KR100460648B1 - 장파장 영역 이용이 가능한 혼합광촉매 고정화 지지체 및이의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 장파장 영역 이용이 가능한 혼합광촉매 고정화 지지체 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 다양한 성상의 광촉매를 적정비율로 혼합하거나 형광물질및 전자전달체 물질을 첨가함으로써 제조된 혼합광촉매 분말에 바인더 물질을 사용하여 고정화한 혼합광촉매 고정화 지지체를 개발하고, 상기 고정화 지지체에 나노입자 혼합광촉매를 함께 고정화함으로써 그 활성화 정도를 극대화시킬 수 있으며 더욱 낮은 에너지 또는 장파장 영역의 광원을 사용함에 있어서도 훨씬 더 높은 광활성을 나타내고 또한 폐수의 성상 변화에 관계없이 다양한 성상의 난분해성 물질 및 독성 물질을 효율적으로 분해시켜 광촉매 산화장치를 폐수의 기존 공정에 적용할 수 있도록 하는 장파장 영역 이용이 가능한 혼합광촉매 고정화 지지체에 관한 것이다.
Description
본 발명은 장파장 영역 이용이 가능한 혼합광촉매 고정화 지지체 및 이의 제조 방법에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 다양한 형태의 광촉매 특성을 지닌 금속 산화물 또는 화합물을 적정비율로 혼합하여 고정하되, 형광물질 및 전자전달체 물질자체의 특성으로써 상승효과를 일으킬 수 있도록 하고 바인더 물질을 사용하여 고정화를 용이하게 할 수 있는 혼합광촉매 고정화 지지체를 개발하고, 상기 고정화 지지체에 나노입자 혼합광촉매를 함께 고정함으로써 활성화 정도를 극대화시킬 수 있는 장파장 영역 이용이 가능한 혼합광촉매 고정화 지지체 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
광촉매 반응은 1972년 일본의 藤島(Fujishima)와 本田(Honda)가 이산화티타니아 광촉매를 활용하여 물 분해 수소 제조 연구를 시작한 이래로 활발하게 광촉매가 이용되어 왔고 이 후에도 광촉매의 제조와 자체의 특성을 조사·연구하여 광촉매를 활용한 신물질의 합성·연구 등이 주종을 이루어 왔으며 1980년대에 이르러서는 광촉매의 활용범위가 태양광 에너지와 접목한 수용액상의 유독물질의 분해처리라는 고급산화 환경기술 연구로 확대되기 시작하였고 선진국에서도 환경문제 및 난분해성 물질의 효율적인 제거를 위해 고도산화기술(AOP)의 개발에 적극적인 관심과 천문학적인 규모의 연구개발비가 투자되어 현장에의 적용 및 상용화에 많은 연구성과를 거두었고 국내에서도 이때부터 환경에 대한 광촉매 반응 연구가 활발하게 이루어지고 있고 현재까지 다양한 성상의 분말형 광촉매가 개발되어 사용 중이다.
하지만 분말형 광촉매는 분리 및 회수 비용에 의한 폐수처리시스템의 실용화라는 부분에서 한계에 직면하고 있어 이 문제를 해결하고 여기에서 한 단계 더 발전된 형태로써 지지체에 고정화된 형태의 광촉매의 연구가 활발히 진행되어 왔다.
그러나, 상기 사항 역시 촉매층의 경도 및 제조단계 그리고 경제성에서 여러가지 문제를 드러내고 있는데 상기 고정화된 광촉매는 태양광의 장파장 에너지 영역 혹은 낮은 에너지 영역에서는 촉매활성이 거의 존재하지 않으며 또한 고정화에 소요되는 비용이 고가이며, 많은 시간이 소요된다는 문제점이 존재한다. 그리고 기존의 광촉매들은 거의 TiO2를 중심으로 하는 단일 광촉매로써 결정구조의 차이라든가, 제조과정에서의 몇 가지 변수를 제외하면 근본적인 활성의 차이를 기대할 수 없다는 중대한 한계점을 지니고 있다.
도 1과 도 2는 파장에 따른 전자기파 광원의 범위와 지표면상에 조사되어지는 전자기파 태양광의 파장영역별 주사량을 나타낸 것으로, 상기 전자기파는 파장(wavelength)과 주파수(frequency)에 따라 각기 다른 특유 성질을 가지고 있으며 그 범위 또한 대단히 넓은데, 흔히 빛이라고 하는 것은 방사되는 수많은 전자기파 중에서 우리의 눈으로 지각되는 범위를 말하며 그것은 대략 450nm∼800nm의 범위의 파장을 가진 전자파이며 이것을 가시광선이라고 한다.
따라서, 지표면에 조사되어 대부분을 차지하고 있는 태양광의 가시광선 영역을 이용하여 상기와 같은 단점들을 보안하고 최적의 광촉매 광활성 효율을 지니는 혼합광촉매의 합성이 절실히 요구되고 있는 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 장파장 영역 이용이 가능한 혼합광촉매 고정화 지지체 및 이를 제조하는 방법에 있어서, 다양한 형태의 광촉매 특성을 지닌 금속 산화물 또는 화합물을 적정비율로 혼합하여 고정하되, 형광물질 및 전자전달체 물질로써 상승효과를 일으킬 수 있도록 하고 바인더 물질을 사용하여 고정화를 용이하게 할 수 있는 혼합광촉매 고정화 지지체를 개발함으로써, 태양광의 장파장 영역을 이용할 수 있도록 하였으며 장파장 영역의 에너지만으로도 반응을 일으킬 수 있기 때문에 그 활성이 발생하는 파장영역을 종래의 수준보다 훨씬 크게 증대시키도록 하였으며 또한, 상기와 같이 개발되어진 혼합광촉매 기판의 표면에 나노입자 혼합광촉매를 제조하여 고정화함으로써 그 활성을 최대한 극대화시킬 수 있는 고효율의 광촉매 지지체를 제조하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 티타늄 산화물(Titanium Oxidation)을 포함하거나 다른 고상(solid plate)의 촉매 산화물 혹은 형광물질과 전자전달체 물질을 광촉매 특성을 가지는 금속 산화물 분말 중 적어도 하나 이상과 더불어 혼합한 후, 바인더 물질로써 유리수나 점토류 등 규소 성분을 함유하는 액상물질을 이용하여 지지체에 고정하되, 고정화된 표면에 상기 혼합된 분말을 스프레이나 공기압축기를 이용하거나 몰딩작업을 통하여 고정화한 후 실온에서 일정기간 건조시키고 소성과정을 거쳐 혼합광촉매 고정화 지지체를 제조하고 상기와 같이 개발되어진 혼합광촉매 기판의 표면에 단일 광촉매 혹은 나노입자 혼합광촉매를 함께 고정함으로써 그 활성을 더욱 극대화 시킬 수 있는 장파장 영역 이용이 가능한 혼합광촉매 고정화 지지체를 구현하고자 한 것이다.
도 1은 파장에 따른 전자기파의 범위를 나타낸 예시도
도 2는 지표면상에 조사되어지는 전자기파의 파장영역별 주사량을 나타낸 그래프
도 3(a)(b)(c)(d)은 온도에 따른 반도체의 공유결합과 에너지밴드를 개략적으로 나타낸 예시도
도 4는 다양한 종류의 반도체 광촉매를 가전자대에서 전도대로 들뜨게 하는데 필요한 산화환원 전위값을 나타낸 그래프
도 5는 혼합광촉매 고정화 지지체의 제조과정 흐름도
도 6은 나노입자 혼합광촉매의 제조과정 흐름도
도 7은 다양한 형태로 고정화된 혼합광촉매 고정화 지지체와 나노입자 고정화 지지체를 나타낸 단면도
도 8(a)(b)(c)(d)은 실시예 1의 결과로써, 혼합광촉매 분말을 UV-Vis Spectrophotometer를 이용하여 흡수 파장을 분석한 그래프
도 9(a)(b)(c)는 실시예 2의 결과로써, 소성온도의 변화에 따른 혼합광촉매분말의 결정구조를 XRD로 분석한 그래프
이하, 첨부된 도면과 관련하여 본 발명의 일실시례에 의해 이루어진 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3(a)(b)(c)(d)은 온도에 따른 반도체의 공유결합 상태와 에너지 밴드 구조를 개략적으로 나타낸 예시도이고, 도 4는 다양한 종류의 반도체 광촉매를 가전자대에서 전도대로 들뜨게 하는데 필요한 산화환원 전위값을 나타낸 그래프이고, 도 5는 혼합광촉매 고정화 지지체의 제조과정을 개략적으로 도시한 것이고, 도 6은 나노입자 혼합광촉매의 제조과정을 개략적으로 도시한 것이며, 도 7은 다양한 형태로 고정화된 혼합광촉매 고정화 지지체와 나노입자 고정화 지지체를 나타낸 단면도이며, 도 8(a)(b)(c)(d)는 실시예 1의 결과로써, 혼합광촉매 분말을 UV-Vis Spectrophotometer를 이용하여 흡수 파장을 분석한 그래프이고, 도 9(a)(b)(c)는 실시예 2의 결과로써, 소성온도의 변화에 따른 혼합광촉매 분말의 결정구조를 XRD로 분석한 그래프이다.
[반도체 광촉매의 재료]
광촉매 재료의 선택에 있어 중요한 것은 반도체의 밴드갭 에너지(Bandgap Energy, Eg)이다.
도 3(a)(b)는 T=0°K에서 반도체가 공유결합 되어 있는 2차원 상태와 그 때의 에너지 밴드를 나타낸 것이고, 도 3(c)(d)는 공유결합이 깨어지면서 발생하는 전자와 정공의 생성을 에너지 밴드상에서 표시한 것으로써, 도 3(a)(b)와 같이 절대온도 0°K 에서 가전자대(Valance band, VB)는 전자에 의해 점유되어 있으며 가장 낮은 에너지 상태에 위치하고 있고, 전도대(Conduction band, CB)는 전자에 의해 점유되지 않고 완전히 비어져 있으며 가장 높은 상태에 위치하고 있다. 그리고 상기와 같이 가전자대의 꼭대기와 전도대의 밑바닥 사이의 밴드갭 에너지는 금지대의 폭이다.
하지만, 도 3(c)(d)와 같이 온도가 0°K 이상으로 증가하면 약간의 가전자대 전자들이 충분한 열에너지를 얻게 되어 공유결합을 깨뜨리고 전도대로 이동한다. 즉, 반도체에 빛이 조사될 경우 그 반도체의 밴드갭 에너지 이상의 에너지를 갖는 광자(hν≥Eg)가 흡수되어 가전자대에서 전도대로 전자여기를 일으키고 이 때 가전자대에는 정공(hole)이, 전도대에는 전자(electron)가 생성되는데 이를 전자-전공 쌍 생성(generation)이라고 한다.
광촉매용으로 널리 쓰이는 산화물계 반도체는 일반적으로 밴드갭 에너지가 커서 가시광선을 흡수하지 못한다. anatase type TiO2의 경우도 밴드갭 에너지가 3.2eV 정도로 커서 파장이 388nm 이하의 빛만을 흡수하여 광활성을 보이는데 이는 태양광 에너지의 아주 작은 부분만을 이용할 수 있음을 의미하는 것이다.
광촉매 반응의 효율은 일반적으로 매우 낮아서 수 %를 넘지 못하며 이는 반도체 격자 내에서의 빠른 전자-전공 쌍의 재결합(recombination)에 기인한다. 따라서 반도체의 재질은 상기와 같은 반도체 광촉매의 제한을 극복할 수 있으며 광촉매의 효율을 높이기 위하여 전자-정공의 분리를 증가시켜 재결합 속도를 늦추어 계면에서의 전자전이 속도를 높이고, 특정 생성물의 선택도나 수율을 증가시킬 수 있는 것을 사용한다.
또한, 반도체 내에서 전자와 정공을 여기시키기 위해서는 반도체의 밴드갭 에너지보다 큰 에너지를 갖는 광원 및 열에너지를 조사하여 주어야 하는데 이 때, 밴드갭 에너지가 너무 크면 그만큼 더 많은 양의 에너지를 필요하게 되므로 실제 응용적인 측면에서 볼 때 바람직하지 않다. 따라서 밴드갭 에너지가 가시광선이나 그 부근의 에너지 영역에 존재하는 물질이 가장 적합하다고 할 수 있다.
도 4는 다양한 광촉매를 가전자대에서 전도대로 들뜨게 하는데 필요한 산화환원전위값을 나타낸 것으로써, 광촉매 재료가 실질적으로 현장에 적용되기 위해서는 장파장의 에너지 파장영역을 띄는 가시광선대가 가장 적합한데, 실제로 산화물이 광촉매 작용을 하기 위해서는 가전자대와 전도대의 위치가 중요하게 작용한다.
수용액내의 광촉매 표면에서 일어나는 대표적인 산화반응은 H2O/H이고 환원반응은 H+/H2이므로 전도대의 위치는 H+/H2의 환원반응이 일어나는 에너지 준위보다 높아야 하며 가전자대의 위치는 H2/O2산화반응이 일어나는 에너지 준위보다 낮아야 한다.
따라서, 각 촉매별 특성과 원자궤도함수의 특성에 따른 밴드갭 에너지와 산화환원 전위를 이용하여 장파장 영역에서 활성을 나타내는 혼합광촉매를 제조한다.
다음 표 1은 금속 산화물별 gas 및 용매의 흡착특성을 나타낸 것이다.
| 금속 가스 | O2C2H2C2H4CO H2CO2N2 |
| Ca, Sr, Ba, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Fe, (Re) | + + + + + + + |
| Ni, (Co) | + + + + + + - |
| Rh, Pd, Pt, (Ir) | + + + + + - - |
| Al, Mn, Cu, Au | + + + + - - - |
| K | + + - - - - - |
| Mg, Ag, Cd, Zn, In, Bi, Si, Ge, Sn, Pb, As, Sb | + - - - - - - |
| Se, Te | - - - - - - - |
이하 제조예 및 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명한다. 그러나 이들은 본 발명을 보다 상세히 설명하기 위한 것으로 제공되는 것일 뿐 본 발명의 범위가 이들에 의해 한정되는 것은 아니다.
[제조예 1 : 혼합 광촉매 고정화 지지체]
도 5는 상기와 같은 조건을 만족하면서 최적의 광효율을 나타낼 수 있도록 제조된 혼합광촉매 고정화 지지체의 제조 과정을 개략적으로 나타낸 흐름도이다.
반도체 광촉매용으로 널리 사용되어지고 있는 O(Oxidation)-type, R(Reduction)-type, OR(Oxidation-Reduction)-type의 여러 가지 광촉매 특성을 지닌 공업용 및 시약용 분말 광촉매인 TiO2, CdS, CdTe, CdSe, WO3, MoS2, ZnO, Fe2O3, SrTiO3등을 적정비율로 혼합한다. 이와 연계하여 자외선 방출 형광물질인 Ir, Ru 및 전자전달체 물질 자체의 특성을 이용하여 상승작용을 동반하도록 일정비율로 혼합한다.
상기와 같이 혼합광촉매가 제조가 되면 지지체에 고정하게 되는데, 유리막대(glass rod), ceramic ball, plate 같은 고정화 지지체에 유리수(glass water)나 점토류 등 규소(Si) 성분을 함유하는 액상물질을 바인더 물질로 사용하여 dipping 공정 또는 brush 등을 이용하여 골고루 도포하여 균일하게 고정화시키되, 고정화된 표면에 미리 혼합되어진 분말을 스프레이나 공기압축기를 이용하거나 몰딩 작업을 통하여 적당하게 혼합된 광촉매 분말을 고정화한 후 이를 실온에서 하룻밤 충분히 건조시킨다.
상기 혼합광촉매 고정화 지지체는 유리(glass), 제올라이트, 활성탄소, Ceramic, Pumice(stone)와 점토 등의 분말을 이용하여 제조된 것으로써, 구형, 평판형, 관형, 막대형 등의 형태를 가지거나 분말 혹은 다공성 구조를 취하는 것을 사용한다.
또한, 상기의 SiO2성분으로 이루어진유리수는 강염기 영역에서는 용액으로 존재하지만 pH가 조금만 낮아져도 고체로 응결되어진다. 이러한 성질과 광촉매 광반응시 반응성에 방해를 하지 않는 물질로써 일부 몇몇 문헌에서는 오히려 광반응을 상승시킨다고 되어져 있으며 SiO2의 경우 결정구조가 반도체 산화물과 유사하여 결합의 정도가 강하여 타 물질에 비하여 안정되게 고정화 과정을 행할 수 있다.
상기 제조되어진 분말 고정화 광촉매 지지체는 소성과정을 거친 후 바로 이용될 수도 있으며, 또한 이러한 공정을 생략 또는 이용하여 다시 제조되어진 혼합 광촉매 분말을 고정화 할 수도 있다.
그리고 제조된 혼합광촉매는 gel 상태 혹은 분말 상태에서 고정할 수 있으며, 상기 각 과정마다 1회 이상의 고정화 작업을 반복할 경우에는 촉매가 지지체와 들떠서 결합되지 않는 것을 방지하기 위해 항상 소성처리 후 다시 고정화하는 작업을 수 회 반복한다.
또한 혼합광촉매 고정화 지지체를 폐수 중에 용출되는 것을 막기 위하여 수세작업을 통하고 실온 혹은 그 이상의 온도에서 열처리 등을 통하여 용출을 막을 수 있다.
[제조예 2 : 나노입자 혼합광촉매 제조]
상기와 같이 제조되어진 혼합광촉매 기판의 표면에 도 7과 같이 단일 광촉매 혹은 나노입자 혼합광촉매를 함께 고정함으로써 활성을 더욱 극대화 할 수 있다.
나노입자 혼합광촉매는 sol-gel 법과 침전법, 수열합성법등으로 제조할 수 있는데, 이는 gel용액에 금속산화물, 광촉매 sol 또는 gel을 혼합한 뒤 고정하여 제조할 수 있다.
본 발명에서는 침전법을 이용하여 제조한 것으로 도 6은 나노입자 혼합광촉매의 제조방법을 개략적으로 도시한 흐름도이다.
우선, 출발물질로써 기존에 판매되어지고 있는 광촉매나 혹은 혼합광촉매에 사용하고자 하는 Chloride계 반도체 광촉매를 이용하거나 금속 알콕사이드류를 용매 중에서 균일한 sol 상태의 용액으로 합성하고 상기와 같이 합성되어진 다양한 광촉매 sol을 일정비율로서 혼합하여 각 반도체 sol이 혼합되도록 초기에는 급속교반 그리고 합성되어진 분말이 일정한 구조를 지니게 하기 위하여 일정시간 경과 후에는 완속교반을 행한다.
제조되어진 혼합광촉매 sol은 온도를 가하여 주거나 시간을 경과시켜 점도를 증가시킴과 동시에 화학반응을 촉진시켜 일정한 sol 형태를 얻고 이를 세척과정과 실온 또는 그 이상의 온도에서 소성과정을 통하여 혼합광촉매 결정 분말을 얻는다.
본 발명에서는 소성과정을 거치지 아니한 sol 용액을 고정화하여 결정구조 및 박막형성을 위하여 소성처리하거나 혹은 소성처리 후 제조되어진 혼합광촉매 분말을 착화제를 이용하여 고정화한다.
상기와 같이 합성하여 고정화 되어진 단일 혹은 혼합광촉매는 그 경제성이 기존에 연구 보고되어지는 광촉매에 비하여 활성이 훨씬 뛰어남을 알 수 있다.
[실시예 1]
본 실시예는 상기와 같이 제조되어진 혼합광촉매를 UV-Vis Spectrophotometer를 이용하여 흡수 파장을 측정한 결과이다.
도 8(a)는 Titanium dioxide(TiO2) 결정구조에 Fe2O3를 일정량 혼합하고 소성처리를 행하여 제조된 혼합 광촉매 고정화 지지체의 Fe 함량에 따른 광흡수스펙트럼을 나타낸 것이다. TiO2에 대한 Fe 함량이 증가됨에 따라 흡수스펙트럼이 장파장 영역으로 이동되어짐을 알 수 있다.
도 8(b)는 Titanium dioxide(TiO2) 결정구조에 CuO를 일정량 혼합하고 소성처리를 행하여 제조된 혼합 광촉매 고정화 지지체의 Cu 산화물의 함량에 따른 광흡수스펙트럼을 나타낸 것이다. Cu 함량이 증가됨에 따라 흡수스펙트럼이 장파장 영역으로 이동되어짐을 알 수 있다. 또한 100%의 순수 Cu 산화물의 경우에는 400nm 부근에서도 흡수파장 피크를 나타냄으로서 태양광의 장파장 영역의 광원의 이용이 가능함을 나타내고 있다.
도 8(c)는 Titanium dioxide(TiO2) 결정구조에 Co를 일정량 혼합하고 소성처리를 행하여 제조된 혼합 광촉매 고정화 지지체의 Co 산화물의 함량에 따른 광흡수스펙트럼을 나타낸 것이다. Co의 경우, 다량 첨가되면 될수록 박막의 경도와 파장 흡수력은 증가 되어지나, 활성 실험을 하여 본 결과 오히려 감소되어지는 결과를 보인다.
도 8(d)는 Titanium dioxide(TiO2) 결정구조에 W를 일정량 혼합하고 소성처리를 행하여 제조된 혼합 광촉매 고정화 지지체의 W 산화물의 함량에 따른 광흡수스펙트럼을 나타낸 것이다. W의 경우 다량 첨가되면 될수록 파장 흡수력은 상당히 증가되어지나 박막의 경도는 오히려 감소되어지는 결과를 나타내고 있다.
상기의 실험 결과는 철과 텅스텐의 산화물을 Lab - 실험에서의 결과로써 찾아낸 일정량의 비율로서 혼합하였을 때 그 흡수 파장 영역이 더 낮은 에너지 즉, 장파장 영역으로 이동함은 물론 수중에 용출되어지는 것을 막을 수 있었다. 이러한 결과를 바탕으로 하여 소량의 광촉매 물속에 용출되지 아니하는 범위 내에서 혼합하여 줌으로써, 그 활성을 증가 시킬 수 있고, 이렇게 혼합되어진 장파장 영역에서 활성을 띄는 광촉매는 TiO2등의 산화방지제 광촉매를 이용하여 용출되는 정도를 제어할 수 있다.
[실시예 2]
본 실시예는 본 발명에서 개발되어진 혼합광촉매 분말의 결정구조를 다양한 소성온도의 변화에 따라 확인하기 위하여 XRD로 분석한 결과이다.
도 9(a)(b)(c)는 각각 침전법에 의하여 자체 합성되어진 순수 TiO2, Fe-TiO2, W-TiO2를 열처리 온도별로 그 결정구조를 관찰한 그래프이다.
XRD 실험 데이터의 결과로써 보는 바와 같이 순수 TiO2의 경우 400℃에서 anatase형의 결정구조가 생성되었으며, 소성온도가 상승함에 따라 rutile형의 결정구조가 생성됨을 알 수가 있다.
이러한 순수 TiO2의 결정구조 내부에 장파장 흡수스펙트럼이 뚜렷이 나타난 상태의 Fe와 W을 혼합하여 제조한 혼합광촉매의 경우 Fe의 경우에는 순수 TiO2에 대하여 온도가 상승함에 따라 400℃에서는 anatase형이, 600℃에서는 rutile형이 생성되어졌으나, W을 일정량 주입하여 제조되어진 혼합광촉매의 경우는 오히려 400℃에서 rutile형이 관찰되다가 600℃에서는 그 정도가 감소되어짐을 볼 수가 있다.
따라서, 상기 혼합광촉매는 수처리 및 환경정화에 응용되고자 할 때 각 흡착 물질이 다르게 나타나며 상호 산화환원방지의 역할 및 광원의 흡수 영역 변화 그리고 결정구조 생성등에 미치는 영향이 크게 변화되어진다.
이상에서의 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러가지 형태로 치환 변경이 가능하므로 전술한 제조예와 실시례 및 첨부된 도면에 한정되는 것은 아니다.
이상과 같이 본 발명은 태양광의 장파장 영역 이용이 가능한 혼합광촉매 고정화 지지체 및 이의 제조방법에 있어 다양한 성상의 광촉매를 혼합하되, 형광물질과 전자 전달체 같은 상승유발물질을 첨가하고 바인더 물질을 사용하여 고정화한 지지체를 제조하고, 상기 고정화 지지체에 나노 입자 혼합광촉매를 함께 고정함으로써, 더욱 낮은 에너지 또는 장파장 영역의 광원을 사용함에 있어서도 훨씬 더 높은 광활성을 나타내며 상기 혼합광촉매를 장파장 영역의 광원을 사용하여 광반응이 가능한 시스템에 이용하였을 경우에도 기업의 경제적 부담을 감소시켜 경쟁력 강화 및 환경비전문가도 안정적으로 운영할 수 있을 뿐 아니라, 또한 폐수의 성상 변화에 관계없이 다양한 성상의 난분해성 물질 및 독성 물질을 효율적으로 분해시켜 광촉매 산화장치를 폐수의 기존 공정에 적용할 수 있도록 하며 오염물질을 완전 산화 분해하여 2차 오염을 일으키지 않는 효과가 있다.
Claims (10)
- 광촉매 특성(Phorocatalystic property)을 나타내는 층 표면의 일부 또는 전부에 고정화 지지체에 있어서,티타늄 산화물을 포함하거나 고상(solid plate)의 촉매 산화물, 형광물질, 전자전달체 물질을 광촉매 특성을 가지는 금속산화물 분말 중 적어도 하나 이상과 혼합되어 이루어진 혼합광촉매 분말을 고정화된 표면에 규소 성분을 함유하는 유리수나 점토류의 바인더 물질을 이용하여 스프레이 방식이나 몰딩작업을 통해 고정화한 후, 소성처리하여 고정된 것을 특징으로 하는 장파장 영역 이용이 가능한 혼합광촉매 고정화 지지체
- 제 1항에 있어서,상기 고상의 촉매 산화물은 Zn, Sn, W, Fe 에서 하나 또는 중복되게 이루어짐을 특징으로 하는 장파장 영역 이용이 가능한 혼합광촉매 고정화 지지체
- 제 1항에 있어서,상기의 광촉매 특성을 가지는 금속산화물 분말은 O-type, R-type, OR-type의 광촉매 특성을 지닌 공업용·시약용 분말인 Ti, Cd, W, Mo, Zn, Fe, Sr, Sn의 산화물로, 적어도 한 가지 이상의 물질이 이용됨을 특징으로 하는 장파장 영역 이용이 가능한 혼합광촉매 고정화 지지체
- 제 1항에 있어서,상기 형광물질은 Ru, Ir의 자외선 방출물질 또는 금속물질의 혼합물로 이루어짐을 특징으로 하는 장파장 영역 이용이 가능한 혼합광촉매 고정화 지지체
- 제 1항에 있어서,상기 혼합광촉매 고정화 지지체는 유리, 제올라이트, 활성탄소, Ceramic, Pumice(stone), 점토의 분말로 제조되며, 구형, 평판형, 관형, 막대형의 형태를 가지거나 분말 또는 다공성 구조로 이루어짐을 특징으로 하는 장파장 영역 이용이 가능한 혼합광촉매 고정화 지지체
- 광촉매 특성을 나타내는 층 표면의 일부 또는 전부에 고정화 지지체를 제조함에 있어서,티타늄 산화물을 포함하거나 고상의 촉매 산화물, 또는 형광물질과 전자전달체 물질을 광촉매 특성을 가지는 금속산화물 분말 중 적어도 하나 이상과 혼합하고, 규소 성분이 함유된 유리수나 점토류를 바인더 물질로 이용하여 지지체에 고정되게 하되, 상기 지지체의 표면에 혼합된 분말을 스프레이나 공기압축기를 이용하거나 몰딩 작업을 통하여 고정화한 후 실온에서 1일 동안 건조시킨 후 소성과정을 거쳐 제조되어짐을 특징으로 하는 장파장 영역 이용이 가능한 혼합광촉매 고정화 지지체의 제조방법
- 제 6항에 있어서,상기 혼합광촉매 고정화 지지체는 실온 또는 그 이상의 온도에서 열처리를 통해 제조되어짐을 특징으로 하는 장파장 영역 이용이 가능한 혼합광촉매 고정화 지지체의 제조방법
- 제 6항에 있어서,상기 혼합광촉매 고정화 지지체의 표면에 단일 광촉매 또는 나노입자 혼합광촉매를 함께 고정하여 제조되어짐을 특징으로 하는 장파장 영역 이용이 가능한 혼합광촉매 고정화 지지체의 제조방법
- 제 8항에 있어서,상기 나노입자 혼합 광촉매의 결정 분말은 Chloride계 반도체 광촉매를 이용하거나 금속알콕사이드류를 용매중에서 균일한 sol 상태의 용액으로 합성하고 일정비율로 혼합하여 서서히 교반시킨 다음 실온 또는 그 이상의 온도에서 소성과정을 통하여 제조됨을 특징으로 하는 장파장 영역 이용이 가능한 혼합광촉매 고정화 지지체의 제조방법
- 제 8항에 있어서,상기 나노입자 혼합광촉매 제조시 사용되는 수열합성법, 침전법, sol-gel법에서 gel용액에 금속산화물, 광촉매 sol 또는 gel을 혼합한 뒤 고정하여 제조됨을 특징으로 하는 장파장 영역 이용이 가능한 혼합광촉매 고정화 지지체의 제조방법
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