KR102590676B1

KR102590676B1 - Metal air filter

Info

Publication number: KR102590676B1
Application number: KR1020210118602A
Authority: KR
Inventors: 김산하; 류승훈; 양인영
Original assignee: 한국과학기술원
Priority date: 2020-10-13
Filing date: 2021-09-06
Publication date: 2023-10-19
Also published as: KR20220048931A

Abstract

발명은 금속 공기 필터에 관한 것으로, 금속 공기 필터는 금속을 소재로 하고, 전착에 의하여 생성되어 나노 가지 구조를 가지는 필터, 상기 필터에 의해 포획될 입자를 음전하로 도전시키기 위한 이온화기, 상기 필터를 양전하로 도전시키기 위한 양전압 및 상기 이온화기를 위한 음전압을 제공하는 전원을 포함할 수 있고, 종래의 공정에 비하여 더 간단하고 더 싸게 필터를 제조할 수 있다. The invention relates to a metal air filter, which includes a filter made of metal and having a nano-branched structure created by electrodeposition, an ionizer for conducting negative charges to particles to be captured by the filter, and the filter. It may include a power source that provides a positive voltage for conducting positive charges and a negative voltage for the ionizer, and the filter can be manufactured more simply and cheaper than conventional processes.

Description

Metal air filter {METAL AIR FILTER}

다양한 실시 예들은 금속 공기 필터 및 이의 제작 방법에 관한 것이다.Various embodiments relate to metal air filters and methods of manufacturing same.

최근 미세먼지에 대한 경각심이 늘어나면서 공기 필터에 대한 수요가 급격히 증가하고 있다. Recently, as awareness of fine dust increases, demand for air filters is rapidly increasing.

공기 필터는 공기 중 부유하는 작은 미세 입자를 여과하는 여과매체로써 사용하는 장소와 용도에 따라 제품의 형태와 요구되는 특성이 다를 수 있다.An air filter is a filtration medium that filters small fine particles floating in the air, and the form and required characteristics of the product may vary depending on the location and purpose of use.

산업용 공기 필터는 공장 및 건물 외부의 공기를 내부로 흡기할 때 공기중의 미세 입자를 여과하는 필터를 의미하고, 가정용 공기 필터는 실내 일정 공간의 미세입자를 제거하는 필터와 에어컨, 진공청소기와 같은 백색 가전제품 사용시 배출되는 공기의 미세 입자를 제거하는 필터를 의미할 수 있다. Industrial air filters refer to filters that filter out fine particles in the air when air from outside factories and buildings is sucked inside, while household air filters refer to filters that remove fine particles from a certain indoor space and air filters used in air conditioners and vacuum cleaners. It may refer to a filter that removes fine particles from the air discharged when using white appliances.

필터 시스템은 전단계 필터(pre filter), 기능성 필터, 탈취 필터, HEPA 필터(high-efficiency particulate air filter)의 4단계로 구성될 수 있다. 전단계 필터는 1차적으로 큰 분진을 제거하기 위한 것으로 금속 등으로 메쉬(mesh)를 형성하여 구성될 수 있다. 전단계 필터를 통해 50% 내외의 오염원을 제어할 수 있다.The filter system can be composed of four stages: pre filter, functional filter, deodorization filter, and HEPA filter (high-efficiency particulate air filter). The pre-stage filter is primarily intended to remove large dust and may be constructed by forming a mesh of metal, etc. About 50% of pollutants can be controlled through pre-stage filtering.

기능성 필터는 필터 시스템에 항균성 등을 제공하기 위하여 부가적으로 구성되는 필터로서 부직포 등을 이용하여 구성할 수 있다.The functional filter is an additional filter to provide antibacterial properties to the filter system and can be constructed using non-woven fabric, etc.

탈취 필터는 냄새를 제거하기 위한 필터로서 활성탄을 소재로 사용한다.The deodorizing filter is a filter to remove odor and uses activated carbon as a material.

HEPA 필터는 고성능 필터로서 0.3마이크론 크기의 미세먼지를 99.97%를 여과하는 고성능 필터를 의미하지만 통상적으로 95% 이상의 미세 먼지를 여과하는 필터를 HEPA 필터로 볼 수 있다. HEPA 필터는 나노 섬유를 이용하여 구성할 수 있다.A HEPA filter is a high-performance filter that filters 99.97% of fine dust as small as 0.3 microns, but generally, a filter that filters more than 95% of fine dust can be considered a HEPA filter. HEPA filters can be constructed using nanofibers.

현재 상업적으로는 HEPA 필터를 제작하기 위해 멜트블로운(meltblown) 방식을 주로 사용하고 있다. 멜트블로운 방식은 열가소성 수지를 용융하여 노즐을 통해 압출 방사하고, 고온, 고압의 공기를 용융된 고분자에 부여하여 극세화된 상태로 컨베이어 벨트에서 적층하여 잔열에 의한 자기 접착성으로 결합하여 나노 섬유 구조 형태로 제조하는 방식이다. 멜트블로운 방식에 의해 생성된 나노 섬유 구조의 직경은 대략 0.8에서 1um이고 반데르발스 힘에 의하여 미세 먼지와 같은 입자를 포획하게 된다.Currently, the meltblown method is mainly used commercially to produce HEPA filters. The melt-blown method melts a thermoplastic resin, extrudes it through a nozzle, and applies high-temperature and high-pressure air to the molten polymer to form ultrafine layers on a conveyor belt, bonding them with self-adhesive properties using residual heat to form nanofibers. It is a method of manufacturing in a structural form. The diameter of the nanofiber structure created by the meltblown method is approximately 0.8 to 1um and captures particles such as fine dust by van der Waals forces.

또한, 최근의 연구에서는 멜트블로운 방식 대신에 전기 방사를 이용하여 열가소성 수지를 용융하는 것에 대하여 발표되고 있다. 전기 방사를 이용하여 열가소성 수지를 용융하는 경우 종래의 멜트블로운 방식에 비하여 나노 섬유 구조의 직경을 약 0.3um로 줄일 수 있고, 반도체용 또는 수술실용 클린룸(clean room)을 위한 공기 필터로서 제한된 압력 손실에서 고효율 달성이 가능할 수 있다. 하지만 생산 비용이 높고 대면적의 공기 필터를 제작하는데 공정의 한계가 있다는 문제점이 있다.Additionally, recent research has reported melting thermoplastic resins using electrospinning instead of the meltblown method. When melting a thermoplastic resin using electrospinning, the diameter of the nanofiber structure can be reduced to about 0.3um compared to the conventional melt blown method, and it can be used as an air filter for clean rooms for semiconductors or operating rooms. It may be possible to achieve high efficiency in pressure loss. However, there is a problem that production costs are high and there are process limitations in manufacturing large-area air filters.

1. Kadam, Vinod & Wang, Lijing & Padhye, Rajiv., "Electrospun nanofibre materials to filter air pollutants - A review," Journal of Industrial Textiles, 2016, 47. 10.1177/1528083716676812.1. Kadam, Vinod & Wang, Lijing & Padhye, Rajiv., “Electrospun nanofibre materials to filter air pollutants - A review,” Journal of Industrial Textiles, 2016, 47. 10.1177/1528083716676812.

본 개시의 다양한 실시 예는 종래의 방식에 비하여 더 낮은 비용 및 대면적 공정이 가능한 HEPA 필터의 제조 방법을 제공하고자 한다. Various embodiments of the present disclosure are intended to provide a method of manufacturing a HEPA filter capable of lower cost and larger area processing compared to conventional methods.

본 개시의 다양한 실시 예는 금속을 소재로 사용하고 전착(electrodeposition)을 이용한 HEPA 필터 제작 방식을 제공하여 저비용 대면적의 HEPA 필터 제조 방법을 제공하고자 한다.Various embodiments of the present disclosure seek to provide a low-cost, large-area HEPA filter manufacturing method by using metal as a material and providing a HEPA filter manufacturing method using electrodeposition.

본 개시의 다양한 실시예는 전착을 이용하여 나노 가지를 갖는 마이크로 메쉬 구조를 갖는 필터를 제작하고, 제작된 필터의 성능을 향상시키는 열처리 및/또는 화학 처리 방법을 제공하고자 한다.Various embodiments of the present disclosure are intended to provide a heat treatment and/or chemical treatment method for manufacturing a filter having a micromesh structure with nano branches using electrodeposition and improving the performance of the manufactured filter.

본 문서에서 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problem to be achieved in this document is not limited to the technical problem mentioned above, and other technical problems not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the description below. There will be.

다양한 실시 예들에 따르면, 금속 공기 필터는 금속을 소재로 하고, 전착에 의하여 생성되어 나노 가지 구조를 가지는 필터, 상기 필터에 의해 포획될 입자를 음전하로 도전시키기 위한 이온화기, 상기 필터를 양전하로 도전시키기 위한 양전압 및 상기 이온화기를 위한 음전압을 제공하는 전원을 포함할 수 있다.According to various embodiments, a metal air filter is a filter made of metal and produced by electrodeposition and having a nano-branched structure, an ionizer for conducting particles to be captured by the filter to a negative charge, and conducting the filter to a positive charge. It may include a power source that provides a positive voltage for ionization and a negative voltage for the ionizer.

다양한 실시 예들에 따르면, 상기 필터는 음극 전극에 금속망을 부착하고, 양극 전극에 금속판을 부착하고, 수용액을 포함하는 전기분해로에서의 전기분해에 의한 전착에 의하여 생성되어 상기 나노 가지 구조를 가질 수 있다.According to various embodiments, the filter is produced by attaching a metal net to the cathode electrode, attaching a metal plate to the anode electrode, and electrodeposition by electrolysis in an electrolysis furnace containing an aqueous solution to have the nano-branched structure. You can.

다양한 실시 예들에 따르면, 상기 필터는 추가적으로 염산 세척 처리를 수행하여 생성할 수 있다.According to various embodiments, the filter may be produced by additionally performing hydrochloric acid washing treatment.

다양한 실시 예들에 따르면, 상기 수용액은, 할로겐 원소를 포함하며, 상기 음극 전극과 상기 양극 전극 사이에 인가되는 전압은 0.7V일 수 있다.According to various embodiments, the aqueous solution contains a halogen element, and the voltage applied between the cathode electrode and the anode electrode may be 0.7V.

다양한 실시 예들에 따르면, 상기 수용액은, 황산구리 및 황산을 포함하며, 상기 음극 전극과 상기 양극 전극 사이에 인가되는 전압은 2.4V일 수 있다.According to various embodiments, the aqueous solution includes copper sulfate and sulfuric acid, and the voltage applied between the cathode electrode and the anode electrode may be 2.4V.

다양한 실시 예들에 따르면, 상기 전기분해로 내에서 상기 금속판의 양면들 중 하나의 면만 상기 전착을 위한 전기화학반응에 참여되도록 상기 금속판의 양면들 중 상기 하나의 면만 개방하고, 상기 전기분해로 내에서 상기 금속망과 상기 금속판 사이의 거리는 5mm로 설정될 수 있다.According to various embodiments, in the electrolysis furnace, only one of the two sides of the metal plate is opened so that only one side of the metal plate participates in the electrochemical reaction for the electrodeposition, and in the electrolysis furnace, only one side of the metal plate is opened. The distance between the metal mesh and the metal plate may be set to 5 mm.

다양한 실시 예들에 따르면, 상기 필터는, 상기 전착에 의해 생성된 필터에 추가적으로 기계적 압착 처리를 수행하여 획득될 수 있다.According to various embodiments, the filter may be obtained by additionally performing a mechanical compression treatment on the filter produced by electrodeposition.

다양한 실시 예들에 따르면, 상기 필터는, 상기 전착에 의해 생성된 필터에 추가적으로 수소 가스를 이용한 열처리를 수행하여 생성될 수 있다.According to various embodiments, the filter may be produced by performing heat treatment using hydrogen gas in addition to the filter produced by electrodeposition.

다양한 실시 예들에 따르면, 상기 수소 가스를 이용한 열처리는, 상기 전착에 의해 생성된 필터가 배치된 흑연판을 진공관 내에 배치하고, 상기 진공관에 수소를 포함하는 혼합 가스를 주입하고, 상기 진공관에 열을 가함으로써 수행될 수 있다.According to various embodiments, the heat treatment using hydrogen gas includes placing the graphite plate on which the filter created by electrodeposition is disposed in a vacuum tube, injecting a mixed gas containing hydrogen into the vacuum tube, and applying heat to the vacuum tube. It can be performed by adding

다양한 실시 예들에 따르면, 금속 필터 제조 방법은 전기분해로의 음극 전극에 금속선이 서로 얽혀 있는 금속망을 연결하는 동작, 상기 전기분해로의 양극 전극에 금속판을 연결하는 동작, 상기 전기분해로의 상기 금속망과 상기 금속판이 잠기도록 수용액을 부가하는 동작, 상기 전기분해로의 음극 전극과 양극 전극 사이에 전압을 인가하여 전기 분해를 수행하여 필터를 제조하는 동작을 포함할 수 있다.According to various embodiments, a method of manufacturing a metal filter includes the following steps: connecting a metal mesh with intertwined metal wires to a cathode electrode of an electrolysis furnace; connecting a metal plate to an anode electrode of the electrolysis furnace; It may include adding an aqueous solution to submerge the metal mesh and the metal plate, and performing electrolysis by applying a voltage between the cathode electrode and the anode electrode of the electrolysis furnace to manufacture the filter.

다양한 실시 예들에 따르면, 상기 수용액은, 할로겐 원소를 포함하며, 상기 음극 전극과 상기 양극 전극 사이에는 0.7V의 전압이 인가될 수 있다.According to various embodiments, the aqueous solution contains a halogen element, and a voltage of 0.7V may be applied between the cathode electrode and the anode electrode.

다양한 실시 예들에 따르면, 상기 수용액은, 황산구리 및 황산을 포함하며, 상기 음극 전극과 상기 양극 전극 사이에는 2.4V의 전압이 인가될 수 있다.According to various embodiments, the aqueous solution includes copper sulfate and sulfuric acid, and a voltage of 2.4V may be applied between the cathode electrode and the anode electrode.

다양한 실시 예들에 따르면, 상기 필터를 제조하는 동작은 상기 전기 분해를 통해 획득한 필터의 나노 가지들을 서로 연결하고 상기 나노 가지들의 직경을 감소시키기 위해 수소 가스를 이용한 열처리를 수행하는 동작을 더 포함할 수 있다.According to various embodiments, the operation of manufacturing the filter may further include connecting nano branches of the filter obtained through electrolysis to each other and performing heat treatment using hydrogen gas to reduce the diameter of the nano branches. You can.

다양한 실시 예들에 따르면, 상기 필터를 제조하는 동작은 상기 전기 분해를 통해 획득한 필터에 포함된 할로겐 원소를 제거하기 위한 염산 세척 처리를 수행하는 동작을 더 포함할 수 있다.According to various embodiments, manufacturing the filter may further include performing hydrochloric acid washing treatment to remove halogen elements contained in the filter obtained through electrolysis.

다양한 실시 예들에 따르면, 상기 필터를 제조하는 동작은, 상기 전기 분해를 통해 획득한 필터에 기계적 압착 처리를 수행하는 동작을 더 포함할 수 있다.According to various embodiments, manufacturing the filter may further include performing a mechanical compression process on the filter obtained through electrolysis.

다양한 실시 예들에 따르면, 상기 전기분해로 내에서 상기 금속판은 양면들 중 하나의 면만 개방되고, 상기 전기분해로 내에서 상기 금속망과 상기 금속판 거리는 5mm로 설정될 수 있다.According to various embodiments, only one of the two sides of the metal plate within the electrolysis furnace is open, and the distance between the metal mesh and the metal plate within the electrolysis furnace may be set to 5 mm.

다양한 실시 예들에 따르면, 공기에 포함되어 있는 입자를 필터링하기 위해 사용되는 필터는 금속 소재를 사용하고, 전착(electrodeposition)에 의하여 생성되어 나노 가지를 가질 수 있다.According to various embodiments, a filter used to filter particles contained in the air may use a metal material and may have nano-branches created by electrodeposition.

다양한 실시 예들에 따르면, 상기 나노 가지 구조는 전착을 위한 전기분해로에 의해 구비되는 수용액에 포함된 할로겐 원소의 유도에 의하여 형성될 수 있다.According to various embodiments, the nano-branched structure may be formed by induction of a halogen element contained in an aqueous solution provided by an electrolytic furnace for electrodeposition.

다양한 실시 예들에 따르면, 수소가스 기반의 열처리를 통해 상기 필터의 상기 나노 가지들이 서로 연결되어 있을 수 있다.According to various embodiments, the nano branches of the filter may be connected to each other through hydrogen gas-based heat treatment.

다양한 실시 예들에 따르면, 염산 세척 처리를 통해 상기 필터 생성시에 사용된 상기 할로겐 원소를 제거할 수 있다.According to various embodiments, the halogen element used in creating the filter can be removed through hydrochloric acid washing treatment.

다양한 실시 예들에 따르면, 상기 필터는 상기 전착에 의해 생성된 후 기계적 압착 처리될 수 있다.According to various embodiments, the filter may be produced by electrodeposition and then subjected to mechanical compression.

본 개시에서 제안하는 방법을 사용함으로써 종래의 공정에 비하여 더 간단하고 더 싸게 필터를 제조할 수 있다. By using the method proposed in this disclosure, a filter can be manufactured more simply and cheaper than the conventional process.

본 개시에서 제안하는 전착에 기반한 필터 제조 방법을 사용함으로써 다양한 금속선 크기 및 대면적의 필터 제조가 가능할 수 있다.By using the electrodeposition-based filter manufacturing method proposed in this disclosure, it may be possible to manufacture filters of various metal wire sizes and large areas.

본 개시에서 제안하는 방법에 따라 제조된 필터는 종래의 반데르발스 힘보다 더욱 강한 쿨롱 힘을 사용하여 입자를 포획함으로써 낮은 에너지 소비에서도 필터의 효율성을 증가시킬 수 있다.The filter manufactured according to the method proposed in this disclosure can increase the efficiency of the filter even at low energy consumption by capturing particles using a Coulomb force that is stronger than the conventional van der Waals force.

본 개시에서 제안하는 방법은 추가적인 열처리와 HCl 제거를 통해 기계적인 특성을 개선하고 안전성을 제공할 수 있다. The method proposed in this disclosure can improve mechanical properties and provide safety through additional heat treatment and HCl removal.

본 개시에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects that can be obtained from the present disclosure are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the description below. will be.

도 1은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 전착에 의하여 필터를 생성하는 개념을 도시한 도면이다.
도 2는 금속망(130)에서 금속 나노가지가 형성되는 예를 도시한 도면이다.
도 3은 다양한 조건 하에서 형성된 필터를 도시한 도면이다.
도 4는 전기분해 시 인가되는 전압에 따른 전착영역의 크기를 도시한 도면이다.
도 5는 금속선이 얽혀 있는 금속망(130)을 형성하는 데 사용하는 금속선의 직경 및 금속선 간 간격에 따른 전착영역의 크기를 도시한 도면이다.
도 6은 다양한 실시 예들에 따른 필터링 메커니즘을 도시한 도면이다.
도 7은 본 개시에서 제안하는 전착을 이용하여 제작한 필터의 성능을 시험하기 위한 시험 장치를 도시한 도면이다.
도 8은 필터에 인가되는 다양한 전압에 따른 필터링 후에 입자 계수기에서 측정한 입자의 농도를 도시한 도면이다.
도 9는 필터링 후의 필터의 형상을 도시한 도면이다.
도 10은 열처리 전 후에 따른 필터의 나노 가지의 구조를 도시한 도면이다.
도 11은 열처리 전과 후의 필터의 성능을 도시한 도면이다.
도 12는 염산으로 세척되기 전과 후의 필터의 구조를 도시한 도면이다.
도 13은 염산으로 세척하기 전과 후의 필터의 성능을 도시한 도면이다.
도 14는 열처리와 염산 세척이 모두 적용된 필터의 성능을 도시한 도면이다.
도 15를 다양한 실시 예들에 따른 전착을 이용한 필터를 제작하는 공정을 도시한 흐름도이다.
도 16은 서로 다른 인가 전압에 의해 생성된 필터를 도시한 도면이다.
도 17은 서로 다른 전착 시간 구간 동안 생성된 필터를 도시한 도면이다.
도 18은 할로겐 원소를 포함하지 않은 수용액을 이용하여 전착을 수행하여 생성한 필터의 구조를 도시한 도면이다.
도 19는 수용액에 할로겐 원소가 없이 제작된 필터의 성능을 도시한 도면이다.
도 20은 시뮬레이션 환경을 도시한다.
도 21은 상대 전극을 전기화학반응에 참여시켰을 때의 시뮬레이션 그래프를 도시한다.
도 22는 상대 전극의 단면을 전기화학반응에 참여시켰을 때의 전극 간 거리 별 시뮬레이션 그래프를 도시한다.
도 23은 전착에 의해 생성된 필터를 기계적으로 압착하는 개념을 도시한 도면이다.
도 24는 압착 전의 필터와 압착 후의 필터를 도시한 도면이다.
도 25는 기계적 압착 시에 가해지는 압력에 따른 필터의 두께 변화를 나타내는 그래프이다.
도 26 기계적 압착 시에 가해지는 압력에 따른 필터의 두께를 도시한다.
도 27은 필터에 대한 필링 오프(pilling off) 테스트 결과를 도시한다.
도 28은 필터에서 차압에 영향을 미치는 요소들을 나타내는 도면이다.
도 29는 수소 가스를 이용하여 필터에 대한 열처리를 수행하는 구조도이다.
도 30은 필터 열처리 시, 온도에 따른 금속선의 평균 직경을 나타내는 그래프이다.
도 31은 기존 아르곤 가스 및 본 개시에서 제안하는 수소 가스를 이용하여 열처리된 필터를 도시한다.
도 32는 필터에 대한 필링 오프(pilling off) 테스트 결과를 도시한다.
도 33은 사용된 필터 및 세척된 필터들을 도시한다.
도 34는 세척에 의해 변경된 차압을 나타내는 그래프이다.
도면의 설명과 관련하여, 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일 또는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다.1 is a diagram illustrating the concept of creating a filter by electrodeposition according to various embodiments of the present disclosure.
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of metal nano-branches being formed in the metal mesh 130.
Figure 3 is a diagram showing a filter formed under various conditions.
Figure 4 is a diagram showing the size of the electrodeposition area according to the voltage applied during electrolysis.
Figure 5 is a diagram showing the size of the electrodeposition area according to the diameter of the metal wires used to form the metal network 130 in which the metal wires are entangled and the spacing between the metal wires.
Figure 6 is a diagram illustrating a filtering mechanism according to various embodiments.
Figure 7 is a diagram showing a test device for testing the performance of a filter manufactured using electrodeposition proposed in this disclosure.
Figure 8 is a diagram showing the concentration of particles measured by a particle counter after filtering according to various voltages applied to the filter.
Figure 9 is a diagram showing the shape of the filter after filtering.
Figure 10 is a diagram showing the structure of the nano branches of the filter before and after heat treatment.
Figure 11 is a diagram showing the performance of the filter before and after heat treatment.
Figure 12 is a diagram showing the structure of the filter before and after being washed with hydrochloric acid.
Figure 13 is a diagram showing the performance of the filter before and after washing with hydrochloric acid.
Figure 14 is a diagram showing the performance of a filter to which both heat treatment and hydrochloric acid washing were applied.
Figure 15 is a flowchart showing a process for manufacturing a filter using electrodeposition according to various embodiments.
Figure 16 is a diagram showing filters generated by different applied voltages.
Figure 17 is a diagram showing filters created during different electrodeposition time intervals.
Figure 18 is a diagram showing the structure of a filter produced by electrodeposition using an aqueous solution containing no halogen elements.
Figure 19 is a diagram showing the performance of a filter manufactured without halogen elements in an aqueous solution.
Figure 20 shows the simulation environment.
Figure 21 shows a simulation graph when the counter electrode participates in an electrochemical reaction.
Figure 22 shows a simulation graph for each distance between electrodes when the cross section of the counter electrode participates in an electrochemical reaction.
Figure 23 is a diagram illustrating the concept of mechanically compressing a filter produced by electrodeposition.
Figure 24 is a diagram showing a filter before compression and a filter after compression.
Figure 25 is a graph showing the change in thickness of the filter according to the pressure applied during mechanical compression.
Figure 26 shows the thickness of the filter depending on the pressure applied during mechanical compression.
Figure 27 shows pilling off test results for the filter.
Figure 28 is a diagram showing factors affecting differential pressure in the filter.
Figure 29 is a structural diagram of performing heat treatment on a filter using hydrogen gas.
Figure 30 is a graph showing the average diameter of metal wire according to temperature during filter heat treatment.
Figure 31 shows a filter heat-treated using existing argon gas and hydrogen gas proposed in the present disclosure.
Figure 32 shows pilling off test results for the filter.
Figure 33 shows used and cleaned filters.
Figure 34 is a graph showing the differential pressure changed by washing.
In relation to the description of the drawings, identical or similar reference numerals may be used for identical or similar components.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. Hereinafter, embodiments disclosed in the present specification will be described in detail with reference to the attached drawings. However, identical or similar components will be assigned the same reference numbers regardless of reference numerals, and duplicate descriptions thereof will be omitted.

본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.In describing the embodiments disclosed in this specification, if it is determined that detailed descriptions of related known technologies may obscure the gist of the embodiments disclosed in this specification, the detailed descriptions will be omitted. In addition, the attached drawings are only for easy understanding of the embodiments disclosed in this specification, and the technical idea disclosed in this specification is not limited by the attached drawings, and all changes included in the spirit and technical scope of the present invention are not limited. , should be understood to include equivalents or substitutes.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.Terms containing ordinal numbers, such as first, second, etc., may be used to describe various components, but the components are not limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결되어' 있다거나 '접속되어' 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '직접 연결되어' 있다거나 '직접 접속되어' 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.When a component is said to be 'connected' or 'connected' to another component, it is understood that it may be directly connected or connected to the other component, but that other components may exist in between. It should be. On the other hand, when a component is mentioned as being 'directly connected' or 'directly connected' to another component, it should be understood that there are no other components in between.

[제1 실시 예][First Embodiment]

도 1은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 전착에 의하여 필터를 생성하는 개념을 도시한 도면이다. 1 is a diagram illustrating the concept of creating a filter by electrodeposition according to various embodiments of the present disclosure.

전착(electrodeposition)은 전기 분해에 의하여 전해질이 갈라져 나와 전극의 표면에 흡착되는 것을 의미하는 것이다.Electrodeposition means that the electrolyte is separated by electrolysis and adsorbed to the surface of the electrode.

도 1을 참조하면, 전착을 위하여 전기 분해로(110) 및 전원(power supply)(120)으로 구성되는 전기 분해 장치(100)가 개시되어 있다. 전기 분해로(110)는 음극 전극과 양극 전극을 구비하고 있으며 음극 전극은 전원(120)의 (-)단자와 양극 전극은 전원(120)의 (+) 단자에 각각 연결되어 있다. 전원(120)의 (-)단자와 연결된 음극 전극에는 금속선을 서로 얽은 금속망(130)이 연결되어 있고, 전원(120)의 (+)단자와 연결된 전극에는 금속판(140)이 연결되어 있다. 금속망(130)과 금속판(140)은 수용액(150)에 잠겨있을 수 있다. 일 실시 예에 따라, 금속망(130)과 금속판(140)은 구리를 소재로 사용한 것일 수 있지만 구리 외의 다른 금속 소재를 사용하여도 동일한 결과를 획득할 수 있다.Referring to FIG. 1, an electrolysis device 100 consisting of an electrolysis furnace 110 and a power supply 120 for electrodeposition is disclosed. The electrolysis furnace 110 is equipped with a cathode electrode and an anode electrode, and the cathode electrode is connected to the (-) terminal of the power source 120, and the anode electrode is connected to the (+) terminal of the power source 120. A metal mesh 130 made of intertwined metal wires is connected to the negative electrode connected to the (-) terminal of the power source 120, and a metal plate 140 is connected to the electrode connected to the (+) terminal of the power source 120. . The metal mesh 130 and the metal plate 140 may be immersed in the aqueous solution 150. According to one embodiment, the metal mesh 130 and the metal plate 140 may be made of copper, but the same result can be obtained even if a metal material other than copper is used.

일 실시 예에 따라, 수용액(150)은 할로겐 수용액일 수 있다. 예를 들면, 수용액에는 브롬화 구리(CuBr2)가 용해되어 할로겐 원소인 브롬 이온을 포함하고 있을 수 있다. According to one embodiment, the aqueous solution 150 may be an aqueous halogen solution. For example, copper bromide (CuBr2) may be dissolved in an aqueous solution and may contain bromide ions, which are halogen elements.

전원(120)에 의하여 전압이 인가되면 금속판(140)에서 전기분해에 의해 금속이 분해되어 수용액(150)으로 빠져나오고, 수용액(150) 내의 금속은 금속망(130)의 표면에 붙으면서 금속 나노가지를 형성할 수 있다.When voltage is applied by the power source 120, the metal is decomposed by electrolysis in the metal plate 140 and comes out into the aqueous solution 150, and the metal in the aqueous solution 150 adheres to the surface of the metal mesh 130 and forms metal nano. Branches can be formed.

도 2는 금속망(130)에서 금속 나노가지가 형성되는 예를 도시한 도면이다.FIG. 2 is a diagram illustrating an example of metal nano-branches being formed in the metal mesh 130.

도 2를 참조하면, 금속망(130)의 금속선(131)에 수용액(150)에 녹아 있던 할로겐 이온(151)이 흡착될 수 있다. 이때 할로겐 이온(151)은 임의의 방향에서 금속선(131)에 흡착되는 것이 아니라 (e)에 도시된 바와 같이 특성 상 미리 정해진 세 개의 방향으로 서로 간에 60도의 각도를 이루면서 흡착될 수 있다. 그에 따라, (b)에 도시된 바와 같이 금속선(131)에 할로겐 이온(151)이 흡착될 수 있다. 그리고 할로겐 이온(151)에 수용액(150)에 있던 금속 원소가 흡착될 수 있다. 그에 따라, (c)에 도시된 바와 같이 할로겐 이온(151)에 금속이 흡착되면서 특정한 세 개의 방향으로 성장하여 나뭇가지 모양을 형성할 수 있다. 또한, (c)를 참조하면, 나뭇가지 모양으로 세 개의 방향을 성장한 금속에 다시 할로겐 이온(151)이 흡착되고, 이 할로겐 이온(151)에 수용액(150) 내의 금속이 다시 흡착되는 것을 반복하여 (d)에 도시된 것과 같은 금속 나노 가지 형상을 획득할 수 있다.Referring to FIG. 2, halogen ions 151 dissolved in the aqueous solution 150 may be adsorbed to the metal wire 131 of the metal mesh 130. At this time, the halogen ions 151 are not adsorbed to the metal wire 131 in any direction, but may be adsorbed in three predetermined directions at an angle of 60 degrees to each other, as shown in (e). Accordingly, the halogen ion 151 may be adsorbed to the metal wire 131 as shown in (b). And the metal element in the aqueous solution 150 may be adsorbed to the halogen ion 151. Accordingly, as shown in (c), the metal is adsorbed to the halogen ion 151 and grows in three specific directions to form a tree branch shape. Also, referring to (c), the halogen ion 151 is adsorbed again to the metal grown in three directions in a tree branch shape, and the metal in the aqueous solution 150 is adsorbed again to the halogen ion 151. A metal nano branch shape as shown in (d) can be obtained.

도 3은 다양한 조건 하에서 형성된 필터를 도시한 도면이다.Figure 3 is a diagram showing a filter formed under various conditions.

도 3을 참조하면, (a), (b), (c)는 단위 길이가 500um가 되도록 확대한 도면을 도시한 것이고, (d), (e), (f)는 단위 길이가 2um가 되도록 더욱 확대한 도면을 도시한 것이다. Referring to Figure 3, (a), (b), and (c) show enlarged drawings so that the unit length is 500um, and (d), (e), and (f) show views enlarged so that the unit length is 2um. A more enlarged drawing is shown.

또한, (a)와 (d)는 전착 방식을 사용하지 않은 종래의 방식에 의해 형성된 필터를 도시한 것이고, (b)와 (e)는 전착 방식을 사용하되 수용액에 할로겐 이온이 포함되지 않은 경우에 형성된 필터를 도시한 것이고, (c)와 (f)는 수용액에 할로겐 이온이 포함하고 전착 방식을 사용하였을 때에 형성된 필터를 도시한 것이다.In addition, (a) and (d) show filters formed by a conventional method without using an electrodeposition method, and (b) and (e) show a filter formed by a conventional method without using an electrodeposition method, but when the aqueous solution does not contain halogen ions. Shows the filter formed in , and (c) and (f) show the filter formed when the aqueous solution contains halogen ions and the electrodeposition method is used.

전착을 위하여 0.2몰(mole)의 황산(H2SO4) 수용액에서 0.7V의 전압을 인가하여 1000초 동안 전기 분해를 수행하였으며, (c)와 (f)의 경우에는 0.05몰의 CuBr2가 황산 수용액에 추가되었다.For electrodeposition, electrolysis was performed for 1000 seconds by applying a voltage of 0.7V in 0.2 mole of sulfuric acid (H2SO4) aqueous solution. In the case of (c) and (f), 0.05 mole of CuBr2 was added to the sulfuric acid aqueous solution. It has been done.

도 3의 (a), (b), (c)를 참조하면, 본 개시에서 제안하는 할로겐 이온을 포함한 수용액을 이용하여 전착을 하여 생성한 필터가 더욱 빽빽한 필터 막(membrane)을 형성함을 알 수 있다. 또한, (d), (e), (f)를 참조하면, 본 개시에서 제안하는 할로겐 이온을 포함한 수용액을 이용하여 전착을 한 경우에만 가느다란 가지 형상을 가지는 필터 막이 형성됨을 알 수 있다. 필터 막이 가느다란 가지 형상을 가지는 경우, 필터를 통과하는 입자와 접촉하게 되는 면적이 다른 것에 비해 크게 되어 해당 입자를 포획할 가능성이 높아질 수 있다.Referring to Figures 3 (a), (b), and (c), it can be seen that the filter produced by electrodeposition using an aqueous solution containing halogen ions proposed in the present disclosure forms a more dense filter membrane. You can. Additionally, referring to (d), (e), and (f), it can be seen that a filter membrane having a thin branch shape is formed only when electrodeposition is performed using an aqueous solution containing halogen ions proposed in the present disclosure. If the filter membrane has a thin branch shape, the area that comes into contact with particles passing through the filter may be larger than other areas, increasing the possibility of capturing the particles.

도 4는 전기분해 시 인가되는 전압에 따른 전착영역의 크기를 도시한 도면이다.Figure 4 is a diagram showing the size of the electrodeposition area according to the voltage applied during electrolysis.

도 4를 참조하면, 전착을 위해 전기분해 시 인가되는 전압이 0.5V인 경우 그래프(410)에 도시된 바와 같이 전착을 완료하는 데까지 1500초 이상의 긴 시간이 필요하게 된다. 반대로 전기분해 시 인가되는 전압이 1.5V인 경우 그래프(430)에 도시된 바와 같이 낮은 기계적 특성에 기인하여 특정 시간(예: 도 4의 S1) 이후에는 결함에 의하여 전착이 더 이상 진행하지 않고 오히려 감소하는 현상이 발생한다. Referring to FIG. 4, when the voltage applied during electrolysis for electrodeposition is 0.5V, a long time of more than 1500 seconds is required to complete electrodeposition, as shown in the graph 410. Conversely, when the voltage applied during electrolysis is 1.5V, as shown in the graph 430, due to low mechanical properties, electrodeposition does not proceed further due to defects after a certain time (e.g., S1 in FIG. 4), but rather A decreasing phenomenon occurs.

전기분해 시 인가되는 전압을 0.7V로 설정하는 경우, 그래프(420)에 도시된 바와 같이, 합리적인 시간 내에 전착이 완료됨을 알 수 있다. 따라서, 나노가지 구조를 포함하는 필터 형성을 위한 전기분해 시에 0.7V 주변의 전압을 인가하는 것이 가장 적합할 수 있다.When the voltage applied during electrolysis is set to 0.7V, it can be seen that electrodeposition is completed within a reasonable time, as shown in the graph 420. Therefore, it may be most appropriate to apply a voltage around 0.7V during electrolysis to form a filter containing a nanobranched structure.

도 5는 금속선이 얽혀 있는 금속망(130)을 형성하는 데 사용하는 금속선의 직경 및 금속선 간 간격에 따른 전착영역의 크기를 도시한 도면이다.Figure 5 is a diagram showing the size of the electrodeposition area according to the diameter of the metal wires used to form the metal network 130 in which the metal wires are entangled and the spacing between the metal wires.

도 5의 그래프는 금속선의 크기 및 금속선 간 간격이 다음 표 1과 같은 때의 전착의 결과를 도시한 것이다.The graph in FIG. 5 shows the results of electrodeposition when the size of the metal wires and the spacing between metal wires are as shown in Table 1 below.

그래프 참조 번호Graph Reference Number 금속 직경(mm)Metal diameter (mm) 금속 간 간격(mm)Intermetallic gap (mm) 510510 0.150.15 0.2730.273 520520 0.10.1 0.1540.154 530530 0.0650.065 0.1040.104

표 1을 참조하면 알 수 있듯이 그래프 참조 번호가 커질수록 금속선 직경은 더 작아지고 금속선 간 간격 또한 작아진다. 이에 따라, 금속망(130)은 그래프 참조 번호가 커질수록 더욱 촘촘하게 형성된 것일 수 있다. 그 결과 동일한 전압이 인가되어 전착을 수행하는 경우, 금속선이 더 촘촘하게 얽혀 있는 금속망(130)에서 더 빠르게 전착이 완료됨을 알 수 있다. 하지만 그래프(510) 및 그래프(520)를 참조하면, 비록 그래프(530)에 비해 촘촘하게 얽혀 있지 않더라도 일정 시간 이후에는 전착이 완료됨을 알 수 있다. 따라서, 필터의 기본 뼈대가 되는 금속망(130)을 형성하는데 있어 금속선의 직경 및 금속선 간의 거리에 특별한 제약을 가지지 않으며, 다양한 금속선 직경을 사용하여 전착을 이용하여 필터를 형성할 수 있음을 알 수 있다.As can be seen from Table 1, as the graph reference number increases, the metal wire diameter becomes smaller and the gap between metal wires also becomes smaller. Accordingly, the metal mesh 130 may be formed more densely as the graph reference number increases. As a result, it can be seen that when electrodeposition is performed by applying the same voltage, electrodeposition is completed more quickly in the metal network 130 where the metal wires are more tightly intertwined. However, referring to the graph 510 and the graph 520, it can be seen that the electrodeposition is completed after a certain period of time even if the graphs are not as tightly entangled as the graph 530. Therefore, in forming the metal mesh 130, which is the basic framework of the filter, there are no special restrictions on the diameter of the metal wires and the distance between the metal wires, and it can be seen that the filter can be formed using electrodeposition using various metal wire diameters. there is.

도 6은 다양한 실시 예들에 따른 필터링 메커니즘을 도시한 도면이다.Figure 6 is a diagram illustrating a filtering mechanism according to various embodiments.

도 6을 참조하면, 필터로 입사되기 전에 입자(610)는 이온화기(620)에 의하여 음이온화된 입자가 될 수 있다. 그리고 (+) 전압을 공급하는 전원(640)에 의하여 필터(630)의 미세한 가지들을 양이온화 되고, 음이온화된 입자는 양이온화된 필터의 가지에 정전기력에 의하여 흡착되고 입자들에 제거된 공기만이 통과하게 된다. 본 개시에서 제안하는 필터는 입자 흡착을 위하여 정전기력을 사용함으로써 종래의 반데르발스 힘을 사용하는 필터보다 훨씬 높을 제거 효율을 제공하면서, 또한 낮은 압력 손실을 제공할 수 있다.Referring to FIG. 6, before entering the filter, particles 610 may become negatively ionized particles by the ionizer 620. Then, the fine branches of the filter 630 are positively ionized by the power supply 640 that supplies positive voltage, and the negatively ionized particles are adsorbed to the branches of the cationized filter by electrostatic force, and only the air removed from the particles is absorbed. This will pass. By using electrostatic forces for particle adsorption, the filter proposed in this disclosure can provide much higher removal efficiency than conventional filters using van der Waals forces, while also providing low pressure loss.

도 7은 본 개시에서 제안하는 전착을 이용하여 제작한 필터의 성능을 시험하기 위한 시험 장치를 도시한 도면이다.Figure 7 is a diagram showing a test device for testing the performance of a filter manufactured using electrodeposition proposed in this disclosure.

도 7을 참조하면 시험 장치(700)는 가운데 원통형 통의 양쪽 방향으로 나팔 모양의 관이 연결된 시험관(730)을 구비하고, 가운데 원통형 통에는 시험을 위한 필터(710)를 구비하고, 한쪽 방향의 끝에는 입자를 생성하는 입자 생성기(720)를 구비하여 입자를 생성하고, 입자 생성기(720)에서 필터(710)로 가는 관 중앙에 이온화기(740)가 구비되어 있다. 입자가 필터(710)를 통과한 후 진행해 가는 반대쪽 관에는 필터(710)를 통과하여 유입된 입자의 농도를 측정할 수 있는 입자 계수기(750)가 구비될 수 있다.Referring to FIG. 7, the test device 700 is equipped with a test tube 730 connected to a trumpet-shaped tube in both directions of the center cylindrical tube, the middle cylindrical tube is equipped with a filter 710 for testing, and a test tube 730 in one direction is provided. A particle generator 720 is provided at the end to generate particles, and an ionizer 740 is provided in the center of the pipe that goes from the particle generator 720 to the filter 710. A particle counter 750 capable of measuring the concentration of particles introduced through the filter 710 may be installed in the pipe on the opposite side through which particles pass through the filter 710.

필터(710)의 효율은 입자 생성기(720)가 생성한 입자의 농도, 즉 왼쪽 챔버에서의 입자의 농도에 대한 필터(710)를 통과한 이후의 입자의 농도, 즉 오른쪽 챔버에서의 입자의 농도의 비로서 계산될 수 있다. 다음 수학식 1에 따라 필터의 효율이 퍼센트로 계산될 수 있다.The efficiency of the filter 710 is determined by the concentration of particles after passing through the filter 710 relative to the concentration of particles generated by the particle generator 720, i.e., the concentration of particles in the right chamber. It can be calculated as a ratio of . The efficiency of the filter can be calculated in percent according to the following equation 1:

도 8은 필터에 인가되는 다양한 전압에 따른 필터링 후에 입자 계수기에서 측정한 입자의 농도를 도시한 도면이다.Figure 8 is a diagram showing the concentration of particles measured by a particle counter after filtering according to various voltages applied to the filter.

도 8에서, 그래프(810)는 종래의 방식에 따른 필터를 사용한 경우의 결과를 나타내고, 그래프(820 내지 860)는 본 개시에서 제안하는 전착을 이용하여 제작한 나노 가지를 포함하는 필터를 사용한 경우의 결과를 나타내는 것으로, 각 그래프는 필터에 인가되는 전압이 각각 0V(820), 2.5V(830), 5V(840), 7.5V(850), 10V(860)일 때의 결과를 도시한 것이다.In FIG. 8, the graph 810 shows the results when a filter according to a conventional method is used, and the graphs 820 to 860 show the results when a filter containing nano branches produced using electrodeposition proposed in the present disclosure is used. This shows the results, and each graph shows the results when the voltage applied to the filter is 0V (820), 2.5V (830), 5V (840), 7.5V (850), and 10V (860), respectively. .

도 8을 참조하면, 종래의 방식에 비하여 본 개시에서 제안하는 전착을 이용하여 제작한 나노 가지를 포함하는 필터에 의하여 더 많은 입자들이 필터링 되어 입자 제거 효율이 월등히 좋음을 알 수 있다. Referring to FIG. 8, it can be seen that compared to the conventional method, more particles are filtered by the filter containing nano branches manufactured using electrodeposition proposed in the present disclosure, resulting in significantly better particle removal efficiency.

또한, 도 8을 참조하면, 필터(710)에 인가하는 전압이 클수록 필터링 효율이 좋아짐을 알 수 있다. 예를 들어, 0V 전압이 필터(710)에 인가되는 경우 98.5%의 입자가 제거되고, 2.5V 전압이 필터(710)에 인가되는 경우 99.4%의 입자가 제거되고, 10V 전압이 필터(710)에 인가되는 경우 99.9%의 입자가 제거됨을 실험적으로 확인할 수 있다. Additionally, referring to FIG. 8, it can be seen that the greater the voltage applied to the filter 710, the better the filtering efficiency. For example, when a 0V voltage is applied to the filter 710, 98.5% of the particles are removed, when a 2.5V voltage is applied to the filter 710, 99.4% of the particles are removed, and when a 10V voltage is applied to the filter 710. It can be experimentally confirmed that 99.9% of particles are removed when applied to .

도 9는 필터링 후의 필터의 형상을 도시한 도면이다.Figure 9 is a diagram showing the shape of the filter after filtering.

도 9에서, (a)는 필터(710)에 전압이 인가되지 않은 경우를 도시한 것이고 (b)는 필터(710)에 10V 전압을 인가한 경우를 도시한 것이다. 그리고 각 도면에서 위의 도면은 단위 길이를 100um로 확대하였을 때의 필터의 형상이고, 아래의 도면은 단위 길이를 5um로 더욱 확대하였을 때의 필터의 형상이다. 단위 길이를 5um로 확대하였을 때의 도면을 도면 나노 가지 구조를 명확히 볼 수 있다.In FIG. 9, (a) shows a case where no voltage is applied to the filter 710, and (b) shows a case where a 10V voltage is applied to the filter 710. And in each drawing, the upper drawing is the shape of the filter when the unit length is expanded to 100um, and the drawing below is the shape of the filter when the unit length is further expanded to 5um. The nano branch structure can be clearly seen in the drawing when the unit length is enlarged to 5um.

도 9를 참조하면, 전압이 인가되지 않은 (a)의 경우에 비하여 10V 전압이 인가된 (b)의 경우에 더 많은 입자들이 흡착된 것을 알 수 있다.Referring to Figure 9, it can be seen that more particles were adsorbed in case (b) where 10V voltage was applied compared to case (a) where no voltage was applied.

필터의 성능을 개선 또는 유해성을 제거하기 위하여 도 1에 도시된 전착 후에 형성된 필터에 추가적인 처리를 수행할 수 있다.Additional processing may be performed on the filter formed after electrodeposition as shown in FIG. 1 in order to improve the performance of the filter or remove harmful substances.

다양한 실시 예들에 따르면, 전착에 의해 생성된 필터에 열처리를 추가적으로 수행할 수 있다. 열처리를 통해 나노 가지들은 주변 가지들과 더욱 단단하게 연결되어 기계적 특성이 강화될 수 있다.According to various embodiments, heat treatment may be additionally performed on the filter produced by electrodeposition. Through heat treatment, nano branches can be more tightly connected to surrounding branches, thereby enhancing mechanical properties.

도 10은 열처리 전 후에 따른 필터의 나노 가지의 구조를 도시한 도면이다.Figure 10 is a diagram showing the structure of the nano branches of the filter before and after heat treatment.

도 10에서, (a)는 열처리 전의 필터의 나노 가지 구조를 도시한 도면이고 (b)는 열처리 후의 필터의 나노 가지 구조를 도시한 도면이다.In Figure 10, (a) is a diagram showing the nano-branched structure of the filter before heat treatment, and (b) is a diagram showing the nano-branched structure of the filter after heat treatment.

도 10을 참조하면, 열처리 전에는 필터의 나노 가지의 구조가 좀 더 선명하게 보이는 반면에 열처리 후에는 필터의 나노 가지가 주변의 나노 가지와 연결됨을 알 수 있다. 필터의 나노 가지들이 서로 연결되는 것은 특정 가지에 전류가 집중되는 현상을 제거함에 따라 필터의 성능을 증가시킬 수 있다. Referring to FIG. 10, it can be seen that before heat treatment, the structure of the nano branches of the filter is more clearly visible, whereas after heat treatment, the nano branches of the filter are connected to the surrounding nano branches. Connecting the nano branches of the filter to each other can increase the performance of the filter by eliminating the phenomenon of current being concentrated in a specific branch.

도 11은 열처리 전과 후의 필터의 성능을 도시한 도면이다.Figure 11 is a diagram showing the performance of the filter before and after heat treatment.

도 11을 참조하면, 열처리 전의 필터를 통과한 입자의 농도(1110)가 열처리 후의 필터를 통과한 입자의 농도(1120)보다 큼을 알 수 있다. 이는 열처리 후의 필터의 효율이 증가됨을 나타낸다. Referring to FIG. 11, it can be seen that the concentration 1110 of particles passing through the filter before heat treatment is greater than the concentration 1120 of particles passing through the filter after heat treatment. This indicates that the efficiency of the filter after heat treatment increases.

다양한 실시 예들에 따르면, 전착에 의해 생성된 필터를 염산(HCl)으로 세척할 수 있다. 염산으로 세척하는 이유는 필터에 남아있는 유해할 수 있는 브롬을 제거하기 위한 것일 수 있다. According to various embodiments, the filter produced by electrodeposition can be washed with hydrochloric acid (HCl). The reason for washing with hydrochloric acid may be to remove potentially harmful bromine remaining in the filter.

도 12는 염산으로 세척되기 전과 후의 필터의 구조를 도시한 도면이다. Figure 12 is a diagram showing the structure of the filter before and after being washed with hydrochloric acid.

도 12에서 (a)는 염산으로 세척되기 전의 필터의 구조를 도시한 도면이고, (b)는 염산으로 세척한 후의 필터의 구조를 도시한 도면이다. In Figure 12, (a) is a diagram showing the structure of the filter before being washed with hydrochloric acid, and (b) is a diagram showing the structure of the filter after being washed with hydrochloric acid.

도 12를 참조하면, 염산으로 세척된 필터는 세척되기 전의 필터에 비하여 가지가 더 얇아지고(1210 참조), 일부 영역에서 구멍과 같은 결함(1220)이 발생할 수 있다. 이로 인하여 필터의 효율이 감소할 수 있다. 하지만 염산 세척으로 인하여 필터에 있던 브롬의 비율을 7%에서 3%로 줄일 수 있는 효과가 있고, 그에 따라, 필터의 유해성을 감소시킬 수 있다.Referring to FIG. 12, the branches of the filter washed with hydrochloric acid become thinner (see 1210) compared to the filter before being washed, and defects such as holes (1220) may occur in some areas. This may reduce the efficiency of the filter. However, hydrochloric acid washing has the effect of reducing the proportion of bromine in the filter from 7% to 3%, thereby reducing the harmfulness of the filter.

도 13은 염산으로 세척하기 전과 후의 필터의 성능을 도시한 도면이다.Figure 13 is a diagram showing the performance of the filter before and after washing with hydrochloric acid.

도 13을 참조하면, 염산으로 세척되지 않은 필터를 통과한 입자의 농도(1310)가 염산으로 세척한 필터를 통과한 입자의 농도(1120)보다 작음을 알 수 있다. 이는 염산으로 세척한 필터의 효율이 감소됨을 나타낸다. Referring to FIG. 13, it can be seen that the concentration (1310) of particles that passed through a filter that was not washed with hydrochloric acid is lower than the concentration (1120) of particles that passed through a filter that was washed with hydrochloric acid. This indicates that the efficiency of the filter washed with hydrochloric acid is reduced.

다른 일 실시 예에 따라, 열처리와 염산 세척이 필터에 모두 적용될 수 있다. According to another embodiment, both heat treatment and hydrochloric acid washing may be applied to the filter.

도 14는 열처리와 염산 세척이 모두 적용된 필터의 성능을 도시한 도면이다. Figure 14 is a diagram showing the performance of a filter to which both heat treatment and hydrochloric acid washing were applied.

도 14를 참조하면, 열처리와 염산 세척이 모두 적용된 필터를 통과한 입자의 농도(1440)는 열처리와 염산 세척을 모두 적용하지 않은 필터를 통과한 입자의 농도(1410)와 거의 유사할 수 있다. 따라서 열처리와 염산 세척을 적용함으로써 필터는 유해한 성분인 브롬을 제거하고, 기계적 특성을 강화하면서 높은 필터 효율을 계속 유지할 수 있다. 그래프 1420은 염산 세척을 적용한 필터를 통과한 입자의 농도를 나타내고, 그래프 1430은 열처리만 적용된 필터를 통과한 입자의 농도를 나타낼 수 있다.Referring to FIG. 14, the concentration (1440) of particles that passed through a filter to which both heat treatment and hydrochloric acid washing were applied may be almost similar to the concentration (1410) of particles that passed through a filter to which neither heat treatment nor hydrochloric acid washing was applied. Therefore, by applying heat treatment and hydrochloric acid washing, the filter can remove bromine, a harmful component, and strengthen its mechanical properties while maintaining high filter efficiency. Graph 1420 may represent the concentration of particles that passed through a filter to which hydrochloric acid washing was applied, and graph 1430 may represent the concentration of particles that passed through a filter to which only heat treatment was applied.

도 15를 다양한 실시 예들에 따른 전착을 이용한 필터를 제작하는 공정을 도시한 흐름도이다.Figure 15 is a flowchart showing a process for manufacturing a filter using electrodeposition according to various embodiments.

도 15를 참조하면, 동작 S100에서, 전기분해로를 포함하는 필터 제조 장치는 전원의 (-) 단자에 연결되는 음극 전극에 금속선이 서로 얽혀 있는 금속망을 연결하고, 전원의 (+) 단자에 연결되는 양근 전극에는 금속판을 연결할 수 있다. 여기서 금속선 또는 금속판은 동일한 금속(예를 들면, 구리) 소재를 사용할 수 있다.Referring to FIG. 15, in operation S100, the filter manufacturing device including the electrolytic furnace connects a metal mesh with intertwined metal wires to the negative electrode connected to the (-) terminal of the power supply, and connects the metal net with intertwined metal wires to the (+) terminal of the power supply. A metal plate can be connected to the connected positive root electrode. Here, the metal wire or metal plate may be made of the same metal (eg, copper).

동작 S200에서, 전기분해로에 할로겐 이온이 포함된 수용액을 부가할 수 있다. 이때 수용액은 상기 금속망과 금속판이 잠기도록 부가될 수 있다. 일 실시 예에 따라, 할로겐 이온은 브롬화구리(CuBr2)를 황산(H2SO4) 수용액에 용해시켜 수용액에 포함될 수 있다. 이외에도 다른 할로겐 이온이 수용액에 포함될 수 있다.In operation S200, an aqueous solution containing halogen ions may be added to the electrolysis furnace. At this time, the aqueous solution may be added so that the metal mesh and metal plate are submerged. According to one embodiment, halogen ions may be included in an aqueous solution by dissolving copper bromide (CuBr2) in an aqueous sulfuric acid (H2SO4) solution. In addition, other halogen ions may be included in the aqueous solution.

동작 S300에서, 전원을 이용하여 음극 전극과 양극 전극에 전원을 인가하여 전기분해를 수행할 수 있다. 전기 분해에 의하여 금속판에서 분리된 금속원소가 금속망에 흡착되어 필터가 생성될 수 있다. 이때 수용액에 포함된 할로겐 이온은 금속원소가 금속망의 금속선에 흡착 시에 나뭇가지 형상으로 흡착되도록 유도할 수 있다. In operation S300, electrolysis can be performed by applying power to the cathode electrode and the anode electrode using power. The metal elements separated from the metal plate by electrolysis are adsorbed to the metal mesh to create a filter. At this time, the halogen ions contained in the aqueous solution can induce the metal element to be adsorbed in the shape of a tree branch when adsorbed to the metal wire of the metal mesh.

추가적으로 동작 S400에서, 동작 S300에서 생성된 필터에 열처리 및/또는 염산 세척 처리를 할 수 있다. Additionally, in operation S400, the filter generated in operation S300 may be subjected to heat treatment and/or hydrochloric acid washing treatment.

열처리는 필터를 구성하는 나노 가지들이 서로 연결될 수 있도록 할 수 있다. 이에 따라, 필터링 동작 시에 필터에 인가되는 전류가 특정 가지에 집중되는 것을 방지하고 전체 나노 가지에 고루 퍼지게 함으로써 필터의 효율을 개선시킬 수 있다.Heat treatment can allow the nano branches that make up the filter to be connected to each other. Accordingly, the efficiency of the filter can be improved by preventing the current applied to the filter from being concentrated in a specific branch during the filtering operation and spreading it evenly across all nano branches.

염산 세척 처리는 필터에 함유되어 있는 유해한 할로겐 원소를 제거할 수 있다. 하지만 염산 세척 처리는 필터의 나노 가지를 얇게 만들고 일부 영역에서 구멍을 야기할 수 있어 필터의 효율이 나빠질 수 있다.Hydrochloric acid cleaning treatment can remove harmful halogen elements contained in the filter. However, hydrochloric acid cleaning treatment can thin the nano branches of the filter and cause holes in some areas, which can reduce the filter's efficiency.

열처리와 염산 세척 처리를 모두 수행하는 경우에는 동작 S300에서 생성한 필터와 유사한 성능의 필터를 생성할 수 있다. 따라서, 열처리와 염산 세척 처리를 하는 경우, 동작 S300에서 생성한 필터와 유사한 성능을 유지하면서 유해한 할로겐 원소를 제거하고 필터의 기계적 특성을 개선할 수 있다.When both heat treatment and hydrochloric acid washing treatment are performed, a filter with similar performance to the filter created in operation S300 can be created. Therefore, in the case of heat treatment and hydrochloric acid washing treatment, harmful halogen elements can be removed and the mechanical properties of the filter can be improved while maintaining performance similar to that of the filter produced in operation S300.

[제2 실시 예][Second Embodiment]

상술한 제1 실시 예는 전기분해로에서 사용되는 수용액이 할로겐 원소를 포함하고 있어 나뭇가지 형상의 나노 가지 구조를 가지는 필터 및 제조 방법을 제안하고 있다. The first embodiment described above proposes a filter and manufacturing method having a tree branch-shaped nano branch structure because the aqueous solution used in the electrolysis furnace contains halogen elements.

본 개시에서 제안하는 제2 실시 예는 전기분해로의 수용액에 첨가제를 추가하지 않고, 전압 인가를 통한 전착 방식을 이용하여 필터를 제조하는 것이다. 일실시예에 따르면, 전기분해로의 수용액에는 할로겐 원소와 같은 첨가제가 추가되지 않고, 0.05몰의 항산구리와 0.2몰의 황산이 포함될 수 있다. The second embodiment proposed in this disclosure is to manufacture a filter using an electrodeposition method through voltage application without adding additives to the aqueous solution in the electrolysis furnace. According to one embodiment, the aqueous solution in the electrolysis furnace may contain 0.05 mole of copper antioxidant and 0.2 mole of sulfuric acid without adding additives such as halogen elements.

제2 실시 예에서는, 할로겐과 같은 첨가제 없이 나노가지의 이방성 성장을 극대화하기 위해, 제1 실시 예에서 이용되는 전압보다 높은 전압을 이용할 수 있다. 일반적으로, 구리(Cu)는 면심입방(face-entered cubic, FCC) 결정 구조를 가지고 있고, 전압 인가 시 most open surface인 family of surface에 전류가 집중적으로 발생하는 특성을 갖는다. 따라서, 전착 시에 인가되는 전압이 높을수록 family of surface에 더 많은 전류가 집중적으로 발생하므로, 나노 가지의 이방성 성장을 극대화할 수 있다. 예를 들어, 제1 실시예에서는 전기분해로에 0.7V의 전압을 인가하였으나, 제2 실시예에서는 2.4V의 전압을 전기분해로에 인가함으로써, 나노 가지의 이방성 성장을 극대화할 수 있다. 전기분해로에서 사용되는 수용액에 할로겐 원소는 없이 0.05몰의 항산구리와 0.2몰의 황산을 포함하고 전착을 이용하여 필터를 제조하는 것을 제안한다. In the second embodiment, a higher voltage than that used in the first embodiment may be used to maximize anisotropic growth of nano branches without additives such as halogen. In general, copper (Cu) has a face-centered cubic (FCC) crystal structure, and has the characteristic of generating a current concentrated in the family of surfaces, which are the most open surfaces, when voltage is applied. Therefore, the higher the voltage applied during electrodeposition, the more current is concentrated in the family of surfaces, thereby maximizing the anisotropic growth of nano branches. For example, in the first embodiment, a voltage of 0.7V was applied to the electrolysis furnace, but in the second embodiment, anisotropic growth of nano branches could be maximized by applying a voltage of 2.4V to the electrolysis furnace. It is proposed that the aqueous solution used in the electrolysis furnace contains 0.05 mole of copper anti-oxidant and 0.2 mole sulfuric acid without halogen elements, and manufactures the filter using electrodeposition.

도 16은 서로 다른 인가 전압에 의해 생성된 필터를 도시한 도면이다. 도 16은 전기분해로의 수용액에 첨가제를 추가하지 않은 상태에서 인가 전압을 다르게 하여 필터를 생성한 결과를 나타낸다. Figure 16 is a diagram showing filters generated by different applied voltages. Figure 16 shows the results of creating a filter by varying the applied voltage without adding any additives to the aqueous solution in the electrolysis furnace.

도 16의 (a), (b), 및 (c)는 단위 길이가 500um 및 5um이 되도록 확대된 것이며, (a)는 전착 시에 1.2V의 전압이 인가된 경우에 생성된 필터를 나타내고, (b)는 전착 시에 2.4V의 전압이 인가된 경우에 생성된 필터를 나타낸다. (C)는 전착 시에 4.8V의 전압이 인가된 경우에 생성된 필터를 나타낸다.Figures 16 (a), (b), and (c) are enlarged so that the unit lengths are 500um and 5um, and (a) shows the filter created when a voltage of 1.2V is applied during electrodeposition, (b) shows the filter created when a voltage of 2.4V was applied during electrodeposition. (C) shows the filter created when a voltage of 4.8V was applied during electrodeposition.

도 16을 참조하면, 인가 전압이 높아질수록 필터의 균일성이 점차 저하되는 반면, 금속선(또는 나노 가지)의 직경이 점차 얇아지는 것을 알 수 있다. 예를 들어, 필터 (a)의 금속선의 직경은 3.1μm이고, 필터 (b)의 금속선의 직경은 2.56μm이고, 필터 (c)의 금속선의 직경은 1.78μm이다. 일반적으로, 필터의 금속선의 직경이 얇을수록 필터링 성능이 높아지나, 필터의 전체 면적에서 나노 가지가 균일하게 성장하는 것도 중요하다. 따라서, 본 개시의 제2 실시 예에서는, 필터의 균일성을 유지할 수 있는 최대한의 전압인 2.4V를 인가 전압으로 이용할 수 있다. Referring to FIG. 16, it can be seen that as the applied voltage increases, the uniformity of the filter gradually decreases, while the diameter of the metal wire (or nano branch) gradually becomes thinner. For example, the diameter of the metal wire in filter (a) is 3.1 μm, the diameter of the metal wire in filter (b) is 2.56 μm, and the diameter of the metal wire in filter (c) is 1.78 μm. In general, the thinner the diameter of the metal wire of the filter, the higher the filtering performance, but it is also important that the nano branches grow uniformly over the entire area of the filter. Therefore, in the second embodiment of the present disclosure, 2.4V, which is the maximum voltage that can maintain the uniformity of the filter, can be used as the applied voltage.

도 17은 서로 다른 전착 시간 구간 동안 생성된 필터를 도시한 도면이다. 도 16은 전기분해로의 수용액에 첨가제를 추가하지 않은 상태에서 전착 시간을 다르게 하여 필터를 생성한 결과를 나타낸다. Figure 17 is a diagram showing filters created during different electrodeposition time intervals. Figure 16 shows the results of creating a filter with different electrodeposition times without adding additives to the aqueous solution in the electrolysis furnace.

도 17의 (a), (b), 및 (c)는 단위 길이가 500um 및 5um이 되도록 확대된 것이며, (a)는 전기분해로에 120s동안 전압을 인가하여 생성된 필터를 나타내고, (b)는 전기분해로에 300s 동안 전압을 인가하여 생성된 필터를 나타낸다. (C)는 전기분해로에 300s 동안 전압을 인가하여 생성된 필터를 나타낸다. Figures 17 (a), (b), and (c) are enlarged so that the unit lengths are 500um and 5um, (a) shows a filter created by applying voltage to the electrolysis furnace for 120s, and (b) ) represents a filter created by applying voltage to the electrolysis furnace for 300 s. (C) shows a filter created by applying voltage to the electrolysis furnace for 300 s.

도 17을 참조하면, 전착 수행 시간이 증가할수록, 필터의 균일성이 향상되는 반면, 필터의 두께가 점차 두꺼워지는 것을 알 수 있다. 예를 들어, 필터 (a)의 두께는 445μm이고, 필터 (b)의 두께는 464μm이고, 필터 (c)의 두께는 585μm이다. 일반적으로, 필터의 두께가 얇을수록 효율적이나, 필터의 전체 면적에서 나노 가지가 균일하게 성장하는 것도 중요하다. 따라서, 본 개시의 제2 실시 예에서는, 필터의 균일성을 유지할 수 있는 최소한의 시간 동안(예: 300s) 전착이 수행되도록 제어할 수 있다. 수용액에 할로겐 원소가 포함되어 있는 경우에 제조된 필터와 수용액에 할로겐 원소가 포함되지 않은 경우에 제조된 필터는 다음 표 2에 나타난 차이점이 있을 수 있다.Referring to FIG. 17, it can be seen that as the electrodeposition time increases, the uniformity of the filter improves, while the thickness of the filter gradually becomes thicker. For example, the thickness of filter (a) is 445 μm, the thickness of filter (b) is 464 μm, and the thickness of filter (c) is 585 μm. In general, the thinner the filter, the more efficient it is, but it is also important that nano branches grow uniformly over the entire area of the filter. Therefore, in the second embodiment of the present disclosure, electrodeposition can be controlled to be performed for a minimum time (eg, 300 s) to maintain the uniformity of the filter. There may be differences between a filter manufactured when the aqueous solution contains a halogen element and a filter manufactured when the aqueous solution does not contain a halogen element, as shown in Table 2 below.

할로겐 원소 포함 필터Filter containing halogen elements 할로겐 원소 없는 필터Filter without halogen elements 필터 효율filter efficiency 매우 높음very high 낮음lowness 차압foreclosure 높음height 낮음lowness 기계적 성질mechanical properties 부러지기 쉬움brittle 내구성이 좋음Good durability

표 2를 참조하면, 제1 실시 예에서와 같이 수용액에 할로겐 원소가 포함되어 전착을 통해 제조된 필터는 얇은 나노 가지의 높은 비표면적 및 작은 기공 때문에 효율은 높으나 압력 손실도 높다. 또한, 이 필터는 가지가 매우 얇아 부러지기 쉽다는 기계적 성질을 가진다.Referring to Table 2, as in the first example, a filter manufactured through electrodeposition containing a halogen element in an aqueous solution has high efficiency but also high pressure loss due to the high specific surface area and small pores of the thin nano branches. Additionally, this filter has mechanical properties that make it easy to break because the branches are very thin.

반면에 할로겐 원소 없는 수용액을 이용하여 제조된 필터는 가지가 상대적으로 두껍고 기공이 크기 때문에, 상대적으로 효율이 낮고 압력 손실도 낮다. 또한, 이 필터는 가지가 상대적으로 두꺼워 내구성이 좋을 수 있다. 또한, 유해한 할로겐 원소를 사용하지 않음으로써 안정성을 높일 수 있다. 한편 필터의 효율은 필터에 인가하는 전압을 20V 정도로 높임으로써 제1 실시예에 따른 방법으로 제조된 필터와 유사한 정도로 높일 수 있다. 또한, 제2 실시 예에 따른 제조 방법은 열처리 및/또는 염산 세척 처리와 같은 부가적인 제조 공정이 필요하지 않을 수 있다. On the other hand, filters manufactured using aqueous solutions without halogen elements have relatively thick branches and large pores, so they have relatively low efficiency and low pressure loss. Additionally, this filter may have good durability due to its relatively thick branches. Additionally, stability can be increased by not using harmful halogen elements. Meanwhile, the efficiency of the filter can be increased to a level similar to that of the filter manufactured by the method according to the first embodiment by increasing the voltage applied to the filter to about 20V. Additionally, the manufacturing method according to the second embodiment may not require additional manufacturing processes such as heat treatment and/or hydrochloric acid washing treatment.

다만 제2 실시 예의 경우에는 전기 분해 시에 2.4V의 전압을 인가하고, 전기 분해 시간은 300초 이상을 유지하여야 금속망의 안쪽까지 전착물이 채워지면서 필터로서 사용이 가능할 수 있다. However, in the case of the second embodiment, a voltage of 2.4V must be applied during electrolysis, and the electrolysis time must be maintained for more than 300 seconds so that the inside of the metal mesh can be filled with the electrodeposit and it can be used as a filter.

도 18은 할로겐 원소를 포함하지 않은 수용액을 이용하여 전착을 수행하여 생성한 필터의 구조를 도시한 도면이다.Figure 18 is a diagram showing the structure of a filter produced by electrodeposition using an aqueous solution that does not contain a halogen element.

도 18은 전기분해의 음극 단자와 양극 단자 사이에 2.4V의 전압을 인가하고, 2880초 동안 전착을 수행하였을 때에 금속망(130)에 형성되는 필터의 구조를 도시한 도면이다. Figure 18 is a diagram showing the structure of the filter formed on the metal mesh 130 when a voltage of 2.4V is applied between the cathode terminal and the anode terminal of electrolysis and electrodeposition is performed for 2880 seconds.

도 19를 참조하면, 전착되는 물질의 성장 방향을 결정하여 주는 할로겐 이온이 없어, 제2 실시 예에 의해 생성된 필터의 구조는 제1 실시 예에 의해 생성된 필터의 구조와 상이하게 나뭇가지 형상으로 되지 않음을 알 수 있으나, 금속망(130)의 내부까지 전착물이 채원지면서 필터로 사용이 가능함을 알 수 있다.Referring to FIG. 19, since there are no halogen ions that determine the growth direction of the electrodeposited material, the structure of the filter produced by the second embodiment has a tree branch shape, different from that of the filter produced by the first embodiment. However, it can be seen that it can be used as a filter as the electrodeposition material fills the inside of the metal mesh 130.

도 19는 수용액에 할로겐 원소가 없이 제작된 필터의 성능을 도시한 도면이다.Figure 19 is a diagram showing the performance of a filter manufactured without halogen elements in an aqueous solution.

도 19는 수용액에 할로겐 원소를 포함하고 전착방식으로 제작된 필터에 5V의 전압(1920) 및 10V의 전압(1940)을 인가하였을 때의 성능과 수용액에 할로겐 원소를 포함하지 않고 전착방식으로 제작된 필터에 10V 전압(1910)과 20V 전압(1930)을 인가하였을 때의 성능을 도시한 것이다.Figure 19 shows the performance when a voltage of 5V (1920) and a voltage of 10V (1940) are applied to a filter manufactured by electrodeposition and containing halogen elements in an aqueous solution, and the performance of a filter manufactured by electrodeposition without containing halogen elements in an aqueous solution. This shows the performance when 10V voltage (1910) and 20V voltage (1930) are applied to the filter.

도 19를 참조하면, 수용액에 할로겐 원소를 포함하고 전착방식으로 제작된 필터에 10V 전압(1940)을 인가하였을 때의 성능과 수용액에 할로겐 원소를 포함하지 않고 전착방식으로 제작된 필터에 20V 전압(1930)을 인가하였을 때의 성능이 거의 유사함을 확인할 수 있다. Referring to Figure 19, the performance when 10V voltage (1940) is applied to a filter manufactured by electrodeposition method containing halogen elements in an aqueous solution and the performance of 20V voltage (1940) to a filter manufactured by electrodeposition method without containing halogen elements in aqueous solution. 1930), it can be confirmed that the performance is almost similar.

따라서, 제2 실시 예에 따라, 전착 방식을 사용하여 몸에 유해한 할로겐 원소를 포함하지 않도록 제조된 필터에 더 높은 전압을 인가함으로써 상대적으로 동등한 성능을 낼 수 있음을 알 수 있다.Therefore, according to the second embodiment, it can be seen that relatively equivalent performance can be achieved by applying a higher voltage to a filter manufactured using an electrodeposition method so as not to contain halogen elements harmful to the body.

상술한 필터 제조 방법은 전착 방식을 사용하여 종래의 공정에 비하여 더 간단하고 더 싸게 필터를 제조할 수 있다는 장점을 가질 수 있다. The above-described filter manufacturing method may have the advantage of being able to manufacture a filter simpler and cheaper than a conventional process using an electrodeposition method.

본 개시의 다양한 실시예들에서는, 원자면에 따라 불균일한 성장속도를 갖는 구리의 이방적 성장 특성에 기반하여 필터를 생성한다. 따라서, 대면적의 필터를 생산하기 위해서는, 마이크로-나노 스케일에서 불균일한 성장속도를 가지면서, 벌크 스케일(필터 전체 면적 스케일)에서 균일한 성장속도를 가질 수 있도록 필터를 제작하는 것이 중요하다. In various embodiments of the present disclosure, a filter is created based on the anisotropic growth characteristics of copper, which has a non-uniform growth rate depending on the atomic plane. Therefore, in order to produce a large-area filter, it is important to manufacture the filter so that it can have a uniform growth rate at the bulk scale (scale of the entire filter area) while having a non-uniform growth rate at the micro-nano scale.

따라서, 이하에서는, 필터의 균일성을 향상시키기 위한 방법을 제시한다. 이하에서 필터의 균일성을 향상시키는 방법은, 상술한 제1 실시 예를 이용하여 생성된 필터와 상술한 제2 실시예를 이용하여 생성한 필터에 동일하게 적용될 수 있다. Therefore, below, a method for improving the uniformity of the filter is presented. The method for improving the uniformity of the filter below can be equally applied to the filter created using the first embodiment described above and the filter created using the second embodiment described above.

먼저, 이하 실시예에서는, 전착 과정에서 대면적 필터의 균일성을 향상시킬 수 있는 조건에 대해 설명할 것이다. 대면적 필터의 균일성을 향상시킬 수 있는 조건은, 도 20 내지 도 22에 도시된 바와 같은 시뮬레이션을 통해 도출할 수 있다. 예를 들어, 본 개시에서는 전기화학 시뮬레이션 툴을 이용하여, 전착 과정에서 상대 전극의 단면 및 양면 개방 여부, 전극간 거리 등과 같은 변수가 결과물의 균일성에 미치는 영향을 설명하고, 시뮬레이션 결과를 기반으로 도출되는 대면적 필터의 제작 조건에 대해 설명할 것이다. 시뮬레이션을 위해 COSMOL 5.5a 소프트웨어의 Tertiary current distribution with electroneutrality(TCD ed) 모델 및 2D axisymmetric 기하구조를 이용하였으며, 사용된 변수들은 아래 표 3과 같다. First, in the following examples, conditions that can improve the uniformity of a large-area filter during the electrodeposition process will be explained. Conditions that can improve the uniformity of a large-area filter can be derived through simulations as shown in FIGS. 20 to 22. For example, in the present disclosure, an electrochemical simulation tool is used to explain the influence of variables such as whether the counter electrode is open on one or both sides, the distance between electrodes, etc. on the uniformity of the result during the electrodeposition process, and derived based on the simulation results. We will explain the manufacturing conditions for large-area filters. For the simulation, the Tertiary current distribution with electroneutrality (TCD ed) model and 2D axisymmetric geometry of COSMOL 5.5a software were used, and the variables used are shown in Table 3 below.

도 20은 시뮬레이션 환경을 도시한다. 시뮬레이션을 위해 (a)와 같이, 직경이 140mm인 원기둥 형태의 전기분해로(2000) 내 전해액(2010)이 60mm의 높이를 가지는 상태에서, 직경이 4인치인 구리 판(2004) 및 구리 망(2006)을 이용하여 전착을 수행하는 상황을 가정하고, 이를 기반으로 (b)와 같은 기하 구조 및 (c)와 같은 메쉬를 형성하였다. (b)의 기하구조에서 구리판은 상대 전극이 되고, 구리 망은 작동 전극이 될 수 있다. 시뮬레이션을 통해 대면적 필터의 노드 수는 8890개, 최소 요소 품질(minimum element quality)은 0.4428이고, 평균 요소 품질(average element quality)는 0.9866임을 확인하였다. Figure 20 shows the simulation environment. For the simulation, as shown in (a), in a cylindrical electrolysis furnace (2000) with a diameter of 140 mm, the electrolyte (2010) has a height of 60 mm, and a copper plate (2004) with a diameter of 4 inches and a copper net ( 2006), and based on this, a geometric structure like (b) and a mesh like (c) were formed. In the geometry of (b), the copper plate can be the counter electrode, and the copper net can be the working electrode. Through simulation, it was confirmed that the number of nodes of the large-area filter was 8890, the minimum element quality was 0.4428, and the average element quality was 0.9866.

도 21은 상대 전극을 전기화학반응에 참여시켰을 때의 시뮬레이션 그래프를 도시한다.Figure 21 shows a simulation graph when the counter electrode participates in an electrochemical reaction.

도 21의 (a)는 상대전극의 양면을 전기화학반응에 참여시켰을 때 중심 축으로부터 거리에 따른 시간별 전착 두께를 나타내고, (b)는 상대 전극의 단면을 전기화학반응에 참여시켰을 때 중심축으로부터의 거리에 따른 시간별 전착 두께를 나타낸다. (c)는 상대전극의 양면을 전기화학반응에 참여시켰을 때 전기장 분포를 나타내고, (d)는 상대전극의 단면을 전기화학반응에 참여시켰을 때 전기장 분포를 나타낸다.Figure 21 (a) shows the electrodeposition thickness over time according to the distance from the central axis when both sides of the counter electrode participate in the electrochemical reaction, and (b) shows the electrodeposition thickness over time from the central axis when the cross section of the counter electrode participates in the electrochemical reaction. Indicates the electrodeposition thickness over time according to the distance. (c) shows the electric field distribution when both sides of the counter electrode participate in the electrochemical reaction, and (d) shows the electric field distribution when the cross section of the counter electrode participates in the electrochemical reaction.

도 21의 (a) 및 (b)를 참조하여 거리에 따른 시간별 전착 두께를 살펴보면, 상대전극의 양면을 전기화학반응에 참여시켰을 때보다 상대전극의 단면만을 전기화학반응에 참여시킨 경우에 전착 두께가 더 균일한 것을 알 수 있다. Looking at the electrodeposition thickness over time according to distance with reference to (a) and (b) of Figure 21, the electrodeposition thickness is greater when only one side of the counter electrode participates in the electrochemical reaction than when both sides of the counter electrode participate in the electrochemical reaction. It can be seen that is more uniform.

또한, 도 21의 (c) 및 (d)를 참조하여 이온의 유동을 살펴보면, 상대전극의 양면을 전기화학반응에 참여시켰을 때에는 바깥 면에서 공급된 이온이 작동전극의 외곽에 집중되는 것을 알 수 있다. 반면, 상대전극의 단면만을 전기화학반응에 참여시킨 경우에는, 작동전극 외곽에서의 이온 집중이 완화됨을 알 수 있다.In addition, looking at the flow of ions with reference to Figures 21 (c) and (d), it can be seen that when both sides of the counter electrode participate in the electrochemical reaction, the ions supplied from the outer surface are concentrated on the outside of the working electrode. there is. On the other hand, when only the cross section of the counter electrode participates in the electrochemical reaction, it can be seen that the concentration of ions outside the working electrode is alleviated.

도 22는 상대 전극의 단면을 전기화학반응에 참여시켰을 때의 전극 간 거리 별 시뮬레이션 그래프를 도시한다. Figure 22 shows a simulation graph for each distance between electrodes when the cross section of the counter electrode participates in an electrochemical reaction.

도 22의 (a), (b), 및 (c)는 상대전극과 작동전극과의 거리가 각각 5mm, 10mm, 및 20mm인 상황에서, 상대전극의 단면만을 전기화학반응에 참여시켰을 때 작동전극에서의 중심 축으로부터의 거리에 따른 시간별 전착 두께 및 전기장 분포를 나타낸다.Figures 22 (a), (b), and (c) show the working electrode when only the cross section of the counter electrode participates in the electrochemical reaction in a situation where the distance between the counter electrode and the working electrode is 5 mm, 10 mm, and 20 mm, respectively. Shows the electrodeposition thickness and electric field distribution over time according to the distance from the central axis.

도 22를 참조하여, 상대전극과 작동전극 간의 거리에 따른 전착 양상을 살펴보면, 중심축으로부터 일정 거리 구간까지는 전착 두께가 일정한 평탄면이 존재함을 알 수 있다. 또한, 상대전극과 작동전극 간의 거리가 가까울수록 평탄면의 구간이 길어지는 것을 알 수 있다. 예를 들어, 상대전극과 작동전극 간의 거리가 5mm로 가장 가까운 (a)에서 평탄면 구간이 가장 길게 나타나고, 상대전극과 작동전극 간의 거리가 20mm로 가장 먼 (c)에서 평탄면의 구간이 가장 짧게 나타남을 알 수 있다.Referring to Figure 22, looking at the electrodeposition pattern according to the distance between the counter electrode and the working electrode, it can be seen that a flat surface with a constant electrodeposition thickness exists up to a certain distance from the central axis. Additionally, it can be seen that the shorter the distance between the counter electrode and the working electrode, the longer the section of the flat surface becomes. For example, in (a), where the distance between the counter electrode and the working electrode is the closest, which is 5 mm, the flat surface section appears the longest, and in (c), where the distance between the counter electrode and the working electrode is the furthest, which is 20 mm, the flat surface section appears the longest. You can see that it appears briefly.

상술한 도 20 내지 22에서와 같은 시뮬레이션을 통해, 전착 과정에서 상대전극인 구리판과 작동전극인 구리 망의 사이의 거리 간격은 좁을수록 생성된 필터의 균일성을 높일 수 있고, 구리판의 양면을 전기화학반응에 참여시키는 것보다 단면만을 전기화학반응에 참여시키는 것이 필터의 균일성을 더 높일 수 있음을 알 수 있다.Through simulations as shown in FIGS. 20 to 22 above, in the electrodeposition process, the narrower the distance between the copper plate, which is the counter electrode, and the copper net, which is the working electrode, the uniformity of the generated filter can be improved, and both sides of the copper plate can be electrically coated. It can be seen that the uniformity of the filter can be improved more by engaging only the cross section in the electrochemical reaction than by participating in the chemical reaction.

따라서, 본 개시의 실시예에서는, 필터의 균일성을 향상시키기 위해, 구리판(또는 금속판)과 구리 망(또는 금속망) 사이의 거리를 약 5mm로 좁게 설정하고, 구리판의 단면만 전착 과정에 참여하도록 할 수 있다. 일실시예에 따르면, 구리판의 양면들 중 하나의 면을 개방하고, 다른 하나의 면은 폐쇄되도록 하여, 구리판의 단면만 전기화학반응에 참여시킬 수 있다. 예를 들어, 전기분해로 내에서 전기화학 반응을 일으키지 않는 물질을 이용하여 구리판의 양면들 중 하나의 면이 외부에 노출되지 않도록 폐쇄할 수 있다.Therefore, in an embodiment of the present disclosure, in order to improve the uniformity of the filter, the distance between the copper plate (or metal plate) and the copper mesh (or metal mesh) is set narrow to about 5 mm, and only the cross section of the copper plate participates in the electrodeposition process. You can do it. According to one embodiment, one of the two sides of the copper plate is open and the other side is closed, so that only one side of the copper plate can participate in the electrochemical reaction. For example, one of the two sides of the copper plate can be closed so that it is not exposed to the outside using a material that does not cause an electrochemical reaction in the electrolysis furnace.

다음으로, 이하 실시예에서는, 전착 과정을 통해 필터를 생성한 이후에, 필터의 균일성을 향상시킬 수 있는 방법에 대해 설명할 것이다.Next, in the following examples, a method for improving the uniformity of a filter after creating the filter through an electrodeposition process will be explained.

일실시예에 따르면, 필터에 대한 기계적 압착을 통해 대면적 필터의 균일성을 향상시킬 수 있다.According to one embodiment, the uniformity of a large-area filter can be improved through mechanical compression of the filter.

도 23은 전착에 의해 생성된 필터를 기계적으로 압착하는 개념을 도시한 도면이다. Figure 23 is a diagram illustrating the concept of mechanically compressing a filter produced by electrodeposition.

도 23을 참조하면, (a)는 전착에 의해 생성된 필터를 도시한 것이고, (b)는 필터에 대한 기계적 압착 과정을 도시한 것이다. (c)는 압착에 의해 변형된 필터를 도시한 것이다.Referring to Figure 23, (a) shows a filter produced by electrodeposition, and (b) shows the mechanical compression process for the filter. (c) shows a filter deformed by compression.

도 23의 (a)와 같이 전착에 의해 생성된 필터(2301)를 (b)와 같이, 제1 및 제2 실리콘 패드들(2311, 2312) 사이에 배치하고, 적어도 하나의 롤러(2321)를 이용하여 제1 및 제2 실리콘 패드들(2311, 2312) 사이의 필터(2301)를 압착함으로써, (c)와 같이 압착에 의해 변형된 필터(2331)를 획득할 수 있다. 롤러(2321)는 내부에 히터를 포함하는 가열 롤러(heated roller)일 수 있다. 일실시예에 따르면, 필터(2301)의 양측면 각각에서 가열 롤러들이 롤링(rolling)되도록 하여, 필터(2301)를 기계적으로 압착할 수 있다. The filter 2301 created by electrodeposition as shown in (a) of FIG. 23 is placed between the first and second silicon pads 2311 and 2312 as shown in (b), and at least one roller 2321 is installed. By compressing the filter 2301 between the first and second silicon pads 2311 and 2312, a filter 2331 deformed by compression can be obtained as shown in (c). The roller 2321 may be a heated roller including a heater therein. According to one embodiment, the filter 2301 can be mechanically compressed by rolling heating rollers on both sides of the filter 2301.

도 24는 압착 전의 필터와 압착 후의 필터를 도시한 도면이다.Figure 24 is a diagram showing a filter before compression and a filter after compression.

도 24는 전착에 의해 생성된 필터(2401)의 일측(2421)이 가열 롤러(2403)의 롤링에 의해 압착되고, 타측(2411)이 가열 롤러(2403)에 의해 압착되지 않은 상태를 나타낸다. 또한, 도 24는 가열 롤러(2403)의 롤링에 의해 압착되지 않은 타측(2411) 및 가열 롤러(2403)의 롤링에 의해 압착된 일측(2421)의 일면을 확대한 도면들(2413,2423), 및 압착되지 않은 타측(2411) 및 압착된 일측(2421)의 측면을 확대한 도면들(2415, 2425)을 나타낸다. FIG. 24 shows a state in which one side 2421 of the filter 2401 produced by electrodeposition is compressed by rolling of the heating roller 2403, and the other side 2411 is not compressed by the heating roller 2403. In addition, Figure 24 is an enlarged view (2413, 2423) of one side of the other side 2411 that is not compressed by the rolling of the heating roller 2403 and one side 2421 that is compressed by the rolling of the heating roller 2403. and enlarged views 2415 and 2425 of the side surfaces of the other non-compressed side 2411 and the compressed one side 2421.

도 24에서, 일면을 확대한 도면들(2413,2423)을 통해, 가열 롤러(2403)의 롤링에 의해 압착된 필터의 균일성이 압착 전보다 향상됨을 알 수 있다. 또한, 측면을 확대한 도면들(2415, 2425)를 통해 가열 롤러(2403)의 롤링에 의해 압착된 필터의 두께가 압착 전보다 얇아 짐을 알 수 있다.In FIG. 24 , through enlarged views 2413 and 2423 of one side, it can be seen that the uniformity of the filter compressed by rolling of the heating roller 2403 is improved compared to before compression. In addition, through enlarged side views 2415 and 2425, it can be seen that the thickness of the filter compressed by the rolling of the heating roller 2403 becomes thinner than before compression.

도 25는 기계적 압착 시에 가해지는 압력에 따른 필터의 두께 변화를 나타내는 그래프이고, 도 26 기계적 압착 시에 가해지는 압력에 따른 필터의 두께를 도시한다.Figure 25 is a graph showing the change in the thickness of the filter according to the pressure applied during mechanical compression, and Figure 26 shows the thickness of the filter according to the pressure applied during mechanical compression.

도 25 및 도 26을 참조하면, 기계적 압착에 의해 압력이 가해지는 경우 필터의 두께가 얇아지는 것을 알 수 있고, 두께 편차가 감소하여 균일성이 향상됨을 알 수 있다. Referring to Figures 25 and 26, it can be seen that when pressure is applied by mechanical compression, the thickness of the filter becomes thinner, and the thickness deviation decreases, thereby improving uniformity.

도 27은 필터에 대한 필링 오프(pilling off) 테스트 결과를 도시한다. Figure 27 shows pilling off test results for the filter.

도 27은 양면 접착 테이프(double-sided adhesive tape, 2701)가 접착된 슬라이드 글라스(slide Glass, 2703)를 이용하여, 필터에 대한 필링 오프 테스트를 수행한 결과를 나타낸다. Figure 27 shows the results of a peeling-off test on a filter using a slide glass (2703) to which a double-sided adhesive tape (2701) is attached.

도 27을 참조하면, 압착되지 않은 필터에 대한 입자 탈락 율(dropout rate)은 99.803%이고, 35kgf로 압착된 필터에 대한 입자 탈락 율은 11.970%이고, 70kgf로 압착된 필터에 대한 입자 탈락 율은 11.833%임을 알 수 있다. 즉, 높은 압력으로 압착된 필터일수록 양면 접착 테이프에 의한 입자 탈락율이 감소하여 기계적 안정성을 확보할 수 있음을 알 수 있다.Referring to Figure 27, the particle dropout rate for the unpressed filter is 99.803%, the particle dropout rate for the filter compressed at 35 kgf is 11.970%, and the particle dropout rate for the filter compressed at 70 kgf is It can be seen that it is 11.833%. In other words, it can be seen that the filter compressed at a higher pressure reduces the particle dropping rate due to the double-sided adhesive tape, thereby ensuring mechanical stability.

다음으로, 이하 실시예들에서는 필터의 차압(pressure drop, 또는 difference pressure)을 개선할 수 있는 방법에 대해 설명할 것이다. 차압은 필터의 유입구(inlet)와 유출구(outlet)의 압력 차이를 의미할 수 있다.Next, in the following embodiments, a method for improving the pressure drop (or difference pressure) of the filter will be described. Differential pressure may refer to the pressure difference between the inlet and outlet of the filter.

이하 실시예들은, 상술한 실시예들 중 적어도 하나의 실시예와 함께 사용될 수 있다. 예를 들어, 이하에서 차압을 개선하는 방법은 압착된 필터에 적용될 수도 있고, 압착되지 않은 필터에 적용될 수도 있다.The following embodiments can be used in conjunction with at least one of the above-described embodiments. For example, the method for improving differential pressure below may be applied to a compressed filter or to a non-compressed filter.

도 28은 필터에서 차압에 영향을 미치는 요소들을 나타내는 도면이다. Figure 28 is a diagram showing factors affecting differential pressure in the filter.

도 28에 도시된 바와 같이, 금속선의 직경이 클수록 필터의 개구된 부분의 면적이 작아지게 되며, 이에 따라 필터의 차압이 높아질 수 있다. 따라서, 이하 실시예에서는 금속선의 직경(2803, 2813)을 감소시켜, 개구된 부분에 대한 직경(2801)을 증가시키는 방안에 대해 설명할 것이다. As shown in FIG. 28, the larger the diameter of the metal wire, the smaller the area of the open portion of the filter, and thus the higher the differential pressure of the filter. Therefore, in the following embodiments, a method of increasing the diameter 2801 of the open portion by reducing the diameters 2803 and 2813 of the metal wire will be described.

일실시예에 따르면, 필터의 차압을 개선하기 위해, 필터에 대한 열처리 시 수소 가스를 이용하여 금속선의 직경을 감소시킬 수 있다. According to one embodiment, in order to improve the differential pressure of the filter, the diameter of the metal wire may be reduced by using hydrogen gas during heat treatment of the filter.

도 29는 수소 가스를 이용하여 필터에 대한 열처리를 수행하는 구조도이다.Figure 29 is a structural diagram of performing heat treatment on a filter using hydrogen gas.

도 29에 도시된 바와 같이, 압착된 필터(2911)를 흑연 판(graphite plate)(2913) 상에 배치하고, 필터(2911)가 배치된 흑연 판(2913)을 진공관(vacuum tube, 2903) 내에 배치할 수 있다. 필터를 열처리하기 위해 진공관(2903)의 주변에는 가열 소자(2921) 및 코일(2923)을 배치하여 진공관(2903)을 가열할 수 있다. As shown in FIG. 29, the pressed filter 2911 is placed on a graphite plate 2913, and the graphite plate 2913 on which the filter 2911 is placed is placed in a vacuum tube 2903. It can be placed. In order to heat treat the filter, the vacuum tube 2903 can be heated by placing a heating element 2921 and a coil 2923 around the vacuum tube 2903.

일실시예에 따르면, 진공관(2903) 가열 시에 수소 가스를 포함하는 혼합 가스(예: H₂/Ar gas)를 진공관(2903)에 주입할 수 있다. 진공관(2903)에 혼합 가스가 주입되는 경우, 금속 판(예: 구리 판)의 표면에 생긴 산화층(예: CuO, 또는 Cu₂O)이 수소와 환원 반응(CuO + H₂ -> Cu + H₂O_(g), Cu₂O + H₂ -> 2Cu + H₂O_(g))을 일으켜 순수 구리로 변화될 수 있으며, 이에 따라 금속 판의 금속선 직경이 감소될 수 있다. 열처리 이후에 진공관(2903)에 존재하는 가스는, 공기 압축기(2905)로 제공될 수 있다.According to one embodiment, when the vacuum tube 2903 is heated, a mixed gas containing hydrogen gas (eg, H ₂ /Ar gas) may be injected into the vacuum tube 2903. When a mixed gas is injected into the vacuum tube 2903, the oxide layer (e.g. CuO, or Cu ₂ O) formed on the surface of the metal plate (e.g. copper plate) undergoes a reduction reaction with hydrogen (CuO + H ₂ -> Cu + H ₂ O _(g) , Cu ₂ O + H ₂ -> 2Cu + H ₂ O _(g) ) and can be changed into pure copper, thereby reducing the diameter of the metal wire of the metal plate. The gas present in the vacuum tube 2903 after heat treatment may be provided to the air compressor 2905.

도 30은 필터 열처리 시, 온도에 따른 금속선의 평균 직경을 나타내는 그래프이다.Figure 30 is a graph showing the average diameter of metal wire according to temperature during filter heat treatment.

도 30은 기존의 아르곤 가스를 이용하여 필터를 열처리한 경우에 대한 그래프(3010)와 본 개시에서 제안한 수소 가스를 이용하여 필터를 열처리한 경우에 대한 그래프(3020)를 도시한다. Figure 30 shows a graph 3010 for a case in which a filter is heat-treated using existing argon gas and a graph 3020 for a case in which a filter is heat-treated using hydrogen gas proposed in the present disclosure.

도 30을 참조하면, 400°C로 필터를 열처리한 경우, 수소 가스를 이용한 경우의 금속선의 직경이 아르곤 가스를 이용한 경우의 금속선의 직경보다 미세하게 작은 것을 알 수 있다. 또한, 500°C로 필터를 열처리한 경우, 아르곤 가스를 이용한 경우의 금속선의 직경이 급격히 증가하고, 600°C로 필터를 열처리한 경우, 수소 가스를 이용한 경우의 금속선의 직경과 아르곤 가스를 이용한 경우의 금속선의 직경이 차이가 없음을 알 수 있다. 이는 과도하게 높은 온도로 인해 전착 구조물 변형되기 때문이다.Referring to FIG. 30, when the filter is heat treated at 400°C, it can be seen that the diameter of the metal wire when hydrogen gas is used is slightly smaller than the diameter of the metal wire when argon gas is used. In addition, when the filter is heat-treated at 500°C, the diameter of the metal wire when using argon gas increases rapidly, and when the filter is heat-treated at 600°C, the diameter of the metal wire when hydrogen gas is used and the diameter of the metal wire when using argon gas are increased rapidly. It can be seen that there is no difference in the diameter of the metal wire in each case. This is because the electrodeposition structure is deformed due to excessively high temperature.

도 31은 기존 아르곤 가스 및 본 개시에서 제안하는 수소 가스를 이용하여 열처리된 필터를 도시한다.Figure 31 shows a filter heat-treated using existing argon gas and hydrogen gas proposed in the present disclosure.

도 31의 (a), (b), (c)는 기존 아르곤 가스를 이용하여 열처리된 필터를 도시한 것이고, (d), (e), (f)는 본 개시에서 제안하는 수소 가스를 이용하여 열처리된 필터를 도시한다. Figures 31 (a), (b), and (c) show filters heat-treated using existing argon gas, and (d), (e), and (f) show filters heat-treated using hydrogen gas proposed in the present disclosure. A heat-treated filter is shown.

도 31을 참조하면, 400°C에서는 수소 가스를 이용하여 열처리된 필터의 금속선의 직경은 아르곤 가스를 이용하여 열처리된 필터의 금속선의 직경보다 미세하게 작은 것을 알 수 있다. 그러나, 500°C에서는, 수소 가스를 이용하여 열처리된 필터의 금속선 직경은 1.1um으로, 아르곤 가스를 이용하여 열처리된 필터의 금속선 직경 1.8um보다 직경이 크게 줄어든 것을 알 수 있다. 600°C에서는, 필터의 전착 구조물이 변형되어 수소 가스 및 아르곤 가스를 이용한 경우 모두 금속선의 직경이 커짐을 알 수 있다.Referring to FIG. 31, it can be seen that at 400°C, the diameter of the metal wire of the filter heat-treated using hydrogen gas is slightly smaller than the diameter of the metal wire of the filter heat-treated using argon gas. However, at 500°C, the metal wire diameter of the filter heat-treated using hydrogen gas was 1.1 um, which was significantly reduced compared to the 1.8 um metal wire diameter of the filter heat-treated using argon gas. At 600°C, the electrodeposited structure of the filter is deformed, and the diameter of the metal wire increases when hydrogen gas and argon gas are used.

도 32는 필터에 대한 필링 오프(pilling off) 테스트 결과를 도시한다. Figure 32 shows pilling off test results for the filter.

도 32는 양면 접착 테이프(double-sided adhesive tape, 3210)가 접착된 슬라이드 글라스(slide Glass, 3220)를 이용하여, 필터에 대한 필링 오프 테스트를 수행한 결과를 나타낸다. Figure 32 shows the results of a peeling-off test on a filter using a slide glass (3220) to which a double-sided adhesive tape (3210) is attached.

도 32를 참조하면, 열처리 및 압착이 수행되지 않은 필터의 입자 탈락 율(dropout rate)은 99.803%이고, 40kgf로 압착만 수행된 필터의 입자 탈락 율은 11.970%임을 알 수 있다. 또한, 500°C로 열처리만 수행된 필터의 입자 탈락 율은 11.833%이고, 40kgf로 압착된 후 500°C로 열처리된 필터의 입자 탈락 율은 0.584%로 가장 낮음을 알 수 있다. 즉, 압착된 필터를 수소 가스를 이용하여 열처리하는 경우, 입자 탈락율을 최소화하여 기계적 안정성을 향상시킬 수 있음을 알 수 있다.Referring to Figure 32, it can be seen that the particle dropout rate of the filter without heat treatment and compression is 99.803%, and the particle dropout rate of the filter only compression at 40 kgf is 11.970%. In addition, the particle dropout rate of the filter that was only heat treated at 500°C was 11.833%, and the particle dropout rate of the filter that was compressed at 40kgf and then heat treated at 500°C was the lowest at 0.584%. In other words, it can be seen that when the compressed filter is heat treated using hydrogen gas, the particle dropping rate can be minimized and the mechanical stability can be improved.

상술한 바와 같이 다양한 방식들 중 적어도 하나의 방식에 의해 제작된 필터는, 먼지를 필터링하기 위해 사용된 이후에, 재사용을 위해 세척될 수 있다. 일실시예에 따르면, 사용된 필터를 아세톤(acetone), 또는 염화 수소(HCI)로 세척함으로써, 필터의 차압을 원 상태로 회복할 수 있다. 이는 먼지가 아세톤 또는 염화 수소에 잘 용해되기 때문이다. As described above, a filter manufactured by at least one of the various methods may be washed for reuse after being used to filter dust. According to one embodiment, the differential pressure of the filter can be restored to its original state by washing the used filter with acetone or hydrogen chloride (HCI). This is because dust is highly soluble in acetone or hydrogen chloride.

도 33은 사용된 필터 및 세척된 필터들을 도시한다. 도 33의 (a)는 본 개시에서 제안한 방식들 중 적어도 하나를 이용하여 제작된 필터이고, (b)는 40분 동안 미세 먼지를 필터링한 필터이다. (c)는 정제수로 세척된 필터이고, (d)는 아세톤으로 세척된 필터이며, (e)는 염화 수소로 세척된 필터이다.Figure 33 shows used and cleaned filters. Figure 33 (a) is a filter manufactured using at least one of the methods proposed in this disclosure, and (b) is a filter that filtered fine dust for 40 minutes. (c) is a filter washed with purified water, (d) is a filter washed with acetone, and (e) is a filter washed with hydrogen chloride.

도 33을 참조하면, 아세톤 또는 염화 수소로 필터를 세척하는 경우, 정제수로 필터를 세척하는 경우보다 먼지가 많이 제거된 것을 알 수 있다.Referring to Figure 33, it can be seen that when washing the filter with acetone or hydrogen chloride, more dust was removed than when washing the filter with purified water.

도 34는 세척에 의해 변경된 차압을 나타내는 그래프이다. 도 34를 참조하면, 2cm/s의 유량(flow rate)을 갖는 염화 수소로 세척된 필터의 차압(3401), 5cm/s의 유량을 갖는 염화 수소로 세척된 필터의 차압(3403), 및 10cm/s의 유량을 갖는 염화 수소로 세척된 필터의 차압(3405) 모두, 해당 필터가 사용되기 이전의 차압과 동일한 것을 알 수 있다. 즉, 사용된 필터를 염화 수소로 세척함으로써, 필터의 차압이 초기 제작 상태의 차압으로 회복됨을 알 수 있다.Figure 34 is a graph showing the differential pressure changed by washing. Referring to FIG. 34, the differential pressure 3401 of the filter washed with hydrogen chloride with a flow rate of 2 cm/s, the differential pressure 3403 of the filter washed with hydrogen chloride with a flow rate of 5 cm/s, and 10 cm It can be seen that the differential pressure 3405 of the filter washed with hydrogen chloride with a flow rate of /s is the same as the differential pressure before the filter was used. In other words, it can be seen that by washing the used filter with hydrogen chloride, the differential pressure of the filter is restored to the differential pressure in the initial manufacturing state.

상술한 바와 같이, 본 개시의 다양한 실시예들에 따르면, 전착에 의해 필터를 생성할 수 있고, 생성된 필터에 기계적 압착을 가하여 필터의 균일성을 향상시킬 수 있다. 또한, 생성된 필터, 및/또는 압착된 필터에 대해 수소 가스 기반의 열처리를 수행함으로써, 필터의 차압을 개선할 수 있다. 또한, 사용된 필터를 아세톤 또는 염화 수소로 세척하여 사용된 필터의 차압을 초기 차압으로 회복할 수 있다. As described above, according to various embodiments of the present disclosure, a filter can be produced by electrodeposition, and the uniformity of the filter can be improved by applying mechanical compression to the produced filter. Additionally, the differential pressure of the filter can be improved by performing hydrogen gas-based heat treatment on the produced filter and/or compressed filter. Additionally, the differential pressure of the used filter can be restored to the initial differential pressure by washing the used filter with acetone or hydrogen chloride.

상술한 바와 같이 본 개시의 다양한 실시예들에 따르면, 항생제 특성을 지닌 나노다공성 구리 공기 필터(Nanoporous Cu Air Filter)를 제작할 수 있다. 예를 들어, 본 개시의 다양한 실시예들에 따라 제작된 필터는, 미세 먼지를 물리적으로 포획할 수 있고, 정전기를 이용하여 포획할 수 있으며, 구리의 성질에 따라 재사용성, 항균성, 및 높은 전기전도성을 가질 수 있다.As described above, according to various embodiments of the present disclosure, a nanoporous Cu air filter with antibiotic properties can be manufactured. For example, filters manufactured according to various embodiments of the present disclosure can physically capture fine dust, can capture it using static electricity, and can have reusability, antibacterial properties, and high electrical power depending on the properties of copper. It can be conductive.

100: 전기 분해 장치 110: 전기 분해로
120: 전원 130: 금속망
140: 금속판 150: 수용액100: electrolysis device 110: electrolysis furnace
120: Power 130: Metal mesh
140: metal plate 150: aqueous solution

Claims

In metal air filters,
A filter made of metal, produced by electrodeposition, and having a nano-branched structure formed by induction of a halogen element contained in an aqueous solution provided in an electrolysis furnace for electrodeposition;
an ionizer for conducting particles to be captured by the filter to a negative charge;
A metal air filter comprising a power source providing a positive voltage to conduct the filter to a positive charge and a negative voltage for the ionizer.

The method of claim 1, wherein the filter:
It is produced by attaching a metal net to the cathode electrode, attaching a metal plate to the anode electrode, and electrodeposition by electrolysis in an electrolysis furnace provided with an aqueous solution containing the halogen element, and is formed by induction of the halogen element. A metal air filter having the nano-branched structure.

The method of claim 2, wherein the filter:
Metal air filter, produced by additionally carrying out a hydrochloric acid cleaning treatment.

According to paragraph 2,
A metal air filter, wherein the positive voltage is 10V.

According to paragraph 2,
A metal air filter where the voltage applied between the cathode electrode and the anode electrode is 0.7V.

According to paragraph 2,
The aqueous solution contains copper sulfate and sulfuric acid,
A metal air filter, wherein the voltage applied between the cathode electrode and the anode electrode is 2.4V.

According to paragraph 2,
Opening only one of the two sides of the metal plate in the electrolysis furnace so that only one side participates in the electrochemical reaction for the electrodeposition,
A metal air filter, wherein the distance between the metal mesh and the metal plate within the electrolysis furnace is set to 5 mm.

The method of claim 1, wherein the filter:
A metal air filter obtained by additionally performing a mechanical pressing process on the filter produced by electrodeposition.

The method of claim 1, wherein the filter:
A metal air filter produced by additionally performing heat treatment using hydrogen gas on the filter produced by electrodeposition.

The method of claim 9, wherein the heat treatment using hydrogen gas,
The graphite plate on which the filter produced by electrodeposition is disposed is placed in a vacuum tube,
Injecting a mixed gas containing hydrogen into the vacuum tube,
A metal air filter, performed by applying heat to the vacuum tube.

In the metal filter manufacturing method,
The operation of connecting a metal mesh with intertwined metal wires to the cathode electrode of an electrolysis furnace;
An operation of connecting a metal plate to the anode electrode of the electrolysis furnace;
Adding an aqueous solution containing a halogen element to submerge the metal mesh and the metal plate in the electrolysis furnace; and
A metal filter manufacturing method comprising performing electrolysis by applying a voltage between the cathode electrode and the anode electrode of the electrolysis furnace to manufacture a filter having a nano-branched structure formed by induction of the halogen element.

According to clause 11,
A method of manufacturing a metal filter, wherein the voltage applied between the cathode electrode and the anode electrode is 0.7V.

According to clause 11,
The aqueous solution contains copper sulfate and sulfuric acid,
A method of manufacturing a metal filter, wherein the voltage applied between the cathode electrode and the anode electrode is 2.4V.

According to clause 11,
The operation of manufacturing the filter is,
A method of manufacturing a metal filter, further comprising connecting the nano branches of the filter obtained through electrolysis to each other and performing heat treatment using hydrogen gas to reduce the diameter of the nano branches.

According to clause 11,
The operation of manufacturing the filter is,
A method of manufacturing a metal filter, further comprising performing a hydrochloric acid washing treatment to remove halogen elements contained in the filter obtained through electrolysis.

According to clause 11,
The operation of manufacturing the filter is,
A method of manufacturing a metal filter, further comprising performing a mechanical pressing process on the filter obtained through electrolysis.

According to clause 11,
In the electrolysis furnace, only one of the two sides of the metal plate is open,
A method of manufacturing a metal filter, wherein the distance between the metal mesh and the metal plate within the electrolysis furnace is set to 5 mm.

In the filter used to filter particles contained in the air,
A filter that uses a metal material, is produced by electrodeposition, and has a nano-branched structure formed by induction of a halogen element contained in an aqueous solution provided in an electrolysis furnace for electrodeposition.

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According to clause 18,
A filter wherein the nano branches of the filter are connected to each other through a hydrogen gas-based heat treatment.

According to clause 18,
A filter in which the halogen element used in producing the filter has been removed through hydrochloric acid washing treatment.

According to clause 18,
A filter produced by electrodeposition and then mechanically pressed.