KR20030084112A - 공기 정화 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 오염된 공기를 흡입하여 배출구 쪽으로 지속적으로 이송시키면서 공기를 정화시키는 방법에 있어서, 스트로우(straw) 조각 또는 세라믹 비드(Bid)가 충진된 유입공기 전처리부로 오염된 공기를 통과시켜 와류 현상을 일으킴과 동시에, 오염된 공기에 함유된 유해 성분을 분쇄시키는 전처리 단계; 전처리 단계를 거친 오염된 공기 중에 촉매 활성화 물질을 분사시켜 투입하는 단계; 제1정화부의 촉매 혼합물에 의해서 분해(이온의 이동)되면서 유입되는 공기 중의 각종 유기물을 포함한 유해물질을 제거하는 제1 정화 단계; 1차로 정화된 공기를 제2정화부로 통과시키므로서 전극에 설치된 촉매혼합물성형체의 촉매혼합물이 분해되면서 갖는 높은 유기물 분해능 및 집진능으로 인하여 1차로 정화된 공기 중에서 분해가 되지 않은 유기물을 분해하여 제거함과 동시에, 공기 중의 각종 미세한 분진들을 집진하여 정화하는 제2 정화 단계; 제3정화부의 촉매 혼합물에 의해서 분해되면서 2차 정화된 공기 중의 잔존 유해물질을 제거하는 제3 정화 단계; 및 스트로우 (straw) 조각 또는 세라믹 비드(Bid)가 충진된 정화된 공기의 후처리부로 3차 정화된 공기를 통과시켜 와류 현상을 일으킴과 동시에, 정화된 공기에 함유된 유해 가스 성분을 제거하는 후처리 단계로 구성되어지므로서 고분자유기물 및 오존을 포함한 여러 종류의 각종 유해가스와 분진 등 공해물질을 제거하여 공기를 정화시키고, 촉매반응이 연속적으로 일어나게 되므로 공기 정화 장치를 장기간 사용할 수 있는 효과를 얻을 수 있는 것이다.

Description

공기 정화 방법{Air purification method}
본 발명은 오염된 공기 특히, 악취 및 이취 성분은 물론 인체에 유해한 각종 성분들이 함유된 오염 공기 중에서 유해한 성분을 제거하여 정화된 공기를 공급하는 공기 정화 방법에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 오염된 공기를 흡입하여 배출구쪽으로 지속적으로 이송시키면서 공기를 정화시키는 방법에 있어서, 스트로우 (straw) 조각 또는 세라믹 비드(Bid)가 충진된 유입공기 전처리부로 오염된 공기를 통과시켜 와류 현상을 일으킴과 동시에, 오염된 공기에 함유된 유해 성분을 분쇄시키는 전처리 단계; 전처리 단계를 거친 오염된 공기 중에 촉매 활성화 물질을 분사시켜 투입하는 단계; 제1정화부의 촉매 혼합물에 의해서 분해(이온의 이동)되면서 유입되는 공기 중의 각종 유기물을 포함한 유해물질을 제거하는 제1 정화 단계; 1차로 정화된 공기를 제2정화부로 통과시키므로서 전극에 설치된 촉매혼합물성형체의 촉매혼합물이 분해되면서 갖는 높은 유기물 분해능 및 집진능으로 인하여 1차로 정화된 공기 중에서 분해가 되지 않은 유기물을 분해하여 제거함과 동시에, 공기 중의 각종 미세한 분진들을 집진하여 정화하는 제2 정화 단계; 제3정화부의 촉매 혼합물에 의해서 분해되면서 2차 정화된 공기 중의 잔존 유해물질을 제거하는 제3 정화 단계; 및 스트로우(straw) 조각 또는 세라믹 비드(Bid)가 충진된 정화된 공기의 후처리부로 3차 정화된 공기를 통과시켜 와류 현상을 일으킴과 동시에, 정화된 공기에 함유된 유해 가스 성분을 제거하는 후처리 단계로 구성되어지므로서 고분자유기물 및 오존을 포함한 여러 종류의 각종 유해가스와 분진 등 공해물질을 제거하여 공기를 정화시키고, 촉매반응이 연속적으로 일어나게 되므로 공기 정화 장치를 장기간 사용할 수 있는 효과를 얻을 수 있는 공기 정화 방법에 관한 것이다.
일반적으로 청정 공기 속에 타물질이 혼입되어 인간이나 동식물에 나쁜 영향이 나타날 정도가 된 것을 공기의 오염이라 칭하고 있다.
대기 오염이란 대기중에 오염 물질이 얼마 동안 존재하여 인간의 건강, 보건 및 동물과 식물의 생활을 해치어 우리의 일상 생활과 재산에 나쁜 영향을 주는 것을 말하며, 대기 오염물은 그 물리적 상태로 먼지, 발연, 증기, 가스 등으로 구분할 수도 있고, 오염물이 생성되는 조건에 따라 자연적인 것과 인위적인 것으로 나눌 수도 있다.
지금까지 알려진 여러 가지 대기 오염물 중에서 인체에 특히 해를 많이 일으키는 것은 질소산화물, 유황산화물, 일산화탄소, 탄화수소의 증기 그리고 유기성 용매의 증기이다.
종래에 이용되었던 공기 정화 방법은 내부에 활성탄이 충진된 장치로 오염된 공기를 통과시키므로서 악취가 나는 가스나 연기를 흡착하여 탈취하도록 하는 방법이지만, 이는 일정한 시간만 사용할 수 밖에 없었고, 인체에 유해한 미생물 등을 살균할 수 없는 문제점이 있었다.
다른 일례로서 유리섬유나 합성수지섬유로 된 여과포인 부직포를 통하여 공기를 정화하는 방법이 사용되기도 하지만, 이는 유해한 세균을 살균하거나 악취를 제거할 수 없는 문제점이 있었다.
또 다른 방법으로는, 먼지를 대전시킨 다음 고전압을 건 극판에 부착시켜서 세척하는 전기집진 방법이 있으나, 이는 다량의 오존 발생과 악취를 제거하기 곤란한 문제점이 있었다.
한편, 각종 산업의 발전에 따라 휘발성 유기화합물은 물론 악취 및 이취를 발생하는 생산 설비가 많이 증가하고 있으나, 공장 내의 휘발성 유기 화합물, 악취 및 이취 성분들을 외부에서 흡입하여 단순히 배출하므로서 환경 오염을 유발할 뿐만 아니라 외부에 배출된 휘발성 유기 화합물, 악취 및 이취 성분들이 내부 환기시에 다시 유입되어 작업 환경 조건을 저하시키고, 노동자들의 건강을 위협하는 요인으로 작용하고 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 일반적으로는 외부에서 내기를 흡입 배출시에 휘발성 유기 화합물, 악취 및 이취 성분들을 제거하여 배출시키고 있으나, 그 효과가 미약하여 실제로 적용되는 경우는 많지 않으며, 눈가림식으로만 적용되고 있고, 외부로부터 다시 실내로 유입시키는 공기는 거의 정화되지 않고 단순히 필터만으로 여과하는 정도에 불과하다.
뿐만 아니라, 최근에는 실내에 신선한 공기를 유입시키거나 냉각 공기의 공급시에 천정에 설치된 덕트를 많이 이용하고 있으나 덕트의 주기적인 청소가 이루어지지 않아 오히려 실내에 유해 물질이 더 많이 유입되는 경향이 있고, 덕트를 이용하여 공기를 정화하려는 시도는 거의 이루어지지 않고 있는 실정이다.
따라서, 본 발명의 목적은 오염된 공기 특히, 악취 및 이취 성분은 물론, 인체에 유해한 각종 성분들이 함유된 오염 공기 중에서 유해한 성분을 제거하여 정화된 공기를 공급하는 공기 정화 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 고분자유기물 및 오존을 포함한 여러 종류의 각종 유해가스와 분진 등 공해물질을 제거하여 공기를 정화시키고, 촉매반응이 연속적으로 일어나게 되므로 공기 정화 장치를 장기간 사용할 수 있는 효과를 얻을 수 있는 공기 정화 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 건물의 천정에 설치된 덕트를 이용하여 실내로 정화된 공기를 유입시키는 방법 및 실내의 오염된 공기를 정화하여 외부로 배출하는 방법을 제공하는 데 목적이 있다.
상술한 목적 뿐만 아니라 용이하게 표출될 수 있는 다른 목적들을 달성하기 위하여 본 발명에서는 오염된 공기를 흡입하여 배출구 쪽으로 지속적으로 이송시키면서 공기를 정화시키는 방법에 있어서, 천정에 설치된 덕트의 일부분에 공기 정화 장치를 장착하되 스트로우(straw) 조각 또는 세라믹 비드(Bid)가 충진된 유입공기 전처리부로 오염된 공기를 통과시켜 와류 현상을 일으킴과 동시에 오염된 공기에 함유된 유해 성분을 분쇄시키는 전처리 단계; 전처리 단계를 거친 오염된 공기 중에 촉매 활성화 물질을 분사시켜 투입하는 단계; 제1정화부의 촉매 혼합물에 의해서 분해되면서 유입되는 공기 중의 각종 유기물을 포함한 유해물질을 제거하는 제1 정화 단계; 1차로 정화된 공기를 제2정화부로 통과시키므로서 전극에 설치된 촉매혼합물성형체의 촉매혼합물이 분해되면서 갖는 높은 유기물 분해능 및 집진능으로 인하여 1차로 정화된 공기 중에서 분해가 되지 않은 유기물을분해하여 제거함과 동시에 공기 중의 각종 미세한 분진들을 집진하여 정화하는 제2 정화 단계; 제3정화부의 촉매 혼합물에 의해서 분해되면서 2차 정화된 공기 중의 잔존 유해물질을 제거하는 제3 정화 단계; 및 스트로우(straw) 조각 또는 세라믹 비드(Bid)가 충진된 정화된 공기의 후처리부로 3차 정화된 공기를 통과시켜 와류 현상을 일으킴과 동시에 정화된 공기에 함유된 유해 가스 성분을 제거하는 후처리 단계로 구성되어지므로서 고분자유기물 및 오존을 포함한 여러 종류의 각종 유해가스와 분진 등 공해물질을 제거하여 공기를 정화시키고, 촉매반응이 연속적으로 일어나게 되므로 공기 정화 장치를 장기간 사용할 수 있는 효과를 얻을 수 있었다.
