KR20130091115A

KR20130091115A - 공기 정화용 복합 필터

Info

Publication number: KR20130091115A
Application number: KR1020120012395A
Authority: KR
Inventors: 윤성진; 김정연; 조미화; 이기응
Original assignee: 주식회사 에코프로
Priority date: 2012-02-07
Filing date: 2012-02-07
Publication date: 2013-08-16
Also published as: KR101337207B1

Abstract

본 발명은 공기 정화용 필터에 관한 것으로, 특히 복합 유해가스, 예를 들어 암모니아, 아민류, 알데하이드류 (아세트알데히드, 포름알데히드), VOCs류 (벤젠, 톨루엔, 자일렌, n-부탄 등), 오존, 유기산 (포름산, 아세트산 등), 황산, 질산, 염산 등의 유입으로 오염된 실내 공기를 개선하기 위한 공기 정화용 복합 필터에 관한 것으로 자동차 등에 사용될 수 있는 것이다. 본 발명의 복합 필터는 활성탄; 활성탄에 첨착물질을 효과적으로 담지한 본 발명의 진공 첨착활성탄; 및 이온교환 수지를 일정비율로 혼합하여 사용함으로써 기존 상용 제품 대비, 상기 복합 유해가스의 처리 효율이 10~30% 증가되고, 이로 인해 실내 대기질 개선 및 오염물질 차단에 높은 효율성을 기대할 수 있다.

Description

공기 정화용 복합 필터 {Combination Filter for Air Cleaning}

본 발명은 공기 정화용 필터에 관한 것으로, 특히 악취가스를 포함한 복합 유해가스, 예를 들어, 암모니아, 아민류, 알데하이드류 (아세트알데히드, 포름알데히드), VOCs류 (벤젠, 톨루엔, 자일렌, n-부탄 등), 오존, 유기산 (포름산, 아세트산 등), 황산, 질산, 염산 등의 유입으로 오염된 실내 공기를 개선하기 위한 공기 정화용 복합 필터에 관한 것이다.

차량 등에 사용되는 공기 정화필터에는, 여과 섬유를 이용해 입자형 오염물질을 제거하는 파티클 필터 (Particle Filter), 상기 파티클 필터에 흡착소재를 추가한 복합 필터 (Combination Filter), 그리고 곰팡이 등의 세균 번식 억제 기능을 추가한 항균필터 등이 있다. 차량용 공기 정화필터는 외부로부터 유입되는 가스상 오염물질을 차단하기 위해 차량의 에어 컨디셔너에 장착되어 사용되는데, 최근 차량의 실내 대기질 개선에 대한 인식이 증가하면서 차량용 복합 필터에 대한 관심 및 수요가 증가하고 있다.

일반적인 복합 필터의 구성은 도 3과 같다. 상부의 단섬유 웹(web)층 (200)과 하부의 단섬유 웹층(201)사이에 가스상 오염물질에 대한 흡착 특성을 가지는 흡착소재(300)가 도입되고, 집진효율 및 먼지 제거율 향상을 목적으로 하는 합지층 (100)이 상부의 단섬유 웹층 (200) 위에 형성된다. 가스상 오염물질을 제거하기 위한 상기 흡착소재로는 활성탄, 제올라이트, 이산화탄소, SiO₂ 등이 사용될 수 있는데, 일반적으로 비표면적이 넓어 가격 대비 오염물질의 제거특성이 우수한 활성탄이 주로 사용된다. 따라서 기존의 상용화된 복합 필터는 주로 활성탄 단일 성분으로 구성된 흡착소재가 상기 단섬유 웹층에 도입되어 있다. 상기 흡착소재를 단섬유 웹층에 도입하여 복합 필터를 제작하는 방법에는, 흡착소재 입자들을 고분자 바인더를 이용하여 부착시키는 방법, 흡착소재 입자와 핫멜트용 단섬유를 혼합한 웹을 제조하여 부직포 사이에 개재시킨 다음 핫멜트용 단섬유를 융착시키는 방법, 고융점사와 저융점사가 혼합된 단섬유들로 이루어진 웹을 준비하고 웹의 일면에 열을 가하여 저융점사를 용융시킴으로써 흡착제가 웹 하면을 통하여 탈리되지 않도록 하는 방법 등이 있다.

활성탄 단일 성분으로 구성된 흡착소재로 이루어진 기존의 상용화된 복합 필터는, 다양한 복합 유해가스, 예를 들어 암모니아, 아민류, 알데하이드류 (아세트알데히드, 포름알데히드), VOCs류 (벤젠, 톨루엔, 자일렌, n-부탄 등), 오존, 유기산 (포름산, 아세트산 등), 황산, 질산, 염산 등의 가스상 오염물질을 포함하는 공기를 효과적으로 정화하는 것이 불가능하다. 그 이유는 가스상 오염물질의 종류에 따라 흡착제에 의해 제거되는 메커니즘이 다르기 때문인데, 제거 대상 가스 중 VOC와 같은 휘발성 유기물의 경우는 일반적으로 큰 분자량으로 인해 활성탄의 미세 기공에 의해서 제거가 가능하지만, 산성 가스나 염기성 가스의 경우에는 VOC와 달리 분자량이 작아 활성탄의 미세 기공에 의한 흡착과 같은 물리적 흡착에 의해 제거될 수 있는 양이 미미하다. 이러한 산성 가스나 염기성 가스에 대한 제거 효율성 및 필터의 사용 수명을 향상시키기 위해서는 화학적 흡착 경로를 통해 제거할 수 있는 기능기를 보유한 흡착제를 사용하여야만 한다. 이를 위해 활성탄에 화학적 기능기를 부여한 첨착활성탄이 사용되고 있다. 공개특허 제10-2007-0105461호에서는 활성탄, 첨착활성탄, 이온교환수지를 독자적으로 사용하거나 혼합사용하는 필터매체를 포함하는 케미컬 필터 및 이를 포함하는 공기정화장치를 개시하고 있다. 공개특허 제10-2003-0042533호에서는 유해가스와 화학반응하는 KOH, MO, H3PO4 등의 촉매재를 코팅한 활성탄을 여과층으로 하는 자동차의 환기장치용 에어필터를 개시하고 있다.

활성탄에 화학적 기능기를 부여하기 위해 가장 간단하고 폭넓게 사용되고 있는 방법은 함침법 (impregnation method)이다. 그러나 함침법은 온도, 시간, 건조 등의 변수에 의해 첨착물질의 크기, 첨착량, 분포 조절이 쉽지 않고 활성탄 표면에만 단층으로 첨착되기 때문에 담지량이 적고 담지량에 한계가 있다는 단점이 있다. 또한, 흡착량을 증가시키기 위해 흡착제의 양을 일정 비율 이상으로 증가시키는 것도 어렵다. 예를 들어, 차량용 복합 필터에 적용되는 흡착제의 사용량은 차압이나 필터의 제형 특성을 고려하여 200~300g/m²정도를 유지해야 되기 때문에, 가스상 오염물질의 흡착량을 증가시키기 위해 흡착제의 양을 일정 비율 이상으로는 증가시킬 수 없다.

따라서, 이러한 이유로 외부로부터 유입되는 다양한 오염물질을 동시에 제거 가능하게 하고 제거 효율을 향상시키기 위해서는, 활성탄에 화학적 기능기를 보다 많이 보다 효과적으로 부여한 새로운 형태의 흡착제가 필요하고, 다양한 흡착제를 효과적으로 조합한 새로운 복합 흡착소재가 필요하다.

앞서 언급한 바와 같이, 복합 필터에 의한 가스상 오염물질, 예를 들어 암모니아, 아민류, 알데하이드류 (아세트알데히드, 포름알데히드), VOCs류 (벤젠, 톨루엔, 자일렌, n-부탄 등), 오존, 유기산 (포름산, 아세트산 등), 황산, 질산, 염산 등은 단섬유 웹상에 개재된 흡착제 (주로 활성탄)에 의해서 제거되기 때문에, 복합 필터의 사용기간 및 가스상 오염물질의 제거효율은 흡착제의 특성 및 이의 구성에 의존하게 된다.

그리고, 외부로부터 유입되는 다양한 오염물질을 동시에 제거 가능하게 하고 제거 효율을 향상시키기 위해서는, 흡착제의 사용량은 유지시키면서 상기 가스상 오염물질의 흡착능력과 처리능력을 향상시킨 흡착제와 이러한 흡착제를 효과적으로 조합한 복합 필터가 필요하다.

본 발명은 흡착제의 사용량은 그대로 유지시킨 상태에서 상기 가스상 오염물질의 흡착능력과 처리능력을 향상시키기 위해 활성탄에 다량의 화학적 기능기를 효과적으로 부여한 새로운 진공 첨착활성탄 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 진공 첨착활성탄에 활성탄 및 이온교환수지를 조합함으로써 가스상 오염물질, 예를 들어, 암모니아, 아민류, 알데하이드류 (아세트알데히드, 포름알데히드), VOCs류 (벤젠, 톨루엔, 자일렌, n-부탄 등), 오존, 유기산 (포름산, 아세트산 등), 황산, 질산, 염산 등의 동시 제거가 가능한 다중 성분으로 이루어진 공기 정화용 복합 필터를 제공하는 것을 목적으로 한다. 특히 본 발명은 차량용 공기 정화 복합 필터 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에서는,

석탄계, 야자계, 피치계 중 하나 이상으로 이루어지고 다공성 구조를 가지면서 요오드가가 950㎎/g 이상, 비표면적이 950m²/g 이상, 입자의 크기가 KS 표준체 기준으로 No.10~No.80인 활성탄 100 중량부와;

석탄계, 야자계, 피치계 중 하나 이상으로 이루어지고 다공성 구조를 가지면서 요오드가가 700㎎/g 이상, 비표면적이 700m²/g 이상, 입자의 크기가 KS 표준체 기준으로 No.10~No.80인 활성탄에, -0.1MPa 이하의 진공조건, 95℃ 이하의 온도조건에서 첨착물질을 첨착시킨, 진공 첨착활성탄 5~200 중량부와;

이온교환수지 10~200 중량부;로 이루어진 흡착소재를 포함하는 공기 정화용 복합 필터가 제공된다.

또한, 본 발명에서는,

(a) 석탄계, 야자계, 피치계 중 하나 이상으로 이루어지고 다공성 구조를 가지면서 요오드가가 700㎎/g 이상, 비표면적이 700m²/g 이상, 입자의 크기가 KS 표준체 기준으로 No.10~No.80인 활성탄을, 활성탄 내 분진 및 이물질을 제거하기 위해 수세하는 공정 또는 활성탄의 기공을 활성화시키기 위해 열처리하는 공정 중 어느 하나 이상을 포함하는 활성탄의 전처리 단계와;

(b) 상기 전처리 단계를 거친 활성탄에, -0.1MPa 이하의 진공조건, 95℃ 이하의 온도조건에서 첨착물질을 1 중량%~30 중량%의 비율로 고르게 첨착시키는 단계;를 포함하며,

상기 수세하는 공정은 활성탄을 pH 6.5~7.5, 전도도 15MΩ, 10~50℃의 온도 조건에서 증류수로 세척하는 것을 포함하며,

상기 열처리하는 공정은 순도 98% 이상의 질소 또는 산소 분위기, 350℃ 이하 온도의 소성로에서 열처리하는 것을 포함하는 진공 첨착활성탄의 제조방법과 이렇게 제조된 진공 첨착활성탄이 제공된다.

또한, 본 발명에서는,

상기와 같이 제조된 진공 첨착활성탄을 필터에 도입하는 단계를 포함하는 공기 정화용 복합 필터의 제조방법이 제공된다.

본 발명에서는 흡착제의 사용량은 그대로 유지시킨 상태에서 활성탄의 기공 내부까지 다량의 화학적 기능기를 효과적으로 부여함으로써 가스상 오염물질의 흡착능력과 처리능력을 향상시킨 진공 첨착활성탄을 제공한다. 또한, 본 발명에서는 이러한 진공 첨착활성탄에 활성탄 및 이온교환수지를 효과적으로 조합함으로써 다양한 가스상 오염물질, 즉 암모니아, 아민류, 알데하이드류 (아세트알데히드, 포름알데히드), VOCs류 (벤젠, 톨루엔, 자일렌, n-부탄 등), 오존, 유기산 (포름산, 아세트산 등), 황산, 질산, 염산 등을 우수한 제거효율로 동시에 제거할 수 있는 흡착소재를 제공한다. 본 발명의 흡착소재를 포함하는 복합 필터는 기존 상용화된 필터와 비교하여 복합 유해가스를 대상 가스별로 10~30% 이상 향상된 성능으로 제거가 가능하다. 따라서 본 발명의 복합 필터를 사용하면 대기오염물질의 유입으로 오염된 실내 공기를 개선하고, 높은 수준으로 실내공기의 청정도를 유지할 있다.

도 1은 톨루엔에 대한 본 발명 복합 필터의 성능 평가 결과이다.
도 2는 n-부탄에 대한 본 발명 복합 필터의 성능 평가 결과이다.
도 3은 차동차용 복합 필터의 단면도이다.

본 발명에서 제공하는 공기 정화용 복합 필터는 활성탄, 진공 첨착활성탄, 및 이온교환수지로 이루어진 흡착소재를 포함한다.

상기 활성탄은 석탄계, 야자계, 피치계 중 하나 이상으로 이루어지고 다공성 구조를 가지면서 요오드가가 950㎎/g 이상, 비표면적이 950m²/g 이상, 입자의 크기가 KS 표준체 기준으로 No.10~No.80인 활성탄이다. 상기 활성탄은, 보다 바람직하게는 요오드가가 950㎎/g 이상 1400㎎/g 이하이고, 비표면적이 1000m²/g 이상 1500m²/g 이하이고, 입자의 크기가 KS 표준체 기준으로 No.10~No.80이다.

