KR20210092354A - Particular matters filter system using metal micro fibers and electric field - Google Patents

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KR20210092354A
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김민우
엘. 야린 알렉산더
안성필
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Abstract

A micro particle dust collecting system using metal micro fiber and an electric field according to one embodiment of the present invention comprises: a main body part which has an inlet part and an outlet part where micro particles are introduced and discharged; a metal plated fiber mat which is arranged in the main body part and electrically charges micro particles introduced through the inlet part; and a polymer fiber mat which is spaced to be arranged at an upper part of the metal plated fiber mat and provides repulsive force to the charged micro particles. According to the present invention, power required for driving the system can be minimized.

Description

금속 마이크로 섬유와 전기장을 활용한 미세입자 집진 시스템 {PARTICULAR MATTERS FILTER SYSTEM USING METAL MICRO FIBERS AND ELECTRIC FIELD}Fine particle dust collection system using metal microfiber and electric field {PARTICULAR MATTERS FILTER SYSTEM USING METAL MICRO FIBERS AND ELECTRIC FIELD}

본 발명은 금속 마이크로 섬유와 전기장을 활용한 미세먼지 집진 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a system for collecting fine dust using metal microfibers and an electric field.

최근 수많은 기업체와 학교에서 다양한 형태의 필터소재를 개발하고 있으며, HEPA 필터(High efficiency particulate air)가 여과할 수 있는 입자의 크기 보다 작은 크기의 입자를 포집하는 필터 개발에 노력이 이어지고 있다.Recently, numerous companies and schools are developing various types of filter materials, and efforts are being made to develop filters that capture particles smaller than those that can be filtered by high-efficiency particulate air (HEPA) filters.

또한, 상기한 필터 개발은 부직포를 이용한 연구가 진행되고 있으며, 웰크론 社에서는 다성분 고분자 멜트블라운을 복합 방사하여 부직포를 제조하였고, 이는 유리섬유에 비해 15~20% 저렴하고, 여과 입자의 크기가 120 nm이면서 99.9%의 포집효율을 보이는 필터를 제조하였다.In addition, research using non-woven fabric is being conducted to develop the above-mentioned filter, and Welcron manufactured a non-woven fabric by complex spinning multi-component polymer meltblown, which is 15-20% cheaper than glass fiber, and A filter having a size of 120 nm and showing a collection efficiency of 99.9% was prepared.

더하여, 한국 바이린에서는 정전기력이 부여된 부직포로 이루어진 초극세 섬유층/활성탄층을 개발하여 100~500 nm 크기의 입자를 여과할 수 있는 제품을 개발하였다.In addition, Virin Korea has developed a product capable of filtering particles with a size of 100 to 500 nm by developing an ultrafine fiber layer/activated carbon layer made of non-woven fabric to which electrostatic force is imparted.

이러한, 여러 종류의 미세입자를 여과하는 필터소재는 넓은 비표면적과 적정 기공크기를 가져야 하는 조건이 있다. 그러나, 부직포상 뎁스 필터를 위한 0.25 ㎛이하의 직경을 가지는 상업적 섬유소재는 없으며, 서브미크론 섬유상 부직포 지지체는 높은 압손실과 기공 폐쇄 문제가 발생되고, 0.2 ㎛ 미디어 필터의 경우에도 박테리아를 포함하는 큰 입자들에 대하여는 높은 여과효율을 나타내지만, 콜로이드, 엔도톡신(endotoxins), 바이러스 등과 같이 작은 입자들은 여과되지 못하고 그대로 투과되는 단점들이 노출되고 있다. Such a filter material for filtering various types of fine particles has a condition that has a large specific surface area and an appropriate pore size. However, there is no commercial fibrous material with a diameter of 0.25 μm or less for a non-woven depth filter, and a sub-micron fibrous non-woven support suffers from high pressure loss and pore occlusion problems, and even in the case of a 0.2 μm media filter, a large size containing bacteria Although it shows high filtration efficiency for particles, small particles such as colloids, endotoxins, viruses, etc. are not filtered and are permeated as they are, but disadvantages are exposed.

이에, 다양한 연구팀들은 이러한 문제를 극복하기 위해서 Electrokinetic Adsorption에 의한 양전하 필터소재 기술을 개발하고 있다. 미국 알고나이드사에서는 약 600 nm 직경의 실리카 마이크로 섬유에 직경 1-2 nm 길이 수백 nm의 나노 알루미나를 결합한 나노세람이란 새로운 양전하 필터를 개발하여 상용화하였다. 또한 AAO 템플레이트는 양이온 계면활성제 및 자기조립체를 이용한 실리카 나노섬유, 메조기공성 실리카 나노섬유 및 실리카 나노튜브 등의 개발에 최근 활발한 모습을 보이고, 고비표면적의 실리카 나노섬유가 성공적으로 합성되고 있으나, 그 길이는 최대 수 밀리미터로, 합성시간이 매우 길어 실용적이 측면보다는 학술적 측면에 더 가깝다.Accordingly, various research teams are developing positive charge filter material technology by electrokinetic adsorption to overcome this problem. Algonide, a US company, developed and commercialized a new positive charge filter called nanoceram in which nano-alumina with a diameter of 1-2 nm and a length of several hundred nm was combined with silica microfibers with a diameter of about 600 nm. In addition, the AAO template has recently been active in the development of silica nanofibers, mesoporous silica nanofibers and silica nanotubes using cationic surfactants and self-assembly, and silica nanofibers with high specific surface area have been successfully synthesized, but the The length is up to several millimeters, and the synthesis time is very long, so it is closer to an academic aspect than a practical aspect.

본 발명에서는 이러한 문제를 극복하기 위해 수십 nm 급의 입자도 흡착이 가능하도록 전압인가를 적용하여 흡착 효과를 증대시키고자 한다. 전압이 인가된 금속 마이크로 섬유 필터는 수백 nm 범위 직경의 PAN 나노섬유를 제작하는 과정이 매우 간단하기 때문에 제작에 필요한 시간이 매우 짧다. 따라서 학술적 가치뿐만 아니라 상업적 목적으로의 이용 가능성도 매우 뛰어나다고 할 수 있다. In order to overcome this problem, the present invention intends to increase the adsorption effect by applying a voltage to enable adsorption of even tens of nm-class particles. For the metal microfiber filter to which voltage is applied, the time required for fabrication is very short because the process of fabricating PAN nanofibers with a diameter of several hundred nm is very simple. Therefore, it can be said that it is very excellent not only for academic value but also for commercial use.

또한, 금속 마이크로 섬유를 이용한 필터는 부직포상 뎁스 필터에 비하여 두께가 매우 얇게 제작이 가능하며, 공극률이 뛰어나기 때문에 필터 전·후의 압력 손실을 크게 줄일 수 있다. 압력손실은 필터 연구 분야에서 여과 효율과 함께 가장 주목받고 있는 요소이다. In addition, the filter using the metal microfibers can be manufactured to be very thin compared to the non-woven depth filter, and since the porosity is excellent, the pressure loss before and after the filter can be greatly reduced. Pressure loss is a factor that is receiving the most attention along with filtration efficiency in the field of filter research.

마지막으로 전압을 인가하지 않는 구조의 필터의 경우, 필터 공극의 크기에 따라 제대로 여과가 되지 않는 범위의 입자 크기가 존재하므로, 물리적 여과에 의해 포집되는 큰 크기의 입자와 브라우니안 모션에 의해 흡착되는 작은 크기의 입자 사이의 입자들의 포집 효율은 떨어지게 된다. Lastly, in the case of a filter having a structure that does not apply voltage, there are particle sizes in a range that does not filter properly depending on the size of the filter pore size. The collection efficiency of particles between small-sized particles decreases.

그러나, 전압을 인가해 줄 경우, 상대적으로 강한 정전기장이 형성되면서 중간 영역의 크기를 지닌 입자들의 포집 효율을 향상시킬 수 있다.However, when a voltage is applied, a relatively strong electrostatic field is formed, and the collection efficiency of particles having a size of an intermediate region can be improved.

본 발명의 실시예들은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 제안된 것으로서, 상용 HEPA 필터가 흡착하지 못하는 1 ㎛ 이하의 미세 입자를 흡착할 수 있으며, 반 영구적으로 재사용이 가능하고, 구동에 필요한 전력 소모를 최소화할 수 있는 금속 마이크로 섬유와 전기장을 활용한 미세입자 집진 시스템을 제공하고자 한다.Embodiments of the present invention are proposed to solve the above problems, and can adsorb fine particles of 1 μm or less that commercial HEPA filters cannot adsorb, can be reused semi-permanently, and power consumption required for operation We aim to provide a fine particle dust collection system using metal microfibers and electric fields that can minimize

본 발명의 일 실시예에 따른 미세입자 집진 시스템은 미세입자가 미세입자가 유출입하는 유입부 및 배출부가 형성된 본체부; 상기 본체부 내부에 배치되되, 상기 유입부로부터 유입되는 미세입자를 전기적으로 대전시키는 금속도금 섬유매트; 및 상기 금속도금 섬유매트의 상부에 이격 배치되고, 상기 대전된 미세입자에 척력을 제공하는 고분자 섬유매트를 포함할 수 있다.A system for collecting fine particles according to an embodiment of the present invention includes: a main body formed with an inlet and an outlet through which fine particles flow in and out; Doedoe disposed inside the main body, a metal-plated fiber mat for electrically charging the fine particles flowing in from the inlet; and a polymer fiber mat that is spaced apart from the upper portion of the metal-plated fiber mat and provides a repulsive force to the charged fine particles.

또한, 상기 본체부는 내부공간을 가지도록 상부와 하부가 연통되고, 상기 내부공간은 상기 유입부와 상기 금속도금 섬유매트 사이에 형성되는 제 1 공간, 상기 금속도금 섬유매트와 상기 고분자 섬유매트 사이에 형성되는 제 2 공간 및 상기 고분자 섬유매트와 상기 배출부 사이에 형성되는 제 3 공간을 포함한다.In addition, the upper and lower portions of the main body communicate with each other to have an inner space, and the inner space includes a first space formed between the inlet and the metal-plated fiber mat, and between the metal-plated fiber mat and the polymer fiber mat. and a second space formed therein and a third space formed between the polymer fiber mat and the discharge part.

또한, 상기 고분자 섬유매트는 폴리아크릴로나이트릴(PAN)에 디메틸포름아마이드(DMF)를 첨가한 고분자용액을 전기방사 방식으로 방사하여 제조된 고분자 나노 섬유를 포함할 수 있다.In addition, the polymer fiber mat may include polymer nanofibers prepared by electrospinning a polymer solution in which dimethylformamide (DMF) is added to polyacrylonitrile (PAN).

또한, 상기 폴리아크릴로나이트릴(PAN)은 상기 고분자 용액 100 중량부에 대하여 1 내지 15 중량부이다.In addition, the polyacrylonitrile (PAN) is 1 to 15 parts by weight based on 100 parts by weight of the polymer solution.

또한, 상기 고분자 섬유매트는 상기 고분자 나노 섬유를 기판 상에 전사시켜 그물형태로 형성될 수 있다.In addition, the polymer fiber mat may be formed in the form of a net by transferring the polymer nanofibers onto a substrate.

또한, 상기 금속도금 섬유매트는 상기 고분자 섬유매트의 표면에 전도성 물질을 증착한 후, 전기도금 방식으로 금속성 물질을 코팅하여 형성된다.In addition, the metal-plated fiber mat is formed by depositing a conductive material on the surface of the polymer fiber mat, and then coating the metallic material with an electroplating method.

또한, 상기 금속도금 섬유매트는 2 내지 5 ㎛의 직경을 가지는 금속 마이크로 섬유를 포함할 수 있다.In addition, the metal-plated fiber mat may include metal microfibers having a diameter of 2 to 5 μm.

또한, 상기 금속도금 섬유매트는 외부의 전원으로부터 전압을 인가받아 상기 제 2 공간과 상기 제 3 공간 사이에서 전기장을 발생시키되, (+)극 또는 (-)극으로 대전된다.In addition, the metal-plated fiber mat receives a voltage from an external power source to generate an electric field between the second space and the third space, and is charged with a (+) pole or a (-) pole.

또한, 상기 금속도금 섬유매트에 전압이 인가되면, 상기 제 1 공간의 미세입자는 대전된 금속도금 섬유매트를 통과하여 상기 제 2 공간으로 이동하면서 분극 반응을 통해 상기 대전된 금속도금 섬유매트와 서로 다른 극으로 대전되고, 상기 제 2 공간의 대전된 미세입자는 상기 고분자 섬유매트의 척력에 의해 상기 유입부를 바라보는 방향으로 이동하면서 상기 금속도금 섬유매트에 흡착되어 제거될 수 있다.In addition, when a voltage is applied to the metal-plated fiber mat, the fine particles in the first space pass through the charged metal-plated fiber mat and move to the second space while interacting with the charged metal-plated fiber mat through a polarization reaction. The fine particles charged to the other pole and charged in the second space may be adsorbed to and removed from the metal-plated fiber mat while moving in the direction facing the inlet by the repulsive force of the polymer fiber mat.

또한, 상기 고분자 섬유매트는 외부의 대지와 동등한 전위가 되도록 전기적으로 접지된다.In addition, the polymer fiber mat is electrically grounded so as to have a potential equal to that of the external ground.

본 발명의 실시예들에 따른 금속 마이크로 섬유와 전기장을 활용한 미세입자 집진 시스템은 상용 HEPA 필터가 흡착하지 못하는 1 ㎛ 이하의 미세 입자를 흡착할 수 있으며, 반 영구적으로 재사용이 가능하고, 구동에 필요한 전력 소모를 최소화할 수 있다.The fine particle dust collection system using metal microfibers and electric field according to embodiments of the present invention can adsorb fine particles of 1 μm or less that commercial HEPA filters cannot adsorb, can be reused semi-permanently, and can be driven The required power consumption can be minimized.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 마이크로 섬유와 전기장을 활용한 미세입자 집진 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세입자의 분극 현상을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 마이크로 섬유와 전기장을 활용한 미세입자 집진 시스템의 고분자 섬유매트와 금속도금 섬유매트의 제조과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 마이크로 섬유와 전기장을 활용한 미세입자 집진 시스템과 상기 미세입자 집진 시스템을 구성하는 섬유매트를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기도금 시간에 따른 구리 마이크로 섬유를 나타낸 SEM 이미지이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기도금 시간(a), PAN 섬유매트의 위치(b), 구리도금 섬유매트의 수(c)에 따른 CO 농도 변화를 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 구리도금 섬유매트의 여부(a), 미세입자 크기(b)에 따른 미세입자 포집효율을 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세입자 여과 시험 전(a), Soft type 미세입자 여과 시험 후(b), DMF 침지 후(c), 초음파 처리 후(d)의 구리도금 섬유매트의 SEM 이미지이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 Solid type 미세입자 여과 시험 전과 후의 구리도금 섬유매트의 SEM 이미지이다.
1 is a schematic configuration diagram of a system for collecting fine particles using metal microfibers and an electric field according to an embodiment of the present invention.
2 is a view for explaining the polarization phenomenon of the fine particles according to an embodiment of the present invention.
3 is a view for explaining the manufacturing process of the polymer fiber mat and the metal-plated fiber mat of the fine particle dust collecting system using metal microfibers and an electric field according to an embodiment of the present invention.
4 is a view showing a fine particle dust collecting system using metal microfibers and an electric field and a fiber mat constituting the fine particle dust collecting system according to an embodiment of the present invention.
5 is an SEM image showing copper microfibers according to an electroplating time according to an embodiment of the present invention.
6 is a graph showing the change in CO concentration according to the electroplating time (a), the position of the PAN fiber mat (b), and the number of copper-plated fiber mats (c) according to an embodiment of the present invention.
7 is a graph showing the fine particle collection efficiency according to whether the copper-plated fiber mat according to an embodiment of the present invention (a) and the size of the fine particles (b).
8 is a copper-plated fiber mat before (a), after a soft type fine particle filtration test (b), after DMF immersion (c), and after ultrasonic treatment (d) according to an embodiment of the present invention; SEM image.
9 is an SEM image of a copper-plated fiber mat before and after a solid type fine particle filtration test according to an embodiment of the present invention.

이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예들에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

아울러 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.In addition, in describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known configuration or function may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. Examples of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those of ordinary skill in the art, and the following examples may be modified in various other forms, and the scope of the present invention is as follows It is not limited to an Example.

오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.Rather, these examples are provided so that this disclosure will be more thorough and complete, and will fully convey the spirit of the invention to those skilled in the art.

또한, 이하의 도면에서 각 구성은 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면 상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는" 는 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.In addition, in the following drawings, each component is exaggerated for convenience and clarity of description, and the same reference numerals refer to the same elements in the drawings. As used herein, the term “and/or” includes any one and all combinations of one or more of those listed items.

본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다.The terminology used herein is used to describe specific embodiments, not to limit the present invention.

본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며,As used herein, the singular forms may include the plural forms unless the context clearly dictates otherwise. Also, as used herein, “comprise” and/or “comprising” refers to the presence of the recited shapes, numbers, steps, actions, members, elements, and/or groups of those specified. will,

하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및 /또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다. It does not exclude the presence or addition of one or more other shapes, numbers, movements, members, elements and/or groups.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 마이크로 섬유와 전기장을 활용한 미세입자 집진 시스템의 개략적인 구성도이다.1 is a schematic configuration diagram of a system for collecting fine particles using metal microfibers and an electric field according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 마이크로 섬유와 전기장을 활용한 미세입자 집진 시스템(10)은 공기 중의 포함된 유해입자 물질(PM, Particulate matter)을 포함하는 미세입자(1)를 전압 인가를 통해 처리 가능하게 하는 것으로서 본체부(100), 금속도금 섬유매트(200), 고분자 섬유매트(300)를 포함한다.Referring to FIG. 1 , a fine particle dust collection system 10 using metal microfibers and an electric field according to an embodiment of the present invention is a fine particle 1 containing particulate matter (PM) contained in the air. ) as being able to be processed through voltage application, and includes a body part 100 , a metal-plated fiber mat 200 , and a polymer fiber mat 300 .

상기 미세입자(1)는 유해입자 물질(PM, Particulate matter)을 포함할 수 있을 뿐만 아니라, 일산화탄소 등 유해가스를 포함할 수 있다.The fine particles 1 may include harmful gas, such as carbon monoxide, as well as include harmful particle matter (PM, particulate matter).

본체부(100)는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 마이크로 섬유와 전기장을 활용한 미세입자 집진 시스템(10)의 메인 프레임 역할을 하는 것으로, 미세입자(1)가 유입되는 유입부(110), 미세입자(1)가 배출되는 배출부(120) 및 미세입자(1)가 유동 가능하도록 경로를 제공하는 내부공간(130)을 포함할 수 있다.The body part 100 serves as a main frame of the fine particle dust collecting system 10 using metal microfibers and an electric field according to an embodiment of the present invention, and the inlet 110 into which the fine particles 1 are introduced. , it may include an internal space 130 that provides a path so that the discharge part 120 through which the fine particles 1 are discharged and the fine particles 1 can flow.

여기서, 본체부(100)는 내부공간(130)을 가지도록 상부와 하부가 연통된 원통형태의 구조를 가질 수 있으나, 미세입자(1)가 흐르는 경로를 제공할 수 있는 형태이면 이에 제한되지 않는다.Here, the body portion 100 may have a cylindrical structure in which the upper and lower portions are communicated to have the inner space 130, but is not limited thereto as long as it can provide a path for the fine particles 1 to flow. .

더하여, 본체부(100)의 내부공간(130)은 유입부(110)와 금속도금 섬유매트(200) 사이에 형성되는 제 1 공간, 상기 금속도금 섬유매트(200)와 고분자 섬유매트(300) 사이에 형성되는 제 2 공간 및 상기 고분자 섬유매트와 배출부(120) 사이에 형성되는 제 3 공간을 포함할 수 있다.In addition, the inner space 130 of the main body 100 is a first space formed between the inlet 110 and the metal-plated fiber mat 200, the metal-plated fiber mat 200 and the polymer fiber mat 300. A second space formed therebetween and a third space formed between the polymer fiber mat and the discharge unit 120 may be included.

구체적으로, 유입부(110)와 인접한 제 1 공간에는 중성을 띠는 미세입자(1)가 유동하며, 상기 제 2 공간에는 분극 현상으로 인해 대전된 미세입자(1)가 유동하고, 상기 제 3 공간에는 미세입자(1)가 처리된 공기가 유동할 수 있다.Specifically, the neutral fine particles 1 flow in the first space adjacent to the inlet 110, and the fine particles 1 charged due to polarization flow in the second space, and the third Air treated with the fine particles 1 may flow in the space.

금속도금 섬유매트(200)는 본체부(100) 내부에 배치되되, 유입부(110)를 통해 유입되는 미세입자(1)를 제공받아, 상기 미세입자(1)를 분극 현상을 이용하여 (+)극 또는 (-)극 중 어느 하나의 가지도록 대전시킬 수 있다.The metal plating fiber mat 200 is disposed inside the body part 100, and receives the fine particles 1 flowing in through the inlet 110, and uses the polarization phenomenon to convert the fine particles 1 (+) It can be charged to have either a ) pole or a (-) pole.

구체적으로, 금속도금 섬유매트(200)는 외부의 전원으로부터 전압을 인가받아 상기 제 2 공간과 상기 제 3 공간 사이에서 전기장을 발생시킬 수 있으며, 이때, (+)극 또는 (-)극으로 대전된다.Specifically, the metal-plated fiber mat 200 may generate an electric field between the second space and the third space by receiving a voltage from an external power source, and at this time, it is charged with a (+) pole or a (-) pole do.

이로써, 금속도금 섬유매트(200)는 (+)극 또는 (-)극 중 어느 하나의 그성을 갖는 전하를 공급하여 상기 금속도금 섬유매트(200)를 통과하는 미세입자(1)가 전체적으로 (+)극 또는 (-)극 중 어느 하나의 극성을 갖도록 대전시킬 수 있는 것이다.Accordingly, the metal-plated fiber mat 200 supplies a charge having either a (+) pole or a (-) pole so that the fine particles 1 passing through the metal-plated fibrous mat 200 as a whole (+) It can be charged to have either polarity of ) pole or (-) pole.

본 발명의 일 실시예에 따른 금속 마이크로 섬유와 전기장을 활용한 미세입자 집진 시스템(10)의 금속도금 섬유매트(200)는 2 내지 5 ㎛의 직경을 가지는 금속 마이크로 섬유(210)로 구성될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.The metal plated fiber mat 200 of the fine particle dust collection system 10 using metal microfibers and an electric field according to an embodiment of the present invention may be composed of metal microfibers 210 having a diameter of 2 to 5 μm. However, it is not limited thereto.

한편, 금속도금 섬유매트(200)와 전기적으로 연결되어, 금속도금 섬유매트(200)로부터 (+)극 또는 (-)극 중 어느 하나의 극성을 갖는 전하가 배출되도록 전압을 공급하는 전압인가 장치를 더 포함할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.On the other hand, a voltage applying device that is electrically connected to the metal-plated fiber mat 200 and supplies a voltage so that electric charges having either polarity of (+) or (-) pole are discharged from the metal-plated fiber mat 200 . It may further include, but is not limited thereto.

고분자 섬유매트(300)는 금속도금 섬유매트(200)의 상부에 이격 배치되고, 상기 대전된 미세입자에 척력을 제공할 수 있다.The polymer fiber mat 300 is spaced apart from the upper portion of the metal-plated fiber mat 200 , and may provide a repulsive force to the charged fine particles.

더하여, 고분자 섬유매트(300)는 금속도금 섬유매트(200)의 상부에 적어도 하나 이상 기 설정된 이격거리를 가지도록 배치될 수 있다.In addition, the polymer fiber mat 300 may be disposed on the upper portion of the metal-plated fiber mat 200 to have at least one predetermined separation distance.

예를 들어, 고분자 섬유매트(300)는 도 1에 도시된 바와 같이, 금속도금섬유매트(200)로부터 상부방향으로 기 설정된 이격거리만큼 이동한 위치(Middle)에 배치될 수 있는 것이며, 상기 위치(Middle)를 기준으로 상부방향으로 다시 상기 기 설정된 이격거리의 반만큼 이동한 위치(Top)에 배치될 수 있다. 더하여, 고분자 섬유매트(300)는 상기 위치(Middle)를 기준으로 하부방향으로 다시 상기 기 설정된 이격거리의 반만큼 이동한 위치(Bottom)에 배치될 수 있다.For example, as shown in FIG. 1 , the polymer fiber mat 300 may be disposed at a position (Middle) moved by a preset separation distance upward from the metal plated fiber mat 200, the position It may be disposed at a position (Top) moved by half of the preset separation distance in the upper direction with respect to (Middle). In addition, the polymer fiber mat 300 may be disposed at a position (Bottom) moved by half of the preset separation distance in the lower direction based on the position (Middle).

또한, 고분자 섬유매트(300)는 외부의 대지와 동등한 전위가 되도록 전기적으로 접지된다.In addition, the polymer fiber mat 300 is electrically grounded so as to have the same potential as the external ground.

본 발명의 일 실시예에 따른 고분자 섬유매트(300)는 상기 대전된 금속도금 섬유매트(200)와 비교하여 상대적으로 (-)극을 가질 수 있으며, 이에 따라, 상기 대전된 미세입자에 척력을 제공할 수 있다. The polymer fiber mat 300 according to an embodiment of the present invention may have a relatively negative (-) pole compared to the charged metal-plated fiber mat 200, and thus, a repulsive force is applied to the charged fine particles. can provide

더하여, 상기 고분자 섬유매트(300)는 상기 전압인가 장치와 전기적으로 연결될 수 있으며, 전체적으로 (+)극 또는 (-)극 중 어느 하나의 극성을 갖도록 대전될 수 있다.In addition, the polymer fiber mat 300 may be electrically connected to the voltage applying device, and may be electrically charged to have either a polarity of a (+) pole or a (-) pole.

예를 들어, 상기 고분자 섬유매트(300)는 금, 은, 구리, 백금 등의 전도성 물질로 증착되거나 금, 은, 구리 등의 금속성 물질로 코팅될 수 있으며, 외부의 전압인가 장치와 전기적으로 연결될 수 있다.For example, the polymer fiber mat 300 may be deposited with a conductive material such as gold, silver, copper, or platinum or coated with a metallic material such as gold, silver, or copper, and may be electrically connected to an external voltage applying device. can

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세입자의 분극 현상을 설명하기 위한 도면이다.2 is a view for explaining the polarization phenomenon of the fine particles according to an embodiment of the present invention.

도 2에 도시된 바와 같이, 금속도금 섬유매트(200)는 유입부(110)를 통해 유입되는 미세입자(1)를 분극 현상을 이용하여 (+)극 또는 (-)극 중 어느 하나의 가지도록 대전시킨다.As shown in FIG. 2 , the metal-plated fiber mat 200 uses the polarization phenomenon of the fine particles 1 introduced through the inlet 110 to either branch of the (+) pole or the (-) pole. electrify it.

구체적으로, 상기 금속도금 섬유매트(200)에 전압이 인가되면, 상기 제 1 공간의 미세입자(1)는 대전된 금속도금 섬유매트(200)를 통과하여 상기 제 2 공간으로 이동하면서 분극 반응을 통해 상기 대전된 금속도금 섬유매트(200)와 서로 다른 극으로 대전되고, 상기 제 2 공간의 대전된 미세입자(1)는 상기 고분자 섬유매트(300)의 척력에 의해 상기 유입부(110)를 바라보는 방향으로 이동하면서 상기 금속도금 섬유매트(200)에 흡착되어 제거될 수 있다.Specifically, when a voltage is applied to the metal-plated fiber mat 200, the fine particles 1 in the first space pass through the charged metal-plated fiber mat 200 and move to the second space while performing a polarization reaction. It is charged to a different pole from the electrically charged metal-plated fiber mat 200, and the charged fine particles 1 in the second space move the inlet 110 by the repulsive force of the polymer fiber mat 300. It may be adsorbed and removed by the metal-plated fiber mat 200 while moving in the viewing direction.

더 구체적으로, 상기 금속도금 섬유매트(200)는 전압인가 장치로부터 전압을 인가받아 전기장을 발생시킴과 동시에 (+)극으로 대전되고, 제 1 공간의 중성을 띠는 미세입자(1)는 금속 마이크로 섬유(210)로 구성된 금속도금 섬유매트(200)를 통과함에 따라 분극 현상으로 인해 (-)극으로 대전된다.More specifically, the metal-plated fiber mat 200 receives a voltage from a voltage applying device to generate an electric field and at the same time is charged to a (+) pole, and the fine particles 1 having a neutrality in the first space are metal As it passes through the metal-plated fiber mat 200 composed of microfibers 210, it is charged to the (-) pole due to the polarization phenomenon.

이에 따라, (-)극으로 대전된 미세입자(1)는 고분자 섬유매트(300)의 척력에 의해 상기 제 2 공간의 하부방향으로 흐르면서 (+)극으로 대전된 금속도금 섬유매트(200)에 흡착되는 것이다.Accordingly, the fine particles (1) charged to the (-) pole flows in the lower direction of the second space by the repulsive force of the polymer fiber mat 300 and is charged to the (+) pole in the metal-plated fiber mat 200. will be adsorbed.

이하에서는, 상술한 금속도금 섬유매트(200) 및 고분자 섬유매트(300)를 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, the metal-plated fiber mat 200 and the polymer fiber mat 300 will be described in detail.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 마이크로 섬유와 전기장을 활용한 미세입자 집진 시스템의 고분자 섬유매트와 금속도금 섬유매트의 제조과정을 설명하기 위한 도면이다.3 is a view for explaining the manufacturing process of the polymer fiber mat and the metal-plated fiber mat of the fine particle dust collecting system using metal microfibers and an electric field according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 고분자 섬유매트(300)는 유기 고분자 물질에 용매를 첨가한 고분자 용액을 전기방사 방식으로 방사하여 제조된 고분자 나노 섬유(310)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 3 , the polymer fiber mat 300 may include polymer nanofibers 310 prepared by electrospinning a polymer solution in which a solvent is added to an organic polymer material.

여기서, 상기 유기 고분자 물질은 PVP(Polyvinylpyrrolidone), PEDOT(Polyethylenedioxythiophene), PAN(Polyacrylonitrile), PAA(polyacrylic acid), PVA(polyvinylalcohol), PMMA(polymethyl methacrylate), PVDF(polyvinylidene fluoride), PVac(polyvinylacetate), PS(polystyrene), PVC(polyvinylchloride), PEI(polyetherimide), PBI(polybenzimidasol), PEO(polyethyleneoxide), PCL(poly e-caprolactone), PA6(polyamide-6), PTT(polytrimethylenetetraphthalate), PDLA(poly D,L-lactic acid), polycarbonate, polydioxanone 및 polyglicolide, dextran을 포함하는 그룹에서 선택된 1종 이상일 수 있다.Here, the organic polymer material is PVP (Polyvinylpyrrolidone), PEDOT (Polyethylenedioxythiophene), PAN (Polyacrylonitrile), PAA (polyacrylic acid), PVA (polyvinylalcohol), PMMA (polymethyl methacrylate), PVDF (polyvinylidene fluoride), PVac (polyvinylacetate) PS(polystyrene), PVC(polyvinylchloride), PEI(polyetherimide), PBI(polybenzimidasol), PEO(polyethyleneoxide), PCL(poly e-caprolactone), PA6(polyamide-6), PTT(polytrimethylenetetraphthalate), PDLA(poly D, L-lactic acid), polycarbonate, polydioxanone, polyglycolide, and may be at least one selected from the group consisting of dextran.

더하여, 상기 용매는 DMF(N, N-Dimethylformamide) water, ethanol, methanol, isopropanol, DCM(Dichloromethane), MC(methylene chloride), acetic acid, acetonitrile, DMA(N, N-dimethylacetamide), m-cresol, toluene, tetrahydrofuran, formic acid, pyridine, aceton,acetonitrile, chloroform, ethyl acetate 및 trifluoroethanol을 포함하는 그룹에서 선택된 1종 이상일 수 있다.In addition, the solvent is DMF (N, N-Dimethylformamide) water, ethanol, methanol, isopropanol, DCM (Dichloromethane), MC (methylene chloride), acetic acid, acetonitrile, DMA (N, N-dimethylacetamide), m-cresol, It may be at least one selected from the group consisting of toluene, tetrahydrofuran, formic acid, pyridine, aceton, acetonitrile, chloroform, ethyl acetate and trifluoroethanol.

본 발명의 일 실시예에 따른 고분자 섬유매트(300)는 폴리아크릴로나이트릴(PAN)에 디메틸포름아마이드(DMF)를 첨가한 고분자 용액을 전기방사하는 것이 바람직하다.The polymer fiber mat 300 according to an embodiment of the present invention is preferably electrospinning a polymer solution in which dimethylformamide (DMF) is added to polyacrylonitrile (PAN).

또한, 상기 폴리아크릴로나이트릴(PAN)은 상기 고분자 용액 100 중량부에 대하여 1 내지 15 중량부인 것이 바람직하며, 상기 고분자 용액은 20 내지 30시간 동안 마그네틱 교반기를 이용하여 교반될 수 있다.In addition, the polyacrylonitrile (PAN) is preferably 1 to 15 parts by weight based on 100 parts by weight of the polymer solution, and the polymer solution may be stirred using a magnetic stirrer for 20 to 30 hours.

이로써, 고분자 섬유매트(300)는 상기 고분자 나노 섬유(310)를 금속 기판 상에 전사시켜 그물형태로 형성되도록 제조될 수 있는 것이다.Accordingly, the polymer fiber mat 300 can be manufactured to be formed in the form of a net by transferring the polymer nanofibers 310 onto a metal substrate.

금속도금 섬유매트(300)는 고분자 섬유매트(300)의 표면에 전도성 물질을 증착한 후, 전기도금 방식으로 금속성 물질을 코팅하여 형성될 수 있다.The metal-plated fiber mat 300 may be formed by depositing a conductive material on the surface of the polymer fiber mat 300 and then coating the metallic material with an electroplating method.

여기서, 상기 전도성 물질은 금, 은, 알루미늄, 구리, 니켈, 백금 중 어느 하나의 금속 물질로 이루어질 수 있으며, 본 발명의 일 실시예에서는 백금인 것이 바람직하다.Here, the conductive material may be made of any one of gold, silver, aluminum, copper, nickel, and platinum, and is preferably platinum in an embodiment of the present invention.

이러한, 상기 백금과 같은 전도성 물질은 백금 플라즈마 증착 장치를 이용하여 상기 고분자 섬유매트(300)의 표면에 증착될 수 있으며, 비 전도성 물질로 이루어진 고분자 섬유매트(300)에 전기도금을 위한 최소한의 전도성을 제공할 수 있다.The conductive material such as platinum may be deposited on the surface of the polymer fiber mat 300 using a platinum plasma deposition apparatus, and the minimum conductivity for electroplating the polymer fiber mat 300 made of a non-conductive material. can provide

또한, 상기 금속성 물질은 금, 은, 구리 중 어느 하나의 금속 물질로 이루어질 수 있으며, 본 발명의 일 실시예에서는 구리인 것이 바람직하다.In addition, the metallic material may be made of any one of gold, silver, and copper, and in an embodiment of the present invention, copper is preferable.

이러한, 상기 구리는 전기도금 방식을 이용하여 전도성 물질이 증착된 고분자 섬유매트(300)에 코팅될 수 있다.The copper may be coated on the polymer fiber mat 300 on which a conductive material is deposited using an electroplating method.

구체적으로, 구리와 같은 금속성 물질은 전기도금 시 상기 전도성 물질을 기반으로 성장하여 상기 고분자 나노 섬유(301)에 코팅되는 것이며, 이로써, 고분자 나노 섬유(301)에 금속성 물질이 코팅되어 금속 마이크로 섬유(201)가 제조될 수 있는 것이다.Specifically, a metallic material such as copper is grown based on the conductive material during electroplating and coated on the polymer nanofiber 301, whereby the polymer nanofiber 301 is coated with a metallic material to form a metal microfiber ( 201) can be manufactured.

더하여, 상기 금속 마이크로 섬유(201)로 구성된 상기 금속도금 섬유매트(300)는 10 내지 60초 동안 전기도금하여 제조될 수 있으며, 전기도금 시간이 증가함에 따라 상기 금속 마이크로 섬유(201)는 2 내지 5 ㎛의 직경을 가질 수 있다.In addition, the metal-plated fiber mat 300 composed of the metal microfibers 201 may be manufactured by electroplating for 10 to 60 seconds, and as the electroplating time increases, the metal microfibers 201 are formed from 2 to 60 seconds. It may have a diameter of 5 μm.

실시예Example : 금속 마이크로 섬유와 전기장을 활용한 미세입자 집진 시스템의 구성: Composition of fine particle dust collection system using metal microfiber and electric field

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 마이크로 섬유와 전기장을 활용한 미세입자 집진 시스템과 상기 미세입자 집진 시스템을 구성하는 섬유매트를 나타낸 도면이다.4 is a view showing a fine particle dust collecting system using metal microfibers and an electric field and a fiber mat constituting the fine particle dust collecting system according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 시스템은 상하부가 연통된 원통형상의 관을 본체부(100)로, 구리도금 섬유매트를 금속도금 섬유매트(200)로, PAN 섬유매트를 고분자 섬유매트(300)로 하며, 유입부(110)에는 연기 발생원으로 인센스 스틱(Incense Stick)가 배치되고, 배출구(120)에는 연기의 흐름을 유도하는 팬이 설치될 수 있다.Referring to FIG. 4, the system uses a cylindrical tube in which the upper and lower portions are communicated as the body portion 100, a copper-plated fiber mat as a metal-plated fiber mat 200, and a PAN fiber mat as a polymer fiber mat 300, An incense stick may be disposed as a smoke generating source in the inlet 110 , and a fan inducing a flow of smoke may be installed in the outlet 120 .

더하여, 상기 구리도금 섬유매트는 상기 구리도금 섬유매트의 상부방향에 설치되되, 탑(Top), 미들(Middle) 및 바텀(Bottom) 위치에 설치될 수 있다.In addition, the copper-plated fiber mat is installed in the upper direction of the copper-plated fiber mat, it may be installed in the top (Top), middle (Middle) and bottom (Bottom) positions.

또한, 상기 PAN 섬유매트는 전압인가 장치와 전기적으로 연결되고, 배출구(120)에는 가스를 검출하는 가스 검출기가 더 설치될 수 있다.In addition, the PAN fiber mat may be electrically connected to a voltage applying device, and a gas detector for detecting gas may be further installed at the outlet 120 .

실험예Experimental example 1 - 구리 전기도금 시간별 구리 마이크로 섬유의 1 - Copper electroplating of copper microfibers per hour 직경diameter 평가 evaluation

구리 마이크로 섬유의 직경 평가 전에 전기방사를 위해 폴리아크릴로나이트릴(PAN)에 디메틸포름아마이드(DMF)를 첨가한 PAN 용액을 제조하였으며, 상기 폴리아크릴로나이트릴(PAN)은 상기 PAN 용액 100 중량부에 대하여 8 중량부이다.A PAN solution was prepared in which dimethylformamide (DMF) was added to polyacrylonitrile (PAN) for electrospinning before the diameter evaluation of copper microfibers, and the polyacrylonitrile (PAN) was 100 weight of the PAN solution 8 parts by weight per part.

이후, 상기 PAN 용액을 24시간 동안 실온에서 마그네틱 교반기를 이용하여 교반하였다. Then, the PAN solution was stirred at room temperature for 24 hours using a magnetic stirrer.

그러고 나서, 교반된 PAN 용액을 전기방사하여 PAN 나노 섬유로 구성된PAN 섬유매트를 제조하고, 상기 PAN 섬유매트의 구리 전기도금을 위해 구리 80g, 황산 25g, 염산 2.5g, 포름 알데히드 50g 및 증류수 500mL를 혼합하여 전기도금 용액을 제조하였다.Then, the stirred PAN solution was electrospun to prepare a PAN fiber mat composed of PAN nanofibers, and 80 g of copper, 25 g of sulfuric acid, 2.5 g of hydrochloric acid, 50 g of formaldehyde and 500 mL of distilled water were added for copper electroplating of the PAN fiber mat. An electroplating solution was prepared by mixing.

이후, 상기 PAN 섬유매트에 백금 플라즈마 증착장치를 이용하여 백금을 증착하고, 백금이 증착된 PAN 섬유매트를 금속 호일과 함께 상기 전기도금 용액에 넣고 전기도금을 실시하였다.Thereafter, platinum was deposited on the PAN fiber mat using a platinum plasma deposition apparatus, and the platinum-deposited PAN fiber mat was placed in the electroplating solution together with the metal foil, and electroplating was performed.

구리 마이크로 섬유의 직경 평가는 상기한 구리 전기도금을 10 내지 60 초 동안 실시하여 평가되었다.The diameter evaluation of copper microfibers was evaluated by performing the copper electroplating for 10 to 60 seconds.

관련하여, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기도금 시간에 따른 구리 마이크로 섬유를 나타낸 SEM 이미지이다.In relation to this, Figure 5 is an SEM image showing the copper microfibers according to the electroplating time according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 구리 전기도금을 실시하기 전 PAN 나노 섬유의 직경은 0.53 ±0.027 ㎛이고, 구리 전기도금을 실시한 후 구리 마이크로 섬유의 직경은 전기도금 시간 10초, 30초 및 60초에서 각각 2.24 ± 0.096, 3.83 ± 0.178 및 4.77 ± 0.178 ㎛를 나타내었다.5, the diameter of the PAN nanofibers before copper electroplating is 0.53 ± 0.027 μm, and the diameters of copper microfibers after copper electroplating are 10 sec, 30 sec and 60 sec at electroplating times, respectively. 2.24 ± 0.096, 3.83 ± 0.178 and 4.77 ± 0.178 μm.

실험예Experimental example 2 - 구리 마이크로 섬유의 2 - copper microfiber 정전기적electrostatic 연기 여과 평가 Smoke Filtration Assessment

정전기적 연기 여과 평가는 고농도의 일산화탄소 분위기, 여과시간 360초, 180초 경과 후 20Kv의 전압조건에서 구리 마이크로 섬유의 구리 전기도금 시간, PAN 섬유매트의 위치, 구리도금 섬유매트의 수에 따라 일산화탄소 농도의 변화를 평가하였다.Electrostatic smoke filtration evaluation was conducted in a high concentration carbon monoxide atmosphere, filtration time of 360 seconds, and after 180 seconds, the carbon monoxide concentration according to the copper electroplating time of copper microfibers, the position of the PAN fiber mat, and the number of copper plated fiber mats under the voltage condition of 20Kv. was evaluated.

관련하여, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기도금 시간(a), PAN 섬유매트의 위치(b), 구리도금 섬유매트의 수(c)에 따른 CO 농도 변화를 나타낸 그래프이다.In relation to this, FIG. 6 is a graph showing the change in CO concentration according to the electroplating time (a), the position of the PAN fiber mat (b), and the number of copper-plated fiber mats (c) according to an embodiment of the present invention.

도 6(a)를 참조하면, 구리도금 섬유매트가 없는 경우(w/o fibers), 구리 전기도금 전 구리도금 섬유매트(0s), 10초간 구리 전기도금한 구리도금 섬유매트(10s), 30초간 구리 전기도금한 구리도금 섬유매트(30s), 60초간 구리 전기도금한 구리도금 섬유매트(60s)의 일산화탄소의 농도를 확인할 수 있으며, 구리 전기도금 시간이 증가할수록, 180초에서 전압인가 후 일산화탄소의 농도가 낮아지는 것을 관찰할 수 있다.Referring to FIG. 6(a), when there is no copper-plated fiber mat (w/o fibers), copper-plated fiber mat before copper electroplating (0s), copper-plated fiber mat with copper electroplating for 10 seconds (10s), 30 The concentration of carbon monoxide in the copper-plated fiber mat (30s) electroplated with copper for a second and copper-plated fiber mat (60s) electroplated with copper for 60 seconds can be checked, and as the copper electroplating time increases, carbon monoxide after voltage application at 180 seconds It can be observed that the concentration of

도 6(b)를 참조하면, 60초간 구리 전기도금한 구리도금 섬유매트(60s)를 포함하는 시스템에서 PAN 섬유매트의 위치가 상기 구리도금 섬유매트와 가까워질수록 전압인가 후 일산화탄소의 농도가 낮아지는 것을 확인하였다.Referring to FIG. 6(b), in a system including a copper-plated fiber mat 60s plated with copper for 60 seconds, the closer the position of the PAN fiber mat to the copper-plated fiber mat, the lower the concentration of carbon monoxide after voltage application. confirmed to lose.

도 6(c)를 참조하면, 60초간 구리 전기도금한 구리도금 섬유매트(60s)를 포함하는 시스템에서 구리도금 섬유매트의 수가 증가할수록 전압인가 후 일산화탄소의 농도가 낮아지는 것을 확인하였다.Referring to FIG. 6(c), as the number of copper-plated fiber mats increased in a system including the copper-plated fiber mat 60s electroplated with copper for 60 seconds, it was confirmed that the concentration of carbon monoxide decreased after voltage application.

실험예Experimental example 3 - 구리 마이크로 섬유의 미세입자 3 - fine particles of copper microfibers 포집효율Collection efficiency 평가 evaluation

미세입자 포집효율 평가는 Solid type 미세입자 분위기, 여과시간 360초, 20Kv의 전압, 60초간 구리 전기도금한 구리도금 섬유매트조건에서 미세입자 크기에 미세입자 포집효율을 평가하였다.The fine particle collection efficiency was evaluated on the fine particle size in a solid type fine particle atmosphere, a filtration time of 360 seconds, a voltage of 20 Kv, and a copper-plated fiber mat with copper electroplating for 60 seconds.

관련하여, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 구리도금 섬유매트의 여부(a), 미세입자 크기(b)에 따른 미세입자 포집효율을 나타낸 그래프이다.In relation to this, Figure 7 is a graph showing the fine particle collection efficiency according to whether the copper-plated fiber mat according to an embodiment of the present invention (a) and the size of the fine particles (b).

도 7(a)를 참조하면, 구리 전기도금 전의 PAN 섬유매트보다 60초간 구리 전기도금한 구리도금 섬유매트가 시스템에 포함되는 경우 전압인가 후에 1 ㎛ 이하의 미세입자 포집에 크게 영향을 주는 것을 확인하였다.Referring to FIG. 7( a ), when a copper-plated fiber mat that was electroplated with copper for 60 seconds rather than a PAN fiber mat before copper electroplating was included in the system, it was confirmed that it greatly affects the collection of fine particles of 1 μm or less after voltage application. did.

도 7(b)를 참조하면, 60초간 구리 전기도금한 구리도금 섬유매트가 시스템에 포함되는 경우 전압인가 후에 10 ㎛ 이하의 미세입자는 98.84%의 포집율을 보였으며, 1 ㎛ 이하의 미세입자는 74.39%의 포집율을 보였다.Referring to FIG. 7(b), when a copper-plated fiber mat subjected to copper electroplating for 60 seconds is included in the system, after voltage application, the fine particles of 10 μm or less exhibited a capture rate of 98.84%, and the fine particles of 1 μm or less were included in the system. showed a collection rate of 74.39%.

실험예Experimental example 4 - 구리 마이크로 섬유의 재사용 평가 실험 4 - Experiments to evaluate the reuse of copper microfibers

재사용 평가 실험은 Solid type, Soft type 미세입자 분위기, 여과시간 360초, 20Kv의 전압, 60초간 구리 전기도금한 구리도금 섬유매트를 포함하는 조건에서 미세입자의 흡착모습 및 세척 후의 모습을 기반으로 평가하였다.The reuse evaluation experiment was evaluated based on the adsorption of fine particles and the appearance after washing under conditions including solid type and soft type fine particle atmosphere, filtration time of 360 seconds, voltage of 20Kv, and copper-plated fiber mat with copper electroplating for 60 seconds. did.

관련하여, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세입자 여과 시험 전(a), Soft type 미세입자 여과 시험 후(b), DMF 침지 후(c), 초음파 처리 후(d)의 구리도금 섬유매트의 SEM 이미지이고, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 Solid type 미세입자 여과 시험 전과 후의 구리도금 섬유매트의 SEM 이미지이다.In relation to this, Figure 8 shows copper plating before (a), after soft type fine particle filtration test (b), after DMF immersion (c), and after ultrasonication (d) according to an embodiment of the present invention It is an SEM image of the fiber mat, and FIG. 9 is an SEM image of the copper-plated fiber mat before and after the solid type fine particle filtration test according to an embodiment of the present invention.

도 8(a)은 연기 여과 평가 전의 구리 마이크로 섬유의 모습을 확인할 수 있으며, 도 8(b)에서는 연기 여과 평가 이후 soft type의 미세입자가 구리 마이크로 섬유 사이에 흡착되어 있는 모습을 확인할 수 있다. Figure 8 (a) can confirm the appearance of the copper microfibers before the smoke filtration evaluation, and in Figure 8 (b) it can be confirmed that the soft type fine particles are adsorbed between the copper microfibers after the smoke filtration evaluation.

도 8(c)에서는 soft type의 미세입자가 흡착된 구리 마이크로 섬유를 디메틸포름아마이드(DMF)에 담근 후 모습을 확인할 수 있으며, 도 8(d)에서는 디메틸포름아마이드(DMF)에 담근 구리 마이크로 섬유를 초음파 처리한 후의 모습을 확인할 수 있다.In Fig. 8(c), it can be seen that the copper microfibers adsorbed with soft type fine particles are immersed in dimethylformamide (DMF), and in Fig. 8(d), copper microfibers dipped in dimethylformamide (DMF) are shown. can be seen after ultrasonic treatment.

도 9를 참조하면, 분진형태의 Solid type 미세입자는 물과 공기를 털어내는 방식을 이용하여 제거되었으며, 반복적 세척을 통해 걸러진 구리 마이크로 섬유의 모습을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 9 , the solid type fine particles in the form of dust were removed using a method of shaking off water and air, and it can be seen that the copper microfibers were filtered through repeated washing.

이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. The above detailed description is illustrative of the present invention.

또한, 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내어 설명하는 것이며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당 업계의 기술 또는 지식의 범위 내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 저술한 실시 예는 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 최선의 상태를 설명하는 것이며, 본 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.In addition, the above description shows and describes preferred embodiments of the present invention, and the present invention can be used in various other combinations, modifications, and environments. That is, changes or modifications are possible within the scope of the concept of the invention disclosed herein, the scope equivalent to the written disclosure, and/or within the scope of skill or knowledge in the art. The written embodiment describes the best state for implementing the technical idea of the present invention, and various changes required in specific application fields and uses of the present invention are possible. Accordingly, the detailed description of the present invention is not intended to limit the present invention to the disclosed embodiments. Also, the appended claims should be construed as including other embodiments.

100: 본체부
200: 금속도금 섬유매트
300: 고분자 섬유매트
100: body part
200: metal plated fiber mat
300: polymer fiber mat

Claims (10)

미세입자가 유출입하는 유입부 및 배출부가 형성된 본체부;
상기 본체부 내부에 배치되되, 상기 유입부로부터 유입되는 미세입자를 전기적으로 대전시키는 금속도금 섬유매트; 및
상기 금속도금 섬유매트의 상부에 이격 배치되고, 상기 대전된 미세입자에 척력을 제공하는 고분자 섬유매트를 포함하는 미세입자 집진 시스템.
a body portion formed with an inlet and an outlet through which fine particles flow;
a metal-plated fiber mat disposed inside the main body to electrically charge the fine particles flowing in from the inlet; and
A fine particle dust collecting system comprising a polymer fiber mat that is spaced apart from the upper portion of the metal-plated fiber mat and provides a repulsive force to the charged fine particles.
제 1 항에 있어서,
상기 본체부는,
내부공간을 가지도록 상부와 하부가 연통되고,
상기 내부공간은 상기 유입부와 상기 금속도금 섬유매트 사이에 형성되는 제 1 공간, 상기 금속도금 섬유매트와 상기 고분자 섬유매트 사이에 형성되는 제 2 공간 및 상기 고분자 섬유매트와 상기 배출부 사이에 형성되는 제 3 공간을 포함하는 미세입자 집진 시스템.
The method of claim 1,
The body part,
The upper part and the lower part communicate with each other to have an internal space,
The inner space includes a first space formed between the inlet and the metal-plated fiber mat, a second space formed between the metal-plated fiber mat and the polymer fiber mat, and formed between the polymer fiber mat and the outlet. A fine particle dust collection system comprising a third space to be
제 2 항에 있어서,
상기 고분자 섬유매트는,
폴리아크릴로나이트릴(PAN)에 디메틸포름아마이드(DMF)를 첨가한 고분자용액을 전기방사 방식으로 방사하여 제조된 고분자 나노 섬유를 포함하는 미세입자 집진 시스템.
3. The method of claim 2,
The polymer fiber mat,
A fine particle dust collecting system comprising polymer nanofibers prepared by electrospinning a polymer solution containing dimethylformamide (DMF) added to polyacrylonitrile (PAN).
제 3 항에 있어서,
상기 폴리아크릴로나이트릴(PAN)은,
상기 고분자 용액 100 중량부에 대하여 1 내지 15 중량부인 미세입자 집진 시스템.
4. The method of claim 3,
The polyacrylonitrile (PAN) is,
The fine particle dust collecting system in an amount of 1 to 15 parts by weight based on 100 parts by weight of the polymer solution.
제 4 항에 있어서,
상기 고분자 섬유매트는,
상기 고분자 나노 섬유를 기판 상에 전사시켜 그물형태로 형성되는 미세입자 집진 시스템.
5. The method of claim 4,
The polymer fiber mat,
A fine particle dust collecting system formed in the form of a net by transferring the polymer nanofibers onto a substrate.
제 5 항에 있어서,
상기 금속도금 섬유매트는,
상기 고분자 섬유매트의 표면에 전도성 물질을 증착한 후, 전기도금 방식으로 금속성 물질을 코팅하여 형성되는 미세입자 집진 시스템.
6. The method of claim 5,
The metal-plated fiber mat,
A fine particle dust collecting system formed by depositing a conductive material on the surface of the polymer fiber mat and then coating a metallic material with an electroplating method.
제 6 항에 있어서,
상기 금속도금 섬유매트는,
2 내지 5 ㎛의 직경을 가지는 금속 마이크로 섬유를 포함하는 미세입자 집진 시스템.
7. The method of claim 6,
The metal-plated fiber mat,
A system for collecting fine particles comprising metal microfibers having a diameter of 2 to 5 μm.
제 7 항에 있어서,
상기 금속도금 섬유매트는,
외부의 전원으로부터 전압을 인가받아 상기 제 2 공간과 상기 제 3 공간 사이에서 전기장을 발생시키되, (+)극 또는 (-)극으로 대전되는 미세입자 집진 시스템.
8. The method of claim 7,
The metal-plated fiber mat,
A fine particle dust collecting system that receives a voltage from an external power source to generate an electric field between the second space and the third space, and is charged with a (+) pole or a (-) pole.
제 8 항에 있어서,
상기 금속도금 섬유매트에 전압이 인가되면, 상기 제 1 공간의 미세입자는 대전된 금속도금 섬유매트를 통과하여 상기 제 2 공간으로 이동하면서 분극 반응을 통해 상기 대전된 금속도금 섬유매트와 서로 다른 극으로 대전되고, 상기 제 2 공간의 대전된 미세입자는 상기 고분자 섬유매트의 척력에 의해 상기 유입부를 바라보는 방향으로 이동하면서 상기 금속도금 섬유매트에 흡착되어 제거되는 미세입자 집진 시스템.
9. The method of claim 8,
When a voltage is applied to the metal-plated fiber mat, the fine particles in the first space pass through the charged metal-plated fiber mat and move to the second space through a polarization reaction, which is different from the charged metal-plated fiber mat. and the charged fine particles in the second space are adsorbed to and removed from the metal-plated fiber mat while moving in the direction facing the inlet by the repulsive force of the polymer fiber mat.
제 9 항에 있어서,
상기 고분자 섬유매트는,
외부의 대지와 동등한 전위가 되도록 전기적으로 접지되는 미세입자 집진시스템.
10. The method of claim 9,
The polymer fiber mat,
A fine particle dust collection system that is electrically grounded so that it becomes the same potential as the external earth.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0788397A (en) * 1993-09-20 1995-04-04 Hideo Yoshikawa Dust collector
JP2015167927A (en) * 2014-03-07 2015-09-28 株式会社富士通ゼネラル Electric dust collector and air conditioner using the same
KR20160122549A (en) * 2015-04-14 2016-10-24 한국철도기술연구원 Apparatus with Prevent of Adhesion of Micro Particles, and Heat Radiation Plate having using such Apparatus
KR101963078B1 (en) * 2018-01-29 2019-03-27 연세대학교 산학협력단 Electrospinning device having charge neutralization

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0788397A (en) * 1993-09-20 1995-04-04 Hideo Yoshikawa Dust collector
JP2015167927A (en) * 2014-03-07 2015-09-28 株式会社富士通ゼネラル Electric dust collector and air conditioner using the same
KR20160122549A (en) * 2015-04-14 2016-10-24 한국철도기술연구원 Apparatus with Prevent of Adhesion of Micro Particles, and Heat Radiation Plate having using such Apparatus
KR101963078B1 (en) * 2018-01-29 2019-03-27 연세대학교 산학협력단 Electrospinning device having charge neutralization

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