KR20170122383A - 식물정유물질을 이용한 VOCs 및 악취 탈취제 - Google Patents

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KR20170122383A
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오광중
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정종현
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Abstract

본 발명은 식물정유물질을 이용한 VOCs 및 악취 탈취제에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 식물정유물질 0.10 내지 2.00부피%, 악취물질의 산화 및 분해 작용에 촉매 역할을 담당하는 첨가제 0.01 내지 1.00부피% 및 증류수 또는 증류수와 에탄올의 혼합용액 중 어느 1종이 97.00 내지 99.89부피%의 비율로 조성되도록 탈취제를 제조함으로써, VOCs 및 다양한 악취물질을 악취대상으로 하여 탈취효율을 향상시키는 것을 특징으로 하는 식물정유물질을 이용한 VOCs 및 악취 탈취제에 관한 것이다.

Description

식물정유물질을 이용한 VOCs 및 악취 탈취제{VOCs and stink deodorant with plant material essential oils}
본 발명은 식물정유물질을 이용한 VOCs 및 악취 탈취제에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 식물정유물질 0.10 내지 2.00부피%, 악취물질의 산화 및 분해 작용에 촉매 역할을 담당하는 첨가제 0.01 내지 1.00부피% 및 증류수 또는 증류수와 에탄올의 혼합용액 중 어느 1종이 97.00 내지 99.89부피%의 비율로 조성되도록 탈취제를 제조함으로써, VOCs 및 다양한 악취물질을 악취대상으로 하여 탈취효율을 향상시키는 것을 특징으로 하는 식물정유물질을 이용한 VOCs 및 악취 탈취제에 관한 것이다.
국민소득이 증가하고 쾌적한 삶의 질에 대한 국민적 요구 증대로 환경문제에 대한 관심이 점차 커지고 있으며, 악취분야도 이를 구성하는 중요한 요소로 주목받고 있다.
악취의 발생원은 크게 자연적발생원과 인위적발생원으로 나뉠 수 있으며 자연적 발생원은 미생물에 의한 단백질 분해 또는 물질자체가 가지는 고유한 냄새 등에 의해 발생되며 축산시설, 사료, 비료제조 공장 도축장, 염색제조공정 및 관련시설, 폐수, 분뇨시설, 교통시설, 개인주택 등의 각종 인위적 발생원에서 발생된다. 이러한 악취의 원인성분은 황성분계, 질소성분계, 지방산, 알데히드류, VOCs 성분으로 대별되며, 악취현상은 주변지역에서 민원이나 불만 형태로 표면화되어 광범위하게 발생하는 경우가 많아서 악취 제어에 대한 체계적인 연구가 필요하게 되었다.
VOCs 및 악취 방지기술은 크게 연소법, 흡수세정법, 생물학적 처리방법, 흡착법으로 구분된다. 연소법은 에너지 소비가 크고 필요 설치 면적이 넓어 경제성이 떨어진다는 단점이 존재하며, 흡착법은 흡착제의 주기적인 교체가 필요하다. 흡수세정법 및 생물학적 처리방법은 상대적으로 낮은 처리효율과 유지관리의 어려움으로 인하여 주변지역으로 VOCs 및 악취물질의 확산이 일어나게 된다. 이처럼 주변지역으로 확산되는 VOCs 및 악취물질을 처리하기 위해 분사형 탈취제가 필요하다.
이에 따라 식물정유물질을 이용한 다양한 탈취제가 개발되고 있다. 대한민국 공개특허 제10-2011-0107513호는 송유, 편백유, 유칼립투스, 라벤더, 레몬, 사과, 계피, 녹나무, 시다우스와 같은 탈취 작용이 우수한 천연 식물을 증류 정제하여 오일 형태의 정유를 추출하고, 상기 추출된 오일 형태의 정유를 수증기 증류법에 의한 증류처리로 희석시켜 발화성을 갖도록 가공한 후, 가공된 정유를 숙성하여 제조하는 항균 탈취제 및 그 제조방법을 제공하므로 식물에서 추출된 천연물질로 안전성이 우수하고, 식물 고유의 항균 및 탈취력이 우수하며, 특히 발화성이 강하기 때문에 일정 공간에서 항균, 탈취력을 더욱 우수하게 제공하는데 그 특징이 있는 식물 정유를 이용한 항균 탈취제 및 그 제조방법에 대해 개시하고 있다. 또한, 대한민국 등록특허 제10-0808094호는 광합성 세균, 슈퍼버그, 항산화 효모균 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종의 미생물, 피톤치드 수액, 테르펜, 폴리페놀, 알칼로이드, 글리코시드 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종의 식물성 정유, 하이드록시에시드, 질산은, 대두 단백질, 견단백질, 콜라겐 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종의 천연 단백질, 및 인산티타늄계 화합물을 포함하여 독성 물질을 제거하고 항균 효과를 나타내며, 특히 건축 자재 등에 함유되어 새집 증후군을 유발하는 포름알데히드(HCHO) 및 휘발성 유기화합물(VOC)의 제거에 효과가 있는 새집 증후군의 원인이 되는 포름알데히드 및 휘발성유기화합물을 제거하기 위한 탈취 및 항균성 조성물에 대해 개시하고 있다.
그러나, 현재까지 개발된 탈취제 대부분이 악취물질을 제거하는 방법으로 마스킹법을 이용하고 있으나, 마스킹법은 냄새를 숨기는 기술에 불과하여 근본적인 VOCs 및 악취 제거방법이라고 할 수 없으며, 천연정유물질을 이용하여 개발된 탈취제는 악취대상이 황화합물이나 아민계열로 한정되어 있어 VOCs를 포함한 악취물질을 대상으로 수행한 연구는 아직 부족한 실정이다. 따라서 다양한 식물정유물질과 적절한 첨가제를 이용하여 VOCs 및 다양한 악취물질을 처리할 수 있으며, 탈취 효율을 증가시킬 수 있는 장점이 있는 탈취제에 대한 개발이 필요하다.
대한민국 공개특허 제10-2011-0107513호 대한민국 등록특허 제10-0808094호
본 발명은 상술한 것과 같은 문제점을 해결하고, 필요한 기술을 제공하기 위하여 안출된 것으로서,
본 발명은 식물정유물질, 악취물질의 산화 및 분해 작용에 촉매 역할을 담당하는 첨가제 및 증류수 또는 증류수와 에탄올의 혼합용액 중 어느 1종을 혼합하여 탈취제를 제조함으로써, VOCs 및 다양한 악취물질을 악취대상으로 하여 탈취효율을 향상시키는 것을 특징으로 하는 식물정유물질을 이용한 VOCs 및 악취 탈취제를 제공함에 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시형태로서,
본 발명의 실시형태는 식물정유물질 0.10 내지 2.00부피%, 악취물질의 산화 및 분해 작용에 촉매 역할을 담당하는 첨가제 0.01 내지 1.00부피% 및 증류수 또는 증류수와 에탄올의 혼합용액 중 어느 1종이 97.00 내지 99.89부피%의 비율로 조성되는 것을 특징으로 하는 식물정유물질을 이용한 VOCs 및 악취 탈취제를 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 식물정유물질은 라벤더, 시나몬, 자스민, 바질, 만다린, 로즈우드, 카모마일, 시트론, 베티버, 박하, 편백나무, 레몬, 라임, 베르가못, 파출리, 세이지, 티트리, 네롤리, 히솝풀, 쥬니퍼베리, 전나무, 녹나무, 레몬그라스, 세다우드, 로즈, 샌달우드, 제라늄, 로즈제라늄, 마늘대, 소나무, 잣나무, 애니시드, 유칼립투스, 로즈마리, 타임, 코코넛, 캐롯시드 및 레몬버베나 각각에서 추출된 식물정유물질 중 어느 1종 이상인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 첨가제는 이산화티타늄, 오산화바나듐, 과산화아연, 제올라이트, 텅스텐, 벤토나이트 또는 활성탄 중 어느 1종 이상인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 증류수와 에탄올의 혼합용액은 증류수 40 내지 60부피%와 에탄올 40 내지 60부피%의 비율로 혼합된 것임을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 식물정유물질을 이용한 VOCs 및 악취 탈취제는 식물정유물질, 악취물질의 산화 및 분해 작용에 촉매 역할을 담당하는 첨가제 및 증류수 또는 증류수와 에탄올의 혼합용액 중 어느 1종을 적당량 혼합하여 탈취제를 제조함으로써, 식물정유물질을 이용하여 제조된 기존의 탈취제가 황화합물 또는 암모니아와 같은 악취물질에만 적용가능한 문제점을 극복할 수 있으며, VOCs 및 다양한 악취물질을 악취대상으로 하여 탈취효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
도 1은 A1 내지 A10 탈취제의 악취물질에 대한 제거효율을 측정한 그래프이다.
도 2는 B1 내지 B10 탈취제의 악취물질에 대한 제거효율을 측정한 그래프이다.
도 3은 C1 내지 C9 탈취제의 악취물질에 대한 제거효율을 측정한 그래프이다.
도 4는 D1 내지 D9 탈취제의 악취물질에 대한 제거효율을 측정한 그래프이다.
도 5는 첨가제의 종류에 따른 탈취제의 악취물질에 대한 제거효율을 측정한 그래프이다.
도 6은 회분식장치를 이용하여 탈취제의 희석배수에 따른 탈취효과를 측정한 그래프이다.
도 7은 회분식장치를 이용하여 탈취제의 분사량에 따른 탈취효과를 측정한 그래프이다.
도 8은 회분식장치를 이용하여 탈취환경 중 온도에 따른 탈취효과를 측정한 그래프이다.
이하, 본원의 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시형태를 들어 상세히 설명한다. 본 발명의 실시형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 발명은 식물정유물질 0.10 내지 2.00부피%, 악취물질의 산화 및 분해 작용에 촉매 역할을 담당하는 첨가제 0.01 내지 1.00부피% 및 증류수 또는 증류수와 에탄올의 혼합용액 중 어느 1종이 97.00 내지 99.89부피%의 비율로 조성되는 것을 특징으로 하는 식물정유물질을 이용한 VOCs 및 악취 탈취제에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 식물정유물질은 탈취제 전체 부피%에 대해서 0.10 내지 2.00부피%의 비율로 혼합되어 조성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
식물정유물질에 포함된 테르핀 계열의 화합물의 경우 일종의 NVOCs(Natural VOCs, 자연적 휘발성유기화합물)로 피톤치드의 일종으로 알려져 있다. 이러한 테르핀의 경우 특유의 냄새를 가지고 있어, 공기 중 미량으로 존재할 경우 악취물질을 산화시키는데 긍정적인 역할을 할 수 있지만, 농도가 높아짐에 따라 냄새의 강도가 증가하여 또 다른 악취 요인으로 작용할 수 있다. 따라서, 식물정유물질은 탈취제 전체 부피%에 대해서 0.10~2.00부피%의 범위 내에서 혼합되는 것이 바람직하다.
식물정유물질의 조성비율을 탈취제 전체 부피%에 대해서 0.10~2.00부피%로 설정한 이유는, 탈취제의 사용처에 따라 식물정유물질의 혼합비율을 달리하기 위함이다. 예컨대, 악취물질이 복합적으로 작용하고 악취강도가 2 이상으로 높은 경우에는 식물정유물질의 혼합비율을 높여 탈취효율을 높일 수 있고, 악취강도가 2 이하인 악취배출시설이나 그 주변에서는 식물정유물질의 혼합물질을 다소 낮게 설정할 수 있기 때문이다.
또한, 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 악취물질의 산화 및 분해 작용에 촉매 역할을 담당하는 첨가제는 탈취제 전체 부피%에 대해서 0.01 내지 1.00부피%의 비율로 혼합되어 조성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
첨가제는 소량으로도 첨가제의 역할을 할 수 있으며, 탈취제 전체 부피%에 대해서 1.00부피%를 초과하는 비율로 혼합되어 조성될 경우, 생성되는 염에 의하여 탈취성능에 영향을 미치게 될 우려가 있다. 따라서, 악취물질의 산화 및 분해 작용에 촉매 역할을 담당하는 첨가제는 탈취제 전체 부피%에 대해서 0.01 내지 1.00부피%의 범위 내에서 혼합되는 것이 바람직하다.
아울러, 본 발명의 일 실시형태에 따르면 증류수 또는 증류수와 에탄올의 혼합용액 중 어느 1종은 탈취제 전체 부피%에 대해서 97.00 내지 99.89부피%의 비율로 혼합되어 조성되는 것을 특징으로 할 수 있다. 증류수 또는 증류수와 에탄올의 혼합용액 중 어느 1종은 식물정유물질 및 첨가제의 혼합비율을 고려하여 탈취제 전체 부피%에 대해서 97.00 내지 99.89부피%의 비율로 혼합되어 조성되는 것이 가장 바람직하다. 또한, 상기 증류수와 에탄올의 혼합용액은, 증류수 40 내지 60부피%와 에탄올 40 내지 60부피%의 비율로 혼합된 것임을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 식물정유물질을 이용한 VOCs 및 악취 탈취제는 VOCs 및 악취물질과 반응하여 높은 제거효율을 나타낼 수 있다. 이는 식물정유물질의 테르펜(terpene), 에스터(ester) 및 기타 성분의 작용기와 산성, 중성, 염기성 악취물질과 반응하여 무취물질로 변화시키며, 첨가제는 촉매 작용을 통해 개별 악취물질들이 산화, 분해에 기여하기 때문이다.
이에 제한되는 것은 아니나, 본 발명의 일 실시형태에 따라 제조된 식물정유물질을 이용한 VOCs 및 악취 탈취제는 사용목적이나 사용조건에 따라 100배 내지 400배 희석하여 사용함이 바람직하고, 희석배수가 높다하더라도 악취성분을 신속하게 탈취할 수 있을 뿐만 아니라 좋은 향기를 통해 쾌적한 환경을 조성할 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 식물정유물질은 라벤더, 시나몬, 자스민, 바질, 만다린, 로즈우드, 카모마일, 시트론, 베티버, 박하, 편백나무, 레몬, 라임, 베르가못, 파출리, 세이지, 티트리, 네롤리, 히솝풀, 쥬니퍼베리, 전나무, 녹나무, 레몬그라스, 세다우드, 로즈, 샌달우드, 제라늄, 로즈제라늄, 마늘대, 소나무, 잣나무, 애니시드, 유칼립투스, 로즈마리, 타임, 코코넛, 캐롯시드 및 레몬버베나 각각에서 추출된 식물정유물질 중 어느 1종 이상인 것을 특징으로 할 수 있다.
라벤더(Lavender)는 꿀풀과의 상록 여러해살이풀로, 지중해 연안이 원산지다. 허브차, 아로마테라피, 관상용으로 이용된다. 봄에 보라색이나 흰색 또는 분홍색의 꽃을 핀다. 색으로서 라벤더색이라 할 때는 연보라색을 의미한다. 라벤더에는 진통, 정신 안정, 방충, 살균 등의 효과가 있다고 알려져 있다.
시나몬(Cinnamon)은 요리와 제과 등에 이용되는 향신료로 친숙하며, 예로부터 전세계적으로 사용된 가장 오래된 향신료 중 하나이다. 원산지는 중국 남부의 베트남 근처이며 열대 각지에서 폭넓게 재배된다. 녹나무 속 중 몇 종의 나무껍질이나 잎, 나뭇가지에서 추출해서 시나몬 오일을 제조한다. 시나몬은 당과류, 향료, 약재의 원료로 사용되며 방충제, 탈취제로도 쓰인다.
자스민(Jasmine)은 자스민속에 속하는 식물의 총칭이다. 200여 종으로 이루어져 있으며, 구세계의 열대와 온대 지역에 분포한다. 잎은 상록성인 경우도 있고, 낙엽성인 경우도 있다. 대부분의 종은 백색 또는 황색 꽃을 피운다. 여러 종의 꽃은 강한 향기를 가지고 있고, 향수와 자스민 차의 원료로 사용된다.
바질(Basil)은 동아시아와 여러 태평양 섬이 원산지이며 잎은 둥글고 끝이 넓은 녹색으로 키는 40㎝ 정도로 자주색이나 흰색의 꽃이 핀다. 약효로는 두통, 신경과민, 구내염, 강장효과, 건위, 진정, 살균, 불면증을 치료해주며, 살균소독작용이 있다.
만다린(귤나무, Mandarin)은 만다린 오렌지라고도 하며 소교목 또는 관목으로 가지를 많이 치며 잎과 꽃이 작다. 열매의 껍질이 잘 벗겨지고 과육은 연하다. 만다린계의 종(種) 가운데 인도 북동부 원산이며, 아시아의 온난지역에서 재배하였던 밀감(mandarin orange/Citrus reticulata) 과 이의 근연종인데, 세계 각지에 퍼져나가 오렌지와 함께 중요 품종으로 나뉘었다.
로즈우드(Rosewood)는 브라질이 원산지이며, 높이가 20m에 달하며 38m까지 자라는 큰 나무이며 로즈우드 오일은 나무의 줄기에서 추출한다. 로즈우드 오일은 진정효과, 피부 개선 , 탈취 방충효과를 가지고 있다.
카모마일(Chamomile)은 번대국화라고도 하고, 유럽이 원산지이다. 줄기는 밑 부분에서 가지가 많이 갈라지고 높이가 50~100㎝이며 능금 향기가 나고 모가 난 줄이 있다. 잎은 어긋나고 잎자루가 없으며 밑 부분이 줄기를 감싸고 2∼3회 깃꼴로 갈라진다. 갈라진 조각은 줄 모양이고 가장자리가 밋밋하다. 피부보습효과 살균 및 소독효과 신경안정 효능이 있다.
시트론(Citron)은 인도 북부 원산이며 동남아시아에서 오랫동안 재배하였다. 감귤 중에서 가장 오래된 과일이며 BC 4세기부터 유럽에 알려졌다. 높이 약 3.5m이다. 가지에 가시가 난다. 잎은 크고 넓은 타원 모양이며 연한 녹색이다. 약간의 톱니가 있으며 잎자루에는 날개가 없다. 꽃은 자줏빛을 띤 흰색이며 레몬과 비슷한 열매가 달린다. 열매는 넓은 타원형이거나 긴 타원형으로 길이 12∼15㎝ 정도이고, 주름이 있으며 끝이 튀어나와 있다. 식용으로 주로 사용된다.
베티버(Vetiver, 향근초(香根), 암란초(岩草))는 인도와 벵골 원산이며 열대와 난대지방에서 뿌리부분의 향료를 채취하기 위하여 재배한다. 높이 1∼2m로 커다란 포기를 형성한다. 잎은 너비 1㎝ 이내이고 다소 흰빛이 도는 녹색이며 잎집이 길다. 원추꽃차례는 길이 15∼30㎝이고 가지가 돌려나며 작은이삭에 까락이 없으나 겉에 짧은 가시가 있다. 원산지에서는 쿠스쿠스(khuskhus)라고 하며, 땅속줄기와 뿌리에서 베티버유(油)를 추출한다. 고급향유, 비누 및 약용으로 사용하며 가장 좋은 정착제이다.
박하(薄荷)는 유럽이 원산지이나 오늘날에는 전 세계에서 재배되고 있다. 박하는 대표적인 허브 식물의 하나로 뿌리줄기를 가진 다년생 식물이다. 30~90㎝ 까지 자라며 줄기의 단면은 정방형이고 부드럽다. 섬유질이 많은 다육질의 줄기뿌리가 넓게 퍼진다. 잎은 4~9㎝의 길이에 1.5~4㎝의 폭으로 타원형이고 짙은 녹색을 띤다. 발한, 해열, 진통, 건위 및 해독제나 초기 감기, 두통, 인후통, 피부병 등의 광범한 치료에 쓰며 악취제거, 살균, 방부작용에 이용된다.
편백나무(Hinoki Cypress)는 일본 원산의 상록교목이며 회목(檜木), 히노끼, 노송나무라고도 한다. 높이 30~40m, 폭 1~2m 가량이며, 나무껍질은 적갈색이고, 작은 바늘 모양의 잎이 가지에 밀생한다. 봄에 가지 위에 작은 꽃이 피며, 10월에 녹색의 구과가 붉은색으로 익는다. 편백나무는 피부질환을 개선하고 스트레스 해소 효과, 면역력 향상, 탈취 효과 등이 있다.
레몬(Lemon)은 운향과의 상록 소교목 레몬나무의 열매이며, 레몬나무는 시트론과 신오렌지를 접목시켜 인위적으로 발생시킨 식물이다. 과일의 껍질에서 압착법을 이용하여 오일을 추출하며 방향제로 사용되며 진정제로 작용할 수 있으며 피부질환에 효능이 있다.
라임(Lime) 나무는 높이가 2m이고, 열매는 직경 5㎝ 정도이다. 재배 되는 열매는 감귤류와 비슷하며 스퀴즈 법과 수증기 증류법에 의해 제조된다. 19세기에 들어서면 라임은 음료 산업에 이용 되게 되고, 향수산업에 활용되고 있다.
베르가못(Bergamot)은 버터오렌지와 레몬의 변종으로 약 5m 정도까지 자라며 아주 진한 녹색잎과 별모양의 하얀 꽃이 핀다. 베르가못은 이탈리아, 모로코, 동북 아메리카에서 자라며 감귤류의 신선하고 달콤한 과일 향을 가졌다. 베르가못오일은 기분전환, 진정효과와 소화계 개선, 살균 작용을 한다.
파출리(Patchouli, 藿香)는 높이 30∼80㎝이다. 줄기는 밑동에서 가지를 낸다. 잎은 어긋나고 넓은 타원 모양이며 가장자리에 물결 모양의 톱니가 있다. 뒷면에는 털이 빽빽이 난다. 꽃은 입술 모양이고 연한 자주색이며 가지 끝에 수상꽃차례로 달린다. 잎을 채취하여 증류하면 파출리 캠퍼(patchouli camphor)를 비롯한 여러 가지 정유를 얻을 수 있다. 향균효과와 탈취효과가 있다.
세이지(Sage)는 샐비어가 속한 꿀풀과 뱀차조기속의 아관목중 하나로, 샐비어(Salvia splendens)와 같은 속에 속하나, 잎의 모양이 전혀 다르며, 식물 전체에서 진한 향이 풍겨 나온다는 점이 다르다. 하지만 꽃의 색은 샐비어, 세이지 모두 종류에 따라서 다양하다. 예로부터 서양에서 항균작용이 있는 약용 허브로 널리 사용되었으며, 요리에 넣어 먹거나 차로 달여 마시기도 하였다.
티트리(Tea tree)는 오스트레일리아로 뉴사우스 웨일스주에서 자생한다. 높이 약 6m까지 자란다. 늪지대에서 자라며 생명력이 강해서 줄기를 잘라내도 잘 자란다. 공기를 상쾌하게 정화하는 역할을 하는 허브의 한 종류이다. 피부창상의 치료제로서 사용되며 살균소독제, 탈취제, 비누 및 공기정화제에도 넣어 사용한다.
네롤리(Neroli, Orange Blossom)는 지중해 연안을 주산지로 하는 운향과 식물의 꽃이며 네놀리유는 고급화장품의 향료로 쓰인다.
히솝풀(Hyssop)은 허브의 한 종류로, 중앙아시아와 남유럽이 원산지이다. 높이 약 40∼60㎝이다. 식물 전체에서 박하 냄새가 난다. 잎은 마주나고 생김새가 버드나무 잎과 비슷한데, 잎몸은 길고 원 모양이다. 개화기는 긴 편으로 6∼8월이며, 가지 끝에서 약 10㎝까지 한쪽에 3개의 꽃이 핀다. 꽃빛깔은 향신료용의 경우 청자색이고 관상용의 경우 분홍색·흰색·담홍색 등이다. 향신료, 약초로 이용되고 건위 작용, 초기 감기, 정신적 불안감, 가벼운 히스테리 등을 치료하는 데에 도움이 된다.
쥬니퍼베리(Juniper Berry)는 유럽 원산의 상록관목인 주니퍼나무의 열매로 암수딴그루이며 가을에 결실된다. 열매는 처음에는 녹색이지만 완전히 익으면 검어진다. 열매를 건조시켜 보관한다. 쌉싸래하면서도 단내가 느껴지는데, 마치 송진에서 나는 향과도 비슷하다. 맛은 달지만 약간 얼얼한 느낌이 있다.
전나무(Needle Fir)는 소나무과에 속하는 늘푸른큰키나무이다. 높이 20~40m, 지름 1.5m 가량으로 고산지대에서 잘 자란다. 나무껍질은 잿빛이 도는 암갈색으로 거칠며 비늘조각 모양이다. 전나무 오일은 직경 8㎜를 넘지 않는 가지에서 오일을 추출하며, 균 및 소독효과와 탈취 효과가 있는 것으로 알려져 있다.
녹나무(Camphor Tree)는 상록성의 키 큰 활엽수로 크게 자란 것은 높이 20m, 지름이 2m에 이르는 것도 있다. 잔가지는 황록색이고 윤기가 나며 잎은 서로 어긋나게 자리하고 있다. 잎의 생김새는 계란 꼴 또는 계란 꼴에 가까운 타원 꼴이다. 잎의 가장자리에는 톱니가 없으며 물결과 같은 모양으로 주름이 잡히고 뒷면은 회녹색이다. 길이가 1.5~2.5㎝ 되는 잎자루를 가지며 어린잎은 붉은빛이 감돈다.
레몬그라스(Lemon grass)의 원산지는 인도, 동남아시아, 중남미 열대지방이며, 레몬그라스의 억새를 닮은 잎은 찢어서 비벼보면 레몬 향기가 난다. 이 향기의 주성분은 레몬과 같은 ‘시트랄(Citral)’로 정유의 70~80%를 차지한다. 레몬그라스의 정유는 약품, 향수, 비누, 린스, 캔디에 사용된다. 또한 소화촉진, 빈혈완화, 살균작용의 효능이 있다.
세다우드(Cederwood)는 북미지방의 Atlas 지방에 널리 자생하는 것으로 아주 널찍하고 피라미드 모양의 건강한 수목이며 대략 40m까지 자란다. 가지가 옆으로 넓게 자라나고 사철 푸른 나무로 향을 포함하는 성분이 많아 수목향이 유난히 진하다. 세다우드의 특성은 강력한 항염, 항곰팡이, 상처치유 성분이 포함되어 있으며, 호흡기질환의 약용으로 사용한다.
로즈(Rose)는 주로 산악지대에서 재배되며 로즈 정유는 주로 모로코, 도루코, 프랑스에서 생산되며 아침이슬이 걷힌 직후에 채취하여 증류한다. 로즈 정유의 주된 작용은 진정, 강장, 소독 및 살균 등이 있다.
샌달우드(Sandalwood, Sandalwood White, 백단향)는 뿌리 기생 식물로 샌달우드 유묘는 다른 식물의 뿌리에 귀속되어야만 살아남는다. 목재와 오일을 위한 샌달우드는 뿌리째 뽑아냄으로서 나무를 쓰러뜨려야한다. 특유의 나무향과 약간의 동물 발삼향이 나며 피부진정작용, 살균 작용, 소염작용이 있다.
제라늄(Geranium)은 남아프리카 원산이다. 줄기는 높이 30∼50㎝이고 육질이다. 잎은 부드러우며 자루가 길고 심장 모양 원형이며 극히 얕게 패어 있는 것과 더불어 톱니가 있다. 꽃은 봄에서 여름에 걸쳐 피고 긴 꽃줄기 끝에 자루가 있으며 산형(傘形)으로 달린다. 꽃이 피기 전에는 꽃봉오리가 밑으로 처졌다가 위로 향하여 피며 꽃의 색깔은 품종에 따라 다양하다. 정신 안정, 피로 회복, 스킨케어, 방충 효과가 있다.
로즈제라늄(Geranium Rose)은 쥐손이풀목 쥐손이풀과 여러해살이풀로 이집트가 원산지이다. 높이 30~60㎝ 정도로 가지를 치지 않고 곧게 뻗으며 털로 덮여 있다. 잎은 깃꼴 겹잎으로 깊게 갈라지며 가장자리에 톱니가 있다. 꽃은 4~6월 분홍색이나 장밋빛의 꽃이 피어나고 꽃잎은 솜털로 덮여 있으며 향기는 나지 않는다. 잎과 줄기의 독특한 향으로 모기가 싫어하여 모기퇴치용, 향료 식물, 관상용으로 심는다.
마늘대는 마늘의 꽃줄기로 마늘속대, 마늘쫑, 또는 마늘 싹이라고 불리며, 완전히 자란 마늘의 꽃줄기를 식용으로 한다. 마늘대는 마늘 특유의향과 매운맛을 지니고 있지만 마늘만큼 자극적인 냄새가 심하지 않고 조직이 부드러워 식용이 용이하여 생식, 조림, 장아찌 등의 요리에 이용된다.
소나무(Pine)는 한국과 일본이 원산지이며 키는 20~35m에 이른다. 겨울에도 항상 푸른빛을 유지하는 상록수이다. 바늘잎은 8~9㎝ 길이로 두 개가 한 묶음이 되어 가지에 촘촘히 붙는다. 소나무 오일은 잎과 구에서 오일을 추출하며 살균, 소독효과와 탈취 효과가 있는 것으로 알려져 있다.
잣나무(Pinus koraiensis)는 홍송(紅松) 이라고도 하며 해발고도 1,000m 이상에서 자란다. 높이 20~30m, 지름 1m에 달하는 커다란 나무이다. 나무껍질은 흑갈색이고 얇은 조각이 떨어지며 잎은 짧은 가지 끝에 5개씩 달린다. 잎은 3개의 능선이 있고 양면 흰 기공조선이 5∼6줄씩 있으며 가장자리에 잔 톱니가 있다. 종자는 날개가 없고 다음해 10월에 익으며, 길이 12∼18㎜, 지름 12㎜로서 식용 또는 약용으로 한다.
애니시드(Aniseed)는 그리스와 이집트가 원산지이며 키는 30~50㎝ 정도 자라며, 줄기는 가늘고 속이 비어있다. 잎은 밝은 녹색으로 2회 우상복엽으로 잘게 찢어져 있으며 감초와 같은 독특한 냄새와 맛이 있다. 열매는 분열과로서 달걀모양이고 약간 납작하며, 길이 5㎜ 정도로서 처음에는 짧은 털이 난다. 애니시드는 향료, 호흡기질환, 피부질환의 약용, 조미료, 구강 청결제의 재료, 탈취 등으로 사용된다.
유칼립투스(Eucalyptus)는 상록의 교목으로서 높이는 보통 10~15m 정도이고, 잎은 길이 30㎝나 되는 피침형으로 혁질이고, 전체가 흰 분으로 덮여 있으며 향기를 낸다. 유칼리투스는 살균작용, 향균작용, 방부작용, 진정작용, 소염효능이 있다.
로즈마리(Rosemary)는 원산지에서 길이가 100~200㎝ 정도 자라는 여러해살이 상록관목이다. 꽃은 2~6월까지 개화하며 꽃색은 연보라, 청자색, 연분홍, 흰색이다. 가지의 윗쪽에 1㎝ 크기의 잔꽃이 총상화서로 핀다. 꽃잎은 청자색이며 연분홍과 흰색도 드물게 있다. 가을에 종자는 갈색으로 익는데 잘다. 꽃이나 잎을 조금만 건드리기만 해도 짙은 향기를 풍긴다. 에센셜오일에는 살균작용, 소독작용, 방충작용, 산화방지작용이 있어 식품보존을 돕는다.
타임(Thyme)은 유럽의 중부 또는 남부와 북아프리카에서 주로 재배되기는 하지만 전세계에서 고루 재배되고 있으며, 높이는 30㎝이다. 잔뿌리가 많은 뿌리에서 사각 모양의 줄기가 나와 위로 올라가며 곁가지를 많이 친다. 잎줄기는 매우 짧고, 길이 5~9㎜, 너비 3㎜ 정도인 긴 타원형의 잎 가장자리는 안으로 굽고 잔털이 많다. 방부작용, 항균작용, 거담작용 등으로 이용되고 있다.
코코넛(Coconut)은 700종이 있으며 높이는 30m 정도 자라는 단간의 교목이다. 잎의 형태는 우상복엽(羽狀複葉)으로 회색을 띠는 백록색이며 꽃은 육수화서(肉穗花序)로서 1~1.5m이고, 과실은 타원형으로 삼각의 능선이 있다. 이용부위는 꽃, 잎, 열매, 수피, 나무, 씨앗이며 기둥 같은 줄기는 건축물에, 잎은 엮어서 지붕을 덮는 데 쓰인다. 심의 중심은 요리재료로 사용한다. 열매 말린 것을 코프라(copra)라고 하며, 코코넛오일로는 비누를 만든다. 합성고무, 글리세린, 화장품에 쓰이고, 다른 지방들이 흡수되지 않도록 하는 성질이 있어 특별한 다이어트를 위해 사용하기도 한다.
캐롯시드(Carrot Seed)는 높이 1.5m 정도의 직립성 줄기에 여러 개의 가지를 갖는 산형화과의 허브로 야생 당근은 유럽, 아시아, 북아메리카가 원산지이다. 캐롯시드 오일은 비누, 세정제, 크림, 로션, 향수의 향기 성분으로 쓰이며 햇볕 차단제나 베타 카로텐 및 비타민A의 원재료로 쓰인다.
레몬버베나(Lemon Verbena)는 높이 60~150㎝ 정도 자라는 비내한성 낙엽 소저목이다. 전체에 강한 레몬향을 지닌다. 잎의 길이는 7~12㎝로 긴 피침형으로 끝은 뾰족하다. 잎은 3~4개가 줄기에 윤생(輪生)한다. 꽃은 여름에 흰색 또는 연보라색으로 작은 것이 밀집하여 원추화서(圓錐花序)로 달린다. 요리와 차에, 화장품 재료로 다양하게 이용되며 살균, 방부작용이 있다.
상기 식물에서 식물정유물질을 추출하는 방법은 수증기증류법, 압착법, 물증류법 및 용매추출법 등이 있다.
수증기증류법(Steam Distillantion)은 에센셜오일을 추출하는 방법 중에 가장 많이 사용하는 방법으로 거의 80% 이상은 수증기 증류법을 사용한다. 원료가 되는 식물을 스팀리액터에 가열하면 증기가 발생한다. 100℃ 이상의 뜨거운 열로 인해서 식물세포의 세포벽이 파괴되고, 파괴된 식물의 혼합물들이 증기로 변하여 파이프에 모아지게 되고 수증기 형태의 혼합물들이 냉각장치로 인해서 액체로 변하게 된다. 오일은 상층부에 하부에는 증류수로 나누어져 추출하는 방법이다.
압착법(expression)은 에센셜오일을 추출하기 위해 사용하는 원료 중에 열에 민감하여 증류추출법을 사용할 수 없는 경우에 사용한다. 이러한 원료들은 될 수 있는 한 열을 가하지 않는 것이 좋은데, 압착법(expression)은 감귤류의 에센스오일 추출에 가장 널리 사용되는 저온추출법 가운데 하나이다. 주로 레몬, 오렌지. 버가못, 만다린 등의 감귤류 겉의 껍질에 있는 분비낭 세포를 압착하여 에센셜오일을 추출하는 방법으로, 열에 불안정한 감귤류를 저온에서 처리하는 방법이다. 보통 냉압착법 이라고 하는데, 이런 압착법의 경우에는 시트러스 계열의 에센셜오일을 추출할 때 많이 사용하게 된다. 대부분의 감귤류 껍질의 외부에 오일이 들어 있기 때문에 껍질의 무기염류를 제거하고 추출하는 방법이다.
물증류법(water distillation)은 식물을 완전히 물에 담그고 100℃ 이하의 온도와 낮은 압력으로 끓이는 추출법이다. 열에 민감하지만 추출되는 시간에는 영향을 받지 않는 식물에 사용된다. 주로 네롤리와 로즈오일 추출에 사용된다.
용매추출법(solvents extraction)은 큰 용기에 식물을 가득 넣고 뜨거운 용매를 부어 에센셜오일 성분이 용출되면 용매와 수분을 진공 휘발시키는 추출법이다. 용매 추출법으로 오일 추출 후 용매가 제거된 반고형 물질을 콘크리트라고 한다. 식물의 천연왁스와 수지, 에센셜오일의 혼합물인 콘크리트를 헥산에 이중 증류하고 다시 알코올 정제해 추출한 것을 앱솔루트라고 한다. 쟈스민과 같은 수지성 에센셜오일을 추출하는 과정에서 용매추출법을 많이 사용 하며, 추출 시 사용되는 용매로는 헥산(hexane), 에테르(ether), 알코올(alcohol) 등이 있다.
이에 제한되는 것은 아니나, 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 라벤더, 시나몬, 자스민, 바질, 만다린, 로즈우드, 카모마일, 시트론, 베티버, 박하, 편백나무, 레몬, 라임, 베르가못, 파출리, 세이지, 티트리, 네롤리, 히솝풀, 쥬니퍼베리, 전나무, 녹나무, 레몬그라스, 세다우드, 로즈, 샌달우드, 제라늄, 로즈제라늄, 마늘대, 소나무, 잣나무, 애니시드, 유칼립투스, 로즈마리, 타임, 코코넛, 캐롯시드 및 레몬버베나 각각을 수증기증류법, 압착법, 물증류법 및 용매추출법 중 어느 하나의 방법을 이용하여 식물정유물질을 추출하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 첨가제는 이산화티타늄, 오산화바나듐, 과산화아연, 제올라이트, 텅스텐, 벤토나이트 또는 활성탄 중 어느 1종 이상인 것을 특징으로 할 수 있다.
첨가제 중 광촉매로는 이산화티타늄(TiO2), 오산화바나듐(V2O5), 과산화아연(ZnO), 텅스텐(WO3)을 사용하고 이 물질들은 조명 등의 빛으로부터 산화력이 강한 OH라디칼을 발생시켜, 악취물질을 산화분해하여 탈취효과를 낸다.
과산화아연(ZnO)은 페인트의 백색 안료 또는 세라믹 광택제, 살균제, 썬 크림 로션, 데오드란트(deodorant) 파우더의 원료로 사용되고 있으며, 이산화티타늄(TiO2)은 페인트, 잉크, 의약품, 식품 첨가제, 화장품 등의 분야에서 응용되고 있다. 오산화바나듐(V2O5)은 직물 염료, 잉크, 살충제, 세라믹 타일 착색제, 위생도기 착색제, 사진 현상액 및 용접봉의 코팅에 사용되며, 텅스텐(WO3)은 LED 형광등, 면광원, 직관형 LED램프, 반사시트, 확산판용 코팅제로 응용되어 사용되고 있다.
첨가제 중 흡착제로는 제올라이트(Zeolite), 벤토나이트(Bentonate), 활성탄(Activated carbon)을 사용하며 이러한 물질들은 내부에 많은 동공이 있으며 양이온이 치환되면서 다양한 악취물질을 선택적으로 분리 및 흡착이 가능하다.
이하, 본 발명의 일 실시형태에 따른 식물정유물질을 이용한 VOCs 및 악취 탈취제에 대해 실시예를 들어 구체적으로 설명한다. 본 발명의 일 실시형태에 따른 식물정유물질을 이용한 VOCs 및 악취 탈취제(이하, ‘탈취제’이라고도 함)는 후술하는 실시예에 의하여 보다 명확하게 이해될 수 있다.
식물정유물질을 이용한 VOCs 및 악취 탈취제 제조
각각의 식물에서 추출한 식물정유물질 0.45부피%, 이산화티타늄(TiO2) 첨가제 0.05부피% 및 증류수와 에탄올을 1:1의 부피비로 혼합한 증류수와 에탄올의 혼합용액 99.5부피%의 비율로 혼합하여 식물정유물질을 이용한 VOCs 및 악취 탈취제를 제조한다.
제조된 식물정유물질을 이용한 VOCs 및 악취 탈취제는 하기 표 1 내지 4에 구체적으로 나타내었다.
식물종류 식물정유물질을 이용한 VOCs 및 악취 탈취제 조성 비율
식물정유물질 첨가제 증류수와 에탄올 혼합용액
A1 라벤더 0.45 부피% 0.05 부피% 99.5 부피%
A2 시나몬 0.45 부피% 0.05 부피% 99.5 부피%
A3 자스민 0.45 부피% 0.05 부피% 99.5 부피%
A4 바질 0.45 부피% 0.05 부피% 99.5 부피%
A5 만다린 0.45 부피% 0.05 부피% 99.5 부피%
A6 로즈우드 0.45 부피% 0.05 부피% 99.5 부피%
A7 카모마일 0.45 부피% 0.05 부피% 99.5 부피%
A8 시트론 0.45 부피% 0.05 부피% 99.5 부피%
A9 베티버 0.45 부피% 0.05 부피% 99.5 부피%
A10 박하 0.45 부피% 0.05 부피% 99.5 부피%
식물종류 식물정유물질을 이용한 VOCs 및 악취 탈취제 조성 비율
식물정유물질 첨가제 증류수와 에탄올 혼합용액
B1 편백나무 0.45 부피% 0.05 부피% 99.5 부피%
B2 레몬 0.45 부피% 0.05 부피% 99.5 부피%
B3 라임 0.45 부피% 0.05 부피% 99.5 부피%
B4 베르가못 0.45 부피% 0.05 부피% 99.5 부피%
B5 파출리 0.45 부피% 0.05 부피% 99.5 부피%
B6 세이지 0.45 부피% 0.05 부피% 99.5 부피%
B7 티트리 0.45 부피% 0.05 부피% 99.5 부피%
B8 네롤리 0.45 부피% 0.05 부피% 99.5 부피%
B9 히솝풀 0.45 부피% 0.05 부피% 99.5 부피%
B10 쥬니퍼베리 0.45 부피% 0.05 부피% 99.5 부피%
식물종류 식물정유물질을 이용한 VOCs 및 악취 탈취제 조성 비율
식물정유물질 첨가제 증류수와 에탄올 혼합용액
C1 전나무 0.45 부피% 0.05 부피% 99.5 부피%
C2 녹나무 0.45 부피% 0.05 부피% 99.5 부피%
C3 레몬그라스 0.45 부피% 0.05 부피% 99.5 부피%
C4 세다우드 0.45 부피% 0.05 부피% 99.5 부피%
C5 로즈 0.45 부피% 0.05 부피% 99.5 부피%
C6 샌달우드 0.45 부피% 0.05 부피% 99.5 부피%
C7 제라늄 0.45 부피% 0.05 부피% 99.5 부피%
C8 로즈제라늄 0.45 부피% 0.05 부피% 99.5 부피%
C9 마늘대 0.45 부피% 0.05 부피% 99.5 부피%
식물종류 식물정유물질을 이용한 VOCs 및 악취 탈취제 조성 비율
식물정유물질 첨가제 증류수와 에탄올 혼합용액
D1 소나무 0.45 부피% 0.05 부피% 99.5 부피%
D2 잣나무 0.45 부피% 0.05 부피% 99.5 부피%
D3 애니시드 0.45 부피% 0.05 부피% 99.5 부피%
D4 유칼립투스 0.45 부피% 0.05 부피% 99.5 부피%
D5 로즈마리 0.45 부피% 0.05 부피% 99.5 부피%
D6 타임 0.45 부피% 0.05 부피% 99.5 부피%
D7 코코넛 0.45 부피% 0.05 부피% 99.5 부피%
D8 캐롯시드 0.45 부피% 0.05 부피% 99.5 부피%
D9 레몬버베나 0.45 부피% 0.05 부피% 99.5 부피%
탈취제의 스크리닝 실험
상기 실시예 1에서 제조된 식물정유물질을 이용한 VOCs 및 악취 탈취제에 대한 스크리닝 실험을 실시하였다. 탈취제를 10배 희석하여 Screening test를 실시하였으며, 탈취제를 200배 희석하여 Batch test를 실시하였다.
1. 탈취제의 Screening test
장치는 상압의 조건에서 반응하도록 구성되어 있으며, 탈취제 온도를 유지하기 위해 온도설정이 가능한 water bath를 설치하였다. 악취물질의 경우 테들라백에 일정한 농도로 주입된 상태에서 스크리닝 반응기의 유입부에 연결하였고, 장치 후단에는 증기 상태의 탈취제를 제거하기 위한 실리카겔과 응축기를 설치하였다. 또한 감압 장치를 이용하여 반응기 전단에 연결된 악취물질을 반응기에 유입시킴으로써 탈취제와 악취물질의 반응을 유도하였다. 악취물질의 경우 TVOC analyzer(2020 COMBO Photoionization Air Moniter, INFICON)을 이용하여 실시간으로 분석하였다.
먼저 각각의 탈취제를 20㎖씩 200㎖ 흡수병에 주입한 뒤, 항온조에 상온으로 하여 약 30분간 방치하여 온도를 보정시켰으며, 악취물질은 3ℓ, 5ℓ 테들라백에 일정한 농도로 주입 후 흡수병 전단에 연결하였다. 흡수병 후단에 연결된 감압장치를 통해 전단의 테들라 백의 압력을 강하시키게 되면 악취물질이 흡수병으로 유입되어 탈취제와 반응하고, 이때 생성된 수분을 제거하기 위해 실리카겔과 Condenser를 통과한 이후 악취물질은 감압장치 전단에 연결된 테들라백에 포집되도록 하였다. 이때 실시간으로 TVOC를 분석하기 위해 응축기 후단에 TVOC analyzer를 연결하였다.
각각의 식물정유물질 및 첨가제를 이용하여 탈취제를 제조하였으며, VOCs에 효과적인 물질을 선별하기 위해 악취물질에 대한 제거효율을 TVOC analyzer로 측정하였다. 실험 조건 및 장치와 방법은 상기에 서술한 바와 같으며, 하기 표 5에 요약하여 나타내었다.
희석배수 10배
온도 상온
반응시간 10분
탈취제 주입량 20㎖ 주입
악취물질 및 VOCs 농도 50 ppm
실험 결과에 따른 그래프는 하기 도 1 내지 도 4에 나타내었으며, 식물정유물질 각각을 이용하여 제조한 탈취제의 악취물질에 대한 제거효율을 확인할 수 있다. 도 1 내지 도 4에 탈취제를 10배 희석하여 탈취제의 제거효율을 측정한 결과는 Screening test라고 기재되어 있다.
2. 탈취제의 Batch test
악취물질을 Flow meter를 이용하여 반응조 전단에 유입시켰다. 반응조는 아크릴박스 형태로 밀폐된 공간으로 제조되었으며, door를 설치하여 실험 후 쉽게 청소가 가능 하게 하였다. 반응조는(250㎜×250㎜×400㎜) 25ℓ이며, 팬이 설치되어 있고, 온도 조절 기능이 있다. 반응조 상단에는 액체 자동 노즐 분사기를 설치하여 혼합 탈취제를 미세하게 분무시킬 수 있도록 하였고, 이 노즐 분사기는 유량 및 시간을 9단계까지 조절 할 수 있다. 반응조 후단에는 증기 상태의 탈취제를 제거하기 위한 실리카겔과 응축기를 설치하였다. 아크릴박스 반응조 내부에 VOC 단일가스(아세트알데히드, 톨루엔, 자일렌, 에틸벤젠, 부틸아세테이트)를 10ppm 의 농도로 반응조 전단에 유입시켜 탈취제를 반응조의 윗부분에 노즐을 고정시켜 분사하였다. 탈취제를 6㎖/250ℓ씩 분사하였으며 반응조를 통과한 악취물질에 TVOC analyzer(2020 COMBO Photoionization Air Moniter, INFICON)를 설치하여 실시간으로 분석하였다.
각각의 식물정유물질 및 첨가제를 이용하여 탈취제를 제조하였으며, VOCs에 효과적인 물질을 선별하기 위해 제거효율을 TVOC analyzer로 측정하였다. 실험 조건 및 장치와 방법은 상기에 서술한 바와 같으며, 하기 표 6에 요약하여 나타내었다.
희석배수 200배
온도 상온
반응시간 1분 30초
탈취제 주입량 6㎖/250ℓ 분사
실험 결과에 따른 그래프는 하기 도 1 내지 도 4에 나타내었으며, 식물정유물질 각각을 이용하여 제조한 탈취제의 악취물질에 대한 제거효율을 확인할 수 있다. 도 1 내지 도 4에 탈취제를 200배 희석하여 탈취제의 악취물질에 대한 제거효율을 측정한 결과는 Batch test라고 기재되어 있다.
첨가제에 대한 스크리닝 실험
식물정유물질을 이용하여 탈취제를 제조하되, 첨가제에 따른 탈취제의 악취물질에 대한 제거효율을 측정하기 위하여, 탈취제와 첨가제를 동시에 주입하여 첨가제의 종류에 대한 스크리닝 실험을 실시하였다.
라벤더에서 추출한 식물정유물질을 이용하여 탈취제를 제조하였으며, 라벤더식물정유물질 0.03부피%와 증류수와 에탄올을 1:1의 부피비로 혼합한 증류수와 에탄올의 혼합용액 99.97부피%의 비율로 혼합하여 식물정유물질을 이용한 VOCs 및 악취 탈취제를 제조한 뒤, 탈취제 20㎖와 첨가제를 20㎖를 동시에 주입하여 악취물질에 대한 제거효율을 측정하는 방식으로 첨가제에 대한 스크리닝 실험을 실시하였다.
이산화티타늄(TiO2), 오산화바나듐(V2O5), 과산화아연(ZnO), 제올라이트(Zeolite), 텅스텐(WO3), 벤토나이트(Bentonate) 및 활성탄(Activated carbon)과 같은 총 7종의 첨가제에 대한 스크리닝 실험을 실시하였다.
각각의 첨가제는 탈취제 20㎖를 주입하는 과정에서 각각 별도로 20㎖씩 주입한 뒤, 하기의 방법으로 악취물질에 대한 제거효율을 측정하였다.
장치는 상압의 조건에서 반응하도록 구성되어 있으며, 탈취제 온도를 유지하기 위해 온도설정이 가능한 water bath를 설치하였다. 악취물질의 경우 테들라백에 일정한 농도로 주입된 상태에서 스크리닝 반응기의 유입부에 연결하였고, 장치 후단에는 증기 상태의 탈취제를 제거하기 위한 실리카겔과 응축기를 설치하였다. 또한 감압 장치를 이용하여 반응기 전단에 연결된 악취물질을 반응기에 유입시킴으로써 탈취제와 악취물질의 반응을 유도하였다. 악취물질의 경우 TVOC analyzer(2020 COMBO Photoionization Air Moniter, INFICON)을 이용하여 실시간으로 분석하였다.
먼저 각각의 탈취제를 20㎖씩 200㎖ 흡수병에 주입한 뒤, 항온조에 상온으로 하여 약 30분간 방치하여 온도를 보정시켰으며, 악취물질은 3ℓ, 5ℓ 테들라백에 일정한 농도로 주입 후 흡수병 전단에 연결하였다. 흡수병 후단에 연결된 감압장치를 통해 전단의 테들라 백의 압력을 강하시키게 되면 악취물질이 흡수병으로 유입되어 탈취제와 반응하고, 이때 생성된 수분을 제거하기 위해 실리카겔과 Condenser를 통과한 이후 악취물질은 감압장치 전단에 연결된 테들라백에 포집되도록 하였다. 이때 실시간으로 TVOC를 분석하기 위해 응축기 후단에 TVOC analyzer를 연결하였다.
식물정유물질 및 첨가제를 이용하여 탈취제를 제조하였으며, VOCs에 효과적인 물질을 선별하기 위해 악취물질에 대한 제거효율을 TVOC analyzer로 측정하였다. 실험 조건 및 장치와 방법은 상기에 서술한 바와 같으며, 하기 표 7에 요약하여 나타내었다.
온도 상온
반응시간 10분
탈취제 주입량 20㎖ 주입
첨가제 주입량 20㎖ 주입
악취물질 및 VOCs 농도 50 ppm
실험 결과에 따른 그래프는 하기 도 5에 나타내었으며, 식물정유물질 이용하여 탈취제를 제조하되, 첨가제의 종류에 따른 탈취제의 악취물질에 대한 제거효율을 확인할 수 있다.
회분식장치를 이용한 탈취효과 측정 시험
실시예 1에서 제조된 탈취제 A1을 이용하여 회분식장치를 이용한 탈취효과 측정 시험을 실시하였다.
1. 탈취제 회분식 분사장치 및 실험방법
악취물질을 Flow meter를 이용하여 반응조 전단에 유입시켰다. 반응조는 아크릴박스 형태로 밀폐된 공간으로 제조되었으며, door를 설치하여 실험 후 쉽게 청소가 가능 하게 하였다. 반응조는(250㎜×250㎜×400㎜) 25ℓ이며, 팬이 설치되어 있고, 온도 조절 기능이 있다. 반응조 상단에는 액체 자동 노즐 분사기를 설치하여 혼합 탈취제를 미세하게 분무시킬 수 있도록 하였고, 이 노즐 분사기는 유량 및 시간을 9단계까지 조절 할 수 있다. 반응조 후단에는 증기 상태의 탈취제를 제거하기 위한 실리카겔과 응축기를 설치하였다. 아크릴박스 반응조 내부에 VOC 단일가스(아세트알데히드, 톨루엔, 자일렌, 에틸벤젠, 부틸아세테이트)를 10ppm 의 농도로 반응조 전단에 유입시켜 탈취제를 반응조의 윗부분에 노즐을 고정시켜 분사하였다. 탈취제를 5초마다 2㎖씩 분사하였으며 반응조를 통과한 악취물질에 TVOC analyzer(2020 COMBO Photoionization Air Moniter, INFICON)를 설치하여 실시간으로 분석하였다.
2. 희석배수에 따른 탈취효과 비교
탈취제를 이용하여 희석배수에 따른 탈취효과를 비교 측정하기 위해 VOCs에 대해서는 하기 표 8의 조건하에서 탈취효과 측정 시험을 시행하였으며, 반응시간에 따른 VOCs 농도는 TVOC analyzer로 실시간 측정하였다.
시험환경(온도) 상온
시험용기 25ℓ 반응조
탈취제 투입량 2㎖/5초 분사
희석배수 100배 희석, 200배 희석, 300배 희석 및 400배 희석
시험기기 TVOC analyzer(2020 COMBO Photoionization Air Moniter, INFICON)
실험 조건 및 장치와 방법은 상기한 바와 같으며, 희석배수에 따른 탈취효과의 결과는 도 6에 나타내었다. 회분식장치를 이용한 탈취효과를 측정한 시험 결과에 따르면 30 내지 40초 안에 탈취반응이 모두 이루어지는 것으로 나타났으며, 100배 희석배수의 경우 탈취율이 44%로 측정되었다.
이는 희석배수가 낮아질수록 탈취제의 농도가 증가하여 식물정유물질 성분과 VOCs가 반응하여 새로운 화합물로 전환됨으로써 무취반응이 일어나는 것으로 판단된다.
3. 분사량에 따른 탈취효과 비교
탈취제를 이용하여 분사량에 따른 탈취효과를 비교 측정하기 위해 VOCs에 대해서는 하기 표 9의 조건하에서 탈취효과 측정 시험을 시행하였으며, 반응시간에 따른 VOCs 농도는 TVOC analyzer로 실시간 측정하였다.
시험환경(온도) 상온
시험용기 25ℓ 반응조
탈취제 투입량 2㎖/5초 분사, 4㎖/5초 분사,
6㎖/5초 분사, 8㎖/5초 분사
희석배수 200배 희석
시험기기 TVOC analyzer(2020 COMBO Photoionization Air Moniter, INFICON)
실험 조건 및 장치와 방법은 상기한 바와 같으며, 분사량에 따른 탈취효과의 결과는 도 7에 나타내었다. 회분식장치를 이용한 탈취효과를 측정한 시험 결과에 따르면 30 내지 40초 안에 탈취반응이 모두 이루어지는 것으로 나타났으며, 5초마다 8㎖씩 분사시에는 탈취율이 54.2%로 측정되었다.
상기 실험 결과는 VOCs 제거 효율 및 개별물질에 대한 실험 결과로써, 단위 시간당 분사 유량이 증가 할수록 VOCs 농도가 많이 감소되어 제거 효율이 높은 것을 확인하였다. 이는 식물정유 속 terpene이 휘발성이 강하고 체류시간이 짧으며 반응성이 매우 커서 순간적인 중화 반응으로 인한 것이다. 분사 유량이 높을수록 기체와 액체 계면에서 더욱 많은 양의 악취 물질이 탈취제와 반응하여 무취 물질로 바뀌는 것으로 판단된다.
4. 온도에 따른 탈취효과 비교
탈취제를 이용하여 탈취환경 중 온도에 따른 탈취효과를 비교 측정하기 위해 VOCs에 대해서는 하기 표 10의 조건하에서 탈취효과 측정 시험을 시행하였으며, 반응시간에 따른 VOCs 농도는 TVOC analyzer로 실시간 측정하였다.
시험환경(온도) 20℃, 25℃, 30℃, 35℃
시험용기 25ℓ 반응조
탈취제 투입량 2㎖/5초 분사
희석배수 200배 희석
시험기기 TVOC analyzer(2020 COMBO Photoionization Air Moniter, INFICON)
실험 조건 및 장치와 방법은 상기한 바와 같으며, 탈취환경 중 온도에 따른 탈취효과의 결과는 도 8에 나타내었다. 회분식장치를 이용한 탈취효과를 측정한 시험 결과에 따르면 30 내지 40초 안에 탈취반응이 모두 이루어지는 것으로 나타났으며, 35℃에서 탈취율이 50.2%로 측정되었다.
이는 반응온도가 증가함에 따라 분자의 확산, 충돌이 증가하고 이로 인해 반응속도가 증가하여 제거효율이 높게 나타나는 것으로 사료된다.
5. 부틸아세테이트 , 톨루엔, 에틸벤젠, 자일렌 및 아세트알데히드 종류에 따른 탈취효과 측정 시험
탈취제를 이용하여 부틸아세테이트, 톨루엔, 에틸벤젠, 자일렌 및 아세트알데히드 종류에 따른 탈취효과를 비교 측정하기 위하여 하기 표 11의 조건 하에서 탈취효과 측정 시험을 시행하였다.
시험환경(온도) 상온
시험용기 25ℓ 반응조
탈취제 투입량 2㎖/5초 분사
희석배수 200배 희석
반응시간 1분 30초
시험기기 TVOC analyzer(2020 COMBO Photoionization Air Moniter, INFICON)
실험 조건 및 장치와 방법은 상기한 바와 같으며, 부틸아세테이트, 톨루엔, 에틸벤젠, 자일렌 및 아세트알데히드 종류에 따른 탈취효과 측정 시험 결과는 하기 표 12과 같다.
시험항목 결과치
Blank(ppm) 최종 농도 탈취효율(%)
뷰틸아세테이트 10 3.08 69.2
톨루엔 10 3.52 64.8
에틸벤젠 10 4.31 56.9
자일렌 10 4.95 50.5
아세트알데히드 10 4.62 53.8
식물정유물질을 혼합하여 제조한 탈취제에 대한 회분식장치를 이용한 탈취효과 측정 시험
식물정유물질을 2종 이상 혼합하여 E1, E2 및 E3의 탈취제를 제조하였으며, E1, E2 및 E3의 탈취제는 하기 표 13에 구체적으로 나타내었다.
식물정유물질을 이용한 VOCs 및 악취 탈취제 조성 비율
식물정유물질 첨가제 증류수와 에탄올 혼합용액
E1 편백나무 식물정유물질 0.15 부피%,
라벤더 식물정유물질 0.15 부피%,
레몬그라스 식물정유물질 0.15 부피%		 0.05 부피% 99.5 부피%
E2 시나몬 식물정유물질 0.175 부피%,
전나무 식물정유물질 0.175 부피%,
쟈스민 식물정유물질 0.1 부피%,		 0.05 부피% 99.5 부피%
E3 소나무 식물정유물질 0.2 부피%,
소나무 식물정유물질 0.2 부피%,		 0.1 부피% 99.5 부피%
탈취제에 포함된 식물정유물질의 종류에 따른 탈취효과를 비교 측정하기 위하여, 하기 표 14의 조건 하에서 탈취효과 측정 시험을 시행하였으며, 구체적인 실험방법은 상기 실시예 3과 동일하다.
시험환경(온도) 상온
시험용기 25ℓ 반응조
탈취제 투입량 6㎖/5초 분사
희석배수 200배 희석
반응시간 1분 30초
악취물질 및 VOCs 농도 50 ppm
시험기기 TVOC analyzer(2020 COMBO Photoionization Air Moniter, INFICON)
상기의 방법 및 조건에서 탈취효과를 측정한 결과, E1의 탈취율은 65.2%로 측정되었으며, E2의 탈취율은 64.1%로 측정되었고, E3의 탈취율은 61.2%로 측정되었다.
결론적으로, 본 발명의 일 실시형태에 따른 식물정유물질을 이용한 VOCs 및 악취 탈취제는 식물정유물질, 악취물질의 산화 및 분해 작용에 촉매 역할을 담당하는 첨가제 및 증류수 또는 증류수와 에탄올의 혼합용액 중 어느 1종을 적당량 혼합하여 탈취제를 제조함으로써, 식물정유물질을 이용하여 제조된 기존의 탈취제가 황화합물 또는 암모니아와 같은 악취물질에만 적용가능한 문제점을 극복할 수 있으며, VOCs 및 다양한 악취물질을 악취대상으로 하여 탈취효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있는 것을 확인하였다.
이상, 실시예를 들어 본 발명을 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되지 않으며, 여러 가지 다양한 형태로 변형될 수 있고, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 많은 변형이 가능함이 명백하다. 또한, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.

Claims (4)

  1. 식물정유물질 0.10 내지 2.00부피%,
    악취물질의 산화 및 분해 작용에 촉매 역할을 담당하는 첨가제 0.01 내지 1.00부피% 및
    증류수 또는 증류수와 에탄올의 혼합용액 중 어느 1종이 97.00 내지 99.89부피%의 비율로 조성되는 것을 특징으로 하는 식물정유물질을 이용한 VOCs 및 악취 탈취제.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 식물정유물질은,
    라벤더, 시나몬, 자스민, 바질, 만다린, 로즈우드, 카모마일, 시트론, 베티버, 박하, 편백나무, 레몬, 라임, 베르가못, 파출리, 세이지, 티트리, 네롤리, 히솝풀, 쥬니퍼베리, 전나무, 녹나무, 레몬그라스, 세다우드, 로즈, 샌달우드, 제라늄, 로즈제라늄, 마늘대, 소나무, 잣나무, 애니시드, 유칼립투스, 로즈마리, 타임, 코코넛, 캐롯시드 및 레몬버베나 각각에서 추출된 식물정유물질 중 어느 1종 이상인 것을 특징으로 하는 식물정유물질을 이용한 VOCs 및 악취 탈취제.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 첨가제는,
    이산화티타늄, 오산화바나듐, 과산화아연, 제올라이트, 텅스텐, 벤토나이트 또는 활성탄 중 어느 1종 이상인 것을 특징으로 하는 식물정유물질을 이용한 VOCs 및 악취 탈취제.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 증류수와 에탄올의 혼합용액은,
    증류수 40 내지 60부피%와 에탄올 40 내지 60부피%의 비율로 혼합된 것임을 특징으로 하는 식물정유물질을 이용한 VOCs 및 악취 탈취제.
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