상기 진공 첨착활성탄은, 석탄계, 야자계, 피치계 중 하나 이상으로 이루어지고 다공성 구조를 가지면서 요오드가가 700㎎/g 이상, 비표면적이 700m²/g 이상, 입자의 크기가 KS 표준체 기준으로 No.10~No.80인 활성탄에, -0.1MPa 이하의 진공조건, 95℃ 이하의 온도조건에서 첨착물질을 첨착시킨 것이다. 상기 진공 첨착활성탄은, 바람직하게는 요오드가가 900㎎/g이상 1400㎎/g 이하이고, 비표면적이 1000m²/g 이상 1500m²/g 이하이며, 입자의 크기가 KS 표준체 기준으로 No.20~No.60인 입자 형태의 활성탄에 첨착물질을 첨착시킨 것이다. 상기 첨착은, 바람직하게는 -0.08 ~ -0.09MPa 범위의 진공조건에서 수용액 형태의 첨착물질을 분사하고, 95℃ 이하, 보다 바람직하게는 20~30℃ 또는 75~90℃의 온도조건에서 건조시킨 것이다.

상기 첨착물질은, 바람직하게는 NaOH; KOH; KI; KIO₃ _; LiOH; Na₂CO₃ _; NaHCO₃ _; NaI; 염산; 황산; 질산; 구연산; 치아염소산나트륨; 과산화수소; 실리실산; 에틸렌우레아; 과망간산칼륨; 과망간산나트륨; 중크롬산칼륨; 중크롬산나트륨으로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나 또는 하나 이상의 물질이다. 바람직하게는 상기 첨착물질은 1 중량%~30 중량%, 보다 바람직하게는 1 중량%~20 중량%, 특히 바람직하게는 1 중량%~10 중량%의 비율로 활성탄에 고르게 첨착, 포함된다.

상기 이온교환수지는, 바람직하게는 스타일렌 모노머과 디비닐 벤젠의 공중합으로 제작된 겔 타입 또는 다공성 구조의 구형 입자이며, 가스상 오염물질을 제거하기 위한 기능기로 술폰산기; 아민기; 암모니움기; 카르복실기; 페놀기; 및 인산기로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 기능기를 갖는다. 상기 이온교환수지의 교환용량은 바람직하게는 1.2 meq/㎖ 이상, 보다 바람직하게는 3.0 meq/㎖ 이상이다. 이온교환수지는 기능기에 따라 산성가스 또는 염기성가스를 제어하게 된다.

본 발명의 공기 정화용 복합 필터는 활성탄 100 중량부; 진공 첨착활성탄 5~200 중량부; 및 이온교환수지 10~200 중량부로 이루어진 흡착소재를 포함한다. 상기 흡착소재는, 바람직하게는 활성탄 100 중량부; 진공 첨착활성탄 10~80 중량부; 및 이온교환수지 10~80 중량부를 포함하며, 보다 바람직하게는 활성탄 100 중량부; 진공 첨착활성탄 10~50 중량부; 및 이온교환수지 20~60 중량부를 포함한다. 활성탄, 진공 첨착활성탄, 이온교환수지를 포함하는 본 발명의 흡착소재는 활성탄 등 흡착제의 사용량을 일정 범위로 유지하면서 상기 가스상 오염물질의 흡착능력과 처리능력을 극대화하도록 구성된 것으로서, 암모니아, 아민류, 알데하이드류, VOCs류, 오존, 유기산, 황산, 질산, 및 염산 등의 가스상 오염물질을 우수한 제거효율로 동시에 제거할 수 있다.

이하, 본 발명의 흡착소재를 구성하는 진공 첨착활성탄의 제조방법을 설명한다. 진공 첨착활성탄의 제조방법은 활성탄의 전처리 단계과 첨착물질의 첨착단계로 이루어진다. 첨착 대상이 되는 활성탄에 대한 설명은 위에서 설명한 것과 동일하므로 생략한다.

먼저 전처리 단계는 수세 공정과 열처리 공정 중 어느 하나를 선택적으로 포함하거나 둘 다 포함하다. 수세공정은, 활성탄 내 분진 및 이물질을 제거하기 위한 것으로, 활성탄을 pH 6.5~7.5, 전도도 15MΩ, 10~50℃의 온도 조건, 보다 바람직하게는 20~30℃의 온조 조건에서 증류수(Distilled Water)로 세척하는 것을 포함한다. 열처리 공정은, 활성탄의 기공을 활성화시키기 위한 것으로, 순도 98% 이상의 질소 또는 산소 분위기, 350℃ 이하, 보다 바람직하게는 180~300℃의 소성로에서 열처리하는 것을 포함한다.

첨착단계는 상기 전처리 단계를 거친 활성탄에, -0.1MPa 이하의 진공조건, 95℃ 이하의 온도조건에서 첨착물질을 1 중량%~30 중량%의 비율로 고르게 첨착시키는 것을 포함한다. 첨착물질은 위에서 설명한 것과 같다. 보다 바람직하게는 -0.08 ~ -0.09MPa의 진공조건에서 첨착물질의 수용액을 분사하고, 20~30℃ 또는 75~90℃의 온도조건에서 건조시킨다.

이러한 과정을 거쳐 얻어진 첨착활성탄은 진공조건하에서 활성탄의 기공 내부까지 고르게 첨착물질이 첨착되므로, 같은 양을 사용해도 오염물질의 흡착 및 처리능력을 크게 향상시킬 수 있다 (표 2 참조).

진공 첨착활성탄을 포함하는 본 발명의 흡착소재는, 다양한 형태로 복합 필터를 구성할 수 있다. 가장 일반적인 형태로는, 예를 들어 도 3에 도시된 바와 같이, 상부 부직포 웹(200)과 하부 부직포 웹(201) 사이에, 상기 활성탄, 진공 첨착활성탄, 이온교환수지가 혼합된 본 발명의 흡착소재(300)를 도입할 수 있다. 또는 상기 활성탄, 진공 첨착활성탄, 이온교환수지를 혼합하지 않고 각각을 단일층으로 구성한 후 적절한 수의 부직포 웹 사이에 도입하는 것도 가능하다. 본 발명의 복합 흡착소재가 적용되는 필터의 구성은, 특정한 형태로 제한되지 않으며, 당업자에 의해 적절하게 채택될 수 있다.

본 발명의 흡착소재를 필터에 도입하는 방법 또한, 제한되지 않고 당업자에 의해 적절하게 채택될 수 있다. 예를 들면, 소량의 고분자 바인더를 사용하여 단섬유 웹 등에 부착하는 방법, 저융점사를 혼합하여 핫멜팅(hot melting) 공정을 통해 부착하는 방법, 흡착소재 입자와 핫멜트용 단섬유를 혼합한 웹을 제조하여 부직포 사이에 개재시킨 다음 핫멜트용 단섬유를 융착시키는 방법, 또는 고융점사와 저융점사가 혼합된 단섬유들로 이루어진 웹을 준비하고 웹의 일면에 열을 가하여 저융점사를 용융시킴으로써 흡착제가 웹 하면을 통하여 탈리되지 않도록 하는 방법 등이 모두 사용 가능하다. 또한, 본 발명의 흡착소재의 웹에 대한 고착성능을 향상시키기 위해, 부직포나 직포 또는 세라믹이나 플라스틱 또는 금속 재질로 구성된 지지체 상에 흡착소재를 부착하여 적용하는 것도 가능하다.

본 발명의 복합 흡착소재의 적용에 대한 다양성은 복합 흡착소재 본연의 특성을 저해하는 것이 아니므로, 가스상 오염물질을 제거하기 위해 본 발명의 복합 흡착소재를 적용할 때 그 도입 방법이나, 필터의 제형 방식 및 구조는 본 발명의 범주를 제한하는 것으로 해석되어서는 아니 된다.

본 발명의 공기 정화용 복합 필터는 다양한 가스상 오염물질의 제거가 필요한 곳에서 공기정화를 위해 사용될 수 있다. 특히 본 발명의 공기 정화용 복합 필터는, 차압이나 필터의 제형 특성상 흡착제의 사용량을 200~300g/m²정도의 일정 범위로 유지하면서 대기오염물질의 실내 유입을 차단하고 유입된 다양한 오염물질의 동시 제거가 요구되는 차량의 공기정화를 위해, 차량의 에어컨디셔너에 장착되는 차량용 공기정화필터로 사용될 수 있다. 차량용으로 사용할 경우 본 발명의 복합 필터는 산성가스를 제어할 수 있는 첨착물질로 첨착된 첨착활성탄을 포함하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 알데히드류를 제어할 수 있는 첨착물질로 첨착된 첨착활성탄을 함께 포함하는 것이 좋다. 그러나 첨착물질이 이에 한정되는 것은 아니며, 첨착물질의 종류는 대기질에 따라 적절하게 선택될 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시예에서는 상기 산성가스를 제어할 수 있는 첨착물질로 KI를 사용하고, 알데히드류를 제어할 수 있는 첨착물질로 에틸렌우레아를 사용하였으나, 이밖에도 산성가스 또는 알데히드류를 제거할 수 있는 다양한 물질이 첨착물질로 사용될 수 있다. 또한, 본 발명의 공기 정화용 복합 필터는 실내에 설치되는 공기 청정기용이나 공조기용의 필터로도 사용될 수 있으며, 이밖에도 다양한 가스상 오염물질의 제거가 필요한 곳에서 정화용 필터로 사용될 수 있다.

이하 구체적인 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

<실시예 1>

공기정화용 복합 필터의 제조

(1) 활성탄

활성탄은 다공성 구조를 가지는 야자계 활성탄으로서 요오드가가 938㎎/g, 비표면적이 1050m²/g, 입자의 크기가 KS 표준체 기준으로 No.20~No.60 인 입자 활성탄을 사용하였다.

(2) 진공 첨착활성탄

진공 첨착활성탄은 두 가지 형태로 제조하였다. 첨착에 사용된 활성탄은 요오드가가 900㎎/g이상 1400이하이고, 비표면적이 1000m²/g 이상 1500이하이고, 입자의 크기가 KS 표준체 기준으로 No.20~No.60이었다.

1) 진공 첨착활성탄-1

활성탄을 계량하여 반응기에 투입한 후, 활성탄에 기 흡착된 오염물질을 제거하기 위해 상온, 진공조건(-0.08~-0.09MPa)에서 2시간 동안 전처리하였다. KOH (potassium hydroxide, 98%)를 활성탄 중량대비 5 중량%가 용해된 수용액으로 제조한 후 상기 전처리된 활성탄이 들어있는 반응기에 투입하여, 수용액이 활성탄에 균일하게 분산되도록 첨착하였다.

2) 진공 첨착활성탄-2

첨착물질로 KOH 대신 에틸렌우레아 (Ethyleneurea, 98%)를 활성탄 중량 대비 2중량%로 사용하는 것을 제외하고는 상기 진공 첨착활성탄-1과 동일한 방법으로 첨착활성탄-2를 제조하였다.

(3) 이온교환수지

스타일렌 모노머와 디비닐 벤젠의 공중합으로 제작된 겔타입 구형입자로, 기능기로 아민기를 가지며, 이온교환용량이 3.4 meq/㎖인 이온교환수지를 준비하였다.

(4) 복합 흡착소재의 구성

상기 두 가지 형태의 진공 첨착활성탄을 모두 사용하여 복합 흡착소재를 구성하였다. 상기 활성탄 64 중량%; KOH가 첨착된 진공 첨착활성탄(진공 첨착활성탄-1) 8 중량%; 에틸렌우레아가 첨착된 진공 첨착활성탄(진공 첨착활성탄-2) 8 중량%; 및 이온교환수지 20 중량%를 혼합하여 복합 흡착소재를 구성하였다.

(5) 복합 필터의 제조

위에서 구성한 복합 흡착소재를 이용하여 차량용 복합 필터를 제조하였다. 복합 필터는 도 3과 같은 형태로 제조하였다. 먼저, 하부 부직포(201)에 LM (low melting) 섬유(fiber)를 도포하고 그 위에 위에서 구성한 복합 흡착소재(활성탄+첨착활성탄+이온교환수지)(300)를 고르게 분산시킨 후 상부 부직포(200)를 덮어 120℃에서 핫멜팅 방식으로 제작하였다. 소취 및 탈취용 콤비네이션 필터로서 W252*L220* H30mm 사이즈를 표준으로 제작하였다.

<비교예 1>

활성탄에 화학적 기능기를 부여하기 위해 가장 일반적으로 사용되고 있는 함침법 (impregnation method)으로 첨착활성탄을 제조하였다. 첨착에 사용된 활성탄은 실시예 1에서 첨착에 사용한 활성탄과 동일한 것을 사용하였다. 함침법을 이용한 첨착활성탄의 제조방법은, 먼저 500mL 비커에 5% KOH 수용액을 만들어 놓고, 활성탄 100g을 계량하여 이 KOH 수용액에 15분간 담가 놓았다. 15분이 경과된 후 아스피레이터를 이용하여 수용액과 활성탄을 여과시킨 후, 걸러낸 활성탄을 120℃로 설정해 놓은 오븐에서 건조시켜 첨착활성탄을 얻었다. 이렇게 제조한 첨착활성탄을 본 발명의 진공 첨착활성탄 대신 사용하는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 흡착소재를 구성하고 차량용 복합 필터를 제조하였다.

<비교예 2>

일반 활성탄 단일 성분으로 구성된 흡착소재가 적용된 기존 상용 제품인 차량용 필터를 준비하였다.

<시험예 1>

필터의 성능 평가

본 발명에 따라 제조된 복합 필터의 성능을 평가하였다. 실시예 1에서 제조한 차량용 복합 필터에 대해 독일식 콤비네이션 사이클 시험법인 DIN71460 규격으로 소취효율에 대한 성능평가를 진행하였다. 평가조건은 풍량은 150m³/h±1m³/h, 온도는 21±1℃, 습도는 51±1%rH, 농도는 80±3ppm을 표준조건으로 하였다. 도 1은 톨루엔에 대한 결과이며, 도 2는 n-부탄에 대한 결과이다. 톨루엔은 제거효율이 초기 1분 후에는 86.5%, 5분 후에는 85.2%의 제거효율을 나타내었으며, 톨루엔 총 흡착량으로 하면 28,418㎎을 흡착하였다. n-부탄은 초기 1 분 후에는 77.5%, 5 분 후에는 75.9%의 제거효율을 나타내었으며, n-부탄 총 흡착량으로 하면 2,715㎎을 흡착하였다.

<시험예 2>

복합 유해가스의 제거효율 평가

실시예 1에서 제조된 차량용 복합 필터를 실차의 내용적과 비슷한 크기의 챔버 내부에 장착하고, 암모니아, 알데하이드류 (아세트알데히드, 포름알데히드), VOCs류 (벤젠, 톨루엔, 자일렌), 유기산 (포름산, 아세트산)을 챔버 내에 5ppm 이상의 분위기로 흘려 준 후, 블로어(blower)로 순환시키면서 시간 경과에 따른 복합 유해가스의 제거효율을 측정하였다. 결과는 아래 표 1과 같다. 초기 30분 후 복합 유해가스의 제거율이 90% 이상으로 나타나 높은 제거효율을 갖는 것으로 확인되었다.

또한, 필터의 복합 유해가스 제거효율을 비교하기 위해 비교예 1, 2의 필터를 같은 방법으로 실험하였다. 대상 유해가스는 암모니아, 포름알데히드, 아세트알데히드로 하였으며, 비교예 1에 대해서는 30분 경과 후와 60분 경과 후의 결과를 비교하였으며, 비교예 2에 대해서는 30분 경과 후의 결과를 비교하였다. 실시예 1의 복합 필터와 비교예 1을 비교한 결과는 아래 표 2와 같으며, 실시예 1의 복합 필터와 비교예 2를 비교한 결과는 아래 표 3과 같다.

복합 유해가스의 제거효율을 비교 평가한 결과, 표 2에 나타낸 바와 같이, 함침법으로 제조된 일반 첨착활성탄을 사용한 필터는 진공 첨착활성탄을 본 발명의 필터에 비해 시간이 지날수록 대상가스 제거성능이 떨어지는 것을 확인할 수 있었다. 이는 본 발명에 따른 진공 첨착활성탄을 사용한 복합 필터는 활성탄의 기공 내부까지 첨착물이 첨착되어 활성화 면적이 증가되었기 때문으로 볼 수 있다.

또, 활성탄만을 사용한 기존 상용 제품과 비교한 결과, 표 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 복합 필터는 일반 활성탄 단일 성분을 사용한 필터에 비해 암모니아 제거율은 6배 이상, 알데히드류 제거율은 1.6배 이상으로 크게 증가하는 것을 확인할 수 있었다.

본 발명의 공기 정화용 복합 필터는 다양한 가스상 오염물질의 제거가 필요한 곳에서 공기 정화를 위해 다양한 용도로 사용될 수 있다. 본 발명의 복합 필터는 특히 차압이나 필터의 제형 특성상 흡착제의 사용량을 일정하게 유지하면서 대기오염물질의 유입으로 인한 다양한 오염물질의 동시 제거가 요구되는 차량의 공기정화를 위해 사용될 수 있다. 이밖에도 본 발명의 복합 필터는 실내에 설치되는 공기 청정기나 공조기용의 필터로 특히 적합하게 사용될 수 있고, 반도체 등 산업상의 용도로도 이용될 수 있으며, 기타 가스상 오염물질의 제거가 필요한 모든 곳에서 정화용 필터로 이용될 수 있다.

100 : 합지층 200 : 상부 부직포 웹
201 : 하부 부직포 웹 300 : 흡착소재

Claims

석탄계, 야자계, 피치계 중 하나 이상으로 이루어지고 다공성 구조를 가지면서 요오드가가 950㎎/g 이상, 비표면적이 950m²/g 이상, 입자의 크기가 KS 표준체 기준으로 No.10~No.80인 활성탄 100 중량부와;
석탄계, 야자계, 피치계 중 하나 이상으로 이루어지고 다공성 구조를 가지면서 요오드가가 700㎎/g 이상, 비표면적이 700m²/g 이상, 입자의 크기가 KS 표준체 기준으로 No.10~No.80인 활성탄에, -0.1MPa 이하의 진공조건, 95℃ 이하의 온도조건에서 첨착물질을 첨착시킨, 진공 첨착활성탄 5~200 중량부와;
이온교환수지 10~200 중량부;로 이루어진 흡착소재를 포함하는 공기 정화용 복합 필터.
청구항 1에 있어서,
상기 진공 첨착활성탄은 NaOH; KOH; KI; KIO₃ _; LiOH; Na₂CO₃ _; NaHCO₃ _; NaI; 염산; 황산; 질산; 구연산; 치아염소산나트륨; 과산화수소; 실리실산; 에틸렌우레아; 과망간산칼륨; 과망간산나트륨; 중크롬산칼륨; 및 중크롬산나트륨으로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나 또는 하나 이상의 첨착물질이 1 중량%~30 중량%의 비율로 활성탄에 고르게 첨착, 포함된 것을 특징으로 하는 공기 정화용 복합 필터.
청구항 2에 있어서,
상기 진공 첨착활성탄은 -0.08 ~ -0.09MPa의 진공조건에서 첨착물질의 수용액을 분사하고, 20~30℃ 또는 75~90℃의 온도조건에서 건조시킨 것을 특징으로 하는 공기 정화용 복합 필터.
청구항 1에 있어서,
상기 이온교환수지는
스타일렌 모노머과 디비닐 벤젠의 공중합으로 제작된 겔 타입 또는 다공성 구조의 구형 입자이며,
가스상 오염물질을 제거하기 위한 기능기로 술폰산기; 아민기; 암모니움기; 카르복실기; 페놀기; 및 인산기로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 기능기를 가지며,
상기 이온교환수지의 교환용량이 1.2 meq/㎖ 이상인 것을 특징으로 하는 공기 정화용 복합 필터.
청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 있어서,
암모니아; 아민류; 알데하이드류; VOCs류; 오존; 유기산; 황산; 질산; 및 염산으로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 가스상 오염물질을 포함하는 복합 유해가스를 제거 대상으로 하는 것을 특징으로 하는 공기 정화용 복합 필터.
청구항 5에 있어서,
차량의 에어컨디셔너에 장착되는 것을 특징으로 하는 차량용 공기 정화 복합 필터.
청구항 6에 있어서,
상기 흡착소재는 산성가스를 제어할 수 있는 첨착물질로 첨착된 진공 첨착활성탄과 알데히드류를 제어할 수 있는 첨착물질로 첨착된 진공 첨착활성탄을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 공기 정화 복합 필터.
청구항 7에 있어서,
상기 산성가스를 제어할 수 있는 첨착물질은 KI이며, 상기 알데히드류를 제어할 수 있는 첨착물질은 에틸렌우레아인 것을 특징으로 하는 차량용 공기 정화 복합 필터.
청구항 5에 있어서, 실내에 설치되는 공기 청정기에 장착되는 것을 특징으로 하는 공기 청정기용 복합 필터.
청구항 5에 있어서, 공조기에 장착되는 것을 특징으로 하는 공조기용 복합 필터.
(a) 석탄계, 야자계, 피치계 중 하나 이상으로 이루어지고 다공성 구조를 가지면서 요오드가가 700㎎/g 이상, 비표면적이 700m²/g 이상, 입자의 크기가 KS 표준체 기준으로 No.10~No.80인 활성탄을, 활성탄 내 분진 및 이물질을 제거하기 위해 수세하는 공정 또는 활성탄의 기공을 활성화시키기 위해 열처리하는 공정 중 어느 하나 이상을 포함하는 활성탄의 전처리 단계와;
(b) 상기 전처리 단계를 거친 활성탄에, -0.1MPa 이하의 진공조건, 95℃ 이하의 온도조건에서 첨착물질을 1 중량%~30 중량%의 비율로 고르게 첨착시키는 단계;를 포함하며,
상기 수세하는 공정은 활성탄을 pH 6.5~7.5, 전도도 15MΩ, 10~50℃의 온도 조건에서 증류수로 세척하는 것을 포함하며,
상기 열처리하는 공정은 순도 98% 이상의 질소 또는 산소 분위기, 350℃ 이하 온도의 소성로에서 열처리하는 것을 포함하는 진공 첨착활성탄의 제조방법.
제11항에 있어서, 상기 첨착시키는 단계는 -0.08 ~ -0.09MPa의 진공조건에서 첨착물질의 수용액을 분사하고, 20~30℃ 또는 75~90℃의 온도조건에서 건조시키는 것을 포함하는 진공 첨착활성탄의 제조방법.
제11항의 방법으로 제조된 진공 첨착활성탄을 필터에 도입하는 단계를 포함하는 공기 정화용 복합 필터의 제조방법.