KR102672405B1 - 휘발성유기화합물 제거용 제올라이트 필터를 이용한 악취제거 장치 - Google Patents
휘발성유기화합물 제거용 제올라이트 필터를 이용한 악취제거 장치 Download PDFInfo
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Abstract
개시된 본 발명에 따른 휘발성유기화합물 제거용 제올라이트 필터를 이용한 악취제거 장치는 외부의 정화되지 않는 공기가 흡입되는 흡입구(110), 상기 흡입구를 통해 상기 정화되지 않는 공기를 흡입시키기 위한 흡입팬(120), 상기 흡입구를 통해 유입된 외부의 정화되지 않는 공기를 정화시도록 제1공기유입밸브(132)와 휘발성유기화합물 제거용 제올라이트 필터(100)가 설치되는 제1공기유로(130), 상기 흡입구를 통해 유입된 외부의 정화되지 않는 공기를 정화시도록 제2공기유입밸브(142)와 휘발성유기화합물 제거용 제올라이트 필터(100')가 설치되는 제2공기유로(140), 상기 제1공기유로 또는 제2공기유로를 통해 정화된 공기가 외부로 배출되는 배출구(160), 및 상기 제1공기유입밸브와 제2공기유입밸브의 구동을 제어하여, 상기 흡입구를 통해 유입된 정화되지 않은 공기가 일정시간마다 제1유로와 제2유로로 번갈아 유입되도록 하는 콘트롤러(170)를 포함한다. 한편, 상기 휘발성유기화합물 제거용 제올라이트 필터(100)의 조성물은 제올라이트 흡착제, 촉매, 충전재 및 바인더로 이루어진다.
Description
본 발명은 휘발성유기화합물 제거용 제올라이트 필터를 이용한 악취제거 장치에 관한 것이다.
휘발성유기화합물(VOCs, Volatile organic compounds)은 인체 및 생태계에 미치는 영향이 커서 특정 대기 유해물질로 분류되고 있으며, 또한 광화학 반응을 통하여 오존 등과 같은 2차 오염물질인 광화학 산화물을 생성시킨다.
이와 같은 휘발성 유기화합물은 발암성이 높다고 알려져 있는 화학물질이 다수 포함되어 있기 때문에 인체에 유독하며 오존층 파괴, 지구온난화, 광화학 스모그, 악취 등의 문제점을 야기한다.
휘발성 유기화합물의 인체에 대한 직접적인 영향은, 방향족 탄화수소류의 휘발성 유기화합물 중 벤젠의 경우에는 백혈병과 중추신경 장애를 일으킨다고 알려져 있으며, 매우 낮은 농도의 벤젠에 노출되었던 사람에게도 염색체 이상이 종종 발견된다고 보고되고 있다.
한편, 유기 용제류는 그 자체가 독성을 지니고 있거나 그 속에 포함된 이 물질들의 독성이 높아 문제시되고 있다. 대표적인 유기용제로는 벤젠, 톨루엔, 크실렌 등의 방향족 탄화수소류가 있다.
종래에는 휘발성유기화합물을 흡착 및 제거하는 필터로 활성탄이 주로 사용되고 있는데, 활성탄의 제조 원료로는 목재, 석탄, 코코넛 열매와 같은 탄소함유 물질이 사용되며, 활성탄의 종류로는 분말탄, 입상탄 그리고 섬유상 활성탄 등이 있다.
이중 입상활성탄은 충분히 넓은 표면적을 가지며 압력강하가 적고 흡착된 휘발성 유기화합물을 비교적 쉽게 회수할 수 있어 가장 널리 사용되고 있다. 반면 섬유상 활성탄은 최근 많은 각광을 받고 있는 흡착제이며, 이는 섬유상 활성탄의 기공 크기가 미세공으로만 이루어져 있으며 흡착부분이 섬유 표면으로부터 직접 미세공으로 연결되어 있어 흡착과 탈착속도가 빠르다는 장점을 지니고 있기 때문이다.
또한, 벌집구조나 판형 등 여러 모양으로 만들 수 있어 표면을 최대한 사용할 수 있는 장점이 있다.
그러나, 상기에 나열된 장점에도 불구하고, 활성탄을 원료로 하여 제조되는 흡착제의 경우 생활악취 물질에 대한 흡착력이 낮고, 단순히 흡착하는 방식만으로 악취물질을 제거하기 때문에 교체주기가 1 내지 2개월로 짧은 문제점이 있었다.
상기의 문제점을 해소하기 위해 제올라이트 흡착제를 사용하여 제조되는 휘발성유기화합물 제거용 필터가 개발되었으나, 상기와 같이 제올라이트 흡착제를 사용하여 제조되는 휘발성유기화합물 제거용 필터는 벤젠, 톨루엔 및 황화수소에 대해 지속적인 제거효과를 나타내지 못하며, 특히 아세트알데히드와 같은 휘발성 유기화합물에 대해서는 제거효율이 급격하게 감소하는 문제점이 있었다.
따라서, 벤젠, 톨루엔, 황화수소 및 아세트알데히드와 같은 휘발성 유기화합물에 대해 지속적인 제거효과를 나타내는 휘발성 유기화합물 제거용 필터를 이용하여 악취제거를 하는 장치에 대한 요구가 절실한 상황이다.
한편, 한국 등록특허공보 제10-0811095호에는 제올라이트 필터를 이용하여 공기를 정화하는 장치가 개시되는데, 상기 선행문헌에는 제올라이트 필터를 여러개 사용하고 이를 위해 다수의 실린더에 제올라이트 필터를 설치하고 실린더를 구동하는 구동장치가 적용되는데, 이 경우 생활악취가 발생하는 소규모의 식당 등에 설치하기 위한 소규모 악취제거 장치에 적용하기 위해서는 비용이 증가되는 문제가 발생한다.
본 발명의 목적은 활성탄을 사용한 흡착제에 비해 흡착력이 우수하며 휘발성유기화합물이 고농도일 때는 제올라이트를 이용하여 흡착하고, 저농도일 때는 촉매를 이용하여 흡착물을 분해하기 때문에 우수한 악취개선 효과를 나타내는 제올라이트 필터를 이용한 악취제거 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 제올라이트 필터를 두 개 설치하고 일정시간마다 유입되는 공기가 두 개의 제올라이트 필터를 번갈아 가면서 통과하도록 하여 악취개선 효과를 더욱 높이도록 하며, 또한 간단한 구조를 가지면서 제조비용을 절감할 수 있는 제올라이트 필터를 이용한 악취제거 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 휘발성유기화합물 제거용 제올라이트 필터를 이용한 악취제거장치는, 외부의 정화되지 않는 공기가 흡입되는 흡입구; 상기 흡입구를 통해 상기 정화되지 않는 공기를 흡입시키기 위한 흡입팬; 상기 흡입구를 통해 유입된 외부의 정화되지 않는 공기를 정화시도록 제1공기유입밸브와 휘발성유기화합물 제거용 제올라이트 필터가 설치되는 제1공기유로; 상기 흡입구를 통해 유입된 외부의 정화되지 않는 공기를 정화시도록 제2공기유입밸브와 휘발성유기화합물 제거용 제올라이트 필터가 설치되는 제2공기유로; 상기 제1공기유로 또는 제2공기유로를 통해 정화된 공기가 외부로 배출되는 배출구; 및, 상기 제1공기유입밸브와 제2공기유입밸브의 구동을 제어하여, 상기 흡입구를 통해 유입된 정화되지 않은 공기가 일정시간마다 제1유로와 제2유로로 번갈아 유입되도록 하는 콘트롤러;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 휘발성유기화합물 제거용 흡착제 조성물은 제올라이트 흡착제, 촉매, 충전재 및 바인더로 이루어지며, 상기 제올라이트 흡착제는 기공 직경이 6.5 내지 8 옴스트롬인 베타 제올라이트로 이루어질 수 있다.
상기 베타 제올라이트는 기공 직경이 6.5 내지 8 옴스트롬이며, 비표면적이 500 내지 800인 것일 수 있다.
상기 휘발성유기화합물 제거용 흡착제 조성물은 제올라이트 흡착제 100 중량부, 촉매 45 내지 55 중량부, 충전재 150 내지 200 중량부 및 바인더 25 내지 35 중량부로 이루어지는 것일 수 있다.
상기 촉매는 철 촉매인 것일 수 있다.
본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 충전재는 수경성 산화알루미늄, 팔리고르스카이트 및 세피올라이트로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 이루어지는 것일 수 있다.
상기 충전재는 수경성 산화알루미늄 100 중량부, 팔리고르스카이트 25 내지 35 중량부 및 세피올라이트 25 내지 35 중량부로 이루어지는 것일 수 있다.
상기 바인더는 메틸셀룰로오스계 바인더로 이루어질 수 있다.
본 발명에 의하면 활성탄을 사용한 흡착제에 비해 흡착력이 우수하며 휘발성유기화합물이 고농도일 때는 제올라이트를 이용하여 흡착하고, 저농도일 때는 촉매를 이용하여 흡착물을 분해하기 때문에 교체주기가 반영구적으로 향상될 뿐만 아니라, 우수한 악취개선 등의 탁월한 효과를 나타낸다. 또한 두 개의 휘발성유기화합물 제거용 제올라이트 필터를 일정시간마다 주기적으로 번갈아 사용함으로써 악취개선의 효과를 높이는 동시에, 간단한 구조를 가지면서 제조비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 휘발성유기화합물 제거용 제올라이트 필터를 이용한 악취제거 장치의 개략도이다.
도 2는 본 발명을 통해 제조된 휘발성유기화합물 제거용 제올라이트 필터의 휘발성유기화합물 제거 효과의 측정방법을 나타낸 개략도이다.
도 3 내지 5는 본 발명의 실시예 1 내지 3 및 비교예 1을 통해 제조된 휘발성유기화합물 제거용 제올라이트 필터의 휘발성유기화합물 제거 효과를 측정하여 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예 1과 4 및 비교예 2 내지 3을 통해 제조된 휘발성유기화합물 제거용 제올라이트 필터의 악취제거 효과를 나타낸 그래프이다.
도 2는 본 발명을 통해 제조된 휘발성유기화합물 제거용 제올라이트 필터의 휘발성유기화합물 제거 효과의 측정방법을 나타낸 개략도이다.
도 3 내지 5는 본 발명의 실시예 1 내지 3 및 비교예 1을 통해 제조된 휘발성유기화합물 제거용 제올라이트 필터의 휘발성유기화합물 제거 효과를 측정하여 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예 1과 4 및 비교예 2 내지 3을 통해 제조된 휘발성유기화합물 제거용 제올라이트 필터의 악취제거 효과를 나타낸 그래프이다.
본 발명의 상기와 같은 목적, 특징 및 다른 장점들은 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명함으로써 더욱 명백해질 것이다. 이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 휘발성유기화합물 제거용 제올라이트 필터를 이용한 악취제거 장치를 상세하게 설명하기로 한다. 여기서 본 발명이 적용되는 악취제거 장치는 식당이나 소규모의 공장이나 시설, 사무실 등과 같은 생활악취가 발생되는 소규모의 장소에 설치되어 생활악취를 제거하기 위해 사용된다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 휘발성유기화합물 제거용 제올라이트 필터를 이용한 악취제거 장치는 흡입구(110), 흡입팬(120), 두 개의 휘발성유기화합물 제거용 제올라이트 필터(100, 100')가 각각 설치되는 제1공기유로(130) 및 제2공기유로(140), 배출구(160) 및 콘트롤러(170)를 포함한다. 여기서 각 구성요소는 악취제거 장치의 본체나 케이스 등에 설치된다.
흡입팬(120)에 의해 외부의 정화되지 않는 공기는 흡입구(110)를 통해 장치의 내부로 유입되게 된다. 도시되지 않았으나 흡입구(110)에는 공기중에 포함된 이물질을 걸러내기 위한 이물질제거 필터가 설치될 수 있다.
흡입구(110)를 통해 유입된 정화되지 않은 공기는 제1공기유로(130)와 제2공기유로(140)에 선택적으로 유입되게 된다.
제1공기유로(130)에는 공기를 유입하기 위한 제1공기유입밸브(132)가 설치되고, 유입된 정화되지 않은 공기를 정화시키기 위한 제올라이트 필터(100)가 설치된다.
또한 제1공기유로(130)와 마찬가지로 제2공기유로(140)에는 공기를 유입하기 위한 제2공기유입밸브(142)가 설치되고, 유입된 정화되지 않은 공기를 정화시키기 위한 제올라이트 필터(100')가 설치된다.
한편, 도시되지 않았지만 제1공기유로(130)와 제2공기유로(140) 각각에는 제올라이트 필터(100, 100') 주변에 설치되어 빛을 조사하여 살균 기능을 수행할 수 있도록 하는 UV 램프가 추가로 설치될 수 있다.
이렇게 제올라이트 필터(100, 100')를 통과한 공기는 정화되어 배출구(160)를 통해 외부로 빠져나가게 된다. 배출구(160) 전단의 공기유로 상에는 오염도 측정센서(150)가 설치된다.
콘트롤러(170)는 흡입팬(120), 제1공기유입밸브(132), 제2공기유입밸브(142), 오염도 측정센서(150)를 포함하는 본 발명의 악취제거 장치의 각 구성요소들로부터 신호정보를 주고받으면서 각 구성요소의 동작을 제어하게 된다.
한편, 콘트롤러(170)는 흡입구(110)를 통해 유입된 공기가 두 개의 제올라이트 필터(100, 100')를 번갈아가면서 통과하도록 제1공기유입밸브(132)와 제2공기유입밸브(134)의 구동을 제어한다. 여기서 일정시간은 대략 12시간일 수 있다.
따라서, 제1공기유입밸브(132)가 개방되고 제2공기유입밸브(142)가 폐쇄되면, 흡입구(110)를 통해 유입된 공기는 제1공기유로(130)를 거치고 제올라이트 필터(100)를 통과하여 공기가 정화된 후 배출구(160)를 통해 외부로 빠져나가게 된다. 그리고, 대략 12시간 경과 후 콘트롤러(170)는 제1공기유입밸브(132)를 폐쇄하고 제2공기유입밸브(142)를 개방하면, 흡입구(110)를 통해 유입된 공기는 제2공기유로(140)를 거치고 제올라이트 필터(100')를 통과하여 공기가 정화된 후 배출구(160)를 통해 외부로 배출된 후 빠져나가게 된다.
제올라이트 필터(100, 100')는 그 특성상 24시간 연속 사용하게 될 경우 유기성화합물의 흡착성능이 저해된다. 따라서, 본 발명과 같이 제올라이트 필터를 두 개 사용하고, 이를 일정시간마가 번갈아가면서 사용함으로써, 악취제거 성능을 높이는 동시에 구조를 간단히 하면서 제조비용을 저렴하게 할 수 있는 장치를 제공할 수 이게 된다. 본 실시예에서는 대략 12시간마다 번갈아 사용하는 것이 예시되어 있으나 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 제올라이트 필터의 악취제거 성능, 오염도 측정센서(150) 등의 정보를 종합적으로 고려하여 사용시간을 조절할 수 있게 된다.
이하 본 발명에 적용되는 휘발성유기화합물 제거용 제올라이트 필터(100)의 조성물에 대해 상세히 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 휘발성유기화합물 제거용 필터는 제올라이트 흡착제, 촉매, 충전재 및 바인더로 이루어지며, 제올라이트 흡착제 100 중량부, 촉매 45 내지 55 중량부, 충전재 150 내지 200 중량부 및 바인더 25 내지 35 중량부로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 제올라이트 흡착제는 상온에서 사용이 가능하며, 활성탄에 비해 선택성이 우수하여 휘발성 유기화합물 뿐만 아니라, 생활악취 등에 대해 우수한 제거효과를 나타낸다.
더욱 상세하게는, 상기 제올라이트는 골격 내에 균일한 기공이 규칙적으로 배열된 결정성 알루미노실리케이트 물질로, 제올라이트에 형성된 마이크로 기공은 분자 크기 영역의 직경을 가지고 있기 때문에 분자를 선택적으로 흡착, 확산시킬 수 있는 분자체(molecular sieve) 기능이 있다. 이러한 분자체 효과는 분자 선택적 흡착, 이온교환 및 촉매 공정을 가능하게 한다. 제올라이트를 사용하는 흡착 공정은 CH4-CO2 및 CH4-N2 분리를 수행하기 위한 능력을 나타낸다.
이때, 본 발명에서 사용되는 제올라이트 흡착제는 기공 직경이 6.55 내지 8 옴스트롬인 베타 제올라이트를 사용하는 것이 바람직하며, 기공 직경이 6.5이며, 비표면적(BET)이 500 내지 800 m2/g인 것을 사용하는 것이 더욱 바람직하다.
상기와 같이 기공 직경이 6.5 내지 8 옴스트롬이며, 비표면적이 500 내지 800 m2/g인 제올라이트 흡착제는 황화수소, 톨루엔 및 아세트알데히드와 같은 휘발성 유기화합물에 대해 우수한 제거효과를 나타낼 뿐만 아니라, 지속적인 제거효과를 나타내게 된다.
이때, 상기 베타 제올라이트의 기공 직경이 5 옴스트롬 미만이거나 비표면적이 500 m2/g 미만이면 휘발성 유기화합물에 대한 제거효과와 지속성이 저하된다. 또한, 상기 베타 제올라이트의 기공 직경이 8 옴스트롬 초과이거나 비표면적이 800 m2/g 초과하더라도 휘발성 유기화합물에 대한 제거 효과의 상승이 거의 없으며 지속성도 저하되는 문제가 있다.
상기 촉매는 45 내지 55 중량부가 함유되며, 철 촉매(iron catalyst)로 이루어지는 것이 바람직한데, 상기와 같은 철 촉매로 이루어지는 촉매 성분은 본 발명에 따른 휘발성유기화합물 제거용 흡착제 조성물에 흡착된 휘발성 유기화합물을 분해하는 역할을 한다.
상기 촉매의 함량이 45 중량부 미만이면 상기의 효과가 미미하며, 상기 촉매의 함량이 55 중량부를 초과하게 되면 상기의 효과는 크게 향상되지 않으면서 상대적으로 제올라이트 흡착제, 충전재 및 바인더의 함량이 줄어들어 휘발성유기화합물의 흡착성능, 기계적 물성 등이 저하될 수 있다.
상기 충전재는 150 내지 200 중량부가 함유되며, 본 발명에 따른 휘발성유기화합물 제거용 흡착제 조성물의 기계적 강도를 향상시킬 뿐만 아니라, 수분저항성이나 흡착성능을 더욱 향상시키는 역할을 하는데, 수경성 산화알루미늄, 팔리고르스카이트(palygorskite) 및 세피올라이트(Sepiolite)로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 이루어지는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 상기 충전재는 수경성 산화알루미늄 100 중량부, 팔리고르스카이트 25 내지 35 중량부 및 세피올라이트 25 내지 35 중량부로 이루어진다.
상기 수경성 산화알루미늄은 본 발명에 따른 휘발성유기화합물 제거용 흡착제 조성물의 기계적 강도를 향상시킬 뿐만 아니라, 수분 저항성을 향상시켜 다습한 조건에서도 흡착제 조성물의 물성이 유지될 수 있도록 하는 역할을 한다.
또한, 상기 팔리고르스카이트는 침상으로 산출되는 2:1 점토광물로서 화학식은 [Si8Mg2Al2O20(OH)2(OH)2·4H2O]이다. 규산4면체의 사슬구조에 의한 터널(tunnel)구조를 가지며 터널 내에 물분자를 함유한다. 주로 건조지역의 토양에 존재하고, 상업적으로는 아타풀자이트(attapulgite)로 알려져 있으며 비료 제조 과정에 이용되기도 하는데, 본 발명에서는 흡착제 조성물의 기계적 강도를 향상시키며 휘발성 유기화학물의 흡착효과를 더욱 향상시키는 역할을 한다.
또한, 상기 세피올라이트는 해포석(海泡石)이라고도 하며, 화학성분은 [Mg4Si6O15(OH)2·6H2O]이다. 굳기는 2 내지 2.5이고, 비중은 2를 나타내는데, 섬유상의 결정도 있으나 보통은 토상(土狀)의 미소한 결정의 집합체로 전자현미경으로만 관찰할 수 있다. 백색, 회색, 녹색 및 황색을 띠며 건조한 덩어리로 된 것은 물에 뜰 만큼 가볍고, 미국에서는 염호(鹽湖)의 바닥에 다량으로 존재한다. 탐사보링용 이수(泥水)나, 구워서 건조제(乾燥劑)로 사용하는데, 본 발명에서는 필터 조성물의 기계적 강도를 향상시키며 휘발성 유기화학물의 흡착효과를 더욱 향상시키는 역할을 한다.
상기의 성분으로 이루어지는 충전재의 함량이 150 중량부 미만이면 본 발명에 따른 휘발성유기화합물 제거용 흡착제 조성물의 기계적 강도 향상효과가 미미하며, 상기 충전재의 함량이 200 중량부를 초과하게 되면 상기의 효과는 크게 향상되지 않으면서 상대적으로 제올라이트 흡착제, 촉매 및 바인더의 함량이 줄어들어 휘발성유기화합물의 흡착력이나 분해력 및 흡착제 조성물의 결속력이 저하로 인해 오히려 기계적 물성이 저하될 수 있다.
상기 바인더는 30 내지 40 중량부가 함유되며, 메틸셀룰로오스계 바인더로 이루어지는 것이 바람직한데, 본 발명에 따른 휘발성유기화합물 제거용 흡착제 필터를 구성하는 제올라이트 흡착제, 촉매 및 충전재를 결속시켜 기계적 강도를 부여하는 역할을 한다.
상기 바인더의 함량이 30 중량부 미만이면, 상기 제올라이트 흡착제, 촉매 및 충전재의 결속력 저하로 인해 흡착제 조성물의 기계적 물성이 저하될 수 있으며, 상기 바인더의 함량이 40 중량부를 초과하게 되면 제올라이트 흡착제, 촉매 및 충전재의 함량이 줄어들어 흡착성능 및 기계적 강도가 저하될 뿐만 아니라, 흡착제 조성물을 제조하는 과정에서 제올라이트 흡착제, 촉매 및 충전재 등과 바인더로 이루어진 혼합물의 점도가 지나치게 증가하여 가공성이 저하될 수 있다.
이때, 상기 메틸셀룰로오스계 바인더는 메틸셀룰로오스, 카르복시메틸셀룰로오스 및 히드록시프로필메틸셀룰로오스로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 이루어지는 것이 바람직한데, 상기에 나열된 성분으로 이루어지는 바인더는 흡착제, 촉매 및 충전재를 견고하게 결속시킬 뿐만 아니라, 천연성분으로 이루어져 환경오염을 유발하지 않는 효과를 나타낸다.
상기의 성분으로 이루어지는 휘발성유기화합물 제거용 필터는 제올라이트 흡착제, 촉매, 충전재 및 바인더를 혼합한 후에 압출성형장치를 이용하여 압출성형한 후에, 압출성형된 성형물을 450 내지 550℃의 온도로 소성하는 과정을 통해 제조된다.
이하에서는, 본 발명에 따른 휘발성유기화합물 제거용 필터의 제조방법 및 그 제조방법을 통해 제조된 휘발성유기화합물 제거용 필터 조성물의 물성을 실시예를 들어 설명하기로 한다.
<실시예 1>
제올라이트 흡착제{평균 기공 직경이 6.5 옴스트롬, 규소/알루미늄 비율이 500 초과, 비표면적이 650 m2/g인 베타 제올라이트) 100 중량부, 촉매(철 촉매) 50 중량부, 충전재(수경성 산화알루미늄 114 중량부, 팔리고르스카이트 33 중량부, 세피올라이트 33 중량부) 180 중량부 및 바인더 31 중량부를 교반기가 구비된 혼합장치에 투입하고 150rpm의 속도로 10분 동안 혼합하여 제조된 혼합물을, 압출성형기에 투입하고 압출하여 가로 50mm × 세로 50mm × 높이 150mm 규격이며 200cell을 나타내는 허니컴 구조로 성형한 후에 열풍건조기를 사용하여 완전 건조를 실시하고 건조된 성형물을 전기로를 사용하여 질소분위기에서 300℃의 온도로 4시간 동안 소성하여 휘발성유기화합물 제거용 제올라이트 필터를 제조하였다.
<실시예 2>
상기 실시예 1과 동일하게 진행하되, 제올라이트 흡착제{평균 기공 직경이 7 옴스트롬, 규소/알루미늄 비율이 20, 비표면적이 500 m2/g인 베타 제올라이트)를 사용하여 휘발성유기화합물 제거용 제올라이트 필터를 제조하였다.
<실시예 3>
상기 실시예 1과 동일하게 진행하되, 제올라이트 흡착제{평균 기공 직경이 8 옴스트롬, 규소/알루미늄 비율이 5, 비표면적이 800 m2/g인 베타 제올라이트)를 사용하여 휘발성유기화합물 제거용 제올라이트 필터를 제조하였다.
<실시예 4>
상기 실시예 1과 동일하게 진행하되, 제올라이트 흡착제{평균 기공 직경이 6.5 옴스트롬, 규소/알루미늄 비율이 500 초과, 비표면적이 650 m2/g인 베타 제올라이트) 100 중량부, 촉매(철 촉매) 51 중량부, 충전재(수경성 산화알루미늄 122 중량부, 팔리고르스카이트 34 중량부, 세피올라이트 34 중량부) 190 중량부 및 바인더 32 중량부를 사용하여 휘발성유기화합물 제거용 제올라이트 필터를 제조하였다.
<비교예 1>
상기 실시예 1과 동일하게 진행하되, 제올라이트 흡착제{평균 기공 직경이 4.5 옴스트롬, 규소/알루미늄 비율이 63, 비표면적이 450 m2/g인 베타 제올라이트)를 사용하여 휘발성유기화합물 제거용 제올라이트 필터를 제조하였다.
<비교예 2>
상기 실시예 1과 동일하게 진행하되, 제올라이트 흡착제 92.95 중량부를 사용하여 휘발성유기화합물 제거용 제올라이트 필터를 제조하였다.
<비교예 3>
상기 실시예 1과 동일하게 진행하되, 제올라이트 흡착제 89.35 중량부를 사용하여 휘발성유기화합물 제거용 제올라이트 필터를 제조하였다.
상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1을 통해 제조된 휘발성유기화합물 제거용 제올라이트 필터의 휘발성유기화합물 제거효과를 측정하여 아래 표 2 내지 4 및 도 3 내지 5에 나타내었다.
{단, 휘발성유기화합물은 제거 효과는 아래 표 1 및 도 2에 기재된 조건에 측정하였다.}
| 악취가스 종류 | 황화수소, 톨루엔, 아세트알데히드 |
| 초기농도 (ppm) | 5 |
| 촉매부피(ℓ) | 0.014 |
| 가스유량(ℓ/hr.) | 282.6 |
| S.V. | 20,185/hr. |
| 황화수소 제거율 | |||||||||
| 시간 (분) | Inlet (ppm) |
실시예 1 | 실시예 2 | 실시예 3 | 비교예 1 | ||||
| Outlet (ppm) |
제거율 (%) |
Outlet (ppm) |
제거율 (%) |
Outlet (ppm) |
제거율 (%) |
Outlet (ppm) |
제거율 (%) |
||
| 10 | 5 | 0 | 100 | 0 | 100 | 0.0 | 100 | 0 | 100 |
| 20 | 5 | 0.05 | 99.0 | 0.1 | 98.0 | 0.0 | 100 | 0.2 | 96.0 |
| 30 | 5 | 0.1 | 98.0 | 0.1 | 98.0 | 0.0 | 100 | 0.5 | 90.0 |
| 60 | 5 | 0.1 | 98.0 | 0.1 | 98.0 | 0.0 | 100 | 0.5 | 90.0 |
| 120 | 5 | 0.1 | 98.0 | 0.1 | 98.0 | 0.0 | 100 | 0.5 | 90.0 |
| 톨루엔 제거율 | |||||||||
| 시간 (분) | Inlet (ppm) |
실시예 1 | 실시예 2 | 실시예 3 | 비교예 1 | ||||
| Outlet (ppm) |
제거율 (%) |
Outlet (ppm) |
제거율 (%) |
Outlet (ppm) |
제거율 (%) |
Outlet (ppm) |
제거율 (%) |
||
| 10 | 5 | 0.0 | 100 | 0.0 | 100 | 0.0 | 100 | 1.0 | 80.0 |
| 20 | 5 | 0.0 | 100 | 0.0 | 100 | 0.0 | 100 | 1.0 | 80.0 |
| 30 | 5 | 0.0 | 100 | 0.0 | 100 | 0.0 | 100 | 1.0 | 80.0 |
| 60 | 5 | 0.5 | 90.0 | 0.0 | 100 | 0.0 | 100 | 1.0 | 80.0 |
| 120 | 5 | 0.5 | 90.0 | 0.0 | 100 | 0.0 | 100 | 5.0 | 0 |
| 아세트알데히드 제거율 | |||||||||
| 시간 (분) | Inlet (ppm) |
실시예 1 | 실시예 2 | 실시예 3 | 비교예 1 | ||||
| Outlet (ppm) |
제거율 (%) |
Outlet (ppm) |
제거율 (%) |
Outlet (ppm) |
제거율 (%) |
Outlet (ppm) |
제거율 (%) |
||
| 10 | 5 | 0.0 | 100 | 0.0 | 100 | 0.0 | 100 | 0.0 | 100 |
| 20 | 5 | 0.0 | 100 | 0.0 | 100 | 0.00 | 100 | 1.0 | 80.0 |
| 30 | 5 | 0.0 | 100 | 0.0 | 100 | 0.0 | 100 | 1.0 | 80.0 |
| 60 | 5 | 1.0 | 80.0 | 0.0 | 100 | 0.1 | 98.0 | 3.0 | 40.0 |
| 120 | 5 | 1.0 | 80.0 | 0.0 | 100 | 0.2 | 96.0 | 5.0 | 0 |
상기 표 2 내지 4 및 도 3 내지 5에 나타낸 것처럼, 초기에 황화수소 제거 효과는 실시예 1 내지 3 및 비교예 1에서 모두 우수하게 나타났으나, 2시간이 경과한 후에는 비교예 1의 경우 90%로 제거효율이 저하되었다.
또한, 톨루엔 제거 효과는 실시예 2 내지 3의 경우 2시간 경과 후에도 100% 제거가 되었으며, 실시예 1의 경우 90%가 제거된 반면, 비교예 1은 2시간 경과후에는 톨루엔 제거 효과가 상실되는 것을 알 수 있었다.
또한, 아세트알데히드 제거 효과는 실시예 2가 가장 우수하였으며, 비교예 1의 경우 2시간 후에는 아세트알데히드 제거 효과가 상실되는 것을 알 수 있었다.
또한, 상기 실시예 1, 4 및 비교예 2 내지 3을 통해 제조된 휘발성유기화합물 제거용 제올라이트 필터의 악취제거 효과를 측정하여 도 6에 나타내었다.
{단, 악취가스는 대표적인 황 화합물 계열인 황화수소와 탄화수소 계열인 톨루엔에 대하여 2시간 후에 제거율을 측정하는 방법을 이용하였으며, 시험조건은 상온에서 Inlet 5ppm, S.V 20,000/h이다.}
도 6에 나타낸 것처럼, 본 발명의 실시예 1 및 4를 통해 제조된 휘발성유기화합물 제거용 제올라이트 필터는 악취제거 효과가 우수하였으나, 비교예 2 내지 3을 통해 제조된 휘발성유기화합물 제거용 제올라이트 필터는 악취제거 효과가 저하되는 것을 알 수 있다.
제올라이트 흡착제의 함량과 황화수소 제거율 사이에는 큰 상관관계가 없었으나, 톨루엔 제거효율의 경우 실시예 1 및 실시예 4에서는 90% 제거 효과를 나타내었으나, 비교예 2 내지 3의 경우 톨루엔 제거 효과가 저하되었으며, 특허 실시예 4의 경우 톨루엔 제거 효과가 80% 수준으로 저하되었다. 이러한 현상은 제올라이트의 흡착 성질 중 가장 중요한 사항인 기공의 직경과 형태, 그리고 기공의 양과 관련이 있다.
기공의 입구보다 큰 물질은 기공에 침투할 수 없어 흡착이 진행되지 못하며, 기공의 형태가 원형인가 타원형인가에 따라 가변적이며, 기공의 숫자가 증가할 수록 흡착되는 기체의 양이 많아지게 된다.
도 6에 나타낸 것처럼, 동일한 제올라이트를 가지고 함량만 조절한 결과, 톨루엔의 경우 황화수소보다 분자크기가 크기 때문에 제올라이트 함량이 적을수록 흡착량이 적어진 것을 알 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 휘발성유기화합물 제거용 제올라이트 필터는 활성탄을 사용한 흡착제에 비해 흡착력이 우수하며 휘발성유기화합물이 고농도일 때는 제올라이트를 이용하여 흡착하고, 저농도일 때는 촉매를 이용하여 흡착물을 분해하기 때문에 교체주기가 향상될 뿐만 아니라, 우수한 악취개선 등의 효과를 나타낸다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 휘발성유기화합물 제거용 제올라이트 필터를 사용함으로써 교체주기가 향상되고 우수한 악취개선 등의 효과를 가지며, 또한 두 개의 휘발성유기화합물 제거용 제올라이트 필터를 일정시간마다 주기적으로 번갈아 사용함으로써 간단한 구조를 가지면서 제조비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였으나 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니한다. 즉, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능하며, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정의 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.
Claims (9)
- 외부의 정화되지 않는 공기가 흡입되는 흡입구;
상기 흡입구를 통해 상기 정화되지 않는 공기를 흡입시키기 위한 흡입팬;
상기 흡입구를 통해 유입된 외부의 정화되지 않는 공기를 정화시도록 제1공기유입밸브와 휘발성유기화합물 제거용 제올라이트 필터가 설치되는 제1공기유로;
상기 흡입구를 통해 유입된 외부의 정화되지 않는 공기를 정화시도록 제2공기유입밸브와 휘발성유기화합물 제거용 제올라이트 필터가 설치되는 제2공기유로;
상기 제1공기유로 또는 제2공기유로를 통해 정화된 공기가 외부로 배출되는 배출구; 및,
상기 제1공기유입밸브와 제2공기유입밸브의 구동을 제어하여, 상기 흡입구를 통해 유입된 정화되지 않은 공기가 일정시간마다 제1유로와 제2유로로 번갈아 유입되도록 하는 콘트롤러;를 포함하는 것을 특징으로 하는 휘발성유기화합물 제거용 제올라이트 필터를 이용한 악취제거장치로,
상기 휘발성유기화합물 제거용 제올라이트 필터는 제올라이트 흡착제 100 중량부, 철 촉매 45 내지 55 중량부, 충전재 150 내지 200 중량부 및 바인더 25 내지 35 중량부로 이루어지며,
상기 제올라이트 흡착제는 기공 직경이 6.5 내지 8 옴스트롬이고 비표면적이 500 내지 800 m2/g인 베타 제올라이트로 이루어지는 것을 특징으로 하고,
상기 휘발성유기화합물 제거용 제올라이트 필터는 황화수소, 톨루엔 및 아세트알데히드로 이루어진 휘발성 유기화합물을 제거하고 지속적으로 흡착하는 것을 특징으로 하는 휘발성유기화합물 제거용 제올라이트 필터를 이용한 악취제거장치. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 청구항 1에 있어서,
상기 충전재는 수경성 산화알루미늄, 팔리고르스카이트 및 세피올라이트로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 휘발성유기화합물 제거용 제올라이트 필터를 이용한 악취제거장치. - 청구항 6에 있어서,
상기 충전재는 수경성 산화알루미늄 100 중량부, 팔리고르스카이트 25 내지 35 중량부 및 세피올라이트 25 내지 35 중량부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 휘발성유기화합물 제거용 제올라이트 필터를 이용한 악취제거장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 바인더는 메틸셀룰로오스계 바인더로 이루어지는 것을 특징으로 하는 휘발성유기화합물 제거용 제올라이트 필터를 이용한 악취제거장치. - 청구항 8에 있어서,
상기 메틸셀룰로오스계 바인더는 메틸셀룰로오스, 카르복시메틸셀룰로오스 및 히드록시프로필메틸셀룰로오스로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 휘발성유기화합물 제거용 제올라이트 필터를 이용한 악취제거장치.
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