KR20030031512A - 공기 정화용 탄소 나노소재 복합 허니컴 필터 - Google Patents

공기 정화용 탄소 나노소재 복합 허니컴 필터 Download PDF

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Abstract

본 발명은 산 및 알칼리 전해액에서의 전기화학적 표면처리를 통한 입자 및 분말형태의 탄소 나노소재가 코팅 처리된 종이 허니컴 양 면을 섬유상 활성탄소 부직포로 조합, 부착시킨 후 이를 필터 프레임으로 처리하여 이루어진 공기정화용 나노 복합 필터로서 차압성능이 우수하고 대기중의 유해 기체상 오염원인 암모니아, 아세트알데히드 및 톨루엔등의 휘발성 유기화합물 (VOCs)등의 흡착, 제거와 함께 미세 분진을 효과적으로 차단할 수 있으며, 제조 공정이 간단하고 경제적인 탄소 나노소재 허니컴 복합필터 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

Description

공기 정화용 탄소 나노소재 복합 허니컴 필터 {A Complex Honeycomb Filter with Carbon Nano-materials for Air Cleaning}
본 발명은 공기 청정기, 건축물의 공조기 및 자동차의 캐빈 필터에 적용될 수 있는 공기 정화용 필터 시스템에 관한 것으로, 종이 허니컴 표면에 다양한 전기화학적 표면처리를 통한 입자 및 분말상의 탄소 나노소재를 코팅 처리하고 이의 양 단면을 홀 가공처리된 부직포 형태의 활성탄소섬유를 부착한 후 프레임 처리하여이루어진 나노 복합필터에 관한 것이다.
기존의 공기 정화용 필터의 구성은 미세 먼지를 포집하기 위한 유리섬유 또는 폴리에스터 부직포로 이루어진 Pre-filter와 기체상 유기 오염원의 제거를 위한 활성탄소 섬유 및 필요에 따라 이온성 유해물질 제거를 위한 이온교환 섬유등으로 이루어진 Post-filter를 조합하여 이루어진 Tray 형태의 복합필터 또는 프레임 내부를 모자이크로 처리하여 각각의 필터를 삽입 처리하여 이루어진 모자이크 케미컬 필터로 되어있다. 그러나 이러한 복합필터시스템은 그 구성이 복잡하고 제작 및 유지비용이 클 뿐만 아니라 필터의 차압성능을 저하시켜 교체주기가 짧아지는 문제점이 있다. 또한 다양한 기체상 유기오염원에 대하여 효과적인 흡ㆍ탈착이 이루어지지 않고 오히려 오염원과의 반응에 의한 필터 표면의 염 발생으로 인한 2차 오염의 원인이 된다.
따라서 본 발명은 지지체로서 종이 허니컴 표면을 다양한 산 및 알칼리 전해액에서의 전기화학적 표면처리된 입자 및 분말형태의 탄소 나노소재를 코팅처리 한 후 허니컴 필터의 양 단면에 섬유상 활성탄소 부직포를 부착하고 프레임 처리하였다.
본 발명은 특정 기체상 오염원에 대해 탄소 나노소재를 다양한 산성 및 알칼리성의 전해액으로 전기화학적 표면처리를 통하여 효과적으로 흡착, 제거할 수 있으며, 단일 소재에 순차적으로 혼용 표면처리가 가능하다. 또한 차압성능을 고려하여 허니컴의 셀 사이즈를 다양하게 변화시킬 수 있으며, 허니컴 필터 양 면에 부착되는 활성탄소섬유 부직포도 다양한 형태의 셀 크기로 홀 가공하여 부착할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 나노 복합필터 구조 단면도
도 2는 각 실시예에 따른 암모니아 제거성능 결과도
도 3은 각 실시예에 따른 아세트 알데히드 제거성능 결과도
도 4는 각 실시예에 따른 톨루엔 제거성능 결과도
도 5는 각 실시예에 따른 필터의 압력손실 특성을 나타낸 도면
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1; 종이 허니컴 2; 표면처리된 입자 및 분말상 탄소 나노소재
3; 홀 가공처리된 활성탄소 섬유 부직포 4; 알루미늄 프레임
본 발명에 의한 탄소 나노소재 복합 허니컴 필터 시스템은 암모니아, 아세트알데히드 및 톨루엔등의 다양한 기체상 유기오염원의 효과적인 제거를 위해 고 비표면적의 입자 및 분말형태의 탄소 나노소재를 다양한 산 및 알칼리 전해액에서 전기화학적 표면처리를 행하였으며, 이후 이를 종이 허니컴에 열 및 자외선 경화를 통해 코팅 처리하였다. 이렇게 제조된 허니컴 필터의 양 단면을 섬유상 활성탄소 부직포를 부착하고 이를 프레임 처리하여 탄소 나노소재 복합 허니컴 필터를 제조하였다.
이렇게 제조된 복합 필터를 기체상 유기오염원인 암모니아, 아세트알데히드 및 톨루엔의 제거율을 ASTM P-3687의 기상 흡착법에 의한 증기상 유기화합물 분석을 통해 각각 측정하였으며 그 결과를 도 2 ∼ 도 4에 각각 나타내었다. 각 실시예의 시험에 앞서 필터 시료를 100℃에서 완전히 건조시킨 후 5 ℓ의 밀폐된 유리관에 시료를 주입하고 제거 대상기체를 약 300 ppm(톨루엔의 경우 100 ppm)의 초기농 도로 한쪽 입구로 주입하고 시간의 경과에 따른 주입기체의 농도변화를 측정하였다, 또한 ASTM F-778의 방법에 따라 필터 메디어의 차압성능을 측정하여 그 결과를 도 5에 나타내었다, 각 실시예에 따른 필터는 340 ×340 ×10 cm(가로 ×세로 ×두께)의 크기로 제작하여 시험하였다.
이하, 본 발명에 따른 구체적인 실시예를 기술하였으며, 본 발명의 범위가하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1]
고온 열분해방법에 의해 제조 및 고도정제 처리된 고비표면적의 다중벽 탄소나노튜브를 인산(H3PO4) 전해액중에서 전압 50V, 전류 1.0A로 약 5분동안 전기화학적 표면처리 후 건조시켰다. 이를 폴리비닐 아세테이트 (PVAc) 도포된 종이 허니컴에 분산 후 자외선 경화처리하고 알루미늄 플레임으로 마감하여 탄소 나노소재 복합 허니컴 필터를 제작하였다, 이를 상기의 ASTM D-3687의 기상흡착법에 의한 암모니아, 아세트 알데히드 및 톨루엔의 제거, 흡착성능을 실시하였으며 그 결과를 도 2 ∼ 도 4에 각각 나타내었다. 또한 필터의 차압성능을 ASTM F-778 방법에 따라 측정하여 그 결과를 도 5에 나타내었다.
[실시예 2]
고온 열분해방법에 의해 제조 및 고도정제 처리된 고비표면적의 다중벽 탄소나노튜브를 질산(HNO3) 전해액중에서 전압 110V, 전류 5.0A로 약 10분 동안 전기화학적 표면처리 후 건조시켰다. 이를 에틸렌-비닐아세테이트(EVAc)로 도포된 종이 허니컴에 분산 후 열 경화하고 알루미늄 플레임으로 마감하여 탄소 나노소재 복합 허니컴 필터를 제작하였다. 이를 상기의 ASTM D-3687의 기상흡착법에 의한 암모니아, 아세트 알데히드 및 톨루엔의 제거, 흡착성능을 실시하였으며 그 결과를 도 2 ∼ 도 4에 각각 나타내었다. 또한 필터의 차압성능을 ASTM F-778 방법에 따라 측정하여 그 결과를 도 5에 나타내었다.
[실시예 3]
고온 열분해방법에 의해 제조 및 고도정제 처리된 고비표면적의 다중벽 탄소나노튜브를 수산화 나트륨(NaOH) 전해액중에서 전압 25V, 전류 2.0A로 약 1분 동안 전기화학적 표면처리 후 건조시켰다. 이를 폴리비닐 아세테이트 (PVAc) 도포된 종이 허니컴에 분산 후 자외선 경화처리하고 알루미늄 플레임으로 마감하여 탄소 나노소재 복합 허니컴 필터를 제작하였다. 이를 상기의 ASTM D-3687의 기상흡착법에 의한 암모니아, 아세트 알데히드 및 톨루엔의 제거, 흡착성능을 실시하였으며 그 결과를 도 2 ∼ 도 4에 각각 나타내었다. 또한 필터의 차압성능을 ASTM F-778 방법에 따라 측정하여 그 결과를 도 5에 나타내었다.
[실시예 4]
고온 열분해방법에 의해 제조 및 고도정제 처리된 고비표면적의 다중벽 탄소나노튜브를 암모니아(NH3) 전해액중에서 전압 250V, 전류 3.0A로 약 5분 동안 전기화학적 표면처리 후 건조시켰다. 이를 에틸렌-비닐아세테이트(EVAc)로 도포된 종이 허니컴에 분산 후 열 경화하고 알루미늄 플레임으로 마감하여 탄소 나노소재 복합 허니컴 필터를 제작하였다. 이를 상기의 ASTM D-3687의 기상흡착법에 의한 암모니아, 아세트 알데히드 및 톨루엔의 제거, 흡착성능을 실시하였으며 그 결과를 도 2 ∼ 도 4에 각각 나타내었다. 또한 필터의 차압성능을 ASTM F-778 방법에 따라 측정하여 그 결과를 도 5에 나타내었다.
[실시예 5]
고온 열분해방법에 의해 제조 및 고도정제 처리된 고비표면적의 탄소나노섬유를 황산(H2SO4) 전해액중에서 전압 110V, 전류 4.0A로 약 2분 동안 전기화학적 표면처리 후 건조시켰다. 이를 폴리비닐 아세테이트 (PVAc) 도포된 종이 허니컴에 분산 후 자외선 경화처리하고 알루미늄 플레임으로 마감하여 탄소 나노소재 복합 허니컴 필터를 제작하였다. 이를 상기의 ASTM D-3687의 기상흡착법에 의한 암모니아, 아세트 알데히드 및 톨루엔의 제거, 흡착성능을 실시하였으며 그 결과를 도2 ∼ 도 4에 각각 나타내었다. 또한 필터의 차압성능을 ASTM F-778 방법에 따라 측정하여 그 결과를 도 5에 나타내었다.
[실시예 6]
고온 열분해방법에 의해 제조 및 고도정제 처리된 고비표면적의 탄소나노섬유를 염산(HCl) 전해액중에서 전압 250V, 전류 2.0A로 약 7분 동안 전기화학적 표면처리 후 건조시켰다. 이를 에틸렌-비닐아세테이트 (EVAc)로 도포된 종이 허니컴에 분산 후 열 경화하고 알루미늄 플레임으로 마감하여 탄소 나노소재 복합 허니컴 필터를 제작하였다. 이를 상기의 ASTM D-3687의 기상흡착법에 의한 암모니아, 아세트 알데히드 및 톨루엔의 제거, 흡착성능을 실시하였으며 그 결과를 도 2 ∼ 도 4에 각각 나타내었다. 또한 필터의 차압성능을 ASTM F-778 방법에 따라 측정하여 그 결과를 도 5에 나타내었다.
[실시예 7]
고온 열분해방법에 의해 제조 및 고도정제 처리된 고비표면적의 탄소 나노섬유를 염화나트륨(NaCl) 전해액중에서 전압 110V, 전류 5.0A로 약 10분동안 전기화학적 표면처리 후 건조시켰다. 이를 폴리비닐 아세테이트 (PVAc) 도포된 종이 허니컴에 분산 후 자외선 경화처리하고 알루미늄 플레임으로 마감하여 탄소 나노소재 복합 허니컴 필터를 제작하였다. 이를 상기의 ASTM D-3687의 기상흡착법에 의한 암모니아, 아세트 알데히드 및 톨루엔의 제거, 흡착성능을 실시하였으며 그 결과를 도 2 ∼ 도 4에 각각 나타내었다. 또한 필터의 차압성능을 ASTM F-778 방법에 따라 측정하여 그 결과를 도 5에 나타내었다.
본 발명에 의해 제조된 나노 복합 허니컴 필터는 에어컨, 자동차등의 일반 및 반도체, 제약등의 고청정이 요구되는 공기정화용 필터시스템에 적용될 수 있는 기능성 필터로서 다양한 기체상 유기오염원인 암모니아, 알데히드류 및 톨루엔등의 휘발성 유기화합물등의 효과적인 제거 및 우수한 차압성능과 함께 구조가 간단하고 제작 및 유지가 쉽고 경제적이다.

Claims (7)

  1. 입자 및 분말 형태의 탄소 나노소재를 폴리비닐 아세테이트 (PVAc) 및 에틸렌-비닐아세테이트 (EVAc)가 도포된 종이 허니컴에 열 및 자외선 경화코팅 처리하고 이의 양 단면에 홀 가공 처리된 섬유상 활성탄소 부직포를 부착한 후 이를 프레임 처리하여 이루어진 공기 정화용 나노 복합 허니컴 필터 및 이의 제조방법
  2. 제 1항에 있어서, 극성의 기체상 유기오염원의 제거를 위해 입자 및 분말형태의 탄소 나노소재를 산 및 알칼리 전해액에서 전기화학적 표면처리한 것을 특징으로 하는 공기 정화용 탄소 나노소재 복합 허니컴 필터 및 이의 제조방법
  3. 제 2항에 있어서, 입자 및 분말형태의 탄소 나노소재가 단층 또는 다층벽 탄소 나노튜브, 탄소 나노섬유 및 탄소 나노입자인 것을 특징으로 하는 공기정화용 탄소 나노소재 복합 허니컴 필터 및 이의 제조방법
  4. 제 2항에 있어서, 입자 및 분말형태의 탄소 나노소재를 산 및 알칼리전해액에서 25 내지 250V의 전압 및 1.0 내지 5.0 A의 전류세기로 전기화학적 표면처리한 것을 특징으로 하는 공기 정화용 탄소 나노소재 복합 허니컴 필터 및 이의 제조방법
  5. 제 2항에 있어서, 입자 및 분말형태의 탄소 나노소재를 산 및 알칼리전해액에서 1 내지 10분 동안 전기화학적 표면처리한 것을 특징으로 하는 공기 정화용 탄소 나노소재 복합 허니컴 필터 및 이의 제조방법
  6. 제 2항에 있어서, 입자 및 분말형태의 탄소 나노소재에 표면처리하는 산성 전해액이 인산 (H3PO4), 황산 (H2SO4), 질산 (HNO3) 및 염산(HCl)등의 루이스 산 전해용액인 것을 특징으로 하는 공기 정화용 탄소 나노소재 복합 허니컴 필터 및 이의 제조방법
  7. 제 2항에 있어서, 입자 및 분말형태의 탄소 나노소재에 표면처리하는 알칼리성 전해액이 수산화 나트륨 (NaOH), 염화 나트륨 (NaCl), 암모니아용액 (NH3)등의 루이스 염기 전해용액인 것을 특징으로 하는 공기 정화용 탄소 나노소재 복합 허니컴 필터 및 이의 제조방법
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