KR20100059482A - 나노섬유 환경필터 - Google Patents

나노섬유 환경필터 Download PDF

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이수재
문제현
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정태형
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한국전자통신연구원
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Abstract

본 발명은 나노섬유를 이용한 환경필터로서, 이 필터는 다공성의 기판, 그리고 상기 기판 위에 복수의 물질에 각각 감응성을 가지는 복수의 나노섬유막을 포함한다. 따라서, 기능성 나노섬유막을 복수의 층으로 적층하여 비표면적을 극대화하고, 수 nm의 수준의 나노기공을 형성할 수 있어 넓은 여과 면적을 가질 수 있다. 이러한 나노섬유 필터는 이종의 성질을 갖는 여러가지 기능성 나노섬유막을 복수의 층으로 형성함으로써 다양한 환경 유해 가스 및 나노 단위의 바이오 미생물을 동시에 여과할 수 있다.
나노섬유, 환경 필터, 바이오 필터, 전기방사법

Description

나노섬유 환경필터{Nano-Fiber Environmental Filters}
본 발명은 나노섬유 환경필터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 다양한 환경 유해물질을 동시에 제거할 수 있는 나노섬유 환경필터에 대한 것이다.
최근 생활환경 및 산업환경 개선을 위해 실내외 환경유해가스 및 바이오 물질의 제거가 요구된다. 점진적으로 쾌적한 환경에 대한 욕구가 증대하고, 기후변화협약 등의 공해의 규제는 생활 환경을 악화시키는 환경유해물질(greenhouse gas: 휘발성 유기화합물(VOC), 다이옥신, 바이러스, 세균 등)을 검지하고 여과할 수 있는 고기능, 고효율, 저에너지 소비형의 환경 필터의 개발이 시급히 요구되고 있다. 이는 단순한 먼지 제거의 개념을 넘어, 미세먼지나 나노입자의 제거, NOx, SOx, 다이옥신, CO2 등의 산업환경 가스와 바이오 미생물의 제거, 항균개념 적용, 그리고 소각로나 연소로 등과 같은 열악한 환경에의 적용을 위하여 고내열성, 고내산성, 고내염기성, 고열충격성과 같은 고성능, 고효율, 다기능의 환경 필터가 요구되고 있다.
현재까지 상술한 용도와 목적을 위하여 개발 중인 여러 가지 환경 필터 중 세라믹 나노섬유 환경 필터는 비표면적도 넓고, 수 nm 크기의 입자도 여과할 수 있는 등의 장점이 있어, 고효율 나노섬유 환경필터에 대한 개발이 진행 중에 있다. 그러나 현재 개발 중인 나노섬유 환경필터는 나노섬유 표면에 촉매를 코팅하여 특정 가스 및 바이오 제거를 위한 기능만을 가진다. 또한 탄소나노섬유, 유무기 복합 나노섬유, 유기 나노섬유 등의 멤브레인을 이용한 환경 필터는 특정 물질을 제거할 수 있는 기능을 가지는 단점을 가진다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 환경유해물질 여과 과정에 있어 다양한 종류의 환경유해가스를 동시에 여과, 청정화를 행할 수 있는 다기능, 고효율의 상업적 환경 필터를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 나노섬유 환경필터는 다공성의 기판, 그리고 상기 기판 위에 복수의 물질에 각각 감응성을 가지는 복수의 나노섬유막을 포함한다.
상기 다공성의 기판은 다공성 세라믹, 다공성 알루미나 또는 다공성 반도체로 형성되어 있을 수 있다.
상기 다공성 기판은 평판형 또는 원통형일 수 있다.
상기 나노섬유막은 이종의 물질에 고감성을 가지는 나노섬유가 전기 방사법에 의해 복층으로 적층되어 이루어질 수 있다.
상기 나노섬유막은 유기 나노섬유, 유/무기 복합 나노섬유, 산화물 나노섬유, 탄소 섬유 또는 탄소/유기 복합 나노섬유로 이루어질 수 있다.
상기 나노섬유막의 표면에 환경유해물질에 고감응성을 갖는 나노 촉매 물질을 코팅하여 이루어진 촉매코팅층을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 기능성 나노섬유막을 복수의 층으로 적층하여 비표면적을 극대화하고, 수 nm의 수준의 나노기공을 형성할 수 있어 넓은 여과 면적을 가질 수 있다.
이러한 나노섬유 필터는 이종의 성질을 갖는 여러가지 기능성 나노섬유막을 복수의 층으로 형성함으로써 다양한 환경 유해 가스 및 나노 단위의 바이오 미생물을 동시에 여과할 수 있다.
따라서, 기존의 환경 필터과 비교하여 월등한 성능과 효율, 다기능성이 가능하여 생활환경 유해물질을 효율적으로 제거할 수 있으며, 향후 산업환경뿐만 아니라 그 수요가 폭발적으로 증가할 것으로 예측되는 웰빙 생활환경 개선을 위한 다기능 고효율 필터로서 활용될 수 있다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사 한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하에서는 도 1 및 도 2를 참고하여 본 발명의 한 실시예에 따른 나노섬유 환경필터를 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 나노섬유 환경필터의 사시도이고, 도 2는 도 1의 나노섬유막 표면을 나타낸 주사전자현미경 사진이다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 나노섬유 환경필터(100)는 기판(110) 및 기판(110) 위에 적층되어 있는 복수의 나노섬유막(120, 130, 140)을 포함한다.
