KR101903079B1 - 높은 가시광 활성을 갖는 광촉매 및 이의 제조방법 - Google Patents
높은 가시광 활성을 갖는 광촉매 및 이의 제조방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 가시광 활성이 우수한 광촉매 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 광촉매는 은(Ag) 및 바나듐(V)이 코도핑된 이산화티타늄(TiO2)이 담지된 고분자 매트릭스를 포함하여 낮은 밴드갭과 높은 비표면적을 가지므로 가시광 영역에서도 우수한 광촉매 활성을 나타낼 뿐만 아니라 광 조사가 수행되지 않는 조건 하에서 유기 화합물을 흡착시켜 제거할 수 있다. 또한, 상기 이산화티타늄은 고분자 매트릭스와 화학적으로 결합된 구조를 가져 광촉매의 재사용이 용이한 이점이 있다.
Description
본 발명은 은(Ag) 및 바나듐(V)이 코도핑된 이산화티타늄(TiO2)이 담지된 고분자 매트릭스를 포함하여 가시광 활성이 우수한 광촉매 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
n-헥산, 부틸아세테이트, 톨루엔 등의 유기 화합물은 고휘발성 물질로서, 용매, 세정제 등으로서 공업적으로 널리 사용되고 있으며, 살충제, 살균제, 제초제 등의 유기 농약으로서 농업 분야에서도 사용되고 있다. 그러나, 이들 유기 화합물은 사람에 대한 독성, 발암성을 나타내고 동식물에 대한 생육장애, 기형 유발 등을 나타내는 성분을 포함하고 있다. 이에, 현재 상기 유기 화합물의 제조, 사용, 폐기를 엄격히 규제하고 있는 실정이나 방향족 유기 화합물을 처리하기 위한 종래 기술들은 높은 비용이 요구되고, 효율이 낮아 실제로 유기 화합물을 처리하는데 한계가 있다.
한편, 광촉매(photocatalyst)는 밴드갭 에너지 이상의 에너지를 갖는 빛을 받으면 가전자대(valence band)에서 전도대(conduction band)로 전자를 여기시켜서 전도대에는 전자를 형성하고 가전자대에는 정공을 형성하며, 형성된 전자와 정공이 광촉매의 표면으로 확산하여 산화·환원 반응에 참여한다.
광촉매 반응(photocatalysis)은 태양 에너지를 이용하여 물을 직접 광분해하여 차세대의 대체 에너지원인 수소를 생산하는데 사용될 수 있으며, 휘발성 유기화합물(VOCs), 각종 악취, 폐수, 난분해성 오염물질 및 환경 호르몬의 분해, 세균, 박테리아의 살균 등에 사용될 수 있다. 따라서 상온에서 태양 에너지만을 사용하는 광촉매 기술은 수소 제조 및 환경 정화에 응용되어 환경 문제를 해결할 수 있는 유력한 수단으로 주목을 받고 있다.
그러나, 현재 광촉매로서 폭넓게 사용되고 있는 이산화티타늄(TiO2)의 경우, 특허문헌 1과 같이 전체 태양광의 4% 정도를 포함하는 자외선 영역에서만 광촉매 반응을 일으킬 뿐만 아니라 자외선은 생물체에 노출되면 피부암과 같은 질병을 유발시키는 문제가 있다.
따라서, 유기 화합물의 제거에 광촉매 기술을 효과적으로 활용하기 위하여 전체 태양광의 약 43%를 차지하는 가시광 영역에서 높은 활성을 가져 나타내는 광촉매 재료의 개발이 절실히 요구되고 있다.
이러한 문제를 해결하기 위하여,
본 발명의 목적은, 가시광 영역에서 광촉매 활성이 우수한 광촉매를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 상기 광촉매의 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 상기 광촉매를 이용한 유기 화합물의 제거방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 일실시예에서,
다공성 구조의 고분자 매트릭스; 및
은(Ag) 및 바나듐(V)이 코도핑된 이산화티타늄(TiO2)을 포함하고,
상기 이산화티타늄(TiO2)의 티타늄은 3가 티타늄(Ti3 +) 및 4가 티타늄(Ti4 +)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 형태로 존재하고,
몰 비율이 하기 식 1의 조건을 만족하는 광촉매를 제공한다:
[식 1]
10 ≤ Ti3 +/Ti4 + X 100 ≤ 40.
또한, 본 발명은 일실시예에서,
고분자 매트릭스 표면에 이산화티타늄 전구체를 화학결합 시키는 단계; 및
상기 이산화티타늄 전구체에 은(Ag) 및 바나듐(V)을 도핑하는 단계를 포함하는 광촉매의 제조방법을 제공한다.
나아가, 본 발명은 일실시예에서,
은(Ag) 및 바나듐(V)이 코도핑된 이산화티타늄(TiO2)이 화학결합된 다공성 구조의 고분자 매트릭스를 포함하는 광촉매와 휘발성 유기 화합물을 접촉시키는 단계를 포함하는 유기 화합물의 제거방법을 제공한다.
본 발명에 따른 광촉매는 은(Ag) 및 바나듐(V)이 코도핑된 이산화티타늄(TiO2)이 담지된 고분자 매트릭스를 포함하여 낮은 밴드갭과 높은 비표면적을 가지므로 가시광 영역에서도 우수한 광촉매 활성을 나타낼 뿐만 아니라 광 조사가 수행되지 않는 조건 하에서 유기 화합물을 흡착시켜 제거할 수 있다. 또한, 상기 이산화티타늄은 고분자 매트릭스와 화학적으로 결합된 구조를 가져 광촉매의 재사용이 용이한 이점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 실시예 3 및 비교예 1 내지 3의 광촉매를 대상으로 주사전자현미경(SEM) 분석한 이미지이다.
도 2는 본 발명에 따른 실시예 3의 광촉매를 대상으로 고분해능 투과전자현미경(HR-TEM) 분석한 이미지이다.
도 3은 본 발명에 따른 실시예 3의 광촉매를 대상으로 X선 광전자분광(XPS) 분석한 이미지이다.
도 4는 본 발명에 따른 실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 3의 광촉매의 파장에 따른 흡광도를 도시한 그래프이다.
도 5는 일실시예에서, 광촉매 조성별 시간에 따른 잔류 헥산의 농도 및 이산화탄소(CO2)의 발생량을 도시한 그래프이다.
도 6은 다른 일실시예에서, 광촉매 조성별 시간에 따른 잔류 부틸 아세테이트의 농도 및 이산화탄소(CO2)의 발생량을 도시한 그래프이다.
도 7은 또 다른 일실시예에서, 본 발명에 따른 실시예 2의 광촉매를 사용하여 제거하고 잔류하는 헥산 및 부틸 아세테이트의 농도 및 이산화탄소(CO2)의 발생량을 도시한 그래프이다.
도 2는 본 발명에 따른 실시예 3의 광촉매를 대상으로 고분해능 투과전자현미경(HR-TEM) 분석한 이미지이다.
도 3은 본 발명에 따른 실시예 3의 광촉매를 대상으로 X선 광전자분광(XPS) 분석한 이미지이다.
도 4는 본 발명에 따른 실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 3의 광촉매의 파장에 따른 흡광도를 도시한 그래프이다.
도 5는 일실시예에서, 광촉매 조성별 시간에 따른 잔류 헥산의 농도 및 이산화탄소(CO2)의 발생량을 도시한 그래프이다.
도 6은 다른 일실시예에서, 광촉매 조성별 시간에 따른 잔류 부틸 아세테이트의 농도 및 이산화탄소(CO2)의 발생량을 도시한 그래프이다.
도 7은 또 다른 일실시예에서, 본 발명에 따른 실시예 2의 광촉매를 사용하여 제거하고 잔류하는 헥산 및 부틸 아세테이트의 농도 및 이산화탄소(CO2)의 발생량을 도시한 그래프이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다.
본 발명에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 본 발명에서 첨부된 도면은 설명의 편의를 위하여 확대 또는 축소하여 도시된 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에서, "자외선(ultra violet light, UV light)"이란 가시광선보다는 파장이 짧고 X선보다는 파장이 긴 광으로서, 약 10 내지 390 ㎚의 파장 범위에 속하고 가시광선보다 높은 에너지를 갖는 광을 의미한다.
또한, 본 발명에서, "가시광선(visible light)"이란 적외선보다 파장이 짧고 자외선보다 파장이 긴 광으로서 약 390 내지 820 ㎚의 파장 범위에 속하는 광을 의미하며 태양광에 속한 광(예컨대, 자외선, 가시광선, 적외선 등) 중 가장 많은 비율을 차지한다.
본 발명은 은(Ag) 및 바나듐(V)이 코도핑된 이산화티타늄(TiO2)이 담지된 고분자 매트릭스를 포함하여 가시광 활성이 우수한 광촉매에 관한 것이다.
n-헥산, 부틸아세테이트, 톨루엔 등의 유기 화합물은 고휘발성 물질로서, 사람에 대한 독성, 발암성을 나타내고 동식물에 대한 생육 장애, 기형 유발 등을 나타내므로 현재 상기 유기 화합물의 제조, 사용, 폐기가 엄격히 규제되고 있다. 그러나, 종래 상기 유기 화합물을 제거하는 기술들은 높은 비용이 요구되고, 효율이 낮아 실제로 유기 화합물을 처리하는데 한계가 있다. 또한, 이러한 문제를 해결하기 위해 현재까지 개발된 기술들은 자외선 영역에서 활성을 갖는 이산화티타늄을 포함하는 광촉매를 이용하는 기술들로, 상기 자외선은 전체 태양광의 약 4% 정도만 포함되어 있으므로 광분해 효율이 낮을 뿐만 아니라 생물체에 노출될 경우 피부암과 같은 질병을 유발시키므로 생물체에 유해한 한계가 있다. 따라서, 광촉매 기술을 효과적으로 활용하기 위하여는 태양광의 약 43%를 차지하는 가시광을 효과적으로 이용할 수 있는 높은 가시광 활성을 가진 광촉매 재료의 개발이 필요한 실정이다.
이에, 본 발명은 은(Ag) 및 바나듐(V)이 코도핑된 이산화티타늄(TiO2)이 담지된 고분자 매트릭스를 포함하는 광촉매를 제공한다.
본 발명에 따른 광촉매는 은(Ag) 및 바나듐(V)이 코도핑된 이산화티타늄(TiO2)이 담지된 고분자 매트릭스를 포함하여 낮은 밴드갭과 높은 비표면적을 가지므로 가시광 영역에서도 우수한 광촉매 활성을 나타낼 뿐만 아니라 광 조사가 수행되지 않는 조건 하에서 유기 화합물을 흡착시켜 제거할 수 있다. 또한, 상기 이산화티타늄은 고분자 매트릭스와 화학적으로 결합된 구조를 가져 광촉매의 재사용이 용이한 이점이 있다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
광촉매
본 발명은 일실시예에서,
다공성 구조의 고분자 매트릭스; 및
은(Ag) 및 바나듐(V)이 코도핑된 이산화티타늄(TiO2)을 포함하는 광촉매를 제공한다.
본 발명에 따른 광촉매는 허니컴 구조, 벌집 격자 구조와 같은 다공성 구조를 갖는 고분자 매트릭스와 은(Ag) 및 바나듐(V)이 코도핑된 이산화티타늄(TiO2) 입자를 포함하는 구성을 가질 수 있으며, 상기 이산화티타늄(TiO2)은 고분자 매트릭스의 기공에 균일하게 분산 및/또는 담지된 구조를 가질 수 있다.
여기서, 상기 이산화티타늄(TiO2)은 전체 결정 중 아나타제(anatase) 결정상을 95 중량% 이상, 구체적으로는 96 중량% 이상, 97 중량% 이상, 98 중량% 이상, 또는 99 중량% 이상 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 광촉매는 아나타제(anatase) 결정상이 95 중량% 이상인 이산화티타늄(TiO2)을 포함하여 아나타제(anatase) 결정상과 상당량의 루틸(rutile) 결정상을 함께 갖는 이산화티타늄(TiO2)과 대비하여 높은 광학활성을 가질 수 있다.
또한, 상기 이산화티타늄(TiO2)은 고분자 매트릭스 100 중량부를 기준으로 0.1 내지 15 중량부, 구체적으로는 0.5 내지 13 중량부, 1 내지 10 중량부, 2 내지 10 중량부, 1 내지 5 중량부, 5 내지 10 중량부, 3 내지 6 중량부, 5 내지 9 중량부, 4 내지 8 중량부, 또는 5 내지 7 중량부 포함될 수 있다.
아울러, 상기 이산화티타늄(TiO2)에 코도핑된 은(Ag) 및 바나듐(V)의 총 함량은 이산화티타늄(TiO2) 100 중량부에 대하여 0.1 중량부 내지 15 중량부일 수 있으며, 구체적으로는 0.5 중량부 내지 10 중량부, 0.5 중량부 내지 8 중량부, 3 중량부 내지 7 중량부, 1 중량부 내지 4 중량부, 7 중량부 내지 15 중량부, 5 중량부 내지 10 중량부 또는 5 중량부 내지 7 중량부일 수 있다.
구체적으로, 본 발명에 따른 이산화티타늄(TiO2)은 은(AG) 및 바나듐(V)을 이산화티타늄 100 중량부에 대하여 각각 1 중량부 내지 5 중량부로 포함할 수 있으며, 하나의 예로서 이산화티타늄 100 중량부에 대하여 은(Ag) 4±0.5 중량부 및 바나듐(V) 2±0.5 중량부로 포함할 수 있다.
본 발명의 광촉매는 이산화티타늄(TiO2)의 함량과 은(Ag) 및 바나듐(V)의 코도핑량을 상기 범위로 제어함으로써 광학 활성을 최적화할 수 있다.
이와 더불어, 상기 이산화티타늄(TiO2)은 고분자 매트릭스 표면과 화학적으로 결합된 형태를 가질 수 있으며, 동시에 코도핑된 은(Ag) 및 바나듐(V) 각각과 산소 원자를 공유하는 화학적 결합(Ti-O-V 및/또는 Ti-O-Ag)을 이루는 구조를 가질 수 있다. 본 발명의 광촉매는 이러한 이산화티타늄(TiO2)의 화학적 결합을 통하여 광촉매의 내구성을 개선할 수 있을 뿐만 아니라 광촉매의 광-발생 전자(photo-generated electrons)의 이동효율을 향상시켜 광촉매의 활성을 증대시킬 수 있다.
하나의 예로서, 상기 이산화티타늄(TiO2)의 티타늄(Ti)은 4가 티타늄(Ti4 +)의 형태와 함께 코도핑된 은(Ag)과 화학적 결합을 이뤄 산화수가 3가인 티타늄(Ti3 +)의 형태를 가지며, 이들의 몰 비율은 하기 식 1의 조건을 만족할 수 있다:
[식 1]
10 ≤ Ti3 +/Ti4 + X 100 ≤ 40.
구체적으로, 광촉매에 존재하는 3가 티타늄(Ti3 +)과 4가 티타늄(Ti4 +)의 몰 비율(Ti3+/Ti4+)은 10 내지 40, 15 내지 40, 20 내지 40, 20 내지 35, 25 내지 35, 28 내지 34, 25 내지 30, 31 내지 35, 또는 28 내지 30일 수 있다.
또한, 이산화티타늄(TiO2)에 코도핑된 은(Ag)은 0가 은(Ag0)과 1가 은(Ag1 +)의 형태를 가지며, 광촉매에 존재하는 이들의 몰 비율은 하기 식 2의 조건을 만족할 수 있다:
[식 2]
30 ≤ Ag1 +/Ag0 X 100 ≤ 60.
보다 구체적으로, 광촉매에 존재하는 0가 은(Ag0)과 1가 은(Ag1 +)의 몰 비율(Ag1+/Ag0)은 30 내지 60, 35 내지 60, 40 내지 55, 42 내지 53, 48 내지 53, 45 내지 52, 또는 50 내지 52일 수 있다.
나아가, 이산화티타늄(TiO2)에 코도핑된 바나듐(V)은 4가 바나듐(V4+)과 5가 바나듐(V5+)의 형태로 가지며, 광촉매에 존재하는 이들의 몰 비율은 하기 식 3의 조건을 만족할 수 있다:
[식 3]
1 ≤ V4+/V5+ X 100 ≤ 40.
보다 더 구체적으로, 광촉매에 존재하는 4가 바나듐(V4+)과 5가 바나듐(V5+)의 몰 비율(V4+/V5+)은 1 내지 40, 5 내지 40, 10 내지 35, 10 내지 30, 15 내지 30, 20 내지 30, 25 내지 35, 14 내지 26, 또는 17 내지 21일 수 있다.
다른 하나의 예로서, 상기 광촉매의 광흡수도는 200 내지 800 ㎚에서 50% 이상일 수 있다. 구체적으로, 상기 광촉매의 광흡수도는 350 ㎚를 기준으로 350 ㎚ 이하의 파장에서는 약 90% 이상의 광흡수도를 갖고, 500 ㎚ 이상의 파장에서 약 50% 이상, 보다 구체적으로는 약 51% 이상, 약 52% 이상, 또는 약 53% 이상의 광흡수도를 가질 수 있다. 이는 상기 광촉매의 구조적 특징으로 인해 광촉매의 들뜬 광자 에너지가 감소되고, 전자가 '전하 전이(charge transition)'가 쉽게 수행됨을 나타내는 것이다.
또 다른 하나의 예로서, 상기 광촉매는 4 eV 이하의 밴드갭을 가질 수 있다. 구체적으로, 상기 광촉매의 밴드갭은 400 내지 800 ㎚ 파장 범위에서 3.5 ev 이하, 3.4 eV 이하, 3.2 eV 이하 또는 3.1 eV 이하일 수 있으며, 보다 구체적으로 2.5 eV 내지 3.1 eV, 2.8 eV 내지 3.1 eV, 2.83 eV 내지 3.02 eV, 2.8 eV 내지 2.9 eV, 2.9 eV 내지 3.1 eV, 2.84 eV 내지 3.0 eV, 또는 2.85 eV 내지 2.98 eV일 수 있다.
