KR102501792B1 - 표면 개질 처리된 공기청정기 필터용 활성탄 제조 방법 - Google Patents
표면 개질 처리된 공기청정기 필터용 활성탄 제조 방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR102501792B1 KR102501792B1 KR1020210158324A KR20210158324A KR102501792B1 KR 102501792 B1 KR102501792 B1 KR 102501792B1 KR 1020210158324 A KR1020210158324 A KR 1020210158324A KR 20210158324 A KR20210158324 A KR 20210158324A KR 102501792 B1 KR102501792 B1 KR 102501792B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- activated carbon
- modified
- delete delete
- air purifier
- oxide
- Prior art date
Links
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 281
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 31
- 230000004048 modification Effects 0.000 title description 5
- 238000012986 modification Methods 0.000 title description 5
- 238000010907 mechanical stirring Methods 0.000 claims abstract description 22
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims abstract description 22
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 21
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 21
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 claims abstract description 20
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 15
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims abstract description 13
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 claims abstract description 13
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims abstract description 11
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims abstract description 9
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 claims abstract description 6
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims abstract description 4
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 19
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 claims description 14
- 238000010306 acid treatment Methods 0.000 claims description 14
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 14
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims description 12
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 12
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 29
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 18
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 abstract description 10
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 abstract description 7
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 26
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 21
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 18
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 15
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 239000012855 volatile organic compound Substances 0.000 description 11
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 9
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 7
- 230000008569 process Effects 0.000 description 7
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 6
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 6
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 6
- 239000007833 carbon precursor Substances 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- 239000011941 photocatalyst Substances 0.000 description 6
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 5
- 229920002488 Hemicellulose Polymers 0.000 description 4
- 229910003087 TiOx Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 4
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 4
- HLLICFJUWSZHRJ-UHFFFAOYSA-N tioxidazole Chemical compound CCCOC1=CC=C2N=C(NC(=O)OC)SC2=C1 HLLICFJUWSZHRJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N Benzene Chemical compound C1=CC=CC=C1 UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000011324 bead Substances 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 238000010000 carbonizing Methods 0.000 description 3
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 description 3
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 229920005610 lignin Polymers 0.000 description 3
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N nitrogen oxide Inorganic materials O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 3
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- YNQLUTRBYVCPMQ-UHFFFAOYSA-N Ethylbenzene Chemical compound CCC1=CC=CC=C1 YNQLUTRBYVCPMQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 2
- 239000002551 biofuel Substances 0.000 description 2
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 2
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- 238000006552 photochemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000000527 sonication Methods 0.000 description 2
- 239000002023 wood Substances 0.000 description 2
- 235000017060 Arachis glabrata Nutrition 0.000 description 1
- 244000105624 Arachis hypogaea Species 0.000 description 1
- 235000010777 Arachis hypogaea Nutrition 0.000 description 1
- 235000018262 Arachis monticola Nutrition 0.000 description 1
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000195628 Chlorophyta Species 0.000 description 1
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CTQNGGLPUBDAKN-UHFFFAOYSA-N O-Xylene Chemical compound CC1=CC=CC=C1C CTQNGGLPUBDAKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 240000007594 Oryza sativa Species 0.000 description 1
- 235000007164 Oryza sativa Nutrition 0.000 description 1
- CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N Ozone Chemical compound [O-][O+]=O CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000370 acceptor Substances 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 239000000809 air pollutant Substances 0.000 description 1
- 231100001243 air pollutant Toxicity 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 1
- 230000000711 cancerogenic effect Effects 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 231100000315 carcinogenic Toxicity 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 238000004332 deodorization Methods 0.000 description 1
- 230000002542 deteriorative effect Effects 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000010828 elution Methods 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 1
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 230000005764 inhibitory process Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- WSFSSNUMVMOOMR-NJFSPNSNSA-N methanone Chemical compound O=[14CH2] WSFSSNUMVMOOMR-NJFSPNSNSA-N 0.000 description 1
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 1
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 description 1
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 description 1
- 235000019645 odor Nutrition 0.000 description 1
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 235000020232 peanut Nutrition 0.000 description 1
- 231100000614 poison Toxicity 0.000 description 1
- 230000007096 poisonous effect Effects 0.000 description 1
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000007348 radical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 235000009566 rice Nutrition 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000010902 straw Substances 0.000 description 1
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
- 239000008096 xylene Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
- B01J20/30—Processes for preparing, regenerating, or reactivating
- B01J20/32—Impregnating or coating ; Solid sorbent compositions obtained from processes involving impregnating or coating
- B01J20/3231—Impregnating or coating ; Solid sorbent compositions obtained from processes involving impregnating or coating characterised by the coating or impregnating layer
- B01J20/3234—Inorganic material layers
- B01J20/3236—Inorganic material layers containing metal, other than zeolites, e.g. oxides, hydroxides, sulphides or salts
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D35/00—Filtering devices having features not specifically covered by groups B01D24/00 - B01D33/00, or for applications not specifically covered by groups B01D24/00 - B01D33/00; Auxiliary devices for filtration; Filter housing constructions
- B01D35/02—Filters adapted for location in special places, e.g. pipe-lines, pumps, stop-cocks
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
- B01F27/00—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders
- B01F27/80—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders with stirrers rotating about a substantially vertical axis
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
- B01F31/00—Mixers with shaking, oscillating, or vibrating mechanisms
- B01F31/80—Mixing by means of high-frequency vibrations above one kHz, e.g. ultrasonic vibrations
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
- B01J20/02—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
- B01J20/20—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising free carbon; comprising carbon obtained by carbonising processes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
- B01J20/30—Processes for preparing, regenerating, or reactivating
- B01J20/305—Addition of material, later completely removed, e.g. as result of heat treatment, leaching or washing, e.g. for forming pores
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
- B01J20/30—Processes for preparing, regenerating, or reactivating
- B01J20/3078—Thermal treatment, e.g. calcining or pyrolizing
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
- B01J20/30—Processes for preparing, regenerating, or reactivating
- B01J20/3085—Chemical treatments not covered by groups B01J20/3007 - B01J20/3078
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J21/00—Catalysts comprising the elements, oxides, or hydroxides of magnesium, boron, aluminium, carbon, silicon, titanium, zirconium, or hafnium
- B01J21/06—Silicon, titanium, zirconium or hafnium; Oxides or hydroxides thereof
- B01J21/063—Titanium; Oxides or hydroxides thereof
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/002—Catalysts characterised by their physical properties
- B01J35/004—Photocatalysts
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
- C01B32/30—Active carbon
- C01B32/312—Preparation
Abstract
분말상의 활성탄 표면을 광촉매 성능이 우수한 흑색을 띄는 TiO2로 표면 개질 처리하는 것에 의해, 활성탄 본래의 성질이 그대로 유지되어 공기 중 유해물질에 대한 흡착 제거 성능을 향상시킬 수 있는 표면 개질 처리된 공기청정기 필터용 활성탄 및 그 제조 방법에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 표면 개질 처리된 공기청정기 필터용 활성탄 제조 방법은 (a) 활성탄을 pH 2 이하의 산성 수용액에서 산처리하는 단계; (b) 상기 산처리된 활성탄을 초음파 분산기를 이용한 초음파 처리로 교반하여 활성탄 현탁액을 형성하는 단계; (c) 상기 활성탄 현탁액에 Ti 금속 분말을 첨가하면서, 기계적 교반기를 이용하여 기계적 교반하는 단계; (d) 상기 기계적 교반에 의해 침전물이 생성된 활성탄 현탁액을 세척한 후, 진공 필터링하는 단계; 및 (e) 상기 진공 필터링에 의해 Ti 산화물이 표면에 첨착된 침전물을 혼합가스 분위기에서 열처리하여, Ti 산화물로 표면 개질 처리된 활성탄을 수득하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 표면 개질 처리된 공기청정기 필터용 활성탄 제조 방법은 (a) 활성탄을 pH 2 이하의 산성 수용액에서 산처리하는 단계; (b) 상기 산처리된 활성탄을 초음파 분산기를 이용한 초음파 처리로 교반하여 활성탄 현탁액을 형성하는 단계; (c) 상기 활성탄 현탁액에 Ti 금속 분말을 첨가하면서, 기계적 교반기를 이용하여 기계적 교반하는 단계; (d) 상기 기계적 교반에 의해 침전물이 생성된 활성탄 현탁액을 세척한 후, 진공 필터링하는 단계; 및 (e) 상기 진공 필터링에 의해 Ti 산화물이 표면에 첨착된 침전물을 혼합가스 분위기에서 열처리하여, Ti 산화물로 표면 개질 처리된 활성탄을 수득하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 표면 개질 처리된 공기청정기 필터용 활성탄 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 분말상의 활성탄 표면을 광촉매 성능이 우수한 흑색을 띄는 TiO2로 표면 개질 처리하는 것에 의해, 활성탄 본래의 성질이 그대로 유지되어 공기 중 유해물질에 대한 흡착 제거 성능을 향상시킬 수 있는 표면 개질 처리된 공기청정기 필터용 활성탄 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
산업의 고도화와 생활수준의 향상으로 환경오염원의 양이 지속적으로 증가하고 있으며, 특히 대기공해유발물질은 공장과 같은 작업 환경뿐만 아니라 자연 대기 환경 그리고 실내 환경도 악화시키고 있다.
실내 공기는 미세먼지와 휘발성 유기화합물(volatile organic compound, VOCs), 이산화탄소, 일산화탄소 등의 복합 가스상, 입자상 오염물질로 항시 오염되고 있는 실정이다. 그러나, 이에 대한 모니터링 기술은 제한적인 상황으로 이를 모니터링 및 공기 청정 효과를 위해 공기청정기의 필요성과 시장이 확대되고 있다.
휘발성 유기화합물의 대표적인 5종 VOCs (포름알데히드, 벤젠, 톨루엔, 자일렌, 에틸벤젠) 같은 휘발성 물질의 경우, 비등점이 매우 낮으며 상온에서도 계속 기체 상태로 변해 공기를 오염시키는 대기오염물질이면서 발암성을 지닌 독성 물질이며 악취를 일으키기도 한다. VOCs는 대기 중에서 질소 산화물이나 다른 화합물들과 결합해 입자가 큰 미세먼지로 바뀌거나 오존을 생성함으로 우리 건강을 위협하는 원인을 제공한다.
미세먼지와 같은 입자는 HEPA 필터를 이용하여 걸러낼 수 있지만, VOCs는 분자상태이기 때문에 HEPA 필터로 걸러낼 수 없다. 따라서, 공기청정기에서 악취와 유해물질을 제거하기 위해서는 활성탄과 같은 흡착 필터를 사용한다. 더 나아가 VOCs 및 기타 가스들을 더 효율적으로 분해 및 흡착하여 제거하기 위해 광촉매와 활성탄 복합소재들이 보고되고 있다.
대한민국 등록특허 제10-0324541호(2002.02.16. 공고)에는 이산화티타니아 광촉매와 광에너지를 활용하여 휘발성유기물질을 처리할 수 있는 광촉매가 코팅된 충전물 충진형 튜브형 광화학반응장치로서, 태양에너지 또는 램프(lamp)로부터 조사되는 광에너지와 불균일계 반도체 광촉매를 활용하여 액체상태는 물론 기체상태로 존재하는 유독유기물을 무해한 물질로 분해처리하는 광화학반응시스템이 개시되어 있다.
광촉매 원리는 TiO2 표면에 400nm 이하의 파장을 갖는 빛이 조사될 경우 전자와 홀(hole)이 생기면서 OH 라디칼이나 O2 -2 라디칼이 형성되어 유기물질을 산화(분해)시키는 작용을 말한다.
일반적인 갈바닉 셀에서, 더 많은 양의 전위를 가진 전극은 음의 전위를 가진 전극보다 더 쉽게 환원된다. 결과적으로, 더 많은 양의 전극이 전자를 받아들이고(환원) 음의 전극은 전위차에 의해 전자를 잃는다(산화). 일반적으로, 금속의 전위값은 탄소질 물질보다 낮고, 금속은 전자 공여체(환원제), 탄소질 물질은 전자 수용체(산화제) 역할을 한다. 최종적으로 탄소와 금속 물질의 전위차로 인해 탄소의 표면이 금속 산화물의 침전을 위한 핵 생성 사이트로 작용하여 금속 산화물이 생성된다.
고분자를 이용해 활성탄에 TiO2를 코팅할 경우 활성탄의 기공을 막을 우려가 있다. 활성탄과 같은 다공성 담체에 광촉매 고정화 방법으로 유기 및 무기 바인더를 이용한 기계적 코팅 또는 화학적 코팅방법과 촉매 분말과 활성탄 분말을 직접 혼합하여 입상물질을 제조하는 선행기술인 대한민국 공개특허공보 제10-2003-0028325호(2003.04.08. 공개)와 대한민국 실용신안등록공보 제20-0249122호(2001.10.19. 공고)에 의하면 다공성 담체의 기공을 바인더가 막아 다공성 담체의 기공을 감소시키거나 광촉매가 바인더로 피복되어 광활성이 저해되는 현상이 나타날 수 있으며, 광반응 중 라디칼 반응에 의하여 바인더가 분해 되고 이에 반응 중 광촉매 용출 또는 손실이 생길 수 있다. 광활성 구형 활성탄의 제조방법에서 TiO2 입자와 활성탄을 섞어 복합체로 만들 경우 균일한 복합물 형성에 어려움이 있다.
본 발명의 목적은 분말상의 활성탄 표면을 전위차를 이용한 손쉬운 방법을 통해 광촉매 성능이 우수한 흑색을 띄는 TiO2로 표면 개질 처리하는 것에 의해, 활성탄 본래의 성질이 그대로 유지되어 공기 중 유해물질에 대한 흡착 제거 성능을 향상시킬 수 있는 표면 개질 처리된 공기청정기 필터용 활성탄 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 표면 개질 처리된 공기청정기 필터용 활성탄 제조 방법은 (a) 활성탄을 pH 2 이하의 산성 수용액에서 산처리하는 단계; (b) 상기 산처리된 활성탄을 초음파 분산기를 이용한 초음파 처리로 교반하여 활성탄 현탁액을 형성하는 단계; (c) 상기 활성탄 현탁액에 Ti 금속 분말을 첨가하면서, 기계적 교반기를 이용하여 기계적 교반하는 단계; (d) 상기 기계적 교반에 의해 침전물이 생성된 활성탄 현탁액을 세척한 후, 진공 필터링하는 단계; 및 (e) 상기 진공 필터링에 의해 Ti 산화물이 표면에 첨착된 침전물을 혼합가스 분위기에서 열처리하여, Ti 산화물로 표면 개질 처리된 활성탄을 수득하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 (a) 단계에서, 상기 활성탄은 바이오매스 기반으로 500 ~ 700℃에서 탄화 처리하여 비표면적이 2,100m2/g 이상을 갖는 것을 이용한다.
삭제
상기 (b) 단계에서, 상기 초음파 처리는 4 ~ 12시간 동안 실시한다.
상기 (c) 단계에서, 상기 기계적 교반은 500 ~ 2,500rpm의 속도로 10 ~ 20시간 동안 실시한다.
상기 (c) 단계에서, 상기 활성탄과 Ti 금속 분말은 15 : 1 ~ 1 : 5의 중량비로 첨가한다.
상기 활성탄은 10 ~ 30㎛의 평균 입도를 갖고, 상기 Ti 금속 분말은 2㎛ 미만의 평균 입도를 갖는다.
상기 (e) 단계에서, 상기 혼합가스 분위기는 Ar 및 N2 중 1종 이상으로 구성된다.
상기 혼합가스는 100 cc/min 이상의 유량을 공급하도록 제어된다.
상기 (e) 단계에서, 상기 열처리는 500 ~ 800℃에서 1 ~ 12시간 동안 실시한다.
상기 (e) 단계에서, 상기 Ti 산화물은 TiOx(여기서, 1 ≤ x ≤ 3임.)인 것이 바람직하다.
상기 Ti 산화물은 흑색을 띄는 TiO2인 것이 보다 바람직하다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 표면 개질 처리된 공기청정기 필터용 활성탄은 활성탄; 및 상기 활성탄의 표면을 덮도록 형성되어, 상기 활성탄의 표면을 개질하는 Ti 산화물;을 포함하며, 상기 Ti 산화물은 TiOx(여기서, 1 ≤ x ≤ 3임.)인 것을 특징으로 한다.
상기 활성탄은 2,100m2/g 이상의 비표면적을 갖는다.
상기 Ti 산화물은 흑색을 띄는 TiO2인 것이 바람직하다.
상기 활성탄은 복수의 기공을 구비하고, 상기 Ti 산화물은 상기 복수의 기공을 막지 않으면서, 상기 활성탄의 표면에만 형성되어 있다.
상기 표면 개질 처리된 공기청정기 필터용 활성탄은 유해가스 제거율 80% 이상을 나타낸다.
본 발명에 따른 표면 개질 처리된 공기청정기 필터용 활성탄 및 그 제조 방법은 전위차를 이용한 손쉬운 방법으로 분말상의 활성탄 표면에 흑색을 띄는 Ti 산화물을 첨착되도록 형성하여 금속 산화물-탄소 복합체로 이루어진 표면 개질 처리된 활성탄을 제조하였다.
이와 같이, 본 발명에 따른 표면 개질 처리된 공기청정기 필터용 활성탄 및 그 제조 방법은 활성탄의 기공을 막지 않고 활성탄 표면에만 광촉매 성능이 우수한 흑색을 띄는 TiO2로 표면 개질이 이루어지는 것에 의해, 활성탄 본래의 성질이 그대로 유지되어 공기 중 유해물질에 대한 흡착 제거 성능을 향상시킬 수 있게 된다.
이 결과, 본 발명에 따른 표면 개질 처리된 공기청정기 필터용 활성탄 및 그 제조 방법은 흑색을 띄는 TiO2로 표면 개질 처리된 활성탄을 공기청정기용 필터로 활용하게 되면, 유해물질 제거 효율이 우수하여 미세먼지와 휘발성 유기화합물(VOCs)에 대한 흡착 제거 성능을 획기적으로 향상시킬 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 표면 개질 처리된 공기청정기 필터용 활성탄 제조 방법을 나타낸 공정 순서도.
