KR20200084657A

KR20200084657A - 미량의 오염물질 제거를 위한 흡착재의 성능 측정시스템 및 성능 측정방법

Info

Publication number: KR20200084657A
Application number: KR1020190000797A
Authority: KR
Inventors: 최경민
Original assignee: 숙명여자대학교산학협력단
Priority date: 2019-01-03
Filing date: 2019-01-03
Publication date: 2020-07-13
Also published as: WO2020141701A1; KR102173403B1

Abstract

공기중에 극미량으로 존재하는 휘발성 유기화합물에 대한 흡착재의 흡착 성능을 용이하게 분석할 수 있는 흡착재 성능 측정시스템이 제공된다. 흡착재 성능 측정시스템은 휘발성 유기화합물이 피피엠(ppm) 단위의 농도로 포함된 혼합가스를 내부에 배치된 시료에 제공하여 상기 시료의 상기 휘발성 유기화합물에 대한 흡착 정도를 측정하는 측정유닛, 상기 측정유닛의 동작을 제어하여 상기 혼합가스가 상기 시료에 제공되도록 하는 제어유닛 및 상기 측정유닛의 측정결과에 기초하여 상기 시료의 흡착 성능을 분석하고, 분석 결과에 따라 상기 시료의 상기 휘발성 유기화합물에 대한 흡착 등온선을 도출하는 분석유닛을 포함한다.

Description

미량의 오염물질 제거를 위한 흡착재의 성능 측정시스템 및 성능 측정방법{Performance measuring system and method for absorbent of removal micro pollutants}

본 발명은 흡착재 성능 측정시스템에 관한 것으로, 특히 공기중에 극미량으로 존재하는 휘발성 유기화합물 등과 같은 오염물질의 제거를 위한 흡착재의 휘발성 유기화합물의 흡착 성능을 용이하게 측정 및 분석할 수 있는 흡착재 성능 측정시스템 및 이의 성능 측정방법에 관한 것이다.

실내 공기질에 대한 관심이 높아지면서 공기청정기와 같은 실내 공기질을 개선할 수 있는 다양한 장치들이 개발되고 있다. 이러한 장치들은 활성탄 기반의 필터를 이용하여 실내 공기 중의 미세먼지 제거, 소독, 살균 및 냄새 제거의 기능을 수행하고 있다.

최근, 각종 화학 약품을 사용하는 반도체 및 다양한 물질의 제조 공정에서 발생하거나, 신축된 건축물에 사용된 자재 그리고 생활 대기 속에 존재하는 유독물질인 휘발성 유기화합물(Volatile Organic Compounds: VOCs)의 저감과 처리에 대한 필요성이 대두되고 있다.

이에, 기존의 공기청정기에서도 실내 공기중의 휘발성 유기화합물, 예컨대 포름알데히드(formaldehyde) 등과 같은 유독성 물질의 제거를 위한 기능이 중요하게 여겨지고 있다. 그러나, 기존의 활성탄 기반의 필터는 상기 휘발성 유기화합물의 제거 효과가 입증되지 않아 이를 대체할 새로운 필터의 개발이 요구되고 있는 상태이다.

상술한 공기청정기의 필터 개발 시, 필터의 휘발성 유기화합물 포집 및 배출을 통한 제거 효율을 정확하게 측정할 수 있는 방안이 요구되고 있다. 그러나, 휘발성 유기화합물, 특히 포름알데히드는 공기 중에 극미량, 예컨대 ppm(parts per million) 단위로 존재하고 있으므로, 필터의 포름알데히드 제거 효율에 대한 정확한 측정에 어려움이 있다.

본 발명은 공기중에 극미량으로 존재하는 휘발성 유기화합물의 제거를 위한 흡착재의 흡착 성능을 정확하게 측정 및 분석할 수 있는 흡착재 성능 측정시스템 및 이의 성능 측정방법을 제공하고자 하는 데 있다.

본 발명의 실시예에 따른 흡착재 성능 측정시스템은, 휘발성 유기화합물이 피피엠(ppm) 단위의 농도로 포함된 혼합가스를 내부에 배치된 시료에 제공하여 상기 시료의 상기 휘발성 유기화합물에 대한 흡착 정도를 측정하는 측정유닛; 상기 측정유닛의 동작을 제어하여 상기 혼합가스가 상기 시료에 제공되도록 하는 제어유닛; 및 상기 측정유닛의 측정결과에 기초하여 상기 시료의 흡착 성능을 분석하고, 분석 결과에 따라 상기 시료의 상기 휘발성 유기화합물에 대한 흡착 등온선을 도출하는 분석유닛을 포함한다.

본 발명의 실시예에 따른 흡착재 성능 측정방법은, 질소가스와 휘발성 유기화합물 가스의 혼합가스를 생성하여 농도를 측정하는 단계; 상기 혼합가스를 시료에 제공하여 상기 시료의 휘발성 유기화합물 흡착 정도를 측정하는 단계; 및 측정 결과에 기초하여 상기 시료의 상기 휘발성 유기화합물 흡착 성능을 분석하는 단계를 포함한다. 여기서, 상기 혼합가스는 상기 휘발성 유기화합물이 피피엠(ppm) 단위의 농도로 포함된 가스인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 흡착재 성능 측정시스템은, 극미량 단위, 예컨대 ppm 단위의 휘발성 유기화합물 농도를 갖는 가스를 생성하여 흡착재 샘플의 휘발성 유기화합물 흡착 성능을 측정 및 분석할 수 있다. 또한, 흡착재의 성능 측정시스템은 흡착재 샘플에 기 흡착되어 포화된 휘발성 유기화합물의 탈착 성능을 측정하여 분석할 수 있다.

이에, 본 발명의 흡착재 성능 측정시스템은 휘발성 유기화합물의 농도에 따라 다수의 흡착재 별 흡착 성능 및 탈착 성능을 분석함으로써, 공기중에 극미량으로 존재하는 휘발성 유기화합물에 대하여 흡착재 별로 흡착 및 탈착 등온선을 각각 도출할 수 있다. 따라서, 흡착재의 사용 용도 및 사용 장소에 따라 최적의 흡착 및 탈착 성능을 갖는 흡착재를 선택하여 필터를 제조할 수 있다.

또한, 본 발명의 흡착재 성능 측정시스템은, 흡착재를 포함하는 필터의 완제품이 아닌 흡착재 샘플을 이용하여 극미량의 휘발성 유기화합물에 대한 흡착 및 탈착 성능을 분석함으로써, 흡착재를 이용한 필터 제조 전에 흡착재의 휘발성 유기화합물에 대한 흡착 및 탈착 성능을 측정 및 분석할 수 있어 필터 개발의 비용 및 시간을 절감할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 흡착재 성능 측정시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1의 측정유닛의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 흡착재 성능 측정시스템을 이용한 흡착재의 성능 측정방법을 나타내는 도면이다.
도 4a 내지 도 4e는 도 3의 각 방법에 대한 측정유닛의 동작을 나타내는 동작 예시도들이다.
도 5는 본 발명의 흡착재 성능 측정시스템에 의한 흡착재의 흡착 성능 측정을 나타내는 그래프이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 흡착재 성능 측정시스템에 의해 측정 및 분석된 흡착재에 대한 흡착 등온선을 나타내는 그래프들이다.

이하 본 발명의 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참고로 그 구성 및 작용을 설명하기로 한다.

도면들 중 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조번호 및 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

또한 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자들은 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있으며 본 발명의 범위가 다음에 기술하는 실시예에 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 흡착재 성능 측정시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 실시예의 흡착재 성능 측정시스템(100)은 측정유닛(110), 제어유닛(120) 및 분석유닛(130)을 포함할 수 있다.

측정유닛(110)은 내부에 시료(미도시), 예컨대 흡착재 샘플을 배치하고, 시료에 휘발성 유기화합물(Volatile Organic Compounds; VOCs)이 포함된 가스를 제공하여 시료의 휘발성 유기화합물의 흡착 정도를 측정할 수 있다. 이때, 측정유닛(110)은 휘발성 유기화합물이 극미량, 즉 ppm 단위의 농도로 포함된 가스를 시료에 제공할 수 있다. 이러한 측정유닛(110)은 가스공급부(111)와 챔버(115)를 포함할 수 있다.

제어유닛(120)은 측정유닛(110)의 동작을 제어할 수 있다. 제어유닛(120)은 측정유닛(110)에서 설정된 농도로 휘발성 유기화합물 가스가 시료에 공급되도록 제어할 수 있다. 또한, 제어유닛(120)은 측정유닛(110)에서 휘발성 유기화합물 가스의 농도를 가변시키면서 농도가 가변된 가스가 시료에 공급되도록 제어할 수 있다.

분석유닛(130)은 측정유닛(110)의 측정 결과에 기초하여 휘발성 유기화합물에 대한 시료의 흡착성능을 분석할 수 있다. 이때, 측정유닛(110)은 제어유닛(120)에 의해 휘발성 유기화합물의 농도가 가변된 가스를 시료에 제공할 수 있다. 이에, 분석유닛(130)은 공기 중의 유해가스 농도, 즉 휘발성 유기화합물 농도에 따른 시료의 흡착 성능을 분석할 수 있다.

이와 같이, 본 실시예에 따른 흡착재 성능 측정시스템(100)은 완제품의 필터가 아닌 그 전단계의 시료, 즉 필터를 구성하는 흡착재 샘플을 이용하여 휘발성 유기화합물의 흡착 성능을 분석할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 흡착재 성능 측정시스템(100)은 필터 제조 전에 필터의 휘발성 유기화합물에 대한 흡착 성능을 측정 및 분석할 수 있어 필터 개발의 비용 및 시간을 절감할 수 있다.

도 2는 도 1의 측정유닛의 구성을 나타내는 도면이다.

도 2를 참조하면, 본 실시예의 측정유닛(110)은 가스공급부(111) 및 챔버(115)를 포함할 수 있다. 가스공급부(111)와 챔버(115)는 배관(230)을 통해 서로 연결될 수 있다.

가스공급부(111)는 기 설정된 농도를 갖는 가스를 챔버(115)에 일정량 제공하는 2개의 제어기, 예컨대 제1MFC(mass flow controller; 211) 및 제2MFC(213)를 포함할 수 있다. 제1MFC(211) 및 제2MFC(213)는 제어유닛(120)의 제어에 따라 농도가 조절된 가스를 생성할 수 있다.

가스공급부(111)의 제1MFC(211)는 제어유닛(120)의 제어에 따라 순수 질소(N2)가스의 농도를 조절하여 생성할 수 있다. 가스공급부(111)의 제2MFC(213)는 제어유닛(120)의 제어에 따라 휘발성 유기화합물 가스의 농도를 조절하여 생성할 수 있다.

여기서, 휘발성 유기화합물 가스는 소정의 가스, 예컨대 질소가스에 소정의 휘발성 유기화합물이 혼합되어 생성될 수 있다. 휘발성 유기화합물로는 포름알데히드, 벤젠, 톨루엔 등이 있으며, 이하에서는 포름알데히드가 질소가스에 혼합되어 있는 휘발성 유기화합물 가스를 예로 설명한다.

챔버(115)는 제어유닛(120)의 제어에 따라 가스공급부(111)로부터 질소가스와 휘발성 유기화합물 가스를 제공받아 혼합하고, 혼합된 가스를 시료에 흡착시키며, 이에 따른 시료의 휘발성 유기화합물 흡착 정도를 측정할 수 있다. 챔버(115)는 측정결과를 분석유닛(130)에 제공할 수 있다.

챔버(115)는 배관(230)을 통해 서로 연결되어 있는 혼합챔버(221), 센서(222), 시료고정부(223), 펌프(224) 및 전처리부(225)를 포함할 수 있다. 또한, 챔버(115)는 상술된 구성요소들 사이에 연결되어 있는 다수의 밸브, 예컨대 하나 이상의 2방향(way) 밸브(226a, 226b)와 하나 이상의 3방향 밸브(227a, 227b, 227c, 227d)를 포함할 수 있다. 챔버(115)의 다수의 밸브는 제어유닛(120)에 의해 그 동작이 제어되어 챔버(115) 내부에서 가스공급부(111)에서 제공된 질소가스와 휘발성 유기화합물 가스의 유동 경로가 조절될 수 있다.

혼합챔버(221)는 배관(230)을 통해 가스공급부(111)에 연결될 수 있다. 혼합챔버(221)와 가스공급부(111) 사이의 배관(230)에는 하나의 2방향 밸브, 예컨대 제1-1밸브(226a)와 하나의 3방향 밸브, 예컨대 제2-1밸브(227a)가 각각 연결될 수 있다. 제어유닛(120)은 제1-1밸브(226a)와 제2-1밸브(227a)의 동작을 제어하여 가스공급부(111)에서 생성되는 질소가스 및 휘발성 유기화합물 가스의 유동 경로가 혼합챔버(221)가 되도록 제어할 수 있다. 여기서, 실시예에 따라 제1-1밸브(226a) 및 제2-1밸브(227a) 중 하나는 생략될 수도 있다.

혼합챔버(221)는 배관(230)을 통해 가스공급부(111)에서 제공되는 질소가스와 휘발성 유기화합물 가스를 혼합할 수 있다. 이때, 혼합챔버(221)에서 생성되는 혼합가스의 농도, 다시 말해 혼합가스 내의 휘발성 유기화합물 농도는 제어유닛(120)에 의한 가스공급부(111)의 동작 제어 또는 제어유닛(120)에 의한 제2-1밸브(227a)의 동작 제어에 따라 달라질 수 있다.

또한, 혼합챔버(221)는 배관(230) 및 하나의 2방향 밸브, 예컨대 제1-2밸브(226b)를 통해 외부 장치(미도시), 예컨대 외부의 휘발성 유기화합물 처리장치에 연결될 수 있다. 혼합챔버(221)는 제어유닛(120)의 제1-2밸브(226b) 동작 제어에 따라 내부의 혼합가스를 외부 장치로 배출할 수 있다.

센서(222)는 혼합챔버(221)에 배관(230)을 통해 연결될 수 있다. 센서(222)와 혼합챔버(221) 사이의 배관(230)에는 두 개의 3방향 밸브, 예컨대 제2-2밸브(227b) 및 제2-3밸브(227c)가 각각 연결될 수 있다.

센서(222)는 혼합챔버(221)에서 생성되는 혼합가스의 농도를 감지할 수 있다. 센서(222)는 제어유닛(120)에 의해 제2-2밸브(227b) 및 제2-3밸브(227c)의 동작이 제어된 상태에서 배관(230)을 통해 유동되는 혼합가스의 농도를 감지할 수 있다. 센서(222)에 의해 감지된 혼합가스의 농도는 제어유닛(120) 및 분석유닛(130)에 제공될 수 있다.

센서(222)는 혼합가스의 적외선 방사에 따른 농도를 감지하는 광음향 적외선 감지 센서(photoacoustic IR)일 수 있다. 이러한 센서(222)는 적외선 소스 및 광 파장 선택 필터를 포함할 수 있다. 그러나, 본 발명의 센서(222)는 이에 제한되지는 않으며, 가스의 농도를 측정할 수 있는 다양한 센서군 중 하나 이상이 선택되어 구성될 수도 있다.

펌프(224)는 배관(230) 및 제2-2밸브(227b)를 통해 혼합챔버(221)에 연결될 수 있다. 펌프(224)는 제어유닛(120)에 의해 제2-2밸브(227b)의 동작이 제어될 때, 혼합챔버(221) 내의 혼합가스를 시료 고정부(223)에 강제 순환시킬 수 있다.

시료 고정부(223)는 배관(230)을 통해 펌프(224)에 연결될 수 있다. 시료 고정부(223)에는 시료, 즉 휘발성 유기화합물의 흡착 성능을 평가할 흡착재 샘플이 배치될 수 있다.

전처리부(225)는 배관(230) 및 하나의 3방향 밸브, 예컨대 제2-4밸브(227d)를 통해 시료 고정부(223)에 연결될 수 있다. 전처리부(225)는 시료에 대한 흡착 성능 평가 전에 시료에 대한 전처리를 수행할 수 있다. 예컨대, 전처리부(225)는 시료 고정부(223)에 열을 가하여 내부를 진공상태를 만드는 전처리를 수행할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 실시예에 따른 측정유닛(110)은 배관(230) 및 다수의 밸브를 통해 가스공급부(111)와 챔버(115)가 연결되어 구성되고, 제어유닛(120)의 밸브 동작제어를 통해 가스공급부(111)에서 제공되는 질소가스와 휘발성 유기화합물 가스의 혼합가스를 생성하여 시료에 제공할 수 있다. 또한, 측정유닛(110)은 시료의 휘발성 유기화합물 흡착 정도에 대해 측정할 수 있으며, 분석유닛(130)은 측정유닛(110)의 측정 결과에 따라 시료의 흡착 성능을 분석할 수 있다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 흡착재 성능 측정시스템을 이용한 흡착재의 성능 측정방법을 나타내는 도면이고, 도 4a 내지 도 4e는 도 3의 각 방법에 대한 측정유닛의 동작을 나타내는 동작 예시도들이다. 이하, 설명의 편의를 위하여 앞서 설명된 도 1 및 도 2가 함께 참조되어 설명될 것이다.

도면을 참조하면, 가스공급부(111)는 제어유닛(120)의 제어에 따라 제1가스, 예컨대 순수 질소가스와 제2가스, 예컨대 휘발성 유기화합물 가스의 초기 농도를 조절하여 생성할 수 있다(S10).

도 4a에 도시된 바와 같이, 제어유닛(120)에 의해 측정유닛(110)의 모든 밸브들이 폐쇄되고, 가스공급부(111)의 제1MFC(211)에서는 초기 농도가 조절된 질소가스가 생성되며, 제2MFC(213)에서는 초기 농도가 조절된 휘발성 유기화합물 가스가 생성될 수 있다.

다음으로, 제어유닛(120)에 의해 제1-1밸브(226a) 및 제2-1밸브(227a)의 동작이 제어되고, 가스공급부(111)에서 질소가스와 휘발성 유기화합물 가스가 혼합챔버(221)에 일정량으로 제공되어 혼합될 수 있다. 이어, 제어유닛(120)에 의해 제2-2밸브(227b) 및 제2-3밸브(227c)의 동작이 제어되어 혼합챔버(221) 내의 혼합가스가 배관(230)을 통해 센서(222)로 제공되도록 하여 센서(222)에 의해 그 농도가 감지되어 측정될 수 있다(S20).

도 4b에 도시된 바와 같이, 제어유닛(120)에 의해 제1-1밸브(226a) 및 제2-1밸브(227a)가 개방되고, 이에 따라 가스공급부(111)에서 혼합챔버(221)에 질소가스 및 휘발성 유기화합물 가스가 제공되어 챔버 내부에서 혼합될 수 있다.

이어, 제어유닛(120)에 의해 제2-2밸브(227b)와 제2-3밸브(227c)가 각각 제1방향으로 개방되고, 이에 혼합챔버(221) 내의 혼합가스는 센서(222)와 혼합챔버(221) 사이의 유동 경로에 따라 배관(230)을 통해 유동될 수 있다. 이때, 센서(222)는 배관(230)을 통해 제공되는 혼합가스의 농도를 감지하여 측정할 수 있다. 이때, 제어유닛(120)은 측정유닛(110)의 제1-1밸브(226a), 제2-1밸브(227a), 제2-2밸브(227b) 및 제2-3밸브(227c)를 제외한 나머지 밸브는 모두 폐쇄되도록 동작을 제어할 수 있다.

센서(222)에 의한 농도 측정 결과는 제어유닛(120) 및 분석유닛(130)에 각각 제공될 수 있다. 제어유닛(120)은 센서(222)의 측정 결과에 기초하여 혼합가스의 농도, 즉 혼합가스 내의 휘발성 유기화합물 농도가 설정 농도, 예컨대 대략 100ppm이 되도록 밸브의 동작을 제어할 수 있다. 분석유닛(130)은 혼합가스의 농도가 설정농도에 도달될 때까지 센서(222)의 측정 결과를 기록할 수 있다.

한편, 제어유닛(120)의 제1-1밸브(226a) 및 제2-1밸브(227a) 내지 제2-3밸브(227c)의 동작 제어에 따라 혼합가스의 농도가 설정 농도에 도달되는 동안에, 제어유닛(120)은 제2-4밸브(227d)의 동작을 제어하여 시료 고정부(223) 내의 시료에 대한 전처리를 수행할 수 있다(S35).

예컨대, 제어유닛(120)은 제2-4밸브(227d)가 제1방향으로 개방되도록 동작을 제어할 수 있다. 이에, 펌프(224), 시료 고정부(223) 및 전처리부(225) 사이에 배관 경로가 형성될 수 있다. 이때, 전처리부(225)는 배관(230)을 통해 소정의 열을 시료 고정부(223)에 제공하여 시료 고정부(223) 내부가 진공 상태가 되도록 할 수 있다. 따라서, 시료 고정부(223) 내에 배치된 시료의 전처리가 수행될 수 있다.

계속해서, 혼합가스의 농도가 설정 농도에 도달되고, 시료에 대한 전처리가 완료되면, 제어유닛(120)은 밸브의 동작을 제어하여 혼합가스를 시료에 제공할 수 있다. 이에 따라, 시료에는 휘발성 유기화합물이 흡착될 수 있다(S30).

도 4d에 도시된 바와 같이, 제어유닛(120)이 제1-1밸브(226a) 및 제2-1밸브(227a)를 폐쇄시키고, 제2-2밸브(227b) 내지 제2-4밸브(227d)가 제2방향으로 개방되도록 동작을 제어할 수 있다. 이에 따라, 혼합가스는 혼합챔버(221), 펌프(224), 시료 고정부(223) 및 센서(222) 사이의 유동 경로에 따라 배관(230)을 통해 유동될 수 있다.

이때, 펌프(224)는 배관(230)을 통해 제공된 혼합가스를 시료 고정부(223)로 강제 순환시킬 수 있다. 이에, 시료 고정부(223) 내에 배치된 시료에 혼합가스에 포함되어 있는 휘발성 유기화합물이 흡착될 수 있다.

계속해서, 시료가 혼합가스의 휘발성 유기화합물을 흡착하는 동안에, 센서(222)는 시료 고정부(223)를 통과한 잔여가스, 즉 시료에 의해 휘발성 유기화합물이 흡착된 혼합가스의 농도를 감지하여 측정할 수 있다(S40).

센서(222)에 의한 잔여가스의 농도 측정 결과는 제어유닛(120) 및 분석유닛(130)에 제공될 수 있다. 제어유닛(120)은 센서(222)의 측정 결과에 기초하여 잔여가스의 농도 변화가 없을 때까지, 즉 시료에 휘발성 유기화합물이 포화상태로 흡착될 때까지 제2-2밸브(227b) 내지 제2-4밸브(227d)의 동작을 제어할 수 있다. 분석유닛(130)은 센서(222)의 측정 결과에 기초하여 잔여가스의 농도 변화를 기록할 수 있다.

다음으로, 잔여가스에 대한 농도 측정이 완료되면, 분석유닛(130)은 측정유닛(110)의 측정 결과로부터 시료의 흡착 성능을 분석하여 그 결과를 출력할 수 있다(S50).

분석유닛(130)은 최초 생성된 혼합가스의 농도 대비 잔여가스의 농도 변화, 즉 최초 혼합가스에 포함된 휘발성 유기화합물 농도에 대비하여 시료를 통과한 혼합가스에 포함된 휘발성 유기화합물 농도의 변화에 따라 시료의 휘발성 유기화합물 흡착 성능을 분석할 수 있다.

도 5에 도시된 바와 같이, 도 4b에서 설명된 제어유닛(120)의 밸브 제어에 따라 혼합챔버(221) 내에서 혼합가스가 생성될 수 있다. 이때, 분석유닛(130)은 측정유닛(110)의 센서(222)의 가스 농도 측정결과에 기초하여 혼합가스의 농도를 최대 혼합상태(R1), 즉 설정농도에 도달될 때까지 기록할 수 있다. 이어, 도 4d에서 설명된 제어유닛(120)의 밸브 제어에 따라 혼합가스의 휘발성 유기화합물이 시료에 흡착될 수 있다. 이때, 분석유닛(130)은 센서(222)의 가스 농도 측정결과에 기초하여 잔여가스의 농도 변화상태(R2)를 기록할 수 있다. 계속해서, 분석유닛(130)은 잔여가스의 최저 농도상태(R3), 즉 시료에 휘발성 유기화합물의 흡착 포화 상태까지 잔여가스의 농도 변화를 기록할 수 있다. 그리고, 분석유닛(130)은 최초 혼합가스의 농도 대비 잔여가스의 농도 변화량에 기초하여 시료의 휘발성 유기화합물 흡착 성능을 분석할 수 있다.

다시 도 3을 참조하면, 시료에 대한 휘발성 유기화합물의 흡착 성능에 대한 분석이 완료되면, 제어유닛(120)의 밸브 제어에 따라 배관(230)을 통해 유동하고 있는 잔여가스를 외부 처리장치로 배출할 수 있다.

도 4e에 도시된 바와 같이, 제어유닛(120)에 의해 제1-2밸브(226b)가 개방되도록 동작 제어될 수 있다. 이에, 혼합챔버(221), 시료 고정부(223) 및 센서(222) 사이의 경로를 따라 유동하던 잔여가스는 배관(230) 및 제1-2밸브(226b)를 통해 혼합챔버(221)의 외부 처리 장치로 배출될 수 있다.

측정유닛(110)으로부터 잔여가스의 배출이 완료되면, 제어유닛(120)에 의해 가스공급부(111)의 동작이 제어되어 제1가스와 제2가스의 농도를 조절하는 단계(S10)부터 반복 수행될 수 있다. 이때, 시료 고정부(223)에는 새로운 시료, 즉 휘발성 유기화합물의 흡착 전의 시료가 재 배치될 수 있다.

또한, 상술한 과정들의 반복 수행을 통해 본 발명의 흡착재 성능 측정시스템(100)은 도 5에 도시된 바와 같이, 휘발성 유기화합물의 농도가 가변되는 혼합가스에 대한 시료의 흡착 성능을 측정 및 분석할 수 있다. 그리고, 도 6에 도시된 바와 같이, 휘발성 유기화합물의 농도에 따라 ppm 단위에서 시료의 흡착 특성을 분석하여 시료의 휘발성 유기화합물에 대한 흡착 등온선을 도출할 수 있다.

또한, 본 발명의 흡착재 성능 측정시스템(100)은 시료의 종류 및 휘발성 유기화합물의 농도를 변경하면서 앞서 서술된 시료의 흡착 성능을 분석하고, 그에 따라 도 7에 도시된 바와 같이, 시료 별 흡착 특성을 분석하여 시료 별 휘발성 유기화합물에 대한 흡착 등온선을 각각 도출할 수 있다.

예컨대, 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 흡착재 성능 측정시스템(100)에 의해 시료 A는 저 ppm 농도 영역(a1)에서의 휘발성 유기화합물에 대한 흡착 성능이 우수한 것으로 분석될 수 있다. 반면, 시료 B는 시료 A에 대비하여 상대적으로 높은 ppm 농도 영역(a2)에서의 휘발성 유기화합물에 대한 흡착 성능이 우수한 것으로 분석될 수 있다.

이러한 각 시료 별 분석 결과에 기초하여, 시료 A로부터 제조되는 필터는 외부와 대비하여 상대적으로 휘발성 유기화합물의 농도가 적은 실내용 공기청정기에 사용되는 것이 바람직할 수 있다. 또한, 시료 B로부터 제조되는 필터는 실내와 대비하여 상대적으로 휘발성 유기화합물의 농도가 높은 외부용 공기청정기에 사용되는 것이 바람직할 수 있다.

한편, 도면에 도시하지는 않았으나, 본 발명의 흡착재 성능 측정시스템(100)은 시료의 탈착 성능을 측정하여 분석할 수도 있다.

예컨대, 흡착재 성능 측정시스템(100)의 동작에 따라 시료에 휘발성 유기화합물이 포화 상태로 흡착된 상태에서, 제어유닛(120)이 가스공급부(111)의 동작을 제어하여 가스공급부(111)에서 소정 농도의 순수한 질소가스만이 생성되도록 할 수 있다.

이어, 제어유닛(120)이 챔버(115)의 다수의 밸브의 동작을 제어하여 순수 질소가스가 시료에 제공되도록 함으로써 시료에 흡착되어 있는 휘발성 유기화합물의 탈착 정도를 측정할 수 있다.

이때, 센서(222)에서는 시료 고정부(223)를 통과하는 가스, 즉 탈착된 휘발성 유기화합물이 혼합된 가스의 농도를 측정하고, 분석유닛(130)에서 측정된 가스 농도에 따른 시료의 탈착 성능을 분석할 수 있다. 물론, 센서(222)의 농도 측정 결과에 따라 제어유닛(120)이 밸브 동작 제어를 계속하여 센서(222)에 의해 측정되는 가스 농도의 변화가 없을 때까지 시료의 탈착 성능을 측정 및 분석할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 흡착재 성능 측정시스템(100)은 ppm 단위의 휘발성 유기화합물 농도를 갖는 가스를 생성하여 흡착재 샘플의 휘발성 유기화합물 흡착 성능을 측정 및 분석하고, 그에 따라 휘발성 유기화합물에 대한 흡착재 샘플의 흡착 등온선을 도출할 수 있다. 이때, 가스의 휘발성 유기화합물 농도 및 흡착재 종류 중 적어도 하나를 변경하면서 흡착재의 흡착 성능을 측정 및 분석하여 흡착재 별로 휘발성 유기화합물에 대한 흡착 등온선을 각각 도출할 수 있다. 또한, 본 발명의 흡착재 성능 측정시스템(100)은 흡착재 샘플에 기 흡착되어 포화된 휘발성 유기화합물의 탈착 성능을 측정하여 분석할 수 있다.

이에, 본 발명의 흡착재 성능 측정시스템(100)은 휘발성 유기화합물의 농도에 따라 다수의 흡착재 별 흡착 성능 및 탈착 성능을 분석할 수 있으며, 따라서, 사용 용도 및 사용 장소에 따라 최적의 흡착재를 선택하여 필터를 제조할 수 있다. 이로 인해, 필터 개발의 비용 및 시간을 절감할 수 있다.

100: 흡착재 성능 측정시스템 110: 측정유닛
111: 가스공급부 115: 챔버
120: 제어유닛 130: 분석유닛
211: 제1MFC 213: 제2MFC
221: 혼합챔버 222: 센서
223: 시료 고정부 224: 펌프
225: 전처리부 230: 배관

Claims

휘발성 유기화합물이 피피엠(ppm) 단위의 농도로 포함된 혼합가스를 내부에 배치된 시료에 제공하여 상기 시료의 상기 휘발성 유기화합물에 대한 흡착 정도를 측정하는 측정유닛;
상기 측정유닛의 동작을 제어하여 상기 혼합가스가 상기 시료에 제공되도록 하는 제어유닛; 및
상기 측정유닛의 측정결과에 기초하여 상기 시료의 흡착 성능을 분석하고, 분석 결과에 따라 상기 시료의 상기 휘발성 유기화합물에 대한 흡착 등온선을 도출하는 분석유닛을 포함하는 흡착재 성능 측정시스템.
제1항에 있어서,
상기 측정유닛은,
질소가스 및 휘발성 유기화합물 가스를 각각 생성하는 가스공급부; 및
상기 가스공급부와 배관을 통해 연결되고, 상기 배관을 통해 제공되는 상기 질소가스와 상기 휘발성 유기화합물 가스를 혼합하여 상기 혼합가스를 생성하며, 상기 혼합가스를 상기 시료에 제공하여 상기 시료의 흡착 정도를 측정하는 챔버를 포함하고,
상기 제어유닛에 의해 상기 가스공급부 및 상기 챔버 중 적어도 하나의 동작을 제어하여 상기 혼합가스의 휘발성 유기화합물 농도를 가변시키는 것을 특징으로 하는 흡착재 성능 측정시스템,
제2항에 있어서,
상기 챔버는,
상기 배관을 통해 상기 가스공급부로부터 제공되는 상기 질소가스와 상기 휘발성 유기화합물 가스를 혼합하여 상기 혼합가스를 생성하는 혼합챔버; 및
상기 배관, 제2-2밸브 및 제2-3밸브를 통해 상기 혼합챔버에 연결되고, 상기 혼합가스의 농도를 측정하는 센서를 포함하고,
상기 제어유닛은 상기 제2-2밸브 및 상기 제2-3밸브의 동작을 제어하여 상기 혼합가스의 농도가 설정농도에 도달될 때까지 상기 혼합가스가 상기 혼합챔버 및 상기 센서 사이의 경로로 유동되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 흡착재 성능 측정시스템.
제3항에 있어서,
상기 챔버는,
상기 배관 및 상기 제2-2밸브를 통해 상기 혼합챔버에 연결되고, 내부에 상기 시료가 배치된 시료 고정부; 및
상기 배관 및 제2-4밸브를 통해 상기 시료 고정부에 연결된 전처리부를 더 포함하고,
상기 제어유닛은 상기 혼합가스가 상기 혼합챔버 및 상기 센서 사이의 경로로 유동되는 동안에, 상기 제2-4밸브의 동작을 제어하여 상기 전처리부에 의해 상기 시료의 전처리가 수행되도록 하는 것을 특징으로 하는 흡착재 성능 측정시스템.
제4항에 있어서,
상기 챔버는,
상기 제2-2밸브와 상기 시료 고정부 사이에 배치되어 상기 혼합가스를 상기 시료에 강제 순환시키는 펌프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 흡착재 성능 측정시스템.
제3항에 있어서,
상기 가스공급부와 상기 혼합챔버 사이의 상기 배관에 연결되어 상기 질소가스 및 상기 휘발성 유기화합물 가스의 유동 경로를 조절하는 제1-1밸브 및 제2-1밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 흡착재 성능 측정시스템.
제1항에 있어서,
상기 분석유닛은,
상기 혼합가스의 휘발성 유기화합물 농도 대비 상기 시료를 통과한 혼합가스의 휘발성 유기화합물 농도의 변화에 기초하여 상기 시료의 흡착 성능을 분석하는 것을 특징으로 하는 흡착재 성능 측정시스템.
측정유닛, 제어유닛 및 분석유닛을 포함하는 흡착재 성능 측정시스템을 이용한 흡착재 성능 측정방법에 있어서,
질소가스와 휘발성 유기화합물 가스의 혼합가스를 생성하여 농도를 측정하는 단계;
상기 혼합가스를 시료에 제공하여 상기 시료의 휘발성 유기화합물 흡착 정도를 측정하는 단계; 및
측정 결과에 기초하여 상기 시료의 상기 휘발성 유기화합물 흡착 성능을 분석하는 단계를 포함하고,
상기 혼합가스는 상기 휘발성 유기화합물이 피피엠(ppm) 단위의 농도로 포함된 가스인 것을 특징으로 하는 흡착재 성능 측정방법.
제8항에 있어서,
상기 시료의 휘발성 유기화합물 흡착 정도를 측정하는 단계 전에,
상기 시료를 전처리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 흡착재 성능 측정방법.
제8항에 있어서,
상기 혼합가스를 생성하여 농도를 측정하는 단계는,
상기 제어유닛이 상기 측정유닛 내부에서 상기 혼합가스의 유동 경로를 제어하여 상기 혼합가스가 설정 농도에 도달될 때까지 측정하는 것을 특징으로 하는 흡착재 성능 측정방법.
제8항에 있어서,
상기 시료의 휘발성 유기화합물 흡착 정도를 측정하는 단계는,
상기 제어유닛에 의한 상기 혼합가스의 유동 경로 제어에 따라 상기 혼합가스를 상기 시료에 제공하는 단계; 및
상기 시료를 통과한 잔여가스의 농도를 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 흡착재 성능 측정방법.
제11항에 있어서,
상기 시료의 상기 휘발성 유기화합물 흡착 성능을 분석하는 단계는,
상기 혼합가스의 휘발성 유기화합물 농도 대비 상기 시료를 통과한 혼합가스의 휘발성 유기화합물 농도의 변화에 기초하여 상기 시료의 흡착 성능을 분석하는 단계인 것을 특징으로 하는 흡착재 성능 측정방법.
제7항에 있어서,
상기 시료의 흡착 성능을 분석하는 단계 이후에,
상기 제어유닛에 의해 상기 혼합가스의 농도를 가변하여 생성하고, 농도가 가변된 혼합가스를 상기 시료에 제공하여 상기 시료의 휘발성 유기화합물 흡착 정도를 측정하는 단계를 다시 수행하는 것을 특징으로 하는 흡착재 성능 측정방법.