KR20220037411A

KR20220037411A - 액체 살균 장치

Info

Publication number: KR20220037411A
Application number: KR1020217042156A
Authority: KR
Inventors: 이 쿠이; 위안칭 리
Original assignee: 이이노테크 인코퍼레이티드
Priority date: 2019-06-04
Filing date: 2020-06-03
Publication date: 2022-03-24
Also published as: WO2020247514A1; US11685672B2; JP2022534559A; EP3980383A1; US20200385293A1; CN114269694A

Abstract

장치는 액체를 수용하기 위한 주입구 및 액체를 배출하기 위한 배출구를 포함하는 도관을 포함한다. 제1 다공성 전극, 제2 다공성 전극 및 제3 다공성 전극은 주입구와 배출구 사이의 도관 내에 배치된다. 제1 다공성 전극과 제2 다공성 전극 사이에 제1 다공성 분리층이 개재된다. 제2 다공성 전극과 제3 다공성 전극 사이에 제2 다공성 분리층이 개재된다. 제1 다공성 전극, 제2 다공성 전극 및 제3 다공성 전극에 전력을 제공하도록 구성된 전원이 제공된다. 액체가 도관을 통해 흐르는 동안, 전원은 제1 다공성 전극 및 제3 다공성 전극에 제1 유형의 전압을 공급하고 제2 다공성 전극에 제2 유형의 전압을 공급하며, 제2 유형은 제1 유형과 반대이다.

Description

액체 살균 장치

(관련 출원에 대한 상호 참조)

본 출원은 2019년 6월 4일에 출원된 미국 출원 번호 제16/431,047호에 대한 우선권을 주장하며, 그 내용은 그 전체가 본 개시물에 참조로 포함된다.

물에서 박테리아 및 기타 유해 유기체를 제거하는 것은 음용 및 위생을 위해서뿐만 아니라 산업적으로도 바이오파울링(biofouling)이 일반적이고 심각한 문제이기 때문에 중요한 공정이다. 물 살균을 위한 종래의 방법은 염소화 및 막 기반 접근법을 포함한다. 불행하게도, 이러한 유형의 두 접근 방식은 모두 특정 결함이 있다.

염소화는 일반적으로 처리될 물을 통해 염소 종이 적절하게 분산되도록 하기 위해 최대 1시간 이상의 인큐베이션 시간을 포함하는 느린 공정이다. 또한 염소화는 발암성 종을 포함하는 유해한 산화 부산물을 생성할 수 있으며, 염소화 장비는 배포 및 유지 관리의 관점에서 자본 집약적일 수 있다.

종래의 막 기반 접근법은 일반적으로 막을 가로지르는 높은 압력 강하 및 막의 막힘을 수반할 수 있는 크기의 박테리아의 배제에 기초하여 작동한다. 게다가, 기존의 막 기반 접근 방식은 에너지 집약적일 수 있고 막을 가로지르는 낮은 유속으로 인해 어려움을 겪을 수 있다.

음용 및 산업용으로 물 또는 다른 액체를 살균하기 위한 장치가 여기에 설명된다.

일 실시예에서, 본 발명은 액체를 수용하기 위한 주입구 및 액체를 배출하기 위한 배출구를 포함하는 도관, 및 주입구와 배출구 사이의 도관 내에 배치된 제1 다공성 전극, 제2 다공성 전극, 및 제3 다공성 전극을 포함하는 장치를 설명한다. 제1 다공성 전극과 제2 다공성 전극 사이에 제1 다공성 분리층이 개재된다. 제2 다공성 전극과 제3 다공성 전극 사이에 제2 다공성 분리층이 개재된다. 전원은 제1 다공성 전극, 제2 다공성 전극, 및 제3 다공성 전극에 전력을 제공하도록 구성된다. 액체가 도관을 통해 흐르는 동안, 전원은 제1 다공성 전극 및 제3 다공성 전극에 제1 유형의 전압을 공급하고 제2 다공성 전극에 제2 유형의 전압을 공급하며, 제2 유형은 제1 유형과 반대이다. 전원은 직류 또는 임의의 파형을 갖는 교류일 수 있다.

일부 실시예에서, 제1 다공성 전극, 제2 다공성 전극, 및 제3 다공성 전극 각각은 다공성 지지체 및 다공성 지지체에 결합된 나노구조체를 포함한다.

일부 경우에, 다공성 지지체는 복수의 구멍을 포함하고, 나노구조체는 다공성 지지체로부터 구멍 또는 다른 방향을 향해 돌출하도록 배치된다. 일부 실시예에서, 나노구조체는 나노와이어 및 나노튜브를 포함한다. 일부 실시예에서, 다공성 지지체는 발포체를 포함한다. 발포체는 전도성일 수 있다. 일부 실시예에서, 발포체는 금속 발포체를 포함한다. 금속 발포체는 구리, 니켈 또는 기타 적절한 금속을 포함할 수 있다.

일부 실시예에서, 나노구조체는 구리 나노와이어 및/또는 탄소 나노튜브를 포함한다.

일부 실시예에서, 제1 다공성 분리층은 제1 두께를 갖고 제2 다공성 분리층은 제2 두께를 갖는다. 제1 두께는 제2 두께와 상이하다.

일부 실시예에서, 장치는 제1 다공성 전극 상에 배치된 제3 다공성 분리층 및 제3 다공성 분리층 상에 배치된 제4 다공성 전극을 추가로 포함한다. 액체가 도관을 통해 흐르는 동안, 전원은 제4 다공성 전극에 제2 유형의 전압을 공급한다.

일부 실시예에서, 장치는 제3 다공성 전극 상에 배치된 제4 다공성 분리층 및 제4 다공성 분리층 상에 배치된 제5 다공성 전극을 추가로 포함한다. 액체가 도관을 통해 흐르는 동안, 전원은 제4 다공성 전극에 제2 유형의 전압을 공급한다.

일부 실시예에서, 제1 유형의 전압은 양의 전압이고 제2 유형의 전압은 음의 전압이고, 또는 제1 유형의 전압은 음의 전압이고 제2 유형의 전압은 양의 전압이다. 전원은 다공성 전극에 직류 또는 교류를 제공한다. 일부 실시예에서, 전원은 사인파 또는 구형파의 교류를 다공성 전극에 제공한다. 일부 경우에, 전원은 0.5 내지 10Hz의 교류를 다공성 전극에 제공한다. 제1 유형의 전압과 제2 유형의 전압 사이의 전압 차는 약 0 내지 약 40볼트이다.

일부 실시예에서, 다공성 분리층 및 다공성 전극은 친수성이다.

본 기술의 다양한 실시예의 특정 특징은 첨부된 청구범위에서 구체적으로 설명된다. 본 기술의 특징 및 이점에 대한 더 나은 이해는 본 발명의 원리가 활용되는 예시적인 실시예를 설명하는 아래의 상세한 설명 및 첨부 도면을 참조하여 얻어질 수 있다.
도 1은 일 예시적인 실시예에 따른 액체 살균 장치를 도시하는 개략도이다.
도 2는 일 예시적인 실시예에 따른 다공성 전극의 일부를 도시하는 개략도이다.
도 3은 일 예시적인 실시예에 따른 다른 액체 살균 장치를 도시하는 개략도이다.
도 4는 일 예시적인 실시예에 따른 액체 살균 장치를 도시하는 개략도이다.

아래 설명에서, 본 발명의 다양한 실시예의 완전한 이해를 제공하기 위해 특정의 특별한 세부사항들이 설명된다. 그러나, 당업자는 본 발명이 이러한 세부사항 없이 실시될 수 있음을 이해될 것이다. 더욱이, 본 발명의 다양한 실시예가 여기에 개시되어 있지만, 이 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자의 일반적인 지식에 따라 본 발명의 범위 내에서 많은 적응 및 수정이 이루어질 수 있다. 이러한 변형은 실질적으로 동일한 방식으로 동일한 결과를 달성하기 위해 본 발명의 임의의 양태에 대해 공지된 등가물을 대체하는 것을 포함한다.

문맥이 달리 요구하지 않는 한, 본 명세서 및 청구범위 전반에 걸쳐 단어 "포함하다" 및 "포함하는"과 같은 그것의 변형은 개방적이고 포괄적인 의미로, 즉, "~을 포함하되 이에 국한되지 않는다"는 의미로 해석되어야 한다. 명세서 전체에 걸쳐 값의 숫자 범위를 인용하는 것은 그 범위를 정의하는 값을 포함하는 범위에 속하는 각각의 개별 값을 개별적으로 인용하는 것의 간략한 표기로서 역할하도록 의도된 것이고, 각각의 개별 값은 그것이 명세서에 개별적으로 인용된 것과 마찬가지로 명세서에 통합된다. 추가로, 단수형 "하나", "일" 및 "그"는 문맥에서 명백하게 다르게 지시하지 않는 한 복수 지시대상을 포함한다.

본 명세서 전체에서 "일 실시예" 또는 "하나의 실시예"에 대한 언급은 그 실시예와 관련지어 설명된 특정 특징, 구조 또는 특성이 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함된다는 것을 의미한다. 따라서, 본 명세서 전반에 걸쳐 다양한 곳에서 "일 실시예에서" 또는 "하나의 실시예에서"라는 문구의 출현은 반드시 모두 동일한 실시예를 지칭하는 것은 아니지만, 일부 경우에 그러할 수도 있다. 또한, 특정 특징, 구조 또는 특성은 하나 이상의 실시예에서 임의의 적절한 방식으로 조합될 수 있다.

본 명세서에 기술된 다양한 실시예는 음용 및 산업용으로 물 및 다른 액체를 살균하기 위한 장치에 관한 것이다. 일 실시예에서, 물 살균 장치는 액체를 수용하기 위한 주입구 및 액체를 배출하기 위한 배출구를 포함하는 도관, 및 주입구와 배출구 사이의 도관 내에 배치된 제1 다공성 전극, 제2 다공성 전극 및 제3 다공성 전극을 포함한다. 제1 다공성 전극과 제2 다공성 전극 사이에 제1 다공성 분리층이 개재된다. 제2 다공성 전극과 상기 제3 다공성 전극 사이에 제2 다공성 분리층이 개재된다. 전원은 제1 다공성 전극, 제2 다공성 전극, 및 제3 다공성 전극에 전력을 제공하도록 구성된다. 액체가 도관을 통해 흐르는 동안, 전원은 제1 다공성 전극 및 제3 다공성 전극에 제1 유형의 전압을 공급하고, 제2 다공성 전극에 제2 유형의 전압을 공급하며, 제2 유형은 제1 유형과 반대이다.

이제 실시예들이 첨부 도면과 함께 설명될 것이다. 먼저 도 1을 참조한다. 도 1은 일 실시예에 따른 액체 살균 장치(100)를 도시한 개략도이다. 장치(100)는 액체를 수용하기 위한 주입구(102) 및 액체를 배출하기 위한 배출구(104)를 갖는 도관(101)을 포함한다. 장치(100)는 모두 도관(101) 내에 배치된 복수의 다공성 전극(106a-c)(통칭하여 106) 및 다공성 분리층(108a-b)(통칭하여 108)을 더 포함한다. 도시된 실시예에서, 장치(100)는 3개의 다공성 전극(106a-c) 및 2개의 다공성 분리층(108a-b)을 포함한다. 다공성 분리층(108) 각각은 2개의 인접한 다공성 전극(106) 사이에 개재된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 다공성 분리층(108a)은 다공성 전극(106a, 106b) 사이에 개재되고, 다공성 분리층(108b)은 다공성 전극(106b, 106c) 사이에 개재된다. 다공성 전극(106) 및 다공성 분리층(108)은 그 사이에 간극 없이 서로의 위에 적층된다. 도 1에는 3개의 다공성 전극과 2개의 다공성 분리층이 도시되어 있지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 더 많은 다공성 전극 및 다공성 분리층은 도관(101) 내에 배치되어 필요 및 그 적용에 기초하여 작고 효율적인 액체 살균 장치를 형성할 수 있다.

장치(100)는 다공성 전극(106)에 전력을 제공하도록 구성된 전원(110)을 더 포함한다. 일 실시예에서, 전원(110)은 다공성 전극(106a, 106c)에 제1 유형의 전압을 공급하고 다공성 전극(106b)에 제2 유형의 전압을 공급한다. 제1 유형은 제2 유형과 반대이다. 예를 들어, 제1 유형 및 제2 유형은 각각 양수 및 음수일 수도 있고 그 반대일 수도 있다. 일부 실시예에서, 제1 유형의 전압과 제2 유형의 전압 사이의 전압 차는 약 0 내지 약 40볼트 또는 약 20 내지 약 40볼트이다.

일부 실시예에서, 전원은 다공성 전극에 직류 또는 교류를 제공한다. 일부 실시예에서, 교류는 사인파 또는 구형파를 포함한다. 일부 실시예에서, 교류의 주파수는 0.5 내지 10Hz 또는 0.5 내지 1Hz이다.

다공성 전극(106) 및 다공성 분리층(108)은 장치(100)의 케이스(112) 내에 배치된다. 다공성 분리층(108)은 2개의 인접한 다공성 전극(106) 사이에 절연을 제공하는 다공성 중합체 또는 메쉬를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 다공성 전극(106) 및 다공성 분리층(108)을 위한 재료는 이들이 친수성이거나 그들이 살균하도록 디자인된 물 또는 액체에 대해 높은 투과성을 갖도록 선택된다. 주입구(102) 및 배출구(104)는 각각 상류 파이프 또는 컨테이너 및 하류 파이프 또는 컨테이너와 연결하기 위한 피팅 메커니즘(도시되지 않음)을 포함할 수 있다.

다공성 전극(106) 각각은 다공성 지지체 및 다공성 지지체에 결합된 나노구조체를 포함한다. 도 2를 참조할 수 있다. 도 2는 일 예시적 실시예에 따른 다공성 전극(200)의 일부를 도시하는 개략도이다. 다공성 전극(200)은 다공성 지지체(202) 및 다공성 지지체(202)와 결합된 복수의 나노구조체(204)를 포함한다. 일 실시예에서, 다공성 지지체(202)는 발포체 및 발포체(206)에 매립된 구멍(206)을 포함할 수 있다.

다공성 지지체는 또한 절연성, 전기 전도성 또는 반도체성인 재료로 형성될 수도 있고, 또는 특성의 조합을 갖는 재료의 조합으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 다공성 지지체(202)는 구리 발포체를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 다공성 지지체(202)는 직조 또는 부직될 수 있는 섬유 네트워크 또는 매트릭스를 포함하는 섬유 재료를 포함할 수 있다. 섬유질 재료의 예로는 면, 아마, 대마와 같은 천연 섬유로 형성된 것과 아크릴, 폴리에스터, 레이온과 같은 합성 섬유로 형성된 것을 포함하는 종이 및 직물 및 펠트(felt) 뿐만 아니라 탄소 천 형태의 탄소 섬유를 포함한다. 금속 또는 다른 전기 전도성 재료로 형성된 투과성 또는 반투과성 막, 스폰지, 및 메쉬와 같은 다른 유형의 다공성 지지체도 고려된다.

다공성 지지체(202)의 구멍 크기는 불활성화될 유기체의 전형적인 크기에 기초하여 선택될 수 있다. 예를 들어, 박테리아의 경우, 구멍 크기는 불활성화될 박테리아의 전형적인 크기보다 크게 선택될 수 있으며, 이로써 다공성 지지체의 막힘이 거의 없거나 또는 전혀 없이 박테리아가 통과할 수 있다. 일부 실시예에서, 다공성 지지체(202)는 적어도 약 5㎛ 또는 적어도 약 10㎛ 및 최대 약 1mm와 같은, 마이크로미터 범위의 충분한 크기의 구멍(206)을 포함할 수 있다. 몇몇 경우에, 구멍 크기는 약 5㎛ 내지 약 900㎛, 약 10㎛ 내지 약 800㎛, 약 10㎛ 내지 약 700㎛, 약 10㎛ 내지 약 600㎛, 약 10㎛ 내지 약 500㎛, 약 20㎛ 내지 약 400㎛, 약 30㎛ 내지 약 300㎛, 약 40㎛ 내지 약 300㎛, 약 50㎛ 내지 약 300㎛, 또는 약 50㎛ 내지 약 200㎛의 범위일 수 있다. 다른 종류의 유기체의 경우, 구멍 크기는 그 유기체의 전형적인 크기에 따라 적절하게 선택될 수 있다. 예를 들어, 바이러스의 경우, 구멍 크기는 적어도 약 100 nm, 및 최대 약 1㎛와 같이 나노미터 범위가 되도록 선택될 수 있다. 알 수 있는 바와 같이, 다공성 지지체의 구멍은 일정 분포의 크기를 가질 수 있고, 구멍 크기는 그 크기 분포에 걸친 유효 크기 또는 크기 분포의 평균 또는 중앙값을 나타낼 수 있다.

다공성 지지체(202)는 다공성 지지체에 공극 또는 임의의 다른 개방 공간의 존재로 인한 공극의 정도의 측정치인, 다공성 지지체의 공극률(porosity)에 의해 특징지어 진다. 공극률은 총 부피에 대한 공극 부피의 비율, 즉 0 내지 1, 또는 0% 내지 100%의 백분율로서 표현될 수 있다. 일부 실시예에서, 다공성 지지체는 적어도 약 0.05 또는 적어도 약 0.1 및 최대 약 0.95, 및 더 구체적으로, 공극률은 약 0.1 내지 약 0.9, 약 0.2 내지 약 0.9, 약 0.3 내지 약 0.9, 약 0.4 내지 약 0.9, 약 0.5 내지 약 0.9, 약 0.5 내지 약 0.8, 또는 약 0.6 내지 약 0.8의 범위 이내일 수 있다. 공극률을 판정하기 위한 기술은 예를 들어 공극률 측정(porosimetry) 및 광학 또는 스캐닝 기술을 포함한다.

나노구조체(204)는 나노와이어, 나노튜브, 또는 이들 구조의 다중체 또는 조합을 포함할 수 있다. 나노구조체(204)는 그것의 재료 조성, 형상 및 크기 측면에서 특징지어질 수 있다. 나노구조체는 절연성, 전기 전도성 또는 반도체성인 재료로 형성될 수 있고, 또는 코어-쉘 또는 다층 구성과 같은 특징의 조합을 갖는 재료 조합으로 형성된 헤테로구조일 수도 있다. 나노구조를 형성하기 위한 기술은 예를 들어 마찰, 분무 열분해, 고온 주입, 레이저 제거 및 용액 기반 합성을 포함한다.

예시된 실시예에서, 다공성 전극(200)은 효과적인 박테리아 불활성화를 제공하는 나노구조체 부근에 유도된 전기장과 함께 다공성 지지체(202) 및 나노구조체(204)의 높은 표면적과 함께, 전기적 메커니즘을 통한 살균을 제공한다. 다공성 지지체(202)가 절연성인 경우, 나노구조체(204)의 적어도 서브세트는 다공성 전극(200)에 전기 전도성을 부여하기 위해 전기 전도성 또는 반도체성일 수 있다. 예를 들어, 나노구조체는 금속, 금속 합금, 금속 실리사이드, 금속 산화물, 반도체, 전기 전도성 중합체, 이러한 물질의 도핑된 형태, 또는 이러한 물질의 조합으로 형성될 수 있다. 몇몇 경우에, 나노구조체는 구리, 금, 니켈, 팔라듐, 백금, 은, 탄소(예컨대, 그래핀 형태) 또는 다른 IVB족 원소(예컨대, 실리콘 또는 게르마늄), IVB-IVB족 이원 합금(예컨대, 탄화규소), IIB-VIB족 이원 합금(예컨대, 산화 아연), IIIB-VB족 이원 합금(예컨대, 질화알루미늄), 또는 다른 2, 3, 4, 또는 IB족(또는 11족) 원소, IIB족(또는 12족) 원소, IIIB족(또는 13족) 원소, IVB 족(또는 14족) 원소, VB족(또는 15족) 원소, VIB족(또는 16족) 원소, 및 VIIB족(또는 17족) 원소의 다른 2, 3, 4, 또는 더 많은 수의 합금으로 형성될 수 있다.

나노구조체(24)는 임의의 다양한 형상, 예컨대, 회전 타원체, 사면체, 삼각대, 디스크 형상, 피라미드 형상, 상자 형상, 입방체 형상, 원통형, 관 형상 및 다른 기하학적 및 비 기하학적 형상을 가질 수 있다. 나노구조의 예는 풀러렌, 구리 나노와이어, 니켈 나노와이어, 은 나노와이어, 게르마늄 나노와이어, 실리콘 나노와이어, 탄소 나노튜브(예컨대, 단일벽 탄소나노튜브 및 다중벽 탄소나노튜브), 코어-쉘 나노와이어(예컨대, 다른 재료로 형성된 코어를 둘러싸는 구리, 니켈 또는 은으로 형성된 쉘)를 포함한다. 일부 실시예에서, 통합된 나노구조체의 적어도 서브세트는 나노튜브, 나노와이어, 또는 나노튜브와 나노와이어의 조합과 같은 고종횡비 나노구조체에 대응한다. 고 종횡비의 나노구조체는 그러한 결합을 제공하기 위한 화학적 전략을 필요로 하지 않고 다공성 지지체의 구성 섬유에 대한 더 강력하고 직접적인 결합을 위해 큰 표면적을 가질 수 있다. 고 종횡비의 나노구조체는 또한 이웃하는 나노구조체 사이의 접합 형성의 발생을 증가시키고, 나노입자의 사용에 비해 호핑 또는 터널링 이벤트의 수를 감소시켜 효율적인 전하 수송 네트워크를 형성할 수 있다. 그러나, 나노입자는 고 종횡비의 나노구조체와 조합하여 또는 그 대신에 사용될 수 있는 것으로 고려된다.

일부 실시예에서, 나노구조체(204) 내의 나노와이어는 약 1nm 내지 약 200nm, 약 1nm 내지 약 150nm, 약 10nm 내지 약 100nm, 약 20nm 내지 약 100nm, 약 30nm 내지 약 100nm, 또는 약 40nm 내지 약 100nm의 평균(average) 또는 중앙(median) 직경, 약 500nm 내지 약 100㎛, 약 800nm 내지 약 50nm, 약 1㎛ 내지 약 40㎛, 약 1㎛ to 30㎛, 약 1㎛ 내지 약 20㎛, 또는 약 1㎛ 내지 약 10㎛ 범위의 평균 또는 중앙 길이, 및 약 5 내지 약 2,000, 약 50 내지 약 1,000, 약 100 내지 약 900, 약 100 내지 약 800, 약 100 내지 약 700, 약 100 내지 약 600, 또는 약 100 내지 약 500 범위의 평균 또는 중앙 종횡비를 가진다.

일부 실시예에서, 나노구조체(204) 내의 나노튜브는 약 1nm 내지 약 200nm, 약 1nm 내지 약 150nm, 약 10nm 내지 약 100nm, 약 20nm 내지 약 100nm, 약 30nm 내지 약 100nm, 또는 약 40nm 내지 약 100nm 범위의 평균 또는 중앙 직경(예컨대, 외경), 약 500nm 내지 약 100㎛, 약 800nm 내지 약 50㎛, 약 1㎛ 내지 약 40㎛, 약 1㎛ to 30㎛, 약 1㎛ 내지 약 20㎛, 또는 약 1㎛ 내지 약 10㎛ 범위의 평균 또는 중앙 길이, 약 5 내지 약 2,000, 약 50 내지 약 1,000, 약 100 내지 약 900, 약 100 내지 약 800, 약 100 내지 약 700, 약 100 내지 약 600, or 약 100 내지 약 500 범위의 평균 또는 중앙 종횡비를 가진다.

다공성 전극(200)은 약 1,000Ω/sq 이하, 약 500Ω/sq 이하, 약 400Ω/sq 이하, 약 300Ω/sq 이하, 약 300Ω/sq 이하, 약 200Ω/sq 이하, 약 100Ω/sq 이하, 약 50Ω/sq 이하, 약 25Ω/sq 이하, 또는 약 10Ω/sq 이하 및 약 1 Ω/sq 이하, 약 0.1Ω/sq 이하 또는 그보다 더 낮은 시트 저항을 갖는다.

일부 실시예에서, 나노구조체(204)가 다공성 지지체(202)로부터 구멍(206), 예를 들어, 도 2의 좌측 구멍(206) 상의 나노구조체(204)를 향해 돌출하도록 나노구조체(204)가 다공성 지지체(202)와 결합될 수 있다. 이러한 나노구조체(204)의 축은 구멍(206)의 표면에 실질적으로 수직이다. 일부 실시예에서, 나노구조체(204)는 대응하는 구멍(206), 예를 들어 도 2의 우측 구멍(206) 상의 나노구조체(204) 주위에 놓이도록 배치된다. 이러한 나노구조체(204)의 축은 구멍(206)의 표면에 실질적으로 평행하다. 도 2의 다른 구멍에 대한 나노구조체는 생략되어 있다. 다른 유형의 결합 구조도 고려된다. 예를 들어, 나노구조체(204)는 구멍(206)의 표면에 대해 무작위로 얽힐 수 있다.

다공성 지지체(202) 내에 나노구조체(204)를 통합하는 것은 다양한 방식으로 수행될 수 있다. 예를 들어, 나노구조체(204)를 형성한 후 수용액 또는 비수용액 내에서 분산시켜 잉크를 형성할 수 있다. 레올로지(rheology)를 조정하기 위한 계면활성제, 분산제 및 기타 첨가제도 포함될 수 있다. 분산된 나노구조체(204)를 포함하는 잉크는 분무, 인쇄, 롤 코팅, 커튼 코팅, 그라비아 코팅, 슬롯-다이, 컵 코팅, 블레이드 코팅, 침지, 침지 코팅 및 피펫팅 후 건조 또는 용액의 다른 제거와 같은 다수의 코팅 기술 중 임의의 것을 사용하여 다공성 지지체(202)에 적용될 수 있다. 나노구조체(204)는 다공성 지지체(202)의 표면을 전구체 용액에 노출시키는 것과 같이 다공성 지지체(202) 상에 현장에서(in situ) 형성될 수 있다는 것이 또한 고려된다.

나노구조체(204)와 다공성 지지체(202) 간의 결합은 다공성 지지체(202)의 구멍(206) 내의 나노구조체의 기계적 얽힘(entanglement), 다공성 지지체(202)의 구성 섬유 또는 발포체에 대한 잉크의 접착 특성, 구성 섬유 또는 발포체의 표면 전하, 구성 섬유 또는 발포체의 작용기, 또는 이러한 메커니즘의 조합에 의존할 수 있다. 일부 실시예에서, 나노구조체(204)와 다공성 지지체(202) 간의 결합은 공유 결합 및 비공유 결합, 예컨대 반 데르 발스 상호작용, 수소 결합, 소수성 힘에 기초한 결합, π-π 상호작용에 기초한 결합, 및 정전기 상호작용(예컨대, 양이온과 음이온 간의 상호작용 또는 쌍극자-쌍극자 상호작용).에 기초한 결합을 포함할 수 있다.

도 3은 일 예시적 실시예에 따른 다른 액체 살균 장치(300)를 도시하는 개략도이다. 장치(300)는 도 1의 장치(100)와 유사하고 다공성 전극(106a) 상에 배치된 추가의 다공성 분리층(108c) 및 다공성 분리층(108c) 상에 배치된 추가의 다공성 전극(106d)을 포함한다. 액체가 도관(101)을 통해 흐르는 동안, 전원(110)은 다공성 전극(106a 및 106c)에 제1 유형의 전압을 공급하고 다공성 전극(106b 및 106d)에 제2 유형의 전압을 공급하고 또는 그 반대일 수도 있으며 또는 교류 전압을 공급할 수도 있다.

도 4는 일 예시적 실시예에 따른 다른 액체 살균 장치(400)를 도시하는 개략도이다. 장치(400)는 도 3의 장치(300)와 유사하고 다공성 전극(106c) 상에 배치된 추가의 다공성 분리층(108d) 및 다공성 분리층(108d) 상에 배치된 추가의 다공성 전극(106e)을 포함한다. 액체가 도관(101)을 통해 흐르는 동안, 전원(110)은 다공성 전극(106a, 106c)에 제1 유형의 전압을 공급하고 다공성 전극(106b, 106d, 106e)에 제2 유형의 전압을 공급하고, 또는 그 반대일 수도 있으며 또는 교류 전압을 공급할 수도 있다. 장치(300, 400)의 작동은 박테리아 또는 다른 원치 않는 유기체를 불활성화시키는 개선된 효율을 제공한다. 일부 실시예에서, 장치(400)는 박테리아 불활성화 효율을 추가로 개선하기 위해 다공성 전극(106d 및 106e) 상에 더 많은 다공성 분리층 및 다공성 전극이 제공될 수 있다.

일부 실시예에서, 장치(100, 300, 400)의 박테리아, 바이러스 및 원생동물(포낭) 불활성화 효율은 적어도 약 95%, 또는 적어도 약 98%, 및 최대 약 99%, 최대 약 99.5%, 최대 약 99.9%, 최대 99.99%, 최대 99.999% 또는 최대 99.9999%이다. 이러한 불활성화 효율은 약 0.1초 내지 약 1분, 약 0.1초 내지 약 50초, 약 0.5초 내지 약 40초, 약 0.5초 내지 약 30초, 약 0.5초 내지 약 20초, 약 0.5초 내지 약 10초, 또는 약 0.5초 내지 약 5초의 범위와 같은 짧은 인큐베이션 시간으로 달성될 수 있다.

본 발명의 전술한 설명은 예시 및 설명의 목적으로 제공되었다. 이것은 개시된 정확한 형태로 본 발명을 완전하게 제한하거나 제한하려는 의도가 아니다. 본 발명의 폭 및 범위는 전술한 예시적인 실시예에 의해 제한되어서는 안 된다. 많은 수정 및 변형이 당업자에게 명백할 것이다. 수정 및 변형은 개시된 특징의 임의의 관련 조합을 포함한다. 실시예들은 본 발명의 원리와 그 실제 적용을 가장 잘 설명하기 위해 선택되고 설명되었으며, 이에 따라 당업자가 다양한 실시예에 대해 이해할 수 있게 해주고, 고려되는 특정 용도에 적합한 다양한 수정을 행할 수 있게 해준다. 본 발명의 범위는 다음 청구범위 및 그 동등물에 의해 정의되는 것으로 의도된다.

Claims

액체를 수용하는 주입구 및 상기 액체를 배출하는 배출구를 포함하는 도관;
상기 주입구와 상기 배출구 사이의 상기 도관 내에 배치된 제1 다공성 전극, 제2 다공성 전극 및 제3 다공성 전극;
상기 제1 다공성 전극과 상기 제2 다공성 전극 사이에 개재된 제1 다공성 분리층;
상기 제2 다공성 전극과 상기 제3 다공성 전극 사이에 개재된 제2 다공성 분리층; 및
상기 제1 다공성 전극, 상기 제2 다공성 전극, 및 상기 제3 다공성 전극에 전력을 제공하도록 구성된 전원을 포함하고,
상기 액체가 상기 도관을 통해 흐르는 동안, 상기 전원은 상기 제1 다공성 전극 및 상기 제3 다공성 전극에 상기 제1 유형의 전압을 공급하고 상기 제2 다공성 전극에 제2 유형의 전압을 공급하며, 상기 제2 유형은 상기 제1 유형과 반대인 것을 특징으로 하는 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 제1 다공성 전극, 상기 제2 다공성 전극, 및 상기 제3 다공성 전극 각각은 다공성 지지체 및 상기 다공성 지지체에 결합된 나노구조체를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 2 항에 있어서, 상기 다공성 지지체는 복수의 구멍을 포함하고, 상기 나노구조체는 상기 다공성 지지체로부터 상기 구멍을 향하여 돌출하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 장치.
제 2 항에 있어서, 상기 나노구조체는 나노와이어 및 나노튜브를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 2 항에 있어서, 상기 다공성 지지체는 발포체를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 5 항에 있어서, 상기 발포체는 전도성인 것을 특징으로 하는 장치.
제 6 항에 있어서, 상기 발포체는 구리 발포체를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 2 항에 있어서, 상기 나노구조체는 구리 나노와이어를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 2 항에 있어서, 상기 나노구조체는 탄소 나노튜브를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 제1 다공성 분리층은 제1 두께를 갖고, 상기 제2 다공성 분리층은 제2 두께를 갖고, 상기 제1 두께는 상기 제2 두께와 상이한 것을 특징으로 하는 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 다공성 전극 상에 배치된 제3 다공성 분리층; 및
상기 제3 다공성 분리층 상에 배치된 제4 다공성 전극을 더 포함하고,
상기 액체가 상기 도관을 통해 흐르는 동안, 상기 전원은 상기 제4 다공성 전극에 상기 제2 유형의 전압을 공급하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 11 항에 있어서,
상기 제3 다공성 전극 상에 배치된 제4 다공성 분리층; 및
상기 제4 다공성 분리층 상에 배치된 제5 다공성 전극을 더 포함하고,
상기 액체가 상기 도관을 통해 흐르는 동안, 상기 전원은 상기 제4 다공성 전극에 상기 제2 유형의 전압을 공급하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 제1 유형의 전압은 양의 전압이고 상기 제2 유형의 전압은 음의 전압이고, 또는 상기 제1 유형의 전압은 음의 전압이고 상기 제2 유형의 전압은 양의 전압이고, 또는 교류 전원에서 상기 제1 유형의 전압은 상기 제2 유형의 전압과 반대인 것을 특징으로 하는 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 전원은 상기 다공성 전극에 직류 또는 교류를 제공하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 전원은 사인파 또는 구형파인 교류를 상기 다공성 전극에 제공하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 15 항에 있어서, 상기 전원은 0.5 내지 10Hz의 교류를 상기 다공성 전극에 제공하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 제1 유형의 전압과 상기 제2 유형의 전압 간의 전압 차는 약 0 내지 약 40볼트인 것을 특징으로 하는 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 다공성 분리층은 다공성 폴리머 또는 폴리머 메쉬를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 다공성 분리층은 친수성인 것을 특징으로 하는 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 다공성 전극은 친수성인 것을 특징으로 하는 장치.