KR100385301B1 - 티타니아 광촉매와 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 티타니아 광촉매와 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 티타늄테트라이소프로폭사이드를 용해시킨 이소프로필알코올 용액에 시트르산을 넣어 온화한 산성조건을 만들고, 여기에 에틸렌글리콜을 용해시켜 균일하게 분산된 혼합용액을 제조한 다음, 제올라이트 동공 속에 흡착시키고 마이크로파로 단시간 건조한 후 일정온도에서 소성함으로써, 통상의 티타니아 분말에 비하여 입경이 작고 표면적 및 광활성이 월등히 증가하며, 종래 제조된 초미세 티타니아 분말이 결국 응집되어 커다란 2차 입자들이 형성되었던 것과 달리 티타니아 분말이 제올라이트 담체 내에 균일하게 분산되고 응집되지 않으므로, 자외선 영역에서 티타니아 분말의 양자효율이 극대화되어 대기중의 암모니아, 황화물 등 각종 유해가스 성분과 수질중의 유기물 등을 광산화반응에 의해 고효율로 신속하게 제거할 수 있도록 획기적으로 개선된 티타니아 광촉매에 관한 것이다.

Description

티타니아 광촉매와 그 제조방법{Novel titania photocatalyst and its manufacturing method}
본 발명은 티타니아 광촉매와 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 티타늄테트라이소프로폭사이드를 용해시킨 이소프로필알코올 용액에 시트르산을 넣어 온화한 산성조건을 만들고, 여기에 에틸렌글리콜을 용해시켜 균일하게 분산된 혼합용액을 제조한 다음, 제올라이트 동공 속에 흡착시키고 마이크로파로 단시간 건조한 후 일정온도에서 소성함으로써, 통상의 티타니아 분말에 비하여 입경이 작고 표면적 및 광활성이 월등히 증가하며, 종래 제조된 초미세 티타니아 분말이 결국 응집되어 커다란 2차 입자들이 형성되었던 것과 달리 티타니아 분말이 제올라이트 담체 내에 균일하게 분산되고 응집되지 않으므로, 자외선 영역에서 티타니아 분말의 양자효율이 극대화되어 대기중의 암모니아, 황화물 등 각종 유해가스 성분과 수질중의 유기물 등을 광산화반응에 의해 고효율로 신속하게 제거할 수 있도록 획기적으로 개선된 티타니아 광촉매에 관한 것이다.
광촉매는 태양광 또는 형광등에 포함된 자외선광에 의해 강력한 산화 환원 능력을 갖는 물질로써 이중에서도 뛰어난 광활성과 광 및 화학적, 생물학적 안정성, 내구성, 경제성 등의 장점을 갖고 있는 티타니아(TiO2)가 가장 많이 사용되고 있다. 티타니아에는 아나타제형, 루틸형 및 부루카이트형의 3종류가 있으며 이중 아나타제형의 광활성이 가장 높다. 티타니아를 N형 반도체 밴드갭 이상의 에너지를 갖는 파장의 빛으로 여기하면 내부에 전자와 정공쌍이 생성되고, 이때 생성된 전자를 외부회로에 흐르게 하면 이 전자와 정공이 반도체의 표면에서 흡착물질과 반응하여 산화 환원 반응이 일어난다. 즉, 전자에 의한 환원반응과 정공에 의한 산화반응이 진행되는 것이다. 이러한 티타니아의 밴드갭은 약 3.2 eV이고 파장으로 말하면 380 ㎚이하의 자외광을 조사함으로서 반응이 진행한다. 티타니아의 특징은 여기전자가 갖는 환원력보다도 정공이 갖는 산화력이 대단히 세다. 정공의 에너지 위치는 전위로 나타내면 수소기준 전위로 약 +3 V로서 수처리에 사용되는 염소 1.36 V와 오존 2.07 V에 비하여 월등히 센 산화력을 갖고 있다.
티타니아는 광촉매 작용에 의해 재료표면의 부착물질, 공기중의 물질, 수중의 물질을 살균, 항균, 분해, 방오, 소취, 포집할 수 있으며, 따라서 쿨러필터, 유리, 타일, 외벽, 식품, 공장내벽, 금속제품, 수조, 해양오염정화, 건자재, 곰팡이 방지, 자외선 차단, 수질정화, 대기정화, 병원내 감염방지 등 넓은 용도에 적합하다. 이와 같은 광촉매를 재료의 표면에 덮어 놓으면, 밝은 곳에 놓아두는 것만으로 더러움이나 냄새 성분이 자연스럽게 분해된다. 콘크리트나 도료에 광촉매인 티타니아를 혼합시키면 산성비의 원인이 되는 대기 중의 질소 산화물(NOx)이나 유황산화물(SOx)을 산화시키는 작용을 한다. 즉, 광촉매가 든 블록을 보도에 깐다든지, 건물에 광촉매가 혼합된 도료를 도포해 놓으면, 일광이 닿는 것만으로 대기 오염 물질이 제거된다. 또한, 악취의 원인이 되는 공기 중의 아세트알데히드 같은 유기물도 분해가 가능하다. 그리고, 섬유공장으로부터 나오는 난분해성의 유색색소를 포함한 폐액에 티타니아를 다공질의 실리카 겔에 피복한 광촉매 입자를 혼합, 자외선을 쪼이면 폐액은 무색이 된다. 또한, 오염물이 부착된 표면을 투명한 광촉매로 피복하면 부착된 오염물을 자연 분해하는 기능을 갖는다. 이외에도 오염물을 자연스럽게 분해하며 항균 기능을 갖는 타일, 담배 냄새를 분해하는 창호지, 습기에 영향을 받지 않는 거울이나 유리 등, 광촉매를 일용품에 응용하는 연구는 급속도로 진행되고 있다.
그러나, 지금까지 사용되고 있는 광촉매는 단위시간당 반응이 일어난 반응물의 수를 단위시간당 조사되는 광자의 수로 나눈 값인 양자효율이 단위광촉매당 0.4 ∼ 8 %로 낮기 때문에 광활성의 한계가 있으며 반응속도가 느리다는 단점이 있다.즉, 대기중의 암모니아, 질산화물, 황화물, 알데히드, 휘발성 유기화합물, 염소계 휘발성 유기화합물 등의 유해 가스 성분과 수질중의 유기물등을 급속하게 분해하는 능력이 없다.
광촉매로써 가장 많이 사용되고 있는 티타니아 분말은 평균입경이 30 ㎚이고 표면적이 50 ㎡/g인 제품이다. 광촉매의 입자크기를 줄이면 양자효과에 의해 광촉매의 활성이 증가하고 입자의 비표면적이 증가하는 장점이 있으므로 미세한 입자크기를 갖으며 응집상태가 잘 제어된 티타니아 분말을 제조하기 위하여 금속알콕사이드를 사용하는 연구가 특허와 논문 등에 제시되었다[일본특허 평96-338671호, Langmuir, Vol. 1, 414, (1986)]. 그러나, 이러한 방법에 의하면 부분적으로는 결정의 크기가 작아지지만 작은 입자들이 응집되므로, 상기 티타니아 제품(Degussa 社, P-25)에 비하여 표면적과 광반응활성은 약 2배 정도 증가하지만 입자의 크기가 오히려 커지는 경향이 있다.
포항종합제철 주식회사의 김도형 등은 금속알콕사이드를 사용하지 않고 대신 티타늄금속염을 사용하여 수산화티탄 겔을 거쳐 티타니아 분말을 제조하는 방법을 제시하고 있다[대한민국 특허공개 제2000-0039147호]. 이 방법도 부분적으로는 결정입자의 크기가 10 ∼ 50 ㎚로 작아지지만 이러한 작은 입자들이 응집되어 200 ∼ 1000 ㎚ 크기의 2차 입자들이 형성되며 비표면적도 50 ∼ 120㎡/g 정도 밖에는 증가하지 못하고 있다.
또한, 알코올류와 티타늄알콕사이드 및 초산을 혼합한 다음 273 ℃의 고온과 7.3 MPa의 고압에서 2시간 동안 알코올의 초임계 유체상태에서 20 ㎚ 크기의 구형아나타제 티타니아 분말을 제조하는 방법을 발표하였다[대한민국 특허공개 제1999-0054058호]. 이 방법도 매우 복잡하고 까다로운 제조공정과 반응장치를 사용하고 고온ㆍ고압의 에너지를 소모하여 구형 아나타제 티타니아 분말을 제조하지만, 결국 작은 입자들이 응집되어 구형의 커다란 2차 입자들이 형성되는 것은 마찬가지이다.
실용적인 면에서, 일반적으로 광촉매는 티타니아를 분말상으로 이용하는 경우와 졸겔법으로 특정한 지지체에 박막을 형성하여 사용하는 경우의 2가지로 대별된다. 졸겔법으로는 한국정수공업 주식회사의 한상범이 티타늄염화물을 일정한 용매에 용해시켜 광촉매원료 졸을 형성시키고, 광촉매원료 졸을 유리판, 유리비드, 다공성유리비드, 섬유망, 하니컴, 세라믹타일, 세라믹 기판과 같은 세라믹 담체 등의 다양한 지지체에 박막 또는 피막의 형태로 코팅한 후, 코팅한 지지체를 대기중에서 소성하여 겔화 시킴으로써 아나타제형 티타니아 분말을 제조하는 방법을 개발하였다[대한민국 특허공개 제1998-035033호]. 또한, 김형호는 박판기판상에 다공성 무기질로 된 접착제와 광물질을 차례로 도포 및 분사하고 티타니아 분말을 압착하여 고정하는 방법을 제시하였다[대한민국 특허공개 제2000-0058790호].
한편, 일본 오사카 부립대학의 안포(Anpo) 등은 한국화학연구소의 박상언 등과의 국제공동연구에 의해 티타니아 결정입자의 크기를 조절하는 방법으로 티타늄암모늄옥살레이트수용액을 이온교환법과 포화주입방법(impregnation method)을 사용하여 일정한 크기의 동공과 입구를 갖고 있는 Y-제올라이트에 크게 분산시킨 후, 이를 이산화탄소의 광환원반응에 적용하여 티타니아 결정입자의 분산이 반응활성에미치는 영향을 관찰하여 발표한 바 있다[Stud. Surf. Sci. Catal., Vol. 114, 177, (1998)]. 여기에서는 이온교환법에 의해 제조한 티타니아 결정입자가 포화주입방법(impregnation method)에 의해 제조한 티타니아 결정입자에 비하여 분산이 원활하여 광환원반응의 활성이 더욱 우수하게 나타났으며 포화주입방법(impregnation method)에 의해 티타늄암모늄옥살레이트 수용액의 농도를 증가시키면 티타니아 결정입자들이 응집되어 광환원반응의 활성이 오히려 떨어지는 것을 관찰하였다. 랭포드(Langford, 카나다 University Technologies International 사) 등은 앤더슨(Anderson) 등이 문헌에 보고한 방법[J. Membrane Sci., Vol 39, 243 (1988)]에 의해 질산과 티타늄테트라이소프로폭사이드의 에탄올 용액에서 티타니아 졸을 제조하여 ZSM-5, 제올라이트-A, 알루미나, 실리카 등의 지지체 위에 지지하고 소성에 의해 아나타제형, 루틸형과 부루카이트형이 혼합된 티타니아 분말을 제조하는 방법을 제시하였다[미국특허 제5,981,426호].
그러나, 상기 졸-겔법에 의한 티타니아 광촉매는 산업적으로 적용할 만큼 우수한 광반응 활성 효과를 얻지 못하여 개선의 여지가 있었다.
이에, 본 발명자들은 티타니아 분말의 입자 크기를 최소화할 뿐 아니라 서로 응집되지 않으며, 자외선광 조사시 양자효율이 극대화되는 티타니아 광촉매를 제조하기 위하여 연구 노력하였다. 그 결과, 티타늄테트라이소프로폭사이드의 이소프로필 알코올 용액에 시트르산을 넣고, 온화한 산성용액 조건에서 에틸렌글리콜을첨가하여 티타니아 입자가 균일하게 잘 분산된 혼합용액을 제조한 다음, 여러종류의 제올라이트 담체 골격의 동공 속에 흡착시킨 후 소성하면, 티타니아 분말이 기존에 비하여 작은 크기로 균일하게 분산될 뿐 아니라 형성된 티타니아 입자들이 제올라이트 담체 골격의 동공 속에 존재하므로 일정한 규격이상으로는 응집되지 않으므로, 자외선영역에서 대기와 수질중의 유해물질, 유기물 등을 기존보다 수십배 이상 높은 양자효율로 신속하게 제거할 수 있고, UV-DRS 스펙트럼을 관찰하면 기존의 티타니아 광촉매에 비하여 적게는 20 ㎚에서부터 많게는 80 ㎚까지 단파장으로 흡수스펙트럼이 이동한다는 것을 알게되어 본 발명을 완성하였다.
따라서, 본 발명은 각종 제올라이트 담체상에 티타늄테트라이소프로폭사이드를 온화한 산성조건에서 졸-겔법에 의해 담지시켜 제조함으로써, 광산화반응 활성이 매우 우수하여 공기청정 및 수질정화 용도로 유용하게 활용할 수 있는 환경친화적인 새로운 광촉매를 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 본 발명에 따라 ZSM-5 제올라이트 담체 내에 초미세한 입자로 분산된 티타니아 분말과 통상의 티타니아 분말을 비교하여 나타낸 UV-DRS 스펙트럼이다.
도 2는 본 발명에 따라 여러 종류의 제올라이트 담체 내에 초미세한 입자로 분산된 티타니아 분말의 UV-DRS 스펙트럼이다.
본 발명은 티타니아 분말이 제올라이트 담체 내에 지지된 형태로 이루어진 티타니아 광촉매에 있어서,
티타늄테트라이소프로폭사이드 1 몰에 대하여 시트르산 및 에틸렌글리콜이 각각 0.5 ∼ 2 몰 및 0.5 ∼ 10 몰의 비율로 배합된 혼합물이 제올라이트 담체에 흡착, 소성되어 이루어진 티타니아 광촉매를 특징으로 한다.
여기서, 제올라이트는 실리카에 대한 알루미늄의 몰비가 0.01 ∼ 0.2인 것으로서, H-형 ZSM-5 제올라이트, USY 제올라이트, BEA 제올라이트 및 KL 제올라이트 등을 사용하는 것이 바람직하다.
이러한 티타니아 광촉매를 제조하기 위해서는, 티타늄테트라이소프로폭사이드를 이소프로필 알코올에 첨가하고 완전히 용해시킨 다음, 티타늄테트라이소프로폭사이드 1몰에 대하여 시트르산 0.5 ∼ 2 몰 및 에틸렌글리콜 0.5 ∼ 10 몰의 비율로 첨가하고 용해시켜 혼합용액을 얻는 제 1 공정,
상기 혼합용액에 실리카가 20 ∼ 200 몰 함유된 제올라이트를 첨가하고 혼합하는 제 2 공정, 그리고
상기 티타니아/제올라이트 혼합물을 80 ∼ 100 ℃에서 감압증류시키고, 마이크로파를 조사한 후, 소성하는 제 3 공정을 포함하는 제조방법을 이용한다.
그리고, 상기 티타니아 광촉매를 임의의 물체 표면에 부착하거나 공기중 또는 수중에 분산시키고, 자외선광에 노출시키면 대기중의 암모니아, 질산화물, 황화물, 알데히드, 휘발성 유기화합물 및 염소계 휘발성 유기화합물의 유해 가스 성분 또는 수중의 유기물을 광산화반응에 의해 분해시켜 고효율로 제거할 수 있다.
이와 같은 본 발명을 그 제조방법을 중심으로 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따라 티타늄 금속 산화물이 제올라이트 담체에 담지된 광촉매 제조방법을 예로 들면,
제 1 공정으로, 티타늄원으로서 티타늄테트라이소프로폭사이드를 5 ∼ 30 ℃의 이소프로필 알코올에 첨가하고 3 ∼ 12시간 동안 교반하여 침전없이 균일하게용해시킨 다음, 시트르산을 첨가하고 3 ∼ 12시간 동안 교반하여 완전히 용해시킨 후, 에틸렌글리콜을 첨가하고 3 ∼ 12시간 동안 교반하여 혼합용액을 제조한다. 이때, 상기 티타늄에 대한 시트르산의 몰비는 0.5 ∼ 2 범위로 고정하는바, 0.5 미만의 몰비로 첨가하면 분산력이 저하되는 문제가 있고, 반면에 2를 초과하면 산도가 증가하여 바람직하지 못하다. 또한, 티타늄에 대한 에틸렌글리콜의 몰비는 0.5 ∼ 10 범위로 고정하는바, 0.5 미만의 몰비로 에틸렌글리콜을 첨가하면 분산력이 저하되는 문제가 있고, 반면에 10을 초과하면 점도가 증가하여 바람직하지 못하다. 그리고, 이소프로필알코올은 티타늄테트라이소프로폭사이드과 시트르산을 용해시키기 위하여 각각의 50 ∼ 200 중량비의 범위에서 그 첨가량을 조절한다. 이렇게 하여 티타니아 입자가 5 ㎚ 보다 작은 크기로 균일하게 분산된 혼합용액을 얻을 수 있다.
제 2 공정으로, 상기 혼합용액에 제올라이트를 첨가하고 15 ∼ 30 ℃에서 3 ∼ 12시간 동안 교반한다. 이렇게 함으로써, 여러종류의 제올라이트 담체 골격의 동공 속에 혼합용액을 균일하게 흡착시키는 것이다. 여기서, 상기 제올라이트 담체로는 실리카/알루미나의 몰비가 80이고 비표면적이 430/g인 H-형 ZSM-5 제올라이트(미국 PQ사 제올라이트 모델 CBV 8020)를 사용하거나, 실리카/알루미나의 몰비가 25이고 비표면적이 720㎡/g인 암모니아형 BEA 제올라이트(미국 PQ사 제올라이트 모델 CP 814B-25)를 550 ℃의 온도에서 소성한 다음 사용할 수 있다. 또한, 실리카/알루미나의 몰비가 80이고 비표면적이 780㎡/g인 USY 제올라이트(미국 PQ사 제올라이트 모델 CBV 780)과 실리카/알루미나의 몰비가 6.1이고 비표면적이 388㎡/g인 KL 제올라이트(미국 UOP사 제올라이트 모델 ELZ-L)등이 본 발명의 지지체인 제올라이트 담체로서 사용할 수 있다. 그리고, 제조된 광촉매 중에 티타늄에 대한 실리카의 몰비는 20 ∼ 200이 되도록 제올라이트의 첨가량을 조절한다.
제 3 공정으로, 상기 티타니아/제올라이트 혼합물을 80 ∼ 100 ℃에서 감압증류시키고, 마이크로파를 1 ∼ 3분 조사한 후, 소성로에 넣고 200 ∼ 300 ℃에서 3 ∼ 12시간, 300 ∼ 600 ℃에서 3 ∼ 12시간 소성한다. 이때, 상기 감압증류하면 젤형태의 고점성 상태로 농축되며, 마이크로파 조사는 마이크로웨이브 오븐(미국 GE사 Spacemarker II, 총전력 용량 1.3 KW)에 넣고 총전력의 30% 에너지에 맞춘 후 1 ∼ 3분간 조사하여 건조함으로써 무정형의 금속성분의 전구체가 담체상에 담지될 수 있다. 또한, 상기 소성은 더욱 바람직하게는 공기중에서 승온속도 분당 1 ℃ 간격으로 300 ℃까지 승온한 후 300 ℃에서 5시간, 그리고 450 ℃로 승온하여 450 ℃에서 5시간 동안 소성한다.
이와 같이 제조된 본 발명의 티타니아 광촉매는 제올라이트 담체 내에 티타니아 분말이 5 ∼ 20 ㎚의 초미세한 입경으로 균일하게 분산되고, UV-DRS 스펙트럼분석 결과 통상의 티타니아 광촉매에 비해 20 ∼ 80 ㎚ 만큼 단파장으로 흡수스펙트럼이 이동하여 370 ∼ 310 ㎚ 범위가 된다. 따라서, 자외선영역에서 양자효율이 단위광촉매당 50 ∼ 80 %가 되어, 기존보다 10 ∼ 200배에 달하는 월등히 우수한 양자효율로 살균, 분해, 방오 및 소취 기능를 필요로 하는 각종 물체의 표면이나 벽면에 코팅원료로 사용될 뿐 아니라 대기정화 및 수질정화 용도로 광범위하게 효과적으로 적용될 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예에 의거하여 더욱 상세하게 설명하겠는바, 본 발명에 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
먼저, 약 20 ℃에서 이소프로필알콜 용액 1 ℓ에 티타늄테트라이소프로폭사이드를 0.83 몰 첨가시켜 흰색 침전없이 균일하게 6시간 동안 녹였다.(이때, 흰색 침전이 생길 경우 염산을 미량 가하여 녹인다.) 역시 같은 온도에서 금속원과 같은 몰수를 갖는 시트르산을 첨가해 6시간 동안 완전히 녹인 다음 여기에 두배 몰수의 에틸렌 글리콜을 첨가하여 6시간 동안 저어 주었다.
그런 다음, 이러한 혼합용액에 실리카와 티타늄의 몰비가 200 : 1이 되도록 담체인 HZSM-5 제올라이트를 첨가하여 역시 20 ℃에서 5시간 동안 충분히 혼합하였다. 이때, 혼광촉매의 담체로는 실리카 대 알루미나 비가 40대 1의 몰비를 갖는 H-형 ZSM-5 제올라이트(미국 PQ사 제올라이트 모델 CBV 8020)가 사용되었는데, 액체 질소온도에서 BET법으로 질소의 물리흡착에 의해 측정한 결과, 상기 제올라이트의 비표면적은 430 ㎡/g, 세공부피는 0.2755 ml/g이었다.
그리고, 티타니아/제올라이트 혼합물을 80 ∼ 100 ℃에서 감압증류하여 고점성 상태로 농축하고 마이크로웨이브 오븐에 넣고 총전력의 30% 수준으로 마이크로웨이브 에너지를 1 ∼ 3분간 조사하여 건조시켰다. 마지막 단계로, 건조된 광촉매의 전구체를 소성로에 넣고 공기중에서 300 ℃ 에서 5시간, 그리고 450 ℃에서5시간 동안 소성시켜 광촉매를 제조하였다.
한편, 고체시료의 비표면적을 측정하기 위해 흡착 분석장치(미국 Micromeritics사, 모델 ASAP 2400)가 사용되었으며, 분석 결과 얻어진 광촉매의 표면적은 410 ㎡/g, 세공부피는 0.2680 ml/g이었다.
실시예 2 ∼ 3
상기 실시예 1과 동일한 방법에 의해 제조된 티타니아/ZSM-5 제올라이트 광촉매에서 실리카와 티타늄의 몰비가 50 : 1이 되도록 제조하고, 실리카와 티타늄의 몰비가 20 : 1이 되도록 제조하였다.
실시예 4 ∼ 6
상기 실시예 1과 동일한 방법에 의해 제조하되, ZSM-5 제올라이트 대신에 USY 제올라이트, 암모니아형 BEA 제올라이트, KL 제올라이트를 실시예 각각에 사용하였으며, 광촉매의 실리카와 티타늄의 몰비는 100 : 1 이었다.
비교예 1
상기 실시예 1과 동일한 방법에 의해 제조하되, 시트르산 대신에 질산을 사용하여 제조하였다.
비교예 2
상기 실시예 1과 동일한 방법에 의해 제조하되, 제올라이트를 사용하지 않고 졸겔법으로 제조하였다.
비교예 3
통상적으로 가장 많이 사용되는 시판제품(Degussa 사, P-25)을 사용하였다.
시험예 1
본 시험예 1에서는 상기 준비된 실시예 1 ∼ 5 및 비교예 3을 UV-DRS 스펙트럼분석기기(Shimadzu사, 모델 UV-2501 PC)에 의해 분석시험하였다.
그리고, 상기 시험을 통해 얻은 UV-DRS 스펙트럼결과를 도 1 및 도 2에 나타내었다. 도 1에서 (a) ∼ (d)는 각각 비교예 3, 실시예 3, 실시예 2, 실시예 1에 의해 제조된 촉매이고, 도 2에서 (a) ∼ (c)는 각각 실시예 4, 실시예 5, 실시예 2에 의해 제조된 촉매이다. 도 1의 UV-DRS 스펙트럼을 보면, 실시예 1의 티타니아 분말이 가장 초미세한 입자로 분산된 것을 알 수 있다.
시험예 2
본 시험예 2에서는 상기 준비된 실시예 1 ∼ 6 및 비교예 1 ∼ 3을 광반응기에서 반응시킨 다음 기체크로마토그래피(Hewlett packard series Ⅱ5890 GC)로 측정하였다.
공기중의 암모니아, 질산화물, 황화물, 알데히드, 휘발성 유기화합물, 염소계 휘발성 유기화합물 등의 유해 가스 성분과 수질중의 유기물 등에 대한 티타니아 광촉매의 활성을 시험하기 위하여, 상기 준비된 광촉매를 1 g 칭량하여 석영창이 부착된 1 ℓ부피의 기상 및 액상광반응기에 분산시키고 광을 10 ∼ 300분 동안 조사하였다.
이때, 기상반응에서는 촉매를 활성화하기 위하여 300 ℃에서 진공으로 수분을 제거하고 50 ∼ 150 Torr 산소분위기에서 450 ℃로 3시간 동안 전처리한 다음, 상온으로 온도를 내린 후 1000 ppm 농도의 반응기체를 공기와 함께 넣고 반응시켰으며, 액상반응에서는 별도로 촉매의 전처리없이 1000 ppm 농도의 유기물을 수용액상태로 교반하면서 반응시켰다. 또한, 조사되는 자외선광원으로는 20W의 UV 램프(UV-C 살균 GL20) 4개를 사용하였다. 그리고, 일산화질소의 농도는 화학발광법으로 측정하는 질소산화물 분석기(미국 Thermo Enviro㎚ental Instruments사 Model 42C)로 측정하였으며, 그 외에는 기체크로마토그래피(Hewlett packard series Ⅱ5890 GC)로 측정하였다.
상기 시험을 통해 얻은 결과를 다음 표 2에 나타내었다.
(계속)
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 티타니아 광촉매는 각종 제올라이트 담체상에 티타늄테트라이소프로폭사이드를 온화한 산성조건에서 졸-겔법에 의해 담지시킴으로써, 티타니아의 양자효율이 극대화되는 입경과 표면적을 가지므로 광반응 활성이 월등히 우수하여 각종 오염물에 대한 분해, 살균, 방오, 소취 등 환경면에서 기여도가 높은 기능성으로 정화용 원료, 건축자재 및 일용품 분야에 널리 활용될 수 있는 효과가 있다.

Claims (7)

  1. 티타니아 분말이 제올라이트 담체 내에 지지된 형태로 이루어진 티타니아 광촉매에 있어서,
    티타늄테트라이소프로폭사이드 1 몰에 대하여 시트르산 및 에틸렌글리콜이 각각 0.5 ∼ 2 몰 및 0.5 ∼ 10 몰의 비율로 배합된 혼합물이 제올라이트 담체에 흡착, 소성되어 이루어진 것임을 특징으로 하는 티타니아 광촉매.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제올라이트는 H-형 ZSM-5 제올라이트, USY 제올라이트, BEA 제올라이트, KL 제올라이트 중에서 선택된 것임을 특징으로 하는 티타니아 광촉매.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제올라이트 담체 내의 티타니아 분말은 입경이 5 ∼ 20 ㎚인 것임을 특징으로 하는 티타니아 광촉매.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 제올라이트 담체 내의 티타니아 분말은 양자효율이 단위광촉매당 50 ∼ 80% 인 것임을 특징으로 하는 티타니아 광촉매.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 광촉매의 UV-DRS 스펙트럼은 370 ∼ 310 ㎚ 범위인 것임을 특징으로 하는 티타니아 광촉매.
  6. 티타늄테트라이소프로폭사이드의 알코올 용액으로부터 티타니아 졸을 제조한 다음 제올라이트에 담지하고 소성하여 티타티아 광촉매를 제조하는 방법에 있어서,
    티타늄테트라이소프로폭사이드를 이소프로필 알코올에 첨가하고 완전히 용해시킨 다음, 티타늄테트라이소프로폭사이드 1몰에 대하여 시트르산 0.5 ∼ 2 몰 및 에틸렌글리콜 0.5 ∼ 10 몰의 비율로 첨가하고 용해시켜 혼합용액을 얻는 제 1 공정,
    상기 혼합용액에 실리카가 20 ∼ 200 몰 함유된 제올라이트를 첨가하고 혼합하는 제 2 공정, 그리고
    상기 티타니아/제올라이트 혼합물을 80 ∼ 100 ℃에서 감압증류시키고, 마이크로파를 조사한 후, 소성하는 제 3 공정
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 티타니아 광촉매의 제조방법.
  7. 상기 청구항 1의 티타니아 광촉매를 임의의 물체 표면에 부착하거나 공기중또는 수중에 분산시키고, 자외선광에 노출시켜서 대기중의 암모니아, 질산화물, 황화물, 알데히드, 휘발성 유기화합물 및 염소계 휘발성 유기화합물의 유해 가스 성분 또는 수중의 유기물을 광산화반응에 의해 분해시켜 제거하는 정화처리방법.
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