KR20060042799A - Air cleaning filter using active carbon fiber and preparation method thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 섬유상이며 표면에 형성된 미세 기공 구조에 의하여 비표면적이 큰 활성 탄소 섬유 및 상기 활성 탄소 섬유 표면과 미세 기공 내부에 코팅 또는 담지된 금속 촉매를 포함하여 구성되는 각종 휘발성 유기 화합물 및 오염 물질에 대한 흡착력 및 분해력이 우수한 공기 정화용 필터, 활성 탄소 섬유를 모재로 하여 여기에 핵형성법에 의하여 금속 촉매를 코팅 또는 담지 시키는 단계를 포함하는 공기 정화용 필터의 제조 방법 및 상기 공기 정화용 필터를 포함하는 공기 정화 장치에 관한 것이다.The present invention is directed to various volatile organic compounds and contaminants including fibrous, activated carbon fibers having a large specific surface area and metal catalysts coated or supported on the surfaces of the activated carbon fibers and micropores by the microporous structure formed on the surface thereof. Air purifying filter having excellent adsorption and degrading power, and a method for producing an air purifying filter comprising the step of coating or supporting a metal catalyst by nucleation method based on activated carbon fibers as a base material and purifying the air including the air purifying filter Relates to a device.

Description

활성 탄소 섬유를 이용한 공기 정화용 필터 및 그 제조 방법{AIR CLEANING FILTER USING ACTIVE CARBON FIBER AND PREPARATION METHOD THEREOF}Filter for air purification using activated carbon fiber and manufacturing method thereof {AIR CLEANING FILTER USING ACTIVE CARBON FIBER AND PREPARATION METHOD THEREOF}

도 1은 기존의 공기 정화 필터 시스템을 나타낸 모식도이다. 1 is a schematic diagram showing a conventional air purification filter system.

(a): 프리필터, (b): 헤파필터, (a): prefilter, (b): hepa filter,

(c): 탈취/흡착 필터, (d): 살균 및 공기 성분 조절부(c): deodorization / adsorption filter, (d): sterilization and air content control

도 2는 기존의 광촉매 필터가 장착된 공기 정화 시스템을 나타낸 모식도이다.Figure 2 is a schematic diagram showing an air purification system equipped with a conventional photocatalyst filter.

(a): 프리필터 (b): 헤파필터 (c): 탈취/흡착 필터(a): prefilter (b): HEPA filter (c): deodorization / adsorption filter

(d): 살균 및 공기 성분 조절부 (e): 광촉매 필터/UV 램프(d): Sterilization and Air Composition Control (e): Photocatalyst Filter / UV Lamp

도 3은 본 발명의 휘발성 유기 화합물 분해 공기 정화 필터 시스템의 한 실시예를 보여주는 모식도이다.3 is a schematic view showing one embodiment of the volatile organic compound decomposition air purification filter system of the present invention.

(a): 프리필터 (b): 헤파필터 (c): 탈취/흡착 필터(a): prefilter (b): HEPA filter (c): deodorization / adsorption filter

(d): 살균 및 공기 성분 조절부 (d): Sterilization and Air Composition Control Unit

(f): 본 발명의 휘발성 유기 화합물 제거 및 분해 필터(f): Volatile organic compound removal and decomposition filter of the present invention

도 4는 본 발명에서 필터 모재로서 사용되는 활성 탄소 섬유의 미세 구조를 보여주는 것이다.Figure 4 shows the fine structure of the activated carbon fiber used as filter base material in the present invention.

도 5a는 종래의 침지법 또는 분사법으로 코팅된 촉매 상태를 보여주는 것이 고, 5b는 본 발명에서 제시한 핵생성법으로 코팅된 촉매 상태를 보여주는 것이다.Figure 5a shows the state of the catalyst coated by the conventional immersion or spray method, 5b shows the state of the catalyst coated by the nucleation method proposed in the present invention.

도 6은 본 발명의 활성 탄소 섬유상에서의 촉매 분포를 보여주는 것이다.6 shows the catalyst distribution on the activated carbon fibers of the present invention.

도 7은 본 발명의 필터에 의한 휘발성 유기 화합물 가스의 제거 메카니즘을 보여주는 것이다.7 shows the removal mechanism of the volatile organic compound gas by the filter of the present invention.

도 8은 본 발명의 필터를 고농도의 포름알데히드에 노출시킨 후, 시간에 따른 필터별 포름알데히드의 농도 변화를 보여주는 그래프이다.8 is a graph showing the change in the concentration of formaldehyde for each filter over time after exposing the filter of the present invention to a high concentration of formaldehyde.

도 9는 본 발명의 필터를 고농도의 포름알데히드에 노출시킨 후, 시간에 따른 포름알데히드의 농도 변화를 이산화탄소의 농도 변화와 함께 보여주는 그래프이다. 9 is a graph showing the change in the concentration of formaldehyde with the change in the concentration of carbon dioxide over time after the filter of the present invention exposed to high concentration of formaldehyde.

본 발명은 비표면적이 큰 활성 탄소 섬유를 모재로 하고, 여기에 기능성 촉매을 담지시켜 제조되는, 각종 휘발성 유기 화합물 및 가스에 대한 흡착력 및 분해력이 우수한 공기 정화 필터 및 그 제조 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an air purifying filter excellent in adsorption and decomposability to various volatile organic compounds and gases produced from an activated carbon fiber having a large specific surface area and supported thereon with a functional catalyst, and a method for producing the same.

휘발성 유기 화합물 (Volatile Organic Compounds: VOCs)이란 유기 화합물 중에서 0.02 psi 이상의 증기압을 갖거나 끊는점이 100 ℃ 미만인 탄화수소 화합물을 총칭하는 것으로, 대기질 관리에서는 질소 화합물과 광화학 반응에 의하여 오존 및 광화학 산화물을 형성하는 전구 물질 (precursor)로 정의되어 있다. 이러한 휘발성 유기 화합물에는 아세트알데히드, 벤젠, 포름알데히드, 헥산, 톨루엔, 아세트 산, 자일렌, 스티렌 등이 있다. Volatile Organic Compounds (VOCs) refers to hydrocarbon compounds that have a vapor pressure of 0.02 psi or more or a break point of less than 100 ° C among organic compounds. In air quality management, ozone and photochemical oxides are formed by photochemical reactions with nitrogen compounds. Is defined as a precursor (precursor). Such volatile organic compounds include acetaldehyde, benzene, formaldehyde, hexane, toluene, acetic acid, xylene, styrene and the like.

상기 휘발성 유기 화합물은 유해 대기 물질이며, 악취의 원인 물질로서, 호흡기 장애, 발암성, 스트레스 유발, 알레르기 유발 등 인체에 유해할 뿐 아니라, 광화학 반응을 통한 스모그 형성, 악취 발생, 도시 오존 농도 상승 등의 원인 물질로서 환경 오염의 주된 요인이 되고 있다.The volatile organic compounds are harmful air substances, and as a substance causing odors, are not only harmful to the human body such as respiratory disorders, carcinogenicity, stress causing, and allergens, but also smog formation through photochemical reactions, odor generation, and urban ozone concentration increase. It is the main cause of environmental pollution.

이러한 휘발성 유기 화합물은 공장에서의 석유 화학 제품 생산의 급증으로 인하여 그 배출량이 증가되고 있을 뿐 아니라, 가정에서 사용되는 벽지, 장판, 가구 및 각종 플라스틱류 등에서도 지속적으로 방출되어 실내 공기질을 악화시키는 주원인으로 주목되고 있다. 특히, 신축 건물의 경우, 휘발성 유기 화합물이 더욱 많이 방출되어, 새집 증후군 (Sick House Syndrome)이라는 일종의 질병을 유발하기도 한다.These volatile organic compounds are not only increasing their emissions due to the swelling production of petrochemical products in factories, but also being the main cause of deterioration of indoor air quality due to continuous release from wallpaper, floorboards, furniture and various plastics used in homes. It is attracting attention. New buildings, in particular, release more volatile organic compounds, causing a kind of disease called Sick House Syndrome.

공기질을 개선하기 위하여 사용되는 기존의 공기 정화기 혹은 공기 청정기는 일반적으로 도 1과 같이 항균과 먼지 제거를 위한 프리필터, 헤파필터, 및 가스의 흡착 및 탈취를 위한 활성탄 또는 제올라이트 필터를 기본 구조로 하여 사용된다. 활성탄은 비표면적이 크고, 가스 흡착력이 뛰어나지만, 흡착된 성분이 필터내에 잔존하기 때문에, 시간에 따라 흡착 특성이 저하되고 주기적인 교체를 필요로 한다는 단점이 있다. 또한, 필터내에 미생물과 세균이 번식할 가능성이 있기 때문에 위생상의 문제점을 내포하고 있다.Existing air purifiers or air purifiers used to improve air quality generally include pre-filters for antibacterial and dust removal, hepa filters, and activated carbon or zeolite filters for adsorption and deodorization of gases. Used. Activated carbon has a large specific surface area and excellent gas adsorption power, but has a disadvantage in that adsorption characteristics deteriorate with time and require periodic replacement because adsorbed components remain in the filter. In addition, because of the possibility of the growth of microorganisms and bacteria in the filter, there are problems in hygiene.

최근, 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 도 2와 같이 기존의 필터들에 더하여 광촉매 필터를 사용하여 유기 화합물을 분해시키는 구조가 제시되었는데, 이는 항상 광촉매 활성화를 위한 UV(자외선) 램프를 필요로 한다는 단점이 있다. 또한, 이러한 광촉매 필터를 채택하는 경우에도, 광촉매 필터 자체에 의한 분해 효과가 그다지 크지 않기 때문에, 이를 단독으로 사용하기 보다는 기존의 활성탄 또는 제올라이트 탈취 필터의 보조 수단으로 적용할 수 밖에 없다는 한계가 있다.Recently, in order to solve this problem, a structure for decomposing organic compounds using a photocatalyst filter in addition to the existing filters has been proposed as shown in FIG. 2, which always requires a UV (ultraviolet) lamp for photocatalytic activation. There is this. In addition, even when such a photocatalyst filter is adopted, since the decomposition effect by the photocatalyst filter itself is not so large, there is a limit that it can only be applied as an auxiliary means of the existing activated carbon or zeolite deodorization filter rather than using it alone.

또한, 상기와 같은 필터들은 그 작용이 오염 물질의 흡착에 한정되어 있기 때문에, 사용 기간이 길어지거나 오염도가 높으면 포화되어 필터를 자주 교체하여햐 하는 번거로움이 있으며, 필터 내에 흡착되었던 유해 물질이 부분적으로 탈착되어 재방출될 가능성이 있다는 문제점이 있다.In addition, the filters are limited to the adsorption of contaminants, so that the longer the period of use or the higher the degree of contamination, the more saturated the filter, and the more often it is necessary to replace the filter. There is a problem that there is a possibility of being detached and re-released.

본 발명은, 상기한 기존의 공기 정화 필터의 문제점을 해결하고 보완하기 위하여, 가스 흡착 및 탈취 효과가 뛰어난 활성 탄소 섬유와 각종 기능성 촉매를 사용하여 휘발성 유기 화합물 등의 오염 물질을 흡착 및 분해함으로써, 오염 물질의 근본적인 제거와 동시에 필터의 수명 연장이 가능한 공기 정화용 필터를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention, in order to solve and supplement the problems of the conventional air purification filter, by adsorbing and decomposing contaminants such as volatile organic compounds using activated carbon fibers and various functional catalysts excellent in gas adsorption and deodorizing effect, It is an object of the present invention to provide an air purifying filter capable of fundamentally removing contaminants and extending the life of the filter.

본 발명은 비표면적이 큰 활성 탄소 섬유를 모재로 하고, 여기에 금속 촉매를 코팅 또는 담지시켜 제조되는, 각종 휘발성 유기 화합물 및 오염 물질에 대한 흡착력 및 분해력이 우수한 공기 정화용 필터 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an air purifying filter having excellent adsorptive and degrading power to various volatile organic compounds and contaminants, which is prepared by using activated carbon fibers having a large specific surface area and is coated or supported with a metal catalyst. will be.

우선, 본 발명은 섬유상이며 표면에 형성된 미세 기공 구조에 의하여 비표면적이 큰 활성 탄소 섬유 및 상기 활성 탄소 섬유 표면과 미세 기공 내부에 코팅 또 는 담지된 금속 촉매를 포함하여 구성되는 각종 휘발성 유기 화합물 및 오염 물질에 대한 흡착력 및 분해력이 우수한 공기 정화용 필터를 제공한다.First, the present invention provides various volatile organic compounds including fibrous and activated carbon fibers having a large specific surface area and a metal catalyst coated or supported on the surfaces of the activated carbon fibers and the micropores by the microporous structure formed on the surface thereof. Provided is an air purification filter excellent in adsorption and degradability for contaminants.

본 발명에서 필터의 모재로서 사용되는 활성 탄소 섬유 (Active Carbon Fiber, AFC)는 근래에 개발된 새로운 유형의 섬유상 흡착제로서, 천연 섬유, 인조 유기물 또는 화학 섬유를 원료로 하여, 이를 소성, 부활시켜 만든 섬유상의 활성탄을 의미하는 것이다. 활성 탄소 섬유는 흑연 결정체의 누적된 형태이며, 주요 성분은 탄소이고, 탄소 이외의 미량의 수소 등을 포함하고 있다. 활성 탄소 섬유는, 섬유상이면서 각각의 섬유 표면에 수 많은 미세 기공(micro pore)을 포함하고 있기 때문에, 표면적이 500 ~ 2000 m2/g 정도로, 활성탄과 제올라이트와 비교하여 매우 넓은 비표면적을 갖는다. 또한, 활성탄의 10 ~ 100 배의 흡착 속도를 갖는다. 이와 같이, 활성 탄소 섬유는, 기존의 여러 분야에서 분리 또는 정제에 사용되고 있는 분말 또는 입상의 활성 탄소에 비하여, 10 배 이상의 높은 흡착력을 갖고, 강하며, 가볍고, 구부림 특성이 우수하여, 소형화에 매우 유리하다는 장점을 갖는다.Active Carbon Fiber (AFC), which is used as the base material of the filter in the present invention, is a new type of fibrous adsorbent that has recently been developed, which is made of natural fiber, artificial organic material, or chemical fiber, and then fired and revived. It means a fibrous activated carbon. Activated carbon fiber is a cumulative form of graphite crystals, the main component is carbon, and contains trace amounts of hydrogen other than carbon. Since activated carbon fibers are fibrous and contain numerous micro pores on the surface of each fiber, the surface area is about 500 to 2000 m 2 / g and has a very large specific surface area compared to activated carbon and zeolite. It also has a adsorption rate of 10 to 100 times that of activated carbon. As such, the activated carbon fiber has a high adsorption force of 10 times or more, and is strong, light, and excellent in bending characteristics, compared to powdered or granular activated carbon which has been used for separation or purification in various fields. It has the advantage of being advantageous.

본 발명에서 사용된 활성 탄소 섬유는, 도 4에 나타낸 바와 같이, 직경이 약 5 ~ 20 ㎛이고, 표면에는 10 ~ 40 Å 크기의 균등한 세공을 갖는 것이 바람직하다.As shown in Fig. 4, the activated carbon fiber used in the present invention preferably has a diameter of about 5 to 20 µm and uniform pores of 10 to 40 mm 3 on the surface.

본 발명은 상기와 같은 활성 탄소 섬유를 모재로하여, 여기에 핵생성법으로 휘발성 유기 화합물 분해용 금속 촉매를 코팅 또는 담지시킴으로써, 휘발성 유기 화합물 등의 오염 물질의 흡착 뿐 아니라, 분해를 통한 제거가 가능하도록 한다.The present invention is based on the activated carbon fibers as described above, and by coating or supporting the metal catalyst for volatile organic compound decomposition by the nucleation method, as well as adsorption of contaminants, such as volatile organic compounds, can be removed by decomposition. Do it.

핵생성법에 의한 코팅은, 아래의 참고도에 나타낸 바와 같이, 촉매 소스 기 판과 활성 탄소 섬유 모재 사이에 강한 전압을 인가하여 순간적으로 방사된 양전기를 띠는 촉매 원자가 모재에서 전자와 결합하여 환원되는 과정을 기본으로 한다. 이 때, 촉매 원자는 코팅되는 모재의 표면에서 가장 에너지 상태가 높으므로, 핵생성이 유리한 곳에서부터 핵생성 및 성장을 일으킨다. 따라서, 핵생성법에 의한 코팅은 일반 코팅과 비교하여, 모재와의 부착력, 크기 및 농도의 조절이 용이하다는 장점이 있다.The coating by nucleation method, as shown in the reference figure below, is applied by a strong voltage applied between the catalyst source substrate and the activated carbon fiber matrix, where the positively radiated positively charged catalyst atoms are combined with electrons in the matrix and are reduced. Based on the process. At this time, since the catalyst atoms have the highest energy state on the surface of the base material to be coated, nucleation and growth occur from where nucleation is advantageous. Therefore, the coating by the nucleation method has an advantage that it is easy to control the adhesion, size and concentration with the base material, compared to the general coating.

[참고도 1][Reference Figure 1]

Figure 112004052159112-PAT00001
Figure 112004052159112-PAT00001

본 발명에 있어서, 활성 탄소 섬유에 코팅되거나 담지되는 금속 촉매로서 Ni, Co, Fe, Cu, Cr, Mg, Mo, Zn, Ba, Au, Ag, Pd, Pt, Ru, Mn 또는 Ti 등을 사용할 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니며, 상기한 금속의 화합물(예컨대, CoO2, Fe2O3, FeO, Fe3O4, MgO, MnO, MnO, TiO2, ZnO 등과 같은 산화물)을 사용하거나, 상 기 금속 중에서 두 가지 이상을 동시에 적용하는 것도 가능하다. 이 때, 코팅되거나 담지되는 금속 촉매의 종류는 분해하고자 하는 휘발성 유기 화합물의 종류에 따라 달라지며, 금속 촉매의 사용량 또한 분해하고자 하는 휘발성 유기 화합물의 종류 및 사용되는 금속 촉매의 종류에 따라 달라진다. In the present invention, Ni, Co, Fe, Cu, Cr, Mg, Mo, Zn, Ba, Au, Ag, Pd, Pt, Ru, Mn or Ti may be used as the metal catalyst coated or supported on the activated carbon fiber. It is possible to use but not limited to compounds of the above-described metals (eg, oxides such as CoO 2 , Fe 2 O 3 , FeO, Fe 3 O 4 , MgO, MnO, MnO, TiO 2 , ZnO, etc.), or It is also possible to apply two or more of the base metals simultaneously. At this time, the type of metal catalyst coated or supported depends on the type of volatile organic compound to be decomposed, and the amount of the metal catalyst used also depends on the type of volatile organic compound to be decomposed and the type of metal catalyst used.

예컨대, 상기 금촉 촉매로서 Pt, Au, Ag 및 Pd 등과 같은 귀금속류 중에서 한 가지 이상을 선택하여 사용할 수 있으며, 이 경우, 상기 귀금속류의 휘발성 유기 화합물에 대한 우수한 촉매 활성에 의하여, 0.1 내지 5 wt%와 같이, 비교적 소량만 사용하여도 휘발성 유기 화합물에 대하여 우수한 촉매 활성을 얻을 수 있다. 예컨대, Pt의 경우에는 약 0.1 내지 2.0 wt%, Ag의 경우에는 약 0.1 내지 5 wt%와 같이 소량만 사용되어도 우수한 촉매 활성을 나타낼 수 있다. 이와 같이 금속 촉매로서 귀금속류를 사용하는 경우, 소량의 조촉매를 Pt, Au, Ag 및 Pd 등과 같은 귀금속류 중에서 선택된 한 가지 이상과 함께 사용하는 것이, 사용되는 귀금속류의 양을 줄일 수 있어, 우수한 촉매 활성과 함께 경제적인 효과를 얻을 수 있기 때문에 바람직하다. 상기 조촉매로서 사용되는 금속 물질은 그 종류에 있어서 제한이 없으며, Ni, Co, Fe, Cu, Cr, Mg, Mo, Zn, Ba, Ru, Mn 및 Ti 등을 포함하는 금속, 및 CoO2, Fe2O3, FeO, Fe3O4, MgO, MnO, MnO, TiO 2, ZnO 등의 산화물과 같은 상기 금속의 화합물 중에서 선택될 수 있다. 이러한 경우, 상기 조촉매는 임의적 성분이며, 함유량이 많아도 부작용을 나타내지 않으므로 실질적으로 그 사용량에 있어서 제한이 없지만, 약 0.1 내지 5.0 wt% 정도가 바람직하다. For example, one or more of noble metals such as Pt, Au, Ag, and Pd may be selected and used as the gold catalyst, and in this case, 0.1 to 5 wt% and Likewise, excellent catalytic activity with respect to volatile organic compounds can be obtained using only a relatively small amount. For example, a small amount such as about 0.1 to 2.0 wt% for Pt and about 0.1 to 5 wt% for Ag may exhibit excellent catalytic activity. As such, when using precious metals as metal catalysts, using a small amount of promoter together with one or more selected from precious metals such as Pt, Au, Ag, and Pd can reduce the amount of precious metals used, resulting in excellent catalytic activity. It is preferable because economic effects can be obtained. The metal material used as the promoter is not limited in kind, and includes metals including Ni, Co, Fe, Cu, Cr, Mg, Mo, Zn, Ba, Ru, Mn and Ti, and CoO 2 , Fe 2 O 3 , FeO, Fe 3 O 4 , MgO, MnO, MnO, TiO 2 , ZnO and the like can be selected from the compounds of the above metals. In such a case, the cocatalyst is an optional component, and even if the content is high, it does not show any side effects, and thus there is no limitation in the amount thereof, but about 0.1 to 5.0 wt% is preferable.

상기 금속 촉매는 5 nm 내지 20 ㎛ 범위에서 크기를 조절할 수 있다. 상기 촉매의 크기는 핵생성법으로 촉매 코팅시 유지 시간을 조절하거나 코팅 후 열처리 공정을 통하여 촉매 핵의 확산과 성장을 유도하여 조절 가능하다. 이와 같이, 금속 촉매의 입자 크기를 조절함으로써, 금속 촉매의 응집을 방지하고 활성 탄소 섬유 표면에 균일하게 코팅될 수 있도록 할 수 있다. The metal catalyst may be sized in the range of 5 nm to 20 μm. The size of the catalyst can be controlled by inducing diffusion and growth of the catalyst nucleus by controlling the holding time during the coating of the catalyst by the nucleation method or heat treatment after coating. As such, by controlling the particle size of the metal catalyst, it is possible to prevent the aggregation of the metal catalyst and to uniformly coat the activated carbon fiber surface.

본 발명에서는, 상기와 같은 금속 촉매를 사용함으로써, 휘발성 유기 화합물의 흡착 뿐만 아니라 이에 대한 자체 분해가 가능해져서, 기존의 공기 정화 필터의 문제점으로 지적된 유해 가스의 탈착 및 재방출 가능성을 배제할 수 있으며, 필터의 수명과 능력을 연장시킬 수 있다. 또한, 본 발명의 필터는 활성 탄소 섬유에 코팅 또는 담지된 Cu, Ag 등의 금속 촉매의 항균 및 살균 작용에 의한 자체 항균 및 살균 기능으로 인하여, 미생물 및 세균으로 인한 오염과 이들의 번식을 방지할 수 있다.In the present invention, by using the metal catalyst as described above, not only the adsorption of volatile organic compounds but also self-decomposition thereof can be eliminated, thereby eliminating the possibility of desorption and re-emission of harmful gases indicated as a problem of the conventional air purification filter. And extends the life and capabilities of the filter. In addition, the filter of the present invention, due to its own antibacterial and sterilizing function by the antibacterial and sterilizing action of metal catalysts such as Cu and Ag coated or supported on activated carbon fibers, it is possible to prevent contamination by microorganisms and bacteria and their reproduction. Can be.

본 발명의 활성 탄소 섬유를 모재로하여 금속 촉매가 코팅된 공기 정화용 필터는, 도 3에 나타낸 바와 같이, 단독으로 사용하거나 기존의 탈취/흡착을 위한 필터와 병행하여 사용할 수 있다. 또한, 본 발명의 공기 정화용 필터는, 상기한 바와 같은 자체 분해 능력으로 인하여, 사용에 따른 성능 저하를 감소시킬 수 있기 때문에, 필터의 수명이 현저하게 연장된다.An air purification filter coated with a metal catalyst based on the activated carbon fiber of the present invention may be used alone or in combination with an existing filter for deodorization / adsorption, as shown in FIG. 3. In addition, the air purification filter of the present invention can reduce the performance deterioration due to use due to the above self-decomposition ability, so that the life of the filter is significantly extended.

본 발명의 공기 정화용 필터는 가정, 공장, 자동차, 병원, 실험실 또는 사무실 등의 각종 공기 정화 장치 및 조화 장치에 적용될 수 있다.The air purification filter of the present invention can be applied to various air purification devices and conditioners such as homes, factories, automobiles, hospitals, laboratories or offices.

또한, 본 발명은 활성 탄소 섬유 표면에 핵생성법에 의하여 금속 촉매를 코 팅 또는 담지시키고, 상온 내지 200 ℃ 범위에서 20 분 내지 2 시간 동안 열처리하는 단계를 포함하는, 오염 물질의 흡착 및 분해가 가능한 공기 정화용 필터를 제조하는 방법에 관한 것이다.In addition, the present invention comprises coating or supporting a metal catalyst on the surface of the activated carbon fiber by nucleation, heat treatment for 20 minutes to 2 hours in the range of room temperature to 200 ℃, adsorption and decomposition of pollutants is possible A method for producing an air purification filter.

상기 활성 탄소 섬유로서 비표면적이 500 내지 2000 m2/g이고, 직경이 약 5 ~ 20 ㎛ 정도이며, 표면에는 10 ~ 40 Å 크기의 균등한 세공을 갖는 것을 사용하는 것이 바람직하며, 상기 금속 촉매로서 Ni, Co, Fe, Cu, Cr, Mg, Mo, Zn, Ba, Au, Ag, Pd, Pt, Ru, Mn 및 Ti 등을 포함하는 금속 및 이들의 화합물, 바람직하게는 이들의 산화물로 이루어진 군 중에서 한 가지 이상을 선택하여 사용할 수 있으며, 특히, Pt, Au, Ag 및 Pd 등과 같은 귀금속류 중에서 선택하여 0.1 내지 5 wt% 범위 내에서 사용하는 것이 바람직하다. 상기와 같이, 금속 촉매로서 귀금속류를 사용하는 경우, Ni, Co, Fe, Cu, Cr, Mg, Mo, Zn, Ba, Ru, Mn 및 Ti 등을 포함하는 금속 및 이들의 화합물로 이루어진 군 중에서 선택된 조촉매를 0.1 내지 5 wt% 양으로 추가로 사용하여 사용되는 고가의 귀금속류의 양을 줄이고, 동시에 우수한 촉매 효과를 얻을 수 있다. 상기 금속 촉매의 크기를 5 nm 내지 20 ㎛ 범위에서 조절하는 것이 바람직하다. As the activated carbon fiber, it is preferable to use a specific surface area of 500 to 2000 m 2 / g, a diameter of about 5 to 20 μm, and a uniform pore having a size of 10 to 40 mm 3 on the surface, and the metal catalyst Metal, including Ni, Co, Fe, Cu, Cr, Mg, Mo, Zn, Ba, Au, Ag, Pd, Pt, Ru, Mn and Ti, and compounds thereof, preferably oxides thereof. One or more of the group may be selected and used, and in particular, it is preferable to select from precious metals such as Pt, Au, Ag, Pd and the like and use it within the range of 0.1 to 5 wt%. As described above, when using noble metals as the metal catalyst, selected from the group consisting of metals including Ni, Co, Fe, Cu, Cr, Mg, Mo, Zn, Ba, Ru, Mn and Ti, and compounds thereof By further using the promoter in an amount of 0.1 to 5 wt%, it is possible to reduce the amount of expensive precious metals used and at the same time obtain an excellent catalytic effect. It is preferable to adjust the size of the metal catalyst in the range of 5 nm to 20 μm.

본 발명은 활성 탄소 섬유 표면에 상기와 같은 금속 촉매를 핵생성법에 의하여 코팅시키는 것을 특징으로 한다. 즉, 본 발명의 방법은 금속 촉매를 핵생성법으로 코팅함으로써, 코팅되는 금속 촉매의 입자 크기의 조절이 용이하여 금속 촉매 입자가 응집되지 않고 균일하게 코팅되도록 할 수 있고, 활성 탄소 섬유 표면 뿐 아니라 활성 탄소 섬유의 미세 기공 내부에도 금속 촉매의 코팅이 가능해서, 보다 큰 촉매 비표면적을 구현할 수 있게 된다. The present invention is characterized by coating the above-described metal catalyst on the surface of the activated carbon fiber by nucleation. That is, the method of the present invention by coating the metal catalyst by the nucleation method, it is easy to control the particle size of the metal catalyst to be coated so that the metal catalyst particles can be uniformly coated without aggregation, active carbon fiber surface as well as active The metal catalyst can be coated inside the fine pores of the carbon fiber, thereby realizing a larger catalyst specific surface area.

본 발명의 핵생성법에 의한 금속 촉매 코팅시 인가되는 전압은 50 내지 1000 V 범위가 바람직하다. 인가 전압이 50 V 보다 낮은 경우에는 촉매 소스로 부터 촉매핵의 이동에 대한 구동력이 약하여 피코팅 모재까지의 확산 또는 이동이 힘들기 때문에 바람직하지 않고, 1000 V 보다 높은 경우에는 촉매 소스와 피코팅 모재간의 전기적인 단락의 위험성과 대량의 촉매 물질의 이동이 이루어져 농도와 입자 크기 조절이 힘들어지는 단점이 있기 때문에 바람직하지 않다.The voltage applied when coating the metal catalyst by the nucleation method of the present invention is preferably in the range of 50 to 1000 V. If the applied voltage is lower than 50 V, it is not preferable because the driving force for the movement of the catalyst nucleus from the catalyst source is weak, which makes it difficult to diffuse or move to the coated substrate. It is not preferable because of the disadvantage of electrical short circuit between the liver and the movement of a large amount of catalyst material, making it difficult to control the concentration and particle size.

상기 열처리 과정을 통하여 코팅 또는 담지된 금속 촉매의 건조와 안정화를 동시에 수행할 수 있으며, 열처리 온도가 높을수록 처리 시간이 짧아지지만, 열처리 온도가 200 ℃를 넘으면, 금속 촉매의 입자 크기가 커져서, 미세 입자 크기로 인한 촉매 표면적 증가 효과를 얻을 수 없기 때문에 바람직하지 않다. 따라서, 상기 열처리는 상온 내지 200 ℃ 범위에서 20 분 내지 2 시간 동안 수행하는 것이 바람직하다. Through the heat treatment process, the coating or supported metal catalyst can be dried and stabilized at the same time, and the higher the heat treatment temperature, the shorter the treatment time, but when the heat treatment temperature exceeds 200 ℃, the particle size of the metal catalyst is increased, fine It is not preferable because the effect of increasing the surface area of the catalyst due to the particle size cannot be obtained. Therefore, the heat treatment is preferably performed for 20 minutes to 2 hours at room temperature to 200 ℃.

또한, 본 발명은 상기와 같은 공기 정화용 필터를 포함하는 공기 정화 장치를 제공한다. 본 발명의 공기 정화 장치는 상기의 공기 정화용 필터를 기존의 탈취/흡착용 필터와 함께 또는 이들을 대체하여 포함할 수 있다. In addition, the present invention provides an air purifying apparatus including the air purifying filter as described above. The air purifying apparatus of the present invention may include the air purifying filter together with or in place of the existing deodorizing / adsorbing filter.

본 발명의 활성 탄소 표면에 금속 촉매가 코팅 또는 담지된 공기 정화용 필터는 각종 휘발성 유기 화합물 및 오염 물질에 대하여 우수한 흡착 효과 외에도 이를 분해하는 분해 효과를 가지며, 이러한 분해 효과로 인하여, 휘발성 유기 화합물 및 오염 물질이 필터로부터 탈착되는 것을 방지하고, 수명이 반영구적으로 개선된 것이다 (실시예 2-(4) 및 도 9 참조).Air purifying filter coated or supported with a metal catalyst on the surface of the activated carbon of the present invention has a decomposition effect to decompose in addition to the excellent adsorption effect on various volatile organic compounds and contaminants, and due to this decomposition effect, volatile organic compounds and pollution The material is prevented from detaching from the filter and the life is semi-permanently improved (see Example 2- (4) and FIG. 9).

이하 도면과 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명할 것이나, 이들은 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위가 이들로 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings and examples, but these are only for illustrating the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereto.

도 1은 기존의 필터를 사용한 공기 정화 시스템을 보여주는 것이다. 프리필터와 헤파필터를 통하여 미세 먼지가 걸러지고, 휘발성 유기 화합물, 유해 가스, 및 악취 성분은 다음 단계의 탈취/흡착 필터에 흡착된다. 정화된 공기는 살균 또는 음이온 등의 부가 처리 후 방출된다.1 shows an air purification system using a conventional filter. Fine dust is filtered through the prefilter and hepa filter, and volatile organic compounds, harmful gases, and odorous components are adsorbed to the deodorization / adsorption filter of the next stage. The purified air is released after sterilization or addition treatment such as anion.

도 2는 도 1의 방식이 오염원의 근본적인 분해/제거가 불가능하다는 단점을 보완하기 위하여, 필터에 유기물의 분해가 가능한 광촉매를 담지 또는 코팅시킨 광촉매 필터를 사용한 예를 보여주는 것이다. 앞에서 걸러진 공기는 광촉매 필터를 통과하면서 부분 분해되어 밖으로 방출되는데, 이 때, 광촉매의 활성화를 위하여 자외선 램프가 반드시 광촉매 필터 부분에 장치되어야 한다. 그러나, 고농도의 극성, 산성 또는 염기성을 띠는 유해 가스의 제거 속도가 느리고 제거되는 양이 충분하지 않기 때문에, 광촉매 필터를 단독으로 사용하기 보다는 일차 탈취 또는 흡착된 공기의 정화에 추가하여 사용하는 경우가 대부분이다.FIG. 2 shows an example of using a photocatalyst filter in which a photocatalyst capable of degrading organic matter or coated or coated with a photocatalyst in order to supplement the disadvantage that the method of FIG. The previously filtered air is partially decomposed and discharged out through the photocatalyst filter, in which an ultraviolet lamp must be installed in the photocatalyst filter part to activate the photocatalyst. However, since the removal rate of high concentration polar, acidic or basic harmful gases is slow and the amount to be removed is not sufficient, the photocatalyst filter is used in addition to the primary deodorization or adsorption of adsorbed air rather than alone. Is most of them.

도 3은 본 발명의 금속 촉매가 코팅된 휘발성 유기 화합물 분해 활성 탄소 섬유 필터를 장착한 공기 정화 시스템의 실시예를 나타낸 것이다. 기존의 공기 정화 시스템에 추가로 장착하여 사용하거나, 기존 활성탄 또는 제올라이트 모재의 탈 취/흡착 필터를 대체하여, 탈취와 흡착 뿐 아니라 오염 물질의 분해까지 가능한 필터로 사용할 수 있다.3 shows an embodiment of an air purification system equipped with a volatile organic compound decomposed activated carbon fiber filter coated with a metal catalyst of the present invention. In addition to the existing air purification system can be used, or replace the existing deodorization / adsorption filter of the activated carbon or zeolite base material, it can be used as a filter that can not only deodorization and adsorption but also decomposition of contaminants.

도 4는 본 발명에서 필터의 모재로 사용된 활성 탄소 섬유의 미세 구조이다. 10 ㎛ 정도의 직경을 가지며, 표면에는 10 ~ 40 Å 크기의 미세 기공을 갖는다.Figure 4 is a fine structure of the activated carbon fiber used as the base material of the filter in the present invention. It has a diameter of about 10 ㎛, the surface has a fine pores of 10 ~ 40 Å size.

도 5는 코팅법에 따른 활성 탄소 섬유 표면의 촉매가 코팅된 모습을 보여주는 것이다. 도 5a는 종래의 침지법 (dipping) 또는 분사법 (spray)를 적용하여 촉매를 코팅시킨 미세 구조로서, 일반적으로 담지시킬 촉매 물질을 액상에 용해 또는 분산시킨 후, 모재를 액상에 침지시키거나, 상기 촉매 용액 또는 분산액을 모재에 분사하여 얻어진다. 이러한 방법은 간단하게 수행할 수 있다는 장점이 있지만, 코팅 후 모재상에서의 촉매의 균일도가 떨어지며, 촉매 입자간의 응집이 쉽게 일어나, 입자의 크기 조절이 힘들다는 단점이 있다. 또한, 담지되는 촉매의 양을 정확하게 조절하기가 쉽지 않으며, 촉매의 손실이 많아, Pt, Au, Pd, Ag 등의 귀금속 촉매의 경우, 가격 상승의 주된 원인으로 작용할 수 있다. 도 5b는 본 발명의 핵생성법으로 금속 촉매를 코팅한 경우의 활성 탄소 섬유 표면에서의 금속 촉매의 모습을 보여주는 것으로, 수 내지 수십 나노미터 크기의 촉매가 섬유 표면에 균일하게 코팅되어 있는 것을 관찰할 수 있다.Figure 5 shows the coating of the catalyst on the surface of the activated carbon fiber according to the coating method. FIG. 5A illustrates a microstructure in which a catalyst is coated by applying a conventional dipping or spraying method. Generally, after dissolving or dispersing a catalyst material to be supported in a liquid phase, the base material is immersed in a liquid phase, It is obtained by spraying the said catalyst solution or dispersion liquid on a base material. This method has the advantage that it can be easily performed, but the uniformity of the catalyst on the base material after coating is inferior, the aggregation between the catalyst particles easily occurs, it is difficult to control the size of the particles. In addition, it is not easy to precisely control the amount of the supported catalyst, the loss of the catalyst is a lot, and in the case of precious metal catalysts such as Pt, Au, Pd, Ag, it can act as a major cause of the price increase. Figure 5b shows the appearance of the metal catalyst on the surface of the activated carbon fiber when the metal catalyst is coated by the nucleation method of the present invention, it can be observed that the catalyst of several to several tens of nanometers size is uniformly coated on the fiber surface Can be.

도 6은 본 발명의 필터의 활성 탄소 섬유 표면 상의 금속 촉매 분포를 도시한 것이다. 비교적 큰 입도의 촉매 입자가 활성 탄소 섬유 표면에서 핵생성에 의하여 성장하여 코팅되어 있는 것을 확인할 수 있다. 이러한 금속 촉매는 공기 중의 산소 분자와 접촉하여 활성 산소를 만들고, 만들어진 활성 산소의 강력한 산화력에 의하여 휘발성 유기 화합물을 분해한다. 본 발명은 기존의 코팅 방법과는 달리 핵생성법을 통하여 활성 탄소 섬유 표면에 금속 촉매를 코팅하므로, 코팅 초기에 활성 탄소 섬유의 미세 기공 내부에서도 일부 촉매의 핵생성이 가능하게 되며, 이로 인하여 종래의 방법보다 훨씬 큰 촉매의 비표면적을 가질 수 있게 된다. 또한, 흡착된 유해 가스 또는 휘발성 유기 화합물이 활성 탄소 섬유에 흡착되어 미세 기공 내부로 확산된 경우에도 촉매에 의한 지속적인 분해가 가능하도록 하는 장점을 갖는다.6 shows the metal catalyst distribution on the activated carbon fiber surface of the filter of the present invention. It can be seen that the catalyst particles having a relatively large particle size are grown and coated by nucleation on the surface of the activated carbon fiber. These metal catalysts make active oxygen in contact with oxygen molecules in the air, and decompose volatile organic compounds by the strong oxidizing power of the produced active oxygen. Unlike the conventional coating method, since the metal catalyst is coated on the surface of the activated carbon fiber through the nucleation method, nucleation of some catalysts is possible within the fine pores of the activated carbon fiber at the beginning of the coating, and thus the conventional method It is possible to have a specific surface area of the catalyst much larger than the method. In addition, even if the adsorbed harmful gas or volatile organic compounds are adsorbed on the activated carbon fibers and diffused into the fine pores, there is an advantage to enable continuous decomposition by the catalyst.

도 7은 본 발명의 필터의 활성 탄소 섬유와 촉매에 의한 휘발성 유기 화합물의 분해 과정을 나타낸 것이다. 공기 중의 유해 가스 및 휘발성 유기 화합물 등이 산소 분자와 함께 넓은 비표면적의 활성 탄소 섬유에 의하여 초기 흡착된다. 산소 분자는 작은 입도로 인하여 표면 활성화도가 매우 높은 금속 촉매에 의하여 활성 산소로 변화되며, 활성 산소 (산화력이 염소를 기준 1.78 배 정도임)의 강력한 산화력으로 인하여 휘발성 유기 화합물이 산화 및 분해된다. Figure 7 shows the decomposition of volatile organic compounds by the activated carbon fibers and catalyst of the filter of the present invention. Hazardous gases, volatile organic compounds and the like in the air are initially adsorbed together with oxygen molecules by activated carbon fibers having a large specific surface area. Oxygen molecules are converted to active oxygen by metal catalysts having a very high surface activation due to their small particle size, and oxidized and decomposed volatile organic compounds due to the strong oxidizing power of active oxygen (oxidative power is about 1.78 times based on chlorine).

[실시예]EXAMPLE

실시예 1: 금속 촉매가 코팅된 활성 탄소 섬유 필터의 제작Example 1 Fabrication of Activated Carbon Fiber Filters Coated with Metal Catalysts

비표면적이 1500 m2/g인 활성 탄소 섬유 (KURARAY社, TOYOBO社 및 OSAKA GAS社 등의 제품, 일본)를 사용하고, 금속 촉매로서 Pt 1 wt%, 및 Pt 0.1 wt%와 Ag 0.3 wt%의 혼합물을 각각 사용하여 금속 촉매가 코팅된 활성 탄소 섬유 필터를 제작하였다. 상기 촉매는 모두 450 V의 전압하에서 핵생성법으로 모재인 활성 탄소 섬유에 코팅하였다. 상기한 바와 같이 핵생성법은 일반 코팅법에 비하여, 촉매의 손실이 적고, 코팅되는 물질의 농도 및 입자의 크기 조절이 용이할 뿐 아니라 균일도가 우수하다는 장점이 있다. 촉매의 크기를 1 ~ 50 nm 수준에서 각각 조절하였으며, 금속 촉매의 코팅 후, 100 ℃에서 1 시간 동안 열처리하여 촉매의 안정화와 건조를 동시에 수행하였다.Activated carbon fibers having a specific surface area of 1500 m 2 / g (products of KURARAY, TOYOBO and OSAKA GAS, Japan, etc.) were used, and Pt 1 wt% as the metal catalyst, and 0.1 wt% Pt and 0.3 wt% Ag Each mixture of was used to prepare an activated carbon fiber filter coated with a metal catalyst. The catalysts were all coated on the active carbon fiber as the base material by nucleation under a voltage of 450 V. As described above, the nucleation method has advantages of less loss of the catalyst, easier control of the concentration of the material to be coated and the size of the particles as well as excellent uniformity, compared to the general coating method. The size of the catalyst was adjusted at a level of 1 to 50 nm, and after coating of the metal catalyst, heat treatment was performed at 100 ° C. for 1 hour to simultaneously stabilize and dry the catalyst.

실시예 2: 필터 성능 테스트Example 2: Filter Performance Test

1) 휘발성 유기 화합물 및 악취 물질의 제거 능력1) ability to remove volatile organic compounds and odorous substances

실시예 1에서 제작한 필터를 사용하여 성능을 테스트하였다. 1 m3 밀폐된 공간에 암모니아(금속 촉매로서 Pt 0.1 wt%와 Ag 0.3 wt%의 혼합물 사용), 포름알데히드, 아세트산 및 톨루엔(이상, 금속 촉매로서 Pt 1 wt% 사용)을 초기 농도를 각각 10 ppm으로하여 충진시킨 후, 기조의 필터와 대체하여 실시예 1에서 제작한 필터를 장착한 공기 정화기를 가동시켜 각 시간대 별로 농도를 측정하여 다음의 공식으로 제거율을 구하여 표 1에 나타내었다.The performance was tested using the filter made in Example 1. 1 m 3 of ammonia in an enclosed space (with a mixture of Pt 0.1 wt% and Ag 0.3 wt% as a metal catalyst), formaldehyde, acetic acid and toluene, the initial concentration of the (at least, Pt 1 wt% is used as a metal catalyst), respectively 10 After filling with ppm, the air purifier equipped with the filter produced in Example 1 was operated in place of the existing filter, and the concentration was measured at each time period, and the removal rate was calculated by the following formula.

제거율 (%) = [1-(측정 시점의 농도/초기 농도)] x 100% Clearance = [1- (concentration at initial measurement / initial concentration)] x 100

Figure 112004052159112-PAT00002
Figure 112004052159112-PAT00002

표 1에서 알 수 있는 바와 같이, 대표적인 휘발성 유기 화합물인 포름알데히드와 톨루엔의 경우, 30 분 이내에 99 %에 이르는 제거율을 보였으며, 자극적인 악취 성분인 암모니아와 아세트산 역시 5 분 이내에 99 % 이상의 제거율을 나타내었다. Pt의 경우 1.0 wt%의 적은 양으로도 10 ppm의 유기 화합물을 0.1 ppm대로 낮추는 우수한 효과를 보였지만, 고가이기 때문에, Ag 등과 같은 다른 귀금속류 또는 조촉매와 함께 사용하여 사용량을 줄이면서도 동일한 효과를 유지하도록 할 수 있다. 또한, Pt와 비교하여 비교적 저가인 Ag 역시 휘발성 유기 화합물에 대하여 우수한 제거 효과를 갖는 것으로 나타났다. As can be seen from Table 1, the representative volatile organic compounds formaldehyde and toluene showed a removal rate of 99% within 30 minutes, and the irritating odor components ammonia and acetic acid also exhibited a removal rate of 99% or more within 5 minutes. Indicated. In the case of Pt, a small amount of 1.0 wt% showed an excellent effect of lowering 10 ppm of the organic compound to 0.1 ppm, but since it is expensive, it is used together with other precious metals or co-catalysts such as Ag, while maintaining the same effect. You can do that. In addition, Ag, which is relatively inexpensive compared to Pt, also has an excellent removal effect on volatile organic compounds.

2) 반복 사용시의 휘발성 유기 화합물 제거 능력 2) ability to remove volatile organic compounds during repeated use

또한, 실시예 1에서 제작한 필터를 반복적으로 포름알데히드에 노출시켜 측정한 결과를 표 2에 나타내었다. In addition, Table 2 shows the results obtained by repeatedly exposing the filter prepared in Example 1 to formaldehyde.

Figure 112004052159112-PAT00003
Figure 112004052159112-PAT00003

표 2에서 알 수 있는 바와 같이, 3 차에 걸쳐 시험한 결과, 30 분을 기준으로 98 ~ 99 % 수준의 제거율을 지속적으로 보여주는 것으로 나타났으며, 이는 단순 흡착에 의한 포화가 일어나지 않았음을 간접적으로 증명하는 것이다.As can be seen in Table 2, the results of the third round of tests showed that the removal rate was consistently 98-99% based on 30 minutes, indicating that no saturation by simple adsorption occurred. To prove.

3) 기존의 필터와의 비교3) Comparison with existing filters

기존의 활성탄 흡착 필터와 실시예 1에서 제작한 본 발명의 금속 촉매 코팅 활성 탄소 섬유 필터를 각각 100 ppm 이상의 포름알데히드에 48 시간 이상 노출시킨 후, 밀봉하여, 포름알데히드의 변화량을 측정하여, 그 결과를 도 8에 나타내었다. 도 8에서 알 수 있는 바와 같이, 기존의 활성탄 필터는 10 일간 측정한 결과 자체 분해 기능이 없고 흡착만 가능하므로, 포름알데히드와 같이 탈착이 쉬운 가스의 경우, 지속적으로 증가함을 알 수 있다. 반면, 촉매를 담지한 활성 탄소 섬유 필터의 경우에는 흡착 뿐 아니라 자체 분해 효과로 인하여, 0.1 ppm 이하 수준에서 유지되고 있다.Existing activated carbon adsorption filter and the metal catalyst coated activated carbon fiber filter of the present invention prepared in Example 1 were each exposed to at least 100 ppm of formaldehyde for at least 48 hours, and then sealed to measure the amount of change of formaldehyde. Is shown in FIG. 8. As can be seen in FIG. 8, the conventional activated carbon filter has a self-decomposition function and can only be adsorbed as a result of measuring for 10 days, and thus it can be seen that in the case of a gas that is easily removable such as formaldehyde, it is continuously increased. On the other hand, the activated carbon fiber filter carrying the catalyst is maintained at 0.1 ppm or less due to the adsorption as well as the self-decomposition effect.

4) 포름알데히드 분해 검증4) Formaldehyde Decomposition Verification

본 발명의 필터가 오염 물질을 단순히 흡착하는 것에 그치지 않고 이를 분해하여 제거할 수 있다는 기존 필터와의 차별성을 입증하기 위하여, 상기 실시예 1에서 제작된 필터의 포름알데히드 제거 성능을 화학적인 분해에 인한 것임을 검증하였다. 이를 위하여, 시간에 따른 포름알데히드(HCHO)의 농도 변화와 이산화탄소(CO2) 농도 변화를 동시에 측정하여 도 9에 나타내었다. 포름알데히드(HCHO)가 화학적으로 완전 분해되면, 이산화탄소(CO2)와 수분(H2O)으로 해리된다. 도면 9에서 알 수 있는 바와 같이, 포름알데히드의 농도가 감소하는 대신에 이산화탄소의 증가하였으며, 이는 포름알데히드가 이산화탄소로 분해되었음을 나타내는 것이다. 포름알데히드 1 분자 해리시, 탄소 원자(C) 1 개가 생성되므로, 분해시 생성되는 이산화탄소(CO2)의 양도 정량적으로 대략 비슷한 양으로 증가한 것으로 볼 수 있다. 즉, 본 발명은 기존 필터의 유해 가스의 단순 흡착을 넘어 오염 물질을 화학적으로 분해시켜 필터의 수명을 반영구적으로 향상시킨 것이라고 할 수 있다. In order to demonstrate the differentiation from the existing filter that the filter of the present invention can decompose and remove not only the adsorption of contaminants, but also the formaldehyde removal performance of the filter manufactured in Example 1 is due to chemical decomposition. It was verified. To this end, the concentration change of formaldehyde (HCHO) and the change of carbon dioxide (CO2) concentration with time are measured and shown in FIG. 9. When formaldehyde (HCHO) is chemically completely decomposed, it is dissociated into carbon dioxide (CO 2 ) and water (H 2 O). As can be seen in Figure 9, instead of decreasing the concentration of formaldehyde, carbon dioxide increased, indicating that formaldehyde was decomposed into carbon dioxide. When one molecule of formaldehyde is dissociated, one carbon atom (C) is generated, and thus, the amount of carbon dioxide (CO 2 ) generated during decomposition may be increased to a quantitatively similar amount. That is, the present invention can be said to improve the life of the filter semi-permanently by chemically decomposing contaminants beyond the simple adsorption of harmful gas of the existing filter.

본 발명의 활성 탄소 섬유를 모재로하여 금속 촉매가 코팅된 공기 정화용 필터는 기존의 공기 정화 장치에 단독으로 사용되거나 기존의 탈취/흡착 필터와 병행하여 사용될 수 있으며, 가정, 공장, 자동차, 병원, 실험실 또는 사무실 등의 각종 공기 정화 장치 및 조화 장치에 적용될 수 있다.Metal catalyst coated air purification filter based on the activated carbon fiber of the present invention can be used alone in a conventional air purification device or in combination with a conventional deodorization / adsorption filter, can be used in homes, factories, automobiles, hospitals, It can be applied to various air purification devices and conditioners such as a laboratory or an office.

Claims (12)

섬유상이며 표면에 형성된 미세 기공 구조에 의하여 비표면적이 큰 활성 탄소 섬유 및 상기 활성 탄소 섬유 표면과 미세 기공 내부에 코팅 또는 담지된 금속 촉매를 포함하여 구성되며, 각종 휘발성 유기 화합물 및 오염 물질에 대한 흡착력 및 분해력이 우수한 공기 정화용 필터.It is composed of activated carbon fiber having a specific surface area and a metal catalyst coated or supported on the surface of the activated carbon fiber and the micropores by a fibrous, fine pore structure formed on the surface, and adsorbing force on various volatile organic compounds and contaminants. And an air purification filter having excellent resolution. 제1항에 있어서, 상기 활성 탄소 섬유는 비표면적이 500 ~ 2000 m2/g이고, 직경이 5 ~ 20 ㎛이며, 표면에 10 ~ 40 Å 크기의 균등한 세공을 갖는 것인 공기 정화용 필터.The filter for air purification according to claim 1, wherein the activated carbon fiber has a specific surface area of 500 to 2000 m 2 / g, a diameter of 5 to 20 μm, and uniform pores having a size of 10 to 40 mm 3 on the surface. 제1항에 있어서, 상기 금속 촉매가 Ni, Co, Fe, Cu, Cr, Mg, Mo, Zn, Ba, Au, Ag, Pd, Pt, Ru, Mn, Ti 및 이들의 화합물로 이루어진 군 중에서 선택된 한 가지 이상의 금속 또는 금속 화합물인 공기 정화용 필터. The method of claim 1, wherein the metal catalyst is selected from the group consisting of Ni, Co, Fe, Cu, Cr, Mg, Mo, Zn, Ba, Au, Ag, Pd, Pt, Ru, Mn, Ti and compounds thereof Air purification filter that is one or more metals or metal compounds. 제3항에 있어서, 상기 금속 촉매가 Pt, Au, Ag 및 Pd로 이루어진 군 중에서 선택된 귀금속인 공기 정화용 필터. The air purification filter of claim 3, wherein the metal catalyst is a noble metal selected from the group consisting of Pt, Au, Ag, and Pd. 제4항에 있어서, 상기 금속 촉매가 상기 귀금속에 추가하여 조촉매로서 Ni, Co, Fe, Cu, Cr, Mg, Mo, Zn, Ba, Ru, Mn, Ti 및 이들의 화합물로 이루어진 군 중에서 선택된 한 가지 이상의 금속 또는 금속 화합물을 포함하는 것인 공기 정화용 필터.The metal catalyst of claim 4, wherein the metal catalyst is selected from the group consisting of Ni, Co, Fe, Cu, Cr, Mg, Mo, Zn, Ba, Ru, Mn, Ti, and compounds thereof in addition to the noble metals. An air purification filter comprising at least one metal or metal compound. 제1항에 있어서, 상기 금속 촉매의 크기가 5 nm 내지 20 ㎛ 범위인 공기 정화용 필터.The filter of claim 1, wherein the metal catalyst has a size in the range of 5 nm to 20 μm. 활성 탄소 섬유 표면에 50 내지 1000 V의 전압하에서 핵생성법에 의하여 금속 촉매를 코팅 또는 담지시키고 상온 내지 200 ℃에서 20분 내지 1 시간 동안 열처리하는 단계를 포함하는, 휘발성 유기 화합물 및 오염 물질의 흡착 및 분해가 가능한 공기 정화용 필터의 제조방법.Adsorption of volatile organic compounds and contaminants, comprising coating or supporting the metal catalyst on the surface of the activated carbon fiber by a nucleation method under a voltage of 50 to 1000 V and heat-treating at room temperature to 200 ° C. for 20 minutes to 1 hour; and Method for producing a filter for air purification that can be decomposed. 제7항에 있어서, 상기 활성 탄소 섬유로서 비표면적이 500 ~ 2000 m2/g이고, 직경이 5 ~ 20 ㎛이며, 표면에 10 ~ 40 Å 크기의 균등한 세공을 갖는 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.8. The activated carbon fiber has a specific surface area of 500 to 2000 m 2 / g, a diameter of 5 to 20 μm, and an even pore having a size of 10 to 40 mm 3 on its surface. Manufacturing method. 제7항에 있어서, 상기 금속 촉매로서 Ni, Co, Fe, Cu, Cr, Mg, Mo, Zn, Ba, Au, Ag, Pd, Pt, Ru, Mn, Ti 및 이들의 화합물로 이루어진 군 중에서 선택된 한 가지 이상의 금속 또는 금속 화합물을 사용하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.The method of claim 7, wherein the metal catalyst is selected from the group consisting of Ni, Co, Fe, Cu, Cr, Mg, Mo, Zn, Ba, Au, Ag, Pd, Pt, Ru, Mn, Ti, and compounds thereof Process for producing at least one metal or metal compound. 제9항에 있어서, 상기 금속 촉매로서 Pt, Au, Ag 및 Pd로 이루어진 군 중에서 선택된 귀금속을 사용하는 것을 특징으로 하는 제조 방법. 10. The method according to claim 9, wherein a precious metal selected from the group consisting of Pt, Au, Ag, and Pd is used as the metal catalyst. 제10항에 있어서, 상기 금속 촉매로서 상기 귀금속에 추가하여 조촉매로서 Ni, Co, Fe, Cu, Cr, Mg, Mo, Zn, Ba, Ru, Mn, Ti 및 이들의 화합물로 이루어진 군 중에서 선택된 한 가지 이상의 금속 또는 금속 화합물을 함께 사용하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.The method of claim 10, wherein the metal catalyst is selected from the group consisting of Ni, Co, Fe, Cu, Cr, Mg, Mo, Zn, Ba, Ru, Mn, Ti, and compounds thereof in addition to the noble metals. A process characterized by using more than one metal or metal compound together. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 공기 정화용 필터 또는 제7항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 제조 방법에 의하여 제조된 공기 정화용 필터를 기존의 탈취/흡착용 필터와 함께 또는 이들을 대체하여 포함하는 공기 정화 장치. An air purifying filter according to any one of claims 1 to 6 or an air purifying filter manufactured by the manufacturing method according to any one of claims 7 to 11 together with an existing deodorizing / adsorption filter or An air purification device including these in place.
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