KR101415531B1 - 광촉매 분리막의 제조 방법 - Google Patents
광촉매 분리막의 제조 방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR101415531B1 KR101415531B1 KR1020110088781A KR20110088781A KR101415531B1 KR 101415531 B1 KR101415531 B1 KR 101415531B1 KR 1020110088781 A KR1020110088781 A KR 1020110088781A KR 20110088781 A KR20110088781 A KR 20110088781A KR 101415531 B1 KR101415531 B1 KR 101415531B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- titanium oxide
- titanium
- separation membrane
- photocatalytic
- forming
- Prior art date
Links
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 title claims abstract description 230
- 239000012528 membrane Substances 0.000 title claims abstract description 204
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title abstract description 31
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 332
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 332
- SOQBVABWOPYFQZ-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);titanium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Ti+4] SOQBVABWOPYFQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 240
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims abstract description 231
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims abstract description 214
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 208
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 203
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims abstract description 143
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 125
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims abstract description 83
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 claims abstract description 74
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 claims abstract description 74
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 74
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims abstract description 44
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 claims abstract description 40
- XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N C60 fullerene Chemical compound C12=C3C(C4=C56)=C7C8=C5C5=C9C%10=C6C6=C4C1=C1C4=C6C6=C%10C%10=C9C9=C%11C5=C8C5=C8C7=C3C3=C7C2=C1C1=C2C4=C6C4=C%10C6=C9C9=C%11C5=C5C8=C3C3=C7C1=C1C2=C4C6=C2C9=C5C3=C12 XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 37
- 229910003472 fullerene Inorganic materials 0.000 claims abstract description 37
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 claims abstract description 37
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims abstract description 28
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 17
- 239000002096 quantum dot Substances 0.000 claims description 98
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 81
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims description 61
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 51
- 239000000084 colloidal system Substances 0.000 claims description 50
- 239000011572 manganese Substances 0.000 claims description 41
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims description 34
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 claims description 34
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 33
- 238000007743 anodising Methods 0.000 claims description 32
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 31
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 claims description 30
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 claims description 27
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 26
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 claims description 24
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 22
- 239000002612 dispersion medium Substances 0.000 claims description 22
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims description 20
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 claims description 20
- 238000001879 gelation Methods 0.000 claims description 19
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 18
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 18
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 18
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 18
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 17
- 239000011591 potassium Substances 0.000 claims description 17
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 14
- 239000011941 photocatalyst Substances 0.000 claims description 14
- JBQYATWDVHIOAR-UHFFFAOYSA-N tellanylidenegermanium Chemical compound [Te]=[Ge] JBQYATWDVHIOAR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 239000011701 zinc Substances 0.000 claims description 14
- 150000004703 alkoxides Chemical class 0.000 claims description 13
- 238000003618 dip coating Methods 0.000 claims description 13
- 239000007921 spray Substances 0.000 claims description 10
- 238000009941 weaving Methods 0.000 claims description 10
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 claims description 8
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims description 8
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims description 5
- 239000000047 product Substances 0.000 claims description 5
- AIRPJJGSWHWBKS-UHFFFAOYSA-N hydroxymethylphosphanium;chloride Chemical compound [Cl-].OC[PH3+] AIRPJJGSWHWBKS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- NFHFRUOZVGFOOS-UHFFFAOYSA-N palladium;triphenylphosphane Chemical compound [Pd].C1=CC=CC=C1P(C=1C=CC=CC=1)C1=CC=CC=C1.C1=CC=CC=C1P(C=1C=CC=CC=1)C1=CC=CC=C1.C1=CC=CC=C1P(C=1C=CC=CC=1)C1=CC=CC=C1.C1=CC=CC=C1P(C=1C=CC=CC=1)C1=CC=CC=C1 NFHFRUOZVGFOOS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 2
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 2
- 238000000465 moulding Methods 0.000 claims 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 17
- 239000003440 toxic substance Substances 0.000 abstract description 6
- 231100000167 toxic agent Toxicity 0.000 abstract description 5
- 230000000844 anti-bacterial effect Effects 0.000 abstract description 4
- 230000001877 deodorizing effect Effects 0.000 abstract description 4
- 238000005215 recombination Methods 0.000 abstract description 3
- 230000006798 recombination Effects 0.000 abstract description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 36
- 238000000034 method Methods 0.000 description 33
- QJZYHAIUNVAGQP-UHFFFAOYSA-N 3-nitrobicyclo[2.2.1]hept-5-ene-2,3-dicarboxylic acid Chemical compound C1C2C=CC1C(C(=O)O)C2(C(O)=O)[N+]([O-])=O QJZYHAIUNVAGQP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 26
- 239000004021 humic acid Substances 0.000 description 26
- 230000008569 process Effects 0.000 description 17
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 16
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 14
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- 229910016870 Fe(NO3)3-9H2O Inorganic materials 0.000 description 13
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 description 11
- 239000002071 nanotube Substances 0.000 description 11
- 239000000463 material Substances 0.000 description 10
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 10
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 9
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 8
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 230000008859 change Effects 0.000 description 7
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M Fluoride anion Chemical compound [F-] KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 5
- XSLYNXWDQDJLRE-UHFFFAOYSA-N O.[N+](=O)([O-])[O-].[Fe+2].[Fe+2].[N+](=O)([O-])[O-].[N+](=O)([O-])[O-].[N+](=O)([O-])[O-] Chemical compound O.[N+](=O)([O-])[O-].[Fe+2].[Fe+2].[N+](=O)([O-])[O-].[N+](=O)([O-])[O-].[N+](=O)([O-])[O-] XSLYNXWDQDJLRE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 5
- IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N Dimethylsulphoxide Chemical compound CS(C)=O IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 4
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 4
- 238000002149 energy-dispersive X-ray emission spectroscopy Methods 0.000 description 4
- FGHSTPNOXKDLKU-UHFFFAOYSA-N nitric acid;hydrate Chemical compound O.O[N+]([O-])=O FGHSTPNOXKDLKU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 4
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 4
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N Glycerine Chemical compound OCC(O)CO PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- MUBZPKHOEPUJKR-UHFFFAOYSA-N Oxalic acid Chemical compound OC(=O)C(O)=O MUBZPKHOEPUJKR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000002202 Polyethylene glycol Substances 0.000 description 3
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 3
- KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N citric acid Chemical compound OC(=O)CC(O)(C(O)=O)CC(O)=O KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000005486 organic electrolyte Substances 0.000 description 3
- 229920001223 polyethylene glycol Polymers 0.000 description 3
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 3
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 3
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 3
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 3
- 238000003980 solgel method Methods 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910017855 NH 4 F Inorganic materials 0.000 description 2
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000809 air pollutant Substances 0.000 description 2
- 231100001243 air pollutant Toxicity 0.000 description 2
- 238000003915 air pollution Methods 0.000 description 2
- 238000004887 air purification Methods 0.000 description 2
- 125000003178 carboxy group Chemical group [H]OC(*)=O 0.000 description 2
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 238000000366 colloid method Methods 0.000 description 2
- 238000010494 dissociation reaction Methods 0.000 description 2
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 2
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 2
- NEOOEFDJRSCWOU-UHFFFAOYSA-N iron(2+);dinitrate;hydrate Chemical compound O.[Fe+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O NEOOEFDJRSCWOU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 2
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 2
- 238000006068 polycondensation reaction Methods 0.000 description 2
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 2
- 239000011369 resultant mixture Substances 0.000 description 2
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 2
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 2
- 239000003403 water pollutant Substances 0.000 description 2
- OEPOKWHJYJXUGD-UHFFFAOYSA-N 2-(3-phenylmethoxyphenyl)-1,3-thiazole-4-carbaldehyde Chemical compound O=CC1=CSC(C=2C=C(OCC=3C=CC=CC=3)C=CC=2)=N1 OEPOKWHJYJXUGD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DDFHBQSCUXNBSA-UHFFFAOYSA-N 5-(5-carboxythiophen-2-yl)thiophene-2-carboxylic acid Chemical compound S1C(C(=O)O)=CC=C1C1=CC=C(C(O)=O)S1 DDFHBQSCUXNBSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920002134 Carboxymethyl cellulose Polymers 0.000 description 1
- 229920000663 Hydroxyethyl cellulose Polymers 0.000 description 1
- 239000004354 Hydroxyethyl cellulose Substances 0.000 description 1
- 241001465754 Metazoa Species 0.000 description 1
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 description 1
- 229920002472 Starch Polymers 0.000 description 1
- 238000005411 Van der Waals force Methods 0.000 description 1
- BZHJMEDXRYGGRV-UHFFFAOYSA-N Vinyl chloride Chemical compound ClC=C BZHJMEDXRYGGRV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- SMEGJBVQLJJKKX-HOTMZDKISA-N [(2R,3S,4S,5R,6R)-5-acetyloxy-3,4,6-trihydroxyoxan-2-yl]methyl acetate Chemical compound CC(=O)OC[C@@H]1[C@H]([C@@H]([C@H]([C@@H](O1)O)OC(=O)C)O)O SMEGJBVQLJJKKX-HOTMZDKISA-N 0.000 description 1
- 229940081735 acetylcellulose Drugs 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000004931 aggregating effect Effects 0.000 description 1
- 230000000845 anti-microbial effect Effects 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010953 base metal Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 150000001719 carbohydrate derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 235000014633 carbohydrates Nutrition 0.000 description 1
- 150000001720 carbohydrates Chemical class 0.000 description 1
- 150000001722 carbon compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000001768 carboxy methyl cellulose Substances 0.000 description 1
- 235000010948 carboxy methyl cellulose Nutrition 0.000 description 1
- 239000008112 carboxymethyl-cellulose Substances 0.000 description 1
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 229920002301 cellulose acetate Polymers 0.000 description 1
- 229910052570 clay Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004927 clay Substances 0.000 description 1
- QRJOYPHTNNOAOJ-UHFFFAOYSA-N copper gold Chemical compound [Cu].[Au] QRJOYPHTNNOAOJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004332 deodorization Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- ZPWVASYFFYYZEW-UHFFFAOYSA-L dipotassium hydrogen phosphate Chemical compound [K+].[K+].OP([O-])([O-])=O ZPWVASYFFYYZEW-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910000396 dipotassium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000019797 dipotassium phosphate Nutrition 0.000 description 1
- 230000005593 dissociations Effects 0.000 description 1
- 208000018459 dissociative disease Diseases 0.000 description 1
- 239000005446 dissolved organic matter Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005363 electrowinning Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 1
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 239000003673 groundwater Substances 0.000 description 1
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 1
- 235000019447 hydroxyethyl cellulose Nutrition 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- MVFCKEFYUDZOCX-UHFFFAOYSA-N iron(2+);dinitrate Chemical compound [Fe+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O MVFCKEFYUDZOCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VCJMYUPGQJHHFU-UHFFFAOYSA-N iron(3+);trinitrate Chemical compound [Fe+3].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O VCJMYUPGQJHHFU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L manganese(2+);methyl n-[[2-(methoxycarbonylcarbamothioylamino)phenyl]carbamothioyl]carbamate;n-[2-(sulfidocarbothioylamino)ethyl]carbamodithioate Chemical compound [Mn+2].[S-]C(=S)NCCNC([S-])=S.COC(=O)NC(=S)NC1=CC=CC=C1NC(=S)NC(=O)OC WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001960 metal nitrate Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical group 0.000 description 1
- 150000001455 metallic ions Chemical class 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000008239 natural water Substances 0.000 description 1
- 229910052755 nonmetal Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- -1 or the like Substances 0.000 description 1
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 235000006408 oxalic acid Nutrition 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 125000004430 oxygen atom Chemical group O* 0.000 description 1
- 239000005011 phenolic resin Substances 0.000 description 1
- 235000011007 phosphoric acid Nutrition 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 231100000614 poison Toxicity 0.000 description 1
- 229920002239 polyacrylonitrile Polymers 0.000 description 1
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 description 1
- 229920000867 polyelectrolyte Polymers 0.000 description 1
- 229920002689 polyvinyl acetate Polymers 0.000 description 1
- 239000011118 polyvinyl acetate Substances 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 1
- 239000000941 radioactive substance Substances 0.000 description 1
- 238000012958 reprocessing Methods 0.000 description 1
- 239000010865 sewage Substances 0.000 description 1
- PUZPDOWCWNUUKD-UHFFFAOYSA-M sodium fluoride Chemical compound [F-].[Na+] PUZPDOWCWNUUKD-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 1
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 1
- 235000019698 starch Nutrition 0.000 description 1
- 239000008107 starch Substances 0.000 description 1
- 239000006228 supernatant Substances 0.000 description 1
- 238000010301 surface-oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 description 1
- 229920003002 synthetic resin Polymers 0.000 description 1
- 239000000057 synthetic resin Substances 0.000 description 1
- 229920005992 thermoplastic resin Polymers 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 1
- 239000012808 vapor phase Substances 0.000 description 1
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- 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
- B01J37/02—Impregnation, coating or precipitation
- B01J37/0215—Coating
- B01J37/0225—Coating of metal substrates
-
- 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
-
- B01J35/39—
-
- B01J35/59—
Abstract
본 발명은, 티타늄 금속막에 광촉매 기능을 지닌 산화티타늄 나노튜브가 형성되고, 상기 산화티타늄 나노튜브에 철(Fe), 아연(Zn), 망간(Mn), 알루미늄(Al), 칼륨(K), 구리(Cu), 금(Au), 탄소나노튜브(CNT), 그래핀(Graphene) 및 플러렌(Fullerene)으로 이루어지는 군에서 선택된 금속 또는 탄소체가 도핑 또는 코팅되어 이루어지는 광촉매 분리막의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명에 의하면, 금속 또는 탄소체가 도핑 또는 코팅된 산화티타늄 나노튜브가 구비되므로, 반응에 관여하는 전자 및 홀의 생성량이 극대화되고, 상기 생성된 전자 및 홀의 재결합이 방지되어 유기물과의 반응 속도가 대폭 향상됨으로써 난분해성 유기독성 화합물을 효과적으로 분해 제거하는 기능, 항균 및 탈취 기능이 탁월한 광촉매 분리막을 제공할 수 있다.
본 발명에 의하면, 금속 또는 탄소체가 도핑 또는 코팅된 산화티타늄 나노튜브가 구비되므로, 반응에 관여하는 전자 및 홀의 생성량이 극대화되고, 상기 생성된 전자 및 홀의 재결합이 방지되어 유기물과의 반응 속도가 대폭 향상됨으로써 난분해성 유기독성 화합물을 효과적으로 분해 제거하는 기능, 항균 및 탈취 기능이 탁월한 광촉매 분리막을 제공할 수 있다.
Description
본 발명은 광촉매 분리막의 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 광촉매 기능을 지닌 산화티타늄 나노튜브가 형성되고, 상기 산화티타늄 나노튜브에 철(Fe), 아연(Zn), 망간(Mn), 알루미늄(Al), 칼륨(K), 구리(Cu), 금(Au), 탄소나노튜브(CNT), 그래핀(Graphene) 및 플러렌(Fullerene)으로 이루어지는 군에서 선택된 금속 또는 탄소체가 도핑 또는 코팅되어 이루어지는 광촉매 분리막의 제조 방법에 관한 것이다.
산업 발달과 인구 밀도의 증가에 따라 발생하는 각종 오·폐수 및 생활하수는 상수원 등의 수질을 오염시키는 주된 요인이 되고 있으며, 대기 오염 역시 인명과 자연환경을 위협하는 수준에까지 이르고 있는 실정이다.
이에, 수질 환경 및 대기 환경의 오염을 유발하는 각종 유해물질들을 효율적으로 처리하기 위한 방안들이 강구되고 있다. 즉, 수질 오염 물질을 처리하는 데에는 다양한 생물학적 처리법과 화학적 처리법이 이용되고 있으며, 대기 오염 물질을 처리하는 데에도 전기 집진법이나 여과법 등이 여러 가지 방법이 이용되고 있다.
그런데, 수질 및 대기 오염 물질을 처리하는 기존의 방법들은 처리 비용이 많이 소요되거나 처리 효율이 떨어지는 등 기대하는 것 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 자체만으로는 미세 유해물질을 제거하는 데에 한계가 있다. 현재 보편화된 금속분리막은 마이크로미터 단위의 기공을 갖는다. 그러나, 이러한 마이크로미터 단위의 크기를 지닌 기공은 비교적 크기가 큰 오염 물질은 여과할 수 있지만, 미세한 오염물질이나 미량의 유해 유기 화합물을 여과하는 데에는 효과적이지 못하다.
이에 따라, 광촉매 효과를 부여한 금속 분리막이 제안되었는데, 광촉매는 난분해성 유기독성 물질을 산화시켜 분해할 뿐만 아니라, 항균 및 탈취 등의 작용성이 우수하다는 특성을 지닌다. 그러나, 광촉매 효과를 얻기 위해서는 아나타제 상의 산화티타늄(TiO2) 분말이나 나노튜브의 적용이 요구되는데, 산화티타늄 분말의 재처리 문제를 해결할 수 있는 산화티타늄 나노튜브를 탑재한 금속 분리막은 광촉매 효과가 매우 클 것으로 기대되고 있다.
삭제
본 발명이 해결하려는 다른 과제는 산화티타늄 나노튜브 표면에 철(Fe), 아연(Zn), 망간(Mn), 알루미늄(Al), 칼륨(K), 구리(Cu), 금(Au), 탄소나노튜브(CNT), 그래핀(Graphene) 및 플러렌(Fullerene)으로 이루어지는 군에서 선택된 금속 또는 탄소체가 도핑 또는 코팅되어 이루어지는 광촉매 분리막의 제조 방법을 제공함에 있다.
본 발명은, 광촉매로 기능하는 광촉매 분리막으로서, 상기 광촉매 분리막의 표면에 나노 기공을 갖는 산화티타늄 나노튜브가 형성되어 있는 광촉매 분리막을 제공한다.
상기 산화티타늄 나노튜브의 표면에 철(Fe), 아연(Zn), 망간(Mn), 알루미늄(Al), 칼륨(K), 구리(Cu) 및 금(Au)으로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 금속을 포함하는 도핑층 또는 코팅층이 구비되어 있을 수 있다.
상기 산화티타늄 나노튜브의 표면에 탄소나노튜브(CNT), 그래핀(Graphene) 및 플러렌(Fullerene)으로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 탄소체를 포함하는 도핑층 또는 코팅층이 구비되어 있을 수 있다.
상기 산화티타늄 나노튜브의 표면에 철(Fe), 아연(Zn), 망간(Mn), 알루미늄(Al), 칼륨(K), 구리(Cu) 및 금(Au)으로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 금속과, 탄소나노튜브(CNT), 그래핀(Graphene) 및 플러렌(Fullerene)으로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 탄소체가 복합되어 이루어진 도핑층 또는 코팅층이 구비되어 있을 수 있다.
상기 광촉매 분리막은 전면과 그 반대편의 후면을 포함하는 판형으로 이루어지고, 상기 전면의 표면에 상기 산화티타늄 나노튜브가 형성되어 있으며, 상기 산화티타늄 나노튜브와 상기 후면 사이의 영역은 티타늄 금속으로 이루어져 있을 수 있다.
상기 광촉매 분리막은 전면과 그 반대편의 후면을 포함하는 판형으로 이루어지고, 상기 전면의 표면으로부터 제1 영역까지는 산화티타늄 나노튜브가 형성되어 있고, 상기 후면의 표면으로부터 제2 영역까지는 산화티타늄 나노튜브가 형성되어 있으며, 상기 제1 영역과 상기 제2 영역 사이에 위치되는 영역은 티타늄 금속으로 이루어져 있을 수 있다.
상기 광촉매 분리막은 내부에 속이 비어있는 관형(tubular type)으로 이루어지고, 메쉬 형태의 티타늄 금속 와이어가 외곽 형태를 이루어 관형 구조를 형성하거나 티타늄 금속 분말 입자가 서로 연결되어 네트워크를 이루면서 다수의 기공이 형성된 스펀지 형태를 이루어 관형 구조를 형성하며, 상기 티타늄 금속 와이어의 표면 또는 스펀지 형태의 티타늄 금속 표면에 상기 산화티타늄 나노튜브가 형성되어 있을 수 있다.
상기 광촉매 분리막은 내부에 속이 비어있는 판틀형(plate and frame type)으로 이루어지고, 메쉬 형태의 티타늄 금속 와이어가 외곽 형태를 이루어 판틀형 구조를 형성하거나 티타늄 금속 분말 입자가 서로 연결되어 네트워크를 이루면서 다수의 기공이 형성된 스펀지 형태를 이루어 판틀형 구조를 형성하며, 상기 티타늄 금속 와이어의 표면 또는 스펀지 형태의 티타늄 금속 표면에 상기 산화티타늄 나노튜브가 형성되어 있을 수 있다.
또한, 본 발명은, 티타늄 금속막을 준비하고, 상기 티타늄 금속막의 표면에 나노 기공을 갖는 산화티타늄 나노튜브를 형성하여 광촉매 분리막을 형성하는 단계와, 철(Fe), 아연(Zn), 망간(Mn), 알루미늄(Al), 칼륨(K), 구리(Cu) 및 금(Au)으로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 금속을 베이스로 하는 금속 알콕사이드와 분산매를 포함하는 금속 졸(sol)을 형성하는 단계와, 상기 산화티타늄 나노튜브가 형성된 광촉매 분리막을 상기 금속 졸(sol)에 딥코팅 처리하는 단계와, 상기 산화티타늄 나노튜브의 표면에 도포된 금속 졸(sol)을 건조하여 겔화 처리하는 단계 및 겔화 처리된 광촉매 분리막을 열처리하여 상기 산화티타늄 나노튜브 표면에 철(Fe), 아연(Zn), 망간(Mn), 알루미늄(Al), 칼륨(K), 구리(Cu) 및 금(Au)으로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 금속으로 이루어진 도핑층 또는 코팅층을 형성하는 단계를 포함하는 광촉매 분리막의 제조방법을 제공한다.
상기 광촉매 분리막의 제조방법은, 탄소나노튜브(CNT), 그래핀(Graphene) 및 플러렌(Fullerene)으로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 탄소체를 상기 산화티타늄 나노튜브가 형성된 광촉매 분리막에 증착하는 단계 및 탄소체가 증착된 상기 광촉매 분리막을 열처리하여 상기 산화티타늄 나노튜브 표면에 탄소나노튜브(CNT), 그래핀(Graphene) 및 플러렌(Fullerene)으로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 탄소체로 이루어진 도핑층 또는 코팅층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은, 티타늄 금속막을 준비하고, 상기 티타늄 금속막의 표면에 나노 기공을 갖는 산화티타늄 나노튜브를 형성하여 광촉매 분리막을 형성하는 단계와, 금(Au) 나노입자의 표면을 계면활성제(surfactant)로 캡핑(capping)시키고 용액 내에 석출하여 분말 형태인 금(Au) 양자점을 형성하는 단계와, 분말 형태인 상기 금(Au) 양자점을 용매에 용해하여 양자점 콜로이드 용액을 형성하는 단계와, 상기 양자점 콜로이드 용액을 산화티타늄 나노튜브가 형성된 광촉매 분리막에 코팅하여 흡착시키는 단계 및 양자점 콜로이드 용액이 흡착된 상기 광촉매 분리막을 열처리하여 상기 산화티타늄 나노튜브 표면에 금으로 이루어진 도핑층 또는 코팅층을 형성하는 단계를 포함하는 광촉매 분리막의 제조방법을 제공한다.
상기 광촉매 분리막의 제조방법은, 탄소나노튜브(CNT), 그래핀(Graphene) 및 플러렌(Fullerene)으로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 탄소체를 상기 산화티타늄 나노튜브가 형성된 광촉매 분리막에 증착하는 단계 및 탄소체가 증착된 상기 광촉매 분리막을 열처리하여 상기 산화티타늄 나노튜브 표면에 탄소나노튜브(CNT), 그래핀(Graphene) 및 플러렌(Fullerene)으로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 탄소체로 이루어진 도핑층 또는 코팅층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은, 티타늄 금속막을 준비하고, 상기 티타늄 금속막의 표면에 나노 기공을 갖는 산화티타늄 나노튜브를 형성하여 광촉매 분리막을 형성하는 단계와, 탄소나노튜브(CNT), 그래핀(Graphene) 및 플러렌(Fullerene)으로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 탄소체를 상기 산화티타늄 나노튜브가 형성된 광촉매 분리막에 증착하는 단계 및 탄소체가 증착된 상기 광촉매 분리막을 열처리하여 상기 산화티타늄 나노튜브 표면에 탄소나노튜브(CNT), 그래핀(Graphene) 및 플러렌(Fullerene)으로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 탄소체로 이루어진 도핑층 또는 코팅층을 형성하는 단계를 포함하는 광촉매 분리막의 제조방법을 제공한다.
상기 광촉매 분리막은 전면과 그 반대편의 후면을 포함하는 판형으로 이루어지고, 상기 전면의 표면에 상기 산화티타늄 나노튜브가 형성되며, 상기 산화티타늄 나노튜브와 상기 후면 사이의 영역은 티타늄 금속막으로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 티타늄 금속막은 전면과 그 반대편의 후면을 포함하는 판형으로 이루어지고, 상기 전면의 표면으로부터 제1 영역까지는 산화티타늄 나노튜브가 형성되고, 상기 후면의 표면으로부터 제2 영역까지는 산화티타늄 나노튜브가 형성되며, 상기 제1 영역과 상기 제2 영역 사이에 위치되는 영역은 티타늄 금속막으로 이루어질 수 있다.
상기 광촉매 분리막을 형성하는 단계는, 상기 티타늄 금속 와이어가 직조되어 형성된 메쉬에 티타늄 금속 분말을 스프레이 건으로 분사하는 단계와, 상기 티타늄 금속 분말이 분사된 메쉬를 압착 소결하여, 내부에 속이 비어있고 메쉬 형태의 티타늄 금속 와이어가 외곽 형태를 이루는 관형(tubular type) 구조로 형성하는 단계 및 상기 관형 구조를 아노다이징 처리하여 상기 티타늄 금속 와이어 표면에 상기 산화티타늄 나노튜브를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 광촉매 분리막을 형성하는 단계는, 상기 티타늄 금속 와이어가 직조되어 형성된 메쉬에 티타늄 금속 분말을 스프레이 건으로 분사하는 단계와, 상기 티타늄 금속 분말이 분사된 메쉬를 압착 소결하여, 내부에 속이 비어있고 메쉬 형태의 티타늄 금속 와이어가 외곽 형태를 이루는 판틀형(plate and frame type) 구조로 형성하는 단계 및 상기 판틀형 구조를 아노다이징 처리하여 상기 티타늄 금속 와이어 표면에 상기 산화티타늄 나노튜브를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 광촉매 분리막을 형성하는 단계는, 티타늄 금속 분말과 유기바인더를 혼합하되, 상기 유기바인더는 티타늄 금속 분말 100중량부에 대하여 5∼200중량부 혼합하는 단계와, 혼합된 결과물을 판(plate) 형태로 성형하는 단계와, 성형된 결과물을 소결하여 상기 유기바인더가 위치한 자리(site)와 공극에 기공이 형성된 판형(plate type) 구조로 형성하는 단계와, 상기 판형(plate type) 구조를 틀(frame)과 결합하여 속이 비어있는 판틀형(plate and frame type) 구조로 형성하는 단계와, 상기 판틀형 구조를 아노다이징 처리하여 판형 구조 표면에 상기 산화티타늄 나노튜브를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 광촉매 분리막을 형성하는 단계는, 티타늄 금속 분말과 유기바인더를 혼합하되, 상기 유기바인더는 티타늄 금속 분말 100중량부에 대하여 5∼200중량부 혼합하는 단계와, 혼합된 결과물을 속이 비어있는 관(tubular) 형태로 성형하는 단계와, 성형된 결과물을 소결하여 상기 유기바인더가 위치한 자리(site)와 공극에 기공이 형성된 관형(tubular type) 구조로 형성하는 단계와, 상기 관형(tubular type) 구조를 아노다이징 처리하여 표면에 상기 산화티타늄 나노튜브를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 금(Au) 양자점을 형성하는 단계는, 수산화나트륨(NaOH)과 테트라키스 하이드록시메틸 포스포늄 클로라이드를 용매에 첨가하는 단계와, 상기 용매에 염화금산(chloroauric acid)을 첨가하고 교반하여 짙은 갈색의 용액을 얻는 단계와, 상기 갈색의 용액에 계면활성제를 첨가하여 수 나노미터에서 수십 나노미터 크기인 금(Au) 나노입자의 표면에 계면활성제(surfactant)를 화학적으로 캡핑(capping)시키는 단계 및 원심분리기를 이용하여 원심분리를 하여 침전물을 얻고, 얻어진 침전물을 건조시켜 금(Au) 양자점을 합성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 광촉매 분리막은 표면에 나노 기공을 갖는 산화티타늄 나노튜브가 형성되어 있어 수질 및 대기 오염 물질을 처리하는 필터 재료로서 매우 적합하다는 효과를 지니고 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 금속 또는 탄소체가 도핑 또는 코팅된 산화티타늄 나노튜브가 티타늄 금속막과 일체로 이루어지므로, 반응에 관여하는 전자 및 홀의 생성량이 극대화되고, 상기 생성된 전자 및 홀의 재결합이 방지되어 유기물과의 반응 속도가 대폭 향상됨으로써 난분해성 유기독성 화합물을 효과적으로 분해 제거하는 기능, 항균 및 탈취 기능이 탁월한 광촉매 분리막을 제공할 수 있다.
도 1은 평판형 광촉매 분리막의 모식도이다.
도 2는 관형(tubular type) 광촉매 분리막의 모식도이다.
도 3은 판틀형(plate and frame type) 광촉매 분리막의 모식도이다.
도 4는 광촉매 분리막 형성을 위한 아노다이징 공정을 수행하는 아노다이징 장비의 개략적인 구성도이다.
도 5는 철(Fe)이 도핑 또는 코팅된 산화티타늄 나노튜브 표면의 주사전자현미경 사진이다.
도 6은 철(Fe)이 도핑 또는 코팅된 산화티타늄 나노튜브 단면의 주사전자현미경 사진이다.
도 7은 본 발명의 구체적인 실시예에 의한 광촉매 분리막의 EDS 분석 결과를 나타내는 차트이다.
도 8은 본 발명의 구체적인 실시예에 의한 광촉매 분리막의 EDS 분석 결과를 나타내는 차트이다.
도 9는 처리 시간에 따른 휴믹 산의 농도 제거율을 나타내는 차트이다.
도 10은 처리 시간에 따른 휴믹 산의 색도 변화를 나타내는 차트이다.
도 2는 관형(tubular type) 광촉매 분리막의 모식도이다.
도 3은 판틀형(plate and frame type) 광촉매 분리막의 모식도이다.
도 4는 광촉매 분리막 형성을 위한 아노다이징 공정을 수행하는 아노다이징 장비의 개략적인 구성도이다.
도 5는 철(Fe)이 도핑 또는 코팅된 산화티타늄 나노튜브 표면의 주사전자현미경 사진이다.
도 6은 철(Fe)이 도핑 또는 코팅된 산화티타늄 나노튜브 단면의 주사전자현미경 사진이다.
도 7은 본 발명의 구체적인 실시예에 의한 광촉매 분리막의 EDS 분석 결과를 나타내는 차트이다.
도 8은 본 발명의 구체적인 실시예에 의한 광촉매 분리막의 EDS 분석 결과를 나타내는 차트이다.
도 9는 처리 시간에 따른 휴믹 산의 농도 제거율을 나타내는 차트이다.
도 10은 처리 시간에 따른 휴믹 산의 색도 변화를 나타내는 차트이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나, 이하의 실시예는 이 기술분야에서 통상적인 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. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
수질 및 대기 정화 필터 중의 하나로 사용된 마이크로 기공을 갖는 금속 분리막은 물리적 분리만을 할 수 있는 기능에 국한되었다. 하지만 수질 대기 정화 필터가 구비하여야 할 기능으로서 가장 중요한 것 중의 한가지는 실제로 오염물질을 제거할 수 있는 기능성을 갖추고 있는 것이다.
상기와 같은 문제를 해결하고자 분리막에 나노 기공을 형성하고, 추가적으로 광촉매 효과를 얻기 위해 여러 가지 형태의 산화티타늄 광촉매 물질을 활용하는 구조를 연구하였다.
본 발명에서는 티타늄 금속막의 일 표면 또는 양 표면을 아노다이징 처리하여 상기 티타늄 금속막과 일체로 이루어지는 산화티타늄 나노튜브를 형성한다.
상기 산화티타늄 나노튜브 표면에는 철(Fe), 아연(Zn), 망간(Mn), 알루미늄(Al), 칼륨(K), 구리(Cu), 금(Au), 탄소나노튜브(CNT), 그래핀(Graphene) 및 플러렌(Fullerene)으로 이루어지는 군에서 선택된 금속 또는 탄소체를 도핑 또는 코팅시킴으로써, 반응에 관여하는 전자 및 홀의 생성량이 극대화되고 반응 효율이 대폭 향상되어 유기산(humic acid) 등과 같은 난분해성 유기독성 화합물을 효과적으로 분해 제거하는 기능, 항균 및 탈취 기능이 탁월한 광촉매형 분리막을 제공할 수 있다.
본 발명은, 광촉매로 기능하는 광촉매 분리막으로서, 상기 광촉매 분리막의 표면에 나노 기공을 갖는 산화티타늄 나노튜브가 형성되어 있는 광촉매 분리막을 제시한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광촉매 분리막은, 상기 산화티타늄 나노튜브의 표면에 철(Fe), 아연(Zn), 망간(Mn), 알루미늄(Al), 칼륨(K), 구리(Cu) 및 금(Au)으로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 금속을 포함하는 도핑층 또는 코팅층이 구비되어 있을 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 광촉매 분리막은, 상기 산화티타늄 나노튜브의 표면에 탄소나노튜브(CNT), 그래핀(Graphene) 및 플러렌(Fullerene)으로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 탄소체를 포함하는 도핑층 또는 코팅층이 구비되어 있을 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광촉매 분리막은, 상기 산화티타늄 나노튜브의 표면에 철(Fe), 아연(Zn), 망간(Mn), 알루미늄(Al), 칼륨(K), 구리(Cu) 및 금(Au)으로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 금속과, 탄소나노튜브(CNT), 그래핀(Graphene) 및 플러렌(Fullerene)으로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 탄소체가 복합되어 이루어진 도핑층 또는 코팅층이 구비되어 있을 수 있다.
상기 광촉매 분리막은 전면과 그 반대편의 후면을 포함하는 판형으로 이루어지고, 상기 전면의 표면에 상기 산화티타늄 나노튜브가 형성되어 있으며, 상기 산화티타늄 나노튜브와 상기 후면 사이의 영역은 티타늄 금속으로 이루어져 있을 수 있다.
상기 광촉매 분리막은 전면과 그 반대편의 후면을 포함하는 판형으로 이루어지고, 상기 전면의 표면으로부터 제1 영역까지는 산화티타늄 나노튜브가 형성되어 있고, 상기 후면의 표면으로부터 제2 영역까지는 산화티타늄 나노튜브가 형성되어 있으며, 상기 제1 영역과 상기 제2 영역 사이에 위치되는 영역은 티타늄 금속으로 이루어져 있을 수 있다.
상기 광촉매 분리막은 내부에 속이 비어있는 관형(tubular type)으로 이루어지고, 메쉬 형태의 티타늄 금속 와이어가 외곽 형태를 이루어 관형 구조를 형성하거나 티타늄 금속 분말 입자가 서로 연결되어 네트워크를 이루면서 다수의 기공이 형성된 스펀지 형태를 이루어 관형 구조를 형성하며, 상기 티타늄 금속 와이어의 표면 또는 스펀지 형태의 티타늄 금속 표면에 상기 산화티타늄 나노튜브가 형성되어 있을 수 있다.
상기 광촉매 분리막은 내부에 속이 비어있는 판틀형(plate and frame type)으로 이루어지고, 메쉬 형태의 티타늄 금속 와이어가 외곽 형태를 이루어 판틀형 구조를 형성하거나 티타늄 금속 분말 입자가 서로 연결되어 네트워크를 이루면서 다수의 기공이 형성된 스펀지 형태를 이루어 판틀형 구조를 형성하며, 상기 티타늄 금속 와이어 표면 또는 스펀지 형태의 티타늄 금속 표면에 상기 산화티타늄 나노튜브가 형성되어 있을 수 있다.
이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광촉매 분리막 및 그 제조방법을 상세하게 설명한다.
도 1은 평판형 광촉매 분리막의 모식도이고, 도 2는 관형(tubular type) 광촉매 분리막의 모식도이고, 도 3은 판틀형(plate and frame type) 광촉매 분리막의 모식도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에서는 광촉매 분리막을 제조하기 위하여 판형의 티타늄 금속판을 그대로 티타늄 금속막(1)으로서 사용할 수도 있고, 도 2에 도시된 바와 같이 티타늄 금속 와이어가 메쉬(mesh) 형태로 직조하고, 상기 티타늄 금속 와이어가 직조되어 형성된 메쉬에 티타늄 금속 분말을 스프레이 건으로 분사한 후, 상기 티타늄 금속 분말이 분사된 메쉬를 압착 소결하여 관형(tubular type) 또는 판틀형(plate and frame type) 구조로 형성할 수도 있다. 관형 구조는 내부에 속이 비어있고 관 형태를 이루는 구조이고, 판틀형 구조는 내부에 속이 비어 있는 판형 형태를 이루는 구조이다.
예컨대, 티타늄 금속 와이어를 평직, 능직, 평첩직, 능첩직, 트위스트망, 크림프망 등의 유형으로 직조함으로써 상기 티타늄 금속 와이어 사이에 크기가 마이크로미터 단위인 마이크로 기공(1a)이 생성되는 티타늄 금속막(1)을 형성하거나, 또는 티타늄 금속 분말을 소결하여 티타늄 금속 분말들이 고온에서 결합됨으로써 상기 티타늄 금속 분말들 사이에 크기가 마이크로미터 단위인 마이크로 기공(1a)이 생성되는 티타늄 금속막(1)을 형성할 수도 있다. 이하에서, 마이크로 기공이라 함은 1∼1000㎛의 직경을 갖는 기공을 의미하는 것으로 사용한다.
또한, 판틀형(plate and frame type) 구조는 평평한 판(plate)(도 3의 8 참조)과 판(plate)을 지탱하면서 옆면을 형성하는 틀(frame)(도 3의 9 참조)로 구분되며, 판(plate)과 틀(frame)을 별도로 제작한 후 판(plate)과 틀(frame)을 서로 결합하여 속이 비어있는 판틀형 구조로 제작할 수도 있다. 이때, 판(plate)은 다음과 같은 방법으로도 제작할 수 있다.
예컨대, 티타늄 금속 분말과 유기바인더를 혼합하고, 판(plate) 형태로 성형한 후 소결하여 판형(plate type) 구조로 형성할 수 있다. 상기 유기바인더는 티타늄 금속 분말 100중량부에 대하여 5∼200중량부 혼합하는 것이 바람직하다. 소결과정에서 티타늄 금속 분말들은 서로 용융 결합되어 마치 아령 모양의 형태를 이루면서 결합되게 되며, 상기 유기바인더는 소결 과정에서 제거되게 되고 유기바인더가 위치한 자리(site)와 공극에는 기공이 남아있게 된다. 상기 소결은 800℃ 이상, 바람직하게는 1000~1500℃ 범위의 온도에서 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 소결 온도까지는 5∼50℃/min의 승온속도로 상승시키는 것이 바람직하다. 또한, 상기 소결은 소결 온도에서 30분~12 시간 동안 유지하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 소결은 산화 분위기(예컨대, 공기(air) 분위기) 또는 아르곤(Ar) 가스, 질소(N2) 가스와 같은 비활성 가스 분위기에서 실시하는 것이 바람직하다. 상기 유기바인더로는 설탕 전분과 같은 탄수화물, 아세틸 셀룰로오스, 카르복시메틸 셀룰로오스, 히드록시 에틸셀룰로오스와 같은 탄수화물 유도체, 페놀 수지, 폴리아미드, 폴리비닐 아세테이트, 염화비닐 수지, 염화비닐리덴 수지, 폴리아크릴로니트릴 수지와 같은 열가소성 수지 등을 사용할 수 있다. 상기와 같은 공정은 거친 판(plate)은 티타늄 금속 분말 입자가 서로 연결되어 네트워크를 이루면서 다수의 기공이 형성된 스펀지 형태를 이루게 된다.
이렇게 제작된 판(plate)은 틀(frame)과 결합되어 판틀형 구조로 제작되고, 판틀형 구조는 아노다이징 공정 등을 통해 표면에 산화티타늄 나노튜브가 형성될 수 있다. 틀(frame)을 구성하는 재료는 티타늄과 같은 금속, 금속합금, 합성수지재 등으로 이루어질 수 있으며, 판(plate)을 지지할 수 있는 재료라면 어떠한 물질을 사용하여도 무방하다. 틀(frame)을 티타늄 금속으로 제작할 경우에, 상기 아노다이징 공정에서 틀(frame) 표면에도 산화티타늄 나노튜브가 형성될 수 있다. 상기와 같이 판(plate)과 틀(frame)을 결합하여 제작된 판틀형 구조는 티타늄 금속 분말 입자가 서로 연결되어 네트워크를 이루면서 다수의 기공이 형성된 스펀지 형태를 이루며, 스펀지 형태의 티타늄 금속 표면에는 산화티타늄 나노튜브가 형성되게 된다.
또한, 티타늄 금속 분말을 이용하여 관형(tubular) 구조로 제작할 수도 있는데, 구체적인 공정을 살펴보면, 티타늄 금속 분말과 유기바인더를 혼합하되, 상기 유기바인더는 티타늄 금속 분말 100중량부에 대하여 5∼200중량부 혼합하고, 혼합된 결과물을 속이 비어있는 관(tubular) 형태로 성형하며, 성형된 결과물을 소결하여 상기 유기바인더가 위치한 자리(site)와 공극에 기공이 형성된 관형(tubular type) 구조로 형성하고, 상기 관형(tubular type) 구조를 아노다이징 처리하여 표면에 산화티타늄 나노튜브를 형성하는 과정으로 이루어질 수 있다. 상기와 같이 제작된 관형 구조는 티타늄 금속 분말 입자가 서로 연결되어 네트워크를 이루면서 다수의 기공이 형성된 스펀지 형태를 이루며, 스펀지 형태의 티타늄 금속 표면에는 산화티타늄 나노튜브가 형성되게 된다.
본 발명의 일 실시예에서는 티타늄 금속막(1)이 매트릭스로 사용되어 적어도 그 일 표면에 산화티타늄(TiO2) 나노튜브(2)가 형성되되, 산화티타늄(TiO2) 나노튜브(2)가 형성되는 부위에 따라 전면의 표면에 산화티타늄 나노튜브(2)가 형성되어 있고 산화티타늄 나노튜브(2)와 후면 사이의 영역은 티타늄 금속으로 이루어져 있거나, 전면의 표면으로부터 제1 영역(5)까지는 산화티타늄 나노튜브가 형성되어 있고 후면의 표면으로부터 제2 영역(7)까지는 산화티타늄 나노튜브가 형성되어 있으며 제1 영역(5)과 제2 영역(7) 사이에 위치되는 영역은 티타늄 금속으로 이루어져 있을 수 있다. 경우에 따라서는 전면과 후면 사이의 전체 영역에 걸쳐 산화티타늄(TiO2) 나노튜브(2)가 형성된 광촉매 분리막이 제공될 수 있다.
상기와 같은 티타늄 금속막(1)의 적어도 일 표면에 크기가 나노미터 단위인 나노 기공(2a)을 지닌 산화티타늄 나노튜브(2)가 형성되는데, 이는 티타늄 금속막(1)의 아노다이징 처리에 의해 수행될 수 있다.
산화티타늄 나노튜브(2)는 크기가 나노미터 단위인 나노 기공(2a)을 지닌 다공성 광촉매로서 작용하게 된다. 나노 기공(2a)의 크기는 비표면적의 극대화를 구현하고 미세 미량의 오염 물질을 효율적으로 제거할 수 있도록 직경 10∼300 nm로 이루어지는 것이 바람직하다. 이하에서 나노 기공이라 함은 1∼1000㎚의 직경을 갖는 기공을 의미하는 것으로 사용한다.
또한, 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에서는 티타늄 금속 와이어가 관형(tubular type) 또는 판틀형(plate and frame type)으로 직조되어 관형(tubular type) 또는 판틀형(plate and frame type) 티타늄 금속막이 형성되고, 상기 관형(tubular type) 또는 판틀형(plate and frame type) 티타늄 금속막의 표면을 향하여 스프레이 건 등으로 티타늄 분말이 분사되어 도포되고, 상기 도포된 티타늄 분말이 압착 소결되어 이루어지는 관형(tubular type) 또는 판틀형(plate and frame type)으로 이루어지고, 메쉬 형태의 티타늄 금속 와이어가 외곽 형태를 이루어 관형 구조 또는 판틀형 구조를 형성하며, 상기 티타늄 금속 와이어의 표면에 산화티타늄 나노튜브가 형성되어 있을 수 있다.
또한, 티타늄 금속 분말과 유기바인더를 혼합하고, 판(plate) 형태로 성형한 후 소결하여 판형(plate) 구조로 형성하고, 판형 구조는 틀(frame)과 결합되어 속이 비어있는 판틀형 구조로 제작되며, 판틀형 구조는 아노다이징 공정 등을 통해 표면에 산화티타늄 나노튜브가 형성될 수 있다.
또한, 티타늄 금속 분말과 유기바인더를 혼합하고, 혼합된 결과물을 속이 비어있는 관(tubular) 형태로 성형한 후 소결하여 관형(tubular type) 구조로 형성하고, 상기 관형(tubular type) 구조는 아노다이징 공정 등을 통해 표면에 산화티타늄 나노튜브가 형성될 수 있다.
도 4는 광촉매 분리막 형성을 위한 아노다이징 공정을 수행하는 아노다이징 장비의 개략적인 구성도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 광촉매 분리막을 형성하기 위한 아노다이징 공정을 수행하는 아노다이징 장비는 전해조(10), 가열교반기(20), 냉각기(30), 전원공급장치(40), 전압/전류 멀티미터(50), 그리고 이들을 제어하기 위한 제어부(60)를 구비하고 있다. 전해조(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 수용액 전해질이 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 유기 전해질이 사용될 수 있다. 이러한 전해조(10)에 양극(80)과 음극(90)이 서로 이격된 상태로 침지되어 있으며, 양극(80) 소재로는 산화티타늄 나노튜브를 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 티타늄 금속막(1)의 아노다이징 처리에 의해 산화티타늄 나노튜브가 형성되는 과정에 대하여 살펴보면 다음과 같다.
전해질 용액(70) 속의 물분자(H2O)는 양극(80)에서 티타늄(Ti)과 합성되어 다음의 반응식 1과 같은 산화티타늄(TiO2) 나노튜브를 형성한다.
[반응식 1]
Ti + 2H2O → TiO2 + 4H++ 4e-
이렇게 형성된 산화티타늄 전해질 용액(70)에 포함되어 있는 플루오르화물의 불소 이온(F-)에 의해 다음의 반응식 2와 같이 해리된다.
[반응식 2]
TiO2 + 6F-+4H+→ [TiF6]2-+ 2H2O
이러한 해리작용은 전체 산화티타늄 나노튜브에 걸쳐 발생하며 크기가 나노미터 단위인 나노 기공(2a)을 형성하게 된다. 특히, 아노다이징 시간이 경과될수록 반응식 1의 산화반응과 반응식 2의 해리 반응이 동시에 진행됨으로써, 크기가 나노미터 단위인 기공을 지닌 산화티타늄 나노튜브(2)를 얻을 수 있게 된다. 이와 같이 나노 크기의 산화티타늄 나노튜브가 형성되는 과정에 대해서는 그 메카니즘이 정확하게 규명되어 있지는 않다. 다만, 산화티타늄에서 국부적인 과전류가 발생하고, 이러한 과전류에 따른 발열반응으로 전해질 용액(70)에 의한 산화물 에칭이 국부적으로 가속화되어 크기가 나노미터 단위인 기공을 지닌 산화티타늄 나노튜브(2)가 형성되는 것으로 이해할 수 있다.
상기와 같은 아노다이징 처리에 의하여 티타늄 금속막의 표면에 형성된 산화티타늄 나노튜브에 철(Fe), 아연(Zn), 망간(Mn), 알루미늄(Al), 칼륨(K), 구리(Cu), 금(Au), 탄소나노튜브(CNT), 그래핀(Graphene) 및 플러렌(Fullerene)으로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 금속 또는 탄소체가 도핑 또는 코팅됨으로써 수질 및 대기 정화용 필터로 매우 적합한 광촉매 분리막이 형성될 수 있다.
우선, 본 발명의 일 실시예에서는 티타늄 금속막의 표면에 형성된 산화티타늄 나노튜브에 철(Fe), 아연(Zn), 망간(Mn), 알루미늄(Al), 칼륨(K), 구리(Cu) 및 금(Au)으로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 금속이 포함된 금속 졸(sol)이 도포되고, 도포된 금속 졸(sol)이 겔(gel)화되어 열처리됨으로써, 상기 금속이 도핑 또는 코팅된 산화티타늄 나노튜브가 구비되는 광촉매 분리막을 제공할 수 있다.
구체적으로, 철(Fe), 아연(Zn), 망간(Mn), 알루미늄(Al), 칼륨(K), 구리(Cu) 및 금(Au)으로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 금속을 베이스로 하는 금속 알콕사이드와 분산매를 포함하는 금속 졸(sol)을 형성한다. 상기 금속 졸(sol)이 겔화(gelation)되고, 상기 겔에 잔류된 분산매가 열처리에 의해 제거되어 상기 베이스인 금속이 산화티타늄 나노튜브에 도핑 또는 코팅되게 되는 것이다.
졸(sol)-겔(gel)법에 대하여 설명하면, 졸(sol)이란 직경 1∼1000 ㎚ 정도의 입자들로 중력의 작용이 무시될 정도로 작아 반데르발스(Vanderwaals) 인력이나 표면 전하가 주로 작용하여 침전이 발생하지 않고 분산된 콜로이드 서스펜션(colloid suspension)을 의미한다. 콜로이드 서스펜션에 분산된 졸 입자는 그 상호간의 부분적인 중축합(polycondensation) 반응에 의하여 저중합체(oligomer)로 성장되어 겔화(gelation)됨으로써 유동성이 상실되는데, 상기 겔화 과정에서 분산매가 부분적으로 제거된다. 그리고, 상기 겔에 잔류된 분산매가 열처리에 의해 제거되어 베이스 물질이 남아있게 되는 것이다.
본 발명에서는 철(Fe), 아연(Zn), 망간(Mn), 알루미늄(Al), 칼륨(K), 구리(Cu) 및 금(Au)으로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 금속을 베이스로 하는 금속 알콕사이드와 분산매를 포함하는 같은 금속 졸(sol)을 형성한다. 상기 금속 졸(sol)이 광촉매 분리막의 산화티타늄 나노튜브에 도포되고, 상기 도포된 금속 졸(sol)이 건조되어, 상기 금속 졸(sol)의 부분적인 중축합 반응에 의하여 저중합체(oligomer)로 성장하여 겔화(gelation)됨으로써 유동성이 상실되는데, 상기 겔화 과정에서 분산매가 부분적으로 제거된다. 상기 겔에 잔류된 분산매가 열처리에 의해 제거되어, 상기 금속 졸(sol)의 베이스인 금속이 광촉매 분리막의 산화티타늄 나노튜브에 균일하게 확산되게 된다.
졸-겔법에 의하여 광촉매 분리막의 산화티타늄 나노튜브에 도핑 또는 코팅되는 금속의 미세구조, 형상 및 성질은 금속 졸(sol)의 종류, 열처리 온도, 열처리 시간 등에 따라 결정된다.
이하에서, 본 발명의 일 실시예로서 졸-겔법에 의하여 광촉매 분리막의 산화티타늄 나노튜브에 철(Fe)이 도핑 또는 코팅되어 이루어지는 광촉매 분리막에 대하여 설명한다.
티타늄 금속막의 표면에 산화티타늄 나노튜브가 형성되어 이루어진 광촉매 분리막을, 금속 졸(sol)인 질산철구수화물(Fe(NO3)3-9H2O) 용액에 침지시켰다가 일정속도로 인출하는 딥코팅(dip coating)을 실시한다. 다른 예로서, 산화티타늄 나노튜브가 형성된 광촉매 분리막을 소정 회전수로 회전시키면서 상기 광촉매 분리막의 중심 부근에 금속 졸(sol)인 질산철구수화물(Fe(NO3)3-9H2O) 용액을 적하하고 적하된 질산철구수화물(Fe(NO3)3-9H2O) 용액이 원심력에 의해 주변으로 균일하게 퍼지도록 광촉매 분리막을 코팅하는 스핀코팅을 실시할 수도 있다.
상기와 같이 표면에 질산철구수화물(Fe(NO3)3-9H2O) 용액이 코팅 형성된 광촉매 분리막을 증류수 등으로 린스 처리한다. 상기 린스 처리된 광촉매 분리막을 40∼100 ℃로 건조한다. 상기 건조에 의해 광촉매 분리막 표면의 질산철(Fe(NO3)3)이 부분적으로 중축합되어 겔화(gelation)됨으로써 유동성이 상실되며, 상기 겔화 과정에서 분산매인 물이 부분적으로 제거된다.
상기 겔을 포함하는 광촉매 분리막을 150∼300 ℃로 열처리하면, 분산매인 물과 NO3 - 이온이 제거되고 상기 질산철구수화물(Fe(NO3)3-9H2O)의 베이스인 철(Fe)이 광촉매 분리막의 산화티타늄 나노튜브에 균일하게 도핑 또는 코팅된 광촉매 분리막이 형성된다.
상술한 바와 같은 방식으로 코팅할 수 있는 재료는 철(Fe) 이외에도 아연(Zn), 망간(Mn), 알루미늄(Al), 칼륨(K), 구리(Cu) 및 금(Au)으로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 금속을 사용할 수 있다.
또한, 광촉매 분리막의 표면에 형성된 산화티타늄 나노튜브에 양자점(quantum dot) 흡착 방식으로 금(Au)이 도핑 또는 코팅됨으로써 수질 및 대기 정화용 필터로 매우 적합한 광촉매 분리막이 형성될 수 있다.
우선, 본 발명의 다른 실시예에서는 광촉매 분리막의 산화티타늄 나노튜브에 양자점(quantum dot) 콜로이드 용액이 흡착되고 건조되어 이루어지는 광촉매 분리막이 제공될 수 있다.
양자점은 수 나노미터에서 수십 나노미터의 크기를 갖는 물질로서 벌크(bulk) 상태와는 다른 광학적, 자기적, 전기적 성질을 지니고 있으며, 이러한 물성은 양자점을 형성하는 물질과 그 양자점의 크기에 따라 다르다. 이러한 양자점을 산화티타늄 나노튜브에 흡착시키면 고집적화된 또는 특수한 기능성을 갖는 소자를 제작할 수 있다.
양자점을 형성하는 방법은 여러가지가 있으나, 본 실시예에서는 화학적인 합성에 의하여 양자점을 합성하는 콜로이드(colloid) 방법을 사용한다. 양자점 제조를 위한 콜로이드 방법에 대하여 설명하면, 수 나노미터에서 수십 나노미터 크기의 금 나노입자를 형성하고 각각의 금 나노입자들이 반데르발스의 힘(van der Waals force)에 의해 응집되는 것을 막기 위해 폴리에틸렌글리콜 등과 같은 계면활성제(surfactant)를 금 나노입자 표면에 화학적으로 캡핑(capping)시키고, 상기 계면활성제(surfactant)에 의해 화학적으로 캡핑(capping)된 금 나노입자를 용액 내에 석출하여 분말 형태로 형성한다. 상기 분말 형태의 양자점을 용매에 용해하여 양자점 콜로이드 용액을 형성한다.
상기와 같이 양자점을 화학적인 방법을 통해 균일한 크기로 형성하여 양자점 콜로이드 용액으로 형성하고, 상기 양자점 콜로이드 용액을 딥코팅 방식으로 산화티타늄 나노튜브에 흡착시키고, 상기 양자점 콜로이드 용액이 흡착된 산화티타늄 나노튜브를 용액 밖으로 빼내어서 용매를 증발시키면 상기 흡착된 양자점 콜로이드 용액 내에 함유된 금(Au) 양자점이 산화티타늄 나노튜브 위에 자발적으로 균일하게 배열되는 성질(Self-assembly)을 나타내는데, 이로 인하여 균일하게 배열되는 양자점을 형성할 수 있게 된다. 즉, 양자점 콜로이드 용액 내의 양자점이 상기 양자점 콜로이드 용액의 용매가 증발함에 따라 상온에서 자발적으로 균일한 배열을 이루는 양자점 클러스터를 형성하고, 공정 조건에 따라서 수백 나노미터 영역에 걸쳐 고충진 단층(close-packed monolayer) 또는 수 나노미터 크기의 양자점이 결정 격자로 작용하는 초격자(superlattice) 구조를 형성한다.
상술한 방식으로 금(Au) 나노입자에 대하여 양자점을 형성하고, 상기 금(Au) 나노입자의 양자점을 포함하는 콜로이드 용액을 광촉매 분리막의 산화티타늄 나노튜브에 코팅하여 흡착시키면 균일한 분포를 지니고 있는 금 양자점을 구현할 수 있다.
구체적으로, 수 나노미터에서 수십 나노미터 크기의 금(Au) 나노입자의 표면을 계면활성제(surfactant)에 의해 화학적으로 캡핑(capping)시키고, 이를 용액 내에 석출하여 분말 형태로 금(Au) 양자점을 형성한다. 상기 분말 형태인 금(Au) 양자점을 용매에 용해하여 양자점 콜로이드 용액을 형성한다.
상기 양자점 콜로이드 용액을 산화티타늄 나노튜브가 형성된 광촉매 분리막에 코팅하여 흡착시킨다. 상기 양자점 콜로이드 용액이 흡착된 광촉매 분리막이 건조되어 상기 양자점 콜로이드 용액의 용매가 증발되면, 금(Au) 양자점이 광촉매 분리막의 산화티타늄 나노튜브에 자발적으로 균일하게 배열되는 금(Au)의 양자점 클러스터가 형성된다. 공정조건에 따라서는 수백 나노미터 영역에 걸쳐 고충진 단층(close-packed monolayer) 또는 수 나노미터 크기의 금의 양자점이 결정 격자로 작용하는 초격자(superlattice) 구조를 형성하게 됨으로써, 상기 금(Au)이 광촉매 분리막의 산화티타늄 나노튜브에 균일하게 도핑 또는 코팅된 광촉매 분리막이 제공될 수 있다.
또한, 탄소나노튜브(Carbon nanotube; CNT), 그래핀(graphene) 및 플러렌(C60)의 탄소체인 경우에는, 티타늄 금속막의 표면에 산화티타늄 나노튜브가 형성되어 이루어진 광촉매 분리막의 표면에 탄소체를 화학기상 증착법(chemical vapor deposition)으로 증착하여 도핑 또는 코팅시킴으로써, 상기 탄소체가 도핑 또는 코팅된 산화티타늄 나노튜브를 형성하는 것도 가능하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광촉매 분리막의 제조 방법에 대하여 상세하게 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 광촉매 분리막의 제조 방법은 철(Fe), 아연(Zn), 망간(Mn), 알루미늄(Al), 칼륨(K), 구리(Cu) 및 금(Au)으로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 금속을 베이스로 하는 금속 알콕사이드와 분산매를 포함하는 금속 졸(sol)을 형성하는 단계를 포함한다.
예를 들면, 질산철구수화물(Fe(NO3)3-9H2O) 등과 같은 금속 알콕사이드와 분산매를 혼합 교반하여 금속 졸(sol)을 형성한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의한 광촉매 분리막의 제조 방법은 상기 금속 졸(sol)을 산화티타늄 나노튜브가 형성된 광촉매 분리막에 도포하는 단계를 포함한다.
표면에 산화티타늄 나노튜브가 형성된 광촉매 분리막을, 질산철구수화물(Fe(NO3)3-9H2O) 등과 같은 금속 졸(sol)에 침지시켰다가 일정속도로 인출하는 딥코팅(dip coating) 방법을 이용하거나, 산화티타늄 나노튜브가 형성된 광촉매 분리막을 소정 회전수로 회전시키면서 상기 광촉매 분리막의 중심 부근에 금속 졸(sol)을 적하하고, 상기 적하된 금속 졸(sol)이 원심력에 의해 주변으로 균일하게 퍼지면서 광촉매 분리막을 코팅하는 스핀코팅 방법을 이용할 수 있다.
그리고, 상기와 같이 표면에 금속 졸(sol)이 코팅 형성된 광촉매 분리막을 증류수 등으로 린스 처리하는 것이, 산성 성분을 제거하고 상기 광촉매 분리막의 산화티타늄 나노튜브에 금속을 균일하게 도핑 또는 코팅시킬 수 있다는 측면에서 바람직하다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의한 광촉매 분리막의 제조 방법은 상기 광촉매 분리막 표면에 도포된 금속 졸(sol)을 건조하여 겔화한다.
상기와 같이 금속 졸(sol)이 코팅 형성된 광촉매 분리막을 40∼100 ℃로 건조한다. 광촉매 분리막을 건조함에 따라서 상기 광촉매 분리막 표면의 금속 졸(sol)이 부분적으로 중축합되어 겔화(gelation)됨으로써 유동성이 상실되며, 상기 겔화 과정에서 분산매가 부분적으로 제거되게 된다.
광촉매 분리막에서 겔을 형성하도록 금속 졸(sol)이 코팅 형성된 광촉매 분리막을 건조하는 온도가 40 ℃ 미만이면 상기 광촉매 분리막 표면의 금속 졸(sol)이 겔화되지 않거나 또는 겔화되는데 매우 장시간이 소요되며, 금속 졸(sol)이 코팅 형성된 광촉매 분리막을 건조하는 온도가 100 ℃를 초과하면 상기 광촉매 분리막 표면에서 금속 졸(sol)이 불균일하게 겔화될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의한 광촉매 분리막의 제조 방법은 겔화 처리된 광촉매 분리막을 열처리하여 겔 내에 함유된 금속을 산화티타늄 나노튜브에 균일하게 도핑 또는 코팅시키는 단계를 포함한다.
상기와 같이 건조되어 겔을 포함하는 광촉매 분리막을 150∼300 ℃로 열처리하여 금속 졸(sol)의 비금속 이온과 분산매를 제거하고, 상기 금속 졸(sol)의 베이스인 금속이 광촉매 분리막의 산화티타늄 나노튜브에 균일하게 도핑 또는 코팅된 광촉매 분리막을 제조한다. 금속 졸(sol)의 베이스인 금속을 도핑 또는 코팅시키기 위하여, 겔을 포함하는 광촉매 분리막을 열처리하는 온도가 150 ℃ 미만이면 상기 광촉매 분리막에서 금속 졸(sol)의 비금속 이온과 분산매가 제대로 제거되지 않고 금속이 균일하게 확산되지 않으며, 겔을 포함하는 광촉매 분리막을 열처리하는 온도가 300 ℃를 초과하면 에너지의 소모가 크므로 경제적이지 못하다.
상기에서 기술된 제조 방법에 의하여, 금속이 도핑 또는 코팅된 산화티타늄 나노튜브가 구비되는 광촉매 분리막이 제조되는 것이다.
다른 실시예인 본 발명의 광촉매 분리막의 제조 방법에 대하여 상세하게 설명한다.
금(Au) 나노입자의 표면을 계면활성제(surfactant)로 캡핑(capping)시키고 용액 내에 석출하여 분말 형태인 금(Au) 양자점을 형성하는 단계를 포함한다.
수 나노미터에서 수십 나노미터 크기인 금(Au) 나노입자의 표면을 폴리에틸렌글리콜 등과 같은 계면활성제(surfactant)에 의해 화학적으로 캡핑(capping)시키고, 상기 계면활성제(surfactant)에 의해 화학적으로 캡핑(capping)된 금 나노입자를 용액 내에 석출하여 분말 형태인 금(Au) 양자점을 형성한다.
구체적으로, 수산화나트륨(NaOH)과 테트라키스 하이드록시메틸 포스포늄 클로라이드(THPC; Tetrakis (hydroxymethyl) phosphonium chloride)를 증류수와 같은 용매에 첨가하고 여기에 염화금산(Chloroauric acid)을 첨가하여 교반하면, 교반에 의한 반응이 이루어짐에 따라 짙은 갈색의 용액으로 색이 변화하게 되며, 갈색의 용액 내에는 수 나노미터에서 수십 나노미터 크기인 금(Au) 나노입자가 분산되어 있는 형태를 띠며, 갈색의 용액에 폴리에틸렌글리콜 등과 같은 계면활성제(surfactant)를 첨가하여 수 나노미터에서 수십 나노미터 크기인 금(Au) 나노입자의 표면을 계면활성제(surfactant)에 의해 화학적으로 캡핑(capping)시키고, 원심분리기를 이용하여 원심분리를 하여 침전물을 얻고, 얻어진 침전물을 건조시켜 금(Au) 양자점을 합성할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 의한 광촉매 분리막의 제조 방법은 상기 분말 형태인 금(Au) 양자점을 용매에 용해하여 양자점 콜로이드 용액을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 분말 형태인 금(Au) 양자점을 물이나 알콜 등과 같은 용매에 용해하여 양자점 콜로이드 용액을 형성한다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 의한 광촉매 분리막의 제조 방법은 상기 양자점 콜로이드 용액을 산화티타늄 나노튜브가 형성된 광촉매 분리막에 코팅하여 흡착시키는 단계를 포함한다.
상기와 같이 금(Au) 양자점과 용매가 포함된 양자점 콜로이드 용액을 산화티타늄 나노튜브가 형성된 광촉매 분리막에 코팅하여 흡착시킨다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 의한 광촉매 분리막의 제조 방법은 상기 광촉매 분리막에 흡착된 양자점 콜로이드 용액을 건조하는 단계를 포함한다.
상기 양자점 콜로이드 용액이 흡착된 광촉매 분리막을 건조하여 용매를 증발시킨다.
상기와 같이 양자점 콜로이드 용액의 용매를 증발시키면, 금(Au) 양자점이 광촉매 분리막의 산화티타늄 나노튜브에 자발적으로 균일하게 배열하여 금(Au)의 양자점 클러스터를 형성하게 된다.
공정조건에 따라서는 수백 나노미터 영역에 걸쳐 고충진 단층(close-packed monolayer) 또는 수 나노미터 크기의 금의 양자점이 결정 격자로 작용하는 초격자(superlattice) 구조를 형성하게 됨으로써, 상기 금(Au)이 광촉매 분리막의 산화티타늄 나노튜브에 균일하게 도핑 또는 코팅된 광촉매 분리막을 제공한다.
상기에서 기술된 제조 방법에 의하여, 금속이 도핑 또는 코팅된 산화티타늄 나노튜브가 구비되는 광촉매 분리막이 제조되는 것이다.
또 다른 실시예로서 본 발명의 광촉매 분리막의 제조 방법에 대하여 설명한다.
산화티타늄 나노튜브가 형성된 광촉매 분리막에, 탄소나노튜브(CNT), 그래핀(Graphene) 및 플러렌(Fullerene)으로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 탄소체를 화학기상 증착(chemical vapor deposition)하여 상기 산화티타늄 나노튜브에 도핑 또는 코팅시키는 방법에 의하여 광촉매 분리막을 제조할 수 있다.
우선, 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 광촉매 분리막의 제조 방법은 산화티타늄 나노튜브가 형성된 광촉매 분리막에서, 탄소나노튜브(CNT), 그래핀(Graphene) 및 플러렌(Fullerene)으로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 탄소체를 여기하여 기상 탄소체를 형성하는 단계를 포함한다.
탄소나노튜브(CNT), 그래핀(Graphene) 및 플러렌(Fullerene)으로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 탄소체에 원료가스를 공급하면서 열, 고주파 등을 인가하여 여기시킴으로써 기상 탄소체를 형성한다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 광촉매 분리막의 제조 방법은 상기 기상 탄소체를 산화티타늄 나노튜브가 형성된 광촉매 분리막으로 진행시키는 단계를 포함한다.
상기와 같이 탄소나노튜브(CNT), 그래핀(Graphene) 및 플러렌(Fullerene)으로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 탄소체가 여기되어 이루어진 기상 탄소체를 운반 기체와 함께 산화티타늄 나노튜브가 형성된 광촉매 분리막으로 진행시킨다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 광촉매 분리막의 제조 방법은 상기 광촉매 분리막의 산화티타늄 나노튜브에 기상 탄소체를 증착하여 도핑 또는 코팅시키는 단계를 포함한다.
상기와 같이 진행된 기상 탄소체를 광촉매 분리막의 산화티타늄 나노튜브에 증착하게 되며, 상기 증착된 기상 탄소체가 산화티타늄 나노튜브에 확산됨으로써, 탄소나노튜브(CNT), 그래핀(Graphene) 및 플러렌(Fullerene)으로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 탄소체가 광촉매 분리막의 산화티타늄 나노튜브에 균일하게 도핑 또는 코팅된 광촉매 분리막을 제공한다.
상기와 같이 제조되어 철(Fe), 아연(Zn), 망간(Mn), 알루미늄(Al), 칼륨(K), 구리(Cu), 금(Au), 탄소나노튜브(CNT), 그래핀(Graphene) 및 플러렌(Fullerene)으로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 금속 또는 탄소체가 도핑 또는 코팅된 산화티타늄 나노튜브를 포함하는 광촉매 분리막에서는 반응에 관여하는 전자 및 홀의 생성량이 극대화되고, 상기 생성된 전자 및 홀의 재결합이 방지되어 전하 이동도(charge transfer)가 증가되며, 유기물과의 반응 속도가 대폭 향상됨으로써 난분해성 유기독성 화합물을 효과적으로 분해 제거하는 기능, 항균 및 탈취 기능이 탁월하다.
이하에서, 본 발명에 따른 광촉매 분리막의 실시예를 더욱 구체적으로 제시하며, 다음에 제시하는 실시예에 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
1. 티타늄 금속막의 양 표면을 아노다이징 처리하여 상기 티타늄 금속막과 일체로 이루어지고 나노 기공을 지닌 산화티타늄 나노튜브를 형성하였다. 구체적으로는, 수용액 전해질(1M KH2PO4 + 0.15M NH4F + 0.2M C6H8O7·H2O)을 전해질 용액으로 하여 아노다이징 처리하였으며, 상기 수용액 전해질의 용량은 800㎖, 인가전압은 24V, 전해질 용액의 온도는 25℃, 아노다이징 처리시간은 100분으로 하였다.
2. 철을 포함하고 있는 졸(sol)을 제조하기 위해, 전구체로서 질산철구수화물(Fe(NO3)3-9H2O)과 분산매로서 에탄올을 사용하여 질산철구수화물(Fe(NO3)3-9H2O)/에탄올이 200 ㎎/ℓ인 금속 졸(sol)을 형성하였다.
3. 상기 금속 졸(sol)에 산화티타늄 나노튜브가 형성된 광촉매 분리막을 침지시키는 방법으로 딥코팅하였다.
구체적으로, 금속 졸(sol)에 산화티타늄 나노튜브가 형성된 광촉매 분리막을 천천히 투입한 후에 20분간 흔들기(shaking)를 실시하였다. 반응하지 않고 남아있는 금속 졸(sol)의 상등액은 버리고 여기에 증류수(distilled water) 250 ㎖를 투입하여 린스 처리를 5회 실시하였다.
4. 상기 린스 처리된 광촉매 분리막을 오븐에서 60 ℃로 12시간 동안 건조하여 금속 졸(sol)이 겔화 처리된 광촉매 분리막을 형성하였다.
5. 상기 겔화 처리된 광촉매 분리막을 200 ℃에서 5시간 동안 열처리하여 철(Fe)이 도핑 또는 코팅된 산화티타늄 나노튜브를 포함하는 광촉매 분리막을 제조하였다.
상기 실시예에 의하여 산화티타늄 나노튜브가 일체로 이루어진 광촉매 분리막을 주사전자현미경(Scanning electron microscope; SEM)으로 관찰하였다. 상기 산화티타늄 나노튜브는 중앙에 기공을 지니고 있으며, 상기 기공은 직경 50∼100 ㎚ 정도인 것으로 나타났다.
또한, 상기 실시예에 의하여 철(Fe)이 도핑 또는 코팅된 산화티타늄 나노튜브를 포함하는 광촉매 분리막을 주사전자현미경(Scanning electron microscope; SEM)으로 관찰하고, 그 사진을 촬영하였다. 도 5는 철(Fe)이 도핑 또는 코팅된 산화티타늄 나노튜브 표면의 주사전자현미경 사진이다. 그림에서 보여주는 것처럼 기공의 직경이 약 100nm 정도로 관찰되었고, 철(Fe)에 의한 표면변화는 관찰하기 어려울 정도로 얇게 코팅되었거나 산화티타늄 내부로 도핑되었다. 도 6은 철(Fe)이 도핑 또는 코팅된 산화티타늄 나노튜브 단면의 주사전자현미경 사진이다. 그림에서 보여주는 것처럼 산화티타늄 나노튜브의 길이는 약 10㎛ 정도로 관찰되었으며, 이런 산화티타늄 나노튜브의 길이는 광촉매 효과를 고려하여 수 내지 수십 마이크로미터의 길이로 조절될 수 있다.
또한, 실시예에 의하여 산화티타늄 나노튜브가 일체로 이루어진 광촉매 분리막에 대한 EDS 분석을 실시하고, 그 결과를 다음 표 1 및 도 7에 나타내었다.
도 7을 참조하면, 산소 원자에서 방출된 K 라인의 피크가 관찰되고, 티타늄 원자에서 방출된 K 라인의 피크가 관찰되었다.
다음 표 1에서 산화티타늄 나노튜브의 각각의 원자에서 방출되는 원소의 K 라인에 대한 결과로부터 중량%와 원자%에 대한 산출이 가능하다.
| 원소 | 중량% | 원자% |
| O K | 29.77 | 55.94 |
| Ti K | 70.23 | 44.06 |
상기 표 1에서 티타늄(Ti)의 원자%와 산소(O)의 원자%의 비에서 1:2가 아닌 1:1에 가까운 것으로 보아 광촉매 분리막의 표면이 완전히 아노다이징되지 않았다고 판단된다. 하지만 상기 아노다이징 방법에 의한 표면 산화는 티타늄 금속막에 대한 산화방법으로 효율적이라고 판단된다.
또한, 실시예에 의하여 철(Fe)이 도핑 또는 코팅된 산화티타늄 나노튜브를 포함하는 광촉매 분리막에 대한 EDS 분석을 실시하고, 그 결과를 다음 표 2 및 도 8에 나타낸다.
도 8을 참조하면, 산소(O) 원자에서 방출된 K 라인의 피크가 관찰되고, 티타늄(Ti) 원자에서 방출된 K 라인의 피크가 관찰된다. 여기에 산소(O) 원자의 피크 옆으로 철(Fe) 원자의 L 라인 피크가 관찰되는 것으로 보아 철(Fe)이 약간 도핑 또는 코팅되어 있는 상태라고 할 수 있다.
다음 표 2에서 철이 도핑 또는 코팅된 산화티타늄 나노튜브의 각각의 원자에서 방출되는 원소의 K 라인과 L 라인에 대한 결과로부터 중량%와 원자%의 확인이 가능하다.
| 원소 | 중량% | 원자% |
| O K | 27.87 | 53.92 |
| Fe L | 05.80 | 03.22 |
| Ti K | 66.32 | 42.86 |
상기 표 2에서 철(Fe)의 원자%는 3.22%이고, 산소와 티타늄의 원자%는 철이 도핑 또는 코팅되지 않은 경우와 유사한 결과를 나타내었다.
지하수 환경 내에서 용존 유기물(dissolved organic matter)은 중금속 및 방사성 핵종 등의 금속이온과 착물을 쉽게 형성하는 성질을 지닌다. 본 발명에 따른 철이 도핑 또는 코팅된 산화티타늄 나노튜브의 경우에도 이러한 성질을 이용한다.
휴믹 물질(humic material)은 동물과 식물의 분해 과정에서 생성되는 고분자 물질로서 토양에서 흔히 발견되는 대표적인 용존 유기물이다. 휴믹 물질은 주로 산성을 나타내는데 카르복실기(-COOH) 또는 수산화기(-OH) 등의 산성 작용기를 지닌다. 따라서, 휴믹 물질은 토양환경에 존재하는 금속 이온에 대해 높은 친화력을 가지고 가용성의 이온 교환처럼 작용하는 휴믹 콜로이드를 형성한다.
휴믹 물질 중에서 휴믹 산(humic acid; HA)은 분자량이 크고, 음전하를 띠는 다가 전해질(poly-electrolyte) 특성을 지니며, 자연수에서 직경이 2∼50 ㎚ 크기의 친수성 콜로이드로 존재한다. 또한 점토, 알루미늄 또는 철 등의 금속산화물과 잘 결합하는 특성을 지닌다.
또한 휴믹 산은 방사성 물질 등을 포함한 독성 금속 이온과의 가용성 착물을 형성하여, 독성 물질의 이동에 중요한 역할을 수행한다.
도 9는 처리 시간에 따른 휴믹 산의 농도 제거율을 나타내는 차트이다. 도 9에서 (a)는 티타늄 금속막에 대한 휴믹 산의 농도 제거율을 나타내는 그래프이고, (b)는 질산철구수화물(Fe(NO3)3-9H2O)과 에탄올로 이루어진 금속 졸(sol)에 티타늄 금속막을 딥코팅 처리하고 오븐에서 60 ℃로 12시간 동안 건조하여 금속 졸(sol)을 겔화 처리한 후 200 ℃에서 5시간 동안 열처리하여 형성한 티타늄 금속막에 대한 휴믹 산의 농도 제거율을 나타내는 그래프이며, (c)는 산화티타늄 나노튜브가 형성된 광촉매 분리막에 대한 휴믹 산의 농도 제거율을 나타내는 그래프이고, (d)는 실시예에 따라 질산철구수화물(Fe(NO3)3-9H2O)과 에탄올로 이루어진 금속 졸(sol)에 산화티타늄 나노튜브가 형성된 광촉매 분리막을 딥코팅 처리하고 오븐에서 60 ℃로 12시간 동안 건조하여 금속 졸(sol)을 겔화 처리한 후 200 ℃에서 5시간 동안 열처리하여 형성한 광촉매 분리막에 대한 휴믹 산의 농도 제거율을 나타내는 그래프이다.
도 9를 참조하면, 티타늄 금속막(도 9에서 (a) 참조)의 휴믹 산 제거율은 약 3.0%, 철이 도핑된 티타늄 금속막(도 9에서 (b) 참조)의 휴믹 산 제거율은 약 5.5%, 산화티타늄 나노튜브가 형성된 광촉매 분리막(도 9에서 (c) 참조)의 휴믹 산 제거율은 약 9.8%, 철이 도핑된 광촉매 분리막(도 9에서 (d) 참조)의 휴믹 산 제거율은 약 9.2%인 것으로 나타났다.
측정하고자 하는 티타늄 금속막의 비표면적이 크기 않아 제거율의 큰 변화는 없는 것으로 보이지만, 티타늄 금속 기판보다는 산화티타늄 나노튜브가 형성된 광촉매 분리막 및 철이 도핑된 광촉매 분리막의 휴믹 산 제거율이 향상된 것으로 나타났다.
도 10은 처리 시간에 따른 휴믹 산의 색도 변화를 나타내는 차트이다. 도 10에서 (a)는 티타늄 금속막에 대한 휴믹 산의 색도 변화를 나타내는 그래프이고, (b)는 질산철구수화물(Fe(NO3)3-9H2O)과 에탄올로 이루어진 금속 졸(sol)에 티타늄 금속막을 딥코팅 처리하고 오븐에서 60 ℃로 12시간 동안 건조하여 금속 졸(sol)을 겔화 처리한 후 200 ℃에서 5시간 동안 열처리하여 형성한 티타늄 금속막에 대한 휴믹 산의 색도 변화를 나타내는 그래프이며, (c)는 산화티타늄 나노튜브가 형성된 광촉매 분리막에 대한 휴믹 산의 색도 변화를 나타내는 그래프이고, (d)는 실시예에 따라 질산철구수화물(Fe(NO3)3-9H2O)과 에탄올로 이루어진 금속 졸(sol)에 산화티타늄 나노튜브가 형성된 광촉매 분리막을 딥코팅 처리하고 오븐에서 60 ℃로 12시간 동안 건조하여 금속 졸(sol)을 겔화 처리한 후 200 ℃에서 5시간 동안 열처리하여 형성한 광촉매 분리막에 대한 휴믹 산의 색도 변화를 나타내는 그래프이다.
도 10을 참조하면, 티타늄 금속막(도 10에서 (a) 참조)과 철이 도핑된 티타늄 금속막(도 10에서 (b) 참조)은 휴믹 산 색도의 초기제거율이 낮았으나 시간이 경과함에 따라 휴믹 산 색도의 제거율이 증가되어 각각 23%, 16%의 휴믹 산 색도 제거율을 나타냈다. 산화티타늄 나노튜브가 형성된 광촉매 분리막(도 10에서 (c) 참조) 및 철이 도핑된 광촉매 분리막(도 10에서 (d) 참조)은 휴믹 산 색도의 초기제거율이 비교적 높아서 각각 약 30%의 휴믹 산 색도 제거율을 나타냈다. 그 결과, 휴믹 산 제거율 변화와 마찬가지로, 티타늄 금속 기판보다는 산화티타늄 나노튜브가 형성된 광촉매 분리막 및 철이 도핑된 광촉매 분리막의 휴믹 산 색도 제거율이 향상되었으며, 철이 도핑되지 않은 분리막 보다는 철이 도핑된 분리막의 휴믹 산 색도 제거율이 더 높은 것으로 나타났다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.
1: 티타늄 금속막 1a: 마이크로 기공
2: 산화티타늄 나노튜브 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
2: 산화티타늄 나노튜브 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
Claims (29)
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 티타늄 금속막을 준비하고, 상기 티타늄 금속막의 표면에 나노 기공을 갖는 산화티타늄 나노튜브를 형성하여 광촉매 분리막을 형성하는 단계;
철(Fe), 아연(Zn), 망간(Mn), 알루미늄(Al), 칼륨(K), 구리(Cu) 및 금(Au)으로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 금속을 베이스로 하는 금속 알콕사이드와 분산매를 포함하는 금속 졸(sol)을 형성하는 단계;
상기 산화티타늄 나노튜브가 형성된 광촉매 분리막을 상기 금속 졸(sol)에 딥코팅 처리하는 단계;
상기 산화티타늄 나노튜브의 표면에 도포된 금속 졸(sol)을 건조하여 겔화 처리하는 단계; 및
겔화 처리된 광촉매 분리막을 열처리하여 상기 산화티타늄 나노튜브 표면에 철(Fe), 아연(Zn), 망간(Mn), 알루미늄(Al), 칼륨(K), 구리(Cu) 및 금(Au)으로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 금속으로 이루어진 도핑층 또는 코팅층을 형성하는 단계를 포함하며,
탄소나노튜브(CNT), 그래핀(Graphene) 및 플러렌(Fullerene)으로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 탄소체를 상기 산화티타늄 나노튜브가 형성된 광촉매 분리막에 증착하는 단계; 및
탄소체가 증착된 상기 광촉매 분리막을 열처리하여 상기 산화티타늄 나노튜브 표면에 탄소나노튜브(CNT), 그래핀(Graphene) 및 플러렌(Fullerene)으로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 탄소체로 이루어진 도핑층 또는 코팅층을 형성하는 단계를 더 포함하는 광촉매 분리막의 제조방법.
- 티타늄 금속막을 준비하고, 상기 티타늄 금속막의 표면에 나노 기공을 갖는 산화티타늄 나노튜브를 형성하여 광촉매 분리막을 형성하는 단계;
금(Au) 나노입자의 표면을 계면활성제(surfactant)로 캡핑(capping)시키고 용액 내에 석출하여 분말 형태인 금(Au) 양자점을 형성하는 단계;
분말 형태인 상기 금(Au) 양자점을 용매에 용해하여 양자점 콜로이드 용액을 형성하는 단계;
상기 양자점 콜로이드 용액을 산화티타늄 나노튜브가 형성된 광촉매 분리막에 코팅하여 흡착시키는 단계; 및
양자점 콜로이드 용액이 흡착된 상기 광촉매 분리막을 열처리하여 상기 산화티타늄 나노튜브 표면에 금으로 이루어진 도핑층 또는 코팅층을 형성하는 단계를 포함하며,
상기 광촉매 분리막은 전면과 그 반대편의 후면을 포함하는 판형으로 이루어지고,
상기 전면의 표면에 상기 산화티타늄 나노튜브가 형성되며,
상기 산화티타늄 나노튜브와 상기 후면 사이의 영역은 티타늄 금속막으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광촉매 분리막의 제조방법.
- 티타늄 금속막을 준비하고, 상기 티타늄 금속막의 표면에 나노 기공을 갖는 산화티타늄 나노튜브를 형성하여 광촉매 분리막을 형성하는 단계;
탄소나노튜브(CNT), 그래핀(Graphene) 및 플러렌(Fullerene)으로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 탄소체를 상기 산화티타늄 나노튜브가 형성된 광촉매 분리막에 증착하는 단계; 및
탄소체가 증착된 상기 광촉매 분리막을 열처리하여 상기 산화티타늄 나노튜브 표면에 탄소나노튜브(CNT), 그래핀(Graphene) 및 플러렌(Fullerene)으로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 탄소체로 이루어진 도핑층 또는 코팅층을 형성하는 단계를 포함하며,
상기 광촉매 분리막은 전면과 그 반대편의 후면을 포함하는 판형으로 이루어지고,
상기 전면의 표면에 상기 산화티타늄 나노튜브가 형성되며,
상기 산화티타늄 나노튜브와 상기 후면 사이의 영역은 티타늄 금속막으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광촉매 분리막의 제조방법.
- 티타늄 금속막을 준비하고, 상기 티타늄 금속막의 표면에 나노 기공을 갖는 산화티타늄 나노튜브를 형성하여 광촉매 분리막을 형성하는 단계;
금(Au) 나노입자의 표면을 계면활성제(surfactant)로 캡핑(capping)시키고 용액 내에 석출하여 분말 형태인 금(Au) 양자점을 형성하는 단계;
분말 형태인 상기 금(Au) 양자점을 용매에 용해하여 양자점 콜로이드 용액을 형성하는 단계;
상기 양자점 콜로이드 용액을 산화티타늄 나노튜브가 형성된 광촉매 분리막에 코팅하여 흡착시키는 단계; 및
양자점 콜로이드 용액이 흡착된 상기 광촉매 분리막을 열처리하여 상기 산화티타늄 나노튜브 표면에 금으로 이루어진 도핑층 또는 코팅층을 형성하는 단계를 포함하며,
탄소나노튜브(CNT), 그래핀(Graphene) 및 플러렌(Fullerene)으로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 탄소체를 상기 산화티타늄 나노튜브가 형성된 광촉매 분리막에 증착하는 단계; 및
탄소체가 증착된 상기 광촉매 분리막을 열처리하여 상기 산화티타늄 나노튜브 표면에 탄소나노튜브(CNT), 그래핀(Graphene) 및 플러렌(Fullerene)으로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 탄소체로 이루어진 도핑층 또는 코팅층을 형성하는 단계를 더 포함하는 광촉매 분리막의 제조방법.
- 티타늄 금속막을 준비하고, 상기 티타늄 금속막의 표면에 나노 기공을 갖는 산화티타늄 나노튜브를 형성하여 광촉매 분리막을 형성하는 단계;
철(Fe), 아연(Zn), 망간(Mn), 알루미늄(Al), 칼륨(K), 구리(Cu) 및 금(Au)으로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 금속을 베이스로 하는 금속 알콕사이드와 분산매를 포함하는 금속 졸(sol)을 형성하는 단계;
상기 산화티타늄 나노튜브가 형성된 광촉매 분리막을 상기 금속 졸(sol)에 딥코팅 처리하는 단계;
상기 산화티타늄 나노튜브의 표면에 도포된 금속 졸(sol)을 건조하여 겔화 처리하는 단계; 및
겔화 처리된 광촉매 분리막을 열처리하여 상기 산화티타늄 나노튜브 표면에 철(Fe), 아연(Zn), 망간(Mn), 알루미늄(Al), 칼륨(K), 구리(Cu) 및 금(Au)으로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 금속으로 이루어진 도핑층 또는 코팅층을 형성하는 단계를 포함하며,
상기 광촉매 분리막은 전면과 그 반대편의 후면을 포함하는 판형으로 이루어지고,
상기 전면의 표면에 상기 산화티타늄 나노튜브가 형성되며,
상기 산화티타늄 나노튜브와 상기 후면 사이의 영역은 티타늄 금속막으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광촉매 분리막의 제조방법.
- 티타늄 금속막을 준비하고, 상기 티타늄 금속막의 표면에 나노 기공을 갖는 산화티타늄 나노튜브를 형성하여 광촉매 분리막을 형성하는 단계;
철(Fe), 아연(Zn), 망간(Mn), 알루미늄(Al), 칼륨(K), 구리(Cu) 및 금(Au)으로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 금속을 베이스로 하는 금속 알콕사이드와 분산매를 포함하는 금속 졸(sol)을 형성하는 단계;
상기 산화티타늄 나노튜브가 형성된 광촉매 분리막을 상기 금속 졸(sol)에 딥코팅 처리하는 단계;
상기 산화티타늄 나노튜브의 표면에 도포된 금속 졸(sol)을 건조하여 겔화 처리하는 단계; 및
겔화 처리된 광촉매 분리막을 열처리하여 상기 산화티타늄 나노튜브 표면에 철(Fe), 아연(Zn), 망간(Mn), 알루미늄(Al), 칼륨(K), 구리(Cu) 및 금(Au)으로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 금속으로 이루어진 도핑층 또는 코팅층을 형성하는 단계를 포함하며,
상기 티타늄 금속막은 전면과 그 반대편의 후면을 포함하는 판형으로 이루어지고,
상기 전면의 표면으로부터 제1 영역까지는 산화티타늄 나노튜브가 형성되고,
상기 후면의 표면으로부터 제2 영역까지는 산화티타늄 나노튜브가 형성되며,
상기 제1 영역과 상기 제2 영역 사이에 위치되는 영역은 티타늄 금속막으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광촉매 분리막의 제조방법.
- 티타늄 금속막을 준비하고, 상기 티타늄 금속막의 표면에 나노 기공을 갖는 산화티타늄 나노튜브를 형성하여 광촉매 분리막을 형성하는 단계;
철(Fe), 아연(Zn), 망간(Mn), 알루미늄(Al), 칼륨(K), 구리(Cu) 및 금(Au)으로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 금속을 베이스로 하는 금속 알콕사이드와 분산매를 포함하는 금속 졸(sol)을 형성하는 단계;
상기 산화티타늄 나노튜브가 형성된 광촉매 분리막을 상기 금속 졸(sol)에 딥코팅 처리하는 단계;
상기 산화티타늄 나노튜브의 표면에 도포된 금속 졸(sol)을 건조하여 겔화 처리하는 단계; 및
겔화 처리된 광촉매 분리막을 열처리하여 상기 산화티타늄 나노튜브 표면에 철(Fe), 아연(Zn), 망간(Mn), 알루미늄(Al), 칼륨(K), 구리(Cu) 및 금(Au)으로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 금속으로 이루어진 도핑층 또는 코팅층을 형성하는 단계를 포함하며,
상기 광촉매 분리막을 형성하는 단계는,
상기 티타늄 금속 와이어가 직조되어 형성된 메쉬에 티타늄 금속 분말을 스프레이 건으로 분사하는 단계;
상기 티타늄 금속 분말이 분사된 메쉬를 압착 소결하여, 내부에 속이 비어있고 메쉬 형태의 티타늄 금속 와이어가 외곽 형태를 이루는 관형(tubular type) 구조로 형성하는 단계; 및
상기 관형 구조를 아노다이징 처리하여 상기 티타늄 금속 와이어 표면에 상기 산화티타늄 나노튜브를 형성하는 단계를 포함하는 광촉매 분리막의 제조방법.
- 티타늄 금속막을 준비하고, 상기 티타늄 금속막의 표면에 나노 기공을 갖는 산화티타늄 나노튜브를 형성하여 광촉매 분리막을 형성하는 단계;
철(Fe), 아연(Zn), 망간(Mn), 알루미늄(Al), 칼륨(K), 구리(Cu) 및 금(Au)으로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 금속을 베이스로 하는 금속 알콕사이드와 분산매를 포함하는 금속 졸(sol)을 형성하는 단계;
상기 산화티타늄 나노튜브가 형성된 광촉매 분리막을 상기 금속 졸(sol)에 딥코팅 처리하는 단계;
상기 산화티타늄 나노튜브의 표면에 도포된 금속 졸(sol)을 건조하여 겔화 처리하는 단계; 및
겔화 처리된 광촉매 분리막을 열처리하여 상기 산화티타늄 나노튜브 표면에 철(Fe), 아연(Zn), 망간(Mn), 알루미늄(Al), 칼륨(K), 구리(Cu) 및 금(Au)으로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 금속으로 이루어진 도핑층 또는 코팅층을 형성하는 단계를 포함하며,
상기 광촉매 분리막을 형성하는 단계는,
상기 티타늄 금속 와이어가 직조되어 형성된 메쉬에 티타늄 금속 분말을 스프레이 건으로 분사하는 단계;
상기 티타늄 금속 분말이 분사된 메쉬를 압착 소결하여, 내부에 속이 비어있고 메쉬 형태의 티타늄 금속 와이어가 외곽 형태를 이루는 판틀형(plate and frame type) 구조로 형성하는 단계; 및
상기 판틀형 구조를 아노다이징 처리하여 상기 티타늄 금속 와이어 표면에 상기 산화티타늄 나노튜브를 형성하는 단계를 포함하는 광촉매 분리막의 제조방법.
- 티타늄 금속막을 준비하고, 상기 티타늄 금속막의 표면에 나노 기공을 갖는 산화티타늄 나노튜브를 형성하여 광촉매 분리막을 형성하는 단계;
철(Fe), 아연(Zn), 망간(Mn), 알루미늄(Al), 칼륨(K), 구리(Cu) 및 금(Au)으로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 금속을 베이스로 하는 금속 알콕사이드와 분산매를 포함하는 금속 졸(sol)을 형성하는 단계;
상기 산화티타늄 나노튜브가 형성된 광촉매 분리막을 상기 금속 졸(sol)에 딥코팅 처리하는 단계;
상기 산화티타늄 나노튜브의 표면에 도포된 금속 졸(sol)을 건조하여 겔화 처리하는 단계; 및
겔화 처리된 광촉매 분리막을 열처리하여 상기 산화티타늄 나노튜브 표면에 철(Fe), 아연(Zn), 망간(Mn), 알루미늄(Al), 칼륨(K), 구리(Cu) 및 금(Au)으로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 금속으로 이루어진 도핑층 또는 코팅층을 형성하는 단계를 포함하며,
상기 광촉매 분리막을 형성하는 단계는,
티타늄 금속 분말과 유기바인더를 혼합하되, 상기 유기바인더는 티타늄 금속 분말 100중량부에 대하여 5∼200중량부 혼합하는 단계;
혼합된 결과물을 판(plate) 형태로 성형하는 단계;
성형된 결과물을 소결하여 상기 유기바인더가 위치한 자리(site)와 공극에 기공이 형성된 판형(plate type) 구조로 형성하는 단계;
상기 판형(plate type) 구조를 틀(frame)과 결합하여 속이 비어있는 판틀형(plate and frame type) 구조로 형성하는 단계; 및
상기 판틀형 구조를 아노다이징 처리하여 판형 구조 표면에 상기 산화티타늄 나노튜브를 형성하는 단계를 포함하는 광촉매 분리막의 제조방법.
- 티타늄 금속막을 준비하고, 상기 티타늄 금속막의 표면에 나노 기공을 갖는 산화티타늄 나노튜브를 형성하여 광촉매 분리막을 형성하는 단계;
철(Fe), 아연(Zn), 망간(Mn), 알루미늄(Al), 칼륨(K), 구리(Cu) 및 금(Au)으로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 금속을 베이스로 하는 금속 알콕사이드와 분산매를 포함하는 금속 졸(sol)을 형성하는 단계;
상기 산화티타늄 나노튜브가 형성된 광촉매 분리막을 상기 금속 졸(sol)에 딥코팅 처리하는 단계;
상기 산화티타늄 나노튜브의 표면에 도포된 금속 졸(sol)을 건조하여 겔화 처리하는 단계; 및
겔화 처리된 광촉매 분리막을 열처리하여 상기 산화티타늄 나노튜브 표면에 철(Fe), 아연(Zn), 망간(Mn), 알루미늄(Al), 칼륨(K), 구리(Cu) 및 금(Au)으로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 금속으로 이루어진 도핑층 또는 코팅층을 형성하는 단계를 포함하며,
상기 광촉매 분리막을 형성하는 단계는,
티타늄 금속 분말과 유기바인더를 혼합하되, 상기 유기바인더는 티타늄 금속 분말 100중량부에 대하여 5∼200중량부 혼합하는 단계;
혼합된 결과물을 속이 비어있는 관(tubular) 형태로 성형하는 단계;
성형된 결과물을 소결하여 상기 유기바인더가 위치한 자리(site)와 공극에 기공이 형성된 관형(tubular type) 구조로 형성하는 단계; 및
상기 관형(tubular type) 구조를 아노다이징 처리하여 표면에 상기 산화티타늄 나노튜브를 형성하는 단계를 포함하는 광촉매 분리막의 제조방법.
- 티타늄 금속막을 준비하고, 상기 티타늄 금속막의 표면에 나노 기공을 갖는 산화티타늄 나노튜브를 형성하여 광촉매 분리막을 형성하는 단계;
금(Au) 나노입자의 표면을 계면활성제(surfactant)로 캡핑(capping)시키고 용액 내에 석출하여 분말 형태인 금(Au) 양자점을 형성하는 단계;
분말 형태인 상기 금(Au) 양자점을 용매에 용해하여 양자점 콜로이드 용액을 형성하는 단계;
상기 양자점 콜로이드 용액을 산화티타늄 나노튜브가 형성된 광촉매 분리막에 코팅하여 흡착시키는 단계; 및
양자점 콜로이드 용액이 흡착된 상기 광촉매 분리막을 열처리하여 상기 산화티타늄 나노튜브 표면에 금으로 이루어진 도핑층 또는 코팅층을 형성하는 단계를 포함하며,
상기 금(Au) 양자점을 형성하는 단계는,
수산화나트륨(NaOH)과 테트라키스 하이드록시메틸 포스포늄 클로라이드를 용매에 첨가하는 단계;
상기 용매에 염화금산(chloroauric acid)을 첨가하고 교반하여 짙은 갈색의 용액을 얻는 단계;
상기 갈색의 용액에 계면활성제를 첨가하여 수 나노미터에서 수십 나노미터 크기인 금(Au) 나노입자의 표면에 계면활성제(surfactant)를 화학적으로 캡핑(capping)시키는 단계; 및
원심분리기를 이용하여 원심분리를 하여 침전물을 얻고, 얻어진 침전물을 건조시켜 금(Au) 양자점을 합성하는 단계를 포함하는 광촉매 분리막의 제조방법.
- 티타늄 금속막을 준비하고, 상기 티타늄 금속막의 표면에 나노 기공을 갖는 산화티타늄 나노튜브를 형성하여 광촉매 분리막을 형성하는 단계;
금(Au) 나노입자의 표면을 계면활성제(surfactant)로 캡핑(capping)시키고 용액 내에 석출하여 분말 형태인 금(Au) 양자점을 형성하는 단계;
분말 형태인 상기 금(Au) 양자점을 용매에 용해하여 양자점 콜로이드 용액을 형성하는 단계;
상기 양자점 콜로이드 용액을 산화티타늄 나노튜브가 형성된 광촉매 분리막에 코팅하여 흡착시키는 단계; 및
양자점 콜로이드 용액이 흡착된 상기 광촉매 분리막을 열처리하여 상기 산화티타늄 나노튜브 표면에 금으로 이루어진 도핑층 또는 코팅층을 형성하는 단계를 포함하며,
상기 티타늄 금속막은 전면과 그 반대편의 후면을 포함하는 판형으로 이루어지고,
상기 전면의 표면으로부터 제1 영역까지는 산화티타늄 나노튜브가 형성되고,
상기 후면의 표면으로부터 제2 영역까지는 산화티타늄 나노튜브가 형성되며,
상기 제1 영역과 상기 제2 영역 사이에 위치되는 영역은 티타늄 금속막으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광촉매 분리막의 제조방법.
- 티타늄 금속막을 준비하고, 상기 티타늄 금속막의 표면에 나노 기공을 갖는 산화티타늄 나노튜브를 형성하여 광촉매 분리막을 형성하는 단계;
탄소나노튜브(CNT), 그래핀(Graphene) 및 플러렌(Fullerene)으로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 탄소체를 상기 산화티타늄 나노튜브가 형성된 광촉매 분리막에 증착하는 단계; 및
탄소체가 증착된 상기 광촉매 분리막을 열처리하여 상기 산화티타늄 나노튜브 표면에 탄소나노튜브(CNT), 그래핀(Graphene) 및 플러렌(Fullerene)으로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 탄소체로 이루어진 도핑층 또는 코팅층을 형성하는 단계를 포함하며,
상기 티타늄 금속막은 전면과 그 반대편의 후면을 포함하는 판형으로 이루어지고,
상기 전면의 표면으로부터 제1 영역까지는 산화티타늄 나노튜브가 형성되고,
상기 후면의 표면으로부터 제2 영역까지는 산화티타늄 나노튜브가 형성되며,
상기 제1 영역과 상기 제2 영역 사이에 위치되는 영역은 티타늄 금속막으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광촉매 분리막의 제조방법.
- 티타늄 금속막을 준비하고, 상기 티타늄 금속막의 표면에 나노 기공을 갖는 산화티타늄 나노튜브를 형성하여 광촉매 분리막을 형성하는 단계;
금(Au) 나노입자의 표면을 계면활성제(surfactant)로 캡핑(capping)시키고 용액 내에 석출하여 분말 형태인 금(Au) 양자점을 형성하는 단계;
분말 형태인 상기 금(Au) 양자점을 용매에 용해하여 양자점 콜로이드 용액을 형성하는 단계;
상기 양자점 콜로이드 용액을 산화티타늄 나노튜브가 형성된 광촉매 분리막에 코팅하여 흡착시키는 단계; 및
양자점 콜로이드 용액이 흡착된 상기 광촉매 분리막을 열처리하여 상기 산화티타늄 나노튜브 표면에 금으로 이루어진 도핑층 또는 코팅층을 형성하는 단계를 포함하며,
상기 광촉매 분리막을 형성하는 단계는,
상기 티타늄 금속 와이어가 직조되어 형성된 메쉬에 티타늄 금속 분말을 스프레이 건으로 분사하는 단계;
상기 티타늄 금속 분말이 분사된 메쉬를 압착 소결하여, 내부에 속이 비어있고 메쉬 형태의 티타늄 금속 와이어가 외곽 형태를 이루는 관형(tubular type) 구조로 형성하는 단계; 및
상기 관형 구조를 아노다이징 처리하여 상기 티타늄 금속 와이어 표면에 상기 산화티타늄 나노튜브를 형성하는 단계를 포함하는 광촉매 분리막의 제조방법.
- 티타늄 금속막을 준비하고, 상기 티타늄 금속막의 표면에 나노 기공을 갖는 산화티타늄 나노튜브를 형성하여 광촉매 분리막을 형성하는 단계;
탄소나노튜브(CNT), 그래핀(Graphene) 및 플러렌(Fullerene)으로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 탄소체를 상기 산화티타늄 나노튜브가 형성된 광촉매 분리막에 증착하는 단계; 및
탄소체가 증착된 상기 광촉매 분리막을 열처리하여 상기 산화티타늄 나노튜브 표면에 탄소나노튜브(CNT), 그래핀(Graphene) 및 플러렌(Fullerene)으로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 탄소체로 이루어진 도핑층 또는 코팅층을 형성하는 단계를 포함하며,
상기 광촉매 분리막을 형성하는 단계는,
상기 티타늄 금속 와이어가 직조되어 형성된 메쉬에 티타늄 금속 분말을 스프레이 건으로 분사하는 단계;
상기 티타늄 금속 분말이 분사된 메쉬를 압착 소결하여, 내부에 속이 비어있고 메쉬 형태의 티타늄 금속 와이어가 외곽 형태를 이루는 관형(tubular type) 구조로 형성하는 단계; 및
상기 관형 구조를 아노다이징 처리하여 상기 티타늄 금속 와이어 표면에 상기 산화티타늄 나노튜브를 형성하는 단계를 포함하는 광촉매 분리막의 제조방법.
- 티타늄 금속막을 준비하고, 상기 티타늄 금속막의 표면에 나노 기공을 갖는 산화티타늄 나노튜브를 형성하여 광촉매 분리막을 형성하는 단계;
금(Au) 나노입자의 표면을 계면활성제(surfactant)로 캡핑(capping)시키고 용액 내에 석출하여 분말 형태인 금(Au) 양자점을 형성하는 단계;
분말 형태인 상기 금(Au) 양자점을 용매에 용해하여 양자점 콜로이드 용액을 형성하는 단계;
상기 양자점 콜로이드 용액을 산화티타늄 나노튜브가 형성된 광촉매 분리막에 코팅하여 흡착시키는 단계; 및
양자점 콜로이드 용액이 흡착된 상기 광촉매 분리막을 열처리하여 상기 산화티타늄 나노튜브 표면에 금으로 이루어진 도핑층 또는 코팅층을 형성하는 단계를 포함하며,
상기 광촉매 분리막을 형성하는 단계는,
상기 티타늄 금속 와이어가 직조되어 형성된 메쉬에 티타늄 금속 분말을 스프레이 건으로 분사하는 단계;
상기 티타늄 금속 분말이 분사된 메쉬를 압착 소결하여, 내부에 속이 비어있고 메쉬 형태의 티타늄 금속 와이어가 외곽 형태를 이루는 판틀형(plate and frame type) 구조로 형성하는 단계; 및
상기 판틀형 구조를 아노다이징 처리하여 상기 티타늄 금속 와이어 표면에 상기 산화티타늄 나노튜브를 형성하는 단계를 포함하는 광촉매 분리막의 제조방법.
- 티타늄 금속막을 준비하고, 상기 티타늄 금속막의 표면에 나노 기공을 갖는 산화티타늄 나노튜브를 형성하여 광촉매 분리막을 형성하는 단계;
탄소나노튜브(CNT), 그래핀(Graphene) 및 플러렌(Fullerene)으로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 탄소체를 상기 산화티타늄 나노튜브가 형성된 광촉매 분리막에 증착하는 단계; 및
탄소체가 증착된 상기 광촉매 분리막을 열처리하여 상기 산화티타늄 나노튜브 표면에 탄소나노튜브(CNT), 그래핀(Graphene) 및 플러렌(Fullerene)으로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 탄소체로 이루어진 도핑층 또는 코팅층을 형성하는 단계를 포함하며,
상기 광촉매 분리막을 형성하는 단계는,
상기 티타늄 금속 와이어가 직조되어 형성된 메쉬에 티타늄 금속 분말을 스프레이 건으로 분사하는 단계;
상기 티타늄 금속 분말이 분사된 메쉬를 압착 소결하여, 내부에 속이 비어있고 메쉬 형태의 티타늄 금속 와이어가 외곽 형태를 이루는 판틀형(plate and frame type) 구조로 형성하는 단계; 및
상기 판틀형 구조를 아노다이징 처리하여 상기 티타늄 금속 와이어 표면에 상기 산화티타늄 나노튜브를 형성하는 단계를 포함하는 광촉매 분리막의 제조방법.
- 티타늄 금속막을 준비하고, 상기 티타늄 금속막의 표면에 나노 기공을 갖는 산화티타늄 나노튜브를 형성하여 광촉매 분리막을 형성하는 단계;
금(Au) 나노입자의 표면을 계면활성제(surfactant)로 캡핑(capping)시키고 용액 내에 석출하여 분말 형태인 금(Au) 양자점을 형성하는 단계;
분말 형태인 상기 금(Au) 양자점을 용매에 용해하여 양자점 콜로이드 용액을 형성하는 단계;
상기 양자점 콜로이드 용액을 산화티타늄 나노튜브가 형성된 광촉매 분리막에 코팅하여 흡착시키는 단계; 및
양자점 콜로이드 용액이 흡착된 상기 광촉매 분리막을 열처리하여 상기 산화티타늄 나노튜브 표면에 금으로 이루어진 도핑층 또는 코팅층을 형성하는 단계를 포함하며,
상기 광촉매 분리막을 형성하는 단계는,
티타늄 금속 분말과 유기바인더를 혼합하되, 상기 유기바인더는 티타늄 금속 분말 100중량부에 대하여 5∼200중량부 혼합하는 단계;
혼합된 결과물을 판(plate) 형태로 성형하는 단계;
성형된 결과물을 소결하여 상기 유기바인더가 위치한 자리(site)와 공극에 기공이 형성된 판형(plate type) 구조로 형성하는 단계;
상기 판형(plate type) 구조를 틀(frame)과 결합하여 속이 비어있는 판틀형(plate and frame type) 구조로 형성하는 단계; 및
상기 판틀형 구조를 아노다이징 처리하여 판형 구조 표면에 상기 산화티타늄 나노튜브를 형성하는 단계를 포함하는 광촉매 분리막의 제조방법.
- 티타늄 금속막을 준비하고, 상기 티타늄 금속막의 표면에 나노 기공을 갖는 산화티타늄 나노튜브를 형성하여 광촉매 분리막을 형성하는 단계;
탄소나노튜브(CNT), 그래핀(Graphene) 및 플러렌(Fullerene)으로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 탄소체를 상기 산화티타늄 나노튜브가 형성된 광촉매 분리막에 증착하는 단계; 및
탄소체가 증착된 상기 광촉매 분리막을 열처리하여 상기 산화티타늄 나노튜브 표면에 탄소나노튜브(CNT), 그래핀(Graphene) 및 플러렌(Fullerene)으로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 탄소체로 이루어진 도핑층 또는 코팅층을 형성하는 단계를 포함하며,
상기 광촉매 분리막을 형성하는 단계는,
티타늄 금속 분말과 유기바인더를 혼합하되, 상기 유기바인더는 티타늄 금속 분말 100중량부에 대하여 5∼200중량부 혼합하는 단계;
혼합된 결과물을 판(plate) 형태로 성형하는 단계;
성형된 결과물을 소결하여 상기 유기바인더가 위치한 자리(site)와 공극에 기공이 형성된 판형(plate type) 구조로 형성하는 단계;
상기 판형(plate type) 구조를 틀(frame)과 결합하여 속이 비어있는 판틀형(plate and frame type) 구조로 형성하는 단계; 및
상기 판틀형 구조를 아노다이징 처리하여 판형 구조 표면에 상기 산화티타늄 나노튜브를 형성하는 단계를 포함하는 광촉매 분리막의 제조방법.
- 티타늄 금속막을 준비하고, 상기 티타늄 금속막의 표면에 나노 기공을 갖는 산화티타늄 나노튜브를 형성하여 광촉매 분리막을 형성하는 단계;
금(Au) 나노입자의 표면을 계면활성제(surfactant)로 캡핑(capping)시키고 용액 내에 석출하여 분말 형태인 금(Au) 양자점을 형성하는 단계;
분말 형태인 상기 금(Au) 양자점을 용매에 용해하여 양자점 콜로이드 용액을 형성하는 단계;
상기 양자점 콜로이드 용액을 산화티타늄 나노튜브가 형성된 광촉매 분리막에 코팅하여 흡착시키는 단계; 및
양자점 콜로이드 용액이 흡착된 상기 광촉매 분리막을 열처리하여 상기 산화티타늄 나노튜브 표면에 금으로 이루어진 도핑층 또는 코팅층을 형성하는 단계를 포함하며,
상기 광촉매 분리막을 형성하는 단계는,
티타늄 금속 분말과 유기바인더를 혼합하되, 상기 유기바인더는 티타늄 금속 분말 100중량부에 대하여 5∼200중량부 혼합하는 단계;
혼합된 결과물을 속이 비어있는 관(tubular) 형태로 성형하는 단계;
성형된 결과물을 소결하여 상기 유기바인더가 위치한 자리(site)와 공극에 기공이 형성된 관형(tubular type) 구조로 형성하는 단계; 및
상기 관형(tubular type) 구조를 아노다이징 처리하여 표면에 상기 산화티타늄 나노튜브를 형성하는 단계를 포함하는 광촉매 분리막의 제조방법.
- 티타늄 금속막을 준비하고, 상기 티타늄 금속막의 표면에 나노 기공을 갖는 산화티타늄 나노튜브를 형성하여 광촉매 분리막을 형성하는 단계;
탄소나노튜브(CNT), 그래핀(Graphene) 및 플러렌(Fullerene)으로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 탄소체를 상기 산화티타늄 나노튜브가 형성된 광촉매 분리막에 증착하는 단계; 및
탄소체가 증착된 상기 광촉매 분리막을 열처리하여 상기 산화티타늄 나노튜브 표면에 탄소나노튜브(CNT), 그래핀(Graphene) 및 플러렌(Fullerene)으로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 탄소체로 이루어진 도핑층 또는 코팅층을 형성하는 단계를 포함하며,
상기 광촉매 분리막을 형성하는 단계는,
티타늄 금속 분말과 유기바인더를 혼합하되, 상기 유기바인더는 티타늄 금속 분말 100중량부에 대하여 5∼200중량부 혼합하는 단계;
혼합된 결과물을 속이 비어있는 관(tubular) 형태로 성형하는 단계;
성형된 결과물을 소결하여 상기 유기바인더가 위치한 자리(site)와 공극에 기공이 형성된 관형(tubular type) 구조로 형성하는 단계; 및
상기 관형(tubular type) 구조를 아노다이징 처리하여 표면에 상기 산화티타늄 나노튜브를 형성하는 단계를 포함하는 광촉매 분리막의 제조방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020110088781A KR101415531B1 (ko) | 2011-09-02 | 2011-09-02 | 광촉매 분리막의 제조 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020110088781A KR101415531B1 (ko) | 2011-09-02 | 2011-09-02 | 광촉매 분리막의 제조 방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20130025475A KR20130025475A (ko) | 2013-03-12 |
| KR101415531B1 true KR101415531B1 (ko) | 2014-07-07 |
Family
ID=48177094
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020110088781A KR101415531B1 (ko) | 2011-09-02 | 2011-09-02 | 광촉매 분리막의 제조 방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101415531B1 (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20220049436A (ko) * | 2020-10-14 | 2022-04-21 | 한국산업기술시험원 | 광촉매와 uv를 통한 공기질 개선 구조의 분리막식 제습 시스템 |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2016116776A1 (en) * | 2015-01-23 | 2016-07-28 | Umm Al-Qura University | Gold loaded tio2 nanotube-multiwalled carbon nanotube composites as active photocatalysts for cyclohexane oxidation |
| CN106268738A (zh) * | 2015-06-08 | 2017-01-04 | 清华大学 | 氯代芳香族有机物污染土壤修复淋洗液的光催化处理装置及其专用光催化复合板 |
| KR102114846B1 (ko) * | 2017-11-14 | 2020-05-26 | 한국생산기술연구원 | 광촉매 필터 및 이의 제조방법 |
| CN110433789B (zh) * | 2019-07-31 | 2022-10-04 | 武汉理工大学 | 一种利用凤眼莲累积纳米氧化锌制备光催化生物炭复合材料的方法 |
| CN112221359A (zh) * | 2020-11-05 | 2021-01-15 | 江苏理工学院 | 一种新型光催化复合膜的制备方法与应用 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20080086587A (ko) * | 2007-03-23 | 2008-09-26 | 강릉대학교산학협력단 | 나노 다공성 광촉매 티타니아 표면을 구비한 티타늄 분리막및 그 제조방법 |
| KR20100040032A (ko) * | 2008-10-09 | 2010-04-19 | 주식회사 엑사이엔씨 | 텅스텐 와이어 |
| KR101038689B1 (ko) | 2010-04-21 | 2011-06-02 | 네오원 (주) | 광촉매 반응기 |
-
2011
- 2011-09-02 KR KR1020110088781A patent/KR101415531B1/ko not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20080086587A (ko) * | 2007-03-23 | 2008-09-26 | 강릉대학교산학협력단 | 나노 다공성 광촉매 티타니아 표면을 구비한 티타늄 분리막및 그 제조방법 |
| KR20100040032A (ko) * | 2008-10-09 | 2010-04-19 | 주식회사 엑사이엔씨 | 텅스텐 와이어 |
| KR101038689B1 (ko) | 2010-04-21 | 2011-06-02 | 네오원 (주) | 광촉매 반응기 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20220049436A (ko) * | 2020-10-14 | 2022-04-21 | 한국산업기술시험원 | 광촉매와 uv를 통한 공기질 개선 구조의 분리막식 제습 시스템 |
| KR102477142B1 (ko) | 2020-10-14 | 2022-12-14 | 한국산업기술시험원 | 광촉매와 uv를 통한 공기질 개선 구조의 분리막식 제습 시스템 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20130025475A (ko) | 2013-03-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Kaneti et al. | Nanoarchitectured design of porous materials and nanocomposites from metal‐organic frameworks | |
| Sheikh et al. | Application of ZnO nanostructures in ceramic and polymeric membranes for water and wastewater technologies: a review | |
| Song et al. | Two-step hydrothermally synthesized carbon nanodots/WO 3 photocatalysts with enhanced photocatalytic performance | |
| KR101415531B1 (ko) | 광촉매 분리막의 제조 방법 | |
| US9981247B2 (en) | Multifunctional and stable nano-architectures containing nanocarbon and nano- or micro structures and a calcined hydrotalcite shell | |
| BOCCACCINI et al. | The electrophoretic deposition of inorganic nanoscaled materials-a review | |
| JP4378513B2 (ja) | 支持体付金属ナノ粒子、金属ナノ粒子連続体およびそれらの製造方法 | |
| US20190376209A1 (en) | Method and system for production of porous graphitic carbon materials embedded with active components | |
| Zhu et al. | A review of synthetic approaches to hollow nanostructures | |
| KR20070012854A (ko) | 탄소 나노튜브 및 금속 탄산염을 포함하는 복합 재료 | |
| Umar et al. | Advances in porous and high-energy (001)-faceted anatase TiO2 nanostructures | |
| Gong et al. | Substrate-independent and large-area synthesis of carbon nanotube thin films using ZnO nanorods as template and dopamine as carbon precursor | |
| KR101971260B1 (ko) | 카본닷-백금-팔라듐 복합체의 제조방법, 이에 따라 제조된 카본닷-백금-팔라듐 촉매 및 이를 이용하는 연료전지 | |
| KR101654136B1 (ko) | 다공성 탄소 촉매 복합체의 제조방법 | |
| Zahran et al. | Development of reactive Pd/Fe bimetallic nanotubes for dechlorination reactions | |
| Jafari et al. | Carbon‐based nonprecious metal electrocatalysts derived from MOFs for oxygen‐reduction reaction | |
| Park et al. | Fabrication of silver nanotubes using functionalized silica rod as templates | |
| Pang et al. | Synthesis of functional nanomaterials for electrochemical energy storage | |
| Lu et al. | Synthesis and property studies of hollow nanostructures | |
| Lee et al. | Engineering of Self‐Organizing Electrochemistry: Porous Alumina and Titania Nanotubes | |
| KR20130047879A (ko) | 티타늄이산화물-탄소나노튜브 나노복합체 전극의 제조 방법 | |
| Yang et al. | Recent progress in the synthesis of metal-organic-framework-derived carbon materials | |
| Chang et al. | Facile synthesis of Fe3O4@ BiOI core/shell nanostructures by magnetic-assisted successive ionic layer adsorption and reaction for catalytic application | |
| Zhang et al. | Elaboration and characterization of nanoplate structured α-Fe2O3 films by Ag3PO4 | |
| Kim et al. | Decoration of a bio-inspired carbon nanosphere with Pt nanoparticles via a polymer-assisted strategy for enhanced electrocatalytic activity |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| 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: 20170626 Year of fee payment: 4 |
|
| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |