WO2020141701A1 - 미량의 오염물질 제거를 위한 흡착재의 성능 측정시스템 및 성능 측정방법 - Google Patents

미량의 오염물질 제거를 위한 흡착재의 성능 측정시스템 및 성능 측정방법 Download PDF

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WO2020141701A1
WO2020141701A1 PCT/KR2019/014060 KR2019014060W WO2020141701A1 WO 2020141701 A1 WO2020141701 A1 WO 2020141701A1 KR 2019014060 W KR2019014060 W KR 2019014060W WO 2020141701 A1 WO2020141701 A1 WO 2020141701A1
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volatile organic
gas
concentration
mixed gas
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PCT/KR2019/014060
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Inventor
최경민
Original Assignee
숙명여자대학교산학협력단
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N9/00—Investigating density or specific gravity of materials; Analysing materials by determining density or specific gravity
    • G01N9/36—Analysing materials by measuring the density or specific gravity, e.g. determining quantity of moisture

Definitions

  • the present invention relates to an adsorbent performance measurement system and a method for measuring the performance of an adsorbent performance measurement system capable of easily measuring and analyzing the adsorption performance of a volatile organic compound of an adsorbent for removal of contaminants such as volatile organic compounds present in trace amounts in the air.
  • VOCs Volatile Organic Compounds
  • the function for removing toxic substances such as volatile organic compounds in the indoor air, such as formaldehyde is considered important.
  • the existing activated carbon-based filter has not been proven to remove the volatile organic compound, and thus, a new filter to replace it is required.
  • An object of the present invention is to provide an adsorbent performance measuring system and a method for measuring the performance of an adsorbent capable of accurately measuring and analyzing the adsorbent performance for the removal of volatile organic compounds present in trace amounts in the air.
  • the adsorbent performance measurement system provides a mixed gas containing a volatile organic compound in a concentration of ppm (ppm) to a sample disposed therein to measure the degree of adsorption of the sample to the volatile organic compound.
  • an analysis unit that analyzes the adsorption performance of the sample based on the measurement result of the measurement unit and derives an adsorption isotherm for the volatile organic compound of the sample according to the analysis result.
  • a method for measuring the performance of an adsorbent includes: measuring a concentration by generating a mixed gas of nitrogen gas and volatile organic compound gas; Measuring the degree of volatile organic compound adsorption of the sample by providing the mixed gas to the sample; And analyzing the adsorption performance of the volatile organic compound of the sample based on the measurement result.
  • the mixed gas is characterized in that the volatile organic compound is a gas contained in a concentration of ppm (ppm) unit.
  • the adsorbent performance measurement system can measure and analyze the adsorption performance of a volatile organic compound in an adsorbent sample by generating a gas having a concentration of volatile organic compounds in a very small amount of units, such as ppm.
  • the performance measurement system of the adsorbent can be analyzed by measuring the desorption performance of a saturated volatile organic compound pre-adsorbed on the adsorbent sample.
  • the adsorbent performance measurement system of the present invention analyzes the adsorption performance and desorption performance of a plurality of adsorbents according to the concentration of volatile organic compounds, thereby deriving adsorption and desorption isotherms for each adsorbent for volatile organic compounds present in trace amounts in the air. can do. Therefore, a filter can be manufactured by selecting an adsorbent having optimal adsorption and desorption performance according to the use purpose and location of the adsorbent.
  • the adsorbent performance measurement system of the present invention analyzes the adsorption and desorption performance of trace amounts of volatile organic compounds by using an adsorbent sample rather than the finished product of the filter containing the adsorbent, thereby volatile organics of the adsorbent prior to filter production using the adsorbent.
  • the adsorption and desorption performance of the compound can be measured and analyzed, thereby reducing the cost and time of filter development.
  • FIG. 1 is a view schematically showing the configuration of an adsorbent performance measurement system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a view showing the configuration of the measurement unit of FIG. 1.
  • FIG 3 is a view showing a method for measuring the performance of the adsorbent using the adsorbent performance measuring system according to an embodiment of the present invention.
  • 4 to 8 are operation examples showing the operation of the measurement unit for each method of FIG. 3.
  • FIG. 9 is a graph showing the adsorption performance measurement of the adsorbent by the adsorbent performance measurement system of the present invention.
  • 10 and 11 are graphs showing adsorption isotherms for adsorbents measured and analyzed by the adsorbent performance measurement system of the present invention.
  • FIG. 1 is a view schematically showing the configuration of an adsorbent performance measurement system according to an embodiment of the present invention.
  • the adsorbent performance measurement system 100 of this embodiment may include a measurement unit 110, a control unit 120 and an analysis unit 130.
  • the measurement unit 110 arranges a sample (not shown), such as an adsorbent sample, and provides a gas containing volatile organic compounds (VOCs) in the sample to measure the degree of adsorption of volatile organic compounds in the sample. can do.
  • the measurement unit 110 may provide the sample with a gas in which the volatile organic compound is contained in a trace amount, that is, in a concentration of ppm.
  • the measurement unit 110 may include a gas supply unit 111 and a chamber 115.
  • the control unit 120 can control the operation of the measurement unit 110.
  • the control unit 120 may control the volatile organic compound gas to be supplied to the sample at a concentration set in the measurement unit 110.
  • the control unit 120 may control the concentration of the volatile organic compound gas in the measurement unit 110 while supplying a gas having a variable concentration to the sample.
  • the analysis unit 130 may analyze the adsorption performance of the sample to the volatile organic compound based on the measurement result of the measurement unit 110.
  • the measurement unit 110 may provide a gas having a variable concentration of volatile organic compounds to the sample by the control unit 120. Accordingly, the analysis unit 130 may analyze the adsorption performance of the sample according to the concentration of the harmful gas in the air, that is, the concentration of volatile organic compounds.
  • the adsorbent performance measurement system 100 can analyze the adsorption performance of the volatile organic compound by using the sample of the previous stage, that is, the adsorbent sample constituting the filter, rather than the filter of the finished product. Accordingly, the adsorbent performance measurement system 100 of the present invention can reduce the cost and time of filter development by measuring and analyzing the adsorption performance of the volatile organic compounds of the filter before the filter is manufactured.
  • FIG. 2 is a view showing the configuration of the measurement unit of FIG. 1.
  • the measurement unit 110 of the present embodiment may include a gas supply unit 111 and a chamber 115.
  • the gas supply unit 111 and the chamber 115 may be connected to each other through a pipe 230.
  • the gas supply unit 111 may include two controllers that provide a predetermined amount of gas having a predetermined concentration to the chamber 115, for example, a first mass flow controller (MFC) 211 and a second MFC (213).
  • MFC mass flow controller
  • the first MFC 211 and the second MFC 213 may generate a gas whose concentration is controlled under the control of the control unit 120.
  • the first MFC 211 of the gas supply unit 111 may be generated by controlling the concentration of pure nitrogen (N2) gas under the control of the control unit 120.
  • the second MFC 213 of the gas supply unit 111 may be generated by controlling the concentration of the volatile organic compound gas under the control of the control unit 120.
  • the volatile organic compound gas may be generated by mixing a predetermined volatile organic compound with a predetermined gas, such as nitrogen gas.
  • Volatile organic compounds include formaldehyde, benzene, and toluene.
  • volatile organic compound gases in which formaldehyde is mixed with nitrogen gas will be described as an example.
  • the chamber 115 receives and mixes nitrogen gas and volatile organic compound gas from the gas supply unit 111 under the control of the control unit 120, adsorbs the mixed gas to the sample, and thus adsorbs the volatile organic compound of the sample The degree can be measured.
  • the chamber 115 may provide measurement results to the analysis unit 130.
  • the chamber 115 may include a mixing chamber 221, a sensor 222, a sample fixing unit 223, a pump 224, and a pre-processing unit 225 connected to each other through a pipe 230.
  • the chamber 115 has a plurality of valves connected between the above-described components, such as one or more two-way valves 226a, 226b and one or more three-way valves 227a, 227b, 227c, 227d It may include.
  • the operation of the plurality of valves of the chamber 115 is controlled by the control unit 120 so that the flow paths of nitrogen gas and volatile organic compound gas provided from the gas supply unit 111 inside the chamber 115 can be controlled.
  • the mixing chamber 221 may be connected to the gas supply unit 111 through the pipe 230.
  • one two-way valve for example, a 1-1 valve 226a and one three-way valve, for example, a 2-1 valve 227a
  • the control unit 120 controls the operation of the 1-1 valve 226a and the 2-1 valve 227a so that the flow paths of nitrogen gas and volatile organic compound gas generated in the gas supply unit 111 are mixed chambers ( 221).
  • one of the 1-1 valve 226a and the 2-1 valve 227a may be omitted.
  • the mixing chamber 221 may mix nitrogen gas and volatile organic compound gas provided by the gas supply unit 111 through the pipe 230. At this time, the concentration of the mixed gas generated in the mixing chamber 221, that is, the concentration of the volatile organic compound in the mixed gas is controlled by the operation of the gas supply unit 111 by the control unit 120 or the second by the control unit 120 -1 may vary depending on the operation control of the valve (227a).
  • the mixing chamber 221 may be connected to an external device (not shown), such as an external volatile organic compound processing device, through the pipe 230 and one two-way valve, for example, a 1-2 valve 226b.
  • the mixing chamber 221 may discharge the mixed gas therein to an external device according to the operation control of the 1-2 valve 226b of the control unit 120.
  • the sensor 222 may be connected to the mixing chamber 221 through a pipe 230.
  • Two three-way valves, for example, the 2-2 valve 227b and the 2-3 valve 227c may be connected to the pipe 230 between the sensor 222 and the mixing chamber 221.
  • the sensor 222 may detect the concentration of the mixed gas generated in the mixing chamber 221.
  • the sensor 222 detects the concentration of the mixed gas flowing through the pipe 230 while the operation of the 2-2 valve 227b and the 2-3 valve 227c is controlled by the control unit 120 can do.
  • the concentration of the mixed gas sensed by the sensor 222 may be provided to the control unit 120 and the analysis unit 130.
  • the sensor 222 may be a photoacoustic IR sensor that detects the concentration of infrared radiation of the mixed gas.
  • the sensor 222 may include an infrared source and a light wavelength selection filter.
  • the sensor 222 of the present invention is not limited thereto, and one or more of the various sensor groups capable of measuring the concentration of gas may be selected and configured.
  • the pump 224 may be connected to the mixing chamber 221 through the pipe 230 and the 2-2 valve 227b.
  • the pump 224 may forcibly circulate the mixed gas in the mixing chamber 221 to the sample fixing part 223.
  • the sample fixing part 223 may be connected to the pump 224 through a pipe 230.
  • a sample that is, an adsorbent sample for evaluating the adsorption performance of the volatile organic compound may be disposed in the sample fixing unit 223.
  • the pre-processing part 225 may be connected to the sample fixing part 223 through a pipe 230 and one three-way valve, for example, 2-4 valves 227d.
  • the pre-processing unit 225 may perform pre-treatment for the sample before evaluating the adsorption performance for the sample.
  • the pre-processing unit 225 may perform pre-treatment to create an inside vacuum by applying heat to the sample fixing unit 223.
  • the measurement unit 110 is configured by connecting the gas supply unit 111 and the chamber 115 through a pipe 230 and a plurality of valves, and the valve operation of the control unit 120 Through control, a mixed gas of nitrogen gas and volatile organic compound gas provided from the gas supply unit 111 may be generated and provided to the sample.
  • the measurement unit 110 may measure the degree of adsorption of volatile organic compounds of the sample, and the analysis unit 130 may analyze the adsorption performance of the sample according to the measurement result of the measurement unit 110.
  • FIG. 3 is a view showing a method of measuring the performance of the adsorbent using the adsorbent performance measurement system according to an embodiment of the present invention
  • FIGS. 4 to 8 are exemplary views showing the operation of the measuring unit for each method of FIG. 3.
  • FIG. 1 and FIG. 2 described above will be described with reference.
  • the gas supply unit 111 may be generated by adjusting the initial concentrations of the first gas, for example, pure nitrogen gas and the second gas, for example, volatile organic compound gas, under the control of the control unit 120 (S10). ).
  • the operation of the 1-1 valve 226a and the 2-1 valve 227a is controlled by the control unit 120, and the nitrogen gas and the volatile organic compound gas are mixed chamber ( 221) may be provided and mixed.
  • the operation of the 2-2 valve 227b and the 2-3 valve 227c is controlled by the control unit 120 so that the mixed gas in the mixing chamber 221 is connected to the sensor 222 through the pipe 230.
  • the concentration is detected by the sensor 222 to be provided to be measured (S20).
  • the first-first valve 226a and the second-first valve 227a are opened by the control unit 120, and accordingly, the gas supply unit 111 enters the mixing chamber 221. Nitrogen gas and volatile organic compound gas can be provided and mixed inside the chamber.
  • the second-2 valve 227b and the second-3 valve 227c are opened in the first direction by the control unit 120, and thus the mixed gas in the mixing chamber 221 is connected to the sensor 222. It may flow through the pipe 230 according to the flow path between the mixing chamber 221. At this time, the sensor 222 may detect and measure the concentration of the mixed gas provided through the pipe 230.
  • the control unit 120 is a 1-1 valve (226a), a 2-1 valve (227a), a 2-2 valve (227b) and a 2-3 valve (227c) of the measurement unit 110 The operation can be controlled so that all the remaining valves are closed.
  • the concentration measurement result by the sensor 222 may be provided to the control unit 120 and the analysis unit 130, respectively.
  • the control unit 120 may control the operation of the valve so that the concentration of the mixed gas, that is, the concentration of the volatile organic compound in the mixed gas, is a set concentration, for example, about 100 ppm, based on the measurement result of the sensor 222.
  • the analysis unit 130 may record the measurement result of the sensor 222 until the concentration of the mixed gas reaches the set concentration.
  • the control unit 120 may control the operation of the 2-4 valve 227d to perform pre-treatment for the sample in the sample fixing unit 223 (S35).
  • control unit 120 may control the operation so that the 2-4 valves 227d are opened in the first direction.
  • a pipe path may be formed between the pump 224, the sample fixing part 223, and the pre-processing part 225.
  • the pre-processing unit 225 may provide a predetermined heat through the pipe 230 to the sample fixing unit 223 so that the inside of the sample fixing unit 223 is in a vacuum state. Therefore, pre-treatment of the sample disposed in the sample fixing part 223 may be performed.
  • control unit 120 may control the operation of the valve to provide the mixed gas to the sample. Accordingly, a volatile organic compound may be adsorbed on the sample (S30).
  • control unit 120 closes the 1-1 valve 226a and the 2-1 valve 227a, and the 2-2 valves 227b to 2-4 valves ( Operation may be controlled such that 227d) is opened in the second direction. Accordingly, the mixed gas may flow through the pipe 230 according to the flow path between the mixing chamber 221, the pump 224, the sample fixing unit 223 and the sensor 222.
  • the pump 224 may forcibly circulate the mixed gas provided through the pipe 230 to the sample fixing part 223. Accordingly, volatile organic compounds contained in the mixed gas may be adsorbed on the sample disposed in the sample fixing part 223.
  • the senor 222 detects the concentration of the residual gas passing through the sample fixing part 223, that is, the mixed gas adsorbed by the volatile organic compound by the sample. It can be measured (S40).
  • the concentration measurement result of the residual gas by the sensor 222 may be provided to the control unit 120 and the analysis unit 130.
  • the control unit 120 is based on the measurement result of the sensor 222 until there is no change in the concentration of the residual gas, that is, until the volatile organic compound is adsorbed to the sample 2-2 valve (227b) to the second
  • the operation of the 2-4 valve 227d can be controlled.
  • the analysis unit 130 may record the concentration change of the residual gas based on the measurement result of the sensor 222.
  • the analysis unit 130 may analyze the adsorption performance of the sample from the measurement results of the measurement unit 110 and output the result (S50).
  • the analysis unit 130 changes the concentration of the residual gas compared to the concentration of the first generated mixed gas, that is, the concentration of the volatile organic compound contained in the mixed gas passing through the sample in comparison to the concentration of the volatile organic compound contained in the first mixed gas. Therefore, the adsorption performance of volatile organic compounds in the sample can be analyzed.
  • a mixed gas may be generated in the mixing chamber 221 according to valve control of the control unit 120 described in FIG. 5.
  • the analysis unit 130 may record the concentration of the mixed gas based on the gas concentration measurement result of the sensor 222 of the measurement unit 110 until the maximum mixing state R1, that is, the set concentration is reached.
  • the volatile organic compound of the mixed gas may be adsorbed to the sample according to the valve control of the control unit 120 described in FIG. 7.
  • the analysis unit 130 may record the concentration change state (R2) of the residual gas based on the gas concentration measurement result of the sensor 222.
  • the analysis unit 130 may record the concentration change of the residual gas to the lowest concentration state (R3) of the residual gas, that is, the adsorption saturation state of the volatile organic compound in the sample. Then, the analysis unit 130 may analyze the adsorption performance of the volatile organic compound of the sample based on the concentration change amount of the residual gas compared to the concentration of the initial mixed gas.
  • the residual gas flowing through the pipe 230 is discharged to an external treatment device according to the valve control of the control unit 120 can do.
  • the first-2 valve 226b may be operated to be opened by the control unit 120.
  • the residual gas that flowed along the path between the mixing chamber 221, the sample fixing portion 223, and the sensor 222 is of the mixing chamber 221 through the pipe 230 and the 1-2 valve 226b. It can be discharged to an external processing device.
  • the operation of the gas supply unit 111 is controlled by the control unit 120 to repeatedly perform the steps (S10) of adjusting the concentrations of the first gas and the second gas. Can be.
  • a new sample that is, a sample before adsorption of a volatile organic compound, may be rearranged in the sample fixing part 223.
  • the adsorbent performance measurement system 100 of the present invention measures and analyzes the adsorption performance of a sample for a mixed gas having a variable concentration of volatile organic compounds, as shown in FIG. 9. Can. Then, as illustrated in FIG. 10, the adsorption isotherm for the volatile organic compound of the sample can be derived by analyzing the adsorption property of the sample in ppm units according to the concentration of the volatile organic compound.
  • the adsorbent performance measurement system 100 of the present invention analyzes the adsorption performance of the sample described above while changing the type of sample and the concentration of volatile organic compounds, and accordingly, as shown in FIG. 11, adsorption characteristics for each sample By analyzing, it is possible to derive adsorption isotherms for volatile organic compounds for each sample.
  • the sample A can be analyzed to have excellent adsorption performance for volatile organic compounds in the low ppm concentration region (a1) by the adsorbent performance measurement system 100 of the present invention.
  • Sample B can be analyzed to have excellent adsorption performance for volatile organic compounds in the relatively high ppm concentration region (a2) compared to Sample A.
  • the filter prepared from Sample A may be preferably used for an indoor air purifier having a relatively low concentration of volatile organic compounds compared to the outside.
  • the filter prepared from Sample B may be preferably used for an external air purifier having a relatively high concentration of volatile organic compounds compared to indoors.
  • the adsorbent performance measurement system 100 of the present invention may be analyzed by measuring the desorption performance of the sample.
  • control unit 120 controls the operation of the gas supply unit 111 to control the operation of the gas supply unit 111. Only pure nitrogen gas at a concentration can be produced.
  • control unit 120 controls the operation of a plurality of valves in the chamber 115 so that pure nitrogen gas is provided to the sample to measure the degree of desorption of volatile organic compounds adsorbed on the sample.
  • the sensor 222 measures the concentration of the gas passing through the sample fixing part 223, that is, the gas in which the desorbed volatile organic compound is mixed, and the desorption performance of the sample according to the gas concentration measured by the analysis unit 130 Can be analyzed.
  • the control unit 120 continues to control the valve operation and can measure and analyze the desorption performance of the sample until there is no change in the gas concentration measured by the sensor 222. have.
  • the adsorbent performance measurement system 100 of the present invention generates a gas having a concentration of volatile organic compounds in ppm to measure and analyze the adsorption performance of volatile organic compounds in the adsorbent sample, and accordingly, for the volatile organic compounds
  • the adsorption isotherm of the adsorbent sample can be derived.
  • the adsorption isotherm for the volatile organic compound can be derived for each adsorbent by measuring and analyzing the adsorption performance of the adsorbent while changing at least one of the concentration of the volatile organic compound and the adsorbent type of the gas.
  • the adsorbent performance measurement system 100 of the present invention can be analyzed by measuring the desorption performance of a saturated volatile organic compound that is pre-adsorbed to an adsorbent sample.
  • the present invention is a system for measuring the performance of an adsorbent, and by analyzing the adsorption performance and desorption performance of a plurality of adsorbents according to the concentration of volatile organic compounds, select the optimal adsorbent according to the use and place of use to produce a filter. Save money and time.

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Abstract

공기중에 극미량으로 존재하는 휘발성 유기화합물에 대한 흡착재의 흡착 성능을 용이하게 분석할 수 있는 흡착재 성능 측정시스템이 제공된다. 흡착재 성능 측정시스템은 휘발성 유기화합물이 피피엠(ppm) 단위의 농도로 포함된 혼합가스를 내부에 배치된 시료에 제공하여 상기 시료의 상기 휘발성 유기화합물에 대한 흡착 정도를 측정하는 측정유닛, 상기 측정유닛의 동작을 제어하여 상기 혼합가스가 상기 시료에 제공되도록 하는 제어유닛 및 상기 측정유닛의 측정결과에 기초하여 상기 시료의 흡착 성능을 분석하고, 분석 결과에 따라 상기 시료의 상기 휘발성 유기화합물에 대한 흡착 등온선을 도출하는 분석유닛을 포함한다.

Description

미량의 오염물질 제거를 위한 흡착재의 성능 측정시스템 및 성능 측정방법
본 발명은 공기중에 극미량으로 존재하는 휘발성 유기화합물 등과 같은 오염물질의 제거를 위한 흡착재의 휘발성 유기화합물의 흡착 성능을 용이하게 측정 및 분석할 수 있는 흡착재 성능 측정시스템 및 이의 성능 측정방법에 관한 것이다.
실내 공기질에 대한 관심이 높아지면서 공기청정기와 같은 실내 공기질을 개선할 수 있는 다양한 장치들이 개발되고 있다. 이러한 장치들은 활성탄 기반의 필터를 이용하여 실내 공기 중의 미세먼지 제거, 소독, 살균 및 냄새 제거의 기능을 수행하고 있다.
최근, 각종 화학 약품을 사용하는 반도체 및 다양한 물질의 제조 공정에서 발생하거나, 신축된 건축물에 사용된 자재 그리고 생활 대기 속에 존재하는 유독물질인 휘발성 유기화합물(Volatile Organic Compounds: VOCs)의 저감과 처리에 대한 필요성이 대두되고 있다.
이에, 기존의 공기청정기에서도 실내 공기중의 휘발성 유기화합물, 예컨대 포름알데히드(formaldehyde) 등과 같은 유독성 물질의 제거를 위한 기능이 중요하게 여겨지고 있다. 그러나, 기존의 활성탄 기반의 필터는 상기 휘발성 유기화합물의 제거 효과가 입증되지 않아 이를 대체할 새로운 필터의 개발이 요구되고 있는 상태이다.
상술한 공기청정기의 필터 개발 시, 필터의 휘발성 유기화합물 포집 및 배출을 통한 제거 효율을 정확하게 측정할 수 있는 방안이 요구되고 있다. 그러나, 휘발성 유기화합물, 특히 포름알데히드는 공기 중에 극미량, 예컨대 ppm(parts per million) 단위로 존재하고 있으므로, 필터의 포름알데히드 제거 효율에 대한 정확한 측정에 어려움이 있다.
본 발명은 공기중에 극미량으로 존재하는 휘발성 유기화합물의 제거를 위한 흡착재의 흡착 성능을 정확하게 측정 및 분석할 수 있는 흡착재 성능 측정시스템 및 이의 성능 측정방법을 제공하고자 하는 데 있다.
본 발명의 실시예에 따른 흡착재 성능 측정시스템은, 휘발성 유기화합물이 피피엠(ppm) 단위의 농도로 포함된 혼합가스를 내부에 배치된 시료에 제공하여 상기 시료의 상기 휘발성 유기화합물에 대한 흡착 정도를 측정하는 측정유닛; 상기 측정유닛의 동작을 제어하여 상기 혼합가스가 상기 시료에 제공되도록 하는 제어유닛; 및 상기 측정유닛의 측정결과에 기초하여 상기 시료의 흡착 성능을 분석하고, 분석 결과에 따라 상기 시료의 상기 휘발성 유기화합물에 대한 흡착 등온선을 도출하는 분석유닛을 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 흡착재 성능 측정방법은, 질소가스와 휘발성 유기화합물 가스의 혼합가스를 생성하여 농도를 측정하는 단계; 상기 혼합가스를 시료에 제공하여 상기 시료의 휘발성 유기화합물 흡착 정도를 측정하는 단계; 및 측정 결과에 기초하여 상기 시료의 상기 휘발성 유기화합물 흡착 성능을 분석하는 단계를 포함한다. 여기서, 상기 혼합가스는 상기 휘발성 유기화합물이 피피엠(ppm) 단위의 농도로 포함된 가스인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 흡착재 성능 측정시스템은, 극미량 단위, 예컨대 ppm 단위의 휘발성 유기화합물 농도를 갖는 가스를 생성하여 흡착재 샘플의 휘발성 유기화합물 흡착 성능을 측정 및 분석할 수 있다. 또한, 흡착재의 성능 측정시스템은 흡착재 샘플에 기 흡착되어 포화된 휘발성 유기화합물의 탈착 성능을 측정하여 분석할 수 있다.
이에, 본 발명의 흡착재 성능 측정시스템은 휘발성 유기화합물의 농도에 따라 다수의 흡착재 별 흡착 성능 및 탈착 성능을 분석함으로써, 공기중에 극미량으로 존재하는 휘발성 유기화합물에 대하여 흡착재 별로 흡착 및 탈착 등온선을 각각 도출할 수 있다. 따라서, 흡착재의 사용 용도 및 사용 장소에 따라 최적의 흡착 및 탈착 성능을 갖는 흡착재를 선택하여 필터를 제조할 수 있다.
또한, 본 발명의 흡착재 성능 측정시스템은, 흡착재를 포함하는 필터의 완제품이 아닌 흡착재 샘플을 이용하여 극미량의 휘발성 유기화합물에 대한 흡착 및 탈착 성능을 분석함으로써, 흡착재를 이용한 필터 제조 전에 흡착재의 휘발성 유기화합물에 대한 흡착 및 탈착 성능을 측정 및 분석할 수 있어 필터 개발의 비용 및 시간을 절감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 흡착재 성능 측정시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1의 측정유닛의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 흡착재 성능 측정시스템을 이용한 흡착재의 성능 측정방법을 나타내는 도면이다.
도 4 내지 도 8은 도 3의 각 방법에 대한 측정유닛의 동작을 나타내는 동작 예시도들이다.
도 9는 본 발명의 흡착재 성능 측정시스템에 의한 흡착재의 흡착 성능 측정을 나타내는 그래프이다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 흡착재 성능 측정시스템에 의해 측정 및 분석된 흡착재에 대한 흡착 등온선을 나타내는 그래프들이다.
이하 본 발명의 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참고로 그 구성 및 작용을 설명하기로 한다.
도면들 중 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조번호 및 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자들은 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있으며 본 발명의 범위가 다음에 기술하는 실시예에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 흡착재 성능 측정시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예의 흡착재 성능 측정시스템(100)은 측정유닛(110), 제어유닛(120) 및 분석유닛(130)을 포함할 수 있다.
측정유닛(110)은 내부에 시료(미도시), 예컨대 흡착재 샘플을 배치하고, 시료에 휘발성 유기화합물(Volatile Organic Compounds; VOCs)이 포함된 가스를 제공하여 시료의 휘발성 유기화합물의 흡착 정도를 측정할 수 있다. 이때, 측정유닛(110)은 휘발성 유기화합물이 극미량, 즉 ppm 단위의 농도로 포함된 가스를 시료에 제공할 수 있다. 이러한 측정유닛(110)은 가스공급부(111)와 챔버(115)를 포함할 수 있다.
제어유닛(120)은 측정유닛(110)의 동작을 제어할 수 있다. 제어유닛(120)은 측정유닛(110)에서 설정된 농도로 휘발성 유기화합물 가스가 시료에 공급되도록 제어할 수 있다. 또한, 제어유닛(120)은 측정유닛(110)에서 휘발성 유기화합물 가스의 농도를 가변시키면서 농도가 가변된 가스가 시료에 공급되도록 제어할 수 있다.
분석유닛(130)은 측정유닛(110)의 측정 결과에 기초하여 휘발성 유기화합물에 대한 시료의 흡착성능을 분석할 수 있다. 이때, 측정유닛(110)은 제어유닛(120)에 의해 휘발성 유기화합물의 농도가 가변된 가스를 시료에 제공할 수 있다. 이에, 분석유닛(130)은 공기 중의 유해가스 농도, 즉 휘발성 유기화합물 농도에 따른 시료의 흡착 성능을 분석할 수 있다.
이와 같이, 본 실시예에 따른 흡착재 성능 측정시스템(100)은 완제품의 필터가 아닌 그 전단계의 시료, 즉 필터를 구성하는 흡착재 샘플을 이용하여 휘발성 유기화합물의 흡착 성능을 분석할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 흡착재 성능 측정시스템(100)은 필터 제조 전에 필터의 휘발성 유기화합물에 대한 흡착 성능을 측정 및 분석할 수 있어 필터 개발의 비용 및 시간을 절감할 수 있다.
도 2는 도 1의 측정유닛의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 실시예의 측정유닛(110)은 가스공급부(111) 및 챔버(115)를 포함할 수 있다. 가스공급부(111)와 챔버(115)는 배관(230)을 통해 서로 연결될 수 있다.
가스공급부(111)는 기 설정된 농도를 갖는 가스를 챔버(115)에 일정량 제공하는 2개의 제어기, 예컨대 제1MFC(mass flow controller; 211) 및 제2MFC(213)를 포함할 수 있다. 제1MFC(211) 및 제2MFC(213)는 제어유닛(120)의 제어에 따라 농도가 조절된 가스를 생성할 수 있다.
가스공급부(111)의 제1MFC(211)는 제어유닛(120)의 제어에 따라 순수 질소(N2)가스의 농도를 조절하여 생성할 수 있다. 가스공급부(111)의 제2MFC(213)는 제어유닛(120)의 제어에 따라 휘발성 유기화합물 가스의 농도를 조절하여 생성할 수 있다.
여기서, 휘발성 유기화합물 가스는 소정의 가스, 예컨대 질소가스에 소정의 휘발성 유기화합물이 혼합되어 생성될 수 있다. 휘발성 유기화합물로는 포름알데히드, 벤젠, 톨루엔 등이 있으며, 이하에서는 포름알데히드가 질소가스에 혼합되어 있는 휘발성 유기화합물 가스를 예로 설명한다.
챔버(115)는 제어유닛(120)의 제어에 따라 가스공급부(111)로부터 질소가스와 휘발성 유기화합물 가스를 제공받아 혼합하고, 혼합된 가스를 시료에 흡착시키며, 이에 따른 시료의 휘발성 유기화합물 흡착 정도를 측정할 수 있다. 챔버(115)는 측정결과를 분석유닛(130)에 제공할 수 있다.
챔버(115)는 배관(230)을 통해 서로 연결되어 있는 혼합챔버(221), 센서(222), 시료고정부(223), 펌프(224) 및 전처리부(225)를 포함할 수 있다. 또한, 챔버(115)는 상술된 구성요소들 사이에 연결되어 있는 다수의 밸브, 예컨대 하나 이상의 2방향(way) 밸브(226a, 226b)와 하나 이상의 3방향 밸브(227a, 227b, 227c, 227d)를 포함할 수 있다. 챔버(115)의 다수의 밸브는 제어유닛(120)에 의해 그 동작이 제어되어 챔버(115) 내부에서 가스공급부(111)에서 제공된 질소가스와 휘발성 유기화합물 가스의 유동 경로가 조절될 수 있다.
혼합챔버(221)는 배관(230)을 통해 가스공급부(111)에 연결될 수 있다. 혼합챔버(221)와 가스공급부(111) 사이의 배관(230)에는 하나의 2방향 밸브, 예컨대 제1-1밸브(226a)와 하나의 3방향 밸브, 예컨대 제2-1밸브(227a)가 각각 연결될 수 있다. 제어유닛(120)은 제1-1밸브(226a)와 제2-1밸브(227a)의 동작을 제어하여 가스공급부(111)에서 생성되는 질소가스 및 휘발성 유기화합물 가스의 유동 경로가 혼합챔버(221)가 되도록 제어할 수 있다. 여기서, 실시예에 따라 제1-1밸브(226a) 및 제2-1밸브(227a) 중 하나는 생략될 수도 있다.
혼합챔버(221)는 배관(230)을 통해 가스공급부(111)에서 제공되는 질소가스와 휘발성 유기화합물 가스를 혼합할 수 있다. 이때, 혼합챔버(221)에서 생성되는 혼합가스의 농도, 다시 말해 혼합가스 내의 휘발성 유기화합물 농도는 제어유닛(120)에 의한 가스공급부(111)의 동작 제어 또는 제어유닛(120)에 의한 제2-1밸브(227a)의 동작 제어에 따라 달라질 수 있다.
또한, 혼합챔버(221)는 배관(230) 및 하나의 2방향 밸브, 예컨대 제1-2밸브(226b)를 통해 외부 장치(미도시), 예컨대 외부의 휘발성 유기화합물 처리장치에 연결될 수 있다. 혼합챔버(221)는 제어유닛(120)의 제1-2밸브(226b) 동작 제어에 따라 내부의 혼합가스를 외부 장치로 배출할 수 있다.
센서(222)는 혼합챔버(221)에 배관(230)을 통해 연결될 수 있다. 센서(222)와 혼합챔버(221) 사이의 배관(230)에는 두 개의 3방향 밸브, 예컨대 제2-2밸브(227b) 및 제2-3밸브(227c)가 각각 연결될 수 있다.
센서(222)는 혼합챔버(221)에서 생성되는 혼합가스의 농도를 감지할 수 있다. 센서(222)는 제어유닛(120)에 의해 제2-2밸브(227b) 및 제2-3밸브(227c)의 동작이 제어된 상태에서 배관(230)을 통해 유동되는 혼합가스의 농도를 감지할 수 있다. 센서(222)에 의해 감지된 혼합가스의 농도는 제어유닛(120) 및 분석유닛(130)에 제공될 수 있다.
센서(222)는 혼합가스의 적외선 방사에 따른 농도를 감지하는 광음향 적외선 감지 센서(photoacoustic IR)일 수 있다. 이러한 센서(222)는 적외선 소스 및 광 파장 선택 필터를 포함할 수 있다. 그러나, 본 발명의 센서(222)는 이에 제한되지는 않으며, 가스의 농도를 측정할 수 있는 다양한 센서군 중 하나 이상이 선택되어 구성될 수도 있다.
펌프(224)는 배관(230) 및 제2-2밸브(227b)를 통해 혼합챔버(221)에 연결될 수 있다. 펌프(224)는 제어유닛(120)에 의해 제2-2밸브(227b)의 동작이 제어될 때, 혼합챔버(221) 내의 혼합가스를 시료 고정부(223)에 강제 순환시킬 수 있다.
시료 고정부(223)는 배관(230)을 통해 펌프(224)에 연결될 수 있다. 시료 고정부(223)에는 시료, 즉 휘발성 유기화합물의 흡착 성능을 평가할 흡착재 샘플이 배치될 수 있다.
전처리부(225)는 배관(230) 및 하나의 3방향 밸브, 예컨대 제2-4밸브(227d)를 통해 시료 고정부(223)에 연결될 수 있다. 전처리부(225)는 시료에 대한 흡착 성능 평가 전에 시료에 대한 전처리를 수행할 수 있다. 예컨대, 전처리부(225)는 시료 고정부(223)에 열을 가하여 내부를 진공상태를 만드는 전처리를 수행할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 실시예에 따른 측정유닛(110)은 배관(230) 및 다수의 밸브를 통해 가스공급부(111)와 챔버(115)가 연결되어 구성되고, 제어유닛(120)의 밸브 동작제어를 통해 가스공급부(111)에서 제공되는 질소가스와 휘발성 유기화합물 가스의 혼합가스를 생성하여 시료에 제공할 수 있다. 또한, 측정유닛(110)은 시료의 휘발성 유기화합물 흡착 정도에 대해 측정할 수 있으며, 분석유닛(130)은 측정유닛(110)의 측정 결과에 따라 시료의 흡착 성능을 분석할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 흡착재 성능 측정시스템을 이용한 흡착재의 성능 측정방법을 나타내는 도면이고, 도 4 내지 도 8은 도 3의 각 방법에 대한 측정유닛의 동작을 나타내는 동작 예시도들이다. 이하, 설명의 편의를 위하여 앞서 설명된 도 1 및 도 2가 함께 참조되어 설명될 것이다.
도면을 참조하면, 가스공급부(111)는 제어유닛(120)의 제어에 따라 제1가스, 예컨대 순수 질소가스와 제2가스, 예컨대 휘발성 유기화합물 가스의 초기 농도를 조절하여 생성할 수 있다(S10).
도 4에 도시된 바와 같이, 제어유닛(120)에 의해 측정유닛(110)의 모든 밸브들이 폐쇄되고, 가스공급부(111)의 제1MFC(211)에서는 초기 농도가 조절된 질소가스가 생성되며, 제2MFC(213)에서는 초기 농도가 조절된 휘발성 유기화합물 가스가 생성될 수 있다.
다음으로, 제어유닛(120)에 의해 제1-1밸브(226a) 및 제2-1밸브(227a)의 동작이 제어되고, 가스공급부(111)에서 질소가스와 휘발성 유기화합물 가스가 혼합챔버(221)에 일정량으로 제공되어 혼합될 수 있다. 이어, 제어유닛(120)에 의해 제2-2밸브(227b) 및 제2-3밸브(227c)의 동작이 제어되어 혼합챔버(221) 내의 혼합가스가 배관(230)을 통해 센서(222)로 제공되도록 하여 센서(222)에 의해 그 농도가 감지되어 측정될 수 있다(S20).
도 5에 도시된 바와 같이, 제어유닛(120)에 의해 제1-1밸브(226a) 및 제2-1밸브(227a)가 개방되고, 이에 따라 가스공급부(111)에서 혼합챔버(221)에 질소가스 및 휘발성 유기화합물 가스가 제공되어 챔버 내부에서 혼합될 수 있다.
이어, 제어유닛(120)에 의해 제2-2밸브(227b)와 제2-3밸브(227c)가 각각 제1방향으로 개방되고, 이에 혼합챔버(221) 내의 혼합가스는 센서(222)와 혼합챔버(221) 사이의 유동 경로에 따라 배관(230)을 통해 유동될 수 있다. 이때, 센서(222)는 배관(230)을 통해 제공되는 혼합가스의 농도를 감지하여 측정할 수 있다. 이때, 제어유닛(120)은 측정유닛(110)의 제1-1밸브(226a), 제2-1밸브(227a), 제2-2밸브(227b) 및 제2-3밸브(227c)를 제외한 나머지 밸브는 모두 폐쇄되도록 동작을 제어할 수 있다.
센서(222)에 의한 농도 측정 결과는 제어유닛(120) 및 분석유닛(130)에 각각 제공될 수 있다. 제어유닛(120)은 센서(222)의 측정 결과에 기초하여 혼합가스의 농도, 즉 혼합가스 내의 휘발성 유기화합물 농도가 설정 농도, 예컨대 대략 100ppm이 되도록 밸브의 동작을 제어할 수 있다. 분석유닛(130)은 혼합가스의 농도가 설정농도에 도달될 때까지 센서(222)의 측정 결과를 기록할 수 있다.
한편, 제어유닛(120)의 제1-1밸브(226a) 및 제2-1밸브(227a) 내지 제2-3밸브(227c)의 동작 제어에 따라 혼합가스의 농도가 설정 농도에 도달되는 동안에, 제어유닛(120)은 제2-4밸브(227d)의 동작을 제어하여 시료 고정부(223) 내의 시료에 대한 전처리를 수행할 수 있다(S35).
예컨대, 제어유닛(120)은 제2-4밸브(227d)가 제1방향으로 개방되도록 동작을 제어할 수 있다. 이에, 펌프(224), 시료 고정부(223) 및 전처리부(225) 사이에 배관 경로가 형성될 수 있다. 이때, 전처리부(225)는 배관(230)을 통해 소정의 열을 시료 고정부(223)에 제공하여 시료 고정부(223) 내부가 진공 상태가 되도록 할 수 있다. 따라서, 시료 고정부(223) 내에 배치된 시료의 전처리가 수행될 수 있다.
계속해서, 혼합가스의 농도가 설정 농도에 도달되고, 시료에 대한 전처리가 완료되면, 제어유닛(120)은 밸브의 동작을 제어하여 혼합가스를 시료에 제공할 수 있다. 이에 따라, 시료에는 휘발성 유기화합물이 흡착될 수 있다(S30).
도 7에 도시된 바와 같이, 제어유닛(120)이 제1-1밸브(226a) 및 제2-1밸브(227a)를 폐쇄시키고, 제2-2밸브(227b) 내지 제2-4밸브(227d)가 제2방향으로 개방되도록 동작을 제어할 수 있다. 이에 따라, 혼합가스는 혼합챔버(221), 펌프(224), 시료 고정부(223) 및 센서(222) 사이의 유동 경로에 따라 배관(230)을 통해 유동될 수 있다.
이때, 펌프(224)는 배관(230)을 통해 제공된 혼합가스를 시료 고정부(223)로 강제 순환시킬 수 있다. 이에, 시료 고정부(223) 내에 배치된 시료에 혼합가스에 포함되어 있는 휘발성 유기화합물이 흡착될 수 있다.
계속해서, 시료가 혼합가스의 휘발성 유기화합물을 흡착하는 동안에, 센서(222)는 시료 고정부(223)를 통과한 잔여가스, 즉 시료에 의해 휘발성 유기화합물이 흡착된 혼합가스의 농도를 감지하여 측정할 수 있다(S40).
센서(222)에 의한 잔여가스의 농도 측정 결과는 제어유닛(120) 및 분석유닛(130)에 제공될 수 있다. 제어유닛(120)은 센서(222)의 측정 결과에 기초하여 잔여가스의 농도 변화가 없을 때까지, 즉 시료에 휘발성 유기화합물이 포화상태로 흡착될 때까지 제2-2밸브(227b) 내지 제2-4밸브(227d)의 동작을 제어할 수 있다. 분석유닛(130)은 센서(222)의 측정 결과에 기초하여 잔여가스의 농도 변화를 기록할 수 있다.
다음으로, 잔여가스에 대한 농도 측정이 완료되면, 분석유닛(130)은 측정유닛(110)의 측정 결과로부터 시료의 흡착 성능을 분석하여 그 결과를 출력할 수 있다(S50).
분석유닛(130)은 최초 생성된 혼합가스의 농도 대비 잔여가스의 농도 변화, 즉 최초 혼합가스에 포함된 휘발성 유기화합물 농도에 대비하여 시료를 통과한 혼합가스에 포함된 휘발성 유기화합물 농도의 변화에 따라 시료의 휘발성 유기화합물 흡착 성능을 분석할 수 있다.
도 9에 도시된 바와 같이, 도 5에서 설명된 제어유닛(120)의 밸브 제어에 따라 혼합챔버(221) 내에서 혼합가스가 생성될 수 있다. 이때, 분석유닛(130)은 측정유닛(110)의 센서(222)의 가스 농도 측정결과에 기초하여 혼합가스의 농도를 최대 혼합상태(R1), 즉 설정농도에 도달될 때까지 기록할 수 있다. 이어, 도 7에서 설명된 제어유닛(120)의 밸브 제어에 따라 혼합가스의 휘발성 유기화합물이 시료에 흡착될 수 있다. 이때, 분석유닛(130)은 센서(222)의 가스 농도 측정결과에 기초하여 잔여가스의 농도 변화상태(R2)를 기록할 수 있다. 계속해서, 분석유닛(130)은 잔여가스의 최저 농도상태(R3), 즉 시료에 휘발성 유기화합물의 흡착 포화 상태까지 잔여가스의 농도 변화를 기록할 수 있다. 그리고, 분석유닛(130)은 최초 혼합가스의 농도 대비 잔여가스의 농도 변화량에 기초하여 시료의 휘발성 유기화합물 흡착 성능을 분석할 수 있다.
다시 도 3을 참조하면, 시료에 대한 휘발성 유기화합물의 흡착 성능에 대한 분석이 완료되면, 제어유닛(120)의 밸브 제어에 따라 배관(230)을 통해 유동하고 있는 잔여가스를 외부 처리장치로 배출할 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 제어유닛(120)에 의해 제1-2밸브(226b)가 개방되도록 동작 제어될 수 있다. 이에, 혼합챔버(221), 시료 고정부(223) 및 센서(222) 사이의 경로를 따라 유동하던 잔여가스는 배관(230) 및 제1-2밸브(226b)를 통해 혼합챔버(221)의 외부 처리 장치로 배출될 수 있다.
측정유닛(110)으로부터 잔여가스의 배출이 완료되면, 제어유닛(120)에 의해 가스공급부(111)의 동작이 제어되어 제1가스와 제2가스의 농도를 조절하는 단계(S10)부터 반복 수행될 수 있다. 이때, 시료 고정부(223)에는 새로운 시료, 즉 휘발성 유기화합물의 흡착 전의 시료가 재 배치될 수 있다.
또한, 상술한 과정들의 반복 수행을 통해 본 발명의 흡착재 성능 측정시스템(100)은 도 9에 도시된 바와 같이, 휘발성 유기화합물의 농도가 가변되는 혼합가스에 대한 시료의 흡착 성능을 측정 및 분석할 수 있다. 그리고, 도 10에 도시된 바와 같이, 휘발성 유기화합물의 농도에 따라 ppm 단위에서 시료의 흡착 특성을 분석하여 시료의 휘발성 유기화합물에 대한 흡착 등온선을 도출할 수 있다.
또한, 본 발명의 흡착재 성능 측정시스템(100)은 시료의 종류 및 휘발성 유기화합물의 농도를 변경하면서 앞서 서술된 시료의 흡착 성능을 분석하고, 그에 따라 도 11에 도시된 바와 같이, 시료 별 흡착 특성을 분석하여 시료 별 휘발성 유기화합물에 대한 흡착 등온선을 각각 도출할 수 있다.
예컨대, 도 11에 도시된 바와 같이, 본 발명의 흡착재 성능 측정시스템(100)에 의해 시료 A는 저 ppm 농도 영역(a1)에서의 휘발성 유기화합물에 대한 흡착 성능이 우수한 것으로 분석될 수 있다. 반면, 시료 B는 시료 A에 대비하여 상대적으로 높은 ppm 농도 영역(a2)에서의 휘발성 유기화합물에 대한 흡착 성능이 우수한 것으로 분석될 수 있다.
이러한 각 시료 별 분석 결과에 기초하여, 시료 A로부터 제조되는 필터는 외부와 대비하여 상대적으로 휘발성 유기화합물의 농도가 적은 실내용 공기청정기에 사용되는 것이 바람직할 수 있다. 또한, 시료 B로부터 제조되는 필터는 실내와 대비하여 상대적으로 휘발성 유기화합물의 농도가 높은 외부용 공기청정기에 사용되는 것이 바람직할 수 있다.
한편, 도면에 도시하지는 않았으나, 본 발명의 흡착재 성능 측정시스템(100)은 시료의 탈착 성능을 측정하여 분석할 수도 있다.
예컨대, 흡착재 성능 측정시스템(100)의 동작에 따라 시료에 휘발성 유기화합물이 포화 상태로 흡착된 상태에서, 제어유닛(120)이 가스공급부(111)의 동작을 제어하여 가스공급부(111)에서 소정 농도의 순수한 질소가스만이 생성되도록 할 수 있다.
이어, 제어유닛(120)이 챔버(115)의 다수의 밸브의 동작을 제어하여 순수 질소가스가 시료에 제공되도록 함으로써 시료에 흡착되어 있는 휘발성 유기화합물의 탈착 정도를 측정할 수 있다.
이때, 센서(222)에서는 시료 고정부(223)를 통과하는 가스, 즉 탈착된 휘발성 유기화합물이 혼합된 가스의 농도를 측정하고, 분석유닛(130)에서 측정된 가스 농도에 따른 시료의 탈착 성능을 분석할 수 있다. 물론, 센서(222)의 농도 측정 결과에 따라 제어유닛(120)이 밸브 동작 제어를 계속하여 센서(222)에 의해 측정되는 가스 농도의 변화가 없을 때까지 시료의 탈착 성능을 측정 및 분석할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 흡착재 성능 측정시스템(100)은 ppm 단위의 휘발성 유기화합물 농도를 갖는 가스를 생성하여 흡착재 샘플의 휘발성 유기화합물 흡착 성능을 측정 및 분석하고, 그에 따라 휘발성 유기화합물에 대한 흡착재 샘플의 흡착 등온선을 도출할 수 있다. 이때, 가스의 휘발성 유기화합물 농도 및 흡착재 종류 중 적어도 하나를 변경하면서 흡착재의 흡착 성능을 측정 및 분석하여 흡착재 별로 휘발성 유기화합물에 대한 흡착 등온선을 각각 도출할 수 있다. 또한, 본 발명의 흡착재 성능 측정시스템(100)은 흡착재 샘플에 기 흡착되어 포화된 휘발성 유기화합물의 탈착 성능을 측정하여 분석할 수 있다.
본 발명은 흡착재 성능 측정시스템으로, 휘발성 유기화합물의 농도에 따라 다수의 흡착재 별 흡착 성능 및 탈착 성능을 분석하여 사용 용도 및 사용 장소에 따라 최적의 흡착재를 선택하여 필터를 제조하도록 함으로써, 필터 개발의 비용 및 시간을 절감할 수 있다.

Claims (13)

  1. 휘발성 유기화합물이 피피엠(ppm) 단위의 농도로 포함된 혼합가스를 내부에 배치된 시료에 제공하여 상기 시료의 상기 휘발성 유기화합물에 대한 흡착 정도를 측정하는 측정유닛;
    상기 측정유닛의 동작을 제어하여 상기 혼합가스가 상기 시료에 제공되도록 하는 제어유닛; 및
    상기 측정유닛의 측정결과에 기초하여 상기 시료의 흡착 성능을 분석하고, 분석 결과에 따라 상기 시료의 상기 휘발성 유기화합물에 대한 흡착 등온선을 도출하는 분석유닛을 포함하는 흡착재 성능 측정시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 측정유닛은,
    질소가스 및 휘발성 유기화합물 가스를 각각 생성하는 가스공급부; 및
    상기 가스공급부와 배관을 통해 연결되고, 상기 배관을 통해 제공되는 상기 질소가스와 상기 휘발성 유기화합물 가스를 혼합하여 상기 혼합가스를 생성하며, 상기 혼합가스를 상기 시료에 제공하여 상기 시료의 흡착 정도를 측정하는 챔버를 포함하고,
    상기 제어유닛에 의해 상기 가스공급부 및 상기 챔버 중 적어도 하나의 동작을 제어하여 상기 혼합가스의 휘발성 유기화합물 농도를 가변시키는 것을 특징으로 하는 흡착재 성능 측정시스템,
  3. 제2항에 있어서,
    상기 챔버는,
    상기 배관을 통해 상기 가스공급부로부터 제공되는 상기 질소가스와 상기 휘발성 유기화합물 가스를 혼합하여 상기 혼합가스를 생성하는 혼합챔버; 및
    상기 배관, 제2-2밸브 및 제2-3밸브를 통해 상기 혼합챔버에 연결되고, 상기 혼합가스의 농도를 측정하는 센서를 포함하고,
    상기 제어유닛은 상기 제2-2밸브 및 상기 제2-3밸브의 동작을 제어하여 상기 혼합가스의 농도가 설정농도에 도달될 때까지 상기 혼합가스가 상기 혼합챔버 및 상기 센서 사이의 경로로 유동되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 흡착재 성능 측정시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 챔버는,
    상기 배관 및 상기 제2-2밸브를 통해 상기 혼합챔버에 연결되고, 내부에 상기 시료가 배치된 시료 고정부; 및
    상기 배관 및 제2-4밸브를 통해 상기 시료 고정부에 연결된 전처리부를 더 포함하고,
    상기 제어유닛은 상기 혼합가스가 상기 혼합챔버 및 상기 센서 사이의 경로로 유동되는 동안에, 상기 제2-4밸브의 동작을 제어하여 상기 전처리부에 의해 상기 시료의 전처리가 수행되도록 하는 것을 특징으로 하는 흡착재 성능 측정시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 챔버는,
    상기 제2-2밸브와 상기 시료 고정부 사이에 배치되어 상기 혼합가스를 상기 시료에 강제 순환시키는 펌프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 흡착재 성능 측정시스템.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 가스공급부와 상기 혼합챔버 사이의 상기 배관에 연결되어 상기 질소가스 및 상기 휘발성 유기화합물 가스의 유동 경로를 조절하는 제1-1밸브 및 제2-1밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 흡착재 성능 측정시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 분석유닛은,
    상기 혼합가스의 휘발성 유기화합물 농도 대비 상기 시료를 통과한 혼합가스의 휘발성 유기화합물 농도의 변화에 기초하여 상기 시료의 흡착 성능을 분석하는 것을 특징으로 하는 흡착재 성능 측정시스템.
  8. 측정유닛, 제어유닛 및 분석유닛을 포함하는 흡착재 성능 측정시스템을 이용한 흡착재 성능 측정방법에 있어서,
    질소가스와 휘발성 유기화합물 가스의 혼합가스를 생성하여 농도를 측정하는 단계;
    상기 혼합가스를 시료에 제공하여 상기 시료의 휘발성 유기화합물 흡착 정도를 측정하는 단계; 및
    측정 결과에 기초하여 상기 시료의 상기 휘발성 유기화합물 흡착 성능을 분석하는 단계를 포함하고,
    상기 혼합가스는 상기 휘발성 유기화합물이 피피엠(ppm) 단위의 농도로 포함된 가스인 것을 특징으로 하는 흡착재 성능 측정방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 시료의 휘발성 유기화합물 흡착 정도를 측정하는 단계 전에,
    상기 시료를 전처리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 흡착재 성능 측정방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 혼합가스를 생성하여 농도를 측정하는 단계는,
    상기 제어유닛이 상기 측정유닛 내부에서 상기 혼합가스의 유동 경로를 제어하여 상기 혼합가스가 설정 농도에 도달될 때까지 측정하는 것을 특징으로 하는 흡착재 성능 측정방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 시료의 휘발성 유기화합물 흡착 정도를 측정하는 단계는,
    상기 제어유닛에 의한 상기 혼합가스의 유동 경로 제어에 따라 상기 혼합가스를 상기 시료에 제공하는 단계; 및
    상기 시료를 통과한 잔여가스의 농도를 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 흡착재 성능 측정방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 시료의 상기 휘발성 유기화합물 흡착 성능을 분석하는 단계는,
    상기 혼합가스의 휘발성 유기화합물 농도 대비 상기 시료를 통과한 혼합가스의 휘발성 유기화합물 농도의 변화에 기초하여 상기 시료의 흡착 성능을 분석하는 단계인 것을 특징으로 하는 흡착재 성능 측정방법.
  13. 제7항에 있어서,
    상기 시료의 흡착 성능을 분석하는 단계 이후에,
    상기 제어유닛에 의해 상기 혼합가스의 농도를 가변하여 생성하고, 농도가 가변된 혼합가스를 상기 시료에 제공하여 상기 시료의 휘발성 유기화합물 흡착 정도를 측정하는 단계를 다시 수행하는 것을 특징으로 하는 흡착재 성능 측정방법.
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