KR20220011913A

KR20220011913A - Sterilizable Electrosatatic Filter by Photothermal effect

Info

Publication number: KR20220011913A
Application number: KR1020200090749A
Authority: KR
Inventors: 류승환; 정학근; 김종훈
Original assignee: 한국에너지기술연구원
Priority date: 2020-07-22
Filing date: 2020-07-22
Publication date: 2022-02-03
Also published as: KR102503214B1

Abstract

One embodiment can provide a triboelectric filter including: at least one first filter including a polymer material that generates triboelectricity, and removing fine dust using triboelectricity generated by friction between the polymer material and air; at least one second filter including a UV lamp, and removing bacteria or microbes by irradiating ultraviolet rays generated by the UV lamp; and at least one third filter including a phosphor material and nanoparticles that receive light converted by the phosphor material, and removing virus by transferring heat generated by the nanoparticles.

Description

광열효과에 의한 살균이 가능한 마찰전기 필터 {Sterilizable Electrosatatic Filter by Photothermal effect}Sterilizable Electrosatatic Filter by Photothermal effect

본 실시예는 가시광 또는 근적외선이 조사된 나노 입자가 발생시키는 열에 의해 살균이 가능한 마찰전기 필터에 관한 것이다.This embodiment relates to a triboelectric filter capable of sterilization by heat generated by nanoparticles irradiated with visible or near infrared rays.

미세먼지는 입자의 크기에 따라 PM(Particulate Matter) 2.5, PM(Particulate Matter) 10 등으로 구분되며 일반적인 먼지와 달리 입자의 크기가 작아 체내로 쉽게 흡수되는 특징을 가지고 있다. 특히 몸 속 깊이까지 침투된 미세먼지는 기관지 또는 폐에 달라붙어 암을 발생시키는 등 각종 질병을 유발시키는 요인으로 알려져 있고, 최근에는 이러한 미세먼지 문제를 제거하기 위해 다양한 방안이 제시되고 있다.Fine dust is classified into PM (Particulate Matter) 2.5 and PM (Particulate Matter) 10 according to the particle size. In particular, fine dust that has penetrated deep into the body is known to be a factor inducing various diseases, such as sticking to the bronchial tubes or lungs and causing cancer.

일반적으로 공기 중에 떠다니는 미세먼지 등의 미립자를 여과 기능을 가지는 필터를 통해 제거하며, 일례로 종이 필터, 부직포 필터는 미세먼지 입자보다 작은 여과망을 사용하여 여과망보다 지름이 큰 미세먼지를 포집하므로, 시간이 지남에 따라 공기의 흐름을 막아 압력 강하에 따른 여과능력이 하락한다는 문제점이 존재한다. Generally, particulates such as fine dust floating in the air are removed through a filter that has a filtration function. As time goes by, there is a problem in that the filtration capacity decreases due to the pressure drop by blocking the flow of air.

여과식 필터의 압력 강하 문제를 해결하기 위한 방안으로 교체형 여과 필터 등을 사용하여 여과 능력을 향상시키려는 시도가 해당 기술분야에서 지속적으로 제안되었지만, 시간이 지남에 따라 공기의 흐름을 막는다는 여과식 필터의 본질적인 문제는 해결되지 않고 있다. As a way to solve the pressure drop problem of the filtration type filter, attempts to improve the filtration ability by using a replaceable filtration filter, etc. have been continuously proposed in the art, but the filtration type that blocks the flow of air over time The fundamental problem of filters remains unresolved.

공기의 유동을 방해하지 않는 코로나 방전이 제안되었지만, 코로나 방전은 고압의 전원을 인가해야 하는 문제점이 있어 가정에서 사용하기 어렵고 오존 등과 같은 유해물질을 발생시켜 환경을 오염시킨다는 점에서 한계점이 명확하다.Corona discharge that does not interfere with the flow of air has been proposed, but corona discharge has a problem in that it has to apply a high-pressure power, so it is difficult to use at home, and the limitation is clear in that it pollutes the environment by generating harmful substances such as ozone.

종래의 공기청정필터는 미세먼지를 제거하기 위한 목적을 가질 뿐이므로 세균 및 바이러스를 제거하는 효과를 발생시키지 않는다. 종래의 공기청정필터에 주로 사용되는 헤파(HEPA, High Efficiency Particulate Air) 필터는 섬유로 제작되어 세균 번식의 위험성이 높으며, 바이러스의 제거가 쉽지 않다. The conventional air purifying filter only has the purpose of removing fine dust, and thus does not produce an effect of removing bacteria and viruses. HEPA (High Efficiency Particulate Air) filters, which are mainly used in conventional air purifying filters, are made of fibers, so there is a high risk of bacterial propagation, and it is not easy to remove viruses.

또한, 헤파 필터의 등급이 H14인 경우 입자 포집률이 99.975%로 높아지는 등 미세먼지의 제거 성능은 높아지지만, 필터에 걸리는 차압이 높아져 펌프장치에 과부하가 걸리게 되고 전력 소모가 증가한다는 문제점이 발생한다.In addition, when the HEPA filter grade is H14, the particle collection rate increases to 99.975%, and the fine dust removal performance increases, but the differential pressure applied to the filter increases, overloading the pump device and increasing power consumption. .

이러한 배경에서, 본 실시예의 목적은, 일 측면에서, 흡착면의 마찰전기 발전을 통해 대전된 표면을 이용하여, 미세먼지, 박테리아, 바이러스 등의 유해물질을 집진 또는 포집하는 필터를 제공하는 것이다.Against this background, an object of the present embodiment is, in one aspect, to provide a filter that collects or collects harmful substances such as fine dust, bacteria, and viruses by using the surface charged through triboelectric power generation of the adsorption surface.

본 실시예의 목적은, 다른 측면에서, 가시광선 또는 근적외선을 조사하고 나노 입자에 의해 발생한 열로 세균, 바이러스 등을 제거하는 필터를 제공하는 것이다.It is an object of this embodiment, in another aspect, to provide a filter that irradiates visible or near-infrared rays and removes bacteria, viruses, etc. with heat generated by nanoparticles.

본 실시예의 목적은, 또 다른 측면에서, 자외선을 조사하여 세균, 바이러스 등을 1차적으로 제거하고 나노 입자에 의해 발생한 열로 잔존하는 세균, 바이러스 등을 2차적으로 제거하는 필터를 제공하는 것이다.An object of this embodiment is to provide a filter that, in another aspect, primarily removes bacteria, viruses, etc. by irradiating ultraviolet rays and secondarily removes bacteria, viruses, etc. remaining by heat generated by nanoparticles.

전술한 목적을 달성하기 위하여, 일 측면에서, 마찰전기를 발생시키는 폴리머 재료를 포함하고, 상기 폴리머 재료와 공기의 마찰로 발생한 마찰전기를 이용하여 미세먼지, 세균, 박테리아, 바이러스를 제거하는 하나 이상의 폴리머 필터; 및 가시광선 또는 근적외선이 나노 입자에 전달되고, 상기 나노 입자에 의해 발생한 열을 전달하여 광열 효과에 의해 세균, 박테리아, 바이러스를 제거하는 하나 이상의 살균 필터를 포함하는 마찰전기 필터를 제공할 수 있다.In order to achieve the above object, in one aspect, at least one comprising a polymer material for generating triboelectricity, and removing fine dust, bacteria, bacteria, and viruses using triboelectricity generated by friction between the polymer material and air polymer filter; and one or more sterilizing filters in which visible or near-infrared rays are transmitted to the nanoparticles, and heat generated by the nanoparticles is transferred to remove bacteria, bacteria, and viruses by a photothermal effect.

전술한 목적을 달성하기 위하여, 다른 실시예는, 마찰전기를 발생시키는 폴리머 재료를 포함하고, 상기 폴리머 재료와 공기의 마찰로 발생한 마찰전기를 이용하여 미세먼지, 세균, 박테리아 또는 바이러스를 제거하는 하나 이상의 제1 필터; 자외선을 조사하여 세균, 박테리아 또는 바이러스를 제거하는 하나 이상의 제2 필터; 및 형광체 물질 및 나노 입자를 포함하고, 상기 형광체 물질이 변환한 광을 나노 입자가 전달받고, 상기 나노 입자에 의해 발생한 열을 전달하여 세균, 박테리아 또는 바이러스를 제거하는 하나 이상의 제3 필터를 포함하는, 마찰전기 필터를 포함할 수 있다.In order to achieve the above object, another embodiment includes a polymer material that generates triboelectricity, and uses triboelectricity generated by friction between the polymer material and air to remove fine dust, bacteria, bacteria or viruses. the above first filter; One or more second filters for removing bacteria, bacteria or viruses by irradiating ultraviolet rays; and one or more third filters comprising a phosphor material and nanoparticles, the nanoparticles receiving the light converted by the phosphor material, and transferring heat generated by the nanoparticles to remove bacteria, bacteria or viruses , may include a triboelectric filter.

미세먼지 필터에서 상기 제1 필터는 표면에 하나 이상의 홈을 포함하고, 상기 제3 필터에 하나 이상의 나노 입자가 분산되어 있거나 필터 속에 나노 입자가 포함되어 있는, 마찰전기 필터를 제공할 수 있다.In the fine dust filter, it is possible to provide a triboelectric filter in which the first filter includes one or more grooves on the surface, and one or more nanoparticles are dispersed in the third filter or the nanoparticles are included in the filter.

미세먼지 필터에서 상기 제2 필터의 자외선 램프에 의해 발생한 자외선이 상기 제3 필터의 형광체 물질에 전달되는, 마찰전기 필터를 제공할 수 있다.It is possible to provide a triboelectric filter in which ultraviolet rays generated by the ultraviolet lamp of the second filter in the fine dust filter are transmitted to the phosphor material of the third filter.

미세먼지 필터에서 상기 폴리머 재료는 플루오르화 폴리비닐리덴(PVDF), 폴리디메틸실록산(PDMS), 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE), 나일론(Nylon) 및 나피온(Nafion) 중 하나 이상을 포함하고, 상기 나노 입자는, (1) 금속 계열의 금, 은, 구리, 철 중 하나 이상, (2) 금속-절연체 계열의 SiO2-금속, SiN-금속 중 하나 이상, (3) 금속-반도체 계열의 TiO2-금속, ZnO-금속, SnO2-금속 중 하나 이상, (4) 반도체 계열의 Ge-Te 중 하나 이상을 포함하거나 둘 이상의 조합을 포함하는, 마찰전기 필터를 제공할 수 있다.In the fine dust filter, the polymer material comprises at least one of polyvinylidene fluoride (PVDF), polydimethylsiloxane (PDMS), polytetrafluoroethylene (PTFE), nylon (Nylon), and Nafion, wherein the The nanoparticles are (1) one or more of metal-based gold, silver, copper, and iron, (2) one or more of metal-insulator-based SiO2-metal and SiN-metal, (3) metal-semiconductor-based TiO2- A triboelectric filter including at least one of metal, ZnO-metal, and SnO2-metal, (4) at least one of semiconductor-based Ge-Te, or a combination of two or more may be provided.

전술한 목적을 달성하기 위하여, 또 다른 측면에서, 정전기적으로 대전될 수 있는 폴리머 재료에 의해 형성되고, 표면에는 하나 이상의 홈을 포함하는 다공성 마찰부재; 전기방사에 의해 형성되고, 상기 다공성 마찰부재의 표면에 불규칙적으로 배치되는 나노 파이버; 및 상기 나노 파이버 표면에 도포된 형광 물질을 포함하고, 상기 형광 물질에 의해 변환된 가시광에 반응하여 열을 발생시킬 수 있는 하나 이상의 금속 나노 입자 또는 반도체 나노 입자를 포함하는, 마찰전기 필터를 제공할 수 있다.In order to achieve the above object, in another aspect, a porous friction member formed of a polymer material capable of being electrostatically charged, the porous friction member having one or more grooves on its surface; nanofibers formed by electrospinning and irregularly disposed on the surface of the porous friction member; and one or more metal nanoparticles or semiconductor nanoparticles capable of generating heat in response to visible light converted by the fluorescent material, including a fluorescent material applied to the surface of the nanofiber, to provide a triboelectric filter. can

마찰전기 필터에서 상기 형광 물질은 야그(YAG) 형광체이고, 상기 폴리머 재료는 플루오르화 폴리비닐리덴(PVDF), 폴리디메틸실록산(PDMS), 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE), 나일론(Nylon) 및 나피온(Nafion) 중 하나 이상을 포함하고, In the triboelectric filter, the fluorescent material is a YAG phosphor, and the polymer material is polyvinylidene fluoride (PVDF), polydimethylsiloxane (PDMS), polytetrafluoroethylene (PTFE), nylon (Nylon) and Nafion. (Nafion) comprising at least one,

상기 나노 입자는, (1) 금속 계열의 금, 은, 구리, 철 중 하나 이상, (2) 금속-절연체 계열의 SiO2-금속, SiN-금속 중 하나 이상, (3) 금속-반도체 계열의 TiO2-금속, ZnO-금속, SnO2-금속 중 하나 이상, (4) 반도체 계열의 Ge-Te 중 하나 이상을 포함하거나 둘 이상의 조합을 포함하는, 마찰전기 필터를 제공할 수 있다.The nanoparticles include (1) at least one of metal-based gold, silver, copper, and iron, (2) metal-insulator-based SiO2-metal, and SiN-metal-based one or more, (3) metal-semiconductor-based TiO2 It is possible to provide a triboelectric filter comprising at least one of -metal, ZnO-metal, and SnO2-metal, (4) at least one of semiconductor-based Ge-Te, or a combination of two or more.

마찰전기 필터에서 자외선을 조사하는 자외선 램프를 더 포함하는, 마찰전기 필터를 제공할 수 있다.It is possible to provide a triboelectric filter, further comprising an ultraviolet lamp for irradiating ultraviolet rays from the triboelectric filter.

마찰전기 필터에서 마찰전기 필터의 표면의 일부는 광촉매에 의해 코팅되고, 상기 광촉매는 밴드갭(Band gap)을 형성하는, 마찰전기 필터를 제공할 수 있다.In the triboelectric filter, a part of the surface of the triboelectric filter is coated with a photocatalyst, and the photocatalyst forms a band gap.

마찰전기 필터에서 상기 마찰전기 필터는 외부 공기를 순환시키는 제1 유동 통로와 연결되어 있고, 상기 마찰전기 필터는 제1 유동 통로와 분리되어 내부 공기를 순환시키는 제2 유동 통로와 연결되어 있는, 마찰전기 필터를 제공할 수 있다.In the triboelectric filter, the triboelectric filter is connected to a first flow passage for circulating external air, and the triboelectric filter is connected to a second flow passage separate from the first flow passage and for circulating internal air. An electric filter may be provided.

본 실시예의 목적은, 또 다른 측면에서, 마찰전기 필터에 의한 이중 살균 방법에 있어서, 자외선 램프에 의해 생성된 자외선을 마찰전기 필터에 조사하는 단계; 상기 조사된 자외선이 세균, 박테리아 또는 바이러스를 살균하는 1차 살균단계; 상기 조사된 자외선이 형광 물질에 전달되어 가시광을 방출하는 가시광 방출 단계; 상기 가시광에 반응하여 나노 입자가 열을 방출하는 열 발생단계; 및 상기 나노 입자에서 방출된 열이 세균, 박테리아 또는 바이러스를 살균하는 2차 살균단계를 포함하는, 이중 살균 방법을 제공할 수 있다.An object of this embodiment is, in another aspect, a dual sterilization method using a triboelectric filter, comprising: irradiating ultraviolet rays generated by an ultraviolet lamp to the triboelectric filter; a first sterilization step in which the irradiated ultraviolet ray sterilizes bacteria, bacteria or viruses; a visible light emission step in which the irradiated ultraviolet light is transmitted to a fluorescent material to emit visible light; a heat generating step in which the nanoparticles emit heat in response to the visible light; And it may provide a double sterilization method, comprising a secondary sterilization step in which the heat emitted from the nanoparticles sterilizes bacteria, bacteria or viruses.

본 실시예의 목적은, 또 다른 측면에서, 마찰전기 필터에 의한 살균 방법에 있어서, 폴리머 필터에 의해 미세먼지, 세균, 박테리아, 바이러스를 제거하는 단계; 가시광선 또는 근적외선을 나노 입자에 조사하는 단계; 상기 가시광선 또는 근적외선에 반응하여 나노 입자가 열을 방출하는 열 발생단계; 및 상기 나노 입자에서 방출된 열이 세균, 박테리아 또는 바이러스를 살균하는 단계를 포함하는, 마찰전기 필터에 의한 살균 방법을 제공할 수 있다.An object of this embodiment is, in another aspect, a sterilization method using a triboelectric filter, comprising: removing fine dust, bacteria, bacteria, and viruses by using a polymer filter; Irradiating visible or near-infrared rays to the nanoparticles; a heat generating step in which the nanoparticles emit heat in response to the visible or near infrared rays; and the heat emitted from the nanoparticles sterilizes bacteria, bacteria or viruses.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 실시예에 따르면, 전기방사를 활용한 필터의 제작을 통해 차압이 낮은 미세먼지 필터를 제공할 수 있고, 자외선을 통해 세균을 제거함과 동시에 나노 입자에 의해 발생한 열로 바이러스를 제거하는 이중 살균 마찰전기 필터를 제공할 수 있다.As described above, according to this embodiment, a fine dust filter with a low differential pressure can be provided through the manufacture of a filter using electrospinning, and at the same time, it removes bacteria through ultraviolet rays and viruses by heat generated by nanoparticles. A dual sterile triboelectric filter that removes may be provided.

도 1은 복수 개의 필터를 구비한 마찰전기 필터의 제1 실시예를 나타낸 도면이다.
도 2은 음전하를 가지는 미세먼지와 마찰전기 필터의 상호작용을 나타낸 도면이다.
도 3는 마찰전기 필터의 원리를 설명하는 도면이다.
도 4는 코팅된 마찰전기 필터의 표면을 나타낸 도면이다.
도 5은 마찰전기 필터의 제거 대상을 설명하는 도면이다.
도 6는 복수 개의 필터를 구비한 마찰전기 필터의 제2 실시예를 나타낸 도면이다.
도 7은 전기 방사를 통한 나노파이버 제작 과정을 설명하는 도면이다.
도 8은 나노 입자가 분사된 마찰전기 필터의 표면을 비교한 도면이다.
도 9는 실내 공기의 순환 과정을 나타내는 도면이다.
도 10은 마찰전기 필터의 이중 살균 단계를 나타내는 도면이다.
도 11은 나노 입자의 파장별 광 흡수율을 나타낸 도면이다.
도 12는 나노 입자의 표면을 확대한 도면이다.
도 13은 나노 입자의 농도별 표면을 확대한 예시 도면이다.
도 14은 나노 입자의 크기별 표면을 확대한 제1 예시 도면이다.
도 15은 나노 입자의 크기별 표면을 확대한 제2 예시 도면이다.
도 16는 나노 파이버 형성을 위한 방사 기기 실험 과정을 나타낸 도면이다.
도 17은 니들 사이즈에 따른 나노 파이버를 확대한 제1 예시 도면이다.
도 18은 니들 사이즈에 따른 나노 파이버를 확대한 제2 예시 도면이다.
도 19는 나노 입자의 유무에 따른 박테리아 제거 효과를 비교한 도면이다.
도 20은 나노 입자의 유무에 따른 박테리아 표면을 확대한 제1 예시 도면이다.
도 21은 나노 입자의 유무에 따른 박테리아 표면을 확대한 제2 예시 도면이다.1 is a view showing a first embodiment of a triboelectric filter having a plurality of filters.
2 is a view showing the interaction between fine dust having a negative charge and a triboelectric filter.
3 is a view for explaining the principle of the triboelectric filter.
4 is a view showing the surface of the coated triboelectric filter.
5 is a view for explaining a removal target of the triboelectric filter.
6 is a view showing a second embodiment of a triboelectric filter having a plurality of filters.
7 is a view for explaining a nanofiber manufacturing process through electrospinning.
8 is a view comparing the surfaces of triboelectric filters on which nanoparticles are sprayed.
9 is a diagram illustrating a circulating process of indoor air.
10 is a view showing the double sterilization step of the triboelectric filter.
11 is a view showing the light absorption rate for each wavelength of nanoparticles.
12 is an enlarged view of the surface of the nanoparticles.
13 is an enlarged view of the surface of each concentration of nanoparticles.
14 is an enlarged first exemplary view of the surface of each size of nanoparticles.
15 is an enlarged second exemplary view of the surface of each size of nanoparticles.
16 is a view showing a spinning device experimental process for forming nanofibers.
17 is an enlarged first exemplary view of the nanofiber according to the size of the needle.
18 is an enlarged second exemplary view of the nanofiber according to the needle size.
19 is a view comparing the effect of removing bacteria according to the presence or absence of nanoparticles.
20 is an enlarged first exemplary view of the bacterial surface according to the presence or absence of nanoparticles.
21 is an enlarged second exemplary view of the bacterial surface according to the presence or absence of nanoparticles.

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 그 상세한 설명을 생략한다.Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described in detail with reference to exemplary drawings. In adding reference numerals to the components of each drawing, it should be noted that the same components are given the same reference numerals as much as possible even though they are indicated on different drawings. In addition, in the description of the present invention, detailed descriptions of related well-known structures or functions that are determined to obscure the gist of the present invention will be omitted.

또한, 본 발명의 구성요소를 설명하는데 있어서, 제1, 제2, a, b 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 또 다른 구성요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.In addition, in describing the components of the present invention, terms such as first, second, a, and b may be used. These terms are only for distinguishing the elements from other elements, and the essence, order, or order of the elements are not limited by the terms. When an element is described as being "connected", "coupled" or "connected" to another element, the element may be directly connected or connected to the other element, but another element may exist between each element. It should be understood that elements may also be “connected,” “coupled,” or “connected.”

도 1은 복수 개의 필터를 구비한 마찰전기 필터의 제1 실시예를 나타낸 도면이다.1 is a view showing a first embodiment of a triboelectric filter having a plurality of filters.

도 2은 음전하를 가지는 미세먼지와 마찰전기 필터의 상호작용을 나타낸 도면이다.2 is a view showing the interaction between fine dust having a negative charge and a triboelectric filter.

도 1 및 도 2을 참조하면, 마찰전기 필터는 제 1 필터(100), 제2 필터(200), 제3 필터(300)를 포함할 수 있다.1 and 2 , the triboelectric filter may include a first filter 100 , a second filter 200 , and a third filter 300 .

제1 필터(100)는 마찰전기를 발생시키는 폴리머 재료를 포함할 수 있다. 필요에 따라 제1 필터(100)은 마찰전기 필터 또는 폴리머 필터로 불릴 수 있다.The first filter 100 may include a polymer material that generates triboelectricity. If necessary, the first filter 100 may be referred to as a triboelectric filter or a polymer filter.

폴리머 재료는 공기와의 마찰로 마찰전기를 발생시키며, 마찰전기에 의해 미세먼지(1), 박테리아(3), 바이러스(5) 등의 유해 물질을 제거할 수 있다. 마찰전기에 의한 필터는 미세먼지, 박테리아, 바이러스 등의 유해 물질을 집진 또는 포집하여 제거할 수 있다.The polymer material generates friction electricity by friction with air, and harmful substances such as fine dust (1), bacteria (3), and viruses (5) can be removed by friction electricity. The triboelectric filter can remove harmful substances such as fine dust, bacteria, and viruses by collecting or collecting them.

미세먼지는 입자의 크기에 따라 PM2.5, PM10 등으로 구분되며, 일 실시예에 따라 도면에 표시된 미세먼지(1)의 직경은 필요에 따라 달리 설정될 수 있다. 공기 중에 포함된 미세먼지 또는 유해물질은 그 종류에 구애받지 않고 마찰전기 필터의 흡착 또는 제거의 대상이 된다.Fine dust is classified into PM2.5, PM10, etc. according to the size of particles, and according to an embodiment, the diameter of the fine dust 1 shown in the drawing may be set differently as needed. Fine dust or harmful substances contained in the air are subject to adsorption or removal by the triboelectric filter regardless of the type.

마찰전기 필터는 흡착면의 마찰전기 발전을 통해 대전된 표면을 이용하여, 미세먼지, 박테리아, 바이러스 등의 유해물질을 집진 또는 포집하는 필터를 제공할 수 있다. 박테리아 및 바이러스와 같은 바이오에어로졸의 경우 표면의 전하로 인하여 마찰전기로 대전된 필터에 쉽게 포집될 수 있다.The triboelectric filter may provide a filter that collects or collects harmful substances such as fine dust, bacteria, and viruses by using the surface charged through triboelectric power generation on the adsorption surface. In the case of bioaerosols such as bacteria and viruses, they can be easily collected by triboelectrically charged filters due to the charge on the surface.

기존의 여과식 필터는 미세먼지(1)보다 직경이 작은 유동통로를 형성하여 물리적인 방법으로 미세먼지(1)를 제거한다. 예시적으로, 미세먼지(1)는 직경이 10 마이크로 미터일 수 있고, 여과식 필터는 미세먼지(1)의 직경보다 작은 5 마이크로 미터로 직경을 형성하여 필터의 직경보다 큰 미세먼지(1)를 제거할 수 있다.The existing filtration type filter forms a flow passage with a smaller diameter than the fine dust 1 and removes the fine dust 1 by a physical method. Illustratively, the fine dust 1 may have a diameter of 10 micrometers, and the filter type filter has a diameter of 5 micrometers smaller than the diameter of the fine dust 1, so that the fine dust 1 larger than the diameter of the filter can be removed.

이러한 여과식 필터는 시간이 지남에 따라 여과 능력이 감소하게 되며, 여과된 미세먼지(1)가 필터의 직경을 감소시키는 효과가 있어 차압이 지속적으로 증가하는 단점이 있다.Such a filtration type filter has a disadvantage in that the filtration ability decreases over time, and the filtered fine dust 1 has an effect of reducing the diameter of the filter, so that the differential pressure continuously increases.

일 실시예에 따른 마찰전기 필터는 미세먼지(1)의 직경보다 큰 공기 유동 통로를 형성하여 차압을 감소시키지 않고 미세먼지(1)를 제거할 수 있다. 예시적으로, 미세먼지(1)는 직경이 10 마이크로 미터일 수 있고, 마찰전기 필터는 미세먼지(1)의 직경보다 큰 15 마이크로 미터의 직경을 형성할 수 있다. 이 경우 여과식 필터와 비교할 때 시간이 지남에 따라 여과 능력의 감소량을 줄일 수 있으므로, 차압의 증가량은 미미할 수 있다. 이 경우 압력 손실을 방지하여 에너지 저감 또는 전력 소비를 감소시킬 수 있다.The triboelectric filter according to an exemplary embodiment forms an air flow passage larger than the diameter of the fine dust 1 to remove the fine dust 1 without reducing the differential pressure. For example, the fine dust 1 may have a diameter of 10 micrometers, and the triboelectric filter may have a diameter of 15 micrometers greater than the diameter of the fine dust 1 . In this case, as compared with the filtration type filter, it is possible to reduce the decrease in the filtration capacity over time, and thus the increase in the differential pressure may be insignificant. In this case, it is possible to prevent pressure loss, thereby reducing energy or power consumption.

공기의 유동 통로는 직사각형일 수 있고, 원형일 수 있으며, 그 형태는 제한되지 않는다. 예시적으로, 미세먼지 필터의 제작을 쉽게 하기 위하여 메시(mesh)형 마찰전기 필터를 형성할 수 있다. 메시 형태의 필터는 공기와의 마찰에 의한 대전량을 증가시킬 수 있으므로 효율적인 미세먼지 포집을 가능하게 한다.The air flow passage may be rectangular or circular, and the shape is not limited. For example, a mesh-type triboelectric filter may be formed to facilitate the manufacture of the fine dust filter. The mesh-type filter can increase the amount of charge caused by friction with air, enabling efficient collection of fine dust.

일 실시예에 따라, 제1 필터(100)의 섬유(fiber) 또는 파이버(110)는 양이온을 가질 수 있고, 음이온을 가진 미세먼지(1)가 정전기적 인력에 의해 흡착시키거나 당길 수 있다.According to an embodiment, the fibers or fibers 110 of the first filter 100 may have positive ions, and the fine dust 1 having negative ions may be adsorbed or pulled by electrostatic attraction.

다른 실시예에 따라, 제1 필터(100)는 음이온을 가질 수 있고, 양이온을 가지는 미세먼지(1), 박테리아(3), 바이러스(5) 등의 유해 물질을 정전기적 인력에 의해 흡착시키거나 당길 수 있다.According to another embodiment, the first filter 100 may have negative ions, and may adsorb harmful substances such as fine dust (1), bacteria (3), and viruses (5) having positive ions by electrostatic attraction or can pull

일 실시예에 따른 제1 필터(100)의 표면에는 하나 이상의 홈을 포함할 수 있다. 이 경우 정전기적으로 대전될 수 있는 폴리머 재료에 의해 형성된 다공성 마찰부재의 집진 능력을 향상시킬 수 있다.The surface of the first filter 100 according to an embodiment may include one or more grooves. In this case, it is possible to improve the dust collecting ability of the porous friction member formed of the electrostatically charged polymer material.

제1 필터(100)에서 사용되는 폴리머 재료는 테프론, 실리콘 수지, 나일론, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리염화비닐, 염화비닐, 폴리스틸렌, 아크릴 수지, ABS 수지, 페놀 수지, 멜라민 수지, 에폭시 수지, 폴리에스터, 불포화폴리에스테르, 폴리우레탄, 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리카보네이트, 폴리아세탈, 변성폴리페닐렌옥사이드, 변성폴리페닐렌옥사이드, 폴리술폰, 폴리에테르술폰, 폴리페닐렌설파이드, 폴리아릴레이트 및 불소계 수지로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 물질을 포함할 수 있으나 이에 제한되지 않는다.The polymer material used in the first filter 100 is Teflon, silicone resin, nylon, polyethylene, polypropylene, polyvinyl chloride, vinyl chloride, polystyrene, acrylic resin, ABS resin, phenol resin, melamine resin, epoxy resin, polyester , unsaturated polyester, polyurethane, polyamide, polyester, polycarbonate, polyacetal, modified polyphenylene oxide, modified polyphenylene oxide, polysulfone, polyethersulfone, polyphenylenesulfide, polyarylate and fluorine-based resin It may include any one material selected from the group consisting of, but is not limited thereto.

일 실시예에 따라 폴리머 재료는 플루오르화 폴리비닐리덴(PVDF), 폴리디메틸실록산(PDMS), 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE), 나일론(Nylon) 및 나피온(Nafion) 중 하나 이상을 포함할 수 있다.According to one embodiment, the polymeric material may include one or more of polyvinylidene fluoride (PVDF), polydimethylsiloxane (PDMS), polytetrafluoroethylene (PTFE), nylon (Nylon) and Nafion. .

폴리머 재료는 마찰전기 발생에 용이한 재료이면 제한되지 않으나, 자외선, 가시광선, 근적외선 조사에 따른 변성이 없는 재료로 적절하게 선택될 수 있다.The polymer material is not limited as long as it is a material that is easy to generate triboelectricity, but may be appropriately selected as a material that is not modified by irradiation with ultraviolet, visible, or near-infrared rays.

폴리머 재료는 형광 물질과 분리된 형태로 각각 형성될 수 있으나, 형광 물질을 포함하여 폴리머 복합체를 형성할 수도 있다.The polymer material may be formed separately from the fluorescent material, but may also include the fluorescent material to form a polymer composite.

제2 필터(200)은 자외선 램프를 포함하고, 상기 자외선 램프에 의해 발생한 자외선을 조사하여 박테리아 또는 세균을 제거할 수 있다. The second filter 200 may include an ultraviolet lamp, and may remove bacteria or bacteria by irradiating ultraviolet rays generated by the ultraviolet lamp.

제2 필터(200)은 필요에 따라 제1 필터(100), 제3 필터(300)과 분리된 별개의 필터일 수 있고, 필요에 따라 하나의 구조를 가질 수 있다.The second filter 200 may be a separate filter separated from the first filter 100 and the third filter 300 if necessary, and may have a single structure if necessary.

자외선 램프의 종류는 자외선을 발생시킬 수 있는 것이면 그 종류는 제한되지 않는다. 자외선에 의해 산화(Oxidation) 반응이 살균 작용에 활용될 수 있다. 바이오 에어로졸은 세균, 박테리아, 바이러스를 포함할 수 있고, 공기중에 부유하는 바이오 에어로졸은 제2 필터(200) 또는 제3 필터(300)에 의해 제거될 수 있다.The type of the UV lamp is not limited as long as it can generate UV light. Oxidation reaction by ultraviolet rays can be utilized for sterilization. The bio-aerosol may include bacteria, bacteria, and viruses, and the bio-aerosol floating in the air may be removed by the second filter 200 or the third filter 300 .

자외선의 파장 범위에 따라 일반적으로 UV-C에 의해 광화학적 반응이 DNA와 RNA에서 발생하게 된다. UV-C에 노출된 DNA, RNA는 비활성화되어 재생산(reproduce)가 더 이상 발생하지 않게 된다. UV-B, UV-A에 노출된 단백질 또는 지질은 산화(oxidation)되어 세포의 죽음을 유발할 수 있다.According to the wavelength range of ultraviolet rays, photochemical reactions usually occur in DNA and RNA by UV-C. DNA and RNA exposed to UV-C are inactivated so that reproduction no longer occurs. Proteins or lipids exposed to UV-B or UV-A may be oxidized and cause cell death.

가시광 영역 중 청색 계열의 광(blue light)는 박테리아의 성장을 막을 수 있고, 이는 박테리아 세포에 독성을 가지는 산소 생성 반응(generation of reactive oxygen species)을 촉진하여 성장을 막을 수 있다.Blue light in the visible light region may block the growth of bacteria, which may promote the generation of reactive oxygen species that are toxic to the bacterial cells, thereby preventing the growth.

제3 필터(300)은 나노 입자에 의해 발생하는 열에 의해 살균작용을 발생시키는 것이면 그 종류는 제한되지 않는다. 제3 필터(300)는 필요에 따라 살균 필터로 불릴 수 있다.The type of the third filter 300 is not limited as long as it generates a sterilization action by heat generated by the nanoparticles. The third filter 300 may be referred to as a sterilization filter if necessary.

제3 필터(300)의 표면에는 하나 이상의 나노 입자가 분산되거나 필터 또는 나노파이버 속에 나노입자가 포함되어 있을 수 있다. 예시적으로, 나노 파이버 내부 공간상에 나노 입자가 내부에 배치될 수 있다. 제3 필터(300)은 필요에 따라 표면, 내부, 주변부 등의 구조 또는 배치를 변경할 수 있다.One or more nanoparticles may be dispersed on the surface of the third filter 300 or nanoparticles may be included in the filter or nanofiber. Illustratively, nanoparticles may be disposed inside the nanofiber inner space. The third filter 300 may change the structure or arrangement of a surface, an interior, a periphery, etc. as needed.

나노 입자는 표면 플라스몬 공명(Surface Plasmon Resonance, SPR) 특성을 가지는 것이면 제한되지 않는다. The nanoparticles are not limited as long as they have a surface plasmon resonance (SPR) characteristic.

표면 플라스몬 공명(SPR)은 전달되는 광에 의해 금속 표면의 전하 분포에 상호작용이 일어나고, 금속 표면에 형성되는 근접장을 발생시키는 현상을 말한다. 전달되는 광의 특성, 금속 표면의 특성에 따라 발생되는 근접장을 조절할 수 있다.Surface plasmon resonance (SPR) refers to a phenomenon in which the electric charge distribution on the metal surface is interacted with by transmitted light and a near field formed on the metal surface is generated. The generated near field can be adjusted according to the characteristics of the transmitted light and the characteristics of the metal surface.

일 실시예에 따라, 나노 입자에 가시광선 또는 근적외선이 전달되는 경우 나노 입자는 표면 플라스몬 공명(SPR)에 의해 열을 발생시킬 수 있다. 이 경우 발생하는 열에 의해 세균, 바이러스를 제거할 수 있다. 박테리아가 일정 온도 이상으로 일정 시간 이상 노축될 경우 파괴되거나 탈(burning) 수 있다. 이러한 현상을 광열효과(photo-thermal effect)로 불릴 수 있다.According to an embodiment, when visible light or near infrared light is transmitted to the nanoparticles, the nanoparticles may generate heat by surface plasmon resonance (SPR). In this case, the generated heat can remove bacteria and viruses. Bacteria may be destroyed or burned if exposed to a certain temperature or higher for a certain period of time. This phenomenon may be referred to as a photo-thermal effect.

나노 입자에 의한 광열효과는 자외선의 조사 없이 가시광선 또는 근적외선이 직접적으로 나노 입자에 조사되거나 자외선의 조사 후 형광체에 의한 가시광선 또는 근적외선 발생(emission)에 의해 나노 입자에 가시광이 전달될 수 있다.As for the photothermal effect by nanoparticles, visible light or near-infrared rays are directly irradiated to the nanoparticles without irradiation of ultraviolet rays, or visible light can be transmitted to the nanoparticles by visible or near-infrared emission by a phosphor after irradiation of ultraviolet rays.

자외선, 가시광선, 근적외선은 외부의 자연광일 수 있고, 필요에 따라 설치된 광원에 의해 조사될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 예시적으로, 자연광에 포함된 가시광이 필터에 전달되어 광열 효과를 발생시킬 수 있다. 또 다른 예시적으로, 자연광에 포함된 자외선이 필터에 전달되어 형광체 물질에 의해 가시광으로 변환될 수 있다.Ultraviolet rays, visible rays, and near infrared rays may be external natural light, and may be irradiated by an installed light source if necessary, but is not limited thereto. For example, visible light included in natural light may be transmitted to the filter to generate a photothermal effect. As another example, ultraviolet light included in natural light may be transmitted to the filter and converted into visible light by a phosphor material.

일 실시예에 따라, 자외선의 조사 없이 가시광선 또는 근적외선이 직접적으로 나노 입자에 조사되는 경우 나노 입자는 광열효과에 의해 열을 발생시킬 수 있다. 이 경우 자외선의 조사 없이 가시광선 또는 근적외선만으로 광열효과를 발생시킬 수 있다.According to an embodiment, when visible or near-infrared rays are directly irradiated to the nanoparticles without irradiation of ultraviolet rays, the nanoparticles may generate heat by a photothermal effect. In this case, the photothermal effect can be generated only with visible light or near infrared light without irradiation with ultraviolet light.

다른 실시예에 따라, 자외선이 형광체에 조사되는 경우 형광체가 자외선을 가시광선 또는 근적외선으로 변환하고, 발생한 가시광선이 나노 입자에 조사되어 광열효과에 의해 열을 발생시킬 수 있다. 이 경우 자외선만을 사용하여 세균, 박테리아, 바이러스를 제거하는 경우 보다 세균, 박테리아, 바이러스의 제거효율을 향상시킬 수 있다. 자외선을 가시광선 또는 근적외선으로 변환하여 나노입자에 열을 발생시키는 과정을 추가하면 1차적으로 자외선에 의한 살균을 할 수 있고, 변환된 가시광에 의해 2차적으로 광열 효과에 의한 살균을 할 수 있다.According to another embodiment, when ultraviolet light is irradiated to the phosphor, the phosphor may convert the ultraviolet light into visible light or near infrared light, and the generated visible light may be irradiated to the nanoparticles to generate heat by a photothermal effect. In this case, the removal efficiency of bacteria, bacteria and viruses can be improved compared to the case where only ultraviolet rays are used to remove bacteria, bacteria, and viruses. By adding the process of generating heat to the nanoparticles by converting ultraviolet rays into visible or near infrared rays, sterilization can be performed primarily by ultraviolet rays, and sterilization by photothermal effect can be secondarily performed by the converted visible light.

일 실시예에 따라, 마찰전기 필터는 형광 물질을 포함할 수 있다. 형광 물질은 전달된 광 또는 빛을 전달받아 광 또는 빛을 변환시킬 수 있는 물질로 선택될 수 있다. 예시적으로, 형광 물질은 야그(YAG) 또는 야그 형광체일 수 있다. 야그 형광체는 YAG:

, YAG:Nd 등일 수 있다.According to an embodiment, the triboelectric filter may include a fluorescent material. The fluorescent material may be selected as a material capable of converting light or light by receiving transmitted light or light. Exemplarily, the fluorescent material may be YAG or a YAG phosphor. YAG phosphor is YAG:

, YAG:Nd, and the like.

일 실시예에 따라, 나노 입자는 금속 나노 입자 또는 반도체 나노 입자일 수 있다. 일 실시예에 따른 나노 입자는, (1) 금속 계열의 금, 은, 구리, 철 중 하나 이상, (2) 금속-절연체 계열의 SiO2-금속, SiN-금속 중 하나 이상, (3) 금속-반도체 계열의 TiO2-금속, ZnO-금속, SnO2-금속 중 하나 이상, (4) 반도체 계열의 Ge-Te일 수 있고, 위 조합의 나노 입자 중 하나 이상을 포함하거나 둘 이상의 조합을 포함할 수 있다. 예시적으로, 금속 나노 입자는 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu), 철(Fe) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. According to an embodiment, the nanoparticles may be metal nanoparticles or semiconductor nanoparticles. Nanoparticles according to an embodiment are, (1) at least one of metal-based gold, silver, copper, and iron, (2) metal-insulator-based SiO2-metal, at least one of SiN-metal, (3) metal- It may be one or more of semiconductor-based TiO2-metal, ZnO-metal, and SnO2-metal, (4) semiconductor-based Ge-Te, and may include one or more of the nanoparticles of the above combination or a combination of two or more . For example, the metal nanoparticles may include one or more of gold (Au), silver (Ag), copper (Cu), and iron (Fe).

일 실시예에 따른 나노 입자는 금속 그 자체에 의한 광열 효과를 발생시킬 수 있고, 금속의 절연체에 의한 광열 효과를 발생시킬 수 있다.Nanoparticles according to an embodiment may generate a photothermal effect by the metal itself, and may generate a photothermal effect by an insulator of the metal.

다른 실시예에 따른 금속-반도체 계열에 의한 광열 효과를 발생시킬 수 있고, 반도체 그 자체에 의한 광열 효과를 발생시킬 수 있다.According to another embodiment, a photothermal effect may be generated by a metal-semiconductor series, and a photothermal effect may be generated by the semiconductor itself.

예시적으로,

에 레이저를 조사한 경우 인산완충생리식염수(PBS)에 레이저를 조사한 경우보다 높은 온도를 확인할 수 있다. 이 경우 조사되는 레이서 광의 파장에 따라 온도 변화가 달라질 수 있다.Illustratively,

When the laser is irradiated to the surface, a higher temperature can be confirmed than when the laser is irradiated to phosphate buffered saline (PBS). In this case, the temperature change may vary depending on the wavelength of the irradiated laser light.

예시적으로, 금(Au) 나노 입자에 대해 파장을 달리하여 조사한 경우 535nm 내외에서 높은 흡수율을 가질 수 있다.For example, when gold (Au) nanoparticles are irradiated with different wavelengths, they may have high absorption within 535 nm.

일 실시예에 따라, 나노입자는 물과 적정 비율로 혼합하여 분사(spray) 및 코팅(coating)할 수 있다. 다른 실시예에 따라 나노 입자는 물, 에탄올의 혼합 용액을 적정 비율로 혼합하여 분사 및 코팅할 수 있고, 혼합 용액의 종류는 광열효과의 증가시키기 위해서 적절히 선택할 수 있는 물질이면 제한되지 않는다.According to an embodiment, the nanoparticles may be mixed with water in an appropriate ratio and sprayed and coated. According to another embodiment, the nanoparticles can be sprayed and coated by mixing a mixed solution of water and ethanol in an appropriate ratio, and the type of the mixed solution is not limited as long as it is a material that can be appropriately selected in order to increase the photothermal effect.

예시적으로, 물과 에탄올의 혼합 비율을 1:1, 1:2, 1:3, 1:4, 1:5 등일 수 있으나, 필요에 따라 혼합 비율은 필요에 따라 적절하게 선택될 수 있다. 이 경우 532nm 녹색 레이저를 조사한 경우 광열 효과(photothermal effect)을 확인하기 위해 시간의 변화에 따른 온도의 변화를 측정할 수 있고, 물과 에탄올의 혼합 비율이 1:1인 경우에 높은 온도 변화를 나타낼 수 있다. 시간의 변화에 따른 온도의 변화를 계산하고, 목표 온도 또는 최적의 온도를 설정하기 위하여 혼합 비율을 적절하게 설정할 수 있다. Illustratively, the mixing ratio of water and ethanol may be 1:1, 1:2, 1:3, 1:4, 1:5, etc., but the mixing ratio may be appropriately selected as needed. In this case, when the 532nm green laser is irradiated, the temperature change with time can be measured to check the photothermal effect, and when the water and ethanol mixing ratio is 1:1, a high temperature change can be obtained. can The mixing ratio may be appropriately set in order to calculate the temperature change according to the change of time and set the target temperature or the optimal temperature.

예시적으로, 532nm 녹색 LED를 조사한 경우 광 파워(optical power)를 변경하여 온도 변화를 측정할 수 있다. 이 경우 광원을 켠 후 10초 후의 온도를 측정하여, 광 파워(optical power)에 따른 온도 변화를 측정할 수 있다. 광 파워(optical power) 또는 측정 시간은 온도의 변화를 측정하기 쉽게 적절하게 선택될 수 있다. 다른 예시적으로, 광원을 켠 후 20초 후, 30초 후, 1분 후 등일 수 있다.For example, when a 532 nm green LED is irradiated, the temperature change may be measured by changing the optical power. In this case, by measuring the temperature 10 seconds after turning on the light source, the temperature change according to the optical power may be measured. The optical power or measurement time can be appropriately selected to facilitate measuring the change in temperature. As another example, it may be 20 seconds, 30 seconds, or 1 minute after turning on the light source.

예시적으로, 50nm 이하의 금(Au) 나노 입자를 사용할 수 있다. 필요에 따라 나노 입자의 크기는 적절하게 선택될 수 있다.For example, gold (Au) nanoparticles having a diameter of 50 nm or less may be used. If necessary, the size of the nanoparticles may be appropriately selected.

일 실시예에 따라 제3 필터(300)에 자외선이 조사될 수 있고, 자외선은 형광 물질로 전달될 수 있다. 이 경우 형광 물질은 자외선(UV)에 반응하고, 가시광(Visible light)으로 변환하여 방출(emission)시키는 역할을 수행할 수 있다. 방출된 가시광은 나노 입자로 전달될 수 있고, 나노 입자는 가시광과 반응하여 표면 플라스몬 공명(SPR)에 의해 열을 발생시킬 수 있다. 다른 실시예에 따라, 제3 필터(300)에 가시광선 또는 근적외선이 조사될 수 있고, 나노 입자가 가시광선 또는 근적외선과 직접 반응하여 표면 플라스몬 공명(SPR) 또는 이와 유사한 효과를 발생시키는 다양한 기전에 의해 열을 발생시킬 수 있다.According to an embodiment, ultraviolet rays may be irradiated to the third filter 300 , and the ultraviolet rays may be transmitted to the fluorescent material. In this case, the fluorescent material may perform a role of reacting to ultraviolet (UV) light, converting it into visible light, and emitting it. The emitted visible light may be transmitted to the nanoparticles, and the nanoparticles may react with the visible light to generate heat by surface plasmon resonance (SPR). According to another embodiment, the third filter 300 may be irradiated with visible or near-infrared rays, and various mechanisms in which nanoparticles directly react with visible or near-infrared rays to generate surface plasmon resonance (SPR) or a similar effect. can generate heat.

예시적으로, 나노 입자는 금속 나노 입자로서 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu)일 수 있다.Illustratively, the nanoparticles are metal nanoparticles and may be gold (Au), silver (Ag), or copper (Cu).

금속 나노 입자는 시드(seed)로부터 크기를 키우는 과정을 통해 적절한 크기를 설정할 수 있다. 예시적으로 금(Au) 나노 입자의 시드(seed)는 10nm에서 최종 사이즈를 100nm로 키울 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.Metal nanoparticles can be set to an appropriate size through the process of increasing the size from a seed. Illustratively, the seed of gold (Au) nanoparticles may increase the final size from 10 nm to 100 nm, but is not limited thereto.

일 실시예에 따라, 자외선이 세균에 직접 조사되어, 세포벽을 파괴하는 등 1차적으로 살균 효과를 발생시킬 수 있다. 또한, 자외선이 형광 물질에 전달되어 가시광으로 변환되고, 변환된 가시광에 의해 반응한 나노 입자들이 2차적으로 세균 및 바이러스를 제거하는 이중 살균 효과를 발생시킬 수 있다.According to an embodiment, ultraviolet rays may be directly irradiated to bacteria to primarily generate a bactericidal effect, such as destroying cell walls. In addition, ultraviolet light is transmitted to the fluorescent material and converted into visible light, and nanoparticles reacted by the converted visible light can generate a double sterilization effect of secondarily removing bacteria and viruses.

세균 또는 바이러스 제거 성능은 공기 중 부유균 감소 확인 실험을 통해 확인할 수 있고, 시료 중의 균 감소율을 측정하여 계산할 수 있다.Bacteria or virus removal performance can be confirmed through an airborne bacteria reduction confirmation experiment, and can be calculated by measuring the reduction rate of bacteria in a sample.

일 실시예에 따라, 제2 필터의 자외선 램프에 의해 발생한 자외선이 상기 제3 필터의 형광체 물질에 전달될 수 있다. 이 경우 자외선(UV)는 형광물질에 의해 파장의 변화(Wavelength Shift)가 발생하게 되고 가시광 또는 근적외선을 발생시킬 수 있다. 다른 실시예에 따라, 자외선(UV)는 삼중결합에 의한 밴드 갭(band gap)을 조정하여 가시광 또는 근적외선을 발생시킬 수 있다. 이는 반도체 밴드갭 공정에 의한 것으로 자외선에 의한 오존 발생 증가를 억제하고 가시광에 의한 오존 발생 억제를 유도할 수 있다.According to an embodiment, the ultraviolet light generated by the ultraviolet lamp of the second filter may be transmitted to the phosphor material of the third filter. In this case, a wavelength shift (Wavelength Shift) of ultraviolet (UV) is generated by a fluorescent material, and visible light or near-infrared light may be generated. According to another embodiment, ultraviolet (UV) light may generate visible light or near-infrared light by adjusting a band gap due to a triple bond. This is due to the semiconductor bandgap process, which can suppress the increase in ozone generation by ultraviolet rays and induce suppression of ozone generation by visible light.

기존의 광촉매 방식은 자외선을 조사할 경우 정화 물질이 생성되지만, 자외선이 산소와 반응하여 오존을 발생시키는 문제점이 존재한다.The conventional photocatalytic method generates a purification material when irradiated with ultraviolet rays, but there is a problem in that ultraviolet rays react with oxygen to generate ozone.

일 실시예에 따라, 마찰전기 필터의 표면의 일부는 광촉매에 의해 코팅되고, 광촉매는 밴드갭(Band gap)을 형성할 수 있다.According to an embodiment, a portion of the surface of the triboelectric filter may be coated with a photocatalyst, and the photocatalyst may form a band gap.

일 실시예에 따라,

,

, GO 등에 의해 삼중 결합을 통한 밴드갭 (band gap) 제어를 할 수 있다. 밴드갭 특성에 의해 물질 속에서 전자가 존제하는 에너지 레벨에 의한 자유전자의 이동을 조절할 수 있다. 이 경우 섬유 또는 파이버의 표면에 작용기를 생성하여 광촉매 코팅을 시도할 수 있고, 섬유 구조 변화로 소수성을 증대시킬 수 있다.According to one embodiment,

,

, GO, etc. can control the band gap through triple bonds. The movement of free electrons according to the energy level of electrons in the material can be controlled by the bandgap characteristic. In this case, a photocatalytic coating may be attempted by creating a functional group on the fiber or the surface of the fiber, and hydrophobicity may be increased by changing the fiber structure.

일 실시예에 따라, 바이어 에어로졸이 필터를 통과하는 과정에서 박테리아, 세균, 바이러스 등의 유해물질이 공기 중에서 제거될 수 있다. 나노 입자에 의한 열이 박테리아 또는 바이러스에 전달되는 경우 박테리아는 사멸(killing)될 수 있고, 바이러스는 비활성화를 통한 기능의 상실 및 분해에 이를 수 있다.일 실시예에 따른, 마찰전기 필터는 필요에 따라 제1 필터(100), 제2 필터(200), 제3 필터(300)으로 분리된 복수 개의 필터로 형성될 수 있고, 필요에 따라 하나의 필터로 형성될 수 있다.According to an embodiment, harmful substances such as bacteria, bacteria, and viruses may be removed from the air while the buyer aerosol passes through the filter. When heat by nanoparticles is transferred to bacteria or viruses, the bacteria may be killed, and the virus may lead to loss of function and decomposition through inactivation. According to an embodiment, the triboelectric filter may be Accordingly, the first filter 100 , the second filter 200 , and the third filter 300 may be formed as a plurality of separated filters, and if necessary, may be formed as a single filter.

예시적으로, 하나의 필터로 형성된 마찰전기 필터는, 마찰전기를 발생시키는 폴리머 재료를 포함하고, 상기 폴리머 재료와 공기의 마찰로 발생한 마찰전기를 이용하여 미세먼지를 제거할 수 있고, 및/또는 자외선을 조사하여 박테리아 또는 세균을 제거할 수 있고, 및/또는 형광체 물질을 포함하고, 상기 형광체 물질에 의해 발생한 열을 전달하여 바이러스를 제거할 수 있다.Illustratively, the triboelectric filter formed of one filter includes a polymer material that generates triboelectricity, and can remove fine dust using triboelectricity generated by friction between the polymer material and air, and/or Bacteria or bacteria may be removed by irradiating ultraviolet rays, and/or a virus may be removed by including a phosphor material and transferring heat generated by the phosphor material.

일 실시예에 따라, 하나의 필터로 형성된 마찰전기 필터는, 정전기적으로 대전될 수 있는 폴리머 재료에 의해 형성되고, 표면에는 하나 이상의 홈을 포함하는 다공성 마찰부재; 전기방사에 의해 형성되고, 상기 다공성 마찰부재의 표면에 불규칙적으로 배치되는 나노 파이버; 및 상기 나노 파이버 표면에 도포된 형광 물질을 포함할 수 있다. 금속 나노 입자 또는 반도체 나노 입자는 형광 물질에 의해 변환된 가시광에 반응하여 열을 발생시킬 수 있다.According to an embodiment, a triboelectric filter formed of a single filter includes: a porous friction member formed of a polymer material capable of being electrostatically charged, the porous friction member having one or more grooves on its surface; nanofibers formed by electrospinning and irregularly disposed on the surface of the porous friction member; and a fluorescent material applied to the surface of the nanofiber. Metal nanoparticles or semiconductor nanoparticles may generate heat in response to visible light converted by a fluorescent material.

도 3는 마찰전기 필터의 원리를 설명하는 도면이다.3 is a view for explaining the principle of the triboelectric filter.

도 3을 참조하면, 제1 필터(100)는 다공성 마찰부재(112) 및 접착부(114)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 3 , the first filter 100 may include a porous friction member 112 and an adhesive part 114 .

제1 필터(100)는 공기가 유동하는 방향에 평행하게 배치될 수 있고, 미세먼지(1)가 포함된 공기가 유동하는 경우, 필터(100)의 표면 및 표면에 형성된 홈(111)에서는 공기의 유동에 의해 발생하는 마찰전기를 이용하여 미세먼지(1)를 흡착할 수 있다. 공기의 유동 방향과 평행하게 배치되어 공기의 흐름을 방해하지 않는다는 특징이 있다.The first filter 100 may be disposed parallel to the direction in which the air flows, and when the air containing the fine dust 1 flows, the air in the surface of the filter 100 and the grooves 111 formed in the surface It is possible to adsorb the fine dust (1) using friction electricity generated by the flow of It has a characteristic that it is arranged parallel to the flow direction of air and does not obstruct the flow of air.

다공성 마찰부재(112)는 정전기전 인력을 증대시키기 위해 마찰 면적을 넓히기 위한 홈(111)을 포함할 수 있다. 다공성 마찰부재(112)의 어느 위치에서나 미세먼지(1)가 흡착될 수 있다.The porous friction member 112 may include a groove 111 for increasing the friction area in order to increase the electrostatic attraction force. Fine dust 1 may be adsorbed at any position of the porous friction member 112 .

예시적으로, 다공성 마찰부재(112)의 홈(111)에서 미세먼지(1)가 흡착될 수 있다. 다공성 마찰부재(112)와 미세먼지(1)가 마찰되어 양전하 또는 음전하로 대전되어 미세먼지를 흡착 또는 제거할 수 있다.For example, fine dust 1 may be adsorbed in the groove 111 of the porous friction member 112 . The porous friction member 112 and the fine dust 1 are rubbed to be positively or negatively charged to adsorb or remove the fine dust.

또한 다공성 마찰부재(112)은 접착부(114)에 부착될 수 있다. 공기의 유동이 있는 곳에 배치될 수 있도록 접착부(114)를 활용할 수 있다. 예시적으로, 창문, 환기구, 필터, 방충망, 굴뚝 등에 배치될 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.Also, the porous friction member 112 may be attached to the adhesive part 114 . The adhesive part 114 may be utilized to be disposed where there is a flow of air. Illustratively, it may be disposed on a window, a ventilation hole, a filter, an insect screen, a chimney, and the like, but is not limited thereto.

도 4는 코팅된 마찰전기 필터의 표면을 나타낸 도면이다.4 is a view showing the surface of the coated triboelectric filter.

도 4를 참조하면, 제1 필터(100)의 파이버(110)은 프레임(116), 다공성 마찰부재(112), 분산 물질(115)로 형성될 수 있다.Referring to FIG. 4 , the fiber 110 of the first filter 100 may be formed of a frame 116 , a porous friction member 112 , and a dispersion material 115 .

일 실시예에 따라 프레임(116)은 파이버(110)의 형태를 유지시키는 역할을 하며, 필요에 따라 원형 또는 다각형의 표면을 가진 형태로 선택될 수 있다.According to an embodiment, the frame 116 serves to maintain the shape of the fiber 110 , and may be selected as a shape having a circular or polygonal surface as needed.

일 실시예에 따라 다공성 마찰부재(112)는 집진능력을 향상시킬 수 있는 것이면 전술한 마찰전기 필터를 사용할 수 있다.According to an embodiment, the above-described triboelectric filter may be used as the porous friction member 112 if it can improve dust collection ability.

일 실시예에 따라, 분산 물질(115)는 필요에 따라 금속 나노 입자 또는 반도체 나노 입자일 수 있다. 다른 실시예에 따라, 분산 물질(115)는 집진 능력을 향상시키기 위한 폴리머 등일 수 있다. 또 다른 실시예에 따라, 분산 물질(116)은 살균 능력을 향상시키기 위한 금속 이온 등의 향균 물질일 수 있다.According to an embodiment, the dispersion material 115 may be metal nanoparticles or semiconductor nanoparticles, if necessary. According to another embodiment, the dispersion material 115 may be a polymer or the like to improve dust collection ability. According to another embodiment, the dispersion material 116 may be an antibacterial material such as a metal ion to improve the sterilization ability.

분산 물질(115)의 분산 형태는 일정한 두께로 도포될 수 있고, 필요에 따라 불규칙한 형태로 분산되어 있을 수 있다.The dispersed form of the dispersion material 115 may be applied to a constant thickness, and may be dispersed in an irregular form if necessary.

분산 물질(115)의 분산 면적은 필요에 따라 다공성 마찰부재(112)의 일부 영역일 수 있다.The dispersed area of the dispersed material 115 may be a partial area of the porous friction member 112 if necessary.

분산 물질(115)가 향균 입자인 경우, 전처리 향균 입자 고착법에 의해 고착될 수 있고, 또는 후가공에 의한 향균 입자 표면 고착법에 의해 고착될 수 있다.When the dispersion material 115 is an antibacterial particle, it may be fixed by a pre-treatment antibacterial particle fixing method, or may be fixed by a post-processing antibacterial particle surface fixing method.

박테리아, 바이러스 포집 물질로 CNT,

, ZnO, CdS,

등이 사용될 수 있다.CNT as a trapping material for bacteria and viruses,

, ZnO, CdS,

etc. may be used.

예시적으로, 분산 물질(115)의 도포 방법으로 증발(evaporation), 스퍼터링(sputtering), 스프레잉(spraying) 등의 방법이 사용될 수 있다.For example, as a method of applying the dispersion material 115 , a method such as evaporation, sputtering, or spraying may be used.

일 실시예에 따라,

/Au가 헤파필터 또는 집진필터의 표면에 얇은 필름을 형성할 수 있다.According to one embodiment,

/Au can form a thin film on the surface of a HEPA filter or a dust collecting filter.

도 5은 마찰전기 필터의 제거 대상을 설명하는 도면이다.5 is a view for explaining a removal target of the triboelectric filter.

도 5를 참조하면, 제1 필터(100)의 제거 대상은 미세먼지(1), 또는 세균(3), 또는 바이러스(5)일 수 있고, 유해 물질이면 마찰전기 필터의 제거 대상으로 제한되지 않는다.Referring to FIG. 5 , the removal target of the first filter 100 may be fine dust 1 , bacteria 3 , or virus 5 , and if it is a harmful substance, the removal target of the triboelectric filter is not limited. .

제1 필터(100) 또는 마찰전기 필터는 미세먼지(1) 제거를 위한 필터(A)일 수 있다. The first filter 100 or the triboelectric filter may be a filter A for removing the fine dust 1 .

제1 필터(100) 또는 마찰전기 필터는 세균(3) 제거를 위한 필터(B)일 수 있다. 예시적으로, 세균(3) 제거를 위해 자외선(10)을 조사할 수 있다. 자외선(10)이 직접 세균(3)에 전달되어 세포벽 또는 DNA가 직접 파괴될 수 있다.The first filter 100 or the triboelectric filter may be a filter B for removing bacteria 3 . Illustratively, ultraviolet rays 10 may be irradiated to remove bacteria 3 . Ultraviolet rays 10 may be directly delivered to the bacteria 3 to directly destroy cell walls or DNA.

제1 필터(100) 또는 마찰전기 필터는 바이러스(5) 제거를 위한 필터(C)일 수 있다. 예시적으로, 바이러스(3) 제거를 위해 가시광(20)을 조사할 수 있고, 가시광(20)을 전달받은 나노 입자는 열을 발생시켜 바이러스를 제거할 수 있다.The first filter 100 or the triboelectric filter may be a filter C for removing the virus 5 . Illustratively, the visible light 20 may be irradiated to remove the virus 3 , and the nanoparticles receiving the visible light 20 may generate heat to remove the virus.

도 6는 복수 개의 필터를 구비한 마찰전기 필터의 제2 실시예를 나타낸 도면이다.6 is a view showing a second embodiment of a triboelectric filter having a plurality of filters.

도 6을 참조하면, 자외선(10)을 조사하는 제2 필터(400), 마찰전기로 미세먼지를 제거하는 제1 필터(500), 형광체 물질 및 나노 입자를 포함하는 제3 필터(600), 마찰전기로 미세먼지를 제거하는 제1 필터(500)의 순서로 마찰전기 필터를 형성할 수 있다.Referring to FIG. 6 , a second filter 400 for irradiating ultraviolet rays 10, a first filter 500 for removing fine dust by triboelectricity, a third filter 600 including a phosphor material and nanoparticles, The triboelectric filter may be formed in the order of the first filter 500 that removes fine dust by triboelectricity.

일 실시예에 따라, 하나 이상의 제1 필터(500), 하나 이상의 제2 필터(400), 하나 이상의 제3 필터(600)의 순서는 필요에 따라 변경될 수 있다. 예시적으로, 제1 필터(500)을 가장 먼저 배치하여 미세먼지의 우선적 제거를 시도할 수 있다.According to an embodiment, the order of the one or more first filters 500 , the one or more second filters 400 , and the one or more third filters 600 may be changed as necessary. For example, by arranging the first filter 500 first, it is possible to try to preferentially remove fine dust.

일 실시예에 따라, 제1 필터(500), 제2 필터(400), 제3 필터(600)은 별개의 필터로 형성될 수 있고, 필요에 따라 하나의 필터로 형성될 수 있다.According to an embodiment, the first filter 500 , the second filter 400 , and the third filter 600 may be formed as separate filters, or may be formed as a single filter if necessary.

일 실시예에 따른 미세먼지 필터는 의료시설의 쾌적한 실내 공기질 유지를 위해 사용될 수 있다. 실내 공기 중에 포함된 세균, 바이러스, 이산화탄소, 미세먼지, HCHO, 휘발성 유기 화합물(VOC) 등의 유해 물질을 제거할 수 있다. 이 경우 많은 종류의 유해물질을 동시에 제거하고, 설치 및 관리가 용이해질 수 있다. 또한, 알려지지 않은 신종 바이러스의 직접 제거에 활용될 수 있다.The fine dust filter according to an embodiment may be used to maintain comfortable indoor air quality in a medical facility. It can remove harmful substances such as bacteria, viruses, carbon dioxide, fine dust, HCHO, and volatile organic compounds (VOCs) contained in indoor air. In this case, many kinds of harmful substances can be removed at the same time, and installation and management can be facilitated. In addition, it can be utilized for the direct removal of unknown new viruses.

일 실시예에 따른 미세먼지 필터는 일반적으로 활용되는 미세먼지 필터와 함께 사용될 수 있다. 나노 섬유를 활용한 미세먼지 필터, 광촉매에 의한 탄소층(GO, Graphene oxide) 필터, 안티 바이오 필터 중 하나 이상과 결합하여 사용될 수 있다.The fine dust filter according to an embodiment may be used together with a generally used fine dust filter. It can be used in combination with one or more of a fine dust filter using nanofibers, a carbon layer (GO, graphene oxide) filter using a photocatalyst, and an anti-bio filter.

일 실시예에 따른, 마찰전기 필터는 공기중의 미세먼지를 포집함과 동시에 바이오 에어로졸을 제거할 수 있다. 다른 실시예는, 광촉매 반응(photocatalytic reaction)을 추가로 포함하여 필터의 효능을 증대시킬 수 있다.According to an embodiment, the triboelectric filter may remove bio-aerosols while collecting fine dust in the air. In another embodiment, the efficiency of the filter may be increased by further including a photocatalytic reaction.

일반적인 광촉매 반응은 자외선을 조사하여 오존을 발생시키나, 가시광선 또는 근적외선 조사로 오존 발생을 방지할 수 있다. 예시적으로, 오존 대신에

을 발생시켜, 오존 발생에 의한 문제점을 해결할 수 있다.A general photocatalytic reaction generates ozone by irradiating ultraviolet rays, but ozone generation can be prevented by irradiating visible or near-infrared rays. Illustratively, instead of ozone

By generating the ozone, the problem caused by ozone generation can be solved.

일 실시예에 따른 마찰전기 필터는 나노섬유층 필터 제작에 활용될 수 있고, 기능성 마스크 제작에 응용될 수 있다. 예시적으로, 의료용 마스크, 청소용 마스크에 사용될 수 있다.The triboelectric filter according to an embodiment may be utilized for manufacturing a nanofiber layer filter, and may be applied to manufacturing a functional mask. Illustratively, it may be used for a medical mask and a cleaning mask.

도 7은 전기 방사를 통한 나노파이버 제작 과정을 설명하는 도면이다.7 is a view for explaining a nanofiber manufacturing process through electrospinning.

도 7을 참조하면, 방사기기(50)은 니들(51)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 7 , the radiating device 50 may include a needle 51 .

방사기기(50)은 폴리머(polymer) 재료를 니들(51)을 통해 방사시켜 마찰전기 필터(700)을 형성할 수 있다. 마찰전기 필터(700)는 방사기기(50)에 의해 형성된 나노 파이버(710)를 포함할 수 있다.The spinning device 50 may form the triboelectric filter 700 by spinning a polymer material through the needle 51 . The triboelectric filter 700 may include nanofibers 710 formed by the radiating device 50 .

니들(51)의 말단부에서는 테일러 콘(Taylor Cone) 형상으로 폴리머가 방사될 수 있다.At the distal end of the needle 51 , the polymer may be spun into a Taylor cone shape.

일 실시예에 따른 전기 방사에 의한 나노 파이버는 마찰전기 필터의 표면에 부착되거나, 또는 부착되지 않고 독자적으로 필터 여재로 활용될 수도 있다.Nanofibers by electrospinning according to an embodiment may be attached to the surface of the triboelectric filter, or may be independently used as a filter medium without being attached.

전기 방사의 조건에 따라 나노 파이버의 형태, 물성, 배치를 달리할 수 있다. 예시적으로, 전압, 니들(needle)의 사이즈, 팁(tip)과 콜렉터(collector) 사이의 거리, 폴리머 용액의 양(amount) 또는 유속(flow rate), 농도 등에 따라 적절하게 방사 조건이 설정될 수 있다.The shape, physical properties, and arrangement of the nanofibers can be changed according to the conditions of electrospinning. Illustratively, depending on the voltage, the size of the needle, the distance between the tip and the collector, the amount or flow rate of the polymer solution, the concentration, etc., the radiation conditions may be set appropriately. can

예시적으로, 니들(needle) 사이즈가 20G 인 경우 1 내지 10 마이크로미터의 두께의 파이버가 형성되며, 비드(bead) 및 컬(curl)이 발생할 수 있다.For example, when the needle size is 20G, a fiber having a thickness of 1 to 10 micrometers is formed, and beads and curls may occur.

다른 예시로, 니들(needle) 사이즈가 22G 인 경우 0.5 내지 5 마이크로 미터의 두께의 파이버가 형성되며, 비드(bead) 및 컬(curl)이 거의 발생하지 않을 수 있다.As another example, when the needle size is 22G, a fiber having a thickness of 0.5 to 5 micrometers is formed, and beads and curls may hardly occur.

도 8은 나노 입자가 분사된 마찰전기 필터의 표면을 비교한 도면이다.8 is a view comparing the surfaces of triboelectric filters on which nanoparticles are sprayed.

도 8을 참조하면, 마찰전기 필터(700)의 일부에 나노 입자가 분사될 수 있다. 일 실시예에 따라, 나노 입자(720)는 금속 나노 입자 또는 반도체 나노 입자일 수 있다.Referring to FIG. 8 , nanoparticles may be sprayed onto a portion of the triboelectric filter 700 . According to an embodiment, the nanoparticles 720 may be metal nanoparticles or semiconductor nanoparticles.

도 9는 실내 공기의 순환 과정을 나타내는 도면이다.9 is a diagram illustrating a circulating process of indoor air.

도 9를 참조하면, 마찰전기 필터(900)는 외부 공기를 순환시키는 제1 유동 통로(810)와 연결되어 있을 수 있고, 또한 마찰전기 필터(900)는 제1 유동 통로와 분리되어 내부 공기를 순환시키는 제2 유동 통로(820)와 연결되어 있을 수 있다.Referring to FIG. 9 , the triboelectric filter 900 may be connected to a first flow passage 810 for circulating external air, and the triboelectric filter 900 is separated from the first flow passage to remove internal air. It may be connected to the second flow passage 820 for circulation.

일 실시예에 따른 미세먼지 필터는 공기질 개선 과정에서 비용을 절감할 수 있다. 유해물질 제거 후 재순환하는 공기조화 설비를 통해, 외부 공기 환기량을 최소화 하여 냉난방 부하를 줄일 수 있다.The fine dust filter according to an embodiment may reduce costs in the process of improving air quality. Air conditioning equipment that recirculates after removing harmful substances minimizes the amount of external air ventilation to reduce the load on heating and cooling.

일 실시예에 따른 미세먼지 필터에 의한 재순환 공기 조화 설비는 외부 공기로 환기하는 공기조화-환기 설비보다 설비 운영 공정 비용이 낮을 수 있다. 이 경우 실내 공기질 관리 설비가 차지하는 공간이 작고 장치비가 저렴해질 수 있다.The recirculation air conditioning facility using the fine dust filter according to an embodiment may have a lower facility operating process cost than an air conditioning-ventilating facility that ventilates with outside air. In this case, the space occupied by the indoor air quality management facility may be small and the equipment cost may be reduced.

일 실시예에 따라, 제1 유동 통로(810)에 따라 실외의 공기를 마찰전기 필터(900)에 통과시켜 신선한 공기를 공급할 수 있고, 제2 유동 통로(820)에 따라 실내의 공기를 마찰전기 필터(900)에 통과시켜 실내로 공기를 배출할 수도 있다.According to an embodiment, fresh air may be supplied by passing outdoor air through the triboelectric filter 900 according to the first flow passage 810 , and the indoor air may be triboelectrically applied according to the second flow passage 820 . The air may be discharged into the room by passing it through the filter 900 .

도 10은 마찰전기 필터의 이중 살균 단계를 나타내는 도면이다.10 is a view showing the double sterilization step of the triboelectric filter.

도 10을 참조하면, 마찰전기 필터에 의한 이중 살균 방법(1000)은 자외선 조사 단계(S1010), 1차 살균 단계(S1020), 가시광 방출 단계(S1030), 열 발생 단계(S1040), 2차 살균 단계(S1050)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 10 , the double sterilization method 1000 using a triboelectric filter includes an ultraviolet irradiation step (S1010), a primary sterilization step (S1020), a visible light emission step (S1030), a heat generation step (S1040), a secondary sterilization It may include a step (S1050).

자외선 조사 단계(S1010)는 자외선 램프에 의해 생성된 자외선을 마찰전기 필터에 조사하는 단계이다.The ultraviolet irradiation step ( S1010 ) is a step of irradiating ultraviolet rays generated by the ultraviolet lamp to the triboelectric filter.

1차 살균 단계(S1020)는 조사된 자외선이 세균, 박테리아 또는 바이러스를 살균하는 단계이다.The primary sterilization step (S1020) is a step in which the irradiated UV light sterilizes bacteria, bacteria or viruses.

가시광 방출 단계(S1030)는 조사된 자외선이 형광 물질에 전달되어 가시광을 방출하는 단계이다.The visible light emission step ( S1030 ) is a step in which the irradiated ultraviolet light is transmitted to the fluorescent material to emit visible light.

열 발생 단계(S1040)는 가시광에 반응하여 나노 입자가 열을 방출하는 열 발생단계; 및The heat generating step (S1040) is a heat generating step in which the nanoparticles emit heat in response to visible light; and

2차 살균 단계(S1050)는 나노 입자에서 방출된 열이 세균, 박테리아 또는 바이러스를 살균하는 단계이다.The secondary sterilization step (S1050) is a step in which the heat emitted from the nanoparticles sterilizes bacteria, bacteria or viruses.

도 11은 나노 입자의 파장별 광 흡수율을 나타낸 도면이다.11 is a view showing the light absorption rate for each wavelength of nanoparticles.

도 11을 참조하면, 나노 입자의 파장별 광 흡수율 변화를 확인할 수 있다. 금속 나노 입자의 경우 535nm에서 최대 흡수를 나타낼 수 있다.Referring to FIG. 11 , a change in the light absorption rate for each wavelength of the nanoparticles can be confirmed. In the case of metal nanoparticles, the maximum absorption can be exhibited at 535 nm.

도 12는 나노 입자의 표면을 확대한 도면이다.12 is an enlarged view of the surface of the nanoparticles.

도 12를 참조하면, 금(Au) 나노 입자 및 산화 구리(CuO)의 표면을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 12 , the surfaces of gold (Au) nanoparticles and copper oxide (CuO) can be confirmed.

도 13은 나노 입자의 농도별 표면을 확대한 예시 도면이다.13 is an enlarged view of the surface of each concentration of nanoparticles.

도 13을 참조하면, 일반적인 헤파 필터 및 금속 나노 입자를 분사한 헤파 필터의 농도별 표면을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 13 , the surface of a typical HEPA filter and a HEPA filter sprayed with metal nanoparticles for each concentration can be confirmed.

금속 나노 입자는 순수한 물에 희석될 수 있고, 물과 에탄올이 1:1, 1:2, 1:3, 1:4, 1:5 등의 다양한 비율로 혼합된 용액에 의해 분사될 수 있다. 농도별 표면 형태의 차이가 광열효과의 차이를 발생시킬 수 있다. 광열 효과를 발생시킬 수 있는 농도로 용액의 농도를 적절하게 희석할 수 있으며, 용액의 종류도 제한되지 않느낟.The metal nanoparticles may be diluted in pure water, and may be sprayed by a solution in which water and ethanol are mixed in various ratios such as 1:1, 1:2, 1:3, 1:4, 1:5. The difference in the surface shape for each concentration can cause a difference in the photothermal effect. The concentration of the solution can be appropriately diluted to a concentration capable of generating a photothermal effect, and the type of solution is not limited.

도 14은 나노 입자의 크기별 표면을 확대한 제1 예시 도면이다.14 is an enlarged first exemplary view of the surface of each size of nanoparticles.

도 15은 나노 입자의 크기별 표면을 확대한 제2 예시 도면이다.15 is an enlarged second exemplary view of the surface of each size of nanoparticles.

도 14 및 도 15을 참조하면, 나노 입자의 크기를 필요에 따라 조절할 수 있다.14 and 15 , the size of the nanoparticles may be adjusted as necessary.

일 실시예에 따라, 시드(seed)의 나노 입자의 크기는 10nm일 수 있고, 최종 사이즈는 100nm일 수 있다. 나노 입자의 사이즈는 광열 효과를 발생시키기 위한 것이면 크기는 제한되지 않고, 시드(seed)의 사이즈 및 최종 사이즈는 적절하게 선택될 수 있다.According to an embodiment, the size of the nanoparticles of the seed may be 10 nm, and the final size may be 100 nm. The size of the nanoparticles is not limited as long as the size is for generating a photothermal effect, and the size and final size of the seed may be appropriately selected.

도 16는 나노 파이버 형성을 위한 방사기기 실험 과정을 나타낸 도면이다.16 is a view showing an experimental procedure for a spinning device for forming nanofibers.

도 16를 참조하면, 나노 파이버를 형성하기 위한 방사기기를 확인할 수 있다. 콜렉터(collector) 및 니들(needle)의 팁(tip)을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 16 , a spinning device for forming nanofibers can be identified. You can see the tip of the collector and the needle.

예시적으로, 폴리머는 플루오르화 폴리비닐덴플로우라이드(PVDF)를 사용할 수 있으며, 용제(solvent)로 디메틸포름아마이드(DMF) 및 아세톤의 혼합물을 사용할 수 있다.Illustratively, polyvinyl fluoride fluoride (PVDF) may be used as the polymer, and a mixture of dimethylformamide (DMF) and acetone may be used as a solvent.

일 실시예에 따라, 0.949g/ml DMF 및 0.78g/ml 아세톤을 사용하여 0.848g/ml 용제(solvent)를 형성할 수 있다. 이 경우 19.08 질량% 농도를 가진 용액을 약 70℃에서 2시간 저어서(stirring) 용액을 형성할 수 있다. According to an embodiment, 0.949 g/ml DMF and 0.78 g/ml acetone may be used to form 0.848 g/ml solvent. In this case, a solution having a concentration of 19.08 mass% may be stirred at about 70° C. for 2 hours to form a solution.

도 17은 니들 사이즈에 따른 나노 파이버를 확대한 제1 예시 도면이다.17 is an enlarged first exemplary view of the nanofiber according to the size of the needle.

도 18은 니들 사이즈에 따른 나노 파이버를 확대한 제2 예시 도면이다.18 is an enlarged second exemplary view of the nanofiber according to the needle size.

도 17 및 도 18을 참조하면, 니들 사이즈에 따른 나노 파이버 표면을 확인할 수 있다.Referring to FIGS. 17 and 18 , the nanofiber surface according to the needle size can be confirmed.

일 실시예에 따른 니들 사이즈 변경에 따른 파이버의 형태를 비교한 것으로, 광열효과 또는 필터의 성능을 향상시키기 위하여 니들의 사이즈는 적절히 선택될 수 있고, 이에 제한되지 않는다.By comparing the shape of the fiber according to the needle size change according to an embodiment, the size of the needle may be appropriately selected in order to improve the photothermal effect or the performance of the filter, but is not limited thereto.

도 19는 나노 입자의 유무에 따른 박테리아 제거 효과를 비교한 도면이다.19 is a view comparing the effect of removing bacteria according to the presence or absence of nanoparticles.

도 19를 참조하면, 금(Au) 나노 입자의 분사 유무에 따른 박테리아 제거 효과를 확인할 수 있다. 예시적으로, 금속 나노 입자가 존재하는 샘플에서 더 많은 박테리아가 사멸됨을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 19 , the effect of removing bacteria according to whether gold (Au) nanoparticles are sprayed can be confirmed. Illustratively, it can be confirmed that more bacteria are killed in a sample in which metal nanoparticles are present.

도 20은 나노 입자의 유무에 따른 박테리아 표면을 확대한 제1 예시 도면이다.20 is an enlarged view of the bacterial surface according to the presence or absence of nanoparticles.

도 21은 나노 입자의 유무에 따른 박테리아 표면을 확대한 제2 예시 도면이다.21 is an enlarged second exemplary view of the bacterial surface according to the presence or absence of nanoparticles.

도 20 및 도 21를 참조하면, 나노 입자의 유무에 따른 박테리아 표면 변화를 확인할 수 있다.Referring to FIGS. 20 and 21 , it can be seen that the surface of the bacteria changes according to the presence or absence of nanoparticles.

예시적으로, 금속 나노 입자가 존재하는 샘플에서 박테리아의 표면이 팽창 또는 파괴됨을 확인할 수 있다.Illustratively, it can be confirmed that the surface of bacteria is expanded or destroyed in a sample in which metal nanoparticles are present.

1: 미세먼지
3: 세균
5: 바이러스
10: 자외선
20: 가시광선
50: 방사기기
51: 니들
52: 테일러 콘(Taylor Cone)
100: 제1 필터
110: 파이버(Fiber)
111: 홈
112: 다공성 마찰부재
114: 접착부
115: 분산 물질
116: 프레임
200: 제2 필터
300: 제3 필터
400: 제2 필터
500: 제1 필터
600: 제3 필터
700: 마찰전기 필터
710: 나노 파이버
720: 나노 입자
800: 필터 시스템
810: 제1 유동 통로
820: 제2 유동 통로
900: 마찰전기 필터
1000: 이중 살균 방법
S1010: 자외선 조사 단계
S1020: 1차 살균 단계
S1030: 가시광 방출 단계
S1040: 열 발생 단계
S1050: 2차 살균 단계1: fine dust
3: Bacteria
5: Virus
10: UV light
20: visible light
50: radiating device
51: needle
52: Taylor Cone
100: first filter
110: Fiber (Fiber)
111: home
112: porous friction member
114: adhesive part
115: dispersion material
116: frame
200: second filter
300: third filter
400: second filter
500: first filter
600: third filter
700: triboelectric filter
710: nanofiber
720: nanoparticles
800: filter system
810: first flow passage
820: second flow passage
900: triboelectric filter
1000: double sterilization method
S1010: UV irradiation step
S1020: primary sterilization step
S1030: visible light emission stage
S1040: heat generation step
S1050: secondary sterilization step

Claims

마찰전기를 발생시키는 폴리머 재료를 포함하고, 상기 폴리머 재료와 공기의 마찰로 발생한 마찰전기를 이용하여 미세먼지, 세균, 박테리아, 바이러스를 제거하는 하나 이상의 폴리머 필터; 및
가시광선 또는 근적외선이 나노 입자에 전달되고, 상기 나노 입자에 의해 발생한 열을 전달하여 광열 효과에 의해 세균, 박테리아, 바이러스를 제거하는 하나 이상의 살균 필터를 포함하는, 마찰전기 필터.one or more polymer filters comprising a polymer material generating triboelectricity, and removing fine dust, bacteria, bacteria, and viruses using triboelectricity generated by friction between the polymer material and air; and
A triboelectric filter comprising one or more sterilizing filters in which visible or near infrared rays are transmitted to nanoparticles, and heat generated by the nanoparticles is transferred to remove bacteria, bacteria, and viruses by a photothermal effect.

마찰전기를 발생시키는 폴리머 재료를 포함하고, 상기 폴리머 재료와 공기의 마찰로 발생한 마찰전기를 이용하여 미세먼지, 세균, 박테리아, 바이러스를 제거하는 하나 이상의 제1 필터;
자외선을 조사하여 박테리아 또는 세균을 제거하는 하나 이상의 제2 필터; 및
형광체 물질 및 나노 입자를 포함하고, 상기 형광체 물질이 변환한 광을 나노 입자가 전달받고, 상기 나노 입자에 의해 발생한 열을 전달하여 세균, 박테리아, 바이러스를 제거하는 하나 이상의 제3 필터를 포함하는, 마찰전기 필터.one or more first filters comprising a polymer material for generating triboelectricity, and removing fine dust, bacteria, bacteria, and viruses using triboelectricity generated by friction between the polymer material and air;
One or more second filters for removing bacteria or bacteria by irradiating ultraviolet rays; and
At least one third filter comprising a phosphor material and nanoparticles, the nanoparticles receiving the light converted by the phosphor material, and transferring heat generated by the nanoparticles to remove bacteria, bacteria, and viruses, triboelectric filter.

제1항에 있어서,
상기 폴리머 필터는 표면에 하나 이상의 홈을 포함하고,
상기 살균 필터에 하나 이상의 나노 입자가 분산되어 있는, 마찰전기 필터.The method of claim 1,
wherein the polymer filter comprises one or more grooves in its surface;
One or more nanoparticles are dispersed in the sterilizing filter, triboelectric filter.

제2항에 있어서,
상기 제2 필터는 자외선 램프를 더 포함하고,
상기 제2 필터의 자외선 램프에 의해 발생한 자외선이 상기 제3 필터의 형광체 물질에 전달되는, 마찰전기 필터.3. The method of claim 2,
The second filter further comprises an ultraviolet lamp,
The triboelectric filter, wherein the ultraviolet light generated by the ultraviolet lamp of the second filter is transmitted to the phosphor material of the third filter.

제1항에 있어서,
상기 폴리머 재료는 플루오르화 폴리비닐리덴(PVDF), 폴리디메틸실록산(PDMS), 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE), 나일론(Nylon) 및 나피온(Nafion) 중 하나 이상을 포함하고,
상기 나노 입자는, (1) 금속 계열의 금, 은, 구리, 철 중 하나 이상, (2) 금속-절연체 계열의 SiO2-금속, SiN-금속 중 하나 이상, (3) 금속-반도체 계열의 TiO2-금속, ZnO-금속, SnO2-금속 중 하나 이상, (4) 반도체 계열의 Ge-Te 중 하나 이상을 포함하거나 둘 이상의 조합을 포함하는, 마찰전기 필터.The method of claim 1,
the polymeric material comprises at least one of polyvinylidene fluoride (PVDF), polydimethylsiloxane (PDMS), polytetrafluoroethylene (PTFE), nylon (Nylon) and Nafion;
The nanoparticles are, (1) at least one of metal-based gold, silver, copper, and iron, (2) metal-insulator-based SiO2-metal, and SiN-metal-based one or more, (3) metal-semiconductor-based TiO2 -A triboelectric filter comprising at least one of metal, ZnO-metal, SnO2-metal, (4) at least one of semiconductor-based Ge-Te, or a combination of two or more.

정전기적으로 대전될 수 있는 폴리머 재료에 의해 형성되고, 표면에는 하나 이상의 홈을 포함하는 다공성 마찰부재;
전기방사에 의해 형성되고, 상기 다공성 마찰부재의 표면에 불규칙적으로 배치되는 나노 파이버; 및
상기 나노 파이버 표면에 도포된 형광 물질을 포함하고,
상기 형광 물질에 의해 변환된 가시광에 반응하여 열을 발생시킬 수 있는 하나 이상의 금속 나노 입자 또는 반도체 나노 입자를 포함하는, 마찰전기 필터.a porous friction member formed of a polymer material capable of being electrostatically charged, the porous friction member having one or more grooves on its surface;
nanofibers formed by electrospinning and irregularly disposed on the surface of the porous friction member; and
and a fluorescent material applied to the surface of the nanofiber,
A triboelectric filter comprising one or more metal nanoparticles or semiconductor nanoparticles capable of generating heat in response to visible light converted by the fluorescent material.

제6항에 있어서,
상기 형광 물질은 야그(YAG) 형광체이고,
상기 폴리머 재료는 플루오르화 폴리비닐리덴(PVDF), 폴리디메틸실록산(PDMS), 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE), 나일론(Nylon) 및 나피온(Nafion) 중 하나 이상을 포함하고,
상기 나노 입자는, (1) 금속 계열의 금, 은, 구리, 철 중 하나 이상, (2) 금속-절연체 계열의 SiO2-금속, SiN-금속 중 하나 이상, (3) 금속-반도체 계열의 TiO2-금속, ZnO-금속, SnO2-금속 중 하나 이상, (4) 반도체 계열의 Ge-Te 중 하나 이상을 포함하거나 둘 이상의 조합을 포함하는, 마찰전기 필터.7. The method of claim 6,
The fluorescent material is a YAG phosphor,
the polymeric material comprises at least one of polyvinylidene fluoride (PVDF), polydimethylsiloxane (PDMS), polytetrafluoroethylene (PTFE), nylon (Nylon) and Nafion;
The nanoparticles are, (1) at least one of metal-based gold, silver, copper, and iron, (2) metal-insulator-based SiO2-metal, and SiN-metal-based one or more, (3) metal-semiconductor-based TiO2 -A triboelectric filter comprising at least one of metal, ZnO-metal, SnO2-metal, (4) at least one of semiconductor-based Ge-Te, or a combination of two or more.

제6항에 있어서,
마찰전기 필터에 자외선을 조사하는 자외선 램프를 더 포함하는, 마찰전기 필터.7. The method of claim 6,
A triboelectric filter, further comprising an ultraviolet lamp for irradiating ultraviolet to the triboelectric filter.

제1항 또는 제6항에 있어서,
마찰전기 필터의 표면의 일부는 광촉매에 의해 코팅되고,
상기 광촉매는 밴드갭(Band gap)을 형성하는, 마찰전기 필터.7. The method of claim 1 or 6,
A part of the surface of the triboelectric filter is coated with a photocatalyst,
The photocatalyst forms a band gap, a triboelectric filter.

제1항 또는 제6항에 있어서,
상기 마찰전기 필터는 외부 공기를 순환시키는 제1 유동 통로와 연결되어 있고,
상기 마찰전기 필터는 제1 유동 통로와 분리되어 내부 공기를 순환시키는 제2 유동 통로와 연결되어 있는, 마찰전기 필터.7. The method of claim 1 or 6,
The triboelectric filter is connected to a first flow passage for circulating external air,
wherein the triboelectric filter is connected to a second flow passage that is separated from the first flow passage and circulates the internal air.

마찰전기 필터에 의한 이중 살균 방법에 있어서,
자외선 램프에 의해 생성된 자외선을 마찰전기 필터에 조사하는 단계;
상기 조사된 자외선이 세균, 박테리아 또는 바이러스를 살균하는 1차 살균단계;
상기 조사된 자외선이 형광 물질에 전달되어 가시광을 방출하는 가시광 방출 단계;
상기 가시광에 반응하여 나노 입자가 열을 방출하는 열 발생단계; 및
상기 나노 입자에서 방출된 열이 세균, 박테리아 또는 바이러스를 살균하는 2차 살균단계를 포함하는, 이중 살균 방법.In the double sterilization method by a triboelectric filter,
irradiating the ultraviolet light generated by the ultraviolet lamp to the triboelectric filter;
a first sterilization step in which the irradiated ultraviolet ray sterilizes bacteria, bacteria or viruses;
a visible light emission step in which the irradiated ultraviolet light is transmitted to a fluorescent material to emit visible light;
a heat generating step in which the nanoparticles emit heat in response to the visible light; and
A double sterilization method comprising a secondary sterilization step in which the heat emitted from the nanoparticles sterilizes bacteria, bacteria or viruses.

마찰전기 필터에 의한 살균 방법에 있어서,
폴리머 필터에 의해 미세먼지, 세균, 박테리아, 바이러스를 제거하는 단계;
가시광선 또는 근적외선을 나노 입자에 조사하는 단계;
상기 가시광선 또는 근적외선에 반응하여 나노 입자가 열을 방출하는 열 발생단계; 및
상기 나노 입자에서 방출된 열이 세균, 박테리아 또는 바이러스를 살균하는 단계를 포함하는, 마찰전기 필터에 의한 살균 방법.A method for sterilization using a triboelectric filter, comprising:
removing fine dust, bacteria, bacteria, and viruses by using a polymer filter;
Irradiating visible or near-infrared rays to the nanoparticles;
a heat generating step in which the nanoparticles emit heat in response to the visible or near infrared rays; and
A method of sterilizing by a triboelectric filter, comprising the step of sterilizing bacteria, bacteria or viruses by heat emitted from the nanoparticles.