KR20220144896A - 친환경 라디칼 수 생성 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고도산화공정(AOP)과 비디디(BDD) 전극과 이산화티탄이 코팅된 필터를 이용하여 전기화학적으로 고분자의 유기물질을 산화분해하고 친환경물질로 전환시키는 과정에서 주변의 공기와 용수에 포함된 미세먼지와 바이러스와 각종 유해물질을 효과적으로 제거하고 살균하며 정화하는 능력이 매우 우수하고 친환경적인 라디칼 수(water)를 대량 생산하는 친환경 라디칼 수 생성 시스템에 관한 것으로 밀폐된 통 형상을 하고 직수가 유입되어 저장되는 직수영역을 형성하는 정수수조부; 정수수조부의 내부에 고정 설치되며 구분된 영역을 정수영역을 형성하고 유입된 직수에 포함된 이물질의 통과를 차단하여 정수로 변환하는 정수필터부; 정수필터부의 표면에 이산화티탄이 도포되어 광촉매 작용으로 정수에 포함된 유해물질과 바이러스성 세균을 제거하는 광촉매부; 광촉매부(3000)와 정수에 해당 제어신호에 의하여 발생된 자외선을 조사하고 포함된 바이러스성 세균을 제거하는 자외선모듈부; 광촉매부가 통과시킨 정수를 해당 제어신호로 동작하는 비디디 전극 작용으로 전기분해하여 수산화라디칼기와 과산화수소와 오존을 생성시켜 라디칼 수를 생성하는 비디디모듈부; 자외선모듈부와 비디디모듈부에 접속하고 자외선 출력량과 라디칼수의 농도를 감시하고 각각을 제어하는 라디칼수농도관리모듈부를 포함하는 특징에 의하여 주변의 공기 또는 각종 용수에 포함된 환경으로부터 미세먼지와 바이러스와 녹스, 삭스가 포함되는 악성 유해물질을 친환경적이며 빠르게 제거와 살균과 정화하여 자연환경을 보존하면서 인간의 생활환경을 안전하게 보호 유지하고 고도산화공정(AOP)과 비디디(BDD) 전극을 이용하고 일반 식수를 이용하면서 고분자 유기물질을 산화분해하고 친환경물질로 전환시켜 지구 온난화 방지를 위한 환경개선과 수자원을 확보하며, 자외선과 광촉매 반응을 이용하여 친환경적인 라디칼 수를 저렴하며 빠르게 대용량 생산하는 효과가 있다.

Description

친환경 라디칼 수 생성 시스템{Creation system of OH radical water with eco-friendly}
본 발명은 친환경 라디칼수 생성 시스템에 관한 것으로 더욱 상세하게는 고도산화공정(AOP : advanced oxidation process)과 비디디(BDD : boron-doped diamond) 전극과 이산화티탄이 코팅된 필터를 이용하여 전기화학적으로 고분자의 유기물질을 산화분해하고 친환경물질로 전환시키는 과정에서 주변의 공기와 용수에 포함된 미세먼지와 바이러스와 각종 유해물질을 효과적으로 빠르게 제거하고 살균하며 정화하는 능력이 매우 우수하고 친환경적인 라디칼 수(water)를 대량 생산하는 친환경 라디칼 수 생성 시스템에 관한 것이다.
모든 사람의 건강 유지를 위한 안전한 주변환경 조성 문제가 심각한 사회문제로 대두되고 있는 요즈음 예전에는 비교적 자취를 감추었던 각종 전염병이 재발생하거나 예측하기 어려운 신규 질병이 발생하므로 방역과 방제를 위한 소독이 중요한 문제로 제시 되고 있으며 이러한 질병의 원인이 되는 바이러스와 세균들에 대한 소독, 살균, 멸균을 위한 방역과 예방을 위한 방제용 장비 또는 시스템의 개발 필요성이 논의 되고 있다.
바이러스(virus)의 크기는 20 내지 250 나노미터(nm, 10억분의 1 미터(m)) 범위이고, 세균은 약 1 내지 5 마이크로미터(um, 100만분의 1 미터) 범위의 크기로 알려져 있다.
한편, 최근 일부지역의 급속한 공업화와 사막화 가속 등에 의하여 대기 중에 많은 양의 유해물질과 분진, 미세먼지가 포함되어 생활주거 공간으로 유입되고 이러한 먼지가 포함된 공기를 직접 호흡하는 경우 호흡기 질환 등을 유발하는 연구사례가 매우 많이 보고되고 있는 실정이다. 유해물질에는 녹스(NOX), 삭스(SOX) 등이 포함된다.
녹스(NOX, 질소산화물)는 휘발유, 석유 등의 연료가 고온으로 연소 시에 대기 중 질소의 일부가 산소와 반응하여 생성되는 물질이며 일산화질소(NO)와 이산화질소(NO2)가 포함된다.
이산화질소는 입자상 물질과 함께 도시지역의 상공을 적갈색으로 보이게 하며, 질소산화물(녹스, NOX)은 자연적으로 토양과 수중 미생물의 작용과 번개에 의해 생성되고, 인위적인 주요 배출원은 자동차, 발전소, 시멘트 공장, 화학 물질 제조 공장, 보일러, 소각로 등이다.
질소산화물(NOX)은 대기 중 휘발성 유기 화합물(VOCs)과 반응하여 오존을 생성하는 전구물질 역할도 하며, 산성비를 내리게 하고 장거리 이동하여 다른 지역에 피해를 주기도 한다. 질소산화물(녹스)은 연소 시 연료 중 질소 성분보다 연소공기 중 질소에 의한 발생이 대부분으로 연료의 개선으로는 녹스 저감이 비교적 어렵다.
녹스(NOX)는 식물보다 사람에게 더 나쁜 영향을 주고, 일산화질소(NO)보다 이산화질소(NO2)가 인체에 더욱 큰 피해를 준다. 도시 대기 중에 일반적으로 존재하는 저농도 폐 기능과 생리 반응에 거의 영향을 주지 않으나, 고농도는 점막을 심하게 자극하고, 메타헤모글로빈을 형성, 기도와 폐에 영향을 준다.
NO와 NO2는 함께 존재하는 경우가 대부분이고 고농도의 경우는 눈과 호흡기 등에 자극을 주어 기침, 인두통, 현기증, 두통, 구토 등이 나타나며, 노출량이 많으면 호흡 촉진, 부정맥, 불안감이 나타나고, 심하면 폐수종, 혈압 상승 등이 나타나 의식을 잃게 되고, 저농도에 장기간 노출되면 만성 중독으로 기관지염, 폐기종, 위장병, 불면증 등을 일으키며 혈당 감소, 헤모글로빈 증가 등을 가져온다.
삭스(SOX, 황산화물)는 물에 잘 녹는 무색 자극성의 불연성 가스이고, 황(S)을 함유하는 석탄, 석유 등의 화석 연료가 연소할 때 인위적으로 배출되며 발전소, 난방장치, 금속제련 공장, 정유 공장, 기타 산업공정 등에서 발생한다.
석탄, 석유와 같은 화석 연료에는 평균 수 % 의 황이 함유되어 있으며 연소 과정에서 생성되는 황산화물 중 95 % 정도는 이산화황(SO2)이고, 약 5%가 삼산화황(SO3)으로 배출되며, 자연적으로는 화산 폭발에 의해 대기 중으로 배출된다.
이산화황(SO2)는 물에 대한 용해도가 높아 구름의 액적, 빗방울, 지표수 등에 쉽게 녹아 H2SO3를 생성하고, 이것은 물에 녹아 있는 산소와 결합하여 황산(H2SO4)이 되며, 대기 중 황산미스트는 황산염을 생성하여 인간 및 환경에 피해를 준다. 고농도의 이산화황은 옥외 활동이 많고 천식에 걸린 어른과 어린이에게 일시적 호흡 장애를 일으키며, 고농도의 이산화황과 함께 고농도의 미세먼지에 노출되면 호흡기계 질환을 일으키고 심장혈관 질환을 악화시킨다.
이산화황은 질소 산화물과 함께 산성비의 주요 원인 물질로 토양, 호수, 하천의 산성화에 영향을 주고, 바람에 의해 수백 km로 장거리 이동되어 다른 지역에 영향을 주며, 식물의 잎맥 손상, 성장 저해 등을 일으킨다. 황산염 입자는 대기 중의 가시거리를 감소시키는 주요 원인 물질이고 기념물, 동상, 각종 구조물의 부식을 촉진시킨다.
그러므로 도시의 주거단지 또는 아파트 등의 실내에는 여러 가지 원인에 의하여 녹스와 삭스가 포함된 악성 유해물질이 존재하게 된다.
또한, 밀집된 주거공간과 산업화 및 공업화 등에 의하여 배출되는 하수, 폐수 등이 포함되는 용수에는 인체에 유해한 각종 세균과 악성 유해물질이 포함되어 있으므로 친환경적으로 용수에 포함된 각종 세균과 악성 유해물질을 살균하고 분해하거나 정화하는 기술을 개발할 필요가 있다.
미세먼지(분진, fine dust, particle dust matter)는 지름이 50 - 70 마이크로미터(um) 굵기인 머리카락의 약 1/10 정도 크기인 10 마이크로미터(um) 이하이며 호흡하거나 세포속으로 침투되는 경우 어린이와 노약자는 물론 건강한 사람까지도 면역성이 떨어지면서 심각한 질환에 직면하는 경우가 있을 수 있다.
한편, 우리나라에서의 초미세먼지는 입자의 직경 크기가 2.5 마이크로미터(um) 이하인 먼지를 지칭한다.
미세먼지의 입자는 미세먼지의 핵에 여러 종류의 오염물질이 엉겨 붙어 구성될 수 있는 것으로 호흡하는 경우 호흡기를 통하여 인체 내에 유입된다. 이러한 미세먼지를 호흡 등을 통하여 장기간 흡입하는 경우 코점막을 통해 걸러지지 않고 허파꽈리의 세포까지 직접 침투되게 되며, 천식이나 폐 질환 발생, 조기사망률 증가에 까지 영향을 준다. 즉, 많은 연구 결과에서는 미세먼지에 장기적이며 지속적으로 노출되는 경우 건강에 나쁜 신체변화의 영향이 나타나며, 단시간 흡입으로는 갑자기 나쁜 신체변화가 나타나지는 않는 것이 일반적인 것으로 알려져 있다.
그러나 일반 어린이, 노인, 호흡기 질환자 등이 포함되는 노약자는 단기간 동안 노출되는 경우에도 건강에 직접적인 영향을 미칠 수 있으므로 각별한 주의가 필요하고 건강한 일반인의 경우에도 주의를 필요로 함은 매우 당연하며, 특히, 임산부의 경우에는 조산이나 태아의 성장부진, 인지발달 저하 등의 영향을 주는 것으로 잘 알려져 있다.
일반적으로 미세먼지가 눈에 침투하면 알레르기성 결막염, 각막염 등에 영향을 미치고, 코에는 알레르기성 비염에 영향을 미치며, 기관지에는 기관지염, 폐기종, 천식 등에 영향을 미치고, 허파에는 폐포에 흡착되어 폐세포를 손상시키면서 산소교환이 어렵게 되어 인체의 면역 기능을 떨어뜨리므로 각종 질환을 더욱 악화시키며 세포에 침투하여 혈관을 타고 돌면서 혈관손상, 협심증, 뇌졸중 등이 포함되는 심혈관질환의 원인이 되는 것으로 알려져 있다. 또한, 인체에 침투된 미세먼지는 잘 배출되지 않고 쌓이면서 각종 치명적인 질환, 질병을 불러 일으키는 것으로 알려져 있다.
인간은 누구나 비, 바람, 햇빛, 유해한 동물 등으로부터 안전하게 보호받고 사생활 보호 및 편리성 등을 추구하기 위하여 위험, 위해한 물질 등으로부터 안전하게 보호되거나 격리, 차단, 밀폐된 공간 또는 실내 영역 안에서 생활하는 것이 비교적 바람직하다.
이와 같이 차단, 밀폐 또는 격리된 실내 공간은 공기의 순환이나 배출이 원활하게 이루어지지 않을 수 있으므로 각종 미세먼지, 유해가스, 곰팡이, 유해세균 등이 쉽게 번식하거나 오염될 수 있으며 이러한 오염물질은 호흡기를 통해 인체 내부로 침투하거나 옷이나 몸 등에 묻어 전파되므로 면역력이 비교적 떨어지는 노약자, 어린이들에게 각종 질병을 쉽게 퍼트릴 수 있다.
밀폐되거나 격리되거나 차단된 실내 공간의 공기를 정화하기 위하여 환기를 자주시키는 방법이 있으나 최근 공업화의 산물인 미세먼지가 환기과정에서 유입되는 경우가 있고, 주변환경의 공기(대기) 중 미세먼지의 농도가 높은 경우는 어린이와 노약자를 포함하여 실외활동을 자제시키는 분위기가 조성되고 있다. 특히, 최근에는 중국 등으로부터 대기를 타고 유입되는 황사에 공업화 등에 따른 미세먼지와 각종 오염물질, 병균, 세균 등이 함께 도래하고 있으므로 이러한 문제를 해결하기 위한 논의가 심각하게 거론되고 있는 실정이다.
일반적으로 미세먼지는 입자 지름이 10 마이크로미터(um) 이하 크기인 것을 지칭하고 있으며 이러한 크기의 미세먼지는 일반적인 마스크로 걸러내기 매우 어렵고 호흡 등에 의하여 폐포 깊숙이 침투하는 경우 각종 호흡기 질환 및 질병의 직접적인 원인이 되고 있으며, 초미세먼지의 입자는 피부에 접촉되는 경우 세포로 직접 침투하는 것으로 알려져 있다.
한편, 인접한 이웃 국가의 급속한 공업화에 의하여 오염물질인 납, 카드뮴, 황산화물, 질소산화물, 이산화황, 암모니아, 탄소화합물 등과 같은 이온성분의 유독성 화합물, 중금속, 금속화합물 등이 대기 중으로 배출되고 미세먼지에 혼합되어 계절풍인 북서풍의 바람을 타고 국내로 대량 대거 유입되고 있다. 한편, 이러한 미세먼지에 각종 세균, 바이러스 등이 부착되어 유입되는 경우 그 위험성은 더욱 커지게 된다.
이하에서 미세먼지에는 미세먼지의 핵에 각종 유해한 세균, 병균, 곰팡이 및 오염물질인 납, 카드뮴, 이산화황 등과 같은 유독성 화합물, 중금속 등이 포함된 것으로 설명하기로 한다.
미세먼지가 호흡을 통하여 흡입되고 허파로 유입되는 것을 차단하기 위하여 마스크를 사용하는 것이 일반적이지만 입자 지름이 10 마이크로미터(um) 이하인 미세먼지를 차단하는 기능의 마스크는 비교적 가격이 비싸고 소모성이므로 유지비용이 많이 소요되며 또한, 청결하게 관리하는데도 많은 어려움이 있는 등의 문제가 있다.
그러므로 주변 환경의 공기와 각종 용수에 포함된 미세먼지와 세균성 바이러스 및 각종 유해물질을 제거하거나 살균하거나 정화하는 친환경적 기술의 개발 필요성이 매우 크게 대두되고 있으며 현실적으로 매우 시급하게 해결할 과제 중에 하나이다.
이러한 문제를 일부 해결하는 종래기술로 대한민국 특허 등록번호 제10-1456106호(2014. 10. 23.)에 의한 ‘공기정화소재 제조방법 및 상기 제조방법에 의해 제조된 공기정화소재를 이용한 개인용 공기정화 장치’가 있다.
도 1 은 종래기술의 일실시 예에 의한 주변 정화장치를 설명하는 기능 구성도 이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 종래기술을 상세히 설명하면 공기정화소재(100), 정전기유도관(110), 고전압부(120), 자외선다이오드(130), 반사부(140), 스위치부(150), 하우징(160), 클립부(170)로 이루어지는 구성이다.
종래기술의 공기정화소재(100)는 자외선을 받아 음이온을 발생하고 정전기유도관(110)은 정전기를 발생하며 고전압부(120)는 직류 고전압을 출력하고, 자외선 다이오드(130)는 직류 고전압 인가에 의해 자외선을 발생하고, 반사부(140)는 자외선을 일측면으로 집중시키고, 스위치부(150)는 동작전원의 공급을 제어하고, 하우징(160)은 외형을 형성하며, 클립부(170)는 선택된 위치 또는 장소에 간편하게 탈부착시키는 구성이다.
이러한 종래기술은 음이온을 발생하여 공기 중에 포함된 미세먼지와 유해 세균 등을 밀어내는 방식으로 접근을 차단시키는 장점이 있으나 개인용이고 미세먼지와 바이러스?a 포함하는 세균을 제거하지 못하는 문제가 여전히 남아 있다.
또한, 종래기술은 개인용이므로 미세먼지와 바이러스와 각종 유해물질 등으로부터 다수를 동시에 모두 보호하지 못하고 주변의 용수에 포함된 유해물질을 친환경적으로 분해 또는 제거하지 못하는 문제가 여전히 남아 있다.
따라서 주변 공기와 용수에 포함된 각종 유해물질을 친환경적으로 제거하면서 미세먼지를 제거하고 바이러스를 살균하며 인체에 무해하며 지구의 온난화를 방지하는 기술을 개발할 필요가 매우 절실하며 시급하다.
대한민국 특허 등록번호 제10-1456106호(2014. 10. 23.) ‘공기정화소재 제조방법 및 상기 제조방법에 의해 제조된 공기정화소재를 이용한 개인용 공기정화 장치’ 대한민국 특허 등록번호 제10-0823496호(2008. 04. 14.) “이온발생 공기정화 장치 및 공기정화 방법” 대한민국 특허 등록번호 제10-1061227호(2011. 08. 25.) ‘수중 플라즈마 방전을 이용한 수산기 라디칼 수와 수소산소가스 발생장치 및 이를 이용한시스템’ 대한민국 특허 등록번호 제10-1672296호(2016. 10. 28.) “붕소 도프 다이아몬드 전극의 제조방법 및 이로 제조된 붕소 도프 다이아몬드 전극” 대한민국 특허 등록번호 제10-0832793호(2008. 05. 21.) “정전용량식 전자유량계” 대한민국 특허 출원번호 제10-2017-7031359호(2017. 10. 30.) “전원장치 및 제전기” 대한민국 특허 출원번호 제10-2016-0018520호(2016. 02. 17.) “보론 도핑 다이아몬드 전극 제조를 위한 최적 다이아몬드 파우더 결정 방법” 대한민국 특허 출원번호 제10-2009-0104428호(2009. 10. 30.) “수처리용 전해 살균 시스템 및 전해 살균 방법” 대한민국 특허 출원번호 제10-2008-7000384호(2008. 01. 07.) “미세 전극체 및 이를 사용한 이온발생기 및 제전기”
상기와 같은 종래 기술의 문제점과 필요성을 해소하기 위하여 안출한 본 발명은 주변의 공기 또는 용수에 포함된 주변환경으로부터 미세먼지와 바이러스와 녹스, 삭스가 포함되는 악성 유해물질을 친환경적이며 매우 빠르게 제거와 살균과 정화하여 자연환경을 보존하면서 인간의 생활환경을 안전하게 보호하고 유지하는 친환경 라디칼 수 생성 시스템을 제공하는 것이 그 목적이다.
또한, 본 발명은 고도산화공정(AOP)과 비디디(BDD) 전극을 이용하고 일반 식수를 원재료로 이용하면서 고분자 유기물질을 빠르게 산화분해하고 친환경물질로 전환시켜 지구 온난화 방지를 위한 환경개선과 수자원을 확보하는 친환경 라디칼 수 생성 시스템을 제공하는 것이 그 목적이다.
한편, 본 발명은 자외선과 광촉매 반응을 이용하여 친환경적인 라디칼 수를 저렴하며 빠르게 대용량 생산하는 친환경 라디칼 수 생성 시스템을 제공하는 것이 그 목적이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 안출한 본 발명의 친환경 라디칼 수 생성 시스템은 밀폐된 통 형상을 하고 직수가 유입되어 저장되는 직수영역을 형성하는 정수수조부(1000); 상기 정수수조부(1000)의 내부에 고정 설치되며 구분된 영역을 정수영역을 형성하고 유입된 직수에 포함된 이물질의 통과를 차단하여 정수로 변환하는 정수필터부(2000); 상기 정수필터부(2000)의 표면에 이산화티탄이 도포되어 광촉매 작용으로 정수에 포함된 유해물질과 바이러스성 세균을 제거하는 광촉매부(3000); 상기 광촉매부(3000)와 정수에 라디칼수농도관리모듈부(6000)의 해당 제어신호에 의하여 발생된 자외선을 조사하고 포함된 바이러스성 세균을 제거하는 자외선모듈부(4000); 상기 광촉매부(3000)가 통과시킨 정수를 라디칼수농도관리모듈부(6000)의 해당 제어신호로 동작하는 비디디 전극 작용으로 전기분해하여 수산화라디칼기와 과산화수소와 오존을 생성시켜 라디칼 수를 생성하는 비디디모듈부(5000); 상기 자외선모듈부(4000)와 비디디모듈부(5000)에 접속하고 자외선 출력량과 라디칼수의 농도를 감시하고 각각을 제어하는 라디칼수농도관리모듈부(6000); 를 포함할 수 있다.
상기 정수수조부(1000)의 일단에 설치되고 상기 정수필터부(2000)가 형성한 정수영역을 차폐상태로 고정 유지하며 정수영역에 광촉매부(3000)와 자외선모듈부(4000)와 비디디모듈부(5000)를 이격된 상태로 고정 설치 시키는 수조일단마감부(7000); 상기 수조일단마감부(7000)를 경유하여 정수영역으로부터 배출되는 라디칼수의 배출유량을 검출하고 라디칼수농도관리모듈부(6000)에 통보하는 정전용량유량검출부(8000); 를 포함할 수 있다.
상기 수조일단마감부(7000)는 상기 정수영역으로부터 라디칼 수를 유입 받아 배출하는 라디칼수배출구(7010); 를 더 포함할 수 있다.
상기 직수영역에 고정 설치되고 라디칼수농도관리모듈부(6000)의 해당 제어신호에 의하여 직수의 온도를 높이는 예열부(1500); 를 더 포함할 수 있다.
상기 정수수조부(1000)는 SUS 304의 스테인레스 스틸 또는 엔지니어링 플라스틱류 중에서 선택된 어느 하나 또는 어느 하나 이상으로 이루어질 수 있다.
상기 정수필터부(2000)는 직조 직물류와 부직포 직물류 중에서 선택된 어느 하나 또는 어느 하나 이상의 직물류로 이루어잘 수 있다.
상기 정수필터부(2000)는 직경 25 내지 30 나노미터(nm) 크기의 이산화티탄 나노물질이 30 내지 60 나노미터 두께로 도포되고 건조 고착되어 광촉매부(3000)를 형성하는 구성일 수 있다.
상기 정수필터부(2000)는 유입되는 직수에 직접 접하는 외피(2010)와 외피(2010)의 내부 공간에 인접 설치되는 내피(2020)로 이루어지는 구성일 수 있다.
상기 외피(2010)는 직물류 필터로 이루어지고 상기 내피(2020)는 고체 다공성 물질로 이루어지는 구성일 수 있다.
상기 외피(2010)와 내피(2020) 중 선택된 어느 하나 또는 어느 하나 이상은 직경 25 내지 30 나노미터(nm) 크기의 이산화티탄 나노물질이 30 내지 60 나노미터 두께로 도포되고 건조 고착되어 광촉매부(3000)를 형성하는 구성일 수 있다.
상기 자외선모듈부(4000)는 라디칼수농도관리모듈부(6000)로부터 인가되는 해당 제어신호에 의하여 253 내지 255 나노미터(nm) 범위 파장과 185 내지 186 나노미터(nm) 범위 파장의 자외선 중에서 어느 하나 또는 어느 하나 이상을 발생 출력하는 구성으로 이루어질 수 있다.
상기 비디디모듈부(5000)는 티타늄 막대로 이루어지고 표면에 다이아몬드 가루와 붕산으로 코팅되어 양극을 형성하는 양극부(5010); 상기 양극부(5010)의 외부 전체를 절연상태로 감싸는 절연막(5020); 상기 절연막(5020)의 외부 전체를 코일 형상으로 감싸고 음극을 형성하며 스텐레스 스틸로 이루어지는 음극부(5030); 를 포함하는 구성으로 이루어질 수 있다.
상기 양극부(5010)는 전체 직경은 1.4 내지 1.6 밀리미터이며 길이 150 내지 165 밀리미터의 티타늄 막대의 표면에 1 내지 10 마이크로미터 직경 크기의 다이아몬드 가루를 핫 필라멘트 화학적 증기증착(HFCVD) 방식으로 9 내지 10 시간 동안 증착하여 400 내지 500 마이크로미터 두께를 코팅하여 다이아몬트 코팅층을 형성하고 다이아몬드 코팅형성된 층 위에 400 내지 500 마이크로미터 두께로 붕산을 코팅하여 붕산층을 형성하여 이루어지는 구성일 수 있다.
상기 절연막(5020)은 두께 1.2 내지 1.3 밀리미터 두께의 절연물질로 이루어지고 상기 양극부(5010)의 외부 전체를 감싸는 구조로 이루어질 수 있다.
상기 절연막(5020)은 테프론으로 이루어질 수 있다.
상기 음극부(5030)는 외경이 4 밀리미터이고 0.25 밀리미터 직경의 스테인레스 스틸이 1.7 내지 2.2 밀리미터 간격으로 균일하게 나선형으로 감겨 이루어지는 구성일 수 있다.
상기 붕산층은 상기 다이아몬드 층이 형성된 상태를 99.99 % 수소 기체가 532 sccm의 유속으로 유동하고 100 토르(Torr)의 압력이 인가되는 챔버에 투입하여 보론트리옥사이드(B2O3)가 10 시간 동안 증착되어 이루어지되 탄소가 10 sccm의 유속으로 공급되고 탄소에 대한 붕소의 비율을 10**4 ppm으로 혼합되며, 수소 기체는 탄소와 붕소가 이동되는 캐리어 개스(carrier gas)로 사용되어 이루어지는 구성일 수 있다.
상기 라디칼수농도관리모듈부(6000)는 정전용량유량검출부(8000)로부터 인가되는 신호를 분석하여 배출되는 라디칼 수의 유량을 판단하는 라디칼수관리부(6010); 상기 라디칼수관리부(6010)에 접속하고 0.1 초 단위의 타이머 시간 정보를 생성하고 제공하는 타이머부(6020); 상기 라디칼수관리부(6010)의 해당 제어신호에 의하여 자외선모듈부(4000)가 발생하는 자외선의 파장과 출력 레벨을 각각 선택 조절하는 드라이버신호를 생성하여 자외선모듈(4000)에 인가하는 자외선램프드라이버부(6030); 상기 라디칼수관리부(6010)의 해당 제어신호에 의하여 비디디모듈부(5000)에 인가되는 동작전원을 0.1 초 단위로 선택 조절하여 출력하는 비비디드라이버부(6040); 를 포함할 수 있다.
상기 정수영역에 고정 설치되고 상기 라디칼수관리부(6010)의 해당 제어신호에 의하여 상기 정수영역의 온도를 검출하고 통보하는 온도검출부(6050); 를 더 포함할 수 있다.
상기 수조일단마감부(7000)는 정수수조부(1000)의 일단과 나사결합하며 체결 고정되며 실링부재(7020)에 의하여 수밀 상태를 형성하는 구성으로 이루어질 수 잇다.
상기 라디칼수농도관리모듈부(6000)를 내부 일측에 고정 설치하고 수조일단마감부(7000)의 상부에 나사 결합하여 체결 고정되며 일측부에 개구부(9010)를 형성하고 외부로부터 동작전원을 인입하는 관리모듈보호캡부(9000); 를 더 포함할 수 있다.
상기 정수수조부(1000)는 타측단에 설치되고 외부로부터 직수를 유입하는 직수유입구(1010); 를 더 포함할 수 있다.
상기 개구부(9010)를 경유하여 라디칼 수를 배출하는 라디칼수배출구(7010)가 인출된 상태로 설치되는 구성으로 이루어질 수 있다.
상기와 같은 구성의 본 발명은 주변의 공기 또는 각종 용수에 포함된 미세먼지와 바이러스와 녹스, 삭스가 포함되는 악성 유해물질을 친환경적이며 빠르게 제거와 살균과 정화하여 자연환경을 보존하면서 인간의 생활환경을 안전하게 보호 유지하는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 고도산화공정(AOP)과 비디디(BDD) 전극을 이용하고 일반 식수를 이용하면서 고분자 유기물질을 산화분해하고 친환경물질로 전환시켜 지구 온난화 방지를 위한 환경개선과 수자원을 확보하는 장점이 있다.
한편, 본 발명은 자외선과 광촉매 반응을 이용하여 친환경적인 라디칼 수를 저렴하며 빠르게 대용량 생산하는 장점이 있다.
도 1 은 종래기술의 일실시 예에 의한 주변 정화장치를 설명하는 기능 구성도,
도 2 는 본 발명의 일 실 시예에 의한 친환경 라디칼 수 생성 시스템의 기능 구성도,
도 3 은 본 발명의 일 실시 예에 의한 비디디 모듈부의 상세 구성도,
도 4 는 본 발명의 일 실시 예에 의한 라디칼수농도관리모듈부의 상세 기능 구성도,
도 5 는 본 발명의 일 실 시예에 의한 친환경 라디칼 수 생성 시스템의 조립 사시도,
그리고
도 6 은 본 발명의 일 실 시예에 의한 친환경 라디칼 수 생성 시스템의 조립상태 외관도 이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하의 설명에서 OH 라디칼(Radical)과 수산기와 라디칼은 같은 의미이며 문맥 이음에 적합하게 선택적으로 기재하기로 한다.
도 2 는 본 발명의 일 실 시예에 의한 친환경 라디칼 수 생성 시스템의 기능 구성도 이고, 도 3 은 본 발명의 일 실시 예에 의한 비디디 모듈부의 상세 구성도이며, 도 4 는 본 발명의 일 실시 예에 의한 라디칼수농도관리모듈부의 상세 기능 구성도 이고, 도 5 는 본 발명의 일 실 시예에 의한 친환경 라디칼 수 생성 시스템의 조립 사시도 이며, 도 6 은 본 발명의 일 실 시예에 의한 친환경 라디칼 수 생성 시스템의 조립상태 외관도 이다.
지구상에 존재하는 물은 약 14억 Km** 존재하는 것으로 알려져 있고, 이용 가능한 담수는 그 0.01 % 인 것으로 알려져 있다. 이용 가능한 담수의 용량을 추측하고 비교계산을 쉽게 하기 위하여 백두산의 용적을 1400 Km** 로 환산하면 백두산 용적의 100 배에 상당하는 용량이다. 한편, 인구의 증가에 따른 생활, 농업, 공업 용수 부족과 지구 온난화로 특정 지역에서 사막화가 진행되는 가운데 수자원의 확보와 보호는 중요한 현실적 문제가 될 수 있다.
물을 전기분해하기 위하여는 충격 방전의 스파크가 일어나는데 필요한 과전압(overvoltage)의 활성화 에너지가 필요하다.
과전압(overvoltage)은 정상 운전시에 두점 선로사이에서 나타나는 최고 전압값 보다 높은 전압(일반적으로 +5% 이상) 값이 오랜 시간(일반적으로 1 초 이상) 공급되는 현상으로, 전극에서 어떠한 반응이 실제로 일어나고 있을 때의 전압과 동일한 반응이 동일 전극에서 가역적으로 평형을 유지하며 일어나는 전압 차의 전압의 피크치를 넘는 과잉전위 전압으로 정의된다.
일반적으로 백금(Pt) 전극 또는 불용성 금속코팅 전극(DSE : Dimensionally stable electrode)에 의하여 발생되는 과전압(overvoltage)은 수 100 밀리볼트(mV) 이하인데 비하여 비디디(BDD : boron-doped diamond) 전극의 과전압은 1 볼트(V) 이상으로 매우 크다.
물을 전기분해하는 경우 양극에서는 산소원자(O) 2 개가 결합된 O2 발생에 부가하여 수산화라디칼기(OH기, HO*), 과산화수소(H2O2, hydrogen peroxide), 오존(O3, ozone)의 활성산소 생성에 충분히 귀중한(noble) 전위가 유지된다.
이온교환막을 이용한 2실 전해조에서 초순수를 전해할 때 비디디(BDD) 전극에서는 과산화수소(H2O2)와 오존(O3)이 동시에 대량 합성되고, 전자스핀공명(ESR ; Electron Spin Resonance)에 의해서는 OH기(HO*)가 검출된다.
비디디(BDD) 전극을 사용한 전해조에서는 오존(O3)을 주성분으로 하는 고도산화공정(AOP : advanced oxidation process)에 의하여 오존발생이 발생하며 다음과 같은 화학식으로 발생된다.
화학식 1 ---
Figure pat00001
이산화납(PbO2), 백금(Pt), 이산화티탄(TiO2), 이산화주석(SnO2) 및 등록상표 DSE로 이루어지는 전극은 비디디(BDD) 전극 보다 산화력이 작고 안정성이 부족하며 큰 전류밀도를 흘릴 수 없는 문제가 있다.
비디디(BDD) 전극이 무기물을 전기분해하는 특성을 살펴보기로 한다.
0.5 몰(mol) dm**-3 의 소금(염화나트륨, NaCl, sodium chloride)과 0.2 몰 dm**-3 의 황산나트륨(Na2SO4) 수용액을 사용하는 경우 백금(Pt)의 양극은 소금(NaCl) 수용액에서 Cl2가 발생하고, 황산나트륨(Na2SO4) 수용액에서는 O2가 발생한다.
비디디(BDD)의 양극은 백금(Pt)의 양극에 비하여 2 배 이상 빠른 속도로 차아염소산(HClO)을 생산(생성)하고 원료염분은 과염소산이온(ClO4-)으로 산화된다.
과염소산이온(ClO4-)으로 산화시키는 BDD 전극은 백금(Pt) 전극보다 우수한 성능을 발휘한다. 또한, BDD 전극은 과황산이온(S2O82-) 수용액에서 70 % 이상의 전류 효율을 얻을 수 있다.
과탄산이온(C2O62-)의 탄산염과 알칼리를 원료로 하고 BDD 전극을 사용하는 저온 전해에서는 상용의 백금(Pt) 전극과 비교하여 3 배 이상의 효율을 얻는다.
요소산(IO3-)은 과요소산이온(IO4-)을 고효율로써 합성시킬 수 있다.
또한, BDD 전극은 용융염에서 불소(F2)와 질화불소(NF3)를 가스 합성하는데 있어서 흑연과 니켈(Ni)을 대체하는 전극으로 주목 받는다.
비디디(BDD) 전극이 유기물을 전기분해하는 특성을 살펴보기로 한다.
BDD 전극은 포름산, 페놀 등의 분해대상 물질에서 종래의 전극에 비교하여 이산화탄소(CO2) 를 분해하는 특성이 뛰어나고 또한, 산화환원에 의해 유기화합물을 저분자로 분해하는 유기폐수처리 응용 분야에서 적합하다는 수 많은 보고서가 알려져 있다.
유기물의 분해 방식에는 ① 직접전해, ② 전극표면에 생긴 OH기에 의한 간접전해, ③ 오존, 과산화수소와 전해질 본래의 과산화물 등의 활성종에 의한 간접전해, ④ 활성종에서 생긴 OH기에 의한 간접전해 가 있다.
BDD 전극은 간접반응을 발생하므로 저농도의 대상물질을 분해와 살균 처리하는데 유용하다.
일례로, Cyan 착체는 PbO2 전극으로써도 분해될 수 있지만 BDD 전극을 사용하는 편이 보다 작은 전기량으로 분해를 가능하게 하고 또한, 장치의 크기 또는 규모를 작게할 수 있다.
포름산의 분해전위는 O2 발생전위보다 낮으므로 산화반응이 용이하게 진행될 수 있다. Na2CO3 및 NaHCO3 수용액에서 포름산 농도에 대응하는 총 유기탄소(TOC; Total Organic Carbon) 감쇠비율은 BDD 전극이 현저하게 우수하다.
한편, 페놀(C6H5OH)의 분해전위는 O2 발생전위보다 낮으므로 용이하게 산화반응이 진행할 수 있다. 관(pipe)상의 전해조 내에 BDD 전극을 설치하고 화학도금 폐수처리를 실시하면, BDD 전극의 음극표면에 금속회수와 동시에 잔존하는 차아인산, 아인산과 유기화합물을 산화 분해할 수 있고, 방류 가능한 농도영역까지 감소시킬 수 있는 장점이 있다.
BDD 전극을 이용하여 산업공업용수에 함유된 유기물질을 분해하는 시험이 매우 많이 보고되고 있다. TOD, 화학적 산소요구량(COD; Chemical Oxygen Demand)을 감소시키고 난분해성 물질의 킬레이트제, 불소계 계면활성제의 분해가 가능하며, 도금폐수에서는 광택제를 분해하여 회수 및 재이용할 수 있는 것으로 주목된다.
BDD 전극을 이용하면 농축산업의 토양수는 비료와 가축사료에 존재하는 질소성분을 제거 분해하는 것도 가능하다. 생태계에 영향이 심각한 환경호르몬과 유기 인 화합물인 농약(Methamidophos) 등의 살충제와 제초제 분해도 가능한 것으로 알려지고 있다.
BDD 전극은 전해기능수와 오존수 생성에도 적합하다. BDD 전극은 기존의 세정소독약품을 대체하는 현장 합성기술로서 약품의 보존관리의 번거로움을 생략할 수 있고, 약품 사용량을 감소 시킨다.
BDD 전극은 내구성이 높아 전자부품 세정에도 사용되며 산성 전해수는 차아염소산나트륨(NaClO4)과 비교하여 해리하지 않는 HClO 이 많기 때문에 살균력이 수십 배에 달한다.
봉상의 BDD양극에 띠 모양의 불소수지계 이온교환막과 H2 발생극인 음극선을 감은 전극-막 접합체는 전류의 증가에 따라 오존수 농도가 증가하였다. Cl-농도 1 몰 dm-3 이하에서는 오존수가 생성되고, Cl-농도 3 몰 dm-3 이상에서는 HClO 가 생성된다.
BDD 전극을 사용하여 HClO를 생성하는 경우에는 Cl-농도가 3 몰 dm-3 이상이 바람직하다.
봉상의 BDD 전극 2개에 격막의 Sheet 상의 막과 음극선을 감아 양극과 Sheet 상의 막 사이의 틈새를 흐름통로로 하면 음극에서 H2 가스를 분리시킬 수 있다. 분리형 전극은 높은 오존가스 분압이 유지되기 때문에 혼합형 전극의 3 배에 이르는 고농도 오존수 생성이 가능하다.
BDD 전극은 오염물질 검출용 센서, 과산화물의 전해 합성, 살균 폐수처리, 유가금속의 회수, 탈취, 도금, 전기투석, 전해가공 등에 유용하게 응용될 수 있고, 단순한 직접전해와 간접전해의 작용을 기대할 수 있으며, 음극과 격막 및 전해질을 포함하여 높은 활성물질의 반응장과 반응시스템을 구축할 수 있는 장점이 있는 것으로 확인된다.
다이아몬드는 무색투명하고 견고하여 공업용이나 보석용으로 사용되지만 지구환경 오염방지와 수자원 확보를 위한 전기화학 전극재료로 개발 및 사용되고 있다. 다이아몬드는 활성화 에너지가 높기 때문에 높은 전압에서도 내구성이 강한 장점이 있다.
다이아몬드는 에너지 갭이 큰 반도체이지만 내구성이 강하며 첨가제를 가하여 전기화학적 저항을 감소시킬 수 있다. 최근 Permelec Electrode사는 다이아몬드 막을 코팅하여 수자원확보를 위한 붕산을 첨가한 다이아몬드 코팅전극을 개발하였다. 다이아몬드 코팅 전극은 친환경 전기화학적 기술이며 고분자의 유기물질을 산화분해하고 물질로 전환시킨다. 전기화학적 분해는 지구온난화 방지를 위한 환경개선과 수자원을 확보하는 장점이 있다.
또한, 다이아몬드 코팅전극은 과염소산 이온이나 차아염소산, 과황산이온, 과탄산이온을 발생시켜 유기물분해, 살균, 표백, 탈색처리를 할 수 있고, 과전압이 높으므로 전기화학적으로 내식성과 내구성이 강하며 기존의 백금, 이산화이리듐, 이산화납 전극보다 양극에서 오존과 과산화수소를 10 내지 300 배 발생시키며 유기물이나 폐수처리, 살균, 표백작용도 강하다. 미국 식품의약국은 붕산첨가 다이아몬드전극으로 식품저장, 살균제를 개발하고 있으며 인체장기 기능회복을 위한 전해육각수 개발에도 활용된다.
고도산화공정(AOP : advanced oxidation process)은 OH 라디탈을 이용한 산화반응을 통하여 물이나 폐수속의 유기용매 또는 무기용매를 제거하는 화학적 처리방법 또는 기술이다. 현실적으로 폐수처리에서는 오존(O3)과 과산호수소(H2O2) 또는 자외선(UV)을 사용하는 화학공정이 사용된다.
고도산화공정(AOP)은 반응성이 매우 높은 하이드록실 라디칼(*OH) 등을 이용하고, 이러한 화학종은 현존하는 가장 강력한 산화제이며 물에 녹아 있는 그 어떠한 화합물도 산화시킬 수 있으며, 확산제어 및 반응속도를 통해 작용한다.
하이드록실 라디칼(*OH)은 생성되는 순간부터 다양한 오염물질과 적극 반응하여 오염물질을 작은 무기분자로 매우 빠르며 효율적으로 산화시키고 분해시키며, 하이드록실 라디칼(*OH)은 1개 또는 여러 개의 산화제(오존, 과산화수소, 산호이온 등), 에너지원이나 촉매(자외선, 이산화티타늄 등)로부터 생성되고, 수득률을 높이기 위하여 반응물의 투여량과 순서, 조합 등의 조건이 매우 정확하며 사전 준비되고 예상된 상태로부터 반응시켜야 한다.
AOP 공정은 잘 조정된 반응조건의 경우 적어도 5 ppb 에서 수백 ppm 까지 활용하여 오염불질의 초기 농도를 줄이고, 총 유기탄소량과 화학적 산소 요구량을 감소시킨다. 특히, 폐수 속에 녹아있는 방향족 화합물, 살충제, 석유계 구성성분, 휘발성 유기화합물 등과 생물학적으로 독성이거나 잘 분해되지 않는 물질을 대상으로 유용하게 사용된다. 한편, 2차 처리를 마친 폐수를 다시 살균 소독하는 3차 처리에도 이용되는 경우 대량의 오염물질이 물, 이산화탄소, 염과 같은 안정된 무기화합물로 변환(미네랄화) 된다. 그리고 깨끗이 처리된 폐수의 독성과 화학 오염불질을 줄여 폐수를 다시 시냇물이나 재래식 하수 처리장으로 보낼 수 있다. 또한, 높은 산화력과 효율에 의하여 다루기 힘든 유기물과 무기물을 제거하는 3차 처리 과정에서도 많이 사용된다.
AOP 공정의 화학적 원리는 크게 3 가지가 있다.
첫째 ; 하이드록실 라디칼(*OH)의 형성.
둘째 : 하이드록실 라디칼(*OH)의 표적분자에 대한 초기 반응과 부산물에 대한 파괴.
셋째 : 최종 무기화 작용으로 진행될 때 까지 하이드록실 라디칼(*OH)에 이한 후속적 반응.
하이드록실 라디칼(*OH)의 합성 메커니즘은 고도산화공정 기술의 종류에 크게 의존하며, 일 례로, 오존화, 자외선/과산화수소, 광촉매 산화작용은 각각 다른 하이드록실 라디칼(*OH) 합성 경로를 구성한다.
하나 ; 자외선과 과산화수소 기반의 AOP
Figure pat00002
둘 ; 오존 기반의 AOP
Figure pat00003
Figure pat00004
(두번째 오존 분자가 HO2-와 반응하여 오존 라디칼 음이온(ozonide radical)을 생성한다.)
Figure pat00005
Figure pat00006
셋 ; 이산화티탄을 이용한 광촉매 산화
Figure pat00007
(광촉매의 표면에 빛을 조사시 생기는 들뜸전자(e-)와 궤도에서(h-)를 생성한다.)
Figure pat00008
Figure pat00009
여기서 제시된 반응 단계는 반응순서의 일부일 뿐이다.
‘셋’ 부분의 자세한 메커니즘에 대한 정설은 존재하지 않지만 ‘둘’ 부분의 반응에서 하이드록실 라디칼(*OH)에 의한 표적분자의 산화과정에 관한 실마리는 확인 된 것으로 알려지고 있다.
본질적으로 하이드록실 라디칼(*OH)은 라디칼 분자이고 반응성이 매우 높은 친전자체로 작용하며, 초기 산화반응 중 수소제거 반응과 첨가 반응이 필요하다.
아래는 하이드록실 라디칼(*OH)을 이용한 벤젠의 산화 메카니즘이다.
Figure pat00010
‘둘’의 초기 반응은 (A)의 방향족 고리를 분해시켜 중간체(C)에 있는 2개의 하이드록실기(-OH)를 만드는 친전자성 반응이다. 나중에 하이드록실 라디칼(*OH) 분자가 하이드록실기(-OH) 중 하나에 있는 수소 원자를 붙잡게 되고 라디칼종(D)을 만든다. 이 화합물은 더욱 안정한 (E)로 쉽게 재배열되고 (E)는 순조롭게 하이드록실 라디칼(*OH)의 산화를 받고 2,4-hexadiene-1,6-dione(F)를 생성한다.
충분한 하이드록실 라디칼(*OH)이 있는 이상 (F) 이후로는 계속 산화가 일어나고 마지막에는 (F)가 H2O 또는 CO2 같은 작고 안정된 분자로 분해된다.
고도산화공정(AOP) 또는 고도산화반응은 수처리에서 많은 장점이 있다. 그 중 하나가 수용성 상태의 유기화물물을 효과적으로 제거하며, 오염물질을 다른 상태로 바꾸거나 흡착하여 포집하는데 능률적이다.
하이드록실 라디칼(*OH)의 큰 반응성에 의하여 모든 수용성 오염물질과 무차별적 반응이 이루어지며, 다양한 유기오염물질 제거 분야에 많이 활용된다.
일부 중금속은 침전된 M(OH)x 형태로 제거되면, 소독작용이 가능하므로 수질문제를 한번에 해결하게 된다. 또한, 생성된 하이드록실 라디칼(*OH)이 감소된 후에는 하이드록실 라디칼(*OH)이 환원되어 최종적으로 물(H2O)이 생성되므로 다른 해로운 물질이 남지 않는다.
고도산화공정(AOP)에는 산화티탄/자외선 시스템, 과산화수소/자외선 시스템, 펜톤(fenton), 광-펜톤(photo-fenton) 그리고 전자-펜톤 시스템(electro-fenton system)이 있으며 계속 다른 시스템이 개발되고 있는 실정이다. 일 예로 산화티탄에 비금속 원소를 투여하여 광촉매성을 증신시키거나 초음파 처리를 적용하여 하이드록실 라디칼(*OH)의 생성을 중가시키는 기술 등과 같다.
핫 필라멘트 화학적 증기 침착(HFCVD : hot-filament chemical vapour deposition) 방법은 다이아몬드를 코팅하는데 많이 사용되는 코팅 기술이다. HFCVD 기술을 이용한 다이아몬드 필름 침작(코팅)은 공구, 기계 구성 요소, 전극 등의 제작에 적합하며 화학적으로 안정하고 윤활 상태가 좋지 않은 상태에서도 마찰 계수가 매우 낮으며 마모성 물질과 접촉 시에도 최고의 마모 저항성을 갖는 특징이 있으며 일반적으로 잘 알려져 있다 .
광촉매(photocatalyst)란 광화학(photochemistry)과 촉매(catalyst)가 결합된 의미로 빛에너지에 의하여 활성을 나타내는 촉매를 말한다. 일반적으로 촉매란 촉매 자신은 변화하지 않으면서 화학반응의 속도를 빠르게 또는 느리게 조절하는 역할을 하는 것으로서, 화학반응 과정에서는 열이나 기타 에너지원들이 사용되는데, 광촉매의 경우에는 화학반응에 사용되는 에너지로 빛을 사용한다. 햇빛이나 또는 인공 광에 의한 빛에너지를 촉매에 조사하면 빛에너지를 흡수한 촉매가 활성을 나타내어 유기물들을 산화 또는 환원시키는 역할을 한다.
광촉매의 기능이 있을 때에는 빛 에너지를 흡수하는 것이 반드시 필요하다. 널리 이용되고 있는 기존 광촉매인 산화티타늄 또는 이산화티타늄(TiO2)이 흡수할 수 있는 것은 빛의 파장이 약 380 nm 이하의 자외선이다. 이러한 산화티타늄의 광촉매반응은 자외선이 조사될 때에만, 자외선의 광량만큼 반응이 일어난다.
이하의 설명에서 산화티타늄 또는 이산화티타늄은 같은 의미이고 문맥에 적합하게 선택적으로 사용하기로 한다.
이러한 산화티타늄은 백색 안료나 고주파용 콘덴서 소재, 저반사 코팅 등의 광학 재료, 쎈서 및 보호재료 등으로 매우 광범위하게 이용되고 있으며 특히 무한한 응용 가능성을 지닌 새로운 환경 개선형 광촉매 소재로써 매우 활발하게 연구되어지고 있다.
반도체 재료인 이산화티타늄의 광활성에 관한 연구는 1972년 후지시마 교수에 의하여 발표된 혼다-후지시마 효과에 그 시초를 두고 있다. 이산화티타늄 전극과 백금 전극으로 이루어진 전지에 광을 조사하면 약 -0.5 V에서 물의 분해가 일어나며 이산화티타늄 전극의 표면에서 산소가 발생하고 백금 전극의 주변에서 수소가 발생한다. 이는 물의 통상적인 산화 분해 전위인 +1.23 V에 크게 못 미치는 전위에서 발생하는 특이한 현상으로 후지시마 교수는 이러한 현상을 자외선에 의해 이산화티타늄의 가전자띠(valance band)의 전도띠(conduction band)로 전이되며 이때 발생하는 정공에 의하여 물의 산화가 일어나 수소를 발생시키는 것으로 설명하였다.
티타늄 광물은 지구상에서 9 번째로 흔한 광물이며 지맥의 0.6 %, 지표의 약 1 % 정도를 차지한다.
반도체 성질의 광촉매 물질에 고유의 띠에너지－반도체 물질 내에는 전자가 채워지지 않은 전도띠(Conduction Band, E cb)와 전자가 채워져 있는 공유띠(Valaence Band, E vb)라는 원자궤도들의 선형결합으로 이루어진 분자궤도가 존재한다. 이에 따라, 이 두 띠의 사이에는 전자가 점유할 수 없는 금지된 공간이 존재한다. 이를 띠에너지(Eg)라 하며, 그 크기는 E cb -E vb 에 해당한다. － 이상의 빛에너지를 받고 E vb 내의 전자(e-)가 여기된 후(Excitation) 생성된 전자(e-)와 정공(h+) 쌍이 유익하게 쓰이는 광화학 시스템은 기존 반응기 설계의 제약을 해소할 수 있는 빛의 전달을 가능하게 한다.
광화학 반응의 과정을 거쳐 빛에너지를 화학에너지 또는 전기에너지로 전환시키는 것은 생성된 전자/정공이 광촉매에 흡착되거나 확산층(Diffusion Layer) 내에 있는 물질을 환원/산화시키거나, 구성된 전극회로에 의하여 전류를 생성시킴으로 가능하다. 이를 활용하면 주변의 유기물질을 분해하는 환경정화는 물론, 물분해 수소제조, 태양전지 등에 활용할 수 있는 장점이 있다.
일 실시 예로, 25 내지 30 나노미터(nm) 크기의 이산화티탄 나노물질 1 그람(g)으로 90 평방미터(m**2)를 코팅할 수 있다. 또한, 5 내지 10 나노미터(nm) 크기의 나노물질 1 그람으로 280 평방미터(m**2)를 코팅할 수 있다. 코팅된 광촉매는 미세먼지를 분해하는 작용을 하고, 바이러스를 제거하는 방역의 약리성이 있다.
크기가 나노미터로 작은 이산화티탄 나노물질은 식용으로 먹을 수도 있고 화이트 초코렛의 재료로도 사용되며 인체에 무해한 친환경 소재이다.
OH 라디칼(Radical, 수산기)는 강력한 산화력을 가지고 있으며 불소(F) 다음으로 강력한 산화력이 있고 오존(O3)과 염소(ClO2)보다 강력하며 강한 산화력에 의하여 살균력과 소독력과 분해력이 매우 우수한 특성을 가지고 있으나 불소, 염소, 오존처럼 인체에 독성이 있거나 유해한 물질이 아니다. 또한, 산소 음이온계 천연물질의 일종이고 인체에 무해하며 빠르게 분해되어 친환경적인 특성이 있다.
본 발명은 이러한 특성의 라디칼 수(water)를 저렴한 비용으로 대량 생산하는 기술을 제공하는 것이 포함된 다수의 기술적 사상 중에 하나이다.
이하, 첨부된 모든 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 의한 친환경 라디칼 수 생성 시스템(900)을 상세히 설명하면 정수수조부(1000)와 정수필터부(2000)와 광촉매부(3000)와 자외선모듈부(4000)와 비디디모듈부(5000)와 라디칼수농도관리모듈부(6000)와 수조일단마감부(7000)와 정전용량유량검출부(8000)와 예열부(1500)와 관리모듈보호캡부(9000)를 포함하는 구성이다.
정수수조부(1000)는 밀폐된 통 형상을 하고 직수가 유입되어 저장되는 직수영역을 형성한다. 정수수조부(1000)는 SUS 304의 스테인레스 스틸 또는 엔지니어링 플라스틱류 중에서 선택된 어느 하나 또는 어느 하나 이상으로 구성된다.
정수수조부(1000)는 타측단에 설치되고 외부로부터 직수를 유입하는 직수유입구(1010)를 포함한다.
예열부(1500)는 직수영역에 고정 설치되고 라디칼수농도관리모듈부(6000)로부터 인가되는 해당 제어신호에 의하여 유입된 직수의 온도를 섭씨 28 내지 75 도 범위가 되도록 가열한다.
정수필터부(2000)는 정수수조부(1000)의 내부에 고정 설치되며 구분된 영역을 정수영역을 형성하고 유입된 직수에 포함된 이물질의 통과를 차단하여 정수로 변환한다. 정수필터부(2000)는 직조 직물류와 부직포 직물류 중에서 선택된 어느 하나 또는 어느 하나 이상의 직물류로 이루어진다.
제 1 실시 예로, 정수필터부(2000)는 직경 25 내지 30 나노미터(nm) 크기의 이산화티탄 나노물질이 30 내지 60 나노미터 두께로 도포되고 건조 고착되어 광촉매부(3000)를 형성한다.
제 2 실시 예로 정수필터부(2000)는 유입되는 직수에 직접 접하는 외피(2010)와 외피(2010)의 내부 공간에 인접 설치되는 내피(2020)로 이루어진다.
외피(2010)는 직물류 필터로 이루어지고 내피(2020)는 고체 다공성 물질로 이루어지며, 외피(2010)와 내피(2020) 중 선택된 어느 하나 또는 어느 하나 이상은 직경 25 내지 30 나노미터(nm) 크기의 이산화티탄 나노물질이 30 내지 60 나노미터 두께로 도포되고 건조 고착되어 광촉매부(3000)를 형성한다.
광촉매부(3000)는 정수필터부(2000)의 표면에 이산화티탄이 도포되어 광촉매 작용으로 정수에 포함된 유해물질과 바이러스성 세균을 제거한다.
자외선모듈부(4000)는 광촉매부(3000)와 정수에 라디칼수농도관리모듈부(6000)로부터 인가되는 해당 제어신호에 의하여 발생된 자외선을 조사하고 포함된 바이러스성 세균을 제거한다.
자외선모듈부(4000)는 해당 제어신호에 의하여 253 내지 255 나노미터(nm) 범위 파장과 185 내지 186 나노미터(nm) 범위 파장의 자외선 중에서 어느 하나 또는 어느 하나 이상을 발생 출력한다.
비디디모듈부(5000)는 광촉매부(3000)가 통과시킨 정수를 라디칼수농도관리모듈부(6000)로부터 인가되는 해당 제어신호로 동작하는 비디디(BDD) 전극 작용으로 전기분해하여 수산화라디칼기와 과산화수소와 오존을 생성시켜 라디칼 수를 생성한다.
비디디모듈부(5000)는 양극부(5010)와 절연막(5020)과 음극부(5030)를 포함하는 구성이다.
양극부(5010)는 티타늄 막대로 이루어지고 표면에 다이아몬드 가루와 붕산으로 코팅되어 양극을 형성하는 구성이고, 전체 직경이 1.4 내지 1.6 밀리미터이며 길이 150 내지 165 밀리미터의 티타늄 막대의 표면에 1 내지 10 마이크로미터 직경 크기의 다이아몬드 가루를 핫 필라멘트 화학적 증기증착(HFCVD) 방식으로 9 내지 10 시간 동안 증착하여 400 내지 500 마이크로미터 두께를 코팅하여 다이아몬트 코팅층을 형성하고 다이아몬드 코팅 형성된 층 위에 400 내지 500 마이크로미터 두께로 붕산을 코팅하여 붕산층을 형성한다.
붕산층은 다이아몬드 층이 형성된 상태를 99.99 % 수소 기체가 532 sccm의 유속으로 유동하고 100 토르(Torr)의 압력이 인가되는 챔버에 투입하여 보론트리옥사이드(B2O3)가 10 시간 동안 증착되어 이루어지되 탄소가 10 sccm의 유속으로 공급되고 탄소에 대한 붕소의 비율을 10**4 ppm으로 혼합되며, 수소 기체는 탄소와 붕소가 이동되는 캐리어 개스(carrier gas)로 사용되어 이루어진다.
절연막(5020)은 양극부(5010)의 외부 전체를 절연상태로 감싸는 구성이다.
절연막(5020)은 두께 1.2 내지 1.3 밀리미터 두께의 절연물질로 이루어지고 양극부(5010)의 외부 전체를 감싸는 구조로 이루어진다. 절연막(5020)은 테프론으로 이루어진다.
음극부(5030)는 절연막(5020)의 외부 전체를 코일 형상으로 감싸고 음극을 형성하며 스텐레스 스틸로 이루어진다.
음극부(5030)는 외경이 4 밀리미터이고 0.25 밀리미터 직경의 스테인레스 스틸이 1.7 내지 2.2 밀리미터 간격으로 균일하게 나선형으로 감겨 이루어진다.
라디칼수농도관리모듈부(6000)는 자외선모듈부(4000)와 비디디모듈부(5000)에 접속하고 자외선 출력량과 라디칼수의 농도를 감시하며 각각 해당 제어신호를 출력한다.
라디칼수농도관리모듈부(6000)는 라디칼수관리부(6010)와 타이머부(6020)와 자외선램프드라이버부(6030)와 비비디드라이버부(6040)와 온도검출부(6050)를 포함하는 구성이다.
라디칼수관리부(6010)는 정전용량유량검출부(8000)로부터 인가되는 신호를 분석하여 배출되는 라디칼 수의 유량을 측정하고 판단한다.
타이머부(6020)는 라디칼수관리부(6010)에 접속하고 0.1 초 단위의 타이머 시간 정보를 생성하여 제공한다.
자외선램프드라이버부(6030)는 라디칼수관리부(6010)의 해당 제어신호에 의하여 자외선모듈부(4000)가 발생하는 자외선의 파장과 출력 레벨을 각각 선택 조절하는 드라이버신호를 생성하여 자외선모듈(4000)에 인가한다.
비비디드라이버부(6040)는 라디칼수관리부(6010)의 해당 제어신호에 의하여 비디디모듈부(5000)에 인가되는 동작전원을 0.1 초 단위로 선택 조절하여 출력한다.
온도검출부(6050)는 정수영역에 고정 설치되고 라디칼수관리부(6010)의 해당 제어신호에 의하여 정수영역의 온도를 검출하고 통보한다.
라디칼 수 또는 오존은 직수의 온도가 섭씨 28 도 이하로 낮을 경우 발생율이 급격히 낮아지고, 섬씨 75 도 이상으로 높을 경우에도 발생율이 낮아진다. 그러므로 라디칼수관리부(6010)로부터 인가되는 해당 제어신호에 의하여 입수되는 직수의 온도를 섭씨 28 내지 75 도 범위가 유지되도록 제어하고 감시한다.
수조일단마감부(7000)는 정수수조부(1000)의 일단에 설치되고 정수필터부(2000)가 형성한 정수영역을 차폐상태로 고정 유지하며 정수영역에 광촉매부(3000)와 자외선모듈부(4000)와 비디디모듈부(5000)를 이격된 상태로 고정 설치시킨다.
수조일단마감부(7000)는 정수영역으로부터 라디칼 수를 유입 받아 배출하는 라디칼수배출구(7010)를 더 포함하는 구성이다.
또한, 수조일단마감부(7000)는 정수수조부(1000)의 일단과 나사결합하며 체결 고정되며 실링부재(7020)에 의하여 수밀 상태를 형성하는 구성이다.
정전용량유량검출부(8000)는 수조일단마감부(7000)를 경유하여 정수영역으로부터 배출되는 라디칼수의 배출유량을 검출하고 라디칼수농도관리모듈부(6000)에 통보한다. 정전용량유량검출부(8000)의 구성과 적용은 대한민국 특허 등록번호 제10-0832793호(2008. 05. 21.) “정전용량식 전자유량계”에 상세히 잘 설명되어 있으므로 더 이상 구체적으로 설명하지 않기로 한다.
관리모듈보호캡부(9000)는 라디칼수농도관리모듈부(6000)를 내부 일측에 고정 설치하고 수조일단마감부(7000)의 상부에 나사 결합하여 체결 고정되며 일측부에 개구부(9010)를 형성하고 외부로부터 동작전원을 인입한다.
개구부(9010)를 경유하여 라디칼 수를 배출하는 라디칼수배출구(7010)가 인출된 상태로 설치된다.
상기와 같은 구성의 본 발명은 오존에 과산화수소를 인위적으로 첨가하는 오존/과산화수소 AOP방법에 해당할 수도 있으나 수용액 상태의 용존 오존을 자외선 에너지에 의하여 광분해 시켜 중간 생성물로 과산화수소가 생성되도록 하는 원리를 이용한 오존/UV AOP 방법에 해당할 수 있으며, 이러한 방식은 오존을 더 빠른 속도로 분해시켜 대량의 OH라디칼 수용액을 생성하는 장점이 있다.
이와 같이 생성된 라디칼은 원자 또는 이온의 싱글(Single) 전자가 최소 1개 이상이므로 살균과 탈취력이 크고 환경친화적이며 자연적 소멸이 빠르게 이루어져 인체에 무해함이 검증된 수산기이다.
단순 교합 방식으로 물에 오존을 용해시키는 경우 용존율이 20 내지 30 프로(%) 범위에 해당하므로 용해되지 못한 나머지 오존은 배오존이며 심한 오존냄새로 남게 되고, 오존 농도를 높이기 위하여는 배오준의 문제를 알면서도 고출력의 오존 발생기를 사용하여 대량의 오존을 강제 투입하는 방식을 사용하고, 더욱 많아진 배오존은 고가의 열차폐장치를 사용하여야 되는 등 구성이 복잡해지고 넓은 설치 면적이 필요한 등의 문제가 있었으나 본 발명은 이러한 문제를 해결하는 것이 기술적 사상이다.
상기 구성의 본 발명은 물 속의 산소가 오존과 만나면서 촉매(Catalyst) 작용에 의하여 활성산소로 변화되면서 용존율이 높은 라디칼 수가 대량 생성되고, 오존수와 비교할 때 특성이나 성질은 비슷하지만 살균력과 탈취력은 매우 뛰어나게 우수한 장점이 있다.
생성된 라디칼 수는 주변의 공기 또는 각종 용수에 포함된 주변환경의 미세먼지와 바이러스와 녹스, 삭스가 포함되는 악성 유해물질을 친환경적이며 빠르게 제거와 살균과 정화하여 자연환경을 보존하면서 인간의 생활환경을 안전하게 보호 유지하고 고도산화공정(AOP)과 비디디(BDD) 전극을 이용하고 일반 식수를 이용하면서 고분자 유기물질을 산화분해하고 친환경물질로 전환시켜 지구 온난화 방지를 위한 환경개선과 수자원을 확보하며, 자외선과 광촉매 반응을 이용하여 친환경적인 라디칼 수를 저렴하며 빠르게 대용량 생산하는 장점이 있다.
OH 라디칼(Radical, 수산기)은 플라즈마와 같이 높고 강력한 에너지 환경에서 생성되고 제 4 의 물질이라고 호칭되며 산소 음이온계 천연물질의 일종이고 인체에 무해하며 산화력이 아주 뛰어난 특징이 있다.
OH Radical(수산기)의 강력한 산화력은 불소(F) 다음으로 강력하고 오존(O3)과 염소(ClO2)보다 강력하며 살균력과 소독력과 분해력이 매우 우수한 특성을 가지고 있으나 불소, 염소, 오존처럼 인체에 독성이 있거나 유해한 물질이 아니다. 라디칼 수는 강력한 살균력, 산화력, 분해력을 가지며 오염물질, 바이러스 등과 반응 후 빠르게 산소(O2)와 물(H2O)로 환원하여 인체에 무해하고 친환경 적이다.
라디칼 수는 오존의 2000 배에 해당하는 살균력, 산화력, 분해력을 가지는 동시에 태양의 자외선보다 180 배 빠른 속도의 살균력과 산화력과 분해력을 가지는 것으로 알려지고 있다(대한민국 특허 등록번호 제10-1808687호).
라디칼 수는 기포 형태로 분산 배출되는 경우 공기 속의 오염물질과 직접 반응하고 폐기할 용수에 혼합되는 상태로 배출되는 경우 용수 속에 포함된 오염물질에 직접관여 하여 살균과 탈취와 분해 하는 작용을 발휘하며, 살균과 탈취와 분해에 사용되고 남은 나머지 라디칼 수는 공기 중에 노출되는 경우 10 내지 15 분 내에 완전 분해되고 물 속에서는 20 내지 30 분 내에 완전 분해되므로 매우 친환경적인 것으로 매우 잘 알려지고 있다(대한민국 특허 출원번호 제10-2014-0051783호 및 제10-2014-0149320호).
유럽과 미국이 포함되는 선진국 등에서는 라디칼 수를 대규모 수도정수장을 필두로 여러 분야에서 대량 사용하면서도 매우 안전하게 사용해 오고 있으며 자연 환경적으로는 지구 성층권에 오존층을 형성하는 물질에 포함되어 강력한 태양 자외선으로부터 인간을 보호해주고 화학적으로는 활성도가 매우 높아 공기와 물속의 박테리아, 바이러스, 곰팡이, 악취가 포함된 각종유해 가스, 인체에 해로운 유기물질(솔벤트, 농약, 중금속성분 등) 등과 산화반응을 일으켜 산화시키는 작용을 한다.
이상에서 본 발명은 기재된 구체 예에 대해서 상세히 설명하였지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
900 : 친환경 라디칼 수 생성 시스템
1000 : 정수수조부 1500 : 예열부
2000 : 정수필터부 2010 : 외피
2020 : 내피 3000 : 광촉매부
4000 : 자외선모듈부 5000 : 비디디모듈부
5010 : 양극부 5020 : 절연막
5030 : 음극부 6000 : 라디칼수농도관리모듈부
6010 : 라디칼수관리부 6020 : 타이머부
6030 : 자외선램프드라이버부 6040 : 비비디드라이버부
7000 : 수조일단마감부 7010 : 라디칼수배출구
7020 : 실링부 8000 : 정전용량유량검출부
9000 : 관리모듈보호캡부 9010 : 개구부

Claims (23)

  1. 밀폐된 통 형상을 하고 직수가 유입되어 저장되는 직수영역을 형성하는 정수수조부(1000);
    상기 정수수조부(1000)의 내부에 고정 설치되며 구분된 영역을 정수영역을 형성하고 유입된 직수에 포함된 이물질의 통과를 차단하여 정수로 변환하는 정수필터부(2000);
    상기 정수필터부(2000)의 표면에 이산화티탄이 도포되어 광촉매 작용으로 정수에 포함된 유해물질과 바이러스성 세균을 제거하는 광촉매부(3000);
    상기 광촉매부(3000)와 정수에 해당 제어신호에 의하여 발생된 자외선을 조사하고 포함된 바이러스성 세균을 제거하는 자외선모듈부(4000);
    상기 광촉매부(3000)가 통과시킨 정수를 해당 제어신호로 동작하는 비디디 전극 작용으로 전기분해하여 수산화라디칼기와 과산화수소와 오존을 생성시켜 라디칼 수를 생성하는 비디디모듈부(5000);
    상기 자외선모듈부(4000)와 비디디모듈부(5000)에 접속하고 자외선 출력량과 라디칼수의 농도를 감시하고 각각을 제어하는 라디칼수농도관리모듈부(6000); 를 포함하는 친환경 라디칼 수 생성 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 정수수조부(1000)의 일단에 설치되고 상기 정수필터부(2000)가 형성한 정수영역을 차폐상태로 고정 유지하며 정수영역에 광촉매부(3000)와 자외선모듈부(4000)와 비디디모듈부(5000)를 이격된 상태로 고정 설치 시키는 수조일단마감부(7000);
    상기 수조일단마감부(7000)를 경유하여 정수영역으로부터 배출되는 라디칼수의 배출유량을 검출하고 라디칼수농도관리모듈부(6000)에 통보하는 정전용량유량검출부(8000); 를 포함하는 친환경 라디칼 수 생성 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 수조일단마감부(7000)는
    상기 정수영역으로부터 라디칼 수를 유입 받아 배출하는 라디칼수배출구(7010); 를 더 포함하여 이루어지는 구성을 특징으로 하는 친환경 라디칼 수 생성 시스템.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 직수영역에 고정 설치되고 라디칼수농도관리모듈부(6000)의 제어신호에 의하여 직수의 온도를 높이는 예열부(1500); 를 더 포함하여 이루어지는 구성을 특징으로 하는 친환경 라디칼 수 생성 시스템.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 정수수조부(1000)는 SUS 304의 스테인레스 스틸 또는 엔지니어링 플라스틱류 중에서 선택된 어느 하나 또는 어느 하나 이상으로 이루어지는 구성을 특징으로 하는 친환경 라디칼 수 생성 시스템.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 정수필터부(2000)는 직조 직물류와 부직포 직물류 중에서 선택된 어느 하나 또는 어느 하나 이상의 직물류로 이루어지는 구성을 특징으로 하는 친환경 라디칼 수 생성 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 정수필터부(2000)는 직경 25 내지 30 나노미터(nm) 크기의 이산화티탄 나노물질이 30 내지 60 나노미터 두께로 도포되고 건조 고착되어 광촉매부(3000)를 형성하는 구성을 특징으로 하는 친환경 라디칼 수 생성 시스템.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 정수필터부(2000)는 유입되는 직수에 직접 접하는 외피(2010)와 외피(2010)의 내부 공간에 인접 설치되는 내피(2020)로 이루어지는 구성을 특징으로 하는 친환경 라디칼 수 생성 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 외피(2010)는 직물류 필터로 이루어지고 상기 내피(2020)는 고체 다공성 물질로 이루어지는 구성을 특징으로 하는 친환경 라디칼 수 생성 시스템.
  10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 외피(2010)와 내피(2020) 중 선택된 어느 하나 또는 어느 하나 이상은 직경 25 내지 30 나노미터(nm) 크기의 이산화티탄 나노물질이 30 내지 60 나노미터 두께로 도포되고 건조 고착되어 광촉매부(3000)를 형성하는 구성을 특징으로 하는 친환경 라디칼 수 생성 시스템.
  11. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 자외선모듈부(4000)는 라디칼수농도관리모듈부(6000)로부터 인가되는 해당 제어신호에 의하여 253 내지 255 나노미터(nm) 범위 파장과 185 내지 186 나노미터(nm) 범위 파장의 자외선 중에서 어느 하나 또는 어느 하나 이상을 발생 출력하는 구성으로 이루어지는 친환경 라디칼 수 생성 시스템.
  12. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 비디디모듈부(5000)는
    티타늄 막대로 이루어지고 표면에 다이아몬드 가루와 붕산으로 코팅되어 양극을 형성하는 양극부(5010);
    상기 양극부(5010)의 외부 전체를 절연상태로 감싸는 절연막(5020);
    상기 절연막(5020)의 외부 전체를 코일 형상으로 감싸고 음극을 형성하며 스텐레스 스틸로 이루어지는 음극부(5030); 를 포함하는 구성으로 이루어지는 친환경 라디칼 수 생성 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 양극부(5010)는
    전체 직경은 1.4 내지 1.6 밀리미터이며 길이 150 내지 165 밀리미터의 티타늄 막대의 표면에 1 내지 10 마이크로미터 직경 크기의 다이아몬드 가루를 핫 필라멘트 화학적 증기증착(HFCVD) 방식으로 9 내지 10 시간 동안 증착하여 400 내지 500 마이크로미터 두께를 코팅하여 다이아몬트 코팅층을 형성하고 다이아몬드 코팅형성된 층 위에 400 내지 500 마이크로미터 두께로 붕산을 코팅하여 붕산층을 형성하여 이루어지는 구성을 특징으로 하는 친환경 라디칼 수 생성 시스템.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 절연막(5020)은
    두께 1.2 내지 1.3 밀리미터 두께의 절연물질로 이루어지고 상기 양극부(5010)의 외부 전체를 감싸는 구조로 이루어지는 구성을 특징으로 하는 친환경 라디칼 수 생성 시스템.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 절연막(5020)은 테프론으로 이루어지는 구성을 특징으로 하는 친환경 라디칼 수 생성 시스템.
  16. 제 12 항에 있어서,
    상기 음극부(5030)는 외경이 4 밀리미터이고 0.25 밀리미터 직경의 스테인레스 스틸이 1.7 내지 2.2 밀리미터 간격으로 균일하게 나선형으로 감겨 이루어지는 구성을 특징으로 하는 유동인구 밀집지역 토탈 방역방제 시스템.
  17. 제 13 항에 있어서,
    상기 붕산층은
    상기 다이아몬드 층이 형성된 상태를 99.99 % 수소 기체가 532 sccm의 유속으로 유동하고 100 토르(Torr)의 압력이 인가되는 챔버에 투입하여 보론트리옥사이드(B2O3)가 10 시간 동안 증착되어 이루어지되 탄소가 10 sccm의 유속으로 공급되고 탄소에 대한 붕소의 비율을 10**4 ppm으로 혼합되며, 수소 기체는 탄소와 붕소가 이동되는 캐리어 개스(carrier gas)로 사용되어 이루어지는 구성을 특징으로 하는 친환경 라디칼 수 생성 시스템.
  18. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 라디칼수농도관리모듈부(6000)는
    정전용량유량검출부(8000)로부터 인가되는 신호를 분석하여 배출되는 라디칼 수의 유량을 판단하는 라디칼수관리부(6010);
    상기 라디칼수관리부(6010)에 접속하고 0.1 초 단위의 타이머 시간 정보를 생성하고 제공하는 타이머부(6020);
    상기 라디칼수관리부(6010)의 해당 제어신호에 의하여 자외선모듈부(4000)가 발생하는 자외선의 파장과 출력 레벨을 각각 선택 조절하는 드라이버신호를 생성하여 자외선모듈(4000)에 인가하는 자외선램프드라이버부(6030);
    상기 라디칼수관리부(6010)의 해당 제어신호에 의하여 비디디모듈부(5000)에 인가되는 동작전원을 0.1 초 단위로 선택 조절하여 출력하는 비비디드라이버부(6040); 를 포함하는 친환경 라디칼 수 생성 시스템.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 정수영역에 고정 설치되고 상기 라디칼수관리부(6010)의 해당 제어신호에 의하여 상기 정수영역의 온도를 검출하고 통보하는 온도검출부(6050); 를 더 포함하는 친환경 라디칼 수 생성 시스템.
  20. 제 2 항에 있어서,
    상기 수조일단마감부(7000)는 정수수조부(1000)의 일단과 나사결합하며 체결 고정되며 실링부재(7020)에 의하여 수밀 상태를 형성하는 구성으로 이루어지는 친환경 라디칼 수 생성 시스템.
  21. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 라디칼수농도관리모듈부(6000)를 내부 일측에 고정 설치하고 수조일단마감부(7000)의 상부에 나사 결합하여 체결 고정되며 일측부에 개구부(9010)를 형성하고 외부로부터 동작전원을 인입하는 관리모듈보호캡부(9000); 를 더 포함하는 친환경 라디칼 수 생성 시스템.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 정수수조부(1000)는 타측단에 설치되고 외부로부터 직수를 유입하는 직수유입구(1010); 를 더 포함하는 친환경 라디칼 수 생성 시스템.
  23. 제 21 항에 있어서,
    상기 개구부(9010)를 경유하여 라디칼 수를 배출하는 라디칼수배출구(7010)가 인출된 상태로 설치되는 구성으로 이루어지는 친환경 라디칼 수 생성 시스템.

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