KR102056630B1 - 가시광 활성 복합 광촉매 및 이를 포함하는 복합재 - Google Patents
가시광 활성 복합 광촉매 및 이를 포함하는 복합재 Download PDFInfo
- Publication number
- KR102056630B1 KR102056630B1 KR1020160112165A KR20160112165A KR102056630B1 KR 102056630 B1 KR102056630 B1 KR 102056630B1 KR 1020160112165 A KR1020160112165 A KR 1020160112165A KR 20160112165 A KR20160112165 A KR 20160112165A KR 102056630 B1 KR102056630 B1 KR 102056630B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- photocatalyst
- visible light
- light active
- active composite
- particle
- Prior art date
Links
- 239000011941 photocatalyst Substances 0.000 title claims abstract description 148
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 60
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 107
- ZNOKGRXACCSDPY-UHFFFAOYSA-N tungsten trioxide Chemical compound O=[W](=O)=O ZNOKGRXACCSDPY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 24
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 20
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 10
- 101150029133 agmo gene Proteins 0.000 claims abstract description 7
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 229910052716 thallium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- BKVIYDNLLOSFOA-UHFFFAOYSA-N thallium Chemical compound [Tl] BKVIYDNLLOSFOA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 12
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 7
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 6
- 239000004745 nonwoven fabric Substances 0.000 claims description 4
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 3
- 239000002985 plastic film Substances 0.000 claims description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 2
- 239000006260 foam Substances 0.000 claims 1
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 60
- WSFSSNUMVMOOMR-UHFFFAOYSA-N Formaldehyde Chemical compound O=C WSFSSNUMVMOOMR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 30
- 229960004592 isopropanol Drugs 0.000 description 14
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 12
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 10
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 9
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 6
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 6
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 description 6
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 5
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 5
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 5
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 4
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 4
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 4
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 4
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 4
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000000844 anti-bacterial effect Effects 0.000 description 3
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 3
- WSFSSNUMVMOOMR-NJFSPNSNSA-N methanone Chemical compound O=[14CH2] WSFSSNUMVMOOMR-NJFSPNSNSA-N 0.000 description 3
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- AFCARXCZXQIEQB-UHFFFAOYSA-N N-[3-oxo-3-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)propyl]-2-[[3-(trifluoromethoxy)phenyl]methylamino]pyrimidine-5-carboxamide Chemical compound O=C(CCNC(=O)C=1C=NC(=NC=1)NCC1=CC(=CC=C1)OC(F)(F)F)N1CC2=C(CC1)NN=N2 AFCARXCZXQIEQB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000004332 deodorization Methods 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- LDXJRKWFNNFDSA-UHFFFAOYSA-N 2-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)-1-[4-[2-[[3-(trifluoromethoxy)phenyl]methylamino]pyrimidin-5-yl]piperazin-1-yl]ethanone Chemical compound C1CN(CC2=NNN=C21)CC(=O)N3CCN(CC3)C4=CN=C(N=C4)NCC5=CC(=CC=C5)OC(F)(F)F LDXJRKWFNNFDSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DEXFNLNNUZKHNO-UHFFFAOYSA-N 6-[3-[4-[2-(2,3-dihydro-1H-inden-2-ylamino)pyrimidin-5-yl]piperidin-1-yl]-3-oxopropyl]-3H-1,3-benzoxazol-2-one Chemical compound C1C(CC2=CC=CC=C12)NC1=NC=C(C=N1)C1CCN(CC1)C(CCC1=CC2=C(NC(O2)=O)C=C1)=O DEXFNLNNUZKHNO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NIPNSKYNPDTRPC-UHFFFAOYSA-N N-[2-oxo-2-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)ethyl]-2-[[3-(trifluoromethoxy)phenyl]methylamino]pyrimidine-5-carboxamide Chemical compound O=C(CNC(=O)C=1C=NC(=NC=1)NCC1=CC(=CC=C1)OC(F)(F)F)N1CC2=C(CC1)NN=N2 NIPNSKYNPDTRPC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000001299 aldehydes Chemical class 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 239000008199 coating composition Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 239000002781 deodorant agent Substances 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 238000004817 gas chromatography Methods 0.000 description 1
- 238000010191 image analysis Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical class C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 description 1
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002759 woven fabric Substances 0.000 description 1
- 229910052724 xenon Inorganic materials 0.000 description 1
- FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N xenon atom Chemical compound [Xe] FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B01J35/39—
-
- 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
- B01J35/002—Catalysts characterised by their physical properties
- B01J35/004—Photocatalysts
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
- A61L9/00—Disinfection, sterilisation or deodorisation of air
- A61L9/16—Disinfection, sterilisation or deodorisation of air using physical phenomena
- A61L9/18—Radiation
- A61L9/20—Ultra-violet radiation
- A61L9/205—Ultra-violet radiation using a photocatalyst or photosensitiser
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D39/00—Filtering material for liquid or gaseous fluids
- B01D39/14—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
- B01D53/74—General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
- B01D53/86—Catalytic processes
-
- 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
- B01J23/16—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of arsenic, antimony, bismuth, vanadium, niobium, tantalum, polonium, chromium, molybdenum, tungsten, manganese, technetium or rhenium
- B01J23/24—Chromium, molybdenum or tungsten
- B01J23/30—Tungsten
-
- 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
- B01J23/38—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals
- B01J23/54—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals combined with metals, oxides or hydroxides provided for in groups B01J23/02 - B01J23/36
- B01J23/66—Silver or gold
-
- 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
- B01J35/002—Catalysts characterised by their physical properties
- B01J35/0046—Physical properties of the active metal ingredient
- B01J35/006—Physical properties of the active metal ingredient metal crystallite size
-
- B01J35/393—
-
- 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
- B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
- B01J37/02—Impregnation, coating or precipitation
- B01J37/0215—Coating
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
- A61L2209/00—Aspects relating to disinfection, sterilisation or deodorisation of air
- A61L2209/10—Apparatus features
- A61L2209/13—Dispensing or storing means for active compounds
Abstract
삼산화텅스텐(WO3)을 포함하는 제1 광촉매 입자; 및 AgMO2의 화학식을 갖는 제2 광촉매 입자를 포함하고, 상기 M은 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 인듐(In), 탈륨(Tl) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나의 원소인 가시광 활성 복합 광촉매를 제공한다.
또한, 기재; 및 상기 기재의 표면 또는 내부에 코팅된 상기 가시광 활성 복합 광촉매를 포함하는 복합재를 제공한다.
또한, 기재; 및 상기 기재의 표면 또는 내부에 코팅된 상기 가시광 활성 복합 광촉매를 포함하는 복합재를 제공한다.
Description
가시광 활성 복합 광촉매와 이를 포함하는 복합재에 관한 것이다.
최근에는 광촉매의 높은 산화력 및 환원력을 이용하여 오염된 대기 또는 물을 청정화하거나, 탈취 또는 향균 등의 기능을 수행하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 구체적으로, 광촉매 작용을 나타내는 가장 대표적인 화합물은 산화티탄으로, 탈취, 향균 및 오염 방지를 위한 소재로서 많은 분야에서 실용화되어 있다. 이러한 산화티탄은 태양광 중에서 약 4% 정도를 차지하는 자외선에 대해 높은 촉매 활성을 나타내는 물질로서, 보다 넓은 영역의 태양광선, 즉 가시광선에 대한 촉매 활성을 확보시키기 위해 다양한 연구가 진행되고 있다.
예를 들어, 일본 특개평 11-047611호에는 루틸형 이산화티탄에 백금(Pt) 등의 전이 금속을 담지시켜 가시광선에 대해 활성을 갖도록 제조한 광촉매가 개시되어 있다. 또한, 일본 특개 2001-062310호에는 티탄 산화물로서 TiO2와 함께, 다른 화학 양론적 조성을 갖는 TiOx를 혼합하여 자외선 및 가시광선에 모두 광촉매 활성을 갖는 광촉매 재료가 개시되어 있다.
이와 같이, 가시광선에 대한 활성을 갖는 광촉매 재료는 자외선에만 활성을 갖는 광촉매 재료에 비하여 더 다양한 분야에 활용이 가능한 이점을 갖는다.
본 발명의 일 구현예는 가시광 활성 복합 광촉매로서, 포름알데히드, 이소프로필알콜 등의 분해 성능이 우수하며, 내구성이 우수하고, 저가형인 광촉매 재료를 제공한다.
본 발명의 다른 구현예는 상기 가시광 활성 복합 광촉매를 포함하는 복합재로서, 다양한 용도에 사용되어 향균, 탈취, 정화 기능을 수행할 수 있는 복합재를 제공한다.
본 발명의 일 구현예에서, 삼산화텅스텐(WO3)을 포함하는 제1 광촉매 입자; 및 AgMO2의 화학식을 갖는 제2 광촉매 입자를 포함하고, 상기 M은 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 인듐(In), 탈륨(Tl) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나의 원소인 가시광 활성 복합 광촉매를 제공한다.
본 발명의 다른 구현예에서, 기재; 및 상기 기재의 표면 또는 내부에 코팅된 상기 가시광 활성 복합 광촉매를 포함하는 복합재를 제공한다.
상기 가시광 활성 복합 광촉매는 포름알데히드, 이소프로필알콜 등의 분해 성능이 우수하며, 내구성이 우수하고, 저가형인 이점을 갖는다.
상기 복합재는 상기 가시광 활성 복합 광촉매를 포함하여 포름알데히드, 이소프로필알콜 등의 분해 성능을 비용 대비 우수하게 구현할 수 있고, 다양한 용도로 가공 및 적용 가능한 이점을 갖는다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 복합재의 단면을 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 가시광 활성 복합 광촉매의 제1 광촉매 입자 및 제2 광촉매 입자 각각의 전도대(conduction band) 전위 및 가전자대(valence band) 전위를 도시한 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실험예 2의 결과를 도시한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실험예 3의 결과를 도시한 그래프이다.도 4는 본 발명의 실험예 3의 결과를 도시한 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 가시광 활성 복합 광촉매의 제1 광촉매 입자 및 제2 광촉매 입자 각각의 전도대(conduction band) 전위 및 가전자대(valence band) 전위를 도시한 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실험예 2의 결과를 도시한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실험예 3의 결과를 도시한 그래프이다.도 4는 본 발명의 실험예 3의 결과를 도시한 그래프이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 후술하는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.
또한, 본 명세서에서 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상부에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 아울러, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "아래에" 또는 "하부에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 아래에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
본 발명의 일 구현예에서, 삼산화텅스텐(WO3)을 포함하는 제1 광촉매 입자; 및 AgMO2의 화학식을 갖는 제2 광촉매 입자를 포함하고, 상기 M은 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 인듐(In), 탈륨(Tl) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나의 원소인 가시광 활성 복합 광촉매를 제공한다.
상기 가시광 활성 복합 광촉매는 가시광선에 대해서 광-활성을 나타내는 촉매로서, 실내 및 실외의 다양한 위치에 적용되어 유해 물질의 분해 및 제거 성능을 구현할 수 있다.
상기 가시광 활성 복합 광촉매는 상기 제1 광촉매 입자 및 상기 제2 광촉매 입자를 포함하는 것으로, 두 종류의 광촉매 입자를 혼합함으로써 유해 물질의 제거 성능을 크게 향상시킬 수 있다.
구체적으로, 상기 제1 광촉매 입자는 삼산화텅스텐(WO3)을 포함하고, 상기 제2 광촉매 입자는 AgMO2의 화학식을 갖는다. 이와 같이 텅스텐(W)을 포함하는 제1 광촉매 입자와 은(Ag)을 포함하는 제2 광촉매 입자를 혼합 사용함으로써 다른 금속의 조합에 비하여 이소프로필알콜(IPA, Isopropylalcohol) 및 포름알데히드 제거 성능이 모두 우수한 이점을 구현할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 제2 광촉매 입자는 AgMO2의 화학식을 가지며, 이때, 상기 M은 3가 금속 원소로서 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 인듐(In), 탈륨(Tl) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나의 원소이다. 상기 M이 이와 같은 3가 금속으로 이루어짐으로써 다른 종류의 금속에 비해 삼산화텅스텐(WO3)과 함께 사용되어 이소프로필알콜(IPA, Isopropylalcohol) 및 포름알데히드 제거 성능을 크게 향상시킬 수 있다.
일 구현예에서, 상기 제2 광촉매 입자의 M은 알루미늄(Al) 및 갈륨(Ga)으로 이루어질 수 있고, 이 경우 전술한 이점이 극대화될 수 있다.
상기 제2 광촉매 입자의 M이 알루미늄(Al) 및 갈륨(Ga)으로 이루어지는 경우, 상기 알루미늄(Al) 대 상기 갈륨(Ga)의 몰비는 0.1 : 0.9 내지 0.9 : 0.1일 수 있고, 예를 들어, 0.5 : 0.5 내지 0.7 : 0.3일 수 있고, 예를 들어, 0.5 : 0.5 초과, 0.7 : 0.3 이하일 수 있고, 예를 들어, 0.5 : 0.5 초과, 0.6 : 0.4 이하일 수 있다. 상기 제2 광촉매 입자의 M이 상기 몰비의 알루미늄(Al) 및 갈륨(Ga)으로 이루어짐으로써 상기 삼산화텅스텐(WO3)을 포함하는 제1 광촉매 입자와 함께 혼합되어 광촉매 활성 향상 효과를 크게 증대시킬 수 있다.
상기 가시광 활성 복합 광촉매는 상기 제1 광촉매 입자와 상기 제2 광촉매 입자를 적절히 혼합하여 저비용 고효율의 이점을 얻을 수 있다. 구체적으로, 상기 가시광 활성 복합 광촉매는 상기 제1 광촉매 입자 대 상기 제2 광촉매 입자의 질량비가 10 : 1 내지 5 : 1일 수 있고, 예를 들어, 9 : 1 내지 7 : 1일 수 있다.
상기 제1 광촉매 입자 및 상기 제2 광촉매 입자는 각각 입경(particle diameter)이 약 100㎚ 내지 약 300㎚일 수 있고, 예를 들어, 약 150nm내지 약 200㎚일 수 있다. 본 명세서에서 '입경(particle diameter)'은 입자 단면의 평균 직경을 의미하는 것으로서, SEM 또는 TEM을 이용한 이미지 분석에 의해 수평균 입경으로 측정될 수 있다. 상기 제1 광촉매 입자 및 상기 제2 광촉매 입자의 입경이 각각 상기 범위를 만족함으로써 상기 가시광 활성 복합 광촉매를 이용해 적절한 점도를 갖는 코팅 조성물이 제조될 수 있고, 코팅 및 도포하거나 함침시켜 다양한 용도로 활용할 수 있다.
상기 가시광 활성 복합 광촉매는 상기 제1 광촉매 입자 및 상기 제2 광촉매 입자를 혼합하여 사용함으로써 각각을 단일 성분으로 사용하는 경우에 비하여 현저히 큰 광촉매 활성 효과를 구현할 수 있다. 이러한 효과는 구체적으로, 상기 제2 광촉매 입자의 전도대(conduction band) 전위, 가전자대(valence band) 전위 및 밴드 갭(band gap)을 적절히 제어하여 확보할 수 있고, 보다 구체적으로, 상기 제2 광촉매 입자를 이루는 원소의 종류, 원소의 몰비와 상기 제1 광촉매 입자 및 상기 제2 광촉매 입자 사이의 질량비를 적절히 제어함으로써 조절할 수 있다.
구체적으로, 상기 제1 광촉매 입자와 상기 제2 광촉매 입자는 각각 밴드 갭(band gap)이 약 1.8eV 내지 약 3.1eV을 만족한다. 상기 '밴드 갭(band gap)'은 상기 제1 광촉매 입자와 상기 제2 광촉매 입자 각각에 대하여, 전도대와 가전자대 사이의 에너지 영역, 즉 에너지 갭(gap)을 의미한다. 상기 제1 광촉매 입자 및 상기 제2 광촉매 입자 각각의 밴드 갭이 상기 범위를 만족함으로써 각각이 가시광선에 대한 광-활성을 나타냄과 동시에 이들의 시너지(synergy) 효과로서 이소프로필알콜 및 포름알데히드에 대한 분해 성능을 현저히 향상시킬 수 있다.
도 2는 상기 제1 광촉매 입자 및 상기 제2 광촉매 입자의 전도대(conduction band) 전위 및 가전자대(valence band) 전위를 도시한 그래프이다.
도 2를 참조할 때, 상기 제1 광촉매 입자의 전도대 전위는 상기 제2 광촉매 입자의 전도대 전위보다 낮다. 또한, 상기 제1 광촉매 입자의 가전자대 전위는 상기 제2 광촉매 입자의 가전자대 전위보다 낮다.
이와 같이, 상기 제1 광촉매 입자의 전도대 전위와 가전자대 전위를 각각 상기 제2 광촉매 입자의 전도대 전위와 가전자대 전위보다 낮게 제어함으로써 상기 제2 광촉매 입자에서 여기(excitation)된 전자(e-)가 상기 제1 광촉매 입자로 전이되며, 상기 제1 광매 입자의 홀(h+)이 상기 제2 광촉매 입자로 전이되어 전하 분리(charge separation) 효과를 발생시킬 수 있다. 이로써 광-활성 반응이 효율적으로 일어나게 되며, 상기 가시광 활성 복합 광촉매의 촉매 효율이 크게 향상될 수 있다.
구체적으로, 상기 제1 광촉매 입자의 전도대 전위와 상기 제2 광촉매 입자의 전도대 전위의 차이(△E1)는 약 0.5eV 내지 약 1.0eV일 수 있고, 예를 들어, 약 0.8eV 내지 약 0.9eV일 수 있다.
또한, 상기 제1 광촉매 입자의 가전자대 전위와 상기 제2 광촉매 입자의 가전자대 전위의 차이(△E2)는 약 0.5eV 내지 약 1.0eV일 수 있고, 예를 들어, 약 0.8eV 내지 약 0.9eV일 수 있다.
상기 제1 광촉매 입자와 상기 제2 광촉매 입자의 전도대 전위 차이와 가전자대 전위의 차이가 각각 상기 범위를 만족함으로써 전하 분리 현상이 적절한 시간으로 구현될 수 있고, 상기 가시광 활성 복합 광촉매의 촉매 효율이 크게 향상될 수 있다.
본 발명의 다른 구현예에서, 기재 및 상기 기재의 표면 또는 내부에 코팅된 상기 가시광 활성 복합 광촉매를 포함하는 복합재를 제공한다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 복합재의 단면을 개략적으로 도시한 것이다.
도 1을 참조할 때, 상기 복합재(100)는 기재(10)를 포함하고, 상기 기재(10)의 표면 또는 내부에 코팅된 가시광 활성 복합 광촉매를 포함한다. 상기 복합재(100)는 상기 기재(10)의 종류에 따라 상기 가시광 활성 복합 광촉매를 상기 기재(10)의 표면 상에만 포함할 수도 있고, 상기 기재(10)의 표면 및 내부에 모두 포함할 수도 있다.
상기 가시광 활성 복합 광촉매는 삼산화텅스텐(WO3)을 포함하는 제1 광촉매 입자(20); 및 AgMO2의 화학식을 갖는 제2 광촉매 입자(30)를 포함하고, 상기 M은 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 인듐(In), 탈륨(Tl) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나의 원소인 것으로서, 이에 대한 사항은 전술한 바와 같다.
상기 복합재(100)는 상기 가시광 활성 복합 광촉매를 포함하는 코팅액을 제조하고, 상기 코팅액을 상기 기재(10)의 표면에 도포하거나, 상기 코팅액에 상기 기재(10)를 함침시킴으로써 제조될 수 있다.
이때, 상기 코팅액은 상기 가시광 활성 복합 광촉매와 바인더를 포함하며, 상기 바인더는 유기 바인더, 무기 바인더 또는 수계 바인더를 포함할 수 있다.
상기 기재(10) 부직포, 플라스틱 시트, 유리 기판, 금속 시트, 활성탄 폼(foam) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함한다. 예를 들어, 상기 기재(10)가 부직포를 포함할 수 있고, 상기 부직포는 섬유가 직포 공정을 거치지 않고 평행 또는 부정(不定) 방향으로 얽혀서 압착된 구조를 갖는 것으로서, 그 표면뿐 아니라 내부의 섬유 사이 사이에 상기 가시광 활성 복합 광촉매에 위치할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예들을 제시한다. 다만, 하기에 기재된 실시예들은 본 발명을 구체적으로 예시하거나 설명하기 위한 것에 불과하며, 이로서 본 발명이 제한되어서는 아니된다.
<
실시예
및
비교예
>
실시예
1
평균 입경(particle diameter)이 200㎚인 삼산화텅스텐(WO3) 제1 광촉매 입자와 평균 입경이 200㎚인 AgAl0 .6Ga0 .4O2 제2 광촉매 입자를 제1 광촉매 입자 : 제2 광촉매 입자의 질량비가 9 : 1이 되도록 혼합하여 가시광 활성 복합 광촉매를 제조하였다.
실시예
2
상기 제1 광촉매 입자 : 상기 제2 광촉매 입자의 질량비가 5 : 5인 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 가시광 활성 복합 광촉매를 제조하였다.
비교예
1
상기 제2 광촉매 입자를 포함하지 않는 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 가시광 활성 복합 광촉매를 제조하였다.
비교예
2
상기 제1 광촉매 입자를 포함하지 않는 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 가시광 활성 복합 광촉매를 제조하였다.
비교예
3
상기 제1 광촉매 입자가 평균 입경(particle diameter)이 200nm인 삼산화텅스텐(WO3) 대신에, 이산화티탄(TiO2) 입자인 것을 제외하고 상기 실시예 1과 동일한 가시광 활성 복합 광촉매를 제조하였다.
<평가>
실험예
1: 포름알데히드 분해 성능의 평가
상기 실시예 및 비교예 각각의 가시광 활성 복합 광촉매를 무기 바인더를 이용하여 유리 기판에 코팅 후 소형 챔버 시험법(ISO 18560-1:2014)에 따른 방법으로 암(dark) 조건 및 광 조건 하에서 포름알데히드 분해 성능을 평가하였다. 포름알데히드 가스의 주입 농도는 0.1ppm이고, 8시간 이상 주입하였으며, 광원은 1000lux의 백색 LED를 사용하였고, 온도는 25℃, 상대 습도 50%의 조건이었다. 그 결과는 하기 표 1에 기재한 바와 같다.
| 포름알데히드 분해 성능[%] | ||
| 암(dark) | LED 1000lux | |
| 실시예 1 | 3 | 32 |
| 실시예 2 | 3 | 33 |
| 비교예 1 | 2 | 10 |
| 비교예 2 | 5 | 16 |
| 비교예 3 | 2 | 7 |
상기 표 1의 결과를 참조할 때, 상기 실시예 1 내지 2의 경우, 삼산화텅스텐(WO3)을 포함하는 제1 광촉매 입자; 및 AgAl0 .6Ga0 .4O2의 화학식을 갖는 제2 광촉매 입자를 포함하는 가시광 활성 복합 광촉매 입자로서, 상기 비교예 1 내지 3에 비하여 우수한 포름알데히드 분해 성능을 구현함을 알 수 있다.
이때, 상기 실시예 2는 제1 광촉매 입자 : 제2 광촉매 입자의 질량비가 5 : 5인 것으로서, 포름알데히드 제거 성능에 있어서, 상기 실시예 1과 유사한 성능을 나타내지만, 상기 실시예 1에 비하여 제조 원가가 과다하게 상승하는 단점이 있다.
상기 비교예 1 및 2는 제2 광촉매 입자 또는 제1 광촉매 입자 중 어느 하나를 포함하지 않는 경우로서, 상호 함께 혼합 사용하는 경우에 비하여 포름알데히드 제거 성능이 현저히 열등하며, 상기 비교예 3은 상기 제1 광촉매 입자가 삼산화텅스텐(WO3)을 포함하지 않는 경우로서 상기 제2 광촉매 입자와 함께 사용되어 우수한 포름알데히드 제거 성능을 나타내지 못한다.
실험예
2:
이소프로필알콜
(
IPA
) 분해 성능의 평가
상기 실시예 1 및 상기 비교예 1-2 각각의 가시광 활성 복합 광촉매 0.4g을 8㎠의 면적으로 도포한 후 500ppm~800ppm의 이소프로필알콜(IPA) 가스를 500mL의 반응 용기에 넣고 암(dark) 조건에서 1시간 이상 방치한 후, 제논(Xe) 램프와 자외선 차단 필터를 이용하여 400~530nm 파장의 빛을 약 1mW/cm2의 세기로 조사하였다. 그 이후 일정 시간 간격으로 1mL의 가스를 포집하여 기체크로마토그래피로 이산화탄소(CO2)의 양을 분석하였다. 그 결과는 도 3의 그래프에 나타내었다.
상기 가시광 활성 복합 광촉매는 광 조건 하에서 이소프로필알콜을 분해하여 아세톤을 만들고, 최종적으로 이산화탄소(CO2)로 분해시킨다. 따라서, 포집된 이산화탄소(CO2)의 농도가 높을수록 이소프로필알콜의 분해 성능이 우수한 것을 알 수 있다.
도 3의 그래프를 참조할 때, 상기 실시예 1의 포집된 이산화탄소(CO2)의 농도가 상기 비교예 1 또는 2에 비하여 현저히 높은 것을 알 수 있고, 이로써 상기 실시예 1의 이소프로필알콜 분해 성능이 상대적으로 더 우수한 것을 알 수 있다.
실험예
3: 가시광 활성 복합
광촉매의
내구성 평가
상기 실시예 1의 가시광 활성 복합 광촉매에 대하여, 상기 실험예 2와 같은 이소프로필알콜(IPA) 분해 성능의 평가를 일정 시간 간격으로 4회 실시하였고, 그 결과는 도 4의 그래프에 도시하였다. 도 4의 그래프를 참조할 때, 상기 실시예 1의 가시광 활성 복합 광촉매의 경우, 4회의 연속적인 광 조사에 대하여 모두 유사하게 IPA 제거 성능을 구현함을 알 수 있다. 즉, 상기 실시예 1의 가시광 활성 복합 광촉매는 우수한 장기 내구성을 구현함을 알 수 있다.
100: 복합재
10: 기재
20: 제1 광촉매 입자
30: 제2 광촉매 입자
10: 기재
20: 제1 광촉매 입자
30: 제2 광촉매 입자
Claims (12)
- 삼산화텅스텐(WO3)을 포함하는 제1 광촉매 입자; 및
AgMO2의 화학식을 갖는 제2 광촉매 입자를 포함하고,
상기 M은 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 인듐(In), 탈륨(Tl) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나의 원소이고,
상기 제1 광촉매 입자 대 상기 제2 광촉매 입자의 질량비가 9 : 1 내지 5 : 5인
가시광 활성 복합 광촉매.
- 제1항에 있어서,
상기 M은 알루미늄(Al) 및 갈륨(Ga)으로 이루어지는
가시광 활성 복합 광촉매.
- 제2항에 있어서,
상기 알루미늄(Al) 대 상기 갈륨(Ga)의 몰비가 0.1 : 0.9 내지 0.9 : 0.1인
가시광 활성 복합 광촉매.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 제1 광촉매 입자의 입경(particle diameter)이 100㎚ 내지 300㎚인
가시광 활성 복합 광촉매.
- 제1항에 있어서,
상기 제2 광촉매 입자의 입경(particle diameter)이 100㎚ 내지 300㎚인
가시광 활성 복합 광촉매.
- 제1항에 있어서,
상기 제1 광촉매 입자의 밴드 갭(band gap)과 상기 제2 광촉매 입자의 밴드 갭은 각각 1.8eV 내지 3.1eV인
가시광 활성 복합 광촉매.
- 제1항에 있어서,
상기 제1 광촉매 입자의 전도대(conduction band) 전위가 상기 제2 광촉매 입자의 전도대 전위보다 낮고, 상기 제1 광촉매 입자의 가전자대(valence band) 전위가 상기 제2 광촉매 입자의 가전자대 전위보다 낮은
가시광 활성 복합 광촉매.
- 제8항에 있어서,
상기 제1 광촉매 입자의 전도대 전위와 상기 제2 광촉매 입자의 전도대 전위의 차이가 0.5eV 내지 1.0eV인
가시광 활성 복합 광촉매.
- 제8항에 있어서,
상기 제1 광촉매 입자의 가전자대 전위와 상기 제2 광촉매 입자의 가전자대 전위의 차이가 0.5eV 내지 1.0eV인
가시광 활성 복합 광촉매.
- 기재; 및 상기 기재의 표면 또는 내부에 코팅된 제1항 내지 제3항 및 제5항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 가시광 활성 복합 광촉매를 포함하는 복합재.
- 제11항에 있어서,
상기 기재는 부직포, 플라스틱 시트, 유리 기판, 금속 시트, 활성탄 폼(foam) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함하는
복합재.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020160112165A KR102056630B1 (ko) | 2016-08-31 | 2016-08-31 | 가시광 활성 복합 광촉매 및 이를 포함하는 복합재 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020160112165A KR102056630B1 (ko) | 2016-08-31 | 2016-08-31 | 가시광 활성 복합 광촉매 및 이를 포함하는 복합재 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20180025007A KR20180025007A (ko) | 2018-03-08 |
| KR102056630B1 true KR102056630B1 (ko) | 2020-01-22 |
Family
ID=61725847
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020160112165A KR102056630B1 (ko) | 2016-08-31 | 2016-08-31 | 가시광 활성 복합 광촉매 및 이를 포함하는 복합재 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102056630B1 (ko) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9987621B2 (en) * | 2012-01-12 | 2018-06-05 | Nitto Denko Corporation | Transparent photocatalyst coating |
-
2016
- 2016-08-31 KR KR1020160112165A patent/KR102056630B1/ko active IP Right Grant
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| J. Am. Chem. Soc., Vol.133, pp.7757~7763(2011.03.10.) |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20180025007A (ko) | 2018-03-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Asahi et al. | Nitrogen-doped titanium dioxide as visible-light-sensitive photocatalyst: designs, developments, and prospects | |
| JP4695700B2 (ja) | 光触媒体およびその製造方法 | |
| KR100763226B1 (ko) | 전이 금속 이온이 첨가된 평균 입경 10㎚ 이하 크기의 반도체성 금속 산화물로 이루어진 광촉매 물질 제조 방법과 이에 의해 제조된 물질 및 이 물질을 포함하는 필터, 팬 필터 유닛 및 클린룸 시스템 | |
| KR101334970B1 (ko) | 광촉매 재료, 유기물 분해 방법, 내장부재, 공기청정 장치, 산화제 제조 장치 | |
| KR101725059B1 (ko) | 광촉매 활성 시스템 | |
| JP6352527B2 (ja) | 光触媒機能性フィルム及びこの製造方法 | |
| JP2017528314A (ja) | 多原子価半導体光触媒材料 | |
| KR101942261B1 (ko) | 가시광 활성 광촉매 타일 | |
| KR101531864B1 (ko) | 무광촉매 및 그 제조방법 | |
| JP2006198464A (ja) | 可視光応答型光触媒およびその製造方法 | |
| KR101905225B1 (ko) | 광촉매 기능성 필름 및 이의 제조방법 | |
| Muangmora et al. | Titanium dioxide and its modified forms as photocatalysts for air treatment | |
| JP4842607B2 (ja) | 可視光応答型光触媒、可視光応答型光触媒組成物およびその製造方法 | |
| Salmanzadeh-Jamadi et al. | Facile fabrication of TiO2/Bi5O7Br photocatalysts for visible-light-assisted removal of tetracycline and dye wastewaters | |
| Mori | Photo-Functionalized Materials Using Nanoparticles: Photocatalysis [Translated] | |
| KR102056630B1 (ko) | 가시광 활성 복합 광촉매 및 이를 포함하는 복합재 | |
| KR101104168B1 (ko) | 향상된 광촉매활성을 갖는 탄소소재광촉매체 제조방법, 상기 방법으로 제조된 탄소소재광촉매체, 및 상기 탄소소재광촉매체를 포함하는 필터 | |
| JP2006198465A (ja) | 光触媒およびその製造方法 | |
| KR101430285B1 (ko) | ＴｉＯＮ 광촉매의 제조방법 | |
| KR100631337B1 (ko) | 가시광선 응답형 광촉매 코팅용 졸의 제조방법 | |
| KR101823178B1 (ko) | 가시광 활성 광촉매 타일 및 이를 제조하는 방법 | |
| KR102060521B1 (ko) | 가시광 활성 광촉매를 포함하는 방수제 | |
| KR200384854Y1 (ko) | 은나노 광촉매 크리닝 티슈 | |
| KR102466111B1 (ko) | 광촉매 조성물 및 이의 제조방법 | |
| US8679403B2 (en) | Method and use of providing photocatalytic activity |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |