KR101072589B1 - 가시광선 응답형 아나타제 산화티탄 광촉매의 제조방법 - Google Patents
가시광선 응답형 아나타제 산화티탄 광촉매의 제조방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR101072589B1 KR101072589B1 KR1020090072089A KR20090072089A KR101072589B1 KR 101072589 B1 KR101072589 B1 KR 101072589B1 KR 1020090072089 A KR1020090072089 A KR 1020090072089A KR 20090072089 A KR20090072089 A KR 20090072089A KR 101072589 B1 KR101072589 B1 KR 101072589B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- titanium oxide
- anatase titanium
- visible light
- photocatalyst
- producing
- Prior art date
Links
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 131
- 239000011941 photocatalyst Substances 0.000 title claims abstract description 46
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 21
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 title 1
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 61
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 58
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 44
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 37
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 29
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 claims abstract description 26
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 claims abstract description 26
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 19
- 239000012024 dehydrating agents Substances 0.000 claims abstract description 16
- 150000002772 monosaccharides Chemical class 0.000 claims abstract description 16
- 238000006297 dehydration reaction Methods 0.000 claims abstract description 13
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 10
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 8
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims abstract description 5
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims abstract description 4
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 25
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims description 12
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- WFDIJRYMOXRFFG-UHFFFAOYSA-N Acetic anhydride Chemical compound CC(=O)OC(C)=O WFDIJRYMOXRFFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 230000004298 light response Effects 0.000 claims description 8
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 6
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 5
- -1 glycaldehyde Chemical compound 0.000 claims description 4
- HMFHBZSHGGEWLO-SOOFDHNKSA-N D-ribofuranose Chemical compound OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H]1O HMFHBZSHGGEWLO-SOOFDHNKSA-N 0.000 claims description 3
- 229930091371 Fructose Natural products 0.000 claims description 3
- RFSUNEUAIZKAJO-ARQDHWQXSA-N Fructose Chemical compound OC[C@H]1O[C@](O)(CO)[C@@H](O)[C@@H]1O RFSUNEUAIZKAJO-ARQDHWQXSA-N 0.000 claims description 3
- 239000005715 Fructose Substances 0.000 claims description 3
- LGRFSURHDFAFJT-UHFFFAOYSA-N Phthalic anhydride Natural products C1=CC=C2C(=O)OC(=O)C2=C1 LGRFSURHDFAFJT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- PYMYPHUHKUWMLA-LMVFSUKVSA-N Ribose Natural products OC[C@@H](O)[C@@H](O)[C@@H](O)C=O PYMYPHUHKUWMLA-LMVFSUKVSA-N 0.000 claims description 3
- HMFHBZSHGGEWLO-UHFFFAOYSA-N alpha-D-Furanose-Ribose Natural products OCC1OC(O)C(O)C1O HMFHBZSHGGEWLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- WQZGKKKJIJFFOK-PHYPRBDBSA-N alpha-D-galactose Chemical compound OC[C@H]1O[C@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-PHYPRBDBSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 3
- JHIWVOJDXOSYLW-UHFFFAOYSA-N butyl 2,2-difluorocyclopropane-1-carboxylate Chemical compound CCCCOC(=O)C1CC1(F)F JHIWVOJDXOSYLW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229930182830 galactose Natural products 0.000 claims description 3
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000001307 helium Substances 0.000 claims description 3
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- FPYJFEHAWHCUMM-UHFFFAOYSA-N maleic anhydride Chemical compound O=C1OC(=O)C=C1 FPYJFEHAWHCUMM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims 1
- 238000001782 photodegradation Methods 0.000 abstract description 7
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 6
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 abstract description 6
- PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N Fluorine Chemical compound FF PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 12
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 10
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 7
- RBTBFTRPCNLSDE-UHFFFAOYSA-N 3,7-bis(dimethylamino)phenothiazin-5-ium Chemical compound C1=CC(N(C)C)=CC2=[S+]C3=CC(N(C)C)=CC=C3N=C21 RBTBFTRPCNLSDE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- WUPHOULIZUERAE-UHFFFAOYSA-N 3-(oxolan-2-yl)propanoic acid Chemical compound OC(=O)CCC1CCCO1 WUPHOULIZUERAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N Iron oxide Chemical compound [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052980 cadmium sulfide Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 229960000907 methylthioninium chloride Drugs 0.000 description 4
- 238000004833 X-ray photoelectron spectroscopy Methods 0.000 description 3
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical group [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 description 3
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 230000018044 dehydration Effects 0.000 description 3
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 3
- 238000003682 fluorination reaction Methods 0.000 description 3
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 3
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 3
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 3
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910006404 SnO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 2
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 2
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N tin dioxide Chemical compound O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001887 tin oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- ZNOKGRXACCSDPY-UHFFFAOYSA-N tungsten trioxide Chemical compound O=[W](=O)=O ZNOKGRXACCSDPY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002835 absorbance Methods 0.000 description 1
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 1
- 229910052793 cadmium Inorganic materials 0.000 description 1
- BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N cadmium atom Chemical compound [Cd] BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 239000002537 cosmetic Substances 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 239000002778 food additive Substances 0.000 description 1
- 235000013373 food additive Nutrition 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- VUZPPFZMUPKLLV-UHFFFAOYSA-N methane;hydrate Chemical compound C.O VUZPPFZMUPKLLV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 1
- 229910052755 nonmetal Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003973 paint Substances 0.000 description 1
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 1
- JBQYATWDVHIOAR-UHFFFAOYSA-N tellanylidenegermanium Chemical compound [Te]=[Ge] JBQYATWDVHIOAR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012463 white pigment Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B01J35/39—
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J21/00—Catalysts comprising the elements, oxides, or hydroxides of magnesium, boron, aluminium, carbon, silicon, titanium, zirconium, or hafnium
- B01J21/06—Silicon, titanium, zirconium or hafnium; Oxides or hydroxides thereof
- B01J21/063—Titanium; Oxides or hydroxides thereof
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
- B01J37/009—Preparation by separation, e.g. by filtration, decantation, screening
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
- B01J37/04—Mixing
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
- B01J37/08—Heat treatment
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
- B01J37/22—Halogenating
- B01J37/26—Fluorinating
Abstract
본 발명은 가시광선 응답형 아나타제 산화티탄 광촉매의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 아나타제 산화티탄에 탄소와 불소를 도핑함으로서 가시광선 영역에서 우수한 광분해능을 발휘할 수 있는 가시광선 응답형 아나타제 산화티탄 광촉매의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 가시광선 응답형 아나타제 산화티탄 광촉매의 제조방법은, (1) 아나타제 산화티탄에 단당류 물질을 혼합하는 단계; (2) 상기 '단계 (1)'의 과정을 통하여 얻어진 혼합물에 탈수제를 첨가하는 단계; (3) 상기 '단계 (2)'의 과정을 통하여 얻어진 혼합물을 가열하여 탈수반응을 시키는 단계; (4) 상기 '단계 (3)'의 과정을 통하여 얻어진 물질에 포함되어 있는 불순물을 제거하기 위하여 물로 여과하는 단계; (5) 상기 '단계 (4)'의 과정을 통하여 얻어진 물질을 건조하는 단계; 및 (6) 상기 '단계 (5)'의 과정을 통하여 얻어진 물질을 불소 처리하는 단계를 포함하여 이루어진다.
가시광선, 광촉매, 아나타제, 산화티탄
Description
본 발명은 가시광선 응답형 아나타제 산화티탄 광촉매의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 아나타제 산화티탄에 탄소와 불소를 도핑함으로서 가시광선 영역에서 우수한 광분해능을 발휘할 수 있는 가시광선 응답형 아나타제 산화티탄 광촉매의 제조방법에 관한 것이다.
광촉매란 가시광선이나 자외선 등의 빛이 조사되는 경우, 표면의 화학적 상태가 변화됨으로써 화학반응을 촉진시키는 촉매 기능을 하는 물질을 말한다. 빛이 광촉매의 표면에 조사되면 히드록시 라디칼, 슈퍼 옥사이드 음이온 등의 라디칼 물질이 생성되며, 이렇게 생성된 라디칼 물질은 여러 가지 유해물질의 제거, 살균, 멸균 등의 기능을 하게 된다.
광촉매로 사용되는 대표적인 것은 산화티탄(TiO2), 산화주석(SnO2), 산화 철(Fe2O3), 산화텅스텐(WO3), 산화아연(ZnO), 황화카드뮴(CdS) 등이 있다. 이와 같은 많은 산화물이 광촉매로서 이용 가능하지만, 산화아연(ZnO)과 황화카드뮴(CdS)은 촉매 자체가 빛에 의해 분해되어 유해한 아연(Zn), 카드뮴(Cd) 이온을 발생하는 단점을 갖고 있고, 산화텅스텐(WO3)은 특정 물질에 대해서만 광촉매로서의 효율이 우수하며, 산화주석(SnO2)과 산화철(Fe2O3)은 광촉매로서의 효율면에서 문제점을 가지고 있다. 상기 언급한 물질중에서 산화티탄(TiO2)은 빛을 받아도 변하지 않아 반영구적으로 사용이 가능하며, 모든 유기물을 산화시켜 이산화탄소와 물로 분해시킴으로서 광촉매로 가장 각광받고 있다.
산화티탄(TiO2)의 결정구조를 살펴보면 크게 루타일 구조와 아나타제 구조로 나눌수 있다. 상기 루타일 결정구조를 갖는 산화티탄은 고온에서 안정성을 보이며, 굴절율, 경도, 유전율 등이 좋아 산업용 페인트의 백색안료, 화장품, 식용첨가제 등으로 널리 사용되고 있다. 아나타제 결정구조를 갖는 산화티탄은 루타일 결정구조를 갖는 산화티탄에 비하여 보다 강한 산화 에너지를 가지며, 이러한 특성으로 인하여 광촉매로 사용하기 위하여는 아나타제 결정구조를 갖는 산화티탄이 보다 유리하며, 사용시 루타일 결정구조로의 전이가 적을수록 유리하다.
아나타제 산화티탄(TiO2)의 에너지 밴드 갭은 3.2eV 정도로 약 380nm의 파장 또는 이보다 짧은 파장을 갖는 자외선 영역에서 반응한다. 즉, 아나타제 산화티탄은 자외선 조건하에서만 광분해능을 발휘한다. 즉, 아나타제 산화티탄, 그 자체는 태양광선의 대부분을 차지하는 가시광선 영역에서 반응하지 않으며, 자외선 램프 등의 특수한 광원으로 자외선을 조사하여야만 광분해능을 발휘하게 된다. 따라서 태양광선의 대부분을 차지하는 가시광선 영역에서 반응할 수 있는 아나타제 산화티탄에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다.
아나타제 산화티탄을 가시광선 영역에서 반응할 수 있도록 하는 대표적인 방법은 아나타제 산화티탄에 Ag, Fe, V, Pt와 같은 금속의 이온을 도핑하는 방법이다(일본 공개특허공보 1997-192496호, 2007-0083259호, 한국 공개특허공보 2002-0082633호). 그러나 상기와 같이 금속 이온을 도핑하였을 경우에는 빛에 의한 분해반응 및 전하 불균형으로 인해 여러 가지 결함이 발생하며, 그 성능 또한 충분하지 않다는 문제점을 가지고 있다. 또 다른 방법으로는, 아나타제 산화티탄에 C, N 등의 비금속 이온 또는 음이온(X)을 도핑하여 TiO2-X 형태로 만드는 것이다(일본 공개특허공보 1999-333302호, 2001-205103호, 2002-095976호, 2005-213123호). 이 경우에도 촉매 활성이 그다지 높지 않다는 문제점이 있으며, 특히 그 제조과정에서 전기로와 같은 고가의 장비가 필요하고, 또한 반응성을 우수하게 하기 위한 반응온도 및 제어조건이 까다로워 제조상에 많은 어려움이 있다.
따라서 가시광선 영역에서 우수한 광분해능을 발휘하면서, 용이하게 제조할 수 있는 산화티탄의 제조 기술의 개발이 절실히 요구되고 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 아나타제 산화티탄의 밴드갭 에너지를 낮추어 가시광선 영역에서 우수한 광분해능을 발휘하며, 경제적으로 용이하게 제조할 수 있는 가시광선 응답형 아나타제 산화티탄 광촉매의 제조방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 가시광선 응답형 아나타제 산화티탄 광촉매의 제조방법을 제공하는데, 본 발명에 따른 가시광선 응답형 아나타제 산화티탄 광촉매의 제조방법은,
(1) 아나타제 산화티탄에 단당류 물질을 혼합하는 단계;
(2) 상기 '단계 (1)'의 과정을 통하여 얻어진 혼합물에 탈수제를 첨가하는 단계;
(3) 상기 '단계 (2)'의 과정을 통하여 얻어진 혼합물을 가열하여 탈수반응을 시키는 단계;
(4) 상기 '단계 (3)'의 과정을 통하여 얻어진 물질에 포함되어 있는 불순물을 제거하기 위하여 물로 여과하는 단계;
(5) 상기 '단계 (4)'의 과정을 통하여 얻어진 물질을 건조하는 단계; 및
(6) 상기 '단계 (5)'의 과정을 통하여 얻어진 물질을 불소 처리하는 단계를 포함하여 이루어진다.
상기 '단계 (1)'의 아나타제 산화티탄에 단당류 물질을 혼합하는 과정에서의 혼합비는 아나타제 산화티탄 100중량부를 기준으로 단당류 1 내지 100 중량부인 것이 바람직하다.
상기 단당류 물질은 글리코우즈, 과당, 글리코알데히드, 리보우즈, 갈락토우즈 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이 바람직하다.
상기 '단계 (2)'의 상기 '단계 (1)'의 과정을 통하여 얻어진 혼합물에 탈수제를 첨가하는 과정에서의 혼합비는 상기 혼합물 100 중량부를 기준으로 탈수제 10 내지 50 중량부인 것이 바람직하다.
상기 탈수제는 황산, 아세트산무수물, 프탈산무수물, 말레산무수물 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이 바람직하다.
상기 '단계 (3)'의 상기 '단계 (2)'의 과정을 통하여 얻어진 혼합물을 가열하여 탈수반응을 시키는 과정은 70 내지 200℃의 온도에서 1 내지 4 시간 동안 이루어진다.
상기 '단계 (5)'의 상기 '단계 (4)'의 과정을 통하여 얻어진 물질을 건조하는 과정은 100 내지 200℃의 온도에서 1 내지 4 시간 동안 이루어진다.
상기 '단계 (6)'의 상기 '단계 (5)'의 과정을 통하여 얻어진 물질을 불소 처리하는 과정은 상온에서 불소와 비활성 가스의 혼합가스를 사용하여 이루어지며, 상기 불소와 비활성 가스의 혼합비율은 10 내지 20 : 90 내지 80 vol%인 것이 바람직하다.
상기 불소와 비활성 가스의 혼합가스의 압력은 0.1 내지 5 기압인 것이 바람직하다.
또한 상기 비활성 가스는 질소, 아르곤, 헬륨 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같은 본 발명, 가시광선 응답형 아나타제 산화티탄 광촉매의 제조방법에 의할 경우, 아나타제 산화티탄의 밴드갭 에너지를 낮추어 가시광선 영역에서 우수한 광분해능을 발휘하며, 경제적으로 용이하게 가시광선 응답형 아나타제 산화티탄 광촉매를 제조할 수 있게 된다.
즉, 본 발명에 따라 제조된 가시광선 응답형 아나타제 산화티탄 광촉매는 밴드갭 에너지가 낮아 실내의 형광등이나 램프 등의 약한 가시광선에도 활성화될 수 있으며, 광분해능 또한 우수하여, 유해물질을 효과적으로 처리할 수 있게 된다.
이하, 실시예 및 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 가시광선 응답형 아나타제 산화티탄 광촉매의 제조과정을 나타내는 흐름도이다.
도시된 바와 같이 본 발명에 따른 가시광선 응답형 아나타제 산화티탄 광촉매의 제조방법은,
(1) 아나타제 산화티탄에 단당류 물질을 혼합하는 단계;
(2) 상기 '단계 (1)의 과정을 통하여 얻어진 혼합물에 탈수제를 첨가하는 단계;
(3) 상기 '단계 (2)'의 과정을 통하여 얻어진 혼합물을 가열하여 탈수반응을 시키는 단계;
(4) 상기 '단계 (3)'의 과정을 통하여 얻어진 물질에 포함되어 있는 불순물을 제거하기 위하여 물로 여과하는 단계;
(5) 상기 '단계 (4)'의 과정을 통하여 얻어진 물질을 건조하는 단계; 및
(6) 상기 '단계 (5)'의 과정을 통하여 얻어진 물질을 불소 처리하는 단계를 포함하여 이루어진다.
상기 '단계 (1)'의 아나타제 산화티탄과 단당류 물질의 혼합은 아나타제 산화티탄 100 중량부를 기준으로 단당류 1 내지 100 중량부의 범위에서 이루어진다.
상기 단당류 물질에 있는 탄소 원자는 산화티탄(TiO2) 결정의 산소 관능기의 일부를 치환하거나 산화티탄에 도핑되는데 혼합비가 1 중량부 미만일 경우에는 충분한 치환 또는 도핑이 이루어지지 않으며, 100 중량부를 초과하는 경우에는 100 중량부인 경우와 별다른 차이가 없어 실익이 없다.
상기 단당류 물질은 단당류 물질로 알려진 모든 화합물을 사용할 수 있으나, 바람직하게는 글리코우즈, 과당, 글리코알데히드, 리보우즈, 갈락토우즈 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된다.
상기 '단계 (2)'의 상기 '단계 (1)'의 과정을 통하여 얻어진 혼합물과 탈수제의 혼합은 상기 혼합물 100 중량부를 기준으로 탈수제 10 내지 50 중량부의 범위에서 이루어진다.
탈수제의 혼합비가 10 중량부 미만일 경우에는 탈수반응이 원활하게 진행되지 않을 수 있으며, 50 중량부를 초과하는 경우에는 탈수제에 있는 불필요한 성분(예를 들어 탈수제로 황산을 사용할 경우에는 황 성분)이 포함될 우려가 있기 때문에 50 중량부를 초과하여 사용하는 것은 바람직하지 않다.
상기 탈수제는 탈수제로 알려진 모든 화합물을 사용할 수 있으나, 바람직하게는 황산, 아세트산무수물, 프탈산무수물, 말레산무수물 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된다.
상기 '단계 (3)'의 상기 '단계 (2)'의 과정을 통하여 얻어진 혼합물을 가열하여 탈수반응을 시키는 과정은 70 내지 200℃의 온도에서 1 내지 4 시간 동안 이루어진다.
70℃ 미만의 온도에서는 탈수반응이 제대로 이루어지지 않을 수 있으며, 200 ℃를 초과하는 온도에서는 고온에 의하여 물질의 구조가 변할 우려가 있으므로 70 내지 200℃의 온도범위에서 이루어지는 것이 바람직하다. 또한 1시간 미만에서는 충분한 탈수반응이 이루어지지 않을 우려가 있고, 4시간을 초과하는 경우에는 이미 충분한 탈수반응이 이루어졌으므로 반응을 더 이상 지속시킬 이유가 없게 된다.
상기 '단계 (5)'의 상기 '단계 (4)'의 과정을 통하여 얻어진 물질을 건조하는 과정은 100 내지 200℃의 온도에서 1 내지 4 시간 동안 이루어진다.
100℃ 미만의 온도와 1시간 미만의 시간에서는 건조가 충분하게 이루어지지 않을 수 있으며, 200℃를 초과하는 고온에서는 물질의 구조가 원하지 않는 형태로 변할 우려가 있고, 4시간을 초과하는 경우에는 이미 충분한 건조가 이루어졌으므로 더 이상 건조를 시키는 것은 무의미하다.
상기 탈수반응 및 건조가 완료되면 단당류 물질에 있는 탄소 원자가 산화티탄(TiO2) 결정의 산소 관능기의 일부를 치환하거나 산화티탄에 도핑이 된다. 즉, TiO2-C로 구성되는 광촉매를 얻을 수 있게 된다.
상기 '단계 (6)'의 상기 '단계 (5)'의 과정을 통하여 얻어진 물질을 불소 처리하는 과정은 상온에서 불소와 비활성 가스의 혼합가스를 사용하여 이루어지며, 상기 불소와 비활성 가스의 혼합비율은 10 내지 20 : 90 내지 80 vol%인 것이 바람직하다.
상기 불소와 비활성 가스의 혼합가스의 압력은 0.1 내지 5 기압인 것이 바람직하다.
상기 불소의 혼합비율이 10 vol% 미만이거나, 혼합가스의 압력이 0.1 기압 미만인 경우에는 불소 처리가 충분히 이루어지지 않아, 불소 처리에 의한 산화티탄의 밴드갭을 줄이는 효과를 기대하기 힘들다. 또한 불소의 혼합비율이 90 vol%를 넘거나 혼합가스의 압력이 5 기압을 초과하는 경우에는 과불소화로 인하여 산화티탄 표면 전체에 불소화가 이루어져 산화티탄의 광촉매 효과가 저하될 우려가 있다.
상기 비활성 가스는 질소, 아르곤, 헬륨 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된다.
상기와 같은 불소 처리 과정을 통하여 TiO2-C 구조의 광촉매에 있는 산소 관능기와 탄소 관능기의 일부가 불소에 의하여 치환되거나 도핑이 된다. 즉, TiO2-CF로 구성되는 광촉매를 얻을 수 있게 된다.
상기와 같은 과정을 통하여 산화티탄이 자외선 영역이 아닌 가시광선 영역에서 광분해능을 발현할 수 있도록 변화된다.
이하 실시예에 의하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
실시예 1 : TiO
2
-C 광촉매의 제조
아나타제 산화티탄(TiO2) 16g에 글리코우즈 4g을 첨가한 후, 여기에 황산 10㎖를 첨가하였다. 생성된 혼합용액을 120℃의 온도에서 3시간 동안 가열하여 탈수반응을 진행하였다. 생성된 물질에 잔류하는 불순물을 제거하기 위하여 수차례 물로 여과한 후, 110℃의 온도에서 3시간 동안 가열하여 건조하였다.
상기와 같은 과정을 통하여 탄소 원자가 산화티탄의 격자에 치환 및 도핑된 TiO2-C로 구성되는 가시광선 응답형 아나타제 산화티탄 광촉매를 제조하였다.
실시예 2 : TiO
2
-CF 광촉매의 제조
상기 실시예 1을 통하여 얻은 TiO2-C로 구성되는 가시광선 응답형 아나타제 산화티탄 광촉매에 불소 처리를 하였다. 15 vol%의 불소와 85 vol%의 질소를 혼합하여 혼합가스의 압력이 1기압이 되도록 하고, 25℃에서 15분간 불소 처리를 하였다. 이 과정을 통하여 불소가 치환 및 도핑된 TiO2-CF로 구성되는 가시광선 응답형 아나타제 산화티탄 광촉매를 제조하였다.
비교예
비교예로서 시중에서 구입 가능한 순수한 아나타제 산화티탄 광촉매(아크로스, 미국, 순도 99%)를 사용하였다.
시험예
상기 실시예 및 비교예를 대상으로 자외선 및 가시광선 영역에서 광분해능을 가질수 있는지, 즉, 광활성에 대한 시험을 하였다.
먼저, 실시예 1, 2 및 비교예의 물질의 구성성분 파악하기 위하여 이들을 에너지 분산형 X-선 분광기(EDS : Energy Dispersive X-ray Spectrometer)로 측정하여 도 2에 나타내었다. 도면에서 알 수 있듯이, 비교예 1에서는 탄소와 불소가 전혀 검출되지 않았고, 실시예 1에서는 탄소가, 실시예 2에서는 탄소와 불소가 함유되어 있음을 알 수 있다.
도 3은 실시예 1 및 실시예 2에서 각각 제조된 광촉매의 결정구조를 X-선 회절 분석법(XRD : X-ray Diffractometer)에 의하여 나타낸 것이고, 도 4는 실시예 1 및 실시예 2에서 각각 제조된 광촉매를 X선 광전자 분광분석장치(XPS : X-rey Photoelectron Spectroscopy)로 측정하여 C1s, O1s, Ti2p 및 F1s의 스펙트럼을 나타낸 것이다.
도면에서 보여지는 바와 같이, 실시예 1 및 실시예 2는 순수한 아나타제 결 정구조를 갖는 것을 알 수 있으며, 실시예 2의 경우 25.3도에서 불소의 존재를 확인할 수 있다.
도 5는 실시예 1, 2 및 비교예의 자외선-가시광선 흡광도를 확산 반사 분광법(UV-DRS : UV-visible Diffuse Reflectance Spectrophotometer)으로 측정하여 나타낸 것이다. 도면에서 보여지는 바와 같이 비교예의 순수한 아나타제 산화티탄은 400nm이상의 범위의 가시광선 영역의 빛에 대한 활성을 보이지 않았다. 반면 실시예 1 및 실시예 2에 의하여 제조된 광촉매는 모두 가시광선 영역의 빛에 대한 활성을 나타냄을 알 수 있었다.
도 6은 실시예 1, 2 및 비교예의 메틸렌 블루용액(Methylene blue solution)에 대한 광활성 평가를 나타낸 것이다. 광활성 평가는 각각의 샘플 0.1g을 10ppm의 메틸렌 블루(Methylene blue) 용액 100㎖에 첨가하여 평가하였다. 얻어진 결과를 단위 시간당 메틸렌 블루(Methylene blue)의 양(ppm)으로 산출하여 나타내었다. 도면에서 보여지는 바와 같이 실시예에 의하여 제조된 광촉매가 순수한 아나타제 산화티탄인 비교예에 비하여 보다 우수한 광활성을 나타냄을 알 수 있었다.
본 발명은 상기한 실시예와 첨부한 도면을 참조하여 설명되었지만, 본 발명의 개념 및 범위 내에서 상이한 실시예를 구성할 수도 있다. 따라서 본 발명의 범위는 첨부된 청구범위 및 이와 균등한 것들에 의해 정해지며, 본 명세서에 기재된 특정 실시예에 의해 한정되지는 않는다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 가시광선 응답형 아나타제 산화티탄 광촉매의 제조과정을 나타내는 흐름도이다.
도 2는 실시예 1, 2 및 비교예의 EDS 데이터를 나타낸 것이다.
도 3은 실시예 1, 2의 XRD 데이터를 나타낸 것이다.
도 4는 실시예 1, 2의 XPS 데이터를 나타낸 것이다.
도 5는 실시예 1, 2 및 비교예의 UV-DRS 데이터를 나타낸 것이다.
도 6은 실시예 1, 2 및 비교예의 광활성 평가 데이터를 나타낸 것이다.
Claims (11)
- (1) 아나타제 산화티탄에 단당류 물질을 혼합하는 단계;(2) 상기 '단계 (1)'의 과정을 통하여 얻어진 혼합물에 황산, 아세트산무수물, 프탈산무수물, 말레산무수물 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 탈수제를 첨가하는 단계;(3) 상기 '단계 (2)'의 과정을 통하여 얻어진 혼합물을 가열하여 탈수반응을 시키는 단계;(4) 상기 '단계 (3)'의 과정을 통하여 얻어진 물질에 포함되어 있는 불순물을 제거하기 위하여 물로 여과하는 단계;(5) 상기 '단계 (4)'의 과정을 통하여 얻어진 물질을 건조하는 단계; 및(6) 상기 '단계 (5)'의 과정을 통하여 얻어진 물질을 불소 처리하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 가시광선 응답형 아나타제 산화티탄 광촉매의 제조방법.
- 제1항에 있어서,상기 '단계 (1)'의 아나타제 산화티탄에 단당류 물질을 혼합하는 과정에서의 혼합비는 아나타제 산화티탄 100중량부를 기준으로 단당류 1 내지 100 중량부인 것을 특징으로 하는 가시광선 응답형 아나타제 산화티탄 광촉매의 제조방법.
- 제1항 내지 제2항의 어느 한 항에 있어서,상기 단당류 물질은 글리코우즈, 과당, 글리코알데히드, 리보우즈, 갈락토우즈 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것임을 특징으로 하는 가시광선 응답형 아나타제 산화티탄 광촉매의 제조방법.
- 제1항에 있어서,상기 '단계 (2)'의 상기 '단계 (1)'의 과정을 통하여 얻어진 혼합물에 탈수제를 첨가하는 과정에서의 혼합비는 상기 혼합물 100 중량부를 기준으로 탈수제 10 내지 50 중량부인 것을 특징으로 하는 가시광선 응답형 아나타제 산화티탄 광촉매의 제조방법.
- 삭제
- 제1항에 있어서,상기 '단계 (3)'의 상기 '단계 (2)'의 과정을 통하여 얻어진 혼합물을 가열하여 탈수반응을 시키는 과정은 70 내지 200℃의 온도에서 1 내지 4 시간 동안 이루어지는 것을 특징으로 하는 가시광선 응답형 아나타제 산화티탄 광촉매의 제조방법.
- 제1항에 있어서,상기 '단계 (5)'의 상기 '단계 (4)'의 과정을 통하여 얻어진 물질을 건조하는 과정은 100 내지 200℃의 온도에서 1 내지 4 시간 동안 이루어지는 것을 특징으로 하는 가시광선 응답형 아나타제 산화티탄 광촉매의 제조방법.
- 제1항에 있어서,상기 '단계 (6)'의 상기 '단계 (5)'의 과정을 통하여 얻어진 물질을 불소 처리하는 과정은 상온에서 불소와 비활성 가스의 혼합가스를 사용하여 이루어지며,상기 불소와 비활성 가스의 혼합비율은 10 내지 20 : 90 내지 80 vol%인 것을 특징으로 하는 가시광선 응답형 아나타제 산화티탄 광촉매의 제조방법.
- 제8항에 있어서,상기 불소와 비활성 가스의 혼합가스의 압력은 0.1 내지 5 기압인 것을 특징으로 하는 가시광선 응답형 아나타제 산화티탄 광촉매의 제조방법.
- 제8항에 있어서,상기 비활성 가스는 질소, 아르곤, 헬륨 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것임을 특징으로 하는 가시광선 응답형 아나타제 산화티탄 광촉매의 제조방법.
- 제1항의 방법에 의하여 제조되는 가시광선 응답형 아나타제 산화티탄 광촉매.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020090072089A KR101072589B1 (ko) | 2009-08-05 | 2009-08-05 | 가시광선 응답형 아나타제 산화티탄 광촉매의 제조방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020090072089A KR101072589B1 (ko) | 2009-08-05 | 2009-08-05 | 가시광선 응답형 아나타제 산화티탄 광촉매의 제조방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20110014426A KR20110014426A (ko) | 2011-02-11 |
| KR101072589B1 true KR101072589B1 (ko) | 2011-10-11 |
Family
ID=43773628
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020090072089A KR101072589B1 (ko) | 2009-08-05 | 2009-08-05 | 가시광선 응답형 아나타제 산화티탄 광촉매의 제조방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101072589B1 (ko) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000126616A (ja) | 1998-10-23 | 2000-05-09 | Sumitomo Metal Mining Co Ltd | 触媒担持用球形担体の製造方法 |
| WO2003072661A1 (fr) | 2002-02-27 | 2003-09-04 | Sustainable Titania Technology Incorporated | Solution pour former un film photocatalyseur ultra-hydrophile, structure comportant ce film et procede de production de celui-ci |
| JP2006150344A (ja) | 2004-09-29 | 2006-06-15 | Toto Ltd | 光触媒性二酸化チタン複合微粒子を含む分散液 |
-
2009
- 2009-08-05 KR KR1020090072089A patent/KR101072589B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000126616A (ja) | 1998-10-23 | 2000-05-09 | Sumitomo Metal Mining Co Ltd | 触媒担持用球形担体の製造方法 |
| WO2003072661A1 (fr) | 2002-02-27 | 2003-09-04 | Sustainable Titania Technology Incorporated | Solution pour former un film photocatalyseur ultra-hydrophile, structure comportant ce film et procede de production de celui-ci |
| JP2006150344A (ja) | 2004-09-29 | 2006-06-15 | Toto Ltd | 光触媒性二酸化チタン複合微粒子を含む分散液 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20110014426A (ko) | 2011-02-11 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Zaleska | Doped-TiO2: a review | |
| Irandost et al. | Fabrication of highly visible active N, S co-doped TiO2@ MoS2 heterojunction with synergistic effect for photocatalytic degradation of diclofenac: mechanisms, modeling and degradation pathway | |
| Umebayashi et al. | Visible light-induced degradation of methylene blue on S-doped TiO2 | |
| Chen et al. | Photoactivity and stability of Ag2WO4 for organic degradation in aqueous suspensions | |
| Takeuchi et al. | Preparation of visible-light-responsive titanium oxide photocatalysts by plasma treatment | |
| Dozzi et al. | Photocatalytic activity of S-and F-doped TiO 2 in formic acid mineralization | |
| Paula et al. | Unraveling the photocatalytic properties of TiO 2/WO 3 mixed oxides | |
| Wen et al. | Effects of I and F codoped TiO2 on the photocatalytic degradation of methylene blue | |
| TWI476043B (zh) | 光觸媒材料及其製造方法 | |
| EP2519348B1 (en) | Method of production of photocatalytic powder comprising titanium dioxide and manganese dioxide active under ultraviolet and visible light | |
| US20150111724A1 (en) | Visible light responsive photocatalyst by hydrophilic modification using polymer material and a method for preparing the same | |
| Channei et al. | Photocatalytic degradation of dye using CeO2/SCB composite catalysts | |
| Saroj et al. | Solution-combustion synthesis of anion (iodine) doped TiO2 nanoparticles for photocatalytic degradation of Direct Blue 199 dye and regeneration of used photocatalyst | |
| KR101798129B1 (ko) | 금속산화물의 환원방법 및 이를 이용한 환원된 타이타니아의 제조방법 | |
| Dolat et al. | Preparation of photoactive nitrogen-doped rutile | |
| Lim et al. | Synthesis of CdSe-TiO 2 photocatalyst and their enhanced photocatalytic activities under UV and visible light | |
| JP4639355B2 (ja) | 可視光応答型光触媒の製造方法 | |
| Sane et al. | Enhancing solar photocatalytic activity of Bi5O7I photocatalyst with activated carbon heterojunction | |
| KR100924515B1 (ko) | 가시광선 응답형 아나타제 산화티탄 광촉매의 제조방법 | |
| Srinivasan et al. | Synthesis and characterization of photocatalytic TiO 2-ZnFe 2 O 4 nanoparticles | |
| Hamdan et al. | Photocatalytic degradation of synthetic sulfur pollutants in petroleum fractions under different pH and photocatalyst | |
| KR101072589B1 (ko) | 가시광선 응답형 아나타제 산화티탄 광촉매의 제조방법 | |
| KR101206489B1 (ko) | 가시광 응답형 아나타제-브루카이트 혼성형 이산화티탄 광촉매의 제조방법 | |
| KR101855747B1 (ko) | 가시광 감응 이산화티타늄의 제조방법 및 이로부터 제조된 이산화티타늄 | |
| Naufal et al. | Direct sunlight active Sm3+ doped TiO2 photocatalyst |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20140930 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20151001 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20160928 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20170927 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20180921 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20190926 Year of fee payment: 9 |