 상기 발열구조체의 표면에 코팅된 흡착물질을 포함하는 저농도 대기 오염물질 선택적 검출 장치.
- 제4항에 있어서,
상기 발열구조체는 철(Fe), 크롬(Cr), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 백금(Pt), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W) 및 탄탈럼(Ta) 중 어느 하나의 금속 또는 이들의 합금인 저농도 대기 오염물질 선택적 검출 장치.
- 제4항에 있어서,
상기 발열구조체는 탄화규소(SiC)계, 몰리브덴 실리사이드(MoSi2)계, 탄소계 및 지르코니아계 중 어느 하나의 발열체인 저농도 대기 오염물질 선택적 검출장치.
- 제4항에 있어서,
흡착물질은 실리카겔, 활성 알루미나, 합성비석, 목탁, 골탄, 활성탄, 금속유기구조체(MOF; metal organic frameworks), 초가교 고분자(HPR; hypercrosslinked polymeric resin) 및 제올라이트(zeolites)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상인 저농도 대기 오염물질 선택적 검출장치.
- 제1항에 있어서,
외부로부터 유입된 기체가 상기 센서로 이동되는 메인유로를 형성하는 메인라인;
상기 메인유로에 위치되는 상기 농축부; 및
상기 농축부와 상기 센서 사이에 위치하며 상기 메인유로로부터 분기된 서브유로를 형성하는 서브라인;을 포함하는 저농도 대기 오염물질 선택적 검출 장치.
- 제5항에 있어서,
상기 농축부는 복수개로 구비되며 메인유로에 상호 병렬로 연결되는 저농도 대기 오염물질 선택적 검출 장치.
- 기체에 포함된 서로 다른 오염물질이 농축부에 포함된 서로 다른 소재의 흡착제에 각각 흡착되는 단계를 포함하는 흡착모드; 및
상기 흡착제에 인접하게 위치하는 탈착수단에 의해 상기 흡착제로부터 서로 다른 오염물질이 개별 탈착되어 센서로 이동하는 단계를 포함하는 탈착모드;를 포함하며,
상기 흡착모드 및 상기 탈착모드는 선택적으로 이루어지는 저농도 대기 오염 물질 선택적 검출 방법.
- 제 10항에 있어서,
상기 흡착모드는
메인유로가 개방되며 상기 메인유로에 위치하는 상기 농축부에 기체가 유입되는 단계, 상기 각 흡착제에 각각 다른 오염물질이 흡착되는 단계, 상기 흡착제를 통과한 기체가 상기 메인유로로부터 분기된 서브유로를 통해 배출되는 단계,를 포함하고,
상기 탈착모드는
상기 흡착제 각각에 인접하게 위치하는 탈착수단 중 선택된 어느 하나 또는 둘 이상의 탈착수단에 의해 상기 흡착제로부터 오염물질이 탈착되는 단계, 상기 탈착된 오염물질이 메인유로를 따라 센서로 이동하는 단계, 상기 센서가 오염물질의 농도를 포함하는 정보를 측정하는 단계를 포함하는 저농도 대기 오염물질 선택적 검출 방법.
- 제 10항에 있어서,
상기 흡착모드 시, 설정된 일정 시간이 경과할 경우, 상기 탈착모드가 진행되는 저농도 대기 오염 물질 선택적 검출 방법.
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210006060A KR102425175B1 (ko) | 2021-01-15 | 2021-01-15 | 저농도 대기 오염 물질 선택적 검출 장치 |
| US18/272,417 US20240077390A1 (en) | 2021-01-15 | 2022-01-14 | Low-concentration air pollutant selective detection device |
| PCT/KR2022/000754 WO2022154587A1 (ko) | 2021-01-15 | 2022-01-14 | 저농도 대기 오염 물질 선택적 검출 장치 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210006060A KR102425175B1 (ko) | 2021-01-15 | 2021-01-15 | 저농도 대기 오염 물질 선택적 검출 장치 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20220103445A KR20220103445A (ko) | 2022-07-22 |
| KR102425175B1 true KR102425175B1 (ko) | 2022-07-27 |
Family
ID=82448558
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020210006060A KR102425175B1 (ko) | 2021-01-15 | 2021-01-15 | 저농도 대기 오염 물질 선택적 검출 장치 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20240077390A1 (ko) |
| KR (1) | KR102425175B1 (ko) |
| WO (1) | WO2022154587A1 (ko) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102260168B1 (ko) * | 2019-07-26 | 2021-06-03 | 한국화학연구원 | 저농도 대기 오염 물질 농축 키트 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003530539A (ja) * | 1999-07-27 | 2003-10-14 | ハネウェル・インコーポレーテッド | 感度を増大する同調ヒーターを備えたガスセンサ |
| JP2009047593A (ja) * | 2007-08-21 | 2009-03-05 | Sharp Corp | 多孔質構造体を用いた特定ガス成分濃縮装置、及び特定ガス成分検出装置 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08101175A (ja) * | 1994-09-30 | 1996-04-16 | Shimadzu Corp | ガス捕集装置 |
| KR101634653B1 (ko) | 2014-03-26 | 2016-06-29 | 국방과학연구소 | 분석대상가스 농축용 흡착제 및 제조방법, 분석대상가스의 검출방법 |
| JP2015197400A (ja) * | 2014-04-02 | 2015-11-09 | シャープ株式会社 | ガス検出装置及びそれを用いたガス検出方法 |
| KR102255620B1 (ko) * | 2019-02-20 | 2021-05-26 | 한국화학연구원 | Voc 저감 시스템 및 voc 저감 방법 |
| KR102640852B1 (ko) * | 2019-04-19 | 2024-02-27 | 삼성전자주식회사 | 물품 보관 장치 및 이의 물품 상태 식별 방법 |
-
2021
- 2021-01-15 KR KR1020210006060A patent/KR102425175B1/ko active IP Right Grant
-
2022
- 2022-01-14 WO PCT/KR2022/000754 patent/WO2022154587A1/ko active Application Filing
- 2022-01-14 US US18/272,417 patent/US20240077390A1/en active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003530539A (ja) * | 1999-07-27 | 2003-10-14 | ハネウェル・インコーポレーテッド | 感度を増大する同調ヒーターを備えたガスセンサ |
| JP2009047593A (ja) * | 2007-08-21 | 2009-03-05 | Sharp Corp | 多孔質構造体を用いた特定ガス成分濃縮装置、及び特定ガス成分検出装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20240077390A1 (en) | 2024-03-07 |
| WO2022154587A1 (ko) | 2022-07-21 |
| KR20220103445A (ko) | 2022-07-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8584505B2 (en) | Measuring instrument and method for detecting the content of oil, hydrocarbons and oxidizable gases in air or compressed air | |
| US7080505B2 (en) | Vehicular atmosphere cleansing method | |
| US20120006193A1 (en) | Adsorption-desorption apparatus and process | |
| US8268630B2 (en) | Differential preconcentrator-based chemical sensor stabilization | |
| CN104677770A (zh) | 一种吸附材料性能测试装置及其使用方法 | |
| EP1466167B1 (de) | Verfahren und detektor zur erfassung von gasen | |
| JP2008525823A (ja) | ガス中のアンモニア濃度を検出する方法およびセンサ | |
| KR102425175B1 (ko) | 저농도 대기 오염 물질 선택적 검출 장치 | |
| WO2002044702A2 (en) | Adsorption based carbon monoxide sensor and method | |
| US20220266192A1 (en) | Kit for concentrating low-concentration air pollutants | |
| Bang et al. | A carbon nanotube sponge as an adsorbent for vapor preconcentration of aromatic volatile organic compounds | |
| JP6482973B2 (ja) | ガスセンサ | |
| EP3006098B1 (en) | Gas separation cartridge | |
| Jo et al. | Application of fibrous activated carbon filter in continuous-flow unit for removal of volatile organic compounds under simulated indoor conditions | |
| Cho et al. | Excellent toluene removal via adsorption by honeycomb adsorbents under high temperature and humidity conditions | |
| Mohsen et al. | Selection and characterization of adsorbents for the analysis of an explosive-related molecule traces in the air | |
| JP2020041833A (ja) | ガス検出装置 | |
| KR101158851B1 (ko) | 흡착 및 탈착 장치 | |
| US10139381B2 (en) | Toilet for filtering and analyzing gas components of excretia | |
| JP6225369B2 (ja) | ガス検知ユニット | |
| CN211585914U (zh) | 一种VOCs吸附脱附组合装置 | |
| WO2021222931A1 (en) | Fluidized bed for industrial hygiene applications | |
| Wolfrum et al. | The volatile organic compound (VOC) removal performance of desiccant-based dehumidification systems: Testing at sub-ppm VOC concentrations | |
| JP7347795B2 (ja) | 有機溶剤濃縮装置および有機溶剤濃縮装置の劣化判定方法 | |
| JP2001153857A (ja) | ガス除湿器 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |