KR102556881B1 - Air purifier to remove fine dust and carbon dioxide - Google Patents

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KR102556881B1 KR1020210072258A KR20210072258A KR102556881B1 KR 102556881 B1 KR102556881 B1 KR 102556881B1 KR 1020210072258 A KR1020210072258 A KR 1020210072258A KR 20210072258 A KR20210072258 A KR 20210072258A KR 102556881 B1 KR102556881 B1 KR 102556881B1
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Abstract

실내 공기 중에 포함되어 있는 미세먼지와 이산화탄소를 동시에 제거할 수 있는 미세먼지와 이산화탄소 제거를 위한 공기청정기가 개시된다. 상기 미세먼지와 이산화탄소 제거를 위한 공기청정기는 공기유입 팬이 작동됨에 따라 공기 유입구를 통해 케이스 내부로 유입되는 공기가 통과됨에 따라 상기 공기로부터 미세먼지를 제거하는 그래핀 세라믹 필터 및, 상기 그래핀 세라믹 필터에 의해 미세먼지가 제거된 공기가 통과됨에 따라 상기 공기로부터 이산화탄소를 포획하여 분리시키는 그래핀 멤브레인 하이브리드 필터를 포함할 수 있다.An air purifier for removing fine dust and carbon dioxide capable of simultaneously removing fine dust and carbon dioxide contained in indoor air is disclosed. The air purifier for removing fine dust and carbon dioxide includes a graphene ceramic filter for removing fine dust from the air as the air introduced into the case passes through the air inlet as the air inlet fan operates, and the graphene ceramic It may include a graphene membrane hybrid filter that captures and separates carbon dioxide from the air as the air from which fine dust is removed by the filter passes.

Description

미세먼지와 이산화탄소 제거를 위한 공기청정기{AIR PURIFIER TO REMOVE FINE DUST AND CARBON DIOXIDE}Air purifier to remove fine dust and carbon dioxide {AIR PURIFIER TO REMOVE FINE DUST AND CARBON DIOXIDE}

본 발명은 미세먼지와 이산화탄소 제거를 위한 공기청정기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 세라믹필터와 그래핀을 이용하여 미세먼지와 이산화탄소를 동시에 제거할 수 있는 미세먼지와 이산화탄소 제거를 위한 공기청정기에 관한 것이다.The present invention relates to an air purifier for removing fine dust and carbon dioxide, and more particularly, to an air purifier for removing fine dust and carbon dioxide that can simultaneously remove fine dust and carbon dioxide using a ceramic filter and graphene. .

최근에 사회적으로 미세먼지로 인한 대기환경 오염과 공기 질에 관련하여 심각하게 이슈화되면서 특히 학교 교실 등과 같은 실내 공간의 공기 질에 대한 해결이 시급한 상태이다.Recently, as air pollution and air quality due to fine dust have become a serious social issue, it is urgent to solve the air quality of indoor spaces such as school classrooms.

특히, 외부에서 실내로 유입되는 미세먼지는 1급 발암물질인 만큼 취약계층인 어린이나 초, 중, 고등학생 등과 같은 청소년들이 일과시간 중 대부분의 시간을 보내는 학교 교실 등과 같은 실내 공간은 실내 공기 질 개선이 필수적이라 할 수 있다.In particular, since fine dust that flows into the room from the outside is a first-class carcinogen, indoor spaces such as school classrooms, where most of the time of the day, such as children and elementary, middle, and high school students, who are vulnerable, spend most of their time, improve indoor air quality. This can be said to be essential.

따라서, 최근에는 유치원이나 학교 교실 등에 실내 공기 질 개선을 위해 공기정화장치를 설치하여 작동시킴으로써 실내 공기에 포함되어 있는 미세먼지의 농도 감소시킴과 동시에 실내 공기를 정화시키고 있는 실정이다.Therefore, recently, air purifiers are installed and operated to improve indoor air quality in kindergartens, school classrooms, etc., thereby reducing the concentration of fine dust contained in indoor air and purifying indoor air at the same time.

그러나, 상기 유치원이나 학교 교실 등에 설치되는 일반적인 공기정화장치의 경우에는 창문을 닫은 상태에서 작동시켜 실내 공기를 순환시키면서 실내 공기에 포함되어 있는 미세먼지 등을 헤파 필터 등을 통해 필터링하여 실내 공기에 포함되어 있는 미세먼지의 농도를 감소시키는 것으로서, 상기 공기정화장치를 작동시키게 되면 실내 공기 중에 미세먼지의 농도 감소와 공기의 정화가 이루어지기는 하지만 실내 공기 중의 이산화탄소는 제거할 수 없으므로 공기정화장치를 지속적으로 작동시킨다 하더라도 학생들이 밀집되어 있는 교실 등과 같은 실내 공기 중의 이산화탄소 농도는 지속적으로 높아지게 된다.However, in the case of a general air purifier installed in a kindergarten or school classroom, etc., it is operated with the windows closed to circulate indoor air while filtering fine dust contained in indoor air through a HEPA filter to include it in indoor air. As for reducing the concentration of fine dust, when the air purifier is operated, the concentration of fine dust in the indoor air is reduced and the air is purified, but carbon dioxide in the indoor air cannot be removed, so the air purifier is continuously operated. Even if the system is operated with high concentration, the concentration of carbon dioxide in indoor air, such as a classroom where students are concentrated, is continuously increased.

상기와 같이 실내 공기 중의 이산화탄소 농도가 높아지게 되어 기준치를 초과하게 되면 졸림과 집중력 저하 등이 발생되어 학습능력이 떨어질 뿐만 아니라, 심할 경우에는 두통과 구토까지 유발할 수 있다.As described above, when the concentration of carbon dioxide in the indoor air increases and exceeds the standard value, drowsiness and a decrease in concentration occur, which not only reduces the ability to learn, but also causes headache and vomiting in severe cases.

따라서, 상기와 같이 학생들이 밀집되어 있는 교실 등과 같은 실내 공간은 공기정화장치를 작동시켜 실내 공기 중의 미세먼지 농도를 감소시킴과 동시에 실내 공기를 정화시킨다 하더라도 주기적으로 창문을 열어 환기를 시켜야 하는데, 상기와 같이 창문을 열어 환기를 시키게 되면 실내 공기 중의 미세먼지 농도가 다시 높아질 뿐만 아니라 실내 온도 변화가 일어나게 됨으로써 냉/난방비용이 대폭 증가된다는 문제점이 있다.Therefore, in indoor spaces such as classrooms where students are concentrated as described above, even if the air purifier is operated to reduce the concentration of fine dust in the indoor air and purify the indoor air, it is necessary to periodically open the windows to ventilate. When ventilating by opening windows as described above, there is a problem in that the concentration of fine dust in the indoor air increases again and the indoor temperature changes, so that the cooling/heating cost increases significantly.

이에 따라, 최근에는 미세먼지 농도 감소를 위한 공기정화장치와 더불어 공기순환기를 작동시켜 외부의 공기를 필터로 여과시켜 실내로 투입시킴으로써 실내 공기 중의 미세먼지 농도의 증가 없이 실내 공기 중의 이산화탄소의 농도는 저하시킬 수 있도록 하고 있는 실정이다.Accordingly, in recent years, by operating an air circulator together with an air purifier for reducing the concentration of fine dust, the outside air is filtered through a filter and introduced into the room, thereby reducing the concentration of carbon dioxide in the indoor air without increasing the concentration of fine dust in the indoor air. It is in the process of making it possible.

상기와 같이 공기정화장치와 더불어 공기순환기를 작동시켜 미세먼지 농도의 증가 없이 실내 공기 중의 이산화탄소의 농도를 저하시킨다 하더라도 상기 공기순환기를 통해 실외 공기를 필터로 여과시켜 실내로 투입시키게 되면 실내 온도에 변화를 주게 됨으로써 냉/난방비용이 증가되는 문제점은 아직까지 해결하지 못하고 있는 실정이다.As described above, even if the air circulator and the air purifier are operated to lower the concentration of carbon dioxide in the indoor air without increasing the concentration of fine dust, when the outdoor air is filtered through the air circulator and introduced into the room, the indoor temperature changes. However, the problem of increasing cooling/heating costs has not yet been solved.

대한민국등록특허공보 제10-1698174호(등록일자 2017.01.13)Korean Registered Patent Publication No. 10-1698174 (registration date 2017.01.13)

따라서, 본 발명의 목적은 실내 공기 중에 포함되어 있는 미세먼지와 이산화탄소를 동시에 제거할 수 있는 미세먼지와 이산화탄소 제거를 위한 공기청정기를 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to provide an air purifier for removing fine dust and carbon dioxide that can simultaneously remove fine dust and carbon dioxide contained in indoor air.

그 외 본 발명의 세부적인 목적은 이하에 기재되는 구체적인 내용을 통하여 이 기술 분야의 전문가나 연구자에게 자명하게 파악되고 이해될 것이다.Other detailed objects of the present invention will be clearly identified and understood by experts or researchers in the art through the specific contents described below.

상기 목적 달성을 위하여 본 발명은 공기유입 팬이 작동됨에 따라 공기 유입구를 통해 케이스 내부로 유입되는 공기가 통과됨에 따라 상기 공기로부터 미세먼지를 제거하는 그래핀 세라믹 필터 및, 상기 그래핀 세라믹 필터에 의해 미세먼지가 제거된 공기가 통과됨에 따라 상기 공기로부터 이산화탄소를 포획하여 분리시키는 그래핀 멤브레인 하이브리드 필터를 포함하는 미세먼지와 이산화탄소 제거를 위한 공기 청정기를 제시한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a graphene ceramic filter that removes fine dust from the air as the air introduced into the case through the air inlet passes as the air intake fan operates, and the graphene ceramic filter An air purifier for removing fine dust and carbon dioxide is provided that includes a graphene membrane hybrid filter that captures and separates carbon dioxide from the air as the air from which fine dust is removed passes.

여기서, 상기 그래핀 세라믹 필터는 실란 커플링제인 GPTMS(3-Glycidyloxyproply trimethoxysilane)를 에탄올수용액에 넣어 가수분해 시킨 후 산화그래핀과 함께 교반시켜 상기 산화그래핀의 표면을 개질시킨 다음, 상기 개질된 산화그래핀 에탄올 수용액에 세라믹 필터를 함침시켜 교반한 후 건조시킴으로써 상기 세라믹 필터에 산화 그래핀을 코팅시켜 제조될 수 있다.Here, the graphene ceramic filter is prepared by putting GPTMS (3-Glycidyloxyproply trimethoxysilane), a silane coupling agent, into an aqueous ethanol solution to hydrolyze it, and then stirring it together with graphene oxide to modify the surface of the graphene oxide, and then modifying the surface of the graphene oxide. Graphene may be prepared by coating a ceramic filter with graphene oxide by impregnating a ceramic filter in an ethanol solution, stirring, and then drying the filter.

한편, 상기 세라믹 필터에 코팅된 산화그래핀은 소수성 및 전도성을 갖게 하기 위하여 환원시키는 것이 바람직하다.On the other hand, it is preferable to reduce the graphene oxide coated on the ceramic filter in order to have hydrophobicity and conductivity.

일예를 들면, 상기 세라믹 필터에 코팅된 산화그래핀은 증류수에 환원제 H4N2를 소정비율로 첨가한 용액에 산화그래핀이 코팅된 세라믹 필터를 넣은 후 24시간 동안 환원 반응을 진행시켜 환원시킬 수 있다.For example, the graphene oxide coated on the ceramic filter is reduced by putting the graphene oxide-coated ceramic filter in a solution in which a reducing agent H 4 N 2 is added in a predetermined ratio to distilled water and then proceeding with a reduction reaction for 24 hours. can

일예를 들면, 상기 환원제 H4N2는 상기 증류수에 1/100 비율로 첨가될 수 있다.For example, the reducing agent H 4 N 2 may be added to the distilled water at a ratio of 1/100.

또한, 상기 그래핀 멤브레인 하이브리드 필터는 소정량의 PVDF를 NMP 용매에 용해시킨 후 PEG와 산화그래핀을 소정비율로 투입하여 혼합한 후 얇게 퍼지게 한 다음 상온에서 건조시켜 필름 형태로 제작되는 것이 바람직하다.In addition, the graphene membrane hybrid filter is preferably manufactured in the form of a film by dissolving a predetermined amount of PVDF in a NMP solvent, mixing PEG and graphene oxide at a predetermined ratio, spreading them thinly, and then drying at room temperature. .

상술한 바와 같이 본 발명의 일실시예에 의한 미세먼지와 이산화탄소 제거를 위한 공기청정기는 실내 공기를 그래핀 세라믹 필터를 통과시키면서 실내 공기 중에 포함되어 있는 미세먼지를 제거를 제거함과 동시에, 상기 미세먼지가 제거된 공기를 그래핀 멤브레인 하이브리드 필터를 통과시키면서 이산화탄소를 분리하여 실외로 배출시킬 수 있도록 한다.As described above, the air purifier for removing fine dust and carbon dioxide according to an embodiment of the present invention removes fine dust contained in indoor air while passing indoor air through a graphene ceramic filter, and at the same time removes the fine dust While passing the removed air through the graphene membrane hybrid filter, carbon dioxide is separated and discharged to the outdoors.

따라서, 본 발명의 일실시예에 의한 미세먼지와 이산화탄소 제거를 위한 공기청정기는 실내 공기 중의 미세먼지 농도를 감소시킴은 물론, 주기적으로 창문을 열어 실내 환기를 시키지 않고 공기청정기를 작동시키는 것만으로 실내 공기 중의 이산화탄소 농도까지 감소시킬 수 있도록 한다.Therefore, the air purifier for removing fine dust and carbon dioxide according to an embodiment of the present invention not only reduces the concentration of fine dust in the indoor air, but also operates the air purifier without periodically opening the window to ventilate the room. It can also reduce the concentration of carbon dioxide in the air.

이와 같은 본 발명의 일실시예에 의한 미세먼지와 이산화탄소 제거를 위한 공기청정기를 사용하게 되면 실내 온도 변화를 주게 되는 공기 순환기를 설치하여 외부의 공기를 실내로 투입하거나 창문을 열어 외부의 공기를 실내로 투입하는 주기적인 실내 환기 없이도 실내 공기 중의 이산화탄소 농도를 낮게 유지시킬 수 있다.When an air purifier for removing fine dust and carbon dioxide according to an embodiment of the present invention is used, an air circulator that changes the indoor temperature is installed to introduce outside air into the room or open a window to introduce outside air into the room. It is possible to keep the carbon dioxide concentration in the indoor air low without periodic indoor ventilation.

그러므로, 본 발명의 일실시예에 의한 미세먼지와 이산화탄소 제거를 위한 공기청정기는 별도의 공기 순환기 설치 없이 실내 공기의 미세먼지와 이산화탄소를 제거할 수 있으므로 실내 공기 질 향상을 위한 설비비용을 대폭 절감시킬 수 있을 뿐만 아니라, 실내 온도의 변화 없이 실내 공기의 이산화탄소 농도를 감소시킬 수 있으므로 실내 냉난방 비용을 대폭 절감시킬 수 있는 효과가 있다.Therefore, the air purifier for removing fine dust and carbon dioxide according to an embodiment of the present invention can remove fine dust and carbon dioxide from indoor air without installing a separate air circulator, thereby significantly reducing equipment costs for improving indoor air quality. In addition, since the concentration of carbon dioxide in indoor air can be reduced without changing the indoor temperature, there is an effect of significantly reducing indoor cooling and heating costs.

그 외 본 발명의 효과들은 이하에 기재되는 구체적인 내용을 통하여, 또는 본 발명을 실시하는 과정 중에 이 기술분야의 전문가나 연구자에게 자명하게 파악되고 이해될 것이다.Other effects of the present invention will be clearly identified and understood by experts or researchers in the art through the specific details described below or during the course of practicing the present invention.

도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 미세먼지와 이산화탄소 제거를 위한 공기 청정기를 설명하기 위한 도면
도 2는 세라믹 필터가 제조되는 과정에 대한 일예를 설명하기 위한 흐름도
도 3은 세라믹 필터가 제조되는 과정에 대한 다른 예를 설명하기 위한 흐름도
도 4는 세정단계를 설명하기 위한 흐름도
도 5는 산화그래핀을 제조하는 과정을 설명하기 위한 사진
도 6은 도 5에 도시된 바와 같은 과정을 통해 제조된 20nm, 100nm, 500nm 두께의 산화그래핀을 투과전자현미경으로 관찰한 이미지
도 7은 산화그래핀에 GPTMS를 개질한 모습을 도시한 이미지
도 8은 세라믹A, B와 그래핀을 코팅한 세라믹A, B 및 코팅된 그래핀을 환원시킨 세라믹A, B를 도시한 사진
도 9는 세라믹A, B와 그래핀을 코팅한 세라믹A, B 및 코팅된 그래핀을 환원시킨 세라믹A, B의 전자현미경 관찰이미지
도 10은 실험적으로 제작된 그래핀 멤브레인 하이브리드 필터 사진
도 11은 각 조성별 그래핀 멤브레인 하이브리드 필터의 1,000배 배율 전자현미경 사진
도 12는 각 조성별 그래핀 멤브레인 하이브리드 필터의 10,000배 배울 전자현미경 사진
도 13은 그래핀 멤브레인 하이브리드 필터의 전진 접촉각 후진 접촉각의 측정원리를 도시한 도면1 is a view for explaining an air purifier for removing fine dust and carbon dioxide according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a flow chart for explaining an example of the process of manufacturing a ceramic filter
Figure 3 is a flow chart for explaining another example of the process of manufacturing a ceramic filter
Figure 4 is a flow chart for explaining the cleaning step
Figure 5 is a photograph for explaining the process of manufacturing graphene oxide
FIG. 6 is an image of 20 nm, 100 nm, and 500 nm thick graphene oxide prepared through the process shown in FIG. 5 observed with a transmission electron microscope.
7 is an image showing the state of modifying GPTMS to graphene oxide
8 is a photograph showing ceramics A and B coated with graphene and ceramics A and B obtained by reducing the coated graphene.
9 is an electron microscope observation image of ceramics A and B coated with graphene and ceramics A and B in which the coated graphene is reduced.
10 is a photograph of an experimentally prepared graphene membrane hybrid filter
11 is a 1,000-fold magnification electron microscope photograph of a graphene membrane hybrid filter for each composition
12 is an electron microscope photograph to learn 10,000 times of the graphene membrane hybrid filter for each composition
13 is a view showing the measurement principle of the forward contact angle and the backward contact angle of the graphene membrane hybrid filter.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Since the present invention may have various changes and various forms, specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the text. However, it should be understood that this is not intended to limit the present invention to the specific disclosed form, and includes all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.Terms such as first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. These terms are only used for the purpose of distinguishing one component from another. For example, a first element may be termed a second element, and similarly, a second element may be termed a first element, without departing from the scope of the present invention.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Terms used in this application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this application, the terms "comprise" or "having" are intended to indicate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, but one or more other features or It should be understood that the presence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof is not precluded.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs.

일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and unless explicitly defined in the present application, they should not be interpreted in an ideal or excessively formal meaning. don't

이하 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명한다.Referring to the following drawings, preferred embodiments of the present invention will be described in more detail.

도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 미세먼지와 이산화탄소 제거를 위한 공기 청정기를 설명하기 위한 도면이다.1 is a view for explaining an air purifier for removing fine dust and carbon dioxide according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 의한 미세먼지와 이산화탄소 제거를 위한 공기 청정기(100)는 케이스(110), 공기 유입 팬(120), 그래핀 세라믹 필터(130) 및, 그래핀 멤브레인 하이브리드 필터(140)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, an air purifier 100 for removing fine dust and carbon dioxide according to an embodiment of the present invention includes a case 110, an air intake fan 120, a graphene ceramic filter 130, and graphene A membrane hybrid filter 140 may be included.

상기 케이스(110)는 실내공기를 내부로 유입시키는 공기 유입구(111)와, 케이스(110) 내부로 유입된 공기를 실내로 배출시키는 공기 배출구(112)를 포함할 수 있다.The case 110 may include an air inlet 111 for introducing indoor air into the inside and an air outlet 112 for discharging air introduced into the case 110 into the room.

또한, 상기 케이스(110)에는 상기 그래핀 멤브레인 하이브리드 필터(130)에 의해 포획되어 분리된 이산화탄소를 실외로 배출시키는 이산화탄소 배출구(113)가 마련될 수 있다.In addition, the case 110 may be provided with a carbon dioxide outlet 113 through which carbon dioxide captured and separated by the graphene membrane hybrid filter 130 is discharged to the outdoors.

상기 공기 유입 팬(120)은 상기 케이스(110)의 공기 유입구(111) 측에 위치하도록 설치되어 상기 공기 유입구(111)를 통해 실내공기를 케이스(110) 내측으로 유입시켜 그래핀 세라믹 필터(130)와 그래핀 멤브레인 하이브리드 필터(140)를 순차적으로 통과시킨 후 공기 배출구(112)를 통해 실내 공간으로 다시 배출시키며, 상기 그래핀 멤브레인 하이브리드 필터(140)를 통해 분리된 이산화탄소는 이산화탄소 배출구(113)를 통해 실외로 배출된다.The air inlet fan 120 is installed to be positioned on the side of the air inlet 111 of the case 110, and introduces room air into the case 110 through the air inlet 111, so that the graphene ceramic filter 130 ) and the graphene membrane hybrid filter 140, and then discharged back to the indoor space through the air outlet 112, and the carbon dioxide separated through the graphene membrane hybrid filter 140 passes through the carbon dioxide outlet 113 is discharged to the outdoors through

상기 그래핀 세라믹 필터(130)는 상기 공기 유입 팬(120)이 작동됨에 따라 상기 케이스(110)의 공기 유입구(111)를 통해 케이스(110) 내부로 유입되는 공기가 통과됨에 따라 상기 공기로부터 미세먼지를 제거할 수 있도록 한다.As the air inlet fan 120 operates, the graphene ceramic filter 130 passes the air introduced into the case 110 through the air inlet 111 of the case 110, and fine particles are removed from the air. Allow dust to be removed.

상기 그래핀 세라믹 필터(130)는 실란 커플링제인 GPTMS(3-Glycidyloxyproply trimethoxysilane)를 에탄올수용액에 넣어 가수분해 시킨 후 산화그래핀(graphite oxide, GO)과 함께 교반시켜 상기 산화그래핀의 표면을 개질시킨 다음, 상기 개질된 산화그래핀 에탄올 수용액에 세라믹 필터를 함침시켜 교반한 후 건조시킴으로써 상기 세라믹 필터에 산화그래핀을 코팅시켜 제조될 수 있다.The graphene ceramic filter 130 is hydrolyzed by putting GPTMS (3-Glycidyloxyproply trimethoxysilane), a silane coupling agent, in an aqueous ethanol solution, and then stirring together with graphite oxide (GO) to modify the surface of the graphene oxide Then, the modified graphene oxide ethanol solution is impregnated with a ceramic filter, stirred, and then dried to coat the ceramic filter with graphene oxide.

여기서, 상기 세라믹 필터에 코팅된 산화그래핀은 소수성 및 전도성을 갖게 하기 위해 환원시킬 수 있도록 한다.Here, the graphene oxide coated on the ceramic filter can be reduced to have hydrophobicity and conductivity.

예를 들면, 상기 세라믹 필터에 코팅된 산화그래핀은 증류수에 환원제 H4N2를 소정비율로 첨가한 용액에 산화그래핀이 코팅된 세라믹 필터를 넣은 후 24시간 동안 환원 반응을 진행시켜 환원시킬 수 있다.For example, the graphene oxide coated on the ceramic filter is reduced by putting the graphene oxide-coated ceramic filter in a solution in which a reducing agent H 4 N 2 is added in a predetermined ratio to distilled water and then proceeding with a reduction reaction for 24 hours. can

한편, 상기 환원제 H4N2는 상기 증류수에 1/100 비율로 첨가되는 것이 바람직하다.Meanwhile, the reducing agent H 4 N 2 is preferably added to the distilled water at a ratio of 1/100.

상기 산화그래핀이 코팅되는 세라믹 필터가 제조되는 과정을 도 2 내지 도 4를 참조하여 상세하게 설명한다.A process of manufacturing the ceramic filter coated with the graphene oxide will be described in detail with reference to FIGS. 2 to 4 .

도 2는 세라믹 필터가 제조되는 과정에 대한 일예를 설명하기 위한 흐름도이고, 도 3은 세라믹 필터가 제조되는 과정에 대한 다른 예를 설명하기 위한 흐름도이며, 도 4는 세정단계를 설명하기 위한 흐름도이다.2 is a flow chart for explaining an example of a process for manufacturing a ceramic filter, FIG. 3 is a flow chart for explaining another example for a process for manufacturing a ceramic filter, and FIG. 4 is a flow chart for explaining a cleaning step. .

도 2 내지 도 4를 참조하면, 상기 세라믹 필터는 세정단계, 파쇄단계, 입도 분리단계, 혼합단계, 혼련단계, 숙성단계, 진공 압출 성형단계, 건조단계 및, 고온 소성단계를 거쳐 제조될 수 있다.2 to 4, the ceramic filter may be manufactured through a washing step, a crushing step, a particle size separation step, a mixing step, a kneading step, a aging step, a vacuum extrusion step, a drying step, and a high-temperature firing step. .

상기 세정단계(S110)는 각종 산업분야에서 이용 후 폐기된 실리카 제품 또는 실리카의 순도를 높이기 위해 이물질을 제거하는 단계이다.The cleaning step (S110) is a step of removing foreign substances to increase the purity of silica products or silica discarded after use in various industrial fields.

즉, 상기 세정단계(S110)는 사용 후 폐기된 실리카 제품 또는 실리카의 순도를 높이기 위해 이물질을 물리적 방법 또는 화학적 방법을 사용하여 상기 실리카 제품 또는 실리카로부터 이물질을 제거하는 것으로서, 물리적 세정단계(S111)와 화학적 세정단계(S112)를 포함할 수 있다.That is, the cleaning step (S110) is to remove foreign substances from the silica product or silica by using a physical method or a chemical method to increase the purity of the silica product or silica discarded after use, and the physical cleaning step (S111) and a chemical cleaning step (S112).

보다 상세하게 설명하면, 상기 실리카에 부착된 실리카 이외의 이물질은 물리적 세정단계(S111)를 통해 제거한 후, 화학약품을 이용하여 에칭하고, 린스 처리 후 건조시키는 화학적 세정단계(S112)를 통해 세정작업을 완료하게 된다.In more detail, foreign substances other than silica attached to the silica are removed through a physical cleaning step (S111), then etched using chemicals, rinsed, and then dried through a chemical cleaning step (S112). will complete

여기서, 상기 물리적 세정단계(S111)는 커터와 연마기를 이용하여 상기 실리카에 부착되어 있는 실리카 이외의 이물질을 제거하는 단계이며, 상기 화학적 제거단계(S112)은 상기 물리적 세정단계(S111)를 통해 이물질이 제거된 실리카를 화학약품에 의한 에칭 후, 물의 pH가 6.0 내지 8.0이 되도록 린스 후 배기 건조를 수행하여 세정하는 단계이다.Here, the physical cleaning step (S111) is a step of removing foreign substances other than silica attached to the silica using a cutter and a grinder, and the chemical removal step (S112) is a foreign substance through the physical cleaning step (S111). This is a step of washing the removed silica by etching it with a chemical, rinsing it so that the pH of water is 6.0 to 8.0, and then performing exhaust drying.

상기 세정단계(S110)에서는 상술한 바와 같은 물리적 세정단계(S111)와 화학적 세정단계(S112) 중 어느 하나의 방법을 실시하거나, 물리적 세정단계(S111)와 화학적 세정단계(S112)를 모두 사용하여 실리카를 세정할 수 있도록 한다.In the cleaning step (S110), either the physical cleaning step (S111) and the chemical cleaning step (S112) are performed, or both the physical cleaning step (S111) and the chemical cleaning step (S112) are used. Allows the silica to be cleaned.

상기 실리카 제품의 경우에는 태양광, 반도체, 광학기기, 의료기기 등과 같은 다양한 산업분야에서 사용되나, 본 발명에서는 설명의 편의를 위해 태양광 분야에서 사용된 후 폐기된 실리카 제품을 세정단계를 거쳐 실리카를 재생시키는 과정에 대해서만 일예를 들어 설명한다.In the case of the silica product, it is used in various industrial fields such as photovoltaic, semiconductor, optical devices, medical devices, etc., but in the present invention, for convenience of description, the silica product discarded after being used in the photovoltaic field is cleaned through a cleaning step to silica Only the process of reproducing will be described with an example.

먼저, 태양광 분야에서는 실리카가 폴리 실리콘을 이용한 잉곳(Ingot)을 제조하는 도가니를 제작하는 용도로 사용됨으로써 상기 실리카에 폴리 실리콘이 부착되어 있는 상태이다.First, in the solar field, silica is used for manufacturing a crucible for manufacturing an ingot using polysilicon, so polysilicon is attached to the silica.

따라서, 사용 후 폐기된 실리카 제품으로부터 고순도의 실리카를 얻기 위해서는 상기 실리카로부터 폴리 실리콘을 제거해야 함으로써 상기 세정단계(S110)의 물리적 세정단계(S111)를 거쳐 상기 실리카로부터 폴리 실리콘을 제거한다.Therefore, in order to obtain high-purity silica from silica products discarded after use, polysilicon must be removed from the silica, and thus polysilicon is removed from the silica through the physical cleaning step (S111) of the cleaning step (S110).

예를 들면, 상기 폴리 실리콘은 석영 도가니에서 용융된 상태이므로 상기 폴리 실리콘과 실리카의 접착력은 매우 강한 상태이므로 상기 물리적 세정단계(S111)에서는 다이아몬드 커터기와 해머 등과 같은 도구를 이용한 물리적인 방법을 통해 상기 실리카로부터 폴리 실리콘을 제거한다.For example, since the polysilicon is in a molten state in a quartz crucible, the adhesion between the polysilicon and silica is very strong, so in the physical cleaning step (S111), the physical method using tools such as a diamond cutter and a hammer is performed. Remove polysilicon from silica.

이후, 상기 실리카에 남아 있는 폴리 실리콘은 화학적 세정단계(S112)를 통해 상기 실리카로부터 제거된다.Thereafter, the polysilicon remaining in the silica is removed from the silica through a chemical cleaning step (S112).

상기 화학적 세정단계(S112)에서는 상기 물리적인 방법을 통해 폴리 실리콘을 제거한 실리카를 화학약품으로 에칭시켜 상기 실리카에 부착되어 있는 잔여 폴리 실리콘을 제거하는 단계이다.The chemical cleaning step (S112) is a step of etching the silica from which polysilicon is removed through the physical method with a chemical to remove residual polysilicon attached to the silica.

여기서, 상기 실리카에 부착되어 있는 잔여 폴리 실리콘을 에칭시키는 화학약품으로는 일반적으로 반도체 공정에서 사용되어지는 폴리 실리콘 에칭약품을 사용할 수 있다.Here, a polysilicon etchant generally used in a semiconductor process can be used as a chemical for etching residual polysilicon attached to the silica.

한편, 상기 세정단계(S110)는 린스 처리단계(S113)와 건조단계(S114)를 더 포함할 수 있다.Meanwhile, the cleaning step (S110) may further include a rinsing step (S113) and a drying step (S114).

상기 린스 처리단계(S113)는 상기 화학약품에 의해 에칭된 실리카를 세정액과 물을 이용하여 물의 pH 농도가 6.0 내지 8.0이 될 때까지 상기 실리카를 린스 처리하여 세정하는 단계이다.The rinsing step (S113) is a step of rinsing and cleaning the silica etched by the chemicals using a cleaning solution and water until the pH concentration of the water is 6.0 to 8.0.

상기 건조단계(S114)는 상기 린스 처리된 실리카의 수분에 의한 오염을 방지하기 위해 상기 린스 처리된 실리카를 100℃ 이상의 고온에서 배기 상태로 강제 건조시키는 단계이다.The drying step (S114) is a step of forcibly drying the rinsed silica in an exhaust state at a high temperature of 100° C. or higher to prevent contamination of the rinsed silica by moisture.

상기 파쇄단계(S130)는 상기 세정단계에 의해 세정 처리된 고순도의 실리카를 원하는 입자의 크기, 분포, 형상을 가지도록 파쇄하는 단계이다.The crushing step (S130) is a step of crushing the high-purity silica cleaned by the washing step to have a desired particle size, distribution, and shape.

상기 파쇄단계(S130)는 먼저 실리카를 수cm 단위의 크기로 1차 파쇄한 후, 이를 다시 수mm 단위의 크기로 파쇄하게 된다. 이와 같은 파쇄과정은 일정 크기 이상의 재료를 수mm 단위의 입자 크기로 파쇄하는 과정으로써 Jaw Crusher, Cone Crusher, Impact Crusher 등을 사용하여 상기 실리카를 파쇄하는 것이 바람직하다.In the crushing step (S130), the silica is firstly crushed to a size of several centimeters, and then crushed again to a size of several millimeters. Such a crushing process is a process of crushing a material of a certain size or more into a particle size of several mm, and it is preferable to crush the silica using a jaw crusher, cone crusher, impact crusher, or the like.

상기와 같이 실리카를 원하는 입자의 크기, 분포, 형상을 가지도록 파쇄한 다음에는, 상기 입도 분리단계(S140)를 통해 상기 다수의 입자 크기를 가지도록 파쇄된 실리카를 입도별로 분리하게 된다.After crushing the silica to have a desired particle size, distribution, and shape as described above, the silica crushed to have a plurality of particle sizes is separated by particle size through the particle size separation step (S140).

여기서, 상기 파쇄된 실리카는 0.5mm 내지 1mm, 0.2mm 내지 0.5mm, 200mesh의 입도로 분리되는 것이 바람직하다.Here, the crushed silica is preferably separated into a particle size of 0.5mm to 1mm, 0.2mm to 0.5mm, 200mesh.

상기와 같이 파쇄된 실리카를 입도별로 분리한 다음에는, 상기 혼합단계(S150)를 실행하게 된다.After the crushed silica is separated by particle size as described above, the mixing step (S150) is performed.

상기 혼합단계(S150)는 상기 입도별로 분리된 실리카를 미리 정해진 혼합 비율로 혼합한 후, 점토, 소결제, 바인더 및, 유기물을 첨가한 후 10분 내지 15분 정도로 혼합시키는 과정이다.The mixing step (S150) is a process of mixing the silica separated by particle size at a predetermined mixing ratio, then adding clay, a sintering agent, a binder, and an organic material, and then mixing for about 10 to 15 minutes.

상기 혼합단계(S150)에서 상기 입도별로 분리된 실리카는 0.5mm 내지 1mm 입자 10 내지 30 중량부, 0.2mm 내지 0.5mm 입자 20 내지 60 중량부, 200mesh 입자 10 내지 30 중량부의 비율로 혼합될 수 있다.In the mixing step (S150), the silica separated by particle size may be mixed in a ratio of 10 to 30 parts by weight of 0.5 mm to 1 mm particles, 20 to 60 parts by weight of 0.2 mm to 0.5 mm particles, and 10 to 30 parts by weight of 200 mesh particles. .

상기 혼합단계(S150)에서 상기 입도별로 분리된 실리카를 상술한 바와 같은 0.5mm 내지 1mm 입자 10 내지 30 중량부, 0.2mm 내지 0.5mm 입자 20 내지 60 중량부, 200mesh 입자 10 내지 30 중량부의 비율로 혼합하는 이유는 진공 압출 성형단계(S180)에서 숙성된 반중을 정해진 필터 형상으로 진공 압출할 시에 충진 밀도를 높이고 기공 크기를 조정하기 위함이다.In the mixing step (S150), the silica separated by particle size is prepared in a ratio of 10 to 30 parts by weight of 0.5 mm to 1 mm particles, 20 to 60 parts by weight of 0.2 mm to 0.5 mm particles, and 10 to 30 parts by weight of 200 mesh particles as described above. The reason for mixing is to increase the packing density and adjust the pore size when vacuum extruding the half weight aged in the vacuum extrusion molding step (S180) into a predetermined filter shape.

상기 점토는 세라믹 필터를 제조할 시 점력을 올려주고 소결온도를 높여 세라믹 필터의 강도를 향상시키기 위해 혼합되는 것으로서 5 내지 15중량부의 비율로 혼합되는 것이 바람직하다.The clay is mixed to increase the strength of the ceramic filter by increasing the viscosity and increasing the sintering temperature when manufacturing the ceramic filter, and is preferably mixed in an amount of 5 to 15 parts by weight.

한편, 상기 혼합단계(S150)에서 상기 소결제는 5 내지 20중량부의 비율로 혼합되는 것이 바람직하다.Meanwhile, in the mixing step (S150), the sintering agent is preferably mixed in an amount of 5 to 20 parts by weight.

예를 들면, 상기 소결제로는 유약, 파유리, 프릿트(frit) 등을 사용하는 것이 바람직하다.For example, it is preferable to use glaze, cullet, frit, etc. as the sintering agent.

또한, 상기 혼합단계(S150)에서 바인더는 1 내지 5 중량부의 비율로 혼합되는 것이 바람직하다.In the mixing step (S150), the binder is preferably mixed in an amount of 1 to 5 parts by weight.

예를 들면, 상기 바인더는 진공 압출 성형단계(S180)에서 진공 압출 성형에 의해 생산될 세라믹 필터의 점력을 보강시키는 재료로서 PVA, MC, 전분 등과 같은 유기 바인더물질을 사용하는 것이 바람직하다.For example, the binder is preferably an organic binder material such as PVA, MC, or starch as a material for reinforcing the viscosity of the ceramic filter to be produced by vacuum extrusion in the vacuum extrusion molding step (S180).

또한, 상기 혼합단계(S150)에서 유기물은 20 내지 30 중량부로 혼합되는 것이 바람직하다.Also, in the mixing step (S150), the organic material is preferably mixed in an amount of 20 to 30 parts by weight.

예를 들면, 상기 유기물로는 고온 소성단계(S200)에서 타서 진공 압출 성형된 필터에 기공을 형성할 수 있는 톱밥, 쌀겨, 카본 등을 사용하는 것이 바람직하다.For example, as the organic material, it is preferable to use sawdust, rice bran, carbon, etc. that can form pores in the vacuum extruded filter by burning in the high-temperature firing step (S200).

한편, 상기 유기물은 고온 소성단계(S200)에서 타서 진공 압출 성형된 필터에 1.0㎛ 크기의 기공을 형성할 수 있도록 0.1mm 내지 2mm의 입자 20 내지 30 중량부를 혼합하는 것이 바람직하다.On the other hand, the organic material is preferably mixed with 20 to 30 parts by weight of particles having a size of 0.1 mm to 2 mm so as to form pores of 1.0 μm in the vacuum extrusion molded filter in the high-temperature firing step (S200).

상술한 바와 같이 진공 압출 성형된 필터를 고온 소성단계(S200)에서 고온으로 가열할 시 상기 유기물이 타서 진공 압출 성형된 필터에 1.0㎛ 크기의 기공을 형성함으로써 상기 세라믹 필터의 경우 초 미세먼지까지 필터링할 수 있다.As described above, when the vacuum extrusion molded filter is heated to a high temperature in the high temperature sintering step (S200), the organic matter is burned to form pores with a size of 1.0 μm in the vacuum extrusion molded filter, thereby filtering even ultra-fine dust in the case of the ceramic filter. can do.

상기 혼련단계(S160)는 상기 혼합단계(S150)에서 점토, 소결제, 바인더 및, 유기물이 첨가되어 혼합된 실리카에 물과 윤활제를 혼합한 후 1분 내지 3분 정도로 충분하게 다져서 반죽을 만드는 과정이다.The kneading step (S160) is a process of making dough by mixing water and a lubricant with the silica mixed with clay, sintering agent, binder, and organic matter added in the mixing step (S150) and then sufficiently compacting them for about 1 to 3 minutes. am.

여기서, 상기 물은 15 내지 20 중량부, 상기 윤활제는 1 내지 5 중량부의 비율로 혼합되는 것이 바람직하다.Here, it is preferable that the water is mixed in a ratio of 15 to 20 parts by weight and the lubricant is 1 to 5 parts by weight.

예를 들면, 상기 윤활제는 혼련단계(S160)에서 만들어진 반죽을 정해진 필터 형태로 진공 압출 성형할 시 마찰을 줄이기 위한 것으로서 오레인산, 미강유, 식용유 등을 사용하는 것이 바람직하다.For example, the lubricant is to reduce friction when the dough made in the kneading step (S160) is vacuum extruded into a predetermined filter shape, and it is preferable to use oleic acid, rice bran oil, cooking oil, or the like.

상기 숙성단계(S170)는 상기 혼련단계(S160)에서 다져진 반죽을 밀폐시킨 후 소정 시간동안 일정한 온도에서 숙성시킴으로써 반죽 내에 포함되어 있는 에어를 제거할 수 있도록 한다.In the aging step (S170), air contained in the dough can be removed by sealing the dough compacted in the kneading step (S160) and then aging it at a constant temperature for a predetermined time.

예를 들면, 상기 숙성단계(S170)는 상기 혼련단계(S160)에서 다져진 반죽을 밀폐시킨 후 20℃ 내지 30℃의 온도에서 6시간 내지 36시간 동안 숙성시켜 반죽 내에 포함되어 있는 에어를 제거할 수 있도록 한다.For example, in the ripening step (S170), air contained in the dough may be removed by sealing the dough compacted in the kneading step (S160) and then aging it at a temperature of 20 ° C to 30 ° C for 6 to 36 hours. let it be

상기 진공 압출 성형단계(S180)는 상기와 같은 숙성단계(S170)를 거친 반죽을 정해진 필터 형상으로 진공 압출 성형하는 과정이다.The vacuum extrusion molding step (S180) is a process of vacuum extrusion molding the dough that has undergone the aging step (S170) as described above into a predetermined filter shape.

여기서, 상기 숙성단계(S170)를 거친 반죽을 상기 진공 압출 성형단계(S180)를 거쳐 정해진 필터 형상으로 진공 압출 성형하는 이유는 상기 혼련단계(S160)에서 다져진 반죽을 숙성단계(S170)를 통해 반죽에 포함되어 있는 에어를 제거한다 하더라도, 숙성단계(S170) 이후에도 반죽에 에어가 포함되어 있으므로 진공 압출 성형(S180)을 하지 않게 되면, 성형된 세라믹 필터가 에어가 포함된 상태에서 건조단계(S190)와 고온 소성단계(S200)를 거치게 된다.Here, the reason for vacuum extruding the dough that has passed through the aging step (S170) into a predetermined filter shape through the vacuum extrusion step (S180) is to knead the dough compacted in the kneading step (S160) through the aging step (S170). Even if the air contained in is removed, since air is included in the dough even after the aging step (S170), if vacuum extrusion molding (S180) is not performed, the molded ceramic filter is dried in a state containing air (S190) and a high-temperature firing step (S200).

이와 같이 성형된 세라믹 필터가 에어가 포함된 상태에서 건조단계(S190)와 고온 소성단계(S200)를 거치게 되면 에어가 포함되어 있는 세라믹 필터 부위가 부풀어 오르는 블로팅(bloating) 현상이 발생되며, 상기 블로팅 현상이 발생된 부분은 매우 쉽게 깨지는 현상이 발생되어 세라믹 필터의 강도 저하가 발생될 뿐만 아니라 균일한 품질을 유지할 수 없다는 문제점이 발생된다.When the molded ceramic filter passes through the drying step (S190) and the high-temperature firing step (S200) in a state in which air is contained, a bloating phenomenon occurs in which the portion of the ceramic filter containing air swells. The part where the blotting phenomenon occurs is very easily broken, so that not only the strength of the ceramic filter is lowered, but also the quality cannot be maintained uniformly.

따라서, 숙성단계(S170)에서 반죽에 포함되어 있는 에어를 1차적으로 제거한 후, 상기 반죽을 정해진 필터 형상으로 진공 압출 성형하게 됨으로써 숙성단계(S170) 이후에도 반죽에 포함되어 있는 잔여 에어를 2차적으로 완벽하게 제거함으로써, 진공 압출 성형단계(S180)를 통해 정해진 필터 형상으로 성형된 세라믹 필터가 건조단계(S190)와 고온 소성단계(S200)를 거친다 하더라도 블로팅 현상이 발생되지 않게 되어 세라믹 필터의 강도 저하 현상이 발생되지 않을 뿐만 아니라 균일한 품질의 세라믹 필터를 생산할 수 있도록 한다.Therefore, after the air contained in the dough is primarily removed in the aging step (S170), the dough is vacuum-extruded into a predetermined filter shape to secondarily remove the remaining air contained in the dough even after the aging step (S170). By completely removing, even if the ceramic filter molded into a predetermined filter shape through the vacuum extrusion step (S180) goes through the drying step (S190) and the high-temperature firing step (S200), the blotting phenomenon does not occur, thereby increasing the strength of the ceramic filter Deterioration does not occur, and ceramic filters of uniform quality can be produced.

상기 건조단계(S190)는 상기 진공 압출 성형단계(S180)를 거쳐 정해진 필터 형상으로 성형된 세라믹 필터를 소정 시간동안 일정한 온도로 건조시키는 과정이다.The drying step (S190) is a process of drying the ceramic filter molded into a predetermined filter shape through the vacuum extrusion step (S180) at a constant temperature for a predetermined time.

예를 들면, 상기 건조단계(S190)는 상기 진공 압출 성형되어 생산된 필터를 100℃에서 적어도 24시간 동안 건조시키는 것이 바람직하다.For example, in the drying step (S190), it is preferable to dry the filter produced by vacuum extrusion at 100° C. for at least 24 hours.

상기 고온 소성단계(S200)는 상기 건조단계(S190)에서 건조된 필터를 고온으로 가열하여 표면 조직을 치밀화 시킴과 동시에 상기 유기물을 태워 기공을 형성시키는 과정이다.The high-temperature baking step (S200) is a process of heating the dried filter in the drying step (S190) to a high temperature to densify the surface structure and at the same time burn the organic matter to form pores.

예를 들면, 상기 고온 소성단계(S200)는 상기 건조단계(S190)에서 건조된 필터를 1000℃ 내지 1200℃로 적어도 12시간 동안 가열하여 표면 조직을 치밀화시켜 내열 충격성을 향상시킴과 동시에 상기 유기물을 태워 기공을 형성시키는 것이 바람직하다.For example, in the high-temperature firing step (S200), the filter dried in the drying step (S190) is heated at 1000 ° C to 1200 ° C for at least 12 hours to densify the surface structure to improve thermal shock resistance and at the same time to remove the organic material. It is preferable to burn to form pores.

이와 같은 고온 소성단계(S200)는 예열단계, 소성단계, 냉각단계를 포함할 수 있으며, 예열단계와 냉각단계는 약 1℃/분 내지 2℃/분 정도로 수행하는 것이 바람직하며, 소성단계는 1000℃ 내지 1200℃의 고온로에서 소성하는 것이 바람직하며 적어도 12시간 정도 소성을 진행하는 것이 바람직하다.Such a high-temperature firing step (S200) may include a preheating step, a firing step, and a cooling step, and the preheating step and the cooling step are preferably performed at about 1 ° C./min to 2 ° C./min. It is preferable to calcine in a high temperature furnace of ℃ to 1200 ℃, and it is preferable to proceed with calcination for at least 12 hours.

여기서, 상기 고온 소성단계(S200)는 셔틀 가마 또는 터널로를 이용하는 것이 바람직하다.Here, it is preferable to use a shuttle kiln or a tunnel furnace in the high-temperature firing step (S200).

이와 같이 제조된 세라믹 필터는 정해진 입도별로 분리된 실리카를 미리 정해진 혼합 비율로 혼합하여 제조함으로써 열팽창계수가 0.5x10-6/℃ 정도로 낮아 내열 충격성이 매우 좋음으로써 열팽창으로 인하여 세라믹 필터가 파손되는 현상을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 고온 소성단계(S200)를 거쳐 표면 조직을 치밀화시킴으로써 내열 충격성을 더욱 향상시킴과 동시에 내 Air pulse 압력이 4.5-5.0kg/cm2가 됨으로써 500℃ 이상의 고온의 환경조건 뿐만 아니라 5kg/cm2 이상 되는 고압의 환경조건에서도 무리 없이 사용할 수 있다.The ceramic filter manufactured as described above has a thermal expansion coefficient as low as 0.5x10 -6 /℃ and has very good thermal shock resistance by mixing silica separated by predetermined particle size at a predetermined mixing ratio, thereby preventing damage to the ceramic filter due to thermal expansion. Not only can it be prevented, but the thermal shock resistance is further improved by densifying the surface structure through the high-temperature firing step (S200), and at the same time, the air pulse pressure becomes 4.5-5.0kg/cm In addition, it can be used without difficulty even in high-pressure environmental conditions of 5 kg/cm 2 or more.

상기 고온 소성단계(S200)가 완료되면 검사단계를 진행한 후 출하를 하게 된다.식용유When the high-temperature firing step (S200) is completed, the inspection step is performed and then shipment is performed. Edible oil

한편, 상기 세라믹 필터 제조 시 사용되는 실리카는 천연 실리카를 사용하거나 천연 결정질의 실리카를 용융시킨 후 상온에서 냉각시킨 용융 실리카를 사용할 수도 있다.Meanwhile, as the silica used in manufacturing the ceramic filter, natural silica or fused silica obtained by melting natural crystalline silica and then cooling it at room temperature may be used.

이와 같이 상기 용융 실리카를 이용하여 세라믹 필터를 진공 압출 성형하여 제조할 경우에는, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 세정단계(S110)는 제외되고 상기 파쇄단계(S130) 이전에 고순도의 실리카를 용융시킨 후 상온에서 냉각시켜 용융 실리카를 제조하는 용융 실리카 제조단계(S120)를 더 포함 할 수 있다.In this way, when the ceramic filter is manufactured by vacuum extrusion using the fused silica, as shown in FIG. Then, a fused silica manufacturing step (S120) of preparing fused silica by cooling at room temperature may be further included.

상술한 바와 같은 세라믹 필터 제조방법을 통해 용융 실리카를 이용하여 세라믹 필터를 제조할 경우 일반 천연 결정질 실리카를 사용하여 제작된 세라믹 필터에 비하여 열팽창계수를 더욱 낮출 수 있다.When a ceramic filter is manufactured using fused silica through the method for manufacturing a ceramic filter as described above, the coefficient of thermal expansion can be further lowered compared to a ceramic filter manufactured using general natural crystalline silica.

즉, 일반 천연 결정질 실리카의 경우 열팽창계수는 11x10-6/℃이며, 상기 일반 천연 결정질 실리카를 용융시킨 후 자연 냉각시킨 비정질 구조의 용융 실리카의 경우 분자구조의 변화로 인해 열팽창계수는 0.5x10-6/℃이다.That is, in the case of general natural crystalline silica, the thermal expansion coefficient is 11x10 -6 / ° C, and in the case of fused silica having an amorphous structure, which is naturally cooled after melting the general natural crystalline silica, the thermal expansion coefficient is 0.5x10 -6 due to a change in molecular structure. /℃.

이와 같이 용융 실리카를 이용하여 제조된 세라믹 필터의 경우 열팽창계수를 더욱 낮출 수 있으므로 내열 충격성을 더욱 향상시킬 수 있다.In the case of a ceramic filter manufactured using fused silica as described above, the coefficient of thermal expansion can be further lowered, and thus thermal shock resistance can be further improved.

상술한 바와 같은 과정을 통해 제조된 세라믹 필터는 사용 후 폐기된 실리카를 고순도화시켜 재활용함으로써 자원 낭비를 줄일 수 있음과 더불어 제조 원가를 대폭 절감할 수 있다.The ceramic filter manufactured through the process described above can reduce waste of resources and significantly reduce manufacturing costs by repurifying and recycling discarded silica after use.

또한, 상기 세라믹 필터는 입도별로 분리된 실리카를 이용함으로써 내약품성이 우수하여 화학공정에서도 사용할 수 있을 뿐만 아니라, 열팽창계수가 낮아 내열 충격성이 매우 좋음으로써 열팽창으로 인하여 세라믹 필터가 파손되는 것을 방지할 수 있으며, 고온 소성단계(S200)를 거쳐 표면 조직을 치밀화시킴으로써 내열 충격성과 내 Air pulse 압력을 더욱 향상시켜 500℃ 내지 1000℃ 정도 되는 고온의 환경조건 뿐만 아니라 5kg/cm2 이상 되는 고압의 환경조건에서도 무리 없이 사용할 수 있다.In addition, since the ceramic filter uses silica separated by particle size, it has excellent chemical resistance and can be used in chemical processes, and has a low coefficient of thermal expansion and very good thermal shock resistance, so that the ceramic filter can be prevented from being damaged due to thermal expansion. In addition, by densifying the surface structure through the high-temperature firing step (S200), the thermal shock resistance and air pulse pressure are further improved, not only in high-temperature environmental conditions of about 500 ° C to 1000 ° C, but also in high-pressure environmental conditions of 5 kg / cm 2 or more. It can be used without difficulty.

또한, 상기 세라믹 필터는 혼련단계(S160)를 통해 만들어진 반죽 내에 포함되어 있는 에어가 숙성단계(S170)를 거쳐 1차적으로 제거되고, 숙성단계(S170)를 통해 제거되지 않은 반죽에 포함된 에어의 경우 진공 압출 성형단계(S180)를 거쳐 2차적으로 완벽하게 제거됨으로써 진공 압출 성형단계(S180)를 통해 생산된 필터가 건조단계(S190)와 고온 소성단계(S200)를 거친다 하더라도 세라믹 필터의 표면이 부풀어 오르는 블로팅 현상이 발생되지 않음으로써 제품의 균일한 품질을 유지하여 대고객 신뢰도를 대폭 향상시킬 수 있고, 불량 발생률을 대폭 줄여 생산성을 향상시킴과 동시에 세라믹 필터의 강도 저하 현상을 방지할 수 있는 장점이 있다.In addition, in the ceramic filter, the air contained in the dough made through the kneading step (S160) is primarily removed through the aging step (S170), and the air contained in the dough that is not removed through the aging step (S170) In this case, even if the filter produced through the vacuum extrusion step (S180) goes through the drying step (S190) and the high-temperature firing step (S200), the surface of the ceramic filter is completely removed through the vacuum extrusion step (S180). The advantage of being able to significantly improve customer reliability by maintaining uniform quality of the product by not causing swelling and blotting, and improving productivity by significantly reducing the occurrence rate of defects and preventing the deterioration of ceramic filter strength at the same time there is

또한, 상기 세라믹 필터는 고온 소성단계(S200)에서 유기물이 타서 없어지면서 기공이 형성되는 방법을 사용함으로써 1.0㎛ 크기의 기공까지도 형성할 수 있다.In addition, the ceramic filter may form pores even with a size of 1.0 μm by using a method in which pores are formed while organic materials are burnt away in the high-temperature firing step (S200).

따라서, 상기 세라믹 필터를 공기 청정기 등과 같은 제품에 적용하게 되면 최근 들어 사회적으로 이슈가 되고 있는 초미세 먼지까지도 필터링할 수 있을 뿐만 아니라, 흐르는 물에 간단하게 세척만 하면 됨으로써 유지 관리가 매우 편리하다는 장점이 있다.Therefore, when the ceramic filter is applied to products such as air purifiers, it can filter even ultra-fine dust, which has recently become a social issue, and maintenance is very convenient as it can be simply washed with running water. there is

본 발명의 일실시예에 의한 세라믹 필터와 그래핀을 이용한 미세먼지 및 이산화탄소 제거를 위한 공기 청정기에 의하면 상술한 바와 같은 과정을 통해 제조된 세라믹 필터를 개질된 산화그래핀 에탄올 수용액에 함침시켜 교반한 후 건조시킴으로써 상기 세라믹 필터에 산화그래핀을 코팅시켜 그래핀 세라믹 필터를 제조하게 된다.According to an air purifier for removing fine dust and carbon dioxide using a ceramic filter and graphene according to an embodiment of the present invention, the ceramic filter manufactured through the above-described process is impregnated with a modified graphene oxide ethanol aqueous solution and stirred. After drying, graphene oxide is coated on the ceramic filter to manufacture a graphene ceramic filter.

보다 상세하게 설명하면, 상기 그래핀 세라믹 필터(130)는 실란 커플링제인 GPTMS(3-Glycidyloxyproply trimethoxysilane)를 에탄올수용액에 넣어 가수분해 시킨 후 산화그래핀과 함께 교반시켜 상기 산화그래핀의 표면을 개질시킨 다음, 상기 개질된 산화그래핀 에탄올 수용액에 상술한 바와 같이 도 2 내지 도 4를 참조하여 설명한 과정을 통해 제조된 세라믹 필터를 함침시켜 교반한 후 건조시킴으로써 상기 세라믹 필터에 산화그래핀을 코팅시켜 제조될 수 있다.More specifically, the graphene ceramic filter 130 is hydrolyzed by putting GPTMS (3-Glycidyloxyproply trimethoxysilane), a silane coupling agent, in an aqueous ethanol solution, and then stirring together with graphene oxide to modify the surface of the graphene oxide. Then, the modified graphene oxide ethanol solution is impregnated with the ceramic filter prepared through the process described with reference to FIGS. 2 to 4 as described above, stirred, and then dried to coat the ceramic filter with graphene oxide can be manufactured.

상기 산화그래핀은 많이 알려진 Hummer's 기법에 의해 그라파이트(Graphite)를 화학적으로 박리하여 제조할 수 있다.The graphene oxide can be prepared by chemically exfoliating graphite by a well-known Hummer's technique.

도 5는 산화그래핀을 제조하는 과정을 설명하기 위한 사진으로, 상기 산화그래핀은 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이 그라파이트 파우더 1g, 산화제인 NaNO3 2g, KMnO4 3g을 진한황산(H2SO4) 용액에 넣고 4℃에서 5시간 교반하고, 온도를 상온으로 올린 후 3일간 더 교반한 다음, 도 5의 (b) 와 (c)에 도시된 바와 같이 증류수를 서서히 넣어서 용액이 갈색을 거쳐 노란색으로 되는 것을 확인하면서 반응을 종결시킴으로써 제조하게 된다.5 is a photograph for explaining a process of manufacturing graphene oxide . As shown in FIG. H 2 SO 4 ) solution, stirred at 4 ° C for 5 hours, raised the temperature to room temperature, stirred for 3 more days, and then slowly added distilled water as shown in FIG. 5 (b) and (c) to make the solution It is prepared by terminating the reaction while confirming that it turns yellow through brown.

도 6은 도 5에 도시된 바와 같은 과정을 통해 제조된 20nm, 100nm, 500nm 두께의 산화그래핀을 투과전자현미경으로 관찰한 이미지로서, 도 6에 도시된 바와 같이 도 5에 도시된 바와 같은 과정을 통해 제조된 산화그래핀을 투과전자현미경으로 관찰한 경과 상기 산화그래핀은 수 nm 두께의 얇은 박막 형태이며 망상구조를 갖는 판형 형태임을 알 수 있다.6 is an image of graphene oxide of 20 nm, 100 nm, and 500 nm in thickness observed with a transmission electron microscope prepared through the process shown in FIG. 5, and the process shown in FIG. As a result of observing the graphene oxide produced through a transmission electron microscope, it can be seen that the graphene oxide is in the form of a thin film with a thickness of several nm and has a plate-like form with a network structure.

또한, 상기 산화그래핀은 층이 여러 겹으로 겹쳐있어 어둡게 보이는 부분들이 많은 것을 보아 분산이 수용액에서 잘 된 것을 확인할 수 있다.In addition, it can be seen that the graphene oxide is well dispersed in an aqueous solution by seeing that there are many dark parts because the layers are overlapped in several layers.

도 7은 산화그래핀에 GPTMS를 개질한 모습을 도시한 이미지로서, 도 7에 도시된 바와 같이 실란 커플링제인 GPTMS(3-Glycidyloxyproply trimethoxysilane)를 에탄올수용액에 넣어 가수분해 시킨 후 30분간 40℃에서 산화그래핀과 함께 교반시켜 상기 산화그래핀의 표면을 개질시킨다.FIG. 7 is an image showing a state in which GPTMS is modified in graphene oxide. As shown in FIG. 7, after hydrolyzing GPTMS (3-Glycidyloxyproply trimethoxysilane), a silane coupling agent, in an aqueous ethanol solution, at 40° C. for 30 minutes It is stirred together with graphene oxide to modify the surface of the graphene oxide.

이후, 상기 개질된 산화그래핀 에탄올 수용액에 세라믹 필터를 함침시켜 약 2일간 약하게 교반한 후, 이를 강제순환식 오븐에서 50℃로 24시간 건조시켜 산화그래핀을 세라믹 필터에 코팅시켜 그래핀 세라믹 필터(130)를 제조하게 된다.Thereafter, the modified graphene oxide ethanol solution was impregnated with a ceramic filter, stirred gently for about 2 days, and then dried in a forced circulation oven at 50° C. for 24 hours to coat the ceramic filter with graphene oxide to graphene ceramic filter. (130) is produced.

한편, 상기와 같이 제조된 그래핀 세라믹 필터(130)를 사용하여 미세먼지를 제거하기 위해서는 상기 그래핀 세라믹 필터(130)의 산화그래핀을 소수성으로 변환시켜야 한다.On the other hand, in order to remove fine dust using the graphene ceramic filter 130 manufactured as described above, graphene oxide of the graphene ceramic filter 130 must be converted to hydrophobicity.

즉, 공기나 배기가스 중 수분이 존재하는 경우 수분 응축에 의해 그래핀 세라믹 필터(130)의 막힘 현상을 방지할 뿐만 아니라, 대부분의 미세먼지는 소수성을 가지며, 미세먼지의 상당수가 정전기를 가짐으로써 보다 높은 효율의 필터 성능을 유지하기 위해서는 상기 그래핀 세라믹 필터(130)의 산화그래핀을 소수성 및 전도성을 갖게 환원시키는 것이 바람직하다.That is, when moisture is present in the air or exhaust gas, it not only prevents clogging of the graphene ceramic filter 130 due to moisture condensation, but also most of the fine dust has hydrophobicity, and a significant amount of fine dust has static electricity. In order to maintain higher efficiency filter performance, it is preferable to reduce the graphene oxide of the graphene ceramic filter 130 to have hydrophobicity and conductivity.

상기 그래핀 세라믹 필터(130)에 코팅된 산화그래핀을 소수성 및 전도성을 갖게 하기 위한 환원은 다음과 같은 과정을 통해 진행한다.Reduction to make the graphene oxide coated on the graphene ceramic filter 130 hydrophobic and conductive proceeds through the following process.

먼저, 증류수 700ml에 환원제 H4N2를 7ml의 비율(1/100)로 첨가한 용액에 그래핀 세라믹 필터(130)를 넣고 24시간 동안 환원 반응을 진행시킨 후, 그래핀 세라믹 필터(130)는 건조오븐을 사용하여 50℃에서 12시간 동안 건조함으로써 그래핀 세라믹 필터(130)의 환원을 완료하게 된다.First, the graphene ceramic filter 130 is placed in a solution in which 700 ml of distilled water and the reducing agent H 4 N 2 are added at a ratio of 7 ml (1/100), and a reduction reaction is performed for 24 hours. Then, the graphene ceramic filter 130 The reduction of the graphene ceramic filter 130 is completed by drying at 50° C. for 12 hours using a drying oven.

도 8은 세라믹A, B와 그래핀을 코팅한 세라믹A, B 및 코팅된 그래핀을 환원시킨 세라믹A, B를 도시한 사진이며, 도 9는 세라믹A, B와 그래핀을 코팅한 세라믹A, B 및 코팅된 그래핀을 환원시킨 세라믹A, B의 전자현미경 관찰이미지이다.8 is a photograph showing ceramics A and B coated with ceramics A and B and graphene and ceramics A and B obtained by reducing the coated graphene, and FIG. 9 is a photograph showing ceramics A and B coated with graphene. , B and ceramics A and B in which the coated graphene is reduced.

도 8 내지 도 9에 도시된 바와 같이 전자현미경 관찰 결과 세라믹B가 세라믹A 보다 기공이 작아서 비교적 촘촘해 보이는 것을 확인할 수 있다. 한편, 도 9의 (b)(e)에 도시된 바와 같이 그래핀을 코팅한 세라믹A, B에서 산화그래핀은 세라믹A, B 위에 코팅되어 있는 것을 확인할 수 있으며, 코팅된 그래핀을 환원시킨 세라믹A, B는 도 9의 (c)(f)에 도시된 바와 같이 그래핀을 코팅한 세라믹A, B(도 9의 (b)(e) 참조) 보다 비교적 주름지고 엉켜있는 모습을 확인할 수 있다. 또한, 도 9의 (b)(e)에 도시된 바와 같이 그래핀을 코팅한 세라믹A, B는 여러 층이 서로 산소와 연결되어 있어 층간 거리가 가까워 보이며, 도 9의 (c)(f)에 도시된 바와 같이 코팅된 그래핀을 환원시킨 세라믹A, B는 환원제를 통해 환원을 시켜 산소분자가 제거되었기 때문에 층간 거리가 더 멀어진 것을 확인할 수 있다.As shown in FIGS. 8 to 9 , as a result of electron microscope observation, it can be confirmed that ceramic B has smaller pores than ceramic A, and thus appears relatively dense. On the other hand, as shown in (b) (e) of FIG. 9, it can be confirmed that graphene oxide is coated on ceramics A and B in ceramics A and B coated with graphene, and the coated graphene is reduced. As shown in (c) (f) of FIG. 9, ceramics A and B were relatively wrinkled and tangled than ceramics A and B coated with graphene (see (b) (e) of FIG. 9). there is. In addition, as shown in (b) (e) of FIG. 9, in ceramics A and B coated with graphene, the distance between layers seems close because several layers are connected to each other with oxygen, and in (c) (f) of FIG. As shown in , it can be confirmed that the distance between the layers of ceramics A and B, in which the coated graphene is reduced, is further increased because oxygen molecules are removed through reduction through a reducing agent.

상기 그래핀 멤브레인 하이브리드 필터(140)는 상기 그래핀 세라믹 필터(130)에 의해 미세먼지가 제거된 공기가 통과됨에 따라 상기 공기로부터 이산화탄소를 포획하여 분리시킬 수 있도록 한다.The graphene membrane hybrid filter 140 captures and separates carbon dioxide from the air as the air from which fine dust is removed by the graphene ceramic filter 130 passes.

NMP(ml)NMP (ml) PVDF(g)PVDF (g) PEG(g)PEG (g) 산화그래핀(g)Graphene oxide (g) 비고 산화그래핀Remarks Graphene oxide 1One 1010 0.460.46 -- -- 0wt%0wt% 22 1010 1.371.37 0.460.46 0.460.46 20wt%20wt% 33 1010 1.371.37 0.460.46 0.9150.915 33wt%33wt% 44 1010 1.371.37 0.460.46 1.371.37 43wt%43wt%

표 1은 그래핀 멤브레인 하이브리드 필터 제작을 위한 성분 조성비로서, 상기 그래핀 멤브레인 하이브리드 필터(140)는 표1에 표시된 바와 같이 소정량의 PVDF를 NMP 용매에 용해시킨 후 PEG(polyethylene glycol)와 산화그래핀을 소정비율로 투입하여 혼합하였다.Table 1 is a composition ratio of components for manufacturing a graphene membrane hybrid filter. As shown in Table 1, the graphene membrane hybrid filter 140 is obtained by dissolving a predetermined amount of PVDF in an NMP solvent and then adding PEG (polyethylene glycol) and graphene oxide. Pins were added at a predetermined ratio and mixed.

도 10은 실험적으로 제작된 그래핀 멤브레인 하이브리드 필터 사진으로서, 표 1에 도시된 바와 같이 소정량의 PVDF를 NMP 용매에 용해시킨 후 PEG와 산화 그패핀을 소정비율로 투입하여 혼합한 용액을 도 10에 도시된 바와 같이 Petri Dish dp에 떨어뜨려서 얇게 퍼지게 한 다음 상온에서 건조시켜 필름 형태로 그래핀 멤브레인 하이브리드 필터(140)를 제조한다.10 is a photograph of an experimentally prepared graphene membrane hybrid filter. As shown in Table 1, a solution obtained by dissolving a predetermined amount of PVDF in an NMP solvent and then adding PEG and graphene oxide at a predetermined ratio to a mixed solution was obtained. As shown in, the graphene membrane hybrid filter 140 is prepared in the form of a film by dropping it on a Petri Dish dp to spread it thinly and then drying it at room temperature.

상술한 바와 같이 제조된 그래핀 멤브레인 하이브리드 필터(140)는 공기 중 이산화탄소의 선택적 제거에 활용된다.The graphene membrane hybrid filter 140 prepared as described above is used for selective removal of carbon dioxide in the air.

도 11은 각 조성별 그래핀 멤브레인 하이브리드 필터의 1,000배 배율 전자현미경 사진이며, 도 12는 각 조성별 그래핀 멤브레인 하이브리드 필터의 10,000배 배울 전자현미경 사진으로서, 도 11 내지 도 12를 살펴보면 산화그래핀이 10% 들어간 경우가 PVDF 내 산화그래핀의 분산도가 가장 우수하였으며 더 치밀한 멤브레인이 생성됨을 확인할 수 있다.11 is a 1,000-fold magnification electron microscope photograph of a graphene membrane hybrid filter for each composition, and FIG. 12 is a 10,000-fold electron microscope photograph of a graphene membrane hybrid filter for each composition. Referring to FIGS. 11 and 12, graphene oxide It can be seen that the dispersion of graphene oxide in PVDF was the best when 10% was included, and a more dense membrane was created.

한편, 미세먼지나 이산화탄소의 경우 멤브레인의 표면 전하가 중요하기 때문에 그래핀 멤브레인 하이브리드 필터(140)의 전기저항은 매우 중요한 요소이며, 표면 저항계를 이용하여 각 조성별로 제조된 그래핀 멤브레인 하이브리드 필터(140)에 대한 표면 저항을 측정하였으며 그 결과는 표 2와 같다.On the other hand, since the surface charge of the membrane is important in the case of fine dust or carbon dioxide, the electrical resistance of the graphene membrane hybrid filter 140 is a very important factor. ) The surface resistance was measured and the results are shown in Table 2.

저항1resistance 1 저항2resistance 2 평균average PVDFPVDF 1.453MΩ1.453 MΩ 2.662MΩ2.662 MΩ 2.058MΩ2.058 MΩ 산화그래핀(5%)Graphene oxide (5%) 1.552kΩ1.552 kΩ 1.217kΩ1.217 kΩ 1.358kΩ1.358 kΩ 산화그래핀(10%)Graphene oxide (10%) 714.0Ω714.0Ω 831.9Ω831.9Ω 772.95Ω772.95Ω 산화그래핀(15%)Graphene oxide (15%) 682.5Ω682.5Ω 592.8Ω592.8Ω 637.65Ω637.65Ω

일반적으로 PVDF는 저항이 매우 높은 부도체이며 산화그래핀이 혼합된 경우 표면저항이 낮아지게 된다. 특히 산화그래핀의 함량이 높을수록 그리고 그 분산도가 높을수록 저항이 낮아지게 되며 이는 이산화탄소의 제거율을 높일 수 있도록 한다.In general, PVDF is an insulator with very high resistance, and when graphene oxide is mixed, the surface resistance becomes low. In particular, the higher the content of graphene oxide and the higher the degree of dispersion thereof, the lower the resistance, which allows the removal rate of carbon dioxide to be increased.

표 2는 그래핀 멤브레인 하이브리드 필터의 전기저항 측정결과로서, 상기 표 2의 측정 결과를 보면 산화그래핀을 넣지 않은 PVDF의 경우 평균 전기저항이 2.058MΩ으로 전기저항이 제일 큰 결과가 나왔고, 다음으로 산화그래핀 5%, 10%, 15% 순으로 1.358kΩ, 772.95Ω, 637.65Ω의 결과가 나왔다.Table 2 shows the electrical resistance measurement results of the graphene membrane hybrid filter. Looking at the measurement results of Table 2, in the case of PVDF without graphene oxide, the average electrical resistance was 2.058 MΩ, the highest electrical resistance, followed by Results of 1.358 kΩ, 772.95 Ω, and 637.65 Ω were obtained in the order of graphene oxide 5%, 10%, and 15%.

즉, 산화그래핀이 전기저항을 줄이는 것을 알 수 있으며 그 농도가 높아질수록 전기저항은 줄어들어 전기전도도가 높아지는 결과를 확인할 수 있다.That is, it can be seen that graphene oxide reduces electrical resistance, and as the concentration thereof increases, electrical resistance decreases and electrical conductivity increases.

또한, 그래핀 멤브레인 하이브리드 필터(140)의 수분 친화도 또한 이산화탄소 제거에 있어서 중요한 사항이며, 적정한 수분 친화도를 갖게 되는 경우 이산화탄소의 제거가 극대화될 수 있다.In addition, the water affinity of the graphene membrane hybrid filter 140 is also an important matter in carbon dioxide removal, and carbon dioxide removal can be maximized when it has an appropriate water affinity.

여기서, 상기 그래핀 멤브레인 하이브리드 필터(140)의 수분 친화도는 그래핀 멤브레인 하이브리드 필터(140)와 물/공기 간의 접촉각을 측정함으로써 가능하다.Here, the water affinity of the graphene membrane hybrid filter 140 can be measured by measuring the contact angle between the graphene membrane hybrid filter 140 and water/air.

도 13은 그래핀 멤브레인 하이브리드 필터의 전진 접촉각 후진 접촉각의 측정원리를 도시한 도면으로서, 도 13에 도시된 바와 같이 그래핀 멤브레인 하이브리드 필터(140)의 물/공기 간의 접촉각 측정은 Wilhelmy Plate법에 의해 측정되었으며, 이 원리는 그래핀 멤브레인 하이브리드 필터(140)를 증류수에 접촉시켜서 이동하여 가며 측정된 표면의 힘을 이용하여 전진 및 후진 접촉각을 계산하였으며, 접촉각 측정결과는 아래 표 3과 같다.13 is a diagram showing the measurement principle of the forward contact angle and the backward contact angle of the graphene membrane hybrid filter. As shown in FIG. 13, the water/air contact angle of the graphene membrane hybrid filter 140 is measured by the Wilhelmy Plate method. This principle was used to calculate the forward and backward contact angles using the measured surface force while moving the graphene membrane hybrid filter 140 in contact with distilled water, and the contact angle measurement results are shown in Table 3 below.

PVDFPVDF 산화그래핀(5%)Graphene oxide (5%) 산화그래핀(10%)Graphene oxide (10%) 산화그래핀(15%)Graphene oxide (15%) 접촉각contact angle 128.83도128.83 degrees 93.99도93.99 degrees 65.94도65.94 degrees 75.16도75.16 degrees 히스테리시스hysteresis 85.56도85.56 degrees 49.01도49.01 degrees 12.36도12.36 degrees 35.17도35.17 degrees

표 3은 접촉각 및 히스테리시스로서, 표 3에서 보면 산화그래핀이 들어감으로써 접촉각과 히스테리시스가 작아지는 것을 알 수 있다.Table 3 shows the contact angle and hysteresis. From Table 3, it can be seen that the contact angle and hysteresis are reduced by the introduction of graphene oxide.

또한, 산화그래핀 10%의 경우 히스테리시스가 가장 작은 것을 알 수 있으며, 히스테리시스란 전진 접촉각과 후진 접촉각과의 차이를 말하는데, 그 차이가 작을수록 이종 혼합물의 균일도가 높음을 의미한다. 즉 산화그래핀 10%의 경우 산화그래핀이 PVDF 내에 가장 잘 분산이 되어 있음을 의미하며, 이 결과는 앞서 전자현미경 관찰에서 산화그래핀 10%가 산화그래핀이 가장 고르게 분포한 결과와 일치한다.In addition, it can be seen that 10% graphene oxide has the smallest hysteresis, and hysteresis refers to the difference between the advancing contact angle and the receding contact angle. The smaller the difference, the higher the uniformity of the heterogeneous mixture. In other words, in the case of 10% graphene oxide, it means that graphene oxide is best dispersed in PVDF, and this result is consistent with the result of graphene oxide being most evenly distributed in 10% graphene oxide in the electron microscope observation previously. .

따라서, 그래핀 멤브레인 하이브리드 필터(140)는 산화그래핀 함량이 10%일 경우가 가장 성능이 우수한 것임을 알 수 있다.Therefore, it can be seen that the performance of the graphene membrane hybrid filter 140 is best when the content of graphene oxide is 10%.

앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the detailed description of the present invention described above has been described with reference to preferred embodiments of the present invention, those skilled in the art or those having ordinary knowledge in the art will find the spirit of the present invention described in the claims to be described later. And it will be understood that the present invention can be variously modified and changed without departing from the technical scope.

(110) : 케이스 (120) : 공기 유입 팬
(130) : 그래핀 세라믹 필터 (140) : 그래핀 멤브레인 하이브리드 필터(110): case (120): air intake fan
(130): graphene ceramic filter (140): graphene membrane hybrid filter

Claims (6)

공기유입 팬이 작동됨에 따라 공기 유입구를 통해 케이스 내부로 유입되는 공기가 통과됨에 따라 상기 공기로부터 미세먼지를 제거하는 그래핀 세라믹 필터; 및
상기 그래핀 세라믹 필터에 의해 미세먼지가 제거된 공기가 통과됨에 따라 상기 공기로부터 이산화탄소를 포획하여 분리시키는 그래핀 멤브레인 하이브리드 필터를 포함하며,
상기 그래핀 멤브레인 하이브리드 필터는,
소정량의 PVDF를 NMP 용매에 용해시킨 후 PEG와 산화그래핀을 소정비율로 투입하여 혼합한 후 얇게 퍼지게 한 다음 상온에서 건조시켜 필름 형태로 제작되는 것을 특징으로 하는 미세먼지와 이산화탄소 제거를 위한 공기 청정기.A graphene ceramic filter that removes fine dust from the air as the air introduced into the case passes through the air inlet as the air intake fan operates; and
A graphene membrane hybrid filter for capturing and separating carbon dioxide from the air as the air from which fine dust is removed by the graphene ceramic filter passes,
The graphene membrane hybrid filter,
After dissolving a predetermined amount of PVDF in NMP solvent, PEG and graphene oxide are added at a predetermined ratio, mixed, spread thinly, and dried at room temperature to form a film. Air for removing fine dust and carbon dioxide, characterized in that purifier. 제1 항에 있어서,
상기 그래핀 세라믹 필터는,
실란 커플링제인 GPTMS(3-Glycidyloxyproply trimethoxysilane)를 에탄올수용액에 넣어 가수분해 시킨 후 산화그래핀과 함께 교반시켜 상기 산화그래핀의 표면을 개질시킨 다음, 상기 개질된 산화그래핀 에탄올 수용액에 세라믹 필터를 함침시켜 교반한 후 건조시킴으로써 상기 세라믹 필터에 산화 그래핀을 코팅시켜 제조되는 것을 특징으로 하는 미세먼지와 이산화탄소 제거를 위한 공기 청정기.According to claim 1,
The graphene ceramic filter,
GPTMS (3-Glycidyloxyproply trimethoxysilane), a silane coupling agent, was hydrolyzed in an aqueous ethanol solution, stirred with graphene oxide to modify the surface of the graphene oxide, and then a ceramic filter was applied to the modified graphene oxide ethanol aqueous solution. An air purifier for removing fine dust and carbon dioxide, characterized in that manufactured by coating graphene oxide on the ceramic filter by impregnating, stirring, and then drying. 제2 항에 있어서,
상기 세라믹 필터에 코팅된 산화그래핀은 소수성 및 전도성을 갖게 하기 위하여 환원시키는 것을 특징으로 하는 미세먼지와 이산화탄소 제거를 위한 공기 청정기.According to claim 2,
An air purifier for removing fine dust and carbon dioxide, characterized in that the graphene oxide coated on the ceramic filter is reduced to have hydrophobicity and conductivity. 제3 항에 있어서,
상기 세라믹 필터에 코팅된 산화그래핀은,
증류수에 환원제 H4N2를 소정비율로 첨가한 용액에 산화그래핀이 코팅된 세라믹 필터를 넣은 후 24시간 동안 환원 반응을 진행시켜 환원시키는 것을 특징으로 하는 미세먼지와 이산화탄소 제거를 위한 공기 청정기.According to claim 3,
The graphene oxide coated on the ceramic filter,
An air purifier for removing fine dust and carbon dioxide, characterized in that a ceramic filter coated with graphene oxide is placed in a solution in which a reducing agent H 4 N 2 is added to distilled water at a predetermined rate, and then a reduction reaction is performed for 24 hours to reduce it. 제4 항에 있어서,
상기 환원제 H4N2는 상기 증류수에 1/100 비율로 첨가되는 것을 특징으로 하는 미세먼지와 이산화탄소 제거를 위한 공기 청정기.According to claim 4,
The reducing agent H 4 N 2 is an air purifier for removing fine dust and carbon dioxide, characterized in that added to the distilled water in a ratio of 1/100. 삭제delete
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