KR101951807B1 - 이산화티탄 촉매 - Google Patents
이산화티탄 촉매 Download PDFInfo
- Publication number
- KR101951807B1 KR101951807B1 KR1020180070607A KR20180070607A KR101951807B1 KR 101951807 B1 KR101951807 B1 KR 101951807B1 KR 1020180070607 A KR1020180070607 A KR 1020180070607A KR 20180070607 A KR20180070607 A KR 20180070607A KR 101951807 B1 KR101951807 B1 KR 101951807B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- titanium dioxide
- catalyst
- tio
- magnesium
- copper
- Prior art date
Links
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 192
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 title claims abstract description 94
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 title claims abstract description 74
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 claims abstract description 54
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims abstract description 53
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 40
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 28
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 28
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 27
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims abstract description 27
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 38
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 12
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 7
- 230000005496 eutectics Effects 0.000 claims description 5
- 239000011572 manganese Substances 0.000 claims description 5
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical group [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims description 3
- NUJOXMJBOLGQSY-UHFFFAOYSA-N manganese dioxide Chemical compound O=[Mn]=O NUJOXMJBOLGQSY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 2
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 abstract description 17
- 238000011084 recovery Methods 0.000 abstract description 4
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 description 14
- 244000144972 livestock Species 0.000 description 8
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 7
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 7
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 7
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 6
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000004043 dyeing Methods 0.000 description 5
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 239000011941 photocatalyst Substances 0.000 description 3
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 3
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 2
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000005189 flocculation Methods 0.000 description 1
- 230000016615 flocculation Effects 0.000 description 1
- 239000002778 food additive Substances 0.000 description 1
- 235000013373 food additive Nutrition 0.000 description 1
- 239000003779 heat-resistant material Substances 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 1
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 230000001151 other effect Effects 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003973 paint Substances 0.000 description 1
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 1
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012463 white pigment Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J21/00—Catalysts comprising the elements, oxides, or hydroxides of magnesium, boron, aluminium, carbon, silicon, titanium, zirconium, or hafnium
- B01J21/06—Silicon, titanium, zirconium or hafnium; Oxides or hydroxides thereof
- B01J21/063—Titanium; Oxides or hydroxides thereof
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J21/00—Catalysts comprising the elements, oxides, or hydroxides of magnesium, boron, aluminium, carbon, silicon, titanium, zirconium, or hafnium
- B01J21/06—Silicon, titanium, zirconium or hafnium; Oxides or hydroxides thereof
- B01J21/066—Zirconium or hafnium; Oxides or hydroxides thereof
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/70—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper
- B01J23/76—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper combined with metals, oxides or hydroxides provided for in groups B01J23/02 - B01J23/36
- B01J23/78—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper combined with metals, oxides or hydroxides provided for in groups B01J23/02 - B01J23/36 with alkali- or alkaline earth metals
-
- B01J35/004—
-
- B01J35/023—
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/30—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
- B01J35/39—Photocatalytic properties
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/40—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by dimensions, e.g. grain size
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
본 발명의 이산화티탄 촉매는 이산화티탄(TiO2), 구리(Cu) 및 마그네슘(Mg)을 포함하고, 상기 구리(Cu) 및 마그네슘(Mg)의 중량비를 10:90 내지 20:80로 적용하여 가시광선 영역에서의 촉매 효율을 개선될 뿐만 아니라, 특정 입자 크기로 성형이 가능하여 별도의 회수 장치가 필요 없고, 내구성이 우수하여 촉매 중 입자가 떨어져 나가거나 박리되는 현상을 방지할 수 있다.
Description
본 발명은 이산화티탄 촉매에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명 이산화티탄 촉매는 이산화티탄(TiO2), 구리(Cu) 및 마그네슘(Mg)을 포함하여 가시광선 영역에서의 촉매 효율이 개선되고, 낮은 전류로도 촉매 활성을 가질 뿐만 아니라, 특정 입자 크기로 성형이 가능하여 별도의 회수 장치가 필요 없고, 내구성이 우수하여 촉매 중 입자가 떨어져 나가거나 박리되는 현상을 방지할 수 있다.
이산화티탄(TiO2)은 수소 생성, CO2 환원, 환경오염물 제거 등 다양한 반응에 반도체 광촉매로 광범위하게 사용되고 있다. 또한, 이산화티탄(TiO2)의 경우 센서, 촉매 및 광발전과 같은 넓은 범위에 적용되어 왔다.
이산화티탄(TiO2)의 결정구조는 루타일 구조와 아나타제 구조가 있는데, 상기 루타일 결정구조를 갖는 이산화티탄은 고온에서 안정성을 보이며, 굴절율, 경도, 유전율이 좋아 산업용 페인트의 백색안료, 화장품, 식용첨가제 등으로 널리 사용되고 있다. 한편, 아나타제 결정구조를 갖는 이산화티탄은 루타일 결정구조를 갖는 이산화티탄에 비하여 보다 강한 산화 에너지를 가지며, 이러한 특성으로 인하여 촉매로 사용하기 위하여는 아나타제 결정구조를 갖는 이산화티탄이 보다 유리하며, 사용시 루타일 결정구조로의 전이가 적을수록 유리하다. 따라서 이산화티탄 촉매 제조 공정은 되도록 낮은 온도에서 수행되는 것이 촉매 효율 면에서 유리하다.
아나타제 이산화티탄(TiO2)의 에너지 밴드 갭은 3.2eV 정도로 약 380nm의 파장 또는 이보다 짧은 파장을 갖는 자외선 영역에서 반응한다. 즉, 아나타제 이산화티탄은 자외선 조건하에서만 광분해능을 발휘하고, 아나타제 이산화티탄 그 자체는 태양광선의 대부분을 차지하는 가시광선 영역에서 반응하지 않으며, 자외선 램프 등의 특수한 광원으로 자외선을 조사하여야만 광분해능을 발휘하게 된다. 따라서 태양광선의 대부분을 차지하는 가시광선 영역에서 반응할 수 있는 촉매에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다.
이산화티탄 촉매가 가시광선 영역에서 반응할 수 있도록 하는 대표적인 방법은 아나타제 이산화티탄에 Fe, V, Pt와 같은 금속의 이온을 도핑하는 방법이 있으나, 이와 같은 방법은 빛에 의한 분해 반응 및 전하 불균형으로 인해 여러 가지 결함이 발생하며, 그 성능 또한 충분하지 않다는 문제점을 가지고 있다.
한편, 이산화티탄을 분말로 적용하는 경우 최종적으로 이를 회수하는 별도의 장치가 필요한 단점이 있다.
따라서, 가시광선 영역에서의 촉매 효율을 개선될 뿐만 아니라, 특정 입자 크기로 성형이 가능하여 별도의 회수 장치가 필요 없고, 내구성이 우수하여 촉매 중 입자가 떨어져 나가거나 박리되는 현상을 방지할 수 있는 촉매의 개발이 필요한 실정이다.
이에 관한 선행기술은 일본공개특허 제10-1997-192496호에 개시되어 있다.
본 발명의 목적은 가시광선 영역에서의 촉매 효율이 개선되고, 낮은 전류로도 촉매 활성을 가지는 이산화티탄 촉매를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 특정 입자 크기로 성형이 가능하여 별도의 회수 장치가 필요 없고, 내구성이 우수하여 촉매 중 입자가 떨어져 나가거나 박리되는 현상을 방지할 수 있는 이산화티탄 촉매를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 상기 및 기타의 목적들은 하기 설명되는 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.
본 발명의 하나의 관점은 이산화티탄 촉매에 관한 것이다.
일 구체예에 따르면, 상기 이산화티탄 촉매는 이산화티탄(TiO2), 구리(Cu) 및 마그네슘(Mg)을 포함하고, 상기 구리(Cu) 및 마그네슘(Mg)은 중량비가 10:90 내지 20:80이다.
또한, 상기 구리(Cu) 및 마그네슘(Mg)은 일부 이상 공융된 것일 수 있다.
