WO2018143712A1 - 에어 필터 및 이를 포함하는 공기 정화 모듈 - Google Patents

에어 필터 및 이를 포함하는 공기 정화 모듈 Download PDF

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WO2018143712A1
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visible light
air
air filter
coating layer
particles
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최종식
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김효중
이엽
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(주)엘지하우시스
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F8/00—Treatment, e.g. purification, of air supplied to human living or working spaces otherwise than by heating, cooling, humidifying or drying
    • F24F8/80—Self-contained air purifiers
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L9/00—Disinfection, sterilisation or deodorisation of air
    • A61L9/16—Disinfection, sterilisation or deodorisation of air using physical phenomena
    • A61L9/18—Radiation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D46/00—Filters or filtering processes specially modified for separating dispersed particles from gases or vapours
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H3/00—Other air-treating devices
    • B60H3/06—Filtering
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F13/00—Details common to, or for air-conditioning, air-humidification, ventilation or use of air currents for screening
    • F24F13/20—Casings or covers

Definitions

  • An air filter performing an air purification function and an air purification module including the same.
  • the HVAC system is a device that allows the driver to control the indoor and outdoor circulation functions of the vehicle. Insufficient ventilation of the vehicle may increase the concentration of harmful substances inside, which may adversely affect the human body, and may cause increased fatigue of drivers and passengers. Therefore, in recent years, ionizers, which perform an air cleaning option function, have been widely used to improve air quality in a vehicle.
  • Ionizer ionizer
  • H + hydrogen ion
  • O 2 - oxygen ion
  • the ions thus emitted are clustered with the moisture in the air to be bound to harmful substances, and use the principle of removing toxic substances by generating OH ⁇ .
  • actual ionizer removal of harmful substances is low, and there is a risk of adversely affecting the human body by generating ozone in the air. Therefore, there is a need for the development of an air cleaning device using an air filter, which replaces the ionizer and realizes a wide range of harmful substances removal performance.
  • One embodiment of the present invention is an air filter, excellent in the removal performance for various kinds of harmful substances, high durability, can effectively express the deodorizing and antibacterial function.
  • One embodiment of the present invention provides an air purification module that can improve the air quality inside the vehicle by applying the air filter.
  • an air filter including a metal foam substrate, a carbon material coating layer, and a visible light active photocatalyst coating layer is provided.
  • a body including an air inlet and an air outlet; A visible light emitting device disposed inside the main body; And an air filter module disposed inside the main body and including the air filter.
  • the air filter has excellent removal performance against various kinds of harmful gases such as aldehyde, ammonia and acetic acid, and has high durability, effectively expresses deodorization and antibacterial functions, and improves air quality inside the vehicle when applied to a vehicle air purification module. It can greatly improve.
  • FIG. 1 schematically illustrates an enlarged view of the air filter according to an embodiment of the present invention by using an SEM image.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of activated carbon particles according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 schematically shows an air purification module according to an embodiment of the present invention.
  • an air filter including a metal foam substrate, a carbon material coating layer, and a visible light active photocatalyst coating layer is provided.
  • the air filter 30 includes a metal foam substrate 31, a carbon coating layer 32, and a visible light active photocatalyst coating layer 33.
  • the air filter 30 is a carbon material coating layer 32 coated on the surface of the metal foam substrate 31 and the metal foam substrate 31 and a visible light active photocatalyst coating layer coated on the carbon material coating layer ( 33).
  • the metal foam base 31 may include one selected from the group consisting of nickel, iron, chromium, aluminum, copper, tungsten, SUS, titanium, silver, and combinations thereof.
  • the metal foam substrate 31 may be nickel, iron, chromium, aluminum or copper.
  • the metal foam substrate 31 may include nickel, for example, may be made of only nickel.
  • the metal foam base 31 includes nickel, it may be advantageous in view of the formability to process in the form of a metal foam as compared to the case where it does not contain it.
  • the metal foam substrate 31 may have a thickness of about 1.6 mm to about 15 mm, for example, about 2 mm to about 10 mm, and for example, about 3 mm to about 5 mm.
  • the thickness of the metal foam substrate 31 is too thick, there is a problem that the light is not irradiated therein, the performance is poor compared to the amount of the photocatalyst coating.
  • the air purification module may not be properly manufactured to a size for applying to the vehicle air conditioner. Therefore, by adjusting the thickness of the metal foam substrate 31 in the above range, it is possible to implement an excellent air purification performance compared to the coating amount of the carbon material coating layer 32 and the visible light active photocatalyst coating layer 33, the air purification module It may be easy to prepare to the desired size.
  • the metal foam substrate 31 has a three-dimensional network structure including pores.
  • a portion of the metal foam base material 31 which forms the basic skeleton while surrounding each pore becomes the surface of the metal foam base material 31.
  • the carbon material coating layer 32 and the visible light active photocatalyst coating layer 33 may be sequentially formed on the surface of the metal foam substrate 31.
  • the pores of the metal foam substrate 31 may have a size of about 100 ⁇ m to about 1500 ⁇ m, for example, about 500 ⁇ m to about 1500 ⁇ m.
  • the pore size refers to the maximum diameter of the pore, it can be confirmed by SEM or TEM. Since the pores of the metal foam substrate 31 have such a size, an air flow rate can be properly secured, and the carbon material coating layer 32 and the visible light active photocatalyst coating layer 33 can be formed to the inside.
  • the air purification function can be implemented well.
  • the metal foam substrate 31 may have a flat plate shape as shown in FIG. 1, and the number of pores per unit volume corresponding to an area of one square inch (inch 2 ) of the flat plate may be about 20 to about. 110, for example, about 30 to about 100, for example, about 40 to about 70, for example, about 50 to about 70.
  • the unit volume corresponding to the 1 square inch unit area on the plane of the metal foam substrate 31 may be formed by extending the boundary line separating the unit area perpendicular to the plane of the metal foam substrate 31. 31) means the area. Referring to FIG. 1, the relationship between a unit area S and a unit volume V may be understood.
  • the size of one pore becomes relatively large, and the metal foam substrate As the number of pores per unit volume V corresponding to 1 inch 2 unit area S on the plane of (31) increases, the size of one pore becomes relatively small. That is, as the number of pores per unit volume (V) corresponding to the 1 inch 2 unit area (S) on the plane of the metal foam substrate 31 increases, air flow is increased, but the carbon material coating layer 32 and the There is a problem that the surface area where the visible light active photocatalyst coating layer 33 can be formed is narrowed.
  • the air filter 30 is a metal foam substrate 31 having the number of pores in the above-described range per unit volume V corresponding to a 1 inch 2 unit area S on a plane. ), It is possible to secure both the desired air purification performance and air purification efficiency.
  • the air filter 30 includes a carbon material coating layer 32 and a visible light active photocatalyst coating layer 33 formed on the surface of the metal foam substrate 31, and more specifically, the metal foam substrate ( 31 may include the carbon material coating layer 32 on the surface, and the visible light active photocatalyst coating layer 33 on the carbon material coating layer 32.
  • the carbon material coating layer 32 and the visible light active photocatalyst coating layer 33 may be sequentially disposed in this order with respect to the metal foam substrate 31 to realize excellent air purification performance by the visible light active photocatalyst, and
  • the interfacial adhesion between the carbon material coating layer 32 and the visible light active photocatalyst coating layer 33 may be high.
  • the air filter 30 includes the carbon material coating layer 32 and the visible light active photocatalyst coating layer 33 together, more various kinds of harmful substances may be removed than when the air filter 30 includes only one of the two. You can remove it in less time.
  • the air filter 30 is a single filter configuration including both the carbon material coating layer 32 and the visible light active photocatalyst coating layer 33, and the volume of the air filter 30 is greater than that of the carbon material filter and the photocatalyst filter. It can be reduced, and the advantage of regeneration and recycling of the carbon material can be obtained.
  • the carbon material coating layer 32 may include active carbon particles and an organic binder.
  • the organic binder serves to bring the activated carbon particles into close contact with the surface of the metal foam substrate 31, and may implement improved adhesion performance as compared with the case of using an inorganic binder.
  • the organic binder may include one selected from the group consisting of a urethane resin binder, an acrylic resin binder, a phenol resin binder, an epoxy resin binder, and a combination thereof.
  • the organic binder may include a urethane resin binder, in this case, it is possible to cure and dry at room temperature, it is possible to obtain the advantage that the hardness of the coating film is high and wear resistance and impact resistance excellent.
  • the carbon material coating layer 32 may include about 80 to about 200 parts by weight, specifically, about 80 to about 120 parts by weight, based on 100 parts by weight of the organic binder, and more specifically, about 90 parts by weight To about 110 parts by weight, for example, about 100 parts by weight.
  • the activated carbon particles in such a content ratio with respect to the organic binder, while ensuring an appropriate specific surface area of the carbon material coating layer 32, adhesion to the metal foam substrate 31 and the visible light active photocatalyst coating layer 33 This excellent interface adhesion can be secured.
  • the carbon material coating layer 32 may maintain excellent photocatalytic activity of the air filter 30 while achieving improved coating property and adhesion to the surface of the metal foam substrate.
  • the visible light active photocatalyst layer particles forming the visible light active photocatalyst coating layer 33 by blocking the porous surface of the activated carbon particles are formed of the activated carbon particles.
  • the activated carbon surface area is lowered by the organic binder, so that the amount of visible light active photocatalyst particles adsorbed to the activated carbon particles is reduced.
  • the content of the activated carbon particles is too much compared to the organic binder, the adhesion of the carbon material coating layer 32 to the surface of the metal foam substrate is weak, there may be a problem that the activated carbon particles are separated, wherein the The problem is that the visible light active photocatalyst particles attached to the activated carbon particles are separated together.
  • the activated carbon particles may be porous particles, and include, for example, micropores (A) having a size greater than 0 ⁇ s, less than 20 ⁇ s, 20 ⁇ s to 1000 ⁇ s mesopores (B), or both. can do.
  • A micropores
  • B mesopores
  • the activated carbon particles include a pore having such a size, when the visible light active photocatalyst coating layer 33 is manufactured on the carbon material coating layer 32, it may exhibit excellent interfacial adhesion performance.
  • the activated carbon particles include a capillary passageway connected from the surface thereof to the pores therein.
  • the width of the capillary shape is determined by the size of the pore
  • the adsorption performance of the visible light photocatalyst coating composition by the capillary passage is improved by the micropores and mesopores of the size described above, as a result, the The interfacial adhesion between the carbon material coating layer 32 and the visible light active photocatalyst coating layer 33 may be greatly increased.
  • the activated carbon particles may have a particle diameter of about 5 ⁇ m to about 100 ⁇ m, for example, about 10 ⁇ m to about 50 ⁇ m. By using such activated carbon particles, the activated carbon particles may be properly dispersed on the surface of the metal foam substrate 31, and may be coated with high adhesion.
  • the particle diameter refers to the average diameter of the particles, and may be measured as the number average particle diameter for the particles on the cross section obtained by TEM / SEM image analysis.
  • the visible light active photocatalyst coating layer 33 may include visible light active photocatalyst particles, and more specifically, may be made of only the visible light active photocatalyst particles. This means that the visible light active photocatalyst coating layer does not include a separate binder component such as an organic binder or an inorganic binder.
  • the visible light active photocatalyst coating layer 33 is derived from the aqueous dispersion of the visible light active photocatalyst particles. That is, the visible light active photocatalyst coating layer 33 may be prepared from a solution in which the visible light active photocatalyst particles are dispersed in water or distilled water, whereby the visible light active photocatalyst coating layer 33 may be formed without the organic binder or the inorganic binder. It can be made only of the photocatalyst particles, as a result, can greatly increase the photocatalyst efficiency.
  • the visible light active photocatalyst particles included in the visible light active photocatalyst coating layer 33 are formed in a state of being adsorbed to a carbon material, for example, activated carbon particles in the carbon material coating layer 32. Accordingly, the visible light active photocatalyst coating layer 33 may be formed as a discontinuous layer on the carbon material coating layer 32 or a layer including an island shape.
  • the visible light active photocatalyst particles generate electrons and holes from energy obtained by absorbing light in the visible light region having a wavelength of about 400 nm to about 800 nm, and the generated electrons and holes generate peroxide anions or hydroxy radicals.
  • the peroxide anion or hydroxy radical may then decompose and remove harmful substances such as aldehydes, ammonia, acetic acid, and the like.
  • the visible light active photocatalyst particles may include tungsten trioxide (WO 3 ) and metal particles. Specifically, the visible light active photocatalyst particles have a structure in which the metal particles are photo-deposited on the surface of the tungsten trioxide.
  • the tungsten trioxide has the advantages of low cost in the form of particles and excellent photoreactivity under visible light.
  • the metal particles are photo-deposited on the surface of the tungsten trioxide particles to serve to further improve the light reactivity of the visible light active photocatalyst particles to visible light, and may include, for example, transition metals or precious metals.
  • the metal particles are tungsten, chromium, vanadium, molybdenum, copper, iron, cobalt, manganese, nickel, platinum, gold, silver, cerium, cadmium, zinc, magnesium, calcium, strontium, barium and combinations thereof It may include one selected from the group consisting of.
  • the metal particles may include platinum, in which case the photocatalytic performance may be maximized.
  • the tungsten trioxide and the metal particles are spherical particles, respectively, and the term 'spherical particle' does not mean a particle having a mathematically perfect sphere shape, but means a particle whose projection image is the same as or similar to a circle or an ellipse. . That is, the visible light active photocatalyst particles have a shape in which spherical metal particles are deposited on the surfaces of spherical tungsten trioxide particles.
  • the particle diameter of the metal particles may be several nanometers (nm), for example, about 2 nm to about 5 nm.
  • the particle diameter of the metal particles is very small compared to the particle diameter of the tungsten trioxide particles, and since the metal particles have a particle diameter in the above range, photo-deposited to an appropriate content on the surface of the tungsten trioxide particles may exhibit excellent photocatalytic activity. .
  • the particle diameter of the tungsten trioxide particles may be about 20 nm to about 100 nm, and specifically about 30 nm to about 60 nm.
  • the particle size of the tungsten trioxide particles can satisfy the above range to improve the coating property of the visible light active photocatalyst particles to the metal foam base skeleton, and the visible light active photocatalyst particles have an appropriate dispersion degree on the carbon material coating layer. It can be bound.
  • the visible light active photocatalyst particles may include about 0.1 to about 5 parts by weight of the metal particles, for example, about 0.1 to about 2 parts by weight, based on 100 parts by weight of the tungsten trioxide (WO 3 ). For example, about 0.1 to about 0.5 parts by weight. Since the visible light active photocatalyst particles include metal particles in the content of the above range, it is possible to stably photo-deposit on the surface of tungsten trioxide (WO 3 ), it is possible to implement excellent performance for the price.
  • a body including an air inlet and an air outlet
  • a visible light emitting device disposed inside the main body
  • an air purification module including the air filter (air filter).
  • the air purification module 100 may include a main body 10 including an air inlet 11 and an air outlet 12, and a visible light emitting device 20 disposed inside the main body 10. And an air filter 30 disposed inside the main body 10.
  • the main body 10 of the air purification module 100 may include an air inlet 11 and an air outlet 12.
  • the air filter 30 may be disposed at the air outlet 12.
  • the air filter 30 is disposed in the air outlet 12 so that the air which has undergone deodorization, antibacterial and purifying action by the air filter 30 can be immediately discharged to the outside of the main body without any other contamination path. It is possible to supply purified air with high purity to the interior of the vehicle in which the air purification module is installed.
  • the visible light emitting device 20 is a device for emitting light in the visible light region, and serves to activate the air filter to deodorize, antibacterial and purify by irradiating light to the air filter.
  • the air filter 30 disposed in the air outlet 12 may have a flat plate shape, and the visible light emitting device 20 may include a light emitting surface emitting light in a plane.
  • the flat surface of the flat plate and the light emitting surface of the visible light emitting device 20 may be disposed in parallel to be spaced apart from each other in a vertical direction to face each other.
  • the visible light emitting device 20 may include a light emitting surface emitting light in a planar shape, and the light emitting surface of the visible light emitting device 20 may be parallel to a flat surface of the air filter 30.
  • the amount of light emitted from the visible light emitting device 20 is the most emitted in the direction perpendicular to the light emitting surface of the visible light emitting device 20. Therefore, the flat air filter 30 disposed in the air outlet 12 faces the light emitting surface of the visible light emitting device 20 in a vertical direction to face each other, and faces the flat surface of the air filter 30.
  • the light efficiency of the visible light active photocatalyst in the air filter 30 can be improved.
  • the purifying action of the air purification module 100 is improved.
  • the inflow direction X of the air flowing into the main body 10 from the air inlet 11 of the main body 10 is a direction crossing between the air filter 30 and the visible light emitting device 20. to be. Since the air inlet 11 is formed in the main body 10 so as to satisfy these conditions, the inflow of air through the air purification module 100 may be smoothly obtained, and the air purification module 100 is air-conditioned to the vehicle. A structure that can be easily applied to an apparatus or the like can be ensured.
  • a fan may be disposed at the air inlet 11 of the main body 10 to smoothly introduce the air therethrough.
  • the fan is for appropriately adjusting the inflow rate of air, the wind speed may be about 0.1m / sec to about 3.0m / sec. If the wind speed of the fan is too low, harmful substances cannot effectively meet the air filter, and if the wind speed is too high, the harmful substances may pass through the air filter too quickly, making it difficult to secure sufficient time for a decomposition reaction. Therefore, it is possible to further improve the removal efficiency of harmful substances by using a fan that introduces air at the wind speed in the above range.
  • the air purification module 100 includes the air filter 30, and the air filter 30 performs a purification function of directly removing harmful components.
  • the air purification module 100 includes a main body 10 and a visible light emitting device 20 disposed inside the main body 10 together with the photocatalyst filter 30.
  • the main body 10 serves as a housing of the air purification module 100.
  • PET polyethylene terephthalate
  • PP polypropylene
  • HDPE high density polyethylene
  • LDPE low density polyethylene
  • Teflon resin and a combination thereof may be made of one plastic material, or may be made of a metal material such as aluminum, stainless steel (SUS, Steel Use Stainless).
  • the body 10 may be made of a plastic material including polyethylene terephthalate (PET), in this case excellent in workability and formability, light weight can be secured more advantageous in terms of distribution. .
  • PET polyethylene terephthalate
  • the air purification module 100 purifies the air using a photocatalyst having photoactivity to visible light as described above, and uses the visible light emitting device 20 as a light source for inducing photoactivity of the photocatalyst.
  • the visible light emitting device 20 is a device emitting light corresponding to visible light of about 400 nm to about 800 nm.
  • a blue LED may be used, but is not limited thereto.
  • an ultraviolet light emitting device that emits ultraviolet rays of about 200 nm or more and less than about 400 nm may be advantageous in terms of inducing photoactivity because it emits light having high energy, but ultraviolet rays are harmful to a human body.
  • the air purification module 100 may prevent this problem by using the visible light emitting device 20 as a light source, and the air filter 30 as described above as the radiation target of the visible light emitting device 20. It is possible to maximize the air purification efficiency.
  • the manufacturing method of the air filter it is possible to manufacture the air filter according to the above. That is, according to the method of manufacturing the air filter, as shown in FIG. 1, a metal foam substrate 31, a carbon material coating layer 32, and a visible light active photocatalyst coating layer 33 are sequentially included.
  • the air filter 30 can be manufactured.
  • the body 10 of the air purification module 100 may include an air inlet 11 and an air outlet 12, and the air filter 30 at the air outlet 12. May be disposed, and the air filter 30 may have a flat shape including a flat surface, and the visible light emitting device 20 may include a light emitting surface.
  • the flat surface of the air filter 30 and the light emitting surface of the visible light emitting device 20 may be disposed in parallel to be spaced apart from each other in a vertical direction to face each other.
  • the inflow direction X of the air flowing into the main body 10 from the air inlet 11 of the main body 10 is a flat surface of the air filter 30 and the light emission of the visible light emitting device 20.
  • the air inlet 11 may be disposed to be in a direction crossing the surfaces.
  • a fan may be disposed at the air inlet 11 of the main body 10 so as to smoothly introduce the air therethrough.
  • the method of manufacturing the air filter includes the step of forming a carbon material coating layer by coating a carbon material coating composition on a surface of a metal foam substrate as a step (a).
  • the carbon material coating composition includes an organic binder and activated carbon particles.
  • grain are also the same as the above-mentioned.
  • the carbon material coating composition may include about 80 to about 120 parts by weight of the activated carbon particles, based on 100 parts by weight of the organic binder, for example, may include about 90 to about 110 parts by weight. For example, it may include about 100 parts by weight.
  • the carbon material coating composition may implement an improved coating property and adhesion to the surface of the metal foam substrate.
  • the organic binder blocks the porous surface of the activated carbon particles, so that the visible light active photocatalyst coating composition is added to the activated carbon in the following step (b).
  • the visible light active photocatalyst coating composition is added to the activated carbon in the following step (b).
  • the content of the activated carbon particles is too high compared to the organic binder, the adhesion of the activated carbon particles to the surface of the metal foam substrate is weak, there may be a problem that the activated carbon particles are separated.
  • the method of manufacturing the air filter includes coating a visible light active photocatalyst coating composition on the carbon material coating layer to form a visible light active photocatalyst coating layer.
  • the visible light active photocatalyst coating composition may be an aqueous dispersion in which visible light active photocatalyst particles are dispersed. That is, the visible light active photocatalyst coating composition does not include an organic binder component or an inorganic binder component, and uses an aqueous solvent such as water or distilled water.
  • the aqueous solvent such as water or distilled water, is well adsorbed by the pore structure having the capillary shape of the activated carbon particles, whereby the adhesion of the visible light active photocatalyst coating layer to the carbon material coating layer can be greatly improved.
  • the organic or inorganic components do not remain in the final visible light active photocatalyst coating layer, the photocatalytic efficiency of the visible light active photocatalyst particles may be greatly improved.
  • the visible light active photocatalyst coating composition may include about 5 to about 10 parts by weight of the visible light active photocatalyst particles, based on 100 parts by weight of an aqueous solvent, for example, about 5 to 7 parts by weight. .
  • the adsorption power of the visible light active photocatalyst coating composition by the activated carbon particles may be excellent, and the visible light active photocatalyst coating composition is advantageous to penetrate to the inside of the metal foam substrate, thereby providing a larger area of the metal foam substrate.
  • the visible light active photocatalyst coating layer may be formed on a surface.
  • the coating method of the carbon material coating composition and the visible light active photocatalyst coating composition may be performed by a dip coating method, respectively.
  • the carbon material coating composition and the visible light active photocatalyst coating composition may be advantageous to penetrate into the pore structure of the metal foam substrate, and as a result, the carbon material coating layer and the visible light active photocatalyst The coating layer may be formed to occupy a larger area on the surface of the metal foam substrate, thereby realizing excellent harmful substance removal performance.
  • the manufacturing method of the air filter includes a step (c) of drying the metal foam substrate on which the carbon material coating layer and the visible light active photocatalyst coating layer are formed.
  • step (c) drying of the metal foam substrate may be performed at a temperature of about 80 ° C. to about 100 ° C. for about 30 minutes to about 90 minutes. As a result, substantially all of the aqueous solvent of the visible light active photocatalyst coating composition may be evaporated without damaging the physical properties of the metal foam substrate and the activated carbon particles.
  • photocatalyst coatings involve high temperature heat treatments of about 300 ° C. or higher to ensure good performance.
  • high temperature heat treatment may deteriorate the process efficiency and may damage the peripheral components other than the photocatalyst.
  • the coating layer may be prepared by only drying it at a relatively low temperature (80 ° C. to 100 ° C.), and having a high temperature of about 300 ° C. or more. Does not involve heat treatment.
  • it shows excellent photocatalytic performance and can secure an advantage in process efficiency.
  • the air filter 30 includes a metal foam substrate 31, a carbon material coating layer 32, and a visible light active photocatalyst coating layer 33, and specifically, the metal It may include a foam substrate 31 and a carbon material coating layer 32 coated on the surface of the metal foam substrate 31 and a visible light active photocatalyst coating layer 33 coated on the carbon material coating layer.
  • Matters relating to the metal foam substrate 31, the carbon material coating layer 32, and the visible light active photocatalyst coating layer 33 are all described above.
  • the air filter manufactured by the air filter manufacturing method may be applied to the above-described air purification module.
  • the air filter and the visible light emitting device may be disposed in the body to manufacture the air purification module.
  • the body 10 of the air purification module 100 may include an air inlet 11 and an air outlet 12, and the air filter 30 at the air outlet 12. May be disposed, and the air filter 30 may have a flat shape including a flat surface, and the visible light emitting device 20 may include a light emitting surface.
  • the flat surface of the air filter 30 and the light emitting surface of the visible light emitting device 20 may be disposed in parallel to be spaced apart from each other in a vertical direction to face each other.
  • the inflow direction X of the air flowing into the main body 10 from the air inlet 11 of the main body 10 is a flat surface of the air filter 30 and the light emission of the visible light emitting device 20.
  • the air inlet 11 may be disposed to be in a direction crossing the surfaces.
  • a fan may be further disposed at the air inlet 11.
  • the fan is to smoothly flow into the body of the air, all of the matters as described above.
  • a metal foam base material of 100% nickel component having a thickness of 4 mm was prepared.
  • the number of pores per volume corresponding to an area of 1 square inch (inch 2 ) on the plane of the metal foam substrate was 60, and the size of the pores was 0.8 mm.
  • the carbon foam substrate was immersed in a carbon material coating composition including 100 parts by weight of activated carbon particles having an average particle diameter of 30 ⁇ m for 1 minute, and then dip coated to remove The carbon material coating layer was formed on the surface.
  • the carbon foam substrate having the carbon material coating layer was immersed in a visible light active photocatalyst coating composition including 5 parts by weight of Pt / WO 3 visible light active photocatalyst particles in 100 parts by weight of distilled water for 2 minutes, and then dip coated to remove the carbon foam substrate.
  • a visible light active photocatalyst coating layer was formed on the material coating layer.
  • a main body including an air inlet and an air outlet having a small fan installed therein was prepared, and the photocatalyst filter manufactured at the air outlet was disposed. Subsequently, a blue LED emitting light having a wavelength of 450 nm is disposed inside the main body of the photocatalyst filter in a vertical direction, and an inflow direction of air introduced from the air inlet through the small fan is between the photocatalyst filter and the blue LED. was placed across, thereby producing an air purification module.
  • An air purification module was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the content of the urethane resin binder and activated carbon particles in the carbon coating composition for preparing the carbon coating layer of the air filter was changed. Specifically, with respect to 100 parts by weight of the urethane resin binder, the carbon foam coating composition containing 50 parts by weight of activated carbon particles having an average particle diameter of 30 ⁇ m immersed for 1 minute and then taken out by dip coating (dip) the metal foam A carbon material coating layer was formed on the surface of the substrate.
  • An air purification module was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the content of the urethane resin binder and activated carbon particles in the carbon coating composition for preparing the carbon coating layer of the air filter was changed. Specifically, with respect to 100 parts by weight of the urethane resin binder, the metal foam substrate is immersed in a carbon material coating composition containing 200 parts by weight of activated carbon particles having an average particle diameter of 30 ⁇ m for 1 minute and then dip coated to the metal foam A carbon material coating layer was formed on the surface of the substrate.
  • An air purification module was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the metal foam substrate of the air filter was changed. Specifically, the metal foam was provided with a metal foam base material of 100% Cu having a thickness of 4mm.
  • Example 1 a visible light active photocatalyst coating layer coated directly on the surface of the metal foam substrate without the carbon material coating layer was prepared, in which, instead of the visible light active photocatalyst coating composition, 5% by weight of Pt / WO 3 visible light active photocatalyst particles
  • the photocatalyst coating solution was used, except that 1.25 wt% of silica binder, which is a dehydrating polymer of tetraethoxysilane (TEOS, Si (OCH 2 CH 3 ) 4 ), and 93.75 wt% of isopropyl alcohol (IPA) solvent were used.
  • An air purification module was prepared in the same manner as in Example 1.
  • a commercially available ionizer (Hallya Air Conditioning, Cliogen) was used as the air purification module.
  • Each decomposition target gas of the following concentration was inject
  • Table 1 shows the ratio of the gas concentration removed by each air purification module to the injection gas concentration as a percentage.
  • Example 1 the air purification module of Example 1 is superior in the removal performance for various types of harmful gases at the same time compared to the air purification modules of Comparative Examples 1 and 2. .
  • Example 1 shows a removal performance of 90% or more for aldehydes harmful gases (formaldehyde, acetaldehyde), and 100% for ammonia and acetic acid. It also exhibits high removal performance of 97% or more for aromatic noxious gases (benzene, toluene, ethylbenzene, xylene, styrene).
  • the air purification module of Comparative Example 1 shows a similar removal performance to acetic acid, but the removal performance is significantly inferior to that of Example 1 for aldehyde harmful gases, ammonia and aromatic hazardous gases. You can see that.

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Abstract

메탈폼(metal foam) 기재, 탄소 소재 코팅층 및 가시광 활성 광촉매 코팅층을 포함하는 에어 필터를 제공한다.

Description

에어 필터 및 이를 포함하는 공기 정화 모듈
공기 정화 기능을 수행하는 에어 필터 및 이를 포함하는 공기 정화 모듈에 관한 것이다.
차량 공조 장치(HVAC System)는 차량의 실내외 순환 기능을 운전자가 조절할 수 있도록 만들어진 장치이다. 차량의 환기가 충분치 못한 경우, 내부에 유해 물질의 농도가 증가하여 인체에 좋지 못한 영향을 줄 수 있고, 운전자 및 동승자의 피로감을 증가시키는 원인이 되기도 한다. 따라서, 최근에는 차량 내부의 공기 질을 향상시키기 위해 공기 청정 옵션 기능을 수행하는 이오나이저(ionizer) 등이 많이 사용되고 있다. 이오나이저(ionizer)는 전원이 공급되면 전류를 고전압으로 변환하고, 이온 방전극에서 수소 이온(H+) 등의 양전하를 띠는 이온 또는 산소 이온(O2 -) 등의 음전하를 띠는 이온을 방사한다. 이렇게 방사된 이온들은 공기 중의 수분과 만나 클러스터화 되어 유해 물질에 결합되며, OH-를 발생시켜 유해 물질을 제거하는 원리를 이용하는 것이다. 그러나, 실제 이오나이저의 유해 물질 제거 성능은 낮은 수준이며, 오히려 공기 중에 오존을 생성시켜 인체에 악영향을 줄 우려가 있다. 따라서, 이오나이저를 대체하면서 인체에 무해하고 광범위한 유해 물질 제거 성능을 구현하는 에어 필터를 적용한 공기 청정 장치에 대한 개발이 필요한 실정이다.
본 발명의 일 구현예는 에어 필터로서, 다양한 종류의 유해 물질에 대한 제거 성능이 우수하며, 내구성이 높고, 탈취 및 향균 기능을 효과적으로 발현할 수 있다.
본 발명의 일 구현예는 상기 에어 필터를 적용하여 차량 내부의 공기 질을 향상시킬 수 있는 공기 정화 모듈을 제공한다.
본 발명의 일 구현예에서, 메탈폼(metal foam) 기재, 탄소 소재 코팅층 및 가시광 활성 광촉매 코팅층을 포함하는 에어 필터를 제공한다.
본 발명의 일 구현예에서, 공기 유입구와 공기 배출구를 포함하는 본체; 상기 본체 내부에 배치된 가시광 발광 소자; 및 상기 본체 내부에 배치되고, 상기 에어 필터(air filter)를 포함하는 공기 정화 모듈을 제공한다.
상기 에어 필터는 알데히드, 암모니아, 아세트산 등의 다양한 종류의 유해 가스에 대한 제거 성능이 우수하며, 내구성이 높고, 탈취 및 향균 기능을 효과적으로 발현하여, 차량용 공기 정화 모듈에 적용시 차량 내부의 공기 질을 크게 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 상기 에어 필터의 확대도를 SEM 이미지를 이용해 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 활성탄 입자의 단면을 개략적으로 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른 공기 정화 모듈을 개략적으로 도시한 것이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 후술하는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
또한, 본 명세서에서 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상부에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 아울러, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "아래에" 또는 "하부에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 아래에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
본 발명의 일 구현예에서, 메탈폼(metal foam) 기재, 탄소 소재 코팅층 및 가시광 활성 광촉매 코팅층을 포함하는 에어 필터를 제공한다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 상기 에어 필터(30)와 그 확대 이미지를 개략적으로 도시한 것이다. 도 1을 참조할 때, 상기 에어 필터(30)는 메탈폼(metal foam) 기재(31), 탄소 소재 코팅층(32) 및 가시광 활성 광촉매 코팅층(33)을 포함한다. 구체적으로, 상기 에어 필터(30)는 상기 메탈폼 기재(31)와 상기 메탈폼 기재(31)의 표면에 코팅된 탄소 소재 코팅층(32) 및 상기 탄소 소재 코팅층 상에 코팅된 가시광 활성 광촉매 코팅층(33)을 포함한다.
상기 메탈폼 기재(31)는 니켈, 철, 크롬, 알루미늄, 구리, 텅스텐, SUS, 티타늄, 은 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 메탈폼 기재(31)는 니켈, 철, 크롬, 알루미늄 또는 구리일 수 있다.
일 구현예에서, 상기 메탈폼 기재(31)는 니켈을 포함할 수 있고, 예를 들어, 니켈만으로 이루어질 수 있다. 상기 메탈폼 기재(31)가 니켈을 포함하는 경우, 이를 포함하지 않는 경우에 비하여 메탈폼의 형태로 가공하는 성형성을 고려한 측면에서 유리할 수 있다.
또한, 상기 메탈폼 기재(31)의 두께는 약 1.6mm 내지 약 15mm일 수 있고, 예를 들어, 약 2mm 내지 약 10mm일 수 있으며, 예를 들어, 약 3mm 내지 약 5mm일 수 있다. 상기 메탈폼 기재(31)의 두께가 두꺼울수록 표면적이 넓어지기 때문에 상기 탄소 소재 코팅층(32) 및 상기 가시광 활성 광촉매 코팅층(33)이 형성될 수 있는 기재 면적이 넓어지는 이점이 있다. 다만, 상기 메탈폼 기재(31)의 두께가 지나치게 두꺼울 경우, 그 내부에 광이 조사되지 못하는 부분이 생기게 되고, 광촉매 코팅량에 비하여 성능이 좋지 못한 문제점이 생길 우려가 있다. 또한, 상기 메탈폼 기재(31)의 두께가 지나치게 두꺼운 경우 상기 공기 정화 모듈을 차량 공조 장치에 적용하기 위한 크기로 적절하게 제조하지 못할 우려가 있다. 따라서, 상기 메탈폼 기재(31)의 두께를 상기 범위로 조절함으로써 상기 탄소 소재 코팅층(32) 및 상기 가시광 활성 광촉매 코팅층(33)의 코팅량 대비 우수한 공기 정화 성능을 구현할 수 있고, 상기 공기 정화 모듈을 원하는 크기로 제조하기 용이할 수 있다.
도 1을 참조할 때, 상기 메탈폼 기재(31)는 기공을 포함하는 3차원 망상 구조를 갖는다. 상기 메탈폼 기재(31)의 3차원 망상 구조에 있어서, 각각의 기공을 둘러싸면서 기본 골격을 이루는 부분이 상기 메탈폼 기재(31)의 표면이 된다. 상기 탄소 소재 코팅층(32) 및 상기 가시광 활성 광촉매 코팅층(33)은 상기 메탈폼 기재(31)의 표면 상에 순차적으로 형성될 수 있다.
상기 메탈폼 기재(31)의 기공은 크기가 약 100㎛ 내지 약 1500㎛일 수 있고, 예를 들어, 약 500㎛ 내지 약 1500㎛일 수 있다. 상기 기공의 크기는 기공의 최대 직경을 의미하며, SEM 또는 TEM을 이용하여 확인할 수 있다. 상기 메탈폼 기재(31)의 기공이 이와 같은 크기를 가짐으로써 공기의 흐름 속도가 적절히 확보될 수 있고, 상기 탄소 소재 코팅층(32) 및 상기 가시광 활성 광촉매 코팅층(33)이 내부까지 형성될 수 있어 공기 정화 기능이 우수하게 구현될 수 있다.
상기 메탈폼 기재(31)는 도 1에 도시된 바와 같이 평판 형상일 수 있고, 상기 평판 형상의 평면상의 1 제곱인치(inch2) 단위 면적에 해당하는 단위 부피 당 기공의 수가 약 20개 내지 약 110개일 수 있고, 예를 들어, 약 30개 내지 약 100개일 수 있고, 예를 들어, 약 40개 내지 약 70개일 수 있고, 예를 들어, 약 50개 내지 약 70개일 수 있다. 상기 메탈폼 기재(31)의 평면상의 1 제곱인치 단위 면적에 해당하는 단위 부피는 상기 단위 면적을 구분하는 경계선을 상기 메탈폼 기재(31)의 평면에 수직하게 연장하여 형성되는 상기 메탈폼 기재(31)의 영역을 의미한다. 도 1을 참고하면, 단위 면적(S)과 단위 부피(V)의 관계를 이해할 수 있다.
예를 들어, 상기 메탈폼 기재(31)의 평면상의 1 inch2 단위 면적(S)에 해당하는 단위 부피(V) 당 기공의 수가 적을수록 하나의 기공의 크기는 상대적으로 커지며, 상기 메탈폼 기재(31)의 평면상의 1 inch2 단위 면적(S)에 해당하는 단위 부피(V) 당 기공의 수가 많을수록 하나의 기공의 크기는 상대적으로 작아진다. 즉, 상기 메탈폼 기재(31)의 평면상의 1 inch2 단위 면적(S)에 해당하는 단위 부피(V) 당 기공의 수가 적을수록 공기의 흐름성은 높아지지만, 상기 탄소 소재 코팅층(32) 및 상기 가시광 활성 광촉매 코팅층(33)이 형성될 수 있는 표면적이 좁아지는 문제가 있다. 반대로, 상기 메탈폼 기재(31)의 평면상의 1 inch2 단위 면적(S)에 해당하는 단위 부피(V) 당 기공의 수가 많을수록 상기 탄소 소재 코팅층(32) 및 상기 가시광 활성 광촉매 코팅층(33)이 형성될 수 있는 표면적은 넓어지지만, 공기이 흐름성이 저하되는 문제가 있다. 따라서, 본 발명의 일 구현예에 따른 상기 에어 필터(30)는 평면상의 1 inch2 단위 면적(S)에 해당하는 단위 부피(V) 당 전술한 범위의 기공의 수를 갖는 메탈폼 기재(31)를 포함함으로써 목적하는 공기 정화 성능 및 공기 정화 효율을 모두 확보할 수 있다.
전술한 바와 같이, 상기 에어 필터(30)는 상기 메탈폼 기재(31)의 표면에 형성된 탄소 소재 코팅층(32) 및 가시광 활성 광촉매 코팅층(33)을 포함하고, 보다 구체적으로, 상기 메탈폼 기재(31)의 표면 상에 상기 탄소 소재 코팅층(32)을 포함하며, 상기 탄소 소재 코팅층(32) 상에 상기 가시광 활성 광촉매 코팅층(33)을 포함할 수 있다. 상기 탄소 소재 코팅층(32)과 상기 가시광 활성 광촉매 코팅층(33)이 상기 메탈폼 기재(31)에 대하여 이와 같은 순서로 순차적으로 배치됨으로써 가시광 활성 광촉매에 의한 공기 정화 성능을 우수하게 구현할 수 있고, 상기 탄소 소재 코팅층(32)과 상기 가시광 활성 광촉매 코팅층(33) 사이의 계면 부착력을 높게 구현할 수 있다.
상기 에어 필터(30)가 상기 탄소 소재 코팅층(32) 및 상기 가시광 활성 광촉매 코팅층(33)을 함께 포함함으로써, 둘 중 어느 하나만을 포함하는 경우에 비하여 더 다양한 종류의 유해 물질을 제거할 수 있고, 더 빠른 시간 안에 제거할 수 있다.
또한, 상기 에어 필터(30)는 상기 탄소 소재 코팅층(32) 및 상기 가시광 활성 광촉매 코팅층(33)을 모두 포함하는 단일 필터 구성으로서, 탄소 소재의 필터와 광촉매 필터를 별도로 구비하는 경우에 비하여 부피를 감소시킬 수 있고, 상기 탄소 소재의 재생 및 재활용이 가능하다는 이점을 얻을 수 있다.
상기 탄소 소재 코팅층(32)은 활성탄(active carbon) 입자 및 유기 바인더를 포함할 수 있다. 상기 유기 바인더는 상기 활성탄 입자를 상기 메탈폼 기재(31)의 표면에 밀착시키는 역할을 하는 것으로, 무기 바인더를 사용하는 경우에 비하여 향상된 부착 성능을 구현할 수 있다.
예를 들어, 상기 유기 바인더는 우레탄 수지 바인더, 아크릴 수지 바인더, 페놀 수지 바인더, 에폭시 수지 바인더 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다. 일 구현예에서, 상기 유기 바인더는 우레탄 수지 바인더를 포함할 수 있고, 이 경우, 실온 경화 및 건조가 가능하며, 코팅막의 경도가 높아 내마모성 및 내충격성이 우수하다는 이점을 얻을 수 있다.
상기 탄소 소재 코팅층(32)은 상기 유기 바인더 100 중량부에 대하여, 상기 활성탄 입자를 약 80 내지 약 200 중량부, 구체적으로, 약 80 내지 약 120 중량부 포함할 수 있고, 더욱 구체적으로, 약 90 내지 약 110 중량부 포함할 수 있고, 예를 들어, 약 100 중량부 포함할 수 있다. 상기 활성탄 입자가 상기 유기 바인더 대비 이와 같은 함량비로 사용됨으로써, 상기 탄소 소재 코팅층(32)의 적절한 비표면적을 확보하면서도, 상기 메탈폼 기재(31)에 대한 부착성 및 상기 가시광 활성 광촉매 코팅층(33)이 우수한 계면 부착성을 확보할 수 있다. 또한, 상기 탄소 소재 코팅층(32)이 상기 메탈폼 기재의 표면에 대해 향상된 코팅성 및 부착성을 구현하면서도 상기 에어 필터(30)의 광촉매 활성을 우수하게 유지할 수 있다.
상기 유기 바인더 대비 상기 활성탄 입자의 함량이 지나치게 적을 경우에는, 상기 유기 바인더가 상기 활성탄 입자의 다공성 표면을 차단하여, 상기 가시광 활성 광촉매 코팅층(33)을 형성하는 가시광 활성 광촉매층 입자가 상기 활성탄 입자의 포어 구조에 의해 흡착되는 성능을 저하시킬 우려가 있다. 즉, 활성탄 표면적이 유기 바인더에 의해 저하되어서 상기 활성탄 입자에 흡착된 가시광 활성 광촉매 입자의 양이 적어지게 된다. 또한, 상기 유기 바인더 대비 상기 활성탄 입자의 함량이 지나치게 많을 경우에는, 상기 메탈폼 기재의 표면에 대한 상기 탄소 소재 코팅층(32)의 부착력이 약해서 상기 활성탄 입자가 이탈되는 문제가 생길 수 있으며, 이때 상기 활성탄 입자에 부착된 상기 가시광 활성 광촉매 입자가 함께 이탈되는 문제가 수반된다.
도 2는 상기 활성탄 입자의 단면을 개략적으로 도시한 것이다. 도 2를 참조할 때, 상기 활성탄 입자는 다공성 입자일 수 있고, 예를 들어, 크기가 0Å 초과, 20Å 미만인 마이크로 포어(A), 크기가 20Å 내지 1000 Å 메조 포어(B) 또는 이들 모두를 포함할 수 있다. 상기 활성탄 입자가 이와 같은 크기의 포어를 포함함으로써 상기 탄소 소재 코팅층(32) 상에 상기 가시광 활성 광촉매 코팅층(33)을 제조할 때, 우수한 계면 부착 성능을 나타낼 수 있다.
보다 구체적으로, 도 2를 참조할 때, 상기 활성탄 입자는 이의 표면으로부터 내부의 포어까지 연결되는 모세관 형상의 통로를 포함하게 된다. 이때, 상기 포어의 크기에 의해 상기 모세관 형상의 폭이 정해지며, 전술한 크기의 마이크로 포어 및 메조 포어에 의해 상기 모세관 형상의 통로에 의한 가시광 광촉매 코팅 조성물의 흡착 성능이 향상되어, 결과적으로, 상기 탄소 소재 코팅층(32)과 상기 가시광 활성 광촉매 코팅층(33)의 계면 부착력이 크게 증대될 수 있다.
상기 활성탄 입자는 그 입경(particle diameter)이 약 5㎛ 내지 약 100㎛일 수 있고, 예를 들어, 약 10㎛ 내지 약 50㎛일 수 있다. 이와 같은 크기의 활성탄 입자를 사용함으로써 상기 메탈폼 기재(31) 표면에 상기 활성탄 입자가 적절히 분산되어 있을 수 있고, 높은 부착력으로 코팅되어 있을 수 있다.
본 명세서에서, 입경(particle diameter)은 입자의 평균 직경을 의미하는 것으로서, TEM/SEM 이미지 분석에 의해 얻어진 단면 상 입자에 대한 수평균 입경으로 측정될 수 있다.
상기 가시광 활성 광촉매 코팅층(33)은 가시광 활성 광촉매 입자를 포함하며, 보다 구체적으로, 상기 가시광 활성 광촉매 입자만으로 이루어질 수 있다. 이는 상기 가시광 활성 광촉매 코팅층이 유기 바인더 또는 무기 바인더 등의 별도의 바인더 성분을 포함하지 않는 것을 의미한다.
구체적으로, 상기 가시광 활성 광촉매 코팅층(33)은 상기 가시광 활성 광촉매 입자의 수계 분산액으로부터 유래된다. 즉, 상기 가시광 활성 광촉매 입자가 물 또는 증류수에 분산된 용액으로부터 상기 가시광 활성 광촉매 코팅층(33)이 제조될 수 있고, 이로써, 상기 가시광 활성 광촉매 코팅층(33)이 유기 바인더 또는 무기 바인더 없이 상기 가시광 활성 광촉매 입자만으로 이루어질 수 있으며, 그 결과, 광촉매 효율을 크게 높일 수 있다.
상기 가시광 활성 광촉매 코팅층(33)에 포함된 상기 가시광 활성 광촉매 입자는 상기 탄소 소재 코팅층(32) 중 탄소 소재, 예를 들어, 활성탄 입자에 흡착된 상태로 형성된다. 따라서, 상기 가시광 활성 광촉매 코팅층(33)은 상기 탄소 소재 코팅층(32) 상에 불연속적인 층으로 형성되거나, 아일랜드 형상을 포함하는 층으로 형성될 수 있다.
상기 가시광 활성 광촉매 입자는 파장이 약 400nm 내지 약 800nm인 가시광선 영역의 빛을 흡수하여 얻은 에너지로부터 전자와 정공을 생성하고, 생성된 상기 전자와 정공이 퍼옥사이드 음이온 또는 히드록시 라디칼을 생성한다. 이어서, 상기 퍼옥사이드 음이온 또는 히드록시 라디칼이 알데히드, 암모니아, 아세트산 등의 유해 물질을 분해 및 제거할 수 있다.
상기 가시광 활성 광촉매 입자는 삼산화텅스텐(WO3) 및 금속 입자를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 가시광 활성 광촉매 입자는 상기 삼산화텅스텐의 표면에 상기 금속 입자가 광-증착(photo-deposition)된 구조를 갖는다.
상기 삼산화텅스텐은 입자 형태로서 가격이 저렴하고, 가시광선 하에서 광반응성이 우수한 이점을 갖는다.
상기 금속 입자는 상기 삼산화텅스텐 입자의 표면에 광-증착되어 가시광 활성 광촉매 입자의 가시광선에 대한 광 반응성을 더욱 향상시키는 역할을 하며, 예를 들어, 전이 금속 또는 귀금속을 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 금속 입자는 텅스텐, 크롬, 바나듐, 몰리브데넘, 구리, 철, 코발트, 망간, 니켈, 백금, 금, 은, 세륨, 카드늄, 아연, 마그네슘, 칼슘, 스트론튬, 바륨 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 금속 입자는 백금을 포함할 수 있고, 이 경우 광촉매 성능이 극대화될 수 있다.
상기 삼산화텅스텐 및 금속 입자는 각각 구형의 입자로서, '구형의 입자'란 수학적으로 완전한 구의 형상을 갖는 입자를 의미하는 것은 아니고, 투영상이 원 또는 타원과 동일 또는 유사한 형상을 나타내는 입자를 의미한다. 즉, 상기 가시광 활성 광촉매 입자는 구형의 삼산화텅스텐 입자의 표면에 구형의 금속 입자가 증착된 형상을 갖는다.
이때, 상기 금속 입자의 입경(particle diameter)은 수 나노미터(㎚)로서, 예를 들어 약 2㎚ 내지 약 5㎚일 수 있다. 상기 금속 입자의 입경은 상기 삼산화텅스텐 입자의 입경에 비해 매우 작으며, 상기 금속 입자가 상기 범위의 입경을 가짐으로써 상기 삼산화텅스텐 입자의 표면에 적절한 함량으로 광-증착되어 우수한 광촉매 활성을 나타낼 수 있다.
상기 삼산화텅스텐 입자의 입경(particle diameter)은 약 20㎚ 내지 약 100㎚ 일 수 있고, 구체적으로 약 30nm 내지 약 60nm일 수 있다. 상기 삼산화텅스텐 입자의 입경이 상기 범위를 만족함으로써 상기 가시광 활성 광촉매 입자의 메탈폼 기재 골격에 대한 코팅성을 향상시킬 수 있고, 상기 가시광 활성 광촉매 입자가 적절한 분산도를 가지면서 상기 탄소 소재 코팅층 상에 바인딩(binding) 되어 있을 수 있다.
상기 가시광 활성 광촉매 입자는 상기 삼산화텅스텐(WO3) 100 중량부에 대하여, 상기 금속 입자를 약 0.1 내지 약 5 중량부 포함할 수 있고, 예를 들어, 약 0.1 내지 약 2 중량부 포함할 수 있고, 예를 들어, 약 0.1 내지 약 0.5 중량부 포함할 수 있다. 상기 가시광 활성 광촉매 입자가 금속 입자를 상기 범위의 함량으로 포함함으로써, 삼산화텅스텐(WO3)의 표면에 안정적으로 광-증착시킬 수 있고, 가격 대비 우수한 성능을 구현할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에서:
공기 유입구와 공기 배출구를 포함하는 본체;
상기 본체 내부에 배치된 가시광 발광 소자; 및
상기 본체 내부에 배치되고, 상기 에어 필터(air filter)를 포함하는 공기 정화 모듈을 제공한다.
도 3은 상기 공기 정화 모듈을 개략적으로 도시한 것이다. 도 3을 참조할 때, 상기 공기 정화 모듈(100)은 공기 유입구(11)와 공기 배출구(12)를 포함하는 본체(10) 및 상기 본체(10) 내부에 배치된 가시광 발광 소자(20)를 포함하고, 본체(10) 내부에 배치된 에어 필터(30, air filter)를 포함한다.
상기 공기 정화 모듈(100)의 본체(10)는 공기 유입구(11) 및 공기 배출구(12)를 포함할 수 있다.
상기 에어 필터(30)에 관한 상세한 설명은 전술하여 설명된 바와 같다.
상기 공기 배출구(12)에 상기 에어 필터(30)가 배치될 수 있다. 상기 에어 필터(30)가 상기 공기 배출구(12)에 배치됨으로써 상기 에어 필터(30)에 의한 탈취, 향균 및 정화 작용을 거친 공기가 다른 오염 경로 없이 상기 본체 외부로 바로 배출될 수 있고, 이로써 상기 공기 정화 모듈을 설치한 차량의 실내에 높은 순도로 정화된 공기를 공급할 수 있다.
상기 가시광 발광 소자(20)는 가시광선 영역의 광을 방사하는 소자로서, 상기 에어 필터에 광을 조사하여 상기 에어 필터가 탈취, 향균 및 정화 작용을 할 수 있도록 활성화시키는 역할을 한다.
상기 공기 배출구(12)에 배치된 상기 에어 필터(30)는 평판 형상일 수 있고, 상기 가시광 발광 소자(20)는 면상으로 발광하는 발광면을 구비할 수 있다. 상기 평판의 평평한 면과 상기 가시광 발광 소자(20)의 발광면은 마주보도록 서로 수직 방향으로 이격되어 평행하게 배치될 수 있다.
상기 가시광 발광 소자(20)는 면상으로 발광하는 발광면을 구비할 수 있고, 상기 가시광 발광 소자(20)의 발광면과 상기 에어 필터(30)의 평판 형상의 면상이 평행할 수 있다.
상기 가시광 발광 소자(20)로부터 방사되는 광량은 상기 가시광 발광 소자(20)의 발광면에 수직 방향으로 방사되는 광량이 가장 많다. 따라서, 상기 공기 배출구(12)에 배치된 평판 형상의 에어 필터(30)는 상기 가시광 발광 소자(20)의 발광면에 수직 방향으로 이격되어 마주보도록 대향시키고, 상기 에어 필터(30)의 평평한 면과 상기 가시광 발광 소자(20)의 발광면이 평행하게 배치함으로써, 상기 에어 필터(30) 내 가시광 활성 광촉매의 광효율을 향상시킬 수 있다. 상기 에어 필터(30) 내 가시광 활성 광촉매의 광효율을 향상시킴으로써, 상기 공기 정화 모듈(100)의 정화 작용이 향상된다.
또한, 상기 본체(10)의 공기 유입구(11)로부터 상기 본체(10) 내부로 유입되는 공기의 유입 방향(X)은 상기 에어 필터(30)와 상기 가시광 발광 소자(20) 사이를 가로지르는 방향이다. 상기 공기 유입구(11)가 이러한 조건을 만족하도록 상기 본체(10)에 형성됨으로써 상기 공기 정화 모듈(100)을 통한 공기의 유입이 원활한 이점을 얻을 수 있고, 상기 공기 정화 모듈(100)을 차량 공조 장치 등에 적용하기 용이한 구조를 확보할 수 있다.
상기 본체(10)의 공기 유입구(11)에는 이를 통한 공기의 유입을 보다 원활하기 하게 위하여 팬(fan)이 배치될 수 있다.
상기 팬(fan)은 공기의 유입 속도를 적절히 조절하기 위한 것으로서, 풍속이 약 0.1m/sec 내지 약 3.0m/sec일 수 있다. 상기 팬의 풍속이 너무 낮으면 유해 물질이 상기 에어 필터와 효과적으로 만날 수가 없으며, 풍속이 너무 높으면 유해 물질이 너무 빨리 에어 필터를 통과하게 되어 분해 반응을 위한 충분한 시간 확보가 어려울 수 있다. 따라서, 상기 범위의 풍속으로 공기를 유입시키는 팬을 이용하여 유해 물질의 제거 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
상기 공기 정화 모듈(100)은 상기 에어 필터(30)를 포함하며, 상기 에어 필터(30)는 직접적으로 유해 성분을 제거하는 정화 기능을 수행한다.
도 3을 참조할 때, 상기 공기 정화 모듈(100)은 상기 광촉매 필터(30)와 함께 본체(10) 및 상기 본체(10) 내부에 배치된 가시광 발광 소자(20)를 포함한다.
상기 본체(10)는 상기 공기 정화 모듈(100)의 하우징(housing) 역할을 하는 것으로, 예를 들어, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리프로필렌(PP), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 테플론 수지 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나의 플라스틱 재질로 이루어지거나, 또는 알루미늄, 스테인리스 스틸(SUS, Steel Use Stainless) 등의 금속 재질로 이루어질 수 있다.
일 구현예에서, 상기 본체(10)는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)를 포함하는 플라스틱 재질로 제조될 수 있고, 이 경우 가공성 및 성형성이 우수하고, 경량성이 확보되어 유통성 측면에서 보다 유리할 수 있다.
상기 공기 정화 모듈(100)은 전술한 바와 같이 가시광선에 대해 광활성을 갖는 광촉매를 이용해 공기를 정화하는 것으로서, 광촉매의 광활성을 유도하는 광원으로서 가시광 발광 소자(20)를 이용한다.
상기 가시광 발광 소자(20)는 약 400nm 내지 약 800nm의 가시광선에 해당하는 광을 방사하는 소자로서, 예를 들어, 블루 LED를 이용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 약 200nm 이상, 약 400nm 미만의 자외선을 방사하는 자외선 발광 소자의 경우, 높은 에너지를 갖는 광을 방사하기 때문에 광활성을 유도하는 측면에서 유리할 수 있으나, 자외선은 인체에 유해한 문제가 있고, 자외선 발광 소자의 경우 가시광 발광 소자에 비해 수명이 짧으며 가격이 매우 고가인 문제가 있다. 따라서, 상기 공기 정화 모듈(100)은 가시광 발광 소자(20)를 광원으로 이용하여 이러한 문제점을 방지할 수 있으며, 상기 가시광 발광 소자(20)의 방사 대상으로서 전술한 바와 같은 에어 필터(30)를 이용하여 공기 정화 효율을 극대화할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에서, (a) 메탈폼(metal foam) 기재의 표면에 탄소 소재 코팅 조성물을 코팅하여 탄소 소재 코팅층을 형성하는 단계; (b) 상기 탄소 소재 코팅층 상에 가시광 활성 광촉매 코팅 조성물을 코팅하여 가시광 활성 광촉매 코팅층을 형성하는 단계; 및 (c) 상기 탄소 소재 코팅층 및 상기 가시광 활성 광촉매 코팅층이 형성된 메탈폼 기재를 건조하여 에어 필터를 제조하는 단계;를 포함하는 에어 필터의 제조방법을 제공한다.
상기 에어 필터의 제조방법을 통하여 전술한 바에 따른 에어 필터를 제조할 수 있다. 즉, 상기 에어 필터의 제조방법에 의할 경우, 도 1에 도시된 바와 같이, 메탈폼(metal foam) 기재(31), 탄소 소재 코팅층(32) 및 가시광 활성 광촉매 코팅층(33)을 순차적으로 포함하는 에어 필터(30, air filter)를 제조할 수 있다.
도 3을 참조할 때, 상기 공기 정화 모듈(100)의 본체(10)는 공기 유입구(11) 및 공기 배출구(12)를 포함할 수 있고, 상기 공기 배출구(12)에 상기 에어 필터(30)가 배치될 수 있으며, 상기 에어 필터(30)는 평평한 면을 포함하는 평판 형상이고, 상기 가시광 발광 소자(20)는 발광면을 구비한다. 상기 에어 필터(30)의 평평한 면과 상기 가시광 발광 소자(20)의 발광 면은 마주보도록 서로 수직 방향으로 이격되어 평행하게 배치될 수 있다. 또한, 상기 본체(10)의 공기 유입구(11)로부터 상기 본체(10) 내부로 유입되는 공기의 유입 방향(X)은 상기 에어 필터(30)의 평평한 면과 상기 가시광 발광 소자(20)의 발광면 사이를 가로지르는 방향이 되도록 상기 공기 유입구(11)를 배치할 수 있다.
도 3에 도시되지는 않았으나, 상기 본체(10)의 공기 유입구(11)에는 이를 통한 공기의 유입을 보다 원활하기 하게 위하여 팬(fan)이 배치될 수 있다.
상기 본체(10), 가시광 발광 소자(20), 에어 필터(30) 및 팬(fan)에 관한 사항은 모두 전술한 바와 같다.
상기 에어 필터의 제조방법은 (a) 단계로서, 메탈폼(metal foam) 기재의 표면에 탄소 소재 코팅 조성물을 코팅하여 탄소 소재 코팅층을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 탄소 소재 코팅 조성물은 유기 바인더 및 활성탄 입자를 포함한다. 상기 유기 바인더 및 상기 활성탄 입자에 관한 사항도 모두 전술한 바와 같다. 이때, 상기 탄소 소재 코팅 조성물은 상기 유기 바인더 100 중량부에 대하여, 상기 활성탄 입자를 약 80 내지 약 120 중량부 포함할 수 있고, 예를 들어, 약 90 내지 약 110 중량부 포함할 수 있고, 예를 들어, 약 100 중량부 포함할 수 있다. 상기 활성탄 입자가 상기 유기 바인더 대비 이와 같은 함량비로 사용됨으로써, 상기 탄소 소재 코팅 조성물이 상기 메탈폼 기재의 표면에 대해 향상된 코팅성 및 부착성을 구현할 수 있다.
예를 들어, 상기 유기 바인더 대비 상기 활성탄 입자의 함량이 지나치게 적을 경우에는, 상기 유기 바인더가 상기 활성탄 입자의 다공성 표면을 차단하여, 후속하는 상기 (b) 단계에서 상기 가시광 활성 광촉매 코팅 조성물이 상기 활성탄 입자의 포어 구조에 의해 흡착되는 성능을 저하시킬 우려가 있다. 또한, 상기 유기 바인더 대비 상기 활성탄 입자의 함량이 지나치게 많을 경우에는, 상기 메탈폼 기재의 표면에 대한 상기 활성탄 입자의 부착력이 약해서 상기 활성탄 입자가 이탈되는 문제가 생길 수 있다.
이어서, 상기 에어 필터의 제조방법은 상기 탄소 소재 코팅층 상에 가시광 활성 광촉매 코팅 조성물을 코팅하여 가시광 활성 광촉매 코팅층을 형성하는 단계 (b)를 포함한다.
이때, 상기 가시광 활성 광촉매 코팅 조성물은 가시광 활성 광촉매 입자가 분산된 수계 분산액일 수 있다. 즉, 상기 가시광 활성 광촉매 코팅 조성물은 유기 바인더 성분 또는 무기 바인더 성분을 포함하지 않으며, 물 또는 증류수 등의 수계 용매를 사용한다. 상기 물 또는 증류수 등의 수계 용매는 상기 활성탄 입자의 모세관 형상을 갖는 포어 구조에 의해 잘 흡착되며, 이로써, 상기 가시광 활성 광촉매 코팅층의 상기 탄소 소재 코팅층에 대한 부착성이 크게 향상될 수 있다.
또한, 최종 제조된 상기 가시광 활성 광촉매 코팅층 내에 유기 또는 무기 성분이 잔류하지 않아 가시광 활성 광촉매 입자의 광촉매 효율이 크게 향상될 수 있다.
구체적으로, 상기 가시광 활성 광촉매 코팅 조성물은 수계 용매 100 중량부에 대하여, 상기 가시광 활성 광촉매 입자를 약 5 내지 약 10 중량부 포함할 수 있고, 예를 들어, 약 5 내지 7 중량부 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 활성탄 입자에 의한 상기 가시광 활성 광촉매 코팅 조성물의 흡착력이 우수할 수 있고, 상기 가시광 활성 광촉매 코팅 조성물이 상기 메탈폼 기재의 내부까지 침투하기에 유리하여, 보다 넓은 면적의 메탈폼 기재의 표면에 상기 가시광 활성 광촉매 코팅층이 형성될 수 있다.
상기 (a) 단계 및 (b) 단계에서, 상기 탄소 소재 코팅 조성물 및 상기 가시광 활성 광촉매 코팅 조성물을 코팅하는 방법은 각각 딥(dip) 코팅 방법에 의할 수 있다. 이 경우, 다른 코팅 방법에 비하여, 상기 탄소 소재 코팅 조성물 및 상기 가시광 활성 광촉매 코팅 조성물이 상기 메탈폼 기재의 기공 구조 내부까지 침투하기에 유리할 수 있고, 그 결과, 상기 탄소 소재 코팅층 및 상기 가시광 활성 광촉매 코팅층이 상기 메탈폼 기재의 표면에 보다 광범위한 면적을 차지하도록 형성되어 우수한 유해 물질 제거 성능을 구현할 수 있다.
상기 에어 필터의 제조방법은 상기 탄소 소재 코팅층 및 상기 가시광 활성 광촉매 코팅층이 형성된 메탈폼 기재를 건조하여 에어 필터를 제조하는 단계 (c)를 포함한다.
상기 단계 (c)에서, 상기 메탈폼 기재의 건조는 약 80℃ 내지 약 100℃의 온도에서, 약 30분 내지 약 90분 동안 수행될 수 있다. 이로써, 상기 메탈폼 기재 및 상기 활성탄 입자의 물성 손상 없이 상기 가시광 활성 광촉매 코팅 조성물의 수계 용매를 실질적으로 모두 증발시킬 수 있다.
일반적으로, 광촉매 코팅은 우수한 성능 확보를 위하여 약 300℃ 이상의 고온의 열처리를 수반한다. 다만, 이러한 고온의 열처리는 공정 효율을 저하시킬 우려가 있고, 광촉매 이외의 주변 성분들을 손상시킬 우려가 있다. 본 발명의 일 구현예에 따른 제조방법에서는, 상기 가시광 활성 광촉매 코팅 조성물을 코팅한 후에 비교적 저온(80℃~100℃)에서 이를 건조하는 것만으로 코팅층을 제조할 수 있으며, 약 300℃ 이상의 고온의 열처리를 수반하지 않는다. 또한, 이럼에도 불구하고 우수한 광촉매 성능을 나타내며, 공정 효율상 이점을 확보할 수 있다.
상기 (a) 내지 (c) 단계에 의해 제조된 에어 필터는 도 2에 도시된 바와 같다. 즉, 도 2를 참조할 때, 상기 에어 필터(30)는 메탈폼(metal foam) 기재(31), 탄소 소재 코팅층(32) 및 가시광 활성 광촉매 코팅층(33)을 포함하며, 구체적으로, 상기 메탈폼 기재(31)와 상기 메탈폼 기재(31)의 표면에 코팅된 탄소 소재 코팅층(32) 및 상기 탄소 소재 코팅층 상에 코팅된 가시광 활성 광촉매 코팅층(33)을 포함할 수 있다.
상기 메탈폼 기재(31), 상기 탄소 소재 코팅층(32) 및 상기 가시광 활성 광촉매 코팅층(33)에 관한 사항은 모두 전술한 바와 같다.
상기 에어 필터의 제조방법에 의해 제조된 에어 필터를 전술한 공기 정화 모듈에 적용할 수 있다. 구체적으로 본체 내부에 상기 에어 필터와 가시광 발광 소자를 배치하여 상기 공기 정화 모듈을 제조할 수 있다.
도 3을 참조할 때, 상기 공기 정화 모듈(100)의 본체(10)는 공기 유입구(11) 및 공기 배출구(12)를 포함할 수 있고, 상기 공기 배출구(12)에 상기 에어 필터(30)가 배치될 수 있으며, 상기 에어 필터(30)는 평평한 면을 포함하는 평판 형상이고, 상기 가시광 발광 소자(20)는 발광면을 구비한다. 상기 에어 필터(30)의 평평한 면과 상기 가시광 발광 소자(20)의 발광 면은 마주보도록 서로 수직 방향으로 이격되어 평행하게 배치될 수 있다. 또한, 상기 본체(10)의 공기 유입구(11)로부터 상기 본체(10) 내부로 유입되는 공기의 유입 방향(X)은 상기 에어 필터(30)의 평평한 면과 상기 가시광 발광 소자(20)의 발광면 사이를 가로지르는 방향이 되도록 상기 공기 유입구(11)를 배치할 수 있다.
나아가, 상기 공기 유입구(11)에 팬(fan)을 더 배치할 수 있다. 상기 팬(fan)은 공기의 본체 내부로 유입을 원활히 하는 것으로서, 이에 관한 사항도 모두 전술한 바와 같다.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예들을 제시한다. 다만, 하기에 기재된 실시예들은 본 발명을 구체적으로 예시하거나 설명하기 위한 것에 불과하며, 이로서 본 발명이 제한되어서는 아니된다.
<실시예 및 비교예>
실시예 1
두께가 4mm인 니켈 100% 성분의 메탈폼 기재를 마련하였다. 상기 메탈폼 기재의 평면상의 1 제곱인치(inch2) 면적에 해당하는 부피당 기공의 수는 60개이고, 기공의 크기는 0.8mm였다. 우레탄 수지 바인더 100 중량부에 대하여, 평균 입경이 30㎛인 활성탄 입자 100 중량부를 포함하는 탄소 소재 코팅 조성물에 상기 메탈폼 기재를 1분 동안 담갔다가 꺼내어 딥(dip) 코팅하여, 상기 메탈폼 기재의 표면에 탄소 소재 코팅층을 형성하였다. 이어서, 증류수 100 중량부에 Pt/WO3 가시광 활성 광촉매 입자 5 중량부를 포함하는 가시광 활성 광촉매 코팅 조성물에 상기 탄소 소재 코팅층이 형성된 메탈폼 기재를 2분 동안 담갔다가 꺼내어 딥(dip) 코팅하여 상기 탄소 소재 코팅층 상에 가시광 활성 광촉매 코팅층을 형성하였다. 이어서, 80℃의 오븐(oven)에서 1시간 동안 건조하여 에어 필터를 제조하였다.
소형 팬(fan)이 설치된 공기 유입구와 공기 배출구를 포함하는 본체를 준비하고, 상기 공기 배출구에 제조된 상기 광촉매 필터를 배치하였다. 이어서, 상기 광촉매 필터의 수직 방향 본체 내부에 450nm 파장의 광을 방사하는 블루 LED를 배치하되, 상기 소형 팬(fan)을 통해 공기 유입구로부터 유입되는 공기의 유입 방향이 상기 광촉매 필터와 상기 블루 LED 사이를 가로지르도록 배치하였고, 이로써, 공기 정화 모듈을 제조하였다.
실시예 2
실시예 1에서와 동일한 방법으로 공기 정화 모듈을 제조하되, 단, 에어 필터의 탄소 소재 코팅층을 제조하기 위한 탄소 소재 코팅 조성물 중 우레탄 수지 바인더와 활성탄 입자의 함량을 변경하였다. 구체적으로, 우레탄 수지 바인더 100 중량부에 대하여, 평균 입경이 30㎛인 활성탄 입자 50 중량부를 포함하는 탄소 소재 코팅 조성물에 상기 메탈폼 기재를 1분 동안 담갔다가 꺼내어 딥(dip) 코팅하여 상기 메탈폼 기재의 표면에 탄소 소재 코팅층을 형성하였다.
실시예 3
실시예 1에서와 동일한 방법으로 공기 정화 모듈을 제조하되, 단, 에어 필터의 탄소 소재 코팅층을 제조하기 위한 탄소 소재 코팅 조성물 중 우레탄 수지 바인더와 활성탄 입자의 함량을 변경하였다. 구체적으로, 우레탄 수지 바인더 100 중량부에 대하여, 평균 입경이 30㎛인 활성탄 입자 200 중량부를 포함하는 탄소 소재 코팅 조성물에 상기 메탈폼 기재를 1분 동안 담갔다가 꺼내어 딥(dip) 코팅하여 상기 메탈폼 기재의 표면에 탄소 소재 코팅층을 형성하였다.
실시예 4
실시예 1에서와 동일한 방법으로 공기 정화 모듈을 제조하되, 단, 에어 필터의 메탈폼 기재를 변경하였다. 구체적으로, 상기 메탈폼은 두께가 4mm인 Cu 100% 성분의 메탈폼 기재를 마련하였다.
기존 실험 결과 중에서 Ni 메탈폼 대비하여 Cu 메탈폼을 사용하였을 때, 450nm의 파장을 사용하여 평가 시, 성능이 다소 낮게 나오는 경향이 있었습니다. 그 이유는 정확하게 판단이 어려우나, 도움이 되는 데이터인 것 같아서 작성하였습니다.
비교예 1
실시예 1에서, 상기 탄소 소재 코팅층 없이 상기 메탈폼 기재의 표면에 직접적으로 코팅된 가시광 활성 광촉매 코팅층을 제조하였고, 이때, 상기 가시광 활성 광촉매 코팅 조성물 대신, Pt/WO3 가시광 활성 광촉매 입자 5중량%와 테트라에톡시실란(TEOS, Si(OCH2CH3)4)의 탈수 중합체인 실리카 바인더 1.25중량% 및 이소프로필알콜(IPA) 용매 93.75중량%를 혼합한 광촉매 코팅액을 사용한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 공기 정화 모듈을 제조하였다.
비교예 2
기존에 시판되고 있는 이오나이저(ionizer)(한라공조社, 클리오젠)를 공기 정화 모듈로 하였다.
<평가>
실험예 1: 유해 가스 제거 성능의 평가
3L의 기체 봉투(gas bag)에 하기 농도의 각각의 분해 대상 가스를 주입하고, 상기 실시예 1 및 상기 비교예 1 내지 2 각각의 공기 정화 모듈을 가동하여 1시간 후의 가스 농도를 확인하였다. 하기 표 1에 주입 가스 농도 대비 각각의 공기 정화 모듈로 제거된 가스 농도의 비를 백분율로 나타내었다.
유해 가스 (주입 농도) 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 비교예 1 비교예 2
포름알데히드 (2.5ppm) 93 67 86 81 46 27
아세트알데히드 (2.5ppm) 89 59 78 76 23 24
암모니아 (10ppm) 100 91 96 94 87 26
아세트산 (10ppm) 100 100 100 99 100 25
벤젠 (5ppm) 98 60 75 89 4 4
톨루엔 (5ppm) 98 59 73 90 16 4
에틸벤젠 (5ppm) 97 67 73 91 15 16
m-자일렌, p-자일렌 (5ppm) 97 65 69 92 12 17
스티렌 (5ppm) 98 65 78 90 41 45
o-자일렌 (5ppm) 98 61 71 93 32 21
상기 표 1의 결과를 참조할 때, 상기 실시예 1의 공기 정화 모듈은 상기 비교예 1 내지 2의 공기 정화 모듈에 비하여 다양한 종류의 유해 가스에 대한 제거 성능이 동시에 우수하게 구현되는 것을 알 수 있다.
구체적으로, 상기 실시예 1은 알데히드류 유해 가스 (포름알데히드, 아세트 알데히드)에 대해서는 90% 이상의 제거 성능을 나타내며, 암모니아 및 아세트산에 대해서는 100%의 제거 성능을 나타낸다. 또한, 방향족 유해 가스 (벤젠, 톨루엔, 에틸벤젠, 자일렌, 스티렌)에 대해서도 97% 이상의 높은 제거 성능을 나타낸다.
구체적으로, 상기 비교예 1의 공기 정화 모듈은 아세트산에 대해서는 상기 실시예 1과 유사한 제거 성능을 보이지만, 알데히드류 유해 가스, 암모니아, 방향족 유해 가스에 대해서는 상기 실시예 1에 비하여 그 제거 성능이 현저히 열등한 것을 확인할 수 있다.
상기 비교예 2의 경우에는 모든 유해 가스에 대하여, 상기 실시예 1에 비해 그 제거 성능이 현저히 열등한 것을 확인할 수 있다.
[부호의 설명]
100: 공기 정화 모듈
10: 본체
11: 공기 유입구
12: 공기 배출구
20: 가시광 발광 소자
30: 에어 필터
31: 메탈폼 기재
32: 탄소 소재 코팅층

Claims (10)

  1. 메탈폼(metal foam) 기재, 탄소 소재 코팅층 및 가시광 활성 광촉매 코팅층을 포함하는 에어 필터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 메탈폼 기재는 니켈, 철, 크롬, 알루미늄, 구리, 텅스텐, SUS, 티타늄, 은 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함하는
    에어 필터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 탄소 소재 코팅층은 유기 바인더 100 중량부 및 활성탄 입자 80 내지 200 중량부를 포함하는
    에어 필터.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 활성탄 입자는 크기가 0Å 초과, 20Å 미만인 마이크로 포어; 또는 크기가 20Å 내지 1000 Å 메조 포어를 포함하는
    에어 필터.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 가시광 활성 광촉매 코팅층은 가시광 활성 광촉매 입자만으로 이루어진
    에어 필터.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 가시광 활성 광촉매 입자는 삼산화텅스텐(WO3) 100 중량부 및 금속 입자 0.1 내지 5 중량부를 포함하는
    에어 필터.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 금속 입자는 텅스텐, 크롬, 바나듐, 몰리브데넘, 구리, 철, 코발트, 망간, 니켈, 백금, 금, 은, 세륨, 카드늄, 아연, 마그네슘, 칼슘, 스트론튬, 바륨 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는
    에어 필터.
  8. 공기 유입구와 공기 배출구를 포함하는 본체;
    상기 본체 내부에 배치된 가시광 발광 소자; 및
    상기 본체 내부에 배치되고, 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 에어 필터(air filter)를 포함하는
    공기 정화 모듈.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 공기 배출구에 상기 에어 필터가 배치되고,
    상기 에어 필터는 평평한 면을 포함하는 평판 형상이고,
    상기 가시광 발광 소자는 발광면을 구비하고,
    상기 에어 필터의 평평한 면과 상기 가시광 발광 소자의 발광 면은 마주보도록 서로 수직 방향으로 이격되어 평행하게 배치되며,
    상기 공기 유입구로부터 상기 본체 내부로 유입되는 공기의 유입 방향은 상기 에어 필터 및 상기 가시광 발광 소자 사이를 가로지르는 방향인
    공기 정화 모듈.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 공기 유입구에 배치된 팬(fan)을 더 포함하는
    공기 정화 모듈.
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