도 1은 본 발명의 방법에 적용된 공기 정화 장치의 개략적인 사시도이고,
도 2는 도 1 장치의 개략적인 분리 사시도이며,
도 3은 도 1의 A-A' 단면도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1 : 공기 정화 장치 2 : 케이스
3 : 유입공기 전처리부 4 : 촉매 활성화 물질 투입부
5 : 제1정화부 6 : 제2정화부
7 : 제3정화부 8 : 정화된 공기의 후처리부
9 : 공기 흡입 및 배출부 10 : 자동제어부
31, 55, 63, 74, 83 : 절연재 32, 51, 71, 81, 92 : 망체
33, 82 : 스트로우(straw) 조각 또는 세라믹 비드(Bid)
41 : 활성화 물질 유입관 42 : 분사 노즐
52, 72 : 촉매 혼합물 53a, 53b, 73a, 73b : 전극
54 : UV램프 61 : 고압 촉매
62 : 고압 촉매 연결부재 91 : 팬(Fan)
본 발명을 첨부 도면에 의거하여 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 방법에 적용된 공기 정화 장치의 개략적인 사시도이고, 도 2는 도 1 장치의 개략적인 분리 사시도이며, 도 3은 도 1의 A-A' 단면도이다.
본 발명에 따른 공기 정화 방법은 오염된 공기를 흡입하여 배출구 쪽으로 지속적으로 이송시키면서 공기를 정화시키는 방법에 있어서, 천정에 설치된 덕트의 일부분에 공기 정화 장치(1)를 장착하되, 스트로우(straw) 조각 또는 세라믹 비드 (Bid)(33)가 충진된 유입공기 전처리부(3)로 오염된 공기를 통과시켜 와류 현상을 일으킴과 동시에, 오염된 공기에 함유된 유해 성분을 분쇄시키는 전처리 단계; 전처리 단계를 거친 오염된 공기 중에 촉매 활성화 물질을 분사시켜 투입하는 단계; 제1정화부(5)의 촉매 혼합물(52)에 의해서 분해되면서 유입되는 공기 중의 각종 유기물을 포함한 유해물질을 제거하는 제1 정화 단계; 1차로 정화된 공기를 제2정화부(6)로 통과시키므로서 전극에 설치된 촉매혼합물성형체의 촉매혼합물이 분해되면서 갖는 높은 유기물 분해능 및 집진능으로 인하여 1차로 정화된 공기 중에서 분해가 되지 않은 유기물을 분해하여 제거함과 동시에, 공기 중의 각종 미세한 분진들을 집진하여 정화하는 제2 정화 단계; 제3정화부(7)의 촉매 혼합물에 의해서 분해되면서 2차 정화된 공기 중의 잔존 유해물질을 제거하는 제3 정화 단계; 및 스트로우(straw) 조각 또는 세라믹 비드(Bid)(82)가 충진된 정화된 공기의 후처리부(8)로 3차 정화된 공기를 통과시켜 와류 현상을 일으킴과 동시에, 정화된 공기에 함유된 유해 가스 성분을 제거하는 후처리 단계로 구성되어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 천정에 설치된 덕트의 일부분에 공기 정화 장치(1)를 장착하되, 팬(91)이 실내측에 위치하도록 연결 구성하여 외부의 오염된 공기가 정화되어 실내로 유입될 수 있도록 한 것이다.
또한, 공기 정화 장치(1)를 실내 공기 배출 수단(미도시)에 장착하되, 팬(91)이 실외측에 위치하도록 연결 구성하여 휘발성 유해물질, 악취 및 이취 성분이 함유된 실내의 공기를 정화하여 실외로 배출시킬 수 있도록 한 것이다.
본 발명의 공기 정화 방법에 적용되는 공기 정화 장치(1)는 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 케이스(2)의 내부에 망체(32, 51, 71, 81, 92)와 절연재(31, 55, 63, 74, 83)를 연결 구성하여 유입 공기 전처리부(3), 촉매 활성화 물질 투입부(4), 제1정화부(5), 제2정화부(6), 제3정화부(7) 및 정화된 공기의 후처리부(8)를 구비하고, 팬(91)을 내장한 공기 흡입 및 배출부(9)가 정화된 공기의 후처리부(8)와 플랜지 결합되어 있는 것으로 특징지워진다.
먼저, 본 발명에 의한 공기 정화 방법은 공기 흡입 및 배출부(9)의 팬(91)이 작동하여 외부로부터 오염된 공기가 유입공기전처리부(3), 촉매 활성화 물질 투입부(4), 제1정화부(5), 제2정화부(6), 제3정화부(7) 및 정화된 공기의 후처리부(8) 및 공기 흡입 및 배출부(9)를 거쳐 실내로 유입되도록 한다.
오염된 공기가 망체(32)와 절연재(31)에 의하여 형성된 격실에 스트로우 (straw) 조각 또는 세라믹 비드(Bid)(33)가 충진된 유입공기 전처리부(3)로 유입되면 스트로우 (straw) 조각 또는 세라믹 비드(Bid)(33)에 의하여 공기의 흐름 방향이 바뀌고 와류 현상이 일어나면서 오염된 공기에 함유된 오염물질이 미세한 크기로 분쇄되어진다.
망체(32)는 스트로우(straw) 조각 또는 세라믹 비드(Bid)(33)가 외부로 유출되지 않을 정도의 구멍 크기를 갖는 것은 모두 사용 가능하며, 재질도 크게 영향을 받지 않고, 절연재(31)는 누전의 염려가 있어서 합성수지재를 사용하는 것이 바람직하지만 일반적인 금속재를 사용하여도 무방하다.
