KR102611597B1 - 초고온 플라즈마를 활용한 금속담지복합체 및 이의 제조방법 - Google Patents

초고온 플라즈마를 활용한 금속담지복합체 및 이의 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102611597B1
KR102611597B1 KR1020210113870A KR20210113870A KR102611597B1 KR 102611597 B1 KR102611597 B1 KR 102611597B1 KR 1020210113870 A KR1020210113870 A KR 1020210113870A KR 20210113870 A KR20210113870 A KR 20210113870A KR 102611597 B1 KR102611597 B1 KR 102611597B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
composite
metal catalyst
metal
composite particles
antibacterial
Prior art date
Application number
KR1020210113870A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20230019374A (ko
Inventor
안현수
안준영
Original Assignee
지아이에프코리아 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 지아이에프코리아 주식회사 filed Critical 지아이에프코리아 주식회사
Publication of KR20230019374A publication Critical patent/KR20230019374A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102611597B1 publication Critical patent/KR102611597B1/ko

Links

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
    • B01J20/34—Regenerating or reactivating
    • B01J20/3441—Regeneration or reactivation by electric current, ultrasound or irradiation, e.g. electromagnetic radiation such as X-rays, UV, light, microwaves
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01N—PRESERVATION OF BODIES OF HUMANS OR ANIMALS OR PLANTS OR PARTS THEREOF; BIOCIDES, e.g. AS DISINFECTANTS, AS PESTICIDES OR AS HERBICIDES; PEST REPELLANTS OR ATTRACTANTS; PLANT GROWTH REGULATORS
    • A01N25/00—Biocides, pest repellants or attractants, or plant growth regulators, characterised by their forms, or by their non-active ingredients or by their methods of application, e.g. seed treatment or sequential application; Substances for reducing the noxious effect of the active ingredients to organisms other than pests
    • A01N25/12—Powders or granules
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01N—PRESERVATION OF BODIES OF HUMANS OR ANIMALS OR PLANTS OR PARTS THEREOF; BIOCIDES, e.g. AS DISINFECTANTS, AS PESTICIDES OR AS HERBICIDES; PEST REPELLANTS OR ATTRACTANTS; PLANT GROWTH REGULATORS
    • A01N59/00—Biocides, pest repellants or attractants, or plant growth regulators containing elements or inorganic compounds
    • A01N59/14—Boron; Compounds thereof
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01N—PRESERVATION OF BODIES OF HUMANS OR ANIMALS OR PLANTS OR PARTS THEREOF; BIOCIDES, e.g. AS DISINFECTANTS, AS PESTICIDES OR AS HERBICIDES; PEST REPELLANTS OR ATTRACTANTS; PLANT GROWTH REGULATORS
    • A01N59/00—Biocides, pest repellants or attractants, or plant growth regulators containing elements or inorganic compounds
    • A01N59/16—Heavy metals; Compounds thereof
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L9/00—Disinfection, sterilisation or deodorisation of air
    • A61L9/01—Deodorant compositions
    • A61L9/014—Deodorant compositions containing sorbent material, e.g. activated carbon
    • 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
    • B01J20/06—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising oxides or hydroxides of metals not provided for in group B01J20/04
    • B01J20/08—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising oxides or hydroxides of metals not provided for in group B01J20/04 comprising aluminium oxide or hydroxide; comprising bauxite
    • 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
    • B01J20/10—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising silica or silicate
    • B01J20/16—Alumino-silicates
    • B01J20/18—Synthetic zeolitic molecular sieves
    • 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
    • B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/70—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper
    • B01J23/72—Copper
    • 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
    • B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/70—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper
    • B01J23/74—Iron group metals
    • B01J23/745—Iron
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L2209/00—Aspects relating to disinfection, sterilisation or deodorisation of air
    • A61L2209/20—Method-related aspects
    • A61L2209/22—Treatment by sorption, e.g. absorption, adsorption, chemisorption, scrubbing, wet cleaning

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Environmental Sciences (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Dentistry (AREA)
  • Plant Pathology (AREA)
  • Pest Control & Pesticides (AREA)
  • Agronomy & Crop Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Disinfection, Sterilisation Or Deodorisation Of Air (AREA)

Abstract

본 발명의 일실시예는 초고온 플라즈마를 활용한 금속담지복합체를 제조하는 방법으로서, 다공성 담체 및 금속 촉매를 준비하는 단계, 상기 다공성 담체 및 금속 촉매를 고온 플라즈마 장비에 공급하는 단계 및 상기 플라즈마 장비의 온도를 승온시켜 상기 다공성 담체와 금속 촉매를 복합화하는 단계를 포함하는 금속담지복합체의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 금속담지복합체의 다양한 크기의 기공을 통한 흡착과 금속 촉매와 유해 기체 및 세균 사이의 산화환원반응으로 인해 화학적인 분해가 발생하기 때문에, 물리적 흡착능 뿐만 아니라 금속 촉매와 유해 물질 사이의 화학적 분해로 인한 항균 및 탈취능을 동시에 보유할 수 있다.

