KR20220033720A - Filter compising activated carbon/chitosan core-shell hybrid functionalized with amine - Google Patents

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KR20220033720A
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Abstract

The present invention provides a filter which comprises: a porous substrate; and a coating layer coated on the surface of the porous substrate and the surface of pores of the porous substrate, and containing amine functionalized activated carbon, wherein the amine-functionalized activated carbon is a core-shell hybrid having a core-shell structure in which the surface of activated carbon is coated with chitosan. According to the present invention, the filter contains a high content of activated carbon and has excellent structural stability, and the activated carbon is evenly distributed, thereby providing high efficiency of collecting harmful gases, in particular, providing excellent efficiency of collecting formaldehyde. The activated carbon functionalized with chitosan can chemically combine with volatile organic compounds to increase collection efficiency of harmful gases, can provide excellent effects of removing fine dust and ultrafine dust, bacteria, and fungi, and does not include carcinogenic substances harmful to the human body to provide excellent biocompatibility.

Description

아민으로 관능화된 활성탄/키토산 코어쉘 하이브리드를 포함하는 필터{Filter compising activated carbon/chitosan core-shell hybrid functionalized with amine}Filter comprising activated carbon/chitosan core-shell hybrid functionalized with amine {Filter compising activated carbon/chitosan core-shell hybrid functionalized with amine}

본 발명은 다공성 기재 층과 상기 기재의 표면을 코팅하고 있는 아민으로 관능화된 코어쉘 하이브리드를 포함하는 필터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 포름알데히드 등의 휘발성 유기 화합물을 제거 및 포집용, 세균 및 곰팡이제거용 또는 미세먼지 제거용 필터에 관한 것이다.The present invention relates to a filter comprising a porous substrate layer and a core-shell hybrid functionalized with an amine coating the surface of the substrate, and more particularly, for removing and collecting volatile organic compounds such as formaldehyde, bacteria and It relates to a filter for removing mold or fine dust.

휘발성 유기 화합물(volatile organic compounds;VOCs)이란 증기압이 높아 대기 중으로 쉽게 증발되는 액체 또는 기체상 유기 화합물의 총칭이다. 이는 대기오염과 지구 온난화의 원인 물질일 뿐만 아니라, 인간에게 직접적으로 백혈병, 중추신경장애 및 염색체 이상 등을 유발하며 발암성 물질로 알려져 있다. 특히, 건축자재, 생활용품, 자동차 소재 등 일상생활에 밀접한 주변 기기들로부터 발생되는 휘발성 유기 화합물들은 건강에도 유해할 뿐만 아니라 제품에 대한 이미지도 하락시키는 원인이 될 수 있다. 최근 인간의 삶의 질이 향상됨에 따라, 인체에 무해한 소재의 사용 또는 유해 물질의 억제 또는 제거 방법에 관심이 집중되고 있으며, 국제 환경 규제 역시 휘발성 유기 화합물의 배출량을 제한하고 있다(국제 환경규제 측면에서는 납(Pb), 카드뮴(Cd), 수은(Hg), 6가 크롬(Cr6+)의 4대 중금속 총 함량이 100 ppm이하(녹색기술 기준은 50 ppm이하)로 규정하고 있음).Volatile organic compounds (VOCs) are a generic term for liquid or gaseous organic compounds that are easily evaporated into the atmosphere due to their high vapor pressure. It is not only a causative agent of air pollution and global warming, but also directly induces leukemia, central nervous system disorder and chromosomal abnormality in humans, and is known as a carcinogen. In particular, volatile organic compounds generated from peripheral devices closely related to daily life, such as building materials, household goods, and automobile materials, are not only harmful to health, but can also cause deterioration of product image. Recently, as the quality of life of human beings has improved, attention has been focused on the use of materials harmless to the human body or methods of suppressing or removing harmful substances, and international environmental regulations also limit the emission of volatile organic compounds (international environmental regulations aspect). The total content of the four major heavy metals: lead (Pb), cadmium (Cd), mercury (Hg), and hexavalent chromium (Cr6+) is regulated to be less than 100 ppm (green technology standards are less than 50 ppm).

고농도의 VOC에 노출시 마취작용(중추신경계 억제), 현기증, 마비 및 사망 등 급성장애를 일으키고 대기 중의 휘발성 유기 화합물들의 가장 중요한 역할은 NOx와 같이 존재하여 OH 라디칼(Radical)과 반응, 오존을 생성시켜서 광화학옥시단트의 원인 물질이 된다. When exposed to high concentrations of VOC, it causes acute disorders such as anesthesia (central nervous system suppression), dizziness, paralysis, and death. It becomes the causative substance of photochemical oxidant.

국내에서는 실내공기질관리법 및 화학물질관리법, 공중위생관리법, 산업안전보건법, 학교보건법 등 다양한 법제처에서 규제하고 있으며, 이와 관련된 기술개발은 전략제품분야에 포함될 만큼 기술의 개발 필요성이 높으며, 고효율 저가의 흡착방식과 분해방식의 제품개발을 요구하고 있다.In Korea, it is regulated by various legislative bodies such as the Indoor Air Quality Control Act, the Chemicals Control Act, the Public Sanitation Control Act, the Industrial Safety and Health Act, and the School Health Act. There is a demand for product development of method and decomposition method.

현재, 휘발성 유기 화합물을 처리하기 위한 방법으로서 응축, 농축, 흡수 및 흡착 등의 물리 화학적 처리방법, 바이오 스크러버, 바이오 필터 등의 생물학적인 처리방법과 산화시키는 연소 방법 등이 널리 사용되고 있다.Currently, as methods for treating volatile organic compounds, physicochemical treatment methods such as condensation, concentration, absorption and adsorption, biological treatment methods such as bio scrubbers and bio filters, and combustion methods such as oxidation are widely used.

일반적으로, 물리 화학적 처리방법으로, 휘발성유기화합물(VOCs)의 흡착처리 방법으로는 활성탄(activated carbon), 다공성 미네랄(porousclay mineral), 실리카 겔, 활성 알루미나 등이 있다. 그러나, 이러한 흡착제들의 공통점은 부피에 비해 매우 넓은 표면적을 가지고 있다는 것이며, 이 중 활성탄이 가장 많이 사용되며, 입상 형태 또는 부직포에 활성탄을 표면에 부착시킨 카본필터 형태로 많이 사용되고 있다.In general, as a physicochemical treatment method, as a method for adsorption treatment of volatile organic compounds (VOCs), there are activated carbon, porous clay mineral, silica gel, activated alumina, and the like. However, a common feature of these adsorbents is that they have a very large surface area compared to their volume.

그러나, 최근에는 활성탄 잔류 성분으로 인한 세포독성 및 유전자적 독성, 인체 독성 등과 같은 인체세포 활성도에 악영향을 끼치는 문제가 제기되고 있다. 또한, 활성탄을 적용하는 필터들은 바인더로 아크릴 계열을 사용하며, 보통 활성탄 고유의 미세 기공을 가리는 역할을 하기 때문에, 최소한의 접착력을 유지하고 최소한의 가스 포집 효율 감소를 유도하는 선(약 20 wt%)에서 바인더를 사용한다. 그럼에도 불구하도 초기 활성탄 대비 30% 정도 효율이 감소하는 문제가 있어 효율을 높이면서 구조적으로 안정한 필터의 개발이 필요한 실정이다.However, recently, there has been raised a problem of adversely affecting human cell activity, such as cytotoxicity, genetic toxicity, and human toxicity due to residual components of activated carbon. In addition, filters to which activated carbon is applied use acrylic as a binder, and because they usually cover the micropores inherent to activated carbon, they maintain minimal adhesion and induce a minimum reduction in gas collection efficiency (about 20 wt%). ) using a binder. Nevertheless, there is a problem that the efficiency is reduced by about 30% compared to the initial activated carbon, so it is necessary to develop a structurally stable filter while increasing the efficiency.

또한, 최근 전세계적으로 미세먼지 및 초미세먼지의 발생이 증가하고 있으며 이에 의해 유발되는 피해 규모가 커지고 있어 문제가 되고 있는 바, 미세먼지 및 초미세먼지의 제거 효율이 우수한 필터의 개발 또한 요구되고 있다.In addition, recently, the occurrence of fine dust and ultra-fine dust is increasing worldwide, and the damage caused by it is increasing, which is a problem. there is.

이에 본 발명의 발명자들은 유해가스 뿐만 아니라 미세먼지/초미세먼지, 세균 및 곰팡이의 제거 효율이 우수한 다 기능성 필터를 개발하였다.Accordingly, the inventors of the present invention have developed a multi-functional filter having excellent removal efficiency of fine dust/ultra-fine dust, bacteria and mold as well as harmful gases.

본 발명의 목적은 휘발성 유기 화합물을 높은 효율로 제거, 탈취 또는 포집하거나 세균 및 곰팡이 제거 또는 미세먼지 제거용 필터를 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a filter for removing, deodorizing or collecting volatile organic compounds with high efficiency, or for removing bacteria and mold or removing fine dust.

이를 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 한편, 본 출원에서 개시된 각각의 설명 및 실시형태는 각각의 다른 설명 및 실시 형태에도 적용될 수 있다. 즉, 본 출원에서 개시된 다양한 요소들의 모든 조합이 본 출원의 범주에 속한다. 또한, 하기 기술된 구체적인 서술에 의하여 본 출원의 범주가 제한된다고 볼 수 없다.This will be described in detail as follows. Meanwhile, each description and embodiment disclosed in the present application may be applied to each other description and embodiment. That is, all combinations of the various elements disclosed in the present application fall within the scope of the present application. In addition, it cannot be seen that the scope of the present application is limited by the detailed description described below.

본 발명의 일 측면에 있어서, 본 발명은 다공성 기재; 및 상기 다공성 기재의 표면 및 다공성 기재의 기공의 표면을 코팅하고, 아민 관능화된 활성탄(Amine Functionalized Active Carbon)을 포함하는 코팅층;을 포함하고, 상기 아민 관능화된 활성탄은 활성탄의 표면이 키토산으로 코팅된 코어쉘 구조로 이루어진 코어쉘 하이브리드인 것인 필터를 제공한다.In one aspect of the present invention, the present invention provides a porous substrate; And coating the surface of the surface of the porous substrate and the surface of the pores of the porous substrate, and a coating layer comprising an amine-functionalized activated carbon (Amine Functionalized Active Carbon); including, wherein the amine-functionalized activated carbon is the surface of the activated carbon is made of chitosan It provides a filter that is a core-shell hybrid consisting of a coated core-shell structure.

활성탄(activated carbon 또는 activated charcoal)은 주성분이 탄소로서 다공성 구조를 가지므로 표면적이 넓어 흡착성이 강한 특성이 있어 흡착제나 탈색제 등으로 사용되는 경우가 많은데, 화학 반응이 빨리 일어나 흡착이 진행될수록 효율이 저하되며, 재생 효율이 낮은 문제점이 있으며, 최근 활성탄 잔류 성분으로 인한 인체 독성과 같은 문제점이 제기되고 있다. 본 발명은 이러한 활성탄이 갖는 문제점들을 해결하면서 포집 효율을 향상시킬 수 있는 키토산을 활성탄 외부 및 내부 표면에 코팅시킨 코어쉘 하이브리드를 포함하는 필터를 제공한다.Activated carbon (or activated charcoal), whose main component is carbon, has a porous structure and has a large surface area and thus has strong adsorption properties. And, there is a problem of low regeneration efficiency, and recently, problems such as toxicity to the human body due to residual components of activated carbon have been raised. The present invention provides a filter including a core-shell hybrid coated with chitosan on the outer and inner surfaces of the activated carbon, which can improve the collection efficiency while solving the problems of the activated carbon.

상기 필터는 휘발성 유기 화합물을 포집 및 제거하거나, 미세먼지 제거, 세균 및 곰팡이를 제거하기 위한 용도로 사용될 수 있다.The filter may be used for collecting and removing volatile organic compounds, removing fine dust, and removing bacteria and mold.

본 발명에 있어서, 활성탄의 공극률은 20 내지 99.9%인 것이 바람직하며, 30 내지 50%인 것이 특히 바람직하다.In the present invention, the porosity of the activated carbon is preferably 20 to 99.9%, particularly preferably 30 to 50%.

본 발명에 있어서, 상기 코어쉘 하이브리드는 활성탄의 표면 및 활성탄의 기공의 표면을 키토산이 둘러싸 코팅하고 있는 코어쉘 구조를 갖는 입자를 의미하고. 키토산에 의해 활성탄은 -NH2 관능기가 도입됨으로 인해 상기 코어쉘 하이브리드는 아민 관능기를 포함할 수 있다.In the present invention, the core-shell hybrid refers to particles having a core-shell structure in which chitosan surrounds and coats the surface of the activated carbon and the surface of the pores of the activated carbon. Activated carbon by chitosan -NH 2 Since the functional group is introduced, the core-shell hybrid may include an amine functional group.

이처럼 활성탄 입자의 외부 및 내부 표면에 코팅된 키토산에 의해 도입된 -NH2 관능기는 알데하이드, 황화수소, 암모니아, 아세트산 등의 휘발성 유기 화합물들과 화학결합을 함으로써, 가스 포집 효율을 높일 수 있는 이점이 있을 뿐만 아니라, 세균 및 곰팡이 제거 효과 또는 미세먼제 제거 효과가 우수하다. 또한 수회의 세척후에도 기공의 모폴로지 및 포집 효율이 세척 전과 유사한 수준을 유지하는 우수한 안정성을 갖는다. 이와 같은 본 발명의 코어쉘 하이브리드의 구조를 도 1에 나타내었다.As such, the -NH 2 functional group introduced by chitosan coated on the outer and inner surfaces of the activated carbon particles chemically bonds with volatile organic compounds such as aldehyde, hydrogen sulfide, ammonia, and acetic acid, thereby increasing the gas collection efficiency. In addition, the effect of removing bacteria and mold or the effect of removing fine dust is excellent. In addition, even after washing several times, the pore morphology and collection efficiency have excellent stability maintaining the same level as before washing. The structure of such a core-shell hybrid of the present invention is shown in FIG. 1 .

도 1을 참조하면, 활성탄이 갖는 기공을 덮어버리는 것이 아니라 유지하면서 활성탄의 외부 표면 및 활성탄이 갖는 기공의 내부 표면까지 키토산이 코팅됨으로써 -NH2 관능화가 이루어지며, 상기 코어쉘 하이브리드는 기공을 포함할 수 있으며, 상기 기공의 크기는 2 내지 30 nm 일 수 있으며, 바람직하게는 2 내지 25 nm, 더욱 바람직하게는 2 내지 20 nm 일 수 있으나, 본 발명의 범위가 여기에 한정되는 것은 아니다.Referring to Figure 1, the -NH 2 functionalization is made by coating the outer surface of the activated carbon and the inner surface of the pores of the activated carbon while maintaining, rather than covering, the pores of the activated carbon, and the core-shell hybrid includes pores and the size of the pores may be 2 to 30 nm, preferably 2 to 25 nm, more preferably 2 to 20 nm, but the scope of the present invention is not limited thereto.

또한, 상기 코어쉘 하이브리드는 쉘을 이루고 있는 키토산은 바인더 역할을 하여 입자들 간의 우수한 결합력을 유지한다. 구체적으로, 코어쉘 하이브리드 입자들 사이에 키토산에 의한 강력한 수소 결합이 입자들의 탈착을 방지하며 고르게 분산될 수 있다(도 2).In addition, in the core-shell hybrid, chitosan constituting the shell serves as a binder to maintain excellent bonding strength between particles. Specifically, strong hydrogen bonding by chitosan between the core-shell hybrid particles prevents desorption of the particles and can be evenly dispersed ( FIG. 2 ).

상기 키토산은 키틴을 탈아세틸화한 고분자 화합물을 지칭하며, 탈아세틸화의 정도는 75 내지 85% 일 수 있으며, 분자량은 50000 내지 190000 Da 일 수 있으나, 본 발명의 목적을 달성할 수 있는 범위 내라면 이에 제한되지 않는다. The chitosan refers to a high molecular compound obtained by deacetylating chitin, and the degree of deacetylation may be 75 to 85%, and the molecular weight may be 50000 to 190000 Da, but within the range that can achieve the object of the present invention. If it is, it is not limited to this.

본 발명에 있어서, 상기 활성탄의 표면 및 활성탄의 기공의 표면을 코팅하고 있는 키토산 쉘은 0.01 내지 2 nm 크기의 두께를 가질 수 있으며, 바람직하게는 0.05 내지 1.5 nm, 더욱 바람직하게는 0.07 내지 1.2 nm 크기의 두께를 가질 수 있다.In the present invention, the chitosan shell coating the surface of the activated carbon and the surface of the pores of the activated carbon may have a thickness of 0.01 to 2 nm, preferably 0.05 to 1.5 nm, more preferably 0.07 to 1.2 nm It may have a thickness of the size.

활성탄과 키토산을 단순 혼합하여 사용하거나 복합재의 형태로 사용할 경우, 활성탄이 균일하게 분포하지 못하고, 일부 영역에 집중되는 경우가 발생하며 이는 필터 전체의 기계적 강도를 약하게 할 수 있다. 반면, 본 발명의 코어쉘 하이브리드 구조는 균일하게 활성탄이 분포되도록 하며, 이에 따라 본 발명의 필터는 높은 함량의 활성탄을 포함할 수 있으면서도, 그 기계적 강도는 우수하게 유지된다. When activated carbon and chitosan are simply mixed or used in the form of a composite, the activated carbon is not uniformly distributed and is concentrated in some areas, which may weaken the mechanical strength of the entire filter. On the other hand, the core-shell hybrid structure of the present invention allows the activated carbon to be uniformly distributed, and thus the filter of the present invention can contain a high content of activated carbon, while maintaining excellent mechanical strength.

본 발명에 있어서, 코팅층은 다공성 기재의 표면 및 다공성 기재에 포함된 기공의 표면을 코팅할 수 있으며, 이에 의해 다공성의 외부 및 내부 표면 모두에 활성탄이 고르게 분포될 수 있으며, 다공성 기재의 외부 및 내부 표면을 코팅하고 있는 코팅층을 포함하는 필터의 구조를 도 2로 나타내었다.In the present invention, the coating layer can coat the surface of the porous substrate and the surface of the pores included in the porous substrate, whereby activated carbon can be evenly distributed on both the external and internal surfaces of the porous substrate, and the external and internal surfaces of the porous substrate The structure of the filter including the coating layer coating the surface is shown in FIG. 2 .

도 2를 참조하면, 활성탄 코어-키토산 쉘을 포함하는 코어쉘 하이브리드가 다공성 기재 전체 표면(외부 및 내부 표면)에 고르게 분포되며, 이러한 구조는 활성탄이 쉽게 탈착되지 않고, 활성탄 사이에 응집이 일어나는 것을 방지함에 따라 구조적 안정성이 높다는 이점이 있다. Referring to FIG. 2 , an activated carbon core-core-shell hybrid including a chitosan shell is evenly distributed over the entire surface (external and internal surfaces) of the porous substrate, and this structure prevents the activated carbon from being easily desorbed and aggregation occurs between the activated carbons. There is an advantage in that structural stability is high by preventing it.

이와 같이 구조적으로 안정성이 높고 활성탄이 고르게 분포된다는 구조적 특징에 의해 유해가스 또는 유기 휘발성 화합물을 흡착하는 효율이 높은 효과가 있다.As such, there is an effect of high efficiency in adsorbing harmful gases or organic volatile compounds due to the structural characteristics of high structural stability and evenly distributed activated carbon.

본 발명에 있어서, 다공성 기재는 공극을 갖는 모든 다공성 기재를 포함할 수 있으며, 유기질 다공성 기재, 무기질 다공성 기재 또는 이들의 조합일 수 있다. 상기 유기질 다공성 기재는 폴리스티렌, 폴리에틸렌, 폴리우레탄, 코튼, 양모, 부직포, 울, 셀룰로오스, 메틸셀룰로오스, 카복시메틸셀룰로오스, 폴리아세테이트, 나일론 등일 수 있으며, 무기질 다공성 기재는 탄소 섬유, 세라믹, 실리케이드 등일 수 있으며, 상기 다공성 기재로 바람직하게는 폴리우레탄일 수 있다.In the present invention, the porous substrate may include any porous substrate having pores, and may be an organic porous substrate, an inorganic porous substrate, or a combination thereof. The organic porous substrate may be polystyrene, polyethylene, polyurethane, cotton, wool, non-woven fabric, wool, cellulose, methyl cellulose, carboxymethyl cellulose, polyacetate, nylon, etc., and the inorganic porous substrate may be carbon fiber, ceramic, silicate, etc. and preferably, polyurethane as the porous substrate.

본 발명에 있어서, 상기 다공성 기재는 스폰지 형태일 수 있으며, 바람직하게는 스폰지 형태의 폴리우레탄일 수 있다.In the present invention, the porous substrate may be in the form of a sponge, preferably polyurethane in the form of a sponge.

본 발명에 있어서, 다공성 기재는 20 내지 5000 μm 크기의 기공을 가질 수 있으며, 바람직하게는, 50 내지 3000 μm, 더욱 바람직하게는 100 내지 1000 μm 크기의 기공을 가질 수 있다. 공극의 크기가 이보다 작을 경우, 코팅층이 제대로 코팅되기 어려우며, 동시에 공기 통과 속도가 느려져 차압이 크게 발생하고, 유해가스 또는 휘발성 유기 화합물 또는 미세먼지의 포집 효율이 떨어질 수 있다. 또한 공극의 크기가 이보다 클 경우 다공성 기재의 기계적 안정성이 떨어지며, 공기 통과 경로가 상대적으로 짧을 수 있다. 상기 다공성 기재의 공극률은 60 내지 99.9%인 것이 바람직하며, 70 내지 96%인 것이 특히 바람직하다.In the present invention, the porous substrate may have pores having a size of 20 to 5000 μm, preferably, 50 to 3000 μm, and more preferably, pores having a size of 100 to 1000 μm. If the size of the pores is smaller than this, it is difficult to coat the coating layer properly, and at the same time, the air passage speed is slowed, resulting in a large differential pressure, and the collection efficiency of harmful gases, volatile organic compounds, or fine dust may be reduced. In addition, when the size of the pores is larger than this, the mechanical stability of the porous substrate may be deteriorated, and the air passage may be relatively short. The porosity of the porous substrate is preferably 60 to 99.9%, particularly preferably 70 to 96%.

본 발명에 있어서, 상기 코팅층은 코팅층의 총 중량을 기준으로 활성탄을 30 내지 90 중량% 포함할 수 있으며, 바람직하게는 35 내지 85 중량%, 더욱 바람직하게는 30 내지 80 중량% 포함할 수 있다.In the present invention, the coating layer may contain 30 to 90% by weight of activated carbon, preferably 35 to 85% by weight, more preferably 30 to 80% by weight based on the total weight of the coating layer.

본 발명에 있어서, 상기 코팅층은 필터의 총 중량을 기준으로 10 내지 90 중량%, 바람직하게는 10 내지 70 중량%, 더욱 바람직하게는 10 내지 50 중량% 포함될 수 있다.In the present invention, the coating layer may be included in 10 to 90% by weight, preferably 10 to 70% by weight, more preferably 10 to 50% by weight based on the total weight of the filter.

본 발명에 있어서, 본 발명의 필터는 휘발성 유기 화합물(Volatiile Organic Compounds:VOC)과 같은 유해 가스를 탈취, 제거 또는 포집할 수 있다. 일반적으로 휘발성 유기 화합물은 비점(끊는 점)이 낮아서 대기 중으로 쉽게 증발되는 액체 또는 기체상 유기 화합물을 총칭으로서 VOC라고도 하는데, 산업체에서 많이 사용하는 용매에서 화학 및 제약공장이나 플라스틱 건조공정에서 배출되는 유기가스에 이르기까지 매우 다양하며 끓는점이 낮은 액체연료, 파라핀, 올레핀, 방향족화합물 등 생활주변에서 흔히 사용하는 탄화수소류가 거의 해당될 수 있다. VOC는 대기 중에서 질소산화물(NOx)과 함께 광화학반응으로 오존 등 광화학산화제를 생성하여 광화학스모그를 유발하기도 하고, 벤젠과 같은 물질은 발암성물질로서 인체에 매우 유해하며, 스티렌을 포함하여 대부분의 VOC는 악취를 일으키는 물질로 분류할 수 있다.In the present invention, the filter of the present invention can deodorize, remove or collect harmful gases such as volatile organic compounds (VOC). In general, volatile organic compounds are liquid or gaseous organic compounds that are easily evaporated into the atmosphere due to their low boiling point (VOC). It is very diverse from gas to liquid fuel with a low boiling point, and hydrocarbons commonly used in life such as paraffin, olefin, and aromatic compounds can be applied. VOCs generate photochemical oxidizing agents such as ozone through a photochemical reaction with nitrogen oxides (NOx) in the atmosphere, thereby causing photochemical smog. Substances such as benzene are carcinogenic and very harmful to the human body. can be classified as odor-causing substances.

본 발명에서 있어서, 상기 휘발성 유기 화합물은 포름알데히드, 아세트알데히드, 아세트산, 황화수소, 암모니아 및 톨루엔 등을 포함할 수 있다.In the present invention, the volatile organic compound may include formaldehyde, acetaldehyde, acetic acid, hydrogen sulfide, ammonia, toluene, and the like.

또한 본 발명의 필터는 구조적 안정성이 뛰어나 미세먼지 또는 초미세먼지를 집진할 수 있으며, 충분한 크기의 기공을 가짐으로써 공기가 자유롭게 통과하면서 공기의 통과 경로가 길어 미세먼지를 효율적으로 집진할 수 있는 효과가 있다.In addition, the filter of the present invention has excellent structural stability and can collect fine dust or ultrafine dust, and has a sufficient size of pores to allow air to pass freely while air passage is long, so it can efficiently collect fine dust there is

또한, 본 발명의 필터는 세균 및 곰팡이를 제거하는 효과가 우수하므로 세균 곰팡이 제거용으로 사용될 수 있다.In addition, since the filter of the present invention has an excellent effect of removing bacteria and mold, it can be used for removing bacteria and mold.

종래의 적층 구조(layer by layer) 또는 단순 복합 구조의 필터에 대비에 본 발명의 필터는 공극 및 표면적이 감소되며 포집 효율이 감소하는 문제점이 있는데, 본 발명의 필터는 활성탄 코어-키토산 쉘을 포함하는 코어쉘 하이브리드를 포함하는 코팅층이 다공성 기재의 표면에 코팅됨에 따라 종래 필터가 갖는 문제점을 해결하였다.Compared to the conventional layer-by-layer or simple composite structure filter, the filter of the present invention has a problem in that pores and surface area are reduced and collection efficiency is reduced. The filter of the present invention includes an activated carbon core-chitosan shell As the coating layer containing the core-shell hybrid is coated on the surface of the porous substrate, the problem of the conventional filter is solved.

본 발명의 필터는 높은 함량의 활성탄을 포함하며 구조적 안정성이 우수하며, 활성탄이 고르게 분포됨에 따라, 유해가스 포집 효율성이 높으며, 특히 포름알데히드의 포집 효율이 우수하다. The filter of the present invention contains a high content of activated carbon and has excellent structural stability, and as the activated carbon is evenly distributed, the harmful gas collection efficiency is high, and in particular, the collection efficiency of formaldehyde is excellent.

또한, 키토산에 의해 관능화된 활성탄은 휘발성 유기 화합물 등과 화학 결합하여 유해가스의 포집 효율을 향상시킬 수 있다.In addition, activated carbon functionalized by chitosan may be chemically bonded to a volatile organic compound and the like to improve the collection efficiency of harmful gases.

또한, 본 발명의 필터는 미세먼지 또는 초미세먼지 제거 효과가 우수하다.In addition, the filter of the present invention is excellent in the effect of removing fine dust or ultrafine dust.

또한, 본 발명의 필터는 항균 및 항곰팡이성이 우수하며, 인체에 유해한 발암성 물질을 포함하지 않아 생체적합성이 우수하다.In addition, the filter of the present invention is excellent in antibacterial and antifungal properties, and does not contain carcinogenic substances harmful to the human body and thus has excellent biocompatibility.

도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 코어쉘 하이브리드 구조를 나타낸 모식도이다.
도 3은 코어쉘 하이브리드가 다공성 기재 표면에 코팅된 형태의 본 발명에 따른 필터의 구조를 나타낸 모식도이다.
도 4는 본 발명의 코어쉘 하이브리드의 모폴로지를 분석하기 위한 TEM 이미지 결과를 나타낸 것이다.
도 5는 키토산으로 관능화하기 전 및 후의 표면 모폴로지 변화를 분석하기 위한 SEM 이미지를 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 코어쉘 하이브리드의 비표면적, 기공크기 및 기공부피 변화를 분석란 결과를 나타낸 것이다.
도 7은 다공성 기재 및 본 발명에 따른 필터의 SEM 이미지를 비교한 것이다.
도 8은 순수 활성탄 입자 및 본 발명에 따른 필터의 SEM 이미지를 비교한 것이다.
도 9는 본 발명의 필터의 포름 알데하이드 흡수 효율 분석 결과를 나타낸 것이다.
도 10은 본 발명의 필터의 미세먼저 제거 효율 분석 결과를 나타낸 것이다.
도 11은 본 발명의 필터의 세척 전 및 후의 미세먼지 제거 효율 분석 결과를 나타낸 것이다.
도 12는 본 발명의 필터의 세척 전 및 후의 기공 모폴로지 분석 결과를 나타낸 것이다.
1 and 2 are schematic views showing a core-shell hybrid structure according to the present invention.
3 is a schematic view showing the structure of a filter according to the present invention in the form of a core-shell hybrid coated on the surface of a porous substrate.
4 shows the TEM image results for analyzing the morphology of the core-shell hybrid of the present invention.
5 shows SEM images for analyzing surface morphology changes before and after functionalization with chitosan.
6 shows the results of analysis of changes in specific surface area, pore size and pore volume of the core-shell hybrid of the present invention.
7 is a comparison of SEM images of a porous substrate and a filter according to the present invention.
8 is a comparison of SEM images of pure activated carbon particles and a filter according to the present invention.
9 shows the results of analysis of formaldehyde absorption efficiency of the filter of the present invention.
10 shows the results of analysis of the first removal efficiency of the filter of the present invention.
11 shows the results of analysis of fine dust removal efficiency before and after washing of the filter of the present invention.
12 shows the results of pore morphology analysis before and after washing the filter of the present invention.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 더욱 상세히 설명한다. 그러나 이들 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples. However, these examples are for illustrating the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereto.

재료material

활성탄(㈜에스엠카본, 입자크기범위: 5.1-15.4 μm, 평균 입자크기: 9.2 μm, 기공크기: 2.44±0.134 nm)를 SM Carbon Inc. in Korea로부터 얻어 사용하였다. 저 분자량 키토산(MW = 50000-190000, 75 내지 85%의 탈아세틸화)은 Sigma-Aldrich(United States)로부터 구매하여 사용하였다. 빙초산, 수산화나트륨, 유기 용매를 포함한 모든 화학 물질은 Sigma-Aldrich로부터 구매하여 사용하였으며, 추가적인 정제 없이 사용하였다.Activated carbon (SM Carbon, particle size range: 5.1-15.4 μm, average particle size: 9.2 μm, pore size: 2.44±0.134 nm) was obtained from SM Carbon Inc. In Korea, it was obtained and used. Low molecular weight chitosan (MW = 50000-190000, 75-85% deacetylation) was purchased from Sigma-Aldrich (United States) and used. All chemicals including glacial acetic acid, sodium hydroxide and organic solvents were purchased from Sigma-Aldrich and used without further purification.

<실시예 1> 활성탄 코어-키토산 쉘을 포함하는 코어쉘 하이브리드 제조<Example 1> Activated carbon core-core-shell hybrid preparation comprising a chitosan shell

실시예 1-1: 활성탄 코어/키토산 쉘 (90 wt%/10 wt%)의 코어쉘 하이브리드 제조 (Chit/AC90)Example 1-1: Core-shell hybrid preparation of activated carbon core/chitosan shell (90 wt%/10 wt%) (Chit/AC90)

pH가 2인 수용액 1L에 키토산 0.4 g 및 활성탄 3.6 g을 첨가한 후 교반하여 완전히 용해시켰다. 이후, Sonoreactor을 통해 충분히 분산시키고 pH 9가 되도록 5% 암모니아수 또는 염기성 용액으로 조정하여 활성탄 용액을 제조하였다.After adding 0.4 g of chitosan and 3.6 g of activated carbon to 1 L of an aqueous solution having a pH of 2, the mixture was completely dissolved by stirring. Thereafter, the activated carbon solution was prepared by sufficiently dispersing through a Sonoreactor and adjusting with 5% aqueous ammonia or a basic solution to pH 9.

이후, 상기 활성탄 용액을 동결건조하여 파우더 형태의 코어쉘 하이브리드 나노입자(Chit/AC90)를 제조하였다.Thereafter, the activated carbon solution was freeze-dried to prepare core-shell hybrid nanoparticles (Chit/AC90) in powder form.

실시예 1-2: 활성탄 코어/키토산 쉘 (70 wt%/30 wt%)의 코어쉘 하이브리드 제조 (Chit/AC70)Example 1-2: Core-shell hybrid preparation of activated carbon core/chitosan shell (70 wt%/30 wt%) (Chit/AC70)

pH가 2인 수용액 1L에 키토산 1.2 g 및 활성탄 2.8 g을 첨가한 후 교반하여 완전히 용해시켰다. 이후, Sonoreactor을 통해 충분히 분산시키고 pH 9가 되도록 5% 암모니아수 또는 염기성 용액으로 조정하여 활성탄 용액을 제조하였다.After adding 1.2 g of chitosan and 2.8 g of activated carbon to 1 L of an aqueous solution having a pH of 2, the mixture was completely dissolved by stirring. Thereafter, the activated carbon solution was prepared by sufficiently dispersing through a Sonoreactor and adjusting with 5% aqueous ammonia or a basic solution to pH 9.

이후, 상기 활성탄 용액을 동결건조하여 파우더 형태의 코어쉘 하이브리드 나노입자(Chit/AC70)를 제조하였다.Thereafter, the activated carbon solution was freeze-dried to prepare core-shell hybrid nanoparticles (Chit/AC70) in powder form.

실시예 1-3: 활성탄 코어/키토산 쉘 (50 wt%/50 wt%)의 코어쉘 하이브리드 제조 (Chit/AC50)Example 1-3: Core-shell hybrid preparation of activated carbon core/chitosan shell (50 wt%/50 wt%) (Chit/AC50)

pH가 2인 수용액 1L에 키토산 2.0 g 및 활성탄 2.0 g을 첨가한 후 교반하여 완전히 용해시켰다. 이후, Sonoreactor을 통해 충분히 분산시키고 pH 9가 되도록 5% 암모니아수 또는 염기성 용액으로 조정하여 활성탄 용액을 제조하였다.After adding 2.0 g of chitosan and 2.0 g of activated carbon to 1 L of an aqueous solution having a pH of 2, the mixture was completely dissolved by stirring. Thereafter, the activated carbon solution was prepared by sufficiently dispersing through a Sonoreactor and adjusting with 5% aqueous ammonia or a basic solution to pH 9.

이후, 상기 활성탄 용액을 동결건조하여 파우더 형태의 코어쉘 하이브리드 나노입자(Chit/AC50)를 제조하였다.Thereafter, the activated carbon solution was freeze-dried to prepare core-shell hybrid nanoparticles (Chit/AC50) in powder form.

실시예 1-4: 활성탄 코어/키토산 쉘 (65 wt%/35 wt%)의 코어쉘 하이브리드 제조 (Chit/AC35)Example 1-4: Core-shell hybrid preparation of activated carbon core/chitosan shell (65 wt%/35 wt%) (Chit/AC35)

pH가 2인 수용액 1L에 키토산 1.4 g 및 활성탄 2.6 g을 한 후 교반하여 완전히 용해시켰다. 이후, Sonoreactor을 통해 충분히 분산시키고 pH 9가 되도록 5% 암모니아수 또는 염기성 용액으로 조정하여 활성탄 용액을 제조하였다.After adding 1.4 g of chitosan and 2.6 g of activated carbon to 1 L of an aqueous solution having a pH of 2, the mixture was completely dissolved by stirring. Thereafter, the activated carbon solution was prepared by sufficiently dispersing through a Sonoreactor and adjusting with 5% aqueous ammonia or a basic solution to pH 9.

이후, 상기 활성탄 용액을 동결건조하여 파우더 형태의 코어쉘 하이브리드 나노입자(Chit/AC50)를 제조하였다.Thereafter, the activated carbon solution was freeze-dried to prepare core-shell hybrid nanoparticles (Chit/AC50) in powder form.

<실시예 2> 휘발성 유기 화합물 포집용 필터<Example 2> Filter for collecting volatile organic compounds

실시예Example 2-1: 활성탄 코어/키토산 쉘 (90 2-1: activated carbon core/chitosan shell (90 wt%wt% /10 /10 wt%wt% )의 )of 코어쉘core shell 하이브리드를a hybrid 포함하는 휘발성 유기 화합물 포집용 필터 제조 Manufacture of filter for collecting volatile organic compounds containing

실시예 1-1에서 제조한 활성탄 용액을 반으로 희석하여 충분히 교반한 후, 희석한 용액에 폴리우레탄 스폰지(15-50 K, 50-100 PPI) 를 완전히 담가 충분히 용액이 흡수되도록 하였다. 그 후 70℃ 오븐에 넣어 건조시켰으며, 완전히 건조한 후 상기 과정을 3 내지 7회 반복하였으며, 마지막으로 물과 에탄올로 세척한 후 건조하여 폴리우레탄 스폰지 층 및 활성탄 코어/키토산 쉘의 코어쉘 하이브리드를 포함하는 코팅층을 포함하는 필터 제조하였다. After the activated carbon solution prepared in Example 1-1 was diluted in half and sufficiently stirred, a polyurethane sponge (15-50 K, 50-100 PPI) was completely immersed in the diluted solution so that the solution was sufficiently absorbed. After that, it was dried in an oven at 70° C., and after complete drying, the above process was repeated 3 to 7 times, and finally washed with water and ethanol and dried to obtain a core-shell hybrid of a polyurethane sponge layer and an activated carbon core/chitosan shell. A filter including a coating layer containing

실시예 2-2: 활성탄 코어/키토산 쉘 (70 wt%/30 wt%)의 코어쉘 하이브리드를 포함하는 필터 제조Example 2-2: Preparation of a filter comprising a core-shell hybrid of activated carbon core/chitosan shell (70 wt%/30 wt%)

실시예 1-2에서 제조한 용액을 반으로 희석하여 충분히 교반한 후, 희석한 용액에 폴리우레탄 스폰지(15-50 K, 50-100 PPI) 를 완전히 담가 충분히 용액이 흡수되도록 하였다. 그 후 70℃ 오븐에 넣어 건조시켰으며, 완전히 건조한 후 상기 과정을 3 내지 7회 반복하였으며, 마지막으로 물과 에탄올로 세척한 후 건조하여 폴리우레탄 스폰지 층 및 활성탄 코어/키토산 쉘의 코어쉘 하이브리드를 포함하는 코팅층을 포함하는 필터 제조하였다. After the solution prepared in Example 1-2 was diluted in half and sufficiently stirred, a polyurethane sponge (15-50 K, 50-100 PPI) was completely immersed in the diluted solution so that the solution was sufficiently absorbed. After that, it was dried in an oven at 70° C., and after complete drying, the above process was repeated 3 to 7 times, and finally washed with water and ethanol and dried to obtain a core-shell hybrid of a polyurethane sponge layer and an activated carbon core/chitosan shell. A filter including a coating layer containing

실시예 2-3: 활성탄 코어/키토산 쉘 (50 wt%/50 wt%)의 코어쉘 하이브리드를 포함하는 필터 제조Example 2-3: Preparation of a filter comprising a core-shell hybrid of activated carbon core/chitosan shell (50 wt%/50 wt%)

실시예 1-3에서 제조한 용액을 반으로 희석하여 충분히 교반한 후, 희석한 용액에 폴리우레탄 스폰지(15-50 K, 50-100 PPI) 를 완전히 담가 충분히 용액이 흡수되도록 하였다. 그 후 70℃ 오븐에 넣어 건조시켰으며, 완전히 건조한 후 상기 과정을 3 내지 7회 반복하였으며, 마지막으로 물과 에탄올로 세척한 후 건조하여 폴리우레탄 스폰지 층 및 활성탄 코어/키토산 쉘의 코어쉘 하이브리드를 포함하는 코팅층을 포함하는 필터 제조하였다. After the solution prepared in Example 1-3 was diluted in half and sufficiently stirred, a polyurethane sponge (15-50 K, 50-100 PPI) was completely immersed in the diluted solution so that the solution was sufficiently absorbed. After that, it was dried in an oven at 70° C., and after complete drying, the above process was repeated 3 to 7 times, and finally washed with water and ethanol and dried to obtain a core-shell hybrid of a polyurethane sponge layer and an activated carbon core/chitosan shell. A filter including a coating layer containing

실시예 2-4: 활성탄 코어/키토산 쉘 (65 wt%/35 wt%)의 코어쉘 하이브리드를 포함하는 필터 제조Example 2-4: Preparation of a filter comprising a core-shell hybrid of activated carbon core/chitosan shell (65 wt%/35 wt%)

실시예 1-4에서 제조한 용액을 반으로 희석하여 충분히 교반한 후, 희석한 용액에 폴리우레탄 스폰지(15-50 K, 50-100 PPI) 를 완전히 담가 충분히 용액이 흡수되도록 하였다. 그 후 70℃ 오븐에 넣어 건조시켰으며, 완전히 건조한 후 상기 과정을 3 내지 7회 반복하였으며, 마지막으로 물과 에탄올로 세척한 후 건조하여 폴리우레탄 스폰지 층 및 활성탄 코어/키토산 쉘의 코어쉘 하이브리드를 포함하는 코팅층을 포함하는 필터 제조하였다. After the solution prepared in Example 1-4 was diluted in half and sufficiently stirred, a polyurethane sponge (15-50 K, 50-100 PPI) was completely immersed in the diluted solution so that the solution was sufficiently absorbed. After that, it was dried in an oven at 70° C., and after complete drying, the above process was repeated 3 to 7 times, and finally washed with water and ethanol and dried to obtain a core-shell hybrid of a polyurethane sponge layer and an activated carbon core/chitosan shell. A filter including a coating layer containing

<실험예 1> 코어쉘 하이브리드 나노입자의 모폴로지 분석를 포함하는 필터의 표면 분석<Experimental Example 1> Surface analysis of filters including morphology analysis of core-shell hybrid nanoparticles

순수 활성탄과 실시예 1-1, 실시예 1-2 및 실시예 1-3의 코어쉘 하이브리드의 모폴로지를 전계방사형 주사전자현미경 (HR-TEM, JEM 3010, JEOL, Akishima, Japan)을 이용하여 분석하였으며, 그 결과를 도 4 에 나타내었다.Analysis of the morphologies of pure activated carbon and the core-shell hybrids of Examples 1-1, 1-2 and 1-3 using a field emission scanning electron microscope (HR-TEM, JEM 3010, JEOL, Akishima, Japan) and the results are shown in FIG. 4 .

도 4를 참조하면, 본 발명의 코어쉘 하이브리드는 키토산이 무정형 모양의 활성탄의 표면을 코어-쉘 모양으로 코팅한 형태임을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 4 , it can be confirmed that the core-shell hybrid of the present invention is a form in which chitosan is coated on the surface of an amorphous activated carbon in a core-shell shape.

<실험예 2> 코어쉘 하이브리드 나노입자의 비표면적, 기공 크기 및 부피 변화 확인<Experimental Example 2> Confirmation of specific surface area, pore size and volume change of core-shell hybrid nanoparticles

순수 활성탄 및 다공성 기재 표면 형태와 실시예 1-1, 실시예 1-2 및 실시예 1-3의 코어쉘 하이브리드의 비표면적, 기공크기 및 부피를 비표면적 측정장치 (BET, QD-SI/MP, Quantachrome, USA)를 이용하여 100 mg 파우더 샘플을 overnight degassing한 후에 He가스 하에서 측정하였으며, 그 결과는 표 1과 같으며 표 1을 도 6과 같이 그래프로 나타내었다.The surface morphology of pure activated carbon and porous substrate and the specific surface area, pore size and volume of the core-shell hybrids of Examples 1-1, 1-2 and 1-3 were measured by a specific surface area measuring device (BET, QD-SI/MP , Quantachrome, USA) was used to degas a 100 mg powder sample overnight, and then it was measured under He gas.

순수 활성탄 (Chit/AC100)Pure Activated Carbon (Chit/AC100) 실시예 1-1 (Chit/AC90)Example 1-1 (Chit/AC90) 실시예 1-2 (Chit/AC70)Example 1-2 (Chit/AC70) 실시예 1-3 (Chit/AC50)Example 1-3 (Chit/AC50) 비표면적 (m2/g)specific surface area (m 2 /g) 924.80±71.55924.80±71.55 705.87±79.33705.87±79.33 609.57±46.77609.57±46.77 599.05±36.43599.05±36.43 기공크기 (nm)Pore size (nm) 2.44±0.1342.44±0.134 2.28±0.2112.28±0.211 2.31±0.1192.31±0.119 2.36±0.1832.36±0.183 기공부피 (cc/g)Pore volume (cc/g) 0.384±0.0230.384±0.023 0.32±0.0370.32±0.037 0.286±0.0370.286±0.037 0.278±0.0350.278±0.035

상기 표 1 및 도 6을 참조하면, 코어쉘 하이브리드의 비표면적은 키토산으로 코팅하기 전(Chit/AC100)과 대비하여 키토산을 10, 30, 50 wt%의 함량으로 코팅시 각각 76.3%, 65.9%, 64.8%로 감소된 것으로 나타났고, 기공크기는 각각 6.6%, 5.3%, 3.3% 만큼의 감소변화가 있었으며, 기공 부피는 각각 21.9%, 25.5%, 27.6%만큼 감소변화가 있었다. 키토산 바인더 사용량 대비 비표면적의 상대적으로 작은 감소는 활성탄 입자 표면에 관능성 극대화 및 비표면적 감소의 최소화를 보여준다. 특히, 키토산 바인더의 추가 사용에 따른 기공크기 및 기공 부피의 지속적 감소는 기공 내부벽면에도 바인더 분자들이 코팅되는 것을 의미함으로, 기공 내부까지 관능화가 효과적으로 이루어졌음을 의미한다.Referring to Table 1 and Figure 6, the specific surface area of the core-shell hybrid was 76.3% and 65.9%, respectively, when chitosan was coated at a content of 10, 30, and 50 wt% compared to before (Chit/AC100) coated with chitosan. , decreased by 64.8%, pore size decreased by 6.6%, 5.3%, and 3.3%, respectively, and pore volume decreased by 21.9%, 25.5%, and 27.6%, respectively. The relatively small decrease in specific surface area compared to the amount of chitosan binder used shows maximization of functionality on the surface of activated carbon particles and minimization of decrease in specific surface area. In particular, the continuous reduction of the pore size and pore volume due to the additional use of the chitosan binder means that the binder molecules are also coated on the inner wall of the pores, which means that the functionalization to the inside of the pores is effectively achieved.

이러한 결과로부터 활성탄의 기공을 유지하면서 기공의 내부 표면까지 키토산이 코팅되는 것을 알 수 있었다.From these results, it was found that the chitosan was coated up to the inner surface of the pores while maintaining the pores of the activated carbon.

<실험예 3> 본 발명의 활성탄 코어/키토산 쉘의 코어쉘 하이브리드를 포함하는 필터의 표면 분석<Experimental Example 3> Surface analysis of a filter comprising a core-shell hybrid of an activated carbon core/chitosan shell of the present invention

순수 활성탄의 표면 형태, 다공성 기재 표면 형태와 실시예 2-1, 실시예 2-2 및 2-3에 따라 제조된 필터의 형태를 전계 방출 스캐닝 전자 현미경 (FE-SEM; MIRA II LMH microscope, Tescan, Czech Republic)을 이용하여 분석하였으며, 그 결과를 도 5 및 도 7 및 도 8에 나타내었다.The surface morphology of pure activated carbon, the porous substrate surface morphology, and the morphology of the filters prepared according to Examples 2-1, 2-2, and 2-3 were examined by field emission scanning electron microscopy (FE-SEM; MIRA II LMH microscope, Tescan , Czech Republic), and the results are shown in FIGS. 5 and 7 and 8 .

또한, 도 5를 참조하면, 키토산으로 활성탄을 관능화시키기 전인 활성탄 100%/chit 0%는 표면의 모서리 부분이 날카롭게 각진 형태인 것에 반해, 키토산으로 관능화된 활성탄인 실시예 2-1, 2-2 및 2-3의 코어쉘 하이브리드는 키토산이 활성탄의 표면을 코팅함으로써 활성탄 표면이 부드러워졌으며, 키토산의 함량이 높아질수록 표면이 부드러워지는 것으로 나타났다.In addition, referring to FIG. 5 , 100%/chit 0% of activated carbon before functionalizing the activated carbon with chitosan has a sharply angled shape at the edge of the surface, whereas Examples 2-1 and 2 of activated carbon functionalized with chitosan In the core-shell hybrids of -2 and 2-3, the surface of the activated carbon was softened by chitosan coating the surface of the activated carbon, and it was found that the surface became softer as the content of chitosan increased.

도 7을 참조하면, 다공성 기재(Sponge)의 마크로 기공 내부벽면에는 어떠한 나노기공도 존재하지 않았으며, 활성탄을 코팅한 후에는 활성탄 코어/키토산 쉘의 코어쉘 하이브리드가 다공성 기재의 마크로 기공 내부표면에 코팅되어 있음과 활성탄이 가지고 있던 2-20 nm 나노 기공도 그대로 보존되어 있음도 확인할 수 있었다.Referring to Figure 7, there were no nanopores on the inner wall surface of the macropores of the porous substrate (Sponge), and after coating the activated carbon, the core-shell hybrid of the activated carbon core/chitosan shell was formed on the inner surface of the macropores of the porous substrate. It was also confirmed that the coating and the 2-20 nm nanopores of the activated carbon were preserved as they are.

따라서, 본 발명의 활성탄 코어/키토산 쉘의 코어쉘 하이브리드는 다공성 기재의 표면을 코팅하여 표면을 개질시키면서 활성탄 표면의 나노 크기의 기공들이 최대한 보존되는 것을 확인하였다.Therefore, it was confirmed that, in the core-shell hybrid of the activated carbon core/chitosan shell of the present invention, the nano-sized pores of the activated carbon surface were maximally preserved while the surface was modified by coating the surface of the porous substrate.

또한, 도 8을 참조하면, 순수 활성탄의 표면 형태와 본 발명의 필터에 코팅된 활성탄 입자의 나노기공 크기에서 큰 변화가 없는 것을 확인할 수 있었다.In addition, referring to FIG. 8 , it was confirmed that there was no significant change in the surface shape of the pure activated carbon and the nanopore size of the activated carbon particles coated on the filter of the present invention.

실험예Experimental example 4: 본4: pattern 발명의 활성탄 코어/키토산 Activated carbon core/chitosan of the invention 쉘의of the shell 코어쉘core shell 하이브리드를a hybrid 포함하는 필터의 유해가스 탈취율 분석 Analysis of harmful gas deodorization rate of filters including

본 발명에 따른 필터의 유독가스 포집 효율 분석을 FITI, KCL에서 수행하였으며, 구체적인 시험 조건은 아래와 같다.Analysis of the toxic gas collection efficiency of the filter according to the present invention was performed in FITI and KCL, and the specific test conditions are as follows.

- 시험편: 10X10 cm 크기의 실시예 2-2 및 실시예 2-4에 따라 제조된 필터- Test piece: filter prepared according to Example 2-2 and Example 2-4 with a size of 10X10 cm

- 가스백: 5L- Gas bag: 5L

- 가스백 내 가스량: 3L- Gas volume in gas bag: 3L

측정시간: 2시간 경과 후Measurement time: after 2 hours

- 초기농도: 암모니아(100 ppm), 아세트산(50 ppm), 포름알데하이드(15 ppm), 톨루엔(20 ppm), 아세트알데하이드(14 ppm)- Initial concentration: ammonia (100 ppm), acetic acid (50 ppm), formaldehyde (15 ppm), toluene (20 ppm), acetaldehyde (14 ppm)

- 탈취율(%) = ((Cb-Cs)/Cb)X100 (Cb: BLANK, 2시간 경과 후 시험가스백안에 남아있는 시험 가스의 농도; Cs: 시료, 2시간 경과 후 시험가스백안에 남아 있는 시험가스의 농도)- Deodorization rate (%) = ((Cb-Cs)/Cb)X100 (Cb: BLANK, concentration of test gas remaining in test gas bag after 2 hours; Cs: sample, remaining in test gas bag after 2 hours concentration of test gas)

상기와 같은 조건에 따라 분석된 실시예 2-2 및 실시예 2-4에 따른 필터의 포름 알데히드 탈취율 결과는 표 2와 같다.Table 2 shows the formaldehyde deodorization rate results of the filters according to Examples 2-2 and 2-4 analyzed according to the conditions as described above.

시험가스test gas Chit/AC70Chit/AC70 Chit/AC35Chit/AC35 암모니아(%)ammonia(%) >99.8>99.8 91.491.4 아세트산(%)Acetic acid (%) 98.498.4 98.398.3 포름알데하이드(%)Formaldehyde (%) 91.791.7 32.732.7 톨루엔(%)toluene(%) >97.5>97.5 75.075.0 아세트알데하이드(%)Acetaldehyde (%) >98.5>98.5 91.791.7

표 2를 참조하면, 본 발명에 따른 필터의 실시예 2-2 및 2-4의 필터는 유해가스인 암모니아, 아세트산, 포름알데히드, 톨루엔 및 아세트알데히드의 탈취율이 모두 90% 이상으로 나타났다. 특히 활성탄 함량이 70 wt%인 것이 35 wt% 보다 모든 면에서 탁월한 효과가 있음을 보여주었고, 특히 포름알데하이드 제거에 우수한 특성을 보임을 확인하였다. 이러한 결과는 본 발명의 필터는 대기 중의 포름알데히드 대부분을 포집할 수 있는 우수한 효과가 있음을 의미한다.Referring to Table 2, in the filters of Examples 2-2 and 2-4 of the filter according to the present invention, the deodorization rates of ammonia, acetic acid, formaldehyde, toluene and acetaldehyde, which are harmful gases, were all 90% or more. In particular, it was confirmed that the activated carbon content of 70 wt% had an excellent effect in all aspects than 35 wt%, and particularly showed excellent properties in removing formaldehyde. These results mean that the filter of the present invention has an excellent effect to trap most of the formaldehyde in the atmosphere.

실험예Experimental example 5: 본5: pattern 발명의 활성탄 코어/키토산 Activated carbon core/chitosan of the invention 쉘의of the shell 코어쉘core shell 하이브리드를a hybrid 포함하는 필터의 유해가스 흡수율 분석 Analysis of the absorption rate of harmful gas of the filter including

본 발명의 실시예 2-2에 따라 제조된 필터의 흡수율을 One pass 측정 방식으로 분석하였으며, 그 결과는 표 3 및 도 9과 같다. one pass 측정방식은 실제 공기청정기 등에서 적용하는 방식으로 현실적인 포름알데하이드 제거능력을 측정하는 방법이다.The absorption rate of the filter prepared according to Example 2-2 of the present invention was analyzed by a one-pass measurement method, and the results are shown in Table 3 and FIG. 9 . The one-pass measurement method is a method applied to an actual air purifier, etc., and is a method to measure realistic formaldehyde removal ability.

- 시험편: 5X5 cm 크기의 실시예 2-2 및 실시예 2-4에 따라 제조된 필터- Test piece: filter prepared according to Example 2-2 and Example 2-4 with a size of 5X5 cm

- 가스관: 1L- Gas pipe: 1L

- 가스관 내 가스 충진량: 0.86L- Gas filling amount in gas pipe: 0.86L

가스흐름속도: 2.5m/secGas flow rate: 2.5m/sec

- 30분당 포름알데하이드 포집량: 표 3 참조- Formaldehyde capture per 30 minutes: see Table 3

- 전체포집량 = 210분 경과 후 시편에 의해 포집된 시험가스의 양)- Total collection amount = the amount of test gas collected by the specimen after 210 minutes)

초기충진량Initial filling amount 30분30 minutes 60분60 minutes 90분90 minutes 120분120 minutes 150분150 minutes 180분180 minutes 210분210 minutes CS8(AC45)CS8 (AC45) 0.8689 mg0.8689 mg 3.6598
mg
3.6598
mg
3.3145
mg
3.3145
mg
2.4053
mg
2.4053
mg
2.7391
mg
2.7391
mg
5.3171 mg5.3171 mg 3.3039 mg3.3039 mg 3.1994
mg
3.1994
mg

상기 표 3을 참조하면, 본 발명에 따른 필터는 적어도 210분 동안에는 시간이 지나도 초기 포집량과 유사한 수준으로 포름알데히드를 지속적으로 흡수하는 것을 알 수 있다.Referring to Table 3, it can be seen that the filter according to the present invention continuously absorbs formaldehyde at a level similar to the initial collection amount even after a period of at least 210 minutes.

또한, 도 9의 파란색 커브를 참조하면, 기존 공기 청정기 카본필터(활성탄 적용)에 비해 본 발명에 따른 필터는 300% 이상의 우수한 포름알데히드 흡수 효율을 갖는 것으로 나타났다.In addition, referring to the blue curve of FIG. 9 , it was found that the filter according to the present invention had an excellent formaldehyde absorption efficiency of 300% or more compared to the conventional air purifier carbon filter (activated carbon applied).

실험예Experimental example 6: 본 발명의 활성탄 코어/키토산 6: Activated carbon core/chitosan of the present invention 쉘의of the shell 코어쉘core shell 하이브리드를a hybrid 포함하는 필터의 발암성 유기 용제 함유 테스트 Containing carcinogenic organic solvents in filters containing

본 발명의 실시예 2-2 및 2-4에 따라 제조된 필터의 항균 및 항곰팡이성 분석을 KOTITI에서 수행하였으며, 구체적인 시험 조건은 아래와 같다.Analysis of antibacterial and antifungal properties of filters prepared according to Examples 2-2 and 2-4 of the present invention was performed at KOTITI, and the specific test conditions are as follows.

- 사용 비이온 계면활성제 : TWEEN 80 (0.05%)- Nonionic surfactant used: TWEEN 80 (0.05%)

- 증식값 : 대조구의 증식값 (Mb/Ma = 31.6 이상일 때 유효)- Proliferation value: Proliferation value of control (valid when Mb/Ma = 31.6 or higher)

Staphylococcus aureus : 43.3 Staphylococcus aureus: 43.3

Klebsiella pneumoniae : 120.0 Klebsiella pneumoniae: 120.0

- 정균 감소값 (S) : log Mb - log Mc (무가공 시료에 대한 가공시료의 생균수의 차)- Reduced bacteriostatic value (S): log Mb - log Mc (difference in the number of viable cells in the processed sample versus the unprocessed sample)

- 정균감소율 (%) : (Mb- Mc)/Mb x 100) {Ma = 대조편의 접종직후 생균수; Mb = 대조편의 18시간 배양 후 생균수; Mc = 시료의 18시간 배양 후 생균수}- bacteriostatic reduction rate (%): (Mb- Mc)/Mb x 100) {Ma = number of viable cells immediately after inoculation of control; Mb = number of viable cells after 18 hours of incubation of the control; Mc = number of viable cells after 18 hours of incubation of the sample}

상기와 같은 조건에 따라 분석된 실시예 2-2 및 2-4에 따른 필터의 항균 및 항곰팡이성 분석 결과는 표 4와 같다.Table 4 shows the results of the antibacterial and antifungal properties of the filters according to Examples 2-2 and 2-4 analyzed according to the conditions as described above.

사용한 균bacteria used 실시예 2-2 (Chit/AC70)Example 2-2 (Chit/AC70) 실시예 2-4 (Chit/AC35)Example 2-4 (Chit/AC35) 항균성antibacterial 황색포도상구균 감소율(%)Staphylococcus aureus reduction rate (%) 99.999.9 99.999.9 폐렴균 감소율(%)Pneumonia reduction rate (%) 99.999.9 99.999.9 항곰팡이성antifungal Chaetomiumglobosum(ATCC 6205)Chaetomiumglobosum (ATCC 6205) 시료 또는 시험편의 접종한 부분에 인지되는 균사의 발육부분 면적은
전 면적의 1/3을 초과한다
The area of the growth part of the mycelium recognized in the inoculated part of the sample or test piece is
Exceeds 1/3 of the total area
시료 또는 시험편의 접종한 부분에 균사의 발육이 인지되지 않는다The growth of mycelium is not recognized in the inoculated part of the sample or test piece.
Aspergillusniger(ATCC 6275)Aspergillusniger (ATCC 6275) Penicilliumcitrinum(ATCC 9849)Penicillium citrinum (ATCC 9849) Myrothecium verrucaria (ATCC 9095 / USDA 1334.2)Myrothecium verrucaria (ATCC 9095 / USDA 1334.2)

상기 표 4를 참조하면, 본 발명에 따른 필터는 황색포도상구균 및 폐렴균에 대해 99% 이상의 우수한 항균성을 가지며, 항곰팡이 특성 또한 우수한 것으로 확인된다.Referring to Table 4, it is confirmed that the filter according to the present invention has excellent antibacterial properties of 99% or more against Staphylococcus aureus and pneumococcus, and also has excellent antifungal properties.

실험예Experimental example 7: 본7: pattern 발명의 활성탄 코어/키토산 Activated carbon core/chitosan of the invention 쉘의of the shell 코어쉘core shell 하이브리드를a hybrid 포함하는 필터의 발암성 유기 용제 함유 테스트 Containing carcinogenic organic solvents in filters containing

본 발명의 실시예 2-2에 따라 제조된 필터의 발암성 유지 용제 함유 여부를 용매 추출 및 LG-MS/MS 분석을 통해 확인하였으며, 그 결과는 하기 표 4와 같다.Whether the filter prepared according to Example 2-2 of the present invention contains a carcinogenic maintenance solvent was confirmed through solvent extraction and LG-MS/MS analysis, and the results are shown in Table 4 below.

시험항목Test Items 단위unit 정량한계limit of quantification 시험결과Test result 시험방법Test Methods 1,2-벤즈아이소티아졸-3(2H)-온(BIT)1,2-Benzisothiazol-3(2H)-one (BIT) mg/kgmg/kg <5<5 불검출non-detection Solvent extraction & LG-MS/MS analysisSolvent extraction & LG-MS/MS analysis 5-클로로메틸이소티아졸리논(CMIT)5-chloromethylisothiazolinone (CMIT) <1<1 불검출non-detection 메틸이소티아졸리논(MIT)Methylisothiazolinone (MIT) 불검출non-detection 2-옥틸-3(2H)-이소티아졸론(OIT)2-octyl-3(2H)-isothiazolone (OIT) <5<5 불검출non-detection

상기 표 5를 참조하면, 실시예 2-2의 필터는 발암성 물질로 알려진 1,2-벤즈아이소티아졸-3(2H)-온(BIT), 5-클로로메틸이소티아졸리논(CMIT), 메틸이소티아졸리논(MIT) 및 2-옥틸-3(2H)-이소티아졸론(OIT)이 모두 검출되지 않은 것으로 확인되었다.Referring to Table 5, the filter of Example 2-2 contains 1,2-benzisothiazol-3(2H)-one (BIT), 5-chloromethylisothiazolinone (CMIT), known as carcinogenic substances. , methylisothiazolinone (MIT) and 2-octyl-3(2H)-isothiazolone (OIT) were all confirmed not to be detected.

실험예Experimental example 8: 본8: pattern 발명의 활성탄 코어/키토산 Activated carbon core/chitosan of the invention 쉘의of the shell 코어쉘core shell 하이브리드를a hybrid 포함하는 필터의 미세먼지 제거 효율 분석 Analysis of fine dust removal efficiency of filters including

본 발명의 실시예 2-2에 따라 제조된 필터를 포함하는 KF80의 콤비필터(PU활성탄필터/KF80 Filter 콤비필터) 및 순수 KF80의 콤비필터 (Cord No. AFAC70CS30/KF80)의 미세먼지 제거 효율을 분석하였으며, 측정 조건은 하기 표 6과 같다.The fine dust removal efficiency of the KF80 combination filter (PU activated carbon filter/KF80 Filter combination filter) and the pure KF80 combination filter (Cord No. AFAC70CS30/KF80) including the filter manufactured according to Example 2-2 of the present invention The analysis was carried out, and the measurement conditions are shown in Table 6 below.

측정풍속: 08-1.0 m/secMeasured wind speed: 08-1.0 m/sec PM 1.0PM 1.0 PM 2.5PM 2.5 PM 10PM 10 환경부발표농도 (μg/m3)Concentration announced by the Ministry of Environment (μg/m 3 ) 6565 138138 측정농도 (μg/m3)Measured concentration (μg/m 3 ) 25.225.2 134.6134.6 198.9198.9 입자별실제농도 (μg/m3)Actual concentration per particle (μg/m 3 ) 25.225.2 109.4109.4 64.364.3

상기와 같은 조건에 따라 분석된 실시예 2-2에 따른 필터 및 KF80의 콤비필터의 미세전지 제거 효율 분석 결과는 도 10과 같다.The results of the microcell removal efficiency analysis of the filter according to Example 2-2 and the combination filter of KF80 analyzed according to the conditions as described above are shown in FIG. 10 .

도 10에서 확인할 수 있는 바와 같이, PM1.0 기준 순수 KF80필터와 대비하여 본 발명의 필터룰 포함하는 경우 약 150% 제거 효율의 우수한 효과가 나타났다.As can be seen in FIG. 10 , an excellent effect of about 150% removal efficiency was obtained when the filter of the present invention was included in comparison with the PM1.0 standard pure KF80 filter.

실험예Experimental example 9: 본9: pattern 발명의 활성탄 코어/키토산 Activated carbon core/chitosan of the invention 쉘의of the shell 코어쉘core shell 하이브리드를a hybrid 포함하는 필터의 세척 전 및 후의 미세먼지 제거 효율 분석 Analysis of fine dust removal efficiency before and after washing of the included filter

본 발명의 실시예 2-2에 따라 제조된 필터를 포함하는 KF80의 콤비필터(PU활성탄필터/KF80 Filter 콤비필터)의 세척 횟수에 따른 미세먼지 효율 및 순수 KF80의 콤비필터 (Cord No. AFAC70CS30/KF80)의 미세먼지 제거 효율을 분석하였으며, 측정 조건은 하기 표 7과 같다.Fine dust efficiency and pure KF80 combination filter (Cord No. AFAC70CS30 / The fine dust removal efficiency of KF80) was analyzed, and the measurement conditions are shown in Table 7 below.

측정풍속: 08-1.0 m/secMeasured wind speed: 08-1.0 m/sec PM 1.0PM 1.0 PM 2.5PM 2.5 PM 10PM 10 환경부발표농도 (μg/m3)Concentration announced by the Ministry of Environment (μg/m 3 ) -- 1616 3434 측정농도 (μg/m3)Measured concentration (μg/m 3 ) 15.315.3 30.730.7 38.438.4 입자별실제농도 (μg/m3)Actual concentration per particle (μg/m 3 ) 15.315.3 15.415.4 7.77.7

상기와 같은 조건에 따라 미세전지 제거 효율 분석 결과는 도 11과 같다.The results of the microcell removal efficiency analysis according to the conditions as described above are shown in FIG. 11 .

도 11에서 확인할 수 있는 바와 같이, PM1.0 기준 순수 KF80필터와 대비하여 본 발명의 필터룰 포함하는 경우 약 160% 제거 효율의 우수한 효과가 나타났으며, 5회 세척 후에도 우수한 초기와 같은 포집 효율을 유지하는 것으로 나타났다.As can be seen in FIG. 11, when the filter of the present invention is included, compared to the pure KF80 filter based on PM1.0, an excellent effect of about 160% removal efficiency was exhibited, and the excellent initial collection efficiency even after washing 5 times has been shown to maintain

또한, 본 발명의 필터의 세척 횟수에 따른 모폴로지를 전계방사형 주사전자현미경 (HR-TEM, JEM 3010, JEOL, Akishima, Japan)을 이용하여 분석하였으며, 그 결과를 도 12에 나타내었다.In addition, the morphology according to the number of washing of the filter of the present invention was analyzed using a field emission scanning electron microscope (HR-TEM, JEM 3010, JEOL, Akishima, Japan), and the results are shown in FIG. 12 .

도 12에서 확인할 수 있는 바와 같이, 본 발명의 필터는 5회 세척 후에도 기공 모폴로지를 유지하는 것으로 나타났다.As can be seen in FIG. 12 , the filter of the present invention was shown to maintain the pore morphology even after washing 5 times.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to the preferred embodiments of the present invention, those skilled in the art can variously modify and change the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the claims below. You will understand that you can.

Claims (5)

다공성 기재; 및
상기 다공성 기재의 표면 및 다공성 기재의 기공의 표면을 코팅하고, 아민 관능화된 활성탄(Amine Functionalized Active Carbon)을 포함하는 코팅층;을 포함하고,
상기 아민 관능화된 활성탄은 활성탄의 표면이 키토산으로 코팅된 코어쉘 구조로 이루어진 코어쉘 하이브리드인 것인 필터.
porous substrate; and
Including; coating the surface of the porous substrate and the surface of the pores of the porous substrate, the coating layer comprising an amine-functionalized active carbon (Amine Functionalized Active Carbon);
The filter wherein the amine-functionalized activated carbon is a core-shell hybrid having a core-shell structure in which the surface of the activated carbon is coated with chitosan.
제1항에 있어서,
상기 필터는 휘발성 유기 화합물 포집 및 제거, 미세먼지 제거, 세균 및 곰팡이 제거를 위한 것인 필터.
According to claim 1,
The filter is a filter for collecting and removing volatile organic compounds, removing fine dust, and removing bacteria and mold.
제1항에 있어서,
상기 코어쉘 하이브리드는 2 내지 30 nm 크기의 기공을 포함하고, 상기 키토산 쉘은 0.01 내지 2 nm 크기의 두께를 갖는 것인, 필터.
According to claim 1,
The core-shell hybrid includes pores having a size of 2 to 30 nm, and the chitosan shell has a thickness of 0.01 to 2 nm, a filter.
제1항에 있어서,
상기 다공성 기재는 폴리스티렌, 폴리에틸렌, 폴리우레탄, 코튼, 양모, 부직포, 울, 셀룰로오스, 메틸셀룰로오스, 카복시메틸셀룰로오스, 폴리아세테이트, 나일론, 탄소 섬유, 세라믹 및 실리케이드로 이루어진 군에서 선택되는 것인, 필터.
According to claim 1,
The porous substrate is selected from the group consisting of polystyrene, polyethylene, polyurethane, cotton, wool, nonwoven fabric, wool, cellulose, methylcellulose, carboxymethylcellulose, polyacetate, nylon, carbon fiber, ceramic and silicate, filter .
제1항에 있어서,
상기 코팅층은 필터의 총 중량을 기준으로 10 내지 90 중량% 포함되는 것인, 필터.
According to claim 1,
The coating layer is included in 10 to 90% by weight based on the total weight of the filter, filter.
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