KR102876953B1 - Sterilizer for air purification - Google Patents
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Abstract
본 발명은 하이드록실 라디칼을 생성하는 하이브리드 촉매 필터 및 이를 포함하는 공기 정화용 제균기에 관한 것이다. 본 발명에 의해 제조된 제균기는 하이브리드 촉매 필터가 라디칼을 생성하고, 중화제 없이도 pH에 관계없이 라디칼 반응이 가능하며, 반응 후 이산화탄소와 물로 분해되므로 친환경적이고 안전한 공기 살균이 가능하다. 제조된 제균기를 이용하여 공기 중에 포함된 먼지, 휘발성 유기화합물, 바이러스, 세균을 포함한 다양한 실내 오염물질을 효과적으로 제거함으로써, 보다 위생적이고 청정한 공기를 방출할 수 있다. 또한, 상기 촉매 필터는 오존이 발생되지 않고, 구조가 간단하여 경제적인 효과가 있으며, 나아가 에어컨, 공조기, 제습기, 자동차 에어컨 및 에어필, 전기청소기 및 반도체 연구실이나 생명공학 실험실의 클린룸용 필터로 이용될 수 있다.The present invention relates to a hybrid catalytic filter that generates hydroxyl radicals and an air purifying sterilizer comprising the same. The sterilizer manufactured by the present invention enables environmentally friendly and safe air sterilization because the hybrid catalytic filter generates radicals, enables radical reactions regardless of pH without a neutralizer, and decomposes into carbon dioxide and water after the reaction. Using the manufactured sterilizer, various indoor pollutants, including dust, volatile organic compounds, viruses, and bacteria contained in the air, can be effectively removed, thereby releasing more hygienic and clean air. In addition, the catalytic filter does not generate ozone and has a simple structure, making it economical. Furthermore, it can be used as a filter for air conditioners, air conditioners, dehumidifiers, automobile air conditioners and air filters, electric vacuum cleaners, and clean rooms in semiconductor or biotechnology laboratories.
Description
본 발명은 하이드록실 라디칼을 생성하는 하이브리드 촉매 필터 및 이를 포함하는 공기 정화용 제균기에 관한 것이다.The present invention relates to a hybrid catalyst filter that generates hydroxyl radicals and an air purifying sterilizer including the same.
제균기란 공기 중에 떠다니는 미생물, 바이러스, 곰팡이, 먼지 등을 필터링하여 제거하거나 살균하는 기계로서, 주로 실내 환경에서 사용되며, 대기 중의 유해 물질을 제거하여 공기의 질을 개선하고, 숙박 시설, 의료 시설, 식음료 업계 등에서 위생적인 환경을 유지하는 데에 쓰인다. 최근 대기오염의 심각성으로 인하여 신선한 공기를 호흡하려는 요구로 인해 공기청정기 및 제균기의 수요가 급증하고 있으며 이러한 요구는 웰빙을 추구하는 현대인에게 있어서 매우 당연한 현상이다.A sterilizer is a machine that filters and removes or sterilizes airborne microorganisms, viruses, mold, and dust. Primarily used indoors, it improves air quality by removing harmful substances from the air and maintains a sanitary environment in accommodations, medical facilities, and the food and beverage industry. The recent rise in air pollution has led to a surge in demand for air purifiers and sterilizers, driven by the desire to breathe fresh air. This demand is a natural phenomenon for modern people seeking well-being.
제균기는 공기 청정기와 유사한 원리로 작동하며, 일반적으로 제균기의 필터는 공기 중의 산화물질(악취물질)을 흡착하여 공기를 여과 및 살균시킨다. 기존의 공기정화를 위한 필터 방식의 경우에는 미세먼지에 대한 제거효율이 우수하며 입자에 부착되어 있는 상당부분의 세균을 필터링하여 제거할 수 있다는 장점이 있지만, 세균 자체를 살균하기는 어려울 뿐만 아니라 엄격한 기준의 살균효율을 구현하는 데에는 한계가 있어왔다. 이와 같이 공기 중에 포함된 세균 등에 대한 살균 필요성이 증가되면서 미세입자를 제거할 수 있을 뿐만 아니라 세균이나 바이러스를 살균할 수 있는 공기살균장치에 대한 필요성이 증대되고 있다.Sterilizers operate on a similar principle to air purifiers. Typically, a sterilizer's filter absorbs oxidizing substances (malodorous substances) in the air to filter and sterilize the air. Conventional filter methods for air purification have the advantage of being highly effective at removing fine dust and filtering out a significant portion of bacteria attached to particles. However, they are difficult to sterilize the bacteria themselves, and there have been limitations in achieving strict standards of sterilization efficiency. As the need for sterilization of bacteria and other airborne pathogens increases, the need for air sterilization devices that can not only remove fine particles but also sterilize bacteria and viruses is also growing.
한편, 하이드록실 라디칼(OH·, Hydroxyl radical)은 오존이나 염소보다 훨씬 강력한 산화력을 가진 물질로써 토양과 수질오염에서 꾸준히 살균과 정화에 이용되어 왔다. 특히 철이나 구리 등의 전이금속 이온이 과산화수소와 반응하여 하이드록실 라디칼을 생성하는 펜톤(Fenton) 반응은 주요 하이드록실 라디칼 발생반응 중 하나이다. 하이드록실 라디칼은 산화제로서 작용하여 연쇄반응을 하며 다른 분자를 산화시킨다. 이러한 반응으로 하이드록실 라디칼은 유기물질 분해 및 살균작용이 있어 폐수 정화 처리 등에 이용되어 왔다.Meanwhile, the hydroxyl radical (OH·) possesses a much stronger oxidizing power than ozone or chlorine, and has been consistently used for sterilization and purification of soil and water contamination. In particular, the Fenton reaction, in which transition metal ions such as iron or copper react with hydrogen peroxide to produce hydroxyl radicals, is one of the major hydroxyl radical-generating reactions. Hydroxyl radicals act as oxidizing agents, starting chain reactions that oxidize other molecules. This reaction allows hydroxyl radicals to decompose organic matter and have sterilizing properties, making them useful in wastewater purification and other applications.
하이드록실 라디칼이 화학적으로 고반응성 산화제이기 때문에, 유기물은 대부분이 하이드록실 라디칼과의 접촉에 의해 산화된다. 하이드록실 라디칼에 의해 박테리아(bacteria), 곰팡이(mold), 균류(fungi), 포자(spores), 마이코톡신(mycotoxins), 바이러스(virus), 알레젠(allergens), 기타 유사한 유기 미생물이나 병원체(agtents) 및 VOC'S의 제거, 광물화 및/또는 산화할 수 있는 반응 위치(reaction sites)의 수를 극적으로 증가시킬 수 있다. 유효한 반응 위치의 수를 극적으로 증가시키고 발생(occur)하는 산화 반응의 수를 증가시킴으로써, 박테리아, 곰팡이, 균류, 포자, 마이코톡신, 바이러스, 알레젠, 기타 유사한 유기 미생물이나 병원체 및 VOC'S를 제거, 광물화 및/또는 산화함에 의해 공기 처리 효능(efficacy)은 크게 향상될 수 있다.Because hydroxyl radicals are chemically highly reactive oxidizing agents, most organic matter is oxidized upon contact with hydroxyl radicals. The number of available reaction sites for the removal, mineralization, and/or oxidation of bacteria, mold, fungi, spores, mycotoxins, viruses, allergens, and other similar organic microorganisms or pathogens, and VOCs can be dramatically increased by hydroxyl radicals. By dramatically increasing the number of available reaction sites and increasing the number of oxidation reactions that occur, the air treatment efficiency can be significantly improved by the removal, mineralization, and/or oxidation of bacteria, mold, fungi, spores, mycotoxins, viruses, allergens, and other similar organic microorganisms or pathogens, and VOCs.
한편, 기존의 하이드록실 라디칼을 이용한 공기 정화 시스템은 주로 플라즈마, UV, 오존 등을 이용하여 하이드록실 라디칼을 발생시켜 활용하였다. 이러한 기존의 방식은 실내 환경에 안전하고 효과적으로 하이드록실 라디칼을 제공하기 어려운 문제점이 있으며, 방식이 매우 복잡하고 비경제적인 문제점이 있다.Meanwhile, existing air purification systems utilizing hydroxyl radicals primarily utilize plasma, UV, and ozone to generate hydroxyl radicals. These existing methods face challenges in safely and effectively delivering hydroxyl radicals to indoor environments, and are also complex and uneconomical.
본 출원인은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 하이드록실 라디칼을 이용한 공기 정화 방법을 연구하던 중, 과산화수소를 분해하여 하이드록실 라디칼을 생성하는 촉매필터를 포함하는 제균기를 개발하고 본 발명을 완성하였다.In order to solve the above problems, the applicant, while researching an air purification method using hydroxyl radicals, developed a sterilizer including a catalytic filter that decomposes hydrogen peroxide to generate hydroxyl radicals, and completed the present invention.
본 발명의 목적은 하이브리드 촉매 필터 및 이를 포함하는 공기 정화용 제균기를 제공하고자 하는 것이다.The purpose of the present invention is to provide a hybrid catalyst filter and an air purification sterilizer including the same.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 하이드록실 라디칼을 생성하는 촉매필터를 포함하는 것으로, 상기 촉매필터는 철 화합물, 구리염 및 킬레이트화제를 포함하는 것을 특징으로 하는, 공기 정화용 제균기를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides an air purifying sterilizer comprising a catalytic filter that generates hydroxyl radicals, wherein the catalytic filter comprises an iron compound, a copper salt, and a chelating agent.
또한, 본 발명은 철 화합물, 구리염 및 킬레이트화제를 포함하는 것으로, 하이드록실 라디칼을 생성하는 것을 특징으로 하는, 제균기용 필터를 제공한다.In addition, the present invention provides a filter for a sterilizer, characterized in that it comprises an iron compound, a copper salt, and a chelating agent, and generates hydroxyl radicals.
또한, 본 발명은 (a) 철 화합물을 킬레이트화제로 킬레이트화하는 단계;In addition, the present invention comprises the steps of (a) chelating an iron compound with a chelating agent;
(b) 구리염을 킬레이트화제로 킬레이트화하는 단계;(b) a step of chelating a copper salt with a chelating agent;
(c) 상기 킬레이트화된 철 화합물과 상기 킬레이트화된 구리염을 혼합하여 혼탁액을 제조하는 단계;(c) a step of preparing a turbid solution by mixing the chelated iron compound and the chelated copper salt;
(d) 상기 제조된 혼탁액을 탄소질 물질에 침지시키는 단계; 및 (d) a step of immersing the prepared turbidity in a carbonaceous material; and
(e) 상기 혼탁액이 침지된 탄소질 물질을 80℃ 내지 100℃의 온도에서 건조시키는 단계;를 포함하는 제균기용 필터 제조방법을 제공한다.(e) A method for manufacturing a filter for a sterilizer is provided, comprising the step of drying the carbonaceous material immersed in the above turbid solution at a temperature of 80°C to 100°C.
본 발명에 의해 제조된 제균기는 하이브리드 촉매 필터가 라디칼을 생성하고, 중화제 없이도 pH에 관계없이 라디칼 반응이 가능하며, 반응 후 이산화탄소와 물로 분해되므로 친환경적이고 안전한 공기 살균이 가능하다. 제조된 제균기를 이용하여 공기 중에 포함된 먼지, 휘발성 유기화합물, 바이러스, 세균을 포함한 다양한 실내 오염물질을 효과적으로 제거함으로써, 보다 위생적이고 청정한 공기를 방출할 수 있다. 또한, 상기 촉매 필터는 오존이 발생하지 않고, 구조가 간단하여 경제적인 효과가 있으며, 나아가 에어컨, 공조기, 제습기, 자동차 에어컨 및 에어필, 전기청소기 및 반도체 연구실이나 생명공학 실험실의 클린룸용 필터로 이용될 수 있다.The sterilizer manufactured by the present invention is capable of environmentally friendly and safe air sterilization because the hybrid catalyst filter generates radicals, enables radical reactions regardless of pH without a neutralizer, and decomposes into carbon dioxide and water after the reaction. Using the manufactured sterilizer, various indoor pollutants including dust, volatile organic compounds, viruses, and bacteria contained in the air can be effectively removed, thereby emitting more hygienic and clean air. In addition, the catalytic filter does not generate ozone and has a simple structure, making it economical. Furthermore, it can be used as a filter for air conditioners, air conditioners, dehumidifiers, automobile air conditioners and air filters, electric vacuum cleaners, and clean rooms in semiconductor or biotechnology laboratories.
도 1은 본 발명에 따라 제조된 촉매필터를 나타낸 도이다.
도 2는 본 발명에 따라 제조된 제균기를 나타낸 도이다.
도 3은 본 발명에 따라 제조된 제균기의 공기 제균 시스템을 개략적으로 나타낸 도이다.
도 4는 본 발명에 따른 하이드록실 라디칼을 생성하는 촉매필터의 제조과정을 나타낸 도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 제균기에 대하여 한국산업기술시험원에서 시행한 공기 살균 시험 성적서를 나타낸 도이다.Figure 1 is a diagram showing a catalyst filter manufactured according to the present invention.
Figure 2 is a diagram showing a sterilizer manufactured according to the present invention.
Figure 3 is a schematic diagram showing an air sterilization system of a sterilizer manufactured according to the present invention.
Figure 4 is a diagram showing a manufacturing process of a catalyst filter that generates hydroxyl radicals according to the present invention.
Figures 5 and 6 are diagrams showing the air sterilization test results conducted by the Korea Testing Laboratory for Industrial Technology for the sterilizer according to the present invention.
본 발명은 하이드록실 라디칼을 생성하는 하이브리드 촉매 필터 및 이를 포함하는 공기 정화용 제균기에 관한 것이다.The present invention relates to a hybrid catalyst filter that generates hydroxyl radicals and an air purifying sterilizer including the same.
이하 본 발명에 대하여 자세히 설명한다.The present invention will be described in detail below.
또한, 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명을 설명하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 본 명세서에는 바람직한 방법이나 시료가 기재되나, 이와 유사하거나 동등한 것들도 본 발명의 범주에 포함된다. In addition, the terminology used in this specification is a term used to describe the present invention, and may vary depending on the intention of the user or operator, or the customs of the field to which the present invention belongs. Therefore, the definition of these terms should be determined based on the contents throughout this specification. Throughout this specification, when a part is said to "include" a certain component, this does not mean that other components are excluded, but rather that other components may be included, unless specifically stated otherwise. In addition, although preferred methods or samples are described in this specification, similar or equivalent methods are also included within the scope of the present invention.
구체적으로 본 발명은, 과산화수소를 분해하여 하이드록실 라디칼을 생성하는 하이브리드 촉매필터를 포함하는 것으로, 상기 하이브리드 촉매필터는 촉매를 포함하고, 상기 촉매는 철 화합물, 구리염 및 킬레이트화제를 포함한다.Specifically, the present invention comprises a hybrid catalyst filter that decomposes hydrogen peroxide to generate hydroxyl radicals, wherein the hybrid catalyst filter comprises a catalyst, and the catalyst comprises an iron compound, a copper salt, and a chelating agent.
상기 하이드록실 라디칼은 생체 내에서 발생하는 활성 산소의 하나로 생체 내에서 수퍼옥사이드 라디칼이나 아스코르브산과 같은 전자 공여체에 의하여 환원된 철 또는 구리 금속 킬레이트 존재하에서 과산화수소로부터 만들어진다. 하이드록실 라디칼은 화학적으로 고반응성 산화제이기 때문에, 유기물은 대부분이 하이드록실 라디칼과의 접촉에 의해 산화되며, 지하수나 토양의 유기성 오염 물질을 산화시켜 이산화탄소와 물로 만드는 정화제로도 이용된다.The above-mentioned hydroxyl radical is a type of reactive oxygen species generated within the body. It is created from hydrogen peroxide in the presence of iron or copper metal chelates reduced by electron donors such as superoxide radicals or ascorbic acid. Because hydroxyl radicals are chemically highly reactive oxidizing agents, most organic substances are oxidized upon contact with them, and they are also used as purification agents that oxidize organic pollutants in groundwater and soil to produce carbon dioxide and water.
상기 하이드록실 라디칼은 펜톤 산화(Fenton Oxidation) 반응으로 생성될 수 있다. 이러한 펜톤 산화 반응은 다음과 같다.The above hydroxyl radical can be generated by the Fenton oxidation reaction. The Fenton oxidation reaction is as follows.
식(1): Fe(II) + H2O2 → Fe(III) + OH· + OH-Equation (1): Fe(II) + H 2 O 2 → Fe(III) + OH· + OH-
식(2): Fe(III) + H2O2 → Fe(II) + HO2· + H+Formula (2): Fe(III) + H 2 O 2 → Fe(II) + HO 2 · + H+
식(3): RH + OH· 또는 HO2· → 산화된 생성물Equation (3): RH + OH· or HO 2 · → oxidized product
상기 식(1)에 나타낸 바와 같이, Fe(II)와 H2O2이 반응하여 하이드록실 라디칼(OH·, 산화환원 전위 E0은 2.80 V)과 Fe(III)이 형성되고, 2가의 원자가를 갖는 철(Fe(II))이 과산화수소(H2O2)와 반응하여 산화되면서 오존(O3)보다 산화력이 강한 활성 하이드록실 라디칼(OH·)을 형성시킨다. 상기 하이드록실 라디칼(OH·)은 악취물질 또는 유해 유기물을 제거하는 것으로, 2가의 철 및 과산화수소가 주 반응의 공급원이라고 할 수 있다.As shown in the above equation (1), Fe(II) and H2O2 react to form hydroxyl radicals (OH·, redox potential E0 is 2.80 V) and Fe(III), and iron (Fe(II)) with a divalent valence reacts with hydrogen peroxide ( H2O2 ) to be oxidized, forming active hydroxyl radicals (OH·) with a stronger oxidizing power than ozone ( O3 ). The hydroxyl radicals (OH·) remove malodorous substances or harmful organic substances, and divalent iron and hydrogen peroxide can be said to be the main reaction sources.
이어서, 상기 식(2)에 나타낸 바와 같이, 생성된 Fe(III)는 과량의 과산화수소와의 반응에 의해 환원되어 Fe(II)와 하이드로퍼옥실 라디칼(HO2·)을 생성할 수 있다. 상기 하이드로퍼옥실 라디칼(HO2·) 또한 악취물질, 유해 유기물 또는 난분해성 오염원을 저감시키는데 이용될 수 있다. 이러한 라디칼 종(OH·또는 HO2·)이 형성되면, 식(3)에 나타낸 바와 같이 유기오염물질(RH)과 반응한다. 이러한 펜톤 산화 반응은 pH에 영향을 받고, pH를 3 내지 4로 유지시켜주어야 반응이 진행될 수 있다.Next, as shown in the above equation (2), the generated Fe(III) can be reduced by reaction with an excess of hydrogen peroxide to generate Fe(II) and hydroperoxyl radicals (HO2·). The hydroperoxyl radicals ( HO2 ·) can also be used to reduce malodorous substances, hazardous organic substances, or difficult-to-decompose pollutants. Once these radical species (OH· or HO2 ·) are formed, they react with organic pollutants (RH) as shown in equation (3). This Fenton oxidation reaction is affected by pH, and the reaction can proceed only when the pH is maintained at 3 to 4.
본 발명에 따른 촉매필터는 과산화수소를 분해하여 하이드록실 라디칼을 생성하는 것으로, 과산화수소수가 분사되지 않는 경우 공기 중의 산소를 통해 필터 자체적으로 하이드록실 라디칼이 방출되고, 과산화수소수가 분사되는 경우 과산화수소수를 분해하여 하이드록실 라디칼을 생성한다. 과산화수소수가 분사되는 경우의 킬레이트화된 펜톤의 단순화된 반응식은 다음과 같다.The catalytic filter according to the present invention decomposes hydrogen peroxide to generate hydroxyl radicals. When hydrogen peroxide is not sprayed, the filter itself releases hydroxyl radicals through oxygen in the air. When hydrogen peroxide is sprayed, the filter decomposes hydrogen peroxide to generate hydroxyl radicals. A simplified reaction equation of chelated Fenton when hydrogen peroxide is sprayed is as follows.
식(4): Fe(II) + L ↔ Fe(III)-LEquation (4): Fe(II) + L ↔ Fe(III)-L
식(5): Fe(III) + L ↔ Fe(III)-LEquation (5): Fe(III) + L ↔ Fe(III)-L
식(6): Fe(II)-L + H2O2 → Fe(III)-L + OH· + OH- Equation (6): Fe(II)-L + H 2 O 2 → Fe(III)-L + OH· + OH -
식(7): Fe(III)-L + H2O2 → Fe(II)-L + H+ + HO2·Formula (7): Fe(III)-L + H 2 O 2 → Fe(II)-L + H + + HO 2 ·
상기 식(4) 및 식(5)에서 형성된 Fe-L 복합체는 식(6) 및 식(7)에 나타낸 바와 같이 H2O2를 분해하여 활성산소종(OH· 또는 HO2·)을 생성한다. 생성된 하이드록실 라디칼(OH·)은 유기물과 연쇄적으로 산화반응을 일으킬 수 있다.The Fe-L complex formed in the above equations (4) and (5) decomposes H 2 O 2 to generate reactive oxygen species (OH· or HO 2 ·) as shown in equations (6) and (7). The generated hydroxyl radicals (OH·) can cause a chain oxidation reaction with organic matter.
과산화수소수가 분사되지 않는 경우 킬레이트화된 펜톤의 단순화된 반응식은 다음과 같다.A simplified reaction equation for chelated Fenton when hydrogen peroxide is not injected is as follows:
식(8): Fe(II)-L + O2 → Fe(III)-L + O2 -·Equation (8): Fe(II)-L + O 2 → Fe(III)-L + O 2 - ·
식(9): Fe(II)-L + O2 -· → Fe(III)-L + O2 2- Equation (9): Fe(II)-L + O 2 - · → Fe(III)-L + O 2 2-
식(10): 2H2O + O2 2- → H2O2 + 2OH- Equation (10): 2H 2 O + O 2 2- → H 2 O 2 + 2OH -
식(11): Fe(II)-L + H2O2 → Fe(III) + OH· + OH- Equation (11): Fe(II)-L + H 2 O 2 → Fe(III) + OH· + OH -
상기와 같이 산소에 의한 철 킬레이트의 산화과정에서는 펜톤 산화반응과 같은 수퍼옥사이드 라디칼 이온(O2 -·)과 과산화수소가 발생하고, 이 과산화수소는 다시 하이드록실 라디칼(OH·)로 된다. 또한, 하이드록실 라디칼(OH·)과 과산화수소는 대부분의 유기금속을 산화시킬 수 있다.As described above, in the oxidation process of iron chelate by oxygen, superoxide radical ions (O 2 - ·) and hydrogen peroxide, similar to the Fenton oxidation reaction, are generated, and this hydrogen peroxide is then converted into hydroxyl radicals (OH ·). In addition, hydroxyl radicals (OH ·) and hydrogen peroxide can oxidize most organometals.
상기 반응의 유기물은 최종적으로 물(H2O)과 이산화탄소(CO2)로 분해될 수 있다.The organic matter of the above reaction can ultimately be decomposed into water (H 2 O) and carbon dioxide (CO 2 ).
상기와 같이 본 발명의 촉매필터에서 생성되는 하이드록실 라디칼(OH·)은 오염되는 유기 화합물질을 산화 분해시켜 인체에 무해한 물(H2O)과 이산화탄소(CO2)로 변환시키고 냄새를 탈취하며 세균, 박테리아 등을 살균하고 멸균된 세균 박테리아 등을 산화 분해시키는 등 친환경적이고 안전한 공기 정화가 가능하다.As described above, the hydroxyl radical (OH·) generated in the catalyst filter of the present invention oxidizes and decomposes polluting organic compounds, converts them into water (H 2 O) and carbon dioxide (CO 2 ) that are harmless to the human body, removes odors, sterilizes germs, etc., and oxidizes and decomposes sterilized germs, etc., thereby enabling environmentally friendly and safe air purification.
상기 분사된 과산화수소수가 필터에 흡수되면서 라디칼이 발생하므로 즉각적인 살균과 냄새억제가 가능하다. 이러한 라디칼 반응에 필요한 철 촉매를 담체에 담지시켜줌으로써 효율적으로 라디칼 생성이 가능하며 고른 촉매의 분포가 가능하다.As the sprayed hydrogen peroxide is absorbed by the filter, radicals are generated, enabling immediate sterilization and deodorization. By supporting the iron catalyst required for this radical reaction on a carrier, efficient radical generation and even catalyst distribution are possible.
나아가, 표준 환원 전위 Fe3+/Fe2+(E0 = 0.77 V) 및 Cu2+/Cu+(E0 = 0.17 V)에 따르면, Cu+에 의해 Fe3+를 환원시키는 과정은 다음과 같은 식(12) 반응으로, 열역학적으로 실현 가능하다.Furthermore, according to the standard reduction potentials Fe 3+ /Fe 2+ (E 0 = 0.77 V) and Cu 2+ /Cu + (E 0 = 0.17 V), the process of reducing Fe 3+ by Cu + is thermodynamically feasible by the following reaction (12).
식(12): Fe3+ + Cu+ → Fe2+ + Cu2+, △E0 = 0.6VEquation (12): Fe 3+ + Cu + → Fe 2+ + Cu 2+ , △E 0 = 0.6V
상기 철 화합물은 수용성일 수 있으며, 바람직하게는 염화제1철(FeCl2), 염화제2철(FeCl3), 황산제1철(Ferrous sulfate, FeSO4). 황산제2철(Ferric sulfate, Fe2(SO4)3), 초산제1철(Ferrous acetate), 개미산제2철(Ferric formate), 글루콘산제1철(Ferrous gluconate), 페릭글리코포 스페이트(Ferric glycophosphate), 질산제2철(Ferric nitrate), 옥살산제2철(Ferric oxalate), 구연산제2철(Ferric citrate), 페릭오쏘포스페이트(Ferric orthophosphate), 요오드화제1철(Ferrous iodide), 젖산제1철(Ferrous lactate) 및 카토센(catocene)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있으며, 더 바람직하게는 염화제2철(FeCl3)일 수 있다.The above iron compound may be water-soluble, and is preferably ferrous chloride (FeCl 2 ), ferrous chloride (FeCl 3 ), or ferrous sulfate (FeSO 4 ). It may be at least one selected from the group consisting of ferric sulfate (Fe 2 (SO 4 ) 3 ), ferrous acetate, ferric formate, ferrous gluconate, ferric glycophosphate, ferric nitrate, ferric oxalate, ferric citrate, ferric orthophosphate, ferrous iodide, ferrous lactate, and catocene, and more preferably ferric chloride (FeCl 3 ).
상기 구리염은 바람직하게는 황산구리, 염화구리, 질산구리, 구연산구리, 말산구리, 옥살산구리, 황화제1구리 및 Cu-EDTA로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.The above copper salt may preferably be at least one selected from the group consisting of copper sulfate, copper chloride, copper nitrate, copper citrate, copper malate, copper oxalate, cuprous sulfide, and Cu-EDTA.
상기 킬레이트화제는 바람직하게는 에틸렌디아민테트라아세트산(EDTA), 트랜스-1,2-디아미노시클로헥산-N,N,N,N'-테트라아세트산 모노하이드레이트(CyDTA), 디히드록시에틸글리신(DHEG), 에틸렌디아민테트라키스(메틸렌포스폰산)(EDTPO), 디에틸렌트리아민-N,N,N'N",N"-펜타아세트산(DTPA), 시트르산, 디아미노프로판올테트라아세트산(EPTA-OH), 에틸렌디아민디아세트산(EDDA), 에틸렌디아민-N,N'-비스(메틸렌포스폰산) 1/2 하이드레이트(EDDPO), 2-아미노에틸 에틸렌글리콜 테트라아세트산(GEDTA), 및 히드록시에틸에틸렌디아민트리아세트산(EDTA-OH), 타타르산(tartaric acid), 시트르산(citric acid) 및 옥살산(oxalic acid)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있으며, 더 바람직하게는 에틸렌디아민테트라아세트산(EDTA)일 수 있다.The chelating agent is preferably one selected from the group consisting of ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA), trans-1,2-diaminocyclohexane-N,N,N,N'-tetraacetic acid monohydrate (CyDTA), dihydroxyethylglycine (DHEG), ethylenediaminetetrakis(methylenephosphonic acid) (EDTPO), diethylenetriamine-N,N,N'N",N"-pentaacetic acid (DTPA), citric acid, diaminopropanoltetraacetic acid (EPTA-OH), ethylenediaminediacetic acid (EDDA), ethylenediamine-N,N'-bis(methylenephosphonic acid) 1/2 hydrate (EDDPO), 2-aminoethyl ethylene glycol tetraacetic acid (GEDTA), and hydroxyethylethylenediaminetriacetic acid (EDTA-OH), tartaric acid, citric acid, and oxalic acid. It may be, more preferably, ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA).
상기 킬레이트제는 킬레이트화 반응을 통해 킬레이트를 만든다. 일반적으로 전이 금속 원자나 이온은 하나 이상의 리간드와 결합한다. 리간드 한 분자 안에 여러 개의 주 원자가 있으면 중심 금속을 감싸는 모양의 배위 결합을 동시에 만들 수 있다. 이러한 여러 자리 리간드의 금속 착화합물을 킬레이트라고 하며, 킬레이트 착화합물은 비슷한 구조의 한자리 리간드 여러 개로 이루어진 착화합물보다 열역학적으로 안정하다.The above chelating agent forms chelates through a chelation reaction. Typically, a transition metal atom or ion binds to one or more ligands. If a ligand molecule contains multiple main atoms, it can simultaneously form coordinate bonds surrounding the central metal. These multidentate ligand metal complexes are called chelates, and chelate complexes are thermodynamically more stable than complexes composed of multiple monodentate ligands with similar structures.
본 발명에서 상기 촉매필터의 하이드록실 라디칼은 킬레이트화제의 존재로 인하여 초기 산성화의 필요성을 제거함으로써, 기존의 라디칼 반응이 반응시 중화제가 필요했던 것과는 달리, pH에 관계없이 라디칼 반응이 가능하므로 중화제가 필요 없다.In the present invention, the hydroxyl radical of the catalyst filter eliminates the need for initial acidification due to the presence of a chelating agent, so unlike conventional radical reactions that require a neutralizing agent during reaction, the radical reaction is possible regardless of pH, so no neutralizing agent is required.
본 발명은 헤파필터를 더 포함할 수 있으며, 상기 헤파필터는 바람직하게는 공기정화효율 99.97% 정도의 필터를 사용한다. 필터부 중 가장 내부에 헤파필터가 위치하며, 그 외부에 촉매필터가 위치한다.The present invention may further include a HEPA filter, preferably a filter having an air purification efficiency of approximately 99.97%. The HEPA filter is positioned at the innermost part of the filter section, and the catalytic filter is positioned outside of the filter section.
또한, 본 발명은 제균기의 케이스 내로 형성된 프리필터를 더 포함할 수 있다. 상기 프리필터는 외부 공기에 포함된 소정 크기 이상의 큰 먼지 입자 등을 여과하며, 상기 헤파필터는 외부 공기에 포함된 소정 크기 미만의 미세먼지 등을 걸러주는 역할로서, 상기 프리필터보다 더 작은 크기의 입자를 제거할 수 있다. 헤파필터는 바이러스 제거, 살균, 먼지제거, 담배연기 제거, 연기 제거, 진드기 제거 및 꽃가루 제거의 역할을 한다.In addition, the present invention may further include a pre-filter formed within the case of the sterilizer. The pre-filter filters large dust particles larger than a predetermined size contained in the outside air, and the HEPA filter filters fine dust particles smaller than a predetermined size contained in the outside air, and can remove particles smaller in size than the pre-filter. The HEPA filter has the functions of removing viruses, sterilizing, removing dust, removing cigarette smoke, removing smoke, removing mites, and removing pollen.
프리필터 및 헤파필터가 존재하는 경우, 과산화수소수가 분사된 촉매필터는 프리필터와 헤파필터 사이에 적층 배열된 구조로 존재하는 것이 바람직하다.When a pre-filter and a HEPA filter are present, it is preferable that the catalytic filter sprayed with hydrogen peroxide be arranged in a stacked structure between the pre-filter and the HEPA filter.
상기 하이브리드 촉매필터는 바람직하게는 촉매를 탄소질 물질에 침지시켜 제조할 수 있으며, 상기 탄소질 물질은 바람직하게는 차콜(charcoal), 활성차콜(activated charcoal), 활성탄(activated carbon), 역청탄(bituminous coal), 첨착 활성탄(impregnated activated carbon), 골탄(bone char), 산 세척 활성탄(acid washed activated carbon), 야자각계 활성탄(coconut shell based activated carbon), 목질계 활성탄, 재생 활성탄, 무연탄(anthracite coal), 제올라이트 혼합 석탄(zeolite mixed coal), 신활성탄(virgin activated carbon), 물 세척 촉매 탄소(water-washed catalytic carbon), 및 탄화 식물(charred vegetation)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.The above hybrid catalyst filter can preferably be manufactured by immersing a catalyst in a carbonaceous material, and the carbonaceous material can preferably be at least one selected from the group consisting of charcoal, activated charcoal, activated carbon, bituminous coal, impregnated activated carbon, bone char, acid washed activated carbon, coconut shell based activated carbon, wood-based activated carbon, regenerated activated carbon, anthracite coal, zeolite mixed coal, virgin activated carbon, water-washed catalytic carbon, and charred vegetation.
본 발명의 제균기는 일면에서 타면으로 공기가 통과될 수 있으며, 필터부를 통하여 통과하는 공기에 포함된 물질을 흡착하여 제거하며, 동시에 공기를 살균시킨다.The sterilizer of the present invention allows air to pass from one side to the other, and removes substances contained in the air passing through the filter unit by adsorbing them, while simultaneously sterilizing the air.
상기한 구성으로 이루어진 본 발명의 제균기에 대한 작동 흐름을 살펴보면 다음과 같다.The operating flow of the sterilizer of the present invention having the above-described configuration is as follows.
먼저, 사용자가 스위치를 온 조작하면 상기 모터에 구동신호를 인가하여 모터가 구동되고, 모터의 구동에 의하여 블로워팬이 회전한다. 이에, 상기 블로워팬의 회전 구동에 의하여 외부 공기가 공기 흡입구를 통하여 케이스의 내부로 흡입된다. 흡입된 외부공기는 하이브리드 촉매 필터를 통과하고, 라디칼 반응을 통해 냄새 탈취 및 살균 작용이 일어난다. 다음으로, 상기 하이브리드 촉매필터를 통과한 외부 공기가 내부에 위치된 헤파필터를 통과함으로써 외부 공기에 포함된 소정 크기 미만의 미세먼지 등이 여과된다. 이 청정 공기는 공기 배출구를 통하여 다시 외기로 배출됨으로써, 실내공기가 살균 및 정화될 수 있다.First, when the user turns on the switch, a driving signal is applied to the motor, which drives the motor and rotates the blower fan. Accordingly, the rotation of the blower fan causes outside air to be sucked into the case through the air intake port. The sucked outside air passes through the hybrid catalytic filter, and deodorization and sterilization occur through radical reactions. Next, the outside air that has passed through the hybrid catalytic filter passes through the HEPA filter located inside, thereby filtering out fine dust particles smaller than a certain size contained in the outside air. This clean air is discharged back to the outside air through the air outlet, thereby sterilizing and purifying the indoor air.
또한, 본 발명은 철 화합물, 구리염 및 킬레이트화제를 포함하는 제균기용 필터를 제공한다. 상기 제균기용 필터는 과산화수소를 분해하여 하이드록실 라디칼을 생성하는 것으로, 과산화수소수가 분사되지 않는 경우 공기 중의 산소를 통해 필터 자체적으로 하이드록실 라디칼이 방출되고, 과산화수소수가 분사되는 경우 과산화수소수를 분해하여 하이드록실 라디칼을 생성한다. 즉, 상기 필터는 과산화수소수 분사 여부에 관계없이 하이드록실 라디칼을 생성하는 하이브리드 촉매필터이다.In addition, the present invention provides a sterilizing filter comprising an iron compound, a copper salt, and a chelating agent. The sterilizing filter decomposes hydrogen peroxide to generate hydroxyl radicals. When hydrogen peroxide is not sprayed, the filter itself releases hydroxyl radicals through oxygen in the air, and when hydrogen peroxide is sprayed, the filter decomposes hydrogen peroxide to generate hydroxyl radicals. In other words, the filter is a hybrid catalytic filter that generates hydroxyl radicals regardless of whether hydrogen peroxide is sprayed.
상기 과산화수소수가 분사되는 경우, 바람직하게는 미스트 분사 또는 훈증 방식에 의해 분사되며, 더 바람직하게는 과립형으로 분사될 수 있다. 상기 과산화수소수는 담체에 담지 된 촉매를 혼합하여 과립화되고, 상기 담체는 바람직하게는 고령토일 수 있다. 상기 과산화수소수가 분사되는 경우, 제균기의 센서 모듈이 오염도가 크다고 판단하는 경우 자동으로 과산화수소수를 분사할 수 있다.When the hydrogen peroxide is sprayed, it is preferably sprayed by mist spraying or fumigation, and more preferably, it can be sprayed in granular form. The hydrogen peroxide is granulated by mixing a catalyst supported on a carrier, and the carrier can preferably be kaolin. When the hydrogen peroxide is sprayed, if the sensor module of the sterilizer determines that the contamination level is high, the hydrogen peroxide can be automatically sprayed.
본 발명의 제균기용 필터는 제균기뿐만 아니라 공기청정기, 에어컨, 공조기, 제습기, 자동차 에어컨 및 에어필, 전기청소기 및 반도체 연구실이나 생명공학 실험실의 클린룸용의 필터로 이용될 수 있다.The filter for a sterilizer of the present invention can be used not only for a sterilizer, but also for an air purifier, an air conditioner, an air conditioner, a dehumidifier, an automobile air conditioner and an air filter, an electric vacuum cleaner, and a filter for a clean room in a semiconductor research lab or a biotechnology lab.
또한, 본 발명은 In addition, the present invention
(a) 철 화합물을 킬레이트화제로 킬레이트화하는 단계;(a) a step of chelating an iron compound with a chelating agent;
(b) 구리염을 킬레이트화제로 킬레이트화하는 단계;(b) a step of chelating a copper salt with a chelating agent;
(c) 상기 킬레이트화된 철 화합물과 상기 킬레이트화된 구리염을 혼합하여 혼탁액을 제조하는 단계;(c) a step of preparing a turbid solution by mixing the chelated iron compound and the chelated copper salt;
(d) 상기 제조된 혼탁액을 탄소질 물질에 침지시키는 단계; 및(d) a step of immersing the prepared turbidity in a carbonaceous material; and
(e) 상기 혼탁액이 침지된 탄소질 물질을 80℃ 내지 100℃의 온도에서 건조시키는 단계;를 포함하는 제균기용 필터 제조방법을 제공한다.(e) A method for manufacturing a filter for a sterilizer is provided, comprising the step of drying the carbonaceous material immersed in the above turbid solution at a temperature of 80°C to 100°C.
상기 (a) 및 (b) 단계는 중심 원자로 철 또는 구리를 두고 철 또는 구리를 둘러싸도록 고리 구조를 가진 화합물을 형성함으로써 하이드록실 라디칼(또는 하이드로퍼옥실 라디칼)을 신속하게 다량으로 생산할 수 있게 하는 효과가 있다.The above steps (a) and (b) have the effect of enabling rapid production of a large amount of hydroxyl radicals (or hydroperoxyl radicals) by forming a compound having a ring structure surrounding iron or copper as a central atom.
상기 철 화합물을 킬레이트화제로 킬레이트화하고 상기 구리염을 킬레이트화제로 킬레이트화하여 생성된 각각의 화합물은 종래의 펜톤 산화 반응 시 pH를 3 내지 4 사이로 유지시켜주어야 반응이 일어날 수 있었던 것을 중성 또는 pH 8 내지 10 정도의 알칼리 상태에서도 상기 반응을 수행 가능하게 한다. 즉, 종래 펜톤 산화 반응 시 상기 식(1)에서와 같이 Fe(II)을 Fe(III)로 산화시키면서 하이드록실 라디칼을 발생시키고 이러한 하이드록실 라디칼에 의해 산화 반응이 진행된다. 이러한 반응에서 Fe(III)가 과산화수소에 의해 Fe(II)로 다시 환원되어야 지속적인 펜톤 산화 반응이 일어날 수 있는데 철이 산화되는 속도가 환원되는 속도보다 빠르기 때문에 Fe(III)가 축적되는 현상이 발생하고 이에 의해 반응 효율이 매우 저하되어 최종적으로는 반응이 더이상 진행되지 않는다. 이러한 효용성이 떨어진 촉매를 가성소다와 같은 것을 사용하여 pH를 증가시켜 불용성인 수산화철을 만든 후 이를 제거하게 되는데, 이러한 과정에서 폐기 대상인 대량의 철 슬러지가 발생할 수 있다. 반면, 본 발명은 상기 수용성 철 화합물을 킬레이트화제로 킬레이트화하고 상기 구리염을 킬레이트화제로 킬레이트화하여 생성된 각각의 화합물을 펜톤 산화 반응에 이용하여 과산화수소 분해를 통해 라디칼 종을 생성할 수 있기 때문에 중성 또는 약알칼리 상태(pH 내지 10)에서도 상기 반응을 수행할 수 있으며, 철 슬러지 발생이 없고 철 촉매의 반영구적인 사용을 가능하게 함으로써 환경문제도 해결할 수 있다.Each compound generated by chelating the iron compound with a chelating agent and chelating the copper salt with a chelating agent enables the reaction to be performed even in a neutral or alkaline state of about pH 8 to 10, rather than the conventional Fenton oxidation reaction, which required maintaining the pH between 3 and 4 for the reaction to occur. That is, in the conventional Fenton oxidation reaction, as in Equation (1), hydroxyl radicals are generated while oxidizing Fe(II) to Fe(III), and the oxidation reaction proceeds by these hydroxyl radicals. In this reaction, Fe(III) must be reduced back to Fe(II) by hydrogen peroxide for the Fenton oxidation reaction to continue. However, since the rate at which iron is oxidized is faster than the rate at which it is reduced, a phenomenon in which Fe(III) accumulates occurs, which greatly reduces the reaction efficiency, and ultimately, the reaction does not proceed any further. These catalysts with low efficiency are removed by increasing the pH using substances such as caustic soda to create insoluble iron hydroxide, but this process can generate a large amount of iron sludge that is a waste product. On the other hand, the present invention chelates the water-soluble iron compound with a chelating agent and chelates the copper salt with a chelating agent, and uses each compound generated in the Fenton oxidation reaction to generate radical species through hydrogen peroxide decomposition, so the reaction can be performed even in a neutral or slightly alkaline state (pH to 10), and environmental problems can be solved by eliminating the generation of iron sludge and enabling semi-permanent use of the iron catalyst.
상기 (c) 단계는 혼합된 혼탁액에 의해 보다 신속하게 과산화수소를 분해하여 하이드록실 라디칼(또는 하이드로퍼옥실라디칼)을 빠르고 고효율로 생성할 수 있도록 하면서 안정적인 분해 반응을 가능하게 한다. 상기 (c) 단계는 바람직하게는 pH 8 내지 10에서 수행될 수 있으며, 더 바람직하게는 pH는 8.01에서 수행될 수 있다.The above step (c) enables a stable decomposition reaction while allowing for rapid and highly efficient generation of hydroxyl radicals (or hydroperoxyl radicals) by more rapidly decomposing hydrogen peroxide using the mixed turbidity. The above step (c) can be preferably performed at a pH of 8 to 10, and more preferably, the pH can be performed at 8.01.
