KR20170037930A - 지지체 표면에 분사된 나노 금속 촉매를 포함하는 촉매 필터 - Google Patents

지지체 표면에 분사된 나노 금속 촉매를 포함하는 촉매 필터 Download PDF

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KR20170037930A
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Abstract

본 명세서는 촉매 지지체 및 촉매 지지체의 표면상에 분사된 나노 금속 촉매를 포함하는 촉매 필터에 관한 것이다. 이러한 촉매 필터는 촉매 입자를 담체 자체로 성형, 제조하여 많은 양의 촉매가 소요되는 기존 특허 기술과 달리, 입자상의 촉매를 사용하여 제조한 촉매 슬러리를 이용하고, 촉매 성능을 나타내는 소량의 나노 금속 촉매를 촉매 지지체 표면에 분사한 것이다. 따라서, 본 발명의 일측면에 따른 촉매 필터는 촉매 필터 자체의 비표면적이 나노촉매 입자의 비표면적에 비하여 저하되지 않는 효과를 나타내며, 이러한 효과로 인해 실내공기 중 초저농도의 가스상 오염 물질을 제거 및 분해하는데 효과적이다.

Description

지지체 표면에 분사된 나노 금속 촉매를 포함하는 촉매 필터{CATALYST FILTER COMPRISING NANO METALIC CATALYST SPRAYED ON THE SURFACE OF SUPORT}
본 명세서는 나노 금속 촉매를 포함하는 촉매 필터에 관한 것이다.
필터 제조에 있어서, 고온 조건에서 작동하도록 하는 소재로 선택된 기존의 세라믹 필터 소재는 고가의 제품가격 때문에, 공기청정용으로는 경제성을 맞추기 어려운 단점이 있었다. 이를 극복하기 위하여 기존 필터의 경우 종이류, 면직류 등의 필터 소재에 유기 또는 무기 항균제를 표면 코팅하여 사용하였다. 그러나, 종이류 필터를 생산할 때 항균제의 코팅량이 과다하게 되면, 필터의 물성 또는 색에 영향을 미쳐 상품성이 떨어지며, 항균제의 안정성이 부족하여 효과를 얻기에 어려움이 있다. 또한, 코팅된 물질이 화학 결합하여 침전, 응집 또는 산화되는 현상이 발생됨으로써 성능이 저하되는 문제점이 있었다.
한국특허공보 336963호 한국특허공보 1154903호
합성한 나노입자를 필터 미디어에 담지하여 제조하는 종래의 담지 촉매 제조법은, 입자의 응집(뭉침), 바인더의 덮임 현상이 일어나 원 물질인 나노촉매 입자의 비표면적에 비해 담지 촉매의 비표면적이 크게 저하되는 문제점이 있었다. 또한, 나노입자의 표면 분산도를 높이기 어렵고, 나노촉매 입자가 대량으로 소요되므로 촉매 코팅 필터의 상업화와 대량 생산에 큰 걸림돌이 되고 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 명세서는 나노 금속 촉매를 포함하는 촉매 필터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 일측면에 있어서 촉매 지지체 및 촉매 지지체 표면에 분사된 나노 금속 촉매를 포함하는 촉매 필터를 제공한다. 또한, 본 발명은 일측면에 있어서, 슬러리 상태, 바인더 종류, 온도, 제조시간 등 제조 방법을 다양하게 다르게 하여 공기 청정용으로 매우 우수한 휘발성 유기화합물 분해 활성을 나타내는 촉매 필터를 제공한다.
본 발명의 일측면에 따른 촉매 필터는 촉매 입자를 담체 자체로 성형, 제조하여 많은 양의 촉매가 소요되는 기존 특허 기술과 달리, 입자상의 촉매를 사용하여 제조한 촉매 슬러리를 이용하고, 촉매 성능을 나타내는 소량의 나노 금속 촉매를 촉매 지지체 표면에 분사한 것이다. 이러한 본 발명의 일측면에 따른 촉매 필터는 슬러리 상태, 바인더 종류, 온도, 제조시간 등 제조 방법이 기존 특허들과는 상이하며 저온에서 활성을 나타내고 경제성이 탁월한 공기 청정용 촉매 필터에 해당한다.
따라서, 본 발명의 일측면에 따른 촉매 필터는 촉매 필터 자체의 비표면적이 나노촉매 입자의 비표면적에 비하여 저하되지 않는 효과를 나타내며, 이러한 효과로 인해 실내공기 중 초저농도의 가스상 오염 물질을 제거 및 분해하는데 효과적이다. 또한, 본 발명의 일측면에 따른 촉매 필터를 공기 청정관련 분야에 적용할 경우 높은 시장 경쟁력을 보일 것으로 예상된다.
도 1은 촉매 지지체 표면상에 분사되는 나노 금속 촉매를 포함하는 코팅 슬러리를 제조하는 과정을 나타낸 도식도이다. 화살표 방향을 따라서 나노 금속 촉매를 포함하는 코팅 슬러리가 제조된다.
도 2는 제조된 코팅 슬러리를 스프레이 코팅 방법과 저온 건조 방식을 통하여 촉매 필터를 제조하는 과정을 나타낸 도식도이다. a)는 촉매 지지체의 하나인 카본 골판지 필터에 코팅 슬러리를 분사하는 것을 나타낸 그림이며, b)는 코팅 슬러리가 분사된 촉매 지지체를 건조하는 모습을 나타낸 그림이다.
도 3은 제조된 촉매 필터의 내구성을 확인한 결과를 나타내는 그림으로서, 기존 딥-코팅 방법에 의해 제조된 필터와 본 발명의 일측면에 따른 촉매필터의 외형을 나타낸 사진이다.
도 4는 제조된 카본 골판지 필터의 표면을 광학 및 주사전자현미경을 이용하여 관찰한 사진이다.
본 발명은 일 측면에 있어서, 촉매 지지체 및 촉매 지지체 표면에 분사된 나노 금속 촉매를 포함하는 촉매 필터에 관한 것이다.
본 발명의 일 측면에 있어서, 나노 금속 촉매는 촉매 지지체 표면에 스프레이 코팅된 것일 수 있다.
본 발명의 일 측면에 있어서, 나노 금속 촉매는 촉매 지지체 표면에 분사되어 박막층을 형성하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 측면에 있어서, 촉매 지지체는 종이류, 면직류, 세라믹류 일 수 있다.
본 발명의 일 측면에 있어서, 촉매 지지체는 카본 페이퍼, 카본 골판지(corrugated type carbon paper), 카본 클로스(carbon cloth), 카본 펠트(carbon felt), 섬유소재 직물지, 셀룰로오스 펄프지, 부직포, 허니컴 종이 필터 및 코디어라이트로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상일 수 있다.
본 발명의 일 측면에 있어서, 나노 금속 촉매는 백금 또는 팔라듐인 귀금속 촉매; 또는 구리, 망간, 철, 바나듐, 몰리브덴, 코발트, 니켈 및 아연 중 하나 이상을 이산화 티타늄(TiO2), 이산화 규소(SiO2), 및 산화 알루미늄(Al2O3)중 하나 이상에 함침시킨 전이금속 촉매 일 수 있다.
본 발명의 일 측면에 있어서, 나노 금속 촉매는 산화망간-티타니아 촉매 또는 바나디아-티타니아 촉매일 수 있다.
본 발명의 일 측면에 있어서, 나노 금속 촉매는 화학적 기상 응축법으로 제조된 것일 수 있다. 이러한 화학적 기상 응축법의 경우 대한민국 특허출원 10-2012-0076675, 10-2012-0074786, 및 10-2012-0054254호에 기재되어 있으며, 본 명세서는 이러한 특허출원의 내용을 참조로 포함한다.
본 발명의 일 측면에 있어서, 산화망간-티타니아 촉매는 티타니아 입자에 산화망간이 담지된 촉매로서, 비표면적이 200㎡/g 내지 300㎡/g일 수 있다.
본 발명의 일 측면에 있어서, 나노 금속 촉매는 촉매 필터의 중량을 기준으로 15중량% 내지 30중량%일 수 있다. 구체적으로 나노 금속 촉매는 촉매 필터의 중량을 기준으로 5중량% 이상, 10중량% 이상, 15중량%이상, 17중량%이상, 19중량%이상, 20중량%이상, 21중량% 이상, 25중량%이상, 30중량%이상, 35중량%이상, 또는 40중량% 이상 이거나 50중량% 이하, 45중량%이하, 40중량%이하, 35중량%이하, 30중량%이하, 25중량%이하, 23중량%이하, 21중량%이하, 20중량%이하, 19중량%이하, 17중량%이하, 15중량%이하, 10중량%이하, 또는 5중량%이하 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 측면에 있어서, 상기 촉매필터에서 단위 면적당 나노 금속 촉매의 중량은 300g/m2 내지 450g/m2일 수 있다. 구체적으로 촉매필터에서 단위 면적당 나노 금속 촉매의 중량은 200 g/m2이상, 250 g/m2이상, 300g/m2이상, 350 g/m2이상, 370 g/m2이상, 380 g/m2이상, 390 g/m2이상, 400 g/m2이상, 420 g/m2이상, 450 g/m2이상, 500 g/m2이상, 또는 600 g/m2이상이거나 600 g/m2이하, 500 g/m2이하, 450 g/m2이하, 420 g/m2이하, 400 g/m2이하, 390 g/m2이하, 380 g/m2이하, 370 g/m2이하, 350 g/m2이하, 300 g/m2이하, 250 g/m2이하, 또는 200 g/m2이하일 수 있다. 이러한 촉매필터의 단위 면적당 나노 금속 촉매의 중량은 촉매 필터의 단위 면적당 코팅율 또는 촉매필터의 단위면적당 나노 금속 촉매의 비율과 상호 교환적으로 사용될 수 있다.
본 발명은 일 측면에 있어서, 본 발명의 일 측면에 따른 촉매 ??터를 제조하는 방법으로서, 나노 금속 촉매를 촉매 지지체 표면상에 분사시키는 분사 단계를 포함하는 촉매 필터의 제조방법에 관한 것일 수 있다.
본 발명의 일 측면에 있어서, 분사는 스프레이 코팅 방식일 수 있다.
본 발명의 일 측면에 있어서, 상기 방법은 분사 단계 이후에 나노 금속 촉매를 촉매 지지체 표면 상에 고르게 펴는 분배 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 있어서, 분배 단계는 압축 공기를 이용하여 나노 금속 촉매를 촉매 지지체 표면 상에 고르게 펴는 단계일 수 있다.
본 발명의 일 측면에 있어서, 상기 방법은 분사 단계 이후에 촉매 지지체를 건조시키는 건조 단계를 더 포함할 수 있다. 구체적으로 본 발명의 일 측면에 있어서, 건조단계는 분사 단계 및 분배 단계 이후에 수행되는 것일 수 있다.
본 발명의 일 측면에 있어서, 건조 단계는 40~70℃의 온도에서 2~10시간 동안 수행될 수 있다. 구체적으로 건조 단계의 온도는 30℃이상, 35℃이상, 40℃이상, 50℃이상, 60℃이상, 70℃이상, 또는 80℃이상 이거나 80℃이하, 70℃이하, 65℃이하, 60℃이하, 55℃이하, 50℃이하, 45℃이하, 40℃이하, 35℃이하, 또는 30℃이하 일 수 있다. 또한, 구체적으로 건조 단계의 수행 시간은 2시간 이상, 3시간 이상, 4시간 이상, 5시간 이상, 6시간 이상, 7시간 이상, 8시간 이상, 9시간 이상, 또는 10시간 이상 이거나 10시간 이하, 9시간 이하, 8시간 이하, 7시간 이하, 6시간 이하, 5시간 이하, 4시간 이하, 3시간 이하, 또는 2시간 이하 일 수 있다.
본 발명의 일 측면에 있어서, 상기 방법은 촉매 지지체의 한쪽 표면에 나노 금속 촉매의 분사 단계, 분배 단계, 및 건조 단계를 수행한 뒤, 촉매 지지체의 반대쪽 표면에 나노 금속 촉매의 분사 단계, 분배 단계, 및 건조단계를 수행하는 것일 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 일 측면에 있어서, 한쪽 표면에 대한 건조단계는 3~5시간 동안 수행하고 반대쪽 표면에 대한 건조는 7 내지 9시간 동안 수행할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 있어서, 상기 방법은 건조 단계 이후에 이물질을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 있어서, 이물질을 제거하는 단계는 압축 공기를 촉매 지지체에 불어 넣어 수행하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 측면에 있어서, 상기 방법은 분사 단계 이전에 나노 금속 촉매를 포함하는 코팅 슬러리를 제조하는 단계를 더 포함하고, 분사 단계는 상기 코팅 슬러리를 촉매 지지체에 분사하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 측면에 있어서, 코팅슬러리를 제조하는 단계는 a) 증류수에 메틸셀룰로오스를 첨가하여 30 내지 50℃에서 1시간 내지 3시간 동안 교반하고; b) a)의 슬러리에 벤토나이트를 첨가하여 30 내지 50℃에서 1시간 내지 3시간 동안 교반하고; c) b)의 슬러리에 나노 금속 촉매를 첨가하여 30 내지 50℃에서 1시간 내지 3시간 동안 교반하는 것을 포함하는 것일 수 있다. 본 발명의 일 측면에 있어서, 코팅 슬러리는 코팅슬러리의 총 중량을 기준으로 나노 금속 촉매 15 내지 20wt%, 벤토나이트 8 내지 12wt%, 메틸셀룰로오스 1 내지 2wt% 및 물 65 내지 75wt%의 비율로 혼합되거나 제조된 것일 수 있다.
이하 실시예, 비교예 및 실험예를 기재하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다. 이하의 예에 나타나는 재료, 시약, 비용, 조작 등은 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 한 적절히 변경할 수 있다. 따라서, 본 발명의 범위는 이하에 나타내는 구체예에 의해 제한되는 것은 아니다.
[실시예 1] 나노 금속 촉매가 분사된 카본 골판지 필터의 제조
(1) 나노 금속 촉매 분말의 제조
본 실시예에서 사용되는 티타니아 입자 및 산화 망간은 대한민국 특허출원 10-2012-0076675호의 [실시예 1] 또는 대한민국 특허출원 10-2012-0054254호의 [실시예] 부분에 기재된 내용에 의하여 제조되었다.
구체적으로, 티타늄 테트라-이소-프로폭사이드(TTIP ; Titanium tetra-iso-propoxide, Ti[OCH(CH3)2]4) 용액에 망가니즈 아세테이트(Manganese acetate, Mn(CH3COO)2)를 전구체 전체 중량 기준으로 5.0중량%가 되도록 첨가하였다. 그리고 상기 전구체 혼합물을 오일 배스에 침지된 버블러에 투입하고, 버블러의 온도를 95℃로 유지하여 기화시켰다. 다음으로, 기화된 전구체 혼합물을 아르곤(Ar) 가스를 이용하여 전기로의 알루미나 튜브(Alumina tube)에 이송되도록 하였다. 이와 함께 압축공기를 알루미나 튜브에 공급하였다.
이때, 아르곤(Ar) 가스는 0.7L/min, 압축공기는 7.0L/min의 유량으로 알루미나 튜브에 주입하고, 알루미나 튜브 내의 온도를 900℃로 유지하여 티타니아(TiO2) 표면에 이산화망간(MnO2)이 코팅된 코어-셸 구조의 산화망간-티타니아 촉매를 기상 합성하였다. 이후, 제조된 촉매를 냉각수가 흐르는 이중관 형태의 포집기에서 50℃로 냉각시켜 2시간 간격으로 촉매 입자를 포집, 회수하였다.
(2) 코팅 슬러리의 제조
촉매 지지체에 나노 금속 촉매를 분사시키기 위하여 이러한 촉매를 포함하는 코팅 슬러리를 도 1에 나타낸 순서대로 제조하였다. 코팅 슬러리는 상기 나노 금속 촉매의 중량을 기준으로 하여 중량비를 설정해 제조하였다. 이러한 코팅 슬러리는 금속 촉매 15 내지 20wt%, 벤토나이트 8 내지 12wt%, 메틸셀룰로오스 1 내지 2wt% 및 물 65 내지 75wt%의 혼합 비율로 제조될 수 있다.
구체적으로 순수한 증류수 100L에 메틸셀룰로오스를 2g 첨가하고, 40℃에서 2시간 가량 교반하여 증류수에 메틸셀룰로오스를 충분히 풀어주었다. 그렇게 만들어진 슬러리가 충분히 풀린 뒤에 벤토나이트 15g을 응집이 일어나지 않도록 소량씩 첨가하고 동일한 온도(40℃)에서 2시간 가량 교반하여 점도를 조절하였다. 이렇게 제조된 슬러리에 (1)에서 제조된 산화망간-티타니아 촉매 25g을 첨가하고 동일한 온도(40℃)에서 풀어질 때까지 2시간 가량 교반하여 코팅 슬러리를 제조하였다.
(3) 카본골판지 촉매 지지체에 코팅 슬러리를 분사
(2)에서 제조된 코팅 슬러리를 도 2에 나타낸 바와 같이 스프레이 분사 방식으로 도 3의 그림과 같은 형태의 카본골판지(㈜엔지텍) 표면에 분사시켰다. 이렇게 카본골판지 표면에 분사시킨 코팅 슬러리를 압축 공기를 이용하여 뭉친 부분이 없이 고루 펴지게 하였다. 그런 뒤 카본 골판지를 60℃의 건조기에 넣고 4시간 동안 건조시켰다. 건조 된 카본골판지의 뒷면에 마찬가지로 코팅 슬러리를 분사시키고, 압축 공기를 이용하여 뭉친 부분이 없이 고루 펴지게 한 뒤 60℃ 건조기에 넣고 8시간 동안 건조시켰다. 이렇게 양면이 나노 금속 촉매를 포함하는 박막층으로 코팅된 카본 골판지에 압축 공기를 불어넣어 이물질을 제거하고 도 3과 같은 형태의 나노 금속 촉매가 분사된 카본 골판지 필터 촉매를 수득하였다.
[비교예 1] 딥-코팅 방식에 의한 카본 골판지 필터의 제조
(2)에서 제조된 코팅 슬러리를 이용하여 기존 방식에 따라 딥-코팅 방식으로 카본 골판지 촉매 필터를 제조하였다.
구체적으로, 도 3의 그림과 같은 카본 골판지를 준비하고 코팅 슬러리에 10분 가량 담가놓았다. 10분이 지난 후, 촉매 슬러리에서 카본 골판지를 꺼내어 골판지 구멍(cell)에 들어가 있는 촉매 슬러리를 압축공기 등을 이용하여 촉매입자들이 모두 날아가지 않으면서 골판지 구멍(cell)은 확보가 되도록 불어주어 촉매 슬러리가 고르게 카본 골판지에 묻도록 하였다. 해당 작업이 완료되고 촉매 슬러리가 고르게 카본 골판지에 분포한 상태로 되면 건조로(Dryer)를 이용하여 60℃의 온도에서 2시간 건조 시켰다. 이후 건조된 카본 골판지에 대해 상기 방법을 3회 더 반복하였다. 이후 촉매 슬러리가 묻은 카본 골판지를 건조로(Dryer)를 이용하여 밤새(10시간 이상) 60℃의 내부 공기온도로 유지하면서 건조 시켰다. 이후 건조로에서 꺼낸 촉매가 부착된 카본 골판지를 소성기를 이용하여 60℃의 온도 (승온 10oC/min.)에서 3시간 동안 공기가 흐르는 분위기에서 소성하였다.
[비교예 2] 딥-코팅 방식에 의한 코디어라이트 필터의 제조
(2)에서 제조된 코팅 슬러리를 이용하여 기존 방식에 따른 딥-코팅 방식으로 코디어라이트 필터를 제조하였다.
허니컴(Honeycomb) 형태의 코디어라이트 지지체는 촉매 슬러리를 이용하여 촉매를 부착하기 이전에 증류수로 희석된 질산수용액을 사용하여 표면을 세척하는 전처리를 하였다. 사용한 희석된 질산수용액은 질산(Nitric Acid, 69.0 내지 70.0%)을 사용하였고 증류수 1L 기준으로 질산은 200mL를 넣어 제조하였다. 상기 질산수용액은 수온을 100℃로 유지하였다. 허니컴 형태의 코디어라이트 지지체를 상기 질산수용액에 모든 부분이 잠기도록 담가 2시간 동안 놓아두었다. 이후 수용액에서 빼낸 허니컴 형태의 코디어라이트는 증류수를 이용하여 표면을 깨끗이 씻어낸 후 건조로(Dryer)를 이용하여 100℃의 온도로 7시간 건조를 하였다.
상기 방법으로 질산수용액 전처리를 마친 허니컴 형태의 코디어라이트 지지체(허니컴 지지체로 표기)를 상기 실시예 1에서 제조된 코팅 슬러리에 10분 가량 담가놓았다. 10분이 지난 후, 촉매 슬러리에서 허니컴 지지체를 꺼내어 지지체 구멍(cell)에 들어가 있는 촉매 슬러리를 압축공기 등을 이용하여 촉매입자들이 모두 날아가지 않으면서 지지체 구멍(cell)은 확보가 되도록 불어주어 촉매 슬러리가 고르게 허니컴 지지체에 묻도록 하였다. 해당 작업이 완료되고 촉매 슬러리가 고르게 허니컴 지지체에 분포한 상태로 되면 건조로(Dryer)를 이용하여 100℃의 온도에서 2시간 건조 시켰다. 이후 건조된 허니컴 지지체에 대해 상기 방법을 3회 더 반복하였다. 이후 촉매 슬러리가 묻은 허니컴 지지체를 건조로(Dryer)를 이용하여 밤새(10시간 이상) 100℃의 내부 공기온도로 유지하면서 건조 시켰다. 이후 건조로에서 꺼낸 촉매가 부착된 허니컴 지지체를 소성기를 이용하여 300oC의 온도 (승온 10oC/min.)에서 3시간 동안 공기가 흐르는 분위기에서 소성하였다.
[시험예 1] 서로 다른 방식으로 제조된 카본골판지 필터의 내구성 평가
본 발명의 일측면에 따라 나노 금속 촉매가 분산된 카본골판지 필터인 실시예 1과 딥-코팅 방법으로 제조된 카본골판지 필터인 비교예 1의 내구성을 평가하였다. 구체적으로, 실시예와 비교예에 기재된 방법에 의하여 제조된 카본 골판지 필터가 코팅 및 제조된 뒤에 그 외형이 어떻게 변형되는지를 기준으로 내구성을 평가하였으며, 이러한 결과는 도 3에 나타내었다.
도 3에 따르면, 본 발명의 일측면에 따른 스프레이 코팅 방법으로 제조한 카본 골판지의 경우 카본 골판지 사이의 접착 물질이 내구성이 저하되지 않고 필터를 제조한 후에도 골판지들이 서로 떨어지지 않아 원형을 유지하는 것을 확인할 수 있으나, 이와 달리 기존 기술인 딥-코팅 방법으로 제조된 카본 골판지의 경우 제조 후에 접착 물질의 접착 내구성이 저하되어 필터의 외형 구조가 저절로 파괴되는 것을 확인할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일측면에 따른 촉매 필터는 필터 외형의 내구성을 유지시키면서 휘발성 유기화합물을 분해할 수 있는 우수한 효과를 가진다.
[시험예 2] 서로 다른 방법으로 제조된 필터의 오존 분해율 측정
실시예 1 및 비교예 1, 2의 촉매 필터의 오존 분해율을 측정하였다. 구체적으로 오존을 반응기 (직경 4cm의 원기둥 모양) 내부로 흘려보내고 반응기 후단에 각각의 촉매 필터를 위치시켜 반응기 전후단의 농도를 측정함으로서 분해율을 측정하였다. 오존 농도는 10ppm의 조건으로 설정하였으며, 촉매 필터의 크기는 외경 4cm의 원형 모양으로 두께는 1cm 크기를 이용하였고, 유량은 1.25LPM의 조건으로 공간속도 6,000 1/h 로 실험을 진행하였다. 딥-코팅 방식에 의하여 제조된 카본골판지 필터인 비교예 1의 경우 시험예 1에서 알 수 있는 바와 같이 제조 후 외형이 변형되어 이에 대하여는 오존 분해율을 측정할 수 없었고, 이러한 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
나노 촉매 필터 소재 코팅방법 공간 속도(1/h) 오존분해율
Mn/CVC 코디어라이트
(비교예 2) 		딥코팅 6,000 63%
Mn/CVC 카본골판지
(실시예 1) 		Spray 코팅 6,000 59%
Mn/CVC 카본골판지
(비교예 1) 		딥코팅 측정불가 측정불가
상기 표 1의 결과에 따르면 본 발명의 일측면에 따른 카본골판지(실시예 1)의 경우 종래 딥-코팅 방법으로 제조된 코디어라이트 필터(비교예 2)와 비교하여 유사한 수준의 오존 분해율을 나타내는 것을 확인할 수 있었다. 비교예 1의 카본 골판지를 딥-코팅 방법으로 제조한 필터의 경우 필터 외형의 변화로 인하여 오존분해율을 측정할 수 없었다. 따라서, 본 발명의 일측면에 따른 필터는 딥-코팅에 의해 나노 금속 촉매를 담지시키는 것과 비교하여 동일한 수준의 오존 분해율을 나타내고, 이로부터 휘발성 유기화합물을 분해할 수 있는 우수한 효과를 가지면서 저온에서 간단하고 용이하게 촉매 필터를 생산할 수 있기 때문에 종래 기술에 비하여 경제적이다.
[시험예 3] 카본 골판지의 현미경 관찰 결과
실시예 1에서 제조된 카본 골판지 촉매 필터에 대하여 광학현미경(Olympus, BX51-P) 및 주사전자현미경(Hitachi, S-4100)을 이용하여 그 표면을 관찰하였으며, 이러한 결과를 도 4에 나타내었다.
도 4에서 왼쪽 사진은 광학 현미경으로 촉매 필터의 표면을 관찰한 것이며 오른쪽의 사진은 왼쪽 사진에서 점선으로 표시된 부분을 주사전자현미경으로 관찰한 사진에 해당한다. 이러한 사진에 따르면 나노 금속 촉매가 골판지의 표면에 고르게 분사되어 있어, 본 발명의 일측면에 따른 촉매 필터는 나노 금속 촉매를 높은 분산성으로 포함하는 것을 확인할 수 있다. 따라서 본 발명의 일측면에 따른 촉매 필터는 저온에서 용이하게 제조되는 것으로서, 높은 비표면적을 유지하면서 오존분해율이 우수한 것에 해당한다.
[시험예 4] 카본 골판지의 물리적 특징 실험결과
실시예 1에 따라서 제조된 촉매 필터의 물리적 특성을 알아보고자 아래와 같은 실험을 수행하였다.
제조된 실시예 1의 촉매의 직경, 중량을 측정하였다. 촉매 필터의 직경은 4cm이었으며 면적은 12.56cm2이다. 코팅 전 필터 소재 자체의 중량은 1.87g이며 코팅 후 필터의 중량은 2.35g으로서 코팅된 촉매의 무게는 0.48g이었다. 이에 따르면 필터의 중량를 기준으로 하여 촉매의 중량은 약 20wt%에 해당한다는 것을 알 수 있다.
또한, 단위 면적 당 코팅율을 계산하여 보면 382.16 g/m2이라는 수치를 얻을 수 있었다.

Claims (18)

  1. 촉매 지지체 및 촉매 지지체 표면에 분사된 산화망간-티타니아 촉매를 포함하는 촉매 필터로서,
    상기 산화망간-티타니아 촉매는 코팅 슬러리에 포함되어, 상기 코팅 슬러리가 상기 촉매 지지체에 분사되며,
    상기 코팅 슬러리는, 코팅 슬러리의 총 중량을 기준으로 상기 산화망간-티타니아 촉매 15 내지 20wt%, 벤토나이트 8 내지 12wt%, 메틸셀룰로오스 1 내지 2wt% 및 물 65 내지 75wt%의 비율로 혼합되고,
    상기 산화망간-티타니아 촉매는 티타니아 입자에 산화망간이 담지된 촉매로서, 비표면적이 200㎡/g 내지 300㎡/g인 것을 특징으로 하는 촉매 필터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 산화망간-티타니아 촉매는 촉매 지지체 표면에 스프레이 코팅된 것인 촉매 필터.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 산화망간-티타니아 촉매는 촉매 지지체 표면에 분사되어 박막층을 형성하는 것인 촉매 필터.
  4. 제 1 항에 있어서,
    촉매 지지체는 종이류, 면직류, 또는 세라믹류인 촉매 필터.
  5. 제 4 항에 있어서,
    촉매 지지체는 카본 페이퍼, 카본 골판지(corrugated type carbon paper), 카본 클로스(carbon cloth), 카본 펠트(carbon felt), 섬유소재 직물지, 셀룰로오스 펄프지, 부직포, 허니컴 종이 필터 및 코디어라이트로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상인 촉매 필터.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 산화망간-티타니아 촉매는 촉매 필터의 중량을 기준으로 15중량% 내지 30중량%인 촉매 필터.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 촉매 필터에서 단위 면적당 산화망간-티타니아 촉매의 중량은 300g/m2 내지 450g/m2인 촉매 필터.
  8. 산화망간-티타니아 촉매를 촉매 지지체 표면상에 분사시키는 분사 단계를 포함하는 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 기재된 촉매 필터의 제조방법으로서,
    상기 분사 단계 이전에 상기 산화망간-티타니아 촉매를 포함하는 코팅 슬러리를 제조하는 단계를 더 포함하고,
    상기 코팅 슬러리는, 코팅 슬러리의 총 중량을 기준으로 상기 산화망간-티타니아 촉매 15 내지 20wt%, 벤토나이트 8 내지 12wt%, 메틸셀룰로오스 1 내지 2wt% 및 물 65 내지 75wt%의 비율로 혼합되며,
    상기 분사 단계는 상기 코팅 슬러리를 상기 촉매 지지체에 분사하고,
    상기 산화망간-티타니아 촉매는 티타니아 입자에 산화망간이 담지된 촉매로서, 비표면적이 200㎡/g 내지 300㎡/g인 것을 특징으로 하는 촉매 필터의 제조방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    분사는 스프레이 코팅 방식인 촉매 필터의 제조방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    분사 단계 이후에 산화망간-티타니아 촉매를 촉매 지지체 표면상에 고르게 펴는 분배 단계를 더 포함하는 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    분배 단계는 압축 공기를 이용하여 산화망간-티타니아 촉매를 촉매 지지체 표면 상에 고르게 펴는 단계인 방법.
  12. 제 8 항에 있어서,
    분사 단계 이후에 촉매 지지체를 건조시키는 건조 단계를 더 포함하는 촉매 필터의 제조방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    건조 단계는 40 내지 70℃의 온도에서 2 내지 10시간 동안 수행되는 촉매 필터의 제조방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    건조 단계 이후에 이물질을 제거하는 단계를 더 포함하는 촉매 필터의 제조방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    이물질을 제거하는 단계는 압축 공기를 촉매 지지체에 불어 넣어 수행하는 것인 촉매 필터의 제조방법.
  16. 제 8 항에 있어서,
    상기 방법은 촉매 지지체의 한쪽 표면에 산화망간-티타니아 촉매의 분사 단계, 분배 단계, 및 건조 단계를 수행한 뒤, 촉매 지지체의 반대쪽 표면에 산화망간-티타니아 촉매의 분사 단계, 분배 단계, 및 건조단계를 수행하는 것인 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    한쪽 표면에 대한 건조단계는 3 내지 5시간 동안 수행하고, 반대쪽 표면에 대한 건조는 7 내지 9시간 동안 수행하는 것인 촉매 필터의 제조방법.
  18. 제 8 항에 있어서,
    코팅슬러리를 제조하는 단계는 a) 증류수에 메틸셀룰로오스를 첨가하여 30 내지 50℃에서 1시간 내지 3시간 동안 교반하고; b) a)의 슬러리에 벤토나이트를 첨가하여 30 내지 50℃에서 1시간 내지 3시간 동안 교반하고; c) b)의 슬러리에 산화망간-티타니아 촉매를 첨가하여 30 내지 50℃에서 1시간 내지 3시간 동안 교반하는 것을 포함하는 방법.
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