스트로우 (straw) 조각 또는 세라믹 비드(Bid)(33)는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상적으로 사용될 수 있는 합성수지 예를 들어, 폴리에스테르, 폴리프로필렌 등과 같이 스트로우 형상으로 성형이 가능한 합성수지는 모두 사용 가능하며, 가능한 한 인체에 해로운 물질이 유출되지 않도록 고려된 제품을 사용하는 것이 바람직하고, 스트로우의 조각은 0.5 ∼ 2cm 정도인 것이 와류 형성 정도 및 오염된 공기에 함유된 유기물을 포함한 고형물의 분쇄에 효과적이다.
또한, 고온의 소각로 등에서 처리할 경우에는 합성수지재 등으로 된 스트로우(straw)조각은 사용할 수가 없으므로 고온에서 사용가능한 세라믹 비드(Bid)를 사용하는 것이 바람직하다.
상기와 같이 전처리된 공기는 촉매 활성화 물질 투입부(4)를 거치면서 촉매 활성화 물질이 함유된다.
즉, 자동제어부(10)내에 재치된 활성화 물질 저장용기(43)에서 발생하는 기체상의 활성화 물질을 펌프(44)로 흡입하여 활성화 물질 유입관(41) 및 분사 노즐(42)을 경유시켜 전처리된 공기에 활성화 물질을 함유시킨다.
활성화 물질은 제1 내지 제3 정화부의 촉매 혼합물(52, 72)을 계속적으로 활성화시킬 수 있는 물질이면 어떤 것이라도 가능하지만, 제1 내지 제3 정화부의 촉매 혼합물(52, 72) 중에서 자연적으로 기화하여 함량이 감소하므로서 공기 정화 효과가 저하되는 단점을 해결하기 위하여 요오드를 사용하는 것이 효과적이다.
활성화 물질이 함유된 오염된 공기는 망체(51)와 절연재(55)에 의하여 형성된 격실에 촉매 혼합물(52)이 충진되어 있고, 전극(53a, 53b)이 삽설되어 있으며, 전극(53a)와 전극(53b) 사이에는 UV램프(54)가 설치된 제1정화부(5)를 통과하게 된다.
이때, 촉매 반응에 의하여 고분자 유기물이 분해되고 또한, 오존을 포함한 여러 종류의 공해물질이 제거되므로서 정화되며, 촉매 혼합물(52)에 직류 전기가 공급되므로서 촉매반응이 연속적으로 일어나기 때문에 촉매 혼합물(52)을 반영구적으로 사용할 수도 있고, 촉매 혼합물(52) 중에서 사용 시간이 경과함에 따른 함량의 저하를 일으키는 물질을 활성화 물질로 촉매 활성화 물질 투입부(4)를 통하여투입하므로서 계속적인 정화가 이루지도록 하며, UV램프(54)에 의하여 하이드록시 라디칼(ㆍOH)을 생성하고, 이 라디칼이 유기화합물의 이중결합을 절단하므로서 오염 물질을 분해하여 제거하게 된다.
촉매 혼합물(52)은 탄소 80 ∼ 90중량%, 요오드 5 ∼ 10중량%, 마그네슘 5 ∼ 10중량%로 구성된 것이 바람직하고, 상기 촉매 혼합물에 직류 전기를 인가하면 촉매반응이 일어난다.
촉매 혼합물에서 탄소로는 활성탄이 사용되고 있으며, 탄소가 90중량%를 초과하여 사용되면 전류가 너무 많이 흐르게 되어 성능은 좋아지나 전원 장치에 과부하가 걸리는 문제점이 있으며, 요오드가 10중량%를 초과하여 사용되면 직류전기를 공급함에 의해서 발생되는 수분에 의하여 요오드가 수분과 함께 증발되면서 기체가 되어 냄새가 많이 나게 될 뿐만 아니라, 요오드의 함량이 점차 감소되어 촉매 혼합물의 내구성이 저하되는 단점이 있고, 마그네슘이 10중량%를 초과하여 사용되면 비용이 많이 들게 되어 경제적이지 못한 단점이 있으며, 상기 세가지 촉매 성분들이 각각 상기한 비율 미만으로 사용될 경우에는 공기 정화 기능이 저하되는 문제점이 있다.
전극(53a, 53b)은 통상적인 판형태의 전극 또는 봉상의 전극을 사용할 수 있으며, UV램프(54)는 100 ∼ 400nm의 파장을 갖는 것이라면 어떠한 것이라도 사용이 가능하다.
상기와 같이 제1정화단계를 거친 후에는 절연재(63)와 금속 망체(64)에 의하여 격실이 형성되고 금속 망체(64)에 서로 대향되게 고압촉매 연결부재(62)에 의하여 고정 연결된 고압 촉매(61)가 설치되어 있는 제2정화부(6)를 통과하게 된다.
이때, 고압 촉매(61)에 고전압이 인가되면서 금속 망체(64)에 설치된 고압촉매(61)의 촉매 혼합물이 전기 분해되면서 1차로 정화된 공기 중에서 분해가 되지 않은 유기물을 분해하여 제거함과 동시에, 공기 중의 각종 미세한 분진들을 집진하여 2차로 정화가 이루어지게 된다.
제2정화 단계를 거친 공기는 망체(71)와 절연재(74)에 의하여 형성된 격실에 촉매 혼합물(72)이 충진되어 있고, 전극(73a, 73b)이 삽설되어 있는 제3정화부(7)를 통과하게 된다.
이때, 촉매 반응에 의하여 고분자 유기물이 분해되고 또한, 오존을 포함한 여러 종류의 공해물질이 제거되므로서 정화된다.
제3정화 단계를 거친 공기는 공기가 망체(81)와 절연재(83)에 의하여 형성된 격실에 스트로우(straw) 조각 또는 세라믹 비드(Bid)(82)가 충진된 정화된 공기의 후처리부(8)로 유입되면 스트로우(straw) 조각 또는 세라믹 비드(Bid)(82)에 의하여 공기의 흐름 방향이 바뀌고 와류 현상이 일어나면서 3차로 정화된 공기에 함유된 미처리 오염물질이 미세한 크기로 분쇄되어진다.
상기와 같이 이루어지는 본 발명의 방법에 있어서 각 단계별로 일어나는 작용을 살펴보면 다음과 같다.
어떠한 용매 등 액체 성분이 함유되지 않고 탄소 80 ∼ 90중량%, 요오드 5 ∼ 10중량%, 마그네슘 5 ∼ 10중량%로 구성되는 촉매 혼합물(52, 72)에 전기를 인가하면 촉매 반응이 연속적으로 일어나게 되므로 장기간 사용할 수 있을 뿐만 아니라, 촉매 활성화 물질 투입부(4)에서 투입된 촉매 활성화 물질에 의하여 촉매가 거의 반영구적으로 사용될 수 있게 되는 것이다.
탄소, 요오드와 마그네슘이 혼합된 촉매 혼합물(52, 72)이 들어 있는 제1정화부(5) 및 제3정화부(7)의 전극(53a, 53b, 73a, 73b)에 전기를 인가할 때의 반응은 매개산화공정(MEO : Mediated Electrochemical Oxidation)과 반도체 이론으로 설명될 수 있는 것으로서, 전해용액 대신에 상기한 고체촉매인 활성탄(탄소) 또는 마그네슘과 직류 전기를 인가한 변형된 MEO공정법으로 볼 수 있다.
활성탄과 활성탄에 점착된 요오드를 촉매로 하여 양극과 음극에 각각의 촉매 입자가 분포되어진다.
양극에서 생성된 산화제가 다공성인 활성탄 자체에 있는 수 많은 미세구멍에 흡착되어 있는 유기물과 반응하여 유기물을 산화분해시킴과 동시에, 자신은 다시 환원되고, 또 다시 양극에서 산화됨으로써 연속적으로 유기물을 산화시키는 원리를 이용하는 수용성 공정으로서, 이를 통하여 유기물은 거의 완전히 파괴되고, 유기물중의 탄소와 수소가 이산화탄소와 물로 전환되어 거의 대부분 무기물화된다.
또한, 이 공정은 화학적으로 유해하면서 방사성 물질을 포함하고 있는 혼성 폐기물 내의 방사성 물질을 용해시키는 능력도 있다.
한편, 물이 생성되는 반응에서 물을 제거하면 반응이 촉진되어 공기중에 함유되어 있는 수분이 쉽게 제거되므로 산소가 부족한 금속인 마그네슘에 의해서 반응이 촉진된다.
Mgx-1+ H2O →MgxO + H2
따라서, 마그네슘에 의한 공기중의 수분의 제거로 반응속도가 빨라지는 증진제의 효과가 나타나게 된다.
오존이 곰팡이 냄새나 흙냄새, 생선냄새, 슬러지냄새를 쉽게 감소시키지만 처리 후에 과일냄새(알데히드, 케톤)를 생성하며, 플라스틱냄새, 약품냄새, 떫은 맛 등은 오존으로 감소시키기가 어려운 냄새들이다.
또한, 자극성 기체인 오존은 200nm 미만의 파장의 빛이 공기중에 방사될 때 건강에 해를 끼치게 되므로 상기한 냄새나 오존같은 자극성 기체를 제거하기 위하여 상온상압하에서의 제1정화부((5)의 촉매혼합물(52)을 이용하면 오존의 분해가 이루어진다.
즉, 탄소 80 ∼ 90중량%, 요오드 5 ∼ 10중량%, 마그네슘 5 ∼ 10중량%로 구성되는 촉매 혼합물(52, 72)과 분해를 이용하여 오존을 분해시킨다.
2O3+ 금속산화물 → 촉매 + 3O2
마그네슘의 표면에 존재하는 산소는 양성자를 끌어당길 수 있으므로 산소는 염기적으로 작용할 수 있고, 양이온으로 부터의 전자 제거가 중성원자의 이온화 보다 더 어렵기 때문에 제이 이온화 포텐셜은 그의 제일 이온화 포텐셜 보다 크다.
Mg+(g) → Mg2++ e-
그래서, 고분자 유기물들과 오존을 제거하기 위하여 마그네슘과 같은 금속산화물 촉매가 사용되며, 마그네슘으로 반드시 한정되는 것은 아니고, 상기와 같은작용을 하는 금속산화물은 모두 사용이 가능하지만 마그네슘이 특히 바람직하였다.
단백질을 요오드와 반응시키면 요오드와 공기중에 함유된 수분에 의해서 단백질이 분해된다.
최근 분해될 위치에 알릴글리신(allyglycine)을 억제 t-RNA를 이용하여 특정위치에 도입시키고, 이를 요오드를 이용하여 단백질을 분해한 연구 결과가 보고된 바 있다.(J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 7402)
즉, 먼저 특정 위치에 알릴글리신을 도입시키고, 이를 요오드와 반응시키면 요오드에 의한 고리중간체가 형성되고, 이는 물과 반응하여 락톤과 아민을 갖는 두개의 펩타이드로 나누어진다.
이 분해반응은 도입되는 알릴글리신의 위치에 따라 크게 달라지는데, 이는 공기중의 수분이 얼마나 잘 접근할 수 있는 지에 의해 효율성이 결정된다.
이 반응에 의하여 선구 단백질인 트립시노젠이 활성단백질인 트립신으로 바꾸어지게 된다.
한편, 탈착 반응은 산성가스중의 산소가 활성탄의 탄소와 결합하여 산화반응을 일으키고 활성탄의 모세관내에서 탈착반응이 진행되는데, 이 반응은 활성탄의 탄소성분의 손실을 가져오면 모세관의 비표면적을 증가시켜 흡착과 탈착을 반복하면서 그 흡착성능이 향상된다. 흡착된 산성가스 중의 산소와 활성탄의 탄소가 반응하여 이산화탄소(CO2)를 생성함으로써 생기는 흡착제의 손실이 보충된다.
활성탄이란 대부분 흡착성이 강한 탄소질의 숯이며, 또한 흡착이란 계면현상의 일종으로 활성탄이라든지 실리카겔(silica gel) 등과 같은 분말성 물질이 오염물질을 그 표면으로 흡수하는 것으로, 표면에서 이러한 현상이 일어나기 위해서는 분말성 물질의 표면적이 크지 않으면 안된다.
활성탄에는 대단히 많은 구멍이 있고, 그 가는 구멍벽의 총면적 즉, 표면적은 1g당 보통 500 ∼ 150m2에 달하며, 활성탄이 냉장고의 탈취제로 사용될 만큼 수많은 화학물질을 흡착한다. 그 흡착성분은 단지 미세한 구멍의 구조 뿐만 아니라, 활성탄 표면의 화학성질에도 크게 영향을 받으며, 폐수에 활성탄을 가하여 교반시키면 수질중의 유기물 농도는 현저히 감소하게 되고, 이러한 현상은 활성탄이 이들을 흡착하였기 때문이며, 활성탄은 목재라든지 석탄 등을 원료로 하여 만들어지고 있기 때문에 그 본래의 주성분은 유기질이다.
제1정화부(5) 및 제3정화부(7)에서의 분해를 설명하면, 양극 표면에서 생성된 산화제가 유기물과 반응하여 유기물을 산화분해시킴과 동시에, 자신은 다시 환원되고, 또 다시 전극 표면에서 산화됨으로써 재생되어 연속적으로 유기물을 산화시키는 원리를 이용하는 공정으로서, 이를 통해 유기물은 완전히 파괴되고 궁극적으로는 유기물 중의 탄소와 수소가 이산화탄소와 물로 전환되어 거의 대부분 무기물화된다.
양극의 반응에서는 H2O → H++ OH-의 반응식에서 OH-이온의 감소와 H+이온의 증가로 pH가 저하되며, 전자(Electron : e-)를 잃어버려서 산화력이 증가된다.
음극의 반응에서는 H2O → H++ OH-의 반응식에서 OH-이온의 증가와 H+이온의 감소로 pH가 상승되며, 전자(Electron : e-)의 증가로 환원력이 증가된다.
설치된 전극에 전기가 인가되면 주울열이 발생되어 주울열에 의하여 건조, 재생을 하는 데, 주울열은 전류가 흐르면 도체의 온도가 높아지게 되고 온도를 일정하게 유지할 때는 열이 도체밖으로 흘러나오는데, 이 열량을 주울열이라고 하며, 주울의 법칙이 성립되어 도체안에 흐르는 정상전류에 의해 일정한 온도로 유지된 도선에서 일정 시간안에 유출하는 주울열의 양은 전류강도의 제곱 및 도선저항에 비례한다는 주울의 법칙이 성립되며｛Q = I2R( I : 전류의 강도, R : 저항, Q : 열량)｝, 열이 도체 밖으로 흘러나오게 되어 건조, 재생을 하며, 이때 활성탄은 전극과 촉매의 역활을 동시에 수행하게 된다.
한편, 물질이 빛을 흡수했을 때에는 그 빛의 에너지에 의해 화학반응이 일어나는데, 양자이론에 따르면 광자 E의 에너지는 그것의 진동수(V)와 관련이 되며, E= hV가 되고, h는 플랑크 상수(6.6239 ×10-27erg)이다.
또한, 진동수(v)는 파장(i)과 i = c/v의 관계가 있으며, 이때 C는 빛의 속도로 2.279 ×1010cm/sec이다.
100 ∼ 200mm 파장을 갖는 자외선(UV선)의 E는 상기식에서 쉽게 계산된다.
UV램프(54)로 부터 발생된 자외선은 오존과 반응해 산화력이 매우 강한 하이드록시 라디칼을 생성하고, 주로 이 라디칼이 C=C의 이중결합을 절단한다.
포름알데히드는 광화학반응에 의해 다음과 같은 반응으로 발생한다.
CHCO + hv →H2+ CO → H + HCO
HCOH + OH →HCO + H2O
HCO + O2→HO2+ CO
CH3COOH + hv →CH3O + OH
CH4+ OH →CH3+ H2O
자외선은 상기 화학작용 이외에도 살균작용이 있으며, 살균력을 가지고 있어서 1cm2당 100㎼의 강도를 가진 자외선을 1분간 쪼이면 대장균, 디프테리아균, 이질균 등은 99%가 죽게 된다.
제1정화부(5)를 통과한 공기는 제2정화부(6)를 통과하면서 고전압에 의하여 발생된 오존과 전극에 부착된 촉매혼합물에 의하여 분해가 안된 상태로 유입된 유해가스가 제거되고 공기중의 각종 미세한 먼지나 분진들이 집진되어 제거되는데, 집진을 많이 할려면 전압을 높일수록 많이 집진할 수 있게 되지만 전압을 높이면 높일수록 비례하여 오존이 필요 이상으로 많이 나오게 되어서 오히려 역효과가 되므로 불필요한 오존을 촉매혼합물에 의하여 약 90%정도를 감소시키고 남아 있는 약 10% 정도의 오존으로 유해가스를 분해하게 된다.
오존은 고전압에 의하여 발생되는 것이므로, 오존을 사용한 시안화물의 제거는 잘 알려진 화학반응이며, 시안화물의 오존 처방은 다음과 같은 이유로 가장 적합한 방법으로 알려지고 있는 것으로서, 아주 빠른 속도의 산화처리가 가능하고 다른 오염물질이 혼재하는 상황에서도 잘 이루어지며, 첫번째 화학반응은 시안화물을 시안화염으로 바꾸어 주고 시안화염의 오염 특성은 시안화물의 1/1000에 불과하다.
CN-+ O2→ CNO-+ O2
다음은 일반적인 생물학적 분해를 통하여 암모니아와 이산화탄소가 발생하며, 암모니아는 오존과 다시 반응한다.
2NH3+ O2→ N2+ 3H2O + 3O2
2개의 암모니아 분자는 3개의 오존분자와 결합하여 하나의 질소분자와 3개의 물분자, 그리고 3개의 산소분자로 바뀌고, 이 세가지 모든 결과물들은 일반적으로 자연상태의 물질들이며 외기에 포함된 오염원이 아닌 물질들이다.
즉, 유기산, 알콜, 알데히드 및 케톤(아세톤 종류)은 오존과 반응하여 이산화탄소, 수증기 그리고 산소를 발생하고, 벤젠, 장뇌(좀약) 등의 방향성 화합물은 오존과 반응하여 이산화탄소, 수증기 그리고 산소를 발생하며, 부탄, 광물 알콜 등과 같은 지방족화합물은 오존과 반응하여 이산화탄소, 수증기 그리고 산소를 발생하고, 염화메틸과 같은 염화물은 오존과 반응하여 중간과정인 치아염소산이 된 후 이산화탄소, 수증기 그리고 산소를 발생하며, 수소와 사이나이드 같은 질소화합물은 오존과 반응하여 이산화탄소, 수증기 그리고 질소와 산소를 발생하고, 트라이 글리콜레이트 암모늄과 같은 황화합물은 오존과 반응하여 이산화탄소, 수증기 그리고 삼산화항과 산소를 발생하며, 다른 알킬화 화합물과 이온제 세제는 오존과 반응하여 이산화탄소, 수증기 그리고 산소를 발생한다.
물론, 이들 화학물질은 가정과 직장 등에 존재하는 모든 종류를 완전히 포함하지는 못하지만 오염 정도가 낮게 유지되는 한, 조금의 오존만으로도 그들을 신체와의 노출 정도를 큰 폭으로 줄일 만큼의 양으로 분해하기에 충분하며, 곰팡이, 포자 그리고 진균류는 일반 가정 환경에서 약 50ppb의 오존을 공급해 줌으로써 큰 폭으로 줄일 수 있다.
제2정화부(6)에서 유해가스가 정화되는 반응과정은 제1정화부(5)에서의 유해가스 정화반응과 동일하다.
고압집진은 유입된 공기중에 부유하고 있는 분진에 전기장을 작용시켜서 전기를 띠게 하여 입자를 정전기적인 힘으로 모아 기체를 깨끗하게 하는 것으로서 전기로 집진하기 위해서는 높은 직류 전압이 필요하다.
제3정화부(7)의 작용은 제1정화부(5)의 작용에서 이미 설명한 바와 같다.
유입공기 전처리부(3)와 정화된 공기의 후처리부(8)는 충진된 스트로우 (straw) 조각 또는 세라믹 비드(Bid)편에 충돌함에 의해서 물리적인 방법으로 분자진동을 하면서 공기중에 함유되어 있는 유해가스가 분해되어 정화되도록 하며, 특히 후처리부는 스트로우 조각편에 침투되어 있는 기체 상태인 요오드에 의해서 분해 반응이 일어나며, 이는 제2정화부에서 설명한 바와 같다.
상술한 바와 같이 본 발명에서는 오염된 공기를 흡입하여 배출구 쪽으로 지속적으로 이송시키면서 공기를 정화시키는 방법에 있어서, 천정에 설치된 덕트의일부분에 공기 정화 장치를 장착하되, 스트로우(straw) 조각 또는 세라믹 비드 (Bid)가 충진된 유입공기 전처리부로 오염된 공기를 통과시켜 와류 현상을 일으킴과 동시에, 오염된 공기에 함유된 유해 성분을 분쇄시키는 전처리 단계; 전처리 단계를 거친 오염된 공기 중에 촉매 활성화 물질을 분사시켜 투입하는 단계; 제1정화부의 촉매 혼합물에 의해서 분해되면서 유입되는 공기 중의 각종 유기물을 포함한 유해물질을 제거하는 제1 정화 단계; 1차로 정화된 공기를 제2정화부로 통과시키므로서 전극에 설치된 촉매혼합물성형체의 촉매혼합물이 분해되면서 갖는 높은 유기물 분해능 및 집진능으로 인하여 1차로 정화된 공기 중에서 분해가 되지 않은 유기물을분해하여 제거함과 동시에, 공기 중의 각종 미세한 분진들을 집진하여 정화하는 제2 정화 단계; 제3정화부의 촉매 혼합물에 의해서 분해되면서 2차 정화된 공기 중의 잔존 유해물질을 제거하는 제3 정화 단계; 및 스트로우(straw) 조각 또는 세라믹 비드(Bid)가 충진된 정화된 공기의 후처리부로 3차 정화된 공기를 통과시켜 와류 현상을 일으킴과 동시에, 정화된 공기에 함유된 유해 가스 성분을 제거하는 후처리 단계로 구성되어지므로서 고분자유기물 및 오존을 포함한 여러 종류의 각종 유해가스와 분진 등 공해물질을 제거하여 공기를 정화시키고, 촉매반응이 연속적으로 일어나게 되므로 공기 정화 장치를 장기간 사용할 수 있는 효과를 얻을 수 있었다.

Claims (8)

  1. 오염된 공기를 흡입하여 배출구 쪽으로 지속적으로 이송시키면서 공기를 정화시키는 방법에 있어서, 천정에 설치된 덕트의 일부분에 공기 정화 장치(1)를 장착하되, 스트로우(straw) 조각 또는 세라믹 비드(Bid)(33)가 충진된 유입공기 전처리부(3)로 오염된 공기를 통과시켜 와류 현상을 일으킴과 동시에, 오염된 공기에 함유된 유해 성분을 분쇄시키는 전처리 단계; 전처리 단계를 거친 오염된 공기 중에 촉매 활성화 물질을 분사시켜 투입하는 단계; 제1정화부(5)의 촉매 혼합물(52)에 의해서 분해되면서 유입되는 공기 중의 각종 유기물을 포함한 유해물질을 제거하는 제1 정화 단계; 1차로 정화된 공기를 제2정화부(6)로 통과시키므로서 전극에 설치된 촉매혼합물성형체의 촉매혼합물이 분해되면서 갖는 높은 유기물 분해능 및 집진능으로 인하여 1차로 정화된 공기 중에서 분해가 되지 않은 유기물을 분해하여 제거함과 동시에, 공기 중의 각종 미세한 분진들을 집진하여 정화하는 제2 정화 단계; 제3정화부(7)의 촉매 혼합물에 의해서 분해되면서 2차 정화된 공기 중의 잔존 유해물질을 제거하는 제3 정화 단계; 및 스트로우(straw) 조각 또는 세라믹 비드(Bid)(82)가 충진된 정화된 공기의 후처리부(8)로 3차 정화된 공기를 통과시켜 와류 현상을 일으킴과 동시에, 정화된 공기에 함유된 유해 가스 성분을 제거하는 후처리 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 공기 정화 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 공기 정화 장치(1)는 팬이 실내측에 위치되도록 배치하여외부에서 유입되는 공기가 정화되도록 하는 것을 특징으로 하는 공기 정화 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 공기 정화 장치(1)는 팬이 실외측에 위치되도록 배치하여 내부에서 배출되는 공기가 정화되도록 하는 것을 특징으로 하는 공기 정화 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 촉매 활성화 물질은 요오드인 것을 특징으로 하는 공기 정화 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 제1정화부(5)는 망체(51)와 절연재(55)에 의하여 형성된 격실에 촉매 혼합물(52)이 충진되어 있고, 전극(53a, 53b)이 삽설되어 있으며, 전극(53a)와 전극(53b) 사이에는 UV램프(54)가 설치된 것을 사용함을 특징으로 하는 공기 정화 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 제2정화부(6)는 절연재(63)와 금속 망체(64)에 의하여 격실이 형성되고 금속 망체(64)에 서로 대향되게 고압촉매 연결부재(62)에 의하여 고정 연결된 고압 촉매(61)가 설치되어 있는 것을 사용함을 특징으로 하는 공기 정화 방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 제3정화부(7)는 망체(71)와 절연재(74)에 의하여 형성된 격실에 촉매 혼합물(72)이 충진되어 있고, 전극(73a, 73b)이 삽설되어 있는 것을사용함을 특징으로 하는 공기 정화 방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 촉매화합물은 탄소 80 ∼ 90중량%, 요오드 5 ∼ 10중량%, 마그네슘 5 ∼ 10중량%로 구성된 것임을 특징으로 하는 공기 정화 방법.
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