WO2022164220A1 - 항균 유리를 포함하는 활성탄 필터 및 이를 이용한 가전기기 - Google Patents

항균 유리를 포함하는 활성탄 필터 및 이를 이용한 가전기기 Download PDF

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WO2022164220A1
WO2022164220A1 PCT/KR2022/001465 KR2022001465W WO2022164220A1 WO 2022164220 A1 WO2022164220 A1 WO 2022164220A1 KR 2022001465 W KR2022001465 W KR 2022001465W WO 2022164220 A1 WO2022164220 A1 WO 2022164220A1
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WO
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activated carbon
antibacterial
carbon filter
glass
weight
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PCT/KR2022/001465
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박선영
손제구
김영석
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엘지전자 주식회사
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Publication date
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    • B01D2239/04—Additives and treatments of the filtering material
    • B01D2239/0442—Antimicrobial, antibacterial, antifungal additives

Definitions

  • the present invention relates to an activated carbon filter comprising an antibacterial glass and a home appliance using the same.
  • Microorganisms such as germs, fungi, and bacteria are ubiquitous in our living spaces, such as sinks, refrigerator shelves, or washing machines. If these microbes get into our bodies, they can cause life-threatening infections.
  • an antibacterial water purifier activated carbon filter capable of controlling the spread of microorganisms in a water purifier for drinking water.
  • Activated carbon filters used in home appliances are used for the purpose of adsorption of chlorine components, filtering of impurities, and removal of organic matter.
  • bacteria can easily grow inside the filter. In this way, when bacteria are propagated, a biofilm is formed in the filter, and thus the flow of water in the water purifier flow pipe is obstructed, thereby reducing the flow rate of the outflow water.
  • activated carbon filters originally consist of activated carbon for the purpose of adsorption and deodorization of organic matter and residual chlorine, but especially when applied to home appliances such as water purifiers, bacteria may have been introduced through various inflow paths due to the structure of home appliances. Due to the large surface area of the inorganic components and activated carbon in the vicinity, there is a problem that the strains can grow densely and become a source of contamination.
  • Korean Patent Application Laid-Open No. 10-2009-0111715 discloses an antibacterial post carbon block and a water purifier for a water purifier, and specifically, an antibacterial post carbon block filter and a water purifier equipped with the filter are disclosed.
  • the post carbon block filter includes activated carbon, a binder, and silver (Ag)-zeolite, and the pore size of the post carbon block filter is 0.2 to 15 ⁇ m.
  • the amount of silver elution in the water purifier should be less than 10ppb (0.01mg/L).
  • Korean Patent Application Laid-Open No. 10-2009-0111715 there is a problem that a large amount of silver is eluted, which may cause harm to the human body and ecology.
  • An object of the present invention is to provide an antibacterial glass, an activated carbon filter including the same, and a home appliance using the same in order to improve the sanitary problem of bacterial propagation in the conventional activated carbon filter.
  • An object of the present invention is to provide an activated carbon filter including an antibacterial glass and a home appliance using the same in order to secure human and ecological safety by solving the problem of heavy metal elution.
  • Antibacterial activated carbon filter according to the present invention for solving the above technical problem is characterized in that it includes activated carbon and antibacterial glass.
  • the antibacterial activated carbon filter according to the present invention contains 0.1 to 10 parts by weight of antibacterial glass relative to 100 parts by weight of activated carbon, so that human body stability and antibacterial performance can be simultaneously implemented.
  • the antimicrobial activated carbon filter according to the present invention may preferably be an antimicrobial activated carbon filter for home appliances applied to home appliances, and more preferably an antimicrobial activated carbon filter for a water purifier.
  • composition of the antibacterial glass contained in the antimicrobial activated carbon filter according to the present invention is SiO 2 26 to 50% by weight; 0.5-4 wt% of at least one of B 2 O 3 and P 2 O 5 ; 15-27% by weight of Na 2 O and K 2 O; 3-20 wt% of at least one of CaO, MgO and WO 3 ; and 22 to 44 wt% of at least one of ZnO and SnO.
  • Na 2 O may be included in an amount of 5 to 18% by weight
  • K 2 O may be included in an amount of 5 to 13% by weight.
  • Na 2 O and K 2 O may be included in a range satisfying Equation 1 below.
  • Equation 1 0.5 ⁇ [Na 2 O] / [K 2 O] ⁇ 1.5
  • [] represents the content ratio of each component.
  • composition of the antibacterial glass may further include 0 to 0.1 wt% of at least one of Ag 3 PO 4 , AgNO 3 and silver glass.
  • the antibacterial activated carbon filter according to the present invention has an effect of suppressing the proliferation of bacteria in home appliances by including the antibacterial glass in the activated carbon.
  • the antimicrobial activated carbon filter according to the present invention contains antibacterial glass, the elution amount of harmful heavy metals is significantly small or absent, and in particular, when applied as a water purifier filter, it achieves water quality that meets the standards of drinking water and water purifier, while being safe for the human body It is possible to implement a sanitary water purifier filter with the expression of antibacterial power.
  • the antibacterial glass according to the present invention is not limited to the form of activated carbon and can be manufactured in various forms, so it has the advantage of being easy to apply to an antibacterial activated carbon filter.
  • 1 is a graph showing the results of the antibacterial effect test of the present invention.
  • the antibacterial activated carbon filter according to the present invention includes activated carbon and antibacterial glass.
  • the antimicrobial activated carbon filter according to the present invention contains 0.1 to 10 parts by weight of antibacterial glass compared to 100 parts by weight of activated carbon, thereby achieving human body stability and antibacterial performance at the same time.
  • the content of antibacterial glass is less than 0.1 parts by weight compared to 100 parts by weight of activated carbon in the antibacterial activated carbon filter, it is difficult to exert the antibacterial effect of the activated carbon filter, and if it exceeds 10 parts by weight, the amount of heavy metal elution is excessive and human stability cannot be secured. There is this.
  • the antimicrobial activated carbon filter according to the present invention may be an antimicrobial activated carbon filter for home appliances applied to home appliances, and specifically, an antimicrobial activated carbon filter for a water purifier.
  • composition of the antibacterial glass contained in the antimicrobial activated carbon filter according to the present invention is SiO 2 26 to 50% by weight; 0.5-4 wt% of at least one of B 2 O 3 and P 2 O 5 ; 15-27% by weight of Na 2 O and K 2 O; 3-20 wt% of at least one of CaO, MgO and WO 3 ; and 22 to 44 wt% of at least one of ZnO and SnO.
  • Na 2 O is preferably added in an amount of 5 to 18 wt%
  • K 2 O is preferably added in an amount of 5 to 13 wt%.
  • Na 2 O and K 2 O are more preferably added in a range satisfying the following formula (1).
  • Equation 1 0.5 ⁇ [Na 2 O] / [K 2 O] ⁇ 1.5
  • [] represents the content ratio of each component.
  • composition of the antibacterial glass may further include 0 to 0.1 wt% of at least one of Ag 3 PO 4 , AgNO 3 and silver glass.
  • the antibacterial activated carbon filter including the antibacterial glass according to the present invention described above can be applied to various types of activated carbon, and it is possible to have an excellent antibacterial effect while meeting human safety standards by minimizing the amount of heavy metal elution.
  • the activated carbon filter containing the antibacterial glass according to the present invention to home appliances, when bacteria are introduced into the home appliance through various inflow paths, the microorganisms and the large surface area of the activated carbon in the vicinity cause the strain to be concentrated and cause contamination. can prevent this from happening.
  • an activated carbon filter manufactured including activated carbon and antibacterial glass to a water purifier, it is possible to solve the sanitary problem for bacteria introduced into the water purifier and the stability problem for harmfulness to the human body and the environment.
  • SiO 2 , B 2 O 3 and P 2 O 5 are network-forming oxides, which form the skeletal structure of glass and are key components that enable vitrification by covalent bonding.
  • SiO 2 is a glass former that enables vitrification, and is a key component that serves as a framework in terms of the structure of the glass. When such SiO 2 is contained in an appropriate amount or more, the viscosity increases when the glass is melted, and thus workability and yield are deteriorated in the cooling process. In addition, SiO 2 does not act as a direct component that exhibits antibacterial activity, but forms less OH - groups on the glass surface compared to P 2 O 5 , which is a typical network-forming oxide, so that the glass surface caused by metal ions in the glass is positively charged. It is advantageous to make
  • SiO 2 is preferably added in a content ratio of 26 to 50% by weight of the total weight of the antimicrobial glass composition according to the present invention.
  • the amount of SiO 2 added is less than 26% by weight, opacification may occur or heterogeneity in which transparent glass is mixed may occur due to a lack of network-forming oxides and leaving the vitrification region.
  • the addition amount of SiO 2 exceeds 50% by weight, it is difficult to control the surface charge of the glass to a positive value, so that the antibacterial activity may decrease.
  • B 2 O 3 and P 2 O 5 are key components that enable sufficient vitrification together with SiO 2 as representative network-forming oxides.
  • B 2 O 3 and P 2 O 5 have a low melting point and are used to lower the eutectic point of the melt.
  • B 2 O 3 and P 2 O 5 When melting (melting) for vitrification, a homogeneous glass by performing an action of increasing the solubility of rigid components (Al 2 O 3 , CuO, etc.) help to become
  • B 2 O 3 and P 2 O 5 are added above a certain level, there may be a problem of weakening the bonding structure of the glass to reduce water resistance and the like.
  • B 2 O 3 and P 2 O 5 are preferably used in trace amounts only for lowering the melting point in order to implement a water-insoluble antibacterial glass.
  • At least one of B 2 O 3 and P 2 O 5 is preferably added in a content ratio of 0.5 to 4% by weight based on the total weight of the antimicrobial glass composition according to the present invention.
  • B 2 O 3 and P 2 O 5 is added in an amount of less than 0.5% by weight, the flux is insufficient, and thus it leaves the vitrification region, which may cause unmelting.
  • B 2 O 3 and P 2 O 5 exceeds 4% by weight, a decrease in water resistance may occur due to structural problems of B and P in the network-forming structure due to the properties of the element itself.
  • Alkali oxides such as Na 2 O and K 2 O are oxides that serve as a network modifier for non-crosslinking in the glass composition. These components cannot be vitrified alone, but vitrification is possible when mixed with a network former such as SiO 2 and B 2 O 3 in a certain ratio. If only one of the above components is included in the glass composition, the durability of the glass may be weakened in the area where vitrification is possible. However, when two or more components are included in the glass composition, the durability of the glass is improved again according to the ratio. This is called the mixed alkali effect.
  • alkali oxides such as Na 2 O and K 2 O improve the antimicrobial activity by using the point that first occupies the modification oxide site in the glass.
  • alkali oxides such as Na 2 O and K 2 O contribute to the formation of a network of intermediate oxides, ZnO and SnO, to enhance durability, thereby contributing to the expression of antimicrobial activity by surface charge and water-insoluble properties. do.
  • At least one of Na 2 O and K 2 O is preferably added in a content ratio of 15 to 27% by weight of the total weight of the antimicrobial glass composition according to the present invention.
  • a phenomenon in which an unmelted product is formed may occur due to leaving the vitrification region because the flux is insufficient.
  • one or more of Na 2 O and K 2 O is added in a large amount exceeding 27% by weight, alkali ions are easily replaced with H 3 O + ions of water according to the basic elution mechanism of glass, and water resistance that elution is deepened degradation may occur.
  • Na 2 O is added in an amount of 5 to 18% by weight
  • K 2 O is more preferably added in an amount of 5 to 13% by weight.
  • Na 2 O and K 2 O are preferably added in a range satisfying the following formula (1).
  • Equation 1 0.5 ⁇ [Na 2 O] / [K 2 O] ⁇ 1.5
  • [] represents the content ratio of each component.
  • Alkaline earth oxides such as CaO, MgO, and WO 3 are basically oxides that play the role of modifying oxides that are non-crosslinked in glass. Vitrification is impossible by itself, but vitrification is possible when mixed with a network former such as SiO 2 and B 2 O 3 in a certain ratio.
  • alkaline earth oxides such as CaO, MgO, and WO 3 have a +2 charge and have to be replaced with two water molecule ions, so ion exchange is relatively difficult. It is also used Therefore, alkaline earth oxides such as CaO, MgO, and WO 3 have strong durability among modified oxides and occupies a modified oxide site to structurally indirectly contribute to the expression of water insolubility and antibacterial properties. oxide) for the same purpose.
  • At least one of CaO, MgO and WO 3 is preferably added in a content ratio of 3 to 20% by weight of the total weight of the antimicrobial glass composition according to the present invention.
  • a water resistance degradation phenomenon that cannot prevent alkali elution may occur because the structure cannot be strengthened at the modified oxide site.
  • the alkaline earth oxide which is a material that melts at a high temperature, does not melt sufficiently, and thus leaves the vitrification region, resulting in the formation of an unmelted product. can occur
  • ZnO and SnO are components that are substituted with a part of the network-forming oxide and covalently bond to perform both the role of the network-forming oxide and the modifying oxide.
  • ZnO and SnO are components that greatly contribute to the expression of the antibacterial effect.
  • ZnO and SnO are intermediate oxides, and in order to participate in the network formation structure in glass, the atomic radius is small and the electronegativity is large, so the difference from oxygen must be small.
  • These intermediate oxides have a larger atomic radius and lower electronegativity than conventional network-forming oxides, Si, P, and B, making it difficult to form glass alone, but in the presence of network-forming oxides, they are substituted with network-forming oxides and play a role. say ingredients. Below a certain amount of ZnO and SnO acts only as a modified oxide, but above a certain amount, a covalent bond is formed and durability is radically improved.
  • the predetermined content is determined by the content of the network-forming oxide and the modifying oxide.
  • At least one of ZnO and SnO is preferably added in a content ratio of 22 to 44 wt% of the total weight of the antimicrobial glass composition according to the present invention.
  • ZnO and SnO is added in an amount of less than 22% by weight, there is a problem in that sufficient antibacterial activity cannot be expressed because the absolute amount of the material exhibiting antibacterial performance is insufficient.
  • ZnO and SnO is added in excess of 44% by weight, opacification occurs due to the fact that it does not exist as an ionic state in the glass under homogeneity, and partially forms crystals to escape the vitrification region, resulting in opacification and transparent glass. A heterogeneity phenomenon in which the are mixed may occur.
  • Ag 3 PO 4 , AgNO 3 and silver glass exist in an ionic state in the glass, and are effective components for expressing antibacterial activity.
  • Ag 3 PO 4 , AgNO 3 and silver glass serves to lower the melting point.
  • Ag 3 PO 4 , AgNO 3 and silver glass is added in excess of 0.1 wt %, vitrification is unstable due to precipitation of silver metal, and there is a risk of excessive eluting of heavy metals. . Therefore, Ag 3 PO 4 , AgNO 3 and at least one of silver glass (silver glass) is preferably added strictly limited to 0.1% by weight or less of the total weight of the antimicrobial glass composition according to the present invention.
  • the antibacterial activated carbon filter according to the present invention may be manufactured by mixing activated carbon and antibacterial glass, and other additives as necessary.
  • the antimicrobial activated carbon filter according to the present invention may contain 0.1 to 10 parts by weight of antibacterial glass based on 100 parts by weight of activated carbon.
  • the type and shape of the antimicrobial activated carbon filter according to the present invention is not limited, and may be manufactured in a granular or block form, and may exhibit antibacterial performance while maintaining the water purification performance of activated carbon regardless of the shape.
  • the antibacterial glass may be manufactured by being separately processed, such as in the form of a bead, and then simply mixed with the granular activated carbon to fill the filter.
  • a filter When applied to block-type activated carbon by extrusion or compression, the composition of the raw material is melted, cooled, and then processed into frit-type antibacterial glass, which is then pulverized and atomized to form glass powder. do.
  • a filter can be manufactured by mixing glass powder with activated carbon and a binder and compressing it at a high pressure in a press-molding mold or using an extrusion method. The kind of binder used is not limited.
  • the antibacterial glass according to the present invention can be applied by variously modifying the particle size according to the need to adjust the antibacterial effect.
  • Antibacterial glass compositions having the compositions and ratios shown in Table 1 were prepared.
  • the raw materials of each component were mixed.
  • the composition of the mixed raw materials was melted at a temperature of 120° C. in an electric furnace, cooled by air cooling, and the cooled antibacterial glass body was pulverized with a dry grinder and processed into bead-shaped glass.
  • An antibacterial activated carbon filter was prepared by simply mixing the antibacterial glass powder in the form of beads processed through the above process with granular activated carbon.
  • the antimicrobial activated carbon filters of Examples 1, 2 and 3 having the composition shown in Table 2 below were prepared.
  • the content of the antibacterial glass means the content (parts by weight) with respect to 100 parts by weight of activated carbon.
  • the antimicrobial activated carbon filter prepared according to Examples 1 and 2 was exposed for 240 hours at 25° C. (room temperature), which is the condition set as the following water purifier use environment, to measure whether heavy metals were eluted, and a human stability test was performed.
  • room temperature which is the condition set as the following water purifier use environment
  • ppm concentrations of eluted zinc and silver were measured, and the results are shown in Table 3 below.
  • Antibacterial glass content Elution element (ppm) Zn Ag
  • Example 1 0.5 parts by weight 0.072 0
  • Example 2 1 part by weight 0.076 0
  • the standards for dissolution should be 0.3 mg/L or less for zinc and 0.01 mg/L or less for silver. Therefore, in order not to elute in excess of 0.3 mg/L, which is the standard zinc concentration, the content of the antibacterial glass should be 10% by weight or less.
  • 'Log Reduction' on the vertical axis of FIG. 1 means a logarithmic function for evaluating the sterilization power representing the relative number of living microorganisms removed through an antibacterial (sterilization or sterilization) process.
  • Table 4 shows that when Log Reduction is 1, 90% of antibacterial activity is exhibited, and when Log Reduction is 2, it exhibits 99% of antibacterial activity, so it can be seen that as Log Reduction increases, the antibacterial effect is excellent.
  • antibacterial glass which is an antibacterial agent
  • the antibacterial activity tended to increase.

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Abstract

본 발명은 항균 유리 및 이를 포함하는 항균성 활성탄 필터에 관한 것이다. 본 발명에 따른 항균성 활성탄 필터는 활성탄 100 중량부 대비 0.1~10 중량부의 항균 유리를 포함함으로써, 항균성 및 인체 안정성이 우수한 효과를 달성할 수 있다.

Description

항균 유리를 포함하는 활성탄 필터 및 이를 이용한 가전기기
본 발명은 항균 유리를 포함하는 활성탄 필터 및 이를 이용한 가전기기에 관한 것이다.
세균, 균류, 박테리아와 같은 미생물은 세면대, 냉장고 선반, 또는 세탁기와 같은 우리의 생활 공간에 편재해 있다. 만일 이러한 미생물이 우리의 몸에 들어가게 되면, 이들은 생명을 위협하는 감염의 원인이 될 수 있다. 특히, 음용수를 위한 정수기에서 미생물의 확산을 제어할 수 있는 항균성 정수기 활성탄 필터가 요구된다.
가전기기 특히, 정수기에 사용되는 활성탄 필터는 염소성분의 흡착, 불순물의 거름, 유기물 제거를 목적으로 사용되는데, 활성탄 필터에 의해 발생하는 넓은 표면적과 무기물의 존재로 인해 정수기 외부에서 일반세균이 유입되는 경우 필터 내부에 세균이 쉽게 번식할 수 있다. 이와 같이, 세균이 번식하는 경우 필터 내 바이오필름(biofilm)이 형성되어, 정수기 유로관의 물의 흐름을 방해함으로써 출수 유속이 줄어드는 문제가 발생할 수 있다.
종래의 활성탄 필터는 본래 유기물 및 잔류염소의 흡착과 탈취 효과를 위한 목적으로 필터의 소재가 활성탄으로 구성되지만, 특히 정수기와 같은 가전기기에 적용될 경우, 가전기기의 구조상 다양한 유입 경로로 균이 유입되었을 때 주변에 존재하는 무기성분과 활성탄의 넓은 표면적으로 인하여 균주가 밀집해서 자라 오염원이 될 수 있다는 문제점이 있다.
또한, 항균력을 발휘하기 위하여 다양한 첨가제가 정수기용 활성탄 필터 소재에 포함될 경우, 중금속의 용출로 인해, 음용수를 섭취하는 인체 및 환경에 대한 유해성 등 안전성에 대한 문제점이 있다.
예를 들어, 대한민국 특허출원 공개공보 제10-2009-0111715호에는 정수기용 항균성 포스트 카본 블록 및 정수기를 개시하고 있는데, 구체적으로는, 항균성 포스트 카본 블록 필터 및 이 필터가 장착된 정수기를 개시하고 있으며, 상기 포스트 카본 블록 필터는 활성탄, 바인더 및 은(Ag)-제올라이트가 포함되고, 상기 포스트 카본 블록 필터의 기공(pore) 크기가 0.2 내지 15㎛인 것을 개시하고 있다.
그런데, 정수기의 기준규격 및 검사기관 지정고시의 용출 안전성 기준에 따르면 정수기 내에서 은의 용출량은 10ppb(0.01mg/L) 이하가 되어야 한다. 그러나, 대한민국 특허출원 공개공보 제10-2009-0111715호의 개시에 따르면, 다량의 은이 용출됨으로써 인체 및 생태학적 유해성을 줄 수 있다는 문제점이 있다.
따라서, 정수기 등의 가전기기에 사용되는 활성탄 필터의 위생, 인체 안정성과 관련된 중금속 용출을 비롯한 기존의 문제점을 개선할 수 있도록 하기 위한 필요가 여전히 존재하고 있다.
(선행 특허문헌 1) 대한민국 특허출원 공개공보 제10-2009-0111715호
본 발명은 종래의 활성탄 필터에서 균이 번식하는 위생적인 문제를 개선하기 위하여, 항균 유리 및 이를 포함하는 활성탄 필터와 이를 이용한 가전기기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 중금속 용출 문제를 해결하여 인체 및 생태학적 안전성을 확보하기 위하여, 항균 유리를 포함하는 활성탄 필터 및 이를 이용한 가전기기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상술한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 항균성 활성탄 필터는 활성탄 및 항균 유리를 포함하는 것을 기술적 특징으로 한다.
보다 구체적으로, 본 발명에 따른 항균성 활성탄 필터는 활성탄 100 중량부 대비 0.1~10 중량부의 항균 유리를 포함함으로써, 인체 안정성 및 항균 성능을 동시에 구현할 수 있다.
본 발명에 따른 항균성 활성탄 필터는, 바람직하게는 가전기기에 적용되는 가전기기용 항균성 활성탄 필터일 수 있고, 더욱 바람직하게는 정수기용 항균성 활성탄 필터일 수 있다.
본 발명에 따른 항균성 활성탄 필터에 포함되는 항균 유리의 조성 조성물은 SiO2 26~50 중량%; B2O3 및 P2O5 중 1종 이상 0.5~4 중량%; Na2O 및 K2O 15~27 중량%; CaO, MgO 및 WO3 중 1종 이상 3~20 중량%; 및 ZnO 및 SnO 중 1종 이상 22~44 중량%를 포함할 수 있다. 여기서, Na2O는 5 ~ 18 중량%로 포함할 수 있고, K2O는 5 ~ 13 중량%로 포함할 수 있다.
아울러, Na2O 및 K2O는 하기 식 1을 만족하는 범위로 포함할 수 있다.
식 1: 0.5 ≤ [Na2O] / [K2O] ≤1.5
여기서, []는 각 성분의 함량비를 나타낸다.
또한, 상기 항균 유리의 조성물은 Ag3PO4, AgNO3 및 은 유리(silver glass) 중 1종 이상 0~0.1 중량%를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 항균성 활성탄 필터는 활성탄에 항균 유리를 포함함으로써, 가전기기 내에서 세균의 증식을 억제하는 효과가 있다.
아울러, 본 발명에 따른 항균성 활성탄 필터는 항균 유리를 포함함으로써, 유해 중금속의 용출량이 현저하게 적거나 없어, 특히, 정수기 필터로서 적용될 때 음용수와 정수기의 기준에 부합하는 수질을 달성하여 인체에 안전하면서도 항균력이 발현되어 위생적인 정수기 필터를 구현할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 항균 유리는 활성탄의 형태에 제한되지 않고 다양한 형태로 제조될 수 있어, 항균성 활성탄 필터에 적용이 용이하다는 이점이 있다.
상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.
도 1은 본 발명의 항균 효과 실험 결과를 나타내는 그래프이다.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
이하, 본 발명에 따른 항균 유리를 포함하는 활성탄 필터에 대해 상세히 설명하기로 한다.
< 항균성 활성탄 필터 >
본 발명에 따른 항균성 활성탄 필터는 활성탄 및 항균 유리를 포함한다.
본 발명에 따른 항균성 활성탄 필터는 활성탄 100 중량부 대비 0.1~10 중량부의 항균 유리를 포함함으로써, 인체 안정성 및 항균 성능을 동시에 구현할 수 있다.
만일, 항균 유리의 함량이 항균성 활성탄 필터 중의 활성탄 100 중량부 대비 0.1 중량부 미만일 경우 활성탄 필터의 항균 효과가 발휘되기 어렵고, 10 중량부 초과일 경우 중금속 용출량이 과다하여 인체 안정성을 확보할 수 없는 문제점이 있다.
본 발명에 따른 항균성 활성탄 필터는, 가전기기에 적용되는 가전기기용 항균성 활성탄 필터일 수 있고, 구체적으로는, 정수기용 항균성 활성탄 필터일 수 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 항균성 활성탄 필터에 포함되는 항균 유리의 조성물의 성분에 대해 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 항균성 활성탄 필터에 포함되는 항균 유리의 조성 조성물은 SiO2 26~50 중량%; B2O3 및 P2O5 중 1종 이상 0.5~4 중량%; Na2O 및 K2O 15~27 중량%; CaO, MgO 및 WO3 중 1종 이상 3~20 중량%; 및 ZnO 및 SnO 중 1종 이상 22~44 중량%를 포함할 수 있다.
여기서, Na2O는 5~18 중량%로 첨가되는 것이 바람직하고, K2O는 5~13 중량%로 첨가되는 것이 바람직하다.
아울러, Na2O 및 K2O는 하기 식 1을 만족하는 범위로 첨가되는 것이 보다 바람직하다.
식 1 : 0.5 ≤ [Na2O] / [K2O] ≤ 1.5
여기서, []는 각 성분의 함량비를 나타낸다.
또한, 상기 항균 유리의 조성물은 Ag3PO4, AgNO3 및 은 유리(silver glass) 중 1종 이상 0~0.1 중량%를 더 포함할 수 있다.
전술한 본 발명에 따른 항균 유리를 포함하는 항균성 활성탄 필터는 다양한 활성탄 형태에 적용할 수 있으며, 중금속 용출량을 최소화하여 인체 안정성 기준을 충족시키면서도 우수한 항균 효과를 가질 수 있게 된다.
아울러, 본 발명에 따른 항균 유리를 포함하는 활성탄 필터를 가전기기에 적용함으로써, 다양한 유입 경로로 가전기기에 균이 유입되었을 때 주변에 존재하는 무기성분과 활성탄의 넓은 표면적으로 인하여 균주가 밀집해서 오염원이 되는 것을 방지할 수 있다. 특히, 본 발명은 활성탄 및 항균 유리를 포함하여 제조되는 활성탄 필터를 정수기에 적용함으로써, 정수기 내부에 유입되는 세균에 대한 위생적 문제와 인체 및 환경에 대한 유해성에 대한 안정성 문제도 해결할 수 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 항균 유리의 각 성분의 역할 및 그 함량에 대하여 상세히 설명하도록 한다.
SiO2, B2O3 및 P2O5는 망목형성 산화물로서, 유리의 뼈대 구조를 형성하며, 공유결합하여 유리화를 가능하게 하는 핵심적인 성분이다.
SiO2는 유리화가 가능하게 하는 유리형성제로서, 유리의 구조적인 측면에서는 뼈대의 역할을 하는 핵심적인 성분이 된다. 이러한 SiO2는 적정량 이상을 포함하게 되면 유리 용융시 점도가 높아져 냉각 과정에서 작업성 및 수율이 떨어지게 된다. 아울러, SiO2는 항균력을 발현하는 직접적인 성분으로 작용하지는 않으나, 대표적인 망목형성 산화물인 P2O5 대비 유리 표면에 OH- 기를 덜 형성시켜, 유리 내 금속 이온으로 야기되는 유리 표면을 양의 전하로 띠게 하는데 유리하다.
따라서, SiO2는 본 발명에 따른 항균 유리 조성물 전체 중량의 26~50 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다. SiO2의 첨가량이 26 중량% 미만일 시에는 망목형성 산화물가 부족하여 유리화 영역을 벗어나는데 기인하여 유백화가 나타나거나, 투명한 유리가 혼재하는 불균질화 현상이 발생할 수 있다. 반대로, SiO2의 첨가량이 50 중량%를 초과할 경우에는 유리의 표면 전하를 양의 값으로 제어하기 어렵기 때문에 항균력이 저하 현상이 발생할 수 있다.
B2O3 및 P2O5는 대표적인 망목형성 산화물로써 SiO2와 함께 충분한 유리화가 가능하게 하는 핵심적인 성분이다. B2O3 및 P2O5는 녹는점이 낮아 용융물의 공융점(eutectic point)을 낮추는데 용도로 사용된다. 또한, B2O3 및 P2O5는 유리화를 위한 용융(melting)시, 단단한(rigid) 성분들(Al2O3, CuO 등)의 용해도(solubility)를 높이는 작용을 수행함으로써 균질한 유리가 되도록 돕는다. 하지만, B2O3 및 P2O5가 일정 이상으로 첨가되면, 유리의 결합 구조를 약화시켜 내수성 등을 저하시키는 문제가 발생할 수 있다.
따라서, B2O3 및 P2O5는 수불용성 항균 유리를 구현하기 위해 녹는점을 낮추는 용도 만으로 미량 사용하는 것이 바람직하다.
이를 위해, B2O3 및 P2O5 1종 이상은 본 발명에 따른 항균 유리 조성물 전체 중량의 0.5~4 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다. B2O3 및 P2O5 1종 이상이 0.5 중량% 미만으로 첨가될 경우에는 융제가 부족하기 때문에 유리화 영역을 벗어나게 되어, 미용융 현상이 발생할 수 있다. 반대로, B2O3 및 P2O5 1종 이상이 4 중량%를 초과할 경우에는 망목형성 구조 내에서 B, P의 구조적인 문제로 원소의 자체 성질에 의해 내수성 저하 현상이 발생할 수 있다.
Na2O, K2O와 같은 알칼리 산화물(alkali oxide)은 유리 조성 내에서 비가교 결합을 하는 망목수식제의 역할을 하는 산화물이다. 이러한 성분들은 단독으로는 유리화가 불가능하지만, SiO2 및 B2O3 등과 같은 망목형성제와 일정한 비율로 혼합하면 유리화가 가능해진다. 상기 성분들 가운데 한가지 성분만이 유리 조성물에 포함되면, 유리화가 가능한 영역 내에서는 유리의 내구성을 약화시킬 수 있다. 하지만, 2가지 이상의 성분이 유리 조성에 포함되면 그 비율에 따라 유리의 내구성이 다시 향상되기도 한다. 이를 혼합된 알칼리 효과(mixed alkali effect)라 한다.
따라서, Na2O, K2O와 같은 알칼리 산화물(alkali oxide)은 유리 내에서 가장 먼저 수식산화물 사이트(site)를 차지하는 점을 이용하여 항균력을 향상시키게 된다. 아울러, Na2O, K2O와 같은 알칼리 산화물(alkali oxide)은 중간산화물인 ZnO 및 SnO를 망목형성에 기여하도록 하여 내구도가 강화되어 수불용 특성 및 표면전하에 의한 항균력 발현에 기여하는 역할도 한다.
Na2O 및 K2O 중 1종 이상은 본 발명에 따른 항균 유리 조성물 전체 중량의 15~27 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다. Na2O 및 K2O 중 1종 이상이 15 중량% 미만으로 첨가될 경우에는 융제가 부족하기 때문에 유리화 영역을 벗어나는데 기인하여 미용융물이 형성되는 현상이 발생할 수 있다. 반대로, Na2O 및 K2O 중 1종 이상이 27 중량%를 초과하여 다량 첨가되면, 유리의 기본 용출 기작에 따라 알칼리 이온이 쉽게 물의 H3O+ 이온과 치환이 일어나고 용출이 심화되는 내수성 저하 현상이 발생할 수 있다.
여기서, Na2O는 5~18 중량%로 첨가되고, K2O는 5~13 중량%로 첨가되는 것이 보다 바람직하다.
아울러, Na2O 및 K2O는 하기 식 1을 만족하는 범위로 첨가되는 것이 바람직하다.
식 1 : 0.5 ≤ [Na2O] / [K2O] ≤ 1.5
여기서, []는 각 성분의 함량비를 나타낸다.
만일, 위의 식 1의 범위를 벗어나게 되면, Na2O-K2O의 공융점을 통한 융점 저하 효과가 떨어져 유리화를 벗어날 수 있기 때문이다.
CaO, MgO, WO3와 같은 알칼리 토류 산화물(alkaline earth oxide)은 기본적으로 유리 내에서 비가교결합을 하는 수식 산화물의 역할을 하는 산화물이다. 단독으로는 유리화가 불가능 하지만, SiO2 및 B2O3 등과 같은 망목형성제와 일정한 비율로 혼합하면 유리화가 가능해진다.
CaO, MgO, WO3와 같은 알칼리 토류 산화물(alkaline earth oxide)은 알칼리 산화물(alkali oxide)과 달리 +2가 전하를 띠어 물분자 이온 2개와 치환되어야 하기 때문에 상대적으로 이온교환이 어려워 내구성 강화 요소로 사용 되기도 한다. 따라서, CaO, MgO, WO3와 같은 알칼리 토류 산화물(alkaline earth oxide)은 수식 산화물 중 내구성이 강건한 점과 수식산화물 사이트를 차지하여 수불용성 및 항균특성을 발현하는데 구조적으로 간접 기여하는 알칼리 산화물(alkali oxide)과 같은 목적으로 사용한다.
CaO, MgO 및 WO3 중 1종 이상은 본 발명에 따른 항균 유리 조성물 전체 중량의 3~20 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다. CaO, MgO 및 WO3 중 1종 이상이 3 중량% 미만일 경우에는 수식산화물 사이트(site)에서 구조를 강건하게 하지 못하기 때문에 알칼리 용출을 막지 못하는 내수성 저하 현상이 발생할 수 있다. 반대로, CaO, MgO 및 WO3 중 1종 이상이 20 중량%를 초과할 경우에는 고온에 녹는 물질인 알칼리 토류 산화물이 충분히 용융되지 못하기 때문에 유리화 영역을 벗어나게 되는데 기인하여 미용융물이 형성되는 현상이 발생할 수 있다.
ZnO 및 SnO는 망목형성 산화물의 일부와 치환되어 공유결합하여 망목형선 산화물의 역할 및 수식산화물 역할을 모두 수행하는 성분이다. 아울러, ZnO 및 SnO은 항균 효과를 발현하는데 크게 기여하는 성분이다.
이러한 ZnO 및 SnO는 중간산화물로서, 유리에서 망목형성 구조에 참여하기 위해서는 원자 반경이 작고, 전기음성도가 커서 산소와의 차이가 작아야 한다. 이러한 중간산화물은 통상적인 망목형성 산화물인 Si, P, B보다 원자 반경이 크고, 전기음성도가 낮아 단독으로 유리 형성은 어려우나 망목형성 산화물이 존재하는 상황에서 망목형성 산화물과 치환되어 그 역할을 하는 성분을 말한다. 이러한 ZnO 및 SnO는 일정 함량 이하에서는 수식산화물로만 역할 하게 되나, 일정 함량 이상에서는 공유결합을 형성하여 내구도가 급진적으로 향상된다. 여기서, 일정 함량은 망목형성 산화물과 수식산화물의 함량에 의하여 결정된다.
따라서, ZnO 및 SnO 중 1종 이상은 본 발명에 따른 항균 유리 조성물 전체 중량의 22~44 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다. ZnO 및 SnO 1종 이상이 22 중량% 미만으로 첨가될 경우에는 항균성능을 발현하는 물질의 절대량이 부족하기 때문에 충분한 항균력을 발현하지 못하는 문제가 있다. 반대로, ZnO 및 SnO 1종 이상이 44 중량%를 초과하여 과다 첨가될 경우에는 균질하에 유리 내에 이온 상태로 존재하지 못하고, 부분적으로 결정을 형성시켜 유리화 영역을 벗어나게 되는데 기인하여 유백화가 나타나고, 투명한 유리가 혼재하는 불균질화 현상이 발생할 수 있다.
Ag3PO4, AgNO3 및 은 유리(silver glass)는 유리 내에 이온 상태로 존재하며, 항균력을 발현하는데 효과적인 성분이다. 아울러, Ag3PO4, AgNO3 및 은 유리(silver glass)는 용점을 낮추는 역할을 한다. 다만, Ag3PO4, AgNO3 및 은 유리(silver glass) 중 1종 이상이 0.1 중량%를 초과하여 과다 첨가할 시 은 금속의 석출로 유리화를 불안정하고, 중금속이 과다하게 용출될 우려가 있다. 따라서, Ag3PO4, AgNO3 및 은 유리(silver glass) 중 1종 이상은 본 발명에 따른 항균 유리 조성물 전체 중량의 0.1 중량% 이하로 엄격히 제한적으로 첨가되는 것이 바람직하다.
<항균 유리 조성물의 적용 방법 >
본 발명에 따른 항균성 활성탄 필터는 활성탄 및 항균 유리, 그리고 필요에 따라 기타 첨가제가 혼합되어 제작될 수 있다.
본 발명에 따른 항균성 활성탄 필터는 활성탄 100 중량부 대비 0.1~10 중량부의 항균 유리를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 항균성 활성탄 필터의 종류 및 형태는 한정되지 않으며, 입상 형태 또는 블록 형태로 제작될 수 있으며, 형태와 무관하게 활성탄의 정수 성능을 유지하면서 항균 성능을 발현할 수 있다.
입상 형태의 활성탄을 사용하여 활성탄 필터를 제조하는 경우, 항균 유리는 비드(bead) 형태 등 별도 가공한 후 입상 활성탄과 단순 혼합하여 필터에 충진되어 제작될 수 있다.
블록 형태의 활성탄을 사용하여 활성탄 필터를 제조하는 경우, 넓은 표면적으로 고효율로 수질을 정화하는 동시에 외부로부터 유입된 세균에 의한 오염을 방지할 수 있다는 이점이 있다.
압출이나 압축에 의한 블록 형태의 활성탄에 적용할 경우, 원재료의 조성물을 용융 후 냉각 과정을 거쳐 프릿(frit) 형태의 항균 유리로 가공한 후, 이것을 분쇄하여 미립화시켜 유리 파우더(glass powder)를 형성한다. 유리 파우더를 활성탄 및 바인더와 혼합하여 프레스 성형 몰드에서 고압으로 압축하거나 압출방식으로 이용하여, 필터를 제조할 수 있다. 사용되는 바인더의 종류는 한정하지 않는다.
본 발명에 따른 항균 유리는 항균 효과의 조정의 필요에 따라, 그 입도를 다양하게 변형시켜 적용할 수 있다.
이하, 실시예를 통해 본 발명의 구체적인 태양을 살펴보기로 한다.
<실시예>
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.
여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야의 통상의 기술자라면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.
<항균 유리의 제조>
하기 표 1에 기재된 조성물 및 비율을 갖는 항균 유리 조성물을 제조하였다. 각 성분의 원재료들을 혼합하였다. 혼합된 원재료의 조성물을 전기로에서 120℃의 온도로 용융시키고, 공냉 방식으로 냉각하여, 냉각된 항균 유리체를 건식분쇄기로 분쇄하여 비드(bead) 형태의 유리로 가공하였다.
성분 함량(중량%)
SiO2 35.1
B2O3 + P2O5 1.8
Na2O + K2O 9.6
CaO + MgO + WO3 18.4
ZnO + SnO 35.1
총 합 100
<항균성 활성탄 필터의 제조>
상기 과정으로 가공된 비드 형태의 항균 유리 분말을 입상 활성탄과 단순 혼합하여 항균성 활성탄 필터를 제조하였다.
항균성 활성탄 필터 내에 포함되는 항균 유리의 함량을 달리하여, 다음 표 2와 같은 조성을 가진 같은 실시예 1, 실시예 2 및 실시예 3의 항균성 활성탄 필터를 제조하였다. 하기 표 2에서 항균 유리의 함량은 활성탄 100 중량부에 대한 함량(중량부)를 의미한다.
항균 유리 함량
실시예 1 0.5 중량부
실시예 2 1 중량부
실시예 3 5 중량부
<실험예 1 - 인체 안정성 시험>
상기 실시예 1 및 2에 따라 제조된 항균성 활성탄 필터를 다음과 같은 정수기 사용 환경으로 설정된 조건인 25℃(상온)에서, 240 시간 동안 노출시켜, 중금속이 용출되는지 측정하여 인체 안정성 시험을 수행하였다. 안정성 시험 결과, 용출되는 아연 및 은의 농도(ppm)를 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 3에 나타냈다.
항균 유리 함량 용출 원소(ppm)
Zn Ag
실시예 1 0.5 중량부 0.072 0
실시예 2 1 중량부 0.076 0
상기 표 3에 기재된 바와 같이, 본 발명에 따른 활성턴 필터에서는 항균제로 항균 유리를 사용하고, Ag가 포함되지 않기 때문에, Ag는 검출되지 않았다. Zn 용출의 경우 항균 유리의 함량이 증가하더라도 상대적으로 큰 폭으로 증가하지 않았음을 알 수 있다.
'환경부 먹는물 관리법에 의한 정수기 성능검사 및 품질검사 기준'에 따르면, 아연은 0.3mg/L 이하 및 은은 0.01mg/L이하일 것을 용출 기준치로 한다. 따라서, 기준치 아연의 농도인 0.3 mg/L 초과하여 용출되지 않기 위해서, 항균 유리의 함량이 10 중량% 이하이어야 한다.
<실험예 2 - 항균 효과 시험>
상기 실시예2 및 3에서 제조된 항균성 활성탄 필터에 대하여, 항균 규격 시험으로 황색포도상구균에 노출시켜 항균 효과를 확인하였으며, 이를 도 1에 나타냈다.
도 1의 세로축의 'Log Reduction'은 항균(소독 또는 멸균) 과정을 통해 제거된, 살아있는 미생물의 상대적 수를 나타내는 살균력을 평가하는 로그 함수를 의미한다. 하기 표 4에 나타낸 것처럼, Log Reduction이 1일 경우 90%의 항균력을 나타내고, Log Reduction이 2일 경우 99%의 항균력을 나타내므로, Log Reduction이 증가할수록 항균 효과가 우수하다는 것을 알 수 있다.
Log Reduction Reduction Factor Percent Reduced
1 10 90%
2 100 99%
3 1,000 99.9%
4 10,000 99.99%
5 100,000 99.999%
6 1,000,000 99.9999%
도 1에서 알 수 있는 것처럼, 활성탄 대비 항균제인 항균 유리의 함량이 증가할수록 항균력이 증가하는 경향을 보였다.
이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 실시예와 도면을 참조로 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을 지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.

Claims (9)

  1. 활성탄; 및
    상기 활성탄 100 중량부 대비 0.01~10 중량부의 항균 유리를 포함하는,
    항균성 활성탄 필터.
  2. 제1항에 있어서,
    상온에서, 240 시간 동안 노출 조건에서 측정되는 아연의 용출량은 0.3mg/L 이하이고, 은의 용출량은 0.01mg/L이하인 것을 특징으로 하는,
    항균성 활성탄 필터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 활성탄 필터의 형태는 입상 또는 블록 형태인 것을 특징으로 하는,
    항균성 활성탄 필터.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 항균 유리는,
    SiO2 26~50 중량%;
    B2O3 및 P2O5 중 1종 이상 0.5~4 중량%;
    Na2O 및 K2O 중 1종 이상 15~27 중량%;
    CaO, MgO 및 WO3 중 1종 이상 3~20 중량%; 및
    ZnO 및 SnO 중 1종 이상 22~44 중량%;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    항균성 활성탄 필터.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 Na2O는 5~18 중량% 포함하고,
    상기 K2O는 5~13 중량% 포함하는 것을 특징으로 하는,
    항균성 활성탄 필터.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 Na2O 및 K2O는 하기 식 1을 만족하는 범위로 포함되는 것을 특징으로 하는,
    항균성 활성탄 필터.
    식 1 : 0.5 ≤ [Na2O] / [K2O] ≤ 1.5
    (여기서, []는 각 성분의 함량비를 나타냄.)
  7. 제4항에 있어서,
    상기 항균 유리는 Ag3PO4, AgNO3 및 은 유리(silver glass) 중 1종 이상을 0~0.1 중량%로 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    항균성 활성탄 필터.
  8. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    정수기용 항균성 활성탄 필터인 것을 특징으로 하는,
    항균성 활성탄 필터.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 항균성 활성탄 필터를 포함하는 가전기기.
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