KR20210076011A - 공기 정화용 촉매-흡착제 필터 - Google Patents

공기 정화용 촉매-흡착제 필터 Download PDF

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Abstract

특정 실시형태에서 기체 오염물을 화학적으로 양성인 종으로 전환시키도록 개작된 금속 산화물 촉매 및 다른 기체 종 및 휘발성 유기 화합물과 함께 화학적으로 양성인 종을 흡착시키도록 개작된 흡착제를 포함하는 촉매-흡착제 조성물이 개시된다.

Description

공기 정화용 촉매-흡착제 필터
관련 출원의 교차 참조
본 출원은 2018년 10월 23일자로 출원된, 국제 출원 PCT/CN2018/111425호의 우선권의 이익을 주장하며, 이의 개시내용은 그 전체가 본 명세서에 참조에 의해 포함된다.
기술분야
본 개시내용은 공기 정화를 위한 조성물, 장치 및 방법에 관한 것이다. 보다 특별하게는, 본 개시내용은 공기로부터의 기체 오염물의 실온 제거를 위한 촉매-흡착제 조성물, 장치 및 시스템 및 이의 제조 방법 및 사용 방법에 관한 것이다.
대기 오염은 다양한 대기 오염 물질의 수준이 계속 증가함에 따라 중요성이 증가하고 있는 문제이다. 포름알데히드, 질소 산화물, 이산화황 및 암모니아는 다양한 흡착제 시스템과 물질을 사용하여 실내 환경에서 제거되는 주요 오염 물질로 간주된다.
전통적인 오염물 처리 시스템 및 흡착제 재료는 장기적인 성능 향상, 제조 공정의 효율성 증가 및 생산 비용 절감을 포함하여 여전히 많은 문제에 직면해 있다. 다수의 흡착제 재료는 일반적으로 하나의 유형의 흡착 응용 분야를 위해서 개작되지만, 다른 유형의 오염 물질을 제거할 수 없다. 예를 들어, 현재의 캐쏘드 공기 정화(cathode air purification) 기술은 염기성 화학 오염 물질 및 산성 화학 오염 물질을 제거하기 위해 2개의 별개의 층이 필요하므로, 더 복잡한 설계가 필요하다. 또한 탄소 펠릿을 사용하는 부직포 필터 시스템은 성능에 해로운 영향을 미치는 높은 배압을 초래한다.
따라서, 동시에 다수의 오염 물질을 효과적으로 제거할 수 있는 장치, 방법 및 조성물에 대한 요구가 계속되고 있다.
하기는 이러한 양태의 기본적인 이해를 제공하기 위해서 본 개시내용의 다양한 양태의 단순 요약을 제공한다. 이러한 요약은 본 개시내용의 광범위한 개요가 아니다. 이는 본 개시의 핵심 또는 중요한 요소를 식별하지도 않으며, 본 개시의 특정 실시 예의 임의의 범위 또는 청구 범위의 임의의 범위를 서술하지도 않는다. 이의 유일한 목적은 나중에 제시되는 보다 상세한 설명에 대한 서곡으로서 본 개시내용의 일부 개념을 단순화된 형태로 제시하는 것이다.
본 개시내용의 일 양태에서, 촉매-흡착제 필터는 중합체 발포체, 중합체 섬유, 부직포 패브릭, 세라믹 및 펄프 제품(예를 들어, 종이)으로부터 선택된 물질을 포함하는 필터 본체; 및 필터 본체 상에 형성된 코팅을 포함한다. 코팅은 기체 오염물질을 화학적으로 양성인 종으로 전환시키도록 개작된 망간 산화물 촉매; 및 화학적으로 양성인 종 및 망간 산화물 촉매가 전환시키도록 개작되지 않은 다른 기체 종을 흡착하도록 개작된 흡착제를 포함한다.
특정 실시형태에서, 흡착제는 실리카겔, 활성탄, 파우자사이트, 캐버자이트, 클라이놉타일로라이트, 모데나이트, 실리칼라이트, 제올라이트 X, 제올라이트 Y, 초안정한 제올라이트 Y, ZSM 제올라이트, 오프레타이트 베타 제올라이트, 금속 유기 골격, 금속 산화물, 중합체, 레진 및 이들의 조합물로 이루어진 군으로부터 선택된다.
특정 실시형태에서, 흡착제는 활성탄을 포함한다.
특정 실시형태에서, 활성탄은 합성 활성탄이거나 또는 목재, 이탄(peat coal), 코코넛 껍질, 갈탄, 석유 피치, 석유 코크스, 콜타르 피치(coal tar pitch), 과일 피츠(fruit pit), 견과류, 껍질, 톱밥, 목분, 합성 중합체 또는 천연 중합체 중 하나 이상을 기반으로 하거나 이로부터 유래된다.
특정 실시형태에서, 흡착제의 브루나우어-에메트-텔러(Brunauer-Emmett-Teller: BET) 표면적은 약 20 m2/g 내지 약 3,000 m2/g이다.
특정 실시형태에서, 망간 산화물 대 흡착제의 중량-대-중량 비는 1:5 내지 7:1이다.
특정 실시형태에서, 코팅은 중합체 결합제를 더 포함하고, 중합체 결합제는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리올레핀 공중합체, 폴리이소프렌, 폴리부타디엔, 폴리부타디엔 공중합체, 염화 고무, 니트릴 고무, 폴리클로로프렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 엘라스토머, 폴리스티렌, 폴리아크릴레이트, 폴리메타크릴레이트, 폴리아크릴로니트릴, 폴리(비닐 에스테르), 폴리(비닐 할라이드), 폴리아미드, 셀룰로스 중합체, 폴리이미드, 아크릴, 비닐 아크릴 및 스티렌 아크릴, 폴리비닐 알코올, 열가소성 폴리에스테르, 열경화성 폴리에스테르, 폴리(페닐렌 옥사이드), 폴리(페닐렌 설파이드), 플루오린화 중합체, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리(비닐플루오라이드), 클로로/플루오로 공중합체, 에틸렌 클로로트리플루오로-에틸렌 공중합체, 폴리아미드, 페놀계 수지, 에폭시 수지, 폴리우레탄, 아크릴/스티렌 아크릴 공중합체, 라텍스 실리콘 중합체 및 이들의 조합물로 이루어진 군으로부터 선택된다.
특정 실시형태에서, 중합체 결합제는 코팅의 총 중량에 대해서 약 5 wt. % 내지 약 30 wt. %로 존재한다.
특정 실시형태에서, 코팅은 분산제를 더 포함한다. 특정 실시형태에서, 분산제는 음이온성 계면활성제, 양이온성 계면활성제, 쯔비터이온성 계면활성제 또는 비이온성 계면활성제 중 1종 이상을 포함한다.
특정 실시형태에서, 필터 본체는 폴리우레탄을 포함하는 중합체 발포체를 포함한다.
특정 실시형태에서, 필터 본체는 벌집의 형태로 존재한다.
본 개시내용의 또 다른 양태에서, 촉매-흡착제 조성물은 활성탄을 포함하는 흡착제;망간 산화물을 포함하는 촉매;중합체 결합제; 및 계면활성제 분산제를 포함한다.
본 개시내용의 또 다른 양태에서, 촉매-흡착제 필터의 형성 방법은 금속 산화물 촉매 및 흡착제를 포함하는 슬러리를 형성하는 단계; 중합체 발포체, 중합체 섬유, 부직포 패브릭, 세라믹 및 펄프 제품(예를 들어, 종이)으로부터 선택된 물질을 포함하는 필터 본체 상에 슬러리를 코팅하는 단계; 슬러리를 건조하여 촉매-흡착제 필터를 형성하는 단계를 포함한다.
특정 실시형태에서, 건조는 약 80℃ 내지 약 250℃의 온도에서 일어난다.
특정 실시형태에서, 흡착제는 활성탄을 포함하고, 흡착제의 BET 표면적은 약 20 m2/g 내지 약 3,000 m2/g이다.
특정 실시형태에서 금속 산화물 촉매는 망간 산화물을 포함하고, 망간 산화물 대 흡착제의 중량-대-중량 비는 1:5 내지 7:1이다.
특정 실시형태에서 슬러리는 중합체 결합제를 추가로 포함한다. 특정 실시형태에서, 중합체 결합제는 코팅의 총 중량에 대해서 약 5 wt. % 내지 약 30 wt. %로 존재한다. 특정 실시형태에서, 중합체 결합제는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리올레핀 공중합체, 폴리이소프렌, 폴리부타디엔, 폴리부타디엔 공중합체, 염화 고무, 니트릴 고무, 폴리클로로프렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 엘라스토머, 폴리스티렌, 폴리아크릴레이트, 폴리메타크릴레이트, 폴리아크릴로니트릴, 폴리(비닐 에스테르), 폴리(비닐 할라이드), 폴리아미드, 셀룰로스 중합체, 폴리이미드, 아크릴, 비닐 아크릴 및 스티렌 아크릴, 폴리비닐 알코올, 열가소성 폴리에스테르, 열경화성 폴리에스테르, 폴리(페닐렌 옥사이드), 폴리(페닐렌 설파이드), 플루오린화 중합체, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리(비닐플루오라이드), 클로로/플루오로 공중합체, 에틸렌 클로로트리플루오로-에틸렌 공중합체, 폴리아미드, 페놀계 수지, 에폭시 수지, 폴리우레탄, 아크릴/스티렌 아크릴 공중합체, 라텍스 실리콘 중합체 및 이들의 조합물로 이루어진 군으로부터 선택된다.
특정 실시형태에서 슬러리는 분산제를 더 포함하고, 분산제는 음이온성 계면활성제, 양이온성 계면활성제, 쯔비터이온성 계면활성제 또는 비이온성 계면활성제 중 1종 이상을 포함한다.
특정 실시형태에서, 필터 본체는 폴리우레탄을 포함하는 중합체 발포체를 포함한다.
본 개시내용의 또 다른 양태에서, 촉매-흡착제 필터는 중합체 발포체, 중합체 섬유, 부직포 패브릭, 세라믹 및 펄프 제품(예를 들어, 종이)으로부터 선택된 물질을 포함하는 필터 본체; 및 필터 본체 상에 형성된 코팅을 포함한다. 코팅은 기체 오염물을 화학적으로 양성인 종으로 전환시키도록 개작된 망간 산화물 촉매; 다른 기체 종 및 휘발성 유기 화합물과 함께 화학적으로 양성인 종을 흡착시키도록 개작된 흡착제;중합체 결합제; 및 분산제를 포함한다.
본 개시내용의 또 다른 양태에서, 휘발성 유기 화합물(VOC) 스크러빙(scrubbing) 시스템은 VOC 스크러빙 시스템에 수용된 공기와 접촉하도록 배열된 상기에 언급된 촉매-흡착제의 임의의 실시형태를 포함한다. 일 실시형태에서, VOC 스크러빙 시스템은 내부에 촉매-흡착제가 배치되고, VOC 스크러빙 시스템에 수용된 공기의 유동과 접촉하도록 배열된 1개 이상의 여과 카트리지를 포함한다.
상기에 언급된 촉매-흡착제의 임의의 실시형태가 1개 이상의 여과 카트리지 내에 배치될 수 있다.
본 개시내용의 또 다른 양태에서, SO2, NH3, NO2, NO 및 포름알데히드로부터 선택된 오염물질을 포함하는 공기를 처리하는 방법이 개시되며, 이 방법은 상기에 언급된 촉매-흡착제의 임의의 실시형태를 포함하는 공기 처리 챔버 내로 공기의 제1 부피를 유동시키는 단계로서, 공기의 제1 부피는 오염물질의 제1 농도를 갖는, 단계, 및 흡착제를 공기의 제1 부피와 접촉시키는 단계를 포함하며, 여기서 공기의 제1 부피의 오염물질의 제2 농도는 접촉 후 제1 농도와 같거나 더 낮다. 특정 실시형태에서, 공기의 제1 부피는 건물 내부로부터의 재순환된 공기를 포함한다. 특정 실시형태에서, 방법은 공기 처리 챔버 내로 공기의 제2 부피를 유동시키는 단계로서, 공기의 제2 부피는 오염물질의 제3 농도를 갖는, 단계 및 흡착제를 공기의 제2 부피와 접촉시키는 단계를 포함하며, 여기서 공기의 제2 부피의 오염물질의 제4 농도는 접촉 후 제3 농도와 같거나 더 낮다. 특정 실시형태에서, 공기의 제2 부피는 건물 외부로부터의 공기를 포함한다.
본 개시내용의 또 다른 양태에서, 자동차 배기 시스템은 성분 내부에 배치된 상기에 언급된 촉매-흡착제의 임의의 실시형태를 포함하는 성분(예를 들어, 필터, 필터 유닛, 컨테이너, 공기 덕트 등)을 포함한다.
본 개시내용의 또 다른 양태에서, 항공기 환경 제어 시스템은 필터 유닛 내부에 배치된 상기에 언급된 촉매-흡착제의 임의의 실시형태를 포함하는 필터 유닛을 포함한다.
본 개시내용의 또 다른 양태에서, 연료 전지를 위한 캐쏘드 공기 필터는 필터 유닛 내부에 배치된 상기에 언급된 촉매-흡착제의 임의의 실시형태를 포함하는 필터 유닛을 포함한다. 이러한 캐쏘드 공기 필터 시스템은 예를 들어, 자동차용, 가정용 또는 산업용 용도를 위한 연료 전지 시스템에 혼입될 수 있다.
본 개시내용의 또 다른 양태에서, 대기 공기로부터 오염물질을 제거하기 위한 공기 제어 시스템은 필터 유닛 내부에 배치된 상기에 언급된 흡착제의 임의의 실시형태를 포함하는 필터 유닛을 포함한다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "흡착제 물질"은 구조 내에 기체 분자, 이온 또는 다른 종을 부착할 수 있는 물질을 지칭한다(예를 들어, 공기로부터의 CO2의 제거). 구체적인 물질은 점토, 금속 유기 골격, 활성 알루미나, 실리카겔, 활성탄, 분자체 탄소, 제올라이트(예를 들어, 분자체 제올라이트), 중합체, 수지 및 이들 성분 중 임의의 것 또는 상부에 지지된 기체-흡착 물질을 갖는 다른 것(예를 들어, 본 명세서에 기재된 흡착제의 다양한 실시형태 등)을 포함하지만 이들로 제한되지 않는다. 특정 흡착제 물질은 특정 종을 우세하게 또는 선택적으로 부착할 수 있다.
또한 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "촉매-흡착제"는 이중 촉매작용 및 흡착 특성을 갖는 물질을 지칭한다. 예를 들어, 촉매-흡착제 층은, 분자 종과의 접촉 시에, 분자 종을 하나 이상의 부산물로 전환시키는 것을 촉매작용할 수 있고, 또한 분자 종 및/또는 1종 이상의 부산물을 흡착할 수 있다. 촉매-흡착제 층은 촉매-흡착제 층에 의해서 촉매적으로 반응될 수 없는 다른 분자 종을 흡착할 수도 있다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "흡착 용적(adsorption capacity)"은 흡착제 물질이 특정 작동 조건(예를 들어, 온도 및 압력) 하에서 흡착할 수 있는 화학종의 양에 대한 작업 용적을 지칭한다. mg/g의 단위로 제공되는 경우, 흡착 용적의 단위는 흡착제 1 그램당 흡착되는 기체의 밀리그램에 상응한다.
또한 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "입자"는 각각 0.1 μm 내지 50 mm의 범위의 최대 치수를 갖는 물질의 개별 부분의 집합을 지칭한다. 입자의 모폴로지는 결정질, 반결정질 또는 비정질일 수 있다. 달리 명시되지 않는 한, 본 명세서에 개시된 크기 범위는 평균/평균값 또는 중위 크기일 수 있다. 입자는 구형일 필요는 없지만, 입방체, 원통형, 디스크 또는 당업자에 의해 인식되는 임의의 다른 적합한 형태 일 수 있다는 것이 또한 주목된다. "분말" 및 "과립"은 입자 유형일 수 있다.
또한 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "모노리쓰(monolith)"는 특정 물질의 단일의 통합된 블록을 지칭한다. 단일이 통합된 블록은 예를 들어, 벽돌, 디스크 또는 막대의 형태일 수 있고, 증가된 기체 유동/분배를 위한 채널을 함유할 수 있다. 특정 실시형태에서, 다수의 모노리쓰가 함께 배열되어 목적하는 형상을 형성할 수 있다. 특정 실시형태에서, 모노리쓰는 각각 정사각형, 육각형 또는 또 다른 형상을 갖는 다수의 평행 채널을 갖는 벌집 형상을 가질 수 있다.
또한 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "분산제"는 고체 입자를 유체 매질에서 현탁 상태로 유지시키는 것을 돕고, 유체 매질에서 입자의 응집 또는 침강을 저해하거나 또는 감소시키는 화합물을 지칭한다.
또한 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "결합제"는 코팅, 층 또는 필름(예를 들어, 기판 상의 워시코팅된 코팅, 층 또는 필름)에 포함될 때, 코팅, 층 또는 필름이 하나의 외부 표면으로부터 코팅, 층 또는 필름의 반대 외부 표면을 통해서 연속적인 구조로 또는 실질적으로 연속적인 구조를 형성하는 것을 촉진시키고, 코팅, 층 또는 필름에서 균질하게 또는 반-균질하게 분포되고, 코팅, 층 또는 필름이 형성되는 표면에 대한 접착력 및 표면과 코팅, 층 또는 필름 간의 응집력을 촉진시키는 물질을 지칭한다.
또한 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "스트림" 또는 "유동"은 고체(예를 들어, 미립자), 액체(예를 들어, 증기) 및/또는 기체 혼합물을 함유할 수 있는 임의의 유동 기체를 광범위하게 지칭한다.
또한 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "휘발성 유기 화합물" 또는 "VOC"는 실온에서 증가된 증기압을 갖는 유기 화학 분자를 지칭한다. 이러한 화학 분자는 낮은 비등점을 갖고, 상당한 수의 분자는 실온에서 증발하고/하거나 승화함으로써, 액체 또는 고체상으로부터 기체상으로 전이된다. 일반적인 VOC는 포름알데히드, 벤젠, 톨루엔, 자일렌, 에틸벤젠, 스티렌, 프로판, 시클로헥산, 리모넨, 피넨, 아세트알데히드, 헥스알데히드, 에틸 아세테이트, 부탄올 등을 포함하지만 이들로 제한되지 않는다.
또한 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "정화되지 않은 공기" 또는 "정화되지 않은 공기 스트림"은 선호되지 않는 것으로 인식되는 수준 이상의 농도 또는 함량으로 1종 이상의 오염물질을 함유하는 임의의 스트림을 지칭하며, 인간 건강에 대해 악영향(단기간 효과 및/또는 장기간 효과 포함)을 갖는다고 간주되고/되거나 장비 작동에 악영향을 초래한다. 예를 들어, 특정 실시형태에서, 산업 안전 보건청(Occupational Safety & Health Administration)에 의해 규정된 "활동 수준" 표준에 따라 8시간 가중 평균 농도로 계산된 공기 스트림 백 만 부당 0.5 부의 포름알데히드를 초과하는 농도의 포름알데히드를 함유하는 스트림은 정화되지 않은 공기 스트림이다. 특정 실시형태에서, 중국의 국제 표준에 따라 8시간 가중 평균 농도로 계산된 공기 스트림 백 만 부당 0.08 부의 포름알데히드를 초과하는 농도의 포름알데히드를 함유하는 스트림은 정화되지 않은 공기 스트림이다. 정화되지 않은 공기는 포름알데히드, 오존, 일산화탄소(CO), VOC, 메틸 브로마이드, 물, 아민-함유 화합물(예를 들어, 암모니아), 황 산화물, 황화수소 및 질소 산화물을 포함할 수 있지만 이들로 제한되지 않는다.
또한 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "정화된 공기"또는 "정화된 공기 스트림"은 정화되지 않은 공기 스트림이라고 간주될 것 중의 1종 이상의 오염물질의 농도 또는 함량보다 더 낮은 농도 또는 함량으로 1종 이상의 오염물질을 함유하는 임의의 스트림을 지칭한다.
또한 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "기재"는 촉매가 상부에 또는 내부에 배치되는 물질(예를 들어, 금속, 반금속, 반금속 산화물, 금속 산화물, 중합체, 세라믹, 종이, 펄프/반-펄프 제품 등)을 지칭한다. 특정 실시형태에서, 기재는 복수의 촉매 입자 및/또는 흡착제 입자를 함유하는 워시코트를 갖는 고체 표면의 형태일 수 있다. 워시코트는 촉매 입자 및/또는 흡착제 입자의 특정 고체 함량(예를 들어, 30 내지 50 중량%)을 함유하는 슬러리를 제조하고, 이어서 이것을 기판 상에 코팅하고, 건조하여 워시코트 층을 제공함으로써 형성될 수 있다. 특정 실시형태에서, 기재는 다공성일 수 있고, 워시코트는 기공 외부 및/또는 내부에 침착될 수 있다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "질소 산화물"은 질소 및 산소를 함유하는 화합물을 의미하며, 이에 제한되지는 않지만, 산화질소, 이산화질소, 아산화질소, 니트로실아지드, 오자테트라졸, 삼산화이질소, 사산화이질소, 오산화이질소, 트리니트라미드, 니트라이트, 니트레이트, 니트로늄, 니트로소늄, 퍼옥소니트리트 또는 이들의 조합물을 포함한다.
또한 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "황 화합물"은 황 산화물(일산화황, 이산화황, 삼산화황, 일산화이황, 이산화황), 황화수소 또는 이들의 조합물을 포함하지만 이들로 제한되지 않는 황 함유 화합물을 지칭한다.
또한 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 측정된 양과 관련하여 사용되는 경우 용어 "약"은, 측정 목적 및 측정 장비의 정밀도에 걸맞는 케어의 수준을 실행하고 측정함에 있어 당업자에 의해 예상되는, 그 측정된 양의 정상 변동을 지칭한다. 예를 들어, "약"이 값을 수식하는 경우, 그 값은 ±1%만큼 변화될 수 있다는 것을 의미하도록 해석될 수 있다.
본 명세서에 논의된 바와 같이, 표면적은 "BET 표면적"이라고 지칭되는, DIN ISO 9277:2003-05(이것은 DIN 66131의 변형 버전임)에 따른 브루나우어-에메트-텔러(BET) 방법에 의해서 결정된다. 비표면적은 0.05 내지 0.3 p/p 0의 상대 압력 범위에서 다중점 BET 측정에 의해서 결정된다.
본 개시내용은 예에 의해서 예시되고, 제한의 방식이 아니며, 첨부된 도면의 도에서,
도 1은 본 개시내용의 실시형태에 따른 예시적인 공기-유동 시스템을 도시하고;
도 2a는 본 개시내용의 실시형태에 따른 상부 상에 촉매-흡착제 코팅이 형성된 필터 본체의 단면을 도시하고;
도 2b는 본 개시내용의 실시형태에 따른 필터 본체의 표면 상에 형성된 촉매-흡착제 코팅의 단면을 도시하고;
도 3은 본 개시내용의 실시형태에 따른 촉매-흡착제 필터 흡착제를 형성하는 방법을 도시한 흐름도이다.
본 명세서에 기재된 실시형태는 공기로부터 오염물질을 제거하기 위한 촉매-흡착제 조성물 및 시스템에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 촉매-흡착제 조성물은 독성 화학 오염물질, 예컨대, 포름알데히드, 오존, 일산화탄소, 질소 산화물, 이산화황, 아민(암모니아 포함), 황 화합물(티올 포함), 염화 탄화수소 및 다른 알칼리 또는 산성 화학물질을 제거하도록 설계될 수 있는 실내 공기, 객실 공기 및 캐쏘드 공기 정화 시스템에 혼입될 수 있다.
특정 실시형태에서, 금속 산화물 촉매(예를 들어, 망간 산화물) 및 다른 기능성 첨가제와 혼합된 고 표면적 흡착제(예를 들어, 활성탄)는 높은 효율을 갖는 본 명세서에 기재된 기체 오염물질을 제거하기 위해서 올-인-원(all-in-one) 용액으로서 작용하는 촉매-흡착제 조성물을 생성시킨다. 촉매-흡착제 조성물은 필터 본체, 예컨대, 개방-기공형 발포체(open-pored foam), 벌집 또는 부직포 필터 본체 상에 코팅되어, 여과 효율을 증가시키고 허용 가능한 배압을 용이하게 하 수 있다.
본 개시내용의 실시형태는 정화되지 않은 공기 또는 촉매-흡착제 필터의 가열이 요구되지 않으면서 저온(예를 들어, 20℃ 내지 25℃의 실온 범위)에서 공기 정화를 가능하게 한다. 또한, 촉매-흡착제 조성물을 형성하는데 사용되는 물질 및 비교적 낮은 온도는 금속 필터를 코팅하는데 사용되는 고온 공정과 호환되지 않았을 중합체 발포체 물질과 같은 광범위한 필터를 허용한다.
본 개시내용의 실시형태는 자외(UV) 방사선 또는 전기의 사용 없이 효과적인 촉매작용을 추가로 허용하고, 광-촉매작용 화학이 존재하지 않는다.
본 개시내용의 실시형태는 장기간 작동 후에도 냄새가 검출되지 않는 촉매-흡착제 필터의 형성을 추가로 허용한다.
도 1은 본 개시내용의 실시형태에 따른 예시적인 공기-유동 시스템(100)을 도시한다. 시스템(100)은 건물(102)의 부분으로서 설치된 필터 유닛(104) 및 HVAC 시스템(106)을 포함한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 필터 스크러버 유닛(104) 및 HVAC 시스템(106)은 서로에 그리고 건물(102)의 내부 공기 공간에 유체 소통되게 커플링되어 있어서 순환 공기 유동 통로(108)가 확립된다. 다양한 오염물질, 예컨대, VOC가 건물(102)의 내부 공기 공간에 축적됨에 따라서, 내부 공기가 필터 유닛(104)을 통해서 재순환되어 본 명세서에 기재된 바와 같은 촉매-흡착제 필터를 사용하여 오염물질을 촉매작용하고/하거나 흡착한다. 이어서 정화된 공기는 HVAC 시스템(106)을 통과하고, 이것은 (예를 들어, 먼지 및 다른 미립자를 제거하기 위해서) 추가로 여과될 수 있고(예를 들어, 먼지 및 다른 미립자를 제거하기 위해서), 건물(102) 내부로 재순환되기 전에 가열되거나 냉각될 수 있다.
시스템(100)의 실시형태는 단지 예시이며, 본 명세서에 기재된 촉매-흡착제 필터의 실시형태가 공기를 처리하기 위한 다른 시스템, 예컨대, 자동차 배기 시스템 및 항공기 환경 제어 시스템, 대기 공기를 처리하기 위한 공기 제어 시스템, 가습/제습 시스템, 냄새 제거 시스템, VOC 스크러빙 시스템, 차량, 가정 또는 산업 용도를 위한 연료 전지 시스템에서 캐쏘드 공기를 위한 처리 시스템 및 다른 시스템에 혼입될 수 있다는 것을 이해해야 한다.
도 2a 및 도 2b는 본 개시내용의 실시형태에 따라서 형성된 촉매-흡착제 필터(200)의 단면을 도시한다. 촉매-흡착제 필터(200)는 공기 통로(215)가 형성된 벌집 필터의 형태로 도시된 필터 본체(210)를 포함한다. 벌집 필터는 단지 예시적이며, 다른 필터 형상이 사용될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 촉매-흡착제 필터(200)는 필터 본체(200)의 내벽 상에 코팅된 촉매-흡착제 조성물을 추가로 포함한다.
특정 실시형태에서, 필터 본체는 개방-기공형 발포체, 벌집 또는 부직포 필터 본체의 형태로 존재할 수 있다. 특정 실시형태에서, 필터 본체의 물질은 세라믹(예를 들어, 다공성 세라믹), 금속, 중합체 발포체, 플라스틱, 종이, 섬유(예를 들어, 중합체 섬유) 또는 이들의 조합물일 수 있다. 예를 들어, 특정 실시형태에서, 필터 본체는 폴리우레탄 섬유 또는 폴리우레탄 발포체로부터 형성될 수 있다. 특정 실시형태에서, 필터 본체는 금속 모노리쓰 필터 본체, 세라믹 모노리쓰 필터 본체, 종이 필터 본체, 중합체 필터 본체 또는 세라믹 섬유 모노리쓰 기재일 수 있다. 특정 실시형태에서, 필터 본체는 HVAC 덕트, 공기 필터 또는 루버(louver) 표면일 수 있다. 특정 실시형태에서, 필터 본체는 차량, 예컨대, 자동차, 기차, 선박, 항공기 또는 우주선에 배치된 이동식 공기 필터 또는 필터일 수 있다.
특정 실시형태에서, 촉매-흡착제 조성물은 슬러리로서 제형화될 수 있거나 또는 필터 본체 상에 워시코팅될 수 있다. 특정 실시형태에서, 필터 본체 상의 촉매-흡착제 조성물의 로딩은 필터 본체의 부피에 대해서 약 0.5 g/in3 내지 약 4 g/in3의 범위일 수 있다. 특정 실시형태에서, 촉매-흡착제 조성물은 필터 본체 상에 코팅될 수 있고, 고체 기재 상에 단일 촉매-흡착제 층을 형성하거나 복수의 촉매-흡착제 층을 형성할 수 있다. 복수의 촉매-흡착제 층이 고체 기재 상에 코팅되는 경우, 층은 조성이 달라질 수 있거나 대안적으로 모든 촉매-흡착제 층은 동일한 조성을 가질 수 있다.
특정 실시형태에서, 촉매-흡착제 조성물의 촉매는 촉매 금속 산화물을 포함할 수 있다. 촉매 금속 산화물은 망간 산화물, 코발트 산화물, 몰리브데늄 산화물, 크로뮴 산화물, 구리 산화물 또는 세륨 산화물 중 1종 이상을 포함할 수 있다. 특정 실시형태에서, 금속 산화물은 희토류 금속 산화물일 수 있다.
특정 실시형태에서, 촉매 금속 산화물은 망간 산화물이다. 특정 실시형태에서, 망간 산화물은 적어도 부분적으로 비정질이다. 특정 실시형태에서, 망간 산화물은 반-결정질이다. 특정 실시형태에서, 망간 산화물은 크립토멜란, 버네사이트, 버나다이트, 망간 산화물 다형체 I, 불량 결정형 크립토멜란, 비정질 망간 산화물, 이들의 다형체, 비정질 망간 산화물 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다.
특정 실시형태에서, 금속 산화물 촉매는 촉매-흡착제 조성물의 총 중량을 기준으로 약 10 wt. % 내지 약 90 wt. %, 약 20 wt. % 내지 약 90 wt. %, 약 30 wt. % 내지 약 90 wt. %, 약 30 wt. % 내지 약 80 wt. %, 약 40 wt. % 내지 약 80 wt. % 또는 약 40 wt. % 내지 약 70 wt. %로 존재한다.
특정 실시형태에서, 촉매-흡착제 조성물의 흡착제는 실리카겔, 활성탄, 파우자사이트, 캐버자이트, 클라이놉타일로라이트, 모데나이트, 실리칼라이트, 제올라이트 X, 제올라이트 Y, 초안정한(ultrastable) 제올라이트 Y, ZSM 제올라이트(예를 들어, ZSM-5, ZSM-11), 오프레타이트 베타 제올라이트, 금속 유기 골격, 금속 산화물, 중합체, 레진 및 이들의 조합물로부터 선택된 흡착제를 포함한다.
특정 실시형태에서, 흡착제는 흡착제 물질을 포함할 수 있고, 지지 물질, 예컨대, 탄소, 산화물(예를 들어, 알루미나, 실리카) 또는 제올라이트 상의 1차 흡착제(예컨대, 상기에 논의된 하나 이상)를 포함할 수 있다.
특정 실시형태에서, 흡착제는 활성탄을 포함한다. 활성탄은 합성 활성탄이거나 또는 목재, 이탄, 코코넛 껍질, 갈탄, 석유 피치, 석유 코크스, 콜타르 피치, 과일 피츠, 견과류, 껍질, 톱밥, 목분, 합성 중합체, 천연 중합체 및 이들의 조합물을 기반으로 하거나 이로부터 유래될 수 있다.
특정 실시형태에서, 흡착제는 분말 형태의 복수의 다공성 입자를 포함한다. 특정 실시형태에서, 입자/분말의 평균 크기는 약 1.0 μm 내지 약 100 μm의 범위이다. 특정 실시형태에서, 평균 크기는 약 5.0 μm 내지 약 50 μm의 범위이다. 특정 실시형태에서, 흡착제의 BET 표면적은 약 20 m2/g 내지 약 3,000 m2/g 또는 그 초과이다.
특정 실시형태에서, 흡착제의 BET 표면적은 약 50 m2/g 내지 약 3,000 m2/g이다. 특정 실시형태에서, 흡착제의 BET 표면적은 약 100 m2/g 내지 약 3,000 m2/g이다. 특정 실시형태에서, 흡착제의 BET 표면적은 약 250 m2/g 내지 약 3.000 m2/g이다. 특정 실시형태에서, 흡착제의 BET 표면적은 약 500 m2/g 내지 약 3,000 m2/g이다. 특정 실시형태에서, 흡착제의 BET 표면적은 약 600 m2/g 내지 약 3,000 m2/g이다. 특정 실시형태에서, 흡착제의 BET 표면적은 약 700 m2/g 내지 약 3,000 m2/g이다. 특정 실시형태에서, 흡착제의 BET 표면적은 약 800 m2/g 내지 약 3,000 m2/g이다. 특정 실시형태에서, 흡착제의 BET 표면적은 약 900 m2/g 내지 약 3,000 m2/g이다. 특정 실시형태에서, 흡착제의 BET 표면적은 약 1.000 m2/g 내지 약 3,000 m2/g이다. 특정 실시형태에서, 흡착제의 BET 표면적은 약 1.000 m2/g 내지 약 2,750 m2/g이다. 특정 실시형태에서, 흡착제의 BET 표면적은 약 1.000 m2/g 내지 약 2,500 m2/g이다. 특정 실시형태에서, 흡착제의 BET 표면적은 약 1.100 m2/g 내지 약 2,500 m2/g이다. 특정 실시형태에서, 흡착제의 BET 표면적은 약 1.200 m2/g 내지 약 2,500 m2/g이다. 특정 실시형태에서, 흡착제의 BET 표면적은 약 1.300 m2/g 내지 약 2,500 m2/g이다. 특정 실시형태에서, 흡착제의 BET 표면적은 약 1.400 m2/g 내지 약 2,500 m2/g이다. 특정 실시형태에서, 흡착제의 BET 표면적은 약 1.500 m2/g 내지 약 2,500 m2/g이다. 특정 실시형태에서, 흡착제의 BET 표면적은 약 1.600 m2/g 내지 약 2,500 m2/g이다. 특정 실시형태에서, 흡착제의 BET 표면적은 약 1.700 m2/g 내지 약 2,500 m2/g이다. 특정 실시형태에서, 흡착제의 BET 표면적은 약 1.800 m2/g 내지 약 2,500 m2/g이다. 특정 실시형태에서, 흡착제의 BET 표면적은 약 1.800 m2/g 내지 약 2,400 m2/g이다. 특정 실시형태에서, 흡착제의 BET 표면적은 약 1.800 m2/g 내지 약 2,300 m2/g이다.
특정 실시형태에서, 흡착제는 약 1,000 m2/g 내지 약 2,500 m2/g의 BET 표면적을 갖는 활성탄이다. 특정 실시형태에서, 흡착제는 약 1,800 m2/g 내지 약 2,300 m2/g의 BET 표면적을 갖는 활성탄이다.
본 개시내용의 실시형태에서 활용되는 다공성 지지체의 용적을 증가시키기 위해서, 흡착제는 활성화될 수 있다. 활성화는 흡착제(예를 들어, 입자)를 흡착제를 활성화시키기에 충분한 시간 동안 주변 온도, 진공, 불활성 기체 유동 또는 이들의 임의의 조합물을 포함하지만 이에 제한되지 않는 다양한 조건에 적용하는 것을 포함할 수 있다. 특정 실시형태에서, 흡착제는 하소(calcining)에 의해서 활성화될 수 있다.
특정 실시형태에서, 산화망간 대 흡착제의 중량-대-중량 비는 1:1 내지 7:1이다. 특정 실시형태에서, 중량-대-중량 비는 2:1 내지 5:1이다. 특정 실시형태에서, 중량-대-중량 비는 1:1, 2:1,3:1,4:1, 5:1, 6:1, 7:1 또는 이들 사이에 정의된 하위범위의 임의의 조합일 수 있다. 특정 실시형태에서, 중량-대-중량 비는 1:1 내지 1:5일 수 있다. 특정 실시형태에서, 중량-대-중량 비는 1:1, 1:2, 1:3, 1:4, 1:5 또는 이들 사이에 정의된 하위범위의 임의의 조합일 수 있다.
특정 실시형태에서, 촉매-흡착제 조성물은 결합제를 추가로 포함할 수 있다. 적합한 결합제의 예는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리올레핀 공중합체, 폴리이소프렌, 폴리부타디엔, 폴리부타디엔 공중합체, 클로로화 고무, 니트릴 고무, 폴리클로로프렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 엘라스토머, 폴리스티렌, 폴리아크릴레이트, 폴리메타크릴레이트, 폴리아크릴로니트릴, 폴리(비닐 에스테르), 폴리(비닐 할라이드), 폴리아미드, 셀룰로스 중합체, 폴리이미드, 아크릴, 비닐 아크릴, 스티렌 아크릴, 폴리비닐 알코올, 열가소성 폴리에스테르, 열경화성 폴리에스테르, 폴리(페닐렌 옥사이드), 폴리(페닐렌 설파이드), 플루오린화 중합체, 예컨대, 폴리(테트라플루오로에틸렌), 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리(비닐플루오라이드) 및 클로로/플루오로 공중합체, 예컨대, 에틸렌 클로로트리플루오로에틸렌 공중합체, 폴리아미드, 페놀 에폭시 수지, 폴리우레탄, 아크릴/스티렌 아크릴 공중합체 라텍스 및 실리콘 중합체를 포함할 수 있지만 이들로 제한되지 않는다.
특정 실시형태에서, 결합제는 하기로부터 선택된 중합체 결합제이다: 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리올레핀 공중합체, 폴리이소프렌, 폴리부타디엔, 폴리부타디엔 공중합체, 염화 고무, 니트릴 고무, 폴리클로로프렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 엘라스토머, 폴리스티렌, 폴리아크릴레이트, 폴리메타크릴레이트, 폴리아크릴로니트릴, 폴리(비닐 에스테르), 폴리(비닐 할라이드), 폴리아미드, 셀룰로스 중합체, 폴리이미드, 아크릴, 비닐 아크릴 및 스티렌 아크릴, 폴리비닐 알코올, 열가소성 폴리에스테르, 열경화성 폴리에스테르, 폴리(페닐렌 옥사이드), 폴리(페닐렌 설파이드), 플루오린화 중합체, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리(비닐플루오라이드), 클로로/플루오로 공중합체, 에틸렌 클로로트리플루오로-에틸렌 공중합체, 폴리아미드, 페놀계 수지, 에폭시 수지, 폴리우레탄, 아크릴/스티렌 아크릴 공중합체, 라텍스 실리콘 중합체 및 이들의 조합물. 특정 실시형태에서, 결합제는 아크릴/스티렌 공중합체 라텍스 및 폴리우레탄 분산물을 포함한다.
특정 실시형태에서, 결합제 또는 결합제의 혼합물은 필터 본체 상에서 건조되거나 침착되는 경우 촉매-흡착제 조성물의 총 중량에 대해서 약 5 wt. % 내지 약 30 wt. %로 존재한다. 특정 실시형태에서, 중합체 결합제는 약 10 wt. % 내지 약 30 wt. %, 약 15 wt. % 내지 약 30 wt. %, 약 5 wt. % 내지 약 25 wt. %, 약 5 wt. % 내지 약 20 wt. %, 약 10 wt. % 내지 약 20% 또는 약 15 wt. % 내지 약 20 wt. %로 존재한다.
특정 실시형태에서, 촉매-흡착제 조성물은 분산제를 포함한다. 분산제는 음이온성 계면활성제, 양이온성 계면활성제, 쯔비터이온성 계면활성제 또는 비이온성 계면활성제 중 1종 이상을 포함할 수 있다. 특정 실시형태에서, 분산제는 비이온성 아크릴 공중합체이다.
도 3은 본 개시내용의 실시형태에 따른 촉매-흡착제 필터 흡착제를 형성하는 방법(300)을 도시한 흐름도이다. 방법(300)은 슬러리가 형성되는 블록(302)에서 시작한다. 슬러리는 금속 산화물 촉매 및 흡착제를 포함하며, 이것은 금속 산화물 촉매 및 흡착제를 수성 용액 중에 용해시킴으로써 형성될 수 있다.
특정 실시형태에서 슬러리는 중합체 결합제를 추가로 포함한다. 특정 실시형태에서, 중합체 결합제는 하기로부터 선택된다: 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리올레핀 공중합체, 폴리이소프렌, 폴리부타디엔, 폴리부타디엔 공중합체, 염화 고무, 니트릴 고무, 폴리클로로프렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 엘라스토머, 폴리스티렌, 폴리아크릴레이트, 폴리메타크릴레이트, 폴리아크릴로니트릴, 폴리(비닐 에스테르), 폴리(비닐 할라이드), 폴리아미드, 셀룰로스 중합체, 폴리이미드, 아크릴, 비닐 아크릴 및 스티렌 아크릴, 폴리비닐 알코올, 열가소성 폴리에스테르, 열경화성 폴리에스테르, 폴리(페닐렌 옥사이드), 폴리(페닐렌 설파이드), 플루오린화 중합체, 폴리(테트라플루오로에틸렌), 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리(비닐플루오라이드), 클로로/플루오로 공중합체, 에틸렌 클로로트리플루오로-에틸렌 공중합체, 폴리아미드, 페놀계 수지, 에폭시 수지, 폴리우레탄, 아크릴/스티렌 아크릴 공중합체, 라텍스 실리콘 중합체 및 이들의 조합물.
특정 실시형태에서, 슬러리는 분산제를 추가로 포함한다. 분산제는 음이온성 계면활성제, 양이온성 계면활성제, 쯔비터이온성 계면활성제 또는 비이온성 계면활성제 중 1종 이상을 포함할 수 있다.
특정 실시형태에서, 슬러리는 산화제를 추가로 포함하는데, 이것은 질소 산화물의 제거 효율을 개선시킬 수 있다. 산화제는 질산, 차아염소산염 및 광황산염, 과산화물, 과망간산염 또는 염소산염으로부터 선택될 수 있다.
특정 실시형태에서, 슬러리는 알칼리 성분, 예컨대, 수산화물, 암모니아 또는 탄산염을 추가로 포함하는데, 이것은 슬러리 안정화를 개선시킬 수 있다. 특정 실시형태에서, 슬러리의 pH는 2 내지 12 또는 4 내지 10으로 조정될 수 있다.
블록(304)에서, 슬러리는 필터 본체 상에 코팅된다. 필터 본체는 중합체 발포체, 중합체 섬유, 부직포 패브릭, 세라믹 또는 펄프 제품(예를 들어, 종이)으로부터 선택된 물질을 포함할 수 있다. 특정 실시형태에서, 필터 본체는 폴리우레탄을 포함하는 중합체 발포체를 포함한다. 특정 실시형태에서, 필터 본체는 벌집의 형태로 존재한다.
블록(306)에서, 슬러리는 건조되어 촉매-흡착제 필터를 형성한다. 특정 실시형태에서, 건조는 약 80℃ 내지 약 250℃의 온도에서 수행된다. 중합체 결합제는 코팅의 총 중량에 대해서 약 5 wt. % 내지 약 30 wt. %로 존재할 수 있다.
방법(300)의 블록은 제한이 없으며, 특정 실시형태에서, 이들 각각의 방법의 블록 중 일부 또는 전부가 수행될 수 있다는 것을 주목해야 한다. 특정 실시형태에서, 블록 중 하나 이상은 실질적으로 동시에 수행될 수 있다. 일부 블록은 완전히 누락되거나 반복될 수 있다.
구체적인 실시예
다음의 실시예는 개시내용의 이해를 돕기 위해 제시되며, 물론 본 명세서에 기술되고 청구된 실시형태를 구체적으로 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 당업자의 이해의 범위 내에 있는 현재 공지된 또는 이후에 개발될 모든 등가물의 대체를 포함하여, 이러한 실시형태의 변형, 및 제형의 변경 또는 실험 디자인의 사소한 변경은 본 명세서에 포함된 실시형태의 범위 내인 것으로 간주된다.
실시예 1
5.9 g의 분산제, 27.4 g의 수산화칼륨(KOH) 및 737 g의 물의 혼합물을 제조하고, 이어서 297.6 g의 ΜnO2 분말 및 59.5 g의 활성탄 분말을 혼합물 중에 분산시켜 슬러리의 총 중량을 기준으로 32 wt.%의 고체 함량을 갖는 슬러리를 형성하였다. 슬러리에 31.2 g의 폴리아크릴 라텍스 및 31.2g의 폴리우레탄 라텍스 결합제를 첨가함으로써 최종 슬러리를 달성하였다. 최종 슬러리는 약 35 wt.%의 고체 함량, 약 10의 pH 및 720 센티포아즈의 최대 점도를 가졌다.
실시예 2
필터 본체로서 폴리우레탄 발포체 코어를 사용하여 시험 샘플을 제조하였다. 폴리우레탄 발포체 코어는 1 인치의 직경 및 40 밀리미터의 길이를 가졌다. 폴리우레탄 발포체 코어를 실시예 1로부터 얻은 최종 슬러리로 코팅하였다. 코팅된 폴리우레탄 발포체 코어를 110℃에서 건조하고, 110℃에서 1시간 동안 유지시켰다. 코팅된 폴리우레탄 코어의 워시코트 건조 이득은 1.8 g이었다. 408 x 283 밀리미터의 치수 및 5 밀리미터 두께를 갖는 추가의 직사각형 폴리우레탄 발포체 샘플을 동일한 절차에 의해서 코팅하여, 49.3 g의 워시코트 건조 이득을 생성하였고, 이것을 GB/T 32085 표준품을 사용하여 시험하였다.
비교예 1
13.2 g의 분산제, 6.6 g의 KOH, 99.3 g의 폴리아크릴 라텍스 및 1127 g의 물의 혼합물을 제조하고, 이어서 331 g의 활성탄 분말을 혼합물 중에 분산시켜 슬러리의 총 중량을 기준으로 26 wt.%의 고체 함량, 약 8의 pH 및 1026 센티포아즈의 최대 점도를 갖는 슬러리를 형성하였다.
비교예 2
필터 본체로서 폴리우레탄 발포체 코어를 사용하여 시험 샘플을 제조하였다. 폴리우레탄 발포체 코어는 1 인치의 직경 및 40 밀리미터의 길이를 가졌다. 폴리우레탄 발포체 코어를 비교예 1로부터 얻은 슬러리로 코팅하였다. 코팅된 폴리우레탄 발포체 코어를 110℃에서 건조하고, 110℃에서 1시간 동안 유지시켰다. 코팅된 폴리우레탄 코어의 워시코트 건조 이득은 1.0 g이었다.
결과
하기 표 1은 코팅된 폴리우레탄 발포체 코어를 플러그-플로우(plug-flow) 반응기에 넣어서 얻은 결과를 요약한다. 시험 동안, 정화되지 않은 공기 스트림은 SO2, NOx 및 NH3를 포함하였고, 각각은 30 ppm으로 존재한다. 공기 스트림의 다른 파라미터는 25 ± 0.5℃의 온도, 18%의 상대 습도, 10% O2 및 150,000 h-1의 공간 속도 및 1시간의 총 유동 시간을 포함한다. 표 1은 실시예 2가 더 높은 SO2 흡착 용적과 함께, 비교예 2보다 더 많은 오염물질을 흡착할 수 있다는 것을 입증한다. 더욱이, 실시예 2는 비교예 2보다 개선된 워시코트 접착을 나타내었다.
Figure pct00001
전술한 설명에서, 본 개시내용의 실시형태의 철저한 이해를 제공하기 위해 특정한 물질, 치수, 공정 파라미터 등과 같은 수많은 특정한 세부사항이 제시되어 있다. 특정 특징, 구조, 물질, 또는 특성은 하나 이상의 실시형태에서 임의의 적합한 방식으로 조합될 수 있다. 단어 "예" 또는 "예시적인"은 예, 사례, 또는 예시로서 기능하는 것을 의미하는 것으로 본 명세서에서 사용된다. "예" 또는 "예시적인"으로 본 명세서에 기술된 임의의 양태 또는 설계는 다른 양태 또는 설계에 비해 반드시 바람직하거나 또는 유리한 것으로 해석되는 것은 아니다. 오히려, 단어 "예" 또는 "예시적인"의 사용은 개념을 구체적인 방식으로 제시하기 위한 것이다. 본 명세서에서, 용어 "또는"은 배타적인 "또는"이 아니라 포괄적인 "또는"을 의미하는 것으로 의도된다. 즉, 달리 명시되거나 문맥상 명백하지 않은 한, "X는 A 또는 B를 포함한다"는 임의의 자연 포괄적인 순열을 의미하는 것으로 의도된다. 즉, X는 A를 포함하거나; X는 B를 포함하거나; 또는 X는 A 및 B 둘 모두를 포함하는 경우, "X는 A 또는 B를 포함한다"는 전술한 사례 중 임의의 것을 만족한다. 또한, 본 명세서에서 논의된 물질, 및 방법을 기술하는 맥락에서(특히, 하기 청구범위의 맥락에서) 단수 표현 및 유사한 지시어의 사용은 본 명세서에서 달리 나타내지 않거나 또는 문맥상 명백하게 모순되지 않는 한, 단수 및 복수 둘 모두를 포함하는 것으로 해석된다.
본 명세서에서 값의 범위의 언급은 본 명세서에서 달리 나타내지 않는 한, 단지, 그 범위 내에 속하는 각각의 개별 값을 개별적으로 지칭하는 약칭 방법으로서 작용하도록 의도되며, 각각의 개별 값은 본 명세서에 개별적으로 언급되어 있는 것처럼 본 명세서에 포함된다. 본 명세서에 기술된 모든 방법은, 본 명세서에서 달리 나타내거나 또는 문맥에 의해 명백하게 모순되지 않는 한, 임의의 적합한 순서대로 수행될 수 있다.
본 명세서 전반에 걸쳐 "하나의 실시형태", "특정 실시형태", "하나 이상의 실시형태", "실시형태" 또는 "일부 실시형태"에 대한 언급은 실시형태와 관련하여 기재된 특정 특징, 구조, 물질 또는 특성이 본 개시내용의 적어도 하나의 실시형태에 포함된다는 것을 의미한다. 따라서, 본 명세서 전반의 걸쳐 다양한 곳에서 "하나 이상의 실시형태에서," "특정한 실시형태에서," "일 실시형태에서," 또는 "실시형태에서"와 같은 문구의 출현이 반드시 본 개시내용의 동일한 실시형태를 지칭하는 것은 아니다. 게다가, 특정한 특징, 구조, 물질, 또는 특성은 하나 이상의 실시형태에서 임의의 적절한 방식으로 조합될 수 있다.
상기 설명은 예시적인 것이며, 제한적이지 않은 것으로 의도되는 것으로 이해되어야 한다. 많은 다른 실시형태가 상기 설명을 읽고 이해함으로써 당업자에게 명백할 것이다. 본 개시내용의 범위는, 따라서 첨부된 청구범위에 의해 부여되는 등가물의 전체 범위와 함께, 이러한 청구범위를 참조하여 결정되어야 한다. 본 명세서에 제공된 임의의 및 모든 예, 또는 예시적인 언어(예를 들어, "예컨대")의 사용은 단지 물질 및 방법을 더 잘 설명하기 위한 것이며 달리 청구되지 않는 한 범위에 제한을 두지 않는다. 본 명세서의 어떠한 언어도, 임의의 청구되지 않은 요소를 개시된 물질 및 방법의 실시에 본질적인 것으로 나타내는 것으로 해석되어서는 안 된다.
본 명세서에 개시된 실시형태는 특정 실시형태와 관련하여 설명되었지만, 이들 실시형태는 단지 본 개시내용의 원리 및 적용을 예시하는 것으로 이해되어야 한다. 당업자에게 본 개시내용의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 본 개시내용의 방법 및 장치에 대한 다양한 변형 및 변경이 이루어질 수 있음이 명백할 것이다. 따라서, 본 개시내용은 첨부된 청구범위 및 그 등가물의 범위 내에 있는 변형 및 변경을 포함하는 것이며, 상기한 실시형태는 예시의 목적을 위해 제시된 것이고 제한하는 것이 아닌 것으로 의도된다.

Claims (20)

  1. 촉매-흡착제 필터(catalyst-adsorbent filter)로서, 촉매-흡착제 필터는,
    중합체 발포체, 중합체 섬유, 부직포 패브릭(non-woven fabric), 세라믹 및 펄프 제품으로부터 선택된 물질을 포함하는 필터 본체; 및
    필터 본체 상에 형성된 코팅을 포함하되, 코팅은,
    기체 오염물을 화학적으로 양성인 종으로 전환시키도록 개작된 망간 산화물 촉매; 및
    화학적으로 양성인 종 및 망간 산화물 촉매가 전환시키도록 개작되지 않은 다른 기체 종을 흡착하도록 개작된 흡착제를 포함하는, 촉매-흡착제 필터.
  2. 제1항에 있어서, 상기 흡착제는,
    실리카겔, 활성탄, 파우자사이트, 캐버자이트, 클라이놉타일로라이트, 모데나이트, 실리칼라이트, 제올라이트 X, 제올라이트 Y, 초안정한 제올라이트 Y, ZSM 제올라이트, 오프레타이트 베타 제올라이트, 금속 유기 골격, 금속 산화물, 중합체, 레진 및 이들의 조합물로 이루어진 군으로부터 선택되는, 촉매-흡착제 필터.
  3. 제1항에 있어서, 흡착제는 활성탄을 포함하는, 촉매-흡착제 필터.
  4. 제3항에 있어서, 활성탄은 합성 활성탄이거나 또는 목재, 이탄(peat coal), 코코넛 껍질, 갈탄, 석유 피치, 석유 코크스, 콜타르 피치(coal tar pitch), 과일 피츠(fruit pit), 견과류, 껍질, 톱밥, 목분, 합성 중합체 또는 천연 중합체 중 하나 이상을 기반으로 하거나 이로부터 유래되는, 촉매-흡착제 필터.
  5. 제1항에 있어서, 흡착제의 브루나우어-에메트-텔러(Brunauer-Emmett-Teller: BET) 표면적은 약 20 m2/g 내지 약 3,000 m2/g인, 촉매-흡착제 필터.
  6. 제1항에 있어서, 망간 산화물 대 흡착제의 중량-대-중량 비는 1:5 내지 7:1인, 촉매-흡착제 필터.
  7. 제1항에 있어서, 코팅은 중합체 결합제를 더 포함하되, 중합체 결합제는 하기로 이루어진 군으로부터 선택되는, 촉매-흡착제 필터:
    폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리올레핀 공중합체, 폴리이소프렌, 폴리부타디엔, 폴리부타디엔 공중합체, 염화 고무, 니트릴 고무, 폴리클로로프렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 엘라스토머, 폴리스티렌, 폴리아크릴레이트, 폴리메타크릴레이트, 폴리아크릴로니트릴, 폴리(비닐 에스테르), 폴리(비닐 할라이드), 폴리아미드, 셀룰로스 중합체, 폴리이미드, 아크릴, 비닐 아크릴 및 스티렌 아크릴, 폴리비닐 알코올, 열가소성 폴리에스테르, 열경화성 폴리에스테르, 폴리(페닐렌 옥사이드), 폴리(페닐렌 설파이드), 플루오린화 중합체, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리(비닐플루오라이드), 클로로/플루오로 공중합체, 에틸렌 클로로트리플루오로-에틸렌 공중합체, 폴리아미드, 페놀계 수지, 에폭시 수지, 폴리우레탄, 아크릴/스티렌 아크릴 공중합체, 라텍스 실리콘 중합체 및 이들의 조합물.
  8. 제7항에 있어서, 중합체 결합제는 코팅의 총 중량에 대해서 약 5 wt. % 내지 약 30 wt. %로 존재하는, 촉매-흡착제 필터.
  9. 제1항에 있어서, 코팅은 분산제를 더 포함하되, 분산제는 음이온성 계면활성제, 양이온성 계면활성제, 쯔비터이온성 계면활성제 또는 비이온성 계면활성제 중 1종 이상을 포함하는, 촉매-흡착제 필터.
  10. 제1항에 있어서, 필터 본체는 폴리우레탄을 포함하는 중합체 발포체를 포함하는, 촉매-흡착제 필터.
  11. 제1항에 있어서, 필터 본체는 벌집(honeycomb)의 형태로 존재하는, 촉매-흡착제 필터.
  12. 촉매-흡착제 조성물로서,
    활성탄을 포함하는 흡착제;
    망간 산화물을 포함하는 촉매;
    중합체 결합제; 및
    계면활성제 분산제를 포함하는, 촉매-흡착제 조성물.
  13. 촉매-흡착제 필터의 형성 방법으로서,
    금속 산화물 촉매 및 흡착제를 포함하는 슬러리를 형성하는 단계;
    중합체 발포체, 중합체 섬유, 부직포 패브릭, 세라믹 및 펄프 제품으로부터 선택된 물질을 포함하는 필터 본체 상에 슬러리를 코팅하는 단계; 및
    슬러리를 건조하여 촉매-흡착제 필터를 형성하는 단계를 포함하는, 방법.
  14. 제13항에 있어서, 건조는 약 80℃ 내지 약 250℃의 온도에서 일어나는, 방법.
  15. 제13항에 있어서, 상기 흡착제는 활성탄을 포함하고, 흡착제의 BET 표면적은 약 20 m2/g 내지 약 3,000 m2/g인, 방법.
  16. 제13항에 있어서, 금속 산화물 촉매는 망간 산화물을 포함하고, 망간 산화물 대 흡착제의 중량-대-중량 비는 1:5 내지 7:1인, 방법.
  17. 제13항에 있어서, 슬러리는 중합체 결합제를 더 포함하고, 중합체 결합제는 코팅의 총 중량에 대해서 약 5 wt. % 내지 약 30 wt. %로 존재하고, 중합체 결합제는 하기로 이루어진 군으로부터 선택되는, 방법:
    폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리올레핀 공중합체, 폴리이소프렌, 폴리부타디엔, 폴리부타디엔 공중합체, 염화 고무, 니트릴 고무, 폴리클로로프렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 엘라스토머, 폴리스티렌, 폴리아크릴레이트, 폴리메타크릴레이트, 폴리아크릴로니트릴, 폴리(비닐 에스테르), 폴리(비닐 할라이드), 폴리아미드, 셀룰로스 중합체, 폴리이미드, 아크릴, 비닐 아크릴 및 스티렌 아크릴, 폴리비닐 알코올, 열가소성 폴리에스테르, 열경화성 폴리에스테르, 폴리(페닐렌 옥사이드), 폴리(페닐렌 설파이드), 플루오린화 중합체, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리(비닐플루오라이드), 클로로/플루오로 공중합체, 에틸렌 클로로트리플루오로-에틸렌 공중합체, 폴리아미드, 페놀계 수지, 에폭시 수지, 폴리우레탄, 아크릴/스티렌 아크릴 공중합체, 라텍스 실리콘 중합체 및 이들의 조합물.
  18. 제13항에 있어서, 슬러리는 분산제를 더 포함하되, 분산제는 음이온성 계면활성제, 양이온성 계면활성제, 쯔비터이온성 계면활성제 또는 비이온성 계면활성제 중 1종 이상을 포함하는, 방법.
  19. 제13항에 있어서, 필터 본체는 폴리우레탄을 포함하는 중합체 발포체를 포함하는, 방법.
  20. 촉매-흡착제 필터로서, 촉매-흡착제 필터는,
    중합체 발포체, 중합체 섬유, 부직포 패브릭, 세라믹 및 펄프 제품으로부터 선택된 물질을 포함하는 필터 본체; 및
    필터 본체 상에 형성된 코팅을 포함하되, 코팅은,
    기체 오염물을 화학적으로 양성인 종으로 전환시키도록 개작된 망간 산화물 촉매;
    다른 기체 종 및 휘발성 유기 화합물과 함께 화학적으로 양성인 종을 흡착시키도록 개작된 흡착제;
    중합체 결합제; 및
    분산제를 포함하는, 촉매-흡착제 필터.
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