상기 (c) 단계에서 킬레이트화된 철 화합물 및 킬레이트화된 구리염의 몰 비는 1 : 0.05 내지 2일 수 있으며, 더 바람직하게는 1 : 0.1 내지 1일 수 있다. 상기 킬레이트화된 구리염의 몰 비가 상기 범위 미만일 경우 과산화수소와 충분히 반응할 수 없어 하이드록실 라디칼(또는 하이드로퍼옥실 라디칼)의 생성 효율이 매우 저하될 수 있고, 상기 킬레이트화된 구리염의 몰 비가 상기 범위를 초과할 경우 미반응 슬러지들이 발생할 수 있어 오히려 환경 문제를 일으킬 우려가 있다.In the above step (c), the molar ratio of the chelated iron compound and the chelated copper salt may be 1:0.05 to 2, and more preferably 1:0.1 to 1. If the molar ratio of the chelated copper salt is less than the above range, it may not sufficiently react with hydrogen peroxide, and thus the efficiency of generating hydroxyl radicals (or hydroperoxyl radicals) may be greatly reduced. If the molar ratio of the chelated copper salt exceeds the above range, unreacted sludge may be generated, which may rather cause environmental problems.
상기 (d) 단계는 혼탁액을 탄소질 물질에 충분히 흡수시킴으로써, 상기 혼탁액을 화학적 변형 없이 보관할 수 있고 운반을 용이하게 할 수 있다.The above step (d) allows the turbidity to be stored without chemical transformation and facilitates transportation by sufficiently absorbing the turbidity into a carbonaceous material.
본 발명의 제조방법은 상기 (d) 단계 후 상기 탄소질 물질을 0.5 mol의 HCl 수용액에 넣고 상온에서 교반하여 침전된 탄소질 물질을 꺼내서 증류수로 여러 차례 세척 후 100℃에서 건조하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 탄소질 물질을 산으로 전처리하여 사용함으로써, 하이드록실 라디칼(또는 하이드로퍼옥실 라디칼)을 빠르게 고효율로 생성될 수 있도록 하면서 안정적인 분해 반응을 가능하게 한다.The manufacturing method of the present invention may further include, after step (d), a step of adding the carbonaceous material to a 0.5 mol HCl aqueous solution, stirring at room temperature, removing the precipitated carbonaceous material, washing it several times with distilled water, and drying it at 100°C. By pretreating the carbonaceous material with an acid and using it, it is possible to rapidly and efficiently generate hydroxyl radicals (or hydroperoxyl radicals) while enabling a stable decomposition reaction.
상기 탄소질 물질은 바람직하게는 10-30 mesh의 크기를 가질 수 있으며, 더 바람직하게는 20-30 mesh의 크기를 갖을 수 있다.The above carbonaceous material may preferably have a size of 10-30 mesh, and more preferably have a size of 20-30 mesh.
상기 (e) 단계는 바람직하게는 24시간 내지 36시간 동안 건조될 수 있다. 상기 단계는 탄소질 물질(예: 활성탄)의 미세한 구멍들의 네트워크에 혼탁액이 충분히 침지되게 함으로써 혼탁액의 유실과 혼탁액의 화학적 변형을 방지할 수 있도록 한다.The step (e) above can preferably be dried for 24 to 36 hours. This step prevents loss of the turbidity and chemical transformation of the turbidity by allowing the turbidity to be sufficiently immersed in a network of microscopic pores of a carbonaceous material (e.g., activated carbon).
상기 철 화합물은 수용성일 수 있으며, 바람직하게는 염화제1철(FeCl2), 염화제2철(FeCl3), 황산제1철(Ferrous sulfate, FeSO4). 황산제2철(Ferric sulfate, Fe2(SO4)3), 초산제1철(Ferrous acetate), 개미산제2철(Ferric formate), 글루콘산제1철(Ferrous gluconate), 페릭글리코포 스페이트(Ferric glycophosphate), 질산제2철(Ferric nitrate), 옥살산제2철(Ferric oxalate), 구연산제2철(Ferric citrate), 페릭오쏘포스페이트(Ferric orthophosphate), 요오드화제1철(Ferrous iodide), 젖산제1철(Ferrous lactate) 및 카토센(catocene)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있으며, 더 바람직하게는 염화제2철(FeCl3)일 수 있다.The above iron compound may be water-soluble, and is preferably ferrous chloride (FeCl 2 ), ferrous chloride (FeCl 3 ), or ferrous sulfate (FeSO 4 ). It may be at least one selected from the group consisting of ferric sulfate (Fe 2 (SO 4 ) 3 ), ferrous acetate, ferric formate, ferrous gluconate, ferric glycophosphate, ferric nitrate, ferric oxalate, ferric citrate, ferric orthophosphate, ferrous iodide, ferrous lactate, and catocene, and more preferably ferric chloride (FeCl 3 ).
상기 구리염은 바람직하게는 황산구리, 염화구리, 질산구리, 구연산구리, 말산구리, 옥살산구리, 황화제1구리 및 Cu-EDTA로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.The above copper salt may preferably be at least one selected from the group consisting of copper sulfate, copper chloride, copper nitrate, copper citrate, copper malate, copper oxalate, cuprous sulfide, and Cu-EDTA.
상기 킬레이트화제는 바람직하게는 에틸렌디아민테트라아세트산(EDTA), 트랜스-1,2-디아미노시클로헥산-N,N,N,N'-테트라아세트산 모노하이드레이트(CyDTA), 디히드록시에틸글리신(DHEG), 에틸렌디아민테트라키스(메틸렌포스폰산)(EDTPO), 디에틸렌트리아민-N,N,N'N",N"-펜타아세트산(DTPA), 시트르산, 디아미노프로판올테트라아세트산(EPTA-OH), 에틸렌디아민디아세트산(EDDA), 에틸렌디아민-N,N'-비스(메틸렌포스폰산) 1/2 하이드레이트(EDDPO), 2-아미노에틸 에틸렌글리콜 테트라아세트산(GEDTA), 및 히드록시에틸에틸렌디아민트리아세트산(EDTA-OH), 타타르산(tartaric acid), 시트르산(citric acid) 및 옥살산(oxalic acid)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있으며, 더 바람직하게는 에틸렌디아민테트라아세트산(EDTA)일 수 있다.The chelating agent is preferably one selected from the group consisting of ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA), trans-1,2-diaminocyclohexane-N,N,N,N'-tetraacetic acid monohydrate (CyDTA), dihydroxyethylglycine (DHEG), ethylenediaminetetrakis(methylenephosphonic acid) (EDTPO), diethylenetriamine-N,N,N'N",N"-pentaacetic acid (DTPA), citric acid, diaminopropanoltetraacetic acid (EPTA-OH), ethylenediaminediacetic acid (EDDA), ethylenediamine-N,N'-bis(methylenephosphonic acid) 1/2 hydrate (EDDPO), 2-aminoethyl ethylene glycol tetraacetic acid (GEDTA), and hydroxyethylethylenediaminetriacetic acid (EDTA-OH), tartaric acid, citric acid, and oxalic acid. It may be, more preferably, ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA).
상기 탄소질 물질은 바람직하게는 차콜(charcoal), 활성차콜(activated charcoal), 활성탄(activated carbon), 역청탄(bituminous coal), 첨착 활성탄(impregnated activated carbon), 골탄(bone char), 산 세척 활성탄(acid washed activated carbon), 야자각계 활성탄(coconut shell based activated carbon), 목질계 활성탄, 재생 활성탄, 무연탄(anthracite coal), 제올라이트 혼합 석탄(zeolite mixed coal), 신활성탄(virgin activated carbon), 물 세척 촉매 탄소(water-washed catalytic carbon), 및 탄화 식물(charred vegetation)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.The carbonaceous material may preferably be at least one selected from the group consisting of charcoal, activated charcoal, activated carbon, bituminous coal, impregnated activated carbon, bone char, acid washed activated carbon, coconut shell based activated carbon, wood-based activated carbon, regenerated activated carbon, anthracite coal, zeolite mixed coal, virgin activated carbon, water-washed catalytic carbon, and charred vegetation.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예로 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명에 대한 예시로 제시되는 것으로, 당업자에게 주지 저명한 기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 수 있고, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않는다. 본 발명은 후술하는 특허청구범위의 기재 및 그로부터 해석되는 균등 범주 내에서 다양한 변형 및 응용이 가능하다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings and embodiments thereof. However, the following embodiments are provided as illustrative examples of the present invention. If a detailed description of a technology or configuration well known to those skilled in the art is judged to unnecessarily obscure the gist of the present invention, such detailed description may be omitted, and the present invention is not limited thereby. The present invention is capable of various modifications and applications within the scope of the following claims and equivalents interpreted therefrom.
실시예 1. 이중 금속 촉매의 제조 1Example 1. Preparation of a double metal catalyst 1
에틸렌디아민테트라아세트산 모노나트륨철염(EDTA-NaFe Trihydrate) 4.21 g(0.01 mol) 및 에틸렌디아민테트라아세트산 구리 디나트륨염(EDTA-2NaCu Tetrahydrate) 2.35 g(0.005 mol)을 50ml 증류수 60℃에 희석하여 야자각계 활성탄(20-30mesh) 30g을 넣고 30분간 저어준 후, 꺼내어 100℃에서 24시간 감압 건조함으로써 킬레이트화된 이중 금속을 포함하는 촉매를 제조하였다.4.21 g (0.01 mol) of ethylenediaminetetraacetic acid monosodium iron salt (EDTA-NaFe Trihydrate) and 2.35 g (0.005 mol) of ethylenediaminetetraacetic acid copper disodium salt (EDTA-2NaCu Tetrahydrate) were diluted in 50 ml of distilled water at 60°C, 30 g of coconut shell activated carbon (20-30 mesh) was added, stirred for 30 minutes, and then taken out and dried under reduced pressure at 100°C for 24 hours to produce a catalyst containing chelated double metals.
실시예 2. 이중 금속 촉매의 제조 2Example 2. Preparation of a double metal catalyst 2
에틸렌디아민테트라아세트산 모노나트륨철염(EDTA-NaFe Trihydrate) 4.21 g(0.01 mol) 및 에틸렌디아민테트라아세트산 구리 디나트륨염(EDTA-2NaCu Tetrahydrate) 0.47 g(0.001 mol)을 50ml 증류수 60℃에 희석하여 야자각계 활성탄(20-30mesh) 30g을 넣고 30분간 저어준 후, 꺼내어 100℃에서 24시간 감압 건조함으로써 킬레이트화된 이중 금속을 포함하는 촉매를 제조하였다.4.21 g (0.01 mol) of ethylenediaminetetraacetic acid monosodium iron salt (EDTA-NaFe Trihydrate) and 0.47 g (0.001 mol) of ethylenediaminetetraacetic acid copper disodium salt (EDTA-2NaCu Tetrahydrate) were diluted in 50 ml of distilled water at 60°C, 30 g of coconut shell activated carbon (20-30 mesh) was added, stirred for 30 minutes, taken out, and dried under reduced pressure at 100°C for 24 hours, thereby producing a catalyst containing chelated double metals.
실시예 3. 이중 금속 촉매의 제조 3Example 3. Preparation of a double metal catalyst 3
에틸렌디아민테트라아세트산 모노나트륨철염(EDTA-NaFe Trihydrate) 4.21 g(0.01 mol) 및 에틸렌디아민테트라아세트산 구리 디나트륨염(EDTA-2NaCu Tetrahydrate) 4.69 g(0.01 mol)을 50ml 증류수 60℃에 희석하여 야자각계 활성탄(20-30mesh) 30g을 넣고 30분간 저어준 후, 꺼내어 80℃에서 24시간 감압 건조함으로써 킬레이트화된 이중 금속을 포함하는 촉매를 제조하였다.4.21 g (0.01 mol) of ethylenediaminetetraacetic acid monosodium iron salt (EDTA-NaFe Trihydrate) and 4.69 g (0.01 mol) of ethylenediaminetetraacetic acid copper disodium salt (EDTA-2NaCu Tetrahydrate) were diluted in 50 ml of distilled water at 60°C, 30 g of coconut shell activated carbon (20-30 mesh) was added, stirred for 30 minutes, taken out, and dried under reduced pressure at 80°C for 24 hours, thereby producing a catalyst containing chelated double metals.
실시예 4. 이중 금속 촉매의 제조 4Example 4. Preparation of a double metal catalyst 4
에틸렌디아민테트라아세트산 모노나트륨철염(EDTA-NaFe Trihydrate) 4.21 g(0.01 mol) 및 에틸렌디아민테트라아세트산 구리 디나트륨염(EDTA-2NaCu Tetrahydrate) 0.23 g(0.0005 mol)을 50ml 증류수 60℃에 희석하여 야자각계 활성탄(20-30mesh) 30g을 넣고 30분간 저어준 후, 꺼내어 100℃에서 24시간 감압 건조함으로써 킬레이트화된 이중 금속을 포함하는 촉매를 제조하였다.4.21 g (0.01 mol) of ethylenediaminetetraacetic acid monosodium iron salt (EDTA-NaFe Trihydrate) and 0.23 g (0.0005 mol) of ethylenediaminetetraacetic acid copper disodium salt (EDTA-2NaCu Tetrahydrate) were diluted in 50 ml of distilled water at 60°C, 30 g of coconut shell activated carbon (20-30 mesh) was added, stirred for 30 minutes, and then taken out and dried under reduced pressure at 100°C for 24 hours to produce a catalyst containing chelated double metals.
실시예 5. 이중 금속 촉매의 제조 5Example 5. Preparation of a double metal catalyst 5
에틸렌디아민테트라아세트산 모노나트륨철염(EDTA-NaFe Trihydrate) 4.21 g(0.01 mol) 및 에틸렌디아민테트라아세트산 구리 디나트륨염(EDTA-2NaCu Tetrahydrate) 9.38 g(0.02 mol)을 50ml 증류수 60℃에 희석하여 야자각계 활성탄(20-30mesh) 30g을 넣고 30분간 저어준 후, 꺼내어 100℃에서 24시간 감압 건조함으로써 킬레이트화된 이중 금속을 포함하는 촉매를 제조하였다.4.21 g (0.01 mol) of ethylenediaminetetraacetic acid monosodium iron salt (EDTA-NaFe Trihydrate) and 9.38 g (0.02 mol) of ethylenediaminetetraacetic acid copper disodium salt (EDTA-2NaCu Tetrahydrate) were diluted in 50 ml of distilled water at 60°C, 30 g of coconut shell activated carbon (20-30 mesh) was added, stirred for 30 minutes, taken out, and dried under reduced pressure at 100°C for 24 hours, thereby producing a catalyst containing chelated double metals.
비교예 1. 철 단일 금속 촉매 제조Comparative Example 1. Preparation of a single iron metal catalyst
에틸렌디아민테트라아세트산 모노나트륨철염(EDTA-NaFe Trihydrate) 4.21 g(0.01 mol)을 50ml 증류수 60℃에 희석하여 야자각계 활성탄(20-30 mesh) 30g을 넣고 30분간 저어준 후, 꺼내어 100℃에서 24시간 감압 건조함으로써 킬레이트화된 단일 금속을 포함하는 촉매를 제조하였다.4.21 g (0.01 mol) of ethylenediaminetetraacetic acid monosodium iron salt (EDTA-NaFe Trihydrate) was diluted in 50 ml of distilled water at 60°C, 30 g of coconut shell activated carbon (20-30 mesh) was added, stirred for 30 minutes, and then taken out and dried under reduced pressure at 100°C for 24 hours to produce a catalyst containing a chelated single metal.
비교예 2. 구리 단일 금속 촉매 제조Comparative Example 2. Preparation of a Copper Single Metal Catalyst
에틸렌디아민테트라아세트산 구리 디나트륨염(EDTA-2NaCu Tetrahydrate) 2.35 g(0.005 mol)을 50ml 증류수 60℃에 희석하여 야자각계 활성탄(20-30 mesh) 30g을 넣고 30분간 저어준 후, 꺼내어 100℃에서 24시간 감압 건조함으로써 킬레이트화된 단일 금속을 포함하는 촉매를 제조하였다.2.35 g (0.005 mol) of ethylenediaminetetraacetic acid copper disodium salt (EDTA-2NaCu Tetrahydrate) was diluted in 50 ml of distilled water at 60°C, 30 g of coconut shell activated carbon (20-30 mesh) was added, stirred for 30 minutes, and then taken out and dried under reduced pressure at 100°C for 24 hours to produce a catalyst containing a chelated single metal.
비교예 3. 이산화망간 함침 촉매 제조Comparative Example 3. Preparation of manganese dioxide impregnated catalyst
이산화망간(manganese dioxide) 0.86 g(0.01 mol)을 50ml 증류수 60℃에 희석하여 야자각계 활성탄(20-30 mesh) 30g을 넣고 30분간 저어준 후, 꺼내어 100℃에서 24시간 감압 건조함으로써 킬레이트화 되지 않은 이산화망간 함침 촉매를 제조하였다.0.86 g (0.01 mol) of manganese dioxide was diluted in 50 ml of distilled water at 60°C, 30 g of coconut shell activated carbon (20-30 mesh) was added, stirred for 30 minutes, and then taken out and dried under reduced pressure at 100°C for 24 hours to produce a non-chelated manganese dioxide impregnated catalyst.
비교예 4. 과망간산칼륨 함침 촉매 제조Comparative Example 4. Preparation of potassium permanganate-impregnated catalyst
과망간산칼륨(potassium permanganate) 1.58 g(0.01 mol)을 50ml 증류수 60℃에 희석하여 야자각계 활성탄(20-30 mesh) 30g을 넣고 30분간 저어준 후, 꺼내어 100℃에서 24시간 감압 건조함으로써 킬레이트화 되지 않은 과망간산칼륨 함침 촉매를 제조하였다.1.58 g (0.01 mol) of potassium permanganate was diluted in 50 ml of distilled water at 60°C, 30 g of coconut shell activated carbon (20-30 mesh) was added, stirred for 30 minutes, and then taken out and dried under reduced pressure at 100°C for 24 hours to produce a non-chelated potassium permanganate-impregnated catalyst.
실험예 1. 산성에서 하이드록실 라디칼 생성 확인Experimental Example 1. Confirmation of Hydroxyl Radical Generation in Acids
과산화수소 6%로 처리된 메틸렌 블루(Methylene Blue) 용액을 제조한 후 메틸렌 블루의 색 변화를 통해 하이드록실 라디칼 생성 지표로 사용하였다. 메틸렌 블루 용액을 각각의 페트리디쉬에 10 ml를 준비하였고, 상기 실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 4에서 제조한 촉매 0.5g씩 넣어 각각의 반응을 확인하였다(반응 전 pH 4.8). 그 후 상기 메틸렌 블루의 색이 파란색으로부터 투명하게 변하는데 걸린 시간을 측정하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.A methylene blue solution treated with 6% hydrogen peroxide was prepared, and the color change of methylene blue was used as an indicator of hydroxyl radical production. 10 ml of methylene blue solution was prepared in each petri dish, and 0.5 g of each of the catalysts prepared in Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 4 was added to confirm each reaction (pH 4.8 before reaction). The time taken for the color of the methylene blue to change from blue to transparent was measured, and the results are shown in Table 1 below.
상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 실시예 1의 반응 시간이 가장 짧아 하이드록실 라디칼이 가장 잘 생성됨을 확인하였다.As shown in Table 1 above, it was confirmed that Example 1 had the shortest reaction time and thus generated the most hydroxyl radicals.
실험예 2. 염기성에서 하이드록실 라디칼 생성 확인Experimental Example 2. Confirmation of Hydroxyl Radical Generation in Basic Conditions
과산화수소 6%로 처리된 메틸렌 블루(Methylene Blue) 용액을 제조한 후 메틸렌 블루의 색 변화를 통해 하이드록실 라디칼 생성 지표로 사용하였다. 메틸렌 블루 용액을 각각의 페트리디쉬에 10 ml를 준비하였고, 상기 실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 4에서 제조한 촉매 0.5g씩 넣어 각각의 반응을 확인하였다(반응 전 pH 8.95). 그 후 상기 메틸렌 블루의 색이 파란색으로부터 투명하게 변하는데 걸린 시간을 측정하여 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.A methylene blue solution treated with 6% hydrogen peroxide was prepared, and the color change of methylene blue was used as an indicator of hydroxyl radical production. 10 ml of methylene blue solution was prepared in each petri dish, and 0.5 g of each of the catalysts prepared in Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 4 was added to confirm each reaction (pH 8.95 before reaction). The time taken for the color of the methylene blue to change from blue to transparent was measured, and the results are shown in Table 2 below.
상기 표 2에 나타낸 바와 같이, 실시예 1의 반응 시간이 가장 짧아 하이드록실 라디칼이 가장 잘 생성됨을 확인하였다. 표 2의 결과를 상기 표 1의 결과와 비교해도 반응시간의 유의미한 차이가 없어, pH의 영향이 크지 않음을 확인하였다.As shown in Table 2 above, it was confirmed that Example 1 had the shortest reaction time and thus produced the most hydroxyl radicals. Comparing the results in Table 2 with those in Table 1 above, there was no significant difference in reaction time, confirming that the influence of pH was not significant.
실험예 3. 과산화수소(H2O2) 분해 실험Experimental Example 3. Hydrogen Peroxide (H2O2) Decomposition Experiment
과산화수소 6% 수용액 200 ml를 초음파 분무기에 연결된 1L 분무통에 넣고, mass flow controller(MFC)로 공기 130 ml/분으로 일정하게 캐리어 가스를 흘려주어 과산화수소 증기 농도 100 ppm이 되도록 하였다. 과산화수소 증기는 U자 반응기에 상기 실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 4에 따른 촉매를 각각 0.5g 충진한 뒤 과산화수소 센서를 연결하여 농도를 분석하였다. 각각의 과산화수소 분해가 종료되는 시간을 측정하였으며, 이를 하기 표 3에 나타내었다.200 ml of a 6% aqueous hydrogen peroxide solution was placed in a 1 L spray bottle connected to an ultrasonic atomizer, and a carrier gas was constantly supplied at 130 ml/min using a mass flow controller (MFC) to maintain a hydrogen peroxide vapor concentration of 100 ppm. The hydrogen peroxide vapor concentration was analyzed by connecting a hydrogen peroxide sensor after filling 0.5 g of each of the catalysts according to Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 4 into a U-shaped reactor. The time for each hydrogen peroxide decomposition to end was measured, and the results are shown in Table 3 below.
상기 표 3에 나타낸 바와 같이, 과망간산칼륨 함침 촉매를 제외하고는 실시예 1의 과산화수소 분해 시간이 가장 짧아 하이드록실 라디칼이 가장 잘 생성됨을 확인하였다.As shown in Table 3 above, it was confirmed that, except for the potassium permanganate-impregnated catalyst, the hydrogen peroxide decomposition time of Example 1 was the shortest and hydroxyl radicals were most easily generated.
실험예 4. 필터의 부유세균 저감률 측정Experimental Example 4. Measurement of the reduction rate of suspended bacteria in the filter
상기 실시예 1에 따른 촉매를 포함하는 촉매필터를 KOUVA AS 02 : 2019에 따라 테스트하였다. 부유세균은 S.epidermidis(ATCC 12228)이고, 온도는 23±2℃, 습도 50±5% RH, 시험 챔버 60 m3, 시험 시간은 1시간의 조건에서 상기 공기 정화용 필터의 부유세균 저감률을 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 4에 나타내었으며, 이를 증명하기 위하여 한국산업기술시험원에서 시행한 공기 살균 시험 성적서를 도 5 및 도 6에 나타내었다.A catalyst filter containing a catalyst according to the above Example 1 was tested according to KOUVA AS 02:2019. The airborne bacteria was S. epidermidis (ATCC 12228), and the airborne bacteria reduction rate of the air purification filter was measured under the conditions of a temperature of 23±2℃, a humidity of 50±5% RH, a test chamber of 60 m 3 , and a test time of 1 hour. The results are shown in Table 4 below, and to prove this, the air sterilization test report conducted by the Korea Testing Laboratory is shown in Figs. 5 and 6.
상기 표 4, 도 5, 및 도 6에 나타낸 바와 같이, 실시예 1에 따른 촉매를 포함하는 촉매필터를 포함하는 제균기의 높은 부유세균 저감율을 확인하였다.As shown in Table 4, Fig. 5, and Fig. 6, a high floating bacteria reduction rate of a sterilizer including a catalyst filter containing a catalyst according to Example 1 was confirmed.
상기 실험을 통하여, 킬레이트화된 철과 킬레이트화된 구리를 모두 포함하는 이중 금속 촉매 필터의 하이드록실 라디칼 생성 효과가 우수하고, 산성뿐만 아니라 알칼리 상태에서도 하이드록실 라디칼 생성이 가능하며, 상기 촉매 필터를 포함하는 제균기는 부유세균 저감 효율이 높아 공기 살균 효과가 우수함을 확인하였다.Through the above experiment, it was confirmed that the dual metal catalyst filter containing both chelated iron and chelated copper has an excellent hydroxyl radical generation effect, is capable of generating hydroxyl radicals not only in acidic but also in alkaline conditions, and that the sterilizer containing the catalyst filter has a high efficiency in reducing floating bacteria and thus has an excellent air sterilization effect.
Claims (18)
상기 촉매필터는,
철 화합물, 구리염, 및 킬레이트화제를 포함하고, 상기 철 화합물 및 상기 구리염을 각각 킬레이트화제로 킬레이트화한 후, 1 : 0.1 내지 1의 몰비로 혼합한 혼탁액을 탄소질 물질에 침지시켜 제조되며,
상기 하이드록실 라디칼은,
센서 모듈에 의해 분사되는 과산화수소와의 반응으로 생성되고, 중화제 없이 중성 내지 약알칼리(pH 8 내지 10) 상태에서도 라디칼 반응을 일으키면서, 상기 라디칼 반응 후에도 철 슬러지가 발생하지 않는 것을 특징으로 하는, 공기 정화용 제균기.An air purifying sterilizer comprising a catalytic filter that generates hydroxyl radicals:
The above catalyst filter,
It is prepared by immersing a turbidity containing an iron compound, a copper salt, and a chelating agent, and mixing the iron compound and the copper salt in a molar ratio of 1:0.1 to 1, in a carbonaceous material.
The above hydroxyl radical is,
An air purifying sterilizer characterized in that it is generated by a reaction with hydrogen peroxide sprayed by a sensor module, and causes a radical reaction even in a neutral to slightly alkaline (pH 8 to 10) state without a neutralizer, and iron sludge is not generated even after the radical reaction.
상기 촉매필터는 프리필터 및 헤파필터 사이에 적층 배열되는 것을 특징으로 하는, 공기 정화용 제균기.In the first paragraph,
An air purifying sterilizer, characterized in that the above catalyst filter is arranged in a stack between a pre-filter and a HEPA filter.
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