KR20200032387A - Air cleaner using low temperature plasma - Google Patents

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KR20200032387A
KR20200032387A KR1020180111340A KR20180111340A KR20200032387A KR 20200032387 A KR20200032387 A KR 20200032387A KR 1020180111340 A KR1020180111340 A KR 1020180111340A KR 20180111340 A KR20180111340 A KR 20180111340A KR 20200032387 A KR20200032387 A KR 20200032387A
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air purifier
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air
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KR1020180111340A
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최성호
이승호
김운중
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한남대학교 산학협력단
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Abstract

According to the present invention, an air purifier using low temperature plasma comprises: a dielectric barrier discharge filter; and a functional filter in which a metal complex type polymeric membrane and a metal complex type carbon pore membrane are bonded to each other. Accordingly, the air purifier is excellent in removal of molds, bacteria, fine dust, volatile organic compounds, and odors, and can prevent the risk of secondary contamination by removing unreacted ozone and oxide produced after incineration.

Description

저온 프라즈마를 이용한 공기청정기 {Air cleaner using low temperature plasma}Air cleaner using low temperature plasma {Air cleaner using low temperature plasma}

본 발명은 저온 프라즈마를 이용한 공기청정기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유전체 장벽 방전 필터 및 기능성 필터를 포함하는 공기청정기에 관한 것이다.The present invention relates to an air purifier using a low temperature plasma, and more particularly, to an air purifier including a dielectric barrier discharge filter and a functional filter.

최근 미세먼지가 사회적으로 이슈화되고, 깨끗한 공기가 삶의 질 상승과 건강 유지의 필수 조건으로 떠오르면서 실내의 공기질 관리에 관심이 고조되고 있으며, 이에 따라 일반 가정이나 지하철, 체육관, 백화점 등 공공시설에 대한 공기질 관리가 대두되고 있다. 현대인은 대부분의 시간을 각종 실내 환경에서 보내고 있으며, 실내는 야외 환경과 달리 폐쇄되어 있어 외부와의 공기 유통이 거의 없고, 최근에는 경제적인 온도 및 습도 조절을 위해 실내가 외부와 차단된 밀폐 공간으로 유지되고 있어 많은 사람들이 실내 공기에 혼합되어 있는 먼지, 휘발성유기화합물 (VOCs), 일산화탄소, 담배연기 등의 각종 유해물질에 노출되고 있다. 따라서 쾌적한 환경 유지를 위한 대안으로 공기청정기의 수요가 증가하고 있다.Recently, as fine dust has become a social issue, and clean air has emerged as an essential condition for improving the quality of life and maintaining health, interest in indoor air quality management has increased. Accordingly, public facilities such as subways, gymnasiums, department stores, etc. Korean air quality management is emerging. Modern people spend most of their time in various indoor environments, and indoors are closed, unlike outdoor environments, so there is little air distribution to the outside. Recently, the indoor space is closed to the outside to control economical temperature and humidity. Since it is maintained, many people are exposed to various harmful substances such as dust, volatile organic compounds (VOCs), carbon monoxide, and cigarette smoke mixed in indoor air. Therefore, the demand for air cleaners is increasing as an alternative for maintaining a pleasant environment.

공기청정기는 공기 중의 오염물질을 제거하는 방식에 따라 기계식, 전기식, 복합식으로 구분할 수 있는데, 적용원리에 따라 세부적으로 기계식은 건식 (필터식) 및 습식, 전기식은 전기집진식, 음이온식, 프라즈마식 및 UV광촉매식으로 나눌 수 있으며, 복합식은 기계식과 전기식의 기능을 복합한 것이다. 그 중 프라즈마식 공기청정기는 공기 분자에 전압을 걸어 프라즈마 상태를 만들어 유해물질을 제거하는 것으로, 이때 높은 에너지를 가진 전자나 이온, 그리고 기체 중의 산소, 질소와 이들 전자와의 충돌에 의해 오존 (O3)과 산화물 등의 활성종이 발생하는데, 이러한 반응 활성종들은 반응성이 커서 공기 중 유해물질의 분해를 촉진하는 살균효과를 나타내며, 휘발성유기화합물과 냄새를 제거한다. 또한 고에너지 전자는 직접적인 전자충돌의 형태로 유기화합물 내의 화학결합을 파괴할 수 있으며, 오존은 강한 산화작용을 한다. 이러한 프라즈마는 자외선 대비 살균력이 훨씬 높고 파손 위험이 전혀 없으며, 프라즈마에서 발생된 이온은 강한 산화능력과 더불어 단시간 내에 산소로 환원되기 때문에 잔류 오염물질을 발생시키지 않는 장점이 있으나, 이때 발생하는 오존은 산화력이 강해 눈을 자극하고 물에 난용성이므로 쉽게 심부까지 도달하여 폐수종, 폐출혈 등을 유발시키며, DNA나 RNA에 작용하여 유전인자에 변화를 일으킬 수 있어 효과적인 오존 발생 및 살균 후 잔여 오존 제거 기술이 요구된다.Air purifiers can be divided into mechanical, electric, and complex types depending on the method of removing pollutants from the air. Depending on the application principle, mechanical type is dry (filter type) and wet, electric type is electrostatic dust collection type, anion type, plasma type, and It can be divided into UV photocatalytic type, and the complex type is a combination of mechanical and electrical functions. Among them, a plasma-type air purifier removes harmful substances by applying a voltage to air molecules to create a plasma state. At this time, high-energy electrons or ions, and oxygen, nitrogen in the gas, and ozone (O) by collision with these electrons 3 ) Active species such as and oxides are generated, and these reactive active species have high reactivity, exhibiting a sterilizing effect that promotes decomposition of harmful substances in the air, and removes volatile organic compounds and odors. In addition, high-energy electrons can destroy chemical bonds in organic compounds in the form of direct electron collisions, and ozone has a strong oxidizing effect. These plasmas have a much higher sterilizing power compared to ultraviolet rays and have no risk of damage, and the ions generated in the plasma have the advantage of not generating residual pollutants because they are reduced to oxygen in a short time with strong oxidizing ability, but ozone generated at this time has an oxidizing power Because it is strong and irritates the eyes and is poorly soluble in water, it can easily reach the depths to cause wastewater species, pulmonary hemorrhage, etc., and act on DNA or RNA to cause changes in genetic factors. do.

상기와 같은 문제의 해결방안으로 프라즈마와 필터를 병용한 복합형태가 개발되고 있으며, 필터는 화학적으로 유해물질을 제거하는 화학흡착필터가 많이 사용되고 있다. 대표적인 화학흡착필터로는 주로 활성탄계 첨착흡착필터가 사용되고 있으나, 이는 유해물질을 제거하기 위해 첨착된 물질들이 정화작용 중 산·알칼리 중화반응으로 염을 생성하고 정화시간이 길어질수록 염의 발생량이 많아져 필터의 세공을 막아버리기 때문에 유체의 압력 손실을 초래하여 필터의 기능이 저하되는 문제가 있다. 또한 첨착된 산성 및 알칼리성 물질들은 높은 휘발성을 가져 휘발에 의한 2차 오염이 이루어질 가능성이 있다. 그 예로, 대한민국등록특허 제10-0358262호에는 활성탄을 이용한 오존분해용 화학흡착필터가 개시되어 있으나, 상기 필터 또한 여전히 충격 및 마모에 의한 분진 발생이나 2차 오염에 대한 위험성의 문제가 있다. 이에 따라 프라즈마로 인한 오존 발생 및 화학흡착필터가 갖는 단점인 분진 발생 및 2차 오염의 위험성을 개선할 수 있는 공기청정기의 개발이 요구되고 있다.As a solution to the above problems, a complex form in which a plasma and a filter are used in combination has been developed, and a chemical adsorption filter that removes chemically harmful substances is frequently used as a filter. As a typical chemical adsorption filter, an activated carbon-based impregnated adsorption filter is mainly used. However, in order to remove harmful substances, the impregnated substances generate salts by acid-alkali neutralization reaction during purification, and the longer the purification time, the more salts are generated. Since the pores of the filter are blocked, there is a problem in that the function of the filter is deteriorated due to a pressure loss of the fluid. In addition, the impregnated acidic and alkaline substances have high volatility, and there is a possibility of secondary contamination by volatilization. For example, Korean Patent Registration No. 10-0358262 discloses a chemical adsorption filter for ozone decomposition using activated carbon, but the filter still has a problem of dust generation or secondary pollution due to impact and abrasion. Accordingly, there is a need to develop an air purifier capable of improving the risk of dust generation and secondary pollution, which are disadvantages of ozone generation and chemical adsorption filters due to plasma.

KRKR 10-035826210-0358262 BB

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 프라즈마를 이용하여 곰팡이, 세균, 미세먼지, 휘발성유기화합물 (VOCs), 악취를 소각하는 유전체 장벽 방전 (DBD) 필터 및 미반응 오존과 소각 후 생성된 산화물을 제거하는 기능성 필터를 포함하는 공기청정기를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been devised to solve the problems of the prior art as described above, using a plasma, mold, bacteria, fine dust, volatile organic compounds (VOCs), dielectric barrier discharge (DBD) filter to incinerate odor and unreacted It is an object to provide an air purifier comprising a functional filter for removing ozone and oxides produced after incineration.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,The present invention to achieve the above object,

곰팡이, 세균, 미세먼지, 휘발성유기화합물 (VOCs) 및 악취 제거 기능을 갖는 공기청정기로서, 상기 공기청정기는 하우징; 상기 하우징에 형성되어 공기를 흡입하는 팬; 상기 팬에 의해 유입된 공기를 저온 프라즈마 방전을 통해 정화하는 유전체 장벽 방전 필터; 상기 유전체 장벽 방전 필터를 통과한 공기 속에 포함된 오존 및 산화물을 제거하는 기능성 필터; 상기 하우징에 형성되어 상기 기능성 필터를 통과한 공기를 배출하는 배출구;를 포함한다.As an air purifier having a function of removing mold, bacteria, fine dust, volatile organic compounds (VOCs) and odors, the air purifier includes a housing; A fan formed in the housing to suck air; A dielectric barrier discharge filter that purifies air introduced by the fan through low temperature plasma discharge; A functional filter for removing ozone and oxide contained in air passing through the dielectric barrier discharge filter; Included in the outlet is formed in the housing to discharge the air passing through the functional filter.

상기 공기청정기는 유전체 장벽 방전 필터와 연결된 프라즈마 전원 공급장치를 포함하며, 상기 프라즈마 전원 공급장치는 전원을 공급하는 전원부; 고전압을 인가하는 전압기; 및 전압을 조절하는 변압기;를 포함한다.The air purifier includes a plasma power supply connected to a dielectric barrier discharge filter, and the plasma power supply includes a power supply for supplying power; A voltmeter for applying a high voltage; And a voltage-regulating transformer.

상기 유전체 장벽 방전 필터는 유전체로 피복된 복수 개의 전도성 전극이 서로 밀착된 상태로 배치되어 있으며, 상기 기능성 필터는 금속착물형 고분자막과 금속착물형 탄소기공막이 접착되어 있는 것을 특징으로 한다.In the dielectric barrier discharge filter, a plurality of conductive electrodes coated with a dielectric are disposed in close contact with each other, and the functional filter is characterized in that a metal complex type polymer film and a metal complex type carbon pore film are adhered to each other.

상기 금속착물형 고분자막은 고분자막 표면에 카르복실기, 술폰산기 및 인산기로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 기능기를 포함하고, 상기 기능기가 포함된 고분자막에 금속을 착물형태로 담지한 것을 특징으로 한다.The metal complex-type polymer film is characterized in that it contains one or more functional groups selected from the group consisting of carboxyl groups, sulfonic acid groups, and phosphoric acid groups on the surface of the polymer film, and is characterized in that metal is supported in a complex form on the polymer film containing the functional groups.

상기 금속착물형 탄소기공막은 탄소기공막 표면에 카르복실기, 술폰산기 및 인산기로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 기능기를 포함하고, 상기 기능기가 포함된 탄소기공막에 금속을 착물형태로 담지한 것을 특징으로 한다.The metal-composite-type carbon porous membrane includes one or more functional groups selected from the group consisting of carboxyl groups, sulfonic acid groups, and phosphoric acid groups on the surface of the carbon porous membrane, and is characterized in that metal is supported in a complex form on the carbon porous membrane containing the functional groups. do.

상기 금속은 은, 구리, 금, 아연 및 백금으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상이며, 상기 금속의 크기는 1 내지 100 ㎚인 것을 특징으로 한다.The metal is at least one selected from the group consisting of silver, copper, gold, zinc and platinum, and the size of the metal is 1 to 100 nm.

본 발명의 저온 프라즈마를 이용한 공기청정기는 저온 프라즈마 방전을 이용하여 곰팡이, 세균, 미세먼지, 휘발성유기화합물, 악취 등 실내공기에 포함되어 있는 다양한 오염물질에 대한 제거효과가 우수하며, 위생 및 환경 분야 등 모든 분야에 활용 가능하다. 또한 저온 프라즈마에 의해 공기 정화 중 발생하는 미반응 오존과 소각 후 생성된 산화물을 기능성 필터로 제거함으로써 오존의 위험성을 해소시키고, 2차 오염에 대한 피해를 방지할 수 있다.The air purifier using the low temperature plasma of the present invention has excellent removal effect on various pollutants contained in indoor air such as mold, bacteria, fine dust, volatile organic compounds, and odors by using low temperature plasma discharge. It can be used in all fields. In addition, by removing unreacted ozone generated during air purification by low-temperature plasma and oxides generated after incineration with a functional filter, the risk of ozone can be eliminated and damage to secondary pollution can be prevented.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 휘발성유기화합물 흡착성능 평가 그래프이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 (a) 담배연기 성분 분리 그래프 및 (b) 담배연기 탈취성능 평가 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 기능성 필터의 사진 및 SEM 이미지이다. (a) 테스트 전 사진, (b) 휘발성유기화합물 제거 후 사진, (c) 담배연기 제거 후 사진, (d) 테스트 전 SEM 이미지, (e) 휘발성유기화합물 제거 후 SEM 이미지, (f) 담배연기 제거 후 SEM 이미지.
도 4는 본 발명에 따른 공기청정기의 (a) 정면도, (b) 후면도, (c) 측면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 공기청정기를 나타낸 개념도이다.
1 is a graph for evaluating adsorption performance of volatile organic compounds according to an embodiment of the present invention.
2 is a (a) tobacco smoke component separation graph and (b) tobacco smoke deodorization performance evaluation graph according to an embodiment of the present invention.
3 is a photograph and a SEM image of a functional filter according to an embodiment of the present invention. (a) Photo before test, (b) Photo after removal of volatile organic compounds, (c) Photo after removal of cigarette smoke, (d) SEM image before test, (e) SEM image after removal of volatile organic compounds, (f) Cigarette smoke SEM image after removal.
Figure 4 is a (a) front view, (b) rear view, (c) side view of the air purifier according to the present invention.
5 is a conceptual diagram showing an air purifier according to the present invention.

이하, 본 발명에 따른 저온 프라즈마를 이용한 공기청정기에 대해 구체적으로 설명한다.Hereinafter, an air purifier using a low-temperature plasma according to the present invention will be described in detail.

본 발명은 곰팡이, 세균, 미세먼지, 휘발성유기화합물 (VOCs) 및 악취 제거 기능을 갖는 공기청정기로서, 하우징; 상기 하우징에 형성되어 공기를 흡입하는 팬; 상기 팬에 의해 유입된 공기를 저온 프라즈마 방전을 통해 정화하는 유전체 장벽 방전 필터; 상기 유전체 장벽 방전 필터를 통과한 공기 속에 포함된 오존 및 산화물을 제거하는 기능성 필터; 상기 하우징에 형성되어 상기 기능성 필터를 통과한 공기를 배출하는 배출구;를 포함하는 공기청정기를 제공한다.The present invention is an air purifier having a function of removing mold, bacteria, fine dust, volatile organic compounds (VOCs) and odors, the housing; A fan formed in the housing to suck air; A dielectric barrier discharge filter that purifies air introduced by the fan through low temperature plasma discharge; A functional filter for removing ozone and oxide contained in air passing through the dielectric barrier discharge filter; It provides an air purifier comprising a; formed in the housing to discharge the air passing through the functional filter.

상기 유전체 장벽 방전 (Dielectric Barrier Discharge, DBD)은 저온 프라즈마 중 하나로, 일정한 간격의 유전체로 둘러싸인 도체전극에 교류 (AC) 또는 펄스 (pulse)형 고전압을 인가하여 발생한다. 전압이 인가되면 전극 주변을 감싸고 있는 전하축적 (build-up) 현상으로 인해 유전체 배리어에 쌓여 있던 전자가 방출되면서 전극들 사이에 많은 수의 마이크로 방전이 형성되며, 마이크로 방전을 형성하고 있는 고농도 전자들에 의해 전극 사이에 라디칼 및 이온들이 발생된다.The dielectric barrier discharge (DBD) is one of low temperature plasmas, and is generated by applying an alternating current (AC) or pulsed high voltage to a conductor electrode surrounded by a dielectric at regular intervals. When a voltage is applied, electrons accumulated in the dielectric barrier are released due to a build-up phenomenon surrounding the electrode, and a large number of micro discharges are formed between the electrodes, and high concentration electrons forming a micro discharge. By this, radicals and ions are generated between the electrodes.

상기 유전체 장벽 방전 필터는 유전체로 피복된 복수 개의 전도성 전극이 서로 밀착된 상태로 배치되어 있으며, 상기 공기청정기는 유전체 장벽 방전 필터와 연결된 프라즈마 전원 공급장치를 포함하고, 상기 프라즈마 전원 공급장치는 전원을 공급하는 전원부; 고전압을 인가하는 전압기; 및 전압을 조절하는 변압기;를 포함하는 것이 바람직하다.In the dielectric barrier discharge filter, a plurality of conductive electrodes coated with a dielectric are disposed in close contact with each other, and the air cleaner includes a plasma power supply connected to the dielectric barrier discharge filter, and the plasma power supply supplies power. A power supply unit for supplying; A voltmeter for applying a high voltage; And a voltage-regulating transformer.

상기 기능성 필터는 금속착물형 고분자막과 금속착물형 탄소기공막이 접착되어 있는 것이 바람직하다.The functional filter is preferably a metal complex-type polymer film and a metal complex-type carbon porous film are bonded.

상기 금속착물형 고분자막은 고분자막 표면에 카르복실기, 술폰산기 및 인산기로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 기능기를 포함하고, 상기 기능기가 포함된 고분자막에 금속을 착물형태로 담지한 것이 바람직하다.The metal complex-type polymer film preferably contains one or more functional groups selected from the group consisting of carboxyl groups, sulfonic acid groups, and phosphoric acid groups on the surface of the polymer film, and the metal film in the form of a complex is supported on the polymer film containing the functional groups.

상기 고분자막의 고분자 소재는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리우레탄, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 스티렌-부타디엔 고무 및 니트릴-부타디엔 고무로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있으며, 가격경쟁력, 취급용이성, 표면상태 및 재질 등을 고려하여 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌인 것이 바람직하다.The polymer material of the polymer film may be at least one selected from the group consisting of polyethylene, polypropylene, polyurethane, polyethylene terephthalate, styrene-butadiene rubber and nitrile-butadiene rubber, and the price competitiveness, ease of handling, surface condition and material, etc. It is preferable to consider polyethylene and polypropylene.

상기 고분자막은 다공율이 1 내지 50%인 것이 바람직하며, 다공율이 1% 미만이면 공기투과율이 떨어지고, 50%를 초과하면 그래프트율이 떨어질 수 있다. 또한 고분자막의 두께는 1 내지 5 ㎜인 것이 바람직하며, 두께가 1 ㎜ 미만이면 균일한 그래프팅이 어렵고, 5 ㎜를 초과하면 작업성이 떨어질 수 있다.The polymer membrane preferably has a porosity of 1 to 50%, and if the porosity is less than 1%, the air permeability falls, and if it exceeds 50%, the graft rate may drop. In addition, the thickness of the polymer film is preferably 1 to 5 mm, and if the thickness is less than 1 mm, uniform grafting is difficult, and if it exceeds 5 mm, workability may be deteriorated.

상기와 같이, 다공율, 두께, 재질, 용도 및 비용 등을 고려하여, 상기 고분자막은 부직포상인 것이 바람직하다.As described above, in consideration of porosity, thickness, material, use, and cost, the polymer film is preferably non-woven.

상기 금속착물형 탄소기공막은 탄소기공막 표면을 전기화학적 방법으로 개질시킨 기능기를 포함하고, 상기 기능기가 포함된 탄소기공막에 금속을 착물형태로 담지한 것이 바람직하다. 상기 전기화학적 방법은 순환전압전류법이며, 상기 기능기는 카르복실기, 술폰산기 및 인산기로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것이 바람직하다. 상기 금속은 항균성을 나타내는 금속이면 제한없이 사용 가능하며, 그 예로, 은, 구리, 금, 아연 및 백금으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있고, 바람직하게는 은 또는 구리를 사용하는 것이 항균성을 더욱 향상시킬 수 있어 좋다. 또한 상기 금속의 크기는 1 내지 100 ㎚인 것이 바람직하며, 상기 범위일 때 착물형태로 탄소기공막의 표면에 결합되기 용이하고, 항균성 효과를 증대시킬 수 있기 때문이다.It is preferable that the metal-composite-type carbon porous film includes a functional group whose surface of the carbon porous film is modified by an electrochemical method, and that the metal is supported in the form of a complex on the carbon porous film containing the functional group. The electrochemical method is a cyclic voltammetry method, and the functional group is preferably one or more selected from the group consisting of carboxyl groups, sulfonic acid groups and phosphoric acid groups. The metal may be used without limitation as long as it is a metal exhibiting antibacterial properties. For example, one or more selected from the group consisting of silver, copper, gold, zinc, and platinum may be used, and preferably silver or copper is used. It can be improved further. In addition, the size of the metal is preferably 1 to 100 nm, because it is easy to bond to the surface of the carbon pore film in the form of a complex when in the above range, because it can increase the antimicrobial effect.

상기 탄소기공막의 표면개질시 실란커플링제를 더 포함하는 것이 바람직하며, 이는 실란커플링제를 더 포함함으로써 탄소기공막과 금속착물의 결합력을 향상시킬 수 있기 때문이다.When modifying the surface of the carbon porous membrane, it is preferable to further include a silane coupling agent, because it is possible to improve the bonding force between the carbon porous membrane and the metal complex by further including a silane coupling agent.

상기 탄소기공막의 기공 크기는 5 내지 500 ㎚이며, 오차범위가 ±10%의 균일한 크기인 것이 바람직하며, 이는 탄소기공막의 비표면적을 종래의 필터보다 높여 휘발성유기화합물의 흡착/제거 효율을 향상시키기 위함이다.The pore size of the carbon pore film is 5 to 500 nm, and it is preferable that the error range is a uniform size of ± 10%, which increases the specific surface area of the carbon pore film than conventional filters, thereby improving the adsorption / removal efficiency of volatile organic compounds. It is to order.

이하, 본 발명을 실시예를 참조하여 더욱 상세히 설명한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이에 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. However, the following examples are intended to illustrate the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereto.

실시예Example 1. 기능성 필터 제조 1. Functional filter manufacturing

1. One. 금속착물형Metal complex type 고분자막 제조 ( Polymer membrane production ( 실시예Example 1-1) 1-1)

1) 카르복시기를 갖는 디아조늄염 제조1) Preparation of diazonium salt having carboxyl group

얼음수조 (Ice bath)하에서, 2 ℓ 반응용기에 0.2 M HCl 1 ℓ를 넣고 300 rpm으로 교반한 후 4-Aminobenzoic acid 27.428 g을 가하고, 20 ㎖/min 연동펌프 (peristaltic pump)를 이용하여 0.02 M NaNO2 250 ㎖를 소량씩 천천히 가하였다. 이후 300 rpm으로 2시간 동안 교반하여 카르복시기를 갖는 디아조늄염을 제조하였다.Under an ice bath, add 1 liter of 0.2 M HCl to a 2 liter reaction vessel, stir at 300 rpm, add 27.428 g of 4-Aminobenzoic acid, and 0.02 M using a 20 ml / min peristaltic pump. 250 ml of NaNO 2 was added slowly in small portions. Then, the mixture was stirred at 300 rpm for 2 hours to prepare a diazonium salt having a carboxy group.

Figure pat00001
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2) 기능기 개질 고분자막 제조2) Preparation of functional group-modified polymer membrane

5 ㎝×5 ㎝×0.3 ㎝ 크기의 다공율이 20%인 폴리에틸렌 부직포 (대산물산, 폴리에틸렌)를 MeOH로 10분 동안 세척한 후 진공오븐을 사용하여 70℃에서 3시간 동안 건조하였다.A polyethylene nonwoven fabric having a porosity of 5 cm × 5 cm × 0.3 cm with a porosity of 20% (daesan product, polyethylene) was washed with MeOH for 10 minutes and then dried at 70 ° C. for 3 hours using a vacuum oven.

별도로 핫플레이트 (Hot plate) 상에 70℃의 항온수조 (water bath)를 준비하고, 상기 항온수조에 500 ㎖ 플라스크를 담근 후 상기에서 제조한 카르복시기를 갖는 디아조늄염 100 ㎖를 가하였다. 여기에 상기 건조된 폴리에틸렌 부직포를 넣어 충분히 적신 후 교반하였다. 이후 카르복시기를 갖는 디아조늄염 1 mol에 대하여 황산칼륨을 0.03 mol 가한 후 500 rpm으로 1시간 동안 교반하여 그래프트 중합시켰다. 반응이 완료된 후 부직포를 꺼내 증류수로 세척하고 진공오븐을 사용하여 70℃에서 3시간 동안 건조하였다.Separately, a 70 ° C. water bath was prepared on a hot plate, and after dipping a 500 mL flask in the constant temperature bath, 100 mL of a diazonium salt having a carboxy group prepared above was added. Here, the dried polyethylene nonwoven fabric was added, sufficiently moistened, and stirred. Thereafter, 0.03 mol of potassium sulfate was added to 1 mol of the diazonium salt having a carboxyl group, followed by stirring at 500 rpm for 1 hour to perform graft polymerization. After the reaction was completed, the nonwoven fabric was taken out, washed with distilled water, and dried at 70 ° C for 3 hours using a vacuum oven.

Figure pat00002
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3) 금속착물형 고분자막 제조3) Preparation of metal complex type polymer membrane

넓적 바닥 플라스크 (Flat bottom flask)에 0.2 mM 질산은 용액 250 ㎖를 가한 후 상기 제조된 기능기 개질 고분자막을 넣고 1시간 동안 교반하였다. 이후 상기 고분자막을 꺼내 증류수로 세척한 후 진공오븐을 사용하여 70℃에서 3시간 동안 건조하였다.After adding 250 ml of a 0.2 mM silver nitrate solution to a flat bottom flask, the functional group-modified polymer membrane prepared above was added and stirred for 1 hour. Thereafter, the polymer membrane was taken out, washed with distilled water, and dried at 70 ° C. for 3 hours using a vacuum oven.

Figure pat00003
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2. 2. 금속착물형Metal complex type 탄소기공막Carbon Porous Film 제조 ( Produce ( 실시예Example 1-2) 1-2)

1) 졸-겔 합성법에 의한 나노입자 제조1) Preparation of nanoparticles by sol-gel synthesis

1 ℓ 반응기에 99% 시클로헥산 (Cyclohexane) 300 와 99% N-헥실 알코올 (n-Hexyl alcohol, Haxanol) 12 ㎖를 첨가하여 교반한 후 균일한 크기로 역미셀이 형성될 수 있도록 테르기톨 NP-9 (Tergitol NP-9) 38 ㎖를 첨가하여 충분히 교반시켰다. 상기 반응기 안에서 실리카 이온들이 가수분해반응을 일으킬 수 있도록 3차 증류수 15 ㎖와 28% 수산화암모늄 (Ammonium hydroxide) 34 ㎖를 첨가한 후 상기 반응기 안이 투명해지면 실리콘 알콕사이드 단위 전구체로 98% TEOS (Tetraethyl orthosilicate) 20 ㎖를 첨가하였다. 상기 반응기 안의 시클로헥산 용매를 회전식 진공증류기 (Rotary Vacuum Evaporator)로 제거하여 콜로이달 실리카용액을 제조한 후 99.9% 에틸알코올 (Absolute ethanol) 200 ㎖를 첨가하여 잘 분산되도록 충분히 교반하였다. 그 후 원심분리기 (Centrifuge)로 약 5000 내지 6000 rpm으로 원심분리하여 에탄올과 콜로이달 실리카를 분리한 후 상기 분리된 에탄올 용액을 버리고 오븐에서 100℃로 건조시켜 평균 입경이 50 ㎚인 실리카분말을 수득하였다. 이때 실리카분말의 평균입경의 오차범위는 ±50%이다. 상기 수득된 실리카분말을 FFF (field flow fractionation) 기기를 이용하여 평균입경 50 ㎚인 실리카분말을 분리하였으며, 이때 실리카분말의 평균입경의 오차범위는 ±10%이다.After adding and stirring 12 ml of 99% Cyclohexane 300 and 99% N-Hexyl alcohol (Haxanol) in a 1 liter reactor, after stirring, tergitol NP- so that reverse micelles can be formed in a uniform size 38 ml of 9 (Tergitol NP-9) was added and stirred sufficiently. When the inside of the reactor becomes transparent after adding 15 ml of tertiary distilled water and 34 ml of 28% ammonium hydroxide to allow the silica ions to hydrolyze in the reactor, 98% TEOS (Tetraethyl orthosilicate) is used as a silicon alkoxide unit precursor. 20 ml was added. The cyclohexane solvent in the reactor was removed with a rotary vacuum evaporator to prepare a colloidal silica solution, and then 200 mL of 99.9% ethyl alcohol (Absolute ethanol) was added and stirred sufficiently to disperse well. Thereafter, centrifugation was performed at about 5000 to 6000 rpm with a centrifuge to separate ethanol and colloidal silica, and the separated ethanol solution was discarded and dried at 100 ° C. in an oven to obtain silica powder having an average particle diameter of 50 nm. Did. At this time, the error range of the average particle diameter of the silica powder is ± 50%. The obtained silica powder was separated from the silica powder having an average particle diameter of 50 nm using a field flow fractionation (FFF) device, wherein the error range of the average particle diameter of the silica powder was ± 10%.

2) 다공성 탄소기공막 제조2) Preparation of porous carbon porous membrane

상기 분리된 실리카분말을 소결하여 원하는 크기의 세공이 배열을 이루는 나노입자 주형을 제조하였으며, 상기 소결은 유압프레스로 130℃에서 10 ton의 힘을 10분간 가하여 진행하였다. 테프론 비커에 상기 제조된 나노입자 주형과 탄소매질 (0.01 M PVC 수용액) 5 ㎖를 넣어 100℃로 가열하면서 교반하였으며, 교반 중 탄소매질의 점성을 브룩필드 점도계로 측정하여 점도가 30,000 mPa·s (at No.4 Spindle)이 되었을 때 160℃ 오븐에 넣어 PVC 수용액을 완전히 건조시켰다. 오븐에서 꺼낸 나노입자 주형을 증류수로 씻어 표면에 묻어있는 PVC를 제거하고, Quartz tube에 담아서 Tube furnace에 넣고 소성하였으며, Furnace 안을 완전히 아르곤 분위기로 만들어 준 후 아르곤 기체를 계속해서 조금씩 흘려보내면서 온도를 1000℃까지 올려주어 5시간 동안 소성하여 실리카 나노입자 주형/탄소복합체를 제조하였다. 상기 실리카 나노입자 주형/탄소복합체로부터 실리카 나노입자 주형을 제거하기 위해 테프론 병에 실리카 나노입자 주형/탄소복합체를 넣고, 그 양에 따라 과량의 48% 불산 (Hydrofluoric acid)을 넣어 쉐이커 (Shaker)로 10시간 동안 흔들어주었다. 질산셀룰로오스 멤브레인 필터 (Cellulose Nitrate Membrane Filter)를 이용하여 불산을 여과하고, 남은 불산을 증류수로 충분히 씻어낸 후 건조시켜 다공성 탄소기공막을 제조하였다.The separated silica powder was sintered to prepare a nanoparticle mold in which pores of a desired size were arranged, and the sintering was performed by applying a force of 10 ton at 130 ° C for 10 minutes with a hydraulic press. The nanoparticle mold and carbon medium (0.01 M PVC aqueous solution) prepared above were put into a Teflon beaker and stirred while heating to 100 ° C., and the viscosity of the carbon medium during stirring was measured with a Brookfield viscometer to obtain a viscosity of 30,000 mPa · s ( at No.4 Spindle), put it in an oven at 160 ℃ to completely dry the PVC aqueous solution. The nanoparticle mold taken out of the oven was washed with distilled water to remove the PVC on the surface, placed in a quartz tube, and fired in a tube furnace. After making the furnace completely into an argon atmosphere, the temperature of the argon gas was gradually flowed out gradually. It was raised to 1000 ° C and fired for 5 hours to prepare a silica nanoparticle template / carbon composite. In order to remove the silica nanoparticle template from the silica nanoparticle template / carbon composite, the silica nanoparticle template / carbon composite is added to a Teflon bottle, and an excess of 48% hydrofluoric acid is added to the Teflon bottle as a shaker. Shake for 10 hours. The hydrofluoric acid was filtered using a cellulose nitrate membrane filter, and the remaining hydrofluoric acid was sufficiently washed with distilled water and dried to prepare a porous carbon porous membrane.

3) 금속착물형 탄소기공막 제조3) Manufacture of metal complex type carbon porous membrane

상기 제조된 다공성 탄소기공막의 표면을 활성화시키기 위해 상기 다공성 탄소기공막에 아크릴산 (Acrylic acid anhydrous, contains 180-200 ppm MEHQ as inhibitor, 99%, 시그마-알드리치)과 질산은을 순환전압전류장치로 6시간 반응시킨 후 증류수로 세척하였다.In order to activate the surface of the prepared porous carbon porous membrane, acrylic acid (Acrylic acid anhydrous, contains 180-200 ppm MEHQ as inhibitor, 99%, Sigma-Aldrich) and silver nitrate were circulated in the porous carbon porous membrane for 6 hours. After reaction, it was washed with distilled water.

비교예Comparative example 1 One

넓적 바닥 플라스크에 0.2 mM 질산은 용액 250 ㎖를 가한 후 5 ㎝×5 ㎝×0.3 ㎝ 크기의 다공율이 20%인 폴리에틸렌 부직포 (대산물산, 폴리에틸렌)를 넣고 1시간 동안 교반하였다. 이후 상기 폴리에틸렌 부직포를 꺼내 증류수로 세척한 후 진공오븐을 사용하여 70℃에서 3시간 동안 건조하였다.After adding 250 ml of 0.2 mM silver nitrate solution to the trough bottom flask, a polyethylene nonwoven fabric (polyacid, polyethylene) having a porosity of 20% of 5 cm × 5 cm × 0.3 cm was added and stirred for 1 hour. Thereafter, the polyethylene nonwoven fabric was taken out, washed with distilled water, and dried at 70 ° C. for 3 hours using a vacuum oven.

비교예Comparative example 2 2

시판되는 공기정화용 필터 (유한킴벌리)Commercial air purification filter (Yuhan Kimberly)

실험예Experimental example 1.  One. 휘발성유기화합물Volatile organic compounds 흡착성능 평가 Adsorption performance evaluation

헥산, 톨루엔 및 클로로폼을 대상으로 휘발성유기화합물 흡착성능을 평가하였으며, 상기 제조된 기능성 필터에 농도가 800 ppb 수준인 각각의 시험가스를 단면유속 0.8 m/s로 통과시켜 시간에 따른 흡착량을 측정하였다. 그 결과, 하기 표 1에 기재된 바와 같이, 헥산은 30분 후 0분 대비 18.52%, 60분 후 0분 대비 11.11% 감소하였으며, 90분 후부터 모두 흡착되어 100% 제거되었다. 톨루엔은 30분 후 0분 대비 47.86%, 60분 후 0분 대비 71.43% 감소하였으며, 180분 이후부터 모두 흡착되어 100% 제거되었다. 클로로폼은 30분 후 0분 대비 96.81%, 60분 후 0분 대비 56.31%, 90분 후 0분 대비 100% 감소하였으며, 180분 이후부터 모두 흡착되어 100% 제거되었다.The adsorption performance of volatile organic compounds was evaluated on hexane, toluene, and chloroform, and each test gas having a concentration of 800 ppb was passed through the prepared functional filter at a cross-sectional flow rate of 0.8 m / s, and the adsorption amount over time was measured. It was measured. As a result, as shown in Table 1 below, hexane was reduced by 18.52% compared to 0 minutes after 30 minutes, and 11.11% compared to 0 minutes after 60 minutes, and all was adsorbed and removed 100% after 90 minutes. Toluene decreased 47.86% compared to 0 minutes after 30 minutes, and 71.43% compared to 0 minutes after 60 minutes, and all was adsorbed and removed 100% after 180 minutes. Chloroform decreased 96.81% compared to 0 minutes after 30 minutes, 56.31% compared to 0 minutes after 60 minutes, and 100% compared to 0 minutes after 90 minutes, and all was adsorbed and removed 100% after 180 minutes.

농도 (%)Concentration (%) 0분0 minutes 30분30 minutes 60분60 minutes 90분90 minutes 120분120 minutes 150분150 minutes 180분180 minutes 210분210 minutes BaseBase 00 00 00 00 00 00 00 00 헥산Hexane 100100 81.4881.48 88.8988.89 00 00 00 00 00 톨루엔toluene 100100 52.1452.14 28.5728.57 107.14107.14 45.0045.00 100.00100.00 00 00 클로로폼Chloroform 100100 3.193.19 43.6943.69 00 8.038.03 8.408.40 00 00

실험예Experimental example 2. 담배연기 탈취성능 평가 2. Cigarette smoke deodorization performance evaluation

담배연기에서 검출된 미지의 성분 4종에 대하여 기능성 필터의 탈취성능을 평가하였다. 하기 표 2를 참조하면, 성분 A는 10분 후 0분 대비 16%, 35분 후 0분 대비 40%, 50분 후 0분 대비 55% 탈취되었으며, 성분 B는 10분 후 0분 대비 32%, 35분 후 0분 대비 50%, 50분 후 0분 대비 55% 탈취율을 보였다. 또한 성분 C는 10분 후 0분 대비 36%, 35분 후 0분 대비 50%, 50분 후 0분 대비 55% 탈취되었으며, 성분 D는 10분 후 0분 대비 40%, 35분 후 0분 대비 63%, 50분 후 0분 대비 65% 탈취율을 보였다. 상기 결과로부터 본 발명에 따른 기능성 필터는 1시간 이내에 담배연기의 55% 이상의 탈취 효과를 보임을 확인하였다.The deodorizing performance of the functional filter was evaluated for four unknown components detected in cigarette smoke. Referring to Table 2 below, component A was deodorized 16% compared to 0 minutes after 10 minutes, 40% compared to 0 minutes after 35 minutes, and 55% compared to 0 minutes after 50 minutes, and component B was 32% compared to 0 minutes after 10 minutes. , It showed deodorization rate of 50% compared to 0 minutes after 35 minutes, and 55% compared to 0 minutes after 50 minutes. In addition, component C was deodorized at 36% compared to 0 minutes after 10 minutes, 50% compared to 0 minutes after 35 minutes, and 55% compared to 0 minutes after 50 minutes, component D was 40% compared to 0 minutes after 10 minutes, and 0 minutes after 35 minutes. The deodorization rate was 63% compared to 65% compared to 0 minutes after 50 minutes. From the above results, it was confirmed that the functional filter according to the present invention showed a deodorizing effect of 55% or more of cigarette smoke within 1 hour.

농도 (%)Concentration (%) 0분0 minutes 10분10 minutes 35분35 minutes 50분50 minutes BaseBase 00 00 00 00 AA 100100 8484 6060 4545 BB 100100 6868 5050 4545 CC 100100 6464 5050 4545 DD 100100 6060 3737 3535

실험예Experimental example 3.  3. 비표면적Specific surface area 측정 Measure

상기 실시예 및 비교예에서 제조된 필터의 BET를 측정하여 비표면적을 하기 표 3에 나타내었다. 하기 표 3과 같이, 본 발명의 실시예가 그래프트 중합을 수행하지 않은 비교예 1 및 시판되는 공기정화용 필터에 비해 비표면적이 월등히 우수함을 확인하였다.The specific surface area is shown in Table 3 below by measuring the BET of the filters prepared in Examples and Comparative Examples. As shown in Table 3 below, it was confirmed that the specific surface area of the present invention was superior to Comparative Example 1 in which graft polymerization was not performed and a commercially available filter for air purification.

비표면적 (m2/g)Specific surface area (m 2 / g) 실시예 1-1Example 1-1 6060 실시예 1-2Example 1-2 422422 비교예 1Comparative Example 1 3131 비교예 2Comparative Example 2 3232

실험예Experimental example 4. 항균활성 평가 4. Antibacterial activity evaluation

항균활성 평가를 위해 공기 중의 미생물을 상기 실시예 및 비교예의 필터 표면에 채취한 후 액체배지에 상기 필터를 넣고 흔들어 꺼낸 뒤 상기 액체배지를 64시간 동안 배양하고, 액체 배지에 대한 흡광도를 측정하여 미생물의 증식여부를 확인하였다. 하기 표 4와 같이, 본 발명의 실시예 1이 비교예 1 및 2에 비해 항균활성이 우수함을 확인하였다.To evaluate the antimicrobial activity, the microorganisms in the air were collected on the filter surfaces of Examples and Comparative Examples, the filter was put into a liquid medium, shaken out, and the liquid medium was incubated for 64 hours, and the absorbance of the liquid medium was measured. The proliferation was confirmed. As shown in Table 4, it was confirmed that Example 1 of the present invention has better antibacterial activity than Comparative Examples 1 and 2.

흡광도 (660 ㎚)Absorbance (660 nm) 실시예 1Example 1 0.1050.105 비교예 1Comparative Example 1 0.3810.381 비교예 2Comparative Example 2 0.5200.520

이상의 설명은 본 발명을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명에 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 사상과 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위내에 있는 모든 기술은 본 발명의 권리범위에 포함하는 것으로 해석되어야 한다.The above description is merely illustrative of the present invention, and those skilled in the art to which the present invention pertains will be capable of various modifications without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments disclosed herein are not intended to limit the present invention, but to explain the present invention, and the spirit and scope of the present invention are not limited by these embodiments. The scope of protection of the present invention should be interpreted by the following claims, and all technologies within the equivalent range should be interpreted as being included in the scope of the present invention.

Claims (8)

곰팡이, 세균, 미세먼지, 휘발성유기화합물 (VOCs) 및 악취 제거 기능을 갖는 공기청정기로서,
상기 공기청정기는 하우징;
상기 하우징에 형성되어 공기를 흡입하는 팬;
상기 팬에 의해 유입된 공기를 저온 프라즈마 방전을 통해 정화하는 유전체 장벽 방전 필터;
상기 유전체 장벽 방전 필터를 통과한 공기 속에 포함된 오존 및 산화물을 제거하는 기능성 필터;
상기 하우징에 형성되어 상기 기능성 필터를 통과한 공기를 배출하는 배출구;를 포함하는 공기청정기
As an air purifier with a function of removing mold, bacteria, fine dust, volatile organic compounds (VOCs) and odors,
The air purifier housing;
A fan formed in the housing to suck air;
A dielectric barrier discharge filter that purifies air introduced by the fan through low temperature plasma discharge;
A functional filter for removing ozone and oxide contained in air passing through the dielectric barrier discharge filter;
An air purifier comprising; a discharge port formed in the housing to discharge air passing through the functional filter.
제 1항에 있어서, 상기 유전체 장벽 방전 필터는 유전체로 피복된 복수 개의 전도성 전극이 서로 밀착된 상태로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 공기청정기
The air purifier of claim 1, wherein the dielectric barrier discharge filter is disposed in close contact with a plurality of conductive electrodes coated with a dielectric material.
제 1항에 있어서, 상기 유전체 장벽 방전 필터와 연결된 프라즈마 전원 공급장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기청정기
The air purifier of claim 1, further comprising a plasma power supply connected to the dielectric barrier discharge filter.
제 3항에 있어서, 상기 프라즈마 전원 공급장치는 전원을 공급하는 전원부; 고전압을 인가하는 전압기; 및 전압을 조절하는 변압기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기청정기
According to claim 3, The plasma power supply unit Power supply for supplying power; A voltmeter for applying a high voltage; And a transformer that regulates the voltage.
제 1항에 있어서, 상기 기능성 필터는 금속착물형 고분자막과 금속착물형 탄소기공막이 접착되어 있는 것을 특징으로 하는 공기청정기
The air purifier according to claim 1, wherein the functional filter has a metal complex type polymer film and a metal complex type carbon pore film adhered to each other.
제 5항에 있어서, 상기 금속착물형 고분자막은 고분자막 표면에 카르복실기, 술폰산기 및 인산기로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 기능기를 포함하고, 상기 기능기가 포함된 고분자막에 금속을 착물형태로 담지한 것을 특징으로 하는 공기청정기
The method of claim 5, wherein the metal complex-type polymer film comprises one or more functional groups selected from the group consisting of carboxyl groups, sulfonic acid groups and phosphoric acid groups on the surface of the polymer film, and is characterized in that metal is supported in a complex form on the polymer film containing the functional groups. Air purifier made with
제 5항에 있어서, 상기 금속착물형 탄소기공막은 탄소기공막 표면에 카르복실기, 술폰산기 및 인산기로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 기능기를 포함하고, 상기 기능기가 포함된 탄소기공막에 금속을 착물형태로 담지한 것을 특징으로 하는 공기청정기
The method of claim 5, wherein the metal complex-type carbon porous film comprises at least one functional group selected from the group consisting of carboxyl groups, sulfonic acid groups and phosphoric acid groups on the surface of the carbon porous film, and the metal is complexed to the carbon porous film containing the functional group. Air purifier characterized by being loaded with
제 6항 내지 제 7항에 있어서, 상기 금속은 은, 구리, 금, 아연 및 백금으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상이며, 상기 금속의 크기는 1 내지 100 ㎚인 것을 특징으로 하는 공기청정기
The air purifier according to claim 6, wherein the metal is at least one selected from the group consisting of silver, copper, gold, zinc and platinum, and the size of the metal is 1 to 100 nm.
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