도 2는 초음파 처리 과정을 설명하기 위한 모식도.
도 3은 기계적 교반 과정을 설명하기 위한 모식도.
도 4 내지 도 6은 실시예 1 및 비교예 1 ~ 2에 따라 제조된 시료에 대한 유해가스 제거율을 측정한 결과를 나타낸 그래프.
도 2는 초음파 처리 과정을 설명하기 위한 모식도.
도 3은 기계적 교반 과정을 설명하기 위한 모식도.
도 4 내지 도 6은 실시예 1 및 비교예 1 ~ 2에 따라 제조된 시료에 대한 유해가스 제거율을 측정한 결과를 나타낸 그래프.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 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 구성요소를 지칭한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 표면 개질 처리된 공기청정기 필터용 활성탄 및 그 제조 방법에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 표면 개질 처리된 공기청정기 필터용 활성탄 제조 방법을 나타낸 공정 순서도이고, 도 2는 초음파 처리 과정을 설명하기 위한 모식도이며, 도 3은 기계적 교반 과정을 설명하기 위한 모식도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 표면 개질 처리된 공기청정기 필터용 활성탄 제조 방법은 산처리 단계(S110), 초음파 처리 단계(S120), 기계적 교반 단계(S130), 진공 필터링 단계(S140) 및 열처리 단계(S150)를 포함한다.
산처리
산처리 단계(S110)에서는 활성탄을 pH 2 이하의 산성 수용액에서 산처리한다.
이러한 산처리에 의해, 활성탄의 표면 및 내부에는 복수의 기공이 형성될 수 있다.
여기서, 활성탄은 바이오매스 기반으로 500 ~ 700℃에서 탄화 처리하여 비표면적이 2,100m2/g 이상을 갖는 것을 이용하는 것이 바람직하다.
이때, 바이오매스는 10 ~ 150 mesh의 평균 직경을 갖도록 파쇄된 것을 이용하는 것이 바람직하다. 이러한 바이오매스로는 톱밥(sawdust), 볏짚, 폐목의 잔가지, 나뭇가지 및 우드 스크랩, 땅콩 껍질, 벌채 부산물 등의 목질계 바이오매스, 녹조류 등을 그 예로 들 수 있다. 이러한 바이오매스는 주변에서 흔히 구할 수 있는 물질로서, 원료 확보가 용이한 장점이 있다.
이러한 바이오매스의 경우, 셀룰로즈, 헤미셀룰로즈 및 리그닌으로 구성되어 있다. 바이오매스는 펄프나 바이오 연료 등의 다양한 산업에서 그 쓰임새가 증가하는 추세이다. 바이오 연료 산업에서는 바이오매스 구성성분 중 셀룰로즈만이 당화를 거쳐 사용될 수 있는데, 헤미셀룰로즈의 경우에는 생산 중 제거가 되며, 이때 헤미셀룰로즈가 빠져 나가면서 구조가 풀어지고 공극이 생겨 활성탄 제조시 유리한 상태가 되어, 잔사 리그닌을 효과적으로 이용할 수 있다.
본 단계에서, 산처리는 pH 2 이하의 황산, 질산 및 염산 중 선택된 1종 이상을 포함하는 산성 수용액을 이용하는 것이 바람직한데, 이는 pH 2를 초과하는 산성 수용액을 사용하게 되면 활성탄의 표면 개질 측면에서는 유리하나, 환경 오염을 일으킬 우려가 있기 때문이다.
이러한 산처리는 2 ~ 10℃/min의 속도로 20 ~ 100℃까지 승온시킨 후, 20 ~ 100℃를 유지시킨 상태에서 3 ~ 6시간 동안 실시하는 것이 바람직하다.
산처리 온도가 20℃ 미만이거나, 산처리 시간이 3시간 미만일 경우에는 바이오매스에 함유된 셀룰로즈, 헤미셀룰로즈 및 리그닌 성분의 분리가 충분하지 않을 수 있다. 반대로, 산처리 온도가 100℃를 초과하거나, 산처리 시간이 6시간을 초과할 경우에는 더 이상의 효과 상승 없이 제조 비용만을 증가시키는 요인으로 작용할 수 있으므로, 경제적이지 못하다.
이러한 산처리는 200 ~ 1,000rmp의 속도로 교반하는 것이 바람직하다. 교반 속도가 200rpm 미만일 경우에는 활성탄과 산성 수용액이 균일하게 혼합되지 못할 우려가 있다. 반대로, 교반 속도가 1,000rpm을 초과할 경우에는 더 이상의 효과 없이 제조 비용만을 상승시키는 요인으로 작용할 수 있으므로, 경제적이지 못하다.
초음파 처리
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 초음파 처리 단계(S120)에서는 산처리된 활성탄을 초음파 분산기(30)를 이용한 초음파 처리로 교반하여 활성탄 현탁액(5)을 형성한다.
이러한 초음파 처리 단계(S110)에서는 산처리된 활성탄을 증류수와 함께 반응 용기(10) 내에 투입한 후, 초음파 분산기(30)를 이용한 초음파 처리로 교반하여 활성탄 현탁액(5)을 형성하게 된다.
초음파 처리는 초음파 분산기(30)을 이용하여 25 ~ 35KHz의 주파수 및 5 ~ 10W 출력 전압 조건으로 4 ~ 12시간 동안 실시하는 것이 바람직하다.
초음파 처리시, 초음파 출력 전압이 5W 미만이거나, 초음파 처리 시간이 4시간 미만으로 실시될 경우에는 분산성 향상 효과를 제대로 발휘하지 못할 우려가 있다. 반대로, 초음파 처리시, 초음파 출력 전압이 10 W를 초과하거나, 초음파 처리 시간이 12시간을 초과할 경우에는 과도한 초음파 인가로 인하여 산처리된 활성탄이 손상되는 문제를 야기할 수 있으므로, 바람직하지 못하다.
기계적 교반
도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 기계적 교반 단계(S130)에서는 활성탄 현탁액에 Ti 금속 분말을 첨가하면서, 기계적 교반기(50)를 이용하여 기계적 교반한다.
이러한 기계적 교반 단계(S130)에서는 활성탄 현탁액을 혼합 용기(20) 내에 투입한 후, Ti 금속 분말을 서서히 드롭시키는 드롭 와이즈 방식으로 첨가하면서 기계적 교반기(50)를 이용하여 기계적 교반을 수행하게 된다. 이러한 기계적 교반에 의해, 혼합 용액(20) 내에는 침전물이 생성된 활성탄 현탁액(15)이 형성된다.
본 단계에서, 활성탄과 Ti 금속 분말은 15 : 1 ~ 1 : 5의 중량비로 첨가하는 것이 바람직하고, 보다 바람직한 범위로는 10 : 1 ~ 2 : 1의 중량비를 제시할 수 있다. 여기서, 활성탄은 10 ~ 30㎛의 평균 입도를 갖고, Ti 금속 분말은 2㎛ 미만의 평균 입도를 갖는 것을 이용하는 것이 바람직하다.
기계적 교반은 500 ~ 2,500rpm의 속도로 10 ~ 20시간 동안 실시하는 것이 바람직하고, 보다 바람직한 범위로는 1,500 ~ 2,000rpm의 속도로 12 ~ 16시간 동안 실시하는 것이 좋다. 이와 같이, 초음파 처리를 통해 분산 과정을 거친 뒤 강한 세기로 기계적 회전 교반을 진행하면서 Ti 금속 분말을 투입하게 되면, 활성탄의 표면과 Ti 금속의 전위차로 인해 활성탄의 표면에 Ti 산화물이 형성된다.
기계적 교반 속도가 500rpm 미만이거나, 기계적 교반 시간이 10시간 미만일 경우에는 활성탄의 표면과 Ti 산화물이 균일하게 형성되지 못할 우려가 있다. 반대로, 기계적 교반 속도가 2,500rpm을 초과하거나, 기계적 교반 시간이 20시간을 초과할 경우에는 활성탄의 표면이 Ti로 두껍게 첨착되거나 Ti 입자의 성장이 과도하게 이루어지게 되어 활성탄 본래의 기능이 발휘되지 못할 우려가 있으므로, 바람직하지 못하다.
따라서, 본 발명에서는 활성탄의 표면과 Ti 금속 간의 전위차를 이용하여 활성탄의 표면에 Ti 산화물을 생성하기 때문에 별도의 화학 용액 없이도 화학적으로 균일하게 Ti 산화물을 활성탄의 표면에 고정시킬 수 있는 장점을 가지고 있어 기존의 표면 개질 활성탄 보다 훨씬 더 큰 활성을 나타낼 수 있게 된다.
진공 필터링
도 1에 도시된 바와 같이, 진공 필터링 단계(S140)에서는 기계적 교반에 의해 침전물이 생성된 활성탄 현탁액을 세척한 후, 진공 필터링한다.
여기서, 세척은 증류수를 이용하여 적어도 2회 이상 실시하는 것이 바람직하다.
본 단계에서, 진공 필터링에 의해 활성탄의 표면에 Ti 산화물이 생성된 침전물만을 선택적으로 수득하게 된다.
열처리
열처리 단계(S150)에서는 진공 필터링에 의해 Ti 산화물이 표면에 첨착된 침전물을 혼합가스 분위기에서 열처리하여, Ti 산화물로 표면 개질 처리된 활성탄을 수득한다.
여기서, Ti 산화물은 TiOx(여기서, 1 ≤ x ≤ 3임.)일 수 있다. 보다 바람직하게, Ti 산화물은 흑색을 띄는 TiO2일 수 있다.
본 단계에서, 혼합가스 분위기는 Ar 및 N2 중 1종 이상으로 구성되는 것이 바람직하다. 이때, 혼합가스는 100 cc/min 이상의 유량을 공급하도록 제어되는 것이 바람직하다.
열처리는 500 ~ 800℃에서 1 ~ 12시간 동안 실시하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 600 ~ 700℃에서 2 ~ 4시간 동안 실시하는 것이 좋다. 열처리 온도가 500℃ 미만이거나, 열처리 시간이 1시간 미만일 경우에는 충분한 열처리가 이루어지지 못하는데 기인하여 흑색을 띄는 Ti 산화물로 표면 개질이 이루어지지 못할 우려가 있다. 반대로, 열처리 온도가 800℃를 초과하거나, 열처리 시간이 12시간을 초과할 경우에는 더 이상의 효과 상승 없이 제조 비용 및 시간만을 증가시킬 우려가 있으므로, 경제성 측면에서 바람직하지 못하다.
이러한 열처리를 통하여 제조되는 Ti 산화물로 표면 개질 처리된 활성탄은 활성탄의 복수의 기공을 막지 않고 노출된 활성탄 표면에만 광촉매 성능이 우수한 흑색을 띄는 Ti 산화물인 TiO2로 표면 개질이 이루어진다. 이 결과, Ti 산화물이 활성탄의 기공을 막지 않으면서 노출된 표면만을 덮도록 형성되므로, 활성탄 본래의 성질이 그대로 유지되어 공기 중 유해물질에 대한 흡착 제거 성능을 향상시킬 수 있게 된다.
이상으로, 본 발명의 실시예에 따른 표면 개질 처리된 공기청정기 필터용 활성탄 제조 방법이 종료될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 방법으로 제조되는 표면 개질 처리된 공기청정기용 활성탄은 활성탄과, 활성탄의 표면을 덮도록 형성되어, 활성탄의 표면을 개질하는 Ti 산화물을 포함한다. 여기서, Ti 산화물은 TiOx(여기서, 1 ≤ x ≤ 3임.)일 수 있고, 보다 바람직하게 Ti 산화물은 흑색을 띄는 TiO2일 수 잇다.
아울러, 활성탄은 2,100m2/g 이상의 비표면적을 갖는다. 이러한 활성탄은 복수의 기공을 구비하고, Ti 산화물은 복수의 기공을 막지 않으면서, 활성탄의 표면에만 형성되어 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 방법으로 제조되는 표면 개질 처리된 공기청정기용 활성탄은 Ti 산화물이 활성탄의 기공을 막지 않으면서 노출된 표면만을 덮도록 형성되므로, 활성탄 본래의 성질이 그대로 유지되어 공기 중 유해물질에 대한 흡착 제거 성능을 향상시킬 수 있게 된다.
이 결과, 본 발명의 실시예에 따른 방법으로 제조되는 표면 개질 처리된 공기청정기 필터용 활성탄은 유해가스 제거율 80% 이상을 나타낼 수 있게 된다.
지금까지 살펴본 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 표면 개질 처리된 공기청정기 필터용 활성탄 및 그 제조 방법은 분말상의 활성탄 표면에 흑색을 띄는 Ti 산화물을 첨착되도록 형성하여 금속 산화물-탄소 복합체로 이루어진 표면 개질 처리된 활성탄을 제조하였다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 표면 개질 처리된 공기청정기 필터용 활성탄 및 그 제조 방법은 활성탄의 기공을 막지 않고 활성탄 표면에만 광촉매 성능이 우수한 흑색을 띄는 TiO2로 표면 개질이 이루어지는 것에 의해, 활성탄 본래의 성질이 그대로 유지되어 공기 중 유해물질에 대한 흡착 제거 성능을 향상시킬 수 있게 된다.
이 결과, 본 발명의 실시예에 따른 표면 개질 처리된 공기청정기 필터용 활성탄 및 그 제조 방법은 흑색을 띄는 TiO2로 표면 개질 처리된 활성탄을 공기청정기용 필터로 활용하게 되면, 유해물질 제거 효율이 우수하여 미세먼지와 휘발성 유기화합물(VOCs)에 대한 흡착 제거 성능을 획기적으로 향상시킬 수 있게 된다.
실시예
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.
여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.
1. 시료 제조
실시예 1
활성탄 제조
바이오매스를 기공 발달이 쉬운 온도인 600℃에서 탄화하여 탄소 전구체를 제조하고, 탄소 전구체 4g을 상용으로 개발시에도 무리가 없도록 KOH 비드와 1 : 1의 중량비로 포트밀로 분쇄하고, 혼합하여 N2 가스 분위기하에서 900℃ 조건으로 활성화를 실시하였다. 이후, 활성화 처리된 활성탄을 0.1M의 염산 용액으로 5회 세척한 후, 증류수로 세척하여 잔류 포타슘을 제거하였다.
표면 개질 처리된 활성탄 제조
위의 방법으로 제조된 활성탄을 pH 1.5의 염산 수용액에 투입하여 4시간 동안 40℃에서 교반한 후, 세척하여 표면이 산처리된 활성탄을 제조하였다.
다음으로, 산처리된 활성탄 1g을 증류수 100ml에 투입하여 6시간 동안 초음파 처리로 분산시켜 활성탄 현탁액을 제조하였다.
다음으로, 제조된 활성탄 현탁액을 기계적 교반기(모델명 PL-S10)를 이용하여 1,800rpm의 속도로 강하게 교반하면서 평균 입경이 1.5㎛인 Ti 금속 분말 0.1g을 서서히 투입하며, 12 시간 동안 교반하였다.
다음으로, 기계적 교반에 의해 침전물이 생성된 활성탄 현탁액을 증류수로 3회 세척하고, 진공 필터링하였다.
다음으로, 진공 필터링에 의해 TiO2가 표면에 첨착된 침전물을 Ar 가스를 100cc/min의 속도로 공급하는 가스 분위기에서 600℃ 조건으로 3시간 동안 열처리하여, 흑색을 띄는 TiO2로 표면 개질 처리된 활성탄을 수득하였다.
비교예 1
활성탄 제조
바이오매스를 기공 발달이 쉬운 온도인 600℃에서 탄화하여 탄소 전구체를 제조하고, 탄소 전구체 4g을 상용으로 개발시에도 무리가 없도록 KOH 비드와 1 : 1의 중량비로 포트밀로 분쇄하고, 혼합하여 N2 가스 분위기하에서 900℃ 조건으로 활성화를 실시하였다. 이후, 활성화 처리된 활성탄을 0.1M의 염산 용액으로 1회 세척한 후, 증류수로 세척하여 잔류 포타슘을 제거하였다.
산처리 활성탄 제조
위의 방법으로 제조된 활성탄을 pH 1.5의 염산 수용액에 투입하여 4시간 동안 40℃에서 교반한 후, 세척하여 표면이 산처리된 활성탄을 제조하였다.
비교예 2
활성탄 제조
바이오매스를 기공 발달이 쉬운 온도인 600℃에서 탄화하여 탄소 전구체를 제조하고, 탄소 전구체 4g을 상용으로 개발시에도 무리가 없도록 KOH 비드와 1 : 1의 중량비로 포트밀로 분쇄하고, 혼합하여 N2 가스 분위기하에서 900℃ 조건으로 활성화를 실시하였다. 이후, 활성화 처리된 활성탄을 0.1M의 염산 용액으로 1회 세척한 후, 증류수로 세척하여 잔류 포타슘을 제거하였다.
표면 개질 처리된 활성탄 제조
위의 방법으로 제조된 활성탄을 pH 1.5의 염산 수용액에 투입하여 4시간 동안 40℃에서 교반한 후, 세척하여 표면이 산처리된 활성탄을 제조하였다.
다음으로, 산처리된 활성탄 1g을 증류수 100ml에 투입하여 6시간 동안 초음파 처리로 분산시켜 활성탄 현탁액을 제조하였다.
다음으로, 제조된 활성탄 현탁액을 기계적 교반기를 이용하여 1,500rpm의 속도로 강하게 교반하면서 평균 입경이 1.5㎛인 Ti 금속 분말 0.1g을 서서히 투입하며, 12 시간 동안 교반하였다.
다음으로, 기계적 교반에 의해 침전물이 생성된 활성탄 현탁액을 증류수로 3회 세척하고, 진공 필터링하여 백색을 띄는 TiO2로 표면 개질 처리된 활성탄을 수득하였다.
2. 유해가스 제거율 평가
도 4 내지 도 6은 실시예 1 및 비교예 1 ~ 2에 따라 제조된 시료에 대한 유해가스 제거율을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다. 이때, 테스트를 진행한 유해가스는 톨루엔, 암모니아 및 아세트산이며, 도 4, 도 5 및 도 6에 각 유해가스 제거율을 측정한 결과를 나타내었다. 실험방법은 5L 가스백 내에 활성탄을 넣은 후, 공기(Air) 3L를 충진시키고 탈취성능 시험대상 가스인 톨루엔, 암모니아, 아세트산 가스를 각각 주입한 뒤, 1시간 경과 후 가스백 내에 남아 있는 시험가스 농도를 측정하였다. 이때, 초기 농도는 10ppm으로 통일하였다.
도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 실시예 1에 따라 제조된 시료는 비교예 1 ~ 2에 따라 제조된 시료에 비하여, 유해 가스인 톨루엔, 암모니아 및 아세트산 제거율 측정 결과 값이 모두 높게 측정된 것을 확인할 수 있다.
반면, 실시예 1에 따라 제조된 시료와 비교할 때, 비교예 1에 따라 제조된 시료는 톨루엔 제거율은 큰 차이가 없었으나, 암모니아 및 아세트산 제거율이 확연히 좋지 않은 것을 확인할 수 있다.
또한, 실시예 1에 따라 제조된 시료와 비교할 때, 비교예 2에 따라 제조된 시료는 암모니아 및 아세트산 제거율은 큰 차이가 없었으나, 톨루엔 제거율이 확연히 좋지 않은 것을 확인할 수 있다.
위의 실험 결과를 토대로 알 수 있듯이, 실시예 1에 따라 제조된 시료와 같이, 열처리를 통하여 흑색을 띄는 TiO2로 표면 개질 처리된 활성탄은 톨루엔, 암모니아, 아세트산 등의 유해 가스에 대한 흡착 제거 성능이 우수하여 공기청정기용 필터로 활용하기에 적합하다는 것을 확인하였다.
이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 기술자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형은 본 발명이 제공하는 기술 사상의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.
S110 : 산처리 단계
S120 : 초음파 처리 단계
S130 : 기계적 교반 단계
S140 : 진공 필터링 단계
S150 : 열처리 단계
S120 : 초음파 처리 단계
S130 : 기계적 교반 단계
S140 : 진공 필터링 단계
S150 : 열처리 단계
Claims (17)
- (a) 활성탄을 pH 2 이하의 산성 수용액에서 산처리하는 단계;
(b) 상기 산처리된 활성탄을 초음파 분산기를 이용한 초음파 처리로 교반하여 활성탄 현탁액을 형성하는 단계;
(c) 상기 활성탄 현탁액에 Ti 금속 분말을 첨가하면서, 기계적 교반기를 이용하여 500 ~ 2,500rpm의 속도로 10 ~ 20시간 동안 기계적 교반하는 단계;
(d) 상기 기계적 교반에 의해 침전물이 생성된 활성탄 현탁액을 세척한 후, 진공 필터링하는 단계; 및
(e) 상기 진공 필터링에 의해 Ti 산화물이 표면에 첨착된 침전물을 Ar 및 N2 중 1종 이상으로 구성된 혼합가스 분위기에서 열처리하여, Ti 산화물로 표면 개질 처리된 활성탄을 수득하는 단계;를 포함하며,
상기 (a) 단계에서, 상기 산처리는 2 ~ 10℃/min의 속도로 20 ~ 100℃까지 승온시킨 후, 20 ~ 100℃를 유지시킨 상태에서 3 ~ 6시간 동안 실시하되, 상기 산처리는 200 ~ 1,000rpm의 속도로 교반하고,
상기 (b) 단계에서, 상기 초음파 처리는 25 ~ 35KHz의 주파수 및 5 ~ 10W 출력 전압 조건으로 4 ~ 12시간 동안 실시하고,
상기 (c) 단계에서, 상기 활성탄은 10 ~ 30㎛의 평균 입도를 갖고, 상기 Ti 금속 분말은 2㎛ 미만의 평균 입도를 가지며,
상기 (e) 단계에서, 상기 열처리는 600 ~ 700℃에서 2 ~ 4시간 동안 실시하고,
상기 (e) 단계에서, 상기 Ti 산화물은 흑색을 띄는 TiO2인 것을 특징으로 하는 표면 개질 처리된 공기청정기 필터용 활성탄 제조 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 (a) 단계에서,
상기 활성탄은 바이오매스 기반으로 500 ~ 700℃에서 탄화 처리하여 비표면적이 2,100m2/g 이상을 갖는 것을 이용하는 것을 특징으로 하는 표면 개질 처리된 공기청정기 필터용 활성탄 제조 방법.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 (c) 단계에서,
상기 활성탄과 Ti 금속 분말은 15 : 1 ~ 1 : 5의 중량비로 첨가하는 것을 특징으로 하는 표면 개질 처리된 공기청정기 필터용 활성탄 제조 방법.
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 혼합가스는 100 cc/min 이상의 유량을 공급하도록 제어되는 것을 특징으로 하는 표면 개질 처리된 공기청정기 필터용 활성탄 제조 방법. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210158324A KR102501792B1 (ko) | 2021-11-17 | 2021-11-17 | 표면 개질 처리된 공기청정기 필터용 활성탄 제조 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210158324A KR102501792B1 (ko) | 2021-11-17 | 2021-11-17 | 표면 개질 처리된 공기청정기 필터용 활성탄 제조 방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR102501792B1 true KR102501792B1 (ko) | 2023-02-22 |
Family
ID=85329715
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020210158324A KR102501792B1 (ko) | 2021-11-17 | 2021-11-17 | 표면 개질 처리된 공기청정기 필터용 활성탄 제조 방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102501792B1 (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116764449A (zh) * | 2023-08-21 | 2023-09-19 | 西安金沃泰环保科技有限公司 | 一种用于苯系废气处理的树脂膜及其制备方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20160004440A (ko) * | 2014-07-02 | 2016-01-13 | 연세대학교 산학협력단 | 그래핀-분말 복합체 및 그 제조 방법 |
| KR101599632B1 (ko) * | 2014-10-01 | 2016-03-04 | 연세대학교 산학협력단 | 복합체 및 이의 제조방법 |
| KR102052238B1 (ko) * | 2016-04-22 | 2019-12-04 | 주식회사 엘지화학 | 탄소 담지체 제조방법 및 이에 의하여 제조된 탄소 담지체 |
-
2021
- 2021-11-17 KR KR1020210158324A patent/KR102501792B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20160004440A (ko) * | 2014-07-02 | 2016-01-13 | 연세대학교 산학협력단 | 그래핀-분말 복합체 및 그 제조 방법 |
| KR101599632B1 (ko) * | 2014-10-01 | 2016-03-04 | 연세대학교 산학협력단 | 복합체 및 이의 제조방법 |
| KR102052238B1 (ko) * | 2016-04-22 | 2019-12-04 | 주식회사 엘지화학 | 탄소 담지체 제조방법 및 이에 의하여 제조된 탄소 담지체 |
Non-Patent Citations (8)
| Title |
|---|
| C.H.Ao et al., Indoor air purification by ~ carbon filter installedin an air cleaner, Chemical Engineering Science 60 (2005) 103~109쪽, 2004.9.15.발행 * |
| Corina Orha et al., Effect of TIO2 Loading On Powder-Activated Carbon In Advanced Drinking-Water treatment. WIT Transactions on Ecology and the Environment, 203~211쪽, 2017.발행* * |
| Gianluca Li Puma et al, Preparation of titanium dioxide ~ using chemical vapor deposition: a review paper, Journal of Hazardous Materials 157, 2-3, 2008, 209~219쪽, 2008.1.19.발행 * |
| J. Araña, et al., TiO2 activation by using activated carbon as a support Part I. Surface characterisation and decantability study, Applied Catalysis B: Environmental 44 (2003) 161~172쪽, 2003.4.23.발행* * |
| Khu Le Van et al., Activated carbon derived from rice husk ~ in supercapacitor, Progress in Natural Science: Materials International, 24 (3), 191~198쪽, 2014.6.10.발행* * |
| Xingwang Zhang et al., Enhancing the concentration of TiO2 photocatalyst on the external surface of activated carbon by MOCVD, Materials Research Bulletin 40, 1899~1904쪽, 2005.07.20.발행* * |
| Y.Yu et al., Enhancement of photocatalytic activity of mesoporous TiO2 by using carbon nanotubes. Applied Catalysis A: General, 289 (2), 186~196쪽, 2005.6.13.발행* * |
| Yong X. Gan, Activated Carbon from Biomass Sustainable Sources, C, 2021,7,39, 1~33쪽, 2021.4.27.발행 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116764449A (zh) * | 2023-08-21 | 2023-09-19 | 西安金沃泰环保科技有限公司 | 一种用于苯系废气处理的树脂膜及其制备方法 |
| CN116764449B (zh) * | 2023-08-21 | 2023-11-17 | 西安金沃泰环保科技有限公司 | 一种用于苯系废气处理的树脂材料及其制备方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR100763226B1 (ko) | 전이 금속 이온이 첨가된 평균 입경 10㎚ 이하 크기의 반도체성 금속 산화물로 이루어진 광촉매 물질 제조 방법과 이에 의해 제조된 물질 및 이 물질을 포함하는 필터, 팬 필터 유닛 및 클린룸 시스템 | |
| US20070149397A1 (en) | Photocatalytic composite material, method for producing the same and application thereof | |
| Min et al. | Lanthanum and boron co-doped BiVO4 with enhanced visible light photocatalytic activity for degradation of methyl orange | |
| CN103084160B (zh) | 一种掺杂ZnO的TiO2碳纳米管空气净化剂材料、制备方法及其用途 | |
| CN101574652A (zh) | 负载型光催化剂及其制备方法和应用 | |
| KR102501792B1 (ko) | 표면 개질 처리된 공기청정기 필터용 활성탄 제조 방법 | |
| JPH09225319A (ja) | 光触媒粒子及びその製造方法 | |
| CN113198515B (zh) | 一种三元光催化剂及其制备方法与应用 | |
| CN112058216B (zh) | 一种改性硅基吸附材料及有机污染物的低温原位降解方法 | |
| KR101104168B1 (ko) | 향상된 광촉매활성을 갖는 탄소소재광촉매체 제조방법, 상기 방법으로 제조된 탄소소재광촉매체, 및 상기 탄소소재광촉매체를 포함하는 필터 | |
| JP2005254128A (ja) | 光触媒粒子およびその固定化方法ならびに光触媒性部材 | |
| Eddy et al. | Rice husk for photocatalytic composite material fabrication | |
| JPH10180118A (ja) | 固定化光触媒とその製造方法および有害物質の分解・除去方法 | |
| JPH09239277A (ja) | 光触媒粉体およびそれを用いた光触媒体ならびにそれらを用いた環境浄化方法 | |
| JPH08208211A (ja) | 活性炭 | |
| JPH10226509A (ja) | 活性炭 | |
| JP5298282B2 (ja) | チタン酸化物粒子の製造方法 | |
| JP2001096154A (ja) | バナジウム酸化物／チタニアハイブリッド光触媒とその製造方法 | |
| JP2004136226A (ja) | 光触媒及びその製造方法並びに水中の有機物の除去方法 | |
| JP3231733B2 (ja) | 流動床用光触媒顆粒 | |
| KR20030028325A (ko) | 나노입자상의 광촉매가 담지된 활성탄의 제조방법 | |
| JP2003013390A (ja) | 有害物除去シ−ト | |
| Suwanchawalit et al. | Recyclable rubber sheets impregnated with potassium oxalate doped TiO2 and their uses in decolorization of dye-polluted waters | |
| JPH1033989A (ja) | 活性炭の製造方法 | |
| KR101623554B1 (ko) | 유무기 하이브리드 나노세공체를 이용한 오폐수 정화 장치 및 방법 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| AMND | Amendment | ||
| AMND | Amendment | ||
| AMND | Amendment | ||
| X701 | Decision to grant (after re-examination) | ||
| GRNT | Written decision to grant |