KR101883077B1 - Apparatus for preparing anatase sol - Google Patents

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Abstract

본 발명은 아나타제 졸 제조 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 제1용기에 수용된 TiCl4 용액을 제1반응기 이동시켜 물과 반응시킴으로써 TiOCl2 수용액이 포함된 반응용액을 만들고, TiOCl2 수용액을 포함하는 반응용액을 제2반응기의 제1영역부로 이동시켜 물과 이온 교환을 하여 아나타제 졸을 제조하는 장치에 관한 것이다. 본 발명은 10nm이하 평균크기의 단일 입자를 포함하는 아나타제 졸을 간단한 공정을 통해 짧은 시간에 제조할 수 있다. 따라서 제조 비용을 절감할 수 있으며, 대량 생산에 적합하다. 또한, 본 발명은 액체 상태의 사염화티타늄(TiCl4)을 물과 반응시키는 영역과 이온분리막 분리영역을 별도로 하여 아나타제 졸을 더욱 용이하게 제조할 수 있으며, 아나타제 졸에 포함되는 입자의 크기 조절을 더욱 용이하게 할 수 있다.The present invention relates to anatase sol production apparatus, more specifically, by the movement of the TiCl 4 solution accommodated in the first container the first reactor to create a reaction mixture containing the TiOCl 2 solution by water and the reaction, including the TiOCl 2 solution And moving the reaction solution to the first region of the second reactor to perform an ion exchange with water to produce an anatase sol. The present invention can produce anatase sol containing single particles having an average size of 10 nm or less in a short time through a simple process. Therefore, it is possible to reduce manufacturing cost and is suitable for mass production. In addition, the present invention can more easily produce an anatase sol by separately preparing a region for reacting titanium tetrachloride (TiCl 4 ) in a liquid state with water and an ion separation membrane separation region, It can be facilitated.

Figure R1020160161773
Figure R1020160161773

Description

아나타제 졸 제조 장치{APPARATUS FOR PREPARING ANATASE SOL}[0001] APPARATUS FOR PREPARING ANATASE SOL [0002]

본 발명은 아나타제 졸 제조 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 제1용기에 수용된 TiCl4 용액을 제1반응기 이동시켜 물과 반응시킴으로써 TiOCl2 수용액을 만들고, TiOCl2 수용액을 제2반응기로 이동시켜 물과 이온 교환을 하여 아나타제 졸을 제조하는 장치에 관한 것이다. The present invention relates to an anatase sol production apparatus, and more particularly to a TiOCl 2 aqueous solution by reacting a TiCl 4 solution contained in a first vessel with a water in a first reactor to transfer an aqueous TiOCl 2 solution to a second reactor To an apparatus for producing an anatase sol.

염료감응형 태양전지(Dye-Sensitized Solar Cell)는 산화환원 전해질로 구성되어 있으며, 표면에 화학적으로 흡착된 염료 분자가 태양빛을 받아 전자를 냄으로써 전기를 생산하는 전지이다. 염료감응형 태양전지는 표면에 염료분자가 화학적으로 흡착된 나노 입자 반도체 산화물 전극에 태양빛이 흡수되면 염료분자는 전자를 내놓게 되는데 이 전자가 여러 경로를 통하여 투명 전도성 기판으로 전달되어 최종적으로 전류를 생성한다. 염료감응형 태양전지는 나노 크기의 염료분자를 사용하며 일반적으로 이산화티타늄(TiO2)을 많이 사용한다.Dye-sensitized solar cell is composed of redox electrolyte, and the dye molecules chemically adsorbed on the surface absorb the sunlight to generate electrons and generate electricity. In a dye-sensitized solar cell, when nanoparticle semiconductor oxide electrodes chemically adsorbed dye molecules on the surface are absorbed by the sunlight, the dye molecules emit electrons, which are transferred to the transparent conductive substrate through various paths, . Dye-sensitized solar cells use nano-sized dye molecules and generally use titanium dioxide (TiO 2 ).

이산화티타늄(TiO2)의 제조방법은 크게 황산법과 염소법 두 가지가 있다. 황산법은 건조, 분쇄된 타이타늄철석(ilmenite)에 황산을 작용시켜서 용해하고, 용해되지 않은 찌꺼기를 분리하여 황산티타닐 용액을 얻은 후, 이 용액을 가수분해하여 침전물을 얻는다. 가수분해 공정은 황산법에서 가장 중요한 공정으로 이 공정에서 이산화티타늄(TiO2) 입자의 기본물성이 대체적으로 결정되며, 소성공정을 거친 후 이산화티타늄 분말이 얻어진다. 염소법은 출발물질이 TiCl4로서 비점(沸点, boiling point)이 상대적으로 낮기 때문에 증류공정으로 용이하게 정제할 수 있을 뿐 아니라 생성입자가 균일하고 공정의 연속화 및 자동화가 쉬운 장점이 있는 반면 취급물질의 위험성 때문에 기밀성이 유지되는 고가의 장치사용이 요구되고 원료물질이 풍부하지 않은 단점이 있다. 이외에도 이산화티타늄 초미립자를 제조하는 방법으로 기상법, 습식법 및 열가수분해법 등이 사용되고 있으며, 국내에서도 많은 연구가 진행되고 있다.There are two methods for producing titanium dioxide (TiO 2 ): sulfuric acid and chlorine. Sulfuric acid is obtained by dissolving dried and pulverized ilmenite with sulfuric acid and separating the undissolved residues to obtain a titanyl sulfate solution. The solution is then hydrolyzed to obtain a precipitate. The hydrolysis process is the most important process in the sulfuric acid process. In this process, the basic physical properties of the titanium dioxide (TiO 2 ) particles are generally determined, and titanium dioxide powder is obtained after the calcination process. Since the starting material is TiCl 4 , the chlorine method is advantageous in that it can be easily purified by the distillation process because the boiling point is relatively low, and the generated particles are uniform, and the sequencing and automation of the process is easy. On the other hand, It is necessary to use an expensive apparatus that maintains airtightness and there is a disadvantage that raw materials are not abundant. In addition, the vapor phase method, the wet method, and the thermohydrolysis method are used as methods for producing titanium dioxide ultrafine particles, and many studies have been conducted in the domestic market.

그러나 이러한 제조 방법은 제조 공정이 복잡하며 제조 시간도 오래 걸려 대량 생산에 한계가 있다. 또한 이러한 제조 방법으로 만들어진 이산화티타늄 분말을 이용하여 졸을 제조하기 위해서는 추가적인 분산 및 졸 형성공정단계를 거쳐야 하는 등 많은 어려움이 있었으며, 다공체 형성에 유리한 아나타제 졸을 간단한 공정으로 단시간에 대량 생산할 수 있는 장치의 개발이 요구된다.However, such a manufacturing method has a complicated manufacturing process and requires a long manufacturing time, which limits the mass production. Further, in order to prepare a sol using the titanium dioxide powder produced by such a production method, there have been many difficulties such as additional dispersion and sol forming process steps. In addition, an anatase sol which is advantageous for forming a porous body can be mass- Is required.

대한민국 등록특허 제0800588호 (2008.01.28 등록)Korean Registered Patent No. 0800588 (Registered on January 28, 2008) 일본 공개특허 제2003-293178호 (2003.10.15 공개)Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-293178 (published on October 15, 2003)

본 발명의 목적은 간단한 제조 공정과 짧은 제조 시간으로 10nm이하 크기의 단일 입자로 이루어진 아나타제 졸을 제조하는 장치를 제공하는 것이다. An object of the present invention is to provide an apparatus for producing an anatase sol composed of single particles having a size of 10 nm or less with a simple manufacturing process and a short production time.

본 발명의 또 다른 목적은 제조 시 급격한 반응에 의한 사고를 방지하고, 대량 생산이 가능한 아나타제 졸을 제조하는 장치를 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide an apparatus for producing an anatase sol capable of preventing an accident caused by a rapid reaction during production and mass production.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 아나타제 졸 제조장치는 불활성기체가 공급되는 제1공급관이 연결되며, 내부에 TiCl4 용액이 수용되는 제1용기, 물이 공급되는 제2공급관 및 불활성기체가 공급되는 제3공급관이 연결되며, 반응용액이 수용되는 제1반응기, 이온교환막을 경계로 하여 구분된 제1영역부와 제2영역부를 포함하며, 상기 제1영역부에는 Ti 전극이 구비되며, 제2영역부에는 Pt 전극이 구비되는 제2반응기, 상기 제1용기의 TiCl4 용액이 상기 제1반응기로 공급되도록 연결된 제1배관, 상기 제1반응기의 반응용액이 제2반응기로 공급되도록 연결된 제2배관을 포함하는 아나타제 졸 제조장치에 의해 달성된다. In order to attain the above object, an apparatus for producing an anatase sol according to the present invention comprises a first container in which a first supply pipe to which an inert gas is supplied is connected, a first container in which a TiCl 4 solution is contained, a second supply pipe in which water is supplied, The first region includes a first region and a second region. The first region and the second region are separated from each other by the ion exchange membrane. The first region is provided with a Ti electrode. A second reactor having a Pt electrode in a second region, a second reactor in which TiCl 4 A first pipe connected to supply the solution to the first reactor, and a second pipe connected to supply the reaction solution of the first reactor to the second reactor.

상기 불활성 기체는 질소가스 또는 아르곤 가스 중 선택되는 적어도 하나일 수 있다.The inert gas may be at least one selected from nitrogen gas or argon gas.

