KR20150002236A - 나노 구조체를 이용한 유해물질제거 장치 - Google Patents
나노 구조체를 이용한 유해물질제거 장치 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20150002236A KR20150002236A KR1020130075811A KR20130075811A KR20150002236A KR 20150002236 A KR20150002236 A KR 20150002236A KR 1020130075811 A KR1020130075811 A KR 1020130075811A KR 20130075811 A KR20130075811 A KR 20130075811A KR 20150002236 A KR20150002236 A KR 20150002236A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- nanostructure
- nanoparticles
- metal oxide
- precursor
- filter
- Prior art date
Links
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 title claims abstract description 61
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 29
- 230000008030 elimination Effects 0.000 title 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 title 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 50
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 claims abstract description 50
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 claims abstract description 16
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 claims abstract description 15
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 claims description 31
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 28
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 28
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 27
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims description 23
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 18
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 11
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims description 7
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 6
- 239000011572 manganese Substances 0.000 claims description 6
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 6
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N tin dioxide Chemical compound O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000011941 photocatalyst Substances 0.000 claims description 5
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 4
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 4
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 claims description 3
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium atom Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 claims description 2
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 claims description 2
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 11
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 8
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 7
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 7
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 6
- 238000007743 anodising Methods 0.000 description 5
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 5
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 4
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 3
- 238000002048 anodisation reaction Methods 0.000 description 3
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 3
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 3
- 235000014653 Carica parviflora Nutrition 0.000 description 2
- 241000243321 Cnidaria Species 0.000 description 2
- BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N Tetraethyl orthosilicate Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)OCC BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 2
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 2
- 229920000831 ionic polymer Polymers 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 231100000614 poison Toxicity 0.000 description 2
- 238000007517 polishing process Methods 0.000 description 2
- VXUYXOFXAQZZMF-UHFFFAOYSA-N titanium(IV) isopropoxide Chemical compound CC(C)O[Ti](OC(C)C)(OC(C)C)OC(C)C VXUYXOFXAQZZMF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003440 toxic substance Substances 0.000 description 2
- POILWHVDKZOXJZ-ARJAWSKDSA-M (z)-4-oxopent-2-en-2-olate Chemical compound C\C([O-])=C\C(C)=O POILWHVDKZOXJZ-ARJAWSKDSA-M 0.000 description 1
- CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N Ozone Chemical compound [O-][O+]=O CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 1
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 1
- 150000007824 aliphatic compounds Chemical class 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 1
- 238000001354 calcination Methods 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000007667 floating Methods 0.000 description 1
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 1
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 1
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 description 1
- 230000000813 microbial effect Effects 0.000 description 1
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 1
- 239000002071 nanotube Substances 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 229920000447 polyanionic polymer Polymers 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 230000001954 sterilising effect Effects 0.000 description 1
- 238000004659 sterilization and disinfection Methods 0.000 description 1
- 239000002341 toxic gas Substances 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
- B01D53/74—General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
- B01D53/86—Catalytic processes
- B01D53/88—Handling or mounting catalysts
- B01D53/885—Devices in general for catalytic purification of waste gases
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/30—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
- B01J35/39—Photocatalytic properties
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2255/00—Catalysts
- B01D2255/80—Type of catalytic reaction
- B01D2255/802—Photocatalytic
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2259/00—Type of treatment
- B01D2259/80—Employing electric, magnetic, electromagnetic or wave energy, or particle radiation
- B01D2259/804—UV light
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Catalysts (AREA)
- Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)
Abstract
나노 구조체를 이용한 유해물질 제거 장치가 개시된다. 유해물질 제거 장치는, 광원을 방사하는 발광부; 및 금속 산화물 나노 구조체를 포함하며, 상기 금속 산화물 나노 구조체의 상기 광원에 의한 광촉매 분해 반응을 통해 유입된 공기의 유해성분을 제거하는 필터를 포함한다.
Description
본 발명은 다공성 그물망 구조를 가지는 금속 산화물 나노 구조체의 광촉매 분해 반응을 통해 유해물질을 제거할 수 있는 나노 구조체를 이용한 유해물질제거 장치에 관한 것이다.
일반적으로 공기청정기는, 밀폐된 실내공간의 공기중에 포함된 먼지 등의 유해물질을 실시간으로 제거하는 장치로 필터방식이나 전기집진방식 중 어느 하나를 사용하며, 필터방식의 공기청정기는 미세한 먼지를 제거하는 기능은 우수하지만, 살균이 미흡한 단점이 있고, 전기집진방식의 공기청정기는 살균이나 악취를 제거하는 기능은 뛰어나지만 부산물과 잔류 오존이 발생하여 장시간 사용할 경우, 인체에 피해를 줄 수 있는 단점이 있다.
이러한 공기 청정장치는 용도에 따라 다양한 형태로 개발되어 사용되고 있는데, 크게 먼지, 유해가스 및 부유(부착) 미생물을 제거하기 위한 용도로 개발되어 사용되고 있으나, 에너지 소모가 심하고 재사용이 불가능하여 다량의 필터 폐기물을 양산하는 단점이 있다.
본 발명은 양극산화 알루미늄 나노 템플레이트를 이용하여 제작된 금속 산화물 나노 구조체 및 해당 금속 산화물 나노 구조체를 이용한 광촉매 분해 반응을 통해 유해물질을 친환경적으로 제거할 수 있는 나노 구조체를 이용한 유해물질제거 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 다공성 그물망 구조를 가지는 금속 산화물 나노 구조체의 광촉매 분해 반응을 통해 유해물질을 제거할 수 있는 나노 구조체를 이용한 유해물질제거 장치가 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 광원을 방사하는 발광부; 및 금속 산화물 나노 구조체를 포함하며, 상기 금속 산화물 나노 구조체의 상기 광원에 의한 광촉매 분해 반응을 통해 유입된 공기의 유해성분을 제거하는 필터를 포함하는 유해물질 제거 장치가 제공될 수 있다.
상기 발광부는 LED이다.
상기 나노 구조체는 양극산화 알루미늄 나노 템플레이트(AAO(anodized aluminum oxide) template)를 이용하여 제작되며,
상기 나노 구조체는 상기 양극산화 알루미늄 나노 템플레이트에 광촉매 물질 전구체를 주입하고 반응성 이온 식각 공정을 통해 알루미늄을 제거한 후 열처리하여 제작될 수 있다.
상기 나노 구조체는 다공성 그물망 구조로 형성될 수 있다.
상기 필터는 어레이 형태로 배치되어 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 양극산화 알루미늄 템플레이트(AAO(anodized aluminum oxide) template)에 광촉매 물질 전구체를 주입하는 제1 공정; 상기 제1 공정이 완료되면, 알루미늄을 제거하는 제2 공정; 및 상기 제2 공정이 완료된 후 열처리하여 다공성 그물망 구조의 금속 산화물 나노 구조체를 제조하는 제3 공정을 포함하는 나노 구조체 제조 공정이 제공될 수 있다.
상기 양극산화 알루미늄 템플레이트는 실리콘 웨이퍼에 증착되어 형성될 수 있다.
상기 촉매 물질은 이산화주석 나노입자, 실리카 나노입자, 알루미나 나노입자, 바나듐(vanadium) 나노 입자, 질소(nitrogen) 나노입자, 구리(Cu) 나노입자 및 망가니즈(Mn) 나노입자로 구성되는 군에서 선택되는 나노입자 및 이의 전구체 물질 중 적어도 하나를 포함하며, 상기 금속 전구체 물질은 실리카 전구체 또는 타이타니아 전구체를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 다르면, 광원을 방사하는 발광부; 및 상기 발광부와 일정 간격 이격되어 배치되며, 상기 광원에 의한 광촉매 분해 반응을 통해 유입되는 공기의 유해성분을 제거하는 금속 산화물 나노 구조체를 포함하는 필터가 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 나노 구조체를 이용한 유해물질 제거 장치를 제공함으로써, 다공성 그물망 구조를 가지는 금속 산화물 나노 구조체의 광촉매 분해 반응을 통해 유입되는 공기중의 유해성분을 흡착하여 효과적으로 제거할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명은 금속 산화물 나노 구조체의 광촉매 분해 반응을 위한 광원으로 친환경 LED를 이용함으로써 필터 폐기물을 최소화할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유해물질 제거 장치의 구조를 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 필터부의 일부를 확대하여 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 AAO 템플레이트를 제작하는 공정을 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 AAO 템플레이트를 이용한 다공성 그물망 구조의 금속 산화물 나노 구조체를 제고하는 공정을 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 산화물 나노 구조체를 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 필터의 구조를 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 필터부의 일부를 확대하여 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 AAO 템플레이트를 제작하는 공정을 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 AAO 템플레이트를 이용한 다공성 그물망 구조의 금속 산화물 나노 구조체를 제고하는 공정을 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 산화물 나노 구조체를 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 필터의 구조를 도시한 도면.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명은 양극산화 알루미늄 템플레이트를 이용하여 광촉매 금속 산화물 나노 구조체를 형성하고, 이와 같이 형성된 금속 산화물 나노 구조체를 포함하는 필터에 광원을 조사함으로써 금속 산화물 나노 구조체가 광촉매 분해 반응을 통해 유입되는 공기중에 포함된 유해물질을 흡착, 제거할 수 있는 발명에 관한 것이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유해물질 제거 장치의 구조를 개략적으로 도시한 도면이며, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 필터부의 일부를 확대하여 도시한 도면이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 AAO 템플레이트를 제작하는 공정을 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 AAO 템플레이트를 이용한 다공성 그물망 구조의 금속 산화물 나노 구조체를 제고하는 공정을 나타낸 도면이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 산화물 나노 구조체를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유해물질 제거 장치(100)는 프레임(110)과 필터부(120)를 포함하여 구성된다.
프레임(110)은 필터부(120)로 공기를 유입시키고, 필터부(120)에 의해 정화된 공기를 외부로 배출하기 위한 것으로, 프레임(110) 내부에 필터부(120)가 배치된다.
즉, 프레임(110)의 일측면을 통해 유입된 공기는 필터부(120)를 통과하게 되며, 필터부(120)에 의해 유기 화합물과 같은 유해물질이 흡착, 제거되며, 프레임(110)의 타측면을 통해 외부로 배출되게 된다.
이와 같이, 공기의 유입 및 배출을 위해 프레임(110)의 일측면 및 타측면에는 각각 공기의 유입 및 배출을 위한 다수의 홀이 형성된다. 이때, 홀의 형상은 예를 들어, 사각 형상일 수 있다. 물론, 홀의 형상은 프레임 내부로 공기를 효과적으로 유입할 수 있고, 프레임 외부로 공기를 효과적으로 배출할 수 있는 형상이면, 형상의 종류에 상관없이 모두 동일하게 적용될 수 있음은 당연하다.
프레임의 일측면 및 타측면에 각각 형성되는 홀은 필터(125)로의 공기 유입 및 필터를 통한 공기 배출을 효과적으로 수행할 수 있도록 필터(125)에 대향하도록 형성될 수 있다.
필터부(120)는 프레임(110) 내부에 배치되며, 복수의 필터(125)를 포함하여 구성된다.
필터(125)는 필터 어레이 형태로 배치될 수 있다.
각 필터(125)는 각각 다공성 그물망 구조의 금속 산화물 나노 구조체(210)를 포함한다. 이러한 금속 산화물 나노 구조체(210)는 발광부(220)를 통해 조사되는 광원에 의해 광촉매 분해 반응을 일으키며, 이를 통해 프레임(110)을 통해 필터(125)로 유입되는 공기중의 유해 유기 화합물을 흡착하여 효과적으로 제거할 수 있다.
각 필터(125)는 도 2에 도시된 바와 같이, 각각 하나의 금속 산화물 나노 구조체를 각각 포함한다.
필터(125)에 포함된 금속 산화물 나노 구조체(210)의 광촉매 분해 반응을 위해 발광부(220)가 필터와 일정 간격 이격되어 배치된다.
발광부(220)는 예를 들어, LED(Light emitting diode)일 수 있다.
제1 실시예에 따르면, 발광부(220)는 각 필터(125)에 일정 간격 이격되어 각 필터(125)에 1:1 대응되어 하나의 필터(125)에 포함된 금속 산화물 나노 구조체에 광원을 조사하도록 배치될 수 있다.
제2 실시예에 따르면, 복수의 필터(125)에 포함된 복수의 금속 산화물 나노 구조체에 광원을 방사하도록 발광부(220)가 배치될 수도 있다.
필터(125)에 포함된 금속 산화물 나노 구조체(210)는 양극산화 알루미늄 나노 템플레이트를 이용하여 제작될 수 있다.
우선, 이해와 설명의 편의를 도모하기 위해 도 3을 참조하여 양극산화 알루미늄 나노 템플레이트를 제작하는 공정에 대해 간략하게 설명하기로 하자.
양극산화 알루미늄 나노 템플레이트를 제작하는 공정은 전해연마하는 제1 공정(310), 제1 양극 산화 공정(315), 에칭 공정(320), 제2 양극 산화 공정(325) 및 기공 확장(330)을 포함한다.
양극산화 알루미늄 나노 템플레이트를 제작하기 위한 전공정으로 전해연마공정을 수행한다(310).
알루미늄이 증착된 실리콘 웨이퍼를 산 용액속에 담근 상태에서 전기적으로 산화시키면 산소와 알루미늄이 결합하여 알루미나 막이 표면에 형성된다. 산호가 일어나는 알루미늄은 양극(positive electrode)으로 사용되어 양극산화라고 불린다.
알루미나 막은 산 용액에 의해 부식되어 식각이 일어나게 되는데, 양극산화의 속도보다 식각의 속도가 더 빠르게 되면 알루미늄 표면을 연마하는 효과를 가져오게 되는데, 이를 전해연마(elctropolishing) 공정이라 칭한다.
전해연마 공정이 완료되면, 제1 양극산화 공정을 수행한다.
양극산화 알루미늄 나노 템플레이트를 제작하기 위해 2-step 양극산화 공정을 수행하는 이유는, 제1 양극 산화 공정의 경우 알루미나의 표면에 수직 방향으로 기공들이 형성되나 기공 배열이 불규칙한 특성을 지닌다.
이에, 1차 양극산화 공정을 수행한 후 양극산화에 의해 형성된 알루미나 층을 산 용액속에서 화학적으로 녹여서 제거하여 딤플(dimple)이 규칙적으로 배열된 알루미늄 표면이 노출되면, 제2 양극산호를 진행하여 규칙적으로 배열된 기공을 형성한다.
알루미늄이 알루미나로 변하면서 부피가 증가하므로, 이에 따른 스트레스로 인해 시간이 지나면서 기공들이 자기정렬(self-ordering)에 의해 정렬되게 된다. 2차 양극 산화 공정을 수행하면, 기공들이 벌집과 같은 다공성 육각형 구조로 규칙적으로 배열되게 된다.
이와 같이, 2-step 양극산화 공정이 완료되면(315 내지 320), 실리콘 웨이퍼에 전기를 가하지 않은 상태에서 식각하여 기공의 깊이와 기공간의 간격을 처음과 같이 유지하면서 기공의 직경만 크게 만드는 기공 확장 공정을 수행한다.
이를 통해 양극산화 알루미늄 나노 템플레이트를 제작할 수 있다.
이와 같은 양극산화 알루미늄 나노 템플레이트 제작이 완료되면, 도 4의 410에 도시된 바와 같이 촉매 물질을 양극산화 알루미늄 나노 템플레이트에 주입한다. 여기서, 촉매 물질은 광촉매 물질 전구체일 수 있다.
촉매 물질은 금속 산화물 나노 입자와 금속 전구체를 포함할 수 있다.
예를 들어, 촉매 물질은 산화아연 나노입자, 이산화티타늄 나노입자, 이산화주석 나노입자, 실리카 나노입자 및 알루미나 나노입자, 바나듐(vanadium) 나노 입자, 질소(nitrogen) 나노입자, 구리(Cu) 나노입자 및 망가니즈(Mn) 나노입자로 구성되는 군에서 선택되는 나노 입자 및 이의 전구체 물질을 포함할 수 있다.
또한, 촉매 물질은 금속 전구체 물질을 포함할 수 있는데, 금속 전구체 물질들은 가수 분해(hydrolysis) 반응을 통해 금속 산화물 생성이 가능한 물질들을 의미한다.
예를 들어, 금속 전구체 물질은 실리카 전구체의 경우 tetraethyl orthosilicate(TEOS) 등이 있으며, 타이타니아 전구체의 경우에는 titanium (IV) isopropoxide (TTIP) 등이 있다.
또한 촉매 물질에는 금속 산화물 나노 입자의 성장 및 응집을 방지하기 위한 첨가제가 추가적으로 혼합될 수도 있다. 첨가제의 예로는 아세틸아세토네이트(acetyl acetonate)가 있으며, 이에 한정되는 것은 아니고 나노 입자의 성장 및 응집을 방지하는데에 이용되는 공지의 첨가제들이 모두 사용될 수 있다.
다른 예를 들어, 촉매물질은 형상 제어 첨가물이 포함될 수도 있다. 여기서, 형상 제어 첨가물은 고분자인 폴리온 환원제를 포함할 수 있다. 폴리온 환원제는 2개 이상의 히드록시키(-OH)를 가진 지방족화합물로 이루어진 환원제로 금속전구체를 금속 입자로 환원시키는 역할을 수행한다. 폴리온 환원제를 사용하면 금속 전구체의 환원 때문에 금속 씨드 입자 생성에 오랜 시간이 걸리지만 씨드 입자의 크기와 형태를 용이하게 제어할 수 있는 장점이 있다.
촉매물질에 형상 제어 첨가물이 포함되는 경우, 금속 전구체 물질대 형상 제어 첨가물의 비율은 예를 들어, 1: 5~7로 혼합될 수 있다.
이와 같이, 촉매 물질을 양극산화 알루미늄 나노 템플레이트에 주입한 후 나노 구조체가 형성되면 가열소성하거나 선택적으로 식각하여 제거함으로써 알루미늄을 제거한다(415).
이때, 촉매물질을 주입한 후 알루미나를 녹여서 양극산화 알루미나 나노 템플레이트의 역구조를 형성한 후 역구조에 금속 또는 금속 산화물을 도금하여 다공성 그물망 구조의 금속 산화물 나노 구조체를 형성할 수 있다.
다른 예를 들어, 촉매 물질을 주입한 후 반응성 이온 식각 공정을 통해 양극산화 알루미늄 나노 템플레이트의 알루미늄을 제거할 수도 있다.
알루미늄을 제거한 후 열처리 공정을 수행하여 최종 다공성 그물 구조의 금속 산화물 나노 구조체를 제작할 수 있다(420). 도 5에 본 발명의 일 실시예에 따라 양극산화 알루미늄 나노 템플레이트를 이용하여 제작된 다공성 금속 산화물 나노 구조체가 도시되어 있다.
이와 같이, 양극산화 알루미늄 나노 템플레이트에 촉매 물질을 주입하여 다공성 금속 산화물 나노 구조체를 제작함으로써, 금속 산화물 나노 구조체 형성시의 크랙 발생을 최소화할 수 있는 이점도 있다.
도 4와 같이 제작된 금속 산화물 나노 구조체(210)는 각 필터(125)에 포함될 수 있다. 각 필터(125)에 포함된 금속 산화물 나노 구조체(210)는 발광부(220)에 의해 방사되는 광원에 의한 광촉매 분해 반응을 야기시키고, 이로 인해 유입되는 공기중의 유해성분이 흡착, 제거되게 된다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 필터의 구조를 도시한 도면이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 필터(600)는 제1 레이어에 금속 산화물 나노 구조체(610)가 위치되며, 금속 산화물 나노 구조체(610)에 일정 간격 이격되어 제2 레이어에 발광부(620)가 배치된다.
금속 산화물 나노 구조체(610)과 발광부(620)는 병렬적으로 위치된다. 이에 따라, 금속 산화물 나노 구조체(610)는 일정 간격 이격되어 배치된 발광부(620)에 의해 방사되는 광원에 의해 광촉매 분해 반응을 일으켜 금속 산화물 나노 구조체(610)로 유입되는 공기에서 유해성분을 흡착하여 효과적으로 제거할 수도 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
110: 프레임
120: 필터부
120: 필터부
Claims (12)
- 광원을 방사하는 발광부; 및
금속 산화물 나노 구조체를 포함하며, 상기 금속 산화물 나노 구조체의 상기 광원에 의한 광촉매 분해 반응을 통해 유입된 공기의 유해성분을 제거하는 필터를 포함하는 유해물질 제거 장치.
- 제1 항에 있어서,
상기 발광부는 LED인 것을 특징으로 하는 유해물질 제거 장치.
- 제1 항에 있어서,
상기 나노 구조체는 양극산화 알루미늄 나노 템플레이트(AAO(anodized aluminum oxide) template)를 이용하여 제작되는 것을 특징으로 하는 유해물질 제거 장치. - 제1 항에 있어서,
상기 나노 구조체는 상기 양극산화 알루미늄 나노 템플레이트에 광촉매 물질 전구체를 주입하고 반응성 이온 식각 공정을 통해 알루미늄을 제거한 후 열처리하여 제작되는 것을 특징으로 하는 유해물질 제거 장치. - 제1 항에 있어서,
상기 나노 구조체는 다공성 그물망 구조로 형성된 것을 특징으로 하는 유해물질 제거 장치. - 제1 항에 있어서,
상기 필터는 어레이 형태로 배치되어 형성되는 것을 특징으로 하는 유해물질 제거 장치. - 양극산화 알루미늄 템플레이트(AAO(anodized aluminum oxide) template)에 광촉매 물질 전구체를 주입하는 제1 공정;
상기 제1 공정이 완료되면, 알루미늄을 제거하는 제2 공정; 및
상기 제2 공정이 완료된 후 열처리하여 다공성 그물망 구조의 금속 산화물 나노 구조체를 제조하는 제3 공정을 포함하는 나노 구조체 제조 공정. - 제6 항에 있어서,
상기 양극산화 알루미늄 템플레이트는 실리콘 웨이퍼에 증착되어 형성되는 것을 특징으로 하는 나노 구조체 제조 공정. - 제6 항에 있어서,
상기 촉매 물질은 금속 산화물 나노 입자 및 금속 전구체를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 구조체 제조 공정 - 제9 항에 있어서,
상기 금속 산화물 나노 입자는 산화아연 나노입자, 이산화티타늄 나노입자, 이산화주석 나노입자, 실리카 나노입자, 알루미나 나노입자, 바나듐(vanadium) 나노 입자, 질소(nitrogen) 나노입자, 구리(Cu) 나노입자 및 망가니즈(Mn) 나노입자로 구성되는 군에서 선택되는 나노입자 및 이의 전구체 물질 중 적어도 하나를 포함하며,
상기 금속 전구체 물질은 실리카 전구체 또는 타이타니아 전구체를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 구조체 제조 공정. - 제7 항 내지 제9 항 중 어느 하나의 항에 따라 제조된 나노 구조체를 포함하는 필터.
- 광원을 방사하는 발광부; 및
상기 발광부와 일정 간격 이격되어 배치되며, 상기 광원에 의한 광촉매 분해 반응을 통해 유입되는 공기의 유해성분을 제거하는 금속 산화물 나노 구조체를 포함하는 필터.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020130075811A KR20150002236A (ko) | 2013-06-28 | 2013-06-28 | 나노 구조체를 이용한 유해물질제거 장치 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020130075811A KR20150002236A (ko) | 2013-06-28 | 2013-06-28 | 나노 구조체를 이용한 유해물질제거 장치 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR20150013479A Division KR20150021095A (ko) | 2015-01-28 | 2015-01-28 | 나노 구조체를 이용한 유해물질제거 장치 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20150002236A true KR20150002236A (ko) | 2015-01-07 |
Family
ID=52475711
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020130075811A KR20150002236A (ko) | 2013-06-28 | 2013-06-28 | 나노 구조체를 이용한 유해물질제거 장치 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20150002236A (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113600003A (zh) * | 2021-06-30 | 2021-11-05 | 南京凯创协同纳米技术有限公司 | 一种快速消除香烟气味的喷剂及其制备方法 |
-
2013
- 2013-06-28 KR KR1020130075811A patent/KR20150002236A/ko not_active Application Discontinuation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113600003A (zh) * | 2021-06-30 | 2021-11-05 | 南京凯创协同纳米技术有限公司 | 一种快速消除香烟气味的喷剂及其制备方法 |
| CN113600003B (zh) * | 2021-06-30 | 2023-09-12 | 南京凯创协同纳米技术有限公司 | 一种快速消除香烟气味的喷剂及其制备方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN106039998B (zh) | 负载β-FeOOH纳米晶体的光催化复合纳滤膜及其制备方法 | |
| EP3643395B1 (en) | Aircraft air purification and volatile organic compounds reduction unit comprising a photocatalyst activated by ultraviolet light emitting diodes | |
| CN109012229B (zh) | 一种高通量pvdf超滤膜及其制备方法与应用 | |
| KR20150021095A (ko) | 나노 구조체를 이용한 유해물질제거 장치 | |
| CN109351167B (zh) | 一种空气净化装置 | |
| JP2011183240A (ja) | 光触媒シート及びその製造方法 | |
| KR101910569B1 (ko) | 혼합 가스에 대한 제거 성능이 우수한 광촉매 필터 및 그 제조방법 | |
| Dou et al. | A defect-rich layered double hydroxide nanofiber filter with solar-driven regeneration for wastewater treatment | |
| KR20150002236A (ko) | 나노 구조체를 이용한 유해물질제거 장치 | |
| CN212309083U (zh) | 以光触媒滤网所组成的空气净化装置 | |
| KR102140116B1 (ko) | 유기물 분해능을 구비한 수처리용 유동층 분리막 반응기 | |
| CN104278310B (zh) | 一种氧化钨改性的二氧化钛纳米管的制备方法 | |
| TWI630029B (zh) | 光催化過濾器及其製造方法和再生方法 | |
| CN110935441A (zh) | 一种高效降解甲醛的钛基复合催化网及其制备方法 | |
| JP6144311B2 (ja) | 混合ガスに対する除去性能に優れた光触媒フィルタおよびその製造方法 | |
| KR101386153B1 (ko) | 금속 메쉬를 이용한 수 처리용 나노 멤브레인 필터 및 그 제조방법 | |
| US11565246B2 (en) | Photocatalytic filter, method for manufacturing the same, and method for reactivating the same | |
| KR100631337B1 (ko) | 가시광선 응답형 광촉매 코팅용 졸의 제조방법 | |
| KR20170003857A (ko) | 광촉매 필터 및 그 제조 방법 | |
| JP5656224B2 (ja) | 光触媒体及びその製造方法 | |
| CN106237846A (zh) | 一种有机废气光催化处理设备及方法 | |
| US20180029017A1 (en) | Photocatalytic filter for degrading mixed gas and manufacturing method thereof | |
| TWI609718B (zh) | 用於降解混合氣體的光催化過濾器及其製造方法 | |
| CN106288109A (zh) | 一种分解细菌和tvoc的过滤机构及使用该机构的新风系统 | |
| RU115686U1 (ru) | Фотокаталитический элемент |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A107 | Divisional application of patent | ||
| E601 | Decision to refuse application |