Description

초고온 플라즈마를 활용한 금속담지복합체 및 이의 제조방법{METAL-SUPPORTED COMPOSITE USING ULTRA-HIGH TEMPERATURE PLASMA AND ITS MANUFACTURING METHOD}
본 발명은 초고온 플라즈마를 활용한 금속담지복합체 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 제1 다공성 담체와 제1 금속 촉매를 복합화하여 제1 복합입자를 제조하는 단계, 제2 다공성 담체와 제2 금속 촉매를 복합화하여 제2 복합입자를 제조하는 단계 및 상기 제1 복합입자 및 제2 복합입자를 혼합하여 항균 및 탈취용 금속담지복합체를 얻는 단계를 포함하고, 상기 제1 또는 제2 복합입자는, 상기 제1 또는 제2 다공성 담체 및 상기 제1 또는 제2 금속 촉매를 플라즈마 장비에 공급하고 상기 플라즈마 장비의 온도를 승온시켜 제조하는 것을 특징으로 하는 항균 및 탈취용 금속담지복합체의 제조방법에 관한 것이다.
최근 유해/독성 가스의 항균 및 탈취에 대한 수요가 증가함에 따라, 다양한 방법으로 유해 가스를 제거하는 방법이 개발되고 있다. 일반적으로 많이 사용하는 기술은 기상의 가스성분이 다공성 고체표면에 물리적으로 결합되는 흡착반응을 이용하는 것으로서, 기공을 통해 유해 기체의 흡착이 일어나는 것을 의미한다. 그러나 기공의 물리적 흡착은 가스분자와 흡착제 표면의 활성점 사이에 Van derWalls힘에 의한 결합으로, 화학적 반응보다 그 힘이 약하다. 한편, 이러한 유해가스는 환경에 유해인자를 제공할 뿐만 아니라 기체가 가진 성분으로 인해 악취를 유발하기도 한다. 이러한'악취제거'를 위한 항균제의 수요가 증가하고 있는 실정인데, 가장 많이 사용되는 시장 중 하나는 반려동물이다. 특히, 최근 인구가 대도시로 집중되는 도시화가 가속화되면서 상대적으로 좁아진 생활공간과 더욱 바빠지고 있는 현대인들의 라이프스타일에 맞춰 반려동물로 고양이에 대한 선호도가 높아지고 있다. 1인 가구가 증가함에 따라 반려동물에 대한 관심과 애정이 높아지고 있으며, 이들은 반려동물을 동물이라는 개념을 넘어 가족의 역할로 받아들이고 있다. 특히 고양이의 경우에는 개와 달리 산책을 시켜줄 필요가 없고 배변 또한 스스로 실내에서 처리하는 습관을 가지고 있어 상대적으로 경제적 비용 및 시간적 비용이 덜 요구돼 많은 사람들에게 반려동물로 큰 인기를 끌고 있다. 이에 따라, 실내에서 용변을 보기 위해 필요한 전용 캣리터(cat litter, 고양이 모래)는 반려동물 시장에서 사용되는 대표적인 흡착물질이다. 고양이들에게 캣리터 제품은 필수품이고 평생 필요한 제품인 만큼 그에 대한 소비도 증가하고 있지만, 면역력이 낮은 고양이의 경우 자신의 배변 또는 다른 고양이의 배변에서 발생하는 균들로 인하여 다양한 질병에 감염될 확률이 높기 때문에 캣리터에 사용되는 흡착 재료가 중요해지고 있는 실정이다. 국내에서 킷리터 제품으로 가장 많이 사용하는 제품은 두부 모래이다. 가볍고 친환경적이기 때문에 식용시 건강에 유해하지 않으며 변기나 일반쓰레기에 버릴 수 있다는 장점이 있다. 그러나 두부모래는 보관관리 능력에 따라 벌레가 다량 발생할 수 있고, 고양이가 얼마나 많은 소변을 봤는지 양과 횟수를 파악하는데 용이하지 않다는 단점이 있다. 이에 따라 탈취력이 보다 뛰어나고 고양이들이 배변을 보기에 촉감이 용이한 벤토나이트 배변 모래에 대한 수요가 증가하고 있다. 벤토나이트를 사용하게 되면 탈취효과가 극대화된다는 장점이 있지만, 고양이들이 배변으로 인한 질병감염 확률을 낮추지 못한다는 한계가 있다. 또한 후각이 예민한 고양이의 경우, 배변모래의 악취가 발생할 경우 스트레스를 유발하게 되어 설치된 화장실이 아닌 다른곳에서 용변을 보거나 방광염에 걸리는 경우가 있기 때문에, 벤토나이트보다 우수한 탈취 및 살균기능을 가진 배변모래가 필요한 실정이다.
이에 본 발명자들은, 상기 문제점을 착안하여 다공성 담체의 다양한 크기의 기공을 통한 흡착과 금속촉매의 이온과 유해 물질 사이의 산화환원 반응으로 인한 화학적인 분해가 동시에 발생하여 기능이 극대화된 금속담지복합체를 개발하여 본 발명에 이르게 되었다.
본 발명은 전술한 문제를 해결하고자 안출된 것으로서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 초고온 플라즈마를 활용한 금속담지복합체를 제조하는 방법으로서, 제1 다공성 담체와 제1 금속 촉매를 복합화하여 제1 복합입자를 제조하는 단계, 제2 다공성 담체와 제2 금속 촉매를 복합화하여 제2 복합입자를 제조하는 단계 및 상기 제1 복합입자 및 제2 복합입자를 혼합하여 항균 및 탈취용 금속담지복합체를 얻는 단계를 포함하고, 상기 제1 또는 제2 복합입자는, 상기 제1 또는 제2 다공성 담체 및 상기 제1 또는 제2 금속 촉매를 플라즈마 장비에 공급하고 상기 플라즈마 장비의 온도를 승온시켜 제조하는 것을 특징으로 하는 항균 및 탈취용 금속담지복합체의 제조방법을 제공한다.
또한 본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 상기 금속담지복합체의 제조방법에 따라 제조된 금속담지복합체를 제공한다.
또한 본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 상기 금속담지복합체를 포함하는 고양이 모래를 제공한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면은,
제1 다공성 담체와 제1 금속 촉매를 복합화하여 제1 복합입자를 제조하는 단계, 제2 다공성 담체와 제2 금속 촉매를 복합화하여 제2 복합입자를 제조하는 단계 및 상기 제1 복합입자 및 제2 복합입자를 혼합하여 항균 및 탈취용 금속담지복합체를 얻는 단계를 포함하고, 상기 제1 또는 제2 복합입자는, 상기 제1 또는 제2 다공성 담체 및 상기 제1 또는 제2 금속 촉매를 플라즈마 장비에 공급하고 상기 플라즈마 장비의 온도를 승온시켜 제조하는 것을 특징으로 하는 항균 및 탈취용 금속담지복합체의 제조방법을 제공한다.
상기 제1 또는 제2 복합입자는, 상기 고온 플라즈마 장비 내에서 상기 제1 또는 제2 금속 촉매가 기화하여 상기 제1 또는 제2 다공성 담체와 결합하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 제1 복합입자 및 제2 복합입자의 혼합 중량비는 1:4 내지 4:1인 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 플라즈마 장비는 RF(Radio Frequency) 플라즈마를 이용하는 장비이고, 상기 제1 또는 제2 복합입자를 제조하는 단계;는 10,000K 이상의 온도에서 이루어지는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 제1 또는 제2 다공성 담체는, 각각 독립적으로 활성탄, 제올라이트, 벤토나이트, 그라파이트, 그래핀, 지르코니아, 알루미나 및 셀라이트으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 포함할 수 있다.
상기 제1 금속 촉매는 철(Fe)이고, 상기 제2 금속 촉매는 구리(Cu)인 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 제1 다공성 담체 및 제1 금속 촉매 전체 중량 100 중량부에 대하여 상기 제1 금속 촉매는 2 내지 7 중량부로 투입되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 제2 다공성 담체 및 제2 금속 촉매 전체 중량 100 중량부에 대하여 상기 제2 금속 촉매는 0.1 내지 1 중량부로 투입되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 제1 복합입자는 탈취용 금속담지복합체이고, 상기 제1 복합입자는 트리메틸아민, 암모니아, 황화수소 및 메틸머캅탄으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 기체에 대해 탈취 성능을 갖는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 제2 복합입자는 항균용 금속담지복합체이고, 상기 제2 복합입자는 리스테리아 모노사이토제네스(Listeria monocytogenes), 대장균(Escherichia coli), 바실러스 세레우스(Bacillus cereus), 살모넬라 타이피뮤리움(Salmonella typhimurium), 황색포도상구균(Staphylococcus aureus)및 폐렴간균(Klebsiella pneumoniae)으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상에 대해 항균 성능을 갖는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 제1 또는 제2 금속 촉매의 입자 크기는 2 내지 300nm인 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 일 측면은, 상기 금속담지복합체의 제조방법에 따라 제조된 항균 및 탈취용 금속담지복합체를 제공할 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 일 측면은, 상기 금속담지복합체를 포함하는 고양이 모래를 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 출발원료가 10,000K이상의 초고온에서 분해되기 때문에 고체, 액체, 기체의 상태와 관계없이 합성할 수 있고, 반응시간이 10 ms 정도로 매우 빠르게 복합화 시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 금속담지복합체의 다양한 크기의 기공을 통한 흡착과 금속 촉매와 유해 기체 및 세균 사이의 산화환원반응으로 인해 화학적인 분해가 발생하기 때문에, 물리적 흡착능 뿐만 아니라 금속 촉매와 유해 물질 사이의 화학적 분해로 인한 항균 및 탈취능을 동시에 보유할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 탈취 성능이 강한 금속담지복합체와 항균 성능이 강한 금속담지복합체를 혼합하여 사용하기 때문에, 우수한 항균 및 탈취능을 동시에 보유할 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 설명 또는 청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 금속담지복합체의 제조 공정도이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 금속담지복합체 제조공정에 따라 제조된 모습을 이미지로 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른 복합화하지 않은 AC 담체의 SEM이미지를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 일 구현예에 따른 복합화하지 않은 AC 담체의 XRD(X-선 회절)의 분석결과를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 일 구현예에 따른 복합화하지 않은 AC담체의 BET 분석결과를 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 일 구현예에 따른 복합입자(AC + Fe 1%)의 SEM이미지를 나타낸 것이다.
도 7는 본 발명의 일 구현예에 따른 복합입자(AC + Fe 1%)의 XRD(X-선 회절)의 분석결과를 나타낸 것이다.
도 8는 본 발명의 일 구현예에 따른 복합입자(AC + Fe 1%)의 BET 분석결과를 나타낸 것이다.
도 9는 본 발명의 일 구현예에 따른 복합입자(AC + Fe 4%)의 SEM이미지를 나타낸 것이다.
도 10은 본 발명의 일 구현예에 따른 복합입자(AC + Fe 4%)의 XRD(X-선 회절)의 분석결과를 나타낸 것이다.
도 11은 본 발명의 일 구현예에 따른 복합입자(AC + Fe 4%)의 BET 분석결과를 나타낸 것이다.
도 12는 본 발명의 일 구현예에 따른 복합입자(AC + Fe 7%)의 SEM이미지를 나타낸 것이다.
도 13는 본 발명의 일 구현예에 따른 복합입자(AC + Fe 7%)의 분석결과를 나타낸 것이다.
도 14는 본 발명의 일 구현예에 따른 복합입자(AC + Fe 7%)의 BET 분석결과를 나타낸 것이다.
도 15는 본 발명의 일 구현예에 따른 복합화하지 않은 GNP 담체의 SEM이미지를 나타낸 것이다.
도 16은 본 발명의 일 구현예에 따른 복합화하지 않은 GNP 담체의 XRD(X-선 회절)의 분석결과를 나타낸 것이다.
도 17은 본 발명의 일 구현예에 따른 복합화하지 않은 GNP 담체의 BET 분석결과를 나타낸 것이다.
도 18은 본 발명의 일 구현예에 따른 복합입자(GNP + Fe 10%)의 SEM이미지를 나타낸 것이다.
도 19는 본 발명의 일 구현예에 따른 복합입자(GNP + Fe 10%)의 XRD(X-선 회절)의 분석결과를 나타낸 것이다.
도 20은 본 발명의 일 구현예에 따른 복합입자(GNP + Fe 10%)의 BET 분석결과를 나타낸 것이다.
도 21은 본 발명에 따른 제1 복합입자(Fe 7%) 및 제2 복합입자(Cu 1%)의 혼합 중량비에 따른 금속담지복합체의 항균평가 결과를 나타낸 것이다.
도 22은 본 발명의 일 구현예에 따른 복합입자 및 경쟁사 고양이 모래의 탈취성능을 시험 및 측정하는 이미지이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
또한 명세서 전체에서 "항균용" 및 "탈취용"이라는 용어는 금속담지복합체가 항균 또는 탈취 기능을 가진다는 것을 의미하는 것이며, 이는 다공성 담체 소재 또는 금속 촉매가 가지는 특성을 의미하는 것으로, 해당 기능 또는 효과 외의 기능 또는 효과를 배제하는 것은 아니다. 예컨대, 제 1 또는 제 2 금속 촉매가 "항균용" 촉매로 사용되는 경우, 제 1 또는 제 2 금속 촉매가 항균 성능을 강조하여 사용된다는 것을 의미할 뿐이지, 탈취 성능을 배제한다는 것을 의미하는 것은 아닐 것이다. 이는 용어 "탈취용"에 대해서도 동일하게 적용될 수 있다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본원의 제1 측면은,
제1 다공성 담체와 제1 금속 촉매를 복합화하여 제1 복합입자를 제조하는 단계, 제2 다공성 담체와 제2 금속 촉매를 복합화하여 제2 복합입자를 제조하는 단계 및 상기 제1 복합입자 및 제2 복합입자를 혼합하여 항균 및 탈취용 금속담지복합체를 얻는 단계를 포함하고, 상기 제1 또는 제2 복합입자는, 상기 제1 또는 제2 다공성 담체 및 상기 제1 또는 제2 금속 촉매를 플라즈마 장비에 공급하고 상기 플라즈마 장비의 온도를 승온시켜 제조하는 것을 특징으로 하는 항균 및 탈취용 금속담지복합체의 제조방법을 제공한다.
이하, 본원의 제1 측면에 따른 금속담지복합체의 제조방법을 도 1을 참조하여 상세히 설명한다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 금속담지복합체의 제조방법은 상기 플라즈마 장비의 온도를 승온시켜(S100), 상기 제1 및 2 금속 촉매를 플라즈마 장비에 공급하여 상기 제1 및 2 금속 촉매를 기화하는 공정을 수행할 수 있다(S110).
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 플라즈마 장비는 RF(Radio Frequency) 플라즈마를 이용하는 장비이고, 상기 제1 또는 제2 복합입자를 제조하는 단계는 10,000K 이상의 온도에서 이루어지는 것을 특징으로 할 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 고온 플라즈마 장비는 RF(Radio Frequency) 플라즈마를 이용하는 것을 특징으로 할 수 있다. RF (Ratio Frequency, 고주파) 열플라즈마 발생기는 일반적인 직류 열플라즈마 발생기와 비교해 볼 때, 챔부 내부에 전극이 존재하지 않아 전극 침식에 의한 수명 문제나 불순물의 오염 없이 고온의 열플라즈마를 안정적으로 발생시킬 수 있기 때문에 고순도의 나노입자 합성공정에 좋은 조건을 가지고 있다. 또한 RF플라즈마를 사용시, 플라즈마를 발생시키는 기체를 자유롭게 변화시킬 수 있어 금속 촉매를 기화시켜 다공성 담체와 복합화 하기에 적합하다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 플라즈마 장비를 이용한 복합화는 출발원료가 공급되면서 고온의 플라즈마 영역에서 매우 빠르게 기화되고, 기화된 원료 물질은 핵생성 및 입자성장이 일어나다가 플라즈마 외부영역에서 급냉되어 제조된다. RF 플라즈마 합성법은 출발원료가 10,000K이상의 초고온에서 분해되기 때문에 고체, 액체, 기체의 상태와 관계없이 합성할 수 있고, 반응시간이 10 ms 정도로 매우 빠르게 복합화 시킬 수 있다. 또한 저온에서 복합화를 시키는 경우 상대적으로 낮은 결정질의 입자가 생성되어 결정성을 높이기 위한 추가적인 소결 공정이 요구될 수 있으나, 초고온에서 출발원료를 기화시켜 복합화 한다는 점에서 추가적인 소결공정을 거치지 않고 완벽히 복합화된 물질을 제조할 수 있게 된다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 플라즈마 장비는 RF(Radio Frequency) 플라즈마를 이용하는 장비이고, 상기 제1 또는 제2 복합입자를 제조하는 단계는 8,000K 내지 30,000K, 바람직하게는 9,000K 내지 20,000K, 더 바람직하게는 10,000K 내지 18,000K의 온도에서 이루어지는 것을 특징으로 할 수 있다. 이러한 온도는 제1 또는 제2 금속 촉매가 충분히 기화될 수 있도록 만족시키는 온도 범위를 의미하는 것으로, 상기 범위를 만족하지 못할 경우, 금속 촉매가 기화되지 못하여 복합화가 불충분하게 일어나거나, 불필요하게 많은 에너지를 투입해야 할 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 플라즈마 장비의 온도를 승온시켜 상기 다공성 담체와 금속 촉매를 복합화하는 단계는 건식 공정에서 수행되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 복합화하는 단계에서 건식 공정을 수행할 경우, 다공성 담체와 금속 촉매를 복합화 하는 과정에서 외부에 노출 시 수분과의 급격한 반응으로 인해 폭발할 가능성을 방지할 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 제1 금속 촉매는 철(Fe)이고, 상기 제2 금속 촉매는 구리(Cu)인 것을 특징으로 할 수 있다. 구체적으로, 본원의 일 구현예에 있어서, 상기 금속 촉매는 유해 물질과의 산화환원 반응을 통해 금속담지복합체가 항균 및 탈취 효과를 낼 수 있도록 하는 금속 화합물이다. 항균의 경우, 공기중 존재하는 유해 세균을 제거하는 것을 의미하는데, 금속 이온이 세균의 표면에 다라 붙으면서 세균의 세포벽을 제거하고, 이어 세포막 및 효소 등 세포를 둘러싼 단백질과 결합한 금속 촉매의 이온은 세균의 에너지 대사를 저해하고 내부구조를 변화시켜 세균의 성장을 억제하는 역할을 수행하게 된다. 또한 탈취의 경우, 유해 기체를 무해 또는 무취 기체로 전환하는 것을 의미하는데, 금속 촉매의 이온이 공기중의 유해 기체와 산화환원 반응을 거쳐 무해 또는 무취 기체로 전환시킬 수 있게 된다. 상기 금속 촉매는 항균 내지 탈취효과를 낼 수 있는 금속 화합물로서 일반적으로 사용되는 것으로 알려진 것이라면 제한하지 않고 사용이 가능하며, 바람직하게는 구리, 철 및 아연으로 이루어지는 군으로부터 적어도 1종이상 선택되는 것을 포함하는 것이 바람직하고, 더 바람직하게는 구리 및 철로 이루어지는 군으로부터 적어도 1종이상 선택되는 것이 바람직하며, 특히 바람직하게는 본 발명의 일 실시예에서는 상기 제1 금속 촉매는 철(Fe)이고, 상기 제2 금속 촉매는 구리(Cu)인 것을 특징으로 할 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 제1 다공성 담체 및 제1 금속 촉매 전체 중량 100 중량부에 대하여 상기 제1 금속 촉매는 2 내지 7 중량부로 투입되는 것을 특징으로 할 수 있으며, 바람직하게는 상기 제1 다공성 담체 및 제1 금속 촉매 전체 중량 100 중량부에 대하여 상기 제1 금속 촉매는 3 내지 7중량부인 것, 더 바람직하게는 상기 제1 다공성 담체 및 제1 금속 촉매 전체 중량 100 중량부에 대하여 상기 제1 금속 촉매는 4 내지 7 중량부로 투입되는 것을 특징으로 할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 상기 제1 금속 촉매는 철(Fe)이고, 상기 제1 다공성 담체 및 제1 금속 촉매 전체 중량 100 중량부에 대하여, 2 내지 7 중량부로 투입되는 것을 사용할 수 있다. 상기 제1 금속 촉매의 함량에 따라 다공성 담체와의 공유결합 정도가 달라질 수 있는데, 상기 제1 금속 촉매의 함량이 2 중량부 미만이 되면 금속 촉매의 함량이 매우 부족하여 금속 촉매의 이온을 통한 유해 기체의 화학적 분리가 일어나지 않아 충분한 항균 및 탈취효과를 가질 수 없기 때문에 2 중량부 이상에서 적절히 조절할 수 있다. 그러나, 상기 제1 금속 촉매의 함량이 7 중량부 초과가 되면, 금속 촉매간 뭉침 현상이 육안으로 확인 가능할 정도로 발생하여 다공성 담체와 결합 자체가 불가능하게 되고, 이로 인해 탈취 효과 또는 항균 효과 측정자체가 불가능 할 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 제2 다공성 담체 및 제2 금속 촉매 전체 중량 100 중량부에 대하여 상기 제2 금속 촉매는 0.1 내지 1 중량부로 투입되는 것을 특징으로 할 수 있으며, 바람직하게는 상기 제2 다공성 담체 및 제2 금속 촉매 전체 중량 100 중량부에 대하여 상기 제2 금속 촉매는 0.2 내지 1 중량부인 것, 보다 바람직하게는 상기 제2 다공성 담체 및 제2 금속 촉매 전체 중량 100 중량부에 대하여 상기 제2 금속 촉매는 0.5 내지 1 중량부로 투입되는 것을 특징으로 할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 상기 제2 금속 촉매는 구리(Cu)이고, 상기 제2 다공성 담체 및 제2 금속 촉매 전체 중량 100 중량부에 대하여 0.1 내지 1 중량부로 투입되는 것을 사용할 수 있다. 상기 제2 금속 촉매의 함량에 따라 다공성 담체와의 공유결합 정도가 달라질 수 있는데, 상기 제2 금속 촉매의 함량이 0.1 중량부 미만이 되면 금속 촉매의 함량이 매우 부족하여 금속 촉매의 이온을 통한 유해 기체의 화학적 분리가 일어나지 않아 충분한 항균 및 탈취효과를 가질 수 없기 때문에 0.1 중량부 이상에서 적절히 조절할 수 있다. 또한 1.0 중량부 초과인 것은 효과 대비 비경제적일 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 제1 금속 촉매 또는 제2 금속 촉매의 함량은 사용되는 다공성 담체의 종류에 따라 차이가 있을 수 있다. 예컨대, 다공성 담체를 활성탄을 사용하는 경우 제조된 복합입자 100 중량부에 대하여 철(Fe)의 함량을 7 중량부, 구리(Cu)의 함량을 1 중량부까지 사용할 수 있으나, 본원의 다른 실시예에서는, 제1 및 제2 다공성 담체로 GNP을 사용할 경우, 제조된 복합입자 100 중량부에 대하여 철(Fe)의 함량을 10 중량부까지도 복합화가 가능한 범위로 사용할 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 제1 또는 제2 금속 촉매의 입자 크기는 2 내지 300nm인 것을 특징으로 할 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 금속 촉매는 초고온 플라즈마 장비에서 기화되는 과정을 수반하기 때문에 2nm이하의 촉매를 사용하는 경우 공정상의 경제성 및 효율성 면에서 떨어질 수 있으며, 300nm이상의 금속 촉매를 사용할 경우 기화과정이 원활이 수행되지 않아 공정을 효율적으로 운영하기 어려울 수 있다.
다음으로, 상기 제1 및 2 다공성 담체를 상기 플라즈마 장비에 공급시켜 복합화하여, 제1 및 2 복합입자를 제조하는 공정을 수행할 수 있다(S120).
