KR101267986B1 - Method for preparing an adsorbent for carbon dioxide and a multi-stage absorption filter using the adsorbent - Google Patents
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Abstract
본 발명은 알칼리 금속계 수산화물을 유기용매에 분산시키고, 여기에 물리적 이산화탄소 흡착제를 혼합시켜 상기 수산화물을 상기 물리적 이산화탄소 흡착제에 담지시킨 다음, 건조시키는 이산화탄소 흡착제의 제조방법 및 상기 흡착제를 이용한 다단계 흡착필터에 관한 것이다.
본 발명은 단기간에 다수의 사람이 밀집하는 지하철 객실, 학교, 도서관, 영화관, 공연장 등의 실내 이산화탄소 농도를 기존에 비하여 소량의 흡착제를 사용하면서도 더욱 빨리 효율적으로 저감할 수 있다.The present invention relates to a method for preparing a carbon dioxide adsorbent, wherein the alkali metal hydroxide is dispersed in an organic solvent, mixed with a physical carbon dioxide adsorbent, and the hydroxide is supported on the physical carbon dioxide adsorbent, and dried. will be.
The present invention can reduce the concentration of indoor carbon dioxide in subway rooms, schools, libraries, cinemas, and performance halls crowded with a large number of people in a short period of time, while efficiently using a small amount of adsorbent.
Description
본 발명은 이산화탄소용 흡착제의 제조방법 및 상기 흡착제를 이용한 다단계 흡착필터에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 단기간에 다수의 사람이 밀집하는 지하철 객실, 학교, 도서관, 영화관, 공연장 등의 실내공간에서 사람에 의하여 발생되는 이산화탄소를 인위적으로 흡착시켜 저감할 수 있는 이산화탄소용 흡착제의 제조방법 및 상기 흡착제를 이용한 다단계 흡착필터에 관한 것이다.
The present invention relates to a method for producing an adsorbent for carbon dioxide and a multistage adsorption filter using the adsorbent, and more specifically, to a person in an indoor space such as a subway cabin, a school, a library, a movie theater, a performance hall, etc. The present invention relates to a method for producing an adsorbent for carbon dioxide that can be reduced by artificially adsorbing carbon dioxide generated by the present invention and a multistage adsorption filter using the adsorbent.
실내 공간에 이산화탄소 농도가 높아지면 두통, 졸리움, 나른함, 집중력 저하 등의 악영향이 나타날 수 있기 때문에 일반적인 실내공간에서는 환기가 필수적이다. 그러나, 단기간에 다수의 사람이 밀집하는 실내공간에서는 환기용량에 맞출 수 없으므로, 실내의 이산화탄소 농도가 급격히 높아지게 된다. Increasing the concentration of carbon dioxide in the indoor space may cause adverse effects such as headache, drowsiness, drowsiness, and decreased concentration, so ventilation is essential in general indoor spaces. However, in an indoor space crowded with a large number of people in a short period of time, it is not possible to match the ventilation capacity, the concentration of carbon dioxide in the room is rapidly increased.
또한, 이를 방지하기 위하여 지속적으로 환기를 하게 될 경우 여름철과 겨울철에는 냉난방 에너지가 과도하게 소요될 우려가 있다. 이에 실내의 이산화탄소를 인위적으로 흡착시켜 실내공기질을 개선시키고, 환기량 감소를 통해 냉난방 에너지를 절약하기 위한 요구가 있다. In addition, there is a fear that excessive heating and heating energy is consumed in summer and winter when ventilation is continuously performed to prevent this. Accordingly, there is a need to improve indoor air quality by artificially adsorbing carbon dioxide indoors, and to save cooling and heating energy by reducing ventilation volume.
한편, 기존 이산화탄소의 흡착제로는 실리카, 활성탄, 제올라이트 등이 널리 사용되고 있다. 이들은 이산화탄소를 물리적으로 흡착시키는 것으로 이들의 공통점은 세공이 잘 발달되어 있다는 것이다. 이 외에는 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화리튬 등도 이산화탄소의 흡착제로 사용되고 있는데, 이들은 이산화탄소와 화학적으로 반응하여 이산화탄소를 효율적으로 제거할 수 있다. Meanwhile, silica, activated carbon, zeolite, and the like are widely used as adsorbents of existing carbon dioxide. They adsorb carbon dioxide physically. Their common feature is that the pores are well developed. In addition, sodium hydroxide, potassium hydroxide, lithium hydroxide and the like are also used as the adsorbent of carbon dioxide, which can react with the carbon dioxide chemically to remove the carbon dioxide efficiently.
이에 최근에는 특허문헌 1 및 특허문헌 2와 같이 물리적 흡착제에 화학적 흡착 성능을 부가할 수 있도록 제올라이트 등의 이온을 교환하는 기술이 적용되기도 한다. In recent years, a technique of exchanging ions such as zeolites is also applied, such as Patent Document 1 and Patent Document 2, so as to add chemical adsorption performance to a physical adsorbent.
그러나, 물리적으로 이산화탄소를 흡착시키는 실리카, 활성탄, 제올라이트 등의 흡착제는 흡착량이 세공의 수와 분포에 강하게 의존하므로, 흡착량이 금방 포화되며 흡착된 이산화탄소도 쉽게 탈착되어 흡착성능이 떨어진다. However, since adsorbents such as silica, activated carbon, and zeolite that physically adsorb carbon dioxide strongly depend on the number and distribution of pores, the adsorption amount is saturated immediately, and the adsorbed carbon dioxide is easily desorbed, thereby degrading the adsorption performance.
또한, 화학적으로 이산화탄소를 흡착시키는 화학적 흡착제의 경우 가루 또는 고체 상태로 존재하여 공기 중의 이산화탄소 저감에 사용할 경우 유해 화학물질이 공중에 떠다니며 사람들에게 유해한 영향을 미칠 우려가 있으며, 또한 이산화탄소와 반응하면 생성물로 물이 발생하는데, 화학적 흡착제가 물에 녹아 강한 염기성 용액을 생성하고, 이 용액이 실내 공간을 강한 염기로 오염시킬 우려가 있다. In addition, chemical adsorbents that adsorb carbon dioxide chemically exist in powder or solid state, and when used to reduce carbon dioxide in the air, harmful chemicals may float in the air and have a harmful effect on people. Water is generated, and the chemical adsorbent dissolves in water to produce a strong basic solution, which may contaminate the indoor space with a strong base.
그리고, 특허문헌 1 및 특허문헌 2와 같이 물리적 흡착제와 화학적 흡착제를 혼합하는 이온 교환 기술의 경우, 비교적 성능이 우수한 제올라이트와 같은 물리적 흡착제는 물과 닿으면 현저하게 흡착성능이 떨어져서, 결국은 화학적 흡착제만 단독으로 사용한 경우와 흡착성능의 차이가 별로 크지 않았다. And, in the case of ion exchange technology in which physical adsorbents and chemical adsorbents are mixed as in Patent Documents 1 and 2, physical adsorbents such as zeolites, which are relatively superior in performance, are inferior in adsorbing performance when they come into contact with water. However, the difference between the adsorption performance and the case of using alone was not very large.
특허문헌 1: 한국 등록특허 제10-0562020호Patent Document 1: Korea Patent Registration No. 10-0562020
특허문헌 2: 한국 등록특허 제10-0879312호
Patent Document 2: Korea Patent Registration No. 10-0879312
이에 본 발명에서는 제올라이트와 같은 기존의 대표적인 물리적 흡착제에 화학적 흡착제인 수산화리튬, 수산화칼륨, 수산화나트륨 등의 수산화물을 담지시킬 때, 상기 수산화물의 용매로 기존의 물을 사용하는 대신에 유기용매(톨루엔 등)를 사용하여 상술한 문제점을 해결할 수 있었고, 본 발명은 이에 기초하여 완성되었다. Thus, in the present invention, when a conventional chemical adsorbent such as zeolite is loaded with hydroxides such as lithium hydroxide, potassium hydroxide, sodium hydroxide, etc., an organic solvent (toluene, etc.) is used instead of using conventional water as a solvent of the hydroxide. The above-mentioned problem can be solved by using the above method, and the present invention has been completed based on this.
따라서, 본 발명의 목적은 물리적 흡착제에 화학적 흡착제를 간단하고 경제적인 방법으로 담지시켜 이산화탄소 흡착 효율이 우수한 흡착제를 제조하는 방법을 제공하는 데 있다. Accordingly, it is an object of the present invention to provide a method of preparing an adsorbent having excellent carbon dioxide adsorption efficiency by supporting a chemical adsorbent in a simple and economical method on a physical adsorbent.
본 발명의 다른 목적은 상기 흡착제를 이용한 다단계 흡착필터를 제공하는 데 있다.
Another object of the present invention is to provide a multistage adsorption filter using the adsorbent.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 이산화탄소 흡착제의 제조방법은 알칼리 금속계 수산화물을 유기용매에 분산시키고, 여기에 물리적 이산화탄소 흡착제를 혼합시켜 상기 수산화물을 상기 물리적 이산화탄소 흡착제에 담지시킨 다음, 건조시키는 것을 특징으로 한다(이하 "제1발명"이라 한다). Method for producing a carbon dioxide adsorbent of the present invention for achieving the above object is characterized in that the alkali metal hydroxide is dispersed in an organic solvent, mixed with the physical carbon dioxide adsorbent to support the hydroxide in the physical carbon dioxide adsorbent, and then dried. (Hereinafter referred to as "first invention").
제1발명에 있어서, 상기 알칼리 금속계 수산화물은 수산화나트륨, 수산화칼륨 및 수산화리튬으로 이루어진 군으로부터 하나 이상 선택되는 것을 특징으로 한다. In the first invention, the alkali metal hydroxide is at least one selected from the group consisting of sodium hydroxide, potassium hydroxide and lithium hydroxide.
제1발명에 있어서, 상기 물리적 이산화탄소 흡착제는 제올라이트, 활성탄 또는 실리카인 것을 특징으로 한다. In the first invention, the physical carbon dioxide adsorbent is characterized in that zeolite, activated carbon or silica.
제1발명에 있어서, 상기 유기용매는 톨루엔, 벤젠, 메탄올 또는 이들의 혼합용매인 것을 특징으로 한다. In the first invention, the organic solvent is characterized in that toluene, benzene, methanol or a mixed solvent thereof.
제1발명에 있어서, 상기 알칼리 금속계 수산화물과 물리적 이산화탄소 흡착제의 혼합은 유기용매 100중량부에 대하여 0 초과 5중량부 이하의 계면활성제의 존재하에서 수행되는 것을 특징으로 한다. In the first invention, the mixing of the alkali metal hydroxide and the physical carbon dioxide adsorbent is carried out in the presence of more than 0 to 5 parts by weight of surfactant based on 100 parts by weight of the organic solvent.
제1발명에 있어서, 상기 계면활성제는 음이온계 계면활성제, 양이온계 계면활성제, 비이온성 계면활성제 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 한다. In the first invention, the surfactant is an anionic surfactant, a cationic surfactant, a nonionic surfactant or a mixture thereof.
제1발명에 있어서, 상기 건조는 150∼200℃의 온도에서 수행되는 것을 특징으로 한다. In the first invention, the drying is characterized in that carried out at a temperature of 150 ~ 200 ℃.
본 발명의 다른 목적을 달성하기 위한 상기 흡착제를 이용한 다단 흡착필터는 알칼리 금속계 수산화물을 유기용매에 분산시키고, 여기에 물리적 이산화탄소 흡착제를 혼합시켜 상기 수산화물을 상기 물리적 이산화탄소 흡착제에 담지시킨 다음, 건조시킨 이산화탄소 흡착제가 내장된 개질 필터가 적층된 다단필터로 구성된다(이하 "제2발명"이라 한다). In the multi-stage adsorption filter using the adsorbent for achieving another object of the present invention, the alkali metal hydroxide is dispersed in an organic solvent, mixed with a physical carbon dioxide adsorbent, and the hydroxide is supported on the physical carbon dioxide adsorbent, followed by drying carbon dioxide. It consists of a multistage filter in which a reforming filter containing an adsorbent is laminated (hereinafter referred to as "second invention").
제2발명에 있어서, 상기 알칼리 금속계 수산화물은 수산화나트륨, 수산화칼륨 및 수산화리튬으로 이루어진 군으로부터 하나 이상 선택되는 것을 특징으로 한다.In the second invention, the alkali metal hydroxide is at least one selected from the group consisting of sodium hydroxide, potassium hydroxide and lithium hydroxide.
제2발명에 있어서, 상기 물리적 이산화탄소 흡착제는 제올라이트, 활성탄 또는 실리카인 것을 특징으로 한다. In the second invention, the physical carbon dioxide adsorbent is characterized in that zeolite, activated carbon or silica.
제2발명에 있어서, 상기 알칼리 금속계 수산화물과 물리적 이산화탄소 흡착제의 혼합은 유기용매 100중량부에 대하여 0 초과 1중량부 이하의 계면활성제의 존재하에서 수행되는 것을 특징으로 한다. The second invention is characterized in that the mixing of the alkali metal hydroxide and the physical carbon dioxide adsorbent is carried out in the presence of more than 0 to 1 parts by weight of surfactant based on 100 parts by weight of the organic solvent.
제2발명에 있어서, 상기 다단 필터는 전 필터, 수산화물 흡착제 필터, 상기 개질 필터, 및 HEPA 필터가 순차적으로 적층된 다단필터인 것을 특징으로 한다. In the second invention, the multistage filter is a multistage filter in which all filters, a hydroxide adsorbent filter, the reforming filter, and a HEPA filter are sequentially stacked.
제2발명에 있어서, 상기 다단 필터는 전 필터, 상기 개질 필터, 제올라이트 필터, 및 HEPA 필터가 순차적으로 적층된 다단필터인 것을 특징으로 한다. In the second invention, the multistage filter is a multistage filter in which all filters, the reforming filter, the zeolite filter, and the HEPA filter are sequentially stacked.
제2발명에 있어서, 상기 다단 필터는 전 필터, 수산화물 흡착제 필터, 상기 개질 필터, 제올라이트 필터, 및 HEPA 필터가 순차적으로 적층된 다단필터인 것을 특징으로 한다. In the second invention, the multistage filter is a multistage filter in which all filters, a hydroxide adsorbent filter, the reforming filter, a zeolite filter, and a HEPA filter are sequentially stacked.
제2발명에 있어서, 상기 다단계 필터는 열과 압력을 이용하여 재사용하는 것을 특징으로 한다.
In the second invention, the multistage filter is characterized in that reused using heat and pressure.
본 발명은 단기간에 다수의 사람이 밀집하는 지하철 객실, 학교, 도서관, 영화관, 공연장 등의 실내 이산화탄소 농도를 기존에 비하여 소량의 흡착제를 사용하면서도 더욱 빨리 효율적으로 저감할 수 있다. The present invention can reduce the concentration of indoor carbon dioxide in subway rooms, schools, libraries, cinemas, and performance halls crowded with a large number of people in a short period of time, while efficiently using a small amount of adsorbent.
또한, 기존의 고성능 이산화탄소 흡착제의 합성 및 제조가격이 매우 고가였던 것에 반하여 본 발명의 방법은 제조가 매우 간단하므로 흡착성능 대비 비용을 현저히 낮출 수 있어, 실내공간의 이산화탄소 제어에 매우 효율적이다.
In addition, the synthesis and manufacturing price of the existing high performance carbon dioxide adsorbent was very expensive, whereas the method of the present invention is very simple to manufacture, so that the cost compared to the adsorption performance can be significantly lowered, which is very efficient for controlling carbon dioxide in an indoor space.
도 1은 본 발명에 따른 개질 흡착제를 포함하는 다단 흡착필터의 단면을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 개질 흡착제의 이산화탄소 흡착성능을 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명에 사용된 계면활성제에 따른 이산화탄소의 제거율을 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명에 따른 흡착필터의 이산화탄소에 대한 흡착성능을 나타낸 그래프이다. 1 is a view schematically showing a cross section of a multistage adsorption filter including a reformed adsorbent according to the present invention.
2 is a graph showing the carbon dioxide adsorption performance of the reformed adsorbent according to the present invention.
3 is a graph showing the removal rate of carbon dioxide according to the surfactant used in the present invention.
Figure 4 is a graph showing the adsorption performance for the carbon dioxide of the adsorption filter according to the present invention.
이하 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 좀 더 구체적으로 살펴보면 다음과 같다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
전술한 바와 같이, 본 발명에서는 이산화탄소를 흡착하기 위한 흡착제에 있어서, 물리적 이산화탄소 흡착제(이하 "물리적 흡착제"라고도 함)에 화학적 흡착제를 담지시킬 때, 상기 화학적 흡착제인 수산화물의 용매로 기존의 물을 사용하는 대신에 유기용매에 수산화물을 물리적으로 고르게 분산시킨 후, 이 서스펜션에 물리적 흡착제를 침지시켜 물리적 흡착제의 세공으로 유기용매가 빠르게 흡착하여 갈 때, 상기 수산화물도 함께 흡착하도록 하는 것이다. 물리적 흡착제는 유기용매를 매우 잘 흡착하는 성질이 갖고 있으며, 이렇게 흡착된 유기용매는 가열할 경우 탈착하여 공기 중으로 쉽게 증발시킬 수 있다. As described above, in the present invention, when the chemical adsorbent is supported on the physical carbon dioxide adsorbent (hereinafter referred to as "physical adsorbent") in the adsorbent for adsorbing carbon dioxide, conventional water is used as a solvent of the hydroxide which is the chemical adsorbent. Instead, the hydroxides are physically evenly dispersed in the organic solvent, and then the physical adsorbent is immersed in the suspension so that the hydroxide is also adsorbed together when the organic solvent rapidly adsorbs into the pores of the physical adsorbent. The physical adsorbent has the property of adsorbing the organic solvent very well, and the adsorbed organic solvent can be easily evaporated into the air by desorption when heated.
본 발명에 따르면, 상기 화학적 흡착제인 수산화물은 알카리 금속계 수산화물이 바람직하며, 예를 들어, 수산화나트륨, 수산화칼륨 및 수산화리튬으로 이루어진 군으로부터 하나 이상 선택될 수 있다. According to the present invention, the hydroxide which is the chemical adsorbent is preferably an alkali metal hydroxide, for example, at least one selected from the group consisting of sodium hydroxide, potassium hydroxide and lithium hydroxide.
또한, 상기 물리적 흡착제는 제올라이트, 활성탄 또는 실리카일 수 있고, 바람직하게는 제올라이트이다. In addition, the physical adsorbent may be zeolite, activated carbon or silica, preferably zeolite.
본 발명에 사용 가능한 유기용매는 휘발성이 우수하여 흡착제와 수산화물의 결합 후에는 완전히 증발되는 특성을 갖는 것이 바람직하며, 예를 들어, 톨루엔, 벤젠, 메탄올 또는 이들의 혼합용매 등을 사용할 수 있다. The organic solvent usable in the present invention is excellent in volatility and preferably has a property of completely evaporating after the adsorbent and the hydroxide are bonded. For example, toluene, benzene, methanol, or a mixed solvent thereof may be used.
본 발명에 따르면, 상기 알칼리 금속계 수산화물과 물리적 이산화탄소 흡착제의 혼합비는 1 : 0.5∼1이 제올라이트의 세공속으로 충분한 양의 금속계 수산화물이 침투할 수 있으므로 바람직하며, 유기용매의 사용량은 상기 두 성분의 합에 대하여 1g당 2∼3㎖가 바람직한데, 유기용매의 양이 너무 적으면 흡착제가 용매 속에 충분히 잠기지 않고, 반대로 유기용매의 양이 너무 많으면 유기용매의 건조시간이 더 소요되기 때문이다. According to the present invention, the mixing ratio of the alkali metal hydroxide and the physical carbon dioxide adsorbent is preferably 1: 0.5 to 1 because a sufficient amount of the metal hydroxide can penetrate into the pore of the zeolite, and the amount of the organic solvent is the sum of the two components. The amount of organic solvent is preferably 2 to 3 ml per g, because when the amount of the organic solvent is too small, the adsorbent is not sufficiently submerged in the solvent. On the contrary, when the amount of the organic solvent is too large, the drying time of the organic solvent is longer.
한편, 수산화물의 유기용매에 대한 용해도는 매우 낮으므로 수산화물이 가능한 한 유기용매에 고르게 분산될 수 있도록 하는 것이 중요하다. On the other hand, the solubility of the hydroxide in the organic solvent is very low, it is important to ensure that the hydroxide can be evenly dispersed in the organic solvent as possible.
따라서, 상기 혼합은 유기용매 100중량부에 대하여 0 초과 1중량부 이하의 계면활성제의 존재하에서 수산화물이 유기용매에 고르게 분산되게 하면서 물리적 흡착제의 표면에 잘 흡착되도록 한다. Therefore, the mixing allows the hydroxide to be well adsorbed on the surface of the physical adsorbent while allowing the hydroxide to be evenly dispersed in the organic solvent in the presence of more than 0 to 1 part by weight of surfactant based on 100 parts by weight of the organic solvent.
이렇게 수산화물 서스펜션에 담지시킨 제올라이트는 이산화탄소가 없는 150∼200℃의 온도에서 6시간 이상 건조시켜 유기용매는 모두 증발시키고, 물리적 흡착제에 수산화물만 남은 우수한 흡착성능의 흡착제를 만들 수 있다. 상기 건조 온도가 150℃ 미만에서는 유기용매의 증발에 너무 많은 시간이 소요되고, 200℃를 초과하면 계면활성제가 탄화하여 제올라이트와 수산화물의 결합이 약해지는 경향이 있다. The zeolite supported on the hydroxide suspension is dried at a temperature of 150 to 200 ° C. without carbon dioxide for 6 hours or more to evaporate all organic solvents, thereby making it possible to make an adsorbent having excellent adsorption performance in which only hydroxide is left in the physical adsorbent. If the drying temperature is less than 150 ° C., too much time is required to evaporate the organic solvent. If the drying temperature is more than 200 ° C., the surfactant may be carbonized to weaken the bond between the zeolite and the hydroxide.
본 발명에 있어서, 상기 계면활성제의 예로는 음이온계 계면활성제(예를 들어, sodium dodecyl sulfate), 양이온계 계면활성제(예를 들어, cetyltetraammonium bromide) 또는 비이온계 계면활성제(예를 들어, Triton X-114) 등이 있으며, 이들의 혼합물도 사용 가능하고, 시판되는 계면활성제면 특별히 제한받지 않으나, 음이온계 계면활성제를 사용할 경우 흡착성능이 가장 우수하다. In the present invention, examples of the surfactant include anionic surfactants (eg sodium dodecyl sulfate), cationic surfactants (eg cetyltetraammonium bromide) or nonionic surfactants (eg Triton X). -114), and mixtures thereof may be used, and commercially available surfactants are not particularly limited. However, when anionic surfactants are used, the adsorption performance is excellent.
한편, 실제 현장에 적용하는 방법으로는 이렇게 본 발명의 방법으로 개질한 흡착제(이하 "개질 흡착제"라고도 함)와 더불어 기존의 흡착제를 4단 이상의 다단으로 구성하여 만드는 방법도 가능하다. On the other hand, as a method applied to the actual site, it is also possible to make a method consisting of four or more stages of the existing adsorbent in addition to the adsorbent (hereinafter referred to as "modified adsorbent") modified by the method of the present invention.
이를 도 1을 참조하여 설명하면, 먼저, 1단에는 전필터(pre filter)를 설치하여 개질 흡착제의 세공(pore)을 오염시킬 우려가 있는 미세먼지 입자들을 거른다. 그 다음에 2단의 흡착제(adsorbent 1)에서는 본 발명의 개질 흡착제가 위치하도록 구성한다. 그 다음 3단의 흡착제(adsorbent 2)에서는 제올라이트 흡착제가 위치하도록 구성한다. 마지막 4단에서는 HEPA (High efficiency particulate air) 필터를 설치한다. Referring to FIG. 1, first, a pre-filter is installed in the first stage to filter out fine dust particles that may contaminate pores of the modified adsorbent. The second stage adsorbent 1 is then configured such that the modified adsorbent of the present invention is located. The third stage of adsorbent (adsorbent 2) is configured to place the zeolite adsorbent. In the final four stages, HEPA (High efficiency particulate air) filters are installed.
본 발명의 흡착 필터의 다른 실시 예에 따르면, 1단에는 전필터(pre filter), 2단에는 이산화탄소 흡착성능이 강한 수산화물(예를 들어, 수산화리튬, 수산화칼륨, 수산화나트륨 등) 흡착제로 이산화탄소를 흡착하도록 구성한다. 그 다음 3단에서는 본 발명의 개질 흡착제가 위치하도록 구성하고, 마지막 4단에서는 HEPA 필터를 설치한다. According to another embodiment of the adsorption filter of the present invention, carbon dioxide is adsorbed with a pre-filter at the first stage and a hydroxide (for example, lithium hydroxide, potassium hydroxide, sodium hydroxide, etc.) having a strong carbon dioxide adsorption capacity at the first stage. It is configured to adsorb. In the third stage, the reformed adsorbent of the present invention is positioned, and in the last four stages, a HEPA filter is installed.
본 발명에 따른 흡착 필터의 또 다른 실시 예에 따르면, 1단에는 전필터(pre filter), 2단에는 이산화탄소 흡착성능이 강한 수산화물(예를 들어, 수산화리튬, 수산화칼륨, 수산화나트륨 등) 흡착제 필터, 및 3단에서는 본 발명의 개질 흡착제가 위치하도록 구성하고, 그 다음, 4단에서 제올라이트 흡착제(adsorbent 3) 및 5단에서 HEPA 필터를 설치한다. According to another embodiment of the adsorption filter according to the present invention, a first filter is a pre-filter (pre filter), the second stage is a hydroxide (for example, lithium hydroxide, potassium hydroxide, sodium hydroxide, etc.) strong adsorbent filter , And in the third stage, the reformed adsorbent of the present invention is positioned, and then, in the fourth stage, the zeolite adsorbent 3 and the HEPA filter are installed in the fifth stage.
필터의 구조는 각 단 별로 별도의 케이스로 구성되며, 예를 들어, 1단 전필터와 마지막 단 HEPA 필터는 시판되는 일반 필터의 두께에 맞추어 구성된다. 2단(adsorbent 1) 내지 제4단의 흡착제(adsorbent 3: 미도시) 필터는 상부와 하부가 미세 스테인리스 스틸 재질의 그물망으로 이루어진 케이스에 담기며, 각 층의 두께는 본 방법이 적용되는 공간의 크기에 따라 달라지지만, 일반적으로 두께는 1∼3㎝ 가량으로 다양하게 할 수 있는데, 각 실내공간의 크기에 맞추어 가능한 한 얇게 하여 필터에 걸리는 압력을 최소화하도록 하고, 너비는 가능한 한 넓게 하여 (예를 들면, 가로 20㎝×세로 20㎝ 등) 이산화탄소 흡착이 더 효율적으로 일어날 수 있도록 한다. 각각의 단은 카트리지 형식으로 구성하여 교체가 가능하도록 한다. The structure of the filter is composed of a separate case for each stage. For example, the first stage prefilter and the last stage HEPA filter are configured in accordance with the thickness of commercial filters. Adsorbent 1 to 4 stage (adsorbent 3: not shown) filters are placed in a case made of a mesh of fine stainless steel at the top and bottom, the thickness of each layer of the space to which the method is applied Depending on the size, the thickness can vary from 1 to 3 cm. In general, the thickness of each room should be as thin as possible to minimize the pressure on the filter and the width as wide as possible (eg For example, 20 cm wide by 20 cm long) carbon dioxide adsorption can occur more efficiently. Each stage is configured in a cartridge form so that it can be replaced.
본 발명에 따르면, 상기 1단의 전필터(pre filter)로는 전필터 후단에 위치하게 되는 2∼5단 필터의 세공이 먼지 등에 의해 오염되는 것을 방지할 수 있도록 하는 일반적인 플라스틱, 종이, 또는 부직포 재질의 필터 등이 사용될 수 있다. 상기 2단의 수산화물은 강염기로서 자극성의 냄새 등을 발생시킬 우려가 있는데, 3단에 위치한 개질 흡착제에서 강염기를 중화시키고, 냄새도 흡수하며, 그 외에 휘발성 유기화합물이나 포름알데하이드 등도 흡착 제거가 가능하다. 마지막 단에서는 물리적 흡착제인 제올라이트 등에서 발생할 우려가 있는 미세먼지 등이 다시 실내공기 중으로 통과하는 것을 방지하도록 한다. According to the present invention, the pre-filter of the first stage (pre filter) is a general plastic, paper, or non-woven fabric material to prevent the pore of the two-stage filter located in the rear stage of the pre-filter to be contaminated by dust, etc. May be used. The two-stage hydroxide is a strong base, which may cause an irritating odor, etc., but neutralizes the strong base and absorbs the odor in the three-stage modified adsorbent, and in addition, it is possible to remove and remove volatile organic compounds and formaldehyde. . In the final stage, the fine dust, which may be generated from zeolite, which is a physical adsorbent, is prevented from passing back into the room air.
본 발명을 따라 제조된 이산화탄소 흡착제는 실내공간의 이산화탄소 제거에 사용할 수 있다. 이산화탄소 농도가 높은 실내 공기를 상기 개질 흡착제가 들어 있는 반응기로 통과시키면 공기 중의 이산화탄소를 흡착, 제거하여 실내공간의 이산화탄소 농도를 "다중이용시설 등의 실내공기질 관리법"의 기준인 1,000ppm 이하로 낮출 수 있다. 상기 흡착제는 이산화탄소를 흡착시킨 후에 다시 건조시키면 재생이 가능하므로, 사용 후에는 오븐 등에 흡착제를 넣어 가열 후 수회 재사용이 가능하다. Carbon dioxide adsorbent prepared according to the present invention can be used to remove carbon dioxide in the indoor space. Passing indoor air with high carbon dioxide concentration through the reactor containing the reformed adsorbent can absorb and remove carbon dioxide in the air, lowering the carbon dioxide concentration in the indoor space to less than 1,000 ppm, which is the standard of the "Indoor Air Quality Management Act of Multi-use Facilities". have. Since the adsorbent can be regenerated by adsorbing carbon dioxide and then drying it again, the adsorbent can be reused several times after heating by putting the adsorbent in an oven or the like.
본 발명에서 사용되는 필터 중 2단 또는 3단에 사용된 필터는 재생이 가능한데, 재생이 원활하게 일어날 수 있도록 하기 위하여 압력은 대기압보다 낮은 음압(0.5기압 이하)을 걸어주고, 온도는 150℃ 이상으로 1시간 이상 가열하도록 한다. 다만, 2단의 수산화물 흡착제는 이산화탄소가 흡착하면 Li2CO3 형태로 화학적 반응이 일어나므로 저온 가열로는 재생효율이 낮으므로, 필요한 경우 200℃ 이상의 고온으로 가열하여 재생하게 된다.
The filter used in the second or third stage of the filter used in the present invention can be regenerated, the pressure is applied to the negative pressure (0.5 atm or less) lower than the atmospheric pressure, so that the regeneration occurs smoothly, the temperature is 150 ℃ or more Heat for at least 1 hour. However, the two-stage hydroxide adsorbent is chemically reacted in the form of Li 2 CO 3 when carbon dioxide is adsorbed, so the regeneration efficiency is low in a low temperature heating furnace.
이하 실시 예를 통하여 본 발명을 좀 더 구체적으로 살펴보지만, 하기 예에 본 발명의 범주가 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the following examples, but the scope of the present invention is not limited to the following examples.
실시 예 1 Example 1
수산화 리튬 100g 및 음이온성 계면활성제(Aldrich사, sodium dodecyl sulfate: ) 1g을 톨루엔 200㎖에 분산시키고, 여기에 직경이 2 내지 5㎜ 크기의 고체입상형태의 제올라이트 100g를 첨가하여 상기 수산화물을 상기 제올라이트에 담지시켰다. 그 다음, 약 170℃에서 약 6시간 동안 건조시켜 본 발명의 이산화탄소 흡착제를 제조하였다. Dissolve 100 g of lithium hydroxide and 1 g of anionic surfactant (Aldrich, sodium dodecyl sulfate:) in 200 ml of toluene, and add 100 g of a solid granular zeolite having a diameter of 2 to 5 mm to add the hydroxide to the zeolite. Supported by Then, the carbon dioxide adsorbent of the present invention was prepared by drying at about 170 ° C. for about 6 hours.
이렇게 제조된 본 발명에 따른 개질 흡착제의 이산화탄소 흡착성능을 수산화리튬 및 제올라이트와 비교하여 도 2에 나타내었다. 도 2에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 개질 흡착제는 기존의 수산화물 및 제올라이트를 각각 사용할 때보다 우수한 흡착성능을 나타냄을 확인할 수 있다.
The carbon dioxide adsorption performance of the reformed adsorbent according to the present invention thus prepared is shown in FIG. 2 in comparison with lithium hydroxide and zeolite. As can be seen in Figure 2, it can be seen that the modified adsorbent according to the present invention shows superior adsorption performance than when using the conventional hydroxide and zeolite, respectively.
실시 예 2 내지 3 Examples 2 to 3
상기 실시 예 1에서 계면활성제를 음이온계 계면활성제(sodium dodecyl sulfate: SDS)로부터 양이온계 계면활성제(cetyltrimethylammonium bromide: CTABr(실시 예 2))와 비이온성 계면활성제(Triton X-114: 실시 예 3)로 변경한 것을 제외하고는 동일하게 실시하였다. 시간에 따른 CO2의 제거율을 도 3에 나타내었다. 도 3으로부터, 음이온계 계면활성제의 CO2의 제거율이 우수함을 확인할 수 있었다.
In Example 1, the surfactant is a cationic surfactant (cetyltrimethylammonium bromide (CTABr (Example 2)) and a nonionic surfactant (Triton X-114: Example 3) from anionic surfactant (sodium dodecyl sulfate (SDS)) The same procedure was followed except for changing to. The removal rate of CO 2 over time is shown in FIG. 3. From FIG. 3, it was confirmed that the removal rate of CO 2 of the anionic surfactant was excellent.
실시 예 4 Example 4
가로 20㎝×세로 20㎝×높이 12㎝의 직사각형 구조의 외부 하우징을 만들고, 여기에 높이 3㎝의 일반적인 부직포형태 전 필터, 그 위에 상기 실시 예 1에서 제조된 개질된 흡착제 500g을 넣은 높이 3㎝ 가량의 스테인레스 스틸 재질의 메쉬상자로 제1 흡착제층을 형성하고, 이 위에 500g의 상용 제올라이트 (UOP사, 5A)를 넣은 높이 3㎝ 가량의 스테인레스 스틸 재질의 메쉬상자로 제2 흡착제층을 형성하며, 마지막으로 이 위에 높이 3㎝ 가량의 HEPA 필터가 순차적으로 적층된 4단 흡착필터를 제조하였다. An outer housing having a rectangular structure having a width of 20 cm x 20 cm x 12 cm is made, and a general nonwoven fabric filter having a height of 3 cm is placed thereon, and 500 cm of the modified adsorbent prepared in Example 1 is placed thereon. A first adsorbent layer is formed by using a stainless steel mesh box, and a second adsorbent layer is formed by a stainless steel mesh box of about 3 cm in which 500 g of commercial zeolite (UOP, 5A) is placed. Finally, a four-stage adsorption filter in which a HEPA filter having a height of about 3 cm was sequentially stacked thereon was prepared.
이렇게 제조된 본 발명에 따른 흡착필터의 흡착성능을 66.7㎥의 실내공간의 농도를 인위적으로 5,000ppm으로 맞춘 객실 실내공간에 적용하여 농도변화를 측정한 결과, 실내공간의 이산화탄소 농도를 가동하지 않았을 때보다 가동하였을 때 2,000ppm 수준까지 낮추는데 걸리는 시간이 절반 정도로 짧아짐을 확인할 수 있었다. 그 결과를 도 4에 나타내었다. As a result of applying the adsorption performance of the adsorption filter according to the present invention to a room interior with an artificial space concentration of 66.7 m 3 artificially adjusted to 5,000 ppm, the concentration change was measured. When the operation was completed, it was confirmed that the time taken to lower the level to 2,000 ppm was about half as short. The results are shown in FIG.
Claims (15)
상기 알칼리 금속계 수산화물과 물리적 이산화탄소 흡착제의 혼합은 유기용매 100중량부에 대하여 0 초과 1중량부 이하의 계면활성제의 존재하에서 수행되고,
상기 계면활성제는 음이온계 계면활성제, 양이온계 계면활성제, 비이온성 계면활성제 또는 이들의 혼합물로 이루어지며,
상기 건조는 150∼200℃의 온도에서 6시간 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 흡착제의 제조방법. The alkali metal hydroxide is dispersed in the organic solvent, and the physical carbon dioxide adsorbent is mixed therein to support the hydroxide on the physical carbon dioxide adsorbent and then dried.
Mixing of the alkali metal hydroxide and the physical carbon dioxide adsorbent is performed in the presence of a surfactant of more than 0 and 1 parts by weight or less with respect to 100 parts by weight of the organic solvent,
The surfactant is composed of anionic surfactants, cationic surfactants, nonionic surfactants or mixtures thereof,
The drying method for producing a carbon dioxide adsorbent, characterized in that carried out for 6 hours at a temperature of 150 ~ 200 ℃.
상기 알칼리 금속계 수산화물은 수산화나트륨, 수산화칼륨 및 수산화리튬으로 이루어진 군으로부터 하나 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 흡착제의 제조방법.
The method according to claim 1,
The alkali metal hydroxide is a method for producing a carbon dioxide adsorbent, characterized in that at least one selected from the group consisting of sodium hydroxide, potassium hydroxide and lithium hydroxide.
상기 물리적 이산화탄소 흡착제는 제올라이트, 활성탄 또는 실리카인 것을 특징으로 하는 이산화탄소 흡착제의 제조방법.
The method according to claim 1,
The physical carbon dioxide adsorbent is a method of producing a carbon dioxide adsorbent, characterized in that the zeolite, activated carbon or silica.
상기 유기용매는 톨루엔, 벤젠, 메탄올 또는 이들의 혼합용매인 것을 특징으로 하는 이산화탄소 흡착제의 제조방법.
The method according to claim 1,
The organic solvent is a toluene, benzene, methanol or a mixture of carbon dioxide adsorbent, characterized in that a mixed solvent thereof.
상기 알칼리 금속계 수산화물과 물리적 이산화탄소 흡착제의 혼합은 유기용매 100중량부에 대하여 0 초과 1중량부 이하의 계면활성제의 존재하에서 수행되고,
상기 계면활성제는 음이온계 계면활성제, 양이온계 계면활성제, 비이온성 계면활성제 또는 이들의 혼합물로 이루어지며,
상기 건조는 150∼200℃의 온도에서 6시간 동안 수행되고,
상기 다단필터는 열과 압력을 이용하여 재사용하는 것을 특징으로 하는 다단계 흡착필터.
The alkali metal hydroxide is dispersed in an organic solvent, mixed with a physical carbon dioxide adsorbent, and the hydroxide is supported on the physical carbon dioxide adsorbent, and then composed of a multi-stage filter in which a reforming filter containing a dried carbon dioxide adsorbent is stacked.
Mixing of the alkali metal hydroxide and the physical carbon dioxide adsorbent is performed in the presence of a surfactant of more than 0 and 1 parts by weight or less with respect to 100 parts by weight of the organic solvent,
The surfactant is composed of anionic surfactants, cationic surfactants, nonionic surfactants or mixtures thereof,
The drying is carried out for 6 hours at a temperature of 150 ~ 200 ℃,
The multistage filter is a multi-stage adsorption filter, characterized in that for reuse by using heat and pressure.
상기 알칼리 금속계 수산화물은 수산화나트륨, 수산화칼륨 및 수산화리튬으로 이루어진 군으로부터 하나 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 다단계 흡착필터.
The method according to claim 8,
The alkali metal hydroxide is a multistage adsorption filter, characterized in that at least one selected from the group consisting of sodium hydroxide, potassium hydroxide and lithium hydroxide.
상기 물리적 이산화탄소 흡착제는 제올라이트, 활성탄 또는 실리카인 것을 특징으로 하는 다단계 흡착필터.
The method according to claim 8,
The physical carbon dioxide adsorbent is zeolite, activated carbon or silica multistage adsorption filter, characterized in that.
상기 다단 필터는 전 필터, 수산화물 흡착제 필터, 상기 개질 필터, 및 HEPA 필터가 순차적으로 적층된 다단필터인 것을 특징으로 하는 다단계 흡착필터.
The method according to claim 8,
The multi-stage filter is a multi-stage adsorption filter, characterized in that the multi-stage filter in which all filters, the hydroxide adsorbent filter, the reforming filter, and the HEPA filter is sequentially stacked.
상기 다단 필터는 전 필터, 상기 개질 필터, 제올라이트 필터, 및 HEPA 필터가 순차적으로 적층된 다단필터인 것을 특징으로 하는 다단계 흡착필터.
The method according to claim 8,
The multi-stage filter is a multi-stage adsorption filter, characterized in that the multi-stage filter in which all filters, the reforming filter, zeolite filter, and HEPA filter is sequentially stacked.
상기 다단 필터는 전 필터, 수산화물 흡착제 필터, 상기 개질 필터, 제올라이트 필터, 및 HEPA 필터가 순차적으로 적층된 다단필터인 것을 특징으로 하는 다단계 흡착필터.
The method according to claim 8,
The multi-stage filter is a multi-stage adsorption filter, characterized in that the multi-stage filter in which all filters, hydroxide adsorbent filter, the reforming filter, zeolite filter, and HEPA filter is sequentially stacked.
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