KR100720241B1 - 가시광 응답형 3차원 미세셀 구조 광촉매 필터 및 그제조방법 및 정화장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 가시광 응답형 3차원 미세셀 구조 광촉매 필터는, 기공률이 85 용량% 이상의 스폰지상 다공질 구조체(A) 표면에, 아나타제형의 산화티탄 피막이 형성되어 이루어지며, 또한, 상기 스폰지상 다공질 구조체(A)가, (a) 탄소, 및, 실리콘 및/또는 실리콘합금, (b) 실리콘, 실리콘합금, 탄소로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 한 종, 및 탄화규소, (c) 실리콘, 실리콘합금, 탄소, 탄화규소로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 한 종 및 질화규소, (d) 탄소, (e) 티탄, 바나듐, 크롬, 망간, 철, 코발트, 니켈, 동, 루테늄, 로듐, 팔라듐, 은, 백금, 금으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 한 종의 금속 및 탄소로 이루어지는 군으로부터 선택된 어느 한 종을 포함하는 스폰지상 다공질 구조(B)로 이루어지는 것이다.
Description
본 발명은, 가시광 응답형 3차원 미세셀 구조 광촉매 필터 및 그 제조방법 및 상기 가시광 응답형 3차원 미세셀 구조 광촉매 필터를 이용한 정화장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 자외선 외에 가시광에서도 고효율의 광촉매 작용을 일으키는 가시광 응답형 3차원 미세셀 구조 광촉매 필터 및 그 제조방법, 및 NOx 등의 유해물질을 포함하는 오염공기의 정화나 오염수의 청정화 등을 고효율적으로 행할 수 있는 정화장치에 관한 것이다.
산화티탄은 태양이나 형광등 등의 빛, 특히 자외선에 의한 광촉매 작용으로 그 표면에 강력한 산화력이 생긴다. 이 결과, 산화티탄이 그 산화티탄과 접촉하고 있는 유기화합물이나 세균 등의 유해물질을 제거할 수 있는 것이 잘 알려져 있다(예컨대, 일본 특허 공보 제 2883761호 참조, 공개일: 1993년 6월 22일, 등록일: 1999년 2월 5일, 이하 특허문헌 1이라고 한다). 그러나, 산화티탄은 분말상이기 때문에, 그 상태로 사용하면, 분말상의 산화티탄(산화티탄 분말)이 기체나 유체 중에 확산 되어버린다. 이 때문에, 산화티탄을 사용할 경우, 산화티탄 분말을 고정화할 필요가 있다. 이 산화티탄 분말을 고정화하는 방법에 따라, 유해물질과 산화티탄이 접촉할 확률이 크게 지배된다. 또한, 이때 빛이 산화티탄에 도달하지 않으면 광촉매 작용은 일어날 수 없다. 그리하여 산화티탄을 고정화하는 대상으로는, 종래, 특허문헌 1에도 기재된 바와 같이 각종 형상의 기판, 또는, 막 상체, 글래스비즈, 실리카겔, 스텐레스울 등 여러가지 것들이 제안되어 있다.
본원 발명자들 중의 한 사람도, 미세 중공 글래스 구상체에 산화티탄을 피복한 정화장치를 제안했다(일본 공개 공보인 특허공개공보 제 2001-179246호 참조, 공개일: 2001년 7월 3일, 이하 특허문헌 2라고 한다). 도시는 생략하나, 이 정화장치는 광원과 외투관 사이의 공극에 다수의 산화티탄 피복 미세 중공 글래스 구상체를 충진한 것으로서, 간단한 조작으로, 거기다 2차 공해의 염려 없이 오염유체를 정화할 수 있는 것이었다. 그러나, 이러한 미세 중공 글래스 구상체도 또한 자외선이 산화티탄에 충분히 도달한다고는 말하기 어려워, 더욱더 광촉매 작용의 향상이 기대되고 있다.
이상과 같이, 본원 발명자의 한 사람이 제안한 특허문헌 2의 정화장치는, 획기적이기는 했으나, 광촉매의 작용효과를 최대한까지 끌어냈다고는 말할 수 없는 것이었다.
또한, 광촉매의 이용이 확대됨에 따라, 자외선 영역뿐만 아니라, 태양광 등의 가시광에서 고효율로 기능 하는 가시광 응답형 3차원 미세셀 구조 광촉매 필터에 대한 기대가 높아지고 있다. 태양광 등에서 오염공기의 정화나 오염수의 청정화가 고효율적으로 행해지면 전력도 필요없어, 비약적으로 광촉매의 용도를 확대한 것으로 기대된다.
본 발명의 목적은, 광촉매에 조사하는 빛의 관리가 용이하고, 나아가 가시광에서도 작동하며, 고효율의 광촉매 작용을 일으키며, 제조가 용이한 가시광 응답형 3차원 미세셀 구조 광촉매 필터 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 또 하나의 목적은, 광촉매에 조사하는 빛의 관리가 용이하여 가시광에서도 고효율의 광촉매 작용을 일으키는 정화장치를 제공하는 것이다.
본원 발명자들은, 상기 목적을 달성하도록 예의 검토했다. 정화작용을 향상시키기 위해서는 유체와 접할 확률이 높은 필터가 바람직하며, 세라믹 허니콤이나
3차원 세라믹 폼 필터 (이하, 3차원 세라믹 필터라고 한다) 중에서도 3차원 세라믹필터가 가장 유체와 접촉할 확률이 높다. 예컨대, 종래, 브리지스톤 주식회사로부터 판매되고 있는 주철용 세라믹 폼 필터도 3차원 세라믹 필터의 하나이나, 종래의 3차원 세라믹 필터는 빛을 투과시키는 것은 생각할 수 없었다.
상기 주철용 세라믹 폼 필터는, 스폰지에 탄화규소분말 슬러리를 함침한 후, 잉여 슬러리의 제거를 행하고 나서, 건조, 소성하여 다공질 탄화규소 구조체로서 제조된 것이다. 그 물성치는, 공칭에서는, 기공률은 약 85%, 용적밀도 약 0.42g/㎤ 으로 되어 있다.
그러나, 본원 발명자들이 예의 검토한 결과, 상기 주철용 세라믹 폼 필터와 같은 3차원 세라믹 필터에 광촉매를 고정화하여도, 형광등과 같은 가시광에서는 광촉매 작용을 발휘하지 않는 것을 알아냈다.
이를 테면, 상기 주철용 세라믹 폼 필터는, 탄화규소의 분말을 소결법으로 제작하기 때문에, 스폰지상 골격의 가교 부분에서는 슬러리를 어느 정도 두툼하게 하지 않으면 강도가 약해진다. 그래서, 이것을 피하기 위해 슬러리를 두툼하게 하면, 기공률이 85 용량% 보다도 낮아져, 잉여 슬러리가 셀이 되는 부분의 구멍을 막고, 스폰지상 골격의 가교 굵기도 굵어진다. 또한, 셀의 크기가 작아지면 작아질수록 잉여 슬러리 때문에 구멍이 막힌다.
즉, 상기 종래의 3차원 세라믹 필터는, 빛을 투과시키는 것은 생각할 수 없었을 뿐만 아니라, 소결법으로 제작하기 때문에 어느 정도 두툼하게 형성할 필요가 있어, 스폰지상 골격의 가교 굵기의 평균(골격 부분의 굵기의 평균치)가 굵어지며, 상술한 바와 같이, 기공률이 85 용량% 보다도 낮아지는 데다가, 잉여 슬러리가 남아서 셀이 되는 부분의 구멍을 막아 흐름을 차단하여, 내부에 충분한 빛이 통하지 않는 것이었다.
그리하여, 상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 가시광 응답형 3차원 미세셀 구조 광촉매 필터는, 기공률이 85 용량% 이상의 스폰지상 다공질 구조체(A)표면에, 아나타제(Anatase) 형의 산화티탄 피막이 형성되어 이루어지고, 또한, 상기 스폰지상 다공질 구조체(A)가,
(a) 탄소, 및 실리콘 및/또는 실리콘 합금,
(b) 실리콘, 실리콘 합금, 탄소로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 한 종 및 탄화규소,
(c) 실리콘, 실리콘 합금, 탄소, 탄화규소로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 한 종, 및 질화규소,
(d) 탄소,
(e) 티탄, 바나듐, 크롬, 망간, 철, 코발트, 니켈, 동, 루테늄, 로듐, 팔라듐, 은, 백금, 금으로 이루어지는 군으로부터 선택된 어느 한 종의 금속, 및 탄소,
로 이루어지는 군으로부터 선택된 어느 한 종을 포함하는 스폰지상 다공질구조(B)로 이루어지는 것을 특징으로 하고 있다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 관한 가시광 응답형 3차원 미세셀 구조 광촉매 필터는, 표면에 산화티탄 피막이 형성된 스폰지상 다공질 구조(B)를 구비한 가시광 응답형 3차원 미세셀 구조 광촉매 필터로서, 상기 스폰지상 다공질 구조(B)가, 탄소와, 실리콘 및 /또는 실리콘 합금을 포함함과 함께 기공률 85 용량% 이상의 스폰지상 다공질 구조체(A)를 산화티탄을 포함 또는 생성하는 용액에 침지시키고, 건조한 후에 산화 분위기 하에서, 100℃~800℃ 에서 소성함으로서 구성되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.
또한, 본 발명에 관한 가시광 응답형 3차원 미세셀 구조 광촉매 필터는, 상기 목적을 달성하기 위하여, 표면에 산화티탄이 형성된 스폰지상 다공질구조(B)를 구비한 가시광 응답형 3차원 미세셀 구조 광촉매 필터로서, 상기 스폰지상 다공질구조(B)가, 탄화규소와, 실리콘, 실리콘합금, 탄소로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 한 종을 포함함과 함께 기공률 85 용량% 이상의 스폰지상 다공질 구조체 (A)를 산화티탄을 포함 또는 생성하는 용액에 침지시키고, 건조한 후에 산화 분위기 하에서, 100℃~800℃에서 소성함으로써 구성되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.
또한, 본 발명에 관한 가시광 응답형 3차원 미세셀 구조 광촉매 필터는 상기 목적을 달성하기 위하여, 표면에 산화티탄 피막이 형성된 스폰지상 다공질 구조 (B)를 구비한 가시광 응답형 3차원 미세셀 구조 광촉매 필터로서, 상기 스폰지상 다공질 구조(B)가, 질화규소와, 실리콘, 실리콘합금, 탄소, 탄화규소로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 한 종을 포함함과 함께 기공률 85 용량% 이상의 스폰지상 다공질 구조체(A)를 산화티탄을 포함 또는 생성하는 용액에 침지시키고, 건조한 후에 산화 분위기 하에서, 100℃~800℃에서 소성함으로써 구성되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.
또한, 본 발명에 관한 가시광 응답형 3차원 미세셀 구조 광촉매 필터는, 상기 목적을 달성하기 위하여, 표면에 산화티탄 피막이 형성된 스폰지상 다공질 구조(B)를 구비한 가시광 응답형 3차원 미세셀 구조 광촉매 필터로서, 상기 스폰지상 다공질 구조(B)가, 탄소를 포함함과 함께 기공률 85 용량% 이상의 스폰지상 다공질 구조체(A)를 산화티탄을 포함 또는 생성하는 용액에 침지시키고, 건조한 후에 산화분위기 하에서 100℃~500℃에서 소성함으로써 구성되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.
또한, 본 발명에 관한 가시광 응답형 3차원 미세셀 구조 광촉매 필터는, 상기 목적을 달성하기 위하여, 표면에 산화티탄 피막이 형성된 스폰지상 다공질 구조(B)를 구비한 가시광 응답형 3차원 미세셀 구조 광촉매 필터로서, 상기 스폰지 형 다공질 구조(B)가, 탄소와, 티탄, 바나듐, 크롬, 망간, 철, 코발트, 니켈, 동, 루테늄, 로듐, 팔라듐, 은, 백금 ,금으로 이루어지는 군으로부터 선택된 어느 한 종의 금속을 포함함과 함께 기공률 85 용량% 이상의 스폰지상 다공질 구조체(A)를 산화티탄을 포함 또는 생성하는 용액에 침지시키고, 건조한 후에 산화 분위기 하에서, 100℃~500℃에서 소성함으로써 구성되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.
또한, 본 발명에 관한 정화장치는, 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 관한 상기 가시광 응답형 3차원 미세셀 구조 광촉매 필터를 구비하는 것을 특징으로 하고 있다.
또한, 본 발명에 관한 가시광 응답형 3차원 미세셀 구조 광촉매 필터의 제조방법은, 상기 목적을 달성하기 위하여, 탄소와, 실리콘 및/또는 실리콘 합금을 포함함과 함께 기공률 85 용량% 이상의 스폰지상 다공질 구조체(A)를 산화티탄을 포함 또는 생성하는 용액에 침지시키고, 건조한 후 산화 분위기 하에서, 100℃~800℃에서 소성하는 것을 특징으로 하고 있다.
또한, 본 발명에 관한 가시광 응답형 3차원 미세셀 구조 광촉매 필터의 제조방법은, 상기 목적을 달성하기 위하여, 탄화규소와, 실리콘, 실리콘합금, 탄소로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 한 종을 포함함과 함께 기공률 85 용량% 이상의 스폰지상 다공질 구조체(A)를 산화티탄을 포함 또는 생성하는 용액에 침지시키고, 건조한 후 , 산화 분위기 하에서, 100℃~800℃에서 소성하는 것을 특징으로 하고 있다.
또한, 본 발명에 관한 가시광 응답형 3차원 미세셀 구조 광촉매 필터의 제조방법은 상기 목적을 달성하기 위하여, 질화규소와, 실리콘, 실리콘합금, 탄소, 탄화규소로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 한 종을 포함함과 함께 기공률 85 용량% 이상의 스폰지상 다공질 구조체(A)를 산화티탄을 포함 또는 생성하는 용액에 침지시키고 건조한 후 산화 분위기 하에서, 100℃~800℃에서 소성하는 것을 특징으로 하고 있다.
또한, 본 발명에 관한 가시광 응답형 3차원 미세셀 구조 광촉매 필터의 제조방법은, 상기 목적을 달성하기 위하여, 탄소를 포함함과 함께 기공률 85 용량% 이상의 스폰지상 다공질 구조체(A)를 산화티탄을 포함 또는 생성하는 용액에 침지시키고, 건조한 후, 산화 분위기 하에서, 100℃~500℃에서 소성하는 것을 특징으로 하고 있다.
또한, 본 발명에 관한 가시광 응답형 3차원 미세셀 구조 광촉매 필터의 제조방법은, 상기 목적을 달성하기 위하여, 탄소와, 티탄, 바나듐, 크롬, 망간, 철, 코발트, 니켈, 동, 루테늄, 로듐, 팔라듐, 은, 백금, 금으로 이루어지는 군으로부터 선택된 어느 한 종의 금속을 포함함과 함께 기공률 85 용량% 이상의 스폰지상 다공질 구조체(A)를 산화티탄을 포함 또는 생성하는 용액에 침지시키고, 건조한 후 산화분위기 하에서, 100℃~500℃에서 소성하는 것을 특징으로 하고 있다.
상기 각 구성에 따르면, 광촉매에 조사하는 빛의 관리가 용이하며, 거기다 가시광에서도 작동하고, 고효율의 광촉매 작용을 일으키며, 제조가 용이한 가시광 응답형 3차원 미세셀 구조 광촉매 필터 및 그 제조방법을 제공할 수 있다.
또한, 상기의 각 구성에 따르면, 광촉매에 조사하는 빛의 관리가 용이하며, 가시광에서도 고효율의 광촉매 작용을 일으킬 수 있는 정화장치를 제공할 수 있다.
이하에, 본 발명에 관하여 보다 상세하게 설명한다.
도 1은, 본 발명의 실시의 한 형태에 따른, 투광창을 구비한 정화장치의 단면도이다.
도 2a는, 본 발명의 산화티탄 피복 스폰지상 다공질 구조체의 NOx 분해에 기초하는 광촉매 작용을 설명하는 그래프이다.
도 2b는, 본 발명의 산화티탄 피복 스폰지상 다공질 구조체의 NOx 분해에 기초하는 광촉매 작용을 설명하는 다른 그래프이다.
도 3은, 본 발명의 산화티탄 피복 스폰지상 다공질 구조체를 포함하는 정화장치를 사용한 NOx 분해에 기초하는 광촉매 작용을 설명하는 그래프이다.
도 4는, 본 발명에 있어서 다른 산화티탄 피복 스폰지상 다공질 구조체의 NOx 분해에 기초하는 광촉매 작용을 설명하는 그래프이다.
도 5는, 본 발명의 실시의 다른 형태에 따른 내부광원을 구비한 다른 정화장치의 단면도이다.
우선, 본 발명의 실시의 한 형태에 따른 정화장치에 관하여, 도 1에 기초하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 실시의 한 형태에 있어서의 투광창을 구비한 정화장치의 단면도이다.
도 1에 있어서, 1은 수지 등으로 형성된 평판상의 용기, 1a는 유체 도입구, 1b는 유체 출구, 1c는 내부 유로를 지그재그로 구성하기 위한 칸막이 판이다. 또 한, 도 1 중, 2는 골격의 가교 굵기의 평균이 1mm 이하, 기공률이 85 용량% 이상이고, 탄소, 또는 몰비(Si/C)가 0.1~2의 범위 내의 실리콘과 탄소, 또는 몰비(Si/SiC)가 0.1~4의 범위 내의 실리콘과 탄화규소, 몰비(Ti/C)가 0.1~2의 범위 내의 티탄과 탄소에 의해 구성되며, 표면에 산화티탄이 피복된 가시광 응답형 3차원 미세셀 구조 광촉매 필터이다. 한편, 상기 티탄 대신에, 철, 코발트, 니켈, 동, 루테늄, 로듐, 팔라듐, 은, 백금, 금, 바나듐, 크롬, 망간으로부터 선택된 적어도 한 종의 금속을 채용하여도 좋다. 이 가시광 응답형 3차원 미세셀 구조 광촉매 필터(2)는, 5mm~30mm, 바람직하게는 5mm~20mm의 두께의 평판상의 필터유닛으로 구성되어 있으며, 도 1에 도시하는 바와 같이, 지그재그의 내부 유로 내에 적층하여 용기(1) 내에 수용된다. 또한, 칸막이 판1c은 1mm정도의 얇은 판이며, 가시광 응답형 3차원 미세셀 구조 광촉매 필터(2)의 적층에는 방해물이 되지 않는다. 또한, 가시광 응답형 3차원 미세셀 구조 광촉매 필터(2)의 크기는 상술한 5mm~30mm로 한정되는 것이 아니라, 블럭에 가까운 필터유닛을 조합하여 사용하여도 좋다. 또한, 3은 평판상의 용기(1)의 정면에 마련된 투명한 글래스나 수지제판 등의 투명창(본 발명의 투광 영역)이며, 외표면 전체를 투광 영역으로 하여도 좋다. 또한 도 1에 나타낸 정화장치는 물리적인 여과를 행하지 않으며, 유체 도입구(1a)의 상류에, 도시하지 않은 물리적인 필터요소가 놓여져 있다.
유체 도입구(1a)로부터 도입된 유체는, 용기(1) 내에 들어오고 투광창(3)을 투과한 외부로부터의 가시광 또는 자외선 등에 의하여 고효율의 광촉매 작용을 받고, 지그재그의 내부 유로를 지나 유체 출구(1b)로부터 유출된다. 상기 내부 유로 는 지그재그로 되어 있기 때문에, 유로 길이를 크게 할 수 있어, 간단한 구성으로 효율적인 처리를 행할 수 있다. 또한, 상기의 정화장치는 평판상의 필터유닛을 적층시켜 이용하기 때문에, 내부까지 빛이 도달함과 함께, 성형과 조립이 용이하다.
이상과 같이, 도 1에 관한 정화장치는, 양단에 유체 도입구(1a)와 유체 출구(1b)가 마련됨과 함께 외부(외벽)에는 가시광 및/또는 자외선을 투과할 수 있는 투광 영역이 마련된 용기(1)와, 상기 용기(1)의 내부에 수용된 광촉매 필터를 구비하고, 상기 투광 영역으로부터 수광된 가시광 및 /또는 자외선에 의해 광촉매 필터가 상기 유체 도입구(1a)로부터 유입한 유체를 정화하여 상기 유체 출구(1b)로부터 배출하는 가시광 응답형의 정화장치이며, 상기 광촉매 필터가 본 발명에 따른 가시광 응답형 3차원 미세셀 구조 광촉매 필터를 평판상으로 형성한 필터유닛으로 구성되어 있다.
상기의 정화장치에 따르면, 외표면의 적어도 일부에, 예컨대 투명한 글래스나 수지제판 등을 마련하는 등, 투광 영역(외표면의 일부가 되는 투광창을 마련하는 것이나, 외표면 전체를 투광 영역으로 하는 것이라도 좋다)을 마련함으로써, 유체를 흘려낼 수 있음과 함께, 태양광 등의 가시광 또는 자외선, 혹은 그 둘 모두를 투과시킬 수 있다. 또한 5mm~30mm, 바람직하게는 5mm~20mm의 두께의 평판상의 필터유닛을 이용함으로써 내부까지 빛이 도달함과 함께 성형과 조립이 용이하며, 태양 등의 가시광을 사용하는 경우, 운전에 비용이 들지 않고, 저비용으로, 오염물질을 포함하는 가스나 액체에 대하여 고효율의 광촉매 작용을 일으키는 정화장치를 제공할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 실시의 다른 형태에 따른 정화장치에 관하여, 도 5에 기초하여 설명한다. 도 5는 본 발명의 실시의 다른 형태에 있어서, 내부 광원을 구비한 정화장치의 단면도이다.
한편, 도 1에서는 평판상으로 투광창(투광 영역)으로부터 자외선을 조사하는 정화장치에 관하여 예시하였는데, 도 5의 정화장치는, 용기(4) 내부, 보다 구체적으로는 용기(4)의 내관(7) 내에 광원(6)을 마련하고 있다.
이를 테면, 본 발명의 정화장치는 본 발명에 따른 가시광 응답형 3차원 미세셀 구조 광촉매 필터를 사용하고, 투광 영역으로부터 빛을 조사하거나, 링상으로 하여 유체를 흘려보냄과 함께 중앙의 공극 내부의 광원으로부터 빛을 조사함으로써, 상기 가시광 응답형 3차원 미세셀 구조 광촉매 필터 내부에 빛을 도입하도록 되어 있다.
도 5에 있어서, 4는 원통형의 용기, 4a는 유체 도입구, 4b는 유체 출구, 5는 링상 가시광 응답형 3차원 미세셀 구조 광촉매 필터, 7은 내관이다.
상기 링상 가시광 응답형 3차원 미세셀 구조 광촉매 필터(5)로는, 상기 가시광 응답형 3차원 미세셀 구조 광촉매 필터(2)와 마찬가지의 가시광 응답형 3차원 미세셀 구조 광촉매 필터를 사용할 수 있다. 이를 테면, 도 5 중, 5는 골격의 가교 굵기의 평균이 1mm 이하, 기공률이 85 용량% 이상이고, 탄소, 또는 몰비(Si/C)가 0.1~2의 범위 내의 실리콘과 탄소, 또는 몰비(Si/SiC)가 0.1~4의 범위 내의 실리콘과 탄화규소, 몰비(Ti/C)가 0.1~2의 범위 내의 티탄과 탄소에 의해 구성되며, 표면에 산화티탄이 피복된 가시광 응답형 3차원 미세셀 구조 광촉매 필터를 사용할 수 있다. 또한, 도 5에 도시한 정화장치에 있어서도, 상기 도 1에 도시한 정화장치와 같이 티탄 대신에, 철, 코발트, 니켈, 동, 루테늄, 로듐, 팔라듐, 은, 백금, 금, 바나듐, 크롬, 망간으로부터 선택된 적어도 1 종의 금속을 채용하여도 좋다.
상기 링상 가시광 응답형 3차원 미세셀 구조 광촉매 필터(5)는 내경 20~40mm, 외경 50~80mm, 높이 20~30mm의 링상 필터유닛이며, 도 5에 도시한 바와 같이 내관(7)의 길이방향, 즉, 광원(6)의 길이방향을 따라 적층하여 용기(4) 내에 수용된다. 또한, 도 5에 도시한 정화장치에 있어서, 6으로는, 블랙라이트나 살균등, 형광등 등의 광원이 사용된다. 또한, 7에는 투광성 있는 글래스나 수지 등의 내관이 사용된다. 8은 물리적 필터이며, 도 5에 도시한 정화장치에 있어서는, 물리적 필터(8)는, 유체 도입구(4a)의 링상 가시광 응답형 3차원 미세셀 구조 광촉매 필터(5)로의 입구와, 유체 출구(4b)의 링상 가시광 응답형 3차원 미세셀 구조 광촉매 필터(5)로부터의 출구에 마련되어 있다.
도 5에 도시한 정화장치에 있어서도, 유체 도입구(4a)로부터 도입된 유체는, 용기(4) 내에 들어와, 광원(6)으로부터의 가시광 또는 자외선 등에 의해 고효율의 광촉매 작용을 받은 후, 유체 출구(4b)로부터 유출된다. 상기 정화장치는 간단한 구성이며, 광촉매에 조사되는 빛의 관리가 용이하여 고효율의 광촉매 작용을 얻을 수 있다.
이상과 같이, 도 5에 도시한 정화장치는, 유체 도입구(4a)와 유체 출구(4b)가 양단에 마련된 용기(4)와, 상기 용기(4)의 내부에 수용되고, 내부에 원통형 공극이 마련된 링상 광촉매 필터와, 상기 링상 광촉매 필터의 원통형 공극 내에 마련 되고 가시광 및/또는 자외선을 조사할 수 있는 광원(6)을 구비하고, 상기 광원(6)으로부터 조사된 가시광 및/또는 자외선에 의해 광촉매 필터가 상기 유체 도입구(4a)로부터 유입한 유체를 정화하여 상기 유체 출구(4b)로부터 배출하는 가시광 응답형의 정화장치로서, 상기 광촉매 필터가 본 발명에 따른 가시광 응답형 3차원 미세셀 구조 광촉매 필터를 링상으로 형성한 필터유닛으로 구성되어 있다.
상기 구성에 따르면, 오염물질을 포함하는 가스나 액체에 대하여 고효율의 광촉매 작용을 일으키는 정화장치를 제공할 수 있다. 특히, 도 5에 도시한 정화장치는, 유체 도입구(4a)와 유체 출구(4b)가 양단에 마련된 용기(4)에 링상의 필터유닛을 설치하기 때문에 조립이 용이하며, 링상의 필터유닛 내부의 원통형 공극에, 직접 또는 내관(7)을 개재하여, 블랙라이트나 살균등, 또는 형광등을 배치함으로써 용이하게 상기 정화장치를 제공할 수 있다.
또한, 상술한 구체적 예에 있어서는, 상술한 바와 같이 골격의 가교 굵기의 평균이 1mm 이하, 기공률이 85 용량% 이상이고, 탄소, 또는 몰비(Si/C)가 0.1~2의 범위 내의 실리콘과 탄소, 또는 몰비(Si/SiC)가 0.1~4의 범위 내의 실리콘과 탄화규소, 몰비(Ti/C)가 0.1~2의 범위 내의 티탄과 탄소에 의해 구성되며, 표면에 산화티탄이 피복된 가시광 응답형 3차원 미세셀 구조 광촉매 필터를 예를 들어 설명하였는데, 본 발명은 이것에 의하여 하등 한정되는 것이 아니다.
본 발명에 관한 가시광 응답형 3차원 미세셀 구조 광촉매 필터로는, 기공률이 85 용량% 이상의 스폰지상 다공질 구조체(A) 표면에, 아나타제형의 산화티탄 피막이 형성되어 이루어지며, 또한, 상기 스폰지상 다공질 구조체(A)가 하기 (a)~(e);
(a) 탄소, 및, 실리콘 및/또는 실리콘 합금,
(b) 실리콘, 실리콘합금, 탄소로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 한 종, 및 탄화규소,
(c) 실리콘, 실리콘합금, 탄소, 탄화규소로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 한 종, 및 질화규소
(d) 탄소
(e) 티탄, 바나듐, 크롬, 망간, 철, 코발트, 니켈, 동, 루테늄, 로듐, 팔라듐, 은, 백금, 금으로 이루어지는 군으로부터 선택된 어느 한 종의 금속, 및 탄소,
로 이루어지는 군으로부터 선택된 어느 한 종을 포함하는 스폰지상 다공질 구조(B)로 이루어지는 가시광 응답형 3차원 미세셀 구조 광촉매 필터를 들 수 있다.
그 중, 예컨대 상기 스폰지상 다공질 구조체(A)가 (a) 탄소, 및, 실리콘 및/또는 실리콘 합금을 포함하는 스폰지상 다공질 구조(B)로 이루어지는 가시광 응답형 3차원 미세셀 구조 광촉매 필터는, 탄소와, 실리콘 및 / 또는 실리콘 합금을 포함함과 함께 기공률 85 용량% 이상의 스폰지상 다공질 구조체(A)를 산화티탄을 포함 또는 생성하는 용액에 침지시키고, 건조한 후, 산화 분위기 하에서, 100℃~800℃로 소성함으로써 용이하게 제조할 수 있다.
즉, 상기 가시광 응답형 3차원 미세셀 구조 광촉매 필터는, 표면에 산화티탄 피막이 형성된 스폰지상 다공질 구조(B)를 구비한 가시광 응답형 3차원 미세셀 구 조 광촉매 필터로서, 상기 스폰지상 다공질 구조(B)가, 탄소와, 실리콘 및/또는 실리콘 합금을 포함함과 함께 기공률 85 용량% 이상의 스폰지상 다공질 구조체(A)를, 산화티탄을 포함 또는 생성하는 용액에 침지시키고, 건조한 후 산화 분위기 하에서, 100℃~800℃로 소성함으로써 구성되어 있다.
또한, 본 발명에 있어서, 산화티탄을 포함하는 용액으로는, 아몰퍼스(Amorphous)형 또는 아나타제형의 산화티탄 미분말을 포함하는 슬러리나 산화티탄의 졸(Sol)이 있다. 또한, 산화티탄을 생성하는 용액으로는, 열분해나 화학분해 후에 산화티탄을 형성하는 티탄의 염화물, 질산화합물, 황산화합물, 유기화합물 등, 어떤 것이라도 좋다.
상기 용액에 사용되는 용매로는, 구체적으로는 예컨대 물, 염산수용액 등을 들 수 있다. 또한, 상기 용액 중의 산화티탄의 농도로는, 1회의 처리로 충분한 양을 얻을 수 있으므로, 5 중량%~10 중량%의 범위 내가 바람직하다.
또한, 후술하는 실시예에서는, 산화티탄을 포함하는 용액으로, 시중에 판매되고 있는 광촉매용 산화티탄 코팅제 (테이카 주식회사제, 상품명[TKC-303])을 사용했으나, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다.
상기 가시광 응답형 3차원 미세셀 구조 광촉매 필터는, 가교 부분(3차원의 그물상의 골격 부분)에 의해 미세셀이 여러 개 연결된 구성이며, 상기 스폰지상 다공질 구조체(A)가 탄소와, 실리콘 및/ 또는 실리콘 합금을 포함함과 함께 기공률 85 용량% 이상의 스폰지상 다공질 구조체이기 때문에, 산화티탄, 즉 광촉매를 용이하게 고정할 수 있음과 함께, 광촉매에 조사하는 빛의 관리가 용이하다. 또한, 광 투과율이 높고, 산화티탄의 부착률을 높일 수 있음과 함께, 예컨대 탄소와 실리콘으로 형성되고, 프리실리콘(유리실리콘)이 존재함으로써, 가시광에서도 광촉매 작용을 효과적으로 발현시킬 수 있다. 또한, 산화 분위기 하에서, 100℃~800℃로 소성한 산화티탄에 의해 고효율의 광촉매 작용을 발현시킬 수 있으며, 또한 제조가 용이하다.
여기서, 100℃~800℃에서 소성하는 이유는, 100℃ 보다 낮은 온도에서 소성했을 때는, 광촉매인 산화티탄이 필터에 고착되기 어려워, 산화티탄의 고착이 충분하지 않고, 소성온도가 올라가면, 결정립경이 커져 광촉매로서의 활성이 저하됨과 함께, 800℃ 보다 높은 온도에서 소성했을 때는, 산화티탄이 광촉매로서 활성 있는 산화티탄의 결정구조인 아나타제형에서 루틸형으로 변화해 버려 광촉매로서의 정화효율이 저하되기 때문이다.
이를 테면, 본 발명에 관한 가시광 응답형 3차원 미세셀 구조 광촉매 필터는 상술한 바와 같이 상기 스폰지상 다공질 구조체(A) 표면에 아나타제형의 산화티탄이 형성(고정)되어 있는 구성을 하고 있다.
또한, 탄소를 포함하는 스폰지상 다공질체는, 탄소의 산화가 시작되는 500℃ 이하에서의 소성이 바람직하나, 500℃ 이상의 산화 분위기 하에서도 단시간에 처리하면 탄소를 산화시키지 않고 처리할 수 있다. 또한 탄소는 수지 등의 탄소화로부터 생기는 아몰퍼스형 탄소가 강도적으로도 우수하기 때문에 바람직하다.
또한, 상술한 본 발명의 방법에 따르면, 상기 스폰지상 다공질 구조체(A)로하여, 예컨대 탄화규소의 분말을 사용하여 소결법에 의해 제작한 3차원 세라믹 필 터를 사용하는 경우와 달리, 스폰지상 골격의 가교 굵기의 평균(골격 부분의 굵기의 평균치)가 굵어져 기공률이 저하하거나, 잉여 슬러리가 남아 셀이 되는 부분의 구멍을 막지 않아, 형광등과 같은 가시광에서도 충분히 광촉매 작용을 발휘시킬 수 있다.
또한, 본원 발명자들 중의 한 명은, 광촉매와는 관계 없이, 본 출원에 앞서, 거의 구멍이 막히는 일이 없는 스폰지상 골격의 가교 부분이 원료인 것과 거의 같은 정도로 미세한 새로운 3차원 세라믹 필터의 개발을 했다. 이를 테면, 스폰지 등의 다공질 구조체의 유형 골격에, 탄소원으로서의 수지 및 실리콘 분말을 포함한 슬러리를 함침한 후, 불활성 분위기 하에서, 900℃~1300℃로 탄소화한 후, 진공 또는, 불활성 분위기 하에서, 1300℃ 이상의 온도로 반응 소결시켜, 용융 실리콘과의 젖음성이 좋은 탄화규소를 생성시킴과 동시에, 체적 감소반응에 기인하는 기공을 생성시키고, 최종적으로는 진공 또는 불활성화 분위기 하에서 1300℃~1800℃의 온도로 이 다공질 구조체에 실리콘을 용융 함침함으로서 셀이 되는 부분의 구멍이 잉여 슬러리에 의해 막히는 일이 거의 없는 탄화 규소계 내열성 초경량 다공질재의 제조를 가능하게 했다 (일본 특허 공개 공보인 2003-119085호 참조, 공개일: 2003년 4월 23일 (일본특허출원 2001-238547, 일본특허출원 2001-248484에 대응)).
종래는, 3차원 세라믹 필터에서 빛을 투과시키는 것은 생각할 수 없었고, 또한, 상기 탄화규소계 내열성 초경량 다공질재와 같이 산화티탄의 피막을 형성하지 않은 스폰지상 다공질 구조체는, 파장 254nm의 자외선에서는, NOx가스의 분해는 가능할지라도 효과가 매우 적으며, 파장 365nm의 자외선에서는 NOx가스 농도는 거의 저감되지 않았으나, 상기와 같이 원형(原型)구조체를 사용함으로서, 복잡한 형상의 것이라도 용이하게 제조가 가능하고, 셀이 균일하며 기공률 85 용량% 이상, 특히 90 용량% 이상의 기공률을 실현하는 것이 가능하게 된다.
따라서, 예컨대 상기 스폰지상 다공질 구조체(A)는, 예컨대 스폰지상 골격을 가짐과 함께 탄소화시에 열분해하는 원형 구조체(C)에 탄소원이 되는 수지와, 실리콘 분말 및/또는 실리콘 함금을 포함한 슬러리를 함침시킨 후, 이 원형구조체(C)를 불활성 분위기 하에서 800℃~1300℃로 탄소화 시킴으로써 용이하게 얻을 수 있다.
예를 들면, 상기 스폰지상 다공질 구조체(A)는, 스폰지상 골격을 가지는 고분자 화합물, 또는 천연 소재의 섬유, 실 또는 종이류로 이루어지는 원형 구조체(C)에, 탄소원이 되는 수지와, 실리콘 분말 및/또는 실리콘 합금을 포함한 슬러리를 함침시킨 후, 이 원형 구조체(C)를 불활성 분위기 하에서 800℃~1300℃로 탄소화 시킴으로써 형성되는 스폰지상 골격으로 구성되어 있는 구성으로 할 수 있다.
상기 원형 구조체(C)로는, 파형 또는 허니콤(honeycomb)형 등의 3차원 그물구조를 가지며, 탄소화시에 열분해하는 재료로 이루어지는 구조체, 예컨대, 파형으로 형성된 종이의 편면 또는 양면에 두꺼운 종이를 붙여서 이루어지는, 소위 골판지 등을 이용할 수 있다.
상술한 방법에 따르면, 상기 스폰지상 다공질 구조체(A)로서, 탄소계 내열성 경량 다공질 복합재를 사용한 가시광 응답형 3차원 미세셀 구조 광촉매 필터를 용이하게 제조할 수 있다.
이러한 스폰지상 다공질 구조체(A)는 예컨대, 폴리우레탄 등의 고분자화합물 제의 스폰지상의 원형 구조체(C)에 페놀수지, 퓨란수지 등의 수지에 실리콘 분말을 포함한 슬러리를 함침한 후, 잉여 슬러리를 제거하고, 불활성 분위기 하에서 800℃~1300℃로 탄소화함으로써 제조할 수 있다. 이렇게 하여 얻어지는 탄소화 복합체는, 원형 구조체(C)가 열분해 하여 없어지기 때문에, 수지가 탄소화한 아몰퍼스탄소 부분과 실리콘 분말이 혼합된 구조체가 되며 스폰지상의 원형구조체(C)의 형태와 거의 동일한 스폰지상 다공질 구조체(A)를 얻을 수 있다. 이로 인해, 상기의 구성에 따르면, 산화티탄을 고정화 했을때, 스폰지상 다공질 구조체(A)의 내부의 광촉매에까지 확실히 빛을 도달시키고, 광촉매 작용을 효과적으로 발현시키는 것이 용이하게 된다. 아몰퍼스탄소는 도전성이며, 또한 예컨대 실리콘 분말이 더해짐으로써, 프리 실리콘(유리실리콘)이 존재하는 것에 의하여 가시광에서도 광촉매 작용을 효과적으로 발현시키는 것이 용이하게 된다.
상기 스폰지상 다공질 구조체(A)에 있어서 탄소 및 실리콘 및/또는 실리콘 합금(특히 실리콘)의 합계의 비율은, 이들 성분이 스폰지 골격의 기본이 되므로 체적 비율로 40% 이상인 것이 바람직하며, 60% 이상인 것이 보다 바람직하다. 즉, 상기 스폰지상 다공질 구조체(A)는 탄소 및 실리콘 및/또는 실리콘 합금(특히 실리콘)을 주성분으로 포함하고 있으면 되나, 이들 성분의 합계의 비율이 100 중량%, 즉, 상기 스폰지상 다공질 구조체(A)가 예컨대, 탄소와, 실리콘 및/또는 실리콘 합금(특히 실리콘)으로 이루어지는 구성을 가지고 있어도 좋다. 또한, 상기 탄소에 대한 실리콘의 비율은, 체적비율로 60% 이하인 것이 바람직하며, 40% 이하인 것이 보다 바람직하다.
또한, 상기 스폰지상 다공질 구조체(A)는, 상기 스폰지상 다공질 구조(B)를 구성하는 스폰지상 골격의 가교 굵기의 평균이 1mm 이하이며, 또한 실리콘과 탄소의 조성의 몰비(Si/C)가 0.1~2의 범위 내(구체적으로는, 예컨대, 0.8, 1.0 등)인 것이 보다 바람직하다.
따라서, 본 발명에서는, 상기 원형구조체(C)의 스폰지상 골격에 있어서 가교 굵기의 평균을 1mm 이하로 하고, 실리콘과 탄소의 조성의 몰비(Si/C)를 0.1~2의 범위 내로 하는 양의 실리콘 분말 및/또는 실리콘 합금을 사용(혼합)하여, 상기 원형 구조체(C)의 형상을 유지한 스폰지상 다공질 구조체(A)를 형성하는 것이 바람직하다.
이를 테면, 상기 슬러리는, 상기 조건을 만족할 수 있도록 그 배합조건을 적당히 설정하면 되고, 그 배합조건은, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 상기 슬러리의 농도가 너무 높으면, 셀 부분에 막이 생기고, 반대로 상기 슬러리의 농도가 낮으면, 슬러리(액)이 건조시에 낙하해버리기 때문에 사용성분 등에 따라, 상기 문제를 회피할 수 있도록 적당히 설정되어 있는 이 바람직하다.
예컨대, 페놀 수지와 분산매(예컨대 에탄올)의 중량 비율을 예로 들어보면, 상기 슬러리는 35 중량% 정도의 농도로 조정되고 있는 것이, 이 슬러리를 상기 원형 구조체(C)에 부착시키기에 적합하므로 바람직하다.
또한, 상기 슬러리에 사용되는 분산매로는, 예컨데, 에탄올, 메탄올 등의 분산매를 사용할 수 있으나, 특별히 한정되는 것은 아니다. 이들 분산매 중에서도, 페놀 수지의 용해도가 높다는 점에서 에탄올, 메탄올이 바람직하게 사용된다.
상술한 바와 같이, 스폰지상 골격의 가교 굵기의 평균이 1mm 이하이며 , 실리콘과 탄소의 조성의 몰비(Si/C)가 0.1~2의 범위 내인 경우, 원형 구조체(C)와 얻어지는 스폰지상 다공질 구조체(A)의 스폰지상 골격의 굵기의 차이가 거의 없으며, 스폰지상 골격의 형상을 유지할 수 있다. 이에 따라, 복잡한 형상의 3차원 미시셀 구조 광촉매 필터라도 용이하게 제조할 수 있으며, 셀이 균일하고, 기공률 85 용량% 이상, 특히 90 용량% 이상이 실현될 수 있으며, 용적 밀도 0.3g/㎤ 이하, 특히 0.2g/㎤ 이하로 투광성이 있고, 가시광에서도 작동하는 3차원 미세셀 구조 광촉매 필터를 실현할 수 있다. 또한, 상기 용적 밀도는 0.3g/㎤ 이하 (즉, 0을 초과하고, 0.3g/㎤ 이하)인 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 0.2g/㎤ 이하이다. 한편, 본 발명에 있어서, 상기 밀도의 하한치는, 특별히 한정되는 것은 아니나, 상기 스폰지상 다공질 구조체(A)의 용적 밀도를 고려하면, 0.05g/㎤ 이상인 것이 바람직하다, 또한, 상기 기공률의 상한치는 100 용량% 미만이면 특별히 한정되는 것은 아니나, 98 용량% 이하인 것이 바람직하다.
마찬가지로, 스폰지상 다공질 구조체(A)가 (b) 실리콘, 실리콘 합금, 탄소로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 한 종, 및, 탄화규소를 포함하는 스폰지상 다공질 구조(B)로 이루어지는 가시광 응답형 3차원 미세셀 구조 광촉매 필터는, 탄화규소와, 실리콘, 실리콘 합금, 탄소로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 한 종을 포함함과 함께 기공률 85 용량% 이상의 스폰지상 다공질 구조체(A)를 산화티탄을 포함 또는 생성하는 용액에 침지시키고, 건조한 후, 산화 분위기 하에서 100℃~800℃로 소성함으로써 용이하게 제조할 수 있다.
즉, 상기 시광 응답형 3차원 미세셀 구조 광촉매 필터는, 표면에 산화티탄 피막이 형성된 스폰지상 다공질 구조(B)를 구비한 가시광 응답형 3차원 미세셀 구조 광촉매 필터로서, 상기 스폰지상 다공질 구조(B)가 탄화규소와, 실리콘, 실리콘합금, 탄소로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 한 종을 포함함과 함께 기공률 85 용량% 이상의 스폰지상 다공질 구조체(A)를 산화티탄을 포함 또는 생성하는 용액에 침지시키고, 건조한 후에 산화 분위기 하에서 100℃~800℃로 소성함으로써 구성되어 있다.
상기 가시광 응답형 3차원 미세셀 구조 광촉매 필터도 또한, 가교 부분 (3차원의 그물상의 골격 부분)에 의해 미세셀이 여러 개 연결된 구성이며, 상기 스폰지상 다공질 구조체(A)가 탄화규소와, 실리콘, 실리콘합금, 탄소로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 한 종을 포함함과 함께 기공률 85 용량% 이상의 스폰지상 다공질 구조체이기 때문에 광촉매를 용이하게 고정할 수 있음과 함께, 광촉매에 조사하는 빛의 관리가 용이하다. 또한, 광 투과율이 높고, 산화티탄의 부착률을 높일 수 있음과 함께, 예컨대 탄화규소와 실리콘으로 형성되며, 프리실리콘(유리실리콘)이 존재함으로써, 가시광에서도 광촉매 작용을 효과적으로 발현시킬 수 있다.
또한, 이러한 스폰지상 다공질 구조체(A)가, (b) 탄화규소, 및, 실리콘, 실리콘 합금, 탄소로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 한 종, 또는 상술한 바와 같이,(a) 탄소와 실리콘 및/또는 실리콘 합금이 아니라, 탄소만으로 이루어지는 경우라도 가시광에서 광촉매 작용이 있으나, 상술한 바와 같이 프리실리콘이 존재함으로써 가시광에서의 광촉매 작용을 보다 효과적으로 발현시킬 수 있다.
또한, 이 경우에도, 상술한 바와 같이 산화 분위기 하에서 100℃~800℃로 소성한 산화티탄에 의하여 고효율의 광촉매 작용을 발현시킬 수 있으며, 또한, 상기 가시광 응답형 3차원 미세셀 구조 광촉매 필터도 또한 제조가 용이하다.
또한, 이 경우에 있어서도, 상기 스폰지상 다공질 구조체(A)로서, 예컨대 탄화규소의 분말을 사용하여 소결법에 의해 제작한 3차원 세라믹 필터를 사용하는 경우와 달리, 스폰지상 골격의 가교 굵기의 평균(골격 부분의 굵기의 평균치)가 굵어져 기공률이 저하되거나, 잉여 슬러리가 남아 셀이 되는 부분의 구멍을 막거나 하지 않으며, 형광등과 같은 가시광에서도 충분히 광촉매 작용을 발휘시킬 수 있다.
그리고, 상기 스폰지상 다공질 구조체(A)는, 예컨대 스폰지상 골격을 가짐과 함께 탄소화시에 열분해 하는 원형 구조체(C)에, 탄소원이 되는 수지와, 실리콘 분말 및/또는 실리콘 합금을 포함한 슬러리를 함침시킨 후, 이 원형 구조체(C)를 불활성 분위기 하에서 800℃~1300℃로 탄소화 하고, 다시, 1300℃ 이상에서 반응 소결시키는 것에 의하여 용이하게 얻을 수 있다.
또한, 상기 스폰지상 다공질 구조체(A)는, 상기 반응 소결에 의해 얻어진 소결체에 다시 1300℃~1800℃에서 실리콘 및/또는 실리콘 합금을 용융 함침시켜 이루어지는 구성을 가지고 있어도 좋다.
즉, 상기 스폰지상 다공질 구조체(A)는, 예컨대 스폰지상 골격을 가짐과 함께 탄소화시에 열분해 하는 원형 구조체(C)에 탄소원이 되는 수지와, 실리콘 분말 및/또는 실리콘 합금을 포함한 슬러리를 함침시킨 후, 이 원형구조체(C)를 불활성 분위기 하에서 800℃~1300℃로 탄소화 하고, 나아가 1300℃ 이상에서 반응 소결시킨 후, 상기 반응 소결에 의해 얻어진 소결체에, 다시, 1300℃~1800℃ 에서 실리콘 및/또는 실리콘 합금을 용융 함침시켜 이루어지는 구성을 가져도 좋다. 상기 원형구조체 (C)에는 상기 예시의 원형 구조체를 사용할 수 있다.
즉, 예컨대 상기 스폰지상 다공질 구조체(A)는 스폰지상 골격을 가지는 고분자 화합물, 또는 천연소재의 섬유, 실, 또는 종이류로 이루어지는 원형 구조체(C)에, 탄소원이 되는 수지와, 실리콘 분말 및 또는 실리콘 합금을 포함한 슬러리를 함침시킨 후, 이 원형 구조체에(C)를 불활성 분위기 하에서 800℃~1300℃로 탄소화 하고 다시, 1300℃ 이상에서 반응소결 시킨 후, 이 반응 소결에 의해 얻어진 소결체에 필요에 따라 1300℃~1800℃에서 실리콘 및/또는 실리콘 합금을 용융 함침시킴으로써 형성되는 스폰지상 골격으로 구성되어 있는 구성으로 할 수 있다.
이에 따라, 상기 스폰지상 다공질 구조체(A)로서 탄소계 내열성 경량 다공질 복합재료를 사용한 가시광 응답형 3차원 미세셀 구조 광촉매 필터를 용이하게 제조할 수 있다.
이러한 스폰지상 다공질 구조체(A)는, 예컨대 이하와 같이 하여 얻을 수 있다. 우선, 폴리우레탄 등의 고분자 화합물제의 스폰지상의 원형 구조체(C)에, 페놀수지, 퓨란수지 등의 수지 및 실리콘 분말을 포함한 슬러리를 함침한 후, 잉여 슬러리를 제거하고, 불활성 분위기 하에서 800℃~1300℃로 탄소화 한다. 유기물의 열분해를 촉진시키기 위해서는, 보다 바람직하게는 900℃~1300℃에서 탄소화 시킨다. 이렇게 하여 얻어지는 탄소화 복합체는, 스폰지상의 원형 구조체(C)가 열분해 하여 없어지기 때문에 수지가 탄소화한 탄소 부분과 실리콘 분말이 혼합된 구조체가 얻어진다. 계속해서, 이 탄소화 복합체를 1300℃ 이상의 온도에서 반응 소결시켜, 용융 실리콘과 젖음성이 좋은 포러스한 탄화규소를 생성하고, 이 탄화규소에, 필요에 따라 1300℃~1800℃ 에서 실리콘을 용융 함침시킴으로써, 스폰지상의 원형 구조체의 형태와 거의 동일한 스폰지상 다공질 구조체(A)를 얻을 수 있다.
구체적으로는 예컨대, 페놀 수지에 실리콘 분말, 및 에탄올을 혼합한 슬러리에 스폰지를 침지시키고, 여분의 슬러리를 충분히 짜내고, 70℃에서 12시간 건조시킨다. 이 스폰지를 불활성 분위기 하에서 800℃~1300℃, 바람직하게는 900℃~1300℃ 의 온도에서 탄소화 하고, 나아가 아르곤 등의 불활성 분위기 하에서 더 온도를 높여 소성하면, 실리콘 분말이 페놀 수지로부터의 탄소와 반응하여 탄화규소가 된다. 이로 인해 예컨대 1300℃~1320℃ 정도에서 탄소와, 실리콘과, 탄화규소가 공존하기 시작하고, 탄소원으로의 페놀 수지와 실리콘 분말의 사용량(혼합비율)에도 따르지만, 예컨대 1400℃~1450℃ 정도에서 탄화규소가 우위가 된다. 이 경우, 탄소리치(예컨대, 몰비에서 Si/C<1)이면 탄소도 남고, 스폰지 형상의 탄소와 탄화규소의 혼합물이 얻어지는데, 탄소가 적으면(예컨대 몰비 Si/C>1), 스폰지상상의 탄화규소와 실리콘의 혼합물이 얻어지며, Si/C=1이면 탄화규소만이 얻어진다.
따라서, 반응 소결에 의해 얻어진 상기 탄화규소에, 필요에 따라 1300℃~1800℃에서 실리콘 및/또는 실리콘 합금을 용융 함침시킴으로써, 상기 성분에 실리콘 및/또는 실리콘 합금을 더 포함시키고, 또한, 스폰지상의 원형 구조체의 형태와 거의 동일한 스폰지상 다공질 구조체(A)를 얻을 수 있다.
상술한 구성에 따르면, 산화티탄을 고정화했을 때, 스폰지상 다공질 구조체(A)의 내부의 광촉매에까지 확실히 빛을 도달시켜, 광촉매 작용을 효과적으로 발현시키는 것이 용이하게 된다. 그리하여, 이 경우에도 프리실리콘(유리실리콘)이 존재하는 것에 의하여 가시광에서도 광촉매 작용을 효과적으로 발현시키는 것이 용이하게 된다.
또한, 상기 스폰지상 다공질 구조체(A)에 있어서, 탄화규소, 및 실리콘, 실리콘 합금, 탄소로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 한 종(특히 실리콘)의 합계의 비율은, 이들 성분이 스폰지 골격의 기본이 되는 점에서, 체적 비율로 40% 이상인 것이 바람직하며, 60% 이상인 것이 보다 바람직하다. 즉, 상기 스폰지상 다공질 구조체(A)는, 탄화규소, 및 실리콘, 실리콘합금, 탄소로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 한 종(특히 실리콘)을 주성분으로서 포함하고 있으면 되나, 이들 성분의 합계의 비율이 100 중량%, 즉 상기 스폰지상 다공질 구조체(A)가, 탄화규소와, 실리콘, 실리콘합금, 탄소로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 한 종으로 이루어지는 구성, 예를 들어 상술한 바와 같이 탄화규소와 탄소로 이루어지는 구성이면 되고, 나아가, 실리콘 및/또는 실리콘 합금을 포함하는 구성이라도 좋다. 또한, 상술한 바와 같이, 상기 스폰지상 다공질 구조체(A)는 탄화규소와, 실리콘 및/또는 실리콘 합금으로 이루어지는 구성이라도 좋으며, 상기 실리콘 및 /또는 실리콘 합금은, 탄화규소와 탄소로 이루어지는 스폰지상 골격 또는 탄화규소로 이루어지는 스폰지상 골격, 탄화규소와 실리콘 및/또는 실리콘 합금으로 이루어지는 스폰지상 골격에 용융 함침되어 있어도 좋다.
또한, 이 경우, 상기 스폰지상 다공질 구조체(A)는, 상기 스폰지상 다공질 구조(B)를 구성하는 스폰지상 골격의 가교 굵기의 평균이 1mm 이하이며, 또한, 예컨대 실리콘과 탄화규소의 조성의 몰비(Si/SiC)가 0.1~2의 범위 내인 것이 바람직하다. 또한, 상기 스폰지상 다공질 구조체(A)가 실리콘 및/또는 실리콘 합금을 용융 함침시켜 이루어지는 구성인 경우에는, 상기 스폰지상 다공질 구조(B)를 구성하는 스폰지상 골격의 가교 굵기의 평균이 1mm 이하이며, 또한, 예컨대 실리콘과 탄화규소의 조성의 몰비(Si/SiC)가 0.1~4의 범위 내인 것이 바람직하다.
따라서, 본 발명에 있어서는 상기 원형 구조체(C)의 스폰지상 골격에 있어서 가교 굵기의 평균을 1mm 이하로 하며, 실리콘과 탄화규소의 조성의 몰비 (Si/SiC)를 0.1~2의 범위 내로 하는 양의 실리콘 및/또는 실리콘 합금을 사용(혼합), 예컨대 실리콘과 탄소의 조성의 몰비(Si/C)가 0.1~2의 범위 내가 되도록 실리콘 분말 및/또는 실리콘 합금을 사용(혼합)하여, 상기 원형구조체(C)의 형상을 유지한 스폰지상 다공질 구조체(A)를 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 스폰지상 다공질 구조체(A)가 실리콘 및/또는 실리콘 합금을 용융 함침시켜 이루는 구성인 경우에는, 상기 원형 구조체(C)의 스폰지상 골격에 있어서 가교 굵기의 평균을 1mm 이하로 하고, 실리콘과 탄화규소의 조성의 몰비(Si/SiC)를 0.1~4로 하는 양, 또는 실리콘과 탄소의 조성의 몰비(Si/C)를 0.1~4로 하는 양의 실리콘 및/또는 실리콘 합금을 함침시켜 상기 원형 구조체(C)의 형상을 유지한 스폰지상 다공질 구조체(A)를 형성하는 것이 바람직하다.
상기 슬러리는 상기 조건을 만족할 수 있도록 그 배합조건을 적절히 설정하 면 되며, 그 배합조건은 특별히 한정되는 것은 아니다. 이 경우에도, 상기 슬러리는, 상술한 바와 같이, 사용 성분 등에 따라, 상기 원형 구조체(C)에 부착시키는것에 적합한 농도로 설정되어 있는 것이 바람직하며, 페놀 수지와 분산매(예컨대 에탄올)의 중량 비율을 예로 들어보면, 예컨대, 35 중량% 정도의 농도로 조정되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 이 경우에도, 상기 슬러리에 사용되는 분산매로는, 예컨대 상기 예시의 분산매를 사용할 수 있다.
상술한 바와 같이, 스폰지상 골격의 가교 굵기의 평균이 1mm 이하이고, 실리콘과 탄화규소의 조성의 몰비(Si/SiC)가 0.1~2(함침 용융이면 0.1~4)의 범위 내인 경우, 원형 구조체(C)와, 얻어지는 스폰지상 다공질 구조체(A)의 스폰지상 골격의 굵기의 차이가 거의 없으며, 스폰지상 골격의 형상을 유지할 수 있다. 이에 따라 복잡한 형상의 3차원 미세셀 구조 광촉매 필터이라도 용이하게 제조할 수 있으며, 이 경우에도, 셀이 균일하고, 기공률 85 용량% 이상, 특히 90 용량% 이상이 실현될수 있으며, 용적 밀도 0.3g/㎤ 이하, 특히 0.2g/㎤ 이하로 투광성이 있고, 가시광에서도 작동하는 3차원 미세셀 구조 광촉매 필터를 실현할 수 있다.
또한, 상기 실리콘 합금은, 마그네슘, 알루미늄, 티타늄, 크롬, 망간, 철, 코발트, 니켈, 동, 아연, 지르코늄, 니오븀, 몰리브덴, 및 텅스텐으로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 한 종을 포함하는 것이 바람직하며, 상기 슬러리가 예를들어 상기 실리콘 합금, 또는 이들 실리콘 합금과 실리콘 분말의 혼합물을 포함하는 것으로, 예컨대 상기 소결체에 실리콘을 용융 함침시킬 경우에도 용이하게 함침시킬수 있으며, 스폰지상 골격을 용이하게 형성할 수 있다.
또한, 상술한 반응에 있어서는, 탄소원이 되는 수지와, 실리콘 분말 및/ 또는 실리콘 합금을 포함한 슬러리를 함침시킨 원형 구조체(C)를 불활성 분위기 하에서 탄소화함으로써, (b)실리콘, 실리콘합금, 탄소로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 한 종, 및 탄화규소를 포함하는 스폰지상 다공질 구조체(A)를 제작했으나, 상기 탄소화를 질소가스 분위기 하에서 행함으로써, 상기 실리콘의 질화 반응에 의해 질화규소를 포함하는 스폰지상 다공질 구조체(A)를 얻을 수 있다.
이를 테면, 스폰지상 다공질 구조체(A)가 (c) 실리콘, 실리콘합금, 탄소, 탄화규소로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 한 종, 및 질화규소탄소를 포함하는 스폰지상 다공질 구조(B)로 이루어지는 가시광 응답형 3차원 미세셀 구조 광촉매 필터는, 질화규소와, 실리콘, 실리콘합금, 탄소, 탄화규소로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 한 종을 포함함과 함께 기공률 85 용량% 이상의 스폰지상 다공질 구조체(A)를 산화티탄을 포함 또는 생성하는 용액에 침지시키고, 건조한 후에 산화분위기 하에서 100℃~500℃로 소성함으로써 용이하게 제조할 수 있다.
즉, 상기 가시광 응답형 3차원 미세셀 구조 광촉매 필터는 표면에 산화 티탄 피막이 형성된 스폰지상 다공질 구조(B)를 구비한 가시광 응답형 3차원 미세셀 구조 광촉매 필터로서, 상기 스폰지상 다공질 구조(B)가 질화규소와 실리콘, 실리콘합금, 탄소, 탄화규소로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 한 종을 포함함과 함께 기공률 85 용량% 이상의 스폰지상 다공질 구조체(A)를 산화티탄을 포함 또는 생성하는 용액에 침지시키고, 건조한 후에 산화 분위기 하에서 100℃~800℃로 소성함으로써 구성되어 있다.
상기의 구성에 따르면, 상기 스폰지상 다공질 구조체(A)가 질화규소와, 실리콘, 실리콘합금, 탄소, 탄화규소로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 한 종을 포함함과 함께 기공률 85 용량% 이상의 스폰지상 다공질 구조체이기 때문에, 상기 가시광 응답형 3차원 미세셀 구조 광촉매 필터도 또한 광촉매를 용이하게 고정할 수 있음과 함께, 광촉매에 조사하는 빛의 관리가 용이하다. 또한, 광 투과율이 높고, 산화티탄의 부착률을 높일 수 있다. 또한, 상기 스폰지상 다공질 구조체(A)는, 예컨대 탄소를 포함하여 형성되며, 도전성이 있기 때문에, 가시광에서도 광촉매 작용을 효과적으로 발현시킬 수 있다. 또한, 탄소는 수지 등의 탄소화로부터 생기는 아몰퍼스상 탄소가 강도적으로도 우수하기 때문에 바람직하다. 또한, 이 경우에도 상술한 바와 같이 산화 분위기 하에서 100℃~800℃에서 소성한 산화티탄에 의하여 고효율의 광촉매 작용을 발현시킬 수 있으며, 또한, 상기 가시광 응답형 3차원 미세셀 구조 광촉매 필터도 또한 제조가 용이하다.
또한, 이 경우에 있어서도, 상기 스폰지상 다공질 구조체(A)로는 예컨대 탄화규소의 분말을 사용하여 소결법에 의해 제작한 3차원 세라믹 필터를 사용하는 경우와 달리, 스폰지상 골격의 가교 굵기의 평균 (골격 부분의 굵기의 평균치 )가 굵어져 기공률이 저하하거나 잉여 슬러리가 남아 셀이 되는 부분의 구멍을 막거나 하지 않고, 형광등과 같은 가시광에서도 충분히 광촉매 작용을 발휘시킬 수 있다.
상기 스폰지상 다공질 구조체(A)는, 예컨대 스폰지상 골격을 가짐과 함께 탄소화시에 열분해 하는 원형 구조체(C)에 탄소원이 되는 수지와, 실리콘 분말 및/또는 실리콘 합금을 포함하는 슬러리를 함침시킨 후, 이 원형 구조체(C)를 질소 분위 기 하에서 800℃~1500℃로 열처리(질소 분위기 소성)하여 탄소화와 실리콘의 질화 반응을 행함으로써 용이하게 얻을 수 있다.
즉, 예컨대 상기 스폰지상 다공질 구조체(A)는 스폰지상 골격을 가지는 고분자 화합물, 또는 천연소재의 섬유, 실 또는 종이류로 이루어지는 원형 구조체(C)에, 탄소원이 되는 수지와, 실리콘 분말 및/또는 실리콘 합금을 포함한 슬러리를 함침시킨 후, 이 원형 구조체(C)를 질소 분위기 하에서 800℃~1500℃로 열처리하여 탄소화와 실리콘의 질화 반응을 행함으로써 형성되는 스폰지상 골격으로 구성되어 있는 구성으로 할 수 있다.
이에 따라, 상기 스폰지상 다공질 구조체(A)로서 탄소계 내열성 경량 다공질 복합재를 사용한 가시광 응답형 3차원 미세셀 구조 광촉매 필터를 용이하게 제조할 수 있다.
이러한 스폰지상 다공질 구조체(A)는, 예컨대 이하와 같이 얻을 수 있다. 우선, 예컨데 페놀수지에, 실리콘 분말, 및 에탄올을 혼합한 슬러리에 스폰지를 함침시키고, 잉여 슬러리를 충분히 짜내고, 70℃에서 12시간 건조시킨다. 이 스폰지를 질소 분위기 하에서 예컨대 1500℃ 까지 온도를 높여 800℃~1500℃의 온도에서 탄소화하면, 우선 탄소화가 개시되며 그 후 1100℃ 이상의 온도에서 실리콘의 질화 반응이 생기고, 질화규소가 생성된다. 또한, 탄화규소도 반응 시간에 따라 생성된다. 이 경우도, 탄소와 실리콘의 몰비 및 반응시간(반응 속도)에 따라, 스폰지상 다공질 구조체(A)의 조성이 달라지며, 예컨대, 상술한 바와 같이 탄소리치이면 탄소도 남아, 스폰지 형상의 탄소와 질화규소와 탄화규소의 혼합물이 얻어진다. 또 한, 실리콘의 질화 반응(Si3N4)은 실리콘의 탄화반응(SiC)보다도 반응 속도가 꽤 늦다. 이 때문에, 상기 페놀수지와 실리콘 분말의 탄소화 후에도 열처리를 지속하여 질소 분위기 하에서 질화 반응시킴으로써, 질화규소를 포함한 스폰지상 다공질 구조체(A)를 얻을 수 있다.
이 경우에도, 상기 스폰지상의 원형 구조체(C)는 열분해 하여 없어지고, 이 결과 스폰지상의 원형 구조체(C)의 형상과 거의 동일한 스폰지상 다공질 구조체(A)가 얻어진다. 이로 인해, 상기의 구성에 있어서도 산화티탄을 고정화 했을때, 스폰지상 다공질 구조체(A)의 내부의 광촉매에까지 확실히 빛을 도달시켜, 광촉매 작용을 효과적으로 발현시키는 것이 용이하게 된다.
상기 스폰지상 다공질 구조(A)에 있어서, 질화규소, 및, 실리콘, 실리콘 합금, 탄소, 탄화규소로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 한 종(특히 실리콘)의 합계의 비율은, 이들 성분이 스폰지 골격의 기본이 되는 점에서 체적 비율로 40% 이상인 것이 바람직하며, 60% 이상인 것이 보다 바람직하다. 즉, 상기 스폰지상 다공질 구조체(A)는, 질화규소, 및 실리콘, 실리콘합금, 탄소, 탄화규소로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 한 종(특히 실리콘)을 주성분으로서 포함하고 있으면 되나, 이들 성분의 합계의 비율이 100 중량%, 즉, 상기 스폰지상 다공질 구조체(A)가 예컨대 질화규소, 실리콘, 실리콘합금, 탄소, 탄화규소로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 한 종으로 이루어지는 구성, 예컨대, 상술한 바와 같이, 질화규소와 탄화규소로 이루어지는 구성이어도 좋으며, 질화규소와 탄화규소와 탄 소로 이루어지는 구성이어도 좋으며, 질화규소와 실리콘 및/또는 실리콘 합금으로 이루어지는 구성이라도 좋다.
본 발명에 따르면, 상술한 바와 같이, 실리콘의 질화 반응과 탄화 반응의 반응 속도의 차이를 이용하여 상기 스폰지상 다공질 구조체(A)의 조성을 임의로 변경하는 것이 가능하며, 상기 원형 구조체(C)의 스폰지상 골격에 있어서의 가교 굵기의 평균을 1mm 이하로 하고, 실리콘과 탄소의 조성의 몰비(Si/C)를 0.1~2의 범위 내로 하는 양의 실리콘 분말 및/또는 실리콘 합금을 사용(혼합)하여, 상기 원형 구조체(C)의 형상을 유지한 스폰지상 다공질 구조체(A)를 형성하는 것이 바람직하다.
이 경우에도, 상기 슬러리는, 상기 조건을 만족할 수 있도록 그 배합조건을 적절히 설정하면 되고, 그 배합조건은 특별히 한정되는 것은 아니다. 이를 테면, 이 경우에도 상기 슬러리는, 상술한 바와 같이, 사용 성분 등에 따라, 상기 원형 구조체(C)에 부착시키기에 적합한 농도로 설정되어 있는 것이 바람직하며, 페놀수지와 분산매(예컨대 에탄올)의 중량 비율을 예로 들어보면, 예컨대 35 중량% 정도의 농도로 조정되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 이 경우에도, 상기 슬러리에 사용되는 분산매로는, 예컨대 상기 예시의 분산매를 사용할 수 있다.
상술한 바와 같이, 스폰지상 골격의 가교 굵기의 평균이 1mm 이하이며, 또한, 실리콘과 탄소의 조성의 몰비(Si/C)가 0.1~2의 범위 내가 되도록, 탄소원이 되는 수지와 실리콘 및/또는 실리콘 금속을 사용(혼합)함으로써, 원형 구조체(C)와 얻어지는 스폰지상 다공질 구조체(A)의 스폰지상 골격의 굵기의 차이가 거의 없고, 스폰지상 골격의 형상을 유지할 수 있다. 이에 따라, 복잡한 형상의 3차원 미세셀 구조 광촉매 필터이라도 용이하게 제조할 수 있으며, 이 경우에도, 셀이 균일하고, 기공률 85 용량% 이상, 특히 90 용량% 이상이 실현될 수 있고, 용적 밀도 0.3g/㎤ 이하, 특히 0.2g/㎤ 이하로 투광성이 있고, 가시광에서도 작동하는 3차원 미세셀 구조 광촉매 필터를 실현할 수 있다.
또한, 스폰지상 다공질 구조체(A)가 (d) 탄소를 포함하는 스폰지상 다공질 구조(B)로 이루어지는 가시광 응답형 3차원 미세셀 구조 광촉매 필터는, 탄소를 포함함과 함께 기공률 85 용량% 이상의 스폰지상 다공질 구조체(A)를 산화티탄을 포함 또는 생성하는 용액에 침지시키고, 건조한 후에 산화 분위기 하에서 100℃~500℃로 소성함으로써 용이하게 제조할 수 있다.
즉, 상기 가시광 응답형 3차원 미세셀 구조 광촉매 필터는 표면에 산화티탄 피막이 형성된 스폰지상 다공질 구조(B)를 구비한 가시광 응답형 3차원 미세셀 구조 광촉매 필터로서, 상기 스폰지상 다공질 구조(B)가 탄소를 포함함과 함께 기공률 85 용량% 이상의 스폰지상 다공질 구조체(A)를 산화티탄을 포함 또는 생성하는 용액에 침지시키고, 건조한 후에 산화 분위기 하에서 100℃~500℃로 소성함으로써 구성되어 있다.
상기의 구성에 따르면, 상기 스폰지상 다공질 구조체(A)가, 탄소를 포함하는 기공률 85 용량% 이상의 스폰지상 다공질 구조체이기 때문에, 상기 가시광 응답형 3차원 미세셀 구조 광촉매 필터도 또한 광촉매를 용이하게 고정할 수 있음과 함께, 광촉매에 조사하는 빛의 관리가 용이하다. 또한, 광 투과율이 높고, 산화티탄의 부착률을 높일 수 있다. 또한, 상기 스폰지상 다공질 구조체(A)는, 탄소를 포함 하여 형성되고, 도전성이기 때문에 가시광에서도 광촉매 작용을 효과적으로 발현시킬 수 있다. 한편, 탄소는 수지 등의 탄소화로부터 생기는 아몰퍼스상 탄소가 강도적으로도 우수하기 때문에 바람직하다. 또한 산화 분위기 하에서 100℃~500℃에서 소성한 산화티탄에 의하여 고효율의 광촉매 작용을 발현시킬 수 있으며, 나아가, 상기 가시광 응답형 3차원 미세셀 구조 광촉매 필터도 또한, 제조가 용이하다. 한편, 상기 구성에 있어서 산화티탄의 소성을 100℃~500℃의 범위 내에서 행하는 이유는, 상술한 바와 같이 100℃ 보다도 낮은 온도에서 소성 했을 때는, 산화티탄의 정착이 충분하지 못하며, 500℃ 보다도 높은 온도에서 소성 했을 때는 탄소의 산화가 시작되기 때문이다. 단, 상술한 바와 같이, 500℃ 이상의 산화 분위기 하에서도 단시간에 처리하면, 탄소를 산화시키지 않고 처리할 수 있다.
또한, 이 경우에 있어서도, 상기 스폰지상 다공질 구조체(A)로는, 예컨대 탄화규소의 분말을 사용하여 소결법에 의해 제작된 3차원 세라믹 필터를 사용할 경우와 달리, 스폰지상 골격의 가교 굵기의 평균(골격 부분의 크기의 평균치)가 커져 기공률이 저하하거나 잉여 슬러리가 남아 셀이 되는 부분의 구멍을 막는 일이 없고, 형광등과 같이 가시광이라도 충분히 광촉매 작용을 발휘시킬 수 있다.
상기 스폰지상 다공질 구조체(A)는, 예컨대 스폰지상 골격을 가짐과 함께 탄소화시에 열분해 하는 원형 구조체(C)에, 탄소원이 되는 수지를 포함한 슬러리를 함침시킨 후, 이 원형구조체(C)를 불활성 분위기 하에서 800℃~1300℃로 탄소화시킴으로써 용이하게 얻을 수 있다.
예컨대, 상기 스폰지상 다공질 구조체(A)는, 스폰지상 골격을 가지는 고분자 화합물, 또는 천연소재의 섬유, 실 또는 종이류로 이루어지는 원형 구조체(C)에 탄소원이 되는 수지를 포함한 슬러리를 함침시킨 후, 이 원형 구조체(C)를 불활성 분위기 하에서 800℃~1300℃로 탄소화시킴으로써 형성되는 스폰지상 골격으로 구성되어 있는 구성으로 할 수 있다.
이에 따라, 상기 스폰지상 다공질 구조체(A)로서 탄소계 내열성 경량 다공질 복합재를 사용한 가시광 응답형 3차원 미세셀 구조 광촉매 필터를 용이하게 제조할 수 있다.
이러한 스폰지상 다공질 구조체(A)는 예컨대 폴리우레탄 등의 고분자 화합물제의 스폰지상의 원형구조체(C)에, 페놀수지, 푸랜수지 등의 수지를 포함한 슬러리를 함침한 후, 잉여 슬러리를 제거하고, 불활성 대기에서 800℃~1300℃로 탄소화함으로써 제조할 수 있다. 이 경우에도, 상기 원형 구조체(C)는 열분해 하여 없어지기 때문에, 수지가 탄소화한 아몰퍼스 탄소의 구조체로 되며 스폰지상의 원형 구조체(C)의 형상과 거의 동일한 스폰지상 다공질 구조체를 얻을 수 있다. 이로 인해, 상기의 구성에 따르면, 산화티탄을 고정화 했을때, 스폰지상 다공질 구조체(A)의 내부의 광촉매에까지 확실히 빛을 도달시켜 광촉매 작용을 효과적으로 발현키는 것이 용이하게 된다.
한편, 상기 스폰지상 다공질 구조체(A)에 있어서 탄소의 비율은, 탄소가, 분말을 연결하는 골격을 형성하는 기본 성분이기 때문에, 체적 비율로 40 % 이상인 것이 바람직하며, 60% 이상인 것이 보다 바람직하고 70% 이상인 것이 보다 더 바람직하다. 즉, 상기 스폰지상 다공질 구조체(A)는 탄소를 주성분으로서 포함하고 있 으면 되나, 탄소만으로 이루어지는 구성을 가져도 좋다.
이 경우에도 상기 슬러리는 상기 조건을 만족할 수 있도록 그 배합 조건을 적절히 설정하면 되며, 그 배합조건은 특별히 한정되어 있는 것은 아니다. 이를 테면, 이 경우에도 상기 슬러리는 상술한 바와 같이 사용 성분 등에 따라, 상기 원형 구조체(C)에 부착시키기에 적합한 농도로 설정되어 있는 것이 바람직하며 페놀수지와 분산매(예를들어 에탄올)의 중량 비율을 예를 들어보면 35 중량% 정도의 농도로 조정되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 이 경우에도 상기 슬러리에 사용된 분산매로는 예컨대 상기 예시의 분산매를 사용할 수 있다.
또한, 스폰지상 다공질 구조체(A)가 (e) 티탄, 바나듐, 크롬, 망간, 철, 코발트, 니켈, 동, 루테늄, 로듐, 팔라듐, 은, 백금, 금으로 이루어지는 군으로부터 선택된 어느 한 종의 금속, 및 탄소를 포함하는 스폰지상 다공질 구조(B)로 이루어지는 가시광 응답형 3차원 미세셀 구조 광촉매 필터는, 탄소와, 티탄, 바나듐, 크롬, 망간, 철, 코발트, 니켈, 동, 루테늄, 로듐, 팔라듐, 은, 백금, 금으로 이루어지는 군으로부터 선택된 어느 한 종의 금속을 포함함과 함께 기공률 85 용량% 이상의 스폰지상 다공질 구조체(A)를 산화티탄을 포함 또는 생성하는 용액에 침지시키고, 건조한 후 산화 분위기 하에서 100℃~500℃로 소성함으로써 용이하게 제조할 수 있다.
즉, 상기 가시광 응답형 3차원 미세셀 구조 광촉매 필터는 표면에 산화티탄 피막이 형성된 스폰지상 다공질 구조(B)를 구비한 가시광 응답형 3차원 미세셀 구조 광촉매 필터로서, 상기 스폰지상 다공질 구조(B)가 탄소와, 티탄, 바나듐, 크 롬, 망간, 철, 코발트, 니켈, 동, 루테늄, 로듐, 팔라듐, 은, 백금, 금으로 이루어지는 군으로부터 선택된 어느 한 종의 금속을 함유함과 함께 기공률 85 용량% 이상의 스폰지상 다공질 구조체(A)를 산화티탄을 포함 또는 생성하는 용액에 침지시키고 건조한 후에 산화 분위기 하에서 100℃~500℃로 소성함으로써 구성되어 있다.
상기의 구성에 따르면, 상기 스폰지상 다공질 구조체(A)가 탄소와, 상기 금속을 포함하는 기공률 85 중량% 이상의 스폰지상 다공질 구조체이기 때문에 상기 가시광 응답형 3차원 미세셀 구조 광촉매 필터도 또한 광촉매를 용이하게 고정할 수 있음과 함께 광촉매에 조사하는 빛의 관리가 용이하다. 또한, 광 투과율이 높고, 산화티탄의 부착률을 높일 수 있다. 나아가 상기 스폰지상 다공질 구조체(A)는 예컨대 탄소와 상기 금속으로 형성되며, 전도성이 있기 때문에 가시광에서도 광촉매 작용을 효과적으로 발현시킬 수 있다. 또한, 탄소는 수지 등의 탄소화로부터 생기는 아몰퍼스형 탄소가 강도적으로도 우수하기 때문에 바람직하다. 또한 산화 분위기 하에서 100℃~500℃로 소성한 탄화 티탄에 의해 고효율의 광촉매 작용을 발현시킬 수 있으며, 또한 상기 가시광 응답형 3차원 미세셀 구조 광촉매 필터도 또한 제조가 용이하다. 한편, 상기 구성에 있어서 산화티탄의 소성을 100℃~500℃의 범위 내에서 행하는 이유는 상술한 바와 같다. 단, 이 경우에도, 상술한 바와 같이 500℃ 이상의 산화 분위기 하에서도 단시간에 처리하면 탄소를 산화시키지 않고 처리할 수 있다.
또한, 이 경우에 있어서도 , 상기 스폰지상 다공질 구조체(A)로서 예컨대 탄화규소의 분말을 사용하여 소결법에 의해 제작한 3차원 세라믹 필터를 사용하는 경 우와 달리, 스폰지상 골격의 가교 굵기의 평균 (골격 부분의 굴기의 평균치)가 굵어져 기공률이 저하하거나 잉여 슬러리가 남아 셀이 되는 부분의 구멍을 막거나 하지 않고, 형광등과 같은 가시광에서도 충분히 광촉매 작용을 발휘시킬 수 있다.
상기 스폰지상 다공질 구조체(A)는 예컨대 스폰지상 골격을 가짐과 함께 탄소화시에 열분해 하는 원형 구조체(C)에, 탄소원이 되는 수지와, 티탄, 바나듐, 크롬, 망간, 철, 코발트, 니켈, 동, 루테늄, 로듐, 팔라듐, 은, 백금, 금으로 이루어지는 군으로부터 선택된 어느 한 종의 분말을 포함한 슬러리를 함침시킨 후 이 원형 구조체(C)를 불활성 분위기 하에서 800℃~1300℃로 탄소화시킴으로써 용이하게 얻을 수 있다.
예컨대, 상기 스폰지상 다공질 구조체 (A)는, 스폰지상 골격을 가지는 고분자 화합물, 또는 천연소재의 섬유, 실 또는 종이류로 이루어지는 원형 구조체(C)에 탄소원이 되는 수지와, 티탄, 바나듐, 크롬, 망간, 철, 코발트, 니켈, 동, 루테늄, 로듐, 팔라듐, 은, 백금, 금으로 이루어지는 군으로부터 선택된 어느 한 종의 금속의 분말을 포함한 슬러리를 함침시킨 후, 이 원형 구조체(C)를, 불활성 대기하에서 800℃~1300℃로 탄소화시킴으로써 형성되는 스폰지상 골격으로 구성되어 있는 구성으로 할 수 있다.
이에 따라, 전도성 있고, 가시광에서도 광촉매 작용을 효과적으로 발현시킬 수 있는 가시광 응답형 3차원 미세셀 구조 광촉매 필터를 용이하게 제조할 수 있다.
한편, 상기 스폰지상 다공질 구조체(A)에 있어서 탄소 및 상기 금속의 합계 의 비율은 이들 성분이 스폰지 골격의 기본이 되는 점에서 체적 비율로 40% 이상인 것이 바람직하며 60% 이상인 것이 보다 바람직하다. 즉, 상기 스폰지상 다공질 구조체(A)는 탄소 및 상기 금속을 주성분으로 하여 포함하고 있으면 되나, 이들 성분의 합계의 비율이 100 중량% 이를 테면 상기 스폰지상 다공질 구조체(A)가 예컨대 탄소와 상기 금속으로 이루어지는 구성을 가져도 좋다.
또한, 상기 스폰지상 다공질 구조체(A) 중에 있어서 금속의 비율은 그 금속이 탄소원으로서의 수지에 의한 아몰퍼스탄소로 결합하고 있는 점에서 체적비율로 60% 이하인 것이 바람직하며 30% 이하인 것이 보다 바람직하다.
이 경우, 상기 스폰지상 다공질 구조체(A)는 예컨대 탄소와 티탄으로 이루어지는 것이 바람직하며 상기 스폰지상 다공질 구조(B)를 구성하는 스폰지상 골격의 가교 굵기의 평균이 1 mm 이하이며, 또한 상기 금속과 탄소의 조성의 몰비, 특히 상기 스폰지상 다공질 구조체(A)가 탄소와 티탄으로 되는 경우, 티탄과 탄소의 조성의 몰비(Ti/C)가 0.1~2의 범위 내인 것이 보다 바람직하다.
따라서, 본 발명에 있어서는 상기 원형 구조체(C)의 스폰지상 골격에 있어서 가교 굵기의 평균을 1mm 이하로 하며, 상기 금속과 탄소의 조성의 몰비, 특히 상기 스폰지상 다공질 구조체(A)가 탄소와 티탄으로 되는 경우, 티탄과 탄소의 조성의 몰비(Ti/C)를 0.1~2의 범위 내로 하는 양의 티탄 분말을 혼합시켜, 상기 원형 구조체(C)의 형상을 유지한 스폰지상 다공질 구조체(A)를 형성하는 것이 바람직하다.
이 경우에도, 상기 슬러리는 상기 조건을 만족할 수 있도록 그 배합 조건을 적절히 설정하면 되며, 그 배합조건은 특별히 한정되어 있는 것은 아니다. 이를 테 면, 이 경우에도 상기 슬러리는 상술한 바와 같이 사용성분 등에 따라 상기 원형 구조체(C)에 부착시키기에 적합한 농도로 설정되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 이 경우에도 상기 슬러리에 사용되는 분산매로는 예컨대 상기 예시의 분산매를 사용할 수 있다.
이 경우, 상기 티탄 분말로는 표면 산화를 막기 위해 수소화 티탄 분말을 사용하는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이, 스폰지상 골격의 가교 굵기의 평균이 1 mm 이하이고, 상기 금속, 예컨대 티탄과 탄소의 조성의 몰비(Ti/C)가 0.1~2의 범위 내인 경우, 원형 구조체(C)와, 얻어지는 스폰지상 다공질 구조체(A)의 스폰지상 골격의 굵기의 차이가 거의 없으며 스폰지상 골격의 형상을 유지할 수 있다. 이에 따라, 복잡한 형상의 3차원 미세셀 구조 광촉매 필터이라도 용이하게 제조할 수 있으며, 이 경우에도 셀이 균일하고 기공률 85 용량% 이상, 특히 90 용량% 이상이 실현될 수 있으며, 용적 밀도 0.3g/㎤ 이하, 특히 0.2g/㎤ 이하로 투광성이 있고, 가시광에서도 작동하는 3차원 미세셀 구조 광촉매 필터를 실현할 수 있다.
또한, 본 발명에 있어서, 상술한 각 슬러리는 탄화규소, 질화규소, 탄화붕소, 알루미나, 실리카, 뮬라이트, 지르코니아로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 한 종의 분말을 더 포함하고 있어도 좋다. 이를 테면, 본 발명에 있어서 사용되는 상기 각 스폰지상 다공질 구조체(A)는 상기 (a) ~ (e)에 있어서 상기 예시의 성분 이외에, 탄화규소, 질화규소, 탄화붕소, 알루미나, 실리카, 뮬라이트, 지르코니아 등 상기 분말(세라믹 분말)에 기초하여, 한 종 또는 두 종류 이상의 성분을 더 포함하고 있어도 좋다.
이와 같이 세라믹 분말을 첨가함으로써 탄소화 소성시의 스폰지의 수축을 적게하고, 표면적을 증가시킬 수 있다. 이들 세라믹 분말은, 예컨대 탄소원으로서 사용하는 상기 수지에 혼합하여 사용할 수 있다. 또한, 상기 세라믹 분말은, 상기 수지로부터의 탄소에 대하여 체적비율로 50% 이하의 세라믹 분말량이 되도록 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적, 특징, 및 우수한 점은, 이하에 기재한 바에 의하여 충분히 알 수 있을 것이다. 또한, 본 발명의 이점은, 첨부 도면을 참조한 다음의 설명으로 명백해 질 것이다.
이하, 실시예 및 비교예에 따라 본 발명을 더욱 상세하게 설명하는데, 본 발명은 이들 실시예 및 비교예에 의해 한정되는 것은 아니다.
한편, 이하의 실시예 및 비교예에 있어서, 용적 밀도는 용적과 중량을 측정함으로써 계산하였다. 또한, 기공률은 용적 밀도와 실제 밀도로부터 계산하였다. 나아가, 산화티탄 부착 중량은 전후의 중량을 측정함으로써 얻어냈다. 비표면적은 질소가스 흡착법에 의해 측정하였다.
[실시예 1]
우선, 약 10 mm X 50 mm X 50mm 의 판상의 형태를 가지며, 스폰지상 골격의 가교 굵기가 약 0.2 mm, 셀 수가 약 13개/25 mm의 폴리우레탄제의 스폰지상 원형 구조체를, 탄소원으로서의 페놀수지 및 실리콘 분말을 Si/C=0.8 의 몰비의 조성으로 에탄올과 혼합한 슬러리에 침지시킨다. 다음으로, 과잉의 슬러리를 제거한 상기 스폰지상 원형 구조체를 아르곤 분위기 하에서 1000℃로 1시간 소성하여 탄소화시킨다. 계속해서, 이 탄소화한 스폰지상 원형 구조체를 진공 중, 1450℃로 온도 상승시켜 반응 소결시키고, 얻어진 소결체에 실리콘을, 탄소화 후의 중량의 약 1.4배의 비율로 용융 함침시키는 것에 의해 스폰지상 다공질 구조체를 형성했다.
다음으로, 상기 스폰지상 다공질 구조체를 광촉매용 산화티탄 코팅제(테이카주식회사제, 상품명[TKC-303])의 용액에 침지시키고, 건조한 후, 대기중 등의 산화분위기 하에서 승온 속도 10℃/분으로 400℃까지 온도 상승시켜 1시간 유지한 다음, 실온까지 냉각함으로써 상기 스폰지상 다공질 구조체에 산화티탄을 고정시킨다.
표 1에, 본 발명의 산화티탄 피복 스폰지상 다공질 구조체와 후술하는 비교예에 기재된 시료에 있어서의 용적 밀도, 기공률, 산화티탄 부착 중량, 광 투과율을 모아 나타낸다.
상기와 같이 하여 얻어진 본 실시예에 따른 산화티탄 피복 스폰지상 다공질 구조체는, 탄화규소(SiC)와 실리콘(Si)의 몰비가 약 1:1이며, 약 10 mm X 50mm X 50mm 의 판상으로, 표 1에 나타내는 것과 같이 용적 밀도가 0.14 g/㎤, 기공률이 94.8 용량%, 비표면적이 약 0.1㎡/g 였다.
이처럼, 실시예 1의 산화티탄 피복 스폰지상 다공질구조체는, 약 10 mm X 50mm X 50mm 의 판상 형태를 가지며, 폴리우레탄제의 스폰지상 원형 구조체의 형태와 거의 동일한 형태를 유지하고 있으며, 가교 굵기도 거의 동일하였다. 산화티탄은 0.0893g 부착했다.
계속해서, 두께 약 10 mm 의 산화티탄 피복 스폰지상 다공질 구조체에 365 nm의 파장의 자외선을 조사했을 때의 광 투과율을 측정하였다. 표 1에 나타낸 것처럼, 365 nm의 자외선을 조사했을 때의 광 투과율은 5.23 용량% 였다.
다음으로, 산화티탄 피복 스폰지상 다공질 구조체의 광촉매 효과의 비교를 행하기 위하여, 이 산화티탄 피복 스폰지상 다공질 구조체를 밀폐 용기 안에 넣고, 복수의 파장의 빛을 조사하고, 약 5ppm 의 NOx가스를 포함하는 공기를 500ml/분으로 통과시켜, NOx가스농도를 측정하고, 다음에 이 산화티탄 피복 스폰지상 다공질 구조체 통과 후의 NOx가스 측정 농도와 같은 농도의 NOx 가스를 조정하여 상기와 같은 실험을 5회 반복하여 흘려 보내 NOx가스 농도의 측정을 행하였다. NOx가스 농도의 저하가 큰 것일수록, 산화티탄 피복 스폰지상 다공질 구조체의 광촉매 효과가 큰 것을 나타낸다.
표 2는, NOx 분해에 기초한 산화티탄 피복 스폰지상 다공질 구조체의 광촉매 작용의 비교표이다.
도 2a 및 도 2b에, 상기 표 2에 기재한 광촉매 작용을 도시한다. 도 2a는 실시예 1·2 및 비교예 1·2에 있어서 산화티탄 피복 스폰지상 다공질 구조체의 NOx 분해에 기초한 광촉매 작용을 나타내는 그래프이며, 도 2b는, 실시예 2·3에 있어서 산화티탄 피복 스폰지상 다공질 구조체의 NOx 분해에 기초한 광촉매 작용을 설명하는 그래프이다. 보다 상세하게는 도 2a는 표 2의 측정 No.1~6, No.10~15에 있어서의 광촉매 효과를 나타내고, 도 2b는, 표 2의 측정 No.4~9에 있어서의 광촉매 효과를 나타내고 있다. 또한, 도 2a 및 도 2b 중, 측정 No. 를 원기호 숫자로 나타낸다.
한편, 표 1 및 표 2에 있어서, 실시예 1은, 실시예 1의 산화티탄 피복 스폰지상 다공질 구조체를 나타내고 있다. 마찬가지로, 실시예 2는, 후술하는 실시예 2의 산화티탄 피복 스폰지상 다공질 구조체, 실시예 3은 후술하는 실시예 3의 산화티탄 피복 스폰지상 다공질 구조체를 나타내고 있다. 또한, 측정은, 각 실시예 및 비교예를 최강 파장 254nm의 자외선(살균등), 최강파장 365nm의 자외선(블랙라이트), 형광등을 각각 조사하는 것으로 행하였다.
표 2의 측정 No.1~3에 나타내는 바와 같이, 실시예 1의 산화티탄 피복 스폰지상 다공질 구조체 통과 후의 Nox가스 농도는, 파장 254nm의 자외선에서는 통과회수가 2회에 2.88ppm, 5회에 0.91ppm이 되어, 큰 광촉매 효과가 이루어졌다. 또한, 파장 365nm의 자외선에서는 통과회수가 2회에 1.72ppm, 5회에 0ppmn이 되어, 현저한 광촉매 효과가 일어났다. 또한, 형광등에서도, 통과회수가 5회에 3.55ppm 이 되어, 상당한 광촉매 작용이 확인되었다.
[실시예 2]
우선, 약 10 mm X 50mm X 50mm 의 판상의 형태를 가지며 스폰지상 골격의 가교 굵기 약 0.1 mm, 셀 수가 약 18개/25mm의 폴리우레탄제의 스폰지상 원형 구조체를, 탄소원으로서의 페놀수지 및 실리콘 분말을 Si/C=0.8의 몰비의 조성으로 에탄올과 혼합한 슬러리에 침지시켰다. 다음으로, 과잉의 슬러리를 제거한 상기 스폰지상 원형 구조체를 아르곤 분위기 하에서 1000℃로 1시간 소성하여 탄소화시켰다. 계속해서, 이 탄소화시킨 스폰지상 원형구조체를 진공 중, 1450℃로 온도 상승시켜 반응 소결시켜, 얻어진 소결체에 실리콘을, 탄소화 후의 중량의 약 1.4배의 비율로 용융 함침 시킴으로써 스폰지상 다공질 구조체를 형성하였다. 이를 테면, 상기 실시예 1에 있어서, 스폰지상 골격의 가교 굵기 및 셀 수가 다른 스폰지상 원형 구조체를 사용한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 반응, 조작을 행하여 본 실시예 2의 스폰지상 다공질 구조체를 형성하였다.
다음으로, 이 스폰지상 다공질 구조체에 상기 실시예 1과 동일하게 하여 산화티탄을 고정함으로써 본 발명에 따른 산화티탄 피복 스폰지상 다공질 구조체를 얻었다.
이렇게 하여 얻어진 산화티탄 피복 스폰지상 다공질 구조체는, 탄화규소(SiC)와 실리콘(Si)의 몰비가 약 1:1의 10 mm X 50mm X 50mm 의 판상이며, 표 1의 실시예 2에 나타내는 것처럼 밀도가 0.17g/㎤, 기공률이 93.7%, 비표면적이 약 0.1㎡/g 이었다. 실시예 2의 산화티탄 피복 스폰지상 다공질 구조체는 실시예 1과 같이, 약 10 mm X 50mm X 50mm 의 판상 형태를 가지며, 폴리우레탄제의 스폰지상 원형 구조체의 형태와 거의 동일한 형태를 유지하고 있으며, 가교 굵기도 거의 동일 하였다. 산화티탄은 0.4484g 부착했다. 또한, 두께 약 10 mm의 산화티탄 피복 스폰지상 다공질 구조체에 365 nm의 자외선을 조사했을 때의 광 투과율은, 표 1에 나타낸 것처럼 0.34%였다. 실시예 2의 산화티탄 피복 스폰지상 다공질 구조체는, 실시예 1과 비교하여 셀 수가 많기 때문에, 광 투과율은 낮아지지만, 산화티탄의 부착량이 많기 때문에, 광촉매 효과는 커져 있는 것을 알 수 있다.
표 2의 측정 No.4~6에 따르면, 실시예 2의 산화티탄 피복 스폰지상 다공질 구조체 통과 후의 NOx가스 농도는, 파장 254nm의 자외선에서는 통과회수가 2회에 2.36ppm, 5회에 0.56ppm이 되어, 큰 광촉매 효과가 일어났다, 또한, 파장 365nm의 자외선에서는, 통과회수가 2회에 1.37ppm, 5회에 0ppm으로 되어, 현저한 광촉매효과가 얻어졌다. 또한, 형광등에서도 통과회수가 5회에 1.82ppm이 되며, 형광등에서도 고효율의 광촉매 작용이 확인되었다. 이에 따라, 3차원 미세셀 구조 광촉매 필터를 가시광 응답형으로 할 수 있음을 알 수 있다. 또한, 도 2a에 도시한 바와 같이, 측정 No.4~6에 따르면, 비교예인 측정 No.10~15 보다는 확실히 Nox가스 농도가 저하되어 있다.
[실시예 3]
실시예 2와 동일한 스폰지상 다공질 구조체를, 산화티탄을 포함하는 용액에 침지시키고, 건조한 시료를 산화 분위기에서 상온 속도 10℃/분 에서 600℃ 까지 온도 상승시켜, 1시간 유지한 후, 실온까지 냉각시킨 것 이외에는 실시예 2와 동일한 반응, 조작을 행하여 본 발명에 따른 산화티탄 피복 스폰지 다공질 구조체를 얻었다.
표 2의 측정 No.7~9에 따르면, 실시예 3의 산화티탄 피복 스폰지상 다공질 구조체 통과 후의 NOx 가스 농도는, 파장 254nm 의 자외선에서는 통과회수가 3회에 3.62ppm, 5회에 2.79ppm이 되어, 큰 광촉매 효과가 이루어졌다. 또한, 파장 365nm의 자외선에서는 통과회수가 2회에서 2.91ppm, 5회에서 0.99ppm이 되어, 현저한 광촉매 효과가 일어났다. 또한, 형광등에서도 통과회수가 5회에서 3.46ppm이 되고, 형광등에서도 광촉매 작용이 확인되었다. 도 2b의 측정 No.7~9는, 도 2a에 나타내는 비교예로서의 측정 No.10~18보다는 확실히 NOx 가스 농도가 저하되어 있다. 또한, 실시예 2와 같이 400℃ 까지 온도 상승시켜 1시간 유지한 쪽(도 2b의 측정 No.4~6)이 600℃ 온도 상승시켜 1시간 유지하는 쪽(측정 No.7~9)보다도 비교적 큰 광촉매 효과를 나타냄을 알 수 있다.
[실시예 4]
본 실시예 4에서는, 실시예 2와 같은 조건에서 산화티탄을 피복한 산화티탄 피복 스폰지상 다공질 구조체를 정화장치에서 동작시키기 위해 가공하고, 정화장치 내에 수용하여 측정하였다. 우선, 스폰지상 다공질 구조체의 형상을 내경 약 31mm, 외경 약 41mm, 높이 약 30mm의 링상의 필터 유닛으로 가공하고, 이것을 적층시켜 높이 약 350mm의 링상의 필터 유닛 적층체를 얻었다. 이 링상의 필터유닛 적층체를, 본 발명에 따른 광촉매 필터(링상 가시광 응답형 3차원 미세셀 구조 광촉매 필터(5))로서, 양단에 유체 도입구(4a)와 유체 출구(4b)가 마련된 내경 45mm의 아크릴제 외투관으로 이루어지는 용기(4)와, 내부에 광원(6)이 배설되며, 투광 구조로 형성된 외경 30mm의 내관(7)(석영관)으로 이루어지는 길이 약 450mm의 이중관으로 구성된 도 5에 도시한 정화장치 내에 수용하였다.
한편, 상기 광원(6)에는, 형광등, 블랙라이트(최강파장 365nm), 살균등(최강파장 254nm)을 사용하였다. 또한, 본 실시예 4에서는 15ppm~0ppm의 NOx 가스를 포함하는 공기를 500ml/분으로 이 정화장치에 통과시켜 NOx가스 농도를 측정하였다.
표 3에, 상기 정화장치에 의한 NOx가스의 측정치를 나타낸다. 또한, 도 3은, 표 3에 기재한 본 발명의 산화티탄 피복 스폰지상 다공질 구조체를 포함하는 정화장치를 사용한 NOx 분해에 기초한 광촉매 작용을 설명하는 그래프이다.
표 3 및 도 3으로부터 산화티탄 피복 스폰지상 다공질 구조체 통과 후의 NOx 가스 농도는, 형광등에서도 7ppm 정도의 NOx 가스 라면, 1회의 처리로 거의 0ppm이 되며, 15ppm의 NOx 가스라도 1회의 처리로 3.5ppm까지 내려가기 때문에, 이 정화장치를 직렬로 2개 연결하면, 0ppm이 되는 것을 알 수 있다. 또한, 블랙라이트(파장 365nm)에서는, 약 12ppm의 NOx가스도 1회의 처리로 거의 0ppm이 된다. 살균등(파장 254nm)에서는, 9ppm의 NOx가스가 1회의 처리로 거의 0ppm이 되며, 약 13ppm의 NOx 가스라도 0.3ppm까지 분해될 수 있다. 이처럼 실시예 4의 스폰지상 다공질 구조체로 이루어지는 3차원 미세셀 구조 광촉매 필터는 형광등에서도 블랙라이트에서도 살균등에서도 큰 광촉매 효과를 나타냄을 알 수 있다.
[실시예 5]
실시예 2에 있어서, 페놀수지 및 실리콘 분말을 에탄올과 혼합하여 되는 슬러리 대신에, 실리콘 분말을 사용하지 않고, 탄소원으로서의 페놀수지를 에탄올에 용해시킨 액을 사용하고, 그 액체에 실시예 2와 같은 폴리우레탄제의 스폰지상 원형 구조체를 침지시키고, 과잉의 액체를 제거한 후, 아르곤 분위기 하에서, 1000℃에서 1시간 소성하여 탄소화시킴으로써, 스폰지상 다공질 구조체를 얻었다. 다음으로, 이 스폰지상 다공질 구조체를 산화티탄을 포함 또는 생성하는 용액에 침지시키고, 건조한 후, 산화 분위기 하에서 100℃~500℃로 소성함으로써 산화티탄을 고정화 한것 이외에는 실시예 2와 같은 반응, 조작을 행하여 본 발명에 따른 산화티탄 피복 스폰지상 다공질 구조체를 얻었다.
이렇게 하여 얻어진 본 실시예 5에 관한 산화티탄 피복 스폰지상 다공질 구조체는, 아몰퍼스탄소로 이루어지는 8 mm X 44mm X 44mm의 판상물이며, 도전성을 가지며, 약 12%정도의 수축을 나타냈다. 상기 산화티탄 피복 스폰지상 다공질 구조체의 용적 밀도는 0.06g/㎤이며, 기공률은 97%이고, 비표면적은 약 0.1㎡/g이었다. 산화 티탄은, 0.242g 부착했다. 본 실시예에 따른 산화티탄 피복 스폰지상 다공질 구조체는, 1450℃에서의 반응 소결 및 실리콘의 용융 함침, 및 실리콘 분말의 첨가를 행하지 않는 것으로 실시예 2보다도 제조가 용이하였다.
표 4에, NOx 분해에 기초한 상기 산화티탄 피복 스폰지상 다공질 구조체의 광촉매 작용을 나타낸다.
또한, 도 4는 본 발명에 따른 산화티탄 피복 스폰지상 다공질 구조체의 NOx 분해에 기초한 광촉매 작용을 설명하는 그래프이며, 상기 표 4 및 후술하는 표 5에 기재된 광촉매 작용을 함께 도시한 것이다. 또한, 도 4 중, 측정 No. 를 원기호 숫자로 나타내었다.
표 4 및 도 4에 도시하는 바와 같이, 산화티탄 피복 스폰지상 다공질 구조체 통과후의 NOx 가스 농도는, 파장 254nm의 자외선에서는 통과회수가 2회에서 1.29ppm, 5회에 0.06ppm이 되어, 큰 광촉매 효과가 얻어졌다. 또한, 파장 365nm의 자외선에서는 통과회수가 2회에 0.99ppm, 5회에 0.06ppm이 되어, 현저한 광촉매 작용이 이루어졌다. 또한, 형광등에서도 통과회수가 5회에 2.32ppm이 되어, 형광등에서도 광촉매 작용이 확인되었다.
[실시예 6]
실시예 2에 있어서, 페놀수지 및 실리콘 분말을 에탄올과 혼합하여 되는 슬러리를 사용하고, 그 슬러리에, 실시예 2와 동일한 폴리우레탄제의 스폰지상 원형 구조체를 침지시키고, 과잉의 슬러리를 제거한 후, 아르곤 분위기 하에서 1000℃에서 1시간 소성하여 탄소화시킴으로써 1450℃에서의 반응 소결 및 실리콘의 용융 함침을 행하지 않고 얻어진 스폰지상 다공질 구조체를 사용하여 산화티탄을 고정화한 것 이외는, 실시예 2와 동일한 반응, 조작을 행하여 본 발명에 관한 산화티탄 피복 스폰지상 다공질 구조체를 얻었다.
이렇게 하여 얻어진 본 실시예 6에 따른 산화티탄 피복 스폰지상 다공질 구조체는, 아몰퍼스탄소와 실리콘 분말의 혼합물로 되는 약 10mm X 50mm X 50mm 의 판상물이며, 용적 밀도는 0.07g/㎤, 기공률은 97%, 비표면적은 약 68㎡/g이였다. 산화티탄은, 0.400g 부착하였다. 본 실시예에 관한 산화티탄 피복 스폰지상 다공질 구조체는, 1450℃에서의 반응 소결 및 실리콘의 용융 함침을 행하지 않는 것으로, 실시예 2보다도 제조가 용이하였다.
표 4 및 도 4에 나타내는 것과 같이 산화티탄 피복 스폰지상 다공질 구조체 통과후의 NOx 가스 농도는 파장 254nm의 자외선에서는 통과회수가 2회에 1.29ppm, 5회에 0.06ppm이 되어, 큰 광촉매 효과가 이루어졌다. 또한, 파장 365nm의 자외선에서는 통과회수가 2회에서 0.58ppm, 5회에 0.00ppm이 되어, 큰 광촉매 효과가 얻어졌다. 또한, 파장 365nm의 자외선에서는 통과회수가 2회에 0.31ppm, 5회에서 0.00ppm이 되어 현저한 광촉매 효과가 얻어졌다. 나아가 형광등에서도 통과회수가 5회에 1.34ppm이 되어, 형광등에서도 광촉매 작용이 큰 것이 확인되었다.
[실시예 7]
우선, 약 10mm X 50mm X 50mm의 판상의 형태를 가지며, 스폰지상 골격의 가교 굵기의 평균이 약 0.2mm, 셀 수가 약 18개/25mm 의 폴리우레탄제의 스폰지상 원형 구조체를, 탄소원으로서의 페놀수지 및 수소화티탄 분말을 Ti/C=0.6의 몰비의 조성으로 에탄올과 혼합한 슬러리에 침지시킨다. 다음으로, 과잉의 슬러리를 제거한 상기 스폰지상 원형 구조체를, 아르곤 분위기 하에서 1000℃에서 1시간 소성하여 탄소화시킨다. 계속해서 실시예 1과 동일한 반응, 조작을 행하여 상기의 탄소화된 스폰지상 원형 구조체에 산화 대기 중 400℃에서 산화티탄을 고정화한다.
표 5에, 티탄과 탄소로 구성된 상기 산화티탄 피복 스폰지상 다공질 구조체에 살균등, 블랙라이트, 형광등을 조사하여 광촉매 작용을 발현시켜 NOx 분해시켰을 때의 광촉매 작용을 나타낸다.
표 5 및 도 4에 나타낸 바와 같이 산화티탄 피복 스폰지상 다공질 구조체 통과후의 NOx 가스 농도는, 파장 254nm 의 자외선에서는, 통과회수가 2회에 0.51ppm 5회에 0.00ppm이 되어 큰 광촉매 효과가 이루어진다. 또한 파장 365nm의 자외선에서는 통과회수가 2회에 0.10ppm, 5회에 0.00ppm이 되어, 현저한 광촉매 효과가 이루어진다. 또한, 형광등에서도, 통과회수가 5회에 1.46ppm이 되어 형광등에서도 광촉매 작용이 큰 것이 확인되었다.
[비교예 1]
브리지스톤 주식회사제의 용적밀도 0.55g/㎤, 기공률 83%, 약 10mm X 50mm X 50mm의 판상의 탄화규소 세라믹폼 #06 (셀수 약 6개 /25mm)를 사용하여 산화티탄 피복을 행하여 비교용의 산화티탄 피복 스폰지상 다공질 구조체를 얻었다. 표 1에 나타낸 바와 같이 본 비교예 1에서 얻어진 비교용의 산화티탄 피복 스폰지용 다공질 구조체에 365nm의 자외선을 조사했을 때의 광 투과율은 5.06%이며 0.1361g의 산화티탄이 부착되었다. 실시예 1과 비교한 경우, 본 비교예 1에서 얻어진 비교용의 산화티탄 피복 스폰지상 다공질 구조체의 광 투과율은 실시예 1에서 얻어진 본 발명에 따른 산화티탄 피복 스폰지상 다공질 구조체의 광 투과율과 거의 동일하며, 산화티탄의 부착량은 실시예 1보다도 많았다.
그러나, 실시예 1~3과 마찬가지로, 최초에 5ppm의 NOx 가스를 포함하는 공기를 500ml/분으로 흘려보내고, 상기 비교용의 산화티탄 피복 스폰지상 다공질 구조체 통과후의 NOx 가스 농도를 측정했더니, 표 2의 측정 No.10에 나타낸 바와 같이, 파장 254nm의 자외선에서는 통과회수가 2회에 4.8ppm, 5회에 4.07ppm이 되어, NOx 가스의 저감 효과는 매우 작은 것이었다. 또한, 측정 No.11에 나타내는 파장 365nm의 자외선의 경우는, 통과회수가 2회에 4.81ppm, 5회에 4.73ppm이 되어, 대부분 NOx 가스 농도는 거의 저감 되지 않았다. 또한, 측정 No. 12의 형광등에서는 통과회수가 5회에 4.96ppm으로, 광촉매 작용을 확인할 수 없었다. 도 2a에 있어서도, 명백히 NOx 가스 농도는 저하되지 않았다. 이것은, 반대로, 실시예 2의 No. 6에 나타낸 것처럼 본 발명의 산화티탄 피복 스폰지상 다공질 구조체가 명백히 가시광 응답형이 되어 있는 것을 나타내고 있다. 또한 실시예 1에서 얻어진 산화티탄 피복 스폰지상 다공질 구조체와 비교하여, 본 비교예 1 에서 얻어진 비교용의 산화티탄 피복 스폰지상 다공질 구조체가 광 투과율은 거의 같으며, 또한, 산화티탄의 부착량은 많음에도 불구하고, 광촉매 작용이 떨어진다는 사실은, 본 발명의 산화티탄 피복 스폰지상 다공질 구조체의 광촉매 작용이 얼마나 우수한지를 나타내고 있다.
[비교예 2]
브리지스톤 주식회사제의 용적 밀도 0.57g/㎤, 기공률 82%, 약 10mm X 50mm X 50mm 의 판상의 탄화규소 세라믹폼 #13 (셀 수 약 13개 /25mm)를 사용하여 산화티탄 피복을 행하여 비교용의 산화티탄 피복 스폰지상 다공질 구조체를 얻었다. 표 1에 나타내는 것처럼 본 비교예 2에서 얻어진 비교용의 산화티탄 피복 스폰지용 다공질 구조체에 365nm의 자외선을 조사했을 때의 광 투과율은 0.17%이며 0.2293g의 산화티탄이 부착되었다. 같은 셀 수의 실시예 1과 비교하여 광 투과율은 낮으나, 산화티탄의 부착량은 많았다.
그러나, 실시예 1~3과 마찬가지로, 최초에 5ppm의 NOx 가스를 포함하는 공기를 500ml/분로 흘려보내고, 상기 비교용의 산화티탄 피복 스폰지상 다공질 구조체 통과후의 NOx 가스 농도를 측정했더니, 표 2의 측정 No.13에 나타낸 바와 같이, 파장 254nm의 자외선에서는 통과회수가 2회에 4.56ppm, 5회에 3.86ppm이 되어, NOx 가스의 저하 효과는 매우 작은 것이었다. 또한, 측정 No. 14에 나타내는 파장 365nm의 자외선의 경우는, 통과회수가 2회에 4.4ppm, 5회에 3.68ppm이 되어, NOx 가스 농도는 거의 저하되지 않았다는 것을 알 수 있다. 또한 형광등에서는 통과 회수 5회에 4.84ppm로 광촉매 작용이 확인되지 않았다.
[비교예 3]
실시예 1에 있어서, 산화티탄의 피막이 형성되어 있지 않은 스폰지상 다공질 구조체를 실시예 1~3과 같이 최초에 5ppm의 NOx 가스를 포함하는 공기를 500ml/분으로 흘려 보내고, 상기 비교용의 산화티탄 피복 스폰지상 다공질 구조체 통과후의 NOx 가스 농도를 측정했더니, 표 2에 나타낸 바와 같이, 파장 254nm의 자외선에서는 통과회수가 2회에 4.83ppm, 5회에 4.66ppm이 되어, 산화티탄이 없어도 NOx 가스를 분해하는 것이 가능했으나 효과는 매우 작았다. 또한 파장 365nm의 자외선에서는 , 통과회수가 2회에 4.93ppm, 5회째도 거의 변하지 않으며, NOx 가스 농도는 저하되지 않았다.
[비교예 4]
비교예 4는, 실시예 2의 산화티탄의 피막을 형성되어 있지 않은 스폰지상 다공질 구조체를 실시예 1~3과 같이 최초에 5ppm의 NOx 가스를 포함하는 공기를 500ml/분으로 흘려보내고, 상기 비교용의 산화티탄 피복 스폰지상 다공질 구조체 통과 후의 NOx 가스 농도를 측정했더니, 표 2에 나타낸 바와 같이, 파장 254nm의 자외선에서는 통과회수가 2회에 4.85ppm, 5회에 4.65ppm이 되어, 산화티탄이 없어도 NOx 가스를 분해하는 것이 가능했으나 효과는 매우 작았다. 또한 파장 365nm 의 자외선에서는, 통과회수가 2회에 4.95ppm, 5회째도 거의 변하지 않으며, NOx 가스 농도는 저하되지 않았다.
이상, 발명을 실시하기 위한 가잘 적절한 형태의 구체적인 실시 형태 또는 실시예는 어디까지나 본 발명의 기술 내용을 명백히 하는 것으로서, 그러한 구체적 예로만 한정되어 협의로 해석될 것이 아니라, 본 발명의 정신과 다음의 기재하는 특허 청구의 범위 내에서 여러가지로 변경하여 실시하는 것이 가능한 것이다.
본 발명의 가시광 응답형 3차원 미세셀 구조 광촉매 필터는, NOx 등의 유해물질을 포함하는 오염공기의 정화 및 오염수의 청정화 등을 고효율적으로 행할 수 있는 정화장치에 적용 가능하다.
Claims (50)
- 기공률이 85 용량% 이상의 스폰지상 다공질 구조체(A) 표면에, 아나타제형의 산화티탄 피막이 형성되어 이루어지며, 또한, 상기 스폰지상 다공질 구조체(A)가,(a) 탄소, 및 실리콘과 실리콘 합금으로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 한 종,(b) 실리콘, 실리콘 합금, 탄소로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 한 종 , 및 탄화규소,(c) 실리콘, 실리콘 합금, 탄소, 탄화규소로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 한 종, 및 질화규소,(d) 아몰퍼스탄소,(e) 티탄, 바나듐, 크롬, 망간, 철, 코발트, 니켈, 동, 루테늄, 로듐, 팔라듐, 은, 백금, 금으로 이루어지는 군으로부터 선택된 어느 한 종의 금속, 및 탄소,로 이루어지는 군으로부터 선택된 어느 한 종을 포함하는 스폰지상 다공질 구조(B)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 가시광 응답형 3차원 미세셀 구조 광촉매 필터.
- 제 1항에 있어서,상기 스폰지상 다공질 구조체(A)가 탄소, 및 실리콘과 실리콘 합금으로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 어느 한 종을 포함함과 함께,.상기 스폰지상 다공질 구조(B)를 구성하는 스폰지상 골격의 가교 굵기의 평균이 1mm 이하이며, 또한, 실리콘과 탄소의 조성의 몰비(Si/C)가 0.1~2의 범위 내인 것을 특징으로 하는 가시광 응답형 3차원 미세셀 구조 광촉매 필터.
- 제 1항에 있어서,상기 스폰지상 다공질 구조체(A)가, 탄화규소, 및 실리콘과 실리콘 합금으로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 어느 한 종을 포함함과 함께,상기 스폰지상 다공질 구조(B)를 구성하는 스폰지상 골격의 가교 굵기의 평균이 1mm 이하이며, 또한, 실리콘과 탄소의 조성의 몰비(Si/C)가 0.1~4의 범위 내인 것을 특징으로 하는 가시광 응답형 3차원 미세셀 구조 광촉매 필터.
- 제 1항에 있어서,상기 스폰지상 다공질 구조체(A)가 탄소와 티탄으로 이루어짐과 함께,상기 스폰지상 다공질 구조(B)를 구성하는 스폰지상 골격의 가교 굵기의 평균이 1mm 이하이며, 또한, 티탄과 탄소의 조성의 몰비(Si/C)가 0.1~2의 범위 내인 것을 특징으로 하는 가시광 응답형 3차원 미세셀 구조 광촉매 필터.
- 표면에 산화티탄 피막이 형성된 스폰지상 다공질 구조(B)를 구비한 가시광 응답형 3차원 미세셀 구조 광촉매 필터에 있어서,상기 스폰지상 다공질 구조 (B)가 ,탄소와, 실리콘과 실리콘 합금으로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 어느 한 종을 포함함과 동시에 기공률 85 용량% 이상의 스폰지상 다공질 구조체(A)를 산화티탄을 포함 또는 생성하는 용액에 침지시키고, 건조한 후에 산화 분위기 하에서, 100℃~800℃로 소성함으로써 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 가시광 응답형 3차원 미세셀 구조 광촉매 필터.
- 삭제
- 제 5항에 있어서,상기 스폰지상 다공질 구조(B)를 구성하는 스폰지상 골격의 가교 굵기의 평균이 1mm 이하이며, 또한, 실리콘과 탄소의 조성의 몰비(Si/C)가 0.1~2의 범위 내인 것을 특징으로 하는 가시광 응답형 3차원 미세셀 구조 광촉매 필터.
- 표면에 산화티탄 피막이 형성된 스폰지상 다공질 구조(B)를 구비한 가시광 응답형 3차원 미세셀 구조 광촉매 필터에 있어서,상기 스폰지상 다공질 구조 (B)가,탄화규소와, 실리콘, 실리콘 합금, 탄소로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 한 종을 포함함과 함께, 기공률 85 용량% 이상의 스폰지상 다공질 구조체(A)를 산화티탄을 포함 또는 생성하는 용액에 침지시키고, 건조한 후에 산화 분위기 하에서 100℃~800℃로 소성함으로써 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 가시광 응 답형 3차원 미세셀 구조 광촉매 필터.
- 제 8항에 있어서,상기 스폰지상 다공질 구조체(A)가, 탄화규소와, 실리콘과 실리콘 합금으로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 어느 한 종을 포함하고, 또한,상기 스폰지상 다공질 구조(B)를 구성하는 스폰지상 골격의 가교 굵기의 평균이 1 mm 이하이며, 또한, 실리콘과 탄화규소의 조성의 몰비(Si/SiC)가 0.1~4인 것을 특징으로 하는 가시광 응답형 3차원 미세셀 구조 광촉매 필터.
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- 표면에 산화티탄 피막이 형성된 스폰지상 다공질 구조(B)를 구비한 가시광 응답형 3차원 미세셀 구조 광촉매 필터에 있어서,상기 스폰지상 다공질 구조(B)가,질화규소와, 실리콘, 실리콘 합금, 탄소, 탄화규소로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 한 종을 포함함과 함께, 기공률 85 용량% 이상의 스폰지상 다공질 구조체(A)를 산화티탄을 포함 또는 생성하는 용액에 침지시키고, 건조한 후에 산화 분위기 하에서 100℃~800℃로 소성함으로써 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 가시광 응답형 3차원 미세셀 구조 광촉매 필터.
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- 삭제
- 표면에 산화티탄 피막이 형성된 스폰지상 다공질 구조(B)를 구비한 가시광 응답형 3차원 미세셀 구조 광촉매 필터에 있어서,상기 스폰지상 다공질 구조(B)가,아몰퍼스탄소를 포함함과 함께 기공률 85 용량% 이상의 스폰지상 다공질 구조체(A)를 산화티탄을 포함 또는 생성하는 용액에 침지시키고, 건조한 후에 산화 분위기 하에서 100℃~500℃로 소성함으로써 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 가시광 응답형 3차원 미세셀 구조 광촉매 필터.
- 삭제
- 표면에 산화티탄 피막이 형성된 스폰지상 다공질 구조(B)를 구비한 가시광 응답형 3차원 미세셀 구조 광촉매 필터에 있어서,상기 스폰지상 다공질 구조(B)가,탄소와, 티탄, 바나듐, 크롬, 망간, 철, 코발트, 니켈, 동, 루테늄, 로듐, 팔라듐, 은, 백금, 금으로 이루어지는 군으로부터 선택된 어느 한 종의 금속을 포함함과 함께 기공률 85 용량% 이상의 스폰지상 다공질 구조체(A)를 산화티탄을 포함 또는 생성하는 용액에 침지시키고, 건조한 후에 산화 분위기 하에서 100℃~500℃로 소성함으로써 구성되는 것을 특징으로 하는 가시광 응답형 3차원 미세셀 구조 광촉매 필터.
- 제 16항에 있어서,상기 스폰지상 다공질 구조체(A)가 탄소와 티탄으로 이루어져 있으며, 스폰지상 다공질 구조(B)를 구성하는 스폰지상 골격의 가교 굵기의 평균이 1mm 이하이며, 또한 티탄과 탄소의 조성의 몰비(Ti/C)가 0.1~2의 범위 내인 것을 특징으로 하는 가시광 응답형 3차원 미세셀 구조 광촉매 필터.
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- 제 1항, 제 5항, 제 8항, 제 11항, 제 14항 및 제 16항 중 어느 한 항에 기재된 가시광 응답형 3차원 미세셀 구조 광촉배 필터를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 정화장치.
- 제 20항에 있어서,양단에 유체 도입구와 유체 출구가 마련되어 있음과 함께 외부에는 가시광 및 자외선으로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 어느 하나를 투과할 수 있는 투과영역이 마련된 용기와,상기 용기의 내부에 수용된 광촉매 필터를 구비하고,상기 투과영역으로부터 수광된 가시광 및 자외선으로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 어느 하나에 의해 광촉매 필터가 상기 유체 도입구로부터 유입된 유체를 정화하여 상기 유체 출구로부터 배출하는 가시광 응답형의 정화장치에 있어서,상기 광촉매 필터가 , 상기 가시광 응답형 3차원 미세셀 구조 광촉매 필터를 평판상으로 형성한 필터 유닛으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 정화장치.
- 제 20항에 있어서,유체 도입구와 유체 출구가 양단에 마련된 용기와,상기 용기의 내부에 수용되고 내부에 원통형 공극이 마련된 링상 광촉매 필터와,상기 링상 광촉매 필터의 원통형 공극내에 마련되고 가시광 및 자외선으로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 어느 하나를 조사할 수 있는 광원을 구비하고,상기 광원으로부터 조사된 가시광 또는 자외선에 의해 광촉매 필터가 상기 유체 도입구로부터 유입된 유체를 정화하여 상기 유체 출구로부터 배출하는 가시광 응답형의 정화장치이고,상기 광촉매 필터가, 상기 가시광 응답형 3차원 미세셀 구조 광촉매 필터를 링상으로 형성한 필터유닛으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 정화장치.
- 탄소와, 실리콘과 실리콘 합금으로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 어느 한 종을 포함함과 동시에 기공률 85 용량% 이상의 스폰지상 다공질 구조체(A)를 산화티탄을 포함 또는 생성하는 용액에 침지시키고, 건조한 후 산화 분위기 하에서 100℃~800℃로 소성하는 것을 특징으로 하는 가시광 응답형 3차원 미세셀 구조 광촉매 필터의 제조방법.
- 삭제
- 제 23항에 있어서,스폰지상 골격을 가짐과 함께 탄소화시에 열분해하는 원형(原型) 구조체(C)에 , 탄소원이 되는 수지와, 실리콘 분말과 실리콘 합금으로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 어느 한 종을 포함한 슬러리를 함침시킨 후, 이 원형 구조체(C)를 불활성 분위기 하에서 800℃~1300℃로 탄소화켜 상기 스폰지상 다공질 구조체(A)를 형성하는 것을 특징으로 하는 가시광 응답형 3차원 미세셀 구조 광촉매 필터의 제조방법.
- 제 23항에 있어서,상기 스폰지상 다공질 구조체(A)가, 스폰지상 골격을 가지는 고분자화합물, 또는 천연소재의 섬유, 실 또는 종이류로 이루어지는 원형(原型) 구조체(C)에, 탄소원이되는 수지와, 실리콘 분말과 실리콘 합금으로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 어느 한 종을 포함하는 슬러리를 함침시킨 후, 이 원형 구조체(C)를 불활성 분위기 하에서 800℃~1300℃로 탄소화시키는 것에 의해 형성되는 스폰지상 골격으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 가시광 응답형 3차원 미세셀 광촉매 필터의 제조방법.
- 제 25항 또는 제 26항에 있어서,상기 원형구조체(C)의 스폰지상 골격에 있어서 가교 굵기의 평균을 1mm 이하로 하고, 실리콘과 탄소의 조성의 몰비(Si/C)를 0.1~2의 범위 내로 하는 양의 실리콘 분말과 실리콘 합금으로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 어느 한 종을 사용하여, 상기 원형 구조체(C)의 형상을 유지한 스폰지상 다공질 구조체(A)를 형성하는 것을 특징으로 하는 가시광 응답형 3차원 미세셀 구조 광촉매 필터의 제조방법.
- 탄화규소와, 실리콘, 실리콘합금, 탄소로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 한 종을 포함함과 함께 기공률 85 용량% 이상의 스폰지상 다공질 구조체(A)를, 산화티탄을 포함 또는 생성하는 용액에 침지시키고, 건조한 후, 산화 분위기 하에서 100~800℃로 소성하는 것을 특징으로 하는 가시광 응답형 3차원 미세셀 구조 광촉매 필터의 제조방법.
- 삭제
- 제 28항에 있어서,스폰지상 골격을 가짐과 함께 탄소화시에 열분해 하는 원형 구조체(C)에, 탄소원이 되는 수지와, 실리콘 분말과 실리콘 합금으로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 어느 한 종을 포함한 슬러리를 함침시킨 후, 이 원형 구조체(C)를 불활성 분위기 하에서 800℃~1300℃로 소성화하고, 또한 1300℃ 이상에서 반응 소결시켜, 상기 스폰지상 다공질 구조체(A)를 형성하는 것을 특징으로 하는 가시광 응답형 3차원 미세셀 구조 광촉매 필터의 제조방법.
- 제 30항에 있어서,상기 반응 소결에 의해 얻어진 소결체에, 다시 1300℃~1800℃에서 실리콘과 실리콘 합금으로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 어느 한 종을 용융 함침시켜 상기 스폰지상 다공질 구조체(A)를 형성하는 것을 특징으로 하는 가시광 응답형 3차원 미세셀 구조 광촉매 필터의 제조방법.
- 제 28항에 있어서,상기 스폰지상 다공질 구조체(A)가, 스폰지상 골격을 가지는 고분자화합물, 또는 천연재료의 섬유, 실 또는 종이류로 이루어지는 원형 구조체(C)에, 탄소원이 되는 수지와, 실리콘 분말과 실리콘 합금으로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 어느 한 종을 포함한 슬러리를 함침시킨 후, 이 원형 구조체(C)를 불활성 분위기 하에서 800℃~1300℃로 소성화하고, 다시, 1300℃ 이상에서 반응 소결시켜 형성되는 스폰지상 골격으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 가시광 응답형 3차원 미세셀 구조 광촉매 필터의 제조방법.
- 제 32항에 있어서,상기 스폰지상 다공질 구조체(A)가, 상기 반응 소결에 의해 얻어진 소결체에 다시 1300℃~1800℃에서 실리콘과 실리콘 합금으로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 어느 한 종을 용융 함침시킴으로써 형성되는 스폰지상 골격으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 가시광 응답형 3차원 미세셀 구조 광촉매 필터의 제조방법.
- 제 30항 또는 32항에 있어서,상기 원형 구조체(C)의 스폰지상 골격에 있어서 가교 굵기의 평균을 1mm 이하로 하고, 실리콘과 탄소의 조성의 몰비(Si/C)를 0.1~2의 범위 내로 하는 양의 실리콘 분말과 실리콘 합금으로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 어느 한 종을 사용하여 상기 원형 구조체(C)의 형상을 유지한 스폰지상 다공질 구조체(A)를 형성하는 것을 특징으로 하는 가시광 응답형 3차원 미세셀 구조 광촉매 필터의 제조방법.
- 제 31항 또는 33항에 있어서,상기 원형구조체(C)의 스폰지상 골격에 있어서 가교 굵기의 평균을 1mm 이하로 하고 실리콘과 탄화규소의 조성의 몰비(Si/SiC)를 0.1~4 로 하는 양의 실리콘과 실리콘 합금으로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 어느 한 종을 함침시키고, 상기 원형 구조체(C)의 형상을 유지한 스폰지상 다공질 구조체(A)를 형성하는 것을 특징으로 하는 가시광 응답형 3차원 미세셀 구조 광촉매 필터의 제조방법.
- 질화규소와, 실리콘, 실리콘합금, 탄소, 탄화규소로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 한 종을 포함함과 함께 기공률 85 용량% 이상의 스폰지상 다공질 구 조체(A)를 산화티탄을 포함 또는 생성하는 용액에 침지시키고, 건조한 후, 산화분위기 하에서 100℃~800℃로 소성하는 것을 특징으로 하는 가시광 응답형 3차원 미세셀 구조 광촉매 필터의 제조방법.
- 제 36항에 있어서,스폰지상 골격을 가짐과 함께 탄소화시에 열분해 하는 원형 구조체(C)에, 탄소원이 되는 수지와, 실리콘 분말과 실리콘 합금으로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 어느 한 종을 포함한 슬러리를 함침시킨 후, 이 원형 구조체(C)를 질소 분위기 하에서 800℃~1500℃로 열처리하여 탄소화와 실리콘의 질화 반응을 행하여 상기 스폰지상 다공질 구조체 (A)를 형성하는 것을 특징으로 하는 가시광 응답형 3차원 미세셀 구조 광촉매 필터의 제조방법.
- 제 36항에 있어서,상기 스폰지상 다공질 구조체(A)가 스폰지상 골격을 가지는 고분자화합물, 또는 천연소재의 섬유, 실 또는 종이류로 이루어지는 원형 구조체(C)에 탄소원이 되는 수지와, 실리콘 분말과 실리콘 합금으로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 어느 한 종을 포함한 슬러리를 함침시킨 후, 이 원형 구조체(C)를 질소 분위기 하에서 800℃~1500℃로 열처리하여 탄소화와 실리콘의 질화 반응을 행하여 형성되는 스폰지상 골격으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 가시광 응답형 3차원 미세셀 구조 광촉매 필터의 제조방법.
- 제 37항 또는 38항에 있어서,상기 원형 구조체(C)의 스폰지상 골격에 있어서 가교 굵기의 평균을 1mm 이하로 하고, 실리콘과 탄소의 조성의 몰비(Si/C)를 0.1~2의 범위 내로 하는 양의 실리콘 분말과 실리콘 합금으로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 어느 한 종을 사용하여 상기 원형 구조체(C)의 형상을 유지한 스폰지상 다공질 구조체(A)를 형성하는 것을 특징으로 하는 가시광 응답형 3차원 미세셀 구조 광촉매 필터의 제조방법.
- 아몰퍼스탄소를 포함함과 함께 기공률 85 용량% 이상의 스폰지상 다공질 구조체(A)를, 산화티탄을 포함 또는 생성하는 용액에 침지시키고, 건조한 후, 산화 분위기 하에서 100℃~500℃로 소성하는 것을 특징으로 하는 가시광 응답형 3차원 미세셀 구조 광촉매 필터의 제조방법.
- 삭제
- 제 40항에 있어서,스폰지상 골격을 가짐과 함께 탄소화시에 열분해 하는 원형 구조체(C)에, 탄소원이 되는 수지를 포함하는 슬러리를 함침시킨 후, 이 원형 구조체(C)를 불활성 분위기 하에서 800℃~1300℃로 탄소화시켜 상기 스폰지상 다공질 구조체(A)를 형성하는 것을 특징으로 하는 가시광 응답형 3차원 미세셀 구조 광촉매 필터의 제조방법.
- 제 40항에 있어서,상기 스폰지상 다공질 구조체(A)가, 스폰지상 골격을 가지는 고분자 화합물, 또는 천연재료의 섬유, 실, 또는 종이류로 이루어지는 원형 구조체(C)에, 탄소원이 되는 수지를 포함한 슬러리를 함침시킨 후, 이 원형 구조체(C)를, 불활성 분위기 하에서 800℃~1300℃로 탄소화시킴으로써 형성되는 스폰지상 골격으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 가시광 응답형 3차원 미세셀 구조 광촉매 필터의 제조방법.
- 탄소와, 티탄, 바나듐, 크롬, 망간, 철, 코발트, 니켈, 동, 루테늄, 로듐, 팔라듐, 은, 백금, 금으로 이루어지는 군으로부터 선택된 어느 한 종의 금속을 포함함과 함께 기공률 85 용량% 이상의 스폰지상 다공질 구조체(A)를, 산화티탄을 포함 또는 생성하는 용액에 침지시키고, 건조한 후, 산화 분위기 하에서 100℃~500℃로 소성하는 것을 특징으로 하는 가시광 응답형 3차원 미세셀 구조 광촉매 필터의 제조방법.
- 삭제
- 제 44항에 있어서,스폰지상 골격을 가짐과 함께 탄소화시에 열분해 하는 원형 구조체(C)에, 탄소원이 되는 수지와, 티탄, 바나듐, 크롬, 망간, 철, 코발트, 니켈, 동, 루테늄, 로듐, 팔라듐, 은, 백금, 금으로 이루어지는 군으로부터 선택된 어느 한 종의 금속의 분말을 포함한 슬러리를 함침시킨 후, 이 원형 구조체(C)를 불활성 분위기 하에서 800℃~1300℃로 탄소화시켜 상기 스폰지상 다공질 구조체(A)를 형성하는 것을 특징으로 하는 가시광 응답형 3차원 미세셀 구조 광촉매 필터의 제조방법.
- 제 44항에 있어서,상기 스폰지상 다공질 구조체(A)가, 스폰지상 골격을 가지는 고분자 화합물, 또는 천연재료의 섬유, 실, 또는 종이류로 이루어지는 원형 구조체(C)에, 탄소원이되는 수지와, 티탄, 바나듐, 크롬, 망간, 철, 코발트, 니켈, 동, 루테늄, 로듐, 팔라듐, 은, 백금, 금으로 이루어지는 군으로부터 선택된 어느 한 종의 금속의 분말을 포함한 슬러리를 함침시킨 후, 이 원형 구조체(C)를 불활성 분위기 하에서 800℃~1300℃로 탄소화시킴으로써 형성되는 스폰지상 골격으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 가시광 응답형 3차원 미세셀 구조 광촉매 필터의 제조방법.
- 제 46항에 있어서,상기 금속이 티탄이며, 원형 구조체(C)의 스폰지상 골격에 있어서 가교 굵기의 평균을 1mm 이하로 하고, 티탄과 탄소의 조성의 몰비(Ti/C)를 0.1~2의 범위 내로 하는 양의 티탄분말을 사용하여, 원형 구조체(C)의 형상을 유지한 스폰지상 다공질 구조체(A)를 형성하는 것을 특징으로 하는 가시광 응답형 3차원 미세셀 구조 광촉매 필터의 제조방법.
- 제 47항에 있어서,상기 금속이 티탄이며, 원형 구조체(C)의 스폰지상 골격에 있어서 가교 굵기의 평균을 1mm 이하로 하고, 티탄과 탄소의 조성의 몰비(Ti/C)를 0.1~2의 범위 내로 하는 양의 티탄분말을 사용하여, 원형 구조체(C)의 형상을 유지한 스폰지상 다공질 구조체(A)를 형성하는 것을 특징으로 하는 가시광 응답형 3차원 미세셀 구조 광촉매 필터의 제조방법.
- 제 25항, 제 26항, 제 30항 내지 제 33항, 제 37항, 제 38항, 제 42항, 제 43항 및 제 46항 내지 제 49항 중 어느 한 항에 있어서,상기 슬러리가, 탄화규소, 질화규소, 탄화붕소, 알루미나, 실리카, 뮬라이트, 지르코니아로부터 선택된 적어도 한 종의 분말을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가시광 응답형 3차원 미세셀 구조 광촉매 필터의 제조방법.
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