일반적으로, 광촉매는 밴드갭 에너지 이상의 에너지를 갖는 광을 받아 광여기 반응을 할 수 있다. 구체적으로, 광여기 반응은 입사광에서 특정 에너지를 갖는 영역의 빛을 받아 가전자대(valence band)에서 전도대(conduction band)로 전자를 여기시켜 전도대에는 전자를 형성하고 가전자대에는 정공을 형성하는 것을 의미할 수 있다. 이때, 형성된 전자와 정공이 광촉매의 표면으로 확산하여 산화환원 반응에 참여함으로써 유기 화합물을 분해할 수 있다. 그러나, 기존의 광촉매는 가전자대와 전도대 사이의 밴드갭이 크므로 이 사이에서 광여기 반응을 일으키기 위해서는 높은 에너지를 가진 자외선 조사를 하는 경우만이 가능하였다. 본 발명에 따른 광촉매는 밴드갭을 상기 범위로 조절하여 자외선뿐만 아니라 가시광 영역의 태양광에서도 광여기 반응을 수행할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 광촉매는 이산화티타늄(TiO2)이 다공성 구조의 지지체에 포함된 구조를 가질 뿐만 아니라 이산화티타늄(TiO2)에 도핑된 은(Ag) 및 바나듐(v)의 일부가 표면에 은(Ag), 산화은(Ag2), 및 산화바나듐(V2O5)의 입자형태로 존재하여 평균 BET 비표면적이 넓으므로 우수한 흡착능을 가질 수 있다.
하나의 예로서, 상기 광촉매의 평균 BET 비표면적은 120 ㎡/g 내지 500 ㎡/g일 수 있으며, 구체적으로는 150 ㎡/g 내지 400 ㎡/g, 150 ㎡/g 내지 300 ㎡/g, 190 ㎡/g 내지 250 ㎡/g, 200 ㎡/g 내지 230 ㎡/g 또는 210 ㎡/g 내지 235 ㎡/g일 수 있다.
이때, 상기 광촉매에 포함된 기공의 평균 입경은 1,000 ㎛ 이하이며, 상기 평균 입경은 광촉매에 포함된 고분자 매트릭스의 종류에 따라 상이할 수 있다. 구체적으로, 상기 고분자 매트릭스로는 다공성 구조로 우수한 기공도를 가지며 기공도에 따라 유해물질 흡착력이 뛰어난 폴리우레탄 수지, 폴리에스테르 수지 및 폴리아미드 수지 중 1 종 이상을 포함할 수 있으며, 고분자 매트릭스가 폴리우레탄 수지를 포함하는 경우 매트릭스에 형성된 기공의 평균 입경은 1,000 ㎛ 이하, 800 ㎛ 이하, 600 ㎛ 이하, 500 ㎛ 이하 또는 100 ㎛ 내지 500 ㎛일 수 있다.
광촉매의
제조방법
또한, 본 발명은 일실시예에서,
고분자 매트릭스 표면에 이산화티타늄 전구체를 화학결합 시키는 단계; 및
상기 이산화티타늄 전구체에 은(Ag) 및 바나듐(V)을 도핑하는 단계를 포함하는 광촉매의 제조방법을 제공한다.
먼저, 이산화티타늄 전구체를 화학결합 시키는 단계는 고분자 매트릭스에 염기성 유기 화합물 및 폴리이소시아네이트를 포함하는 화합물을 혼합하여 고분자 매트릭스 표면을 이소시아네이트기(NCO)로 활성화시킨 후 결합제를 포함하는 이산화티타늄 전구체를 표면에 분산시킴으로써 수행될 수 있다.
구체적으로, 고분자 매트릭스 표면의 활성화는 고분자 매트릭스와 혼합된 염기성 유기 화합물이 매트릭스 표면의 수소를 취하여 우레아 결합을 끊고 이소시아네이트 결합을 형성하고, 분리된 우레아의 산소는 폴리이소시아네이트를 공격하여 새로운 우레아 결합을 형성하는 원리로 수행될 수 있으며, 이에 따라 고분자 매트릭스 표면에 이소시아네이트기(NCO)를 도입할 수 있다. 이렇게 도입된 이소시아네이트기(NCO)는 결합제에 의해 아미노기(NH2-)가 도입된 이산화티타늄 전구체와 화학적 결합을 이뤄 고분자 매트릭스 표면에 우레아기(-NH(CO)NH-)로 결합된 이산화티타늄 전구체를 얻을 수 있다.
이때, 상기 염기성 유기 화합물은 3차 아민, 예를 들어, 트리메틸아민, 트리에틸아민, 트리-n-프로필아민, 트리이소프로필아민, 트리부틸아민, 디이소프로필에틸아민 및 트리페닐아민 등을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 염기성 유기 화합물은 트리에틸아민일 수 있다.
또한, 상기 폴리이소시아네이트 화합물을은 예를 들어, 톨루엔 디이소시아네이트, 디페닐메탄 디이소시아네이트, 헥사메틸렌 디이소시아네이트, 2,2,4-트리메틸헥사메틸렌 디이소시아네이트, 2,4,4-트리메틸헥사메틸렌 디이소시아네이트, p-페닐렌 디이소시아네이트, 4,4'-디시클로헥실메탄 디이소시아네이트, 3,3'-디메틸디페닐-4,4'-디이소시아네이트, 디아니시딘 디이소시아네이트(dianisidine diisocyanate), m-크실렌 디이소시아네이트, 이소포론(isophorone) 디이소시아네이트, 1,5-나프탈렌 디이소시아네이트, 트랜스-1,4-시클로헥실 디이소시아네이트, 라이신(lysine) 디이소시아네이트, 디메틸트리페닐메탄 테트라이소시아네이트, 트리페닐메탄 트리이소시아네이트, 및 트리스(이소시아네이토페닐)티오포스페이트(tris(isocyanatophenyl) thiophosphate) 등을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 폴리이소시아네이트 화합물은 톨루엔 디이소시아네이트일 수 있다.
또한, 상기 이산화티타늄 전구체는 결합제와 혼합됨으로써 결합제의 작용기가 도입된 구조를 가질 수 있다. 예를 들면, 이산화티타늄 전구체에 아미노실란계 결합제를 혼합하여 Ti-O-Si-R-NH2 결합(이때, R은 탄소수 1 내지 4의 알킬렌기)이 형성된 구조를 가질 수 있다. 상기 결합제는 이종의 소재로 이루어진 복합체의 인장강도, 굽힘강도, 압축강도 및 모듈러스 향상을 주된 목적으로 사용되며, 경우에 따라 이종의 소재 간의 결합을 강화시키기 위해 사용된다.
이러한 결합제로는 실란계 결합제, 티타네이트계 결합제, 및 우레아 결합제로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있으며, 본 발명에서 고분자 매트릭스와 이산화티타늄(TiO2) 간의 결합력을 향상시키기 위해 실란계 결합제를 사용할 수 있다. 상기 실란계 결합제로는 예를 들어, 테트라 메톡시 실란(Tetramethoxy silane, TMOS), 테트라 에톡시 실란(Tetraethoxy silane,TEOS), 테트라 부톡시 실란(Tetrabutoxy silane, TBS), 아미노 프로필 트리에톡시 실란(3-Aminopropyl triethoxy silane, APTES) 및 아미노프로필 트리메톡시 실란(3-Aminopropyl trimethoxy silane, APTMS) 중 1 종 이상을 포함할 수 있다.
또한, 상기 이산화티타늄 전구체로는, 티타늄 이소프로폭사이드(titanium isopropoxide, TTIP)를 포함할 수 있으며, 경우에 따라서 이산화티타늄 전구체와 결합제를 용매에 분산시킨 분산액을 사용할 수 있다. 전구체가 분산되는 상기 용매는 특별히 한정되지 않으며, 구체적으로는 물, 메탄올(methanol), 에탄올(ethanol), 프로판올(propanol), 톨루엔(toluene), 클로로포름(chloroform), 디메틸포름아마이드(N,N-dimethylformamide), 테트라하이드로퓨란(tetrahydrofuran), 벤젠(benzene) 등을 사용할 수 있다. 본 발명은 용매를 이용하여 분산시킴으로써, 고분산성을 가지고, 높은 안정성 및 내구성을 확보할 수 있다.
다음으로, 이산화티타늄 전구체에 은(Ag) 및 바나듐(V)을 도핑하는 단계는 은 전구체 및 바나듐 전구체를 포함하는 전구체 용액을 고분자 매트릭스에 분산시켜 후, 3시간 6시간 동안 자외선 조사하고 3시간 6시간 동안 150℃ 내지 300℃에서 열처리를 연속적으로 진행하여 수행될 수 있다. 이때, 은 전구체로는 질산은(AgNO3) 등을 사용할 수 있으며, 바나듐 전구체로는 암모늄 메타바나데이트(NH4VO3) 등을 사용할 수 있다.
광촉매를
이용한 유기 화합물의 제거방법
나아가, 본 발명은 일실시예에서,
상기 광촉매를 이용하여 대기 중에 존재하는 유기 화합물을 제거하는 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 유기 화합물의 제거방법은 은(Ag) 및 바나듐(V)이 코도핑된 이산화티타늄(TiO2)이 담지된 고분자 매트릭스를 포함하는 광촉매와 유기 화합물, 예를 들면 대기 중에 존재하는 휘발성 유기 화합물을 접촉시키는 단계를 포함할 수 있다. 이 단계에서는 휘발성 유기 화합물이 광촉매 표면에 흡착되어 제거될 수 있다.
이후, 휘발성 유기 화합물이 흡착된 광촉매에 광을 조사하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 단계에서는 광촉매가 조사된 광 에너지를 이용하여 흡착된 휘발성 유기 화합물을 분해함으로써 대기 중에 잔류하는 휘발성 유기 화합물을 높은 효율로 제거할 수 있다.
이때, 조사되는 광은 200 nm 내지 850 nm의 파장을 갖는 광일 수 있으며, 구체적으로는 360 nm 내지 850 nm; 380 내지 800 nm; 390 nm 내지 820 nm; 400 nm 내지 800 nm; 400 nm 내지 700 nm; 450 nm 내지 750 nm; 500 nm 내지 800 nm; 450 nm 내지 650 nm; 500 nm 내지 720 nm; 380 nm 내지 500 nm; 380 nm 내지 450 nm 파장을 갖는 광일 수 있다.
또한, 상기 광 조사는 광촉매에 충분한 양의 광이 조사될 수 있는 조건이라면 특별히 제한되지 않고 수행될 수 있다. 하나의 예로서 50 내지 200 W의 평균 출력으로 수행될 수 있으며, 구체적으로는 50 내지 150 W; 100 내지 200 W; 또는 75 내지 125 W의 평균 출력으로 수행될 수 있다.
나아가, 상기 휘발성 유기 화합물은 대기 중에 존재하여 악취나 오존 등을 발생시키거나 인체에 해로운 탄화수소 화합물로서, 예컨대, 펜탄(pentane), 헥산(hexane), 헵탄(heptane) 등의 탄소수 1 내지 10을 갖는 탄화수소 화합물; 프로필아세테이트(propyl acetate), 부틸아세테이트(butyl acetate), 헵틸아세테이트(heptylacetate) 등의 탄소수 1 내지 10을 갖는 알킬 에스테르 화합물; 및 벤젠(benzene), 톨루엔(toluene), 자일렌(xylene) 등의 탄소수 6 내지 20을 갖는 방향족 탄화수소 화합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다. 아울러, 상기 휘발성 유기 화합물은 대기 중에 기체 상으로 존재할 수 있으며, 경우에 따라서는 고체 또는 액체의 작은 입자가 분산된 에어로졸(aerosol) 상으로 존재할 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예 및 실험예에 의해 보다 상세히 설명한다.
단, 하기 실시예 및 실험예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예 및 실험예에 한정되는 것은 아니다.
실시예
1 내지 5.
먼저, 톨루엔(50 ㎖)에 폴리우레탄 수지(8 g)에 트리에틸아민(triethylamine, 2 ㎖)과 톨루엔-2,4-디이소시아네이트(toluene-2,4-diisocyanate, 5 ㎖)를 혼합하여 폴리우레탄 수지 표면을 이소시아네이트기로 활성화시켰다. 그 후, 별도로 티타늄이소프록사이드(Titanium isopropoxide, TTIP, 5 ㎖)와 아미노프로필트리톡실란(γ-Aminopropyl triethoxysilane, APTES, 5 ㎖)을 혼합하여 아미노 티타노실록산(amino titanosiloxane)을 제조하였다. 제조된 아미노 티타노실록산을 앞서 이소시아네이트기로 활성화시킨 폴리우레탄 수지에 첨가하고 1시간 동안 교반하여 폴리우레탄 수지 표면에 화학결합으로 고정화하였다.
그런 다음, 아미노 티타노실록산이 표면에 고정된 폴리우레탄 수지에 은 전구체인 1M의 질산은(AgNO3, 1~5 ㎖)과 바나듐 전구체인 1M의 암모늄 메타바나데이트(NH4VO3, 1~5 ㎖)를 적가하여 은(Ag)과 바나듐(V)을 코도핑시켰다. 코도핑된 폴리우레탄 수지를 반응용액과 분리하고, 잔류하는 질산은의 환원을 촉진시키는 1M의 옥살산(50 ㎖)으로 세척한 후 연속적으로 5시간 동안 200㎚ 내지 280㎚ 파장의 광(60W)을 조사하고, 5시간 동안 200±5에서 질소 분위기 하에 소성(calcination)시킴으로써 폴리우레탄 매트릭스에 은(Ag) 및 바나듐(V)으로 코도핑된 이산화티타늄이 분산된 광촉매(Ag@V-TiO2/PU)를 광촉매로 제조하였다.
이때, 이산화티타늄에 도핑된 은(Ag) 및 바나듐(V)의 총 함량은 이산화티타늄 100 중량부에 대하여 6±0.1 중량부가 되도록 조절하였으며, 은(Ag)과 바나듐(V)의 함량 비율은 하기 표 1에 나타내었다.
| 은(Ag) | 바나듐(V) | ||
| 실시예 1 | 5Ag@1V-TiO2/PU | 5 중량부 | 1 중량부 |
| 실시예 2 | 4Ag@2V-TiO2/PU | 4 중량부 | 2 중량부 |
| 실시예 3 | 3Ag@3V-TiO2/PU | 3 중량부 | 3 중량부 |
| 실시예 4 | 2Ag@4V-TiO2/PU | 2 중량부 | 4 중량부 |
| 실시예 5 | 1Ag@5V-TiO2/PU | 1 중량부 | 5 중량부 |
비교예
1.
은 전구체 및 바나듐 전구체를 혼합하지 않는 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하여 이산화티타늄이 담지된 폴리우레탄 수지(TiO2/PU)를 광촉매로 얻었다.
비교예
2 및 3.
은 전구체 및 바나듐 전구체를 하기 표 2와 같은 비율로 조절하는 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하여 은(Ag) 또는 바나듐(V)이 도핑된 이산화티타늄이 담지된 폴리우레탄 수지를 광촉매로 얻었다.
| 은(Ag) | 바나듐(V) | ||
| 비교예 1 | Ag-TiO2/PU | 6 중량부 | 0 중량부 |
| 비교예 2 | V-TiO2/PU | 0 중량부 | 6 중량부 |
실험예
1.
본 발명에 따른 광촉매의 성분 및 구조를 확인하기 위하여 하기와 같은 실험을 수행하였다.
먼저, 실시예 3에서 제조된 광촉매(3Ag@3V-TiO2/PU)와 비교예 1 내지 3에서 제조된 광촉매(TiO2/PU, Ag-TiO2/PU 및 V-TiO2/PU)를 대상으로 주사전자현미경(SEM) 분석을 수행하였다. 그 후, 실시예 3에서 제조된 광촉매(Ag3@V3-TiO2/PU)를 대상으로 고분해능 투과전자현미경(HR-TEM) 분석과 X선 광전자분광 스펙트럼 측정을 수행하였다. 측정된 X선 광전자분광 스펙트럼의 피크 면적으로부터 티타늄, 은 및 바나듐의 이온 몰 비율을 도출하였으며 상기 결과들은 도 1 내지 3 및 표 3에 나타내었다.
| Ti3 +/Ti4 + | Ag+/Ag0 | V4+/V5+ | |
| 실시예 1 | 0.264 | 0.524 | 0.113 |
| 실시예 2 | 0.297 | 0.513 | 0.195 |
| 실시예 3 | 0.328 | 0.492 | 0.257 |
| 실시예 4 | 0.335 | 0.459 | 0.312 |
| 실시예 5 | 0.316 | 0.421 | 0.337 |
| 비교예 1 | 0 | - | - |
| 비교예 2 | 0.226 | 0.556 | - |
| 비교예 3 | 0.301 | - | 0.354 |
먼저 도 1을 살펴보면, 실시예 3 및 비교예 1 내지 3에서 제조된 광촉매는 평균 직경이 약 200㎛ 내지 550㎛인 기공이 형성된 고분자 매트릭스를 포함하고, 상기 고분자 매트릭스에 이산화티타늄이 균일하게 분산되어 있는 것을 알 수 있다. 또한, 실시예 3의 광촉매의 경우 이산화티타늄에 은(Ag)과 바나듐(V)이 동시에 도핑되어 고분자 매트릭스 표면에 균일하게 분산되어 있는 것을 확인할 수 있다.
또한, 도 2를 살펴보면, 본 발명에 따른 광촉매 표면에는 은(Ag) 및 산화은(Ag2O)가 존재하는 것을 확인할 수 있으며, 바나듐(V)의 일부는 이산화티타늄의 티타늄과 치환된 것을 확인할 수 있다.
나아가, 도 3을 살펴보면, 광촉매(V-TiO2/PU)의 Ti 2p3/2, Ag 3d5/2 및 V 2p3/2 피크들을 포함하는 것을 확인할 수 있다. 구체적으로, 상기 광촉매는 Ti4 + 및 Ti3+ 상태의 결합 에너지를 나타내는 Ti 2p3/2 피크가 457.5±0.5 eV 및 459±0.5 eV에서 관찰되고, Ag0 및 Ag1 + 상태의 결합 에너지를 나타내는 Ag 3d5/2 피크가 367.5±0.5 eV 및 368±0.5 eV에서 관찰되었다. 또한, V4+ 및 V5+ 상태의 결합 에너지를 나타내는 V 2p3/2 피크가 516±0.5 eV 및 517.5±0.5 eV에서 관찰되었다. 다시 말해, 티타늄, 은 및 바나듐은 각각 Ti3 +, Ti4 +, Ag0, Ag1 +, V4+, V5+의 형태로 광촉매에 존재하는 것을 알 수 있다.
여기서, Ti3 +의 형성은 은과 바나듐의 코도핑 효과로 인해 나타날 수 있다. 은과 바나듐은 각각 Ti-O-Ag 결합 및 Ti-O-V 결합을 형성하기 위해 이산화티타늄(TiO2) 격자 내의 티타늄과 산소 원자를 공유하여 격자에 산소 공백을 일으킨다. 이산화티타늄(TiO2) 격자에서 산소 공백은 Ti4 +가 감소하여 Ti3 +가 되는 주요 원인이다. 즉, 이산화티타늄(TiO2) 격자 내에 어느 정도의 V4+의 함유는 격자 내의 Ti3 + 형성을 유도한다는 것을 의미한다. 또한, Ti3 +의 전자 번호는 19로, 18인 Ti4 +보다 높으므로, Ti3 +가 Ti4 + 보다 쉽게 여기된다는 것을 알 수 있다. 따라서, 높은 Ti3 +/Ti4 +비율을 갖는 광촉매는 높은 전자 생성량을 구현할 수 있다는 것을 알 수 있다.
또한, Ag0은 은 전구체인 질산은(AgNO3)이 환원되어 형성된 것이고, Ag1 +는 이산화티타늄 표면에 존재하는 산화은(Ag2O) 상태에 해당하는 것이다. 이와 더불어, V5+ 상태는 제조 과정에서 전이금속 전구체(NH4VO3)로부터 형성된 바나듐 옥사이드(V2O5) 상태에 해당하는 것이다. 반면, V4+는 V5+가 환원되는 과정에서 형성된 것으로, V5+의 감소는 UV 조사와 소결 과정에서 온도의 영향으로 옥실산에 의한 산화로 인해 발생될 수 있다. 또한, 이렇게 발생된 V4+(72 Å)는 Ti4 +(74 Å)와 직경이 유사하므로, Ti-O-V 결합에서 Ti4 + 이온들의 자리를 대체함으로써 이산화티타늄(TiO2) 격자 내에 포함됨을 확인할 수 있다. 따라서, 광촉매(V-TiO2/PU) 내에 바나듐이 V4+와 V5+상태로 이산화티타늄(TiO2) 격자에 도핑되는 것을 알 수 있다.
마지막으로 표 3을 살펴보면, 본 발명에 따른 광촉매에 포함된 티타늄, 은 및 바나듐은 일정한 몰 비율로 존재하며, 코도핑된 은과 바나듐의 함량 변화에 따라 V4+/V5+ 및 Ag1 +/Ag0의 비율도 변하는 것을 알 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 광촉매는 평균 직경이 약 200㎛ 내지 550㎛인 기공이 형성된 고분자 매트릭스에 은(Ag) 및 바나듐(V)이 코도핑된 이산화티타늄이 담지된 구조를 가질 수 있으며 상기 은 및 바나듐은 이산화티타늄 표면에 은(Ag), 산화은(Ag2O) 및 산화바나듐(V2O5)의 입자가 분산되어 이산화티타늄의 티타늄과 Ti-O-Ag 및 Ti-O-V의 화학적 결합을 이루는 것을 알 수 있다.
실험예
2.
본 발명에 따른 광촉매의 표면 물성 및 광학 물성을 평가하기 위하여 하기와 같은 실험을 수행하였다.
실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 3의 광촉매를 대상으로 BET 비표면적, 밴드갭 및 광흡수도를 측정하였다. 측정 방법은 다음과 같으며, 그 결과는 도 4 및 표 4에 나타내었다.
1) BET 비표면적 측정 방법: 질소 흡착-탈착법을 이용하여 BET 비표면적을 측정하였다.
2) 밴드갭 측정 방법: 파장에 대한 에너지 값(E)을 X축으로, 확산반사율(R)을 쿠벨카 뭉크(Kubelka-Munk) 변환한 값에 에너지 값을 곱한 값의 제곱근으로 나타낸 Y축으로 나타낸 타우 그래프(Tauc plot)에서, 흡수단 부근에 거의 직선에 가까운 구간의 직선을 연장하여 X축과 만나는 지점을 통해 측정하였다.
3) 광흡수도: 광 촉매에 대하여 300 내지 700 ㎚ 파장 범위에서 UV-Vis absorption spectra를 측정하였다.
| 평균 BET 비표면적 [㎡/g] | 밴드갭 에너지 [eV] | |
| 실시예 1 | 215.6 | 3.02 |
| 실시예 2 | 230.5 | 2.96 |
| 실시예 3 | 226.9 | 2.88 |
| 실시예 4 | 218.1 | 2.85 |
| 실시예 5 | 204.3 | 2.83 |
| 비교예 1 | 110.6 | 3.20 |
| 비교예 2 | 186.8 | 3.13 |
| 비교예 3 | 192.6 | 2.83 |
표 4를 살펴보면, 본 발명에 따른 광촉매는 약 200 내지 235㎡/g의 평균 BET 비표면적을 갖는 알 수 있으며, 이는 은과 바나듐의 코도핑 함량 비율이 4:2가 되는 지점에서 최대가 되는 것을 알 수 있다.
또한, 도 4를 살펴보면 이산화티타늄을 포함하는 광촉매는 전반적으로 400 nm 이하의 파장에서는 약 90% 이상의 광 흡수 강도를 보이다가 400 nm를 초과하는 파장의 영역에서는 파장이 커질수록 광을 흡수하는 강도가 감소하는 것으로 나타났다. 그러나, 본 발명에 따른 광촉매는 400 nm를 초과하는 파장의 영역에서 약 50% 이상의 흡광도를 유지하며, 특히 은과 바나듐의 코도핑 함량 비율이 4:2 내지 3:3인 실시예 2 및 3의 광촉매는 약 60% 이상의 흡광도를 유지하는 것으로 확인되었다.
나아가, 본 발명에 따른 광촉매는 가시광 영역에서의 밴드갭 에너지가 약 3.05 eV 이하로 낮은 것을 알 수 있다. 이는 상기 광촉매가 광여기 반응 시 요구되는 에너지가 낮아 가시광 영역에서도 광학 활성을 나타냄을 의미한다.
따라서, 본 발명에 따른 광촉매는 이산화티타늄에 은 및 바나듐이 코도핑된 구성을 가짐으로써 표면 물성이 우수할 뿐만 아니라 가시광선 영역에 대한 광학 활성이 뛰어난 것을 알 수 있다.
실험예
3.
본 발명에 따른 광촉매의 유기 화합물 처리 효율을 평가하기 위하여 하기와 같은 실험을 수행하였다.
실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 3에서 제조된 광촉매를 반응조에 주입하고, 0분 내지 360분 동안 반응조에 100 ppm 농도의 유기 화합물을 포함하는 가스를 주입하면서 시간에 따른 배출 가스 내에 유기 화합물의 농도를 측정하였다. 이때, 유기 화합물은 헥산 및/또는 부틸 아세테이트를 사용하였고, 0분 내지 180분은 암실 조건(dark)에서 수행하였으며, 180분 이후로는 가시광 조건(Vis-light: 0.025 W/㎠)에서 수행하였다. 측정된 결과로부터 광촉매의 유기 화합물 제거 효율 및 분해효율을 도출하였으며, 그 결과는 도 5 내지 7 및 표 5에 나타내었다.
| 헥산 | 부틸 아세테이트 | |||
| 제거효율 [%] | 분해효율 [%] | 제거효율 [%] | 분해효율 [%] | |
| 실시예 1 | 89.3 | 92.4 | 91.7 | 94.9 |
| 실시예 2 | 93.7 | 93.2 | 95.5 | 96.2 |
| 실시예 3 | 91.1 | 92.7 | 93.8 | 95.6 |
| 실시예 4 | 85.9 | 91.8 | 88.1 | 93.8 |
| 실시예 5 | 83.2 | 91.3 | 96.3 | 93.3 |
| 비교예 2 | 87.2 | 92.1 | 90.1 | 94.3 |
| 비교예 3 | 82.6 | 91.1 | 84.7 | 92.7 |
먼저, 도 5 및 6을 살펴보면, 본 발명에 따른 광촉매는 암실 조건에서 배출되는 가스 내 헥산 또는 부틸 아세테이트의 농도는 시간이 경과함에 따라 서서히 증가하며 이산화탄소는 발생되지 않는 것으로 나타났다. 이는 암실 조건에서는 유기 화합물이 흡착에 의해서만 제거됨을 나타내는 것으로 배출가스 내 유기 화합물의 농도가 광촉매의 평균 BET 비표면적에 반비례하여 증가하는 것으로도 확인할 수 있다. 또한, 상기 광촉매는 가시광 조건 하에서 일시적으로 흡착되어 있던 유기 화합물의 탈착이 발생되어 배출 가스 내 유기 화합물의 농도가 주입 농도보다 높게 상승하지만 광촉매에 의해 광분해되어 농도가 낮아지는 것으로 나타났다. 이때 광분해 효율은 광촉매의 흡광도 및 밴드갭에 비례한 것을 알 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 광촉매는 은 및 바나듐이 코도핑된 이산화티타늄이 담지된 고분자 매트릭스를 포함하므로 표면적이 넓을 뿐만 아니라 광학 물성이 뛰어나므로 대기 내 유기 화합물을 제거하는데 유용하게 사용될 수 있다.
Claims (15)
- 다공성 구조의 고분자 매트릭스; 및 은(Ag) 및 바나듐(V)이 코도핑된 이산화티타늄(TiO2)을 포함하고,
상기 고분자 매트릭스와 이산화티타늄(TiO2)은 우레아기로 결합된 구조를 가지며,
상기 이산화티타늄(TiO2)의 티타늄은 3가 티타늄(Ti3+) 및 4가 티타늄(Ti4+)의 형태로 존재하고, 몰 비율이 하기 식 1의 조건을 만족하며,
상기 은(Ag)은 0가 은(Ag) 및 1가 은(Ag1+)의 형태로 존재하고, 몰 비율이 하기 식 2의 조건을 만족하는 광촉매:
[식 1]
10 ≤ Ti3+/Ti4+ X 100 ≤ 40,
[식 2]
30 ≤ Ag1+/Ag0 X 100 ≤ 60.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
바나듐(V)은 4가 바나듐(V4+) 및 5가 바나듐(V5+)의 형태로 존재하고,
몰 비율이 하기 식 3의 조건을 만족하는 광촉매:
[식 3]
1 ≤ V4+/V5+ X 100 ≤ 40.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
고분자 매트릭스에 형성된 기공의 평균 입경은 50㎛ 내지 1,000㎛인 광촉매.
- 제1항에 있어서,
광촉매의 평균 BET 비표면적은 120 내지 500 ㎡/g인 광촉매.
- 제1항에 있어서,
광촉매의 밴드갭은 400 내지 800 ㎚ 파장 범위에서 4.0 eV 이하인 광촉매.
- 제1항에 있어서,
고분자 매트릭스는, 폴리우레탄 수지, 폴리에스테르 수지 및 폴리아미드 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 광촉매.
- 제1항에 있어서,
이산화티타늄(TiO2)에 도핑된 은(Ag) 및 바나듐(V)의 총 함량은 이산화티타늄(TiO2) 100 중량부에 대하여 0.1 중량부 내지 15 중량부인 광촉매.
- 고분자 매트릭스 표면에 이산화티타늄 전구체를 우레아기로 화학적 결합을 시키는 단계; 및
상기 이산화티타늄 전구체에 은(Ag) 및 바나듐(V)을 도핑하는 단계를 포함하는 제1항에 따른 광촉매의 제조방법.
- 제10항에 있어서,
이산화티타늄 전구체의 화학결합은 실란계 결합제, 티타네이트계 결합제, 및 우레아 결합제로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 결합제에 의해 수행되는 광촉매의 제조방법.
- 은(Ag) 및 바나듐(V)이 코도핑된 이산화티타늄 및 다공성 구조의 고분자 매트릭스를 포함하는 제1항에 따른 광촉매와 유기 화합물을 접촉시키는 단계를 포함하는 유기 화합물의 제거방법.
- 제12항에 있어서,
유기 화합물을 접촉시키는 단계 이후에,
유기 화합물이 흡착된 광촉매에 광 조사하는 단계를 더 포함하는 유기 화합물의 제거방법.
- 제12항에 있어서,
광 조사는 200㎚ 내지 850㎚ 파장 범위의 광을 조사하는 것을 특징으로 하는 유기 화합물의 제거방법.
- 제12항에 있어서,
유기 화합물은 탄소수 1 내지 10을 갖는 탄화수소 화합물; 탄소수 1 내지 10을 갖는 알킬 에스테르 화합물; 및 탄소수 6 내지 20을 갖는 방향족 탄화수소 화합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 유기 화합물의 제거방법.
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