기판(110)은 다공성의 물질로 이루어지며, 예를 들어 다공성 세라믹, 다공성 알루미나, 다공성 반도체 중 하나일 수 있다.
복수의 나노섬유막(120, 130, 140)은 도 1과 같이 세 층의 막을 포함할 수 있으며, 그 이상일 수 있다.
이와 같은 나노섬유막(120, 130, 140)의 수효는 여과하고자 하는 환경유해가스 및 바이오 미생물의 수효와 대응된다.
이러한, 나노섬유막은 전기방사법을 통하여 기판 위에 적층되며, 환경유해가스 및 바이오 미생물에 고감응성을 가지며, 여과할 수 있는 물질들로 형성되는 것이 바람직하다.
즉, 나노섬유막(120, 130, 140)은 유기 나노섬유, 유기/무기 복합 나노섬유, 산화물 나노섬유, 탄소 나노섬유, 탄소/유기 복합 섬유, 탄소/산화물 복합 나노섬유로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
예를 들어, 질소산화물(NOx), 다이옥신, 일산화탄소(CO), 이산화탄소(CO2) 황산화물(SO2)을 동시에 제거할 수 있는 환경 필터의 경우 각 유해가스에 고감응성을 갖고 물질들로 선택된 5종의 나노섬유막(120, 130, 140)이 5층으로 적층된 구조로 형성하는 것이 바람직하다. 이 외에도, 유해기체뿐만 아니라 각종 나노 미립자 등의 환경오염 물질 및 바이오 미생물(세균, 박테리아)를 동시에 제거할 수 있는 다기능, 고효율의 나노섬유를 이용하여 막을 형성할 수 있다.
한편, 나노섬유막(120, 130, 140)은 전기방사법이 아닌, 물리적, 화학적 증착법을 통하여 기판 위에 적층되며, 적층된 나노섬유막(120, 130, 140) 표면에 환경유해물질에 고감응성을 갖는 나노 촉매 물질을 코팅하여 촉매 코팅막(미도시)을 형성할 수 있다.
이와 같이 형성되어 있는 나노섬유 환경필터를 도 2를 참고하여 관찰하면, 도 2는 기판(110) 위에 전기 방사법으로 형성된 ZnO/폴리머 복합 나노섬유막(120, 130, 140)을 나타낸 것으로서, 복합 나노섬유의 직경은 200~300 nm이며, 나노 크기의 기공을 가짐을 알 수 있다.
이와 같이 큰 비표면적을 갖고, 나노 크기의 기공을 갖는 이종의 나노섬유막(120, 130, 140)을 적층함으로써 고효율의 환경필터를 제조할 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 나노섬유 환경필터를 나타낸 것이다.
도 3을 참고하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 나노섬유 환경필터(200)는 원통형의 지지체(220)를 포함하며, 원통형의 지지체(220) 외측 면 위에 나노섬유막(210)이 형성되어 있다.
이러한 나노섬유막(210)은 도 1과 같이 복수의 층으로 형성될 수 있으며, 전기방사법 또는 일반적인 증착법에 의해 적층되어 나노 촉매 물질을 코팅하여 형성될 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
도 1는 본 발명의 한 실시예에 따른 나노섬유 환경필터의 사시도이다.
도 2는 도 1의 나노섬유 환경필터의 표면의 주사전자현미경 사진이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 나노섬유 환경필터의 구성도이다.

Claims (6)

  1. 다공성의 기판, 그리고
    상기 기판 위에 복수의 물질에 각각 감응성을 가지는 복수의 나노섬유막
    을 포함하는 나노섬유 환경필터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 다공성의 기판은 다공성 세라믹, 다공성 알루미나 또는 다공성 반도체로 형성되어 있는 나노섬유 환경필터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 다공성 기판은 평판형 또는 원통형인
    나노섬유 환경필터.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 나노섬유막은 이종의 물질에 고감성을 가지는 나노섬유가 전기 방사법에 의해 복층으로 적층되어 이루어지는
    나노섬유 환경필터.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 나노섬유막은 유기 나노섬유, 유/무기 복합 나노섬유, 산화물 나노섬유, 탄소 섬유 또는 탄소/유기 복합 나노섬유로 이루어지는
    나노섬유 환경필터.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 나노섬유막의 표면에 환경유해물질에 고감응성을 갖는 나노 촉매 물질을 코팅하여 이루어진 촉매코팅층을 더 포함하는
    나노섬유 환경필터.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101290715B1 (ko) * 2011-02-15 2013-07-29 서울대학교산학협력단 항균 및 유해물질분해 기능성 나노섬유매트 및 그 제조방법과 이를 구비하는 보호장구

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