KR20240052167A - 입자상과 가스상 물질을 동시에 저감할 수 있는 복합 필터 및 이의 제조방법 - Google Patents
입자상과 가스상 물질을 동시에 저감할 수 있는 복합 필터 및 이의 제조방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20240052167A KR20240052167A KR1020220131836A KR20220131836A KR20240052167A KR 20240052167 A KR20240052167 A KR 20240052167A KR 1020220131836 A KR1020220131836 A KR 1020220131836A KR 20220131836 A KR20220131836 A KR 20220131836A KR 20240052167 A KR20240052167 A KR 20240052167A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- filter
- oxide
- composite filter
- gaseous substances
- simultaneously reducing
- Prior art date
Links
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 55
- 239000000126 substance Substances 0.000 title claims abstract description 46
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 38
- 239000004809 Teflon Substances 0.000 claims abstract description 48
- 229920006362 Teflon® Polymers 0.000 claims abstract description 48
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims abstract description 39
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 76
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N nitrogen oxide Inorganic materials O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 57
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 claims description 47
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 claims description 46
- 239000012784 inorganic fiber Substances 0.000 claims description 46
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 41
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 41
- 239000006260 foam Substances 0.000 claims description 38
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 37
- 239000000428 dust Substances 0.000 claims description 25
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 claims description 24
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 claims description 24
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 24
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 23
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 claims description 23
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 claims description 23
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 claims description 23
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 21
- 239000004760 aramid Substances 0.000 claims description 18
- 229920003235 aromatic polyamide Polymers 0.000 claims description 18
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 17
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N Iron oxide Chemical compound [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- AMWRITDGCCNYAT-UHFFFAOYSA-L hydroxy(oxo)manganese;manganese Chemical group [Mn].O[Mn]=O.O[Mn]=O AMWRITDGCCNYAT-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 14
- QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N Copper oxide Chemical compound [Cu]=O QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 13
- 229920001410 Microfiber Polymers 0.000 claims description 10
- 239000003658 microfiber Substances 0.000 claims description 10
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000013618 particulate matter Substances 0.000 claims description 9
- -1 WO 3 ) Chemical compound 0.000 claims description 8
- GEIAQOFPUVMAGM-UHFFFAOYSA-N Oxozirconium Chemical compound [Zr]=O GEIAQOFPUVMAGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 7
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- XHCLAFWTIXFWPH-UHFFFAOYSA-N [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[V+5].[V+5] Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[V+5].[V+5] XHCLAFWTIXFWPH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 claims description 7
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- QGLKJKCYBOYXKC-UHFFFAOYSA-N nonaoxidotritungsten Chemical compound O=[W]1(=O)O[W](=O)(=O)O[W](=O)(=O)O1 QGLKJKCYBOYXKC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 239000011435 rock Substances 0.000 claims description 7
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 claims description 7
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 7
- 229910001930 tungsten oxide Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 229910001935 vanadium oxide Inorganic materials 0.000 claims description 7
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000005751 Copper oxide Substances 0.000 claims description 6
- 229920006231 aramid fiber Polymers 0.000 claims description 6
- 229910000431 copper oxide Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052815 sulfur oxide Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 claims description 3
- XTQHKBHJIVJGKJ-UHFFFAOYSA-N sulfur monoxide Chemical class S=O XTQHKBHJIVJGKJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000012855 volatile organic compound Substances 0.000 claims description 3
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 claims 1
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 12
- 239000002245 particle Substances 0.000 abstract description 8
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 105
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 23
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 13
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 12
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 10
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 9
- 238000005187 foaming Methods 0.000 description 8
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 8
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 7
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 6
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 4
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 4
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 4
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 4
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 4
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 description 3
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 3
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 239000004088 foaming agent Substances 0.000 description 2
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 description 2
- NUJOXMJBOLGQSY-UHFFFAOYSA-N manganese dioxide Chemical compound O=[Mn]=O NUJOXMJBOLGQSY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 238000000879 optical micrograph Methods 0.000 description 2
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 2
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 2
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 description 2
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 2
- 239000002562 thickening agent Substances 0.000 description 2
- 229920000784 Nomex Polymers 0.000 description 1
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 1
- 241000872198 Serjania polyphylla Species 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 239000003463 adsorbent Substances 0.000 description 1
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010531 catalytic reduction reaction Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- NFFYXVOHHLQALV-UHFFFAOYSA-N copper(iii) oxide Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Cu].[Cu] NFFYXVOHHLQALV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000003795 desorption Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 1
- 239000010881 fly ash Substances 0.000 description 1
- 238000002309 gasification Methods 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 239000011858 nanopowder Substances 0.000 description 1
- 239000004763 nomex Substances 0.000 description 1
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 description 1
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 1
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D39/00—Filtering material for liquid or gaseous fluids
- B01D39/14—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D39/00—Filtering material for liquid or gaseous fluids
- B01D39/14—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material
- B01D39/16—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material of organic material, e.g. synthetic fibres
- B01D39/1607—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material of organic material, e.g. synthetic fibres the material being fibrous
- B01D39/1623—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material of organic material, e.g. synthetic fibres the material being fibrous of synthetic origin
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D39/00—Filtering material for liquid or gaseous fluids
- B01D39/14—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material
- B01D39/16—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material of organic material, e.g. synthetic fibres
- B01D39/1669—Cellular material
- B01D39/1676—Cellular material of synthetic origin
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D39/00—Filtering material for liquid or gaseous fluids
- B01D39/14—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material
- B01D39/20—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material of inorganic material, e.g. asbestos paper, metallic filtering material of non-woven wires
- B01D39/2003—Glass or glassy material
- B01D39/2017—Glass or glassy material the material being filamentary or fibrous
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D39/00—Filtering material for liquid or gaseous fluids
- B01D39/14—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material
- B01D39/20—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material of inorganic material, e.g. asbestos paper, metallic filtering material of non-woven wires
- B01D39/2027—Metallic material
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D39/00—Filtering material for liquid or gaseous fluids
- B01D39/14—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material
- B01D39/20—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material of inorganic material, e.g. asbestos paper, metallic filtering material of non-woven wires
- B01D39/2055—Carbonaceous material
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D39/00—Filtering material for liquid or gaseous fluids
- B01D39/14—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material
- B01D39/20—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material of inorganic material, e.g. asbestos paper, metallic filtering material of non-woven wires
- B01D39/2068—Other inorganic materials, e.g. ceramics
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
- B01D53/74—General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
- B01D53/86—Catalytic processes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2239/00—Aspects relating to filtering material for liquid or gaseous fluids
- B01D2239/06—Filter cloth, e.g. knitted, woven non-woven; self-supported material
- B01D2239/065—More than one layer present in the filtering material
- B01D2239/0681—The layers being joined by gluing
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2239/00—Aspects relating to filtering material for liquid or gaseous fluids
- B01D2239/10—Filtering material manufacturing
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2255/00—Catalysts
- B01D2255/20—Metals or compounds thereof
- B01D2255/207—Transition metals
- B01D2255/2073—Manganese
Abstract
본 발명의 일 실시예는 입자상과 가스상 물질을 동시에 저감할 수 있는 복합 필터 및 이의 제조방법을 제공한다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 입자상과 가스상 물질을 동시에 저감할 수 있는 필터는 입자를 제거하는 테프론 필터층과 NOx와 같은 가스상 물질을 제거하는 촉매층을 포함하는 무기질 필터층을 포함함으로서 입자상과 NOx 등의 가스상 물질을 동시 저감할 수 있다.
Description
본 발명은 입자상과 가스상 물질을 동시에 저감할 수 있는 복합 필터 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 입자상 물질을 포집할 수 있는 테프론 필터층과 무기질 섬유 기재와 촉매층 사이에 탄소층이 형성되어 가스상 물질을 제거할 수 있는 무기질 필터층을 포함하는 것을 특징으로 하는 입자상과 가스상을 동시에 저감할 수 있는 복합 필터 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
연소 및 가스화를 통하여 에너지를 생산하거나 폐기물을 소각처리하는 산업공정에서는 배기가스중에 입자상 오염물질 및 가스상 오염물질이 포함되어 배출된다.
이러한 오염물질을 제거하는데 있어서, 입자상 오염물질을 제거하는 집진장치와 가스상 오염물질을 처리하는 스크러버가 일반적으로 사용된다.
입자상 오염물질을 제거하는 집진장치로는 여과집진장치가 가장 일반적으로 사용되고 있으며, 장치의 성능은 내부에 장착되는 여과백에 의해 좌우된다.
또한, 배기가스의 온도범위에 따라 사용되는 여과백의 종류가 달라지며, 약 120℃ 이하의 저온에는 Polyester, Polypropylene 여과백, 120~230℃의 범위에서는 NOMEX, PPS, P84, Laminated Membrane Filter, 그 이상의 온도에서는 금속필터(~500℃) 및 세라믹 필터(~1000℃)가 사용된다.
일반적으로 연소로에서 연소가 이루어지고 보일러를 거쳐 나오는 배기가스의 온도는 약 500℃ 영역이 되며, 이들이 다시 공기예열기를 거치면 약 350℃가 된다. 이때, 금속필터나 세라믹필터는 너무 고가이기 때문에 350℃의 열을 다시 열교환하여 온도를 200℃ 전후까지 떨어뜨린 후 여과집진을 실시하고 있다.
그러나, 이러한 시스템은 경제성 및 환경성 측면에서 문제점을 가지고 있다. 즉, 배기가스 내에는 먼지가 포함 되어 있기 때문에, 이들이 열교환기 표면에 부착되어 파울링을 일으켜 열교환 효율을 떨어뜨리게 된다. 그러므로 비교적 고온에서 먼지를 제거한 후 열교환을 시키는 것이 효과적이다. 최근에는 여과집진장치를 열교환기의 전단에 위치시켜 먼지를 제거한 후 열교환을 하여 열교환효율을 높이는 연구가 진행되고 있다.
최근에 테플론(PTFE) 거품코팅층과 이중층을 이용한 입자상 배가스 처리용 여과체에 대한 특허들이 개발되고 있으나, 입자상 먼지를 제거하는 여과백의 개발은 많이 이루어져 왔지만, 가스상까지 처리할 수 있는 여과백의 개발은 미미한 실정이다.
스크러버와 같은 추가적인 가스상 오염물질 처리장치를 설치하지 않고 가스상 중금속을 처리할 수 있는 유일한 방법으로는 흡착제를 여과집진장치의 전단에서 분사하여 건식으로 처리하는 방식이 있다.
그러나 비산재를 재활용하는 공정에서는 이러한 방법을 사용할 수 없기 때문에 새로운 방법이 요구되고 있다.
따라서, 입자상 및 가스상 오염물질을 제거하기 위한 장치 및 공정에 관한 여전히 많은 도전 과제가 남아 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 입자상 물질을 제거할 수 있는 테프론 필터층 및 무기질 섬유 기재와 촉매층 사이에 탄소층이 형성되어 가스상 물질을 제거할 수 있는 무기질 필터층을 포함하는 것을 특징으로 하는 입자상과 가스상 물질을 동시에 저감할 수 있는 필터 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예는 입자상과 가스상 물질을 동시에 저감할 수 있는 복합 필터를 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 상기 입자상과 가스상 물질을 동시에 저감할 수 있는 복합 필터는,
배기가스의 입자상 물질을 포집하는 테프론 필터층;및 상기 테프론 필터층 하부에 위치하되, 배기가스의 가스상 물질을 제거하는 무기질 필터층을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 테프론 필터층은 테프론(PTFE) 폼코팅 필터, 폴리이미드(PI) 폼코팅 필터, 메타-아라미드(m-aramid) 폼코팅 필터, 및 테프론(PTFE) 마이크로 섬유, 폴리이미드(PI) 마이크로 섬유 및 메타-아라미드(m-aramid) 섬유 필터로 구성된 군에서 선택된 1종을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 무기질 필터층은,
무기질 섬유 기재;
상기 무기질 섬유 기재 상에 형성된 탄소 접합층;및
상기 탄소 접합층 상에 형성된 촉매층을 함유하는 이중 코팅된 무기질 섬유를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 무기질 섬유 기재는 유리섬유, 금속산화물 섬유 및 암석 섬유로 구성된 군에서 선택된 1종을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 탄소 접합층은 CNT(탄소나노튜브), 그래핀, 그래핀 산화물, 및 탄소 마이크로 분말, 탄소 나노 분말로 구성된 군에서 선택된 1종을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 촉매층은 산화망간(MnO2), 산화티타늄(TiO2), 산화지르코늄(ZrO), 산화징크(ZnO), 산화철(Fe2O3), 산화구리(Cu2O3, Cu2O, CuO), 이산화규소(SiO2), 산화텅스텐(WO2, WO3) 및 산화바나듐(V2O3, V2O5)으로 구성된 군에서 선택된 1종을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 복합 필터에 의해서 제거 가능한 가스상 물질은 질소산화물(NOx), 암모니아(NH3), 황화산화물(SOx) 및 유기화합물(VOCs) 일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 복합 필터는 150°C 내지 250°C 온도 범위에서 배기가스의 입자상 및 가스상 물질을 동시에 제거할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 복합 필터의 집진 효율은 50% 내지 99% 일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 복합 필터의 가스상 물질 제거 효율은 50% 내지 99% 일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 복합 필터의 압력 손실은 2cm/s 유속 기준 10Pa 이상 100Pa이하 5cm/s 유속 기준 50Pa이상 500Pa 이하 일 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 실시예는 복합 필터 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 상기 복합 필터 제조방법은,
이중 코팅된 무기질 섬유를 포함하는 무기질 필터층을 제조하는 단계;및
상기 무기질 필터층 상에 테프론 필터층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 이중 코팅된 무기질 섬유를 포함하는 무기질 필터층을 제조하는 단계에서,
상기 이중 코팅된 무기질 섬유는,
무기질 섬유 기재를 형성하는 단계;
상기 무기질 섬유 기재 상에 탄소 접합층을 형성하는 단계;및
상기 탄소 접합층 상에 촉매층을 형성하는 단계를 수행하여 제조할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 무기질 섬유 기재는 유리섬유, 금속산화물 섬유 및 암석 섬유로 구성된 군에서 선택된 1종을 포함할 수 있다
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 탄소 접합층은 CNT(탄소나노튜브), 그래핀, 그래핀 산화물 및 탄소분말로 구성된 군에서 선택된 1종을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 촉매층은 산화망간(MnO2), 산화티타늄(TiO2), 산화지르코늄(ZrO), 산화징크(ZnO), 산화철(Fe2O3), 산화구리(Cu2O3, Cu2O, CuO), 이산화규소(SiO2), 산화텅스텐(WO2, WO3) 및 산화바나듐(V2O3, V2O5)으로 구성된 군에서 선택된 1종을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 테프론 필터층은 테프론(PTFE) 폼코팅 필터, 폴리이미드(PI) 폼코팅 필터, 메타-아라미드(m-aramid) 폼코팅 필터, 및 테프론(PTFE) 마이크로 섬유, 폴리이미드(PI) 마이크로 섬유 및 메타-아라미드(m-aramid) 섬유 필터로 구성된 군에서 선택된 1종을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 입자상과 가스상 물질을 동시에 저감할 수 있는 필터는 입자를 제거하는 테프론 필터층과 NOx와 같은 가스상 물질을 제거하는 촉매층을 포함하는 무기질 필터층을 포함함으로서 입자상과 NOx상 등 가스상 물질을 동시 저감할 수 있다.
또한, 무기질 섬유 기재 표면에 탄소층을 코팅하여 상기 무기질 섬유 기재와 촉매층 간의 접합 특성을 향상시킬 수 있으므로 이종재료간의 차압이 발생하는 문제를 해결할 수 있다.
또한, 기존의 고온용 백필터 시스템의 여과체에 적용하여 바로 사용할 수 있으므로 시장진입이 유리하고 경제성이 우수하다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 입자상과 가스상을 동시에 저감할 수 있는 필터는 별도의 처리 없이 백필터 및 SNCR(선택적무촉매환원법) 방식에 바로 적용 가능한 효과가 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 입자상과 가스상 물질을 동시에 저감할 수 있는 복합 필터를 도시한 모식도이다.
도2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무기질 필터층의 구조를 도시한 단면도이다.
도3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 입자상과 가스상 물질을 동시에 저감할 수 있는 복합 필터의 구조를 확인 할 수 있는 도면이다.
도4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 입자상과 가스상 물질을 동시에 저감할 수 있는 복합 필터의 표면을 확인 할 수 있는 광학 현미경 이미지이다.
도5는 실험예1의 압력 손실 측정 결과를 나타내는 표이다.
도6은 실험예2의 질량 집진 효율(%)을 나타내는 표이다.
도7은 실험예3의 NOx 저감 효율을 나타내는 표이다.
도8은 실험예4의 온도 조건에서 NO 저감 효율을 확인 할 수 있는 표이다.
도9는 실험예4의 250º조건에서 NO 저감 효율을 확인 할 수 있는 도면이다.
도10은 실험예5의 SUS filter holder에서 측정한 압력 손실 측정 결과이다.
도11은 실험예6의 2 channel furnace에서 측정한 압력 손실 측정 결과이다.
도2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무기질 필터층의 구조를 도시한 단면도이다.
도3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 입자상과 가스상 물질을 동시에 저감할 수 있는 복합 필터의 구조를 확인 할 수 있는 도면이다.
도4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 입자상과 가스상 물질을 동시에 저감할 수 있는 복합 필터의 표면을 확인 할 수 있는 광학 현미경 이미지이다.
도5는 실험예1의 압력 손실 측정 결과를 나타내는 표이다.
도6은 실험예2의 질량 집진 효율(%)을 나타내는 표이다.
도7은 실험예3의 NOx 저감 효율을 나타내는 표이다.
도8은 실험예4의 온도 조건에서 NO 저감 효율을 확인 할 수 있는 표이다.
도9는 실험예4의 250º조건에서 NO 저감 효율을 확인 할 수 있는 도면이다.
도10은 실험예5의 SUS filter holder에서 측정한 압력 손실 측정 결과이다.
도11은 실험예6의 2 channel furnace에서 측정한 압력 손실 측정 결과이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 일 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 입자상과 가스상 물질을 동시에 저감할 수 있는 복합 필터를 설명한다.
도1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 입자상과 가스상 물질을 동시에 저감할 수 있는 복합 필터를 도시한 모식도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 입자상과 가스상 물질을 동시에 저감할 수 있는 복합 필터는,
배기가스의 입자상 물질을 포집하는 테프론 필터층(200);및
상기 테프론 필터층 하부에 위치하되, 배기가스의 가스상 물질을 제거하는 무기질 필터층(100)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
먼저, 본 발명은 상기 테프론 필터층(200)을 포함할 수 있다.
또한, 상기 테프론 필터층(200)은 테프론(PTFE) 폼코팅 필터, 폴리이미드(PI) 폼코팅 필터, 메타-아라미드(m-aramid) 폼코팅 필터, 및 테프론(PTFE) 마이크로 섬유, 폴리이미드(PI) 마이크로 섬유 및 메타-아라미드(m-aramid) 섬유 필터로 구성된 군에서 선택된 1종을 포함할 수 있다.
이때, 상기 테프론 필터층(200)은 평균 기공의 크기가 10㎛ 이상 50㎛ 이하 인 것을 특징으로 한다.
이처럼, 평균 기공의 크기가 10㎛ 이상 50㎛ 이하 인 테프론 다공성 물질은 다량배출사업장의 대용량 입자상 물질을 흡착 및 제거가 가능한 특징이 있다.
또한 본 발명은 입자상 물질을 제거할 뿐 만 아니라, 가스상 물질도 제거할 수 있는 것을 특징으로 한다.
기존의 입자상 물질과 가스상 물질을 동시에 제거하기 위한 필터는 이종소재 부착으로 인해 차압이 걸리는 문제가 있었다.
더불어, 기존의 필터는 활성탄을 포함하므로 촉매에 의한 가스상 저감 효과 보다는 활성탄에 의한 입자의 흡착 효과가 주요하기 때문에, 가스상 내 중금속 입자를 저감하는 효과를 보이나 NOx 와 같은 유해가스상을 저감하는 것은 어려운 문제가 있었다.
상기와 같은 문제를 방지하기 위해 본 발명은 테프론 필터층(200)과 촉매층을 포함하는 무기질 필터층(100)을 적용한 복합필터를 제공할 수 있다.
기존의 상용화된 필터용 유리섬유는 대부분 테프론과 같은 소재로 방수처리 또는 표면처리가 되어있으므로, 상기 유리 섬유 상에 바로 촉매층을 코팅하기 어려운 문제가 있었다.
이에 따라, 본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위해 무기질 섬유 기재와 촉매층 사이에 촉매를 부착하기 위한 접합층으로 탄소층(20)을 코팅하는 방식을 적용하였다.
즉, 본 발명의 일 실시 예에 따른 무기질 필터층(200)은 무기질 섬유 기재(10); 상기 무기질 섬유 기재(10) 상에 형성된 탄소 접합층(20);및 상기 탄소 접합층 상에 형성된 촉매층(30)을 함유하는 이중 코팅된 무기질 섬유를 포함할 수 있다.
먼저, 본 발명의 일 실시 예에 따른 이중 코팅된 무기질 섬유는 무기질 섬유 기재(10)를 포함할 수 있다.
이때, 상기 무기질 섬유 기재(10)는 유리섬유, 금속산화물 섬유, 및 암석 섬유로 구성된 군에서 선택된 1종을 포함할 수 있다.
본 발명에서 무기질 섬유 기재(10)는 테프론 대비 비교적 작은 소수성과 큰 기계적 강성의 특성이 있는 유리섬유, 금속산화물 섬유, 및 암석 섬유가 사용될 수 있으며, 상술한 예에 한정되는 것은 아니다.
이때, 상기 무기질 섬유 기재는 섬유 형태로 존재하며 섬유의 직경이 2㎛ 이상 700 ㎛이하 인 것이 특징이다.
상기 섬유의 직경이 2㎛ 이상 700㎛ 이하 인 이유는 테프론 대비 큰 기계적 강성과 기계적 내구성을 가지기 위해서이며, 이러한 특성은 필터의 차압에 대한 저항성과 흡착 탈착 공정에 대한 기계적인 저항을 필요로 하기 때문이다.
다음으로, 본 발명의 일 실시 예에 따른 이중 코팅된 무기질 섬유는 탄소 접합층(20)을 포함할 수 있다.
이때, 상기 탄소 접합층(20)은 상기 무기질 섬유 기재 표면을 둘러싸여 형성될 수 있다.
또한, 상기 탄소 접합층(20)은 CNT(탄소나노튜브), 그래핀, 그래핀 산화물 및 탄소 분말로 구성된 군에서 선택된 1종을 포함할 수 있다.
본 발명에서 탄소 접합층(20)으로 사용되는 CNT(탄소나노튜브), 그래핀, 그래핀 산화물, 및 탄소분말은 열적 저항성 특성이 우수하면서 동시에, 매끈한 섬유 기재 표면 대비 거친 형상으로 인한 기계적인 마찰특성을 높이는 성질을 가지므로 상기 무기질 섬유 기재와 촉매층 사이에서 접착제 역할을 수행할 수 있다.
또한, 상기 탄소 접합층(20)으로 사용되는 CNT(탄소나노튜브), 그래핀, 그래핀 산화물, 및 탄소 분말은 제전 특성을 나타낼 수 있으며, 이러한 탄소 접합층의 제전 특성은 백필터의 집진 탈진 공정 과정에서 발생하는 다량의 정전기를 방지하여 백필터가 설치된 장치의 화재 위험성을 감소시키는 효과가 있다.
이때, 상기 탄소 접합층(20)은 0.2㎛ 이상 50㎛ 이하 두께로 코팅 될 수 있다.
상기 탄소 접합층에 의해서 이종 소재 부착으로 인한 차압이 걸리는 문제를 해결할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 일 실시 예에 따른 이중 코팅된 무기질 섬유는 촉매층(30)을 포함할 수 있다.
이때, 상기 촉매층(30)은 상기 탄소 접합층(20)을 둘러싸여 형성될 수 있다.
또한, 상기 촉매층(30)은 산화망간(MnO2), 산화티타늄(TiO2), 산화지르코늄(ZrO), 산화징크(ZnO), 산화철(Fe2O3), 산화구리(Cu2O3, Cu2O, CuO), 이산화규소(SiO2), 산화텅스텐(WO2, WO3), 산화바나듐(V2O3, V2O5) 및 주요 촉매재 산화물로 구성된 군에서 선택된 1종을 포함할 수 있다.
상기 촉매층(30)으로 산화망간(MnO2), 산화티타늄(TiO2), 산화지르코늄(ZrO), 산화징크(ZnO), 산화철(Fe2O3), 산화구리(Cu2O3, Cu2O, CuO), 이산화규소(SiO2), 산화텅스텐(WO2, WO3), 산화바나듐(V2O3, V2O5) 및 주요 촉매재 산화물로 가스상을 분해하는 촉매반응을 할 수 있기 때문이다.
이때, 상기 촉매층(30)에 의해 가스상 물질이 제거될 수 있으며, 본 발명의 일 실시 예에 따른 복합 필터에 의해서 제거 가능한 가스상 물질은 질소산화물(NOx), 암모니아(NH3), 황화산화물(SOx) 및 유기화합물(VOCs) 일 수 있다.
이하 도3내지 도4를 참조하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 복합 필터의 구조 및 실제 단면에 대해 설명한다.
상기 도3은 복합 필터의 구조 및 형태를 확인 할 수 있는 도면이다.
상기 도3(a)는 입자상 필터인 테프론 폼이 코팅된 유리섬유 필터와, 유리섬유 표면에 CNT와 MnO2층을 코팅한 도면이고, 도3(b)는 입자상 필터인 테프론 폼이 코팅된 유리섬유 필터의 각각의 양면 사진이고, 유리섬유 표면에 CNT와 MnO2층을 코팅한 경우 필터의 양면사진 도면이다.
상기 도3(a)를 참조하면, 테프론 폼 표면, CNT코팅이 코팅된 유리섬유 표면, CNT와 MnO2 코팅 표면이 코팅된 유리섬유 표면을 각각의 insert 사진에서 확인 할 수 있고, 상기 도3(b)를 참조하면, 테프론 폼과 유리섬유 표면을 각각 확인 할 수 있고, CNT와 MnO2를 코팅한 후 유리섬유 표면에만 CNT와 MnO2가 까맣게 코팅된 것을 확인 할 수 있다.
또한, 상기 도4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 유리섬유에 표면에 순차적으로 CNT와 MnO2를 코팅 했을 때의 표면을 확인 할 수 있는 광학현미경이미지이다.
상기 도4(a)를 참조하면, 유리섬유 표면에 CNT가 코팅된 것을 확인할 수 있고, 도4(b)를 참조하면, 도 4(a)표면에 MnO2를 코팅 후 MnO2가 코팅되어 상대적으로 거칠기가 증가한 것을 확인 할 수 있으므로, 본 발명의 일 실시 예에 따른 복합 필터는 테프론 폼에 의한 입자상 저감과 CNT 층 및MnO2층에 의한 가스상 저감으로 입자상과 가스상 물질을 동시에 저감하는 것이 가능하다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 복합 필터는 150°C 내지 250°C 온도 범위에서 배기가스의 입자상 및 가스상 물질을 동시에 제거할 수 있다.
또한, 상기 복합 필터의 집진 효율은 상온에서 50% 내지 250℃에서 70% 일 수 있다.
또한, 상기 복합 필터의 가스상 물질 제거 효율은50% 내지 99% 일 수 있고, 예를 들면, 상온에서 50% 이고, 250℃에서 70% 일 수 있다.
또한, 상기 복합 필터의 압력 손실은 2cm/s 유속 기준 10Pa 이상 100Pa이하 5cm/s 유속 기준 50Pa이상 500Pa 이하일 수 있고, 예를 들면, 2cm/s 유속 기준 13Pa, 5cm/s 유속 기준 68Pa 인 것을 특징으로 한다.
이때, 압력손실(Pressure loss)이란 공기가 여과기를 통과할 때의 압력 손실을 말하며 분진의 포집량에 따라 압력 손실도 증가하기 때문에 일반적으로 최종 압력을 표시하여 여과기의 수명을 예측할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 복합 필터의 적정 온도범위, 집진 효율, 가스상물질의 제거 효율에 관한 증명은 하기 실험예에서 자세히 설명하도록 한다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 입자상과 가스상 물질을 동시에 저감할 수 있는 복합 필터 제조방법을 설명한다.
상기 입자상과 가스상 물질을 동시에 저감할 수 있는 복합 필터 제조방법은 이중 코팅된 무기질 섬유를 포함하는 무기질 필터층을 제조하는 단계;및 상기 무기질 필터층 상에 테프론 필터층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
첫째 단계에서, 이중 코팅된 무기질 섬유를 포함하는 무기질 필터층을 제조하는 단계를 포함할 수 있다.
이때, 상기 이중 코팅된 무기질 섬유는, 무기질 섬유 기재를 형성하는 단계; 상기 무기질 섬유 기재 상에 탄소 접합층을 형성하는 단계;및 상기 탄소 접합층 상에 촉매층을 형성하는 단계를 수행하여 제조할 수 있다.
이때, 상기 무기질 섬유 기재는 유리섬유, 금속산화물 섬유 및 암석 섬유로 구성된 군에서 선택된 1종을 포함할 수 있다.
이때, 상기 탄소 접합층은 CNT(탄소나노튜브)가 포함된 코팅용액을 이용한 코팅방식을 수행하여 상기 무기질 섬유 기재 상에 코팅 될 수 있다.
또한, 상기 탄소 접합층은 CNT(탄소나노튜브), 그래핀, 그래핀 산화물, 및 탄소분말로 구성된 군에서 선택된 1종을 포함할 수 있다.
이때, 상기 촉매층은 촉매용액을 이용한 합성 반응에 의한 직접 코팅 또는 촉매재료가 포함된 코팅용액을 이용한 코팅방식을 수행하여 상기 탄소 접합층 상에 코팅 될 수 있다.
또한, 상기 촉매층은 산화망간(MnO2), 산화티타늄(TiO2), 산화지르코늄(ZrO), 산화징크(ZnO), 산화철(Fe2O3), 산화구리(Cu2O3, Cu2O, CuO), 이산화규소(SiO2), 산화텅스텐(WO2, WO3) 및 산화바나듐(V2O3, V2O5)으로 구성된 군에서 선택된 1종을 포함할 수 있으며, 주요 촉매재 산화물이면 족하고 상술한 예에 한정되지 않다.
둘째 단계에서, 상기 무기질 필터층 상에 테프론 필터층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
이때, 상기 무기질 필터층 상에 테프론 필터층을 형성하기 위한 방법은 하기와 같다.
PTFE 수지, 거품안정제, 발포제 및 증점제를 혼합한 후, 실온에서 교반하여 PTFE 거품코팅용 발포액을 제조하는 단계; 상기 제조된 PTFE 거품코팅용 발포액을 거품발생기에 투입하는 단계; 공기를 정량적으로 PTFE 거품코팅용 발포액에 공급하면서, 교반기에 의해 거품액을 생성하는 단계; 생성된 거품액은 코팅액 공급 펌프에 의하여 유리섬유 필터상에 공급된 후 건조되어 PTFE 거품코팅층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
이때, 상기 테프론 필터층은 테프론(PTFE) 폼코팅 필터, 폴리이미드(PI) 폼코팅 필터, 메타-아라미드(m-aramid) 폼코팅 필터, 및 테프론(PTFE) 마이크로 섬유, 폴리이미드(PI) 마이크로 섬유, 메타-아라미드(m-aramid) 섬유 필터로 구성된 군에서 선택된 1종을 포함할 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다.
제조예:
입자상과 가스상 물질을 동시에 저감할 수 있는 복합 필터 제조
먼저, 무기질 필터층을 제조하기 위하여 유리 섬유 기재를 준비하였다.
다음으로, 상기 유리 섬유 기재 상에 테프론 필터층을 형성하기 위하여 PTFE 수지, 거품안정제, 발포제 및 증점제를 혼합한 후, 실온에서 교반하여 PTFE 거품코팅용 발포액을 제조하였다.
다음으로, 상기 제조된 PTFE 거품코팅용 발포액을 거품발생기에 투입하였다.
다음으로, 이때 공기를 정량적으로 PTFE 거품코팅용 발포액에 공급하면서, 교반기에 의해 거품액을 생성하였다.
다음으로, 생성된 거품액은 코팅액 공급 펌프에 의하여 유리 섬유 기재 상에 공급된 후 건조되어 PTFE 거품코팅층을 형성하였다.
다음으로, 상기 유리 섬유 기재 상에 탄소나노튜브(CNT)를 CNT가 포함된 코팅용액을 이용한 코팅방법으로 코팅하여 탄소 접합층을 형성하였다.
다음으로, 상기 탄소 접합층 상에 촉매층을 촉매 용액을 이용한 합성 반응에 의한 직접 코팅방법으로 코팅하여 이중 코팅된 무기질 섬유를 제조하였다.
이로써, 입자상과 가스상 물질을 동시에 저감할 수 있는 복합 필터를 제조하였다.
비교예(대조군)
상용 PG 필터를 준비하였다.
실험예1: 비교예 및 CNT 코팅된 무기질 필터의 압력 손실 측정 결과
비교예 및 CNT 코팅된 무기질 필터의 압력 손실을 측정하기 위하여, 상기 비교예 및 CNT 코팅된 무기질 필터를 필터 홀더에 장착하고 펌프를 이용하여 유속(여과 속도)을 각각 1cm/s, 1m/min, 2cm/s, 3cm/s, 4cm/s, 5cm/s 로 변경하였다.
도5는 비교예 및 CNT 코팅된 무기질 필터의 압력 손실 측정 결과를 나타내는 표이다.
상기 도5를 참조하면, 압력 손실 측정시의 여과 속도(1cm/s 내지 5cm/s)와 상관없이, 촉매의 두께가 곧 유리 섬유(glass fabric)와 거의 동일하므로, 비교예(PG)필터와 CNT가 코팅된 필터의 압력 손실의 차이가 없는 것을 확인 할 수 있다.
이로써, 이종소재 부착으로 인한 차압이 걸리는 기존의 문제를 해결 한 것을 확인 할 수 있다.
실험예2: 비교예 및 제조예의 시험 입자 크기 및 온도에 따른 집진 효율 측정 결과
비교예 및 제조예의 온도에 따른 집진 효율을 측정하기 위하여, 상기 비교예 및 제조예를 튜브로 내부에 설치된 필터 홀더에 필터를 장착하고 온도를 상온(25ºC), 150 ºC, 200 ºC 또는 250 ºC 로 조절하고 시험 입자 크기를 10um, 4um 또는 2.5um로 조절하여 질량 집진 효율(%)을 측정하였다.
도6은 비교예 및 제조예의 시험 입자 크기 및 온도에 따른 질량 집진 효율(%)을 나타내는 표이다.
상기 도6을 참조하면, 비교예 와 제조예가 상온인 경우, 질량 집진 효율이 차이가 없으나, 제조예의 온도가 150 ºC, 200 º또는 250 º로 증가하는 경우, 질량 집진 효율이 10um 의 경우 88.95 내지 91.69 이고, 4um 인 경우 88.58 내지 90.62 이고, 2.5 um 의 경우 71.09 내지 84.54 로 증가하는 것을 확인 할 수 있다.
이로써, 무기질 섬유 기재 표면에 탄소층 및 촉매층이 형성된 경우, 질량 집진 효율이 증가하는 것을 확인 할 수 있었다.
실험예3: 비교예 및 제조예의 질소산화물 저감 효율 측정 결과
비교예 및 제조예의 온도 및 반응 시간에 따른 질소산화물 저감 효율을 측정하기 위하여 상기 비교예 및 제조예를 튜브로 내부에 설치된 필터 홀더에 필터를 장착하고, 튜브로에 질소산화물인 일산화질소를 투입하고, 온도를 상온(25º150 ºº또는 250 º로 조절하고 반응 시간을 주입 직후, 20분 경과 후, 30분 경과 후 또는 1시간 경과 후로 조절하여 질소산화물 저감 효율을 측정하였다.
도7은 실험예3의 NOx 저감 효율을 나타내는 표이다.
상기 도7의 표는 NOx 저감 효율을 정규화한 값(normalized value)를 통해 나타내었으며, 초기 NOx값의 기준을 1로 하여, 시간이 경과함에 따라 측정되는 NOx 값을 초기 NOx 값(1)으로 나누어 나타낸 값이다.
예를 들어, 주입 직후 NOx 값이 1이고, 상온에서 1시간 경과 후 측정된 NOx값이 0.533인 경우, 0.467만큼 NOx값이 감소한 것을 확인 할 수 있다.
또한, 상기 도7을 참조하면, 상온에서는 질소산화물 저감 효율에 큰 변화가 나타나지 않았다. 이때, 설정온도를 증가시킴에 따라 집진 효율이 상승하는 것을 확인 할 수 있는데, 이는 온도가 상승함에 따라 기존 필터가 형성하고 있는 form의 기공이 줄어들어 집진 효율이 향상되기 때문이다.
실험예4: 비교예 및 제조예의 온도 조건 및 반응 시간에 따른 질소산화물 저감효율 측정 결과
실험예4는 상기 실험예 3에서 비교예의 온도를 상온(25º150 ºº또는 250 º로 조절하고 탄소층의 CNT를 2회 코팅한 점을 제외하고는 실험예 3과 동일한 방식으로 수행되었다.
도8은 비교예 및 제조예의 온도 조건에서 NO 저감 효율을 확인 할 수 있는 표이다.
상기 도8을 참조하면, 기존 PG필터에 CNT 층과 MnO2층이 코팅된 경우 우수한 NO의 흡착 효과를 나타내는 것을 확인 할 수 있다.
특히, CNT 가 2회 코팅되고 MnO2가 코팅되었을 때 NO 흡착 성능이 높았으며 온도가 올라감에 따라 반응이 활성화 되는 것을 확인할 수 있다.
또한, 도9는 250º조건에서 CNT 가 2회 코팅되고 MnO2가 코팅되었을 때 NO 저감 효율을 확인 할 수 있는 상용(상업적으로 판매하는, 가스테크 라는 일본 업체의) NO 검지관의 도면이다.
상기 도9를 참조하면, NO를 투입한 직후는80ppm, 10분 뒤는 55ppm, 30분 뒤는 35ppm, 60분 뒤는 25ppm 인 것으로 보아, 가스 주입 대비 약 70%정도의 NO를 저감하는 효과가 있는 것을 확인 할 수 있다.
실험예5: 비교예 및 제조예의 SUS filter holder에서 측정한 압력 손실 측정 실험
비교예와 제조예에서 탄소층으로서 CNT 저농도 1회 코팅한 경우, CNT 고농도 1회 코팅한 경우, CNT 고농도 2회 코팅한 경우, CNT 1회+MnO2 코팅한 경우, CNT 2회+MnO2 코팅한 경우의 복합 필터를, 각각 필터 홀더에 장착하고 펌프를 이용하여 유속(여과 속도)을 각각 1cm/s, 1m/min, 2cm/s, 3cm/s, 4cm/s, 5cm/s 로 변경하였다.
도10은 실험예5의 SUS filter holder에서 측정한 압력 손실 결과이다.
상기 도10을 참조하면, 필터들의 압력 손실을 SUS filter holder로 측정하였으며 CNT를 고농도(1% 함량 용액)로 코팅 시 압력 손실의 차이가 크게 나타났지만, CNT를 저농도(0.2% 함량 용액)로 코팅 시 PG 필터와 유사한 압력손실을 나타내는 것을 확인할 수 있다.
이로써, CNT의 함량은 저농도 코팅 용액으로 코팅하는 것이 바람직하다.
실험예6: 비교예 및 제조예의 2 channel furnace에서 측정한 압력 손실 측정 실험
비교예 및 제조예를 상온(25º150 ºº또는 250 º로 조절하고 유속(여과 속도)을 각각 1cm/s, 1m/min, 2cm/s, 3cm/s, 4cm/s, 5cm/s 로 변경하였다.
도11은 비교예 및 제조예의 2 channel furnace에서 측정한 압력 손실 결과이다.
상기 도11을 참조하면, 상기 비교예 및 제조예를 2 channel furnace에 필터를 삽입한 후 전단과 후단의 압력 손실 차이를 확인한 결과, CNT(탄소층)와 MnO2(촉매층)를 코팅하였음에도 압력 손실은 큰 차이를 나타내지 않은 것을 확인할 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10: 무기질 섬유 기재
20: 탄소 접합층
30: 촉매층
100: 무기질 필터층
200: 테프론 필터층
20: 탄소 접합층
30: 촉매층
100: 무기질 필터층
200: 테프론 필터층
Claims (17)
- 배기가스의 입자상 물질을 포집하는 테프론 필터층;및
상기 테프론 필터층 하부에 위치하되, 배기가스의 가스상 물질을 제거하는 무기질 필터층을 포함하는 것을 특징으로 하는 입자상과 가스상 물질을 동시에 저감할 수 있는 복합 필터. - 제1항에 있어서,
상기 테프론 필터층은 테프론(PTFE) 폼코팅 필터, 폴리이미드(PI) 폼코팅 필터, 메타-아라미드(m-aramid) 폼코팅 필터, 및 테프론(PTFE) 마이크로 섬유, 폴리이미드(PI) 마이크로 섬유 및 메타-아라미드(m-aramid) 섬유 필터로 구성된 군에서 선택된 1종을 포함하는 것을 특징으로 하는 입자상과 가스상 물질을 동시에 저감할 수 있는 복합 필터. - 제1항에 있어서,
상기 무기질 필터층은, 무기질 섬유 기재; 상기 무기질 섬유 기재 상에 형성된 탄소 접합층; 및 상기 탄소 접합층 상에 형성된 촉매층을 함유하는 이중 코팅된 무기질 섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 입자상과 가스상 물질을 동시에 저감할 수 있는 복합 필터. - 제3항에 있어서,
상기 무기질 섬유 기재는 유리섬유, 금속산화물 섬유 및 암석 섬유로 구성된 군에서 선택된 1종을 포함하는 것을 특징으로 하는 입자상과 가스상 물질을 동시에 저감할 수 있는 복합 필터. - 제3항에 있어서,
상기 탄소 접합층은 CNT(탄소나노튜브), 그래핀, 그래핀 산화물 및 탄소 분말로 구성된 군에서 선택된 1종을 포함하는 것을 특징으로 하는 입자상과 가스상 물질을 동시에 저감할 수 있는 복합 필터. - 제3항에 있어서,
상기 촉매층은 산화망간(MnO2), 산화티타늄(TiO2), 산화지르코늄(ZrO), 산화징크(ZnO), 산화철(Fe2O3), 산화구리(Cu2O3, Cu2O, CuO), 이산화규소(SiO2), 산화텅스텐(WO2, WO3) 및 산화바나듐(V2O3, V2O5)으로 구성된 군에서 선택된 1종을 포함하는 것을 특징으로 하는 입자상과 가스상 물질을 동시에 저감할 수 있는 복합 필터. - 제1항에 있어서,
상기 복합 필터에 의해서 제거 가능한 가스상 물질은 질소산화물(NOx), 암모니아(NH3), 황산화물(SOx) 및 유기화합물(VOCs) 인 것을 특징으로 하는 입자상과 가스상 물질을 동시에 저감할 수 있는 복합 필터. - 제1항에 있어서,
상기 복합 필터는 150°C 내지 250°C 온도 범위에서 배기가스의 입자상 및 가스상 물질을 동시에 제거하는 것을 특징으로 하는 입자상과 가스상 물질을 동시에 저감할 수 있는 복합 필터. - 제1항에 있어서,
상기 복합 필터의 집진 효율은 50% 내지 99% 인 것을 특징으로 하는 입자상과 가스상 물질을 동시에 저감할 수 있는 복합 필터. - 제1항에 있어서,
상기 복합 필터의 가스상 물질 제거 효율은 50% 내지 99% 인 것을 특징으로 하는 입자상과 가스상 물질을 동시에 저감할 수 있는 복합 필터. - 제1항에 있어서,
상기 복합 필터의 압력 손실은 2cm/s 유속 기준 10Pa 이상 100Pa이하 5cm/s 유속 기준 50Pa이상 500Pa 이하 인 것을 특징으로 하는 입자상과 가스상 물질을 동시에 저감할 수 있는 복합 필터. - 이중 코팅된 무기질 섬유를 포함하는 무기질 필터층을 제조하는 단계;및
상기 무기질 필터층 상에 테프론 필터층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 가는 입자상과 가스상 물질을 동시에 저감할 수 있는 복합 필터 제조방법. - 제12항에 있어서,
상기 이중 코팅된 무기질 섬유는,
무기질 섬유 기재를 준비하는 단계;
상기 무기질 섬유 기재 상에 탄소 접합층을 형성하는 단계;및
상기 탄소 접합층 상에 촉매층을 형성하는 단계를 수행하여 제조하는 것을 특징으로 하는 입자상과 가스상 물질을 동시에 저감할 수 있는 복합 필터 제조방법. - 제12항에 있어서,
상기 무기질 섬유 기재는 유리섬유, 금속산화물 섬유 및 암석 섬유로 구성된 군에서 선택된 1종을 포함하는 것을 특징으로 하는 입자상과 가스상 물질을 동시에 저감할 수 있는 복합 필터 제조방법. - 제12항에 있어서,
상기 탄소 접합층은 CNT(탄소나노튜브), 그래핀, 그래핀 산화물, 및 탄소분말로 구성된 군에서 선택된 1종을 포함하는 것을 특징으로 하는 입자상과 가스상 물질을 동시에 저감할 수 있는 복합 필터 제조방법. - 제12항에 있어서,
상기 촉매층은 산화망간(MnO2), 산화티타늄(TiO2), 산화지르코늄(ZrO), 산화징크(ZnO), 산화철(Fe2O3), 산화구리(Cu2O3, Cu2O, CuO), 이산화규소(SiO2), 산화텅스텐(WO2, WO3) 및 산화바나듐(V2O3, V2O5)으로 구성된 군에서 선택된 1종을 포함하는 것을 특징으로 하는 입자상과 가스상 물질을 동시에 저감할 수 있는 복합 필터 제조방법. - 제12항에 있어서,
상기 테프론 필터층은 테프론(PTFE) 폼코팅 필터, 폴리이미드(PI) 폼코팅 필터, 메타-아라미드(m-aramid) 폼코팅 필터, 및 테프론(PTFE) 마이크로 섬유, 폴리이미드(PI) 마이크로 섬유 및 메타-아라미드(m-aramid) 섬유 필터로 구성된 군에서 선택된 1종을 포함하는 것을 특징으로 하는 입자상과 가스상 물질을 동시에 저감할 수 있는 복합 필터 제조방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220131836A KR20240052167A (ko) | 2022-10-13 | 2022-10-13 | 입자상과 가스상 물질을 동시에 저감할 수 있는 복합 필터 및 이의 제조방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220131836A KR20240052167A (ko) | 2022-10-13 | 2022-10-13 | 입자상과 가스상 물질을 동시에 저감할 수 있는 복합 필터 및 이의 제조방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20240052167A true KR20240052167A (ko) | 2024-04-23 |
Family
ID=90881241
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020220131836A KR20240052167A (ko) | 2022-10-13 | 2022-10-13 | 입자상과 가스상 물질을 동시에 저감할 수 있는 복합 필터 및 이의 제조방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20240052167A (ko) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101749177B1 (ko) | 2016-10-05 | 2017-06-21 | (주)씨앤지테크 | 입자상 또는 가스상 오염물질 제거용 교환형 흡착 및 재생 장치 |
-
2022
- 2022-10-13 KR KR1020220131836A patent/KR20240052167A/ko unknown
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101749177B1 (ko) | 2016-10-05 | 2017-06-21 | (주)씨앤지테크 | 입자상 또는 가스상 오염물질 제거용 교환형 흡착 및 재생 장치 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6331351B1 (en) | Chemically active filter material | |
| EP2145666B1 (en) | Sulfur-type gas removing filter and method for removing sulfur-type gas using the same | |
| JP6751146B2 (ja) | 触媒フィルタ材料 | |
| JP7382455B2 (ja) | 触媒的混合マトリックス膜層を含む多層複合体 | |
| CA3013167A1 (en) | Preparation of a catalytic fabric filter with lower pressure drop | |
| MXPA03007910A (es) | Aparato y metodo para separar gases. | |
| Chen et al. | Recent developments on catalytic membrane for gas cleaning | |
| Xu et al. | One stone two birds: a sinter-resistant TiO 2 nanofiber-based unbroken mat enables PM capture and in situ elimination | |
| CN102512950A (zh) | 一种同时脱除燃煤烟气中亚微米颗粒物和NOx的方法 | |
| KR20240052167A (ko) | 입자상과 가스상 물질을 동시에 저감할 수 있는 복합 필터 및 이의 제조방법 | |
| JP4582475B2 (ja) | フェルトの製造方法 | |
| JP2002331212A (ja) | 除塵脱臭フィルター | |
| CN113476958B (zh) | 一种滤料及其制备方法和应用 | |
| KR101203120B1 (ko) | 염해제거 코팅액 및 상기 염해제거 코팅액을 사용하는 염해제거필터막과 염해제거필터 | |
| JP4277226B2 (ja) | 金属水銀酸化用触媒及び金属水銀酸化用触媒を備えた排ガス浄化用触媒とその製造方法 | |
| CN113423485B (zh) | 用于沉积氮氧化物的过滤介质 | |
| KR20030031512A (ko) | 공기 정화용 탄소 나노소재 복합 허니컴 필터 | |
| CN104226305B (zh) | 一种一氧化碳过滤材料及其应用 | |
| JP2014008459A (ja) | 触媒担持バグフィルタの製造方法 | |
| KR100200978B1 (ko) | 고온 유해가스와 먼지를 동시에 제거하는 산화구리 촉매도포 세라믹 섬유여과재 | |
| JP2008212828A (ja) | 機能性繊維シートおよびその製造方法 | |
| JP2020039999A (ja) | プリーツフィルタ | |
| JP2020054773A (ja) | 空気浄化フィルタ | |
| JP2013128883A (ja) | 排ガス処理装置及び排ガス処理方法 | |
| CZ2013342A3 (cs) | Kompozitní materiál pro filtraci spalin a způsob vytvoření tohoto materiálu |