KR101845912B1 - 수처리용 광촉매 기판 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 메쉬망 형태의 강철 기판 상에 이산화티타늄 입자를 직접 고정시키는 방법을 통해 유기바인더 사용을 배제한 상태에서 이산화티타늄 입자의 고정화 효율을 향상시킴과 함께 제조공정을 간략화할 수 있는 수처리용 광촉매 기판 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 수처리용 광촉매 기판의 제조방법은 메쉬망 형태의 강철 기판을 준비하는 단계; 이산화티타늄 분산액을 전기방사하여 상기 메쉬망 형태의 강철 기판 상에 이산화티타늄 코팅층을 형성하는 단계; 및 이산화티타늄 코팅층이 형성된 메쉬망 형태의 강철 기판을 열압착하여, 메쉬망 형태의 강철 기판 상에 이산화티타늄 입자를 고정화시키는 단계;를 포함하여 이루어지며, 상기 열압착에 의해 강철 기판의 철 산화물과 이산화티타늄(TiO2)이 고상확산되어, 이산화티타늄 입자가 강철 기판의 표면 상에 고정화되는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 수처리용 광촉매 기판 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 메쉬망 형태의 강철 기판 상에 이산화티타늄 입자를 직접 고정시키는 방법을 통해 유기바인더 사용을 배제한 상태에서 이산화티타늄 입자의 고정화 효율을 향상시킴과 함께 제조공정을 간략화할 수 있는 수처리용 광촉매 기판 및 그 제조방법에 관한 것이다.
국내에서 사용되는 화학물질은 43,000 여종으로 매년 증가하고 있는 추세이며, 다양한 화학물질이 자연계로 배출되었을 경우 그 성분과 특성을 파악하기 어려우며 자연적으로 분해되지 않고 환경에 잔존하여 인간과 동물을 위협하는 등의 문제를 야기한다. 최근에는 환경에 대한 사회와 개인의 관심이 증가하면서 오염물질에 대한 환경규제가 강화되고 있는 추세이며 수질을 오염을 유발하는 각종 화학물질, 나노물질, 내분비장애물질, 미량오염물질 등을 효율적으로 처리하기 위한 방법들이 강구되고 있다.
자외선 조사 하에서 수산화래디컬(-OH)을 발생시키는 이산화티타늄(TiO2)의 광촉매 특성은 수처리 기술로 널리 사용되고 있는 특성이다. 이는 고도산화기술 중 하나로써 강력한 산화력을 갖는 수산화래디컬을 매개로 수계에 존재하는 오염물질을 처리하는 공법이다. 광촉매를 이용한 수처리 기술은 한국등록특허 제0438668호 '광촉매반응을 이용한 고도산화처리 시스템', 한국등록특허 제0720035호 '광촉매를 이용한 수처리 장치 및 그 처리 방법', 한국등록특허 제 0784509호 '광촉매 수처리 유닛 및 이를 구비한 기체 혼화형 수처리 장치' 등과 같은 특허에 기재되어 있다.
이와 같은 이산화티타늄은 일반적으로 분말 형태로 가장 널리 사용되고 있고 기판에 고정된 형태로도 사용되고 있다. 분말 형태로 사용되는 경우, 수처리 공정 등에 적용한 후 별도의 분리막을 이용하여 분말상의 이산화티타늄을 회수해야 하는 등 재활용이 어려운 단점이 있다. 반면, 이산화티타늄이 기판에 고정되어 사용되는 경우, 분말 형태로 사용되는 경우에 비해 상대적으로 적은 양의 이산화티타늄이 소요되고 재사용이 가능하다는 장점이 있다.
이산화티타늄을 기판에 고정시키는 기술로 한국등록특허 제0503233호 '광촉매 박막의 제조 방법 및 이를 이용한 수처리 장치', 한국등록특허 제0643096호 '폴리카보네이트 멤브레인을 이용한 이산화티타늄 나노구조체 제조 방법 및 이에 의해 제조된 광촉매용 이산화티타늄 나노구조체', 한국등록특허 제0886906호 '나노 다공성 광촉매 티타니아 표면을 구비한 티타늄 분리막의 제조 방법' 등이 있다. 상기 특허들은 다공성 지지층에 광촉매 특성이 있는 화합물을 침지 및 첨가하거나 주형합성법을 통해 이산화티타늄 나노구조체를 합성하는 기술을 제시하고 있다.
그러나, 졸겔법 등을 이용한 침지방법은 다공성 기판의 기공을 막아 광촉매의 활성면적 및 반응효율을 감소시키거나, 코팅층이 두껍게 형성되어 광촉매층 내부까지 처리대상물질이 도달하는데 한계가 있다. 또한, 광촉매 재료를 합성할 때마다 전구체 용액을 준비해야 하기 때문에, 제조자에 따라서 광촉매 성능에 편차가 발생할 수 있다. 그 외에 주형합성법으로 제조한 재료에서는 약한 접착력으로 인한 박리현상이 나타나기도 한다.
본 출원인은 열압착 통해 분리막 상에 이산화티타늄 나노구조체를 고정시키는 기술을 제시한 바 있다(한국등록특허 제10-1370006호 참조). 한국등록특허 제10-1370006호에 개시된 기술은 활성면적 감소에 따른 반응효율 저하 문제를 해결할 수 있고, 광촉매층을 박막화할 수 있으며, 이산화티타늄이 열압착에 의해 고정됨에 따라 광촉매층이 박리되는 문제점을 극복할 수 있다. 다만, 열압착 과정에서 가교층 또는 광촉매층이 손상될 가능성이 있다는 점과 특정 형상의 분리막에 고정된 형태임에 따라 응용 분야가 제한적인 면이 있다.
또한, 본 출원인은 이산화티타늄 나노입자를 전기방사하여 PVDF 나노섬유층에 고정화시키는 기술을 제시한 바 있다(한국공개특허 제10-2016-9893호). 한국공개특허 제10-2016-9893호에 개시된 기술은 열압착 공정이 요구되지 않아 이산화티타늄 나노입자의 물성이 손상되는 것을 방지할 수 있으며, PVDF 나노섬유층의 유연성을 이용하여 다양한 적용처에 응용 가능한 장점이 있다. 다만, PVDF 나노섬유층에 고정화된 이산화티타늄 나노입자가 일정 부분 박리될 가능성이 있다.
기판에 이산화티타늄을 고정화시켜 이를 광촉매 기판으로 활용함에 있어서 요구되는 사항은 이산화티타늄의 고정화 효율, 공정의 간략성, 유기바인더 사용의 최소화로 정리될 수 있다. 이산화티타늄에 의한 광촉매 특성이 발현되기 위해서는 이산화티타늄의 고정화 효율이 높아야 하며, 제조수율을 위해서는 제조공정의 간략성이 요구되며, 유기탄소의 유출을 최소화하기 위해서는 유기바인더의 사용이 억제되어야 한다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 메쉬망 형태의 강철 기판 상에 이산화티타늄 입자를 직접 고정시키는 방법을 통해 유기바인더 사용을 배제한 상태에서 이산화티타늄 입자의 고정화 효율을 향상시킴과 함께 제조공정을 간략화할 수 있는 수처리용 광촉매 기판 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 수처리용 광촉매 기판의 제조방법은 메쉬망 형태의 강철 기판을 준비하는 단계; 이산화티타늄 분산액을 전기방사하여 상기 메쉬망 형태의 강철 기판 상에 이산화티타늄 코팅층을 형성하는 단계; 및 이산화티타늄 코팅층이 형성된 메쉬망 형태의 강철 기판을 열압착하여, 메쉬망 형태의 강철 기판 상에 이산화티타늄 입자를 고정화시키는 단계;를 포함하여 이루어지며, 상기 열압착에 의해 강철 기판의 철 산화물과 이산화티타늄(TiO2)이 고상확산되어, 이산화티타늄 입자가 강철 기판의 표면 상에 고정화되는 것을 특징으로 한다.
상기 이산화티타늄 분산액은 메탄올에 이산화티타늄 입자가 혼합된 것이며, 이산화티타늄 분산액의 분사량은 강철 기판의 단위면적(cm2)당 9.6∼24.0mg이다.
상기 열압착은 350∼600℃의 온도 및 50∼150MPa의 압력 하에서 진행된다.
상기 메쉬망 형태의 강철 기판에 구비된 기공의 크기는 60∼80mesh이다.
본 발명에 따른 수처리용 광촉매 기판 및 그 제조방법은 다음과 같은 효과가 있다.
전기방사에 의한 이산화티타늄 코팅층 형성, 열압착에 의한 이산화티타늄 입자의 고정화를 통해 이산화티타늄이 고정화된 광촉매 기판의 제조가 완료되는 형태임에 따라 공정의 간략화를 이를 수 있다.
또한, 열압착시 이산화티타늄과 강철 기판의 철 산화물이 고상확산되고 이에 기반하여 이산화티타늄 입자가 광촉매 기판의 표면 상에 고정화됨에 따라, 고정화 효율을 향상시킴과 함께 이산화티타늄 입자의 탈착율을 낮출 수 있게 된다.
이와 함께, 유기바인더의 사용이 배제됨에 따라 광촉매 기판의 실제 적용시 유기탄소의 발생을 미연에 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수처리용 광촉매 기판의 제조방법을 설명하기 위한 순서도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수처리용 광촉매 기판의 제조방법 및 그 활용에 대한 모식도.
도 3은 TiO2 분산액의 분사량에 따른 강철 기판 표면의 색깔을 나타낸 참고도.
도 4는 서로 다른 분사량의 TiO2 분산액을 통해 제조된 강철 기판 표면에 대한 Fe-SEM 분석결과.
도 5는 자외선 조사 시간에 따른 메틸렌 블루의 저감 추이를 나타낸 실험결과.
도 6은 TiO2의 광촉매 특성이 발현되지 않는 환경에서의 메틸렌 제거 특성을 나타낸 실험결과.
도 7은 수처리용 광촉매 기판의 재이용 횟수에 따른 메틸렌 블루 제거특성을 나타낸 실험결과.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수처리용 광촉매 기판의 제조방법 및 그 활용에 대한 모식도.
도 3은 TiO2 분산액의 분사량에 따른 강철 기판 표면의 색깔을 나타낸 참고도.
도 4는 서로 다른 분사량의 TiO2 분산액을 통해 제조된 강철 기판 표면에 대한 Fe-SEM 분석결과.
도 5는 자외선 조사 시간에 따른 메틸렌 블루의 저감 추이를 나타낸 실험결과.
도 6은 TiO2의 광촉매 특성이 발현되지 않는 환경에서의 메틸렌 제거 특성을 나타낸 실험결과.
도 7은 수처리용 광촉매 기판의 재이용 횟수에 따른 메틸렌 블루 제거특성을 나타낸 실험결과.
본 발명은 메쉬망 형태의 강철 기판 상에 이산화티타늄 입자가 고정된 이른 바, 수처리용 광촉매 기판에 관한 기술을 제시한다.
이산화티타늄 입자는 메쉬망 형태의 강철 기판 상에 전기방사를 통해 코팅층 형태로 적층되며, 메쉬망 형태의 강철 기판 상에 이산화티타늄 코팅층이 형성된 상태에서 강철 기판의 양면을 열압착하여 메쉬망 형태의 강철 기판 상에 이산화티타늄 입자를 고정화시키는 기술을 제시한다.
이산화티타늄 입자의 전기방사 공정 및 열압착 공정을 통해 강철 기판으로의 이산화티타늄 고정화가 완료됨에 따라, 유기탄소를 배출하는 유기바인더의 사용이 배제됨과 함께 이산화티타늄 입자의 고정화 효율을 향상시킬 수 있으며, 제조공정의 간략화를 이룰 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 수처리용 광촉매 기판 및 그 제조방법을 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 수처리용 광촉매 기판의 제조방법은 크게 이산화티타늄 전기방사 공정과 열압착 공정으로 이루어진다.
먼저, 이산화티타늄 전기방사 공정을 설명하면 다음과 같다.
도 1에 도시한 바와 같이, 메쉬망 형태의 강철 기판을 준비한다(S101).
강철 재질의 기판을 사용하는 이유는 첫째, 수산화래디컬(-OH)에 의한 산화에 저항성을 갖고 있기 때문이며 둘째, 일정 수준 이상의 탄성을 보유하고 있기 때문이다. 이산화티타늄(TiO2)은 자외선이 조사되면 수산화래디컬(-OH)을 발생시키며, 이와 같은 수산화래디컬(-OH)은 강력한 산화제로 작용하여 오염물질을 산화시킨다. 따라서, 이산화티타늄이 고정화되는 기판은 수산화래디컬(-OH)에 대한 내산화성이 요구된다. 이와 함께, 본 발명에 있어서 이산화티타늄 입자는 후술하는 열압착 공정을 통해 강철 기판 상에 고정화되는데, 열압착 공정시 균일한 열과 압력을 전달하기 위해 일정 수준 이상의 탄성을 보유한 강철 기판을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 메쉬망 형태의 기판을 사용하는 이유는, 이산화티타늄에 의한 광촉매 산화작용을 통해 산화 처리된 오염물질이 메쉬망의 기공을 통해 용이하게 배출되도록 하기 위함이다. 이와 함께, 열압착 공정시 이산화티타늄 입자의 고정화 효율을 높이기 위해서도 메쉬망 형태의 기판을 사용하는 것이 바람직하다. 평판 형태의 기판을 사용하여 열압착을 진행하게 되면 이산화티타늄 입자들이 박막화되어 고정화 효율이 저하되는 문제점이 있으며, 이에 반해 메쉬망 형태의 기판을 사용하게 되면 상대적으로 표면적이 넓음에 따라 이산화티타늄의 박막화가 억제됨과 함께 이산화티타늄 입자들의 균일한 고정화를 이룰 수 있다. 이와 같은 점을 고려하여, 강철 기판의 메쉬 크기는 60∼80mesh로 설정하는 것이 바람직하다. 메쉬 크기가 60mesh보다 작으면 오염물질에 의해 메쉬 기공이 막히며, 메쉬 크기가 80mesh보다 크면 이산화티타늄 코팅층의 표면장력이 약해 메쉬 기공 상에 이산화티타늄 코팅층이 형성되지 않는 문제점이 있다.
메쉬망 형태의 강철 기판이 준비된 상태에서, 상기 강철 기판 상에 전기방사(electrospray) 공정을 통해 이산화티타늄 코팅층을 형성한다(S102).
구체적으로, 전기방사장치의 챔버 내에 메쉬망 형태의 강철 기판을 장착시킨 상태에서, 이산화티타늄 분산액을 전기방사장치의 니들(needle)에 공급함과 함께 니들에 고전압을 인가하면 이산화티타늄 분산액은 스프레이 형태로 챔버 내에 분무되어 상기 메쉬망 형태의 강철 기판 상에 코팅되며, 이와 같은 과정을 통해 메쉬망 형태의 강철 기판 상에 이산화티타늄 코팅층이 형성된다. 이 때, 상기 이산화티타늄 분산액은 메탄올에 이산화티타늄 입자를 분산시켜 제조할 수 있다.
또한, 이산화티타늄 분산액은 메탈올 1mL당 1mg의 이산화티타늄 입자를 혼합되는 농도로 제조할 수 있으며, 강철 기판 상에 분사되는 이산화티타늄 분산액의 분사량은 강철 기판의 단위면적(cm2)당 9.6∼24.0mg으로 설정하는 것이 바람직하다. 이산화티타늄 분산액의 분사량(9.6∼24.0mg/cm2)에 대한 수치범위는 광촉매 특성을 고려하여 설정한 것이며, 9.6∼24.0mg/cm2의 수치범위에서 최적의 광촉매 특성을 나타낸다. 이와 같은 수치범위 하에서의 광촉매 특성은 후술하는 실험결과에 의해 뒷받침된다.
상술한 바와 같은 전기방사 공정을 강철 기판의 양면에 대해 각각 진행하여 강철 기판의 양면 상에 각각 이산화티타늄 코팅층을 형성할 수 있다.
상기 메쉬망 형태의 강철 기판 상에 이산화티타늄 코팅층을 형성하기 전에, 메쉬망 형태의 강철 기판에 대한 초음파 세척공정이 미리 진행될 수 있으며, 초음파 세척공정은 아세톤에 메쉬망 형태의 강철 기판을 침지시킨 상태에서 초음파를 조사하여 진행할 수 있다.
전기방사 공정을 통해 메쉬망 형태의 강철 기판 상에 이산화티타늄 코팅층이 형성된 상태에서, 열압착 공정을 진행한다(S103).
구체적으로, 상부 열압착판과 하부 열압착판을 구비한 열압착 장치가 준비된 상태에서, 상기 상부 열압착판과 하부 열압착판 사이에 상기 이산화코팅층이 형성된 메쉬망 형태의 강철 기판을 구비시킨 후, 상부 열압착판과 하부 열압착판을 가압함과 함께 열을 인가하여 열압착 공정을 진행한다. 열압착 공정시 가해지는 열은 350∼600℃ 정도이며, 압력은 50∼200Mpa이 인가된다.
열압착 공정에 의해 이산화티타늄 코팅층의 유기물 성분은 증발되며, 이산화티타늄 입자는 메쉬망 형태의 강철 기판에 고정화된다. 세부적으로, 열압착 공정 진행에 따라, 열과 압력이 인가됨으로 인해 강철 기판의 철(Fe) 성분은 Fe2O3 또는 Fe3O4의 철 산화물로 산화되며, 이와 같은 철 산화물(Fe2O3 or Fe3O4)과 이산화티타늄(TiO2) 사이에 고상확산(solid state diffusion) 반응이 발생되어 이산화티타늄의 고정화가 이루어진다.
철 산화물(Fe2O3 or Fe3O4)과 이산화티타늄(TiO2)의 일부가 고상확산(solid state diffusion)하는 형태로 이산화티타늄이 강철 기판 표면 상에 고정됨에 따라, 이산화티타늄의 고정화 효율이 증가됨과 함께 고정화된 이산화티타늄이 탈착될 확률은 떨어지게 된다.
따라서, 열압착 공정은 철 산화물과 이산화티타늄의 고상확산을 유도하는 조건 하에서 진행되어야 하며, 전술한 바와 같이 열압착 공정시 온도는 350∼600℃ 정도이며, 압력은 50∼200Mpa의 조건을 만족해야 한다. 열압착 공정의 온도가 350℃보다 낮으면 고상확산 반응이 유도되지 않으며, 600℃를 넘게 되면 강철 기판의 구조가 손상될 수 있다.
이상, 본 발명의 일 실시예에 따른 수처리용 광촉매 기판 및 그 제조방법에 대해 설명하였다. 이하에서는, 실험예를 통해 본 발명에 대해 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
<실험예 1 : 수처리용 광촉매 기판의 제조>
약 5g/L의 세척용액에 2.5cm x 5cm 크기의 70mesh 강철 메쉬 기판(steel mesh substrate)를 넣고 초음파 조사를 한 후, 수돗물로 세척하였다. 아세톤을 이용하여 최종 세정한 다음, 60℃에서 5시간 동안 건조시켰다.
1mg/mL 농도의 메탄올 용액 내에 TiO2 분말이 1mg/mL의 농도가 되도록 TiO2 분산액을 제조한 후, 60ml, 120ml, 180ml, 240ml, 300ml의 TiO2 분산액을 각각의 강철 메쉬 기판에 전기방사(electrospray)하여 TiO2 코팅층의 양이 서로 다른 5개의 시료를 제조하였다. 전기방사시, 노즐 직경은 510㎛, 강철 메쉬 기판과 노즐 사이의 거리는 10cm, TiO2 분산액의 공급유량은 0.5ml/min, 전압은 20kV이었다. 참고로, 60ml, 120ml, 180ml, 240ml, 300ml의 TiO2 분산액을 강철 메쉬 기판(2.5cm x 5cm)의 단위면적당 분산액으로 산출하면, 각각 4.8ml/cm2, 9.6ml/cm2, 14.4ml/cm2, 19.2ml/cm2, 24.0ml/cm2 이다.
TiO2 코팅층이 형성된 강철 메쉬 기판을 열압착 장치의 핫 플레이트(hot plates) 사이에 구비시킨 후, 350℃ 및 100MPa의 조건 하에 20분간 열압착하였다. 이어, 상온에서 냉각시킨 후 고정화되지 못한 TiO2 입자를 수돗물로 세척하여 제거하였다. 그런 다음, 60℃의 온도에서 TiO2가 고정된 강철 메쉬 기판을 건조시켰다.
<실험예 2 : 수처리용 광촉매 기판의 표면 특성>
도 3은 실험예 1을 통해 제조된 강철 메쉬 기판 즉, 수처리용 광촉매 기판의 표면 사진으로서, TiO2 분산액의 분사량이 60ml에서 300ml으로 증가할수록 TiO2 코팅층이 형성된 강철 메쉬 기판은 점점 하얗게 변함을 확인할 수 있다. 도 3에 있어서, 'Pristine substrate'는 전기방사 공정 및 열압착 공정이 적용되지 않은 메쉬망 형태의 강철 기판에 대한 사진이고, 'Substrate control'은 전기방사 공정을 실시하지 않은 메쉬망 형태의 강철 기판에 대해 열압착 공정을 실시한 경우이며, 'S-TiO2-60', 'S-TiO2-120', 'S-TiO2-180', 'S-TiO2-240', 'S-TiO2-300' 각각은 TiO2 분산액의 분사량을 각각 60ml, 120ml, 180ml, 240ml, 300ml로 적용하여 전기방사 및 열압착을 실시하여 제조된 광촉매 기판을 의미한다.
또한, 실험예 1을 통해 제조된 서로 다른 TiO2 분사량에 따른 광촉매 기판에 대해 Fe-SEM 분석을 실시한 결과, 도 4에 도시한 바와 같이 TiO2 분산액의 분사량이 60ml, 180ml, 300ml으로 증가할수록 표면에서의 aggregation이 잘 발달됨을 확인할 수 있었다. 도 4에 있어서, (a)는 도 3의 'Pristine substrate'에 해당하며, (b), (c), (d) 각각은 도 3의 'S-TiO2-60', 'S-TiO2-180', 'S-TiO2-300'에 해당한다.
이와 함께, 실험예 1을 통해 제조된 TiO2 분사량 300ml인 광촉매 기판에 대해 EDX 분석을 실시한 결과, Ti 62.40%, O 15.01%, Fe 15.59%로 나타났다.
<실험예 3 : 자외선 조사 시간에 따른 광촉매 특성>
실험예 1을 통해 제조된 광촉매 기판을 60mL 반응조(quartz reactor)의 중앙부에 매단 상태에서 반응조에 40mL의 메틸렌 블루(methylene blue)를 넣은 후, 반응조를 6개의 자외선 램프가 구비된 암실에 위치시켰다. 자외선을 조사함과 함께 일정 시간 간격으로 반응조로부터 1.0mL씩 샘플을 채취하여 메틸렌 블루의 농도를 측정하였다.
측정 결과, 도 5에 도시한 바와 같이 TiO2 분사량이 60ml인 광촉매 기판을 제외한 모든 광촉매 기판의 경우, 자외선 조사 시간이 60분이 되는 시점에서 대부분의 메틸렌 블루가 제거됨을 알 수 있으며, 150분이 경과되면 TiO2 분사량이 60ml인 광촉매 기판에 의해서도 메틸렌 블루가 모두 제거됨을 확인할 수 있다.
<실험예 4 : TiO2 광촉매 특성에 대한 입증 실험>
실험예 3의 결과가 자외선 조사 환경 하에서 본 발명에 따른 광촉매 기판으로부터 발현되는 광촉매 산화작용에 기인함을 입증하기 위해, 다양한 조건 하에서의 메틸렌 블루 제거특성을 살펴보았다. 메틸렌 블루 농도 등의 기타 실험조건은 실험예 3과 동일하다.
도 6에 있어서, 'MB_UV'는 자외선만 조사한 경우이며, 'Control_UV'는 'Substrate control'(전기방사 공정이 생략되고 열압착 공정만 적용된 강철 기판)을 메틸렌 블루 반응조에 넣음과 함께 자외선을 조사한 경우이며, 'Pristine_Dark'는 자외선 조사없이 'Pristine substrate'(아무 공정이 적용되지 않은 강철 기판)만을 반응조에 넣은 경우이며, 'Pristine_UV'는 'Pristine substrate'를 반응조에 넣음과 함께 자외선을 조사한 경우이며, 'S-TiO2-90_Dark'는 자외선 조사없이 'S-TiO2-90'(TiO2 분사량 90ml으로 적용하여 전기방사 및 열압착을 실시하여 제조된 광촉매 기판)만을 반응조에 넣은 경우이다.
도 6을 참조하면, 자외선만이 조사된 경우('MB_UV', 'Control_UV', 'Pristine_UV'), 약 17%까지 메틸렌 블루가 제거됨을 확인할 수 있다. 그리고, 자외선이 조사되지 않은 경우('Pristine_Dark', 'S-TiO2-90_Dark'), 메틸렌 블루 제거에 거의 영향이 없음을 알 수 있다. 이와 같은 결과는, 실험예 3의 결과 즉, 메틸렌 블루 제거특성이 대부분 자외선 조사 하에서의 광촉매 산화작용에 근거함을 뒷받침한다.
<실험예 5 : 광촉매 기판의 재이용 특성>
실험예 1을 통해 제조된 TiO2 분사량 180ml인 광촉매 기판('S-TiO2-180')에 대해 50회 반복하여 메틸렌 제거실험을 진행함으로써 본 발명에 따른 제조된 광촉매 기판의 재이용 특성을 살펴보았다. 메틸렌 제거실험의 조건은 실험예 3과 동일하게 적용하였다.
실험 결과, 도 7에 도시한 바와 같이 25회 모두 자외선 조사 60분 이내에서 메틸렌 블루가 제거됨을 확인할 수 있었다.
Claims (5)
- 메쉬망 형태의 강철 기판을 준비하는 단계;
이산화티타늄 분산액을 전기방사하여 상기 메쉬망 형태의 강철 기판 상에 이산화티타늄 코팅층을 형성하는 단계; 및
이산화티타늄 코팅층이 형성된 메쉬망 형태의 강철 기판을 열압착하여, 메쉬망 형태의 강철 기판 상에 이산화티타늄 입자를 고정화시키는 단계;를 포함하여 이루어지며,
상기 열압착에 의해 강철 기판의 철 산화물과 이산화티타늄(TiO2)이 고상확산되어, 이산화티타늄 입자가 강철 기판의 표면 상에 고정화되며,
상기 이산화티타늄 분산액은 메탄올에 이산화티타늄 입자가 혼합된 것이며, 이산화티타늄 분산액의 분사량은 강철 기판의 단위면적(cm2)당 9.6∼24.0mg이며,
상기 메쉬망 형태의 강철 기판에 구비된 기공의 크기는 60∼80mesh 인 것을 특징으로 하는 수처리용 광촉매 기판의 제조방법.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서, 상기 열압착은 350∼600℃의 온도 및 50∼150MPa의 압력 하에서 진행되는 것을 특징으로 하는 수처리용 광촉매 기판의 제조방법.
- 삭제
- 삭제
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