KR20230010118A - plasma substrate for decomposing liquid monomers - Google Patents

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KR20230010118A
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Abstract

The present invention provides a plasma generating substrate for a liquid monomer decomposition and a plasma generating device for the liquid monomer decomposition using the same. Provided is the plasma generating device for the liquid monomer decomposition that is characterized in comprising a dielectric substrate wherein a liquid monomer, which is a target for decomposition on an upper surface, is located, a metal sheet located in a first electrode area and generating plasma, and a metal wire located in a second electrode area and generating plasma; and comprising a switch electrically connected to each of the metal wires. Therefore, the present invention is capable of extracting syngas such as CO and H_2.

Description

액체 단량체 분해용 플라즈마 발생기판{plasma substrate for decomposing liquid monomers}Plasma substrate for decomposing liquid monomers}

본 발명은 플라즈마 발생기판에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 폐 PET의 화학반응에 의해 생성되는 액체 단량체를 분해하여 합성가스(syngas)를 추출할 수 있는, 플라즈마 발생용 금속 와이어와 금속 시트가 유전체 기판에 설치되고 상기 금속 와이어와 스위치가 전기적으로 연결되어 전원의 온/오프 동작이 제어되는 것을 특징으로 하는 액체 단량체 분해용 플라즈마 발생장치에 관한 것이다. The present invention relates to a plasma generating substrate, and more particularly, to a plasma generating metal wire and a metal sheet capable of extracting syngas by decomposing a liquid monomer generated by a chemical reaction of waste PET, and a dielectric material. It relates to a plasma generator for decomposing liquid monomer, characterized in that it is installed on a substrate and the metal wire and the switch are electrically connected to control the on / off operation of power.

열가소성인 폴리에스터의 대표적 소재인 PET(polyethylene terephthalate)는 결정성이 크고 용융점이 높아 섬유뿐 만 아니라 필름, 병, 사출형 재료 등에 사용되고 있다. PET (polyethylene terephthalate), a representative material of thermoplastic polyester, has a high crystallinity and a high melting point, so it is used not only for fibers but also for films, bottles, and injection molded materials.

매년 1 천만 톤 가까이 배출되는 폐 플라스틱은 매립 처분장의 잔여 용량이 급감하고 있고 소각에 의한 온실가스나 독성물질 등의 환경 부하 물질을 발생시킨다. 상기 PET의 회수율 또한 약 20 % 에 그치고 나머지 양은 소각이나 매립으로 처리되고 있는 실정이다. 상기 폐 PET를 자원화하는 자원 순환형 시스템이 구축된다면 환경적인 이점뿐 아니라 경제적인 장점도 갖는다. 따라서 세계적으로 PET를 재활용하여 자원화하는 기술이 개발되고 있고, 사용 후의 PET를 회수하여 화학 원료화하는 것은 자원 이용 효율을 크게 높이는 자원 순환형 시스템을 구성할 수 있어, 환경문제를 감소시킬 수 있다. Nearly 10 million tons of waste plastics are discharged every year, and the remaining capacity of landfill disposal facilities is rapidly decreasing, and incineration generates environmental hazards such as greenhouse gases and toxic substances. The recovery rate of the PET is also only about 20%, and the remaining amount is disposed of by incineration or landfill. If a resource recycling system that recycles the waste PET is constructed, it has economic as well as environmental advantages. Therefore, technology for recycling PET is being developed worldwide, and recovering PET after use and turning it into a chemical raw material can construct a resource recycling system that greatly increases resource utilization efficiency, thereby reducing environmental problems.

상기 PET의 재활용 방법으로는 폴리에스터 폐 자원을 세정이나 분쇄 등의 공정을 거쳐 재 이용하는 물질 재활용(material recycling), 해중합(depolymerization)이나 단량체화 반응(monomerization) 등을 통하여 폴리에스터 원료로 전환하는 화학적 재활용(chemical recycling), PET 폐자원을 연소하여 열을 얻고 이를 증기나 전력 등의 형태로 회수하는 열적 재활용(thermal recycling) 등이 있다. As a recycling method of the PET, a material recycling recycling recycled polyester waste resources through a process such as washing or crushing, chemical conversion into polyester raw materials through depolymerization or monomerization, etc. Recycling (chemical recycling), thermal recycling (thermal recycling) in which heat is obtained by burning PET waste resources and recovered in the form of steam or electric power, and the like.

그러나, 폐 PET의 수집이나 분류, 분리가 어려워 경제적으로 바람직하지 않고, 독성이 있거나 처리가 어려운 경우에는 소각을 통하여 열 에너지원으로 이용하는 것이 가장 좋은 방법이나, 이는 불완전 연소에 의한 유해가스 배출 문제가 발생하여 친환경적 탄화수소 가스화 기술이 필요하다. However, if it is economically undesirable because it is difficult to collect, classify, or separate waste PET, and if it is toxic or difficult to process, incineration is the best way to use it as a heat energy source. Therefore, an environmentally friendly hydrocarbon gasification technology is required.

종래에는 수십 slm의 아르곤(Ar) 가스와 수십 kW 이상의 높은 파워가 필요한 플라즈마 토치를 이용하여 폐 PET를 소각하여 발생하는 syngas를 추출하는 방법을 사용하였다. 상술한 방법은 폐 PET의 완전 연소가 가능하여 친환경적이고, 대량 공정이 가능하나, 고출력 환경이 필요하므로 초기 투자자본과 유지비용이 많은 단점이 존재하였다. Conventionally, a method of extracting syngas generated by incinerating waste PET using a plasma torch requiring tens of slm of argon (Ar) gas and high power of tens of kW or more was used. The above-described method is environmentally friendly because it enables complete combustion of waste PET, and mass processing is possible. However, since a high-output environment is required, initial investment and maintenance costs are high.

친환경적이고, 대량 공정이 가능하나, 추가적인 가스의 유입 없이 저 출력의 파워만으로 폐 PET으로부터 syngas를 추출할 수 있는 새로운 폐 PET의 재활용 기술이 필요한 실정이다. Although eco-friendly and mass processing is possible, there is a need for a new waste PET recycling technology capable of extracting syngas from waste PET only with low output power without introducing additional gas.

대한민국 공개특허 제 2014-0144534Republic of Korea Patent Publication No. 2014-0144534

상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 플라즈마 발생용 금속 와이어와 금속 시트가 전극 간격 유지용 돌출부를 사이에 두고 서로 마주보도록 배치되어, 상기 전극 간격 유지용 돌출부 상에 위치된 액체 단량체 내부의 기포에서 플라즈마 분해 반응이 실행되는 액체 단량체 분해용 플라즈마 발생장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. In order to solve the above-described problems of the prior art, the present invention is arranged so that the metal wire for plasma generation and the metal sheet face each other with the protrusion for maintaining the electrode spacing therebetween, the liquid monomer located on the protrusion for maintaining the electrode spacing. It is an object of the present invention to provide a plasma generator for decomposing a liquid monomer in which a plasma decomposition reaction is performed in an internal bubble.

또한, 본 발명은 상기 액체 단량체 분해용 플라즈마 발생장치를 이용한 액체 단량체 분해방법을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다. In addition, another object of the present invention is to provide a liquid monomer decomposition method using the plasma generator for decomposing the liquid monomer.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention is not limited to the above-mentioned technical problem, and other technical problems not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the description below. There will be.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 양태는, 액체 단량체 분해용 플라즈마 발생 기판을 제공한다. One aspect of the present invention for achieving the above object provides a plasma generating substrate for decomposition of liquid monomers.

액체 단량체 분해용 플라즈마 발생 기판은 상부 중앙부에 위치하는 전극 간격 유지용 돌출부, 상부에 위치하되 상기 전극 간격 유지용 돌출부를 기준으로 일측에 마련되되 금속 시트 고정용 돌출부가 위치하는 제1 전극 영역 및 상부에 위치하되 상기 전극 간격 유지용 돌출부를 기준으로 상기 제1 전극 영역의 반대 측에 마련되되 금속 와이어 고정용 돌출부가 위치하는 제2 전극 영역을 포함하고, 상기 전극 간격 유지용 돌출부의 일 영역에 플라즈마 분해 대상인 액체 단량체가 배치되는 것을 특징으로 하는 유전체 기판; 상기 유전체 기판 상에 위치하되, 상기 제 1 전극 영역의 상기 금속 시트 고정용 돌출부 사이에 위치하는 금속 시트; 및 상기 유전체 기판 상에 위치하되, 상기 제 2 전극 영역의 상기 복수개의 금속 와이어 고정용 돌출부 사이 각각에 위치하는 복수개의 금속 와이어를 포함할 수 있다. A plasma generating substrate for decomposing liquid monomer includes a protrusion for maintaining electrode spacing located at the upper center, a first electrode area provided on one side of the protrusion for maintaining electrode spacing and a protrusion for fixing a metal sheet located at the upper portion, and an upper portion. and a second electrode area provided on the opposite side of the first electrode area with respect to the protrusion for maintaining the electrode spacing, and including a protrusion for fixing the metal wire, and plasma in one area of the protrusion for maintaining the electrode spacing. A dielectric substrate characterized in that a liquid monomer to be decomposed is disposed; a metal sheet positioned on the dielectric substrate and positioned between protrusions for fixing the metal sheet in the first electrode area; and a plurality of metal wires positioned on the dielectric substrate and respectively positioned between the protrusions for fixing the plurality of metal wires in the second electrode region.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 복수개의 금속 와이어 각각에 전기적으로 연결되며 전원의 온/오프 동작이 각각의 금속 와이어 개별적으로 제어되는 복수개의 스위치;를 더 포함할 수 있다. In one embodiment of the present invention, a plurality of switches electrically connected to each of the plurality of metal wires and individually controlling the on/off operation of the power supply; may further include.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 플라즈마 분해 반응은 상기 액체 단량체 내부의 기포에서 행하여질 수 있다. In one embodiment of the present invention, the plasma decomposition reaction may be performed in bubbles inside the liquid monomer.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 전극 간격 유지용 돌출부에서 발생되는 플라즈마는 10,000K 이상의 온도를 갖는 전자를 이용하여 액체 단량체를 분해할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the plasma generated from the protruding part for maintaining the electrode gap may decompose the liquid monomer using electrons having a temperature of 10,000K or more.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 전극 간격 유지용 돌출부의 간격은 0.1 mm 내지 1 mm 일 수 있다. In one embodiment of the present invention, the interval between the protrusions for maintaining the electrode interval may be 0.1 mm to 1 mm.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 복수개의 금속 와이어 직경은 0.5 mm 내지 1 mm 간격으로 이격 되어 위치할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the plurality of metal wire diameters may be spaced apart from each other by 0.5 mm to 1 mm.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 액체 단량체 분해용 플라즈마 발생 장치는 높이가 0.5 mm 내지 2 mm 일 수 있다. In one embodiment of the present invention, the plasma generating device for decomposing the liquid monomer may have a height of 0.5 mm to 2 mm.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 유전체 기판은 LTCC(Low Temperature Co-fired Ceramic) 소재로 구성될 수 있다. In one embodiment of the present invention, the dielectric substrate may be made of LTCC (Low Temperature Co-fired Ceramic) material.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 금속 와이어는 텅스텐(W)으로 구성될 수 있다. In one embodiment of the present invention, the metal wire may be composed of tungsten (W).

본 발명의 일 실시예에서, 상기 금속 시트는 텅스텐(W)으로 구성될 수 있다. In one embodiment of the present invention, the metal sheet may be composed of tungsten (W).

본 발명의 일 양태는 액체 단량체 분해 방법을 제공한다. One aspect of the present invention provides a liquid monomer decomposition method.

상기 액체 단량체 분해 방법은 상술한 액체 단량체 분해용 플라즈마 발생기판을 이용한 액체 단량체 분해 방법에 있어서, The liquid monomer decomposition method is the liquid monomer decomposition method using the above-described plasma generating substrate for decomposition of the liquid monomer,

분해 대상인 상기 액체 단량체를 준비하는 단계; Preparing the liquid monomer to be degraded;

상기 유전체 기판 상부 중앙부에 위치하는 상기 전극 간격 유지용 돌출부에 상기 액체 단량체를 위치시키는 단계; 및locating the liquid monomer on the protruding part for maintaining the electrode gap, which is located in the upper center of the dielectric substrate; and

상기 플라즈마 발생 전원을 인가하여 플라즈마를 발생시키고 상기 액체 단량체를 플라즈마 분해하는 단계를 포함할 수 있다. The method may include generating plasma by applying the plasma generating power and plasma decomposing the liquid monomer.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 액체 단량체는 폐 PET로부터 화학반응을 통하여 회수된 BHET일 수 있다. In one embodiment of the present invention, the liquid monomer may be BHET recovered from waste PET through a chemical reaction.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 플라즈마 분해하는 단계에서, 상기 금속 와이어 및 상기 금속 시트로부터 발생되는 플라즈마는 10,000 K 이상의 온도를 갖는 전자를 이용하여 액체 단량체를 분해할 수 있다. In one embodiment of the present invention, in the plasma decomposition step, the plasma generated from the metal wire and the metal sheet may decompose the liquid monomer using electrons having a temperature of 10,000 K or more.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 플라즈마 발생 전원은 주파수가 1 kHz 내지 100 kHz, 전압이 10 kV 이하의 싸인파 또는 펄스파인 전원을 공급할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the plasma generation power supply may supply sine wave or pulse wave power with a frequency of 1 kHz to 100 kHz and a voltage of 10 kV or less.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 전압이 펄스파인 경우 펄스 폭의 듀티(duty)는 주파수의 10% 이하일 수 있다. In one embodiment of the present invention, when the voltage is a pulse wave, the duty of the pulse width may be 10% or less of the frequency.

상술한 본 발명의 액체 단량체 분해용 플라즈마 발생 장치는, 유전체 기판, 금속 와이어, 금속 시트 및 스위치를 포함하는 바, 상기 각각의 스위치 전원을 인가하는 간단한 조작으로, 분해 대상인 액체 단량체를 플라즈마 분해하여 CO, H2와 같은 syngas를 추출할 수 있다. The above-described plasma generating device for decomposing liquid monomers of the present invention includes a dielectric substrate, a metal wire, a metal sheet, and a switch, and by a simple operation of applying power to each switch, the liquid monomer to be decomposed is decomposed by plasma to form CO , syngas such as H 2 can be extracted.

또한, 종래 고출력 환경이 필요한 방법과 비교하여, 추가적인 가스 공급 없이 1kW 이하의 파워만으로 단량체를 분해할 수 있고, 복수개의 금속 와이어 또는 복수개의 기판을 연속 배치함으로써 대량 공정이 가능하다. In addition, compared to the conventional method requiring a high-power environment, the monomer can be decomposed with only a power of 1 kW or less without additional gas supply, and a large-scale process is possible by continuously arranging a plurality of metal wires or a plurality of substrates.

나아가, 폐 PET로부터 화학반응으로 회수된 BHET를 분해하여 syngas를 추출하는 바, 친환경적인 자원 순환 시스템에 이용될 수 있다. Furthermore, since syngas is extracted by decomposing BHET recovered from waste PET through a chemical reaction, it can be used in an environmentally friendly resource circulation system.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다. The effects of the present invention are not limited to the above effects, and should be understood to include all effects that can be inferred from the detailed description of the present invention or the configuration of the invention described in the claims.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액체 단량체 분해용 플라즈마 발생 기판의 평면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 액체 단량체 분해용 플라즈마 발생 기판의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 액체 단량체 분해용 플라즈마 발생 기판의 플라즈마가 발생되는 것을 나타낸 사진이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 액체 단량체 분해용 플라즈마 발생 기판에 스위치가 설치된 것을 나타낸 평면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 펄스파의 듀티(duty)를 나타낸 모식도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 액체 단량체 분해용 플라즈마 발생 기판의 실제 사진이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 와이어와 금속 시트를 제외한 액체 단량체 분해용 플라즈마 발생 기판의 간격을 나타내는 평면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 와이어와 금속 시트를 제외한 액체 단량체 분해용 플라즈마 발생 기판의 간격 및 구성을 나타내는 단면도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 액체 단량체 분해 방법을 나타낸 흐름도이다.
1 is a plan view of a plasma generating substrate for decomposing liquid monomers according to an embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view of a plasma generating substrate for decomposition of liquid monomers according to an embodiment of the present invention.
3 is a photograph showing that plasma is generated in a plasma generating substrate for decomposing liquid monomers according to an embodiment of the present invention.
4 is a plan view showing that a switch is installed on a plasma generating substrate for decomposing liquid monomers according to an embodiment of the present invention.
5 is a schematic diagram showing the duty of a pulse wave according to an embodiment of the present invention.
6 is an actual photograph of a plasma generating substrate for decomposition of liquid monomers according to an embodiment of the present invention.
7 is a plan view illustrating a distance between a plasma generating substrate for decomposing a liquid monomer except for a metal wire and a metal sheet according to an embodiment of the present invention.
8 is a cross-sectional view showing the spacing and configuration of a plasma generating substrate for decomposition of liquid monomers excluding metal wires and metal sheets according to an embodiment of the present invention.
9 is a flow chart showing a liquid monomer decomposition method according to an embodiment of the present invention.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the present invention may be embodied in many different forms and, therefore, is not limited to the embodiments described herein. And in order to clearly explain the present invention in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and similar reference numerals are attached to similar parts throughout the specification.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 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 구비할 수 있다는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part is said to be "connected (connected, contacted, combined)" with another part, this is not only "directly connected", but also "indirectly connected" with another member in between. "Including cases where In addition, when a part "includes" a certain component, it means that it may further include other components without excluding other components unless otherwise stated.

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

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 일 양태는 액체 단량체 분해용 플라즈마 발생장치를 제공한다. One aspect of the present invention provides a plasma generator for decomposing liquid monomers.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액체 단량체 분해용 플라즈마 발생 기판의 평면도이다. 1 is a plan view of a plasma generating substrate for decomposing liquid monomers according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 액체 단량체 분해용 플라즈마 발생기판은 상부 중앙부에 위치하는 전극 간격 유지용 돌출부, 상기 전극 간격 유지용 돌출부를 기준으로 일측에 마련되되 금속 시트 고정용 돌출부(60)가 위치하는 제1 전극 영역 및 상기 전극 간격 유지용 돌출부를 기준으로 상기 제1 전극 영역의 반대 측에 마련되되 금속 와이어 고정용 돌출부(50)가 위치하는 제2 전극 영역을 포함하고, 상기 전극 간격 유지용 돌출부의 일 영역에 플라즈마 분해 대상인 액체 단량체가 배치되는 것을 특징으로 하는 유전체 기판(10); 상기 유전체 기판 상에 위치하되, 상기 제 1 전극 영역의 상기 금속 시트 고정용 돌출부(60) 사이에 위치하는 금속 시트(20); 및 상기 유전체 기판 상에 위치하되, 상기 제 2 전극 영역의 상기 금속 와이어 고정용 돌출부(50) 사이 각각에 위치하는 복수개의 금속 와이어(30)를 포함한다. Referring to FIG. 1, the plasma generating substrate for decomposing liquid monomers of the present invention includes a protrusion for maintaining electrode spacing located in the upper center portion and a protrusion 60 for fixing a metal sheet provided on one side of the protrusion for maintaining electrode spacing. A first electrode region located on the opposite side of the first electrode region with respect to the protrusion for maintaining the electrode gap, and a second electrode region in which the protrusion 50 for fixing the metal wire is located, and maintaining the electrode gap a dielectric substrate (10) characterized in that a liquid monomer to be plasma decomposed is disposed in one region of the dragon protrusion; a metal sheet 20 positioned on the dielectric substrate and positioned between the protrusions 60 for fixing the metal sheet in the first electrode area; and a plurality of metal wires 30 positioned on the dielectric substrate and respectively positioned between the metal wire fixing protrusions 50 in the second electrode region.

이때, 상기 제 1 전극 영역 및 제 2 전극 영역에 전압을 인가하면 플라즈마가 발생 될 수 있다. At this time, when a voltage is applied to the first electrode region and the second electrode region, plasma may be generated.

본 발명은 액체 단량체를 분해하기 위한 플라즈마 발생 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a plasma generating device for decomposing a liquid monomer.

상기 플라즈마(plasma)는 국부적으로 전기적인 극성을 갖는 이온화된 기체가 존재하는 상태를 의미하며, 고체, 액체, 기체 상태와 구분되기 때문에, 제 4의 상태라고 부르기도 한다. The plasma refers to a state in which ionized gas having electrical polarity exists locally, and is also referred to as a fourth state because it is distinguished from solid, liquid, and gaseous states.

상기 플라즈마를 구성하는 입자들은 고체, 액체, 기체 등의 에너지 장벽을 쉽게 뛰어 넘어 원자 및 분자 사슬을 끊고, 새로운 분자 및 원자를 재결합할 수 있다. 따라서 플라즈마는 다른 방법으로는 도달하기 어려운 화학 반응성과 물리 반응성을 쉽게 제공한다는 이점이 있으며, 이러한 이점으로 인해 여러 산업 분야에서 널리 사용되고 있다. Particles constituting the plasma can easily jump over energy barriers such as solids, liquids, gases, etc., break atomic and molecular chains, and recombine new molecules and atoms. Therefore, plasma has the advantage of easily providing chemical reactivity and physical reactivity that are difficult to reach by other methods, and is widely used in various industrial fields due to this advantage.

상기 플라즈마를 발생시킬 수 있는 방법 중 DBD(Dielectric Barrier Discharge) 방전 방법은 하나 이상의 유전체(Dielectric Barrier)를 전극에 밀착시켜 플라즈마를 방전시키는 방법으로서, 글로우(glow) 방전을 대기압에서 생성할 수 있다는 장점이 있다. 상기 DBD 방전 방법의 구체적인 원리는 본 기술 분야에서 자명한 것으로, 이에 대한 설명은 생략한다. Among the methods capable of generating the plasma, the DBD (Dielectric Barrier Discharge) discharge method is a method of discharging plasma by bringing one or more dielectric barriers into close contact with an electrode, and has the advantage of generating a glow discharge at atmospheric pressure. there is The specific principle of the DBD discharge method is obvious in the art, and a description thereof will be omitted.

본 발명의 액체 단량체 분해용 플라즈마 발생장치에서 발생되는 플라즈마는 상술한 DBD 방전방법을 이용하여 발생된 것일 수 있다. Plasma generated by the plasma generator for decomposing liquid monomers of the present invention may be generated using the above-described DBD discharge method.

상기 DBD 방전 방법은 한 쪽 전극에 교류(AC) 또는 펄스(pulse) 형태의 파워를 인가하면 전극을 감싸고 있는 유전체에 전하(charge)가 축적되고 이 후 전극의 극성이 바뀌면 유전체에 축적되었던 전하가 방출되면서 전극 사이에 플라즈마가 형성된다.In the DBD discharge method, when alternating current (AC) or pulse-type power is applied to one electrode, charges are accumulated in the dielectric surrounding the electrode, and then when the polarity of the electrode is changed, the accumulated charge in the dielectric As it is emitted, plasma is formed between the electrodes.

상기 DBD 방전 방법은 대기압 정도의 높은 압력에서도 쉽게 방전 플라즈마를 얻을 수 있으며 전원의 주파수 역시 AC에서 RF에 이르기까지 넓은 영역의 주파수가 가능한 효과가 있다. The DBD discharge method can easily obtain discharge plasma even at a pressure as high as atmospheric pressure, and has an effect of enabling a wide range of frequencies from AC to RF.

따라서, 본 발명의 플라즈마 발생장치는 상면에 분해 대상인 액체 단량체가 위치하는 유전체 기판(10) 및 상기 금속 시트(20) 와 금속 와이어(30)를 포함한다. Accordingly, the plasma generating device of the present invention includes a dielectric substrate 10 on which a liquid monomer to be decomposed is located, the metal sheet 20 and the metal wire 30 on the upper surface.

먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 액체 단량체 분해용 플라즈마 발생기판은 유전체 기판(10)을 포함할 수 있다. First, a plasma generating substrate for decomposing liquid monomers according to an embodiment of the present invention may include a dielectric substrate 10 .

상기 유전체 기판은 LTCC(Low Temperature Co-fired Ceramic) 소재로 구성될 수 있다. The dielectric substrate may be made of a low temperature co-fired ceramic (LTCC) material.

상기 LTCC(low temperature co-fired ceramics) 소재는 저온 소성 세라믹 공법을 사용하여 제조된 것일 수 있다.The low temperature co-fired ceramics (LTCC) material may be manufactured using a low-temperature firing ceramic method.

또한, 도 1을 참조하면 상기 유전체 기판(10)은 전극 간격 유지용 돌출부, 제 1 전극 영역, 제 2 전극 영역으로 구분될 수 있다. Also, referring to FIG. 1 , the dielectric substrate 10 may be divided into a protrusion for maintaining an electrode gap, a first electrode area, and a second electrode area.

이때, 상기 전극 간격 유지용 돌출부는 상기 유전체 기판 상부 중앙부에 위치하고 상기 전극 간격 유지용 돌출부의 일 영역에 플라즈마 분해 대상인 액체 단량체가 배치 될 수 있다. In this case, the protruding part for maintaining the electrode gap is located at the upper center of the dielectric substrate, and a liquid monomer to be plasma decomposed may be disposed in one region of the protruding part for maintaining the electrode gap.

이때, 상기 액체 단량체는 폐 PET로부터 화학반응을 통하여 회수된 BHET일 수 있다. In this case, the liquid monomer may be BHET recovered from waste PET through a chemical reaction.

또한, 상기 제 1 전극 영역은 상기 전극 간격 유지용 돌출부를 기준으로 일측에 마련되되 금속 시트 고정용 돌출부(60)가 상기 유전체 기판 양측에 위치 할 수 있다. In addition, the first electrode area may be provided on one side of the protrusion for maintaining the electrode gap, and the protrusion 60 for fixing the metal sheet may be located on both sides of the dielectric substrate.

또한, 상기 제 2 전극 영역은 상기 전극 간격 유지용 돌출부를 기준으로 상기 제 1 전극 영역의 반대 측에 마련되되 금속 와이어 고정용 돌출부(50)가 복수 개 위치할 수 있다. In addition, the second electrode area may be provided on the opposite side of the first electrode area with respect to the protrusion for maintaining the electrode gap, and a plurality of protrusions 50 for fixing the metal wire may be positioned.

또한, 상기 금속 와이어(30)와 전기적으로 연결되며 전원의 온/오프 동작이 제어되는 스위치;를 더 포함할 수 있다. In addition, a switch electrically connected to the metal wire 30 and controlling an on/off operation of power may be further included.

이때, 상기 스위치와 금속 와이어는 한번에 한 개의 금속 와이어와 전기적으로 연결될 수 있고, 상기 금속 와이어 한 개 에서만 플라즈마를 발생시킬 수 있다. In this case, the switch and the metal wire may be electrically connected to one metal wire at a time, and plasma may be generated only through the one metal wire.

이때, 상기 스위치는 MOSFET(모스펫)의 트라이오드 모드를 이용할 수 있다. At this time, the switch may use a triode mode of a MOSFET (MOSFET).

상기 MOSFET(모스펫)은 Metal Oxide Semiconductor Field Effect transistor 의 약자로서 금속 산화막 반도체 전계 효과 트랜지스터를 의미하고, 상기 모스펫은 신호를 증폭하거나 신호 자체를 끄거나 켜는데 쓰일 수 있다. The MOSFET (MOSFET) is an abbreviation of Metal Oxide Semiconductor Field Effect transistor and means a metal oxide semiconductor field effect transistor, and the MOSFET can be used to amplify a signal or to turn off or turn on a signal itself.

상기 금속 와이어와 전기적으로 연결된 스위치는 온/오프 동작을 제어하여, 한 개의 와이어에서 플라즈마를 발생시키고 순차적으로 다음 와이어로 넘어가서 플라즈마가 발생될 수 있다. A switch electrically connected to the metal wire controls an on/off operation to generate plasma in one wire and sequentially move on to the next wire to generate plasma.

이때, 전체 스위치를 켜서 금속 와이어 전체에 동시에 전원을 연결한 경우에도 가장 가까운 금속 와이어 에서만 플라즈마가 발생할 수 있다. At this time, even when all switches are turned on and power is connected to all metal wires at the same time, plasma may be generated only in the nearest metal wire.

또한, 액체 단량체 분해용 플라즈마 발생기판은 금속 시트(20)를 포함할 수 있다. In addition, the plasma generating substrate for decomposing the liquid monomer may include a metal sheet 20 .

상기 금속 시트(20)는 양측에 형성된 제 1 전극 영역의 금속 시트 고정용 돌출부(60) 사이에 위치될 수 있다. The metal sheet 20 may be positioned between protrusions 60 for fixing the metal sheet in the first electrode area formed on both sides.

이때, 상기 금속 시트 고정용 돌출부의 간격은 제한없이 확장이 가능하다. At this time, the distance between the protrusions for fixing the metal sheet can be extended without limitation.

이때, 상기 금속 시트(20)는 텅스텐(W)으로 구성될 수 있다. At this time, the metal sheet 20 may be composed of tungsten (W).

또한, 상기 금속 시트가 상기 텅스텐(W)으로 구성된 이유는 상기 텅스텐 금속이 녹는점이 높으므로 높은 온도에서 발생되는 플라즈마에 의해 상기 금속 시트가 변형될 확률이 낮을 수 있기 때문이다. In addition, the reason why the metal sheet is made of tungsten (W) is that since the tungsten metal has a high melting point, the probability of the metal sheet being deformed by plasma generated at a high temperature may be low.

또한, 액체 단량체 분해용 플라즈마 발생기판은 금속 와이어(30)를 포함할 수 있다. In addition, the plasma generating substrate for decomposing the liquid monomer may include a metal wire 30 .

상기 금속 와이어(30)는 상기 금속 와이어 고정용 돌출부(50) 사이 각각에 위치하는 복수개의 금속 와이어가 배치될 수 있다. The metal wire 30 may include a plurality of metal wires positioned between the protrusions 50 for fixing the metal wire.

이때, 상기 금속 와이어의 개수는 제한 없이 확장가능하고 이에 따라 금속 와이어 고정용 돌출부의 개수 역시 제한 없이 확장 가능하다. In this case, the number of metal wires is expandable without limitation, and accordingly, the number of protrusions for fixing the metal wires is also expandable without limitation.

또한, 상기 금속 와이어(30)는 텅스텐(W)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 액체 단량체 분해용 플라즈마 발생장치.In addition, the metal wire 30 is a plasma generator for decomposing liquid monomer, characterized in that composed of tungsten (W).

또한, 상기 금속 와이어(30)가 상기 텅스텐(W)으로 구성된 이유는 상기 금속이 녹는점이 높으므로 높은 온도에서 발생되는 플라즈마에 의해 상기 금속 시트가 변형될 확률이 낮을 수 있기 때문이다. In addition, the reason why the metal wire 30 is made of tungsten (W) is that since the metal has a high melting point, the probability of the metal sheet being deformed by plasma generated at a high temperature may be low.

이때, 상기 금속 시트(20)에 걸리는 전압이 양극(그라운드)이고 상기 금속 와이어(30)는 음극일 수 있다. 상기 금속 시트(20)에 걸리는 전압이 양극(그라운드)이고 상기 금속 와이어(30)가 음극인 경우에 플라즈마가 발생 될 수 있다. At this time, the voltage applied to the metal sheet 20 may be an anode (ground) and the metal wire 30 may be a cathode. Plasma may be generated when the voltage applied to the metal sheet 20 is an anode (ground) and the metal wire 30 is a cathode.

또한, 상기 플라즈마 분해 반응은 상기 액체 단량체 내부의 기포에서 행하여질 수 있다. 이때, 상기 전극 간격 유지용 돌출부에서 발생되는 플라즈마는 10,000K 이상의 온도를 갖는 전자를 이용하여 액체 단량체를 분해할 수 있다. In addition, the plasma decomposition reaction may be performed in bubbles inside the liquid monomer. At this time, the plasma generated from the protruding part for maintaining the electrode gap can decompose the liquid monomer using electrons having a temperature of 10,000K or higher.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 분해 대상인 액체 단량체는 폐 PET로부터 화학반응을 통하여 회수된 BHET(bis(hydroxyethyl) terephthalate)일 수 있다. In one embodiment of the present invention, the liquid monomer to be degraded may be bis(hydroxyethyl) terephthalate (BHET) recovered from waste PET through a chemical reaction.

구체적으로, 상기 BHET(bis(hydroxyethyl) terephthalate)는 PET(Poly Ethylene Terephthalate)의 화학반응을 통한 합성 및 분해 시, 생성되는 중간체일 수 있다. Specifically, the bis(hydroxyethyl) terephthalate (BHET) may be an intermediate produced during the synthesis and decomposition of poly ethylene terephthalate (PET) through a chemical reaction.

예를 들면, 상기 PET(Poly Ethylene Terephthalate)는 EG(Ethylene Glycol)와 TPA(Terephthalic Acid)의 에스테르화 반응이나, EG(Ethylene Glycol)와 DMT(Dimethyl Terephthalate)의 반응에 의해 형성될 수 있다. For example, the PET (Poly Ethylene Terephthalate) may be formed by an esterification reaction between EG (Ethylene Glycol) and TPA (Terephthalic Acid) or a reaction between EG (Ethylene Glycol) and DMT (Dimethyl Terephthalate).

상기 폐 PET의 글리콜리시스 반응의 구체적인 메커니즘은 본 기술 분야에서 자명한 것으로, 이에 대한 설명은 생략한다. A specific mechanism of the glycolysis reaction of the waste PET is obvious in the art, and a description thereof will be omitted.

상기 액체 BHET는 본 발명의 액체 단량체 분해용 플라즈마 발생장치의 유전체 기판(10)의 전극 간격 유지용 돌출부 상면에 위치할 수 있고, 구체적으로, 액체 형태의 BHET의 플라즈마 분해 반응은 상기 액체 형태의 BHET의 기포 내에서 발생할 수 있으며, 10,000 K 이상의 높은 온도를 갖는 상기 대기압 플라즈마 내의 전자를 이용하여, 상기 BHET는 분해되고, CO 및 H2를 포함하는 syngas를 추출할 수 있게 된다. The liquid BHET may be located on the upper surface of the protruding part for maintaining the electrode spacing of the dielectric substrate 10 of the plasma generator for decomposing liquid monomers of the present invention. Specifically, the plasma decomposition reaction of the liquid BHET is may occur in bubbles of , and by using electrons in the atmospheric pressure plasma having a high temperature of 10,000 K or more, the BHET is decomposed, and syngas including CO and H 2 can be extracted.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 액체 단량체 분해용 플라즈마 발생 기판의 단면도이다. 2 is a cross-sectional view of a plasma generating substrate for decomposition of liquid monomers according to an embodiment of the present invention.

상기 도 1 의 옆 1에서 관찰한 단면은 도 2의 (a) 를 나타내고, 옆 2 에서 관찰한 단면은 도 2의 (b) 를 나타내고, 옆 3에서 관찰한 단면은 도 2의 (c) 를 나타낼 수 있다. The cross section observed from side 1 of FIG. 1 shows FIG. 2(a), the cross section observed from side 2 shows FIG. 2(b), and the cross section observed from side 3 shows FIG. 2(c) can indicate

상기 도 2를 참조하면, 도 2의 (a)는 금속 시트 고정용 돌출부(60) 사이에 금속 시트(20)가 배치된 것을 확인 할 수 있다. Referring to FIG. 2 , in (a) of FIG. 2 , it can be seen that the metal sheet 20 is disposed between the protrusions 60 for fixing the metal sheet.

또한, 상기 도 2의 (b)는 금속 시트(20) 및 금속 와이어(30) 사이에 위치된 전극 간격 유지용 돌출부 상부에 플라즈마(40)가 발생되고, 상기 금속 시트(20) 및 금속 와이어(30)에 전극이 전기적으로 연결된 것을 확인 할 수 있다. In addition, in (b) of FIG. 2, the plasma 40 is generated on the upper part of the protrusion for maintaining the electrode gap located between the metal sheet 20 and the metal wire 30, and the metal sheet 20 and the metal wire ( 30), it can be confirmed that the electrode is electrically connected.

또한, 상기 도 2의 (c)는 금속 와이어 돌출부(50)사이에 금속 와이어(30)가 사이사이에 배치된 것을 확인 할 수 있다. In addition, in (c) of FIG. 2 , it can be seen that the metal wire 30 is disposed between the metal wire protrusions 50 .

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 액체 단량체 분해용 플라즈마 발생 기판의 플라즈마가 발생되는 것을 나타낸 사진이다. 3 is a photograph showing that plasma is generated in a plasma generating substrate for decomposing liquid monomers according to an embodiment of the present invention.

상기 도 3을 참조하면, 제 1 전극 영역과 제 2 전극 영역 사이에 위치하는 전극 간격 유지용 돌출부에서 플라즈마가 발생된 것을 확인 할 수 있다. Referring to FIG. 3 , it can be seen that plasma is generated in the protruding part for maintaining the electrode gap located between the first electrode region and the second electrode region.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 액체 단량체 분해용 플라즈마 발생 기판에 스위치가 설치된 것을 나타낸 평면도이다. 4 is a plan view showing that a switch is installed on a plasma generating substrate for decomposing liquid monomers according to an embodiment of the present invention.

도 4 (a)를 참조하면, 유전체 기판(10)의 일 측에 위치된 제 2 금속 영역의 금속 와이어와 스위치(70) 각각이 전기적으로 연결되고 상기 스위치 중에 첫번째 스위치(S1)의 전원을 연결한 경우 상기 첫번째 스위치(S1)와 연결된 금속 와이어 상부에 플라즈마가 발생된 것을 확인 할 수 있다. Referring to FIG. 4 (a), a metal wire of a second metal region located on one side of a dielectric substrate 10 is electrically connected to each of the switches 70, and a power supply of a first switch S1 among the switches is connected. In one case, it can be confirmed that plasma is generated above the metal wire connected to the first switch S1.

또한, 도 4 (b)를 참조하면, 상기 스위치 중에 두번째 스위치(S2)의 전원을 연결한 경우 상기 두번째 스위치(S2) 와 전기적으로 연결된 금속 와이어 상부에 플라즈마가 발생 된 것을 확인 할 수 있다. In addition, referring to FIG. 4 (b) , when the power of the second switch S2 is connected, it can be seen that plasma is generated on the metal wire electrically connected to the second switch S2.

상기 액체 단량체 분해용 플라즈마 발생 기판은 상기 금속 와이어(30)에 연결된 스위치(70)를 동시에 연결 하여도 상기 금속 와이어(30)와 금속 시트(20)간의 간격이 동일하지 않기 때문에, 가장 가까운 금속 와이어(30) 에서만 상부에 플라즈마가 발생 되는 것을 확인 할 수 있다. Since the distance between the metal wire 30 and the metal sheet 20 is not the same even if the switch 70 connected to the metal wire 30 is simultaneously connected to the plasma generating substrate for decomposing the liquid monomer, the closest metal wire It can be confirmed that plasma is generated on the upper part only in (30).

본 발명에 사용된 플라즈마는 아크 플라즈마이며, 아크 플라즈마는 서로 마주보고 있는 금속 사이에서 발생될 수 있다. The plasma used in the present invention is an arc plasma, and the arc plasma may be generated between metals facing each other.

이 때, 상기 아크 플라즈마 발생을 위해 전압을 가해 준 경우 기판 상에 흐르는 전류는 번개처럼 가장 저항이 작은 경로로 모든 전류가 흐르게 되는데, 금속 사이 거리가 짧을수록 저항이 작을 수 있다. At this time, when a voltage is applied to generate the arc plasma, the current flowing on the substrate flows along the path with the least resistance like lightning. The shorter the distance between the metals, the smaller the resistance.

이에 따라, 상기 금속 와이어와 금속 시트 사이의 간격이 모두 동일하지 않은 이상, 가장 거리가 짧은 경로로만 전류가 흐르게 되어 해당 경로에서만 플라즈마가 발생 될 수 있다. Accordingly, unless the intervals between the metal wire and the metal sheet are all the same, current flows only through the path with the shortest distance, and thus plasma can be generated only in the corresponding path.

따라서, 본 발명은 금속 와이어와 금속 시트의 사이의 간격이 동일하지 않으며 가장 거리가 짧은 경로에 있고 가장 가까운 금속 와이어 상부에서만 플라즈마가 발생 될 수 있다. Therefore, in the present invention, the distance between the metal wire and the metal sheet is not the same, and plasma can be generated only on the top of the metal wire that is the shortest distance and is the closest.

또한, 상기 스위치를 이용한 플라즈마 발생에서 플라즈마가 발생 되는 면적을 늘리기 위해 순차적으로 전압을 금속 와이어(30)에 걸어줄 수 있다. Also, in the plasma generation using the switch, voltage may be sequentially applied to the metal wire 30 in order to increase an area where plasma is generated.

상기 직류(DC) 전원과 스위치를 이용한 경우, 플라즈마 발생 면적을 늘릴 수 있을 뿐만 아니라 각 스위치의 동작 주기와 온타임(on-time)을 이용해서 전압의 주파수와 듀티(duty)를 결정할 수 있다. In the case of using the direct current (DC) power source and the switch, not only can the plasma generation area be increased, but also the frequency and duty of the voltage can be determined using the operation period and on-time of each switch.

이때, 상기 스위치(70)를 이용하여 플라즈마를 발생 시키는 경우, 직류 전원(DC)을 이용하며, 각각의 스위치의 온/오프(on/off) 주기가 플라즈마 발생 주파수를 결정할 수 있고, 이때 발생된 전압이 펄스파인 경우 펄스 폭의 듀티(duty)는 상기 주파수의 10% 이하로 설정될 수 있다.At this time, when plasma is generated using the switch 70, a direct current power source (DC) is used, and the on/off cycle of each switch can determine the plasma generation frequency. At this time, the generated When the voltage is a pulse wave, the duty of the pulse width may be set to 10% or less of the frequency.

이때, 상기 발생된 플라즈마 전원은 주파수가 1 kHz 내지 100 kHz 이고 전압이 10 kV 이하의 싸인파 또는 펄스파인 전원을 공급할 수 있다.In this case, the generated plasma power may supply sine wave or pulse wave power having a frequency of 1 kHz to 100 kHz and a voltage of 10 kV or less.

상기 플라즈마 발생 전원의 주파수가 1 kHz 내지 100 kHz 이고 전압이 10 kV 이하이므로 기존의 수십 kW 이상의 높은 파워가 필요한 플라즈마 토치와는 상이하게 1 kW 이하의 파워만으로 플라즈마를 발생시킬 수 있는 효과가 있다. Since the frequency of the plasma generating power is 1 kHz to 100 kHz and the voltage is 10 kV or less, plasma can be generated with only a power of 1 kW or less, unlike conventional plasma torches that require high power of several tens of kW or more.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 펄스파의 듀티(duty)를 나타낸 모식도이다. 5 is a schematic diagram showing the duty of a pulse wave according to an embodiment of the present invention.

상기 도 5를 참조하면, 각각의 스위치의 온/오프 주기에 따라서 발생된 플라즈마 발생 주파수의 펄스폭의 듀티를 나타낼 수 있다. Referring to FIG. 5 , the duty cycle of the pulse width of the plasma generation frequency generated according to the on/off cycle of each switch may be indicated.

또한, 상기 주파수의 펄스폭의 듀티는 상기 주파수의 10% 이하로 설정 될 수 있다. In addition, the duty of the pulse width of the frequency may be set to 10% or less of the frequency.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 액체 단량체 분해용 플라즈마 발생 기판의 실제 사진이다. 6 is an actual photograph of a plasma generating substrate for decomposition of liquid monomers according to an embodiment of the present invention.

상기 도 6을 참조하면, 유전체 기판(10)의 일 측에 금속 시트(20)를 포함하는 제 1 전극 영역이 위치되고, 상기 금속 시트 하부에 전극 간격 유지용 돌출부가 위치되고, 상기 전극 간격 유지용 돌출부를 사이에 두고 마주보도록 금속 와이어(30)를 포함하는 제 2 전극 영역이 위치된 것을 확인 할 수 있다. Referring to FIG. 6 , a first electrode area including a metal sheet 20 is positioned on one side of a dielectric substrate 10, a protrusion for maintaining an electrode spacing is positioned under the metal sheet, and the electrode spacing is maintained. It can be confirmed that the second electrode region including the metal wire 30 is positioned to face each other with the dragon protrusion interposed therebetween.

본 발명의 일 실시 예는 상기 도 6 에서와 같이 제 1전극 영역의 우측 상부에 설치된 음극(그라운드)이 금속 시트와 납땜 방법으로 연결되어 전기적 연결되고, 제 2 전극 영역의 좌측 하부에 설치된 양극이 금속 와이어와 납땜 방법으로 연결된 것을 확인 할 수 있다. In one embodiment of the present invention, as shown in FIG. 6, the cathode (ground) installed on the upper right side of the first electrode area is electrically connected to the metal sheet by soldering, and the anode installed on the lower left side of the second electrode area is electrically connected. It can be confirmed that it is connected with a metal wire and a soldering method.

도 7 내지 도 8을 이용하여 액체 단량체 분해용 플라즈마 발생 기판의 간격에 대해 설명한다. The spacing of the plasma generating substrate for decomposition of the liquid monomer will be described with reference to FIGS. 7 to 8 .

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 와이어와 금속 시트를 제외한 액체 단량체 분해용 플라즈마 발생 기판의 간격을 나타내는 평면도이다. 7 is a plan view illustrating a distance between a plasma generating substrate for decomposing a liquid monomer except for a metal wire and a metal sheet according to an embodiment of the present invention.

상기 도 7은 금속 시트의 간격(W), 금속 와이어의 직경(D) 및 전극 간격 유지용 돌출부의 간격(G)을 나타낼 수 있다. 7 may show the spacing W of the metal sheet, the diameter D of the metal wire, and the spacing G of the protrusions for maintaining the electrode spacing.

상기 전극 간격 유지용 돌출부의 간격(G)은 0.1 mm 내지 1 mm 일 수 있다. The spacing G of the protrusions for maintaining the electrode spacing may be 0.1 mm to 1 mm.

또한, 상기 금속 와이어 직경(D)은 0.5 mm 내지 1 mm 간격으로 이격 되어 위치할 수 있다. In addition, the metal wire diameter (D) may be spaced apart at intervals of 0.5 mm to 1 mm.

이때, 상기 금속 와이어 직경(D)은 금속 와이어 고정용 돌출부 사이 각각에 위치한 금속 와이어가 상기 제 2 전극 영역에 둘러싸여 설치된 경우, 상기 둘러싸여 설치된 금속 와이어의 간격을 나타낼 수 있다. In this case, the diameter D of the metal wire may indicate a distance between the metal wires positioned between the protrusions for fixing the metal wire and installed around the second electrode area.

전극 간격 유지용 돌출부의 간격(G)이 1mm 이상인 경우에 상술한 전원조건에서 플라즈마가 발생되지 않고, 본 발명의 유전체 기판인 LTCC 기판으로 만들 수 있는 전극 간격 유지용 돌출부(100)는 0.1 mm 이하의 간격으로 제조되기 어려운 문제가 있으므로 상기 전극 간격 유지용 돌출부(G)의 간격은 0.1 mm 이상 일 수 있다.When the distance (G) of the protrusions for maintaining the electrode spacing is 1 mm or more, plasma is not generated under the above-described power condition, and the protrusions 100 for maintaining the electrode spacing, which can be made of the LTCC substrate, which is the dielectric substrate of the present invention, are 0.1 mm or less Since there is a problem in that it is difficult to manufacture with an interval of , the interval of the protrusions G for maintaining the electrode interval may be 0.1 mm or more.

상기 금속 와이어 직경(D)은 0.5 mm 내지 2 mm 이고, 해당 범위는 일반적으로 쉽게 구할 수 있는 금속 와이어 직경이므로 상기 범위에 한정 되지 않을 수 있다.The metal wire diameter (D) is 0.5 mm to 2 mm, and since the range is generally a metal wire diameter that can be easily obtained, it may not be limited to the above range.

또한, 금속 시트의 간격(W)은 제한 없이 확장 가능할 수 있다. In addition, the interval W of the metal sheet may be expandable without limitation.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 와이어와 금속 시트를 제외한 액체 단량체 분해용 플라즈마 발생 기판의 간격 및 구성을 나타내는 단면도이다. 8 is a cross-sectional view showing the spacing and configuration of a plasma generating substrate for decomposition of liquid monomers excluding metal wires and metal sheets according to an embodiment of the present invention.

상기 도 8을 참조하면, 액체 단량체 분해용 플라즈마 발생 기판의 단면을 나타내고 도 8(b) 의 H 는 상기 액체 단량체 분해용 플라즈마 발생 기판의 높이를 나타낼 수 있다. Referring to FIG. 8, a cross section of a plasma generating substrate for decomposing liquid monomers is shown, and H in FIG. 8(b) may indicate a height of the plasma generating substrate for decomposing liquid monomers.

상기 액체 단량체 분해용 플라즈마 발생 장치는 높이(H)가 0.5 mm 내지 2 mm 일 수 있다. The height (H) of the plasma generating device for decomposing the liquid monomer may be 0.5 mm to 2 mm.

상기 액체 단량체 분해용 플라즈마 발생 장치의 높이(H)는 금속 와이어의 직경(D)과 동일해야 와이어 고정이 가능하기 때문에 0.5 mm 내지 2 mm 로 설정할 수 있다. The height (H) of the plasma generating device for decomposing the liquid monomer must be the same as the diameter (D) of the metal wire so that the wire can be fixed, so it can be set to 0.5 mm to 2 mm.

도 9 를 참조하여, 본 발명의 일 양태는 액체 단량체 분해 방법을 제공한다. Referring to Fig. 9, one aspect of the present invention provides a liquid monomer decomposition method.

도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 액체 단량체 분해 방법을 나타낸 흐름도이다. 9 is a flow chart showing a liquid monomer decomposition method according to an embodiment of the present invention.

상술한 본 발명의 일 실시 예에 따른 액체 단량체 분해용 플라즈마 발생 기판을 이용한 액체 단량체 분해 방법에 있어서, 분해 대상인 액체 단량체를 준비하는 단계; 유전체 기판 상부 중앙부에 위치하는 전극 간격 유지용 돌출부에 상기 액체 단량체를 위치시키는 단계; 및 플라즈마 발생 전원을 인가하여 플라즈마를 발생시키고 상기 액체 단량체를 플라즈마 분해하는 단계를 포함할 수 있다.In the liquid monomer decomposition method using the plasma generating substrate for liquid monomer decomposition according to an embodiment of the present invention described above, preparing a liquid monomer to be decomposed; positioning the liquid monomer on a protruding part for maintaining an electrode gap located in the upper center of the dielectric substrate; and applying plasma generation power to generate plasma and plasma decompose the liquid monomer.

먼저, 본 발명의 액체 단량체 분해 방법은 분해 대상인 액체 단량체를 준비하는 단계를 포함할 수 있다. First, the liquid monomer decomposition method of the present invention may include preparing a liquid monomer to be decomposed.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 액체 단량체는 폐 PET로부터 화학반응을 통하여 회수된 BHET일 수 있고, 폐 PET로부터 화학반응을 통하여 BHET를 준비하는 단계에 해당될 수 있다. In one embodiment of the present invention, the liquid monomer may be BHET recovered from waste PET through a chemical reaction, and may correspond to a step of preparing BHET from waste PET through a chemical reaction.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 액체 단량체를 준비하는 단계는 폐 PET를 글리콜리시스(Glycolysis)를 이용하여 분해하는 공정을 이용하여 수행될 수 있고, 구체적으로, 가압 하, 온도 범위 약 180 ℃ 내지 240 ℃에서 폐 PET에 과량의 글리콜 또는 EG(에틸렌글리콜)를 첨가하여 수행될 수 있다. In one embodiment of the present invention, the step of preparing the liquid monomer may be performed using a process of decomposing waste PET using glycolysis, specifically, under pressure, at a temperature range of about 180 ° C. to 240 °C by adding an excess of glycol or EG (ethylene glycol) to the waste PET.

상기 폐 PET를 분해하여 BHET를 생성하는 글리콜리시스 반응의 구체적인 메커니즘은 본 기술 분야에서 자명한 것으로, 이에 대한 설명은 생략한다. A specific mechanism of the glycolysis reaction that decomposes the waste PET to produce BHET is obvious in the art, and a description thereof will be omitted.

다음으로, 본 발명의 액체 단량체 분해 방법은 유전체 기판 상부 중앙부에 위치하는 전극 간격 유지용 돌출부에 상기 액체 단량체를 위치시키는 단계; 및 플라즈마 발생 전원을 인가하여 플라즈마를 발생시키고 상기 액체 단량체를 플라즈마 분해하는 단계를 포함한다. Next, the liquid monomer decomposition method of the present invention includes the steps of locating the liquid monomer on a protrusion for maintaining an electrode gap located in the upper center of a dielectric substrate; and applying plasma generation power to generate plasma and plasma decompose the liquid monomer.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 플라즈마 발생 전원을 인가하여 플라즈마를 발생시키고 상기 액체 단량체를 플라즈마 분해하는 단계에서 In one embodiment of the present invention, in the step of applying the plasma generating power to generate plasma and plasma decomposing the liquid monomer

상기 플라즈마 발생전극에 공급되는 전원은, 주파수가 1 kHz 내지 100 kHz, 전압이 10 kV 이하의 싸인파 또는 펄스파 중 어느 하나의 교류 플라즈마 전원일 수 있다. Power supplied to the plasma generating electrode may be AC plasma power of any one of a sine wave or a pulse wave having a frequency of 1 kHz to 100 kHz and a voltage of 10 kV or less.

또한, 상기 전압이 펄스파인 경우 펄스 폭의 듀티(duty)는 주파수의 10% 이하일 수 있다. Also, when the voltage is a pulse wave, the duty of the pulse width may be 10% or less of the frequency.

상술한 본 발명의 액체 단량체 분해용 플라즈마 발생 기판은, 제 1 전극 영역, 전극 간격 유지용 돌출부 및 제 2 전극 영역을 포함하는 유전체 기판, 상기 제 1 전극 영역에 포함된 금속 시트 및 상기 제 2 전극 영역에 포함된 금속 와이어를 포함하고 상기 금속 와이어와 전기적으로 연결되고 온/오프 동작이 각각의 와이어 별로 제어되는 스위치의 전원을 인가하는 간단한 조작으로, 분해 대상인 BHET 액체 단량체를 플라즈마 분해하여 CO, H2와 같은 syngas를 추출할 수 있다. The above-described plasma generating substrate for decomposing liquid monomers of the present invention includes a dielectric substrate including a first electrode region, a protrusion for maintaining an electrode gap, and a second electrode region, a metal sheet included in the first electrode region, and the second electrode By a simple operation of applying power to a switch that includes a metal wire included in the region and is electrically connected to the metal wire and whose on/off operation is controlled for each wire, the BHET liquid monomer to be decomposed is plasma-decomposed and CO, H Syngas such as 2 can be extracted.

또한, 종래 고출력 환경이 필요한 방법과 비교하여, 추가적인 가스 공급 없이 1kW 이하의 파워만으로 액체 단량체를 분해할 수 있고, 복수개의 장치를 연속 배치함으로써 대량 공정이 가능하다.In addition, compared to the conventional method requiring a high-power environment, the liquid monomer can be decomposed with only a power of 1 kW or less without additional gas supply, and a large-scale process is possible by continuously arranging a plurality of devices.

나아가, 폐 PET로부터 화학반응으로 회수된 BHET를 분해하여 syngas를 추출하는 바, 친환경적인 자원 순환 시스템에 이용될 수 있다.Furthermore, since syngas is extracted by decomposing BHET recovered from waste PET through a chemical reaction, it can be used in an environmentally friendly resource circulation system.

상기에서 설명한 본 발명의 기술적 사상은 바람직한 실시예에서 구체적으로 기술되었으나, 상기 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술적 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.Although the technical idea of the present invention described above has been specifically described in a preferred embodiment, it should be noted that the above embodiment is for explanation and not for limitation. In addition, those of ordinary skill in the technical field of the present invention will be able to understand that various embodiments are possible within the scope of the technical spirit of the present invention. Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be determined by the technical spirit of the appended claims.

10: 유전체 기판
20: 금속 시트
30: 금속 와이어
40: 플라즈마
50: 금속 와이어 고정용 돌출부
60: 금속 시트 고정용 돌출부
70: 스위치
100: 전극 간격 유지용 돌출부
200: 제 1 전극 영역
300: 제 2 전극 영역
10: dielectric substrate
20: metal sheet
30: metal wire
40: Plasma
50: protrusion for fixing metal wire
60: protrusion for fixing metal sheet
70: switch
100: protrusion for maintaining electrode spacing
200: first electrode area
300: second electrode area

Claims (15)

상부 중앙부에 위치하는 전극 간격 유지용 돌출부, 상부에 위치하되 상기 전극 간격 유지용 돌출부를 기준으로 일측에 마련되되 금속 시트 고정용 돌출부가 위치하는 제1 전극 영역 및 상부에 위치하되 상기 전극 간격 유지용 돌출부를 기준으로 상기 제1 전극 영역의 반대 측에 마련되되 금속 와이어 고정용 돌출부가 위치하는 제2 전극 영역을 포함하고, 상기 전극 간격 유지용 돌출부의 일 영역에 플라즈마 분해 대상인 액체 단량체가 배치되는 것을 특징으로 하는 유전체 기판;
상기 유전체 기판 상에 위치하되, 상기 제 1 전극 영역의 상기 금속 시트 고정용 돌출부 사이에 위치하는 금속 시트; 및
상기 유전체 기판 상에 위치하되, 상기 제 2 전극 영역의 상기 복수개의 금속 와이어 고정용 돌출부 사이 각각에 위치하는 복수개의 금속 와이어를 포함하는 액체 단량체 분해용 플라즈마 발생 기판.
A protrusion for maintaining electrode spacing located at the upper center, a first electrode area provided on one side of the protrusion for maintaining electrode spacing and a protrusion for fixing a metal sheet located at the upper portion, and a protrusion for maintaining electrode spacing located at the upper portion A second electrode area provided on the opposite side of the first electrode area based on the protrusion and including a protrusion for fixing the metal wire, and a liquid monomer to be plasma decomposed is disposed in one area of the protrusion for maintaining the electrode gap. characterized by a dielectric substrate;
a metal sheet positioned on the dielectric substrate and positioned between protrusions for fixing the metal sheet in the first electrode area; and
A plasma generating substrate for decomposing liquid monomers, comprising: a plurality of metal wires positioned on the dielectric substrate, each of which is positioned between the protrusions for fixing the plurality of metal wires in the second electrode region.
제 1 항에 있어서,
상기 복수개의 금속 와이어 각각에 전기적으로 연결되며 전원의 온/오프 동작이 각각의 금속 와이어 개별적으로 제어되는 복수개의 스위치;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 단량체 분해용 플라즈마 발생 기판.
According to claim 1,
Plasma generating substrate for decomposition of liquid monomer, characterized in that it further comprises; a plurality of switches electrically connected to each of the plurality of metal wires and individually controlling the on / off operation of each metal wire.
제 1 항에 있어서,
상기 플라즈마 분해 반응은 상기 액체 단량체 내부의 기포에서 행하여지는 것을 특징으로 하는 액체 단량체 분해용 플라즈마 발생 기판.
According to claim 1,
The plasma generation substrate for decomposition of the liquid monomer, characterized in that the plasma decomposition reaction is carried out in bubbles inside the liquid monomer.
제 1 항에 있어서,
상기 전극 간격 유지용 돌출부에서 발생되는 플라즈마는 10,000K 이상의 온도를 갖는 전자를 이용하여 액체 단량체를 분해하는 것을 특징으로 하는 액체 단량체 분해용 플라즈마 발생 기판.
According to claim 1,
Plasma generated from the protruding part for maintaining the electrode spacing is a plasma generating substrate for decomposing liquid monomers, characterized in that using electrons having a temperature of 10,000K or more to decompose liquid monomers.
제 1 항에 있어서,
상기 전극 간격 유지용 돌출부의 간격은 0.1 mm 내지 1 mm 인 것을 특징으로 하는 액체 단량체 분해용 플라즈마 발생 기판.
According to claim 1,
Plasma generating substrate for decomposition of liquid monomer, characterized in that the spacing of the protrusions for maintaining the electrode spacing is 0.1 mm to 1 mm.
제 1 항에 있어서,
상기 복수개의 금속 와이어의 직경은 0.5 mm 내지 1 mm 간격으로 이격 되어 위치하는 것을 특징으로 하는 액체 단량체 분해용 플라즈마 발생 기판.
According to claim 1,
Plasma generating substrate for decomposition of liquid monomer, characterized in that the diameter of the plurality of metal wires are spaced apart at intervals of 0.5 mm to 1 mm.
제 1 항에 있어서,
상기 액체 단량체 분해용 플라즈마 발생 기판은 높이가 0.5 mm 내지 2 mm 인 것을 특징으로 하는 액체 단량체 분해용 플라즈마 발생 기판.
According to claim 1,
The plasma generating substrate for decomposing the liquid monomer has a height of 0.5 mm to 2 mm.
제 1 항에 있어서,
상기 유전체 기판은 LTCC(Low Temperature Co-fired Ceramic) 소재로 구성되는 것을 특징으로 하는 액체 단량체 분해용 플라즈마 발생 기판.
According to claim 1,
The dielectric substrate is a plasma generating substrate for decomposition of liquid monomer, characterized in that composed of LTCC (Low Temperature Co-fired Ceramic) material.
제 1 항에 있어서,
상기 금속 와이어는 텅스텐(W)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 액체 단량체 분해용 플라즈마 발생 기판.
According to claim 1,
The metal wire is a plasma generating substrate for decomposition of liquid monomer, characterized in that composed of tungsten (W).
제 1 항에 있어서,
상기 금속 시트는 텅스텐(W)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 액체 단량체 분해용 플라즈마 발생 기판.
According to claim 1,
The metal sheet is a plasma generating substrate for decomposition of liquid monomer, characterized in that composed of tungsten (W).
제 1 항의 액체 단량체 분해용 플라즈마 발생기판을 이용한 액체 단량체 분해 방법에 있어서,
분해 대상인 상기 액체 단량체를 준비하는 단계;
상기 유전체 기판 상부 중앙부에 위치하는 상기 전극 간격 유지용 돌출부에 상기 액체 단량체를 위치시키는 단계; 및
상기 플라즈마 발생 전원을 인가하여 플라즈마를 발생시키고 상기 액체 단량체를 플라즈마 분해하는 단계를 포함하는 액체 단량체 분해 방법.
In the liquid monomer decomposition method using the plasma generating substrate for decomposition of the liquid monomer of claim 1,
Preparing the liquid monomer to be degraded;
locating the liquid monomer on the protruding part for maintaining the electrode gap, which is located in the upper center of the dielectric substrate; and
A liquid monomer decomposition method comprising the step of applying the plasma generating power to generate plasma and plasma decomposition of the liquid monomer.
제 11 항에 있어서,
상기 액체 단량체는 폐 PET로부터 화학반응을 통하여 회수된 BHET인 것을 특징으로 하는 액체 단량체 분해 방법.
According to claim 11,
The liquid monomer decomposition method, characterized in that the liquid monomer is BHET recovered from waste PET through a chemical reaction.
제 11 항에 있어서,
상기 플라즈마 분해하는 단계에서, 상기 금속 와이어 및 상기 금속 시트로부터 발생되는 플라즈마는 10,000 K 이상의 온도를 갖는 전자를 이용하여 액체 단량체를 분해하는 것을 특징으로 하는 액체 단량체 분해 방법.
According to claim 11,
In the plasma decomposition step, the liquid monomer decomposition method characterized in that the plasma generated from the metal wire and the metal sheet decomposes the liquid monomer using electrons having a temperature of 10,000 K or more.
제 11 항에 있어서,
상기 플라즈마 발생 전원은 주파수가 1 kHz 내지 100 kHz, 전압이 10 kV 이하의 싸인파 또는 펄스파인 전원을 공급하는 것을 특징으로 하는 액체 단량체 분해 방법.
According to claim 11,
The plasma generating power supply is a liquid monomer decomposition method, characterized in that for supplying sine wave or pulse wave power with a frequency of 1 kHz to 100 kHz and a voltage of 10 kV or less.
제 14 항에 있어서,
상기 전압이 펄스파인 경우 펄스 폭의 듀티(duty)는 주파수의 10% 이하인 것을 특징으로 하는 액체 단량체 분해 방법.
15. The method of claim 14,
Liquid monomer decomposition method, characterized in that when the voltage is a pulse wave, the duty of the pulse width is 10% or less of the frequency.
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