KR20120027960A - An apparatus for separating element in the air - Google Patents

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백승현
이치성
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성균관대학교산학협력단
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Abstract

PURPOSE: A gas separating apparatus and a gas separating film are provided to improve thermal, mechanical, and electrical performance of the apparatus and to function as a filter which is specialized for preventing the penetration of water molecules. CONSTITUTION: A gas separating apparatus includes a gas inlet(210), a gas separating film(220), and a gas outlet(230). First gas containing vapor is introduced into the gas inlet. The gas separating film suppresses the penetration of vapor from the first gas. The gas separating film discharges second gas through the gas separating film. The gas separating film is based on vertically grown carbon nano-materials. The carbon nano-materials are based on one or more selected from carbon nano-wires, single-walled carbon nano-tubes, dual-walled carbon nano-tubes, and multi-walled carbon nano-tubes.

Description

기체 분리 장치{AN APPARATUS FOR SEPARATING ELEMENT IN THE AIR}Gas separation device {AN APPARATUS FOR SEPARATING ELEMENT IN THE AIR}

본 발명은 기체로부터 수증기를 분리하는 기체 분리장치에 관한 것이다.The present invention relates to a gas separation device for separating water vapor from a gas.

고분자막의 제조법이 널리 알려진 이래로 에너지 절약 및 환경보호를 주목적으로 하여 여러 응용분야에 걸쳐 다양한 막 소재 개발 및 이를 이용한 막분리공정이 보급되기 시작하였다. Since the manufacturing method of the polymer membrane is widely known, the development of various membrane materials and the membrane separation process using the same have begun to spread over various applications with the main purpose of energy saving and environmental protection.

대부분의 상업화된 막은 치밀층과 다공성층으로 구성된 비대칭막 또는 다공층만으로 구성된 막 표면 위에 막 구성물질과는 다른 혹은 같은 물질을 코팅하여 복합막을 제조하거나 막 표면을 물리적, 화학적으로 개질하는 구성을 사용하고 있다.Most commercialized membranes use asymmetric membranes consisting of dense and porous layers, or coatings composed of different or the same material as the membrane components on the membrane surface consisting of only porous layers to make composite membranes or physically and chemically modify the membrane surface. Doing.

종래의 기술에 역시 여러 가지 코팅 물질을 사용하여 기체 분리막을 형성하고 있다.The prior art also uses various coating materials to form gas separation membranes.

미합중국특허 제4,214,020호는 천연고무, 유기고분자, 특히 실리콘 고분자, 폴리에스터, 폴리아마이드, 셀룰로스계 고분자 등의 코팅 물질을 사용하고 있다. 그 중 코팅물질로 폴리실록산계 고분자를 언급하고 있는데, 이러한 폴리실록산계 고분자를 이용하여 코팅용액을 구성함에 있어서 용매는 펜탄, 이소펜탄등의 알칸계열을 주로 사용하고 있는 것으로 나타나 있다.U.S. Patent No. 4,214,020 uses coating materials such as natural rubber, organic polymers, in particular silicone polymers, polyesters, polyamides, cellulose polymers. Among them, a polysiloxane-based polymer is mentioned as a coating material. In forming a coating solution using the polysiloxane-based polymer, a solvent is mainly used for alkane series such as pentane and isopentane.

일본특허 63-205108에서는 셀룰로오즈 디아세테이트(cellulose diacetate)와 아세톤으로 구성된 코팅용액을 제조하여 폴리에스터-폴리술폰(polyester-polysulfone)막에 코팅하였다.In Japanese Patent 63-205108, a coating solution composed of cellulose diacetate and acetone was prepared and coated on a polyester-polysulfone film.

상기한 바와 같이 종래의 기술에 있어서는 코팅용액을 구성함에 있어서 그 용매가 인체에 상당히 유해하고 대기오염을 유발하는 등의 부작용을 초래할 수 있다. 또한 상기의 복합막 제조에 있어서 플라즈마 중합, 열처리 같은 부가적인 공정을 수반하거나, 코팅 물질의 합성등 보다 복잡한 방법을 이용하고 있으며 결과적으로 막 성능 또한 그리 우수하지 않다.As described above, in the related art, the solvent may be very harmful to the human body in forming the coating solution, and may cause side effects such as causing air pollution. In addition, in the composite film production, additional processes such as plasma polymerization and heat treatment are used, or more complicated methods such as synthesis of coating materials are used. As a result, the film performance is not very good.

본 발명에서는 탄소나노소재를 기반으로 하여 기존 분리막보다 높은 기계적, 열적, 전기적 특성을 가질 뿐만 아니라, 강한 소수성 특징을 띔으로써 수증기 투과 방지에 탁월한 성능을 보이는 것을 특징으로 하는 기체 분리막을 제안하고자 한다.The present invention proposes a gas separation membrane based on carbon nanomaterials, which not only has higher mechanical, thermal, and electrical properties than conventional separation membranes, but also exhibits excellent performance in preventing water vapor permeation by identifying strong hydrophobic characteristics.

본 발명의 일부 실시예는 수직 성장된 탄소나노물질로 이루어진 기체 분리막을 통해 기체로부터 수증기의 분리를 수행하는 기체 분리 장치를 제공한다. Some embodiments of the present invention provide a gas separation apparatus for separating water vapor from a gas through a gas separation membrane made of vertically grown carbon nanomaterials.

상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 제 1 측면에 따른 기체 분리 장치는, 수증기를 포함하는 제 1 기체가 유입되는 기체 유입부, 상기 제 1 기체 중 수증기의 통과를 억제하는 기체 분리막 및 상기 기체 분리막을 통과한 제 2 기체를 배출시키는 기체 배출부를 포함하되, 상기 기체 분리막은 수직 성장된 탄소나노물질로 이루어진 것이다.As a technical means for achieving the above-described technical problem, the gas separation device according to the first aspect of the present invention, the gas inlet portion to which the first gas containing water flows, to suppress the passage of water vapor in the first gas And a gas discharge part for discharging the second gas passing through the gas separation membrane and the gas separation membrane, wherein the gas separation membrane is made of a vertically grown carbon nanomaterial.

또한, 본 발명의 제 2 측면에 따른 기체 분리막은 수직 성장된 탄소나노물질로 이루어져 수증기의 통과를 억제한다. In addition, the gas separation membrane according to the second aspect of the present invention is made of a vertically grown carbon nano material to suppress the passage of water vapor.

전술한 본 발명의 과제 해결 수단에 의하면, 수직 정렬 성장한 탄소나노물질을 기체분리막으로 사용하여, 물분자 투과 방지에 특화된 필터로 이용할 수 있다. 기존의 기체 분리막은 폴리머 혹은 제올라이트 기반으로 하여, 열전, 기계적 안전성이 낮거나, 전기적 특성이 안 좋은 단점이 있다. 또한 기존의 방습 기술은 실리카겔, 산화알루미나 등의 다공성 물질을 이용한 흡습제와 수백나노미터~마이크로미터 사이즈의 공극을 갖는 부직포 필터를 혼합하여 사용되어 왔으나, 주변 대기 상태에 따라 흡습제에서 습기가 내부로 재배출 되고, 기존의 부직포 필터의 비교적 큰 공극에 의해 방습 성능이 떨어질 뿐만 아니라, 흡습제와 필터의 혼합을 위한 추가 공정이 요구되는 등의 문제점이 있다. According to the problem solving means of the present invention described above, it is possible to use a vertically grown carbon nanomaterial as a gas separation membrane, it can be used as a filter specialized for preventing water molecules permeation. Conventional gas separation membranes are based on polymers or zeolites, and have disadvantages such as low thermoelectricity, low mechanical safety, or poor electrical properties. In addition, the conventional moisture-proof technology has been used by mixing a moisture absorbent using a porous material such as silica gel, alumina oxide and a non-woven fabric filter having a pore of several hundred nanometers to micrometer size, but the moisture from the absorbent to the inside depending on the ambient air condition It is discharged, there is a problem that not only the moisture-proof performance is lowered by the relatively large voids of the existing nonwoven filter, but also requires an additional process for mixing the absorbent and the filter.

본 발명에 따라 제작된 필터는 초소수성을 띄는 동시에 나노사이즈의 공극을 가짐으로써 습기의 투과를 최대한 방지할 뿐만 아니라, 열적, 기계적, 전기적으로 뛰어난 성능을 보이며, 자기 세척 능력으로 인해 재활용이 쉬운 장점을 갖는다. The filter manufactured according to the present invention has super hydrophobicity and nano-sized pores to prevent moisture permeation as much as possible, and shows excellent thermal, mechanical and electrical performance, and is easy to recycle due to self-cleaning ability. Has

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기체 분리의 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기체 분리 장치를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 기체 분리 장치를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 기체 분리 장치에 사용되는 탄소나노튜브의 구조를 촬영한 사진이다.1 is a view for explaining the principle of gas separation according to an embodiment of the present invention.
2 is a view showing a gas separation device according to an embodiment of the present invention.
3 is a view showing a gas separation device according to another embodiment of the present invention.
Figure 4 is a photograph of the structure of the carbon nanotubes used in the gas separation apparatus according to an embodiment of the present invention.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted in order to clearly describe the present invention, and like reference numerals designate like parts throughout the specification.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part is "connected" to another part, this includes not only "directly connected" but also "electrically connected" with another element in between. . In addition, when a part is said to "include" a certain component, which means that it may further include other components, except to exclude other components unless otherwise stated.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기체 분리의 원리를 설명하기 위한 도면이다.1 is a view for explaining the principle of gas separation according to an embodiment of the present invention.

탄소나노튜브는 전기적, 열적, 기계적 특성이 타 재료에 비하여 우수하다는 점이 알려져 있으며, 최근에는 소수성(hydrophobic)을 갖는다는 연구 결과도 알려져 있다.Carbon nanotubes are known to have superior electrical, thermal, and mechanical properties compared to other materials, and recently, research results have been known to have hydrophobic properties.

특히, 탄소나노튜브를 수직 성장시킬 경우, 소수성이 극대화될 수 있으며, 수직 성장된 탄소나노튜브의 구조에 따라, 습기가 아닌 다른 기체가 탄소나노튜브를 통과하는 속도가 증가할 수 있다.In particular, when the carbon nanotubes are vertically grown, hydrophobicity can be maximized, and depending on the structure of the vertically grown carbon nanotubes, the rate at which other gases other than moisture pass through the carbon nanotubes may increase.

도시된 바와 같이, 수직 성장된 탄소나노튜브(10)를 필터로 사용할 경우, 수증기(H2O )가 함유된 기체에서, 수증기 성분이 탄소나노튜브(10)를 통과하지 못하고, 걸러지게 된다. 그에 따라, 수증기가 함유된 혼합 기체에서, 수증기가 제외된 기체만이 탄소나노튜브(10) 필터를 통과하게 된다. 이때, 수직성장된 탄소나노튜브(10)의 구조에 따라, 수증기가 제외된 기체의 필터 통과속도를 증가시킬 수 있다. 즉, 탄소나노튜브(10)가 원통형 구조로 성장되어 있기 때문에, 일반 탄소나노튜브 구조물에 비하여 기체의 통과속도가 증가될 수 있다.As illustrated, when the vertically grown carbon nanotubes 10 are used as filters, in the gas containing water vapor (H 2 O), the water vapor components do not pass through the carbon nanotubes 10 and are filtered out. Accordingly, in the mixed gas containing water vapor, only the gas excluding water vapor passes through the carbon nanotube 10 filter. At this time, according to the structure of the vertically grown carbon nanotube 10, it is possible to increase the filter passing rate of the gas excluding the water vapor. That is, since the carbon nanotubes 10 are grown in a cylindrical structure, the gas passage speed may be increased as compared with the general carbon nanotube structures.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기체 분리 장치를 도시한 도면이다.2 is a view showing a gas separation device according to an embodiment of the present invention.

기체 분리 장치(200)는 기체 유입부(210), 기체 분리막(220), 기체 배출부(230), 분리막 지지체(240), 외벽(250)을 포함한다.The gas separation device 200 includes a gas inlet 210, a gas separator 220, a gas outlet 230, a separator support 240, and an outer wall 250.

기체 유입부(210)는 외벽(250)에 의하여 형성된 공간으로서, 분리 대상이 되는 기체가 유입되는 공간이다. 유입된 제 1 기체는 수증기외에 질소, 산소, 이산화 탄소외에 기타 여러 물질을 포함할 수 있다.The gas inlet 210 is a space formed by the outer wall 250 and is a space into which a gas to be separated is introduced. The first gas introduced may include, in addition to water vapor, nitrogen, oxygen, carbon dioxide, and many other materials.

기체 분리막(220)은 앞서 설명한 바와 같이, 수직성장된 탄소나노물질로 구성되어, 수증기의 통과를 막는다. 그러나, 제 1 기체에서 수증기를 제외한 나머지 기체의 통과는 허용한다. 앞서 설명한 바와 같이, 수직성장된 탄소나노물질의 구조에 의하여 수증기를 제외한 나머지 기체의 통과속도가 향상될 수 있다. 탄소나노물질은 탄소나노와이어, 단일벽 탄소나노튜브 및 이중벽 탄소나노튜브, 세 개의 벽 이상을 포함하는 멀티-월(multi-wall) 탄소나노튜브 중 하나 이상을 포함한다. 수직성장된 탄소나노물질의 제조 공정등에 대해서는 추후에 살펴보기로 한다.As described above, the gas separation membrane 220 is made of vertically grown carbon nano material to prevent passage of water vapor. However, the passage of gas other than water vapor in the first gas is allowed. As described above, the passage speed of the remaining gas excluding water vapor may be improved by the structure of the vertically grown carbon nano material. Carbon nanomaterials include one or more of carbon nanowires, single-walled carbon nanotubes and double-walled carbon nanotubes, and multi-wall carbon nanotubes including three or more walls. The manufacturing process of vertically grown carbon nanomaterials will be discussed later.

기체 배출부(230)는 외벽(250)에 의하여 형성된 공간으로서, 기체 유입부(210)를 통해 유입된 제 1 기체 중 기체 분리박(220)을 통과한 제 2 기체를 외부로 배출시킨다. 이때, 제 2 기체는 외부로 배출될 수도 있으며, 용도에 따라 제 2 기체를 별도의 포집부에 포집시켜 사용할 수 있다. 예를 들어, 공기 정화기에 본 기체 분리 장치(200)가 구비되는 경우에는 수증기가 제거된 제 2 기체가 특정 공간으로 공급될 수 있다. The gas discharge part 230 is a space formed by the outer wall 250 and discharges the second gas passed through the gas separation foil 220 of the first gas introduced through the gas inlet 210 to the outside. In this case, the second gas may be discharged to the outside, and may be used by collecting the second gas in a separate collecting unit according to the use. For example, when the present gas separation device 200 is provided in an air purifier, the second gas from which water vapor has been removed may be supplied to a specific space.

분리막 지지체(240)는 외벽(250)에 기체 분리막(240)을 고정시키는 기능을 수행한다.The membrane supporter 240 performs a function of fixing the gas separation membrane 240 to the outer wall 250.

한편, 도면에 도시되어 있지는 않지만, 기체의 흐름을 제 1 기체의 유입 방향으로 유도하는 기체 흡입 장치 등을 더 포함할 수 있다. On the other hand, although not shown in the figure, it may further include a gas suction device for inducing the flow of gas in the inflow direction of the first gas.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 기체 분리 장치를 도시한 도면이다.3 is a view showing a gas separation device according to another embodiment of the present invention.

기체 분리 장치(300)는 기체 유입부(310), 기체 분리막(320), 기체 배출부(330), 분리막 지지체(340), 외벽(350), 제 1 전극(360), 제 2 전극(362), 전원 공급부(370)을 포함한다.The gas separation device 300 includes a gas inlet 310, a gas separator 320, a gas outlet 330, a membrane support 340, an outer wall 350, a first electrode 360, and a second electrode 362. ), And a power supply unit 370.

대체적인 구성은 도 2의 구성과 동일하여 상세한 설명은 생략한다.The alternative configuration is the same as the configuration of FIG. 2 and the detailed description is omitted.

제 1 전극(360)과 제 2 전극(362)은 기체 분리막(320)에 접속되어 미리 설정된 크기의 전압을 인가한다. 제 1 전극(360)과 제 2 전극(362)은 서로 상이한 극성을 갖도록 구성된다. 예를 들어, 제 1 전극(360)이 양극이면 제 2 전극(362)은 음극이다.The first electrode 360 and the second electrode 362 are connected to the gas separation membrane 320 to apply a voltage having a preset magnitude. The first electrode 360 and the second electrode 362 are configured to have different polarities from each other. For example, if the first electrode 360 is an anode, the second electrode 362 is a cathode.

탄소나노물질로 이루어진 기체 분리막(320)은 전기 전도성을 가지므로, 제 1 전극(360)과 제 2 전극(362)에 의하여 인가된 전압에 따라, 전기장이 형성된다. 이와 같은 전기장에 의하여, 기체 분리막(320)의 수분에 대한 특성이 소수성에서 친수성으로 변환된다.Since the gas separation membrane 320 made of carbon nano material has electrical conductivity, an electric field is formed according to the voltage applied by the first electrode 360 and the second electrode 362. By such an electric field, the water property of the gas separation membrane 320 is converted from hydrophobic to hydrophilic.

전원 공급부(370)는 제 1 전극(360)과 제 2 전극(362)에 선택적으로 전압을 인가하여, 기체 분리막(320)의 수분에 대한 특성을 소수성 또는 친수성으로 변환시킨다.The power supply unit 370 selectively applies a voltage to the first electrode 360 and the second electrode 362, thereby converting the water characteristic of the gas separation membrane 320 into hydrophobic or hydrophilic.

즉, 전압의 공급시에는 기체 분리막(320)에 친수성을 부여하고, 전압 공급의 차단시에는 기체 분리막(320)에 소수성을 부여한다. 이러한 특성에 따라, 수증기의 기체 분리막(320) 통과 여부를 선택적으로 제어할 수 있다. 이를 위해, 미리 설정된 타이밍에 따라 상기 전극에 선택적으로 전압을 공급하도록 구성한다.That is, hydrophilicity is imparted to the gas separation membrane 320 when the voltage is supplied, and hydrophobicity is imparted to the gas separation membrane 320 when the voltage supply is interrupted. According to such a property, it is possible to selectively control whether or not the water vapor passes through the gas separation membrane 320. To this end, it is configured to selectively supply a voltage to the electrode according to a preset timing.

이에 따라, 사용자가 원하는 특정 시점에서는 수증기의 통과를 막는 기능을 수행하도록 하고, 다른 시점에서는 수증기를 기체 분리막(320)에 근접시켜 들러붙도록 하는 기능을 수행할 수 있다.Accordingly, at a specific time desired by the user, a function of preventing the passage of water vapor may be performed, and at another time, the water vapor may be stuck to the gas separation membrane 320.

본 발명에 따른 기체 분리막은 정밀 공정이 채용된 각종 생산라인(예를 들면, 석유 화학 공정 생산 라인, 반도체 공정 생산 라인 등)에서 습기 투과를 방지하는 용도로 사용될 수 있다. 또한, 하드 디스크와 같이 습기에 취약한 전자 제품의 케이스 등에 적용되어 습기 투과를 방지할 수 있다.The gas separation membrane according to the present invention may be used for preventing moisture permeation in various production lines (eg, petrochemical process production lines, semiconductor process production lines, etc.) employing precision processes. In addition, it may be applied to a case of an electronic product vulnerable to moisture, such as a hard disk, to prevent moisture permeation.

또한, 여러 기체가 혼합된 가스에서 특정 기체를 분리하는 용도로 사용될 수 있다. 즉, 나노 사이즈 갭에 따른 가스 투과 속도 차이를 이용하여 기체를 분리할 수 있다. 예를 들면, 분자량에 의한 확산속도 차이를 이용하여 기체를 분리하거나, 분자 사이즈에 의한 분리를 수행할 수 있다. 이러한 원리는 모든 종류의 기체에 적용이 가능하며, 특히 필터 구조체의 사이 간격 조절을 통해 그 정도의 조절이 가능하다. 또한, 막 자체의 강한 소수성에 의해 친수성 기체와 소수성 기체가 혼합된 경우 분리 효율의 극대화가 예상된다. 또한, 탄소나노물질을 이용하여 형성한 필터의 표면에 코팅 혹은 기능화를 통해 특정 기체의 투과도를 선택적으로 향상시켜 분리 효율을 극대화할 수 있다.In addition, it can be used to separate a specific gas from a gas mixed with several gases. That is, the gas may be separated by using the gas permeation rate difference according to the nano size gap. For example, the gas may be separated using the diffusion rate difference by the molecular weight, or the separation may be performed by the molecular size. This principle can be applied to all kinds of gases, and in particular, the degree of adjustment is possible through the gap between the filter structures. In addition, when the hydrophilic gas and the hydrophobic gas are mixed due to the strong hydrophobicity of the membrane itself, it is expected to maximize the separation efficiency. In addition, it is possible to maximize the separation efficiency by selectively improving the permeability of a particular gas through coating or functionalizing the surface of the filter formed using carbon nanomaterials.

또한, 본 발명의 필터는 마이크로~나노 사이즈의 갭을 가지며, 그 크기를 조절할 수 있기 때문에 이 이상의 크기를 갖는 입자와 미생물들을 효과적으로 제거할 수 있고, 그에 따라 공기정화, 정수 등의 분야에 이용 가능하다.In addition, the filter of the present invention has a micro-nano size gap, and can control the size of the particles and microorganisms having a size larger than this, and thus can be used in the field of air purification, water purification, etc. Do.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 기체 분리 장치에 사용되는 탄소나노튜브의 구조를 촬영한 사진이다.Figure 4 is a photograph of the structure of the carbon nanotubes used in the gas separation apparatus according to an embodiment of the present invention.

도시된 바와 같이, 수직 성장된 CNT의 구조를 확인할 수 있다.As shown, the structure of vertically grown CNTs can be identified.

이와 같은 탄소나노물질의 수직 성장을 위해, 종래에 알려진 전기방전법, 레이저증착법, 열분해증착법, 열화학기상증착성장법 또는 플라즈마화학기상증착법을 사용할 수 있다.For vertical growth of such carbon nanomaterials, conventionally known electric discharge, laser deposition, thermal decomposition deposition, thermochemical vapor deposition or plasma chemical vapor deposition can be used.

또한, 버퍼층과 촉매층의 증착을 위해, 종래에 알려진 스핀 코팅 공정(Spin coating), 스퍼터링 공정(Sputtering), 도금 공정(Electroplating, Electroless plating), 열증착 공정(Thermal evaporating), 전자빔 증착 공정(E-beam evaporating)등을 사용할 수 있다.In addition, for the deposition of the buffer layer and the catalyst layer, a spin coating process, a sputtering process, an electroplating process, an electroless plating process, a thermal evaporation process, and an electron beam deposition process (E-) are known. beam evaporating).

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.The foregoing description of the present invention is intended for illustration, and it will be understood by those skilled in the art that the present invention may be easily modified in other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. will be. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive. For example, each component described as a single type may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as distributed may be implemented in a combined form.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
The scope of the present invention is shown by the following claims rather than the above description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be construed as being included in the scope of the present invention. do.

200: 기체 분리 장치 210: 기체 유입부
220: 기체 분리막 230: 기체 배출부
240: 분리막 지지체 250: 외벽
300: 기체 분리 장치 310: 기체 유입부
320: 기체 분리막 330: 기체 배출부
340: 분리막 지지체 350: 외벽
360, 362: 전극 370: 전원 공급부200: gas separation unit 210: gas inlet
220: gas separation membrane 230: gas discharge unit
240: separator support 250: outer wall
300: gas separation unit 310: gas inlet
320: gas separation membrane 330: gas outlet
340: membrane support 350: outer wall
360, 362: electrode 370: power supply

Claims (7)

기체 분리 장치에 있어서,
수증기를 포함하는 제 1 기체가 유입되는 기체 유입부,
상기 제 1 기체 중 수증기의 통과를 억제하는 기체 분리막 및
상기 기체 분리막을 통과한 제 2 기체를 배출시키는 기체 배출부를 포함하되,
상기 기체 분리막은 수직 성장된 탄소나노물질로 이루어진 것인 기체 분리 장치.
In the gas separation device,
A gas inlet for introducing a first gas including water vapor,
A gas separation membrane for suppressing passage of water vapor in the first gas;
Including a gas discharge unit for discharging the second gas passing through the gas separation membrane,
The gas separation membrane is a gas separation device made of a vertically grown carbon nano material.
제 1 항에 있어서,
상기 탄소나노물질은 탄소나노와이어, 단일벽 탄소나노튜브 및 이중벽 탄소나노튜브, 멀티-월(multi-wall) 탄소나노튜브 중 하나 이상을 포함하는 것인 기체 분리 장치.
The method of claim 1,
The carbon nanomaterial includes at least one of carbon nanowires, single-walled carbon nanotubes and double-walled carbon nanotubes, and multi-wall carbon nanotubes.
제 1 항에 있어서,
상기 기체 분리막에 전압을 인가하는 전극 및
상기 전극에 전압을 공급하는 전압 공급부를 더 포함하는 기체 분리 장치.
The method of claim 1,
An electrode for applying a voltage to the gas separation membrane;
And a voltage supply unit for supplying a voltage to the electrode.
제 2 항에 있어서,
상기 전압 공급부는 미리 설정된 타이밍에 따라 상기 전극에 선택적으로 전압을 공급하는 기체 분리 장치.
The method of claim 2,
And the voltage supply unit selectively supplies a voltage to the electrode according to a preset timing.
제 1 항에 있어서,
상기 기체 분리막을 상기 기체 유입부와 상기 기체 배출부 사이에 고정시키는 분리막 지지체를 더 포함하는 기체 분리 장치.
The method of claim 1,
And a separator support for fixing the gas separator between the gas inlet and the gas outlet.
수직 성장된 탄소나노물질로 이루어져 수증기의 통과를 억제하는 기체 분리막.
Gas separation membrane made of vertically grown carbon nano material to inhibit the passage of water vapor.
제 6 항에 있어서,
상기 탄소나노물질은 탄소나노와이어, 단일벽 탄소나노튜브 및 이중벽 탄소나노튜브, 멀티-월(multi-wall) 탄소나노튜브 중 하나 이상을 포함하는 것인 기체 분리막.The method according to claim 6,
The carbon nanomaterial may include at least one of carbon nanowires, single-walled carbon nanotubes and double-walled carbon nanotubes, and multi-wall carbon nanotubes.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9381449B2 (en) 2013-06-06 2016-07-05 Idex Health & Science Llc Carbon nanotube composite membrane
US9403121B2 (en) 2013-06-06 2016-08-02 Idex Health & Science, Llc Carbon nanotube composite membrane
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