KR20220105344A - 이산화티타늄 및 활성탄을 포함하는 미세먼지 흡착 조성물 - Google Patents
이산화티타늄 및 활성탄을 포함하는 미세먼지 흡착 조성물 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 이산화티타늄 및 활성탄을 포함하는 미세먼지 제거용 조성물과 이를 적용한 제품에 관한 것으로, 이산화티타늄의 광촉매 기능과 활성탄의 구조적 특이성에 따라 미세먼지를 효과적으로 흡착, 포집, 분해 및 제거할 수 있다.
Description
본 발명은 미세먼지의 흡착, 포집 및 분해에 사용할 수 있는 조성물 및 이를 활용할 수 있는 제품에 관한 발명이다.
고농도의 황사, 공장에서 배출되는 각종 매연, 자동차의 배기가스 등으로부터 유래한 미세 유해 물질을 다량 포함한 미세먼지 문제가 점점 심각해지고 있다.
대표적인 미세먼지 문제는 사람의 건강 악화로서, 호흡과정에서 흡입되는 공기에 고동도의 미세먼지가 존재하는 경우 각종 기관지를 비롯하여 눈, 입, 피부 등 외부로 노출된 기관에 다양한 질병을 야기할 수 있다.
이러한 미세먼지 문제 대응을 위해 다양한 공기정화 제품이 개발되고 있고 그 시장의 규모가 해마다 커지고 있다. 예를 들어, 등록특허 제10-2051378호의 공기청정기, 등록특허 제10-2196800호의 집진기 등을 대표적인 제품으로 볼 수 있다.
본 발명 역시 미세먼지 문제 대응을 위한 발명으로서 외부로부터 유입되는 미세먼지를 차단할 수 있고 가정에서 쉽게 사용할 수 있는 발명을 제공하고자 한다.
본 발명은 미세먼지를 효과적으로 흡착, 포집 및 제거할 수 있고 다양한 제품에 적용이 가능한 조성물을 제공하고자 한다.
본 발명은 이산화티타늄을 포함하는 코팅제 및 활성탄을 포함하는 미세먼지 제거용 조성물을 제공한다.
본 발명의 코팅제는 물, 에탄올 및 이산화티타늄 용액을 포함할 수 있다.
본 발명의 조성물은 이산화티타늄을 포함한 코팅제, 활성탄 및 바인더를 포함할 수 있다.
본 발명의 조성물이 도포된 각종 필터, 미세먼지 제거 제품을 제공할 수 있다.
본 발명의 조성물 제조방법은 이산화티타늄을 포함하는 코팅제를 제조하는 단계, 코팅제에 활성탄 분말이 첨가된 혼합용액을 제조하는 단계 및 혼합용액에 바인더를 첨가하여 혼합하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 조성물은 광촉매인 이산화티타늄(Titanium dioxide, TiO2)과 미세입자를 효과적으로 흡착할 수 있는 활성탄을 포함하고 있어 미세먼지의 흡착 효과와 미세먼지 속 유해입자 분해 및 제거 효과가 매우 우수하다. 특히 미세먼지에 대량으로 포함된 유해성분인 황산화물 및 질산화물의 분해 능력이 우수하고 탄소류 및 검댕(soot)도 효과적으로 흡착, 제거할 수 있다. 또한 흡착된 미세먼지와 이들의 분해산물을 쉽게 세척할 수 있어 본 발명의 조성물이 도포된 제품은 유지보수가 용이하고 여러 번 재활용이 가능하다.
도 1은 본 발명 조성물 내부의 성분 분포와 조성물이 도포된 방충망의 그림 예시를 보여준다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따라 제조한 조성물을 도포한 방충망에 황산암모늄((NH4)2SO4) 및 질산암모늄(NH4NO3)을 처리하고 광촉매 반응을 유도한 후 FT-IR를 측정한 결과를 보여준다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따라 제조한 조성물의 도포한 방충망에 황산암모늄((NH4)2SO4) 및 질산암모늄(NH4NO3)을 처리하고 광촉매 반응을 유도한 후 SEM을 측정한 결과를 보여준다((A)는 광촉매 반응까지 유도한 방충망의 SEM 측정 결과, (B)는 광촉매 반응까지 유도한 방충망을 세척한 후 SEM을 측정한 결과).
도 4는 본 발명의 조성물을 도포한 방충망의 실제 제품 사진을 보여준다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따라 제조한 조성물을 도포한 방충망에 황산암모늄((NH4)2SO4) 및 질산암모늄(NH4NO3)을 처리하고 광촉매 반응을 유도한 후 FT-IR를 측정한 결과를 보여준다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따라 제조한 조성물의 도포한 방충망에 황산암모늄((NH4)2SO4) 및 질산암모늄(NH4NO3)을 처리하고 광촉매 반응을 유도한 후 SEM을 측정한 결과를 보여준다((A)는 광촉매 반응까지 유도한 방충망의 SEM 측정 결과, (B)는 광촉매 반응까지 유도한 방충망을 세척한 후 SEM을 측정한 결과).
도 4는 본 발명의 조성물을 도포한 방충망의 실제 제품 사진을 보여준다.
본 발명의 실시예들에 대한 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 발명은 이산화티타늄 및 활성탄을 포함하는 미세먼지 제거용 조성물에 관한 것이다.
보다 구체적으로 이산화티타늄을 포함하는 용액 및 활성탄을 포함하는 조성물로서, 이산화티타늄을 포함하는 용액은 바람직하게는 코팅용액 혹은 코팅제이다.
본 발명의 조성물은 광촉매인 이산화티타늄을 포함하고 있어 자외선에 의해 전자(e-)와 정공(h+)이 발생하고, 전자는 산소와 결합하며 정공은 물과 결합하여 슈퍼 옥사이드 이온(superoxide ion, O2 -)와 하이드록시 라디칼 활성종(hydroxyl radical, ·OH)을 발생시킬 수 있다. 슈퍼옥사이드 이온과 하이드로시 라디칼 활성종은 미세먼지 속에 포함된 대표적인 유해 물질인 황산화물과 질산화물의 유기물 분해를 유도하여 인체에 무해한 이온으로 전환시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 본 발명의 조성물을 도포한 제품에 광촉매 반응을 유도하여 유해 염을 효과적으로 분해할 수 있다.
즉 본 발명의 조성물 및 이를 적용한 제품은 미세먼지를 효과적으로 정화할 수 있다.
본 발명의 조성물에 포함된 활성탄은 활성탄 외부에 가까울수록 거대공극이 분포하고, 입자 내부로 갈수록 미세공극이 분포하며 이들 공극들이 서로 유기적으로 연결된 구조를 가지고 있어, 활성탄 입자 외부표면에 가까운 거대공극에서 입자 내부의 미세공극으로 미세먼지 속 유해물질들이 확산되며 흡착될 수 있다. 활성탄에 흡착되는 대표적인 유해물질로는 탄소류와 검댕(soot)이 있으며, 이들 외에도 다양한 유해입자를 흡착할 수 있다.
미세먼지에 포함된 유해 물질로는 황산화물, 질산화물, 광물, 탄소류, 검댕 등이 대표적이고, 이 중에서 황산화물, 질산화물, 탄소류 및 검댕은 유해 물질의 60~80%를 차지할 정도로 그 비중이 높아, 본 발명의 조성물은 매우 효과적으로 미세먼지를 정화하고 흡착 및 제거할 수 있다.
본 발명의 조성물을 제품 적용 시, 조성물을 제품에 코팅 후 건조만 하면 되므로 간단하게 본 발명의 조성물을 제품에 적용할 수 있다.
본 발명의 조성물에 흡착 및 분해되어 생성된 유기물은 친수기를 가지고 있어, 본 발명의 조성물이 적용된 제품은 간단한 세척을 통해 제품에 흡착된 미세먼지를 제거할 수 있으며 재활용이 가능하다. 빗물에 의해서도 쉽게 미세먼지가 제거될 수 있어 유지보수도 용이하다.
본 발명에서 활성탄의 형태는 분말이 바람직하나 이에 제한되는 것은 아니다. 활성탄 분말의 경우 총 조성물의 부피 1ℓ당 1 내지 12g, 1 내지 11g, 1 내지 10g, 2 내지 12g, 2 내지 11g, 2 내지 10g, 3 내지 12g, 3 내지 11g, 3 내지 10g, 4 내지 12g, 4 내지 11g 바람직하게는 4 내지 10g이나 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명에서 이산화티타늄을 포함하는 코팅제 및 바인더 용액은 코팅제 : 바인더 = 1 : 1.1 ~ 2.0, 코팅제 : 바인더 = 1 : 1.1 ~ 1.9, 코팅제 : 바인더 = 1 : 1.1 ~ 1.8, 코팅제 : 바인더 = 1 : 1.1 ~ 1.7, 코팅제 : 바인더 = 1 : 1.1 ~ 1.6, 코팅제 : 바인더 = 1 : 1.2 ~ 2.0, 코팅제 : 바인더 = 1 : 1.2 ~ 1.9, 코팅제 : 바인더 = 1 : 1.2 ~ 1.8, 코팅제 : 바인더 = 1 : 1.2 ~ 1.7, 바람직하게는 코팅제 : 바인더 = 1 : 1.2 ~ 1.6이나 이에 제한되는 것은 아니다. 이러한 코팅제 및 바인더 용액의 부피비를 만족하는 조성물 기준으로 바람직한 활성탄의 포함 중량은 0.3 내지 0.5g이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 이산화티타늄을 포함하는 코팅제, 활성탄 및 바인더 용액이 특정 비율로 혼합될 때 현저히 향상된 효과를 가지는 조성물을 제조할 수 있다.
본 발명의 조성물 제조방법은 이산화티타늄을 포함하는 코팅제를 제조하는 단계, 코팅제에 활성탄 분말이 첨가된 혼합용액을 제조하는 단계 및 혼합용액에 바인더를 첨가하여 혼합하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 제조방법에 따르면 이산화티타늄을 포함한 코팅제를 우선 준비한 후, 여기에 활성탄을 넣어 고루 섞고 바인더를 첨가하여 만드는 방법이 가장 바람직 할 수 있다. 즉 제조단계를 순차적으로 수행하는 것이 바람직하다.
본 발명의 조성물은 시판되고 있는 조성물 혹은 이들이 적용된 제품 등에 비해 가격 경쟁력이 높고, 재사용이 가능하여 친환경적이며, 투명성이 높아 제품 적용 시 심미적으로 우수하다. 또한, 공기 투과성이 좋고 조성물 도포 후 건조 과정만으로 제품 적용이 가능하여 미세먼지 흡착, 포집, 제거, 분해 등의 기능이 하락된 제품에는 언제든지 용액을 다시 도포하여 기능을 유지시킬 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 조성물이 적용될 수 있는 제품은 특별히 제한되지 않으며, 미세먼지 제거 목적에 적합한 다양한 제품에 도포하여 활용할 수 있다. 본 발명의 조성물을 적용할 수 있는 제품으로, 바람직하게는 선풍기, 공기청정기 필터, 방충망 등이나 이에 제한되는 것은 아니다.
이하, 본 발명을 실시예 및 비교예에 의해 구체적으로 설명한다. 아래 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위가 아래 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
[실시예] 미세먼지 제거용 조성물 제조
1. 이산화티타늄 코팅제 용액 제조
물 50㎖, 2-메톡시 에탄올(2-Methoxy Ethanol) 50㎖, 이산화티타늄 용액 10 ㎖를 혼합하고 고르게 교반하면서 제조한다.
2. 활성탄 분말 첨가
1.에서 제조한 용액에 활성탄 분말을 넣고 잘 섞어준다.
3. 바인더 첨가
2.에서 제조한 용액에 바인더 용액으로 수성우레탄을 첨가하고 잘 교반한다.
위의 실시예에 따라, 아래 4개의 조성물을 제조하고 이를 시중에 판매하는 방충망에 도포하여(도 1 참고) 4개의 분석용 시편을 제조하였다.
| 이산화티타늄 코팅 용액 (물 50㎖, 2-메톡시 에탄올 50㎖ 및 이산화티타늄 용액 10㎖ 혼합 제조) |
활성탄 분말 | 수성우레탄 | |
| 조성물 1(시편 1) | 50㎖ | 0.40g | 50㎖ |
| 조성물 2(시편 2) | 50㎖ | 1.25g | 50㎖ |
| 조성물 3(시편 3) | 50㎖ | 0.40g | 70㎖ |
| 조성물 4(시편 4) | 50㎖ | 1.25g | 70㎖ |
각 시편에 황산암모늄((NH4)2SO4) 분말 10g 및 질산암모늄(NH4NO3) 분말 10g을 혼합하고 기계적으로 흔들어 시편 표면에 각각의 염 분말이 흡착시켰다. 이 후 햇볕에 6시간 방치하여 광촉매 분해를 유도하였다. 광촉매 반응 종료 후 각 시편을 FT-IR, SME으로 분석하여 미세먼지 흡착력, 분해력, 세척가능성을 측정하였다.
FT-IR 측정 시 시편 크기를 1×1cm로 하고, SEM 측정 시 시편 크기를 0.5×0.5cm로 하였다.
측정결과의 오류 방지를 위해 코팅 과정 및 시편 절단 과정에서 코팅이 벗겨진 경우 재코팅을 실시할 수 있다.
각 시편의 FT-IR 측정 결과, 암모늄염(NH4 +), 황산염(SO4 2-), 질산염(NO3 -) 피크들이 검출되어 미세먼지 정화능력과 흡착능력을 확인할 수 있었고 시편 3에서 모든 피크가 뚜렷하게 검출되었다(도 2).
각 시편의 SEM 측정 결과, 조성물을 코팅한 방충만 표면에서 미세먼지(암모늄염)를 확인할 수 있어 미세먼지의 흡착능력을 알 수 있었고, 동일 시편을 세척 후 다시 SEM 측정한 결과 미세먼지가 대부분 사라진 깨끗한 표면을 확인할 수 있었다(도 3). 특히 시편 3에서 이러한 결과가 더 뚜렷하게 나타났다.
실험결과 조성물 3(시편 3)의 조성비를 따를 때 가장 효과적인 조성물을 제조할 수 있었다.
Claims (10)
- 이산화티타늄을 포함하는 코팅제 및 활성탄을 포함하는 미세먼지 제거용 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 코팅제는 물, 에탄올 및 이산화티타늄 용액을 포함하는 코팅제인 미세먼지 제거용 조성물. - 제2항에 있어서,
상기 제거용 조성물은 바인더 용액을 더 포함하는 미세먼지 제거용 조성물. - 제3항에 있어서,
코팅제 및 바인더 용액의 부피비가 코팅제 : 바인더 = 1 : 1.2 ~ 1.6인 미세먼지 제거용 조성물. - 제4항에 있어서,
활성탄을 0.3 내지 0.5g 포함하는 미세먼지 제거용 조성물. - 1 내지 5항 중 어느 한 항의 조성물을 도포한 미세먼지 제거 필터.
- 이산화티타늄을 포함하는 코팅제를 제조하는 제1단계;
상기 코팅제에 활성탄 분말이 첨가된 혼합용액을 제조하는 제2단계; 및
상기 혼합용액에 바인더를 첨가하여 혼합하는 제3단계;
를 포함하는 미세먼지 제거용 조성물 제조방법. - 제7항에 있어서,
상기 제2단계는 활성탄 분말을 0.3 내지 0.5g첨가하는 미세먼지 제거용 조성물 제조방법. - 제7항에 있어서,
상기 제1단계는 물, 에탄올 및 이산화티타늄 용액을 혼합하는 미세먼지 제거용 조성물 제조방법. - 제7항에 있어서,
상기 제1단계의 코팅제와 제3단계의 바인더의 부피비가 코팅제 : 바인더 = 1 : 1.2 ~ 1.6인 미세먼지 제거용 조성물 제조방법.
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| KR102051378B1 (ko) | 2018-02-12 | 2019-12-04 | 보평그린(주) | 미세먼지 제거, 가습, 탈취를 위한 초미세 액적 사이클론 포그 공기청정기 |
| KR102196800B1 (ko) | 2020-07-27 | 2020-12-30 | 엔비스 주식회사 | 미세먼지 집진장치 및 그 장치의 구동방법 |
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