상기 제1반응기에 연결되어 있으며 암모니아수를 공급하는 제4공급관을 더 포함할 수 있다. And a fourth supply pipe connected to the first reactor and supplying ammonia water.

상기 제1반응기 외부면의 적어도 일부분과 접촉하여 제1반응기를 냉각시키기 위한 제1냉각부를 더 포함할 수 있다. And a first cooling unit for cooling the first reactor in contact with at least a part of the outer surface of the first reactor.

상기 제2반응기 외부면의 적어도 일부분과 접촉하여 제2반응기를 냉각시키기 위한 제2냉각부를 더 포함할 수 있다. And a second cooling unit for cooling at least a part of the outer surface of the second reactor to cool the second reactor.

상기 제2반응기는 제2영역부에 물이 공급되는 제5공급관과 제2영역부의 염산 수용액이 배출되는 제1배출관을 더 포함할 수 있다. The second reactor may further include a fifth supply pipe through which water is supplied to the second region and a first discharge pipe through which the aqueous hydrochloric acid solution in the second region is discharged.

상기 이온교환막은 용액 내의 염소이온은 통과시킬 수 있으며, 티타늄이온은 통과시킬 수 없는 이온교환수지일 수 있다. The ion exchange membrane may be an ion exchange resin that can pass chloride ions in the solution and can not pass titanium ions.

상기 제1반응기의 반응용액은, 제3공급관을 통해 공급되는 불활성기체의 압력에 의해 제2배관을 통해 상기 제2반응기로 이동할 수 있다. The reaction solution in the first reactor can be moved to the second reactor through the second pipe by the pressure of the inert gas supplied through the third supply pipe.

본 발명은 10nm이하 크기의 단일 입자로 이루어진 아나타제 졸을 간단한 공정을 통해 짧은 시간에 제조할 수 있다. 따라서 제조 비용을 절감할 수 있으며, 대량 생산에 적합하다. 또한, 본 발명은 액체 상태의 사염화티타늄(TiCl4)을 물과 반응시키는 영역과 이온분리막 분리영역을 별도로 하여 아나타제 졸을 용이하게 제조할 수 있으며, 아나타제 졸에 포함되는 입자의 크기 조절 및 반응을 더욱 용이하게 할 수 있다.The present invention can produce anatase sol composed of single particles of 10 nm or less in size in a short time through a simple process. Therefore, it is possible to reduce manufacturing cost and is suitable for mass production. In addition, the present invention can easily produce an anatase sol by separately preparing a region in which liquid titanium tetrachloride (TiCl 4 ) is reacted with water and an ion separation membrane separation region, and can control the size and reaction of the particles contained in the anatase sol It can be made even easier.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 아나타제 졸 제조장치를 나타내는 도면이다. 1 is a view showing an apparatus for producing an anatase sol according to an embodiment of the present invention.

이하 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention will be described in more detail with reference to the drawings.

첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일 예에 불과하므로 본 발명의 사상이 첨부된 도면에 한정되는 것은 아니다. 마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings, which are included to provide a further understanding of the technical concept of the present invention, are incorporated in and constitute a part of the specification, and are not intended to limit the scope of the present invention. For the same reason, some of the components in the drawings are exaggerated, omitted, or schematically illustrated.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 아나타제 졸 제조장치를 나타내는 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 아나타제 졸 제조 장치는 크게 1개의 용기(제1용기)와 2개의 반응기(제1 및 제2반응기)로 나누어진다. 제1용기(100)의 내부에는 액체 상태의 사염화티타늄(TiCl4)이 수용된다. 사염화티타늄(TiCl4)은 독성이 강한 화학 물질로 공기 중의 수분과 반응하면 빠르게 분해되어 염화수소를 생성하며 폭발 가능성이 매우 크다. 따라서 이를 방지하기 위해 제조공정에 들어가기 전 제1용기(100) 및 제1반응기(200)의 내부는 불활성 가스로 충전된 후 반응이 시작되도록 한다. 제1용기(100)는 화학 물질에 강한 유리 등의 내화학성 용기로 형성되며, 내부가 밀폐되도록 한다.1 is a view showing an apparatus for producing an anatase sol according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, an apparatus for producing an anatase sol according to an embodiment of the present invention is roughly divided into one vessel (first vessel) and two reactors (first and second reactors). In the first container 100, liquid titanium tetrachloride (TiCl 4 ) is accommodated. Titanium tetrachloride (TiCl 4 ) is a highly toxic chemical that reacts with moisture in the air to decompose rapidly to produce hydrogen chloride, which is very likely to explode. Therefore, in order to prevent this, the interior of the first vessel 100 and the first reactor 200 is charged with an inert gas and then the reaction is started. The first container 100 is formed of a chemical resistant container such as a glass resistant to chemicals, and the inside thereof is sealed.

제1용기(100)는 불활성 기체가 유입되는 제1공급관(410)과 액체 상태의 사염화티타늄(TiCl4)을 제1반응기로 이동시키기 위한 제1배관(510)에 연결되어 있다. 제1공급관(410)과 제1배관(510)의 내부 역시 불활성 기체분위기로 한다. 제1공급관(410)은 일단이 제1용기(100)의 상부에 위치하도록 설치된다. 제1공급관(410)은 불활성 기체가스를 주입하기 위해서 내부에 밸브가 설치될 수 있다. 제1배관(510)은 일단이 제1용기(100)의 하부에 위치하도록 설치된다. 제1배관(510)의 일단은 사염화티타늄(TiCl4) 용액 중에 있게 된다. 제1용기(100)에 수용된 액체 상태의 사염화티타늄(TiCl4)은 제1공급관(410)을 통한 불활성 기체가스 유입에 의해 제1배관(510)을 통해 이동한다. 제1공급관(410) 및 제1배관(510) 등은 우레탄 튜브로 형성될 수 있다. 우레탄 튜브는 에어컨용 배관에 사용되는 것으로 내굴절성 및 내한성이 강하며 가벼운 장점이 있다.The first vessel 100 is connected to a first supply pipe 410 through which an inert gas flows and a first pipe 510 through which liquid titanium tetrachloride (TiCl 4 ) is transferred to the first reactor. The inside of the first supply pipe 410 and the first pipe 510 is also set to an inert gas atmosphere. The first supply pipe 410 is installed such that one end of the first supply pipe 410 is located above the first container 100. The first supply pipe 410 may be provided with a valve therein for injecting an inert gas. The first pipe (510) is installed such that one end thereof is located at the lower part of the first container (100). One end of the first pipe 510 is in a titanium tetrachloride (TiCl 4 ) solution. Titanium tetrachloride (TiCl 4 ) in a liquid state contained in the first vessel 100 moves through the first pipe 510 by flowing an inert gas through the first supply pipe 410. The first supply pipe 410, the first pipe 510, and the like may be formed of a urethane tube. Urethane tube is used for air conditioner piping. It has strong resistance to bending and cold, and has a light weight.

제1배관(510)은 제1용기(100)와 제1반응기(200)를 연결한다. 제1배관(510)은 일단이 제1용기(100)의 하부에 위치하며, 타단이 제1반응기(200)의 상부에 위치한다. 제1용기(100)에서 제1공급관(410)으로 불활성 기체가 유입되면 제1배관(510)을 통해 액체 상태의 사염화티타늄(TiCl4)이 제1반응기(200)로 이동하고, 제1반응기(200)에 수용된 물과 가수 분해 반응을 한다. 제1반응기(200)에는 물을 공급하기 위한 제2공급관(420)이 상부에 연결된다. 제2공급관(420)에는 공급되는 물의 양을 조절하기 위한 밸브가 포함될 수 있다. 제2공급관(420)으로부터 물의 양을 조절하고 제1배관(510)으로부터 사염화티타늄(TiCl4)의 양을 조절하여 사염화티타늄(TiCl4)과 물의 가수분해 반응속도를 조절할 수 있으며, 급격하게 반응이 일어나는 것을 방지할 수 있다. 제1반응기(200) 역시 사염화티타늄(TiCl4)이 공기 중의 수분과 반응하지 않도록 불활성 기체분위기로 한다. 제1반응기(200)에 불활성 기체를 충전하기 위해서 제1반응기(200)의 상부에 불활성 기체가 유입되는 제3공급관(430)이 구비된다. 제3공급관(430)을 통하여 불활성 기체가 유입됨으로써 제1반응기(200) 내 공기 중의 수분과 사염화티타늄(TiCl4)이 반응하는 것을 막을 수 있으며, 사염화티타늄(TiCl4)과 물이 반응할 때 반응이 안정적으로 이루어지도록 한다. 제3공급관(430)으로 불활성 기체가스를 주입하기 위해서 제3공급관(430)에 밸브가 설치될 수 있다. 제3공급관(430) 역시 우레탄 튜브로 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 제1공급관(410)의 상부에는 암모니아수를 공급하기 위한 제4공급관(440)이 연결될 수 있다. 암모니아수는 사염화티타늄(TiCl4)과 물의 반응에 의해 생성된 TiOCl2 수용액과 반응하여 수산화티타늄(Ti(OH)2)을 생성시킨다. 수산화티타늄(Ti(OH)2)이 포함된 용액은 건조를 시켜 용이하게 졸이나 겔 상태로 만들 수 있다. The first pipe (510) connects the first vessel (100) and the first reactor (200). One end of the first pipe 510 is located at the lower portion of the first vessel 100 and the other end thereof is located at the upper portion of the first reactor 200. When an inert gas flows into the first supply pipe 410 from the first container 100, titanium tetrachloride (TiCl 4 ) in a liquid state is transferred to the first reactor 200 through the first pipe 510, And performs hydrolysis reaction with water contained in the reaction vessel (200). The first reactor 200 is connected to a second supply pipe 420 for supplying water. The second supply pipe 420 may include a valve for adjusting the amount of water to be supplied. The rate of hydrolysis reaction of titanium tetrachloride (TiCl 4 ) and water can be controlled by adjusting the amount of water from the second supply pipe 420 and adjusting the amount of titanium tetrachloride (TiCl 4 ) from the first pipe 510, Can be prevented from occurring. The first reactor 200 is also set to an inert gas atmosphere so that titanium tetrachloride (TiCl 4 ) does not react with moisture in the air. A third supply pipe 430 into which an inert gas flows is provided at an upper portion of the first reactor 200 to fill the first reactor 200 with an inert gas. First being an inert gas inlet through a third supply pipe 430 can be prevented that the water and titanium tetrachloride (TiCl 4) reaction of the air in the first reactor 200, titanium tetrachloride (TiCl 4) and when water is the reaction So that the reaction can be performed stably. A valve may be provided in the third supply pipe 430 to inject the inert gas into the third supply pipe 430. The third supply pipe 430 is also preferably formed of a urethane tube. In addition, a fourth supply pipe 440 for supplying ammonia water may be connected to the upper portion of the first supply pipe 410. Ammonia water reacts with an aqueous solution of TiOCl 2 produced by the reaction of titanium tetrachloride (TiCl 4 ) with water to produce titanium hydroxide (Ti (OH) 2 ). The solution containing titanium hydroxide (Ti (OH) 2 ) can be easily sol or gelated by drying.

사염화티타늄(TiCl4)과 물의 가수분해반응은 발열 반응으로 많은 양의 열이 발생한다. 따라서 사염화티타늄(TiCl4)이 빠른 속도로 제1반응기(200)로 이동하면 제1반응기(200)에서 발열 반응이 빨리 일어나 폭발의 위험이 있다. 이 때문에 불활성 기체가스의 주입 속도를 느리게 조절하여 제1반응기(200)에서 반응이 천천히 일어나도록 한다. 제1공급관(410)에서 유입되는 불활성 기체가스의 속도를 조절함으로써, 사염화티타늄(TiCl4)의 이동 속도를 조절할 수 있다. 사염화티타늄(TiCl4)이 TiOCl2로 가수분해하는 과정을 관찰하면서 반응열이 많이 발생하는 경우 속도를 더욱 느리게 조절할 수 있다. The hydrolysis reaction of titanium tetrachloride (TiCl 4 ) with water generates a large amount of heat due to an exothermic reaction. Therefore, when titanium tetrachloride (TiCl 4 ) moves to the first reactor 200 at a high speed, an exothermic reaction occurs rapidly in the first reactor 200, and there is a risk of explosion. Therefore, the injection rate of the inert gas gas is controlled to be slow so that the reaction occurs slowly in the first reactor 200. The rate of movement of the titanium tetrachloride (TiCl 4 ) can be controlled by controlling the velocity of the inert gas introduced into the first supply pipe 410. The rate can be controlled more slowly when the reaction heat is generated by observing the hydrolysis process of titanium tetrachloride (TiCl 4 ) with TiOCl 2 .

제1반응기(200)는 사염화티타늄(TiCl4)과 물의 반응에 의해 생성된 TiOCl2, 염산 및 수산화티타늄(Ti(OH)2) 중 적어도 하나를 포함하는 반응용액을 제2반응기(300)로 이동시키기 위한 제2배관(520)에 연결되어 있다. 제2배관(520)의 내부 역시 불활성 기체분위기로 한다. 제2배관(520)은 일단이 제2반응기(300)의 제1영역부(310) 상부에 위치하도록 설치된다. 제2배관(520)은 일단이 제1반응기(200)의 하부에 위치하도록 설치된다. 제2배관(520)의 일단은 상기 반응용액 중에 있게 된다. 제1반응기(200)에 수용된 반응용액은 제3공급관(430)을 통한 불활성 기체가스 유입에 의해 제2배관(520)을 통해 이동한다. 제3공급관(430) 역시 우레탄 튜브로 형성될 수 있다. The first reactor 200 is configured to supply a reaction solution containing at least one of TiOCl 2 , hydrochloric acid, and titanium hydroxide (Ti (OH) 2 ) produced by the reaction of titanium tetrachloride (TiCl 4 ) and water to the second reactor 300 And is connected to a second pipe 520 for movement. The inside of the second pipe 520 is also set to an inert gas atmosphere. The second pipe 520 is installed such that one end of the second pipe 520 is located above the first region 310 of the second reactor 300. The second pipe 520 is installed such that one end thereof is positioned at the lower portion of the first reactor 200. One end of the second pipe 520 is in the reaction solution. The reaction solution contained in the first reactor 200 moves through the second pipe 520 by flowing an inert gas through the third supply pipe 430. The third supply pipe 430 may also be formed of a urethane tube.

상기 제2배관(520)에 연결된 제2반응기(300)는 제1영역부(310), 제2영역부(320), 이온교환막(350)을 구비하며, 이온교환막(350)을 경계로 제1영역부(310), 제2영역부(320)로 분리된다. 반응 개시 전 제2반응기(300)의 내부에는 물이 수용된다. 제1영역부(310)에는 Ti 전극(370)을 포함한다. 제2영역부(320)에는 Pt 전극(380)을 포함한다. The second reactor 300 connected to the second pipe 520 includes a first region 310, a second region 320 and an ion exchange membrane 350. The ion exchange membrane 350 is connected to the first region 310, 1 region 310 and a second region 320, as shown in FIG. Water is contained in the interior of the second reactor 300 before the start of the reaction. The first region 310 includes a Ti electrode 370. The second region 320 includes a Pt electrode 380.

제2반응기(300)의 제2영역부(320)에는 물을 공급하기 위한 제5공급관(450)과 염산수용액을 배출하기 위한 제1배출관(530)이 포함될 수 있다. 반응이 시작되면 제2반응기(300)의 이온교환막(350)을 통해 제1영역부(310)의 Cl- 이온이 제2영역부(320)로 이동하게 되며 이에 따라 제2영역부(320)는 염산(HCl)이 생성되며 염산의 농도가 높아지게 된다. 염산의 농도가 높아질수록 이온교환막(350)을 통한 염소이온의 이동은 느려지게 되므로, 제5공급관(450)을 통해 물을 공급하여 제2영역부(320)의 염산 농도를 희석시키면서 생성된 염산수용액을 제1배출관(530)을 통해 배출을 하게 되면 염소이온의 이동속도가 유지되어 장치의 아나타제졸 제조 시간을 단축하게 할 수 있다. The second region 320 of the second reactor 300 may include a fifth supply pipe 450 for supplying water and a first discharge pipe 530 for discharging an aqueous hydrochloric acid solution. When the reaction was started claim 2 Cl in the reactor 300, the ion exchange membrane first area 310 through 350 of the-ion will be taken to the second area 320, this second region 320, according (HCl) is generated and the concentration of hydrochloric acid is increased. As the concentration of hydrochloric acid increases, the movement of chlorine ions through the ion exchange membrane 350 is slowed down. Therefore, water is supplied through the fifth supply pipe 450 to dilute the hydrochloric acid concentration in the second region 320, If the aqueous solution is discharged through the first discharge pipe 530, the moving speed of the chlorine ion is maintained, thereby shortening the time for producing the anatase sol of the apparatus.

본 발명의 아나타제 졸 제조 장치는, 제1반응기(200) 내에서 폭발적인 반응이 일어나는 것을 방지하기 위해서 제1냉각부(610)를 포함할 수 있다. 제1냉각부(610)는 제1반응기(200)를 수용할 수 있도록 오목한 형태이며, 열전도율이 좋은 구리 등의 금속으로 형성될 수 있다. 제1냉각부(610)의 내부에는 냉매가 수용된다. 냉매가 제1반응기(200)의 반응열을 제1냉각부(610)로 전달하여 제1반응기(200)의 온도를 낮춰줌으로써 사염화티타늄(TiCl4)의 가수분해 반응이 안정적으로 일어나게 한다. 본 실시예에서 제1냉각부(610)는 금속으로 형성되지만 이에 한정하지 않으며, 제1냉각부(610)는 얼음 등이 채워진 오목한 형태의 용기일 수도 있다. 제2반응기(300) 역시 냉각을 위한 제2냉각부(620)를 포함할 수 있다. 제2냉각부는 반응열 등에 의해 열화가 발생하기 쉬운 이온교환막(350)을 보호하려는 목적이 크다. 제2냉각부(620)의 냉각수단은 제2반응기(300) 내의 용액이 이온교환막(350)을 열화시키지 않을 정도의 온도로 유지시킬 수 있으면 특별히 제한되지 않는다. The apparatus for producing an anatase sol of the present invention may include a first cooling unit 610 to prevent an explosive reaction from occurring in the first reactor 200. The first cooling unit 610 may have a concave shape to accommodate the first reactor 200 and may be formed of a metal such as copper having a high thermal conductivity. The first cooling portion 610 accommodates the refrigerant. The refrigerant transfers the reaction heat of the first reactor 200 to the first cooling unit 610 to lower the temperature of the first reactor 200, thereby stably causing the hydrolysis reaction of titanium tetrachloride (TiCl 4 ). In this embodiment, the first cooling portion 610 is formed of metal, but not limited thereto, and the first cooling portion 610 may be a concave shaped container filled with ice or the like. The second reactor 300 may also include a second cooling unit 620 for cooling. The second cooling unit has a large purpose of protecting the ion exchange membrane 350, which is susceptible to deterioration due to reaction heat or the like. The cooling means of the second cooling section 620 is not particularly limited as long as the solution in the second reactor 300 can maintain the temperature at such a degree that the ion exchange membrane 350 is not deteriorated.

더불어 본 발명의 아나타제 졸 제조 장치는 교반기를 더 포함할 수 있다. 교반기는 제1반응기(200)에서 사염화티타늄(TiCl4)과 물을 잘 혼합하여 용기 내부의 온도가 국소적으로 급격하게 올라가는 것을 방지한다. In addition, the apparatus for producing an anatase sol of the present invention may further include an agitator. Stirrer is mixed well to titanium tetrachloride (TiCl 4) and water from the first reactor 200 to prevent the temperature in the vessel suddenly rises locally.

다음으로, 제1영역부(310)에 수용된 반응용액에 전류를 가하여 이온 교환을 한다. 전류를 가하기 위하여 제1영역부(310)에는 Ti 전극(370)이, 제2영역부(320)에는 Pt 전극(380)이 구비된다. 제2영역부(320)에는 물이 수용되며, 제1영역부(310)에 생성된 반응용액과 이온교환막(350)을 경계로 나뉘어 위치한다. 제1영역부(310)의 반응 용액에는 Ti 전극(370)을 사용하여 (-) 전압을 가해주고, 제2영역부(320)의 물에는 Pt 전극(380)을 사용하여 (+) 전압을 가해준다.Next, a current is applied to the reaction solution contained in the first region 310 to perform ion exchange. A Ti electrode 370 is provided in the first region 310 and a Pt electrode 380 is provided in the second region 320 to apply a current. Water is contained in the second region 320 and is divided by the boundary between the reaction solution generated in the first region 310 and the ion exchange membrane 350. (-) voltage is applied to the reaction solution of the first region 310 using the Ti electrode 370 and a positive voltage is applied to the water of the second region 320 using the Pt electrode 380 I will do it.

여기서 이온 교환막(ion exchange membrane, 350)은 음이온 교환막으로, Cl- 이온이 통과하여 이동한다. 양 전극에 전류를 가하면 Cl- 이온이 제1영역부(310)의 반응용액으로부터 이온교환막(350)을 통과하여 제2영역부(320)로 이동한다. 따라서 제2영역부(320)의 물은 점점 HCl로 변하고, 제1영역부(310)의 반응용액 내에는 아나타제 졸이 생성된다. 본 실시예에서는 전류를 가하기 위한 전극으로 Ti-Pt 전극이 사용되었지만, 이온 교환이 가능한 전극이라면 이에 한정하지는 않는다. Here, the ion exchange membrane (ion exchange membrane) 350 is an anion exchange membrane, and the Cl- ions migrate through the membrane. When an electric current is applied to both electrodes, Cl - ions move from the reaction solution in the first region 310 to the second region 320 through the ion exchange membrane 350. Accordingly, the water in the second region 320 gradually changes to HCl, and an anatase sol is generated in the reaction solution in the first region 310. In this embodiment, a Ti-Pt electrode is used as an electrode for applying an electric current, but the present invention is not limited thereto as long as it is an ion exchangeable electrode.

본 발명의 실시예 및 도면에서 제1용기, 제1반응기, 및 제2반응기는 각각의 별도의 용기로 나타냈으나, 제1용기, 제1반응기 및 제2반응기를 모두 일체의 커다란 용기 내에 별도의 격실로 구분하여 제조하는 것도 가능하며, 제1반응기 및 제2반응기를 하나의 용기로 결합하여 격실만 구분하는 것도 동일한 기술의 범위에 포함시켜야 할 것이다. In the examples and drawings of the present invention, the first vessel, the first reactor, and the second reactor are shown as separate containers, but the first vessel, the first reactor, and the second reactor are all contained in a large container And it is also necessary to include the first reactor and the second reactor in a single container so as to divide the compartment only into the same technical scope.

종래의 방법으로 사염화티타늄(TiCl4) 등을 이용하여 아나타제 분말을 생성하거나 졸을 생성할 경우 같이 생성되는 염소이온 등을 제거하기에 많은 어려움이 있었으며, 이로 인해 고순도의 단분산 입자를 얻기가 곤란하였다. 본 발명의 아나타제 졸 제조장치를 이용하면 일련의 공정으로 아나타제 졸을 생성할 수 있을 뿐만 아니라 연속적인 공정을 통해 대량의 아나타제 졸 생성도 가능하여 제조 단가 절감에도 유리하다. 특히 본 발명으로 생성된 아나타제 졸은 염료감은 태양전지 등의 다공성이 요구되는 전극재료 등으로 활용이 용이하며, 아나타제 졸을 건조 등의 공정을 거치게 되면 아나타제 나노분말로의 전환도 용이하여 응용가능성 및 활용가능성은 매우 크다. It has been difficult to remove anions such as anionase powder using titanium tetrachloride (TiCl 4 ) or the like and to remove chlorine ions or the like which are formed when a sol is produced in the conventional method, and it is difficult to obtain monodispersed particles of high purity Respectively. The anatase sol production apparatus of the present invention can produce an anatase sol in a series of processes, and can also produce a large amount of anatase sol through a continuous process, which is advantageous in manufacturing cost reduction. In particular, the anatase sol produced by the present invention can be easily used as an electrode material that requires porosity such as a solar cell, and can be easily converted into an anatase nanopowder when the anatase sol is subjected to a drying process, The possibility of utilization is very large.

본 발명은 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the appended claims. Accordingly, the true scope of protection of the present invention should be determined only by the appended claims.

Claims (8)

불활성기체가 공급되는 제1공급관이 연결되며, 내부에 TiCl4 용액이 수용되는 제1용기;
물이 공급되는 제2공급관 및 불활성기체가 공급되는 제3공급관이 연결되며, 반응용액이 수용되는 제1반응기;
이온교환막을 경계로 하여 구분된 제1영역부와 제2영역부를 포함하며, 상기 제1영역부에는 Ti 전극이 구비되며, 제2영역부에는 Pt 전극이 구비되는 제2반응기;
상기 제1용기의 TiCl4 용액이 상기 제1반응기로 공급되도록 연결된 제1배관;
상기 제1반응기의 반응용액이 제2반응기로 공급되도록 연결된 제2배관; 을 포함하며,
상기 제1반응기에 연결되어 있으며 암모니아수를 공급하는 제4공급관을 더 포함하고, 상기 제1반응기의 반응용액은, 제3공급관을 통해 공급되는 불활성기체의 압력에 의해 제2배관을 통해 상기 제2반응기로 이동하는 것을 특징으로 하는 아나타제 졸 제조장치.A first container in which a first supply pipe to which an inert gas is supplied is connected and in which a TiCl 4 solution is accommodated;
A first reactor in which a second supply pipe to which water is supplied and a third supply pipe to which an inert gas is supplied are connected and a reaction solution is accommodated;
A second reactor including a first region and a second region separated by a boundary of the ion exchange membrane, the first region having a Ti electrode and the second region having a Pt electrode;
A first pipe connected to supply a TiCl 4 solution of the first vessel to the first reactor;
A second pipe connected to supply the reaction solution of the first reactor to the second reactor; / RTI >
And a fourth supply pipe connected to the first reactor and supplying ammonia water, wherein the reaction solution of the first reactor is supplied to the second pipe through the second pipe by the pressure of the inert gas supplied through the third pipe, To the reactor. ≪ RTI ID = 0.0 > 11. < / RTI > 제1항에서,
상기 불활성 기체는 질소가스 또는 아르곤 가스 중 선택되는 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 아나타제 졸 제조장치.The method of claim 1,
Wherein the inert gas is at least one selected from nitrogen gas and argon gas. 삭제delete 제1항에서,
상기 제1반응기 외부면의 적어도 일부분과 접촉하여 제1반응기를 냉각시키기 위한 제1냉각부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 아나타제 졸 제조장치.The method of claim 1,
Further comprising a first cooling unit for cooling at least a portion of the outer surface of the first reactor to cool the first reactor. 제1항에서,
상기 제2반응기 외부면의 적어도 일부분과 접촉하여 제2반응기를 냉각시키기 위한 제2냉각부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 아나타제 졸 제조장치.The method of claim 1,
Further comprising a second cooling unit for cooling at least a portion of the outer surface of the second reactor to cool the second reactor. 제1항에서,
상기 제2반응기는 제2영역부에 물이 공급되는 제5공급관과 제2영역부의 염산 수용액이 배출되는 제1배출관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 아나타제 졸 제조장치.The method of claim 1,
Wherein the second reactor further comprises a fifth supply pipe through which water is supplied to the second region and a first discharge pipe through which an aqueous hydrochloric acid solution in the second region is discharged. 제1항에서,
상기 이온교환막은 용액 내의 염소이온은 통과시킬 수 있으며, 티타늄이온은 통과시킬 수 없는 이온교환수지인 것을 특징으로 하는 아나타제 졸 제조장치.The method of claim 1,
Wherein the ion exchange membrane is an ion exchange resin capable of allowing chlorine ions in the solution to pass therethrough and not allowing titanium ions to pass therethrough. 삭제delete
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