KR100830669B1 - 금속 코팅된 광촉매 제조방법 - Google Patents

금속 코팅된 광촉매 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따르면, 광촉매 입자를 산용액, 염기용액 및 초순수로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 용액에 투입하여 광촉매 입자 표면의 불순물을 제거하는 세척단계; 세척단계에서 세척된 광촉매 입자 표면에 개시촉매입자를 담지시키는 개시촉매입자 코팅단계; 및 광촉매 입자를 초순수로 세척한 다음, 진공-가열하는 열처리단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 코팅된 광촉매 제조방법이 제공된다.
이와 같은 금속 코팅된 광촉매 제조방법에 의하면, 무전해 금속피막 생성법을 적용하여 광촉매 표면에 금속 입자가 균일하게 코팅되도록 할 수 있으며, 광촉매의 표면에 금속 입자가 코팅되도록 함으로써, 광촉매를 활성화시키기 위해서 필요한 자외선의 에너지를 낮추거나 가시광선 영역에서도 활성화가 가능하도록 유도하여, 유해가스 저감 및 항균을 보다 효율적으로 달성할 수 있다.
광촉매, 코팅, 금속

Description

금속 코팅된 광촉매 제조방법{Preparation method for metal-supported photocatalysts}
도 1은 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 금속 코팅된 광촉매 제조방법을 나타낸 흐름도이고,
도 2는 도 1에 나타낸 금속 코팅된 광촉매 제조방법의 각 단계가 수행되는 여과반응조를 나타낸 개략도이고,
도 3은 도 1에 나타낸 금속 코팅된 광촉매 제조방법에 의해 제조된 금속 코팅된 광촉매를 나타낸 개략도이고,
도 4에서 (a)는 금속 코팅되기 전의 광촉매 입자를 나타낸 것이고, (b)는 금속 코팅이 된 광촉매 입자를 나타낸 것이고,
도 5는 본 발명의 바람직한 제2실시예에 따른 금속 코팅된 광촉매 제조방법에 있어서 에어로졸 상태에서 광촉매 입자와 개시촉매입자를 공존시켜 응집되도록 한 개시촉매입자 코팅단계를 나타낸 개략도이고,
도 6은 본 발명의 바람직한 제3실시예에 따른 금속 코팅된 광촉매 제조방법에 있어서 에어로졸 상의 개시촉매입자가 수용화된 용액 내에 광촉매 입자를 투입한 후 외력을 주어 응집되도록 한 개시촉매입자 코팅단계를 나타낸 개략도이다.
본 발명은 금속 코팅된 광촉매 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 광촉매의 표면에 금속 입자를 코팅시키는 방법에 관한 것이다.
일반적으로 광촉매는 유해물질을 산화분해하는 기능과 그 표면이 젖어도 물방울을 만들지 않고 엷은 막을 만드는 초친수성 기능을 갖고 있다. 대표적으로 사용되고 있는 광촉매로는 산화티탄(TiO2)을 들 수 있는데, 상기와 같은 광촉매의 성질을 이용하여, 산화티탄을 환경 정화(환경오염을 제거하고, 항균, 탈취하는 등의 효과)에 이용할 수 있다. 또한, 광촉매는 셀프크리닝 효과가 있는 유리와 타일, 청소기, 공기청정기, 냉장고, 도로포장, 커텐, 벽지, 인공관엽식물 등 다양한 제품에 적용할 수 있다.
상기와 같은 광촉매는 자외선에 의하여 활성화되어 유해물질을 산화분해하는 기능을 갖는 OH·(히드록실라디칼)을 생성시킨다. 광촉매는 주로 높은 에너지의 자외선에 의해서 활성화되기 때문에, 보다 경제적인 활용을 위해 보다 낮은 에너지로 광촉매를 효과적으로 활성화시킬 수 있고, 항균성능도 개선된 기술의 개발이 시급한 실정이다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 무전해 금속 코팅법을 적용하여 광촉매 표면에 금속 입자가 균일하게 코팅되도록 하여, 기존의 운전조건 보다 낮은 에너지에 의해서도 광촉매 입자가 활성화되도록 함으로써 유해가스 저감 및 항균을 보다 효율적으로 달성할 수 있는 금속 코팅된 광촉매 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은 광촉매 입자를 산용액, 염기용액 및 초순수로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 용액에 투입하여 광촉매 입자 표면의 불순물을 제거하는 세척단계; 상기 세척단계에서 세척된 광촉매 입자 표면에 개시촉매입자를 담지시키는 개시촉매입자 코팅단계; 및 상기 광촉매 입자를 초순수로 세척한 다음, 진공-가열하는 열처리단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 코팅된 광촉매 제조방법을 제공한다.
또한, 상기 열처리단계 이전에, 상기 개시촉매입자가 담지된 광촉매 입자 표면의 불순물을 제거하는 촉진단계; 및 상기 광촉매 입자를 무전해 금속코팅용액에 투입하여 상기 광촉매 입자 표면의 개시촉매입자 위로 금속 입자를 성장시키는 금속코팅단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 촉진단계는 개시촉매가 담지(supported)된 광촉매 입자 표면에서 최종 금속코팅 개시에 관여하지 않는 불순물을 제거하기 위해 산용액 또는 염기용액에 투입하여 교반하는 것이 바람직하다.
게다가, 상기 금속코팅용액은 금속염 및 환원제를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 금속염은 코팅되는 금속을 포함한 염으로 황산구리(CuSO4), 염화니켈(NiCl2), 황산니켈(NiSO2) 염화코발트(CoCl2), 황산코발트(CoSO4), 시안화금(Au(CN)2), 질산은(AgNO3) 및 염화팔라듐(PdCl2)으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나이고, 상기 환원제는 금속이온을 금속입자로 생성시키기 위해 전자를 주는 화학약품으로 포름알데히드, 글루코스, 히드라진, 가성소다, 차아인산나트륨 및 수소화붕소나트륨으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 것이 바람직하다.
또한, 상기 금속코팅용액에 보조제를 첨가할 수 있는데, 상기 보조제는 금속코팅에 있어서 최적화를 구현하기 위한 것으로 pH 조정제, 안정제, 완충제, 개량제, 착화제 및 촉진제로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 물질인 것이 바람직하다.
아울러, 상기 금속 입자는 구리(Cu), 은(Ag), 니켈(Ni), 코발트(Co), 팔라듐(Pd) 및 금(Au)으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 것이 바람직하다.
다만, 상기 금속 입자는 상기 기재된 물질에 한정되는 것은 아니고, 기타 본 발명의 목적에 따라 사용될 수 있는 전이금속(transition metal)을 포함할 수 있다.
뿐만 아니라, 상기 광촉매 입자는 이산화티타늄(TiO2), 산화텅스텐(WO3), 산화텅스텐-이산화티타늄(WO3-TiO2), 황화아연(ZnS), 산화니켈(NiO) 및 산화철(Fe2O3)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다.
또한, 상기 산용액은 염산(HCl), 황산(H2SO4), 질산(HNO3), 탄산(H2CO3), 붕산(H3BO3), 인산(H3PO4) 및 아세트산(CH3COOH)으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 용액이 0.001부피% 내지 50부피% 범위 내에 포함되도록 희석된 산용액일 수 있다.
아울러, 상기 염기용액은 수산화나트륨(NaOH), 수산화암모늄(NH4OH), 수산화칼륨(KOH), 수산화칼슘(Ca(OH)2), 수산화구리(Cu(OH)2), 수산화철(Fe(OH)3)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 용액이 0.001부피% 내지 50부피% 범위 내에 포함되도록 희석된 염기용액일 수 있다.
뿐만 아니라, 상기 개시촉매입자 코팅단계는 상기 광촉매 입자를 금속코팅 개시제가 포함된 용액에 투입하여 화학적으로 생성되도록 하는 방법; 상기 광촉매 입자와 개시촉매입자를 에어로졸 상태로 공존시켜 응집되도록 하는 방법; 또는 에어로졸 상의 개시촉매입자가 수용화된 용액 또는 개시촉매입자 용액 내에 상기 광촉매 입자를 분산시킨 후 외력을 가해 응집되도록 하는 방법에서 선택된 어느 하나의 방법으로 코팅하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 금속코팅 개시제는 예민화제 및 촉매화제를 포함하고, 상기 예민화제로는 염화주석(SnCl2)을 사용하고, 상기 촉매화제로는 염화백금산(H2PtCl6), 염화팔라듐(PdCl2), 시안화 금칼륨(KAu(CN)2), 염화금산수화물(HAuCl4·4H2O), 염화금(AuCl3) 및 질산은(AgNO3)으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 사용한 것이 바람직하다.
상기 개시제에 포함되는 예민화제는 촉매화제의 환원을 유도하고, 촉매화제는 상기 개시촉매입자의 성장을 개시 또는 촉진시켜주는 역할을 한다.
여기서, 상기 각 단계가 수행 시에 균일한 반응이 이루어질 수 있도록 교반 조건으로 레이놀즈 수(Re)가 3000 이상이 되도록 하고, 초음파를 가하는 경우에는 20~60 kHz의 주파수를 갖도록 하는 것이 바람직하다.
게다가 상기 각 단계는 여과반응조 내에서 연속적으로 이루어지는 것이 바람직하다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 제1실시예에 따른 금속 코팅된 광촉매 제조방법을 설명하도록 한다.
본 발명의 제1실시예에 따른 금속 코팅된 광촉매 제조방법은 세척단계(S110), 개시촉매입자 코팅단계(S120), 촉진단계(S130), 금속코팅단계(S140) 및 열처리단계(S150)를 포함한다.
상기 세척단계(S110)는 광촉매 입자를 산용액, 염기용액 및 초순수로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 용액에 투입하여 광촉매 입자 표면의 불순물을 제거하는 단계이다. 이렇게 세척단계(S110)를 수행함으로써, 광촉매 입자에 붙어 있는 불순물을 제거하여 이후의 공정이 원활하게 수행되도록 할 수 있다.
여기서, 상기 산용액은 염산(HCl), 황산(H2SO4), 질산(HNO3), 탄산(H2CO3), 붕산(H3BO3), 인산(H3PO4) 및 아세트산(CH3COOH)으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 용액이 0.001부피% 내지 50부피% 범위 내에 포함되도록 희석된 산용액일 수 있으며, 상기 염기용액은 수산화나트륨(NaOH), 수산화암모늄(NH4OH), 수산화칼륨(KOH), 수산화칼슘(Ca(OH)2), 수산화구리(Cu(OH)2), 수산화철(Fe(OH)3)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 용액이 0.001부피% 내지 50부피% 범위 내에 포함되도록 희석된 염기용액일 수 있다.
또한, 상기 광촉매 입자는 이산화티타늄(TiO2), 산화텅스텐(WO3), 산화텅스텐-이산화티타늄(WO3-TiO2), 황화아연(ZnS), 산화니켈(NiO) 및 산화철(Fe2O3) 등으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 이용할 수 있다.
상기 개시촉매입자 코팅단계(S120)는 상기 세척단계(S110)에서 세척된 광촉 매 입자를 금속코팅 개시제가 용해된 산용액에 투입하는 단계이다. 여기서, 금속코팅 개시제는 예민화제로 염화주석(SnCl2) 및 촉매화제로 염화백금산(H2PtCl6), 염화팔라듐(PdCl2), 시안화 금칼륨(KAu(CN)2), 염화금산수화물(HAuCl4·4H2O), 염화금(AuCl3) 및 질산은(AgNO3)으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 사용할 수 있다.
본 발명의 제1실시예에 따르면, 개시촉매입자 코팅단계(S120)에서 주석이온(Sn2 +)을 이용하기 위하여, 산용액에 염화주석(SnCl2)을 용해시켜, 광촉매 입자의 예민화를 준비한다. 여기서, 상기 염화주석은 산용액에 10g/L이하의 농도가 되도록 첨가하는 것이 바람직하다.
상기 광촉매 입자를 예민화제가 포함된 산용액에 투입하고 10분 이하로 교반한 후, 초순수로 세척하는 공정을 진행한다.
이와 같이 본 발명의 개시촉매입자 코팅단계(S120)에서 예민화를 거친 광촉매 입자는 그 표면에 Sn2 + 이온이 부착되게 된다. 예민화 이후 혹은 예민화 과정과 동시에 촉매화를 수행할 수 있다.
상기 산용액에 용해되어 금속이온인 Pt4 +, Pd2 +, Au3 + 및 Ag+로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 촉매화제는 상기 예민화 과정에 의해 생성된 Sn2 +이온에 의해 환원되어 각각 Pt0, Pd0, Au0 및 Ag0의 촉매 입자로 광촉매 입자 표면에 담지되도 록 한다.
여기서, 생성된 Pt0, Pd0, Au0 및 Ag0는 개시촉매입자로서 무전해 금속코팅에서 코팅 금속의 성장을 유도하는 금속코팅 개시촉매(initiation catalyst for electroless metal deposition)의 역할을 수행할 수 있다.
또한, 촉매화제로 주로 염화팔라듐(PdCl2)을 이용하는데, 먼저, 산용액 100 중량부에 염화팔라듐을 용해하여 촉매금속 이온이 존재하는 산용액을 제조한다. 이때, 상기 염화팔라듐은 산용액에 5g/L이하의 농도가 되도록 첨가할 수 있다.
상기 개시촉매입자 코팅단계(S120)는 상기 언급한 예민화-촉매화 방식 외에 광촉매 입자와 개시촉매 입자를 기상 또는 액상에서 서로 응집(agglomeration)하여 수행하거나, 물리적 또는 화학적 기상증착(physical or chemical vapor deposition), 레이저 용발(laser ablation), 자외선 처리, 플라즈마 처리, 이온빔 처리 등을 통해서도 수행할 수 있다.
상기 촉진단계(S130)는 상기 광촉매 입자를 산용액에 투입하여 교반한 다음, 초순수로 세척하는 단계이다. 여기서, 상기 산용액은 염산(HCl), 황산(H2SO4), 질산(HNO3), 탄산(H2CO3), 붕산(H3BO3), 인산(H3PO4) 및 아세트산(CH3COOH)으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 용액이 0.001부피% 내지 50부피% 범위 내에 포함되도록 물에 희석한 산용액을 사용할 수 있다.
이러한 촉진단계(S130)는 본 발명의 제1실시예에 따르면, 상기 개시촉매입자 생성단계(S120)에서 담체인 광촉매 표면에 남아 있는 Sn4 +, Sn2 + 및 Sn0 등의 물질을 산용액에 1~10분 동안 담가 제거한 다음, 초순수로 세척한다.
이렇게 촉진단계(S130)를 수행함으로써, 최종 금속코팅에 있어서 그 생성을 저해할 수 있는 잔유물(residues)을 제거하여, 광촉매의 표면에는 주로 Pd0만 남도록 할 수 있다.
상기 금속코팅단계(S140)는 상기 광촉매 입자를 금속코팅용액에 투입하여 광촉매 입자 표면의 개시촉매 입자 위로 금속 입자를 성장시키는 단계이다.
여기서, 상기 금속염은 황산구리(CuSO4), 염화니켈(NiCl2), 황산니켈(NiSO2) 염화코발트(CoCl2), 황산코발트(CoSO4), 시안화금(Au(CN)2), 질산은(AgNO3) 및 염화납(PdCl2)으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 것이 바람직하다.
본 발명의 제1실시예에 따르면, 상기 촉진단계(S130)를 거친 광촉매 입자는 그 표면에 개시촉매입자가 주로 부착하게 되고, 이러한 광촉매 입자를 무전해 도금액에 수분 동안 담가 광촉매 표면의 개시촉매입자 위로 도금 대상금속이 생성되도록 한다.
상기 열처리단계(S150)는 상기 금속코팅단계(S140)에서 코팅이 완료된 광촉매 입자를 초순수로 세척한 후 건조하여 마무리하는 공정이다. 여기서, 금속 코팅된 광촉매 입자에 잔류하는 불순물의 제거를 효율적으로 수행하기 위하여, 열처리단계(S150)에 진공 및 고온 환경을 부가할 수 있다.
상기와 같이, 고온 환경에서 열처리단계(S150)를 수행함으로써, 금속 코팅된 광촉매 입자에 잔류하는 불순물을 효과적으로 제거할 수 있을 뿐 아니라, 금속입자와 광촉매 표면 간의 부착강도를 높일 수 있게 된다.
이하, 도 2를 참조하여 본 발명의 제1실시예에 따른 금속 코팅된 광촉매 제조방법에서 사용되는 여과반응조에 대해서 설명하도록 한다.
도 2는 도 1에 나타낸 금속 코팅된 광촉매 제조방법의 각 단계가 수행되는 여과반응조를 나타낸 개략도이다.
도 2를 참고하면, 상기 본 발명의 제1실시예에 따른 금속 코팅된 광촉매 제조방법에서 수행되는 각 단계는 여과반응조(filtration bath)에서 진행된다.
상기 여과반응조(1)는 각 단계의 수행 시 사용되는 용액이 투입되는 투입구(10); 상기 투입구(10)를 통해 투입된 용액과 광촉매 입자가 각 단계에서 수행되는 반응을 일으키도록 형성된 반응부(20); 상기 반응부(20)를 통해 반응이 일어난 후 남은 용액은 하부로 통과시키고 반응을 마친 광촉매 입자들을 걸러내는 필터(30); 상기 반응부(20)에서 각 단계의 반응이 수행되는 동안에는 상기 필터(30) 하부로 투입된 용액이 통과되지 않도록 하고, 각 단계가 수행된 후에 남은 용액을 상기 필터(30) 하부로 통과되도록 제어하는 밸브(40); 상기 필터(30)의 하부에 위치하여 각 단계를 수행한 후에 남은 용액을 수용하는 회수부(50); 상기 회수부(50)에 수용된 용액을 쉽게 회수할 수 있도록 상기 회수부(50)를 진공 상태로 유지시켜주는 진공펌프(60); 및 상기 회수부(50)에 수용된 용액을 빨아들여 제거하는 흡입구(70)를 포함한다.
상기 여과반응조(1) 내에서 공정이 수행되는 경우에는 각 단계에 따라 사용되는 용액을 투입구(10)를 통해 상기 여과반응조(1) 내로 투입하고, 광촉매 입자는 반응부(20) 내에서 상기 투입된 용액과 각 단계를 수행하게 되며, 반응이 수행되는 동안에는 밸브(40)의 제어에 의해 필터(30) 하부로 용액이 통과되지 않으며, 각 단계의 반응이 수행된 후 남은 용액만이 상기 밸브(40)의 제어에 의해 상기 필터(30) 하부로 통과되어 회수부(50)에 수용된다. 상기 회수부(50)는 진공펌프(60)에 의해 진공으로 유지되므로 흡입구(70)를 통하여 상기 회수부(50) 내에 수용된 용액의 회수가 용이하게 된다.
따라서 상기 여과반응조 내에서 각 단계가 수행되는 경우에는 각 처리공정이 연속적으로 이루어지므로 공정에 소요되는 시간이 단축되고, 불필요한 회분공정을 생략하게 되므로 보다 효율적으로 광촉매에 금속입자를 코팅할 수 있게 된다. 또한 금속코팅에 소요되는 다양한 고가의 용액 회수가 용이하고, 금속 코팅된 광촉매의 분리도 여과반응조 내의 필터에 의해서 이루어지므로 별도의 회수 및 분리공정을 필요로 하지 않는다.
상기 여과반응조 내에서 수행되는 금속 코팅된 광촉매 제조방법은 최종 금속 코팅에 필요한 각 공정을 직렬 배치함에 의해 공정의 자동화를 용이하게 달성할 수 있으며, 상기 직렬공정을 다수의 병렬화로 응용함으로써 양산화가 가능하다.
게다가, 외기로부터 밀폐된 공정 수행과 과환원(excessive reduction) 조건 용액에서 금속코팅이 수행되어 산화금속 등과 같은 불순물이 전혀 없는 순금속이 코팅된 광촉매 제조가 가능해 진다. 또한, 광촉매가 분산된 금속코팅 용액에 자외 선 발생기를 삽입하여 금속이온이 광촉매 표면에서 광환원되어 코팅되는 속도를 배가시킬 수 있다.
이하, 도 3 및 도 4를 참고하여 본 발명의 제1실시예에 따라 제조된 금속 코팅된 광촉매의 구성을 설명하도록 한다.
도 3은 도 1에 나타낸 금속 코팅된 광촉매 제조방법에 의해 제조된 금속 코팅된 광촉매를 나타낸 개략도이고, 도 4에서 (a)는 금속 코팅되기 전의 광촉매 입자를 나타낸 것이고, (b)는 금속 코팅이 된 광촉매 입자를 나타낸 것이다.
도 3을 참고하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 금속 코팅된 광촉매 제조방법에 의해 제조된 금속 코팅된 광촉매(100)는 광촉매 입자(101), 개시촉매입자(103) 및 금속 입자(105)를 포함한다.
상기 광촉매 입자(101)의 표면에 개시촉매입자(103)가 부착되고 상기 개시촉매입자(103) 위로 금속 입자(105)를 성장시킴으로써 금속 코팅된 광촉매 입자(100)가 형성된다.
도 4를 참고하면, 도 4의 (a)는 금속 코팅이 되지 않아 표면이 매끈한 광촉매 입자를 나타낸 것이고, (b)는 본 발명의 제1실시예에 따라 제조된 균일하게 금속 코팅된 광촉매 입자를 나타낸 것이다.
이하, 도 5를 참고하여 본 발명의 제2실시예에 따른 금속 코팅된 광촉매 제조방법의 개시촉매입자 생성단계를 설명하도록 한다.
도 5는 본 발명의 바람직한 제2실시예에 따른 금속 코팅된 광촉매 제조방법에 있어서 에어로졸 상태에서 광촉매 입자와 개시촉매입자를 공존시켜 응집되도록 한 개시촉매입자 코팅단계를 나타낸 개략도이다.
상기 본 발명의 제2실시예에 따른 금속 코팅된 광촉매 제조방법에서 수행되는 개시촉매입자 생성은 에어로졸 상에서 진행된다. 촉매금속입자 발생기와 입자 기상 분산기를 통해 각각 에어로졸화 된 개시촉매입자와 광촉매 입자를 응집관 또는 챔버에 동시에 유입시킨 후 일정시간 체류하게 하여 입자의 브라운 운동 (Browninan motion)에 의해 양 입자 간의 엉김(agglomeration)이 이루어지며, 이로써 광촉매 표면에 개시촉매입자가 부착되도록 한다.
개시촉매입자 생성단계에서 이와 같이 개시촉매입자와 광촉매 입자를 에어로졸화하여 응집되도록 하는 경우 액체 폐수가 발생되지 않고, 브라운 운동이 활발하게 일어나기 때문에 엉김이 보다 잘 이루어진다는 장점이 있다.
이하, 도 6을 참고하여 본 발명의 제3실시예에 따른 금속 코팅된 광촉매 제조방법의 개시촉매입자 생성단계를 설명하도록 한다.
도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 금속 코팅된 광촉매 제조방법에 있어서 에어로졸 상의 개시촉매입자가 수용화된 용액 내에 광촉매 입자를 투입한 후 외력을 주어 응집되도록 한 개시촉매입자 생성단계를 나타낸 개략도이다.
도 6에 의하면, 상기 본 발명의 제3실시예에 따른 금속 코팅된 광촉매 제조방법에서 수행되는 개시촉매입자 코팅단계에서 개시촉매입자 용액의 준비는 촉매입자발생기를 통해 에어로졸 상에서 생성된 개시촉매입자를 수용화(hydrosolization)하거나 개시촉매입자를 용액 내에서 화학적으로 합성함으로써 수행할 수 있다. 상기 준비된 개시촉매입자 용액 내에 광촉매 입자를 투입한 후 교반 또는 초음 파(ultra-sonification) 등의 외력을 통해 개시촉매입자와 광촉매 입자가 서로 엉기도록 하고, 이로써 광촉매 표면에 개시촉매입자가 부착되도록 할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 금속 코팅된 광촉매 제조방법에 의하면,
첫째, 광촉매의 표면에 금속 입자가 코팅되도록 함으로써, 이러한 광촉매를 이용하면 유해가스(hazardous gaseous pollutants; VOCs, Odor, Ozone 등)가 보다 효율적으로 저감되도록 할 수 있다.
둘째, 광촉매 표면에 코팅된 금속 입자가 미생물들을 보다 더 불활성화 되도록 하며 항균 처리 능력도 뛰어나다.
셋째, 광촉매 표면에 코팅된 금속 입자에 의하여, 기존의 고에너지 자외선보다 에너지가 낮은 조건에서 광촉매가 활성화되도록 할 수 있어 보다 경제적으로 성능을 발휘할 수 있게 된다.
넷째, 무전해 금속코팅법을 적용하여, 광촉매 입자 표면에 금속 입자가 균일하게 코팅되도록 할 수 있다.
다섯째, 여과반응조를 적용하여, 연속적인 처리 공정이 이루어질 수 있다.

Claims (10)

  1. 광촉매 입자를 산용액, 염기용액 및 초순수로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 용액에 투입하여 광촉매 입자 표면의 불순물을 제거하는 세척단계;
    상기 세척단계에서 세척된 광촉매 입자 표면에 개시촉매입자를 담지시키는 개시촉매입자 코팅단계; 및
    상기 광촉매 입자를 초순수로 세척한 다음, 진공-가열하는 열처리단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 코팅된 광촉매 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 열처리단계 이전에,
    상기 개시촉매입자가 담지된 광촉매 입자 표면의 불순물을 제거하는 촉진단계; 및
    상기 광촉매 입자를 무전해 금속코팅용액에 투입하여 상기 광촉매 입자 표면의 개시촉매입자 위로 금속 입자를 성장시키는 금속코팅단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 코팅된 광촉매 제조방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 금속코팅용액은 금속염 및 환원제를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 코팅된 광촉매 제조방법.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 금속 입자는 구리(Cu), 은(Ag), 니켈(Ni), 코발트(Co), 팔라듐(Pd) 및 금(Au)으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 금속 코팅된 광촉매 제조방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 광촉매 입자는 이산화티타늄(TiO2), 산화텅스텐(WO3), 산화텅스텐-이산화티타늄(WO3-TiO2), 황화아연(ZnS), 산화니켈(NiO) 및 산화철(Fe2O3)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 금속 코팅된 광촉매 제조방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 산용액은 염산(HCl), 황산(H2SO4), 질산(HNO3), 탄산(H2CO3), 붕산(H3BO3), 인산(H3PO4) 및 아세트산(CH3COOH)으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 용액이 0.001부피% 내지 50부피% 범위 내에 포함되도록 희석된 산용액인 것을 특징으로 하는 금속 코팅된 광촉매 제조방법.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 염기용액은 수산화나트륨(NaOH), 수산화암모늄(NH4OH), 수산화칼 륨(KOH), 수산화칼슘(Ca(OH)2), 수산화구리(Cu(OH)2), 수산화철(Fe(OH)3)으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 용액이 0.001부피% 내지 50부피% 범위 내에 포함되도록 희석된 염기용액인 것을 특징으로 하는 금속 코팅된 광촉매 제조방법.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 개시촉매입자 코팅단계는,
    상기 광촉매 입자를 금속코팅 개시제가 포함된 용액에 투입하여 응집되도록 하는 방법;
    상기 광촉매 입자와 개시촉매입자를 에어로졸 상태로 공존시켜 응집되도록 하는 방법; 또는
    에어로졸 상의 개시촉매입자가 수용화된 용액 또는 합성된 개시촉매입자 용액 내에 상기 광촉매 입자를 분산시킨 후 외력을 가해 응집되도록 하는 방법에서 선택된 어느 하나의 방법으로 코팅하는 것을 특징으로 하는 금속 코팅된 광촉매 제조방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 금속코팅 개시제는 예민화제 및 촉매화제를 포함하고,
    상기 예민화제로는 염화주석(SnCl2)을 사용하고, 상기 촉매화제로는 염화백금산(H2PtCl6), 염화팔라듐(PdCl2), 시안화 금칼륨(KAu(CN)2), 염화금산수화물(HAuCl4·4H2O), 염화금(AuCl3) 및 질산은(AgNO3)으로 이루어진 군에서 선택된 어 느 하나를 사용한 것을 특징으로 하는 금속 코팅된 광촉매 제조방법.
  10. 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 각 단계는 여과반응조 내에서 연속적으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 금속 코팅된 광촉매 제조방법.
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