KR101348353B1

KR101348353B1 - 티타네이트 나노튜브 막을 이용한 금속 필터 제조방법

Info

Publication number: KR101348353B1
Application number: KR1020120032167A
Authority: KR
Inventors: 김두근; 기현철; 김선훈; 김회종; 이동길; 최영완
Original assignee: 한국광기술원
Priority date: 2012-03-29
Filing date: 2012-03-29
Publication date: 2014-01-08
Also published as: KR20130110316A

Abstract

본 발명은 티타네이트 나노튜브 막을 이용한 금속 필터 제조방법에 관한 것으로서, 티타네이트 나노튜브의 막을 금속 와이어에 코팅하여 금속 필터의 기공 크기를 줄이는데 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, (a) 금속 메쉬 표면이 양전위가 되도록 PEI 수용액에 일정 시간 담가둔 후, 증류수로 세척하는 단계; (b) 양전위가 된 금속 메쉬를 TiNT 수용액에 일정 시간 담가두어 TiNT 막을 코팅한 후, 증류수로 세척하는 단계; (c) 상기 TiNT 막이 코팅된 금속 메쉬를 PDDA 수용액에 일정 시간 담가둔 후, 증류수로 세척하는 단계 및 (d) 상기 금속 메쉬에 코팅된 TiNT 막에 Ti 또는 Al을 증착하는 단계를 포함한다.

Description

티타네이트 나노튜브 막을 이용한 금속 필터 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING METAL FILTER USING TITANATE NANOTUBE FILM}

본 발명은 티타네이트 나노튜브(titanate nanotube, TiNT) 막을 이용하여 금속 와이어(Metal wire)를 필터 미디어로 사용하는 고성능 금속 필터 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 반복적 자기조립법(Layer-by-layer self-assembling)을 이용하여 티타네이트 나노튜브의 막을 금속 와이어에 코팅하여 금속 필터의 기공 크기를 줄여서 입자의 크기를 0.3 ㎛ 입자까지 포집할 수 있는 고성능 금속 필터의 제조방법에 관한 것이다.

대기 중에 부유하고 있는 입자들은 육안으로 볼 수 있는 것과 볼 수 없는 아주 작은 크기의 것이 있으며, 인체에 해로운 미생물, 방사능 입자, 담배연기, 중금속 및 작업 분진으로부터 자연현상인 안개, 아지랑이 및 이슬비 등의 약 0.001 ㎛크기에서 수백 ㎛ 크기로 구성된다.

그러나, 현재 환경 위생적으로나 과학기술적 목적으로 문제의 대상이 되고 있는 입자들의 크기는 직경이 약 0.01 ㎛ 에서 10 ㎛ 정도이며, 이러한 크기의 입자들을 가장 효과적으로 제거 할 수 있는 방법은 고성능 필터의 사용이다.

기존의 고성능 필터는 주로 유리섬유(Glass fiber)나 고분자 등을 필터 미디어로 사용하고 있으나, 고온/고압에 매우 약하며 입자 상호간의 응결작용에 의해 한번 사용한 필터는 재사용이 어렵다는 단점을 가지고 있다.

또한, 유리 섬유 입자로 구성된 필터의 경우, 강도가 약하여 고압 송풍 시, 유리섬유 분진이 2차 오염을 발생하거나 손상의 우려가 있고, 대안으로 사용되는 고분자 소재 필터는 고온에 사용이 어려우며 산이나 알칼리 등의 화학 약품에 쉽게 부식되는 단점이 있다.

금속 와이어를 필터 미디어로 사용하는 고성능 필터는 1,000℃, 5bar 이상의 고온, 고압에서 필터로서의 기능 수행이 가능하며, 금속의 강한 살균성 때문에 기존 필터에 비해 대기 중 유해미생물의 제거가 효율적이고, 사용 후 필터 폐기 시, 전량 회수가 가능하여 재사용할 수 있는 장점을 보유하고 있는 친환경 기술이다.

금속 소재의 필터는 일부 시중에 유통되고 있으나 극히 단순한 프리필터(Pre filter) 수준이고, 금속 분말을 압착 소결하여 필터를 제작하려는 시도가 있으나, 금속 와이어를 사용할 경우, 두께로 인한 나노 기공층 확보가 어려워 금속 소재가 이용된 고성능 필터 개발이 어려운 실정이다.

한편, 티타네이트 나노튜브 제조에 관한 기술과 관련해서는, 한국공개특허 10-2005-0087021호(이하, '선행문헌')외 다수 출원 및 공개되어 있다.

선행문헌에 따른 티타네이트 나노튜브 제조방법은, 티타니아 화합물을 알칼리 처리로 용해시키는 공정과, 상기 용해된 화합물을 물로 세척한 후, 무기산으로 상온 ∼ 100 ℃에서 0.5 ∼ 6 시간동안 산처리 하여 숙성시키는 공정을 포함하여 이루어진다.

현재 이러한 티타네이트 나노튜브는 광촉매나 태양전지에서 많이 적용하고 있으나, 금속 와이어를 미디어 사용하는 고성능 필터에는 사용을 하지 못하고 있다.

따라서, 본 발명에서는 금속 와이어를 사용하는 필터의 나노 기공층을 형성하기 위해서 수열합성법(Hydrothermal)으로 제작되는 티타네이트 나노튜브를 반복적 자기조립 방법으로 금속 와이어를 코팅하여 금속 필터의 나노 기공 크기를 제어하고자 한다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 티타네이트 나노튜브의 막을 금속 와이어에 코팅하여 금속 필터의 기공 크기를 줄이는데 그 목적이 있다.

구체적으로는, 반복적 자기조립법은 양전위를 갖는 PEI(Polyethyleneimine) 수용액과 PDDA(Polydiallyldimethylammonium) 수용액 사이에 반대 전하를 가지는 티타네이트 나노튜브(titanate nanotube, TiNT) 수용액을 위치시키고 교대로 담가두면 수용액 안에서 상반되는 전하를 가진 재료들이 이온 흡착에 의해서 결합이 되는 방법인데, 금속 필터의 기공 크기를 줄이기 위하여, 반복적 자기조립법으로 티타네이트 나노튜브의 막을 반복해서 금속 필터에 코팅하고, 금속 필터의 기공의 크기가 0.3 ㎛ 입자까지 포집할 수 있는 필터 구조체를 제공한다. 그리고, 고성능 금속 필터의 내식 내마모성을 향상시키기 위해서 금속 증착법을 이용하여 금속을 코팅한다.

이러한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명은 티타네이트 나노튜브 막을 이용한 금속 필터 제조방법에 관한 것으로서, (a) 금속 메쉬 표면이 양전위가 되도록 PEI 수용액에 일정 시간 담가둔 후, 증류수로 세척하는 단계; (b) 양전위가 된 금속 메쉬를 TiNT 수용액에 일정 시간 담가두어 TiNT 막을 코팅한 후, 증류수로 세척하는 단계; (c) 상기 TiNT 막이 코팅된 금속 메쉬를 PDDA 수용액에 일정 시간 담가둔 후, 증류수로 세척하는 단계 및 (d) 상기 금속 메쉬에 코팅된 TiNT 막에 Ti 또는 Al을 증착하는 단계를 포함하는 티타네이트 나노튜브 막을 이용한 금속 필터 제조방법 를 포함한다.

또한 상기 (c) 단계 이후에, 상기 (b) 단계 내지 (c) 단계를 소정횟수 반복수행하는 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

삭제

상기와 같은 본 발명에 따르면, 반복적 자기조립법을 이용하여 티타네이트 나노튜브의 막을 금속 필터에 코팅하여 기공 크기를 줄이는 방법은 내식 내마모성이 우수한 고성능 필터를 얻을 수 있는 효과가 있다.

도 1 은 본 발명에 따른 금속 와이어를 미디어로 사용하는 금속 메쉬 구조를 보이는 일예시도.
도 2 는 본 발명에 따른 반복적 자기조립법을 이용하여 금속 메쉬의 기공의 크기를 줄이기 위한, 티타네이트 나노튜브 막을 이용한 금속 필터 제조방법에 관한 전체 흐름도.
도 3 은 본 발명에 따른 코팅된 TiNT 막에 증착 장비를 이용하여, Ti 또는 Al을 증착한 금속 메쉬를 보이는 일예시도.

본 발명의 구체적 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서 본 발명에 관련된 공지 기능 및 그 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 구체적인 설명을 생략하였음에 유의해야 할 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.

본 발명에 따른 티타네이트 나노튜브 막을 이용한 금속 필터 제조방법에 관하여 도 1 내지 도 3 을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

본 발명에서는 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 반복적 자기조립법을 이용하여 티타네이트 나노튜브의 막을 금속 메쉬에 코팅하고, 증착 장비를 이용하여 Ti 또는 Al을 증착하는 제조방법을 개시하도록 한다.

이하에서, 상술한 제조방법을 구체적으로 살피면 다음과 같다.

도 1 은 본 발명에 따른 금속 와이어를 미디어로 사용하는 금속 메쉬에 관한 일예시도로서, 도시된 바와 같이 금속 메쉬(100)는 금속 와이어가 격자로 형성되어 있다.

한편, 도 2 는 반복적 자기조립법을 이용하여 티타네이트 나노튜브의 막을 금속 메쉬에 코팅하는 본 발명에 따른 티타네이트 나노튜브 막을 이용한 고성능 금속 필터 제조방법에 관한 전체 흐름도로서, 도시된 바와 같이 PEI 수용액이 들어 있는 용기에 금속 메쉬(100)를 일정 시간 담가두어 금속 메쉬(100) 표면이 양전위가 되도록 한 후(S110), DI water(증류수)가 들어 있는 용기에 일정 시간 담가두어 세척한다(S120).

이후, 양전위가 된 금속 메쉬(100)를 TiNT 수용액이 들어 있는 용기에 일정 시간 담가두어 TiNT 막을 코팅한 후(S130), DI water(증류수)가 들어 있는 용기에 일정 시간 담가두어 세척한다(S140).

또한, TiNT 막이 코팅된 금속 메쉬(100)를 PDDA 수용액이 들어 있는 용기에 일정 시간 담가두어 TiNT 막이 다시 양전위가 되도록 한 후(S150), DI water(증류수)가 들어 있는 용기에 일정 시간 담가두어 세척한다(S160).

이후, 금속 메쉬의 기공 크기를 줄이기 위해, 상기 제S130 단계 내지 제S160 단계의 과정을 소정횟수 반복수행하여(S170) 금속 메쉬(100)에 TiNT 막을 코팅한다. 그리고, 코팅된 TiNT 막에 증착 장비를 이용하여 Ti 또는 Al을 증착한다(S170).

도 3 은 코팅된 TiNT 막에 증착 장비를 이용하여, Ti 또는 Al을 증착한 금속 메쉬(100)를 보이는 일예시도이다.

지금까지 상술한 바와 같은, 본 발명에 따른 반복적 자기조립법을 이용하여 티타네이트 나노튜브의 막을 금속 필터에 코팅하여 기공 크기를 줄이는 제조방법은, 금속 와이어를 이용하여 내식 내마모성이 우수하고 사용 후 필터 폐기 시, 재사용이 가능한 고성능 금속 필터를 얻을 수 있는 특징적인 장점을 가진다.

이상으로 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것이 아니며, 기술적 사상의 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대해 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

100: 금속 메쉬

Claims

(a) 금속 메쉬 표면이 양전위가 되도록 PEI 수용액에 일정 시간 담가둔 후, 증류수로 세척하는 단계;
(b) 양전위가 된 금속 메쉬를 TiNT 수용액에 일정 시간 담가두어 TiNT 막을 코팅한 후, 증류수로 세척하는 단계;
(c) 상기 TiNT 막이 코팅된 금속 메쉬를 PDDA 수용액에 일정 시간 담가둔 후, 증류수로 세척하는 단계 및
(d) 상기 금속 메쉬에 코팅된 TiNT 막에 Ti 또는 Al을 증착하는 단계를 포함하는 티타네이트 나노튜브 막을 이용한 금속 필터 제조방법.
제 1 항에 있어서,
상기 (c) 단계 이후에,
상기 (b) 단계 내지 (c) 단계를 소정횟수 반복수행하는 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 티타네이트 나노튜브 막을 이용한 금속 필터 제조방법.
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