또한, 상기 구리(Cu) 및 마그네슘(Mg)은 상기 촉매 중 5 내지 50 중량%로 포함될 수 있다.
다른 구체예에서, 상기 촉매는 지르코니아(ZrO2)를 더 포함하고, 상기 지르코니아(ZrO2)는 상기 지르코니아(ZrO2)를 포함하는 촉매 총 함량 중 2 내지 20 중량%로 포함될 수 있다.
또한, 상기 지르코니아(ZrO2)는 평균입경(D50)이 이산화티탄(TiO2) 보다 클 수 있다.
또한, 상기 촉매는 평균입경(D50)이 1 mm 내지 10 mm일 수 있다.
또한, 상기 이산화티탄(TiO2)은 평균입경(D50)이 상이한 제1 및 제2 이산화티탄(TiO2)을 포함하고, 상기 제1 이산화티탄(TiO2) 및 제2 이산화티탄(TiO2)의 평균입경(D50) 비는 1:0.4 내지 1:0.6일 수 있다.
또 다른 구체예에서, 상기 촉매는 티타늄(Ti), 백금(Pt), 은(Ag), 알루미나(Al2O3), 산화규소(SiO2) 및 망간(Mn) 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 촉매는 광촉매(photocatalyst)일 수 있다.
본 발명은 가시광선 영역에서의 촉매 효율이 개선되고, 낮은 전류로도 촉매 활성을 가질 뿐만 아니라, 특정 입자 크기로 성형이 가능하여 별도의 회수 장치가 필요 없고, 내구성이 우수하여 촉매 중 입자가 떨어져 나가거나 박리되는 현상을 방지할 수 있는 이산화티탄 촉매를 제공하는 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명의 실험예 1에 따른 축산 폐수의 시간에 따른 COD 및 색도의 변화를 개략적으로 도시한 그래프이다.
도 2는 본 발명의 실험예 2에 따른 염색 폐수의 시간에 따른 COD 및 색도의 변화를 개략적으로 도시한 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실험예 3에 따른 축산 폐수의 시간에 따른 COD 및 색도의 변화를 개략적으로 도시한 그래프이다.
도 2는 본 발명의 실험예 2에 따른 염색 폐수의 시간에 따른 COD 및 색도의 변화를 개략적으로 도시한 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실험예 3에 따른 축산 폐수의 시간에 따른 COD 및 색도의 변화를 개략적으로 도시한 그래프이다.
이하, 본 발명에 대해 보다 구체적으로 설명한다.
본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
본 명세서 상에서 언급한 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우 '~만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다.
한편, 본 출원에서 서술되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, '포함하다' 또는 '가지다'등의 용어는 기술되는 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들의 조합한 것에 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들의 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 구성 요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.
또한, 본 명세서에 있어서, 범위를 나타내는 'X 내지 Y'는 'X 이상 Y 이하'를 의미한다.
이산화티탄 촉매
본 발명의 일 구체예에 따른 이산화티탄 촉매는 이산화티탄(TiO2), 구리(Cu) 및 마그네슘(Mg)을 포함한다.
이산화티탄(TiO2)은 촉매로써, 약 387nm 이하의 파장을 갖는 근자외광을 조사하면, 조사된 광에너지(hv)를 흡수하여 전도대(CB)의 전자(e)와 원자가전자대(VB)의 정공(h)을 생성하는 촉매다. 이렇게 이산화티탄에서 생성된 전자(e)-정공(h) 쌍은 수초 내에 재결합(recombination)하게 되지만, 재결합하기 전에 공기 중의 수분(H2O) 및 산소(O2)와 반응시 OH라디칼과 O2 -라디칼로 분해시킨다. 또한, 이산화티탄(TiO2)의 에너지 밴드 갭은 3.2eV 정도도 상기 밴드 갭을 초과하는 소량의 전류를 흘려주는 경우에도 상기와 같이 라디칼 분해 반응이 진행될 수 있다.
상기 이산화티탄은 평균입경(D50)이 1 nm 내지 100 nm, 구체적으로 5 nm 내지 80 nm인 것을 사용할 수 있다.
상기 이산화티탄은 평균입경(D50)이 상이한 2종 이상의 이산화티탄이 포함될 수 있다. 이 경우, 촉매의 치밀성에 따른 촉매 효율이 개선된다.
예를 들어, 상기 이산화티탄(TiO2)은 평균입경(D50)이 상이한 제1 및 제2 이산화티탄(TiO2)을 포함하고, 상기 제1 이산화티탄(TiO2)은 평균입경(D50)이 1 nm 내지 70 nm, 구체적으로 10 nm 내지 50 nm, 상기 제2 이산화티탄(TiO2)은 평균입경(D50)이 20 nm 내지 100 nm, 구체적으로 20 nm 내지 80 nm일 수 있다. 또한, 상기 제1 이산화티탄(TiO2) 및 제2 이산화티탄(TiO2)의 평균입경(D50) 비는 1:0.4 내지 1:0.6일 수 있다. 상기 평균입경 비 범위에서 이산화티탄 촉매는 더욱 치밀해지고 촉매 효율을 극대화할 수 있다.
상기 이산화티탄(TiO2)은 이산화티탄 촉매 중 50 내지 95 중량%, 구체적으로 60 내지 90 중량%로 포함될 수 있다. 상기 함량 범위에서, 충분한 촉매 효율을 발휘할 수 있으면서도 내구성, 입자 성형성 등의 다른 효과도 동시에 발휘될 수 있다.
상기 구리(Cu) 및 마그네슘(Mg)은 촉매 성분에 포함되어 가시광선 영역의 광 흡수율을 높임으로써, 촉매 효율을 개선시키는 효과가 있을 뿐만 아니라, 이산화티탄(TiO2) 및 기타 성분들의 결합력도 개선시킬 수 있다. 또한, 보다 낮은 전류에서도 촉매 활성을 발휘할 수 있거나, 동일한 전류라도 촉매활성이 더 높을 수 있어 촉매 효율이 우수하다.
특히, 본 발명의 이산화티탄 촉매는 구리(Cu) 및 마그네슘(Mg)의 중량비를 공융점(eutectic point)에 가깝도록 10:90 내지 20:80, 구체적으로 12:88 내지 16:84 범위로 적용함으로써, 이산화티탄 촉매 제조 공정의 온도를 현저하게 낮출 수 있으며, 이는 루타일 결정구조로의 전이를 최소화할 수 있으므로, 촉매 효율을 극대화할 수 있다. 이 경우 상기 구리(Cu) 및 마그네슘(Mg)은 일부 이상 공융된 것일 수 있다. 이 때, 상기 구리(Cu) 및 마그네슘(Mg) 성분은 이산화티탄 촉매 성분들 간의 결합력을 개선시킬 수 있으며, 이산화티탄 촉매가 특정 입경 범위로 성형될 수 있도록 하는 역할을 한다. 구체적으로, 상기 구리(Cu) 및 마그네슘(Mg) 성분의 함량에 따라 이산화티탄 촉매의 입경이 결정될 수 있다.
상기 구리(Cu) 및 마그네슘(Mg)은 이산화티탄 촉매 중 5 내지 50 중량%, 구체적으로 10 내지 45 중량%, 더욱 구체적으로 15 내지 40 중량%로 포함될 수 있다. 상기 함량 범위에서, 이산화티탄 촉매는 가시광 영역에서의 촉매 효율 및 보다 낮은 전류에서의 촉매 효율이 개선될 뿐만 아니라, 이산화티탄 촉매가 적절한 입경을 갖도록 제조할 수 있어, 별도의 촉매 회수 장치를 사용하지 않아도 되는 장점이 있다.
다른 구체예에서, 상기 이산화티탄 촉매는 지르코니아(ZrO2)를 더 포함할 수 있다.
상기 지르코니아(ZrO2)는 이산화티탄 촉매에 포함되어 안정성 및 내구성을 개선시키는 역할을 할 수 있다. 구체적으로, 상기 지르코니아(ZrO2)는 높은 용융온도(약 2,700℃)를 갖는 내열성 재료로서 낮은 열전도도, 산성에서 알칼리성 영역까지의 넓은 내화학 안정성, 낮은 열팽창성, 고경도 등의 우수한 소재 특성을 지니고 있다.
상기 지르코니아(ZrO2)도 촉매로써, 이산화티탄과 함께 사용하여 촉매 효율을 극대화시킬 수 있을 뿐만 아니라 이산화티탄 촉매의 내구성을 개선시킬 수 있으므로, 이산화티탄 촉매가 깨지거나 박리되는 현상을 최소화할 수 있다.
상기 지르코니아(ZrO2)는 평균입경(D50)이 이산화티탄(TiO2) 보다 클 수 있다. 이 경우, 이산화티탄 촉매는 내구성 개선효과가 뛰어나다. 구체적으로, 상기 지르코니아(ZrO2)는 평균입경(D50)이 100 nm 초과 800 nm 이하, 200 nm 내지 500 nm의 범위인 것을 사용할 수 있다.
상기 지르코니아(ZrO2)는 상기 지르코니아(ZrO2)를 포함하는 이산화티탄 촉매 총 함량 중 2 내지 20 중량%, 구체적으로 5 내지 15 중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위에서, 이산화티탄 촉매의 촉매 효율과 내구성 개선효과가 우수하다.
상기 이산화티탄 촉매는 추가 성분으로 티타늄(Ti), 백금(Pt), 은(Ag), 알루미나(Al2O3), 산화규소(SiO2) 및 망간(Mn) 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다. 상기 추가 성분은 이산화티탄 촉매에 포함되어 가시광선 광흡수능을 개선시키거나, 촉매 효율을 개선시키거나, 성분들 간의 결합력을 높여 내구성을 개선시키는 역할을 할 수 있다.
상기 추가 성분은 이산화티탄 촉매 중 0.01 내지 3 중량%, 구체적으로 0.1 내지 2 중량%, 더욱 구체적으로 0.5 내지 1 중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위에서, 이산화티탄 촉매의 주요 효과를 저해하지 않으면서도, 상기 부가 효과를 발휘할 수 있다.
상기 이산화티탄 촉매는 평균입경(D50)이 1 mm 내지 10 mm, 구체적으로 2 mm 내지 8 mm, 더욱 구체적으로 3 mm 내지 7 mm일 수 있다. 상기 평균입경 범위에서, 별도의 촉매 회수 장치가 필요 없는 장점이 있고, 2차 오염을 방지할 수 있다.
또한, 상기 촉매는 광촉매(photocatalyst)일 수 있다.
이산화티탄 촉매의 제조방법
본 발명의 다른 관점은 이산화티탄 촉매의 제조방법에 관한 것이다. 일 구체예에 따르면, 상기 이산화티탄 촉매의 제조방법은 이산화티탄(TiO2) 분말, 구리(Cu) 및 마그네슘(Mg)의 혼합물 형성 단계 및 상기 혼합물을 열처리하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 이산화티탄(TiO2) 분말, 구리(Cu) 및 마그네슘(Mg)은 본 발명의 일 관점에 따른 이산화티탄 촉매에 기재된 것과 실질적으로 동일할 수 있다.
상기 열처리하는 단계는 H2/Ar 분위기에서 400℃ 내지 900℃, 구체적으로 450℃ 내지 750℃, 더욱 구체적으로 460℃ 내지 550℃에서 수행될 수 있다. 본 발명의 이산화티탄 촉매에 포함되는 구리(Cu) 및 마그네슘(Mg)은 중량비가 10:90 내지 20:80로 적용하여, 상기 열처리 온도 범위에서 일부 이상 공융될 수 있으며, 이로써 촉매를 이루는 성분들 간의 결합력을 충분히 부가할 수 있다.
특히, 상기 구리(Cu) 및 마그네슘(Mg) 성분들의 함량은 이산화티탄 촉매 입자 크기에 영향을 줄 수 있으며, 구체적으로 상기 구리(Cu) 및 마그네슘(Mg)은 이산화티탄 촉매 중 5 내지 50 중량%로 포함되어 이산화티탄 촉매의 평균입경(D50)을 1 mm 내지 10 mm로 제어할 수 있다. 상기 평균입경 범위에서 별도의 촉매 회수 장치가 필요 없고, 2차 오염을 방지할 수 있는 장점이 있다.
다른 구체예에서, 상기 혼합물 형성 단계에서 상기 혼합물은 지르코니아(ZrO2)를 더 포함하도록 형성될 수 있고, 상기 지르코니아(ZrO2)는 본 발명의 일 관점에 따른 이산화티탄 촉매에 기재된 것과 실질적으로 동일할 수 있다.
또 다른 구체예에서, 상기 이산화티탄 촉매 제조방법은 열처리 단계 후에 산(acid)으로 처리하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.
여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.
실시예
실시예 1
이산화티탄(TiO2, 알드리치) 80 중량%, 구리(Cu) 2.8 중량% 및 마그네슘(Mg) 17.2 중량%를 혼합하고, 상기 혼합물을 튜브 노 내에 투입하고, H2/Ar 분위기에서 530℃에서 5시간 동안 가열하였다. 그런 후 1.0M HCl 용액에서 24시간 동안 교반하고, 물로 세척하여 산을 제거한 후, 건조하여 이산화티탄 촉매를 제조하였다. 상기 이산화티탄 촉매의 평균입경(D50)은 5.2mm 였다.
실시예 2
이산화티탄(TiO2, 알드리치) 70 중량%, 구리(Cu) 2.8 중량%, 마그네슘(Mg) 17.2 중량% 및 지르코니아(ZrO2) 10 중량%를 혼합한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 이산화티탄 촉매를 제조하였다. 상기 이산화티탄 촉매의 평균입경(D50)은 5.5mm 였다.
비교예 1
이산화티탄(TiO2, 알드리치) 80 중량%, 구리(Cu) 13 중량% 및 마그네슘(Mg) 7 중량%를 혼합한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 이산화티탄 촉매를 제조하였다. 상기 이산화티탄 촉매의 평균입경(D50)은 1 mm 미만이었다.
상기 실시예 1 및 비교예 1의 이산화티탄 촉매를 사용하여 하기의 실험을 수행하고, 그 결과를 도면에 나타내었다.
실험예 1
축산 폐수에 대한 실시예 1 이산화티탄 촉매의 효율을 측정하였다. 구체적으로, 상기 축산 폐수는 집수조에서 고액분리 후 응집단계를 거친 1차 침전조의 폐수를 사용하였으며, 색도는 육안으로 보았을 때 짙은 검은색을 나타내었다. 반응기에 3L의 축산 폐수와 실시예 1의 이산화티탄 촉매 1.5kg을 반응기에 채워 1암페어(A)의 전류를 흘려 보냈다.
색도의 제거 과정은 초기 30분 후부터 시간당 100ml씩 반응기의 중심부에서 채취하여 측정하였으며, 결과는 도 1에 나타내었다. 도 1의 결과처럼, 축산폐수의 COD, 색도 제거는 반응 4시간만에 제거가 이루어졌다. 색도 측정 장비는 DR4000장비로 하크 제품을 사용하였다.
실험예 2
염색 폐수에 대한 실시예 1 이산화티탄 촉매의 효율을 측정하였다. 구체적으로, 상기 염색 폐수는 염색공장에서 1차 침전조의 폐수를 사용하였으며, 실험예 1과 동일한 반응기 및 실험방법, 측정에 의해 실험을 진행하였다.
도 2는 실시예 1에 의한 염색 폐수의 색도 제거를 그래프상으로 나타내었으며, 실험 시작 후 3시간 만에 색도가 완전히 제거된 것을 알 수 있다.
실험예 3
축산 폐수에 대한 비교예 1 이산화티탄 촉매의 효율을 측정하였다. 구체적으로, 비교예 1의 이산화티탄 촉매를 사용한 것을 제외하고는 실험예 1과 동일한 방법을 실험을 진행하였다.
도 3은 비교예 1에 의한 축산 폐수의 색도제거를 그래프상으로 나타내었으며, 실시예 1에 비해 색도 제거 속도가 저하되는 것을 알 수 있으며, 비교예 1의 이산화티탄 촉매는 입자가 1 mm 미만으로 미세하여, 이를 회수하기 위해서는 별도의 장치 또는 공정이 필요하였다.
상기 실시예, 비교예 및 실험예들에서 살펴본 바와 같이 구리 및 마그네슘을 본 발명의 함량비로 포함하지 않는 경우 이산화티탄 촉매를 특정 범위 입자 크기로 제조하기 어려운 문제가 있었고, 이런 경우 촉매의 회수가 어려운 단점이 있었다. 또한, 구리 및 마그네슘이 본 발명의 특정 함량으로 포함하지 않는 경우 촉매 효율도 저하되는 것을 알 수 있었다.
이상 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야 한다.
Claims (8)
- 이산화티탄(TiO2), 구리(Cu) 및 마그네슘(Mg)을 포함하고,
상기 구리(Cu) 및 마그네슘(Mg)은 중량비가 10:90 내지 16:84이며,
상기 구리(Cu) 및 마그네슘(Mg)은 일부 이상 공융된 것인 이산화티탄 촉매.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 구리(Cu) 및 마그네슘(Mg)은 상기 촉매 중 5 내지 50 중량%로 포함되는 이산화티탄 촉매.
- 제1항에 있어서,
상기 촉매는 지르코니아(ZrO2)를 더 포함하고, 상기 지르코니아(ZrO2)는 상기 지르코니아(ZrO2)를 포함하는 촉매 총 함량 중 2 내지 20 중량%로 포함되는 이산화티탄 촉매.
- 제4항에 있어서,
상기 지르코니아(ZrO2)는 평균입경(D50)이 이산화티탄(TiO2) 보다 큰 이산화티탄 촉매.
- 제1항에 있어서,
상기 촉매는 평균입경(D50)이 1 mm 내지 10 mm인 이산화티탄 촉매.
- 제1항에 있어서,
상기 이산화티탄(TiO2)은 평균입경(D50)이 상이한 제1 이산화티탄(TiO2) 및 제2 이산화티탄(TiO2)을 포함하고,
상기 제1 이산화티탄(TiO2) 및 제2 이산화티탄(TiO2)의 평균입경(D50) 비는 1:0.4 내지 1:0.6인 이산화티탄 촉매.
- 제1항에 있어서,
상기 촉매는 티타늄(Ti), 백금(Pt), 은(Ag), 알루미나(Al2O3), 산화규소(SiO2) 및 망간(Mn) 중 하나 이상을 더 포함하는 이산화티탄 촉매.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020180070607A KR101951807B1 (ko) | 2018-06-20 | 2018-06-20 | 이산화티탄 촉매 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020180070607A KR101951807B1 (ko) | 2018-06-20 | 2018-06-20 | 이산화티탄 촉매 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR101951807B1 true KR101951807B1 (ko) | 2019-02-25 |
Family
ID=65584888
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020180070607A KR101951807B1 (ko) | 2018-06-20 | 2018-06-20 | 이산화티탄 촉매 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101951807B1 (ko) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102306660B1 (ko) * | 2021-02-18 | 2021-09-30 | 주식회사 대수하이테크 | 이산화티탄 광촉매를 포함하는 항균소취제 |
| KR20220128772A (ko) * | 2021-03-15 | 2022-09-22 | (주)백주대간 | 광촉매를 포함하는 멀칭용 조성물 및 그 제조방법 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09276706A (ja) * | 1996-04-17 | 1997-10-28 | Agency Of Ind Science & Technol | 光触媒粒子及びその製造方法 |
-
2018
- 2018-06-20 KR KR1020180070607A patent/KR101951807B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09276706A (ja) * | 1996-04-17 | 1997-10-28 | Agency Of Ind Science & Technol | 光触媒粒子及びその製造方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| International Research Journal of Pure and Applied Chemistry 1(3): 84-103, 2011* * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102306660B1 (ko) * | 2021-02-18 | 2021-09-30 | 주식회사 대수하이테크 | 이산화티탄 광촉매를 포함하는 항균소취제 |
| KR20220128772A (ko) * | 2021-03-15 | 2022-09-22 | (주)백주대간 | 광촉매를 포함하는 멀칭용 조성물 및 그 제조방법 |
| KR102595856B1 (ko) * | 2021-03-15 | 2023-10-30 | (주)백주대간 | 광촉매를 포함하는 멀칭용 조성물 및 그 제조방법 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Dianat | Visible light induced photocatalytic degradation of direct red 23 and direct brown 166 by InVO4-TiO2 nanocomposite | |
| Vadivel et al. | Facile synthesis of novel CaFe2O4/g-C3N4 nanocomposites for degradation of methylene blue under visible-light irradiation | |
| Yuan | Synthesis, characterization and photocatalyticactivity of ZnFe2O4/TiO2 nanocomposite | |
| JP6342225B2 (ja) | 光触媒複合体材料及びその製造方法 | |
| GB2508308B (en) | Visible light titania photocatalyst | |
| KR101951807B1 (ko) | 이산화티탄 촉매 | |
| WO2006064799A1 (ja) | 可視光応答性を有する複合金属酸化物光触媒 | |
| Haque et al. | Synthesis, characterization and photocatalytic activity of visible light induced Ni-doped TiO2 | |
| KR100659031B1 (ko) | 저염소와 저루틸 함유량을 갖는 초미립자 산화 티타늄, 및그 제조 방법 | |
| Chen et al. | Constructing Z‐Scheme Bi2O3/In2O3 Heterojunction for Efficient Photocatalytic Degradation of Rhodamine B | |
| Masunga et al. | Magnetically separable samarium doped copper ferrite-graphitic carbon nitride nanocomposite for photodegradation of dyes and pharmaceuticals under visible light irradiation | |
| Mahjoub et al. | Low temperature one-pot synthesis of Cu-doped ZnO/Al2O3 composite by a facile rout for rapid methyl orange degradation | |
| Abirami et al. | Preparation of pure PbTiO3 and (Ag–Fe) codoped PbTiO3 perovskite nanoparticles and their enhanced photocatalytic activity | |
| Manjula et al. | Photocatalytic performance of SnO 2: Mo nanopowders against the degradation of methyl orange and rhodamine B dyes under visible light irradiation | |
| Kutty et al. | Photocatalytic activity of tin-substituted TiO2 in visible light | |
| Mostaghni et al. | Structural, Optical and Photocatalytic Properties of Co-TiO 2 Prepared by Sol-Gel Technique | |
| JP4997627B2 (ja) | 可視光応答性光触媒 | |
| JP5030735B2 (ja) | Ｎおよび／またはｓドープ管状酸化チタン粒子およびその製造方法 | |
| Xin et al. | Preparation and chatacterazition of the Bi-doped TiO 2 photocatalysts | |
| CN107930613B (zh) | 一种粉末催化材料、含钠基蒙脱石复合多孔纳米催化材料的制备及应用 | |
| Garcia et al. | Facile Synthesis by Peroxide Method and Microwave‐Assisted Hydrothermal Treatment of TiO2 with High Photocatalytic Efficiency for Dye Degradation and Hydrogen Production | |
| Ilkme et al. | The role of some metal ions in enhancement of photocatalytic activity of Fe $ _ {2} $ O $ _ {3} $-V $ _ {2} $ O $ _ {5} $ binary oxide | |
| JP4386788B2 (ja) | 酸化チタン光触媒の製造方法 | |
| US9302917B2 (en) | Low valence titanium oxides and method of producing the same | |
| JP5298282B2 (ja) | チタン酸化物粒子の製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |