KR100805305B1 - 고결정 및 고활성 타이타니아 나노튜브의 제조 - Google Patents
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Abstract
나노 크기의 TiO2 광촉매 입자는 자외선이나 가시광선 영역의 빛을 받아 대기 중의 휘발성 유기물 (VOC) 뿐만 아니라 물에 포함된 유기물 산화 분해능이 우수하고 항균의 특성이 있어 실내 공기 정화기 등에 널리 사용되고 있다. 그러나 현재의 TiO2 나노 입자는 태양광의 60% 정도를 차지하고 있는 가시광선영역에서의 광활성이 낮아 가시광선 영역에서 광활성이 뛰어난 새로운 형태의 광촉매 개발이 요구 되고 있다. 따라서 본 발명에서는 기존의 TiO2 나노입자 보다 공기 중의 VOC 제거능이 2배 이상 우수할 뿐만 아니라 가시광선 영역에서도 VOC 제거능이 우수한 타이타니아 나노튜브 광촉매의 제조에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 종래의 타이타니아 나노입자로부터 광활성이 2배 이상 향상된 고결정성의 나노튜브를 얻기 위한 경제적인 타이타니아 나노튜브의 제조 방법과 오염원의 정화기능을 갖는 광촉매로서 활성이 증가된 고결정성 타이타니아 나노튜브를 제공함으로서 실용성을 크게 높이는 효과가 있다.
광촉매, 고결정성 타이타니아 나노튜브, VOC 제거
Description
도 1은 타이타니아 나노튜브의 전자현미경 측정결과
도 2는 XRD 분석결과
도 3은 공기중의 트리메틸아민의 제거능 비교
도 4는 공기중의 아세트알데하이드의 제거능 비교
도 5는 물 속의 페놀 제거능 비교
도 6는 백금(Pt)를 담지한 타이타니아 나노튜브의 트리메틸아민의 제거능 비교
<도면의 부호설명>
(a) 고결정 나노튜브
(b) 백금(Pt)이 담지된고결정 나노튜브
도 7은 가시광선 하에서의 트리메틸아민의 제거능 비교
<각 도면의 부호설명 (도 7제외)>
(a) : 타이타니아 나노입자
(b) : 저결정성 타이타니아 나노튜브
(c) : 고결정성 타이타니아 나노튜브
본 발명은 타이타니아 나노튜브에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 종래의 타이타니아 나노입자로부터 광활성이 2배 이상 향상된 고결정성의 나노튜브를 얻기 위한 경제적인 고결정성 타이타니아 나노튜브의 제조 방법과 오염원의 정화기능을 갖는 광촉매로서 활성이 증가된 고결정성 타이타니아 나노튜브에 관한 것이다. 본 발명에 속하는 물질인 타이타늄옥사이드(타이타니아)는 아나타제(anatase)형, 루틸(rutile)형, 부루카이트 (brookite)형의 3가지 종류의 결정구조가 있으며, 루틸형 타이타니아는 공업용 도료 및 화장품 등에 널리 사용되고 있지만, 광촉매로서 적합한 것은 아나타제형 타이타니아로서. 밴드 갭(band gap)이 3.2 eV로, 루틸형 타이타니아의 밴드 갭 3.0 eV보다 전도대의 위쪽에 있어 환원력이 강하고 산소를 더 쉽게 환원할 수 있기 때문에 광촉매로서 많이 사용된다. 아나타제형 타이타니아는 찌든 때의 분해성, 방취, 항균, 수중 또는 공기중의 오염물질의 분해 및 제거 등의 기능을 가지고 있어 주로 환경정화분야에 응용할 수 있다. 특히 아나타제형 타이타니아 분말은 우수한 광촉매적 성질을 가지고 있으면서도 상대적으로 합성하기 쉬워 이에 관한 많은 연구가 진행되어왔다.
본 발명은 자외선이나 가시광선 하에서 광촉매로 사용되는 타이타니아 나노입자 (예: Degussa사의 P25)를 이용하여 공기나 물속에 오염물로 존재하는 휘발성 유기화합물(VOC) 제거하는 기술에 속한다 (JP 08290062 A2 5 Nov 1996 (Japan), US 95-467779 6 Jun 1995 (USA)). 특히 본 발명은 최근 실내공기질 관리법(「다중이용시설 등의 실내공기질 관리법」, 제정 1996.13.30 법률 제5224호, 전문개정 2003. 5.29 법률 제6911호, 「다중이용시설 등의 실내공기질 관리법시행령」, 제정 1997.12.31 대통령령 제15,584호, 개정 1998.12.31 대통령령 제16,056호, 전문개정 2004. 5.25 대통령령 제18,402호 「다중이용시설 등의 실내공기질 관리법 시행규칙」제정 1998. 1.25 환경부령 제 36호, 개정 1998.12.31 환경부령 제 54호, 전문개정 2004. 5.28 환경부령 제156호)의 실행에 따라 타이타니아 나노입자 광촉매를 내부에 장착한 실내공기 정화기의 보급이 확대 되고 있는 기술에 속하는 기술이다. (「난연처리된 기재를 이용한 실내공기정화용 광촉매-탈취제coupling system」 공개번호 특10-2004-0090882, 「광촉매를 이용한 정화시스템」공개번호 특2001-0082956) 위에서 언급한 종래의 기술은 모두 수십 nm 크기의 상용 (Degussa 사의 P25) 혹은 특수한 방법으로 제조된 고체상이나 콜로이드 상의 타이타니아 나노입자 (구형 입자형태)를 기재에 코팅하여 VOC등을 제거하는 기술에 관한 것이다.
그러나 이러한 종래의 타이타니아 나노입자 광촉매는 주로 자외선 영역에서 높은 광활성을 나타내기 때문에 태양광의 60% 정도를 차지하는 가시광선 영역의 빛을 이용할 수 없어 자연 태양광에서는 높은 활성을 기대 하기 어렵다. 따라서 본발명에서는 별도의 자외선 조사시설의 설치 없이 자연 태양광이나 형광등을 이용한 VOC나 실내공기 정화용으로 사용하기위해서는 종래의 타이타니나 나노입자 보다 가시광선에서 높은 광활성을 나타내는 새로운 형태의 광촉매인 고결정성 타이타니아 나노튜브의 제조에 관한 것을 제공한다.
한편 가시광선이나 자외선 하에서 광활성을 나타내는 타이타니아 나노튜브(길이와 지름의 비(길이/지름)인 aspect ratio가 최소 10 이상이고 속이 비어 있는 형상)의 합성에 관한 수건의 연구보고가 있다. Kasuga 등 (Langumuir, vol 14, pp 3160, 1998)과 Du 등( Applied Physics Letters, vol. 85(No 4), pp 576, 2004)은 수열합성법에 의하여 비표면적이 300 m2/g 정도의 타이타니아 나노튜브의 합성을 보고 한 바 있으나 결정성(crystallinity)이 매우 낮은 무정형에 가까운 나노튜브이기 때문에 기존의 타이타니아 나노입자에 비하여 VOC 제거능이 거의 유사 하다. 또한 Adachi 등은 (Journal of Electrochemical Society, vol 150(No 8), pp G488, 2003) 최근 템플레이트를 이용한 방법으로 결정성이 우수한 타이타니아 나노튜브를 제조한바 있으나 기존의 타이타니아 나노입자와 비교하여 결정성이 현저히 떨어지고, VOC 제거능에 대해서는 보고된 바 없으며 제조 방법도 Laurylamine hydrochloride의 계면활성제와 acetylacetone의 템플레이트를 사용하는 등의 복잡한 과정을 거치게 되어 생산 단가가 높고 광활성의 현저한 증가를 기대하기 어려워 유용한 기술로 이용되기에 한계가 있는 실정이다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 종래의 타이타니아 나노입자로부터 광활성이 2배 이상 향상된 고결정성의 나노튜브를 얻기 위한 경제적인 타이타니아 나노튜브의 제조 방법과 오염원의 정화기능을 갖는 광촉매로서 활성이 증가된 고결정성 타이타니아 나노튜브를 제공함에 있다.
위와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른 고결정성 타이타니아 나노튜브의 제조방법은, (1) 타이타니아 나노입자에 수산화나트륨(NaOH) 수용액을 넣고 고온고압의 용기에서 수열합성법에 의해 저결정성의 타이타니아 나노튜브를 합성하는 단계; 및 (2) 상기 (1)단계에서 제조된 저결정성의 타이타니아 나노튜브에 과산화수소용액으로 교반처리 하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하여 이루어진다.
또한, 본 발명은 상기 타이타니아 나노입자는,
(a) 타이타늄 이소프로폭사이드와 테트라에틸 오르소실리케이트를 에탄올용매에 혼합한 제1용액에, 에탄올과 염산수용액을 혼합한 제2용액을 혼합시켜 제3용액을 생성하는 단계; 및
또한, 본 발명은 상기 타이타니아 나노입자는,
(a) 타이타늄 이소프로폭사이드와 테트라에틸 오르소실리케이트를 에탄올용매에 혼합한 제1용액에, 에탄올과 염산수용액을 혼합한 제2용액을 혼합시켜 제3용액을 생성하는 단계; 및
(b) 상기 제3용액을 고온고압의 용기에서 건조하여 타이타니아 나노입자를 생성하는 단계;에 의해 생성되는 것을 특징으로 하는 고결정성 타이타니아 나노튜브 제조방법을 제공하여 광활성이 향상되며, 생산비용면에서 경제성을 도모할 수 있도록 한다.
또한, 본 발명은 상기(a)단계의 타이타늄 이소프로폭사이드와 테트라에틸 오르소실리케이트의 혼합비율은 9:1 인것을 특징으로 하는 고결정성 타이타니아 나노튜브제조방법을 제공하여 제조효율을 극대화 시킬 수 있게한다.
또한, 본 발명은 상기(a)단계의 타이타늄 이소프로폭사이드와 테트라에틸 오르소실리케이트의 혼합비율은 9:1 인것을 특징으로 하는 고결정성 타이타니아 나노튜브제조방법을 제공하여 제조효율을 극대화 시킬 수 있게한다.
또한, 본 발명은 상기 (2)단계이후에, 상기 고결정성 타이타니아 나노튜브에 백금(Pt) 1wt%를 이온교환법에 의해 담지하고, 300℃의 공기조건에서 소성시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고결정성 타이타니아 나노튜브 제조방법을 제공하여, 광활성의 증가와 더불어 오염원에 대한 정화능력을 향상시킬 수 있도록 한다.
또한, 본 발명은 타이타니아 나노입자와 수산화나트륨(NaOH) 수용액을 수열합성법에 의해 저결정성의 타이타니아 나노튜브를 합성하고, 상기 저결정성 타이나티아 나노튜브에 과산화수소 용액으로 교반처리하여 생성되는 것을 특징으로 하는 고결정성 타이타니아 나노튜브를 제공한다.
또한, 본 발명은 타이타니아 나노입자와 수산화나트륨(NaOH) 수용액을 수열합성법에 의해 저결정성의 타이타니아 나노튜브를 합성하고, 상기 저결정성 타이나티아 나노튜브에 과산화수소 용액으로 교반처리하여 생성되는 것을 특징으로 하는 고결정성 타이타니아 나노튜브를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 고결정 타이타니아 나노튜브에 백금(Pt) 1wt%를 이온교환법에 의해 담지하고, 300℃의 공기조건에서 소성키는 것을 특징으로 하는 고결정성 타이타니아 나노튜브를 제공하여 광활성 증과와 더불어 오염원에 대한 정화능력을 향상시키는 물질을 제공할 수 있도록 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성 및 작용을 구체적으로설명한다.
본 발명에 의한 고결정의 타이타니아 나노튜브의 제조공정의 제1실시예는 다음과 같다. 먼저 1단계로 타이타늄 이소프로폭사이드 (Titanium isopropoxide)와 테트라에틸 오르소실리케이트 (Tetraethyl orthosilicate)를 9:1 비로 혼합하여 에탄올 용매에 넣어 용액(제1용액)을 제조하여 1시간동안 상온에서 refluxing 시킨다. 또한 에탄올과 4 M 염산 수용액 혼합용액(제2용액) 제조하여 상기의 용액에 서서히 첨가하면서 1시간 동안 혼합시킨다. 이 혼합 용액(제3용액)을 80oC의 고온/고압 오토클레이브 용기에 넣고 48 시간동안 숙성시켜 타이타니아 xerogel을 제조한다. 이 타이타니아 xerogel을 상온에서 건조하고 600oC에서 3시간동안 소성시켜 타이타니아 나노입자를 제조한다.
다음으로, 제2단계로서 상기 제1단계에서 제조된 타이타니아 나노입자나 상용 타이타니아 나노입자를 이용하여 수산화나트륨 (NaOH) 수용액을 테프론 용기 안에 넣고 고온, 고압의 오토클레이브 안에서 수열합성법에 의해 저 결정성의 타이타니아 나노튜브를 합성한다. 이때, 수산화나트륨의 농도는 5 - 15 몰농도가 적당하며 7 - 10 몰농도가 바람직하며, 처리 온도는 50 - 200℃가 적당하고 100 - 150℃가 바람직하고, 처리 시간은 10 - 36 시간으로 하였고 15 - 24 시간이 바람직하다.
제3단계로 상기 제2단계에서 제조된 저결정성 타이타니아 나노튜브의 결정성을 증가시키기 위하여 과산화수소 용액으로 교반 처리한다. 이때, 과산화수소 용액의 농도는 0.5 - 5.0 중량%로 하며(더욱 바람직하게는 1.0 - 4.0 중량%), 온도는 10 - 100℃(더욱 바람직하게는 30 - 70℃)로 하였고, 처리시간은 1 - 10 시간으로 한다.( 더욱 바람직하게는 2 - 6 시간)
상기 바람직한 본 발명의 제1실시예를 요약하면, 타이타니아 나노입자 제조 단계(1단계), 제조된 타이타니아 나노입자로부터 저결정성의 타이타니아 나노튜브 제조 단계(2단계) 및 타이타니아 나노튜브의 결정성을 향상시켜 최종적으로 고결정성의 타이타니아 나노튜브를 제조하는 단계(3단계)를 포함하여 이루어진다.
이하 실험예 및 첨부 도면을 통하여 본 발명에서 제공하는 제1실시예에 제공된 방법에 의하여 제조된 고결정성 타이타니아 나노튜브의 물리화학적 특성 및 VOC 제거 반응을 통하여 상세히 설명한다.
다음으로, 제2단계로서 상기 제1단계에서 제조된 타이타니아 나노입자나 상용 타이타니아 나노입자를 이용하여 수산화나트륨 (NaOH) 수용액을 테프론 용기 안에 넣고 고온, 고압의 오토클레이브 안에서 수열합성법에 의해 저 결정성의 타이타니아 나노튜브를 합성한다. 이때, 수산화나트륨의 농도는 5 - 15 몰농도가 적당하며 7 - 10 몰농도가 바람직하며, 처리 온도는 50 - 200℃가 적당하고 100 - 150℃가 바람직하고, 처리 시간은 10 - 36 시간으로 하였고 15 - 24 시간이 바람직하다.
제3단계로 상기 제2단계에서 제조된 저결정성 타이타니아 나노튜브의 결정성을 증가시키기 위하여 과산화수소 용액으로 교반 처리한다. 이때, 과산화수소 용액의 농도는 0.5 - 5.0 중량%로 하며(더욱 바람직하게는 1.0 - 4.0 중량%), 온도는 10 - 100℃(더욱 바람직하게는 30 - 70℃)로 하였고, 처리시간은 1 - 10 시간으로 한다.( 더욱 바람직하게는 2 - 6 시간)
상기 바람직한 본 발명의 제1실시예를 요약하면, 타이타니아 나노입자 제조 단계(1단계), 제조된 타이타니아 나노입자로부터 저결정성의 타이타니아 나노튜브 제조 단계(2단계) 및 타이타니아 나노튜브의 결정성을 향상시켜 최종적으로 고결정성의 타이타니아 나노튜브를 제조하는 단계(3단계)를 포함하여 이루어진다.
이하 실험예 및 첨부 도면을 통하여 본 발명에서 제공하는 제1실시예에 제공된 방법에 의하여 제조된 고결정성 타이타니아 나노튜브의 물리화학적 특성 및 VOC 제거 반응을 통하여 상세히 설명한다.
<실험예 1> 고결정성 타이타니아 나노튜브의 형상
상기의 본 발명의 제1실시예에서 자세히 설명한 바와 같은 방법에 의하여 상기 제1, 제2 및 제3단계의 바람직한 조건으로 제조된 시료의 주사 현미경사진 (도1)에 의하여 조사하였다. 도 1에서 보는 바와 같이 본 발명에서 제조된 시료는 속이 비어있는 타이타니아 나노튜브의 분명한 형상을 확인 할 수 있으며, 외부직경이 약 8 nm, 내부직경이 약 5 nm이고 [001]방향으로 500 - 800 nm의 길이를 나타내 aspect ratio (길이/직경)가 60 - 100을 나타냈다. 화학성분 분석 결과 Ti와 O이 원자비로 1 : 2로 구성된 TiO2로 확인 되었다 .
<실험예 2> 타이타니아 나노튜브의 결정성
상기 제1실시예와 같은 방법에 의하여 제조된 고결정성 타이타니아 나노튜브의 결정성을 측정하기 위하여 X선 회절 분석(X-ray diffraction pattern)을 하였다. 그 측정결과를 도 2에 나타내었다. 또한 도 2에서 보는 바와 같이 본 발명에서 제조된 고결정성 타이타니아 나노튜브의 결정성은 종래에 Kasuga 등 (Langumuir, vol 14, pp 3160, 1998)과 Du 등( Applied Physics Letters, vol. 85(No 4), pp 576, 2004)의 방법에 의하여 제조된 (상기 제1실시예에서 제1단계와 제2단계까지 진행하여 제조된) 저결정성의 타이타니아 나노튜브 결정성의 6배 이상 크게 향상된 것을 알 수 있다. 또한 종래의 고결정성 타이타니아 나노입자와 거의 유사한 결정성을 나타내는 것을 확인할 수 있다.
<실험예 3> 타이타니아 나노튜브 성분 분석 및 비표면적 조사
상기 제1실시예의 방법에 의하여 제조된 고결정성의 타이타니아 나노튜브의 성분을 전자현미경에 부착된 energy dispersive X-ray analysis (EDX)로 분석한 결과 원자비로 타이타늄이 33.7%, 산소가 66.3%으로 제조된 타이타니아 나노튜브가 O/Ti의 원소비가 2 : 1인 TiO2 임을 확인 할 수 있었다. 또한 질소흡착방법에 의하여 제조된 타이타니아 나노튜브의 비표면적으로 조사 한 결과 93 m2/g을 나타 내 상당한 비표면을 가진 다공성 물질임을 확일 할 수 있었으며 종래의 상용 타이타니아 나노입자(Degussa, P25)의 비표면적 약 50 m2/g 보다 2배 정도 향상된 것을 알 수 있다.
<실험예 4> 트리메틸아민 제거능 비교
상기 제1실시예의 1단계까지의 절차에 의하여 제조된 타이타니아 나노입자, 2단계까지의 절차에 의하여 제조된 저결정성 타이타니아 나노튜브 및 3단계까지의 절차에 의하여 합성된 고결정성 타이타니아 나노튜브의 광촉매의 광활성을 실내악취성분과 VOC로 분류된 트리메틸아민 가스의 제거능으로 비교 평가하였다. 트리메틸아민 제거능 평가는 높이가 25 cm, 직경이 2.8 cm 인 석영관 반응기에 각각의 광촉매 1 g이 코팅된 스텐레스스틸 메쉬 (200 mesh, 2.8 cm x 25 cm)를 넣고 광촉매 코팅면과 평행하게 2개의 자외선램프 (파장 100 - 280 nm, 15 W)를 설치한 반응 시스템에서 반응을 진행하였다. 석영 광반응기안으로 트리메틸아민 200 ppm을 공기와 혼합하여 100 ml/min 으로 투입하여 시간에 따라 제거되는 트리메틸아민의 농도를 측정하여 광활성을 비교하였으며 그 결과를 도 3에 나타냈다. 도 3에서 알 수 있는 것과 같이 고결정성 타이타니아 나노튜브는 저결정성 타이타니아 나노튜브와 타아타니아 나노입자의 반응성 보다 2배 이상 높은 것을 알 수 있다..
<실험예 5> 아세트 알데히드 제거능 비교
상기 실험예 4에서 트리메틸아민 대신 VOC의 한 종류인 아세트알데히드를 주입한 것을 제외하고는 동일하게 진행하여 제거능을 비교하였으며 그 결과를 도 4에 나타냈다. 도 4에서 알 수 있는 바와 같이 고결정 타이타니아 나노튜브는 저결정성 나노튜브와 타이타니아 나노입자에 비하여 2.5배 이상 향상된 광활성을 나타냄을 알 수 있다. .
<실험예 6> 물 속의 페놀 제거능 비교
상기 제1실시예의 각 단계에서 제조된 타이타니아 나노입자, 저결정성 타이타니아 나노튜브 및 고결정성 타이타니아 나노튜브의 물속의 페놀 제거능을 비교하였다. 1리터의 파이렉스 유리 밀폐 용기에 500 ml의 순수한 물과 2 g의 제조된 타이타니아 나노입자, 저결정성 타이타니아 나노튜브 혹은 고결정성 타이타니아 나노튜브를 넣고 500 ppm의 농도가 되도록 페놀을 첨가한 후 자석 교반기로 잘 혼합시킨 후 냉각수가 흐르는 이중 석영관 속에 담긴 자외선램프 (파장 100 - 280 nm, 15 W)를 비이커의 중앙에 넣고 시간에 따른 페놀의 제거능을 도 5에 나타냈다. 도 5에서 볼 수 있는 바와 같이 물속의 유기화합물인 페놀의 제거능도 본 발명에서 제공하는 타이타니아 나노튜브가 타이타니아 나노입자와 저결정성의 타니타니아 나노 튜브 보다 약 2배 정도 제거능이 향상된 것을 알 수 있다.
이하에서는, 본 발명에 의한 고결정성 타이타니아 나노튜브의 제조공정에 대한 제2실시예를 설명한다.
상기 제2실시예에서는 상기 제1실시예의 상기 제1단계에 제시된 바와같이, 별도의 타이타니아 나노입자의 제조단계를 거쳐서 제조된 것을 사용하는 것과는 다르게, 종래의 고결정성 타이타니아 나노튜브를 사용하는 것이다.
즉, 상기 제1실시예에서 상기의 타이타니아 나노입자를 제조하는 상기 제1단계를 생략하고, 종래의 상용 타이타니아 나노입자인 Degussa사의 P25이나 유사 타이타니아 나노튜브로부터 시작하여 2, 3 단계를 거쳐 고결정성 타이타니아 나노튜브를 제조하는 것이다.
이하에서는, 본 발명에 의한 고결정성 타이타니아 나노튜브의 제조공정에 대한 제2실시예를 설명한다.
상기 제2실시예에서는 상기 제1실시예의 상기 제1단계에 제시된 바와같이, 별도의 타이타니아 나노입자의 제조단계를 거쳐서 제조된 것을 사용하는 것과는 다르게, 종래의 고결정성 타이타니아 나노튜브를 사용하는 것이다.
즉, 상기 제1실시예에서 상기의 타이타니아 나노입자를 제조하는 상기 제1단계를 생략하고, 종래의 상용 타이타니아 나노입자인 Degussa사의 P25이나 유사 타이타니아 나노튜브로부터 시작하여 2, 3 단계를 거쳐 고결정성 타이타니아 나노튜브를 제조하는 것이다.
<실험예 7> 종래의 Degussa P25로부터 고 결정성 타이타니아 나노튜브 제조
실시예 1에서 1단계를 생략하고 종래의 상용제품인 Degussa P25로부터 시작하여 실시예 1의 2단계 3단계를 거쳐 제조된 타이타니아 나노튜브를 제조하여 실험예 1내지 6의 특성을 조사한 결과, 실시예 1에서 제조한 고결정성 타이타니아 나노튜브와 같은 결과를 얻을 수 있다.
이하에서는, 본 발명에 의한 고결정성 타이타니아 나노튜브의 제조공정의 제3실시예에 대하여 설명한다.
상기 제3실시예에서는 상기 제1실시예나 상기 제2실시예의 과정에의해 제조된 고결정성 타이타니아 나노튜브의 제조후에, 별도의 과정으로, 상기 고결정성 타이타니아 나노튜브에 백금(Pt)을 1 wt% 이온교환법에 의하여 담지하고 300oC에서 공기조건에서 소성시키는 단계를 추가로 실시하여 생성되는 고결정성 타이타니아 나노튜브를 제조한다.
이하에서는, 본 발명에 의한 고결정성 타이타니아 나노튜브의 제조공정의 제3실시예에 대하여 설명한다.
상기 제3실시예에서는 상기 제1실시예나 상기 제2실시예의 과정에의해 제조된 고결정성 타이타니아 나노튜브의 제조후에, 별도의 과정으로, 상기 고결정성 타이타니아 나노튜브에 백금(Pt)을 1 wt% 이온교환법에 의하여 담지하고 300oC에서 공기조건에서 소성시키는 단계를 추가로 실시하여 생성되는 고결정성 타이타니아 나노튜브를 제조한다.
<실험예 8> 상기 제3실시예에 의해 제조된 시료로, 실험예 1에서와 같이 트리메틸아민의 제거성능을 비교하였으며 그 결과를 도 6에 나타냈다. 도 6에 나타낸 바와 같이 백금의 도입 전 보다 광활성이 2.5배 증가한 것을 볼 수 있다.
<실험예 9> 실험예 4에서 광원을 자외선 대신 가시광선 (파장 > 400 nm)을 사용하고 빛의 세기는 1 sun (1.5 AM)에서 실험한 것을 제외하고는 실험예 4와 같은 실험을 행한 결과를 도 7에 나타냈다. 상기 도 7에서 보는 바와 같이 광활성은 자외선을 광원으로 사용한 경우의 10% 정도에 해당하는 낮은 활성을 보였지만 여전히 고결정성의 타이타니아 나노튜브가 저 결정성의 나노튜브 보다 2배 이상 높은 광활성을 보여주고 있다.
전술한 바와 같은 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였다. 그러나 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능하다 본 발명의 기술적 사상은 본 발명의 기술한 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
전술한 바와 같은 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였다. 그러나 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능하다 본 발명의 기술적 사상은 본 발명의 기술한 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
본 발명은 종래의 타이타니아 나노입자로부터 광활성이 2배 이상 향상된 고결정성의 나노튜브를 얻기 위한 경제적인 타이타니아 나노튜브의 제조 방법과 오염원의 정화기능을 갖는 광촉매로서 활성이 증가된 타이타니아 나노튜브를 제공함으로서 실용성을 크게 높이는 효과가 있다.
Claims (8)
- (1) (a) 타이타늄 이소프로폭사이드와 테트라에틸 오르소실리케이트를 에탄올용매에 혼합한 제1용액에, 에탄올과 염산수용액을 혼합한 제2용액을 혼합시켜 제3용액을 생성하는 단계;(b) 상기 제3용액을 고온고압의 용기에서 건조하여 타이타니아 나노입자를 생성하는 단계;(2) 상기 타이타니아 나노입자에 수산화나트륨(NaOH) 수용액을 넣고 고온고압의 용기에서 수열합성법에 의해 저결정성의 타이타니아 나노튜브를 합성하는 단계; 및(2) 상기 (1)단계에서 제조된 저결정성의 타이타니아 나노튜브에 과산화수소용액으로 교반처리 하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 고결정성 타이타니아 나노튜브의 제조방법.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 청구항 1에 있어서,상기(a)단계의 타이타늄 이소프로폭사이드와 테트라에틸 오르소실리케이트의 혼합비율은 9:1 인것을 특징으로 하는 고결정성 타이타니아 나노튜브제조방법.
- 청구항 1 또는 청구항 5 에 있어서,상기 (2)단계 이후에, 상기 고결정성 타이타니아 나노튜브에 백금(Pt) 1wt%를 이온교환법에 의해 담지하고, 300℃의 공기조건에서 소성시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고결정성 타이타니아 나노튜브 제조방법.
- 타이타니아 나노입자와 수산화나트륨(NaOH) 수용액을 수열합성법에 의해 저결정성의 타이타니아 나노튜브를 합성하고, 상기 저결정성 타이나티아 나노튜브에 과산화수소 용액으로 교반처리한 후, 상기 고결정 타이타니아 나노튜브에 백금(Pt) 1wt%를 이온교환법에 의해 담지하고, 300℃의 공기조건에서 소성키는 것을 특징으로 하는 고결정성 타이타니아 나노튜브.
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