KR100886906B1 - 나노 다공성 광촉매 티타니아 표면을 구비한 티타늄 분리막의 제조방법 - Google Patents

나노 다공성 광촉매 티타니아 표면을 구비한 티타늄 분리막의 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR100886906B1
KR100886906B1 KR1020070028432A KR20070028432A KR100886906B1 KR 100886906 B1 KR100886906 B1 KR 100886906B1 KR 1020070028432 A KR1020070028432 A KR 1020070028432A KR 20070028432 A KR20070028432 A KR 20070028432A KR 100886906 B1 KR100886906 B1 KR 100886906B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
titanium
separator
titania
titanium metal
metal separator
Prior art date
Application number
KR1020070028432A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20080086587A (ko
Inventor
최원열
김종오
조성제
Original Assignee
강릉대학교산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 강릉대학교산학협력단 filed Critical 강릉대학교산학협력단
Priority to KR1020070028432A priority Critical patent/KR100886906B1/ko
Publication of KR20080086587A publication Critical patent/KR20080086587A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100886906B1 publication Critical patent/KR100886906B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D71/02—Inorganic material
    • B01D71/022—Metals
    • B01D71/0221—Group 4 or 5 metals
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D67/00—Processes specially adapted for manufacturing semi-permeable membranes for separation processes or apparatus
    • B01D67/0039—Inorganic membrane manufacture
    • B01D67/0041—Inorganic membrane manufacture by agglomeration of particles in the dry state
    • B01D67/00411—Inorganic membrane manufacture by agglomeration of particles in the dry state by sintering
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D67/00—Processes specially adapted for manufacturing semi-permeable membranes for separation processes or apparatus
    • B01D67/0039—Inorganic membrane manufacture
    • B01D67/0044—Inorganic membrane manufacture by chemical reaction
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D67/00—Processes specially adapted for manufacturing semi-permeable membranes for separation processes or apparatus
    • B01D67/0081—After-treatment of organic or inorganic membranes
    • B01D67/0083—Thermal after-treatment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D69/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D69/04—Tubular membranes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D69/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D69/12—Composite membranes; Ultra-thin membranes
    • B01D69/1213—Laminated layers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D69/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D69/14—Dynamic membranes
    • B01D69/141—Heterogeneous membranes, e.g. containing dispersed material; Mixed matrix membranes
    • B01D69/145—Heterogeneous membranes, e.g. containing dispersed material; Mixed matrix membranes containing embedded catalysts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D71/02—Inorganic material
    • B01D71/024—Oxides
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2255/00—Catalysts
    • B01D2255/80—Type of catalytic reaction
    • B01D2255/802—Photocatalytic
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2323/00—Details relating to membrane preparation
    • B01D2323/08—Specific temperatures applied
    • B01D2323/081—Heating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2325/00—Details relating to properties of membranes
    • B01D2325/02—Details relating to pores or porosity of the membranes
    • B01D2325/0283—Pore size
    • B01D2325/02833—Pore size more than 10 and up to 100 nm
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2325/00—Details relating to properties of membranes
    • B01D2325/02—Details relating to pores or porosity of the membranes
    • B01D2325/0283—Pore size
    • B01D2325/02834—Pore size more than 0.1 and up to 1 µm
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2325/00—Details relating to properties of membranes
    • B01D2325/10—Catalysts being present on the surface of the membrane or in the pores

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Abstract

본 발명은 수질 및 대기 정화에서 미세 미량의 오염 물질을 제거하는 데에 사용될 수 있는 나노 다공성 광촉매 티타니아 표면을 구비한 티타늄 분리막의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 티타늄 분리막은 티타늄 금속 분리막을 매트릭스로 하여 이 티타늄 금속 분리막의 표면에 광촉매 기능을 갖는 티타니아 박막이 일체로 형성된 구조로 이루어져 있다. 따라서, 지금까지 티타늄 분리막의 개발과정에서 야기되던 티타니아 분말의 재처리 문제나 티타니아 박막의 박리 문제가 완전히 해소된다.
또한, 본 발명의 티타늄 분리막은 광촉매 기능이 우수한 아나타제상 티타니아 박막에 의해 미세 미량의 수질 및 대기 오염 유발물질을 효율적으로 처리할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 티타늄 분리막은 수질 및 대기 정화용 필터로의 응용성이 증대되며, 수질 및 대기 환경 개선에 크게 이바지할 수 있는 효과가 기대된다.
나노 기공, 광촉매, 분리막, 티타늄, 티타니아, 아노다이징, 아나타제

Description

나노 다공성 광촉매 티타니아 표면을 구비한 티타늄 분리막의 제조방법 {Manufacturing method of titanium membrane having nano-porous photocatalytic titania surface}
도 1은 본 발명에 따른 나노 다공성 광촉매 티타니아 표면을 구비한 티타늄 분리막의 실시예를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따라 티타늄 금속 분리막에 나노 다공성 광촉매 티타니아 표면을 형성하기 위한 아노다이징 장비의 구성도이다.
도 3은 본 발명에 사용되는 티타늄 금속 분리막에 대한 아노다이징 처리 이전의 전자현미경 사진이다.
도 4는 본 발명에 따라 아노다이징 처리를 거쳐 나노 다공성 광촉매 티타니아 표면을 가진 티타늄 분리막의 전자현미경 사진이다.
도 5는 본 발명에 따라 제조된 나노 다공성 광촉매 티타니아 표면을 가진 티타늄 분리막의 엑스선 회절 패턴이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 티타늄 금속 분리막 1a : 마이크로 기공
2 : 티타니아 박막 2a : 나노 기공
10 : 전해조 20 : 가열교반기
30 : 냉각기 40 : 전원공급장치
50 : 전압/전류 멀티미터 60 : 제어부
70 : 전해질 용액 80 : 양극
90 : 음극 100 : 온도센서
본 발명은 광촉매 분리막에 관한 것으로, 특히 수질 및 대기 정화에서 미세 미량 유해 물질을 제거하는 데에 사용될 수 있는 나노 다공성 광촉매 티타니아 표면을 구비한 티타늄 분리막의 제조방법에 관한 것이다.
산업 발달과 인구 밀도의 증가에 따라 발생하는 각종 오·폐수 및 생활 하수는 상수원 등의 수질을 오염시키는 주된 요인이 되고 있으며, 대기 오염 역시 인명과 자연 환경을 위협하는 수준에까지 이르고 있는 실정이다.
이에, 수질 환경 및 대기 환경의 오염을 유발하는 각종 유해 물질들을 효율적으로 처리하기 위한 방안들이 강구되고 있다. 즉, 수질 오염 물질을 처리하는 데에는 다양한 생물학적 처리법과 화학적 처리법이 이용되고 있으며, 대기 오염 물질 을 처리하는 데에도 전기집진법이나 여과법 등 여러 가지 방법이 이용되고 있다. 그런데, 수질 및 대기 오염 물질을 처리하는 기존의 방법들은 처리 비용이 많이 들거나 처리 효율이 떨어지는 등 기대하는 만큼의 만족할 만한 수준에 이르지 못하고 있다.
한편, 최근에는 마이크로 기공을 가진 금속 분리막을 이용하여 오염 물질을 처리하는 방법이 개발되었고, 주로 필터에 많이 적용되고 있다. 그러나, 단지 마이크로 기공을 가진 금속 분리막 자체 만으로는 미세 유해 물질을 제거하는 데에 한계가 있다. 즉, 현재 보편화된 금속 분리막은 금속 와이어가 메쉬(mesh) 구조로 짜여진 형태로 이루어지거나, 마이크로 크기의 금속 분말을 소결한 형태로 이루어짐으로써, 수 마이크로미터 크기의 기공을 갖는다. 그러나, 이러한 마이크로 단위의 기공은 비교적 크기가 큰 오염 물질은 여과할 수 있지만, 미세한 오염물질이나 미량의 유해 유기화합물을 여과하는 데에는 효과적이지 못하다.
이에 따라, 광촉매 효과를 부여한 금속 분리막이 제안되었는데, 광촉매는 난분해성 유기독성물질을 산화시켜 분해할 뿐만 아니라 항균 및 탈취 등의 작용성이 우수하다. 하지만, 광촉매 효과를 얻기 위해서는 아나타제상(anatase狀)의 티타니아(TiO2) 분말이나 박막의 적용이 요구되는데, 티타니아 분말의 재처리 문제와 아울러, 약한 접착력으로 인한 티타니아 박막의 박리 현상이 문제점으로 대두되고 있다.
본 발명은 전술한 바와 같은 종래의 문제점을 개선하기 위해 안출된 것으로서, 그 목적은, 티타니아 분말의 재처리 문제나 티타니아 박막의 박리 문제를 우려하지 않고 티타늄 금속 분리막에 형성된 광촉매 티타니아 박막에 의해 미세 미량의 수질 및 대기 오염 유발물질을 효율적으로 처리할 수 있는 나노 다공성 광촉매 티타니아 표면을 구비한 티타늄 분리막의 제조방법을 제공하는 데에 있다.
위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 마이크로 기공을 갖는 티타늄 금속 분리막을 매트릭스로 하고, 상기 티타늄 금속 분리막의 표면에 나노 기공을 가진 다공성 광촉매 티타니아 박막이 일체로 형성된 나노 다공성 광촉매 티타니아 표면을 구비한 티타늄 분리막을 제공한다.
여기서, 상기 티타늄 금속 분리막은, 티타늄 금속 와이어가 메쉬 형태로 직조되거나 티타늄 금속 분말의 소결에 의해 티타늄 금속 분말들 사이에 마이크로 기공을 갖는 구조로 이루어질 수 있다. 그리고, 상기 나노 기공은 직경 10∼300nm로 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명은 또한, 마이크로 기공을 갖는 티타늄 금속 분리막을 형성하는 제1공정과, 상기 티타늄 금속 분리막의 표면에 나노 기공을 가진 다공성 광촉매 티타니아 박막을 일체로 형성하는 제2공정을 포함하여 이루어지는 나노 다공성 광촉매 티타니아 표면을 구비한 티타늄 분리막의 제조방법을 제공한다.
여기서, 상기 제1공정은, 티타늄 금속 와이어를 메쉬 형태로 직조하여 티타늄 금속 분리막을 형성하거나, 티타늄 금속 분말을 소결하여 티타늄 금속 분리막을 형성하는 방법으로 개시될 수 있다.
그리고, 상기 제2공정은 아노다이징에 의해 이루어질 수 있다. 이러한 아노다이징은 산성 용매에 플루오르화물이 첨가된 수용액 전해질이나 유기 용매에 플루오르화물이 첨가된 유기 전해질 용액에서 이루어질 수 있다. 특히, 상기 산성 용매로는 황산, 오르토인산, 옥살산, 제일인산칼륨, 시트르산 수용액 또는 이들의 혼합액이 사용될 수 있다. 또, 상기 유기 용매로는 에틸렌 글리콜, 글리세롤, 디메틸설프옥사이드 또는 이들의 혼합액이 사용될 수 있다.
또한, 상기 제2공정에 의해 형성된 티타니아를 450∼600℃에서 후열처리하는 공정이 더 개시될 수도 있다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 그러나, 이하의 실시예는 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 도면 상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명에 따라 나노 다공성 광촉매 티타니아 표면을 구비한 티타늄 분리막의 실시예를 나타낸 도면이다. 도 1의 실시예는 티타늄 금속 분리막(1)을 관형(tubular type)으로 개시한 예이지만, 티타늄 금속 분리막(1)의 형태는 관형 이외에 다양하게 개시될 수 있다.
본 실시예에서 티타늄 분리막은 티타늄 금속 분리막(1)을 매트릭스로 하여 이 티타늄 금속 분리막(1)의 표면에 티타니아 박막(2)이 일체로 형성된 구조를 갖는다.
티타늄 금속 분리막(1)은 티타늄 금속(Ti)의 와이어를 메쉬(mesh) 형태로 직조함으로써 직경이 마이크로미터 크기인 기공(즉, 마이크로 기공 : 1a)을 갖게 된 것이다. 티타늄 금속 와이어의 직조유형으로는 평직, 능직, 평첩직, 능첩직, 트위스트망, 크림프망 등 여러 가지가 가능하다. 또한, 티타늄 금속 분리막(1)은 티타늄 금속을 분말 형태로 하여 소결함으로써 티타늄 금속 분말들 사이에 마이크로 기공(1a)이 형성되도록 한 것일 수도 있다. 즉, 구형으로 이루어진 티타늄 금속 분말을 고온에서 소결하면 분말들의 표면이 서로 용융 및 결합하게 되고, 이때 분말들 사이에 마이크로 기공(1a)이 생성된다.
이러한 티타늄 금속 분리막(1)을 매트릭스로 하여 그 표면에 티타니아(TiO2) 박막(2)이 일체로 형성된다. 티타니아 박막(2)의 형성은 후술하는 아노다이징 처리에 의해 이루어질 수 있으며, 이에 따라 티타니아 박막(2)은 나노 기공(2a)을 갖는 다공성 광촉매가 된다. 나노 기공(2a)의 크기는 비표면적의 극대화를 구현하고 미세 미량의 오염 물질을 효율적으로 제거할 수 있도록 직경 10∼300nm로 이루어지는 것이 바람직하다.
다음에서는 본 발명에 따른 나노 다공성 광촉매 티타니아 표면을 구비한 티타늄 분리막의 제조방법에 대해 설명한다.
본 발명의 티타늄 분리막을 제조하기 위한 공정은, 마이크로 기공을 갖는 티타늄 금속 분리막을 형성하는 제1공정과, 상기 티타늄 금속 분리막의 표면에 나노 기공을 가진 다공성 광촉매 티타니아 박막을 일체로 형성하는 제2공정을 포함한다.
먼저, 제1공정에서는 티타늄 분리막의 매트릭스가 되는 티타늄 금속 분리막을 형성하는데, 이를 위한 방법으로서 두 가지를 예시할 수 있다. 첫째는 티타늄 금속 와이어를 메쉬 형태로 직조하는 것이다. 이는 앞에서도 언급한 바와 같이 티타늄 금속 와이어를 평직, 능직, 평첩직, 능첩직, 트위스트망, 크림프망 등의 유형으로 직조함으로써 티타늄 금속 와이어들 사이에 마이크로 기공이 형성되도록 하는 것이다. 둘째는 티타늄 금속 분말을 소결하는 것으로, 구형인 티타늄 금속 분말들의 표면이 고온에서 용융 및 결합함으로써 분말들 사이에 마이크로 기공이 생성되도록 하는 것이다.
다음으로, 제2공정에서는 제1공정에서 형성된 티타늄 금속 분리막의 표면에 나노 기공을 가진 다공성 광촉매 티타니아 박막을 일체로 형성하는데, 이는 아노다이징 처리에 의해 수행된다. 도 2는 아노다이징 장비에 대한 실시예를 나타낸 구성도로서, 전해조(10)와 가열교반기(20) 및 냉각기(30), 전원공급장치(40)와 전압/전류 멀티미터(50), 그리고 이들을 제어하기 위한 제어부(60)를 구비하고 있다. 전해 조(10)에는 전해질 용액(70)이 담겨져 있으며, 전해질 용액(70)으로는 산성 용매에 플루오르화물이 첨가된 수용액 전해질이 사용되거나 유기 용매에 플루오르화물이 첨가된 유기 전해질이 사용될 수 있다. 전해질 용액(70)의 수소이온지수(pH)는 3∼5가 적당하다. 수용액 전해질은 황산(H2SO4), 오르토인산(H3PO4), 옥살산(oxalic acid), 제일인산칼륨(KH2PO4), 시트르산(C6H8O7·H2O) 수용액 또는 이들의 혼합액에 불화소다(NaF)와 같은 플루오르화물이 첨가된 것이 사용될 수 있다. 그리고, 유기 전해질로는 에틸렌 글리콜(ethylene glycol), 글리세롤(glycerol), 디메틸설프옥사이드(dimethyl sulfoxide : DMSO) 또는 이들의 혼합액에 플루오르화암모늄(NH4F)과 같은 플루오르화물이 첨가된 것이 사용될 수 있다. 이러한 전해조(10)에 양극(80)과 음극(90)이 서로 이격된 상태로 침지되어 있으며, 양극(80) 소재로는 나노 다공성 광촉매 티타니아 박막을 얻을 수 있도록 티타늄이 사용된다. 전해조(10)의 전해질 용액(70)은 가열교반기(20)에 의해 가열 및 교반됨과 아울러 전원공급장치(40)로부터 전압이 인가됨으로써 화학반응이 진행된다. 전해조(10)에는 온도센서(100)가 설치되어 있는데, 전해조(10) 내에서 화학반응이 진행됨에 따라 전해조(10)의 온도가 설정 온도 이상으로 상승되는 것이 온도센서(100)에 의해 감지되면, 냉각기(30)에 의해 전해질 용액(70)이 순환되면서 소정 온도로 냉각됨으로써 전해조의 온도는 설정 온도로 유지된다. 전원공급장치(40)로부터 전해조로 인가된 전압은 전압/전류 멀티미터(50)에 의해 측정되며, 제어부(60)에 의해 적절한 조건으로 제어된다.
한편, 전해조(10)에서의 화학반응에 따른 아노다이징에 의해 티타니아 박막이 형성되는 과정에 대하여 살펴보면 다음과 같다. 전해질 용액(70) 속의 물분자(H2O)는 양극(80)에서 티타늄(Ti)과 만나 반응식 1과 같이 티타니아(TiO2)를 형성한다.
Ti + 2H2O → TiO2 + 4H+ + 4e-
이렇게 형성된 티타니아는 전해질 용액(70)에 포함되어 있는 플루오르화물의 불소 이온(F-)에 의해 반응식 2와 같이 해리된다.
TiO2 + 6F- +4H+ → [TiF6]2- + 2H2O
이러한 해리작용은 전체 티타니아에 걸쳐 발생하며 나노 크기의 기공을 형성하게 된다. 특히, 아노다이징 시간이 경과할수록 반응식 1의 산화반응과 반응식 2의 해리반응이 동시에 진행됨으로써, 나노 크기의 다공성 표면을 갖는 티타니아 박막층을 얻을 수 있게 된다. 이와 같이 나노 크기의 다공성 표면이 형성되는 과정에 대해서는 그 메카니즘이 정확하게 규명되어 있지는 않다. 다만, 티타니아 박막층에서 국부적인 과전류가 발생하고, 이러한 과전류에 따른 발열반응으로 전해질 용액(70)에 의한 산화물 에칭이 국부적으로 가속화되어 나노 크기의 다공성 표면이 형성되는 것으로 이해할 수 있다.
적절한 크기의 나노 기공(예를 들어, 직경 10∼300nm)을 갖는 다공성 표면을 얻기 위해 요구되는 아노다이징 공정조건과 그에 따른 결과에 대해 시험예를 들어 살펴보면 다음과 같다.
<시험예 1>
수용액 전해질(1M KH2PO4 + 0.15M NH4F + 0.2M C6H8O7·H2O)을 전해질 용액으로 하여 공정조건을 다음과 같이 설정하였다. 상기 수용액 전해질의 용량은 800㎖, 인가전압은 24V, 전해질 용액의 온도는 25℃, 양극 소재는 Ti, 아노다이징 처리시간은 100분으로 하였다. 그 결과, 직경 85∼150nm, 두께 약 1μm의 기공을 얻을 수 있었다. 나노 기공의 크기는 인가 전압에 비례하는데, 극소량 물질의 질량을 측정하기에 적절한 크기의 나노 기공(직경 10∼300nm)을 얻기 위해서는 인가 전압을 10∼30V로 하는 것이 바람직하다. 만일 인가 전압이 10V보다 낮을 경우에는 Ti → TiO2의 산화과정이 이루어지지 않아서 TiO2 나노 기공이 형성되지 않는다. 또, 인가 전압이 30V보다 높을 경우에는 아노다이징 공정에서 고전압으로 인한 절연파괴(dielectric breakdown) 현상이 일어나 마이크로크레이터(microcrater)가 생성되거나 막의 박리가 발생한다. 나노 기공의 두께는 아노다이징 처리시간에 비례하여 증가하다가 평형상태가 되고, 인가 전압이 높을수록 처리시간이 단축된다. 도 3은 아노다이징 처리 이전의 티타늄 금속 분리막에 대한 전자현미경 사진으로서, 구형의 티타늄 금속 분말 입자 사이에 많은 수의 마이크로 기공을 확인할 수 있고, 티타늄 금속 분말 입자는 매끈한 표면을 보이고 있다. 도 4는 상기 시험예의 공정조 건에 따라 아노다이징 처리를 실시한 티타늄 금속 분리막 표면의 전자현미경 사진으로서, 티타늄 금속 입자의 표면에 나노 기공이 잘 형성되어 있음을 알 수 있다.
<시험예 2>
유기 전해질(글리세롤 + 0.5wt% NH4F) 800㎖를 전해질 용액으로 하여, 전해질 용액의 온도는 20℃, 인가 전압은 20V, 양극 소재는 Ti로 하고, 10시간 동안 아노다이징 처리하였다. 그 결과, 직경 30∼185nm, 두께 4.5μm의 나노 기공을 얻을 수 있었다. 본 시험예와 같이 유기 전해질을 전해질 용액으로 사용하는 경우, 적절한 크기의 나노 기공(직경 10∼300nm)을 얻기 위해서는 인가 전압을 10∼80V로 하는 것이 바람직하다. 만일 인가 전압이 10V보다 낮을 경우에는 Ti → TiO2의 산화과정이 이루어지지 않아서 TiO2 나노 기공이 형성되지 않는다. 또, 인가 전압이 80V보다 높을 경우에는 아노다이징 과정에서 고전압으로 인한 절연파괴 현상이 일어나 마이크로크레이터가 생성되거나 막의 박리가 발생한다. 본 시험예의 공정조건에서도 나노 기공의 두께는 아노다이징 처리시간에 비례하여 증가하다가 평형상태가 되고, 인가 전압이 높을수록 처리시간이 단축된다.
다음으로, 전술한 제2공정의 아노다이징에 의해 형성된 티타니아를 후열처리하는 공정이 더 수행될 수도 있다. 즉, 일반적으로 알려진 바와 같이, 아나타제상(anatase狀) 티타니아는 광촉매 효율이 가장 우수하다. 따라서, 제2공정에 의해 나노 기공의 형성으로 비표면적이 증대된 티타니아 박막에 광촉매 효율을 향상시키기 위하여 아나타제상 티타니아를 형성하기 위한 후열처리를 행한다. 후열처리의 온도는 450∼600℃가 가장 적당한데, 450℃ 미만일 경우에는 아나타제로의 상전이가 어렵고, 600℃를 초과할 경우에는 루타일상(rutile狀)으로 상전이가 발생하거나 다른 생성물이 발생할 우려가 있기 때문이다. 도 5는 위의 공정에 따라 제조된 나노 다공성 광촉매 티타니아 표면을 가진 티타늄 분리막의 엑스선 회절 패턴으로서, 500℃에서 후열처리한 결과 티타니아 박막층이 아나타제상으로 상전이된 것을 알 수 있다.
이상에서는 본 발명을 바람직한 실시예에 의거하여 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 티타늄 분리막은 티타늄 금속 분리막을 매트릭스로 하여 이 티타늄 금속 분리막의 표면에 광촉매 기능을 갖는 티타니아 박막이 일체로 형성된 구조로 이루어져 있다. 따라서, 지금까지 티타늄 분리막의 개발과정에서 야기되던 티타니아 분말의 재처리 문제나 티타니아 박막의 박리 문제가 완전히 해소된다.
이러한 본 발명의 티타늄 분리막은 광촉매 기능이 우수한 아나타제상 티타니아 박막에 의해 미세 미량의 수질 및 대기 오염 유발물질을 효율적으로 처리할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 티타늄 분리막은 수질 및 대기 정화용 필터로의 응용 성이 증대되며, 수질 및 대기 환경 개선에 크게 이바지할 수 있는 효과가 기대된다.

Claims (11)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 마이크로 기공을 갖는 티타늄 금속 분리막을 형성하는 제1공정; 및
    마이크로 기공을 갖는 상기 티타늄 금속 분리막의 표면에 직경 10∼300㎚로 이루어진 나노 기공을 가진 다공성 광촉매 티타니아 박막을 일체로 형성하는 제2공정을 포함하며, 상기 티타늄 금속 분리막은 관형(tubular type)으로 형성하며,
    상기 제2공정은 아노다이징에 의해 이루어지고,
    상기 아노다이징은,
    산성 용매에 플루오르화물이 첨가된 수용액 전해질이나 유기 용매에 플루오르화물이 첨가된 유기 전해질 용액에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 나노 다공성 광촉매 티타니아 표면을 구비한 티타늄 분리막의 제조방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1공정은, 티타늄 금속 와이어를 메쉬 형태로 직조하여 티타늄 금속 분리막을 형성하는 것을 특징으로 하는 나노 다공성 광촉매 티타니아 표면을 구비한 티타늄 분리막의 제조방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제1공정은, 티타늄 금속 분말을 소결하여 티타늄 금속 분리막을 형성하는 것을 특징으로 하는 나노 다공성 광촉매 티타니아 표면을 구비한 티타늄 분리막의 제조방법.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제5항에 있어서,
    상기 산성 용매는 황산, 오르토인산, 옥살산, 제일인산칼륨, 시트르산 수용액 또는 이들의 혼합액이고,
    상기 유기 용매는 에틸렌 글리콜, 글리세롤, 디메틸설프옥사이드 또는 이들의 혼합액인 것을 특징으로 하는 나노 다공성 광촉매 티타니아 표면을 구비한 티타늄 분리막의 제조방법.
  11. 마이크로 기공을 갖는 티타늄 금속 분리막을 형성하는 제1공정; 및
    마이크로 기공을 갖는 상기 티타늄 금속 분리막의 표면에 직경 10∼300㎚로 이루어진 나노 기공을 가진 다공성 광촉매 티타니아 박막을 일체로 형성하는 제2공정을 포함하며, 상기 티타늄 금속 분리막은 관형(tubular type)으로 형성하며,
    상기 제2공정에 의해 형성된 티타니아를 450∼600℃에서 후열처리하는 공정을 더 포함하여 이루어지는 나노 다공성 광촉매 티타니아 표면을 구비한 티타늄 분리막의 제조방법.
KR1020070028432A 2007-03-23 2007-03-23 나노 다공성 광촉매 티타니아 표면을 구비한 티타늄 분리막의 제조방법 KR100886906B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020070028432A KR100886906B1 (ko) 2007-03-23 2007-03-23 나노 다공성 광촉매 티타니아 표면을 구비한 티타늄 분리막의 제조방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020070028432A KR100886906B1 (ko) 2007-03-23 2007-03-23 나노 다공성 광촉매 티타니아 표면을 구비한 티타늄 분리막의 제조방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20080086587A KR20080086587A (ko) 2008-09-26
KR100886906B1 true KR100886906B1 (ko) 2009-03-05

Family

ID=40025759

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020070028432A KR100886906B1 (ko) 2007-03-23 2007-03-23 나노 다공성 광촉매 티타니아 표면을 구비한 티타늄 분리막의 제조방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100886906B1 (ko)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160009893A (ko) 2014-07-17 2016-01-27 한국과학기술연구원 Pvdf 나노섬유층과 이산화티타늄 나노입자가 결합된 플렉서블 나노구조 광촉매 및 그 제조방법
KR20190048686A (ko) 2017-10-31 2019-05-09 한국과학기술연구원 광활성촉매 및 비광활성촉매를 구비한 소독용 소재 및 그 제조방법
KR20200056759A (ko) 2018-11-15 2020-05-25 한국과학기술연구원 탄소나노튜브의 내부공간에 이산화티타늄 나노입자가 고정화된 광촉매 소재 및 그 제조방법
KR102376036B1 (ko) 2020-11-03 2022-03-21 한국과학기술연구원 공액고분자전해질이 결합된 분리막 및 그 제조방법

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2442840C1 (ru) * 2010-07-29 2012-02-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева" (СГАУ) Способ создания нанопористых материалов со сквозными порами
KR101415531B1 (ko) * 2011-09-02 2014-07-07 강릉원주대학교산학협력단 광촉매 분리막의 제조 방법

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR920004018A (ko) * 1990-08-06 1992-03-27 알프레드 엘. 미첼슨 다공성 티타니아(Titania)기질 및 이의 제조방법
KR20000055960A (ko) * 1999-02-11 2000-09-15 구자홍 고효율 광촉매
KR20070027098A (ko) * 2005-08-29 2007-03-09 강릉대학교산학협력단 나노 다공성 광촉매 분리막 및 그 제조방법, 나노 다공성광촉매 분리막을 이용한 수처리 정화 시스템 및 대기 정화시스템

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR920004018A (ko) * 1990-08-06 1992-03-27 알프레드 엘. 미첼슨 다공성 티타니아(Titania)기질 및 이의 제조방법
KR20000055960A (ko) * 1999-02-11 2000-09-15 구자홍 고효율 광촉매
KR20070027098A (ko) * 2005-08-29 2007-03-09 강릉대학교산학협력단 나노 다공성 광촉매 분리막 및 그 제조방법, 나노 다공성광촉매 분리막을 이용한 수처리 정화 시스템 및 대기 정화시스템

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160009893A (ko) 2014-07-17 2016-01-27 한국과학기술연구원 Pvdf 나노섬유층과 이산화티타늄 나노입자가 결합된 플렉서블 나노구조 광촉매 및 그 제조방법
KR20190048686A (ko) 2017-10-31 2019-05-09 한국과학기술연구원 광활성촉매 및 비광활성촉매를 구비한 소독용 소재 및 그 제조방법
KR20200056759A (ko) 2018-11-15 2020-05-25 한국과학기술연구원 탄소나노튜브의 내부공간에 이산화티타늄 나노입자가 고정화된 광촉매 소재 및 그 제조방법
KR102376036B1 (ko) 2020-11-03 2022-03-21 한국과학기술연구원 공액고분자전해질이 결합된 분리막 및 그 제조방법
US11912803B2 (en) 2020-11-03 2024-02-27 Korea Institute Of Science And Technology Conjugated polyelectrolyte-grafted membrane and method for manufacturing the same

Also Published As

Publication number Publication date
KR20080086587A (ko) 2008-09-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111918983B (zh) 钛基材、钛基材的制造方法及水电解用电极、水电解装置
KR100886906B1 (ko) 나노 다공성 광촉매 티타니아 표면을 구비한 티타늄 분리막의 제조방법
JP6004181B2 (ja) 陽極酸化皮膜及びその製造方法
Zakir et al. Fabrication of TiO2 nanotube by electrochemical anodization: toward photocatalytic application
CN101962792A (zh) 一种制备孔径可控、通孔阳极氧化铝膜的方法
Voon et al. Effect of temperature of oxalic acid on the fabrication of porous anodic alumina from Al-Mn alloys
CN106119927B (zh) 电化学处理制备各向异性油水分离铜网的方法
JP2022051582A (ja) チタン基材、チタン基材の製造方法、及び、水電解用電極、水電解装置
CN102277607B (zh) 一种孔径和厚度可控、通孔阳极氧化铝膜的制备方法
Mohamed et al. Fabrication of titania nanotube arrays in viscous electrolytes
Chun Chen et al. A review on production, characterization, and photocatalytic applications of TiO2 nanoparticles and nanotubes
Alias et al. Anodised porous Nb2O5 for photoreduction of Cr (VI)
Ryshchenko et al. Electrochemical synthesis of crystalline niobium oxide
KR101681537B1 (ko) 불용성 전극의 제조방법 및 이에 의해 제조된 불용성 전극
KR100926126B1 (ko) 일체형 나노튜브 광촉매의 제조방법, 이를 이용한 6가크롬환원 장치 및 환원 방법
Hassanzadeh et al. Influence of anodizing parameters on pore diameter of anodic aluminium oxide (aao) films using taguchi design
KR100888677B1 (ko) 광촉매용 티타니아산화층의 제조방법 및 이에 의해 제조된광촉매용 티타니아산화층
TWI627316B (zh) 一種具有奈米或次微米孔洞的管狀鋁陽極處理膜的製作方法
JPWO2014168135A1 (ja) 光触媒体の製造方法
DE60222738T2 (de) Herstellungsprozess für eine protonenleitende Membran mit Aluminiumoxidmatrix
Nemes et al. Porous anodic alumina films obtained by two step anodization
CN105714355B (zh) 一种多孔阳极氧化铝膜的制备方法
CN105369338B (zh) 一种在纯铝表面形成纳米级多孔膜层的方法
KR101386195B1 (ko) 이산화티탄 광촉매 및 그 제작방법
KR101127874B1 (ko) 해수 전해액을 이용한 광감응 소재의 제조방법 및 그 광감응 소재와 이를 활용한 광전기화학적 수소제조장치 및 6가 크롬 환원장치

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
J201 Request for trial against refusal decision
AMND Amendment
B701 Decision to grant
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20120809

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130821

Year of fee payment: 5

LAPS Lapse due to unpaid annual fee