KR100627972B1 - equipment for treatment of air using immobilized photocatalytic fiber filter - Google Patents
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- B01D2259/804—UV light
Abstract
본 발명은 출원번호 10-2001-0066230의 특허 "수중오염물질을 제거 처리하기 위한 고정화된 이산화티탄 광촉매 및 이를 이용한 수처리 장치"의 고정화된 이산화티탄 광촉매 (이하 "고정화 광촉매" 라 칭한다) 를 이용하는 대기처리용 섬유 다발형 광촉매 필터를 이용한 대기처리 장치에 관한 것으로, 자외선 램프를 이용하여, 고정화 광촉매의 대기오염 물질 분해능력을 발휘하는 장치로써, 악취, 휘발성 유기 화합물(Volatile Organic Compounds; VOC) 및 공기중 질소 산화물(NOX), 다이옥신류 등의 분해 제거, 살균 처리를 목적으로 하는 섬유 다발형 광촉매 필터를 이용한 대기처리 장치에 관한 것이다. 상세하게는 반응기 내부 중앙의 자외선 램프 주위에 고정화 광촉매를 부착시켜, 제조되어진 세라믹 재질의 섬유 다발이 조밀하게 장착되어진 다발판 (이하 "섬유 다발형 광촉매 필터"라 칭한다)을 설치하며, 섬유 다발은 지름이 0.1 mm - 5 mm 이며, 섬유 다발 표면에 광경화 에폭시(Epoxy) 바인더로 부착되어진 고정화 광촉매는 자외선 램프에 의한 광촉매 특유의 강력한 광산화 반응 발생으로 악취, 휘발성 유기 화합물(Volatile Organic Compounds; VOC)VOC, 공기중 질소 산화물(NOX), 다이옥신류 등의 분해 제거 및 유해한 미생물 바이러스를 살균 시키는 효과를 발생하여 대기환경 오염물질을 분해 제거하는 섬유 다발형 광촉매 필터를 대기처리 장치에 관한 것이다. 본 발명의 섬유 다발형 광촉매 필터 제조는 출원번호 10-2001-0066230의 특허 "수중오염물질을 제거 처리하기 위한 고정화된 이산화티탄 광촉매 및 이를 이용한 수처리 장치"의 고정화 광촉매를 사용하였으며, 상기 고정화 광촉매는 세라믹 재질의 구형으로, 입자 사이즈 500㎛ 이며, 다공성 형태로 비중 0.5 ∼ 1.5 g/cm2 이고, 다공성 구형 세라믹 표면에는 이산화티탄 광촉매 분말이 균일하게 고정화 되어있다. 상기 고정화 광촉매를 세라믹 재질의 섬유 다발에 조밀하게 장착되어진 각각의 다발에 광경화 에폭시(Epoxy)를 이용하여 부착시키며(도면4, 도면5), 제조된 섬유 다발형 광촉매 필터를 장착한 구조로는 대기유입구 분진제거 필터(1)를 장착하며, 대기처리 유출구에는 대기배출장치(5) 장착으로 대기의 강제순환을 발생시키며, 풍량조절기(9)를 사용하여 풍량 조절을 쉽게 선택할 있으며, 처리된 대기의 오염도 특정을 위한 대기처리 유출구에 오염도 측정 센서(7)를 장착하게 된다. 오염도 측정 센서(7)의 표시로 대기상태에 알맞는 풍량을 풍량조절기(9)로 쉽게 조절 가능하며, 원형 구조의 반응기(11) 내부는 섬유 다발형 광촉매 필터(3b)가 자외선 램프(2)와 밀접하게 장착 되어있으며, 반응기(11)내에 장착되어진 섬유 다발형 광촉매 필터(3b)는 필터 클립장치(6a)의 결합 분해로 교환이 쉬우며, 대기유입분진제거필터(1)도 교환이 가능하고, 필터 클립장치(6b)의 결합 분해로 자외선램프(2) 교환이 가능하다. 반응기 중앙의 자외선 램프(2)가 들어있는 석영관(4)은 대기배출장치(5) 부분과 반응기(11) 내부 부분의 격막판(12b) 및 대기유입분진제거필터(1) 부분과 반응기(11) 내부 부분의 격막판(12a)에 고정된다. 반응기 설치는 바닥고정대(12a)와 벽걸이 고정대(12b)에 의해 쉽게 고정 장착시킬 수 있으며, 전원 스위치(8)는 대기배출장치(5)쪽 하단에 설치되어 있다. 섬유 다발형 광촉매 다발(3a)의 조밀한 장착으로 섬유 다발형 광촉매 필터(3b)는 판 한쪽 끝에 클립(3c)의 설치로 반응기(11) 구조가 원형일 경우 섬유 다발형 광촉매 필터(3b)를 말아 클립(3c)으로 고정하여 원형으로 만들어 반응기(11)내로 장착하며, 섬유 다발형 광촉매 필터(3b)의 장착으로 섬유 다발형 광촉매 다발(3a) 각각의 광원 접촉 면적이 증대되어 광산화 반응의 극대화를 이루게 되고, 대기흐름에 의하여 광촉매가 부착된 섬유 다발형 광촉매 다발의 유동으로 다발의 모든 표면적을 균일한 자외선 광접촉을 발생하여 대기오염물질의 처리효율을 현저하게 상승시킬 수 있다.The present invention uses an immobilized titanium dioxide photocatalyst (hereinafter referred to as an "immobilized photocatalyst") of Patent No. 10-2001-0066230, "Fixed titanium dioxide photocatalyst for removing pollutants in water and a water treatment apparatus using the same". The present invention relates to an air treatment apparatus using a fiber bundle type photocatalyst filter for treatment, which exhibits an ability to decompose air pollutants of an immobilized photocatalyst by using an ultraviolet lamp, and includes odors, volatile organic compounds (VOCs), and air. The present invention relates to an air treatment apparatus using a fiber bundle type photocatalyst filter for the purpose of decomposition, removal and sterilization of heavy nitrogen oxides (NOX) and dioxins. Specifically, the immobilized photocatalyst is attached around the UV lamp in the center of the reactor, and a bundle plate (hereinafter referred to as a "fiber bundle photocatalyst filter") in which the fiber bundle made of ceramic material is densely mounted is installed. The immobilized photocatalyst, which has a diameter of 0.1 mm to 5 mm and is attached to the surface of the fiber bundle with a photocurable epoxy binder, generates a strong photooxidation reaction unique to the photocatalyst by an ultraviolet lamp, resulting in odor and volatile organic compounds (VOC). The present invention relates to a fiber bundle type photocatalyst filter for decomposing and removing airborne contaminants by decomposing and removing harmful microbial viruses such as VOC, NOx and dioxins in the air. The fiber bundle type photocatalyst filter of the present invention used the immobilized photocatalyst of Patent No. 10-2001-0066230 patent "immobilized titanium dioxide photocatalyst for removing water pollutants and water treatment apparatus using the same", the immobilized photocatalyst is A spherical ceramic material having a particle size of 500 µm, a specific gravity of 0.5 to 1.5 g / cm 2 in a porous form, and titanium dioxide photocatalyst powder is uniformly immobilized on the porous spherical ceramic surface. The immobilized photocatalyst is attached to each bundle densely mounted on a fiber bundle made of ceramic material using photocurable epoxy (Figs. 4 and 5), and the fabricated fiber bundle type photocatalyst filter is provided. The air inlet dust removal filter (1) is installed, and the air treatment outlet is equipped with an air discharge device (5) to generate forced circulation of the air, and the air flow regulator (9) can easily select the air flow control, the treated air Pollution degree measuring sensor (7) is installed at the air treatment outlet for specifying the pollution degree of. The air volume controller 9 can easily control the air volume suitable for the air condition by displaying the pollution degree sensor 7, and the fiber bundle type photocatalyst filter 3b has an ultraviolet lamp 2 inside the reactor 11 having a circular structure. The fiber bundle type photocatalyst filter 3b mounted in the reactor 11 can be easily replaced by the combined decomposition of the filter clip device 6a, and the air inflow dust removal filter 1 can be replaced. In addition, the ultraviolet lamp 2 can be replaced by the combined decomposition of the filter clip device 6b. The quartz tube 4 containing the ultraviolet lamp 2 in the center of the reactor includes a diaphragm 12b and an air inflow dust removal filter 1 portion of the air discharge device 5 and an inner portion of the reactor 11 and a reactor ( 11) It is fixed to the diaphragm plate 12a of the inner part. The reactor installation can be easily fixed by the bottom mount 12a and the wall mount 12b, and the power switch 8 is installed at the bottom of the air discharge device 5 side. Due to the tight mounting of the fiber bundle photocatalyst bundle 3a, the fiber bundle photocatalyst filter 3b is provided with a clip 3c at one end of the plate, and thus, when the reactor 11 structure is circular, the fiber bundle photocatalyst filter 3b is used. It is rolled and fixed with a clip 3c to be mounted in the reactor 11, and the light source contact area of each of the fiber bundle photocatalyst bundles 3a is increased by mounting the fiber bundle photocatalyst filter 3b to maximize the photooxidation reaction. By the flow of the fiber bundle type photocatalyst bundle to which the photocatalyst is attached by the air flow, all surface areas of the bundle can be generated by uniform ultraviolet light contact, thereby significantly increasing the treatment efficiency of air pollutants.
광촉매, 고정화 광촉매, 섬유 다발형 광촉매 필터, 대기처리 장치, 악취, 휘발성 유기 화합물(Volatile Organic Compounds)VOC, 공기중 질소 산화물(NOX), 살균 Photocatalyst, Immobilized Photocatalyst, Fiber Bundle Photocatalyst Filter, Atmospheric Treatment Device, Odor, Volatile Organic Compounds VOC, NOx in Air, Sterilization
Description
도 1은 본 발명에 따른 설치상태를 나타낸 섬유 다발형 광촉매 필터를 이용한 대기처리 장치 내부도1 is an interior view of an air treatment apparatus using a fiber bundle photocatalyst filter showing an installation state according to the present invention.
도 2는 본 발명에 따른 섬유 다발형 광촉매 필터를 장착하기 전의 대기처리 장치 내부도Figure 2 is an internal view of the atmospheric treatment apparatus before mounting the fiber bundle photocatalyst filter according to the present invention
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도 3는 본 발명에 따른 섬유 다발형 광촉매 필터를 장착한 후의 대기처리 장치 내부도Figure 3 is an internal view of the atmospheric treatment apparatus after mounting the fiber bundle photocatalyst filter according to the present invention
도 4는 본 발명에 따른 고정화된 이산화티탄 광촉매를 부착시킨 섬유 다발형 광촉매 필터
도 5는 본 발명에 따른 도 4의 확대 그림4 is a fiber bundle type photocatalyst filter to which immobilized titanium dioxide photocatalyst is attached according to the present invention.
5 is an enlarged view of FIG. 4 in accordance with the present invention.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* * Explanation of symbols for the main parts of the drawings *
1: 대기유입 분진제거 필터1: Airflow Dust Removal Filter
2: 자외선 램프2: UV lamp
3a: 섬유 다발형 광촉매 다발3a: fiber bundle type photocatalyst bundle
3b: 섬유 다발형 광촉매 필터3b: fiber bundle type photocatalyst filter
3c: 섬유 다발형 광촉매 필터 클립3c: fiber bundle photocatalyst filter clip
4: 석영관4: quartz tube
5: 대기배출장치5: air exhaust device
5a : 대기배출장치용 모터5a: Motor for air exhaust device
6a: 대기유입 분진제거 필터 및 섬유 다발형 광촉매 필터 교환용 클립6a: Clip for airborne dust removal filter and fiber bundle photocatalyst filter replacement
6b: 자외선 램프 교환용 클립6b: UV lamp replacement clip
7: 풍량조절센서7: air flow sensor
8: 전원스위치8: power switch
9: 풍량조절기9: air flow controller
10a,10b: 석영관 고정 격막10a, 10b: quartz tube fixed diaphragm
11: 원형반응기11: circular reactor
12: 사각반응기12: square reactor
본 발명은 출원번호 10-2001-0066230의 특허 "수중오염물질을 제거 처리하기 위한 고정화된 이산화티탄 광촉매 및 이를 이용한 수처리 장치"의 고정화 광촉매를 이용한 섬유 다발형 광촉매 필터를 이용한 대기처리 장치에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 고정화 광촉매는 중공형 또는 다공성이며 비중이 0.5 ∼ 1.5 g/cm2 인 무기계 담체 상에 실리콘계 또는 알루미나계 바인더에 의해 이산화티탄 분말이 고정화되어 있는 것을 특징으로하며, 난분해성 오염유기화합물 분해 처리를 위하여, 고정화 광촉매를 부착시킨 세라믹 재질의 섬유 다발형 광촉매 필터를 장착한 대기처리 장치로 대기중에 있는 유해 유기오염물질을 완전 산화, 분해시켜 대기오염물질을 정화함으로 청정한 대기환경을 제공함을 목적으로 한다. 각종 산업체와 환경기초 시설 등으로부터 배출되는 오염기체에 포함된 악취 및 휘발성 유기 화합물(Volatile Organic Compounds; VOC)(VOC), 공기중 질소 산화물(NOx) 등은 각종 대기 오염의 원인이 되며, 사무실, 가정, 병원, 학교등의 미생물에 의한 바이러스가 질병발생의 원인이 되고 있으며, 이런 대기환경 문제는 심각한 사회 및 경제적 문제로 대두되고 있다. 강한 분자결합을 가지고 있는 난분해성 대기오염 물질들은 기존의 활성탄 흡착, 약액세정, 촉매, 고온소각 등 다양한 물리화학적 방법으로 분해가 어려우며, 2차 오염물의 발생을 억제 할 수 없다. 대표적인 휘발성 유기 화합물(Volatile Organic Compound; 이하, VOC) VOC의 주요성분은 주요성분은 유기산, 알데히드류, 케톤류, 방향족 화합물 등이며, 악취물질로는 황화수소, 메틸메르캅탄과 같은 황화계 악취물질, 암모니아와 아민류와 같은 질소계가 있고, 유해 미생물 균으로는 집안에서 서식하는 곰팡이, 페니실린, 아스페길러스, 진드기, 바이러스잡균 등이 있다. 이러한 난분해성 물질 및 악취, 미생물 바이러스 등은 단시간에 확산되어 종래의 기술로는 효과적인 처리 및 제거가 곤란하다.The present invention relates to an air treatment apparatus using a fiber bundle type photocatalyst filter using an immobilized photocatalyst of Patent No. 10-2001-0066230, "Fixed titanium dioxide photocatalyst for removing water pollutants and water treatment apparatus using the same". In more detail, the immobilized photocatalyst is hollow or porous, and has a titanium dioxide powder immobilized on a inorganic carrier having a specific gravity of 0.5 to 1.5 g / cm 2 by a silicon-based or alumina-based binder. For the decomposition treatment, the air treatment device equipped with a fiber bundle type photocatalyst filter made of ceramic material with an immobilized photocatalyst completely oxidizes and decomposes harmful organic pollutants in the air to purify the air pollutants to provide a clean air environment. The purpose. Odors and volatile organic compounds (VOCs) and nitrogen oxides (NOx) in the air contained in polluted gases emitted from various industrial and environmental foundations are the causes of various air pollution. Viruses caused by microorganisms such as homes, hospitals, and schools are the cause of diseases, and these air environment problems are becoming serious social and economic problems. Refractory air pollutants with strong molecular bonds are difficult to decompose by various physicochemical methods such as adsorption of activated carbon, cleaning of chemical liquids, catalysts, and high-temperature incineration, and cannot suppress the generation of secondary pollutants. Representative Volatile Organic Compounds (VOCs) The main components of VOC are organic acids, aldehydes, ketones, aromatic compounds, and the like. There are nitrogen-based, such as amines, and harmful microorganisms include fungi, penicillin, aspergillus, mites, virus germs living in the house. Such hardly decomposable substances, odors, microbial viruses, etc., are spread in a short time, and thus, effective treatment and removal are difficult by the conventional technology.
광촉매는 n형 반도체로서 산화 환원 반응은 자외선(365nm이하)파장에서 광촉매 표면에서의 전자(Electron),와 정공(Hole)이 생성 정공은 표면의 수분과 반응하여 강한 산화력이 있는 하이드록시라디칼(OH-)을 생성 전자대는 흡착된 산소에 전자를 줌으로써 슈퍼옥사이드(O2￣)를 생성하게 되어 하이드록시 라디칼과 슈퍼 옥사이드가 광촉매 표면에 흡착된 유기물질의 분자결합을 제거하여 물과 탄산가스로 변화시 키며, 세균도 유기 화합물이므로 광촉매의 강한 산화 및 환원작용에 의해 완전분해 되어 살균된다. 자외선의 광에너지 hv가 광촉매 결합에너지(Band gap energy) 보다 같거나 그 이상이 되면 광촉매의 가전자대(Valence and)에서 전자가 방출되게 된다. The photocatalyst is an n-type semiconductor, and the redox reaction generates electrons and holes on the surface of the photocatalyst at ultraviolet (365 nm or less) wavelengths. The electron band generates electron oxides by adsorbing oxygen to generate superoxide (O2), which removes the molecular bonds of hydroxy radicals and organic substances adsorbed on the surface of the photocatalyst to water and carbon dioxide gas. As bacteria are organic compounds, they are completely decomposed and sterilized by strong oxidation and reduction of photocatalysts. When the light energy hv of ultraviolet rays is equal to or greater than the band gap energy, electrons are emitted from the valence and photocatalyst.
hv + photoenergy = h+ + e-hv + photoenergy = h + + e-
광촉매 활성을 위한 근자외선 영역은 (360nm 이하) 광촉매 내부에서의 전하를 띠는 potential 의 변동으로 전공을 표면으로 이동시키게 된다.The near-ultraviolet region for photocatalytic activity (360 nm or less) moves the pores to the surface due to variations in the charged potential inside the photocatalyst.
광촉매 표면에서는 e-cb 와 h+vb 가 발생되어지며, 발생되어진 전자 (e-tr)와 정공(h+tr )은 공극으로 이동하게 된다. 이 과정 중 산소의 존재로 Superoxide (O2-) 음이온 Radical 이 발생되어지게 되어 환원제의 역할을 하게되며 광촉매 표면에 흡착된 음이온은 Hole과 반응하여 OH Radical을 형성하게 된다.On the surface of the photocatalyst, e-cb and h + vb are generated, and the generated electrons (e-tr) and holes (h + tr) move to the pores. During this process, superoxide (O2-) anion radical is generated due to the presence of oxygen, which acts as a reducing agent, and the anion adsorbed on the surface of the photocatalyst reacts with the hole to form OH radical.
e-tr + OH- → OHe-tr + OH- → OH
또한 Hole은 물을 산화시키거나, 수산화이온과 반응하여 OH Radical을 형성한다.Holes also oxidize water or react with hydroxide ions to form OH Radicals.
h+tr + H2O → OH + H+ h + tr + H2O → OH + H +
이러한 반응 메카니즘의 발생과 더불어 전자 전공의 발생으로 유기화합물의 분자구 조를 제거할 수 있는 OH Radical을 생성할 수 있으며, 전자 전공의 발생과 동시에 재결합현상도 발생하므로, 분리와 결합이 동시적으로 시행되어진다. 이러한 전자 전공의 재결합 반응은 생성된 전공과 전자가 공간 전하층에서 전자대의 휨은 생성된 전공과 전자가 서로 반대 방향으로 움직이게 함으로서 궁극적으로 전자와 전공의 재결합을 방지하는 효과를 나타내게 된다. 이에 따라 생성된 전공과 전자가 촉매반응에 참여할 수 있는 가능성이 커지므로 이와 같은 현상은 불균일계 광촉매 반응에 있어서, 중요한 요소라고 할 수 있다. 광촉매 종류 중에 아나타제형과 루타일형으로 크게 나누고 있지만 아나타제형 광촉매는 전자 전공의 재결합 속도가 느리며, 산소 흡착능력이 우수하여 일반적으로 환경정화 응용분야에 적용하고 있다. In addition to the reaction mechanism, the generation of electron majors can be used to generate OH Radicals that can remove the molecular structure of organic compounds, and recombination can occur simultaneously with the generation of electron majors. Is implemented. The recombination reaction of the electron holes causes the generated holes and electrons to bend in the space charge layer, thereby causing the generated holes and the electrons to move in opposite directions, thereby ultimately preventing the recombination of the electrons and the holes. Accordingly, since the generated major and electrons are more likely to participate in the catalytic reaction, such a phenomenon is an important factor in the heterogeneous photocatalytic reaction. Among the photocatalysts, the anatase and rutile types are largely classified, but the anatase photocatalysts are generally applied to environmental purification applications because of their slow recombination rate and their excellent oxygen adsorption capacity.
본 발명과 관련된 선행 기술로 미국특허 제5668076호 (Yamaushi 외 ; Mitsui 탄광 및 제련회사 ; 일본) 는 아연을 anodic oxidation시켜 zink oxide 미세 가루(직경 0.2㎛)를 만들어 필름(film)을 형성하고 광촉매를 만드는 기술로 상기 광촉매는 유해 가스나 박테리아 세포의 분해 및 제거에 매우 효과적이며 냄새를 제거하며 필름을 만들기가 용이하다고 기술하고 있다. 미국특허 제4774026호 (Kitamori 외 ; Hitachi ; 일본) 는 용액에 포함되어 있는 용존 물질을 반도체 광촉매 입자와 수용성 전자 수용제 및 기여체를 사용하여 분해하는 기술에 관한 특허이며, 미국특허 제5541096호 (Nomur 외 ; Ishihara Sangyo Kaisha, 일본)는 반도체 광촉매가 무기 다공성 입자에 담지되고 입자 표면과 입자 기공벽에 입혀진 기술로 수처리에 효과적이며 algae, 곰팡이 그리고 박테리아 등 해로운 미생물을 박멸할 수 있고 냄새 제거, 및 색도 제거, 그리고 인체에 해로운 물질을 편리하고 효율적으로 분해함을 기술하고 있다. 또한 미국특허 제4684537호 (Graetzel 외 ; R.E. Stiftung 외 ; 스위스)는 용액을 광분해시키기 위해 광촉매에 bipyridyl이나 phenanthroyl 형태의 lignad로 화학적 결합을 시켜 가시광을 이용토록 한 기술이며, 미국특허 제5759948호 (Takaoka 외 ; Ishihara Sangyo Kaisha, 일본)는 TiO2 광촉매 제조법에 관한 기술로서 상기 기술로 만들어진 TiO2 광촉매는 뛰어나 광촉매 성능을 지니고 있으며 철화합물로 도핑된 TiO2 입자로 구성되어 있으며, 인체나 환경에 악영향을 미칠 수 있는 유기염소화합물, 악성가스, 석유, 박테리아, 곰팡이 그리고 남조류(algae) 같은 것들을 빠르고 효과적으로 제거할 수 있음을 기술하고 있다. 미국특허 제4806514호 (Longford 외 ; Canadian Patents and Development, 캐나다)는 난분해성 폐수 처리를 목적으로 개발된 복합반도체 (composite semiconductor)로서 띠간격이 넓은 반도체, 예컨대 TiO2, CdS, CdSl 를 사용했으며, 이 반도체들은 난분해성 폐수를 흡수할 수 있는 고분자필름으로 코팅되었고, 고분자는 pyridine을 함유한 고분자와 2가 금속 porphyrin이나 phthalocyanine에 기초한 염료를 사용했고 염료는 분자크기로 필름에 확산되어 pyridine을 함유한 고분자에 화학적으로 결합된다. 상기 광촉매는 고분자 필름위에 반응성 물질을 발생시키며, 반응성 물질은 고분자 필름에 흡수된 난분해성 폐수를 산화시킨다고 기술하고 있다. 미국특허 제5501801호 (Zhang 외 ; Board of Control of Michigan Tech. Univ. ; 미국) 는 액상에서 오염된 유기물질을 광촉매적으로 산화시키는 기구인 반응기와 광촉매를 지지할 수 있는 물질 개발에 기술로 반응기의 외벽은 자외선을 투과시킬 수 있는 재료로 만들어졌고 지지물질 역시 자외선을 투과할 수 있는 물질로 제조하였다. 지지물질은 또한 흡착제 물질일 수 있으며, 이 기술은 유기오염물을 산화시키는 방법, 지지된 광촉매 제조 기술 등을 제시하고 있다. 미국특허 제5035784호 (Anderson 외 ; Wisconsin Alumni Research Foundation ; 미국) 는 자외선 조사 하에 다공성 titanium 세라믹 멤브레인을 사용해 polychlorinated bipyenl과 같은 complex organic molecules들을 광분해 시킴을 기술하고 있다. In the prior art related to the present invention, U.S. Pat.No.5668076 (Yamaushi et al., Mitsui Coal Mine and Smelting Company; Japan) is anodic oxidation of zinc to form zink oxide fine powder (diameter 0.2㎛) to form a film (film) and photocatalyst It is described that the photocatalyst is very effective for the decomposition and removal of harmful gases or bacterial cells, removes odors and makes film easy. U.S. Pat.No. 4,740,262 (Kitamori et al., Hitachi; Japan) discloses a technique for decomposing dissolved substances contained in a solution using semiconductor photocatalyst particles, water-soluble electron acceptors and contributors. Nomur et al .; Ishihara Sangyo Kaisha, Japan) is a technology in which a semiconductor photocatalyst is supported on inorganic porous particles and coated on the particle surface and particle pore wall, which is effective in water treatment, and can eliminate harmful microorganisms such as algae, mold and bacteria, and remove odor, and It describes the removal of color and the convenient and efficient decomposition of harmful substances. In addition, U.S. Pat.No.4684537 (Graetzel et al .; RE Stiftung et al., Switzerland) is a technique that uses visible light by chemically bonding bipyridyl or phenanthroyl lignad to a photocatalyst to photodecompose the solution. U.S. Pat. Et al. (Ishihara Sangyo Kaisha, Japan) is a technique for manufacturing TiO2 photocatalyst. The TiO2 photocatalyst made by the above technique has excellent photocatalytic performance and is composed of TiO2 particles doped with iron compounds, which may adversely affect the human body or the environment. It describes the ability to quickly and effectively remove organochlorine, malignant gases, petroleum, bacteria, fungi and algae. U.S. Pat.No.4806514 (Longford et al., Canadian Patents and Development, Canada) is a composite semiconductor developed for the treatment of hardly degradable wastewater and uses a wide band of semiconductors such as TiO2, CdS, CdSl. The semiconductors were coated with a polymer film capable of absorbing hardly degradable wastewater. The polymers used pyridine-containing polymers and dyes based on divalent metal porphyrin or phthalocyanine. Chemically bound to The photocatalysts generate reactive materials on the polymer film, and the reactive material oxidizes the hardly degradable wastewater absorbed in the polymer film. U.S. Patent No. 55501801 (Zhang et al., Board of Control of Michigan Tech. Univ .; USA) is a reactor that is a mechanism for photocatalytic oxidation of organic substances contaminated in a liquid phase and a reactor to develop a material capable of supporting the photocatalyst. The outer wall is made of a material that can transmit ultraviolet rays, and the supporting material is also made of a material that can transmit ultraviolet rays. The support material may also be an adsorbent material, which suggests methods for oxidizing organic contaminants, supported photocatalyst production techniques, and the like. U.S. Patent No. 50,5784 (Anderson et al., Wisconsin Alumni Research Foundation; USA) describes the photolysis of complex organic molecules such as polychlorinated bipyenl using porous titanium ceramic membranes under UV irradiation.
본 발명과 관련된 국내 선행 특허로는 출원번호 제20-2002-0032281호의 광촉매 반응기 및 이를 적용한 유해공기 정화장치, 출원번호 제20-2002-0030345호의 컴퓨터 공기 정화장치, 출원번호 제20-2002-0028515호의 형광등 이용한 공기 청정기, 출원번호 제20-2002-0025399호의 광촉매 필터를 이용한 공기정화 장치, 출원번호 제20-2002-0020945호의 신발탈취 소독기, 출원번호 제20-2002 -0020124호 광촉매를 이용한 자동차용 공기청정기, 출원번호 제20-2002-0006405호의 광촉매 멸균장치를 부가한 음이온 공기청정기, 출원번호 제20-2002-0003068호의 광촉매 분해기를 이용한 공조장치 및 공기 살균정화기, 출원번호 제10-2002-0020829호의 방전전극과 광촉매 반응장치, 출원번호 제10-2002-0032932호의 공기조화기용 공기정화장치, 출원번호 제20-2002-0016327호의 차량용 공기 청정기 등으로 상기 기술은 공통적으로 광촉매 활성을 위하여 자외선 램프를 장착하거나, 자외선 발생장치를 장착하는 구조며, 장치 구조내의 지지물에 광촉매 코팅을 하거나 필터 및 허니컴 형태의 물체에 광촉매를 코팅하여, 유기물을 분해제거하는 기술을 응용하고 있으나, 광촉매를 이용한 대기처리 장치의 특징은 일정한 자외선조사에 의하여, 균일한 자외선 조사를 받기위한, 광촉매의 활성 표면적이 작아서, 광촉매와 유해물질간의 접촉면적 및 접촉시간의 제약으로 처리효율이 낮은 문제점을 가지고 있다. 광촉매의 유기화합물 분해 및 살균활성을 증대하기 위해서 대기중의 오염물질과의 접촉면적을 극대화 시켜야 하며, 또한 광원의 접촉면적을 증대 및 균일한 광원 접촉이 이루어져야 한다. 이로 인하여 연속적인 오염대기흐름 상태에서도 광촉매의 분해능력이 활성화되며, 광촉매로써의 악취 및 난분해성 오염유기화합물 제거, 미생물 유해바이러스의 살균작용을 일으킬 수 있다. Domestic prior patents related to the present invention include a photocatalyst reactor of Application No. 20-2002-0032281 and an apparatus for purifying harmful air using the same, a computer air purification apparatus of Application No. 20-2002-0030345, and Application No. 20-2002-0028515 Air purifier using fluorescent lamp of No. 20, air purifier using photocatalyst filter of application No. 20-2002-0025399, shoe deodorizer sterilizer of application No. 20-2002-0020945, automotive application using photocatalyst No. 20-2002 -0020124 Air purifier, anion air purifier with photocatalyst sterilizer of application No. 20-2002-0006405, air conditioning apparatus and air sterilization purifier using photocatalytic cracker of application No. 20-2002-0003068, application no. 10-2002-0020829 The discharge electrode and the photocatalytic reaction device of Korean Patent Application No. 10-2002-0032932, an air conditioner for an air conditioner of the application No. 20-2002-0016327, and a vehicle air purifier of the application No. 20-2002-0016327 Commonly, it is equipped with a UV lamp or UV generator for photocatalytic activity.It applies photocatalytic coating on the support in the device structure or coating photocatalyst on the filter and honeycomb-type objects to apply and decompose and remove organic materials. However, the characteristics of the atmospheric treatment apparatus using a photocatalyst are characterized by a small active surface area of the photocatalyst for uniformly irradiating ultraviolet rays by a constant ultraviolet irradiation, and a low treatment efficiency due to the contact area and the contact time of the photocatalyst and the harmful substances. I have a problem. In order to increase the decomposition and sterilization activity of organic compounds of the photocatalyst, the contact area with air pollutants should be maximized, and the contact area of the light source should be increased and uniform light source contact should be made. As a result, the decomposition ability of the photocatalyst is activated even in a continuous polluted atmosphere, and it can cause the sterilization of harmful microorganisms by removing odor and hardly degradable contaminated organic compounds as a photocatalyst.
본 발명은 상기 문제점을 해결한 독창적인 발명으로 출원번호 10-2001-0066230의 특허 "수중오염물질을 제거 처리하기 위한 고정화된 이산화티탄 광촉매 제조방법"의 고정화 광촉매를 이용한 섬유 다발형 광촉매 필터를 이용한 대기처리 장치에 관한 것으로, 지름이 0.1 mm - 5 mm 의 세라믹 재질의 섬유 다발 표면에 광경화 에폭시 바인더를 딥핑 및 스프레이 분무를 하고, 상기 고정화 광촉매를 부착시킴으로써, 섬유 다발형 광촉매 필터를 제조 할 수 있으며, 자외선 램프가 원형 반응기 중심축에 장착되어진 원형 반응기 내면에 섬유 다발형 광촉매 필터를 장착한, 대기처리 장치에 관한 것으로, 섬유 다발 표면에 부착되어진 고정화 광촉매로 인하여 광활성 비표면적의 증대와 섬유 다발의 공기흐름에 따른 미세한 유동으로 다발의 모든 표면적을 균일한 자외선 광접촉을 받을 수 있으므로, 대기중 오염물질과 광촉매와의 접촉면적을 극대화시키고, 자외선 램프 광원과의 광접촉 면적을 증가시켜, 보다 빠른 광분해 효과와 난분해성 오염물질 및 해로운 미생물 바이러스까지 완전 제거가 가능하게되어 대기오염 물질의 완전 분해를 이룰 수 있으며, 저렴한 장치와 운전비용으로 보다 청정하고 안전한 대기환경을 제공할 수 있다.The present invention is a unique invention that solves the above problems by using a fiber bundle type photocatalyst filter using the immobilized photocatalyst of Patent No. 10-2001-0066230 patent "Method of manufacturing immobilized titanium dioxide photocatalyst to remove water pollutants" The present invention relates to an air treatment apparatus, wherein a fiber bundle photocatalyst filter can be manufactured by dipping and spray-spraying a photocurable epoxy binder onto a surface of a fiber bundle having a diameter of 0.1 mm-5 mm and attaching the immobilized photocatalyst. The present invention relates to an atmospheric treatment apparatus having a fiber bundle type photocatalyst filter mounted on an inner surface of a circular reactor in which an ultraviolet lamp is mounted on a central axis of a circular reactor, wherein the optical active specific surface area and fiber bundle are increased due to the immobilized photocatalyst attached to the surface of the fiber bundle. Ultraviolet flow results in uniform ultraviolet coverage of all surface areas of the bundle. It can receive optical contacts, maximizing the contact area between air pollutants and photocatalysts, and increasing the area of light contact with UV lamp light sources, which allows for faster removal of photodegradation effects, hardly degradable contaminants and harmful microbial viruses. It is possible to achieve the complete decomposition of air pollutants, and to provide a cleaner and safer atmosphere with low equipment and operating costs.
본 발명은 고정화 광촉매를 부착한 섬유 다발형 광촉매 필터를 이용한 연속 흐름식 대기처리 장치로 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 섬유 다발형 광촉매 필터를 이용한 대기처리 장치의 구성은 세라믹 재질의 지름이 0.1mm - 5 mm인 섬유 모양의 다발 표면에 광경화 에폭시 접착제를 딥핑 및 스프레이 분사하고, 출원번호 10-2001- 0066230의 특허 "수중오염물질을 제거 처리하기 위한 고정화된 이산화티탄 광촉매 제조방법"의 중공형 또는 다공성이며, 비중이 0.5 ∼ 1.5 g/cm2 인 무기계 담체 상에 실리콘계 또는 알루미나계 바인더에 의해 이산화티탄 분말이 고정화되어 있는 것을 특징으로 하는 고정화 광촉매를 부착시키어, 1시간 이상 상온 경화를 하여, 제조된 섬유 다발형 광촉매 필터를 대기처리 장치 반응기 내면에 장착시키며, 반응기 전·후방에 대기유입구와 대기배출구가 각각 형성되며, 양측면에는 개폐 가능한 클립장치가 설치되고, 내부중앙에는 광촉매 활성을 위한 자외선 파장 254 nm가 방출되는 고출력 저압 자외선 램프가 장착되며, 섬유 다발형 광촉매 필터는 대기처리 장치의 처리량에 따라, 원형 반응기의 크기를 조절할 수 있으며, 섬유 다발형 광촉매 필터를 원통형으로 말아 반응기 내면에 장착시킨다. 자외선 램프의 점등으로 섬유 다발형 광촉매 필터의 고정화 광촉매들이 자외선 조사에 의해 광산화 반응을 발생하여, 대기오염 물질을 완전 분해 제거하는 것을 특징으로 한다. 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 설정된 용어들로 이는 생산자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 본 발명은 섬유 다발형 광촉매 필터를 이용한 대기처리 장치에 있어서, 아나타제형 이산화티탄 광촉매를 고정화시킨 고정화 광촉매 및 고출력 자외선 램프를 이용하여 공기에 편승 또는 포함된 악취, 휘발성유기화합물(VOC), 공기중 질소 산화물(NOx), 환경호르몬 및 세균, 먼지입자들을 소멸시키기 위한 것을 기본 목적으로 하며, 고정화 광촉매를 지름 0.1 - 5 mm의 섬유 모양의 다발 표면에 광경화 접착제를 사용하여, 고정화시켜 제작한 섬유 다발형 광촉매 필터 장착과 자외선 램프가 설치되는 대기처리 장치의 구조적인 특징과, 제한된 면적내에서 광촉매를 보다 효율적으로 부착 및 장착함으로써 공기정화 기능의 향상을 기대하고자 한다. 이를 위한 본 발명의 대기처리 장치는 도1 과 같이 반응기(11),(12)의 내부에 공기흐름 방향과 직각을 이루도록 하여 설치된 섬유 다발형 광촉매 다발(3a)과, 상기 반응기(11),(12)의 내부에 설치되어 섬유 다발형 광촉매 필터(3b)에 자외선을 조사하는 자외선램프(2) 및 대기강제 흐름을 발생하는 대기배출장치(5)로 구성된다. 상기 반응기(11),(12)는 그 전방 및 후방의 대기유입분진제거필터(1)와 대기배출장치(5)를 형성하며, 그 내부의 내벽면상에는 상기 섬유 다발형 광촉매 필터(3b)를 자외선 램프(2)를 중심으로 장착하게되어 있다. 그리고 반응기(11),(12)의 양측면에는 개폐 가능한 클립(6a),(6b)이 설치되어 대기유입분진제거필터(1), 자외선 램프(2) 및 섬유 다발형 광촉매 필터(3b)를 교환 및 장착 할 수 있도록 하였다. 상기 섬유 다발형 광촉매 다발(3a)은 유입되는 대기흐름 속도에 의해 미동을 발생하게 되어 섬유 다발형 광촉매 다발(3a)은 개개 광촉매 섬유 모양 다발들이 광접촉 면적을 균일하게 만들 수 있게 하였다. 대기오염의 수준에 따른 대기배출장치(5)의 대기흐름 속도를 변화하여 알맞은 대기처리 흐름속도를 제어할 수 있으며, 이러한 대기처리장치는 패키지(package)형태로 되어 있기 때문에 기존의 공조설비 또는 신규 공조설비에 용이하게 추가 설치할 수 있다.
상기 특징으로 제작된 섬유 다발형 광촉매 필터를 이용한 대기처리 장치를 이용하여, 유기화합물질의 분해 평가를 실행해 보았으며, 실시예에 따른 대기처리 장치 조건은 0.5 ∼ 1.5 g/cm2 인 무기계 담체 상에 실리콘계 또는 알루미나계 바인더에 의해 이산화티탄 분말이 고정화된 비중 0.5 - 1.5 g/cm2 의 담체 사이즈 500 ㎛의 고정화 광촉매 50g을 지름이 1 mm 이며, 길이가 45 mm인 섬유 다발 표면에 광경화 에폭시 접착제로 부착을 시키고, 고정화 광촉매가 부착된 섬유 다발들은 가로 470 mm, 세로 120 mm 두께 2 mm 인 세라믹 재질 원단에 고정화 되어있다 (도면4). 상기와 같은 섬유 다발 광촉매 필터를 지름 150 mm 길이 120 mm 인 원형 반응기 내부 표면에 말아서 창착하게 된다. 원형 반응기 중심축으로 자외선 254 nm 파장을 방출하는 자외선 램프 16W (제조사 : 필립스)를 장착을 하며, 길이가 45mm 인 고정화 광촉매가 부착된 섬유 다발은 램프 외각표면과 밀접하게 장착 되어진다. The present invention is a continuous flow type air treatment device using a fiber bundle type photocatalyst filter with an immobilized photocatalyst, and the air treatment device using the fiber bundle photocatalyst filter according to the present invention has a diameter of 0.1. Dipping and spraying a photocurable epoxy adhesive onto a fiber-shaped bundle surface having a thickness of 5 mm to 5 mm, and the hollow of the patented "Method for preparing immobilized titanium dioxide photocatalyst for removing water pollutants" of patent application No. 10-2001-0066230 The immobilized photocatalyst is attached to an inorganic carrier having a specific or porous shape with a specific gravity of 0.5 to 1.5 g / cm 2 by a silicon-based or alumina-based binder. , The fiber bundle type photocatalyst filter manufactured was mounted on the inner surface of the reactor of the air treatment device, and the air was placed before and after the reactor. Inlet and air outlets are formed respectively, and open and close clip devices are installed at both sides, and a high power low pressure UV lamp emitting ultraviolet wavelength 254 nm for photocatalytic activity is installed at the center, and the fiber bundle photocatalyst filter is an air treatment device. Depending on the throughput of the, the size of the circular reactor can be adjusted, and the fiber bundle photocatalyst filter is rolled into a cylindrical shape and mounted on the inner surface of the reactor. It is characterized in that the photocatalysts of the fiber bundle type photocatalyst filter are photoacidified by the irradiation of ultraviolet rays, thereby completely decomposing and removing the air pollutants. In the following description of the present invention, if it is determined that detailed descriptions of related well-known technologies or configurations may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, detailed descriptions thereof will be omitted. Terms to be described later are set in consideration of functions in the present invention, which may vary depending on the intention or custom of the producer, and the definitions should be made based on the contents throughout the present specification. In the air treatment apparatus using a fiber bundle photocatalyst filter, odor, volatile organic compound (VOC), which is piggybacked or included in air by using an immobilized photocatalyst obtained by immobilizing an anatase type titanium dioxide photocatalyst and a high power ultraviolet lamp, Its basic purpose is to extinguish nitrogen oxides (NOx), environmental hormones, bacteria and dust particles.Fibers prepared by immobilizing the immobilized photocatalyst on the surface of a fiber-shaped bundle with a diameter of 0.1-5 mm using a photocuring adhesive Structural features of the atmospheric treatment apparatus equipped with a bundle type photocatalyst filter and an ultraviolet lamp, and the improvement of the air purification function by attaching and mounting the photocatalyst in a limited area more effectively. The air treatment apparatus of the present invention for this purpose is a fiber bundle
Using the air treatment apparatus using the fiber bundle photocatalyst filter manufactured as described above, the decomposition evaluation of the organic compound was carried out, and the air treatment apparatus according to the embodiment was 0.5 to 1.5 g / cm 2 of the inorganic carrier phase. 50 g of an immobilized photocatalyst having a carrier size of 500 µm having a specific gravity of 0.5-1.5 g / cm 2 having a titanium dioxide powder immobilized by a silicon-based or alumina-based binder on the surface of a fiber bundle having a diameter of 1 mm and a length of 45 mm The fiber bundles attached with an adhesive and immobilized photocatalyst are immobilized on a ceramic fabric 470 mm wide and 120 mm thick 2 mm (Fig. 4). The fiber bundle photocatalyst filter as described above is rolled onto a circular reactor inner surface having a diameter of 150 mm and a length of 120 mm. The circular reactor center axis is equipped with an ultraviolet lamp 16W (manufactured by Philips) that emits 254 nm wavelength of ultraviolet rays, and a fiber bundle with an immobilized photocatalyst of 45 mm length is mounted closely to the outer surface of the lamp.
본 발명은 고정화 광촉매를 부착한, 섬유 다발형 광촉매 필터를 이용한 대기처리 장치로, 대기중에 포함되어진 악취, 휘발성 유기 화합물(Volatile Organic Compounds; VOC) 및 NOX, 다이옥신류 등의 분해 제거, 살균 처리하여, 환경적으로 안정한 수준까지 처리 가능한 대기처리 장치로써, 기존의 광촉매를 이용한 대기처리 장치의 단점인 반응기내의 지지물에 광촉매 코팅을 하거나 필터 및 허니컴 형태의 물체에 광촉매를 코팅하여 담지 하는 것으로 광촉매와 유해물질간의 접촉면적 및 접촉시간의 제약으로 처리효율이 낮은 문제점을 해결할 수 있는 혁신적인 대기처리 장치이며, 경제적이면서 손쉬운 운전과 장치구성상 설치면적 제약이 없으며, 시스템의 컴펙트화가 가능하게 된다. 또한 장치내의 구성품이 표준화되어 손쉬운 유지, 관리가 가능하며, 장시간 연속적으로 사용 가능한 광활성 비표면적이 확장된 섬유 다발형 광촉매 필터를 사용할 수 있고, 섬유 다발형 광촉매 다발의 미세 유동으로 광촉매 다발의 모든 표면적을 균일한 자외선 광접촉 및 고효율 광산화 반응을 나타낼 수 있어, 난분해성 대기오염 물질의 고효율 분해, 제거가 연속적으로 가능한 대기처리 장치이다, 대기 오염 물질을 분해, 제거 함에 있어서, 2차 오염을 발생하지 않는 광촉매의 특유한 성질을 이용하여 환경 친화적인 대기상태를 유지할 수 있다.The present invention is an air treatment apparatus using a fiber bundle type photocatalyst filter to which an immobilized photocatalyst is attached. The present invention relates to an air treatment apparatus using decomposition and sterilization of odors, volatile organic compounds (VOCs), NOX, and dioxins contained in the air. In addition, it is an air treatment device capable of treating environmentally stable levels. It is a photocatalyst and a harmful material by coating a photocatalyst on a support in a reactor, which is a disadvantage of the conventional air treatment device using a photocatalyst, or by coating a photocatalyst on a filter and honeycomb type object. It is an innovative atmospheric treatment device that can solve the problem of low processing efficiency due to the limitation of contact area and contact time between materials. It is economical and easy to operate and there is no installation area limitation due to the device configuration, and the system can be made compact. In addition, the components in the device are standardized for easy maintenance and management, and a fiber bundle photocatalyst filter with an extended photoactive specific surface area that can be used continuously for a long time can be used.As a fine flow of the fiber bundle photocatalyst bundle, all surface areas of the photocatalyst bundle can be used. It can exhibit uniform ultraviolet light contact and high efficiency photooxidation reaction, and it is an air treatment device that can continuously decompose and remove highly decomposable air pollutants, and does not cause secondary pollution in decomposing and removing air pollutants. The unique properties of photocatalysts can be used to maintain environmentally friendly atmospheres.
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