KR20100061665A

KR20100061665A - Ｕｖ 공기처리 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20100061665A
Application number: KR1020107004917A
Authority: KR
Inventors: 제임스 디. 리
Original assignee: 리 안티마이크로바이얼 솔루션즈 엘엘씨
Priority date: 2007-08-07
Filing date: 2008-08-07
Publication date: 2010-06-08
Also published as: US9370592B2; US20210187143A1; US11992573B2; CA2694972A1; EP2175894B1; US20160287737A1; BRPI0815655B1; BRPI0815655A2; RU2010108227A; US8168122B2; JP2014061418A; US20220072176A1; BRPI0815655A8; US8685329B2; EP2175894A1; JP5850902B2; EG26431A; IL203538A; CA2694972C; US20190060500A1

Abstract

본 발명은 환경의 미생물 억제 및/또는 살균/정화(remediation)를 제공하기 위한 방법들 및 장치들에 관한 것이다. 상기 방법은 일반적으로 다음 단계들을 포함한다: 예로서, 수화, 오존, 플라스마 종들 및/또는 유기 화학종들이 실질적으로 없는 정제 과산화수소 기체(PHPG)를 생성하는 단계; 및 상기 PHPG가 환경 내에서, 바람직하게는 일정 표면들과 공기 중 모두에서 미생물 제어 및/또는 살균/정화를 제공하는 역할을 하도록, 주로 PHPG를 포함하는 상기 기체를 환경 내로 도입시키는 단계. 증기 과산화수소는 대기(ambient air) 중의 산소 및 물로부터 생성된다. 또한, PHPG를 생성하기 위한 확산기 장치가 개시되며, 상기 장치는 자외선 광원; 금속 또는 금속산화물 광촉매(예, TiO₂), 촉매기질구조체; 및 공기 분배 기구를 포함하고, 여기에서 그의 기질 상에서 촉매의 형태는 얇고, 돛과 유사한(sail-like) 공기 투과성 구조이고, 상기 확산기 장치를 통과하는 공기 흐름에 대해 수직으로 위치하고; 그리고 여기에서 상기 형태는, 물의 산화로부터 그리고 분자산소(dioxygen)의 환원으로부터 모두 과산화수소를 생성하도록, 상기 촉매의 반응평형을 바꾸도록 하는 형태이다.

Description

ＵＶ 공기처리 방법 및 장치{UV AIR TREATMENT METHOD AND DEVICE}

본 발명은 일반적으로 감염 및 미생물 억제방법론 및 이에 관련된 장치들에 관한 것이다.

병원성 미생물들, 곰팡이들, 흰가루병 병균(mildew), 포자들, 및 유기 및 무기 오염물질들은 환경내에서 흔히 발견된다. 환경 공간들 내에서의 미생물 억제 및 살균은 건강 개선을 위하여 바람직하다. 공기 정화 및 표면들을 살균시키고자, 과거 수많은 방법들이 사용되어 왔다. 예로서, 광촉매 산화법에 의해 생성된 반응성 산화종들(reactive otidizing species, ROS)이 유기 오염물질들을 산화시키고, 미생물들을 제거할 수 있다는 것이 이미 알려져 있다. 보다 구체적으로, 히드록실 라디칼, 히드로퍼옥실 라디칼들, 염소 및 오존, 광촉매반응의 최종생성물들은 유기 화합물들을 산화시킬 수 있고, 미생물들을 제거할 수 있는 것으로 알려져 있다. 그러나, 효능의 제한 뿐 아니라 안전성 문제로 인하여, 알려진 방법들 및 장치들에는 제한이 뒤따른다.

ROS는 주위의 습한공기가 UV광에 노출됨으로써 생성되는 고도로 활성화된 공기를 설명하는데 사용된 용어이다. UV 범위 내의 광선은, 흡광시에 화학결합들을 파괴시키기에 충분한 에너지를 갖는 주파수에서 광자들을 방출한다. 250~255nm 파장에서의 UV 광은 살생제로서 사용되는 것이 통상적이다. 약 181nm 이하로부터, 182~187nm에 달하는 광선은 오존을 생산하는 그의 능력에 있어서 코로나방전과 경쟁적이다. 오존화 및 UV 방사는 모두 공공수(community water) 시스템들에서 살균을 위하여 사용되고 있다. 오존은 최근에는 산업 폐수와 냉각탑들을 처리하는데 사용된다.

과산화수소는 일반적으로 항균 성질들을 갖는 것으로 알려져 있고, 살균 및 미생물의 억제를 위하여 수용액내에서 사용되어 왔다. 그러나, 과산화수소를 기체 상에서 사용하기 위한 시도들은 정제 과산화수소 기체(PHPG)의 생산에 대한 기술적인 장애들에 의해 방해되어 왔다. 과산화수소의 기화된 수용액들은 수성 과산화수소용액으로 구성된 미세액적들(microdroplets)의 에어로졸을 생산한다. 기화된 과산화수소 용액들을 "건조시키기"위한 여러가지 방법들은 기껏해야, 과산화수소의 수화된 형태를 생산한다. 이들 수화된 과산화수소 분자들은 정전기적인 인력과 런던힘(London Forces)에 의해 결합된 물 분자들에 의해 포위된다. 따라서, 정전기적인 수단들에 의해 환경과 직접적으로 상호작용하는 과산화수소 분자들의 능력은 결합된 분자 형태의 물에 의해 크게 약화되고, 이는 효과적으로 캡슐화된 과산화수소 분자의 기본적인 정전기적 배열구조(configuration)를 바꾼다. 또한, 달성할 수 있는 기화된 과산화수소의 가장 낮은 농도는 대개 1.0ppm의 OSHA 작업장 안전 한계치를 초과하여, 이들 공정들은 점유된 영역들내에서의 사용에 적당하지 않게 된다.

유체내에서 유기 오염물질들을 파괴하는 것으로 증명되어온 광촉매들은 TiO₂, ZnO, SnO₂, WO₃, CdS, ZrO₂, SB₂O₄ 및 FeO₃를 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다. 이산화티타늄은 화학적으로 안정성이 있고, UV/가시 광활성화 반응을 위한 적당한 밴드 갭(band gap)을 가지며, 비교적 값이 싸다. 따라서, 이산화티타늄의 광촉매화학은 오염된 공기와 물로부터 유기 및 무기 화합물들의 제거를 위하여 지난 30여년 동안에 걸쳐서 광범위하게 연구되어 왔다.

광촉매들은, 충분한 에너지의 UV광선에 의해 활성화되는 경우, 흡착된 물로부터 히드록실기들을 생성할 수 있기 때문에, 이들을 기체상으로 적용하는 경우, 환경 중으로의 방출을 위한 PHPG(정제 과산화수소 기체) 생산에서의 용도에 대해 유망함을 보여준다. 그러나 광촉매반응의 기존 적용예들은 수많은 상이한 반응성화학종들을 포함하는 플라스마의 생성에 초점을 맞추었다. 더구나, 광촉매적 플라스마내에서 대다수의 화학종들은 과산화수소와 반응성이 있고, 과산화수소를 파괴하는 반응들에 의하여 과산화수소 기체의 생성을 저해한다. 또한, 플라스마내로 도입되는 어떤 유기 기체들은 과산화수소와의 직접적인 반응 및 과산화수소와 그들의 산화된 생성물들과의 반응 모두에 의해 과산화수소 생성을 저해한다.

광촉매반응 그 자체도 환경내로의 방출을 위한 PHPG의 생성을 제한한다. 과산화수소는 희생적 산화제로서 환원되는 산소보다 더 큰 화학적 전위를 갖기 때문에, 물의 산화에 의해 생성되는 것만큼 신속하게 광촉매 반응기들에서 하류로 이동함에 따라 우선적으로 환원된다.

산화

2광자 ＋ 2H₂O → 2OH^* ＋ 2H⁺＋ 2e^-

2OH^* → H₂O₂

환원

H₂O₂＋ 2H⁺＋ 2e^-→ 2H₂O

부가적으로, 몇개의 부반응들은 광촉매 플라스마의 일부일 수 있는 다양한 종들을 생성하고, 그리고 이는 상기 나타낸 바와 같이 환경내로의 방출을 위한 PHPG의 생성을 저해한다.

광촉매들을 활성화시키기 위해 사용된 광선의 파장들은 또한 과산화수소 분자내에서 과산화결합을 광분해시키기에 충분히 활동적이고, 환경내로의 방출을 위한 PHPG의 생성에 있어서도 억제제로서의 역할을 한다. 나아가, 오존을 생산하는 파장의 광선을 사용하는 실시는 과산화수소를 파괴하는 광촉매 플라스마내로 또다른 종들을 도입시킨다.

O₃ ＋ H₂O₂ → H₂O ＋ 2O₂

실제적으로, 광촉매 적용예들은, 종종 오존을 포함하는 플라스마의 생성에 초점을 맞추어 왔고, 이들은 유기 오염물질들과 미생물들을 산화시키는데 사용되어 왔다. 이러한 플라스마들은 반응기 그 자체의 범위내에서 주로 효과적이고, 본질적으로 반응기의 범위를 벗어나서는 화학적 안정성이 제한되고, 그들이 포함할 수 있는 제한된 양의 과산화수소 기체의 활성을 감쇠시킨다. 더욱이, 상기 플라스마는 반응기 그 자체 내에서 주로 효과적이기 때문에, 많은 설계들은, 그들이 반응기를 통과함에 따라 유기 오염물질들과 미생물들의 더욱 완전한 산화를 촉진시키도록 체류시간을 극대화하는 것이다. 과산화수소는 환원될 수 있는 고전위를 갖고 있기 때문에, 상기 극대화된 체류시간은 과산화수소의 생산을 최소화하는 결과를 초래한다.

또한, 광촉매반응의 대부분의 적용예들은 환경적인 문제가 제기될 수 있는 화학종들을 생성한다. 그들 가운데 첫번째는 오존 그 자체로, 이는 수많은 시스템들에서 의도적인 생산물이다. 더욱이, 반응기를 통해 통과하는 유기 오염물질들은 일회의 노출에서 거의 산화되지 않기 때문에, 이산화탄소와 물로 완전히 산화시키기 위해서는 다수의 공기 교환이 필요하다. 불완전 산화반응이 발생함에 따라, 알데히드들, 알코올들, 카르복실산들, 케톤들 및 다른 부분적으로 산화된 유기 화학종들의 혼합물이 반응기에 의해 생산된다. 광촉매반응의 반응기들은 종종 다수의 유기분자들을 포름알데히드와 같은 다수의 작은 유기분자들로 분해함으로써 공기 중에서 유기 오염물질들의 전체농도를 실질적으로 증가시킬 수 있다.

요약하면, 환경내로의 방출을 위한 PHPG의 생산은 선행기술에서는 달성되지 못한 것이다. 과산화수소 수용액들의 기화방법들은 기껏해야 과산화수소의 수화된 형태를 생성한다. 또한, 비록 광촉매시스템들이 과산화수소를 생산할 수 있더라도, 이들은 환경내로의 방출을 위한 PHPG 생산을 심하게 저해하는 수많은 제한들을 갖고 있다.

발명의 요약

본 발명의 한 측면에서, 환경의 미생물 억제 및/또는 살균/정화를 제공하는 방법이 개시된다. 상기 방법은 일반적으로 다음 (a), (b) 및 (c) 단계들을 포함한다:

(a) 과산화수소 기체를 우선적으로 생산하는 광촉매 셀(cell)을 제공하는 단계;

(b) 예로서, 수화, 오존, 플라스마 종들 및/또는 유기 화학종들이 실질적으로 없는 정제 과산화수소기체(PHPG)를 생성하는 단계; 및

(c) PHPG가 환경내에서, 바람직하게는 표면상 및 공기내 모두에서 미생물 억제 및/또는 살균/정화를 제공하는 역할을 하도록, 주로 PHPG를 포함하는 기체를 환경내로 도입시키는 단계.

특정 구체예들에서, 상기 방법은 다음의 (a) 및 (b) 단계들을 포함한다:

(a) 예로서, 수화, 오존, 플라즈마 종들, 및/또는 유기 화학종들이 실질적으로 없는 PHPG를 만들기 위한 조건하에서, 정제된 습한 주위(ambient) 공기의 존재하에서, 금속 촉매 또는 금속산화물 촉매를 UV 광선에 노출시키는 단계; 및

(b) 과산화수소 기체가 환경내에서, 바람직하게는 표면상 및 공기내 모두에서 감염 제어 및/또는 살균/정화를 제공하는 역할을 하도록, PHPG를 환경내로 도입시키는 단계.

본 발명의 또다른 측면은, 예로서, 수화, 오존, 플라스마 종들, 및/또는 유기 화학종들이 실질적으로 없는 PHPG를 생산하기 위한 확산기 장치에 관한 것이다. 상기 확산기 장치는 일반적으로 다음의 (a), (b) 및 (c)를 포함한다: (a) UV 광원; (b) 금속산화물 촉매 기질 구조체; 및 (c) 공기 분배 기구(mechanism).

본 발명의 또다른 측면은, 일단 환경내로 방출된 PHPG에 의한 주위 공기로부터의 VOC's의 산화/제거에 관한 것이다.

본 발명의 또다른 측면은 일단 환경내로 방출된 PHPG에 의한 주위 공기로부터의 오존 제거에 관한 것이다.

본 발명의 상기 및 기타 측면들은 본 발명의 개시내용에 의해 당업자들에게는 분명해질 것이다.

바람직한 구체예들의 상세한 설명

본 발명은 일반적으로 미생물 억제 및/또는 살균/정화방법들 및 이에 관련된 장치들에 관한 것이다. 어떤 구체예들에서, 광촉매 과정들이 여기에서 설명된 방법들과 장치들에서 이용될 수 있다.

광촉매 과정의 기본적인 성질은 화학 반응에서 흡광에 의해 활성 중간체들을 만드는 것이다. 이는 적절한 파장의 광자가 광촉매를 가격할 때 일어난다. 광자의 에너지는 가전자대(valence band) 전자에 부여되어, 상기 전자를 전도대(conduction band)로 상승시키고, 이에 따라 상기 가전자대에 "정공(hole)"을 남긴다. 흡착된 화학종들의 부재하에서, 상승된 전자는 전하를 소실하여(decay), 상기 가전자대 정공과 재결합될 것이다. 상기 가전자대 정공이 광촉매상에서 활성 표면 자리에 흡착된 산화가능한 종들로부터 -우선적으로 분자 형태의 물로부터- 전자를 획득하는 경우에는 재결합이 방지된다. 동시에, 촉매 표면상에 흡착된 환원가능한 종들 -우선적으로 분자 산소- 은 전도대 전자를 획득할 수 있다.

광촉매 과정의 개시에 따라, 또는 광촉매 반응기의 입구 지점에서, 다음 반응들이 일어난다.

산화

2광자 ＋ 2H₂O → 2OH^* ＋ 2H⁺＋ 2e^-

2OH^* → H₂O₂

환원

O₂ ＋ 2H⁺＋ 2e^-→ H₂O₂

그러나, 과산화수소가 일단 생산되면, 광촉매는 분자 산소 대신 과산화수소를 우선적으로 환원시키고, 반응은 반응기 용적내의 대부분에서 일어나는 다음의 평형상태로 이동된다.

산화

2광자 ＋ 2H₂O → 2OH^* ＋ 2H⁺＋ 2e^-

2OH^* → H₂O₂

환원

H₂O₂ ＋ 2H⁺＋ 2e^-→ 2H₂O

본 발명의 내용에서, PHPG는, 광촉매에 의해 그 다음의 환원반응이 강제되기 전에, 반응기로부터 과산화수소의 제거를 가능하게 하는 특정 목적을 위하여 설계된 형태로, 광촉매 과정을 사용하여 생산될 수 있다. 흡착된 과산화수소 기체를 용이하게 이용할 수 없는 경우, 광촉매는 과산화수소보다는 산소를 우선적으로 강제 환원시킨다. 그 후 과산화수소 기체는 일반적으로 광촉매 과정에서 물의 산화 및 분자산소의 환원에 의해 동시에 생산될 수 있다. 제한하고자 하는 의도 없이, 작동중 생성된 과산화수소의 양은 두배로 될 수 있고, 그 후 이의 대부분이 환원될 수 있기 전에, 시스템으로부터 제거된다 -이에 의해 동일한 조건하에서 표준 광촉매 반응기들로부터 정제되지 않은 과산화수소의 부수적인(incidental) 생산량보다 150배에 달하는 더 많은 양으로 PHPG의 생산량이 초래된다. 특정 목적을 위하여 설계된 형태에서, 하기의 우세한 반응들이 일어난다:

산화

2광자 ＋ 2H₂O → 2OH^* ＋ 2H⁺＋ 2e^-

2OH^* → H₂O₂

환원

O₂＋ 2H⁺＋ 2e^-→ H₂O₂

그러나, 이론에 의한 제한없이, 본 발명의 미생물 억제 및/또는 살균/정화 방법들 및 본 발명의 장치들은, 광촉매 과정의 결과로서 달성되는 것이 아니라, 일단 환경내로 방출된 PHPG의 효과들에 의하여 달성된다는 것에 주목하여야 한다.

과산화수소 기체가 환원될 수 있기 전에, 그의 즉각적인 제거를 허용하는 형태를 사용함으로써, 선행기술에 공지된 임의의 적당한 방법으로 PHPG를 생성할 수 있고, 이에 제한되지는 않지만, 기체 형태의 물을 산화시키는 동시에 산소 기체를 환원시키는 선행기술에 공지된 임의의 적당한 방법, 예로서, 이산화티타늄, 산화지르코늄, (구리, 로듐, 은, 백금, 금 등과 같은) 조촉매들로 도핑된(doped) 이산화티타늄과 같은 금속 촉매, 또는 기타 적당한 금속 산화물 광촉매들을 사용하는 기체상 광-촉매반응을 포함한다. PHPG는, 과산화수소 기체가 환원될수 있기 전에 그의 즉각적인 제거를 허용하는 형태를 사용하여, 임의의 적당한 금속으로부터 제조된, 또는 금속 산화물 세라믹으로 구축된 애노드들(anodes)과 캐소드들(cathodes)을 사용하는 전해 과정들에 의해 생산될 수도 있다. 다르게는, PHPG는, 과산화수소 기체가 환원될 수 있기 전에 그의 즉각적인 제거를 허용하는 형태를 사용하여, 적당한 지지 기질상에서 기체상태의 물과 산소 분자들의 고주파 여기에 의해 생산될 수 있다.

본 발명의 한 측면에서, 환경의 미생물 억제 및/또는 살균/정화를 제공하는 방법이 개시된다. 상기 방법은 일반적으로 다음 (a) 및 (b) 단계들을 포함한다:

(a) 예로서, 수화, 오존, 플라스마 종들 및/또는 유기 화학종들이 실질적으로 없는 PHPG로 구성된 기체를 생성하는 단계; 및

(b) 바람직하게는 표면상들 및 공기내 모두에서 미생물 억제 및/또는 살균/정화를 제공하는 역할을 하도록, 상기 PHPG로 구성된 기체를 환경내로 도입시키는 단계.

(a) 예로서, 수화, 오존, 플라스마 종들, 및/또는 유기 화학종들이 실질적으로 없는 PHPG를 형성하기 위한 조건하에서, 정제된 습한 주위 공기의 존재하에서, 금속 촉매, 또는 금속산화물 촉매를 UV 광선에 노출시키는 단계; 및

(b) PHPG가 환경내에서 바람직하게는 표면상들 및 공기내 모두에서 감염 제어 및/또는 살균/정화를 제공하는 역할을 하고, 주위 공기로부터의 오존 제거 및 주위 공기로부터의 VOCs 제거를 제공하는 역할을 하도록, 상기 PHPG를 환경내로 도입시키는 단계.

하나의 구체예에서, 상기 UV 광은 약 181nm 이상, 약 185nm 이상, 약 187nm 이상, 약 182nm 내지 약 254nm, 약 187nm 내지 약 250nm, 약 188nm 내지 약 249nm 등의 범위 내의 적어도 하나의 파장을 생성한다.

본 발명의 또다른 측면은, 예로서 수화, 오존, 플라스마 종들, 및/또는 기타 유기 화학종들이 실질적으로 없는 PHPG를 생산하기 위한 확산기 장치에 관한 것이다. 도 1과 도 2를 참조하면, 상기 확산기 장치는 일반적으로: (a) UV 광원(4); (b) 금속 또는 금속산화물 촉매기질 구조체 (3): 및 (c) 공기 분배 기구 (5, 6 및/또는 7)를 포함한다.

상기 공기 분배 기구는 팬(5), 또는 예로서, 공기와 같은 유체를 확산기 장치를 통해 이동시키기 위한 임의의 다른 적당한 기구일 수 있다. 본 발명의 특정 측면들에 따라, 상기 공기 분배 기구의 선택, 설계, 크기 및 작동은, 확산기 장치를 통한, 예로서 공기와 같은 유체의 흐름이 일반적으로 실용적인 정도로 신속하도록하는 것이어야만 한다. 이론에 의하여 제한하고자 하는 의도 없이, 최적 수준들의 PHPG가 생성되어 상기 확산기 장치를 신속한 유체 흐름 조건하에서 빠져나오는 것으로 믿어진다.

상기 UV 광원(4)은, 오존의 생성을 개시하기 위해서 산소를 광분해시키지는 않으면서, 일반적으로 습한 주위 공기의 광촉매 반응들을 활성화하기에 충분한 파장들의 적어도 한 범위를 생성할 수 있다. 한 구체예에서, 상기 UV광은 약 181nm 이상, 약 185nm 이상, 약 187nm 이상, 약 182nm 내지 약 254nm 사이, 약 187nm 내지 약 250nm 사이, 약 188nm 내지 약 249nm 사이 등의 범위 내의 적어도 하나의 파장을 생성한다. 이러한 파장들은 일반적으로, 오존의 실질적인 부재하에서 과산화수소를 포함하는 PHPG를 생산할 수 있다.

본 발명에 따라, "오존의 실질적인 부재"라는 표현은 일반적으로, 오존에 대한 LOD(감지 수준) 미만의 수준 아래의 양인, 약 0.015ppm 미만의 양을 의미한다. 이러한 수준들은 인간 건강에 대해 허용된 제한(치) 아래이다. 이에 관하여, F.D.A(미국식품의약품국)은 실내 의료장치들의 오존 생산량이 0.05ppm보다 많지 않을 것을 요구하고 있다. OSHA(직업안전위생국)은, 작업자들이 8시간 동안 0.10ppm 초과의 오존 평균농도에 노출되지 않을 것을 요구하고 있다. NIOSH(국립직업안전건강연구소)는, 어느 시간대에서도 0.10ppm의 오존 상한선을 넘지 않을 것을 권고하고 있다. 오존에 대한 EPA의 국가 대기 품질 표준값은 최대 8시간 평균 야외농도가 0.08ppm이다.

그러나, 특정 구체예들에서, 다음 반응에 의하여, 주위 환경으로부터의 오존 제거를 위해, PHPG가 사용될 수 있다.

O₃＋ H₂O₂→ H₂O ＋ 2O₂

특정 구체예들에서, 상기 PHPG는, PHPG에 의한 VOC's의 직접적인 산화에 의하여, 주위 환경으로부터의 VOC's 제거를 위해 사용될 수 있다.

특정 구체예들에서, 이에 제한되지는 않지만, PHPG는, 실내 공기 처리를 위한, 살생제로서, 곰팡이 및/또는 균류제거제로서, 박테리아 제거제로서, 및/또는 바이러스 제거제로서 포함되어, 미생물 억제를 위해 사용될 수 있다. 상기 PHPG 방법은 원하는 미생물 억제 및/또는 살균/정화 과정을 실시하기에 충분한 과산화수소 기체를 생산할 수 있다. 충분한 양은 일반적으로 당업자에게 알려져 있으며, 정제될 고체, 액체 또는 기체에 따라, 그리고 특정 살균/정화 성질에 따라 달라질 수 있다.

특정 구체예들에서, 미생물 억제 및/또는 공기 및 관련 환경들의(그 환경 내의 표면들을 포함) 살균/정화와 관련하여, 상기 PHPG의 양은, 살균될 환경내에서 약 0.005ppm 내지 약 0.10ppm, 특히 약 0.02ppm 내지 약 0.05ppm의 양으로 변화될 있다. 이러한 양들은 예로서, 펠린 칼리시바이러스(Feline Calicivirus) (EPA에 의해 노로바이러스에 대한 대체품으로 인정), 메티실린 내성 스태필로코커스 아우레우스(MRSA: Methicillin Resistant Staphylococcus Aureus), 반코마이신 내성 엔테로코커스 파에칼리스(VRE: Vancomyacin Resistant Enerococcus Faecalis), 클로스트리듐 디피실(C-Diff: Clostridium Difficile), 게오바실러스 스테아로써모필러스(Geobacillus Stearothermophilus), 및 아스퍼질러스 나이거(Aspergillus Niger)에 대하여 효과적인 것으로 판명되었다. PHPG의 이러한 양은 점유 면적들(제한되지는 않지만, 학교, 병원, 사무소, 집 및 기타 공공의 영역들을 포함) 내에서의 사용에 안전하고, 표면을 오염시키는 미생물들을 살균하고, 공기 전염 병원균들을 제거하고, 그리고 예로서 세계적 유행 독감의 전파의 예방, 병원감염의 제어 및 공중 질병들의 전염 감소를 위한 미생물 억제를 제공한다.

본 발명의 특정 측면들에서는, 주위 공기의 습도는 바람직하게는 약 1% 이상의 상대습도(RH), 약 5% RH 이상, 약 10% RH 이상 등이다. 특정 구체예들에서, 주위 공기의 습도는 약 10% 내지 약 99% RH 사이일 수 있다. 한 구체예에서, 본 발명의 방법은 약 5% 내지 약 99% RH의 범위 내, 또는 약 10% 내지 약 99% RH의 범위내로의 주위 공기의 습도 조절을 포함한다.

금속 촉매 또는 금속산화물 촉매는 이산화티타늄, 구리, 산화구리, 아연, 산화아연, 철 및 산화철 또는 이들의 혼합물들로부터 선택될 수 있고, 더욱 바람직하게는 상기 촉매는 이산화티타늄이다. 더욱 바람직하게는, 이산화티타늄은 전자기스펙트럼의 근자외선 부분내에서 빛을 흡수하는 반도체이다. 이산화티타늄은 실질적으로, 동일한 부모 결정구조의 상이한 면들인, 예추석(anatase)과 금홍석(rutile)의 두 가지 형태로 합성된다. 취해진 형태는 제조방법 및 사용된 출발물질의 함수이다. 예추석은 380nm 미만의 파장에서 광자들을 흡수하는 반면, 금홍석은 405nm 미만의 파장에서 광자들을 흡수한다.

대개 4㎛ 두께의 이산화티타늄 층은 100%의 입사 저파장광을 흡광할 것이다. 이산화티타늄은 평방센티미터 당 약 9~14×10¹⁴ 활성표면자리들을 갖는 것으로 알려져 있다. 활성표면자리(active surface site)는 히드록실이온들 또는 다른 염기성 화학종들과 결합할 수 있는 표면상의 배위적으로 불포화된 자리이다. 그의 광촉매적 활성도는 그 구조(예추석 또는 금홍석), 표면적, 입자분포, 기공도 및 그의 표면상의 히드록실기들의 밀도에 의해 영향을 받는다. 예추석은 대개 금홍석보다는 더 활성적인 광촉매로 고려된다. 이는 금홍석보다 더 강력하게 분자산소를 흡착하는 것으로 알려져 있고, 플래쉬 조사(flash irradiatino) 후에 금홍석보다 광전도성이 더 오래 잔류한다. 예추석과 금홍석은 각각 3.2와 3.0 전자볼트(eV)의 밴드갭 에너지를 갖는다.

수 많은 약제들(agent)이 광촉매작용에 영향을 갖는 것으로 보여진다. 이러한 약제들은 광촉매작용 공정에 영향을 미치도록 반응 환경에 첨가될 수 있다. 당업자에 의해 인지된 바와 같이, 일부 약제들은 공정을 향상시키는 반면, 다른 것들은 공정을 퇴화시킨다. 다른 것들은 하나의 반응을 향상시키는 작용을 하는 반면, 또 다른 반응은 억제시킨다.

산-염기 화학으로부터, 염기성 약제들은 촉매상의 활성자리에서 결합될 수 있다는 것이 알려졌다. 이론에 제한됨이 없이, 분자산소보다 더 강하게 촉매상에 흡착되는 환원제들은 전자 수용체로서 치환될 수 있다. 소분자 화학약제들, 금속들과 이온들은 모두가 이러한 능력을 갖는다. 이 경우들에서, PHPG의 형성에 미치는 영향은 해당 약제가 분자산소와 과산화수소에 비하여 전자들을 수용하는 효율에 의해 달라진다.

일부 첨가제들은, 원하는 반응을 수행할 수 없는 반응성이 덜한 라디칼들의 형성에서의 라디칼 종들 또는 부반응들에서의 라디칼 종들을 포함한다. 다른 것들은 물리적으로 광촉매를 변경하여, 그의 성능을 변화시킨다. 본 발명에 따른 첨가제들은 (임의로, 오존, 플라스마 종들 또는 유기 화학종들의 생성을 최소화 또는 제거하는 한편) PHPG의 형성을 최적화하도록 선택될 수 있다.

본 발명의 한 측면에서, 상기 언급된 바와 같이, 첨가제들은 조촉매들을 포함할 수 있다. 조촉매들은 금속들일 수 있거나 또는 선택된 PHPG 반응들의 효율을 증진시키기 위하여 촉매의 표면상에 퇴적된 코팅들일 수 있다. 조촉매들은 촉매의 물리적인 특성들을 두 가지로 바꿀 수 있다. 첫째로, 이들은 점유하는 전도대 전자들에게 새로운 에너지 수준을 제공할 수 있다. 둘째로, 조촉매들은 지지-광촉매들과는 다른 흡수 특성들을 소유할 수 있다. 이는 조촉매상에서 일어나는 경쟁적 반응들의 순서가 촉매 자체상에서 일어나는 반응들의 순서와는 상이하도록 만들 수 있다. 조촉매는 일반적으로 5% 미만의 표면 적용범위(coverage)에서 가장 효과적이다.

전형적인 조촉매들은 백금, 은, 니켈, 팔라듐과 많은 다른 금속 화합물들로부터 선택될 수 있다. 프탈로시아닌도 조촉매 성능을 갖는 것으로 알려져 있다.

본 발명에 따른 확산기 장치는 구형, 반구형, 입방형, 3차원적 직사각형 등을 포함하는 임의의 적당한 모양 또는 크기일 수 있다. 확산기들은 장난감 곰들, 돼지저금통들, 가짜 라디오 등과 같은 많은 기발한(fanciful) 형태로도 형성될 수 있다. 확산기 장치의 중심부는 UV 광원으로 구성될 수 있다. UV 광원(4)은 확산기 장치의 중앙 또는 내부에 위치될 수 있고, 확산기 장치의 크기 및 의도된 적용예에 따라 그 강도가 가변될 수 있다. 예로서, 어떤 구체예들에서, 도 1을 참조하여, 예로서 튜브 형태일 수 있는 UV 광원(4)은 연장된 쐐기형 또는 튜브 형태의 확산기 외피(shell)(2) 내에 포함될 수 있다. 특정 구조들에서, 반사경(1)은, 그의 특정 모양에 의해 요구되는 바에 따라, 장치의 내부 내에서 특정 방향으로 광선을 모으는(focus) 역할을 할 수 있다.

상기 확산기 장치의 외피(2)는 세라믹, 자기, 중합체 등을 포함하는 임의의 적합한 기질 물질로 형성될 수 있다. 예로서, 상기 중합체는 소수성이면서 254nm 내지 182nm 범위 내의 UV 광선에 의한 열화(degradation)에 대해 저항성이 있는, 다공성 또는 통기된(vented) 중합체일 수 있다. 이 범위 내에서 일부 파장들에 대해 저항성이 있는 중합체들은, 모두 그런것은 아니지만, 그들이 저항성을 갖는 범위 내의 광선만을 생산하는 UV 램프들과 함께 사용될 수 있다. 확산기 외피는 임의의 원하는 크기 및 모양으로 성형될 수 있고, 임의의 원하는 색상으로 형성될 수 있다. 특정 구체예들에서, UV광 흡광시에 가시광선을 방사하도록 인광성 물질이 외피물질 내로 혼입될 수 있다.

한 구체예에서, 상기 확산기 외피의 내부 표면은, 일반적으로, 특정 구체예들에서 하나 또는 그 이상의 다른 금속들로 도핑된 이산화티타늄을 포함할 수 있는 광촉매로 그를 코팅시켜서 기질로서 사용될 수 있다. 예로서, 상기 광촉매는 페인트로서 확산기 기질의 내부에 적용될 수 있다. 상기 적용은 일반적으로 확산기 기질내에서 기공들의 막힘(clogging)을 방지하도록 적용되어야 한다. 한 구체예에서, 공기가 기질에 적용되어, 광촉매 페인트의 적용 후 공기가 상기 기질의 기공들을 통과하도록 강제될 수 있는데, 이들은 모두 상기 코팅을 건조시키고, 강제된 공기에 의해 기공들을 깨끗이 한다. 광촉매 코팅과 확산기 기질의 조합은 UV 광이 조립된 확산기 장치를 벗어나는 것을 방지하기에 충분하도록 불투명인 것이 바람직할 수 있다.

다른 구체예에서, 상기 확산기 외피와 촉매기질은, 확산기 내부에서, 확산기 외피의 내부표면에 매우 근접하게 위치된 기질 층과는 별개의 성분들이다.

상기 확산기 설계는, 공기 침투성 광촉매 반응기 표면을 반응기 내에서의 체류시간을 극대화하도록 설계된 체적-최적화(volume-optimizing) 형태로 컴팩트화(compacting)하기보다는, 오히려 공기 흐름에 대해 수직인 넓은 면적에 걸쳐 퍼지게 함에 의하여, PHPG 생산을 최적화한다. 확산기 외피 안쪽의 바로 내부에, 얇고, 돛 형태의(sail-like) 공기 침투성 구조로서 반응기 형태를 구축함에 의해, 촉매상에서 생산된 과산화수소 분자들을 위한 출구 통로길이는 매우 짧게 되어, 그들의 반응기 구조내에서의 체류시간이 초단위로 감소됨으로써, 대부분의 과산화수소 분자들이 촉매상에 부착되어 물로 다시 환원되는 것을 방지한다. 또한, 상기 확산기 외피의 내부표면 바로 안쪽에 촉매 기질을 위치시킴으로써, 반응기 표면적이 극대화될 뿐만 아니라, 생성된 PHPG도 거의 곧바로 확산기 밖으로 통과해 나가며, 이에 따라 UV 광원에 대한 연장된 노출로 인한 광분해가 방지된다. 이러한 형태에 의하여, 0.08ppm 정도로 높은 PHPG 생산농도가 달성되었다.

바람직한 구체예들에서, PHPG 농도는, 서로 반응시에 물과 산소로 분해되는, PHPG 분자들간의 정전기적인 인력으로 인해, 자가조절(self-regulating)될 수 있다. PHPG 자가조절은, PHPG의 농도가 PHPG 분자들의 정전기적인 인력 범위보다 분자간 공간 거리가 더 가깝게 되는 경우 항상 일어난다. 자가조절 발생시, PHPG 분자들은, 충분히 농도가 떨어져 분자간 공간이 PHPG 분자들의 정전기적인 인력 범위보다 더 커지게 될 때까지, 서로 끌어당겨 서로를 분해시킨다. 이에 의해 PHPG 농도는 1.0ppm의 OSHA 작업장 안전 한계치 미만의 수준으로 잘 유지된다.

이러한 PHPG 최적화 형태는, 이 시스템으로 들어가 그를 통과할 수 있는 임의의 유기 오염물질들의 체류시간도 최소화시켜, 그들이 산화될 수 있는 가능성을 극적으로 감소시킨다는 점에 주목해야 한다. 효과적으로, PHPG 생산에 최적화된 광촉매 시스템들은, 설계에 의해, 유기 오염물질들이 상기 촉매 구조를 통과하면서 산화될 가능성이 덜하고; 유기 오염물질들의 산화에 대해 최적화된 광촉매 시스템들은, 설계에 의해, 과산화수소 기체 생산을 저해할 것이다.

확산기 장치는 또한 일반적으로 유체 분포 기구(fluid distribution mechanism)를 포함한다. 유체 분포 기구는 일반적으로 확산기 장치를 통해서 공기와 같은 유체를 이동시키는 역할을 한다. 보다 상세하게는, 상기 공기분포 기구는 일반적으로 유체를 확산기 장치 내로 향하게 하는 것이고, 그 후 유체는 확산기 기질을 통해서 확산될 것이다. 한 구체예에서, 도 2를 참조하면, 유체 분포 기구는 흡입구(7)를 통해서, 유체를 확산기 장치 내의 개구(5) 내에 짜맞추어진(framed) 작은 팬(fan)(나타내지 않음)으로 보낼 것이다. 상기 팬은 유기 기체들 및/또는 먼지가 확산기 장치로 들어오는 것을 방지하기 위해 상류 부분에서 대체가능한 소수성 기체 및/또는 먼지 필터(6)를 가질 수도 있고, 이에 따라 상기 PHPG가 실질적으로 유기 화학종들이 없는 상태로 유지되는 것을 보장한다. 특정 구체예들에서, 필요에 따라, 상기 유체 분포 기구는 확산기 내에서 가벼운 과압력을 형성하는데 요구되는 가장 적은 파워를 갖는 것이 바람직할 수 있지만; 다른 구체예들에서는, 팬 속도가 빠른 것이 더 바람직할 수 있다.

본 발명의 어떤 측면들에 따라, PHPG는 예로서, 여기에서 설명된 범위들 내의 UV 광으로 활성화되는 경우, 흡착된 물분자들의 광촉매적 산화에 의해서, 오존, 플라스마 종들 및/또는 유기 화학종들의 실질적인 부재하에서 생산될 수 있다. 한 구체예에서, 그 내부가 광촉매로 코팅된, 확산기 기질(또는 얇은 돛 형태의 공기 침투성 광촉매 구조와 함께 그 내부에 정렬된(lined) 확산기 외피)은 UV 램프 위 및 그 주위에 위치될 수 있다. 상기 확산기에서 개구는 UV 광의 전원 및 구조 지지체가 그 안에 맞게 짜여지는 틀로서의 역할을 할 것이다. 조립된 경우, 상기 확산기 장치는 다음과 같은 기능을 할 것이다: (a) 유체 분포 기구는, 공기를 유기 증기 및 먼지 필터를 통해 확산기 내로 들어가도록 하여, 과압을 형성하고; (b) 공기는 기질 및/또는 확산기 외피 내에 있는 기공들 또는 통풍구들을 통하여 확산기 밖으로 이동되고; (c) 공기 내에 포함된 수분은 광촉매상에 흡착되고; (d) 밝게 비추는 경우, 램프에 의해 생성된 UV 광은 광촉매를 활성화시켜서, 흡착된 물을 산화시키고 흡착된 산소를 환원시켜서, PHPG를 생성하고; 그리고 (e) 확산기 장치의 내부에서 생성된 PHPG는 그 후 확산기 상의 기공들 또는 통풍구들을 통해서 확산기 밖으로 나와 주위환경 속으로 신속히 이동한다.

일부 구체예들에서, PHPG는 중간압력 수은 아크(MPMA: Medium Pressure Mercury Arc) 램프에 의해서 생성될 수 있다. MPMA 램프들은 UV 광 뿐만 아니라, 가시광선도 방출하고, 적외선 스펙트럼 내의 파장들도 방출한다. 램프 선택시, UV 스펙트럼에서의 출력을 엄밀히 검사하는 것이 중요하다. UV 스펙트럼 출력은 때로는 그래프로 표시되며, 중요한 UV 파장들에서 비례적인 출력을 나타낸다. MPMA 램프의 광역 스펙트럼은 그의 기능성을 고려하여 선택된다.

다른 구체예들에서, PHPG는 UV 광 방출 다이오드들(UV LED's)에 의해 생성될 수 있다. UV LED's는 보다 밀집되어 있고, UV LED's의 뱅크들(banks)은 다양한 크기 및 방식들로 배열될 수 있어, 더욱 작고, 더욱 엄격한(rugged) 시스템들의 생산을 가능하게 한다.

다른 구체예들에서, PHPG 생산은, 장치들을 단독 또는 그룹으로 관리하는 제어 시스템들에 의해서 조절될 수 있다. 이러한 제어 시스템들은 다음의 (a), (b), (c) 및 (d)에 의해 작동을 조절할 수 있다: (a) 장치들을 켜고 끄기; (b) 광 강도 및/또는 팬 속도의 조절; (c) 자동화된 비색 장치들에 의해, 또는 자동화된 드래거(Draeger) 지시계들에 의해, 또는 수성 트랩 내에 누적된 PHPG의 플래쉬 증기화에 의해, 또는 과산화수소 누적에 대해 반응하는 기질의 전도도에서의 변화를 측정함에 의해, 또는 PHPG가 정전기적으로 끌어 당겨지는 안정성 반응물과 PHPG 사이의 발열반응에 의해 방출된 열을 열장치들에 의해 측정함에 의해, 주변 PHPG 수준을 모니터링함; 그리고 (d) 상대습도를 통해서 간접적으로 주변 PHPG 수준을 모니터링함.

도 1은 본 발명의 확산기 장치의 특정 구체예의 단면도이고,
도 2는 본 발명의 확산기 장치의 특정 구체예의 부분 단면도이다.

다음의 실시예에 의해 본 발명을 제한하고자 하는 의도 없이, 본 발명의 한 구체예는 다음과 같이 구성되었다: (a) 장치는 길이 20인치, 및 반경 8.5인치의 쿼터-실린더(quarter-cylinder) 형태로 구축되었고; (b) 상기 쿼터-실린더는 형성된 90° 각도에 맞도록 설계되었고, 여기에서 벽은 천정과 마주보고, 상기 쿼터-실린더의 직선면들은 상기 벽 및 천정에 대한 플러쉬를 장착하고 있으며, 실린더의 곡면은 룸(room) 내로 바깥쪽 및 아래를 향하고 있다; (c) 아래에서 보면, 쿼터-실린더의 오른쪽 말단은 분당 240입방피트의 최대 출력을 지닌 가변 속력 팬 및 고효율의 활성화된 소수성 숯 흡입필터를 지지하고; (d) 쿼터-실린더의 왼쪽 말단은 팬을 위한 전원 연결 및, 쿼터-실린더 내 중앙에, 쿼터-실린더의 길이 방향에 평행하게 자리하도록 위치된, 14인치 중간 압력 수은 아크(MPMA) 램프를 지지한다; (e) 통풍된 금속 반사경은 쿼터-실린더의 곡면의 내부 표면을 향하여 광선을 반사하도록 상기 MPMA 램프 뒤에 놓여지고; 그리고 (f) 상기 실린더의 곡면은 광선을 통과시키지는 않지만, 공기가 장치로부터 흘러나오도록 통풍구가 있다.

구부러진 돛 형태의 광촉매 구조체를 상기 쿼터-실린더의 곡면의 내부표면 바로 안쪽에, 이에 평행하게 위치시켰다: (a) 촉매 기질은 길이가 18인치, 높이가 11인치이고, 프레임되었으며, 꼭대기로부터 바닥에 이르기까지 반경 8.25인치를 갖는 만곡부(curvature)를 갖고; (b) 섬유유리로 형성되었으며, 결정성 이산화티타늄 분말로 코팅되었다; 그리고 (c) 상기 이산화티타늄을 상기 섬유유리에 5중 코팅으로 적용하여 모든 섬유들이 완전히 커버되도록 하였으며, 그 후 오븐 내에서 소결처리되어 상기 광촉매 결정들이 서로 결합되는 동시에 섬유유리에도 결합되도록 한다.

작업동안, 팬과 MPMA 램프를 모두 켜고: (a) 흡입공기에서 수분을 제거하지않고, 흡착에 의해 휘발성 유기 탄화수소(VOC's)들을 제거하는 고효율의 활성화 소수성 숯 흡입필터를 통해 흡입공기를 장치 내로 끌어들이고; (b) 상기 흡입공기를 장치의 후부로 공급하고, 여기에서 통풍구를 낸 금속 반사경은, 상기 흡입공기가 광촉매 구조체 및 쿼터-실린더의 통풍구를 낸 면의 내부로 균등하게 다시 방향전환되도록 하고; (c) 흡입공기로부터의 수분과 산소는 광촉매 상에 흡착되고, 이는 MPMA 램프로부터의 254nm 광에 의해 활성화되었고; (d) 상기 활성화 광촉매는 물을 히드록실 라디칼들로 산화시키고, 이는 그후 결합하여 과산화수소를 형성하는 한편, 분자산소는 광촉매 상에서 과산화수소로 동시에 환원되고; 그리고 (e) 생성된 PHPG(정제 과산화수소 기체)는 곧바로 장치의, 통풍구를 낸 광-불투과성면을 통해서, 공기흐름에 의해 운반되어 광촉매로부터 떨어져 룸 내로 운반됐다.

이같이 생산된 PHPG(정제 과산화수소 기체)는: (a) 수용액의 기화에 의해서라기보다는 촉매 수단들에 의해서 생산되었기 때문에, 결합수가 실질적으로 없고; (b) MPMA 램프가 분자산소를 광분해시킬 수 있는 파장들을 사용할 수 없기 때문에 상기 PHPG는 오존이 실질적으로 없고, (c) 광촉매의 형태가, 이후에 과산화수소가 광촉매적으로 환원될 수 있기 전에, 그의 표면으로부터 과산화수소를 신속하게 제거하는 것을 허용하기 때문에, 상기 PHPG는 실질적으로 플라스마 종들이 없고; (d) 상기 PHPG는 광촉매 표면에서 배출시 곧바로 쿼터-실린더의 광-불투과성의 통풍구를 낸 면을 통하여 통과하기 때문에, 상기 PHPG는 UV 광분해로부터 보호되고; 그리고 (e) VOC's가 고효율의 소수성 활성화 숯 흡입필터에 의해 흡착되기 때문에, 상기 PHPG에는 실질적으로 유기 화학종들이 없다.

상기 장치는 하기 (a) 내지 (e)의 내용을 위하여 두 개의 공인된 실험실들에 의해서 설계되고, 수행된 테스트들에 투입되었다: (a) PHPG의 생산량 측정; (b) 생산물에 실질적으로 오존 성분이 없는지를 확인; (c) 생산물에 실질적으로 VOC's가 없는지를 확인; (d) 펠린 칼리시바이러스(Feline Calicivirus) (EPA-허가된, 노로바이러스의 대체물), 메티실린 내성 스태필로코커스 아우레우스(MRSA), 반코마이신 내성 엔테로코커스 파에칼리스(VRE), 클로스트리듐 디피실(C-Diff), 게오바실러서 스테아로써모필로스(Geobacillus Stearothermophilus), (성공적인 미생물 정화를 입증하기 위해 보험산업에 의해 사용된 안정성 있는 박테리아) 및 아스퍼질러스 나이거 (통상적 균류)에 대한 PHPG의 효능측정; 및 (e) 70~72℉에서 35~40%, 81~85℉에서 56~59%, 및 78℉에서 98%를 포함하는 다양한 주변 상대습도에서의 테스트.

오존, VOC's, 온도 및 습도에 대한 측정치들은 모두가 표준장치들을 사용하여 이루어졌다. 아직까지는 0.10ppm 이하의 수준의 과산화수소 기체 측정에 이용할 수 있는 장치는 없기 때문에, 3가지의 새로운 수단들이 고안되었다: (a) 정상적으로 수용액 내에서 대략적인 농도를 측정하기 위해 사용되는, 과산화수소 테스트 스트립(strips)은 시간경과에 따른 PHPG의 존재를 감지하는 것으로 밝혀졌다; (b) 정상적으로 20초의 노출 후에 판독되도록 설계된, 과산화수소 테스트스트립은 PHPG를 축적하고, 1시간 미만의 기간에 걸친 노출 시간에 대해 정규화되는 경우, 0.01ppm 범위 내에서도 정확한 PHPG 농도의 개략적인 판독을 제공하는 것으로 밝혀졌으며 -예로서, 5분의 경과에 걸쳐 0.5ppm이 축적된 테스트용 스트립을 20초 간격으로 15회 노출시키면, 이는 15로 나누어지는 0.5ppm, 또는 0.033ppm의 개략적인 농도를 나타내고; (c) 2000입방센티미터의 공기를 도입시킨 후에, 0.10ppm 정도의 낮은 과산화수소 농도를 감지하도록 설계된 드래거 튜브들은, 캘리브레이트된(calibrated) 펌프에 의해 보다 큰 부피들이 도입됨에 따라, 0.005ppm 내에서 정확한 보다 낮은 농도들의 판독을 제공하는 것으로 밝혀졌고 -예로서, 4000입방센티미터를 도입한 후 0.10ppm을 나타낸 드래거 튜브는, 약 0.05ppm의 대략적인 PHPG 농도를 측정하였으며, 6000입방센티미터를 도입한 후 0.10ppm을 나타낸 드래거 튜브는, 약 0.033ppm의 대략적인 PHPG 농도를 측정하였으며; 그리고 (d) 과산화수소 테스트용 스트립들과 드래거 튜브들 모두를 사용하여 얻은 측정값들은 서로 상당히 일치하는 것으로 밝혀졌다.

변화하는 습도들에서 과산화수소 수준들을 측정하기 위해 설계된 테스트들에서, 다음의 데이터를 수집하였다:

상대습도	온도(화씨)	PHPG 농도	검출/측정 수단
98%	78	0.08ppm	테스트 스트립/드래거 튜브/미생물 감소
56%~59%	81~85	0.05~0.08ppm	테스트 스트립/드래거 튜브/미생물 감소
35%~40%	70~72	0.005~0.01ppm	테스트 스트립/드래거 튜브/미생물 감소

상기 PHPG 측정 데이터는 생산된 PHPG의 농도가 상대습도에 크게 의존한다는 것을 나타내었다. PHPG의 생산이 공기 내에서 물분자들의 이용성에 직접적으로 의존되기 때문에, 이는 예측가능하다. 미국 보건복지부(Department of Health and Human Services)는 병원 수술실들이 30%~60% 사이의 상대습도를 유지할 것을 요구한다는 것에 주목해야 한다.

상기 PHPG 측정 데이터는 시간경과에 따라 일정하게 유지되었고, 약 0.08ppm의 평형 상한치를 나타내었다. PHPG 분자들의 분자간 공간이 그들의 상호 정전기적 인력 범위보다 더 작아질때마다 일어나는, PHPG 분자들의 서로에 대한 정전기적 인력으로 인하여, 이 또한 예측가능하다. 이러한 조건 하에서, 과량의 PHPG는 그 자신과 반응하여 산소와 물분자들을 만든다. 이러한 0.08ppm의 상한치는 OSHA 작업장 안전 한계치인 1.0ppm 미만이므로, 호흡에 안전하고, 이는 본 PHPG 시스템들이 점유된 영역내에서 안전하게 그리고 연속적으로 사용가능하다는 것을 보여준다.

모든 테스트들도 장치의 생산물 중에 오존이 완전히 부재함을 보여주었다.

VOC's 테스트에서, 2500입방피트의 방에서 2-프로판올의 대략적인 주위 농도 7ppm이 수립되었다. 상기 장치는 방 전체에 걸쳐서 VOC 수준을 신속하게 감소시킨다는 것이 확인되었다.

정성적 미생물 시험에서, 게오바실러스 스테아로써모필러스가 접종된 칩(chips)들을 몇개의 테스트들에서 환경 내에 배치하였으며, 모든 경우들에서 약 수시간 내에 박테리아의 상당한 감소가 나타났다.

미네소타주 이간(Eagan) 소재의 ATS 실험실에서의 정량적 미생물 시험에서, 하기 데이터가 수집되었다. 이러한 인상적인 살생률은 35% 내지 40%의 상대습도에서 생산된 단지 0.005ppm 내지 0.01ppm의 PHPG 농도로써 달성되었다.

보다 높은 습도에서는, 더 높은 농도의 PHPG가 생성되고, 미생물 감소율은 증가될 것이다. 56% 내지 59%를 초과하는 상대습도에서 수집된 데이타는 이러한 정량적 시험에서 사용된 것보다 적어도 8배 더 높은 PHPG 농도가 달성될 수 있음을 보여준다.

또한, 비교시험은, 상기 PHPG 시험장치가 표준 광촉매 셀로부터의 정제되지 않은 과산화수소의 부수적인 생산량보다 150배 더 큰 평형농도에 달하는 PHPG를 생성함을 보여준다.

일반적으로, 본 발명은 일정 정도 구체적으로 특정 구체예들에서 설명되었으나, 상기 설명은 단지 예시적으로 제공되며, 본 발명의 기술사상 및 범위를 벗어나지 않고도, 부분들의 조합과 배열을 포함하는, 구성, 조립 및 용도의 상세내용들에서 수많은 변화들이 이루어질 수 있음을 이해해야 할 것이다.

Claims

다음 단계들을 포함하는 환경의 미생물 억제 및/또는 살균/정화(remediation) 방법:
(a) 수화, 오존, 플라스마 종들 및/또는 유기 화학종들이 실질적으로 없는 정제 과산화수소 기체(PHPG)를 포함하는 기체를 생성하는 단계; 및
(b) 상기 과산화수소 기체가 환경내의 표면들 상에서 및 공기내 모두에서 미생물 억제 및/또는 살균/정화를 제공하는 역할을 하도록, 상기 PHPG를 환경내로 도입시키는 단계.
제 1항에 있어서, 상기 생성된 PHPG는 미생물들 상에서 양하전과 음하전된 구조들 및/또는 자리들에 정전기적으로 끌려서, 수화된 과산화수소 또는 오존에 비해, 미생물 억제 및/또는 살균/정화에 있어서 그의 효능이 상승되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1항에 있어서, 상기 생산된 PHPG는 농도가 0.005ppm 내지 0.10ppm 사이인 것을 특징으로 하는 방법.
제 1항에 있어서, 상기 환경의 미생물 억제 및/또는 살균/정화는 실내 공기처리, 정수기, 곰팡이 제거제(mold eliminator), 박테리아 제거제 및 바이러스제거제를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1항에 있어서, 상기 공기의 %습도는 5~99% 범위 내, 또는 그 안에서 조절되는 것을 특징으로 하는 방법.
다음 단계들을 포함하는 환경의 미생물 억제 및/또는 살균/정화 방법:
(a) 수화, 오존, 플라스마 종들 및 유기 화학종들이 실질적으로 없는 PHPG를 만들기 위한 조건 하에서, 습하고 정제된 주위 공기의 존재하에서, 금속 촉매 또는 금속산화물 촉매를 UV 광선에 노출시키는 단계; 및
(b) 과산화수소 기체가 환경내의 표면들상 및 공기내 모두에서 감염 제어 및/또는 살균/정화를 제공하는 역할을 하도록, PHPG를 환경내로 도입시키는 단계.
제 6항에 있어서, 상기 환경의 미생물 억제 및/또는 살균/정화는 실내 공기처리, 정수기, 곰팡이 제거제, 박테리아 제거제 및 바이러스 제거제를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 6항에 있어서, 상기 공기의 %습도는 5~99% 범위 내, 또는 그 안에서 조절되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 6항에 있어서, 상기 금속 촉매 또는 금속산화물 촉매는 이산화티타늄인 것을 특징으로 하는 방법.
제 6항에 있어서, 상기 PHPG 생산에 의해, 주위 공기로부터 오존 및 휘발성 유기탄화수소들(VOC's)을, 이들과 PHPG와의 직접적인 화학반응에 의해 모두 제거하게 되며, 상기 제거는 (a) 오존과 함께 반응시켜 산소와 물을 생성하고, 그리고 (b) VOC's와 반응시켜 이산화탄소와 물을 생성하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
(a) UV 광원; (b) 금속 또는 금속산화물 촉매 기질 구조체; 및 (c) 공기 분포 기구를 포함하는 PHPG 생산용 확산기 장치.
제 11항에 있어서, 촉매 기질상에서의 촉매의 형태는 얇은 돛 형태의(sail-like) 공기투과성 구조로, 상기 확산기 장치를 통하는 공기흐름에 대해 수직으로 위치되고; 그리고
여기에서 상기 형태는, 물의 산화 및 분자산소의 환원 모두로부터 과산화수소가 생성되도록, 촉매의 반응 평형을 변경시키고; 상기 형태는, 과산화수소가 환원될 수 있기 전에 촉매로부터 신속하게 유출되거나 멀리 흘러나가도록 함으로써, 촉매상에서 과산화수소의 환원을 실질적으로 방지하는 것을 특징으로 하는 PHPG 생산용 확산기 장치.
제 11항에 있어서, 상기 공기 분포 기구는 팬(fan)인 것을 특징으로 하는 PHPG 생산용 확산기 장치.
제 11항에 있어서, 상기 UV 광원은 적어도 하나의 범위의 파장을 생산하는 것을 특징으로 하는 PHPG 생산용 확산기 장치.
제 11항에 있어서, 상기 UV 광은 하나 이상의 범위의 파장을 생성하는 것을 특징으로 하는 PHPG 생산용 확산기 장치.