KR101474242B1 - Method for producing titanium dioxide photocatalyst and method for procuding photocatalyst apparatus - Google Patents

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KR101474242B1 KR1020140083103A KR20140083103A KR101474242B1 KR 101474242 B1 KR101474242 B1 KR 101474242B1 KR 1020140083103 A KR1020140083103 A KR 1020140083103A KR 20140083103 A KR20140083103 A KR 20140083103A KR 101474242 B1 KR101474242 B1 KR 101474242B1
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Abstract

이산화티탄 분말 제조방법 및 이를 이용한 광촉매 장치 제조방법이 개시된다.
광촉매장치 제조방법은 이산화티탄 전구체 용액와 용매를 가수분해시켜 침전물을 얻는 단계;
상기 침전물을 포함하는 용액에 산 성분을 첨가하여 숙성시키는 단계;
숙성 용액을 원심분리시켜 젖은 이산화티탄 분말을 얻는 단계;
상기 젖은 이산화티탄 분말을 건조 및 분쇄시켜서 평균 입자 크기가 15~25nm인 건조된 이산화티탄 분말을 얻고, 일정한 속도로 승온시켜 1차 열처리하는 과정;
건조된 이산화티탄 분말을 400~1100℃의 온도에서 30분~4시간 동안 어닐링시키는 과정;
상기 석영 유리 기판의 표면에 어닐링된 이산화티탄 분말을 Na2SiO3에 분산시킨 분산 용액을 도포시켜 이산화티탄 광촉매층을 형성하는 과정; 및
이산화티탄 광촉매층이 형성된 석영유리기판을 다단으로 묶어 다층구조를 형성시킨 다음, 자외선 램프와 연결시켜 상기 광촉매 장치를 제조하는 과정;
를 포함한다.
Disclosed is a method for producing a titanium dioxide powder and a method for manufacturing a photocatalyst device using the same.
A method of manufacturing a photocatalytic device, comprising: hydrolyzing a titanium dioxide precursor solution and a solvent to obtain a precipitate;
Adding an acid component to a solution containing the precipitate and aging the solution;
Centrifuging the aging solution to obtain wet titanium dioxide powder;
Drying and pulverizing the wet titanium dioxide powder to obtain a dried titanium dioxide powder having an average particle size of 15 to 25 nm and heating the mixture at a constant rate to perform a primary heat treatment;
Annealing the dried titanium dioxide powder at a temperature of 400 to 1100 DEG C for 30 minutes to 4 hours;
Forming a titanium dioxide photocatalyst layer by applying a dispersion solution in which a titanium dioxide powder annealed on the surface of the quartz glass substrate is dispersed in Na2SiO3; And
Forming a multi-layered structure of a quartz glass substrate on which a titanium dioxide photocatalyst layer is formed to form a multi-layer structure, and then connecting the quartz glass substrate to an ultraviolet lamp to manufacture the photocatalyst device;
.

Description

이산화티탄 분말 제조 방법 및 이를 이용한 광촉매 장치 제조 방법{Method for producing titanium dioxide photocatalyst and method for procuding photocatalyst apparatus}FIELD OF THE INVENTION [0001] The present invention relates to a method for producing titanium dioxide powder and a method for manufacturing the same,

본 발명은 이산화티탄 분말 제조 방법 및 이를 이용한 광촉매 장치 제조 방법에 관한 것으로서, 특히 졸-겔법을 이용하여 우수한 광촉매 효율을 발현할 수 있는 이산화티탄 분말을 제조하는 방법 및 이를 이용하여 이산화티탄 광촉매층을 가지는 광촉매 장치를 제조하는 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method for producing titanium dioxide powder and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a method for producing a titanium dioxide powder capable of exhibiting excellent photocatalytic efficiency using a sol-gel method and a titanium dioxide photocatalyst layer The present invention relates to a method for producing a photocatalytic device.

공기와 물을 정제하기 위한 효과적인 기술의 개발이 중요한 사회적인 목표가 되고 있다. 광촉매는 전형적으로 넓은 밴드 갭을 가진 반도체로서 밴드 갭을 초과하는 UV 빛에 노출되면 활성화되는 물질이다. 이 광촉매가 활성화될 때, 전자와 정공의 쌍이 생성되는데, 이들 캐리어의 수명은 서로 다르다. 이 두 종류의 캐리어가 산화와 환원 반응에 참여한다. The development of effective techniques for purifying air and water has become an important social goal. Photocatalysts are typically semiconductors with broad bandgaps that are activated by exposure to UV light in excess of the bandgap. When this photocatalyst is activated, pairs of electrons and holes are generated, and the lifetimes of these carriers are different. These two types of carriers participate in oxidation and reduction reactions.

광 촉매는 광화학 태양 에너지 변환, 합성 연료 생산 및 물과 공기에 있는 해롭고 유해한 다양한 오염물질의 분해와 같은 다양한 활용을 위해 상당한 기간 동안 연구되어왔다. Photocatalysts have been studied for a considerable period of time for a variety of applications, such as photochemical solar energy conversion, the production of synthetic fuels, and the decomposition of harmful and harmful contaminants in water and air.

TiO2는 상당히 광반응성이 좋고, 안정성이 높으며 특히 값이 저렴하여 광촉매로서의 대단한 매력을 지니고 있다. 오염된 환경을 개선할 목적으로 새로운 효능과 저비용의 물질을 위한 탐구는 연구자들에게 중요한 관심사가 되고 있다. 이 점에서, TiO2를 기본으로 한 광촉매가 오염된 환경에 있는 유기화합물의 분해에 기대할만한 잠재력을 보여주었다. TiO 2 has considerable photoreactivity, high stability, and particularly low cost, which are very attractive as photocatalysts. The quest for new efficacy and low cost materials to improve the contaminated environment has become a major concern for researchers. In this regard, TiO 2 -based photocatalysts have shown promising potential for decomposition of organic compounds in contaminated environments.

TiO2는 3개의 주된 상을 가지는데, 아나타제상, 루타일상 및 브루카이트상이며, 아나타제상은 상대적으로 불안정하며, 밴드 갭은 3.2 eV이고, 반면에 루타일상은 고온에서도 안정된 상을 가지며 광학적 밴드 갭은 3.0 eV이다. 따라서 TiO2는 ~ 3.2eV의 밴드 갭보다 큰 UV용 광촉매로 사용될 수 있다. TiO 2 has three main phases: anatase phase, rutile phase and brookite phase, the anatase phase is relatively unstable and the band gap is 3.2 eV, while the rutile phase has a stable phase at high temperature and the optical band gap Is 3.0 eV. Therefore, TiO 2 can be used as a UV photocatalyst larger than the band gap of ~ 3.2 eV.

TiO2를 모체로 하는 광촉매는 루타일 상보다는 아나타제 상이 훨씬 더 효과적인 광촉매 특성을 갖는 것으로 알려져 있다. 졸-겔 딥 코팅 방법으로 제작된 막의 결정구조, 밀도 그리고 접착력은 졸에서의 화학적 전구체의 몰비와 졸-겔 제작과정 그리고 이어지는 열처리과정에 의해 크게 달라진다.
TiO 2 -based photocatalysts are known to have far more effective photocatalytic properties than an anatase phase rather than a rutile phase. The crystal structure, density and adhesion of the membrane prepared by the sol - gel dip coating method are greatly affected by the molar ratio of the chemical precursor in the sol, the sol - gel preparation process and the subsequent heat treatment process.

현재 “바이오존”이라는 상표명으로 판매되고 있는 자외선 램프가 그 성능이 가장 우수하다고 평가되고 있는데, 이는 자외선 램프를 제작할 때 사용하는 유리관에 TiO2 분말을 직접 혼합하여 제작한다. 이렇게 함으로써 외부에 별도의 광촉매 장치를 설치하지 않는다는 것이다. 그러나 상기 유리관의 제작 비용이 높아 일반 수요자(공기정화기 제조업자 또는 환경오염제거관련기기 제조업자 등)의 입장에서는 상기 자외선 램프를 사용하기에 비용부담이 클 수밖에 없고, 상기 자외선 램프는 임의대로 판매하지 않고 자신의 제품에만 적용하여 판매하므로 용이하게 구매할 수 없는 문제가 있다.
Currently, ultraviolet lamps sold under the trade name of "Bionzone" are evaluated to have the best performance. This is because TiO 2 Powder is mixed directly. By doing so, no separate photocatalytic device is installed outside. However, since the manufacturing cost of the glass tube is high, it is expensive to use the ultraviolet lamp in a general consumer (such as an air purifier manufacturer or a manufacturer of an apparatus for removing environmental pollution), and the ultraviolet lamp is not sold at will There is a problem that it can not be easily purchased because it is sold only by applying to its own product.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 졸-겔법을 이용하여 우수한 광촉매 효율을 발현할 수 있는 이산화티탄 분말을 제조하는 방법을 제공하는 그 목적으로 한다. Disclosure of Invention Technical Problem [8] Accordingly, the present invention has been made keeping in mind the above problems occurring in the prior art, and an object of the present invention is to provide a method for producing titanium dioxide powder capable of exhibiting excellent photocatalytic efficiency using a sol-gel method.

본 발명의 다른 목적은 상기의 이산화티탄 분말을 이용한 광촉매장치의 제조방법을 제공하는 것에 있다.
Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a photocatalyst apparatus using the above-mentioned titanium dioxide powder.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 따른 이산화티탄 분말 제조 방법은In order to accomplish the above object, the present invention provides a method for producing titanium dioxide powder,

이산화티탄 전구체 용액과 용매를 가수분해시켜 침전물을 얻는 단계;Hydrolyzing the titanium dioxide precursor solution and the solvent to obtain a precipitate;

상기 침전물을 포함하는 용액에 산 성분을 첨가하여 숙성시키는 단계;Adding an acid component to a solution containing the precipitate and aging the solution;

숙성 용액을 원심분리시켜 젖은 이산화티탄 분말을 얻는 단계;Centrifuging the aging solution to obtain wet titanium dioxide powder;

상기 젖은 이산화티탄 분말을 건조 및 분쇄시켜서 평균 입자 크기가 15~25nm인 건조된 이산화티탄 분말을 얻고, 일정한 속도로 승온시켜 1차 열처리하는 과정; 및Drying and pulverizing the wet titanium dioxide powder to obtain a dried titanium dioxide powder having an average particle size of 15 to 25 nm and heating the mixture at a constant rate to perform a primary heat treatment; And

건조된 이산화티탄 분말을 400~1100℃의 온도에서 30분~4시간 동안 어닐링시키는 과정;Annealing the dried titanium dioxide powder at a temperature of 400 to 1100 DEG C for 30 minutes to 4 hours;

을 포함하는 것을 특징으로 한다.And a control unit.

여기서, 상기 이산화티탄 전구체는Here, the titanium dioxide precursor

티타늄아이소프로폭사이드(Ti(OCH(CH3)2)r, TTIP), 테트라에톡시티탄(TEOT), 테트라이소프로폭시티탄(TIPT), 테트라부톡시티탄(TBOT) 중에서 선택된 하나임을 특징으로 한다.Is one selected from titanium isopropoxide (Ti (OCH (CH 3) 2) r, TTIP), tetraethoxytitanium (TEOT), tetraisopropoxytitanium (TIPT), and tetrabutoxytitanium (TBOT) .

또한, 상기 이산화티탄 전구체는 사염화티탄(titanyl chloride, TiCl4), 황산티탄(titanyl sulfate, Ti(SO4)2), 옥시황산티탄(titanyl oxysulfate, TiO(SO4)) 중에서 선택된 하나임을 특징으로 한다.The titanium dioxide precursor may be one selected from the group consisting of titanium tetrachloride (TiCl4), titanyl sulfate (Ti (SO4) 2), titanyl oxysulfate (TiO (SO4)

또한, 상기 가수분해는 상기 이산화티탄 전구체와 용매를 균일하게 혼합한 후 반응시키는 것이며, 여기서, 상기 용매는 물, 알코올, 헥실렌글리콜, 아세틸아세톤 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 한다.The hydrolysis may be performed by uniformly mixing the titanium dioxide precursor with a solvent, and then performing the reaction, wherein the solvent is at least one selected from the group consisting of water, alcohol, hexylene glycol, acetylacetone, and mixtures thereof .

또한, 상기 산 성분은 아세트산, 염산, 질산, 황산, 이스코빅산(ascorbic acid, AA) 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 한다.
The acid component may be at least one selected from the group consisting of acetic acid, hydrochloric acid, nitric acid, sulfuric acid, ascorbic acid (AA), and mixtures thereof.

상기의 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 따른 광촉매 장치 제조방법은According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a photocatalyst apparatus,

이산화티탄 광촉매층을 포함하는 석영유리 기판과 자외선 램프를 포함하는 다층 구조로 되는 광촉매 장치 제조방법에 있어서,A method of manufacturing a photocatalytic device having a multilayer structure including a quartz glass substrate including a titanium dioxide photocatalyst layer and an ultraviolet lamp,

이산화티탄 전구체 용액과 용매를 가수분해시켜 침전물을 얻는 단계;Hydrolyzing the titanium dioxide precursor solution and the solvent to obtain a precipitate;

상기 침전물을 포함하는 용액에 산 성분을 첨가하여 숙성시키는 단계;Adding an acid component to a solution containing the precipitate and aging the solution;

숙성 용액을 원심분리시켜 젖은 이산화티탄 분말을 얻는 단계;Centrifuging the aging solution to obtain wet titanium dioxide powder;

상기 젖은 이산화티탄 분말을 건조 및 분쇄시켜서 평균 입자 크기가 15~25nm인 건조된 이산화티탄 분말을 얻고, 일정한 속도로 승온시켜 1차 열처리하는 과정;Drying and pulverizing the wet titanium dioxide powder to obtain a dried titanium dioxide powder having an average particle size of 15 to 25 nm and heating the mixture at a constant rate to perform a primary heat treatment;

건조된 이산화티탄 분말을 400~1100℃의 온도에서 30분~4시간 동안 어닐링시키는 과정;Annealing the dried titanium dioxide powder at a temperature of 400 to 1100 DEG C for 30 minutes to 4 hours;

상기 석영 유리 기판의 표면에 어닐링된 이산화티탄 분말을 Na2SiO3에 분산시킨 분산 용액을 도포시켜 이산화티탄 광촉매층을 형성하는 과정; 및Forming a titanium dioxide photocatalyst layer by applying a dispersion solution in which a titanium dioxide powder annealed on the surface of the quartz glass substrate is dispersed in Na2SiO3; And

이산화티탄 광촉매층이 형성된 석영유리기판을 다단으로 묶어 다층구조를 형성시킨 다음, 자외선 램프와 연결시켜 광촉매 장치를 제조하는 과정;A step of forming a multi-layered structure of a quartz glass substrate on which a titanium dioxide photocatalyst layer is formed to form a multi-layer structure, and then connecting the quartz glass substrate to an ultraviolet lamp to manufacture a photocatalyst device;

을 포함하는 것을 특징으로 한다. And a control unit.

여기서, 상기 이산화티탄 전구체는Here, the titanium dioxide precursor

티타늄아이소프로폭사이드(Ti(OCH(CH3)2)r, TTIP), 테트라에톡시티탄(TEOT), 테트라이소프로폭시티탄(TIPT), 테트라부톡시티탄(TBOT) 중에서 선택된 하나임을 특징으로 한다.Is one selected from titanium isopropoxide (Ti (OCH (CH 3) 2) r, TTIP), tetraethoxytitanium (TEOT), tetraisopropoxytitanium (TIPT), and tetrabutoxytitanium (TBOT) .

또한, 상기 이산화티탄 전구체는 사염화티탄(titanyl chloride, TiCl4), 황산티탄(titanyl sulfate, Ti(SO4)2), 옥시황산티탄(titanyl oxysulfate, TiO(SO4)) 중에서 선택된 하나임을 특징으로 한다.The titanium dioxide precursor may be one selected from the group consisting of titanium tetrachloride (TiCl4), titanyl sulfate (Ti (SO4) 2), titanyl oxysulfate (TiO (SO4)

또한, 상기 가수분해는 상기 이산화티탄 전구체와 용매를 균일하게 혼합한 후 반응시키는 것이며, 여기서, 상기 용매는 물, 알코올, 헥실렌글리콜, 아세틸아세톤 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 한다.The hydrolysis may be performed by uniformly mixing the titanium dioxide precursor with a solvent, and then performing the reaction, wherein the solvent is at least one selected from the group consisting of water, alcohol, hexylene glycol, acetylacetone, and mixtures thereof .

또한, 상기 산 성분은 아세트산, 염산, 질산, 황산, 이스코빅산(ascorbic acid, AA) 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 한다.
The acid component may be at least one selected from the group consisting of acetic acid, hydrochloric acid, nitric acid, sulfuric acid, ascorbic acid (AA), and mixtures thereof.

본 발명에 따르면, 광촉매 장치에 사용되는 효과적인 촉매 활성을 나타내는 이산화티탄의 분말을 제조하고, 상기 이산화티탄 분말을 원판 형태의 석영 유리의 표면에 도포시킨 광촉매층을 형성하고, 이를 다층 구조로 자외선 램프와 연결시킴으로써 비교적 간단한 방법으로 광촉매 장치를 제조할 수 있다. 또한, 이렇게 제조된 광촉매 장치는 종래 시판되고 있는 제품들과 동등하거나 더 우수한 광촉매 효과를 나타낸다.
According to the present invention, a titanium dioxide powder exhibiting effective catalytic activity for use in a photocatalytic device is prepared, a photocatalyst layer formed by coating the titanium dioxide powder on the surface of quartz glass in the form of a disc is formed, The photocatalytic device can be manufactured in a relatively simple manner. In addition, the photocatalyst device thus manufactured exhibits a photocatalytic effect equal to or superior to that of products that have been commercially available.

도 1은 본 발명에 따른 광촉매 장치를 도시하고,
도 2는 실시예 1~4, 및 대조군 1에 따라 제조된 TiO2 박막의 결정 구조를 확인한 엑스레이회절 결과이고,
도 3은 실시예 5~8, 대조군 2에 따라 제조된 TiO2 분말의 결정 구조를 확인한 엑스레이회절 결과이고,
도 4는 실시예 9~14(a~f)에 따라 제조된 TiO2 분말의 SEM 사진이고,
도 5는 실시예 9~14에 따라 제조된 TiO2 분말의 입자 크기 분포이고,
도 6은 실시예 5에 따라 제조된 TiO2 박막의 SEM 사진이고,
도 7은 실시예 5, 6, 8, 및 대조군 2에 따라 제조된 TiO2 분말의 어닐링 온도에 따른 반사특성 측정 결과이고,
도 8은 자외선 램프와 측정기를 장착한 사진이고,
도 9는 실시예 15와 비교예 1에 따른 광촉매 장치의 암모니아 분해 특성 평가 결과이고,
도 10은 실시예 15, 비교예 2, 비교예 3에 따른 광촉매 장치의 암모니아 분해 특성 평가 결과이고,
도 11은 실시예 15, 대조군 3, 비교예 3에 따른 광촉매 장치의 공기 흐름에 따른 암모니아 분해 특성 평가 결과이다.
1 shows a photocatalyst apparatus according to the present invention,
FIG. 2 shows the X-ray diffraction results of the crystal structures of the TiO 2 thin films prepared according to Examples 1 to 4 and the control group 1,
FIG. 3 shows the X-ray diffraction results of the crystal structures of the TiO 2 powders prepared according to Examples 5 to 8 and the control group 2,
4 is a SEM photograph of TiO 2 powder prepared according to Examples 9 to 14 (a to f)
5 is a particle size distribution of TiO 2 powder prepared according to Examples 9 to 14,
6 is an SEM photograph of a TiO 2 thin film produced according to Example 5,
FIG. 7 shows the results of measurement of reflection characteristics according to annealing temperatures of TiO 2 powder prepared according to Examples 5, 6, 8, and 2,
Fig. 8 is a photograph showing an ultraviolet lamp and a measuring instrument,
Fig. 9 shows the results of evaluating ammonia decomposition characteristics of the photocatalyst apparatus according to Example 15 and Comparative Example 1,
10 shows the results of evaluating ammonia decomposition characteristics of the photocatalyst apparatus according to Example 15, Comparative Example 2, and Comparative Example 3,
11 shows the results of evaluating ammonia decomposition characteristics of the photocatalyst apparatus according to Example 15, the control group 3 and the comparative example 3 according to the air flow.

이하에서 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. As used herein, the singular forms "a,""an," and "the" include singular forms unless the context clearly dictates otherwise. Also, " comprise "and / or" comprising "when used herein should be interpreted as specifying the presence of stated shapes, numbers, steps, operations, elements, elements, and / And does not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, operations, elements, elements, and / or groups.

본 발명은 분말 및 박막 상태의 이산화티탄 제조방법과 상기 이산화티탄을 광촉매로 포함하는 광촉매 장치에 관한 것이다.
The present invention relates to a method for producing titanium dioxide in the form of powder and thin film, and a photocatalyst device comprising the titanium dioxide as a photocatalyst.

먼저, 본 발명에 따른 이산화티탄에 대해 설명한다. First, the titanium dioxide according to the present invention will be described.

본 발명에서는 졸-겔법(sol-gel method)을 이용하여 분말과 박막 상태의 이산화티탄을 제조하는 방법을 제공한다.The present invention provides a method for producing titanium dioxide in the form of a powder and a thin film using a sol-gel method.

본 발명의 일 실시예에 따른 이산화티탄의 제조방법은 이산화티탄 전구체 용액을 가수분해시켜 침전물을 얻는 단계; 상기 침전물이 생성된 용액에 산 성분을 첨가하여 숙성시키는 단계; 상기 숙성 용액으로부터 건조된 분말 또는 박막을 얻는 단계; 및 상기 건조된 분말 또는 박막을 어닐링시키는 단계를 포함한다. According to an embodiment of the present invention, there is provided a method of producing titanium dioxide, comprising: hydrolyzing a titanium dioxide precursor solution to obtain a precipitate; Adding an acid component to the solution in which the precipitate is formed and aging the solution; Obtaining a dried powder or thin film from the aging solution; And annealing the dried powder or thin film.

제1단계에서는 이산화티탄 전구체와 용매를 균일하게 혼합한 후 반응시키면 이산화티탄의 전구체가 가수분해되고 그 결과로 백색의 침전물이 생성된다.In the first step, when the titanium dioxide precursor and the solvent are uniformly mixed and reacted, the titanium dioxide precursor is hydrolyzed, resulting in a white precipitate.

상기 이산화티탄 전구체는 유기 티탄 화합물과 무기 티탄 화합물을 모두 사용할 수 있으며, 상기 유기 티탄 화합물은 티타늄 알콕사이드가 있으며, 보다 구체적으로는 티타늄아이소프로폭사이드(Ti(OCH(CH3)2)4, TTIP),테트라에톡시티탄(TEOT), 테트라이소프로폭시티탄(TIPT), 테트라부톡시티탄(TBOT) 등이 있을 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The titanium dioxide precursor may include both an organic titanium compound and an inorganic titanium compound. The organic titanium compound includes titanium alkoxide. More specifically, titanium isopropoxide (Ti (OCH (CH 3 ) 2 ) 4 , TTIP ), Tetraethoxy titanium (TEOT), tetraisopropoxy titanium (TIPT), tetrabutoxy titanium (TBOT), and the like.

또한, 무기 티탄 화합물의 구체 예를 들면, 사염화티탄(titanyl chloride, TiCl4), 황산티탄(titanyl sulfate, Ti(SO4)2), 옥시황산티탄(titanyl oxysulfate, TiO(SO4)) 등이 있을 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.Specific examples of the inorganic titanium compound include titanyl chloride, TiCl 4 , titanium sulfate, Ti (SO 4 ) 2 , and titanyl oxysulfate (TiO (SO 4 ) But is not limited thereto.

상기 이산화티탄 전구체 용액을 용해시키는 용매로는 물, 탄소수 1~5의 저급 알코올, 고급 알코올, 헥실렌글리콜, 아세틸아세톤 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있으며, 이 중에서 다른 용매에 비해 끊는점이 낮기 때문에 열처리 과정에서 비교적 제거가 용이한 알코올계 용매가 보다 바람직하다. 또한, 상기 물은 가수분해를 위해 사용된다.The solvent for dissolving the titanium dioxide precursor solution may be at least one selected from the group consisting of water, lower alcohols having 1 to 5 carbon atoms, higher alcohols, hexylene glycol, acetylacetone, and mixtures thereof. It is more preferable to use an alcoholic solvent which is relatively easy to remove in the heat treatment process. In addition, the water is used for hydrolysis.

상기 이산화티타늄 전구체와 물의 혼합 시 발열반응이 강하게 일어나므로, 낮은 온도에서 강한 교반 하에 혼합시키는 것이 바람직하다.
Since an exothermic reaction occurs strongly when the titanium dioxide precursor is mixed with water, it is preferable to mix the titanium dioxide precursor with strong stirring at a low temperature.

제2단계에서는 상기 침전물이 생성된 용액에 산 성분을 첨가하여 숙성시킨다. 상기 숙성 과정은 투명한 용액을 얻기 위한 것으로서, 산 성분을 첨가하여 일정한 pH, 예를 들어 3~7를 유지하는 것이 바람직하다. 이때 첨가되는 산 성분은 아세트산, 염산, 질산, 황산, 아스코빅산(ascorbic acid, AA) 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종 이상이 바람직하게 사용될 수 있다. In the second step, an acid component is added to the solution in which the precipitate is formed and aged. The aging process is for obtaining a transparent solution, and it is preferable to add an acid component to maintain a constant pH, for example, 3 to 7. At this time, at least one acid component selected from the group consisting of acetic acid, hydrochloric acid, nitric acid, sulfuric acid, ascorbic acid (AA) and mixtures thereof is preferably used.

상기 숙성 과정은 초음파 진동 처리와 같은 방법을 이용할 수도 있으며, 실온에서 4~6시간 동안 숙성시키는 것이 바람직하다. 상기 숙성 과정을 거치면, 상기 용액이 투명한 상태가 된다.The aging process may be the same as the ultrasonic vibration process, and it is preferable to aged at room temperature for 4 to 6 hours. After the aging process, the solution becomes transparent.

제3단계에서는 상기 투명 용액으로부터 각각 이산화티탄 분말과 박막으로 제조하는 과정이다. In the third step, titanium dioxide powders and thin films are prepared from the transparent solution, respectively.

상기 투명 용액으로부터 이산화티탄 박막을 제조하는 경우, 소정의 기판을 이용하여 원하는 두께를 가지도록 침지 및 건조 과정을 반복하거나, 또는 스핀 코팅시킬 수도 있으며, 박막 형성 방법은 특별히 한정되는 것은 아니다. 상기 기판은 유리 기판, 세라믹 기판, 고분자 기판 등이 있을 수 있으며, 그 종류가 특별히 한정되지 않는다. In the case of producing a titanium dioxide thin film from the transparent solution, the immersion and drying may be repeated or spin-coated using a predetermined substrate so as to have a desired thickness, and the thin film forming method is not particularly limited. The substrate may be a glass substrate, a ceramic substrate, a polymer substrate, or the like, and the kind thereof is not particularly limited.

또한, 상기 투명 용액으로부터 이산화티탄 분말을 제조하는 경우, 상기 투명 용액을 원심 분리시킨 후, 물과 용매의 상층액을 분리 및 제거하여 젖은 분말을 얻는다. 그 다음, 상기 젖은 분말을 건조 및 분쇄시키고, 일정한 속도로 승온시켜 1차 열처리시킨다. 1차 열처리시키는 것은 이산화티탄 분말의 특성을 향상시키기 위한 것으로 이는 최종적으로 얻게 될 이산화티탄 분말의 결정 성장을 향상시키기 위한 작업이다.When the titanium dioxide powder is prepared from the transparent solution, the transparent solution is centrifuged, and then the water and the supernatant of the solvent are separated and removed to obtain a wet powder. Then, the wet powder is dried and pulverized, and heated at a constant rate to perform a primary heat treatment. The primary heat treatment is to improve the properties of the titanium dioxide powder, which is an operation to improve the crystal growth of the finally obtained titanium dioxide powder.

마지막 단계는, 상기 이산화티탄 박막과 분말을 어닐링(annealing)시켜 결정성을 향상시킨다. 상기 어닐링은 400~1100℃의 온도에서 30분~4시간 동안 수행될 수 있으며, 상기 온도 범위에서 광촉매 효과를 나타낼 수 있는 결정인 아나타제 상을 가지는 점에서 바람직하다. The final step enhances the crystallinity by annealing the titanium dioxide thin film and the powder. The annealing can be performed at a temperature of 400 to 1100 ° C for 30 minutes to 4 hours, and is preferable in that it has an anatase phase which is a crystal capable of exhibiting a photocatalytic effect in the temperature range.

상기와 같은 과정으로 제조된 본 발명에 따른 이산화티탄 분말은 평균 입자 크기가 15~25nm이고, 아나타제 결정 구조를 지배적으로 가짐으로써 광촉매 활성을 효과적으로 나타낼 수 있다.
The titanium dioxide powder according to the present invention produced by the above process has an average particle size of 15 to 25 nm and has an anatase crystal structure predominantly, thereby effectively exhibiting photocatalytic activity.

본 발명은 또한, 상기 제조된 이산화티탄 분말 및 박막을 광촉매제로 포함하는 광촉매 장치를 제공할 수 있다.The present invention also provides a photocatalytic device comprising the titanium dioxide powder and the thin film as a photocatalyst.

즉, 본 발명에 따른 광촉매 장치는 도 1에 나타낸 바와 같이, 석영 유리 기판과 자외선 램프를 포함하며, 상기 석영 유리 기판은 그 표면에 이산화티탄 광촉매층을 포함하며, 상기 이산화티탄 광촉매층을 포함하는 석영유리 기판은 다층 구조로 구성되는 것이 바람직하다. That is, as shown in FIG. 1, the photocatalyst apparatus according to the present invention includes a quartz glass substrate and an ultraviolet lamp, wherein the quartz glass substrate has a titanium dioxide photocatalyst layer on its surface, and the titanium dioxide photocatalyst layer The quartz glass substrate preferably has a multilayer structure.

본 발명에서는 순수한 SiO2로 이루어진 석영 유리(silica glass)를 다음 도 1과 같이 원판 형태로 가공하고, 그 표면에 본 발명에서 제조된 이산화티탄 분말과 박막을 이용하여 광촉매층을 형성시킨 다음, 상기 이산화티탄 광촉매층을 포함하는 석영유리 기판을 다단으로 묶어 다층 구조로 형성시킨 다음, 자외선 램프와 연결된 구조를 가진다. In the present invention, a silica glass made of pure SiO 2 is processed into a disc shape as shown in FIG. 1, a photocatalyst layer is formed on the surface of the silica glass using the titanium dioxide powder and the thin film produced in the present invention, A quartz glass substrate including a titanium dioxide photocatalyst layer is bundled into a multi-layered structure, and then has a structure connected to an ultraviolet lamp.

종래의 제품은 알루미늄 또는 스텐레스 재질을 이용하여 제조한 예가 있으나, TiO2가 코팅된 면과 자외선이 방출되어 조사되는 방향이 나란하므로 광촉매 반응율이 낮고 TiO2가 코팅된 기판 재료 자체가 불투명하여 효과적인 광촉매 반응이 일어나기 어려운 문제가 있었다. Conventional products are manufactured using aluminum or stainless steel. However, since the side coated with TiO 2 is irradiated with the direction of irradiation due to the emission of ultraviolet rays, the reaction rate of the photocatalyst is low and the substrate material coated with TiO 2 itself is opaque, There was a problem that the reaction was difficult to occur.

그러나, 본 발명에서는 자외선이 잘 투과하는 석영 유리를 기판으로 사용하고 있어 자외선의 투과가 용이해 효과적인 광촉매 반응이 일어날 수 있을 뿐만 아니라, 석영 유리의 원판을 깔때기 형태로 가공하여 다단으로 구성하면 그 면적에 보다 많은 자외선을 조사할 수 있어 광촉매 반응을 더욱 증가시킬 수 있는 효과를 가진다.However, in the present invention, since quartz glass which transmits ultraviolet rays well is used as a substrate, the ultraviolet rays are easily permeated and an effective photocatalytic reaction can take place. In addition, when a raw quartz glass plate is processed into a funnel shape, It is possible to further increase the photocatalytic reaction by irradiating more ultraviolet rays to the photocatalyst.

본 발명에 따른 상기 이산화티탄 광촉매층은 이산화티탄 분말 또는 박막을 도포시켜 형성되는 것일 수 있는데, 상기 이산화티탄 분말을 이용하는 경우 상기 분말을 Na2SiO3 또는 적절한 고분자 수지 등에 분산시켜 도포시키는 방법으로 광촉매층을 형성할 수 있으나, 그 방법이 특별히 한정되는 것은 아니다.The titanium dioxide photocatalyst layer according to the present invention may be formed by coating a titanium dioxide powder or a thin film. When the titanium dioxide powder is used, the photocatalyst layer is formed by dispersing the powder in Na2SiO3 or a suitable polymer resin, etc. However, the method is not particularly limited.

또한, 상기 이산화티탄 박막을 이용하는 경우 상기 박막을 라미네이팅 시키거나, 적절한 접착제를 이용하여 접착시키는 등의 방법으로 광촉매층을 형성할 수 있으나, 그 방법이 특별히 한정되는 것은 아니다.In addition, when the titanium dioxide thin film is used, the photocatalyst layer can be formed by laminating the thin film or by using an appropriate adhesive, but the method is not particularly limited.

본 발명에 따른 상기 이산화티탄을 이용한 광촉매층은 184~254nm의 UV-C 구간에서 활성을 나타내는 특징을 가진다.
The titanium dioxide-based photocatalyst layer according to the present invention has a characteristic of exhibiting activity in the UV-C section of 184 to 254 nm.

이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이하의 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 또한, 이하의 실시예에서는 특정 화합물을 이용하여 예시하였으나, 이들의 균등물을 사용한 경우에 있어서도 동등 유사한 정도의 효과를 발휘할 수 있음은 당업자에게 자명하다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail. The following examples are intended to illustrate the present invention, but the scope of the present invention should not be construed as being limited by these examples. In the following examples, specific compounds are exemplified. However, it is apparent to those skilled in the art that equivalents of these compounds can be used in similar amounts.

실시예Example 1~4 :  1 to 4: TiOTiO 22 박막의 제작 Fabrication of thin films

순수 에탄올 10ml에 TiO2의 전구체로 티타늄 이소프로폭사이드(TTIP) 1.1g, 첨가하고 지속적으로 교반하면서 가수분해시켜 백색의 침전물이 생성되도록 하였다. 상기 용액에 산성 상태(pH 3~7)를 유지하기 위하여 3M CH3COOH을 첨가하였다. 이 용액을 12 분 동안 초음파 진동 처리를 하여 실온에서 12 시간 동안 숙성시켰다. 최종적으로 얻어진 용액은 투명한 상태가 되었다. To 10 ml of pure ethanol was added 1.1 g of titanium isopropoxide (TTIP) as a precursor of TiO 2 and hydrolyzed under constant stirring to produce a white precipitate. To this solution was added 3M CH 3 COOH to maintain the acidic condition (pH 3-7). This solution was ultrasonically vibrated for 12 minutes and aged at room temperature for 12 hours. The finally obtained solution was in a transparent state.

TiO2 박막 제조를 위하여, 5분 동안 100㎟의 표면을 초음파 처리하고 아세톤으로 유기물질을 완전히 제거시킨 다음 순수를 이용하여 헹구어낸 붕규산 유리를 기판으로 사용하였다. For the preparation of the TiO 2 thin film, the surface of 100 mm 2 was ultrasonicated for 5 minutes, the organic material was completely removed with acetone, and then borosilicate glass rinsed with pure water was used as the substrate.

상기 투명 용액에 붕규산 유리 기판을 60분 동안 담궈 두었다가(침지) 1cm/min의 속도로 들어 올렸다. 그 다음, 상기 용액이 도포된 기판을 100℃에서 15min 동안 건조시켰다. 상기 침지 및 건조 과정을 4번 반복하여 원하는 두께의 TiO2 박막(d≥8㎛)을 얻었다. The borosilicate glass substrate was immersed in the transparent solution for 60 minutes (immersion) and then lifted at a rate of 1 cm / min. Then, the substrate coated with the solution was dried at 100 DEG C for 15 minutes. The immersion and drying process was repeated four times to obtain a TiO2 thin film (d? 8 占 퐉) having a desired thickness.

이어서 각각의 다른 온도 500℃(실시예 1), 700℃(실시예 2), 900℃(실시예 3), 및 1100℃(실시예 4)에서 연속적으로 어닐링 처리하였다. 각기 어닐링 온도는 5℃/min의 속도로 상승시켰다.
Subsequently, annealing was continuously performed at different temperatures of 500 ° C (Example 1), 700 ° C (Example 2), 900 ° C (Example 3), and 1100 ° C (Example 4). Each annealing temperature was raised at a rate of 5 DEG C / min.

대조군 1 : Control group 1: TiOTiO 22 박막의 제작 Fabrication of thin films

어닐링 처리를 300℃에서 수행하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1~4에서와 동일한 과정으로 TiO2 박막을 제조하였다.
A TiO 2 thin film was prepared in the same manner as in Examples 1 to 4 except that annealing was performed at 300 캜.

실시예Example 5~8 :  5 to 8: TiOTiO 22 분말의 제작 Production of powder

상기 실시예 1~4의 TiO2 박막 제작을 위해 졸-겔법을 이용하여 제조된 투명한 용액을 8000 RPM으로 20분 동안 원심 분리시켜, 물과 에탄올 등의 상층액을 분리 및 제거하여 젖은 분말을 얻었다. For the preparation of the TiO 2 thin films of Examples 1 to 4, the transparent solution prepared by the sol-gel method was centrifuged at 8000 rpm for 20 minutes, and the supernatant such as water and ethanol was separated and removed to obtain a wet powder .

상기 젖은 분말을 오븐에서 48 시간 동안 60℃의 분위기에서 건조시켰다. 건조시킨 분말을 약사발을 이용하여 곱게 분쇄시켰다. 이 분말을 1.5℃/min의 속도로 승온시켜 300℃에서 2시간 동안 열처리 했다. The wet powder was dried in an oven at 60 < 0 > C for 48 hours. The dried powder was finely pulverized using a firefly. The powder was heated at a rate of 1.5 캜 / min and heat-treated at 300 캜 for 2 hours.

이후에 상기 분말을 각각 500℃(실시예 5), 700℃(실시예 6), 900℃(실시예 7), 및 1100℃(실시예 8)의 온도에서 3 시간 동안 어닐링시켰다. 이때 승온 속도는 20℃/min이고, 어닐링된 분말은 천천히 실온까지 냉각되었다.
The powder was then annealed for 3 hours at 500 ° C (Example 5), 700 ° C (Example 6), 900 ° C (Example 7), and 1100 ° C (Example 8), respectively. At this time, the heating rate was 20 ° C / min, and the annealed powder was slowly cooled to room temperature.

대조군 2 : Control 2: TiOTiO 22 분말의 제작 Production of powder

어닐링 처리를 300℃에서 수행하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 5~8에서와 동일한 과정으로 TiO2 분말을 제조하였다.
TiO 2 powders were prepared in the same manner as in Examples 5 to 8 except that the annealing treatment was conducted at 300 ° C.

실험예Experimental Example 1 :  One : TiOTiO 22 박막 및 분말의 결정 구조 확인 Determination of crystalline structure of thin film and powder

상기 실시예 1~4, 실시예 5~8, 대조군 1~2에 따라 제조된 TiO2 박막 및 분말의 결정 구조를 엑스레이 회절법(XRD, Phillips model PW1830 diffractometer)으로 측정하고, 그 결과를 다음 도 2와 3에 각각 나타내었다. The crystal structures of the TiO 2 thin films and powders prepared according to Examples 1 to 4, Examples 5 to 8, and Controls 1 and 2 were measured by X-ray diffraction (XRD, Phillips model PW1830 diffractometer) 2 and 3, respectively.

TiO2 박막의 XRD 결과인 다음 도 2에 따르면, 박막 TiO2 의 상대적인 최고 피크의 값은 TiO2 분말의 그들 보다는 더 약하다. 이 결과는 TiO2 박막의 결정의 성장이 TiO2 분말의 결정보다 좋게 성장되지 않았다는 것을 보여주었다. 더욱이, 루타일 상의 회절 피크가 TiO2 분말 보다는 더 낮은 어닐링 온도에서 나타났다. 2, which is an XRD result of a TiO 2 thin film, the relative peak peaks of the thin TiO 2 are weaker than those of the TiO 2 powder. The results showed that the crystal growth of the TiO 2 thin film was not better than that of the TiO 2 powder. Moreover, diffraction peaks on rutile appeared at lower annealing temperatures than TiO 2 powder.

또한, TiO2 분말의 XRD 결과인 다음 도 3에 따르면, TiO2 분말의 XRD 패턴에서 저온에서 어닐링한 것은 아나타제 결정구조를 가지며, TiO2(101)의 회절 피크는 어닐링 온도를 높이면 더욱 세게 관측되었다. 이것은 명확하게 TiO2 분말의 결정성이 어닐링 온도 증가와 함께 증가되었다는 것을 나타내 보여주는 것이었다. 700℃에서 새로운 회절 피크가 나타났다. 이 피크는 TiO2 분말이 아나타제에서 루타일로의 상전이가 시작됨을 보여준 것이다.
Further, according to the following Figure 3 XRD results of the TiO 2 powder, it is annealed at a low temperature in the XRD pattern of the TiO 2 powder diffraction peaks having an anatase crystal structure, TiO 2 (101) was more strongly observed raising the annealing temperature . This clearly showed that the crystallinity of the TiO 2 powder was increased with the increase of the annealing temperature. A new diffraction peak appeared at 700 ° C. This peak shows that the TiO 2 powder begins phase transformation from anatase to rutile.

실시예Example 9~14 :  9-14: TiOTiO 22 분말의 제작 Production of powder

에탄올에 존재하는 수분 함량을 0(실시예 9), 1%(실시예 10), 2%(실시예 11), 3%(실시예 12), 4%(실시예 13)에서 5%(실시예 14)까지 변화시키는 것을 제외하고는, 상기 실시예 5~8에서와 동일한 과정으로 TiO2 분말을 제조하였다.
The water content in the ethanol was measured by the same procedure as in Example 1, except that the water content in ethanol was changed from 0% (Example 9), 1% (Example 10), 2% (Example 11), 3% Example 14), TiO 2 powder was prepared in the same manner as in Examples 5 to 8 above.

실험예Experimental Example 2 :  2 : TiOTiO 22 박막 및 분말의 표면 구조 확인 Check the surface structure of thin film and powder

상기 실시예 9~14 및 실시예 5에 따라 제조된 TiO2 분말 및 박막의 표면 형상을 결정 구조를 SEM (JOEL JSM-6330F)을 사용하여 관찰하고, 그 결과를 다음 도 4와 6에 각각 나타내었다. 또한, 상기 실시예 9~14에 따라 제조된 TiO2 분말의 입자 크기 분포는 다음 도 5에 나타내었다.The crystal structures of the TiO 2 powders and thin films prepared according to Examples 9 to 14 and Example 5 were observed using SEM (JOEL JSM-6330F), and the results are shown in FIGS. 4 and 6, respectively . The particle size distribution of TiO 2 powder prepared according to Examples 9 to 14 is shown in FIG. 5.

다음 도 4(a~f)의 실시예 9~14에 따라 제조된 TiO2 분말의 SEM 사진 및 다음 도 5의 입자 크기 분포에서와 같이, 에탄올에 수분이 5%까지 함유하더라도 형성된 TiO2의 입자 크기에 특별한 영향을 미치지 않는 것을 확인할 수 있는데, 이는 이전의 연구에서 보고된 결과들과 잘 일치한다. 상기 실시예 9~14에 따라 제조된 TiO2 분말의 평균 입자 크기는 각각 15~23, 16~21, 15~24, 16~20, 15~22 및 14~23nm를 가지는 것으로 확인되었다.
SEM photographs of the TiO 2 powders prepared according to Examples 9 to 14 of FIGS. 4 (a) to 4 (f) and the particle size distributions of the TiO 2 particles formed in ethanol even with moisture content of 5% It can be confirmed that there is no particular effect on size, which is in good agreement with the results reported in previous studies. The average particle sizes of the TiO 2 powders prepared according to Examples 9 to 14 were found to be 15 to 23, 16 to 21, 15 to 24, 16 to 20, 15 to 22 and 14 to 23 nm, respectively.

또한, 실시예 5에 따라 제조된 TiO2 박막의 SEM 사진인 다음 도 6을 참조하면, 작은 크기의 TiO2 결정들이 기판 위에 질서정연하게 잘 성장하였음을 확인할 수 있다.
Also, referring to FIG. 6, which is an SEM image of the TiO 2 thin film prepared according to Example 5, it can be confirmed that small-sized TiO 2 crystals grow well and uniformly on the substrate.

실험예Experimental Example 3 :  3: 어닐링Annealing 온도에 따른  Temperature dependent TiOTiO 22 입자들의 반사특성 측정  Measure the reflection properties of particles

상기 실시예 5~6, 8, 및 대조군 2에 따라 제조된 TiO2 분말의 다양한 어닐링 온도에 따른 반사특성을 UV-visible spectroscopy 로 측정하고, 그 결과를 다음 도 7에 나타내었다.The reflection characteristics of the TiO 2 powders prepared according to Examples 5 to 6, 8 and Comparative Example 2 according to various annealing temperatures were measured by UV-visible spectroscopy. The results are shown in FIG.

다음 도 7에서와 같이, 어닐링 온도가 증가함에 따라 반사 특성은 적색 쪽으로의 이동 경향(red-shift)을 보였다. 또한, TiO2 분말에 대한 밴드 갭을 산출하였는데, TiO2 분말의 밴드 갭은 어닐링 온도가 증가함에 따라 감소되었다. TiO2 입자의 경우에는 더 낮은 어닐링 온도에서 3.2 eV의 밴드 갭을 갖는 아나타제 상이 보다 지배적인 것으로 판명되었다. 그러나, 어닐링 온도 증가와 함께 TiO2는 3.0 eV의 밴드 갭을 갖는 루타일 상으로 전환되었다.
As shown in FIG. 7, as the annealing temperature increases, the reflection characteristic shows a red-shift toward red. Also, the bandgap for TiO 2 powder was calculated. The band gap of TiO 2 powder decreased with increasing annealing temperature. In the case of TiO 2 particles, the anatase phase with a band gap of 3.2 eV at the lower annealing temperature proved to be more dominant. However, with increasing annealing temperature TiO 2 was converted to a rutile phase with a bandgap of 3.0 eV.

실시예Example 15 :  15: 광촉매Photocatalyst 장치의 제조 Manufacturing of devices

순수한 SiO2로 이루어진 석영 유리(silica glass)를 다음 도 1과 같이 원판 형태로 가공하였다. 상기 실시예 5에서 제조된 이산화티탄 분말을 Na2SiO3 에 분산시켜 분산 용액을 제조하고, 상기 석영 유리 원판의 표면에 도포시켜 두께 10㎛의 광촉매층을 형성시켰다. Silica glass made of pure SiO 2 was processed into a disc shape as shown in FIG. 1. The titanium dioxide powder prepared in Example 5 was dispersed in Na2SiO3 to prepare a dispersion solution. The dispersion solution was coated on the surface of the quartz glass disk to form a photocatalyst layer having a thickness of 10 mu m.

그 다음, 상기 이산화티탄 광촉매층을 포함하는 석영유리 기판을 다단으로 묶어 다층 구조로 형성시킨 다음, 자외선 램프(184nm의 자외선을 방출하는 10W급 한성 제품)와 연결시켜 광촉매 장치를 제조하였다.
Then, the quartz glass substrate including the titanium dioxide photocatalyst layer was bundled into a multi-layer structure to form a multilayer structure, and then connected to an ultraviolet lamp (a 10 W-class harsh product emitting ultraviolet rays of 184 nm) to produce a photocatalyst device.

비교예Comparative Example 1 One

시판중인 자외선 램프(184nm의 자외선을 방출하는 10W급 한성 제품)를 이용하여 본 발명의 실시예 15에 따른 광촉매 장치와 그 특성을 비교하였다.
A photocatalytic device according to Example 15 of the present invention was compared with a commercially available ultraviolet lamp (a 10 W type harsh product emitting ultraviolet rays of 184 nm).

실험예Experimental Example 4 :  4 : 광촉매Photocatalyst 장치의 특성평가 Characterization of the device

다음 도 8과 같이 햇빛이 차단된 밀폐된 공간에서 Ti02가 코팅된 광촉매층을 포함하는 광촉매 장치(실시예 15)와 광촉매층을 포함하지 않는 자외선 램프(비교예 1)에 의한 암모니아(25%농도) 가스의 분해 특성을 시간대별로 조사하였다. Next, as shown in FIG. 8, ammonia (25%) by a photocatalyst apparatus (Example 15) including a photocatalyst layer coated with TiO 2 and an ultraviolet lamp (Comparative Example 1) Concentration) gas was investigated by time.

밀폐된 공간에 암모니아(25% 농도) 한방울을 비이커에 떨어뜨린 후 확산에 의해 밀폐된 공간에 암모니아 가스가 퍼져 일정한 포화농도에 도달했을 때, 암모니아 가스농도측정기로 암모니아 농도를 측정하고 자외선램프를 점등시켰다. 자외선램프는 184nm와 254nm를 주로 방사하는 UV-C 램프를 사용하였다. 특히 184nm의 자외선 방출량이 많은 자외선 램프를 반만 가리고 적용하였으며, 암모니아 가스의 분해 특성은 자외선램프를 점등시킨 후 3분 간격으로 60분 동안 측정하였다. 암모니아농도는 ToxiRAE 사의 휴대용측정기로 측정하였다. After dropping a drop of ammonia (25% concentration) into a closed space, the ammonia gas is spread in the closed space by diffusion and reaches a constant saturation concentration. The ammonia concentration is measured by an ammonia gas concentration meter and the ultraviolet lamp is turned on . The ultraviolet lamp used was a UV-C lamp which emits mainly 184 nm and 254 nm. Particularly, UV lamps with a large amount of ultraviolet radiation of 184 nm were applied in a half-shielded manner, and decomposition characteristics of ammonia gas were measured for 60 minutes at intervals of 3 minutes after the ultraviolet lamp was turned on. Ammonia concentration was measured with a ToxiRAE portable meter.

다음 도 9는 184nm의 자외선을 방출하는 UV-C 램프(10W급, 한성제품)에 대한 암모니아 가스 분해 특성을 나타낸 것으로, 184nm의 자외선을 방출하는 자외선램프는 이 파장의 자외선으로 인해 오존을 발생하는 특성을 갖는다. Ti02가 코팅된 광촉매층을 포함하는 광촉매 장치(실시예 15)의 경우는 초기 6분간은 일정한 값을 유지하다가 이후부터 3분마다 1ppm 정도씩 감소되는 특성을 보였다. Next, FIG. 9 shows ammonia gas decomposition characteristics of a UV-C lamp (10W class, Hansung product) emitting 184 nm ultraviolet rays. An ultraviolet lamp emitting 184 nm ultraviolet rays generates ozone due to ultraviolet rays of this wavelength . In the case of the photocatalyst apparatus including the photocatalyst layer coated with TiO 2 (Example 15), the initial value was maintained for 6 minutes and then decreased by about 1 ppm every 3 minutes thereafter.

광촉매층을 포함하지 않는 자외선 램프(비교예 1)에 의한 암모니아 가스 분해 특성을 측정한 결과에서는 시간경과에 무관하게 일정 기간 동안에는 초기 치와 비슷한 농도치가 유지하다가 나중에는 발생되는 오존 값이 일정 수준 이상에 도달할 때부터 이 오존에 의한 가스 분해 결과로 인해 암모나아 가스 농도치가 떨어지는 것을 확인했다. 이는 UV-B 램프와는 다르게 UV-C 램프는 184nm의 자외선 파장이 매우 강하게 방출되므로 상대적으로 UV-B 램프에 비해 많은 양의 오존을 발생시킴에 따른 결과로 보여진다.As a result of measurement of ammonia gas decomposition characteristics by an ultraviolet lamp not containing a photocatalyst layer (Comparative Example 1), the concentration value similar to the initial value was maintained for a predetermined period regardless of the passage of time, It was confirmed that the concentration of ammonia gas was lowered due to the result of gas decomposition by the ozone. Unlike UV-B lamps, UV-C lamps emit very strong UV radiation at 184 nm, which is a result of the relatively high amount of ozone generated by UV-B lamps.

비교예Comparative Example 2 2

알루미늄 원판에 TiO2를 코팅하여 조립한 광촉매 장치(오아시스사 제품)를 자외선 램프 외관에 설치한 것을 사용하였다.
A photocatalyst device (manufactured by Oasis Inc.) in which an aluminum original plate was coated with TiO 2 coated thereon was installed on the outer surface of an ultraviolet lamp.

비교예Comparative Example 3 3

시판되고 있는 제품으로 자외선 램프의 제조시 사용하는 유리관에 TiO2 분말을 직접 혼합하여 제작된 광촉매 장치(바이오존 제품)를 사용하였다.
A glass tube for use in the manufacture of the ultraviolet lamp as a product commercially available TiO 2 And a photocatalyst device (Biozon) manufactured by directly mixing powders was used.

실험예Experimental Example 5 :  5: 광촉매Photocatalyst 장치의 분해 특성 평가 Evaluation of decomposition characteristics of devices

상기 실시예 15, 비교예 2, 및 비교예 3에 따라 제조된 3가지 제품에 대해 암모니아 가스를 이용하여 그 분해 성능을 측정하였으며, 그 결과를 다음 도 10에 나타내었다. The decomposition performance of the three products prepared in Example 15, Comparative Example 2, and Comparative Example 3 was measured using ammonia gas. The results are shown in FIG. 10.

다음 도 10을 참조하면, 비교예 2는 초반에 급속히 암모니아 가스가 분해되다가 6분 후에는 포화 상태를 이루며 더 이상의 분해가 이루어지지 않고 있음을 알 수 있는데, 이는 광촉매 장치에 의한 암모니아의 분해가 잘 이루어지지 못하기 때문이다.Referring to FIG. 10, in Comparative Example 2, ammonia gas was rapidly decomposed in the early stage, and after 6 minutes, it was saturated and no further decomposition was observed. This means that the decomposition of ammonia by the photocatalyst It can not be done.

또한, 비교예 3의 경우 비교예 2에 비해 비교적 양호하게 지속적으로 분해가 이루어짐을 알 수 있으며, 이를 통해 광촉매 장치가 효과적으로 작용하는 것으로 판단할 수 있다.Further, it can be seen that the decomposition is continuously performed comparatively well in Comparative Example 3 as compared with Comparative Example 2, and it can be judged that the photocatalytic device operates effectively.

또한, 본 발명의 실시예 15에 따른 광촉매장치는 상기 비교예 3에 비해 더 양호하게 암모니아를 분해시키며, 지속적인 분해 작용이 일어나는 것을 확인할 수 있다. 즉, 본 발명에 따라 제조된 이산화티탄을 광촉매층으로 포함하고, 이를 적층 구조로 도입한 광촉매 장치는 종래 시판되고 있는 광촉매 장치에 비해 동등하거나, 또는 더 우수한 광촉매 효과를 발현하는 것을 알 수 있다. Further, it can be confirmed that the photocatalytic device according to Example 15 of the present invention decomposes ammonia more favorably than that of Comparative Example 3 and continuously decomposes. That is, it can be seen that the photocatalyst device comprising the titanium dioxide produced according to the present invention as a photocatalyst layer and introducing it into a laminate structure exhibits a photocatalytic effect equal to or better than that of a conventional photocatalyst.

실험예Experimental Example 6 :  6: 광촉매Photocatalyst 장치의 특성평가 Characterization of the device

암모니아 가스 분해를 위한 실험장치 내의 공기흐름을 일으킬 경우와 공기흐름이 멈춘 경우의 광촉매 장치의 특성을 평가하였으며, 그 결과를 다음 도 11에 나타내었다.The characteristics of the photocatalytic device in the case of causing the air flow in the experimental apparatus for ammonia gas decomposition and in the case of stopping the air flow were evaluated, and the results are shown in Fig.

공기 흐름을 일으키는 경우에 있어서 상기 실시예 15의 광촉매 장치, 본 발명의 실시예 15의 광촉매 장치를 이용하되 공기 흐름을 멈춘 조건을 대조군 3으로 이용하였으며, 상기 비교예 3의 바이오존 제품과 그 특성을 비교하였다.
The photocatalyst of Example 15 and the photocatalyst of Example 15 of the present invention were used in the case of causing air flow, but the condition of stopping the air flow was used as the control group 3, and the biodevice product of Comparative Example 3 and its characteristics Respectively.

다음 도 11에서와 같이, 공기 흐름을 일으키는 팬을 동작시키지 않았을 경우(대조군 3)에는 암모니아 농도 측정 장치의 센서 부분에 위치한 암모니아들이 광촉매 장치와 자외선의 작용으로 잘 분해되는 것으로 나타났다.As shown in FIG. 11, when the air-generating fan was not operated (control group 3), the ammonia located in the sensor portion of the ammonia concentration measuring device was decomposed well by the action of the photocatalytic device and ultraviolet rays.

팬을 돌려 공기흐름을 일으키면 분해되지 않고 잔류된 암모니아 가스들이 다시 센서의 근방으로 이동하여 암모니아 가스 농도 감소가 더디게 나타나는 것으로 관찰되었다.(실시예 15)It is observed that when the fan is turned and air flow is caused, the remaining ammonia gas does not decompose and moves again to the vicinity of the sensor, resulting in a slow decrease in ammonia gas concentration. (Example 15)

이 경우에도 비교예 3의 바이오존 제품보다는 더 빨리 암모니아 가스를 분해하는 것을 알 수 있다. In this case as well, it can be seen that the ammonia gas is decomposed earlier than the biozon product of Comparative Example 3. [

이러한 결과로부터, 본 발명에 따라 제조된 광촉매 장치의 경우 공기의 흐름이 있는 경우와 공기의 흐름이 멈춘 경우 모두에서 종래 광촉매 장치와 유사하거나 더 우수한 광촉매 효과를 나타내는 것을 알 수 있다.From these results, it can be seen that the photocatalytic device manufactured according to the present invention exhibits a photocatalytic effect similar or superior to that of the conventional photocatalytic device, both in the case of air flow and in the case of stop of air flow.

102...자외선 램프 104...석영유리기판102 ... ultraviolet lamp 104 ... quartz glass substrate

Claims (10)

이산화티탄 전구체 용액과 용매를 가수분해시켜 침전물을 얻는 단계;
상기 침전물을 포함하는 용액에 산 성분을 첨가하여 숙성시키는 단계;
숙성 용액을 원심분리시켜 젖은 이산화티탄 분말을 얻는 단계;
상기 젖은 이산화티탄 분말을 건조 및 분쇄시켜서 평균 입자 크기가 15~25nm인 건조된 이산화티탄 분말을 얻고, 일정한 속도로 승온시켜 1차 열처리하는 과정; 및
상기 1차 열처리하는 과정을 통하여 열처리된 이산화티탄 분말을 400~1100℃의 온도에서 30분~4시간 동안 어닐링시키는 과정;
을 포함하는 이산화티탄 분말 제조 방법.
Hydrolyzing the titanium dioxide precursor solution and the solvent to obtain a precipitate;
Adding an acid component to a solution containing the precipitate and aging the solution;
Centrifuging the aging solution to obtain wet titanium dioxide powder;
Drying and pulverizing the wet titanium dioxide powder to obtain a dried titanium dioxide powder having an average particle size of 15 to 25 nm and heating the mixture at a constant rate to perform a primary heat treatment; And
Annealing the heat-treated titanium dioxide powder at a temperature of 400 to 1100 占 폚 for 30 minutes to 4 hours through the first heat treatment;
≪ / RTI >
제1항에 있어서,
상기 이산화티탄 전구체는 티타늄아이소프로폭사이드(Ti(OCH(CH3)2)r, TTIP), 테트라에톡시티탄(TEOT), 테트라이소프로폭시티탄(TIPT), 테트라부톡시티탄(TBOT) 중에서 선택된 하나임을 특징으로 하는 이산화티탄 분말 제조 방법.
The method according to claim 1,
The titanium dioxide precursor is selected from titanium isopropoxide (Ti (OCH (CH 3) 2) r, TTIP), tetraethoxy titanium (TEOT), tetraisopropoxy titanium (TIPT), tetrabutoxy titanium Wherein the titanium dioxide powder is one selected from the group consisting of titanium dioxide and titanium dioxide.
제1항에 있어서 상기 이산화티탄 전구체는 사염화티탄(titanyl chloride, TiCl4), 황산티탄(titanyl sulfate, Ti(SO4)2), 옥시황산티탄(titanyl oxysulfate, TiO(SO4)) 중에서 선택된 하나임을 특징으로 하는 이산화티탄 분말 제조 방법.
The titanium dioxide precursor according to claim 1, wherein the titanium dioxide precursor is one selected from the group consisting of titanyl chloride (TiCl4), titanium sulfate (Ti (SO4) 2), titanyl oxysulfate (TiO By weight based on the weight of the titanium dioxide powder.
제1항에 있어서
상기 가수분해는 상기 이산화티탄 전구체와 용매를 균일하게 혼합한 후 반응시키는 것이며,
여기서, 상기 용매는 물, 알코올, 헥실렌글리콜, 아세틸아세톤 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 이산화티탄 분말 제조 방법.
The method of claim 1, wherein
The hydrolysis is carried out by uniformly mixing the titanium dioxide precursor and the solvent,
Wherein the solvent is at least one selected from the group consisting of water, alcohol, hexylene glycol, acetylacetone, and mixtures thereof.
제1항에 있어서, 상기 산 성분은 아세트산, 염산, 질산, 황산, 이스코빅산(ascorbic acid, AA) 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 이산화티탄 분말 제조 방법.
The method according to claim 1, wherein the acid component is at least one selected from the group consisting of acetic acid, hydrochloric acid, nitric acid, sulfuric acid, ascorbic acid (AA), and mixtures thereof.
이산화티탄 광촉매층을 포함하는 석영유리 기판과 자외선 램프를 포함하는 다층 구조로 되는 광촉매 장치 제조방법에 있어서,
이산화티탄 전구체 용액과 용매를 가수분해시켜 침전물을 얻는 단계;
상기 침전물을 포함하는 용액에 산 성분을 첨가하여 숙성시키는 단계;
숙성 용액을 원심분리시켜 젖은 이산화티탄 분말을 얻는 단계;
상기 젖은 이산화티탄 분말을 건조 및 분쇄시켜서 평균 입자 크기가 15~25nm인 건조된 이산화티탄 분말을 얻고, 일정한 속도로 승온시켜 1차 열처리하는 과정;
상기 1차 열처리하는 과정을 통하여 열처리된 이산화티탄 분말을 400~1100℃의 온도에서 30분~4시간 동안 어닐링시키는 과정;
상기 석영 유리 기판의 표면에 어닐링된 이산화티탄 분말을 Na2SiO3에 분산시킨 분산 용액을 도포시켜 이산화티탄 광촉매층을 형성하는 과정; 및
이산화티탄 광촉매층이 형성된 석영유리기판을 다단으로 묶어 다층구조를 형성시킨 다음, 자외선 램프와 연결시켜 광촉매 장치를 제조하는 과정;
을 포함하는 광촉매 장치 제조 방법.
A method of manufacturing a photocatalytic device having a multilayer structure including a quartz glass substrate including a titanium dioxide photocatalyst layer and an ultraviolet lamp,
Hydrolyzing the titanium dioxide precursor solution and the solvent to obtain a precipitate;
Adding an acid component to a solution containing the precipitate and aging the solution;
Centrifuging the aging solution to obtain wet titanium dioxide powder;
Drying and pulverizing the wet titanium dioxide powder to obtain a dried titanium dioxide powder having an average particle size of 15 to 25 nm and heating the mixture at a constant rate to perform a primary heat treatment;
Annealing the heat-treated titanium dioxide powder at a temperature of 400 to 1100 占 폚 for 30 minutes to 4 hours through the first heat treatment;
Forming a titanium dioxide photocatalyst layer by applying a dispersion solution in which a titanium dioxide powder annealed on the surface of the quartz glass substrate is dispersed in Na2SiO3; And
A step of forming a multi-layered structure of a quartz glass substrate on which a titanium dioxide photocatalyst layer is formed to form a multi-layer structure, and then connecting the quartz glass substrate to an ultraviolet lamp to manufacture a photocatalyst device;
Wherein the photocatalyst production method comprises the steps of:
제6항에 있어서,
상기 이산화티탄 전구체는 티타늄아이소프로폭사이드(Ti(OCH(CH3)2)r, TTIP), 테트라에톡시티탄(TEOT), 테트라이소프로폭시티탄(TIPT), 테트라부톡시티탄(TBOT) 중에서 선택된 하나임을 특징으로 하는 광촉매 장치 제조방법.
The method according to claim 6,
The titanium dioxide precursor is selected from titanium isopropoxide (Ti (OCH (CH 3) 2) r, TTIP), tetraethoxy titanium (TEOT), tetraisopropoxy titanium (TIPT), tetrabutoxy titanium Wherein the photocatalyst material is one of the photocatalyst material and the photocatalyst material.
제6항에 있어서 상기 이산화티탄 전구체는 사염화티탄(titanyl chloride, TiCl4), 황산티탄(titanyl sulfate, Ti(SO4)2), 옥시황산티탄(titanyl oxysulfate, TiO(SO4)) 중에서 선택된 하나임을 특징으로 하는 광촉매 장치 제조 방법.
The method of claim 6, wherein the titanium dioxide precursor is one selected from the group consisting of titanyl chloride (TiCl4), titanium sulfate (Ti (SO4) 2), titanyl oxysulfate (TiO Gt;
제6항에 있어서
상기 가수분해는 상기 이산화티탄 전구체와 용매를 균일하게 혼합한 후 반응시키는 것이며,
여기서, 상기 용매는 물, 알코올, 헥실렌글리콜, 아세틸아세톤 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 광촉매 장치 제조 방법.
The method of claim 6, wherein
The hydrolysis is carried out by uniformly mixing the titanium dioxide precursor and the solvent,
Wherein the solvent is at least one selected from the group consisting of water, alcohol, hexylene glycol, acetylacetone, and mixtures thereof.
제6항에 있어서, 상기 산 성분은 아세트산, 염산, 질산, 황산, 이스코빅산(ascorbic acid, AA) 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 광촉매 장치 제조 방법.
7. The method of claim 6, wherein the acid component is at least one selected from the group consisting of acetic acid, hydrochloric acid, nitric acid, sulfuric acid, ascorbic acid (AA), and mixtures thereof.
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