KR101596401B1 - 수처리용 광촉매 담지 무기 중공비드 및 이의 제조방법 - Google Patents

수처리용 광촉매 담지 무기 중공비드 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 수처리용 광촉매 담지 무기 중공비드는 마이크로미터 크기로 제조되어 비표면적이 넓어 처리효율이 높고, 비중이 0.7 내지 1.1로 유동상으로 제조되어 수처리 후 회수가 용이한바, 정수, 오ㆍ폐수처리 및 재이용시설, 수처리 시설 중 추가로 유기물질의 제거가 필요한 공정 등에 널리 적용될 수 있다.
본 발명에 따른 수처리용 광촉매 담지 무기 중공비드의 제조방법은 유기지지체 및 접착제를 이용하지 않고 중공형태의 무기 지지체를 졸겔(Sol-Gel) 법을 이용하여 광촉매를 코팅함으로써 산화 반응시 광촉매가 탈리되거나 지지체 및 접착제가 분해되는 문제점을 해결할 수 있고, 제조공정이 간단할 뿐만 아니라 높은 광촉매 활성으로 인하여 수처리 분야에서 폭넓게 응용될 수 있다.

Description

수처리용 광촉매 담지 무기 중공비드 및 이의 제조방법{Inorganic hollow beads coated photocatalyst for a water treatment and method for manufacturing the same}
본 발명은 수처리용 광촉매 담지 무기 중공비드 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 무기물질로 구성된 마이크로미터 크기의 중공비드 지지체의 표면에 결정형의 이산화티타늄을 고정시켜 제조한 것으로 넓은 비표면적으로 인해 자외선(UV)과의 산화 반응이 활발하여 수질 오염원 중 하나인 유기물질을 분해하는 능력이 뛰어나고, 마이크로미터의 크기로 인해 유기물질 분해 후 회수가 용이한 수처리용 광촉매 담지 무기 중공비드 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
광촉매 물질로 일반적으로 사용되는 이산화티타늄은 타 소재에 비해 저렴하고 광촉매로서의 내구성과 내마모성이 우수하며, 인체에 무해하여 안정성이 뛰어난 장점이 있다.
광촉매란 빛을 흡수하여 광반응 속도를 증가시키는 촉매를 의미한다. 상세하게는 빛을 흡수하여 전자를 여기 시켜 형성된 전자와 정공이 광촉매의 표면에 도달하면, 전자와 정공은 산소 또는 물과 반응하여 다양한 라디컬(radical)을 발생시키고, 이 라디컬의 산화 효과로 입자의 표면상에 흡수된 물질은 산화되고 분해된다.즉, 광촉매는 빛 에너지를 흡수하여 산화·환원 반응을 일으켜 오염물을 분해하는 역할을 한다. 따라서 수질 오염원 중 하나인 유기물질을 분해하는 수처리 분야에서 광촉매에 대한 많은 연구가 진행되고 있다.
과거에는 수처리 분야에서 이산화티타늄 광촉매 분말을 이용하는 방법이 많이 연구되었고, 그 중 나노미터(㎚) 크기의 광촉매 분말을 이용하는 방법은 효율은 뛰어나지만 수처리 후 광촉매 분말을 회수가 어려워 수처리 공정 후 회수공정을 추가로 구성해야 한다는 문제점이 있다.
따라서, 최근에는 광촉매를 지지체에 고정하는 고정화 방법들이 개발되고 있는데 일반적으로 유리섬유 또는 석영관 등에 광촉매가 코팅되어 있는 고정화 타입을 사용하거나, 나노미터(㎜) 크기의 지지체에 광촉매를 코팅시킨 유동형 타입이 사용되고 있다.
고정형 광촉매 담체의 경우 설치 및 운전이 쉬우나 비표면적이 작아 처리효율이 떨어진다는 문제점이 있고, 유기지지체 및 접착제를 사용하여 광촉매를 부착함으로 인하여 산화 반응시 광촉매가 탈리되거나 지지체 및 접착제가 분해되는 문제점이 있다.
최근에는 처리효율 증대를 위하여 밀리미터(㎜) 크기의 유동형 광촉매 담체가 개발되었으나, 여전히 비표면적이 작아 충분한 처리효과를 기대하기 어렵다.
따라서, 유기지지체 및 접착제를 이용하지 않으면서 처리효율이 높고 수처리 후 회수가 용이한 유동상 광촉매의 개발이 요구된다. 이에 본 발명의 마이크로미터(㎛) 크기의 수처리용 광촉매 담지 무기 중공비드 상기와 같은 문제점을 해결할 수 있을 것이라고 기대된다.
한국등록특허 10-1284706
본 발명의 목적은 접착제를 사용하지 않고 졸겔(Sol-Gel) 법을 이용하여 무기물질로 구성된 마이크로미터 크기의 중공 비드 지지체의 표면에 이산화티타늄을 고정함으로써 처리효율이 높고 수처리 후 회수가 용이한 수처리용 광촉매 담지 무기 중공비드를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 상기의 수처리용 광촉매 담지 무기 중공비드의 제조방법을 제공함에 있다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위하여,
중공 형태의 무기입자;
상기 무기입자 표면에 코팅된 이산화티타늄을 포함하는 수처리용 광촉매 담지 무기 중공비드를 제공한다.
상기 무기입자는 실리카(Silica), 알루미나(Alumina), 티타니아(Titania) 또는 이들의 혼합물일 수 있다.
상기 수처리용 광촉매 담지 무기 중공비드의 크기는 50 내지 1000 ㎛ 일 수 있다.
상기 수처리용 광촉매 담지 무기 중공비드의 비중은 0.7 내지 1.1일 수 있다.
본 발명은 상기의 다른 과제를 해결하기 위하여,
(a) 무기 중공비드 지지체, 티타니아 전구체 및 용매의 혼합물을 교반시키는 단계;
(b) 상기 교반되고 있는 혼합물의 상층부에 물을 첨가 후 재교반하여 가수분해축합 하는 단계;
(c) 상기 가수분해축합 후 처리수와 분리하는 단계; 및
(d) 상기 처리수와 분리 후, 소결처리 하여 광촉매를 결정화시키는 단계;를 포함하는 수처리용 광촉매 담지 무기 중공비드의 제조방법을 제공한다.
상기 무기 중공비드 지지체는 실리카(Silica), 알루미나(Alumina), 티타니아(Titania) 또는 이들의 혼합물일 수 있다.
상기 용매는 에탄올(Ethanol), 메탄올(Methanol), 부탄올(Butanol), 이소프로필 알코올(IPA) 중 어느 하나일 수 있다.
상기 첨가하는 물은 용매 100 중량부 기준으로 4 내지 40 중량부일 수 있다.
상기 티타니아 전구체는 용매 100 중량부 기준으로 5 내지 50 중량부일 수 있다.
상기 (b) 단계에서 재교반 시간은 10 내지 60 분일 수 있다.
상기 광촉매는 아나타제(anatase) 결정 구조를 가지는 이산화티타늄(TiO2)일 수 있다.
상기 소결처리 온도는 450 내지 800 ℃, 소결처리 시간은 1 내지 4시간일 수 있다.
본 발명에 따른 수처리용 광촉매 담지 무기 중공비드는 마이크로미터 크기로 제조되어 비표면적이 넓어 처리효율이 높고, 수처리 후 회수가 용이하여 정수, 오ㆍ폐수처리 및 재이용시설, 수처리 시설 중 추가로 유기물질의 제거가 필요한 공정 등에 널리 적용될 수 있다.
본 발명에 따른 수처리용 광촉매 담지 무기 중공비드의 제조방법은 유기지지체 및 접착제를 이용하지 않고 중공형태의 무기 지지체를 졸겔(Sol-Gel) 법을 이용하여 광촉매를 코팅함으로써 산화 반응시 광촉매가 탈리되거나 지지체 및 접착제가 분해되는 문제점을 해결할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수처리용 광촉매 담지 무기 중공비드의 모식도를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수처리용 광촉매 담지 무기 중공비드를 SEM을 이용하여 촬영한 사진이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수처리용 광촉매 담지 무기 중공비드의 제조과정을 순서대로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 수처리용 광촉매 담지 무기 중공비드의 제조과정을 그림으로 나타낸 도면이다.
도 5a는 용매의 종류를 달리하여 제조한 수처리용 광촉매 담지 무기 중공비드를 X선회절 분석기(X-ray Diffraction, XRD)를 이용하여 측정한 그래프이다.
도 5b는 용매의 종류를 달리하여 제조한 수처리용 광촉매 담지 무기 중공비드의 아나타제/대조군 피크비율(Anatase/ref peak ratio)을 나타낸 그래프이다.
도 6a는 광촉매의 전구체로 사용된 티타늄 부톡사이드(Titanium butoxide)의 첨가량을 달리하여 제조한 수처리용 광촉매 담지 무기 중공비드를 X선회절 분석기(X-ray Diffraction, XRD)를 이용하여 측정한 그래프이다.
도 6b는 광촉매의 전구체로 사용된 티타늄 부톡사이드(Titanium butoxide)의 첨가량을 달리하여 제조한 수처리용 광촉매 담지 무기 중공비드의 아나타제/대조군 피크비율(Anatase/ref peak ratio)을 나타낸 그래프이다.
도 7a는 물의 첨가량을 달리하여 제조한 수처리용 광촉매 담지 무기 중공비드를 X선회절 분석기(X-ray Diffraction, XRD)를 이용하여 측정한 그래프이다.
도 7b는 물의 첨가량을 달리하여 제조한 수처리용 광촉매 담지 무기 중공비드의 아나타제/대조군 피크비율(Anatase/ref peak ratio)을 나타낸 그래프이다.
도 8a는 재교반 시간을 달리하여 제조한 수처리용 광촉매 담지 무기 중공비드를 X선회절 분석기(X-ray Diffraction, XRD)를 이용하여 측정한 그래프이다.
도 8b는 재교반 시간을 달리하여 제조한 수처리용 광촉매 담지 무기 중공비드의 아나타제/대조군 피크비율(Anatase/ref peak ratio)을 나타낸 그래프이다.
도 9a는 소결처리 온도를 달리하여 제조한 수처리용 광촉매 담지 무기 중공비드를 X선회절 분석기(X-ray Diffraction, XRD)를 이용하여 측정한 그래프이다.
도 9b는 소결처리 온도를 달리하여 제조한 수처리용 광촉매 담지 무기 중공비드의 아나타제/대조군 피크비율(Anatase/ref peak ratio)을 나타낸 그래프이다.
도 10a는 소결처리 시간을 달리하여 제조한 수처리용 광촉매 담지 무기 중공비드를 X선회절 분석기(X-ray Diffraction, XRD)를 이용하여 측정한 그래프이다.
도 10b는 소결처리 시간을 달리하여 제조한 수처리용 광촉매 담지 무기 중공비드의 아나타제/대조군 피크비율(Anatase/ref peak ratio)을 나타낸 그래프이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 수처리용 광촉매 담지 무기 중공비드의 유기물질의 제거효율 시험 결과를 나타낸 그래프이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명은
중공 형태의 마이크로 사이즈 무기입자;
상기 무기입자 표면에 코팅된 이산화티타늄을 포함하는 수처리용 광촉매 담지 무기 중공비드를 제공한다.
상기 무기입자는 실리카(Silica), 알루미나(Alumina), 티타니아(Titania) 또는 이들의 혼합물인 것이 바람직하다.
상기 수처리용 광촉매 담지 무기 중공비드의 크기는 마이크로 크기인 것이 바람직하고, 50 내지 1000 ㎛ 인 것이 더욱 바람직하다.
상기 수처리용 광촉매 담지 무기 중공비드의 비중은 0.7 내지 1.1인 것이 바람직하다.
본 발명은 Sol-Gel 법을 이용하여 무기물질로 구성된 마이크로미터 크기의 중공 비드 지지체의 표면에 광촉매를 고정함으로써 처리효율이 높고 수처리 후 회수가 용이한 유동상 광촉매 담체의 제조방법을 제공한다.
본 발명은 (a) 무기 중공비드 지지체, 티타니아 전구체 및 용매의 혼합물을 교반시키는 단계;
(b) 상기 교반되고 있는 혼합물의 상층부에 물을 첨가 후 재교반하여 가수분해축합 하는 단계;
(c) 상기 가수분해축합 후 처리수와 분리하는 단계; 및
(d) 상기 처리수와 분리 후, 소결처리 하여 광촉매를 결정화시키는 단계;를 포함하는 수처리용 광촉매 담지 무기 중공비드의 제조방법을 제공한다.
상기 무기 중공비드 지지체는 실리카(Silica), 알루미나(Alumina), 티타니아(Titania) 또는 이들의 혼합물인 것이 바람직하다.
상기 용매는 알코올류 화합물이라면 모두 가능하나 에탄올(Ethanol), 메탄올(Methanol), 부탄올(Butanol), 이소프로필 알코올(IPA) 중 어느 하나인 것이 더욱 바람직하다.
상기 첨가하는 물은 용매 100 중량부 기준으로 4 내지 40 중량부인 것이 바람직하고, 8 내지 16 중량부인 것이 더욱 바람직하다.
상기 티타니아 전구체는 용매 100 중량부 기준으로 5 내지 50 중량부인 것이 바람직하고, 24 내지 36 중량부인 것이 더욱 바람직하다.
상기 (b) 단계에서 재교반 시간은 10 내지 60 분인 것이 바람직하고, 25 내지 35 분인 것이 더욱 바람직하다.
상기 광촉매는 아나타제(anatase) 결정 구조를 가지는 이산화티타늄(TiO2)인 것이 바람직하다.
상기 소결처리 온도는 450 내지 800 ℃ 인 것이 바람직하고, 800 ℃ 인 것이 더욱 바람직하다.
상기 소결처리 시간은 1 내지 4시간 인 것이 바람직하고, 1시간 인 것이 더욱 바람직하다.
상기 무기 중공비드 지지체는 세노스피어(Cenosphere) 인 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
실시예1 : 수처리용 광촉매 담지 무기 중공비드의 제조
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수처리용 광촉매 담지 무기 중공비드의 모식도를 나타낸 도면이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수처리용 광촉매 담지 무기 중공비드의 제조과정을 순서대로 나타낸 도면이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 수처리용 광촉매 담지 무기 중공비드의 제조과정을 그림으로 나타낸 도면이다.
도 3과 도 4에 나타낸 과정과 같이, 먼저 용매로 사용될 메탄올(Methanol, 대정화금, 99%) 25 ㎖ 에 도 1에 나타난 바와 같이 내부가 비어있는 마이크로 중공 비드(20 g)지지체와 TiO2 고정화를 위한 시작물질인 티타늄 부톡사이드(Titanium butoxide, 시그마알드리치, 97% ACS Grade) 7.5 ㎖ 를 혼합한 후 약 1분간 교반시켜 준다. 티타늄 부톡사이드(Titanium butoxide)의 가수분해(Hydrolysis) 반응을 가속화하기 위하여 물(3차 증류수) 2.4 ㎖를 분무기를 이용하여 교반되고 있는 상층부에 고루 분무하여 첨가한 다음 30분간 균일하게 교반한다. 결과로서, 메탄올 내에 TiO2가 코팅된 무기 중공비드 담지 광촉매를 얻는다.
상기 과정을 통해 얻은 수처리용 광촉매 담지 무기 중공비드를 마이크로 크기의 격자를 가진 스테인레스 스틸 메쉬를 이용하여 처리수와 담체를 분리하여 준다. 분리된 담체는 넓게 펼쳐 2시간 동안 자연 건조시켜 주면서 숙성시켜준다. 숙성과정에서 표면의 TiO2가 무결정형으로 변화되면서 표면에 더욱 밀착하게 되고, 잔류하고 있는 메탄올은 자연 휘발되어 무결정형 TiO2가 코팅된 광촉매 담지 무기 중공비드를 얻는다.
상기 과정을 통해 얻은 무결정형 TiO2가 코팅된 광촉매 담지 무기 중공비드 를 고온에서 견딜 수 있는 수 있는 내열 재질의 트레이에 2~3 ㎜ 로 도포하여 800 ℃ 로 가열되어 있는 전기로를 이용하여 2시간 동안 소결시켜 표면의 TiO2를 아나타제(Anatase) 결정형으로 만들어 준다. 상기의 과정들을 통해 결과적으로 아나타제(Anatase) 결정형을 가진 TiO2가 코팅된 광촉매 담지 무기 중공비드를 제조한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수처리용 광촉매 담지 무기 중공비드를 SEM을 이용하여 촬영한 사진이다. 이를 통해 상기 실시예에 따른 발명은 무기 물질로 이루어진 마이크로미터 크기의 중공 비드 지지체의 표면에 결정형을 가진 광촉매가 고루 분포되어 있음을 확인할 수 있다.
실시예 2 내지 4 : 용매의 종류를 달리한 수처리용 광촉매 담지 무기 중공비드의 제조
상기 실시예 1과 같은 방법을 사용하되, 용매의 종류를 달리하여 수처리용 광촉매 담지 무기 중공비드를 제조한다. 실시예 2에서는 용매로 에탄올(ethanol)을 사용하였고, 실시예 3에서는 용매로 이소프로필 알코올(IPA)을 사용하였고, 실시예 4에서는 용매로 부탄올(butanol)을 사용하여 수처리용 광촉매 담지 무기 중공비드를 제조하였다.
도 5a는 용매의 종류를 달리하여 제조한 수처리용 광촉매 담지 무기 중공비드를 X선회절 분석기(X-ray Diffraction, XRD)를 이용하여 측정한 그래프이다.
도 5b는 용매의 종류를 달리하여 제조한 수처리용 광촉매 담지 무기 중공비드의 아나타제/대조군 피크비율(Anatase/ref peak ratio)을 나타낸 그래프이다.
상기 그래프를 통해 용매가 메탄올인 경우에 이산화티타늄 광촉매의 아나타제(Anatase) 결정의 피크율이 높게 나타남을 알 수 있다.
실시예 5 내지 6 : 티타늄 부톡사이드(Titanium butoxide)의 첨가량을 달리한 수처리용 광촉매 담지 무기 중공비드의 제조
상기 실시예 1과 같은 방법을 사용하되, 광촉매의 전구체로 사용된 티타늄 부톡사이드(Titanium butoxide)의 첨가량을 달리하여 수처리용 광촉매 담지 무기 중공비드를 제조한다. 실시예 5에서는 티타늄 부톡사이드(Titanium butoxide) 2.5 ㎖ 를 첨가하고, 실시예 6에서는 티타늄 부톡사이드(Titanium butoxide) 5 ㎖ 를 첨가하여 수처리용 광촉매 담지 무기 중공비드를 제조하였다.
도 6a는 광촉매의 전구체로 사용된 티타늄 부톡사이드(Titanium butoxide)의 첨가량을 달리하여 제조한 수처리용 광촉매 담지 무기 중공비드를 X선회절 분석기(X-ray Diffraction, XRD)를 이용하여 측정한 그래프이다.
도 6b는 광촉매의 전구체로 사용된 티타늄 부톡사이드(Titanium butoxide)의 첨가량을 달리하여 제조한 수처리용 광촉매 담지 무기 중공비드의 아나타제/대조군 피크비율(Anatase/ref peak ratio)을 나타낸 그래프이다.
상기 그래프를 통해 티타늄 부톡사이드(Titanium butoxide)의 첨가량이 7.5 ㎖ 인 경우에 이산화티타늄 광촉매의 아나타제(Anatase) 결정의 피크율이 높게 나타남을 알 수 있다.
실시예 7 내지 10 : 물의 첨가량을 달리한 수처리용 광촉매 담지 무기 중공비드의 제조
상기 실시예 1과 같은 방법을 사용하되, 물의 첨가량을 달리하여 수처리용 광촉매 담지 무기 중공비드를 제조한다. 실시예 7에서는 물 1.6 ㎖ 를, 실시예 8에서는 3.2 ㎖ 를, 실시예 9에서는 물 4.8 ㎖ 를, 실시예 10에서는 물 6.3 ㎖ 를 첨가하여 수처리용 광촉매 담지 무기 중공비드를 제조하였다.
도 7a는 물의 첨가량을 달리하여 제조한 수처리용 광촉매 담지 무기 중공비드를 X선회절 분석기(X-ray Diffraction, XRD)를 이용하여 측정한 그래프이다.
도 7b는 물의 첨가량을 달리하여 제조한 수처리용 광촉매 담지 무기 중공비드의 아나타제/대조군 피크비율(Anatase/ref peak ratio)을 나타낸 그래프이다.
상기 그래프를 통해 물의 첨가량이 2.4 ㎖ 인 경우에 이산화티타늄 광촉매의 아나타제(Anatase) 결정의 피크율이 높게 나타남을 알 수 있다.
실시예 11 내지 15 : 재교반 시간을 달리한 수처리용 광촉매 담지 무기 중공비드의 제조
상기 실시예 1과 같은 방법을 사용하되, 재교반 시간을 달리하여 수처리용 광촉매 담지 무기 중공비드를 제조한다. 실시예 11에서는 10분, 실시예 12에서는 20분, 실시예 13에서는 40분, 실시예 14에서는 50분, 실시예 15에서는 60분간 재교반하여 수처리용 광촉매 담지 무기 중공비드를 제조하였다.
도 8a는 재교반 시간을 달리하여 제조한 수처리용 광촉매 담지 무기 중공비드를 X선회절 분석기(X-ray Diffraction, XRD)를 이용하여 측정한 그래프이다.
도 8b는 재교반 시간을 달리하여 제조한 수처리용 광촉매 담지 무기 중공비드의 아나타제/대조군 피크비율(Anatase/ref peak ratio)을 나타낸 그래프이다.
상기 그래프를 통해 재교반 시간이 30분인 경우에 이산화티타늄 광촉매의 아나타제(Anatase) 결정의 피크율이 높게 나타남을 알 수 있다.
실시예 16 내지 19 : 소결처리 온도를 달리한 수처리용 광촉매 담지 무기 중공비드의 제조
상기 실시예 1과 같은 방법을 사용하되, 소결처리 온도를 달리하여 수처리용 광촉매 담지 무기 중공비드를 제조한다. 실시예 16에서는 500 ℃ 로, 실시예 17에서는 600 ℃ 로, 실시예 18에서는 700 ℃ 로, 실시예 19에서는 900 ℃ 로 소결처리하여 수처리용 광촉매 담지 무기 중공비드를 제조하였다.
도 9a는 소결처리 온도를 달리하여 제조한 수처리용 광촉매 담지 무기 중공비드를 X선회절 분석기(X-ray Diffraction, XRD)를 이용하여 측정한 그래프이다.
도 9b는 소결처리 온도를 달리하여 제조한 수처리용 광촉매 담지 무기 중공비드의 아나타제/대조군 피크비율(Anatase/ref peak ratio)을 나타낸 그래프이다.
상기 그래프를 통해 소결처리 온도가 800 ℃ 인 경우에 이산화티타늄 광촉매의 아나타제(Anatase) 결정의 피크율이 높게 나타남을 알 수 있다.
실시예 20 내지 22 : 소결처리 시간을 달리한 수처리용 광촉매 담지 무기 중공비드의 제조
상기 실시예 1과 같은 방법을 사용하되, 소결처리 시간을 달리하여 수처리용 광촉매 담지 무기 중공비드를 제조한다. 실시예 20에서는 1시간, 실시예 21에서는 3시간, 실시예 22에서는 4시간 동안 소결처리 하여 수처리용 광촉매 담지 무기 중공비드를 제조하였다.
도 10a는 소결처리 시간을 달리하여 제조한 수처리용 광촉매 담지 무기 중공비드를 X선회절 분석기(X-ray Diffraction, XRD)를 이용하여 측정한 그래프이다.
도 10b는 소결처리 시간을 달리하여 제조한 수처리용 광촉매 담지 무기 중공비드의 아나타제/대조군 피크비율(Anatase/ref peak ratio)을 나타낸 그래프이다.
상기 그래프를 통해 소결처리 시간이 1시간인 경우에 이산화티타늄 광촉매의 아나타제(Anatase) 결정의 피크율이 높게 나타남을 알 수 있다.
평가예 : 수처리용 광촉매 담지 무기 중공비드의 폐수 처리능
반응기를 사용하여, 상기 실시예에서 제조한 수처리용 광촉매 담지 무기 중공비드의 폐수 처리능을 테스트하였으며 테스트 조건은 다음과 같다.
부피가 500 ㎖ 인 석영 반응기에 유기물질인 아세톤(Acetone), 아세토나이트릴(Acetonitrile), 아세트알데하이드(Acetaldehyde), 메탄올(Methanol), 에탄올(E thanol), 이소프로필 알코올(IPA)이 각 0.4 ㎎/ℓ로 제조된 합성폐수 240 ㎖ 내에 수처리용 광촉매 담지 무기 중공비드 60 ㎖ 를 첨가하여 총 300 ㎖ 에서의 처리능 실험을 실시하였다. 반응기내에서 수처리용 광촉매 담지 무기 중공비드의 원활한 유동을 위하여 자석교반기를 사용하여 120 rpm으로 교반하여 진행하였으며, 반응기 상부에 UV램프(Ster-L-Ray, 254 nm, 17w) 3개를 병렬로 설치하였다.
수처리용 광촉매 담지 무기 중공비드의 폐수 처리능을 알아보기 위하여, 반응기내에서 처리된 처리수를 최대 2시간까지 가스크로마토그래피/질량분석기(Gas chromatography-Mass Spectroscopy, GC-MS)를 이용하여 아세톤(Acetone), 아세토나이트릴(Acetonitrile), 아세트알데하이드(Acetaldehyde), 메탄올(Methanol), 에탄올(E thanol), 이소프로필 알코올(IPA)을 분석하였다. 가스크로마토그래피(GC)는 질량분석기(MS)가 장착된 가스크로마토그래피/질량분석기(GC-MS, Agilent 7920/597 5, USA)를 사용하여 분석하였고, 분석 결과를 표 1 및 도 11에 각각 나타내었다.
(농도 단위 : ug /L)
시간( min )
아세톤
아세토
나이트릴 		아세트
알데하이드 		메탄올 에탄올 이소프로필
알코올
0 400 400 400 400 400 400
15 343 242 273 315 277 255
30 308 187 166 233 161 143
60 194 97 44 103 27 0
120 64 36 0 13 0 0
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 수처리용 광촉매 담지 무기 중공비드의 유기물질의 제거효율 시험 결과를 나타낸 그래프이다.
표 1과 도 11을 통해 본 발명의 일 실시예에 따라 내부가 비어있는 무기 중공비드를 사용한 마이크로미터 크기의 수처리용 광촉매 담지 무기 중공비드는 120분 경과시 유기물질의 제거율이 80% 이상으로 처리 효율이 매우 뛰어남을 알 수 있다.

Claims (12)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. (a) 무기 중공비드 지지체, 티타니아 전구체 및 용매의 혼합물을 교반시키는 단계;
    (b) 상기 교반되고 있는 혼합물의 상층부에 물을 첨가 후 10 내지 60분 동안 재교반하여 가수분해축합 하는 단계;
    (c) 상기 가수분해축합 후 처리수와 분리하는 단계; 및
    (d) 상기 처리수와 분리 후, 소결처리 하여 광촉매를 결정화시키는 단계;를 포함하며,
    상기 첨가하는 물은 용매 100 중량부 기준으로 4 내지 40 중량부이고,
    상기 티타니아 전구체는 용매 100 중량부 기준으로 5 내지 50 중량부이며,
    상기 소결처리 온도는 450 내지 800 ℃, 소결처리 시간은 1 내지 4시간인 것을 특징으로 하는 수처리용 광촉매 담지 무기 중공비드의 제조방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 무기 중공비드 지지체는 실리카(Silica), 알루미나(Alumina), 또는 이들의 혼합물로 이루어진 것을 특징으로 하는 수처리용 광촉매 담지 무기 중공비드의 제조방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 용매는 에탄올(Ethanol), 메탄올(Methanol), 부탄올(Butanol), 이소프로필 알코올(IPA) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 수처리용 광촉매 담지 무기 중공비드의 제조방법.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제5항에 있어서,
    상기 광촉매는 아나타제(anatase) 결정 구조를 가지는 이산화티타늄(TiO2)인 것을 특징으로 하는 수처리용 광촉매 담지 무기 중공비드의 제조방법.
  12. 삭제
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