본원의 일 구현예에 있어서, 다공성 담체란 상온에서 고체상태로 존재하고 마이크로 또는 나노단위의 기공을 가지며, 기체 또는 가스에 대한 효과적인 흡착능을 가진 것을 의미한다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 고온 플라즈마 장비 내에서 상기 제1 또는 제2 금속 촉매가 기화하여 상기 제1 또는 제2 다공성 담체와 결합하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 금속 촉매는 상기 다공성 담체와 공유결합을 형성하게 되는데, 이를 통해 다공성 담체의 흡착능 뿐만 아니라 금속 촉매의 높은 항균 및 탈취 기능을 갖게 된다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 제1 또는 제2 다공성 담체는, 각각 독립적으로 활성탄, 제올라이트, 벤토나이트, 그라파이트, 그래핀, 지르코니아, 알루미나 및 셀라이트으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 포함할 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 활성탄은 활성탄은 중화작용을 하여 미생물에 의한 산화반응에 유래하는 악취물질인 암모니아, 아민, 메르캅탄, 황화수소 등과 반응하여 악취물질의 분자구조에 변화를 일으켜 탈취효과에 기인하여 상기와 같은 악취물질을 분해, 제거하고 이온교환반응에 의한 효과적인 탈취효과를 얻으며, 야자껍질, 갈탄, 목탄, 섬유 등의 원료에 탄화공정을 거친 후 수증기나 이산화탄소 등으로 활성화시켜 내부에 미세기공을 형성시켜 만드는 것으로 그 기공을 통해 VOCs(Volatile Organic Compounds) 또는 가스상 오염물질, 악취 등을 흡착 제거할 수 있는 기능을 가지고 있다. 상기 활성탄은 해당 기술 분야에서 일반적으로 사용되는 것으로 알려진 것이라면 제한하지 않고 사용이 가능하며, 상세하게는 입상 활성탄, 분말 활성탄, 조립 활성탄 등 다양한 형상으로 사용할 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 제올라이트는 해당 기술 분야에서 일반적으로 사용되는 것으로 알려진 것이라면 제한하지 않고 사용이 가능하며, 상세하게는 제올라이트 A, 제올라이트 X, 제올라이트 Y, 제올라이트-L, 제올라이트-β, 제올라이트-Ω등이 있다. 일례로, 3A 또는 13X가 사용될 수 있는데, 앞에 숫자는 내부의 기공 크기(옴스트롱 단위)를 의미하고, 뒤에 알파벳은 Si/Al의 몰비에 따라 A 타입은 Si/Al의 비율 1을 의미하고, X타입은 Si/Al의 비율이 1.5임을 의미한다. 상기 제올라이트는 활성탄의 대체재로서 재생 온도가 300℃이하로 비교적 저온에서 재생이 가능하며, 외부에 노출 시에도 안전하다는 특징을 가진다. 때문에 다공성 구조로 이루어진 제올라이트 흡착제는 수분뿐만 아니라 미세기공을 통해 내부에 존재하는 불순물 제거 또한 용이할 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 활성탄과 상기 제올라이트는 흡착성능을 향상시키기 위해 복합적으로 사용할 수 있다. 제올라이트를 활성탄에 고정화시키면 제올라이트 자체의 물리화학적 성질 및 미세 결정구조가 달라질 뿐 아니라 오염물 분자가 흡착될 수 있는 흡착점(adsorption site)들이 많아지기 때문에 흡착성능과 분해속도, 분자 선택성, 이온교환 능력을 향상시킬 수 있다. 활성탄/제올라이트 복합재의 제조에는 첨착(impregnation), 수열처리(hydrothermal treatment), 화학증기 증착(chemical vapor deposition), 탄화(carbonization) 등과 같은 방법들이 사용될 수 있다.
다음으로, 상기 제1 및 2 복합입자를 혼합하여 향균 및 탈취용 금속담지복합체를 얻는 공정을 수행할 수 있다(S130).
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 제1 및 2 금속 촉매 및 제1 및 2 다공성 담체에 의해 제조된 제1 및 2 복합입자의 혼합 중량비는 1:4 내지 4:1인 것을 특징으로 할 수 있다. 제1 및 2 복합입자의 혼합 중량비는 혼합되는 물질에 따라 차이가 있을 수 있으나, 바람직하게는 상기 제1 및 2 복합입자의 혼합 중량비는 1:3 내지 3:1, 특히 바람직하게는 1:2 인 것이 바람직하다. 상기 혼합 중량비는 탈취 또는 항균 대상에 따라 차이가 있을 수 있으나, 상기 제1 금속 촉매는 철(Fe)이고, 상기 제2 금속 촉매는 구리(Cu)인 것을 특징으로 하였을 때 1:2인 것이 바람직할 것이다. 동물의 배변의 경우, 장내 음식물 및 잔류물이 배출된 것이기 때문에 다량의 세균을 포함하고 있어 항균에 보다 적합한 구리 촉매가 높은 함량으로 첨가된 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본원의 제2 측면은,
상기 금속담지복합체의 제조방법에 따라 제조된 금속담지복합체를 제공한다.
본원의 제1 측면과 중복되는 부분들에 대해서는 상세한 설명을 생략하였으나, 본원의 제1 측면에 대해 설명한 내용은 제2 측면에서 그 설명이 생략되었더라도 동일하게 적용될 수 있다.
이하, 본원의 제2 측면에 따른 금속담지복합체를 도 2를 참조하여 상세히 설명한다.
본원의 제2 측면에 따른 금속담지복합체는 RF플라즈마에 의해 외부의 불순물이 없이 우수한 고순도를 나타낼 수 있다. 또한 10,000K 이상의 초고온에서 기화 후, 복합화된다는 점에서 표면에 금속 촉매가 균일하게 분포되어 완벽히 복합화 된 것을 관찰할 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 금속담지복합체는 종래의 함침법 또는 200℃ 이하에서 제조되는 탈취 및 항균제에 비해 비표면적의 크기가 감소할 수 있으나, 금속 촉매가 다공성 담체의 표면 및 내부에 균일하고 안정적으로 분포하여 유해 물질의 흡착성능 및 항균량이 현저히 향상되는 것을 알 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 제1 복합입자는 탈취용 금속담지복합체이고, 상기 제1 복합입자는 트리메틸아민, 암모니아, 황화수소 및 메틸머캅탄으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 기체에 대해 탈취 성능을 갖는 것을 특징으로 할 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 제2 복합입자는 항균용 금속담지복합체이고, 상기 제2 복합입자는 리스테리아 모노사이토제네스(Listeria monocytogenes), 대장균(Escherichia coli), 바실러스 세레우스(Bacillus cereus), 살모넬라 타이피뮤리움(Salmonella typhimurium), 황색포도상구균(Staphylococcus aureus)및 폐렴간균(Klebsiella pneumoniae)으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상에 대해 항균 성능을 갖는 것을 특징으로 할 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 탈취용 금속담지복합체는 탈취성능이 주성능일 뿐이지 항균 성능등 나머지 성능에 대해 배제하는 것이 아니며, 마찬가지로 항균용 금속담지복합체는 항균성능이 주성능인 것에 불과할 뿐, 탈취능과 같은 나머지 성능에 대해 배제하는 것이 아니다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 금속담지복합체는 흡착성능은 물리적 흡착 및 화학적 분해를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 물리적 흡착은 가스분자와 흡착제 표면의 활성점 사이에 Van derWalls힘에 의한 결합을 의미하며, 용액내 분자들 사이의 결합력과 유사한 힘을 갖는다. 또한 가스 중의 분자간 상호 인력보다도 고체와의 인력이 크게 되는 때에 일어나며, 온도의 상승이나 압력의 감소에 의하여 쉽게 탈착되는 가역적 결합이기 때문에 재생에도 용이하다.
본원의 일 구현예에 있어서, 화학적 분해는 금속 촉매와 유해 물질 사이의 화학적 작용에 의해서 일어나는 것을 의미하며, 화학적 분해는 화학적 결합의 파괴(분해) 및 재형성과정을 포함할 수 있고, 물리적 반응보다 훨씬 결합이 강한 것을 특징으로 할 수 있다. 유해 물질에는 세균 및 유해기체를 포함할 수 있고, 유해 기체는 상기 금속 촉매의 이온과 반응하게 되어 탈취가 일어나고, 이로 인해 무취한 기체가 될 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 금속담지복합체는 다공성 담체의 다양한 기공을 통한 흡착과 금속 촉매와 유해 물질 사이의 산화환원 반응으로 인한 화학적 분해가 일어나게 되면서 물리적 흡착과 더불어, 화학적 분해를 통해 높은 항균 및 탈취 기능을 가질 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 금속담지복합체의 입자 특성은 X선 회절법(X-ray Diffraction, XRD)에 의해 측정될 수 있다. 피크의 위치, 면적, 강도, 반치폭(full width at half maximum, FWHM)등의 데이터를 통해, 본원의 금속담지복합체의 조성, 결정화도, 결정립의 분포 등을 분석할 수 있다. 상기 금속담지복합체의 입자는 상기 다공성 담체 및 금속 촉매를 포함하는 것이며, 아래에서 설명하는 바와 같이, 본원의 일 구현예에 따른 금속담지복합체 입자의 형상을 파악하고 상기 다공성 담체 및 금속 촉매가 독립적인 상을 가지고 있는 것을 확인할 수 있을 것이다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 금속담지복합체의 입자 특성은 가스흡착법(BET)에 의해 측정될 수 있다. 시료에 가스를 흡착시켜 시료 표면의 비표면적, 기공의 크기 및 분포를 측정하는 방법으로 닫혀있는 미세 기공까지 분석 가능한 분석이다. BET equation을 통해 압력 변화에 따른 흡착가스의 부피 변화를 이용해 시료 표면의 표면적을 계산할 수 있게 된다. 또한 측정상의 상대압력 Vs 흡착가스의 부피그래프인 BET plot의 Y절편인 C값과 직선상의 일치 정도를 나타내는 Correlation coefficient를 통해 분석 결과의 신뢰도를 평가할 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본원의 제3 측면은,
상기 금속담지복합체를 포함하는 고양이 모래를 제공한다.
이하, 본원의 제3 측면에 따른 금속담지복합체를 포함하는 고양이 모래를 상세히 설명한다.
본원의 제1 측면 내지 2 측면과 중복되는 부분들에 대해서는 상세한 설명을 생략하였으나, 본원의 제1 측면 내지 2 측면에 대해 설명한 내용은 제3 측면에서 그 설명이 생략되었더라도 동일하게 적용될 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 금속담지복합체는 그 자체를 활용하여 고양이 배변을 위한 고양이 모래로 사용할 수도 있고, 또는 상기 금속담지복합체는 고양이의 배변 모래에 첨가하여 사용할 수도 있다. 일반적으로 고양이 모래를 단독으로 사용했을 경우 탈취 및 향균에 대한 효과가 부족하여 일정 시간이 지났을 경우 배변에 세균이 증식할 수 있다. 때문에 고양이 모래에 상기 금속담지복합체를 첨가하여 사용함으로써 배변으로 발생하는 악취 및 세균을 효과적으로 제거할 수 있게 된다. 상기 금속담지복합체를 단독으로 고양이 모래로 사용하거나, 일부 첨가하여 사용할 것인지는 항균 및 탈취 효율을 고려하여 사용자가 선택할 수 있을 것이다. 본원의 다른 일 구현예에 있어서, 상기 금속담지복합체를 고양이의 배변 모래에 첨가하여 사용하는 경우 전체 중량 대비 40% 이상, 50% 이상, 60% 이상, 또는 70% 이상 첨가하여 사용할 수 있으며, 99% 이하, 95% 이하, 90% 이하, 85% 이하 첨가하여 사용할 수 있다.
본원의 제3 측면에 따른 고양이 모래는 고양이가 배변시, 배변은 인접한 다수의 금속담지복합체의 입자들에 의해 흡착되는데, 이에 발생하는 수분들이 상기 금속담지복합체의 기공을 통해 내부로 흡수되고 인접한 입자들끼리 뭉쳐지게 된다. 때문에 상기 금속담지복합체의 흡수력은 그대로 유지할 수 있다. 또한 고양이의 배변이 모래에 지속적으로 존재할 경우, 여러 분비물과 가스발생으로 인해 악취가 발생할 수 있는데, 금속 촉매의 이온이 분비물에 존재하는 세균의 표면에 달라붙으면서, 분비물속 세균의 세포벽을 제거하고, 이어 세포막 및 효소 등 세포를 둘러싼 단백질과 결합한 금속 이온은 세균의 에너지 대사를 저해하고 내부구조를 변화시켜 분비물속 세균의 성장을 억제하는 역할을 수행하게 된다. 뿐만 아니라, 분비물로 인한 악취는, 금속 촉매의 이온과 산화환원 반응을 통해 악취를 발생하는 유해 가스를 무해 또는 무취의 가스로 전환시키게 된다.
상기 입자가 상기 가스를 흡수하고, 금속 촉매로 인해 항균효과가 발생하여 이를 방지할 수 있게 된다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
실시예 1: 금속담지복합체의 제조
RF 전원 증폭기를 사용하여 진공 반응관 내에서 유도결합 플라즈마 토치를 이용하여 10000K이상의 플라즈마를 발생시켰다. 금속 촉매 Fe를 2 내지 7%를 공급하여 기화시킨 후 AC(활성탄) 또는 GNP(그래핀)담체를 투입하여, 본 발명의 제1 복합입자를 제조하였다. 마찬가지로, 금속 촉매 Cu를 0.1 내지 1%를 공급하여 기화시킨 후 AC(활성탄) 또는 GNP(그래핀)담체를 투입하여, 본 발명의 제2 복합입자를 제조하였다.
상기 제1 및 제2 복합입자를 고양이 모래에 포함하여 사용할 경우, 제1 및 제2 복합입자를 혼합 중량비 1:2로 혼합하여 사용하는 것이, 탈취 및 항균 성능과 경제성 측면에서 최적일 것으로 확인하였다. 이 경우, 본 발명에 따라 제조된 금속담지복합체를 고양이 배변 모래에 첨가하여 본 발명에 따른 고양이 모래를 제조하였다. 첨가량은 항균 및 탈취 효율을 고려하여 시판하는 고양이 배변 모래의 특성에 따라 적절히 조절할 수 있다.
비교예 1: 다공성 담지체의 입자 특성 평가 (AC)
도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른 복합화하지 않은 AC 담체의 SEM이미지를 나타낸 것이다. SEM은 상기 복합체의 입경, 분포 및 형태를 조사하기 위해 사용되었다. 도 3을 참조하면 무기물 이외에 독립적인 상을 가지고 존재하는 물질이 관찰되지 않았다. 또한 SEM이미지와 동시에 사용할 수 있는 EDS장비를 통해 샘플의 성분 분석을 수행하였으며, 상기 AC 담체의 조성을 하기 표로 나타내었다.
[표 1]
상기 진술한 바와 같이 금속성분은 관찰되지 않았으며, 탄소를 주성분으로 유무기물들이 AC 담체의 조성을 이루고 있다는 것을 확인할 수 있었다.
도 4는 본 발명의 일 구현예에 따른 복합화하지 않은 AC 담체의 XRD(X-선 회절)의 분석결과를 나타낸 것이다. 도 4를 참조하면, 상기 AC 담체는 대략 21.3°(이하, 제1피크) 및 27.1°(이하, 제2피크)에서 주피크(main peak)가 관찰되었으며, 그 밖에도 대략 36.3°, 39.7°, 50.9°, 60.1° 및 67.8°에서 피크를 관찰할 수 있었다.
도 5는 복합화하지 않은 AC담체의 BET 분석결과를 나타낸 것이다. BET 분석을 통해 흡탈착 그래프의 곡선모양에 따라 시료에 존재하는 기공의 형태를 짐작할 수 있다. 도 5를 참조하면, 첫 번째 그래프의 흡탈착 곡선의 형태를 보아 기공의 형태가 microprous하다는 것을 알 수 있다. 금속 촉매와 복합화 하지 않았지만, AC 고유의 특성상 미세기공을 다량 함유하고 있다는 것을 확인할 수 있었다. 또한 마지막 그래프는 BJH Pore distribution 그래프로서, Pore의 크기에 따른 기공분포를 알 수 있다. 상기 BET 분석을 통해 도출된 결과값을 하기 표로 나타내었다.
[표 2]
상기 Internal surface area 및 External surface area는 입자의 내 외부 표면적을 나타난 값으로 두 값을 더했을 때 전체 비표면적을 구할 수 있으며, 이는 as,BET-으로 나타낼 수 있다. 흡탈착그래프를 통해 예상했던 바와 같이 다량의 micropore를 포함하고 있어, 높은 비표면적을 가지고 있으며 이로 인해 우수한 흡착능력을 보유하고 있음을 알 수 있다.
실험예 1: 복합입자의 입자 특성 평가 (AC + Fe 1%)
도 6은 본 발명의 일 구현예에 따른 복합입자(AC + Fe 1%)의 SEM이미지를 나타낸 것이다. SEM은 상기 복합체의 입경, 분포 및 형태를 조사하기 위해 사용되었다. 도 6을 참조하면 플라즈마 열 반응을 통해 입자 표면에 나노 크기의 Fe(1%) 촉매가 덩어리 청크로 변형되어 다공성 담체의 일부 표면에 존재하는 것을 관찰할 수 있었다. 또한 SEM이미지와 동시에 사용할 수 있는 EDS장비를 통해 샘플의 성분 분석을 수행하였으며, 상기 제조된 복합입자의 조성을 하기 표로 나타내었다.
[표 3]
기존 활성탄 성분과 비교해봤을 때, Fe의 질량 백분율이 1.82% 존재하고 있으나, Si, Al, S 및 Na과 같은 불순물들이 함께 관찰되었기 때문에 상기 SEM 이미지에서 나타난 복합입자의 표면에 여러 불순물들과 Fe가 함께 존재하는 것을 확인할 수 있었다.
도 7는 본 발명의 일 구현예에 따른 복합입자(AC + Fe 1%)의 XRD(X-선 회절)의 분석결과를 나타낸 것이다. 도 7를 참조하면, 상기 AC와 Fe(1%)를 출발원료로 하여 제조된 복합입자의 주요 상이 AC인 것을 보여주는 XRD 분석의 예시적인 결과를 보여준다. 상기 제조된 복합입자는 대략 21.3°(이하, 제1피크) 및 27.1°(이하, 제2피크)에서 주피크(main peak)가 관찰되었으며, 그 밖에도 대략 36.3°, 39.7°, 50.9°, 60.1° 및 67.8°에서 피크를 관찰할 수 있었다. 관찰된 XRD의 Intensity 차이는 있었으나 피크값의 2Θ 값이 일정한 것으로 비추어 보았을 때, AC를 기재로 Fe가 복합화 되었다는 것을 확인할 수 있었다.
도 8는 본 발명의 일 구현예에 따른 복합입자(AC + Fe 1%)의 BET 분석결과를 나타낸 것이다. BET 분석을 통해 흡탈착 그래프의 곡선모양에 따라 시료에 존재하는 기공의 형태를 짐작할 수 있다. 도 8을 참조하면, 첫 번째 그래프의 흡탈착 곡선의 형태를 보아 기공의 형태가 microprous하다는 것을 알 수 있다. AC(활성탄)의 세공구조에 있어서 세공특성은 미세공(Micro-pore), 중간세공(Transitional-pore), 대세공(Macro-pore)으로 구분된다. 활성탄은 비교적 작은 세공직경 20Å 이하의 Micro-pore가 많은 것이 특징으로, BET 분석시 이와 같은 결과값을 도출할 수 있었다. 또한 마지막 그래프는 BJH Pore distribution 그래프로서, Pore의 크기에 따른 기공분포를 알 수 있다. 상기 BET 분석을 통해 도출된 결과값을 하기 표로 나타내었다.
[표 4]
상기 Internal surface area 및 External surface area는 입자의 내 외부 표면적을 나타난 값으로 두 값을 더했을 때 전체 비표면적을 구할 수 있으며, 이는 as,BET-으로 나타낼 수 있다. 흡탈착그래프를 통해 예상했던 바와 같이 다량의 micropore를 포함하고 있어, 높은 비표면적을 가지고 있으며 이로 인해 우수한 흡착능력을 보유하고 있음을 알 수 있다.
실험예 2: 복합입자의 입자 특성 평가 (AC + Fe 4%)
도 9는 본 발명의 일 구현예에 따른 복합입자(AC + Fe 4%)의 SEM이미지를 나타낸 것이다. SEM은 상기 복합체의 입경, 분포 및 형태를 조사하기 위해 사용되었다. 도 9를 참조하면 Fe(1%)가 포함된 복합입자에서는 쉽게 관찰되지 않았던 Fe 입자들이, 플라즈마 열 반응을 통해 입자 표면에 나노 크기의 Fe(4%) 촉매가 덩어리 청크로 변형되어 다공성 담체의 표면에 존재하는 것을 관찰할 수 있었다. 또한 SEM이미지와 동시에 사용할 수 있는 EDS장비를 통해 샘플의 성분 분석을 수행하였으며, 상기 제조된 복합입자의 조성을 하기 표로 나타내었다.
[표 5]
타기존 활성탄 성분과 비교해봤을 때, 기존 활성탄의 질량 백분율이 감소하고 Fe의 질량 백분율이 26.89% 존재한다는 것을 관찰할 수 있었으며, 상기 SEM 이미지에서 나타난 복합입자의 표면에 존재하는 물질이 Fe라는 것을 확인할 수 있었다.
도 10은 본 발명의 일 구현예에 따른 복합입자(AC + Fe 4%)의 XRD(X-선 회절)의 분석결과를 나타낸 것이다. 도 10을 참조하면, 상기 AC와 Fe(4%)를 출발원료로 하여 제조된 복합입자의 주요 상이 AC인 것을 보여주는 XRD 분석의 예시적인 결과를 보여준다. 상기 제조된 복합입자는 대략 21.3°(이하, 제1피크) 및 27.1°(이하, 제2피크)에서 주피크(main peak)가 관찰되었으며, 그 밖에도 대략 36.3°, 39.7°, 50.9°, 60.1° 및 67.8°에서 피크를 관찰할 수 있었다. 관찰된 XRD의 Intensity 차이는 있었으나 피크값의 2Θ 값이 일정한 것으로 비추어 보았을 때, AC를 기재로 Fe가 복합화 되었다는 것을 확인할 수 있었다.
도 11은 본 발명에서 제조된 복합입자의 BET 분석결과를 나타낸 것이다. BET 분석을 통해 흡탈착 그래프의 곡선모양에 따라 시료에 존재하는 기공의 형태를 짐작할 수 있다. 도 11을 참조하면, 첫 번째 그래프의 흡탈착 곡선의 형태를 보아 기공의 형태가 microprous하다는 것을 알 수 있다. AC(활성탄)의 세공구조에 있어서 세공특성은 미세공(Micro-pore), 중간세공(Transitional-pore), 대세공(Macro-pore)으로 구분된다. 활성탄은 비교적 작은 세공직경 20Å 이하의 Micro-pore가 많은 것이 특징으로, BET 분석시 이와 같은 결과값을 도출할 수 있었다. 또한 마지막 그래프는 BJH Pore distribution 그래프로서, Pore의 크기에 따른 기공분포를 알 수 있다. 상기 BET 분석을 통해 도출된 결과값을 하기 표로 나타내었다.
[표 6]
상기 Internal surface area 및 External surface area는 입자의 내 외부 표면적을 나타난 값으로 두 값을 더했을 때 전체 비표면적을 구할 수 있으며, 이는 as,BET-으로 나타낼 수 있다. 흡탈착그래프를 통해 예상했던 바와 같이 다량의 micropore를 포함하고 있어, 높은 비표면적을 가지고 있으며 이로 인해 우수한 흡착능력을 보유하고 있음을 알 수 있다.
실험예 3: 복합입자의 입자 특성 평가 (AC + Fe 7%)
철 금속 촉매의 복합화 함량의 가능한 범위를 알아보기 위해, 우선 AC + Fe 10% 복합입자를 동일한 방법으로 제조하였다. 철 촉매가 질량 함량이 높아 지나친 응집이 일어났고, 복합화가 제대로 이루어지지 않은 것을 확인하였다. 다공성 담지체인 활성탄과의 복합화가 제대로 이루어지지 않았기 때문에, 탈취 또는 항균 성능 특성도 알아볼 수 없었다. 철 함량을 감소시켜 복합화가 잘 이루어진 금속담지복합체를 제조하였다.
도 12는 본 발명의 일 구현예에 따른 복합입자(AC + Fe 7%)의 SEM이미지를 나타낸 것이다. SEM은 상기 복합체의 입경, 분포 및 형태를 조사하기 위해 사용되었다. 도 12를 참조하면 플라즈마 열 반응을 통해 입자 표면에 나노 크기의 Fe(7%) 촉매가 덩어리 청크로 변형되어 다공성 담체의 표면에 존재하는 것을 관찰할 수 있었다. 또한 SEM이미지와 동시에 사용할 수 있는 EDS장비를 통해 샘플의 성분 분석을 수행하였으며, 상기 제조된 복합입자의 조성을 하기 표로 나타내었다.
[표 7]
기존 활성탄 성분과 비교해봤을 때, Fe의 질량 백분율이 38.3% 존재하고 있으며, 상기 SEM 이미지에서 나타난 복합입자의 표면에 존재하는 물질이 Fe라는 것을 확인할 수 있었다.
도 13는 본 발명의 일 구현예에 따른 복합입자(AC + Fe 7%)의 분석결과를 나타낸 것이다. 도 13을 참조하면, 상기 AC와 Fe(7%)를 출발원료로 하여 제조된 복합입자의 주요 상이 AC인 것을 보여주는 XRD 분석의 예시적인 결과를 보여준다. 상기 제조된 복합입자는 대략 21.3°(이하, 제1피크) 및 27.1°(이하, 제2피크)에서 주피크(main peak)가 관찰되었으며, 그 밖에도 대략 36.3°, 39.7°, 50.9°, 60.1° 및 67.8°에서 피크를 관찰할 수 있었다. 관찰된 XRD의 Intensity 차이는 있었으나 피크값의 2Θ 값이 일정한 것으로 비추어 보았을 때, AC를 기재로 Fe가 복합화 되었다는 것을 확인할 수 있었다.
도 14는 본 발명의 일 구현예에 따른 복합입자(AC + Fe 7%)의 BET 분석결과를 나타낸 것이다. BET 분석을 통해 흡탈착 그래프의 곡선모양에 따라 시료에 존재하는 기공의 형태를 짐작할 수 있다. 도 5를 참조하면, 첫 번째 그래프의 흡탈착 곡선의 형태를 보아 기공의 형태가 microprous하다는 것을 알 수 있다. AC(활성탄)의 세공구조에 있어서 세공특성은 미세공(Micro-pore), 중간세공(Transitional-pore), 대세공(Macro-pore)으로 구분된다. 활성탄은 비교적 작은 세공직경 20Å 이하의 Micro-pore가 많은 것이 특징으로, BET 분석시 이와 같은 결과값을 도출할 수 있었다. 또한 마지막 그래프는 BJH Pore distribution 그래프로서, Pore의 크기에 따른 기공분포를 알 수 있다. 상기 BET 분석을 통해 도출된 결과값을 하기 표로 나타내었다.
[표 8]
상기 Internal surface area 및 External surface area는 입자의 내 외부 표면적을 나타난 값으로 두 값을 더했을 때 전체 비표면적을 구할 수 있으며, 이는 as,BET-으로 나타낼 수 있다. Fe(4%)를 금속 촉매로 사용했을 때보다는 비표면적이 감소했으나, 흡탈착그래프를 통해 예상했던 바와 같이 다량의 micropore를 포함하고 있어, 높은 비표면적을 가지고 있으며 이로인해 우수한 흡착능력을 보유하고 있음을 알 수 있다.
비교예 2: 다공성 담지체의 입자 특성 평가 (GNP)
도 15는 본 발명의 일 구현예에 따른 복합화하지 않은 GNP 담체의 SEM이미지를 나타낸 것이다. SEM은 상기 복합체의 입경, 분포 및 형태를 조사하기 위해 사용되었다. 도 15를 참조하면, 무기물 이외에 독립적인 상을 가지고 존재하는 물질이 관찰되지 않았다. 또한 SEM이미지와 동시에 사용할 수 있는 EDS장비를 통해 샘플의 성분 분석을 수행하였으며, 상기 GNP 담체의 조성을 하기 표로 나타내었다.
[표 9]
상기 진술한 바와 같이 표 1 내지 표 2와 달리 금속성분은 관찰되지 않았으며, 탄소가 주성분으로서 GNP 담체의 조성을 이루고 있다는 것을 확인할 수 있었다.
도 16은 본 발명의 일 구현예에 따른 복합화하지 않은 GNP 담체의 XRD(X-선 회절)의 분석결과를 나타낸 것이다. 도 16을 참조하면, 상기 GNP 담체는 대략 26.2°(이하, 제1피크)에서 주피크(main peak)가 관찰되었으며, 그 밖에도 대략 54.1° 및 77.6°에서 피크를 관찰할 수 있었다.
도 17은 본 발명의 일 구현예에 따른 복합화하지 않은 GNP 담체의 BET 분석결과를 나타낸 것이다. BET 분석을 통해 흡탈착 그래프의 곡선모양에 따라 시료에 존재하는 기공의 형태를 짐작할 수 있다. 도 17을 참조하면, 첫 번째 그래프의 흡탈착 곡선의 형태를 보아 non-porous하다는 것을 알 수 있다. 금속 촉매와 복합화 하지 않았을 때 GNP 담체는 non-prous한 물질이라는 것을 알 수 있었으며, 이로 인해 물리적 흡착능력이 약하다는 것을 알 수 있었다. 상기 BET 분석을 통해 도출된 결과값을 하기 표로 나타내었다.
[표 10]
전체 비표면적 값은 as,BET-로 나타내었으며 14.527로 비교적 낮은 비표면적을 가진다는 것을 알 수 있으며, 이는 non-porous한 성질에서 기인한다는 것을 알 수 있다.
실험예 4: 복합입자의 입자 특성 평가 (GNP + Fe 10%)
도 18은 본 발명의 일 구현예에 따른 복합입자(GNP + Fe 10%)의 SEM이미지를 나타낸 것이다. SEM은 상기 복합체의 입경, 분포 및 형태를 조사하기 위해 사용되었다. 도 18을 참조하면 플라즈마 열 반응을 통해 입자 표면에 나노 크기의 Fe(10%) 촉매가 덩어리 청크로 변형되어 다공성 담체의 표면에 존재하는 것을 관찰할 수 있었다. 또한 SEM이미지와 동시에 사용할 수 있는 EDS장비를 통해 샘플의 성분 분석을 수행하였으며, 상기 제조된 복합입자의 조성을 하기 표로 나타내었다.
[표 11]
기존 활성탄 성분과 비교해봤을 때, Fe의 질량 백분율이 15.09% 존재하고 있으며, 상기 SEM 이미지에서 나타난 복합입자의 표면에 존재하는 물질이 Fe라는 것을 확인할 수 있었다.
도 19는 본 발명의 일 구현예에 따른 복합입자(GNP + Fe 10%)의 XRD(X-선 회절)의 분석결과를 나타낸 것이다. 도 &를 참조하면, 상기 GNP와 Fe(10%)를 출발원료로 하여 제조된 복합입자의 주요 상이 GNP인 것을 보여주는 XRD 분석의 예시적인 결과를 보여준다. 상기 제조된 복합입자는 대략 26.2°(이하, 제1피크)에서 주피크(main peak)가 관찰되었으며, 그 밖에도 대략 54.1° 및 77.6°에서 피크를 관찰할 수 있었다. 또한 복합화 공정을 거치지 않은 순수 GNP의 XRD 피크와 비교하였을 때, 20.9° 및 44.2에서 피크가 발견되었으며, GNP를 기재로 Fe가 복합화 되었다는 것을 확인할 수 있었다.
도 20은 본 발명의 일 구현예에 따른 복합입자(GNP + Fe 10%)의 BET 분석결과를 나타낸 것이다. BET 분석을 통해 흡탈착 그래프의 곡선모양에 따라 시료에 존재하는 기공의 형태를 짐작할 수 있다. 도 20을 참조하면, GNP를 단독으로 사용했을 때의 흡탈착 그래프와는 달리, 기공의 형태가 microprous하다는 것을 알 수 있다. 상기 BET 분석을 통해 도출된 결과값을 하기 표로 나타내었다.
[표 12]
GNP를 단독으로 사용했을 때와 비교했을 때 1500% 이상의 비표면적 증가율을 나타내었다. 금속 촉매와의 복합화를 통해 비표면적이 크게 증가하였으며 흡착능력이 증가했음을 예상할 수 있었다.
실험예 5: 항균 실험
상기 실시예에서 제조된 복합입자의 항균특성을 평가하기 위해 ASTM E2149-13a 방법에 따라 동적 접촉 조건에서 항균제의 항균 활성을 측정하였다.
시험균이 접종된 현탁액을 흔들었을 때, 비침출된 물질 내 항균물질의 활성을 평가한다. 현탁액에서 생존 가능한 유기체의 수를 결정하고 적절한 대조군을 비교하여 시험균 감소율을 계산하였으며, 실험 조건과 결과값은 아래와 같다.
시험 온도: 35 ℃
시험 시간: 24 시간
접종균 세균 농도(CFU/mL):
ATCC 25922 대장균: 1.1x105
ATCC 6538 황색 포도상구균: 1.1x105
CFU: 콜로니 형성 단위
[표 13]
황색포도상구균에 대해 세균 감소율을 시험한 결과, 구리와 철을 각각 금속 촉매로 사용한 복합입자 모두 24시간 후 황색포도상구균에 대해 모두 균수가 감소하여 99.9%의 세균 감소율을 보였다. 그러나, 대장균에 대해 세균 감소율을 시험한 결과, 구리는 24시간 후 균수가 감소하여 99.9%의 세균 감소율을 보인 반면, 철의 경우 24시간 후의 세균 감소율이 74.9%에 그쳤다. 구리는 반응성이 큰 전이금속으로서, 세균에 물리적으로 접촉하면 바이러스 표면에 흠집을 낼 수 있는 반응성 이온을 방출할 수 있기 때문에, 기존 활성탄 담체 및 철을 금속 촉매로 사용한 복합입자에 비해 항균 특성이 뛰어남을 알 수 있었다. 위 결과로 볼 때, 구리 금속 촉매의 경우 항균용 촉매로서 주로 기능할 수 있다는 점을 확인할 수 있었다.
활성탄 담체만 가지고 대장균 및 황색포도상구균에 대한 세균 감소율을 시험한 결과, 24시간 후 대장균은 66.9%, 황색포도상구균은 77.5%의 세균 감소율에 그쳤다.
이는 금속 촉매를 다공성 담체와 복합화 하였을 때, 비표면적의 증가로 인한 물리적 흡착능력과 동시에, 금속이온과 세균사이의 반응이 유도되어 화학적 분해현상이 일어나 보다 높은 항균효과를 나타냄을 알 수 있었다.
실험예 5: 탈취 실험
상기 실시예에서 제조된 복합입자의 탈취특성을 평가하기 위해 아래 환경에 따라 탈취시험을 수행하였다.
먼저, 황화수소, 암모니아, 트리메틸아민 및 메틸머캅탄에 대한 탈취성능을 각각 측정하여 아래와 같은 결과값을 얻을 수 있었다.
실험예 5-1: 황화수소 탈취 실험
우선적으로 황화수소에 대한 탈취성능을 측정하기 위해 아래와 같은 조건에 따라 탈취 평가를 수행하였으며, 실험 조건 및 결과는 아래 표로 나타냈다.
실험 시간: 2시간
결과계산: (공시험의 2시간 후 측정치 - 시료의 2시간 후 측정치)/ 공시험의 2시간 후 측정치 Х 100
[표 14]
황화수소 탈취시험 결과, 제공된 시료 모두 황화수소에 대해 높은 탈취 효과를 나타냈다. 그중에서도 활성탄 담체 및 활성탄 담체에 금속 촉매를 복합화한 복합입자 모두 경쟁사 대비 높은 감소율을 보였다.
실험예 5-2: 암모니아 탈취 실험
추가적으로 암모니아에 대한 탈취성능을 측정하기 위해 아래와 같은 조건에 따라 탈취 평가를 수행하였으며, 실험 조건 및 결과는 아래 표로 나타냈다.
허용 기준치: NH3 - 70%이상
시험 시간: 2시간
결과계산: (공시험의 2시간 후 측정치 - 시료의 2시간 후 측정치)/ 공시험의 2시간 후 측정치 Х 100
[표 15]
암모니아 탈취 시험 결과, 제공된 시료 모두 높은 탈취 성능을 나타냈다. 기존 AC(활성탄)담체만 사용한 시료에 비해 1 %이하의 적은 금속 촉매를 복합화했을 뿐임에도 기존 AC 담체대비 5%이상의 감소율을 보였다. 특히 철의 경우, 0.5%를 첨가한 것 만으로도 향상된 감소율을 보였기 때문에 구리 대비, 철 촉매로 복합화한 담지체의 함량을 늘린다면 보다 향상된 농도감소율을 예상할 수 있다.
이에, AC 담체에 Fe 금속 촉매의 함량을 복합화가 잘 이루어지는 범위인 7%로 조절하여 실험을 수행하였다. 실험 조건 및 결과는 아래 표로 나타냈다.
시험 환경: 온도 23±5℃, 습도 40±5% R.H.
시험 용기: 10L 테들라 백
시료 주입량: 시료 50g
시험 기기: 검지관식 가스측정기(GV-100S, 가스텍, 일본)
[표 16]
표 16을 참조하면, 예상했던 바와 같이 기존 담체에 Fe 금속함량을 증가시켜 실험을 진행한 결과 99%이상의 탈취효과를 나타냈다.
이에 기존 AC에 금속 촉매를 복합화한 시료를 대상으로 추가적으로 실험을 수행하였다.
실험예 5-3: 트리메틸아민 및 메틸머캅탄 탈취시험
추가적으로 트리메틸아민 및 메틸머캅탄에 대한 탈취성능을 측정하기 위해 아래와 같은 조건에 따라 탈취 평가를 수행하였으며, 실험 조건 및 결과는 아래 표로 나타냈다.
시험 환경: 온도 23±5℃, 습도 40±5% R.H.
시험 용기: 10L 테들라 백
시료 주입량: 시료 50g
시험 기기: 검지관식 가스측정기(GV-100S, 가스텍, 일본)
[표 17]
표 17을 참조하면, AC 담체에 Cu 또는 Fe 금속촉매를 복합화한 복합체 모두 트리메틸아민 및 메틸머캅탄에 대해 95%이상의 높은 탈취효과를 나타내는 것을 확인할 수 있었다.
실험예 6: 금속담지복합체 중량비별 탈취 관능평가 시험
제1 복합입자 및 제2 복합입자의 혼합 중량비에 따른 금속담지복합체의 탈취성능을 측정하고자 실험을 수행하였다. 표 18은 본 발명에 따른 제1 복합입자(Fe 7%) 및 제2 복합입자(Cu 1%)의 혼합 중량비에 따른 금속담지복합체의 탈취 관능평가 결과를 나타낸 것이며, 조건은 하기와 같다.
조건
시료무게: 10 g
탈취대상: 식초 + 물(식초:물 = 1:2), 2g
[표 18]
REF는 활성탄 기재만을 사용한 종래의 탈취제이며, 나머지 실시예들은 금속담지복합체와 탈취제를 적절한 비율로 혼합하여 나타낸 것이다. 표 18을 참조하면, Fe 7% 첨가된 복합입자 : Cu 1% 첨가된 복합입자를 1:4 내지 4:1 범위에서 수행한 결과, 제조된 금속담지복합체의 탈취 성능은 종래의 탈취제보다 보다 빠른 시간에 나타나는 것을 확인할 수 있었다. Fe 첨가된 복합입자 및 Cu 첨가된 복합입자의 혼합비율 측면에서 살펴면, 혼합 중량비가4:3(4:3:3), 2:1(4:2:4) 및 4:1(4:1:5)과 같이 Fe 7% 첨가된 복합입자의 중량이, Cu 1% 첨가된 복합입자의 중량보다 많을 때 보다 우수한 탈취결과를 나타냈다. 또한 Cu 1% 첨가된 복합입자의 중량을 Fe 7% 첨가된 복합입자의 중량보다 많이 첨가했을 경우에도 종래의 활성탄 탈취제 대비 빠르게 탈취성능이 나타나는 것을 볼 수 있었다. 상술한 실험예들을 통해, 탈취성능이 보다 뛰어난 Fe을 첨가한 복합입자 함량이 많아질수록 성능이 탈취성능이 더 빠르게 나타날 것임은 예측한 바와 같다.
또한 Fe 7% 첨가된 복합입자, Cu 1% 첨가된 복합입자 및 종래의 활성탄 탈취제의 혼합 중량비가 4.5:4.5:1인 경우, 매우 우수한 탈취성능을 나타내고 있는데, 고양이 모래에 함유된 금속담지복합체의 함량을 늘릴수록 탈취성능이 우수해지는 것을 시사하는 것이며, 상술한 바와 같이, 다른 탈취제와 혼합하지 않고 금속담지복합체를 단독으로 사용하여도 우수한 탈취능력을 가질 수 있음을 예상할 수 있었다.
실험예 7: 금속담지복합체 간이 항균평가 시험
제1 복합입자 및 제2 복합입자의 혼합 중량비에 따른 금속담지복합체의 항균능력을 측정하고자 실험을 수행하였다. 도 21은 본 발명에 따른 제1 복합입자(Fe 7%) 및 제2 복합입자(Cu 1%)의 혼합 중량비에 따른 금속담지복합체의 항균평가 결과를 나타낸 것이며, 조건은 하기와 같다.
조건
초기 균: 40-100 CFU
3일간 배양(33도씨 유지)
REF는 활성탄 기재만을 사용한 종래의 탈취제이며, 나머지 실시예들은 금속담지복합체와 탈취제를 적절한 비율로 혼합하여 나타낸 것이다. 도 21을 참조하면, Fe 7% 첨가된 복합입자 : Cu 1% 첨가된 복합입자를 1:4 내지 4:1 범위에서 수행한 결과 제조된 금속담지복합체의 탈취 성능은 종래의 탈취제보다 뛰어남을 확인할 수 있었다. Fe 7% 첨가된 복합입자의 중량을 Cu 1% 첨가된 복합입자의 중량보다 많이 첨가했을 경우, 종래의 탈취제에 비해 높은 항균능력을 가지고 있지만, 1:1.5(2:3:5)에서 1:2(2:4:4)의 중량비로 Cu 1% 첨가된 복합입자의 중량을 증가시켰을 때, 남아있는 균수가 27 CFU에서 14 CFU로 현저히 감소하는 것을 관찰할 수 있었다. 이에 Cu 1% 첨가된 복합입자의 중량을 보다 증가시켜 1:4(1:4:5)의 중량비로 혼합하였으나, 남아있는 균 수는 1:2(2:4:4)의 중량비로 혼합했을 때와 동일하였다. 따라서, Fe 7% 첨가된 복합입자 : Cu 1% 첨가된 복합입자를 1:2의 중량비로 혼합하였을 때 공정 및 경제적 측면에서 가장 합리적임을 예상할 수 있었다.
실험예 8: 고양이 모래 탈취 시험
항균 및 탈취용 복합입자를 포함하는 고양이 모래의 탈취성능을 측정하고자 실험을 수행하였다. 도 22은 본 발명의 일 구현예에 따른 복합입자 및 경쟁사 고양이 모래의 탈취성능을 시험 및 측정하는 이미지이다.
고양이 배변이 담긴 통에 시료를 담고 필터로 밀봉한뒤, 상기 필터를 흡입노즐에 장착시켰다. 초기 설정이 끝나는 시점의 값을 0으로 잡고 샘플링버튼을 눌러 측정을 시작했다. 측정이 완료된 데이터는 저장되었으며, 실험 조건 및 결과는 아래 표로 나타냈다.
검사 기기: 복합 악취 냄새 측정기(OMX-SRM)
[표 19]
상기 제시된 시료들 가운데 30분 이상 고양이 변과 시료를 함께 방치하였을 때, 냄새가 완전히 제거되는 것은 AC담체와 AC+Fe 복합체로 나타났다. 그러나 초기 냄새값에서 10분 경과 후의 악취 제거율은 AC: 51%, AC+Fe: 70%, AC+Cu: 69%, E사: 30%, B사: 40%, S사: 10%로 나타났으며, 10분후에 초기 악취 대비 60%이상의 악취 제거를 보인 것은 금속 촉매를 다공성 담체에 복합화하여 제조한 시료들뿐이었다.
따라서, 고양이 변에서 유발되는 악취를 가장 빠른시간에 제거할 수 있는 것은 Fe 촉매를 사용한 복합입자임을 알 수 있었다. 따라서 본 발명과 같이 2종의 금속 촉매를 각각 복합화한 복합입자를 혼합하여 사용하는 것이 효과를 극대화할 수 있는 방안이라고 볼 수 있을 것이다.
상기 실험예를 통해 다공성 담체에 Cu금속 촉매를 사용했을 때, 항균 특성이 뛰어난 사실을 알 수 있었으며, 다공성 담체에 Fe 금속 촉매를 사용했을 때, 소량으로도 우수한 탈취특성을 나타낸다는 것을 알 수 있었고, 특히 Fe 함량을 7%으로 사용했을 때 암모니아 등 악취유발 가스에 대해 가장 우수한 탈취효과를 나타냈다. 따라서 두가지를 복합적으로 사용했을 때, 항균 및 탈취특성이 우수한 금속담지복합체를 제조할 수 있음을 예상할 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 청구범위에 의하여 나타내어지며, 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (13)

  1. 제1 다공성 담체와 제1 금속 촉매를 복합화하여 제1 복합입자를 제조하는 단계;
    제2 다공성 담체와 제2 금속 촉매를 복합화하여 제2 복합입자를 제조하는 단계; 및
    상기 제1 복합입자 및 제2 복합입자를 혼합하여 항균 및 탈취용 금속담지복합체를 얻는 단계를 포함하고,
    상기 제1 또는 제2 복합입자는, 상기 제1 또는 제2 다공성 담체 및 상기 제1 또는 제2 금속 촉매를 플라즈마 장비에 공급하고 상기 플라즈마 장비의 온도를 승온시켜 제조하는 것이고,
    상기 제1 복합입자 및 제2 복합입자의 혼합 중량비는 1:4 내지 4:1이고,
    상기 제1 또는 제2 다공성 담체는, 각각 독립적으로 활성탄 또는 그래핀을 포함하고,
    상기 제1 금속 촉매는 철(Fe)이고,
    상기 제2 금속 촉매는 구리(Cu)이고,
    상기 제1 다공성 담체 및 제1 금속 촉매 전체 중량 100 중량부에 대하여 상기 제1 금속 촉매는 2 내지 7 중량부로 투입되는 것이며,
    상기 제2 다공성 담체 및 제2 금속 촉매 전체 중량 100 중량부에 대하여 상기 제2 금속 촉매는 0.1 내지 1 중량부로 투입되는 것을 특징으로 하는, 고양이 모래용 항균 및 탈취용 금속담지복합체의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 또는 제2 복합입자는,
    상기 플라즈마 장비 내에서 상기 제1 또는 제2 금속 촉매가 기화하여 상기 제1 또는 제2 다공성 담체와 결합하는 것을 특징으로 하는, 고양이 모래용 항균 및 탈취용 금속담지복합체의 제조방법.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 플라즈마 장비는 RF(Radio Frequency) 플라즈마를 이용하는 장비이고,
    상기 제1 또는 제2 복합입자를 제조하는 단계;는 10,000K 이상의 온도에서 이루어지는 것을 특징으로 하는, 고양이 모래용 항균 및 탈취용 금속담지복합체의 제조방법.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 복합입자는 탈취용 금속담지복합체이고,
    상기 제1 복합입자는 트리메틸아민, 암모니아, 황화수소 및 메틸머캅탄으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 기체에 대해 탈취 성능을 갖는 것을 특징으로 하는, 고양이 모래용 항균 및 탈취용 금속담지복합체의 제조방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제2 복합입자는 항균용 금속담지복합체이고,
    상기 제2 복합입자는 리스테리아 모노사이토제네스(Listeria monocytogenes), 대장균(Escherichia coli), 바실러스 세레우스(Bacillus cereus), 살모넬라 타이피뮤리움(Salmonella typhimurium), 황색포도상구균(Staphylococcus aureus)및 폐렴간균(Klebsiella pneumoniae)으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상에 대해 항균 성능을 갖는 것을 특징으로 하는, 고양이 모래용 항균 및 탈취용 금속담지복합체의 제조방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제1 또는 제2 금속 촉매의 입자 크기는 2 내지 300nm인 것을 특징으로 하는, 고양이 모래용 항균 및 탈취용 금속담지복합체의 제조방법.
  12. 삭제
  13. 삭제
KR1020210113870A 2021-07-29 2021-08-27 초고온 플라즈마를 활용한 금속담지복합체 및 이의 제조방법 KR102611597B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20210099669 2021-07-29
KR1020210099669 2021-07-29

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20230019374A KR20230019374A (ko) 2023-02-08
KR102611597B1 true KR102611597B1 (ko) 2023-12-11

Family

ID=85225872

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210113870A KR102611597B1 (ko) 2021-07-29 2021-08-27 초고온 플라즈마를 활용한 금속담지복합체 및 이의 제조방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102611597B1 (ko)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004024180A (ja) * 2002-06-28 2004-01-29 Hitachi Hometec Ltd 脱臭機能付きペット用ボックス
JP2005334690A (ja) 2004-05-24 2005-12-08 Tanaka Kikinzoku Kogyo Kk 触媒及び触媒の製造方法
KR101310865B1 (ko) 2011-05-11 2013-09-25 한국과학기술연구원 플라즈마 이온 주입법에 의한 나노입자 복합체 촉매 제조방법 및 제조장치
JP2016530908A (ja) 2013-07-05 2016-10-06 日東電工株式会社 汚染物質を分解するためのフィルタエレメント、汚染物質を分解するためのシステムおよび該システムを使用する方法
KR101727153B1 (ko) * 2016-05-26 2017-05-08 재단법인 철원플라즈마 산업기술연구원 첨착활성탄소 및 그 제조방법
JP2018516170A (ja) 2015-05-29 2018-06-21 日東電工株式会社 光触媒コーティング
JP2019063143A (ja) 2017-09-29 2019-04-25 信越化学工業株式会社 消臭・抗菌・抗カビ剤、その製造方法、及び消臭・抗菌・抗カビ剤を表面に有する部材

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2640351B2 (ja) * 1988-01-30 1997-08-13 鈴木総業株式会社 脱臭紙の製造方法
JP3490168B2 (ja) * 1995-01-06 2004-01-26 東亞合成株式会社 抗菌性砂の製造方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004024180A (ja) * 2002-06-28 2004-01-29 Hitachi Hometec Ltd 脱臭機能付きペット用ボックス
JP2005334690A (ja) 2004-05-24 2005-12-08 Tanaka Kikinzoku Kogyo Kk 触媒及び触媒の製造方法
KR101310865B1 (ko) 2011-05-11 2013-09-25 한국과학기술연구원 플라즈마 이온 주입법에 의한 나노입자 복합체 촉매 제조방법 및 제조장치
JP2016530908A (ja) 2013-07-05 2016-10-06 日東電工株式会社 汚染物質を分解するためのフィルタエレメント、汚染物質を分解するためのシステムおよび該システムを使用する方法
JP2018516170A (ja) 2015-05-29 2018-06-21 日東電工株式会社 光触媒コーティング
KR101727153B1 (ko) * 2016-05-26 2017-05-08 재단법인 철원플라즈마 산업기술연구원 첨착활성탄소 및 그 제조방법
JP2019063143A (ja) 2017-09-29 2019-04-25 信越化学工業株式会社 消臭・抗菌・抗カビ剤、その製造方法、及び消臭・抗菌・抗カビ剤を表面に有する部材

Also Published As

Publication number Publication date
KR20230019374A (ko) 2023-02-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5508714B2 (ja) 都市スラッジ、産業スラッジ、コンポストおよびタバコ廃棄物から得られる触媒作用性吸着媒、およびその製造方法
EP1585552B1 (en) Multi-layered, hollow and ball-shaped carbon nano-structure for deodorization
US20080006157A1 (en) Activated carbon for odor control and method for making same
JP5487483B2 (ja) 吸着材
JP2002526234A5 (ko)
JPWO2006046611A1 (ja) 消臭剤および消臭性製品
EP1578457B1 (en) Carbon nanoball for deodorization
KR102611597B1 (ko) 초고온 플라즈마를 활용한 금속담지복합체 및 이의 제조방법
KR100536259B1 (ko) 다공성 탈취필터 및 그 제조방법
CN101385864A (zh) 除臭剂、除臭剂的制造方法及其用途
JP3528293B2 (ja) 脱臭剤
KR20180098709A (ko) 유기금속계 커플링제를 사용한 금속-활성탄 복합체, 이의 제조 방법, 및 이를 사용한 흡장분해촉매
KR102168615B1 (ko) 나노 다공성의 미네랄 활성탄 및 그 사용방법
JP2007308325A (ja) ミミズ糞土炭化物と吸着剤
JP4562838B2 (ja) ゲル状脱臭剤
JPH08103487A (ja) 脱臭剤
JP2950683B2 (ja) 空気浄化剤及び空気浄化装置
JPS6115732B2 (ko)
KR20090049965A (ko) 필터담배의 필터조성물
WO2002007790A1 (en) Deodorant material and method for preparation thereof
Bagreev et al. Heterogeneity of sewage sludge derived materials as a factor governing their performance as adsorbents of acidic gases
JP3945369B2 (ja) 脱臭体
US8871186B2 (en) Compositions and methods for control of malodor and other environmental contaminants
KR20220125761A (ko) 공기정화용 조성물 및 그 제조방법
JP2010162335A (ja) 脱臭剤及びフィルター

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant