KR20210128709A - 향균성을 갖는 미세먼지 집진 필터 구조체, 및 그 제조방법 - Google Patents

향균성을 갖는 미세먼지 집진 필터 구조체, 및 그 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20210128709A
KR20210128709A KR1020200046696A KR20200046696A KR20210128709A KR 20210128709 A KR20210128709 A KR 20210128709A KR 1020200046696 A KR1020200046696 A KR 1020200046696A KR 20200046696 A KR20200046696 A KR 20200046696A KR 20210128709 A KR20210128709 A KR 20210128709A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
thin film
oxide thin
metal oxide
metal
filter structure
Prior art date
Application number
KR1020200046696A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102453620B1 (ko
Inventor
조지영
설우준
김완식
Original Assignee
광주과학기술원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 광주과학기술원 filed Critical 광주과학기술원
Priority to KR1020200046696A priority Critical patent/KR102453620B1/ko
Publication of KR20210128709A publication Critical patent/KR20210128709A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102453620B1 publication Critical patent/KR102453620B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D39/00—Filtering material for liquid or gaseous fluids
    • B01D39/10—Filter screens essentially made of metal
    • B01D39/12—Filter screens essentially made of metal of wire gauze; of knitted wire; of expanded metal
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2239/00—Aspects relating to filtering material for liquid or gaseous fluids
    • B01D2239/04—Additives and treatments of the filtering material
    • B01D2239/0442—Antimicrobial, antibacterial, antifungal additives
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2239/00—Aspects relating to filtering material for liquid or gaseous fluids
    • B01D2239/04—Additives and treatments of the filtering material
    • B01D2239/0471—Surface coating material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2239/00—Aspects relating to filtering material for liquid or gaseous fluids
    • B01D2239/10—Filtering material manufacturing
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A50/00—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
    • Y02A50/20—Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters
    • Y02A50/2351—Atmospheric particulate matter [PM], e.g. carbon smoke microparticles, smog, aerosol particles, dust

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Filtering Materials (AREA)

Abstract

필터 구조체의 제조 방법이 제공된다. 상기 필터 구조체의 제조 방법은, 제1 금속 및 제2 금속을 포함하는 코팅 용액을 제조하는 단계, 상기 코팅 용액을 베이스 메쉬(base mesh) 상에 제공하고, 제1 열처리 공정을 수행하여 상기 제1 금속 및 상기 제2 금속을 포함하는 금속 산화물 박막을 제조하는 단계, 및 상기 제1 열처리 공정 온도보다 높은 온도로, 상기 금속 산화물 박막이 형성된 상기 베이스 메쉬에 대해서, 제2 열처리 공정을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

향균성을 갖는 미세먼지 집진 필터 구조체, 및 그 제조방법{Dust filter structure having antimicrobia property, and fabricating of the same}
본 출원은 필터 구조체 및 그 제조 방법에 관련된 것으로, 보다 상세하게는, 향균성을 갖는 미세먼지 집진 필터 구조체 및 그 제조 방법에 관련된 것이다.
공기정화기술은 환경으로 배출수준을 확인하고 감소시키는 것으로 공기정화시스템은 오염의 근원을 찾아 오염물질을 추출하고 청정공기를 방출하는 시스템이다. 이러한 시스템 구축을 통해 호흡기 질환 등과 같은 건강의 위험을 줄일 수 있다.
공기정화시스템의 핵심이 되는 공기필터는 고체 또는 액체 미립자를 제거하기 위한 섬유 또는 무기 재료로 구성된 여과장치이며 일반적으로 미립자와 같은 먼지, 꽃가루, 곰팡이가 함유된 공기를 여과하고, 화학적 공기 필터인 경우는 흡착제 또는 휘발성 유기 화합물과 같은 대기 중의 분자 오염 물질을 제거하는 목적으로 가정용 에어컨 서치, 공기조절시스템, 산업용 고성능 집진기능의 클린룸, 의료분야 및 자동차, 광업분야 등 다양한 분야에서 광범위하게 사용된다.
미세먼지의 계속적인 이슈화로 인해 새로운 시장으로 떠오르는 공기정호시장에서 기존의 코웨이, 청호나이스 등 렌탈기반 생환자전업체의 주도에서 최근에는 삼성전자, LG전자 등 대형 가전업체들이 공기정화시장에 뛰어들고 있고, 관련제품을 전략제품으로 내세우고 있을 뿐 아니라 다이슨(영국), 블루에어(스웨덴), 샤오미(중국)등 외국계 가전업체들도 합세하여 국내에서는 관련시장선점을 위한 경쟁이 더욱 치열해질 전망이다.
이러한 기술적 니즈를 충족시키기 위해 공기 정화 필터, 미세먼지 집진 필터와 관련하여, 다양한 기술들이 개발되고 있다. 예를 들어, 대한민국 특허 공개 공보(10-2006-0037050, 출원인: 엘지 이노텍)에 따르면, 일체형 금속 필터에 관한 기술로, 측면에 개구가 형성된 통형상의 지지프레임과, 상기 지지 프레임의 측면을 감싸는 금속 박판을 포함하며, 상기 금속 박판은 다수개의 미세공극들이 형성되고, 상기 미세공극들은 두께방향으로 중앙 위치에 최소 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 대면적 일체형 금속필터가 개시되어 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는 미세먼지 집진 효율이 향상된 필터 구조체 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는 향균성을 갖는 필터 구조체 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는 강유전성을 갖는 금속 산화물 박막을 포함하는 필터 구조체 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는 고내구성을 갖는 필터 구조체 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는 제조공정이 간소화된 필터 구조체 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는 제조비용이 절감된 필터 구조체 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 상술된 것에 제한되지 않는다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 출원은 필터 구조체의 제조 방법을 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 필터 구조체의 제조 방법은, 제1 금속 및 제2 금속을 포함하는 코팅 용액을 제조하는 단계, 상기 코팅 용액을 베이스 메쉬(base mesh) 상에 제공하고, 제1 열처리 공정을 수행하여 상기 제1 금속 및 상기 제2 금속을 포함하는 금속 산화물 박막을 제조하는 단계, 및 상기 제1 열처리 공정 온도보다 높은 온도로, 상기 금속 산화물 박막이 형성된 상기 베이스 메쉬에 대해서, 제2 열처리 공정을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제2 열처리공정은 600℃ 이상 650℃ 이하에서 수행될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제2 열처리 공정을 수행하기 전에, 상기 금속 산화물 박막을 상기 베이스 메쉬 상에 제조하는 단계는 복수로 수행되고, 상기 금속 산화물 박막은, 상기 베이스 메쉬 상에 복수로 적층되어 제공되고, 적층된 복수의 상기 금속 산화물 박막이 형성된 상기 베이스 메쉬에 대해서 상기 제2 열처리 공정이 수행될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 코팅 용액은, 상기 제1 금속을 포함하는 제1 전구체, 상기 제2 금속을 포함하는 제2 전구체, 용매, 및 안정제를 포함할 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 출원은 필터 구조체를 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 필터 구조체는, 복수의 와이어(wire)가 네트워크를 구성하는 베이스 메쉬(base mesh), 및 상기 베이스 메쉬의 상기 와이어의 표면 상에 제공된 금속 산화물 박막을 포함하되, 상기 금속 산화물 박막은, 강유전 특성을 갖고, 상기 금속 산화물 박막의 강유전 특성으로 인해, 집진 효율이 향상될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 금속 산화물 박막은, 바나듐이 도핑된 아연 산화물을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 금속 산화물 박막은 복수로 제공되고, 복수의 상기 금속 산화물 박막이 적층된 형태로 제공될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 금속 산화물 박막은, 항균성을 가질 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 금속 산화물 박막은, 상기 와이어의 표면 전체를 덮을 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 복수의 와이어가 네트워크를 구성하는 베이스 메쉬에 제1 금속 및 제2 금속을 포함하는 코팅 용액을 제공한 후 제1 열처리 공정을 수행하여 금속 산화물 박막을 제조하고, 상기 금속 산화물 박막이 형성된 상기 베이스 메쉬에 대해서 제2 열처리 공정이 수행되어, 상기 금속 산화물 박막이 결정화되어, 상기 베이스 메쉬 및 결정화된 상기 금속 산화물 박막을 포함하는 필터 구조체가 제조될 수 있다.
이에 따라, 상기 금속 산화물 박막이 강유전 특성을 갖는 동시에 향균성을 가질 수 있고, 결과적으로, 강유전 특성으로 인해 미세 먼지에 대한 집진 효율이 향상되고 박테리아에 대한 향균성을 갖는 필터 구조체 및 그 제조 방법이 제공될 수 있다.
도 1은 본 출원의 실시 예에 따른 필터 구조체의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2는 본 출원의 실시 예에 따른 필터 구조체의 제조 방법에서 코팅 용액의 제조 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 출원의 실시 예에 따른 필터 구조체의 제조 방법에서 금속 산화물 박막의 제조 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 출원의 실시 예에 따른 필터 구조체에 포함된 금속 산화물 박막을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실험 예 3 및 비교 예에 따라 제조된 필터 구조체의 미세먼지 집진 특성을 평가한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실험 예 3에 따라 제조된 필터 구조체에 집진된 미세 먼지를 촬영한 SEM 사진이다.
도 7은 본 발명의 실험 예 3 및 비교 예에 따라 제조된 필터 구조체의 향균성을 평가한 그래프 및 사진이다.
도 8은 본 발명의 실험 예 1 내지 실험 예 7에 따라 제조된 필터 구조체의 XRD 측정 결과 그래프 및 표면 조도 측정 결과 그래프이다.
도 9는 본 발명의 실험 예 1 내지 실험 예 7에 따라 제조된 필터 구조체의 강유전 특성을 측정한 그래프이다.
도 10은 본 발명의 실험 예 1 내지 실험 예 7 및 비교 예에 따라 제조된 필터 구조체의 집진 효율을 비교한 그래프이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.
명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다.
또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
도 1은 본 출원의 실시 예에 따른 필터 구조체의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이고, 도 2는 본 출원의 실시 예에 따른 필터 구조체의 제조 방법에서 코팅 용액의 제조 과정을 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 본 출원의 실시 예에 따른 필터 구조체의 제조 방법에서 금속 산화물 박막의 제조 과정을 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 본 출원의 실시 예에 따른 필터 구조체에 포함된 금속 산화물 박막을 설명하기 위한 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 제1 금속 및 제2 금속을 포함하는 코팅 용액(160)이 제조될 수 있다(S100).
일 실시 예에 따르면, 상기 코팅 용액(160)을 제조하는 단계는, 상기 제1 금속을 포함하는 제1 전구체(120), 상기 제2 금속을 포함하는 제2 전구체(130), 및 용매(140)를 준비하는 단계, 및 상기 용매(140)에 상기 제1 전구체(120) 및 상기 제2 전구체(130)을 혼합하고 열처리하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 용매(140)는 에탄올일 수 있고, 상기 제1 금속이 아연인 경우 상기 제1 전구체(120)는 Zinc acetate dihydrate (Zn(CH3COO)2 2H2O)이고, 상기 제2 금속이 바나듐인 경우 상기 제2 전구체(130)는 Vanadyl acetylacetonate(C10H14O5V)일 수 있다. 또한, 예를 들어, 상기 용매(140)에 상기 제1 전구체(120) 및 상기 제2 전구체(130)가 혼합된 후 약 75℃에서 히터(110)를 이용하여 열처리될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 용매(140)에 안정제가 추가적으로 투입될 수 있다. 상기 안정제는, 상기 제1 전구체(120) 및 상기 제2 전구체(130)가 서로 잘 혼합되어, 후술되는 금속 산화물 박막 형성 시, 상기 제1 금속의 산화물에 상기 제2 금속이 용이하게 도핑되도록 할 수 있다. 예를 들어, 상기 안정제는, 2-dimethylaminoethanol(C4H11NO)일 수 있다.
상술된 바와 같이, 상기 제2 금속은 바나듐 일 수 있다. 또는, 이와 달리, 다른 예를 들어, 상기 제2 금속은 리튬, 코발트, 철, 또는 망간 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 용매(140)에 상기 제1 전구체(120) 및 상기 제2 전구체(130)가 혼합되는 비율에 따라서, 상기 코팅 용액(160)을 이용하여 제조되는 후술되는 제1 금속의 산화물 내에 도핑되는 상기 제2 금속의 도핑량이 제어될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 제1 금속이 아연이고, 상기 제2 금속이 바나듐인 경우, 상기 금속 산화물 박막은, 아연 산화물에 바나듐이 5at% 도핑된 것일 수 있고, 이에 따라, 후술되는 필터 구조체의 미세먼지 집진 효율이 향상될 수 있다.
베이스 메쉬(150)가 준비된다. 상기 베이스 메쉬(150)는 복수의 와이어가 네트워크를 구성한 것일 수 있다. 상기 베이스 메쉬(150)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 복수의 와이어에 의해, 격자 모양의 네트워크를 구성할 수 있다. 또는, 도 3에 도시된 바와 달리, 다양한 형상 및 모양의 네트워크를 구성할 수 있다. 또한, 상기 복수의 와이어의 단면(155)은, 도 4에 도시된 바와 같이 원형이거나, 또는 도 4에 도시된 바와 달리, 사각형, 삼각형, 마름모, 사다리꼴 등 다양한 형상 및 모양을 가질 수 있다.
도 1, 도 3, 및 도 4를 참조하면, 상기 코팅 용액(160)을 상기 베이스 메쉬(150)에 제공하고, 제1 열처리 공정을 수행하여 상기 제1 금속 및 상기 제2 금속을 포함하는 금속 산화물 박막(165)이 제조될 수 있다(S200).
일 실시 예에 따르면, 상기 코팅 용액(160)은 분무기(170)를 이용하여 상기 베이스 메쉬(150)에 제공될 수 있다. 또는, 다른 실시 예에 따르면, 상기 코팅 용액(160)은 딥 코팅, 바 코팅 등 다양한 방법으로 상기 베이스 메쉬(150)에 제공될 수 있다.
상술된 바와 같이, 상기 코팅 용액(160)이 상기 베이스 메쉬(150)에 제공된 후, 상기 제1 열처리 공정이 수행되어, 상기 제1 금속 및 상기 제2 금속을 포함하는 상기 금속 산화물 박막(165)이 제조될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 열처리 공정은, 약 200℃에서 수행될 수 있다. 또한, 상기 금속 산화물 박막(165)은 상기 제1 금속의 산화물에 제2 금속이 도핑된 것이고, 비정질 상태 또는 결정화도가 낮은 상태일 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 코팅 용액(160)을 상기 베이스 메쉬(150)에 제공하고 상기 제1 열처리 공정을 수행하여 상기 금속 산화물 박막(165)을 제조하는 단계는 복수회 수행될 수 있다. 이에 따라, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 금속 산화물 박막(165)은 상기 베이스 메쉬(150)의 와이어 표면 상에 복수로 적층되어 제공될 수 있다. 상기 금속 산화물 박막(165)의 제조 단계를 반복 수행하는 횟수에 따라서, 상기 베이스 메쉬(150)의 와이어 상에 형성된 상기 금속 산화물 박막(165)의 전체 두께가 제어될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 복수로 적층된 상기 금속 산화물 박막(165)은 SEM 또는 TEM 이미지를 통해 서로 구분될 수 있다. 또는, 다른 실시 예에 따르면, 복수로 적층된 상기 금속 산화물 박막(154)은 SEM 또는 TEM 이미지를 통해 서로 구분되지 않고, 일체(one body)를 이룰 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 코팅 용액(160)을 상기 베이스 메쉬(150)에 제공하기 전, 상기 베이스 메쉬(150)의 복수의 와이어의 표면을 친수성화하는 표면 전처리 공정이 수행될 수 있다. 예를 들어, 상기 표면 전처리 공정은, 상기 베이스 메쉬(150)를 오존 분위기에서 자외선(184nm 및 254nm 파장)을 조사하는 방법으로 수행될 수 있다. 이에 따라, 상기 코팅 용액(160)을 이용하여 제조되는 상기 금속 산화물 박막(165)과 상기 베이스 메쉬(150)의 와이어 표면 사이의 접착력이 향상될 수 있고, 결과적으로, 고내구성 및 장수명을 갖는 필터 구조체 및 그 제조 방법이 제공될 수 있다.
일 변형 예에 따르면, 상술된 바와 같이, 상기 코팅 용액(160)을 상기 베이스 메쉬(150)에 제공하고 상기 제1 열처리 공정을 수행하는 단계가 복수회 반복 수행되는 경우, 상기 코팅 용액(160)을 상기 베이스 메쉬(150)에 제공하는 공정에서, 상기 베이스 메쉬(150)의 앞면에 상기 코팅 용액(160)을 제공하는 단계, 및 상기 베이스 메쉬(150)의 뒷면에 상기 코팅 용액을 제공하는 단계가 교대로 반복하여 복수회 수행될 수 있다. 이에 따라, 상기 금속 산화물 박막(165)은 상기 베이스 메쉬(150)의 상기 와이어의 표면 전체를 콘포말하게(conformally) 덮을 수 있다.
도 1을 참조하면, 상기 금속 산화물 박막(165)이 형성된 후, 상기 금속 산화물 박막(165)이 형성된 상기 베이스 메쉬(150)에 대해서 제2 열처리 공정이 수행될 수 있다(S300).
일 실시 예에 따르면, 상기 제2 열처리 공정은, 상압에서 수행되되, 비산소 분위기에서 수행될 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 열처리 공정은 질소 가스 분위기에서 수행될 수 있다.
상기 제2 열처리 공정이 수행되어, 상기 베이스 메쉬(150)의 와이어의 표면 상에 제공된 상기 금속 산화물 박막(165)이 결정화될 수 있다. 이로 인해, 상기 금속 산화물 박막(165)은 강유전성을 가질 수 있고, 이에 따라, 상기 금속 산화물 박막(165)을 포함하는 필터 구조체의 미세 먼지에 대한 집진 효율이 향상될 수 있다.
상술된 바와 같이, 상기 코팅 용액(160)이 상기 제1 금속을 포함하는 제1 전구체(120) 및 상기 제2 금속을 포함하는 제2 전구체(130)을 포함하는 경우, 상기 금속 산화물 박막(165)은 상기 제1 금속의 산화물에 상기 제2 금속이 도핑된 박막일 수 있다. 예를 들어, 상술된 바와 같이, 상기 제1 금속이 아연이고, 상기 제2 금속이 바나듐인 경우, 바나듐이 도핑된 아연 산화물 박막이 상기 베이스 에쉬(150)의 와이어의 표면 상에 콘포말하게 제공될 수 있다.
상기 제2 열처리 공정은, 상기 제1 열처리 공정 온도보다 높은 온도로 수행될 수 있다. 예를 들어, 상술된 바와 같이, 상기 제1 열처리 공정이 200℃에서 수행되는 경우, 상기 제2 열처리 공정은 600℃ 이상 650℃ 이하에서 수행될 수 있다.
상술된 본 발명의 실시 예와 달리, 만약, 제2 열처리 공정이 600℃ 미만의 온도에서 수행되거나, 또는 650℃ 초과 온도에서 수행되는 경우, 상기 금속 산화물 박막(165)의 강유전성이 저하되어 미세먼지에 대한 집진 효율이 저하될 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 제2 열처리 공정은, 상술된 바와 같이, 600℃ 이상 650℃ 이하에서 수행될 수 있고, 이로 인해, 상기 금속 산화물 박막(165)의 강유전 특성이 향상될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 복수의 와이어가 네트워크를 구성하는 상기 베이스 메쉬(150)에, 상기 제1 금속 및 상기 제2 금속을 포함하는 상기 코팅 용액(160)을 제공한 후 상기 제1 열처리 공정을 수행하여 상기 금속 산화물 박막(165)을 제조하고, 상기 금속 산화물 박막(165)이 형성된 상기 베이스 메쉬(150)에 대해서 상기 제2 열처리 공정이 수행되어, 상기 금속 산화물 박막(165)이 결정화될 수 있다. 이에 따라, 상기 금속 산화물 박막(165)이 강유전 특성을 갖는 동시에 향균성을 가질 수 있고, 결과적으로, 강유전 특성으로 인해 미세 먼지에 대한 집진 효율이 향상되고 박테리아에 대한 향균성을 갖는 필터 구조체 및 그 제조 방법이 제공될 수 있다.
이하, 본 발명의 실시 예에 따른 필터 구조체의 구체적인 실험 예 및 특성 평가 결과가 설명된다.
실험 예에 따른 코팅 용액 제조
제1 금속으로 Zn을 포함하는 Zinc acetate dihydrate (Zn(CH3COO)2 2H2O) Zn 전구체를 준비하고, 제2 금속으로 V을 포함하는 Vanadyl acetylacetonate(C10H14O5V) V 전구체를 준비하였다.
용매로 2-methoxyethanol (C3H8O2)을 준비하고, 안정제로 2-dimethylaminoethanol(C4H11NO)을 준비하였다.
Zn 전구체, V 전구체, 안정제 및 용매를 75℃에서 혼합하고, 에탄올에 희석시켜 본 발명의 실험 예에 따른 코팅 용액을 제조하였다.
실험 예 1~7에 따른 필터 구조체 제조
6 * 6 cm2 크기의 스테인리스 스틸 망을 베이스 메쉬로 준비하였다. 베이스 메쉬에 실험 예에 따른 코팅 용액을 분사하고 200℃에서 제1 열처리 공정을 수행하는 공정을 6회 반복 수행하고, 상압의 질소 분위기에서 550~700℃로 조절하면서 제2 열처리 공정을 수행하여, 베이스 메쉬 상에 바나듐이 도핑된 아연 산화물 박막을 강유전성 및 향균성을 갖는 금속 산화물 박막으로 제조하였다.
구분 제2 열처리 온도
실험 예 1 550℃
실험 예 2 575℃
실험 예 3 600℃
실험 예 4 625℃
실험 예 5 650℃
실험 예 6 675℃
실험 예 7 700℃
비교 예에 따른 필터 구조체 준비
상술된 실험 예에 따른 6 * 6 cm2 크기의 스테인리스 스틸 망을 비교 예에 따른 필터 구조체로 준비하였다.
도 5는 본 발명의 실험 예 3 및 비교 예에 따라 제조된 필터 구조체의 미세먼지 집진 특성을 평가한 그래프이고, 도 6은 본 발명의 실험 예 3에 따라 제조된 필터 구조체에 집진된 미세 먼지를 촬영한 SEM 사진이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 상술된 본 발명의 실험 예 3에 따라 제조된 필터 구조체에 미세 먼지를 공급하면서 필터 효율을 측정하였다. 구체적으로, ASHRAE 52.2의 방법에 따라서 미세 먼지의 크기에 따른 필터링 효율을 측정하였다.
도 5에서 알 수 있듯이, 바나듐이 도핑된 아연 산화물 박막이 코팅되지 않은 비교 예에 따른 필터 구조체(non-coated)의 경우 실질적인 미세 먼지 집진 기능이 없는 것이 확인할 수 있다. 반면, 본 발명의 실험 예 3에 따라 바나듐이 도핑된 아연 산화물 박막이 코팅된 필터 구조체(coated)의 경우, 미세 먼지 집진 기능을 갖는 것을 확인할 수 있다. 미세 먼지의 크기가 증가함에 따라 집진 효율이 증가하는 것을 확인할 수 있으며, 특히 0.5nm 초과 1.25nm 이하의 미세 먼지를 효율적으로 집진하는 것을 확인할 수 있다.
도 7은 본 발명의 실험 예 3 및 비교 예에 따라 제조된 필터 구조체의 향균성을 평가한 그래프 및 사진이다.
도 7을 참조하면, 상술된 본 발명의 실험 예 3에 따라 제조된 필터 구조체 및 비교 예에 따른 필터 구조체의 황색포도상구균(S.aureus) 및 대장균(E.coli)에 대한 향균성을 확인하였다.
도 7에서 알 수 있듯이, 황색포도상구균의 경우, 바나듐이 도핑된 아연 산화물 박막이 코팅되지 않은 비교 예에 따른 필터 구조체(non-coated)에서 69.2%제거되었으나, 바나듐이 도핑된 아연 산화물 박막이 코팅된 실험 예 3에 따른 필터 구조체(coated)에서 99.9% 제거되었다.
또한, 대장균의 경우, 바나듐이 도핑된 아연 산화물 박막이 코팅되지 않은 비교 예에 따른 필터 구조체(non-coated)에서 실질적으로 제거되지 않은 것을 확인할 수 있다. 반면, 바나듐이 도핑된 아연 산화물 박막이 코팅된 실험 예 3에 따른 필터 구조체(coated)에서는 99.9% 제거되었다.
상술된 바와 같이, 바나듐이 도핑된 아연 산화물 박막의 향균 특성으로 인해, 황색포도상구균 및 대장균이 실질적으로 전부 제거된 것을 확인할 수 있다.
도 8은 본 발명의 실험 예 1 내지 실험 예 7에 따라 제조된 필터 구조체의 XRD 측정 결과 그래프 및 표면 조도 측정 결과 그래프이다.
도 8의 (a)를 참조하면, 상술된 본 발명의 실험 예 1 내지 실험 예 7에 따라 제2 열처리 공정의 온도가 상이한 필터 구조체의 XRD 분석을 수행하였다. 도 8의 (a)에서 알 수 있듯이, 제2 열처리 공정의 온도가 550℃에서 점차적으로 증가함에 따라서, 결정성이 향상되는 것을 확인할 수 있다. 제2 열처리 공정의 열처리 온도에 따라서, 바나듐이 도핑된 아연 산화물 박막의 결정성이 제어되는 것을 확인할 수 있다.
도 8의 (b)를 참조하면, 상술된 본 발명의 실험 예 1 내지 실험 예 7에 따라 제2 열처리 공정의 온도가 상이한 필터 구조체의 표면 조도를 측정하였다. 도 8의 (b)에서 알 수 있듯이, 제2 열처리 공정의 온도가 550℃에서 점차적으로 증가함에 따라 표면 조도가 증가하였으며, 625℃인 경우 가장 높은 표면 조도 값을 갖는 것으로 측정되었다. 또한, 625℃를 초과하는 경우 오히려 표면 조도가 감소하는 것을 확인할 수 있다.
도 9는 본 발명의 실험 예 1 내지 실험 예 7에 따라 제조된 필터 구조체의 강유전 특성을 측정한 그래프이다.
도 9를 참조하면, 상술된 본 발명의 실험 예 1 내지 실험 예 7에 따라 제2 열처리 공정의 온도가 상이한 필터 구조체의 강유전성을 측정하였다. 도 9에서 알 수 있듯이, 제2 열처리 공정의 온도가 600℃ 이상 650℃ 이하인 경우, 600℃ 미만 및 650℃ 초과인 경우와 비교하여, 현저하게 높은 강유전 특성을 갖는 것을 확인할 수 있다. 구체적으로, 제2 열처리 공정의 온도가 600℃인 경우 가장 높은 강유전성을 갖는 것으로 확인되었다. 결론적으로, 제2 열처리 공정의 열처리 온도에 따라서, 바나듐이 도핑된 아연 산화물 박막의 강유전 특성이 제어될 수 있으며, 제2 열처리 공정의 열처리 온도를 600℃ 이상 650℃ 이하로 제어하는 것이, 바나듐이 도핑된 아연 산화물 박막의 강유전 특성을 향상시키는 효율적인 방법임을 확인할 수 있다.
도 10은 본 발명의 실험 예 1 내지 실험 예 7 및 비교 예에 따라 제조된 필터 구조체의 집진 효율을 비교한 그래프이다.
도 10을 참조하면, 상술된 본 발명의 실험 예 1 내지 실험 예 7에 따라 제2 열처리 공정의 온도가 상이한 필터 구조체, 및 비교 예에 따른 필터 구조체의 미세 먼지 집진 효율을 비교하였다. 구체적으로, ASHRAE 52.2의 방법에 따라서 미세 먼지의 크기에 따른 필터링 효율을 측정하였다.
도 10에서 알 수 있듯이, 바나듐이 도핑된 아연 산화물 박막이 코팅되지 않은 비교 예에 따른 필터 구조체(non-coated)의 경우 실질적인 미세 먼지 집진 기능이 없는 것을 확인할 수 있다. 반면, 실험 예 1, 실험 예 3, 및 실험 예 5에 따라서 바나듐이 도핑된 아연 산화물 박막이 코팅된 필터 구조체의 경우 미세 먼지 집진 효율이 향상된 것을 확인할 수 있다.
또한, 실험 예 1에 따라서 550℃에서 제2 열처리 공정이 수행된 필터 구조체, 및 실험 예 5에 따라서 650℃에서 제2 열처리 공정이 수행된 필터 구조체와 비교하여, 실험 예 3에 따라서 600℃에서 제2 열처리 공정이 수행된 필터 구조체가, 현저하게 높은 미세 먼지 제거 효율을 갖는 것을 확인할 수 있다. 결론적으로, 도 9를 참조하여 설명된 바와 같이, 제2 열처리 공정의 열처리 온도에
따라서, 바나듐이 도핑된 아연 산화물 박막의 강유전 특성이 제어될 수 있으며, 바나듐이 도핑된 아연 산화물 박막의 강유전 특성에 따라서 미세 먼지 집진 효율이 제어될 수 있고, 결론적으로, 제2 열처리 공정의 열처리 온도를 600℃ 이상 650℃ 이하로 제어하는 것이(바람직하게는 600℃로 제어하는 것이), 바나듐이 도핑된 아연 산화물 박막의 강유전 특성을 향상시켜, 미세 먼지 집진 효율을 향상시키는 효율적인 방법임을 확인할 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
110: 히터
120: 제1 전구체
130: 제2 전구체
140: 용매
150: 베이스 메쉬
155: 와이어의 단면
160: 코팅 용액
165: 금속 산화물 박막
170: 분무기

Claims (9)

  1. 제1 금속 및 제2 금속을 포함하는 코팅 용액을 제조하는 단계;
    상기 코팅 용액을 베이스 메쉬(base mesh) 상에 제공하고, 제1 열처리 공정을 수행하여 상기 제1 금속 및 상기 제2 금속을 포함하는 금속 산화물 박막을 제조하는 단계; 및
    상기 제1 열처리 공정 온도보다 높은 온도로, 상기 금속 산화물 박막이 형성된 상기 베이스 메쉬에 대해서, 제2 열처리 공정을 수행하는 단계를 포함하는 필터 구조체의 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제2 열처리공정은 600℃ 이상 650℃ 이하에서 수행되는 것을 포함하는 필터구조체의 제조방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제2 열처리 공정을 수행하기 전에, 상기 금속 산화물 박막을 상기 베이스 메쉬 상에 제조하는 단계는 복수로 수행되고,
    상기 금속 산화물 박막은, 상기 베이스 메쉬 상에 복수로 적층되어 제공되고,
    적층된 복수의 상기 금속 산화물 박막이 형성된 상기 베이스 메쉬에 대해서 상기 제2 열처리 공정이 수행되는 것을 포함하는 필터 구조체의 제조방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 코팅 용액은, 상기 제1 금속을 포함하는 제1 전구체, 상기 제2 금속을 포함하는 제2 전구체, 용매, 및 안정제를 포함하는 필터 구조체의 제조방법
  5. 복수의 와이어(wire)가 네트워크를 구성하는 베이스 메쉬(base mesh); 및,
    상기 베이스 메쉬의 상기 와이어의 표면 상에 제공된 금속 산화물 박막을 포함하되,
    상기 금속 산화물 박막은, 강유전 특성을 갖고,
    상기 금속 산화물 박막의 강유전 특성으로 인해, 집진 효율이 향상되는 것을 포함하는 필터 구조체.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 금속 산화물 박막은, 바나듐이 도핑된 아연 산화물을 포함하는 필터 구조체.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 금속 산화물 박막은 복수로 제공되고,
    복수의 상기 금속 산화물 박막이 적층된 형태로 제공되는 것을 포함하는 필터 구조체.
  8. 제 5항에 있어서,
    상기 금속 산화물 박막은, 항균성을 갖는 것을 포함하는 필터 구조체.
  9. 제 5항에 있어서,
    상기 금속 산화물 박막은, 상기 와이어의 표면 전체를 덮는 것을 포함하는 필터 구조체.

KR1020200046696A 2020-04-17 2020-04-17 항균성을 갖는 미세먼지 집진 필터 구조체, 및 그 제조방법 KR102453620B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200046696A KR102453620B1 (ko) 2020-04-17 2020-04-17 항균성을 갖는 미세먼지 집진 필터 구조체, 및 그 제조방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200046696A KR102453620B1 (ko) 2020-04-17 2020-04-17 항균성을 갖는 미세먼지 집진 필터 구조체, 및 그 제조방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20210128709A true KR20210128709A (ko) 2021-10-27
KR102453620B1 KR102453620B1 (ko) 2022-10-12

Family

ID=78287232

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200046696A KR102453620B1 (ko) 2020-04-17 2020-04-17 항균성을 갖는 미세먼지 집진 필터 구조체, 및 그 제조방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102453620B1 (ko)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20060083450A (ko) * 2003-08-29 2006-07-20 다우 글로벌 테크놀로지스 인크. 개선된 디젤 배기 필터
JP2008516756A (ja) * 2004-10-14 2008-05-22 カタリティック ソリューションズ，インコーポレイテッド ディーゼル微粒子フィルター上の微粒子の燃焼温度を低下させるための白金族金属非含有触媒
KR20130143648A (ko) * 2011-03-09 2013-12-31 가부시키가이샤 아데카 산화 아연계 막 형성용 조성물, 산화 아연계 막의 제조방법 및 아연 화합물
KR101616669B1 (ko) * 2015-01-29 2016-04-28 서울대학교산학협력단 질소산화물 환원 촉매 및 그 제조방법

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20060083450A (ko) * 2003-08-29 2006-07-20 다우 글로벌 테크놀로지스 인크. 개선된 디젤 배기 필터
JP2008516756A (ja) * 2004-10-14 2008-05-22 カタリティック ソリューションズ，インコーポレイテッド ディーゼル微粒子フィルター上の微粒子の燃焼温度を低下させるための白金族金属非含有触媒
KR20130143648A (ko) * 2011-03-09 2013-12-31 가부시키가이샤 아데카 산화 아연계 막 형성용 조성물, 산화 아연계 막의 제조방법 및 아연 화합물
KR101616669B1 (ko) * 2015-01-29 2016-04-28 서울대학교산학협력단 질소산화물 환원 촉매 및 그 제조방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR102453620B1 (ko) 2022-10-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1269088B1 (en) Biostatic filter
CN1134295C (zh) 光催化剂过滤器以及其制造方法和由此形成的空气净化器
KR101321493B1 (ko) 초미립자 여과 및 살균효과가 우수한 공기필터
EP3643395B1 (en) Aircraft air purification and volatile organic compounds reduction unit comprising a photocatalyst activated by ultraviolet light emitting diodes
US10188975B2 (en) Honeycomb air filter and methods thereof
US20220323908A1 (en) Porous ceramic filters and methods for making the same
US20160214085A1 (en) Air filtration using manganese oxide
CN108778498B (zh) 用于处理例如甲醛的挥发性有机化合物的催化剂装置
WO2021030300A2 (en) Laser-induced graphene filters and methods of making and using same
US20220234002A1 (en) Air Purification Apparatuses, Systems, and Methods for Removing Particulates, Volatile Organic Compounds, and Nitrous Oxide-Containing Compounds
KR102453620B1 (ko) 항균성을 갖는 미세먼지 집진 필터 구조체, 및 그 제조방법
KR20230032786A (ko) 항균 필터 여재, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 공기 청정기
JP4163374B2 (ja) 光触媒膜
KR102193849B1 (ko) 유해물질 및 악취 제거용 필터
US20190314760A1 (en) Filtration articles and methods of making and using the same
KR102262258B1 (ko) 유해물질 및 악취 제거용 케미컬-케미 흡착 필터
JP2001338853A (ja) 半導体の製造方法
KR101834525B1 (ko) 이산화티타늄 코팅 금속 항균 헤파 필터 미디어 제조 방법 및 이를 이용한 고성능 금속 필터
US20220297089A1 (en) Ceramic catalytic filter, filtering system including the same, and manufacturing method thereof
KR102633511B1 (ko) 공기청정기 필터용 구리코팅 부직포, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 공기청정기 필터
KR102502447B1 (ko) 휘발성유기화합물 흡착용 필터를 구비한 공기정화장치
US20220280674A1 (en) Filter and filtering system including the same
KR102378077B1 (ko) 다중박막코팅층을 포함하는 공기청정기용 필터 및 이의 제조 방법
KR20210111040A (ko) 공기 청정기용 친환경 복합 촉매, 및 그 제조 방법
WO2022182308A1 (en) Antimicrobial air filtration device

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant