KR102089491B1 - Clay concrete comprising visible light active photocatalys - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a clay concrete composition and clay concrete comprising a visible light active photocatalyst. The present invention comprises: clay comprising at least one selected from the group consisting of aggregate, silica, sand and gravel; and a photocatalyst in a particle phase, wherein the photocatalyst includes an inorganic oxide and a metal oxide layer derived from an organometallic compound formed on the inorganic oxide, and has photoactivity in a visible light region of 400 nm or more.

Description

가시광 활성 광촉매를 포함하는 흙콘크리트{CLAY CONCRETE COMPRISING VISIBLE LIGHT ACTIVE PHOTOCATALYS}CLEAR CONCRETE COMPRISING VISIBLE LIGHT ACTIVE PHOTOCATALYS containing visible light active photocatalyst

본 발명은, 흙콘크리트에 대한 것으로 보다 구체적으로는 흙을 기반으로 구성되는 콘크리트용 조성물에 관한 것이다.The present invention relates to a soil concrete, and more particularly, to a composition for concrete composed of soil.

일반적으로 알려져있는 콘크리트는 모래와 자갈을 시멘트에 혼합한 콘크리트를 건축소재로 사용하는 것이 대부분 이었다.Most commonly known concrete is concrete mixed with sand and gravel as cement as a construction material.

그러나, 모래, 자갈등과 같은 골재류의 채취가 환경 파괴의 주범으로 등장하고 있으며, 또한 골재류가 바닥난 상태에서 더 이상 상기와 같은 골재 위주의 콘크리트를 사용할 수 없는 한계에 이르렀다.However, the collection of aggregates, such as sand and gravel, has emerged as a major cause of environmental destruction, and has reached the limit that the aggregate-based concrete can no longer be used in the state where the aggregates have run out.

이에 따라, 가장 흔하고 인류의 건강에 최적의 요소로 등장하고 있는 흙을 혼합하여 콘크리트를 제조하는 기술이 개발되었다. 그러나 흙은 종래 콘크리트를 구성하는 성분들과 잘 융합되지 않았다. 이를 개량하여 콘크리트의 타 소재와 흙을 잘 섞여 융합되도록 도출된 것이 흙콘크리트이다.Accordingly, a technology for producing concrete by mixing soil, which is the most common and appears as an optimal element for human health, was developed. However, the soil did not fuse well with the components constituting the concrete. Soil concrete is derived by improving this and mixing well with other materials of concrete and fusion.

최근에는 이와 같은 흙콘크리트에 황토 조성물을 혼합하여 황토로부터 발생한다고 알려진 원적외선을 이용하는 기술이 개발되는 등 흙콘크리트에 인체에 이로운 추가적인 성분을 혼합하여 개량을 도모하는 기술들이 출현하고 있다.In recent years, techniques for mixing the soil concrete with an ocher composition and using a far-infrared ray known to be generated from ocher have been developed, and techniques for mixing the soil concrete with additional components beneficial to the human body have been developed.

한편, 광촉매는 빛 에너지를 흡수함으로써 촉매활성을 갖는 것으로, 촉매활성에 의해서 강력한 산화력으로 유기물질 등과 같은 환경오염물질을 산화 분해하는 것이다. 즉, 광촉매는, 밴드갭 이상(Band gap)의 에너지를 갖는 광(자외선)을 조사하여 가전자대(Valence band)에서 전도대(conduction band)로의 전자의 천이가 일어나고, 가전자대에서 홀이 형성된다. 이 전자와 정공은 분말의 표면으로 확산되고, 산소 및 수분에 접촉하여 산화환원 반응을 일으키거나 재결합하여 열을 발생시키다. 즉, 전도대의 전자는 산소를 환원시켜 슈퍼옥사이음이온을 생성시키고, 가전자대의 정공은 수분을 산화해서 히드록시 라디칼(OH·)을 형성시킨다. 이러한 정공에 의해 생성되는 히드록시 라디칼(OH·)의 강력한 산화력으로 광촉매 표면에 흡착된 기상 또는 액상의 유기물, 즉, 난부해성 유기물의 분해, 살균력, 친수성 등을 나타낼 수 있다. 일반적으로 광촉매로 이산화티타늄(TiO2) 분말이 사용되고, 이산화티타늄(TiO2)은 인체에 무해하고 광촉매활성이 탁월하며, 내광부식성이 우수하고 가격이 저렴한 이점이 있다. 이산화티타늄(TiO2)은 388㎚ 이하의 자외선을 흡수하여 반응함으로써 전자(전도대)와 정공(가전자대)이 생성되는데, 이때 광원으로 사용되는 자외선은 태양광 외에 램프, 백열전등, 수은램프 등의 인공조명, 발광다이오드 등이 사용될 수 있다. 상기 반응에서 생성된 전자와 정공은 10-12 내지 10-9 초 만에 재결합하지만, 재결합하기 전에 오염물질 등이 표면에 흡착하게 되면 상기 전자와 정공에 의해 분해된다. 하지만, 이산화티타늄(TiO2) 분말의 밴드갭에너지(380nm 이상의 파장)를 태양광에서 획득하는데, 그 광의 2 % 정도 이용할 수 있으므로, 태양광의 주요 파장인 가시광영역(400~800nm)에서 원활한 촉매 활성을 갖는데 어려움이 있다. 즉, 가시광선에 감응하기 위해서는 광촉매의 밴드갭을 효과적으로 줄이고 빛 흡수를 통해 발생되는 전자/정공 쌍을 효율적으로 분리시키는 것이 필수적인데 이산화티타늄(TiO2) 분말의 가시광 감응형 광촉매에서 효율은 아직까지 공기 청정 분야에 상용화되기 위한 수준에는 못 미치고 있는 실정이었다.Meanwhile, the photocatalyst has catalytic activity by absorbing light energy, and oxidatively decomposes environmental pollutants such as organic substances with strong oxidizing power by catalytic activity. That is, the photocatalyst, by irradiating light (ultraviolet rays) having energy of a band gap or more, a transition of electrons from a valence band to a conduction band occurs, and a hole is formed in the valence band. The electrons and holes diffuse to the surface of the powder, and react with oxygen and moisture to cause a redox reaction or recombine to generate heat. In other words, electrons in the conduction band reduce oxygen to generate super oxyanions, and holes in the valence band oxidize moisture to form hydroxy radicals (OH ·). Due to the strong oxidizing power of hydroxy radicals (OH ·) generated by these holes, it is possible to exhibit decomposition, sterilizing power, hydrophilicity, etc. of gaseous or liquid organic substances adsorbed on the surface of the photocatalyst, that is, difficultly decomposing organic substances. In general, titanium dioxide (TiO 2 ) powder is used as a photocatalyst, and titanium dioxide (TiO 2 ) is advantageous in that it is harmless to the human body, has excellent photocatalytic activity, has excellent light corrosion resistance, and is inexpensive. Titanium dioxide (TiO 2 ) absorbs and reacts with ultraviolet rays of 388 nm or less to generate electrons (conduction bands) and holes (valence bands). In this case, the ultraviolet rays used as light sources are lamps, incandescent lamps, and mercury lamps. Artificial lighting, light emitting diodes, and the like can be used. The electrons and holes generated in the reaction recombine in 10 -12 to 10 -9 seconds, but if contaminants or the like adsorb on the surface before recombination, they are decomposed by the electrons and holes. However, the band gap energy (wavelength of 380nm or more) of titanium dioxide (TiO 2 ) powder is obtained from sunlight, and since about 2% of the light can be used, smooth catalytic activity in the visible wavelength (400 ~ 800nm), which is the main wavelength of sunlight It is difficult to have. That is, until to sensitive to visible light, it is essential inde titanium dioxide (TiO 2) a visible light sensitive on the type photocatalytic efficiency of the powder to effectively separate the electron / hole pairs generated by the light absorption to reduce the photocatalyst according to the band gap effectively, yet It was not reaching the level to be commercialized in the air cleaning field.

본 발명은 상술한 흙콘크리트의 개량 요구와, 현대 사회의 공기 오염, 광촉매의 부족한 기능들에 대한 보완 등을 모두 해결하기 위한 것으로, 본 발명은, 유기금속화합물의 도핑 공정을 도입하여 형성된, 가시광선 영역에서 우수한 광촉매 활성을 갖는, 무기산화물 기반 광촉매를 개발하고, 이를 흙콘크리트에 적용한 것이다.The present invention is to solve all of the above-described improvement requirements of soil concrete, air pollution in modern society, and supplementation for the insufficient functions of photocatalyst, and the present invention is formed by introducing a doping process of an organometallic compound. Inorganic oxide-based photocatalyst, which has excellent photocatalytic activity in the light region, was developed and applied to soil concrete.

본 발명의 일 실시예는, 새로이 개발한 가시광에서 활성화되는 광촉매를 흙콘크리트용 조성물에 포함시키는 방식으로 적용한 것이다.One embodiment of the present invention is applied by including a photocatalyst activated in a newly developed visible light in a composition for soil concrete.

본 발명의 일 실시예는, 무기산화물 기반 광촉매를 포함하고, 광분해 기능을 가짐으로써 빛에 노출되기만 해도 주위 공기를 정화시키는 기능이 구비된 흙콘크리트를 제공하는 것이다. 이러한 기술은 최근 흙콘크리트의 개발 추세에 부합되는 것이며, 공기정화에 대한 현대인의 욕구, 상용화되기 어려웠던 광촉매의 문제점을 모두 해결한 것이다.One embodiment of the present invention is to provide an earth concrete with a function of purifying ambient air even when exposed to light by including an inorganic oxide-based photocatalyst and having a photolysis function. These technologies are in line with the recent development trend of soil concrete, and have solved all of the problems of photocatalysts, which have been difficult to commercialize and modern people's desire for air purification.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 별도의 공기청정기를 구비하지 않고 본 발명의 흙콘크리트를 이용하여 구조를 제조하는 것만으로 주위 공기의 유해물질이 제거되는 기술을 제공하기 위한 것이다.According to an embodiment of the present invention, it is to provide a technology in which harmful substances in ambient air are removed only by preparing a structure using the earth concrete of the present invention without a separate air cleaner.

그러나, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 해당 분야 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the problem to be solved by the present invention is not limited to those mentioned above, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

본 발명의 일 측에 따르는 가시광 활성 광촉매를 포함하는 흙콘크리트는, 골재, 규사, 모래 및 자갈로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 흙; 및 입자 상의 광촉매;를 포함하고, 상기 입자 상의 광촉매는, 무기산화물 및 상기 무기산화물 상에 형성된 유기금속화합물 유래 금속 산화물층을 포함하고, 400 nm 이상의 가시광선 영역에서 광활성을 가지는 것이다.Soil concrete comprising a visible light active photocatalyst according to an aspect of the present invention, the soil comprising at least one selected from the group consisting of aggregate, silica, sand and gravel; And a photocatalyst on the particle. The photocatalyst on the particle includes an inorganic oxide and a metal oxide layer derived from an organometallic compound formed on the inorganic oxide, and has photoactivity in a visible light region of 400 nm or more.

일 실시예에 따르면, 상기 흙은 50 중량% 내지 95 중량% 인 것이고, 상기 광촉매는 0.1 중량% 내지 20 중량% 인 것이고 잔부 콘크리트용 첨가제를 포함하는 것일 수 있다.According to one embodiment, the soil is from 50% to 95% by weight, the photocatalyst is from 0.1% to 20% by weight and may include additives for the balance concrete.

일 실시예에 따르면, 상기 흙콘크리트는 안료 및 황토 중 하나 이상을 더 포함하고, 상기 안료 및 황토의 중량합은 1 중량% 미만인 것일 수 있다.According to one embodiment, the soil concrete further comprises at least one of pigment and ocher, the weight of the pigment and ocher may be less than 1% by weight.

일 실시예에 따르면, 상기 흙콘크리트는 시멘트 및 물을 더 포함하고, 상기 시멘트 및 물의 중량합은 1 중량% 내지 20 중량% 인 것일 수 있다.According to one embodiment, the soil concrete further comprises cement and water, the weight of the cement and water may be 1 to 20% by weight.

일 실시예에 따르면, 상기 흙콘크리트는 고화제 및 바인더를 더 포함하고, 상기 고화제 및 바인더의 중량합은 1 중량% 내지 10 중량% 인 것일 수 있다.According to one embodiment, the soil concrete further includes a solidifying agent and a binder, and the weight sum of the solidifying agent and the binder may be 1 wt% to 10 wt%.

일 실시예에 따르면, 상기 흙콘크리트는 화이버 및 산화철 입자를 더 포함하는 것일 수 있다.According to an embodiment, the soil concrete may further include fibers and iron oxide particles.

일 실시예에 따르면, 상기 금속 산화물층은 페로센 유래 철 산화물을 포함하는 것일 수 있다.According to an embodiment, the metal oxide layer may include iron oxide derived from ferrocene.

일 실시예에 따르면, 상기 무기산화물은, Ti, Zn, Al 및 Sn 중 적어도 하나를 포함하는 산화물로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 것이고, 상기 금속 산화물층은 상기 무기산화물 대비 0.001 내지 10 중량%인 철 산화물을 포함하는 것이고, 상기 광촉매는, 30 % 이하의 습도의 건식 조건에서 광활성을 갖는 것일 수 있다.According to one embodiment, the inorganic oxide is to include at least one selected from the group consisting of oxides containing at least one of Ti, Zn, Al and Sn, the metal oxide layer is 0.001 to 10 weight compared to the inorganic oxide % Iron oxide, and the photocatalyst may have photoactivity under dry conditions of 30% or less humidity.

일 실시예에 따르면, 상기 무기산화물은 철을 포함하는 무기산화물을 포함하지 않는 것이고, 상기 금속 산화물층은, 상기 무기산화물 상에 증착된 페로센이 열처리된 것일 수 있다.According to an embodiment, the inorganic oxide does not include an inorganic oxide containing iron, and the metal oxide layer may be a ferrocene deposited on the inorganic oxide being heat-treated.

일 실시예에 따르면, 상기 금속 산화물은, 하기의 화학식 1로 표시되는 화합물 중 1종 이상을 포함하는 것일 수 있다.According to an embodiment, the metal oxide may include one or more of the compounds represented by Chemical Formula 1 below.

[화학식 1][Formula 1]

MexOYHZ Me x O Y H Z

(Me는 1족 내지 3족 중 하나 이상의 금속 원소, X, Y 및 Z는, 각각 0 내지 3에서 선택되고, X 및 Y는 0이 아니다.)(Me is one or more metal elements of groups 1 to 3, X, Y and Z are each selected from 0 to 3, and X and Y are not 0.)

본 발명의 일 실시예에 따르면, 콘크리트로 구조체를 제공하고 빛에 노출시키는 것만으로 주위 공기의 유해물질이 저감되는 효과를 거둘 수 있다.According to an embodiment of the present invention, it is possible to achieve an effect of reducing harmful substances in ambient air by simply providing a structure with concrete and exposing it to light.

보다 구체적으로 본 발명의 일 실시예에 따르면, 가시광선 영역에서 우수한 광촉매 활성을 갖고, 다양한 습도 및 온도 영역에서 우수한 광분해 효율을 갖는 무기산화물 기반 광촉매를 제조하고, 이러한 광촉매가 적용된 흙콘크리트를 제공할 수 있다. More specifically, according to an embodiment of the present invention, an inorganic oxide-based photocatalyst having excellent photocatalytic activity in the visible light region and excellent photodecomposition efficiency in various humidity and temperature regions is prepared, and to provide earth concrete to which the photocatalyst is applied You can.

본 발명에서 제안하는 흙콘크리트는 가시광선 영역, 저습도 환경 조건에서도 활성화되는 광촉매를 포함하고 있어, 다양한 노출 환경에서도 주위 공기를 정화할 수 있다.The soil concrete proposed in the present invention includes a visible light region and a photocatalyst that is activated even in low humidity environmental conditions, and thus can purify ambient air even in various exposed environments.

본 발명에서 제안하는 가시광 활성 광촉매를 포함하는 흙콘크리트는 가시광선 영역을 포함하는 빛을 전달받아 광촉매가 활성화되는 것일 수 있다. 이를 통해서 본 발명에서 제안하는 흙콘크리트는 현대인들의 공기 오염에 대한 공포를 완화시키고, 별도의 공기 정화장치를 구비할 필요가 없이도 주위 공기를 정화 가능하게 됨으로써 콘크리트 구조물이 적용될 수 있는 다양한 환경에 범용적으로 적용될 수 있다.The soil concrete containing the visible light-activated photocatalyst proposed in the present invention may be activated by receiving light including a visible light region. Through this, the earth concrete proposed in the present invention can reduce the fear of air pollution of modern people, and it is possible to purify the surrounding air without the need for a separate air purification device, so that it can be applied to various environments where concrete structures can be applied. Can be applied as

본 발명은, 간단하고 경제적인 방법으로 제조된 무기산화물 기반의 광촉매를 포함한 흙콘크리트를 제공할 수 있고, 상기 무기산화물 기반 광촉매를 구비한 흙콘크리트는, 건조한 조건 하에서도 활성화 될 수 있는 광촉매를 포함하고 있고, 가시광선 영역의 빛에 감응하여 휘발성 유기화합물을 높은 효율로 분해시키는 능력과 뛰어난 안정성을 지니고 있다. The present invention can provide a soil concrete containing an inorganic oxide-based photocatalyst prepared by a simple and economical method, and the soil concrete provided with the inorganic oxide-based photocatalyst includes a photocatalyst that can be activated even under dry conditions. In addition, it has the ability to decompose volatile organic compounds with high efficiency and excellent stability in response to light in the visible light region.

구체적으로 본 발명의 일 실시예에서 제안하는 광촉매는, 흙콘크리트뿐 아니라 건축물, 구조체, 설비를 제조하는 다양한 일반적인 콘크리트에 혼합 적용될 가능성을 배제하지 않는다.Specifically, the photocatalyst proposed in one embodiment of the present invention does not exclude the possibility of being mixed and applied to various general concretes for manufacturing buildings, structures, and facilities, as well as soil concrete.

도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따라서 제조한 가시광 활성 흙콘크리트의 표면을 촬영한 사진이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 본 발명에 적용되는 광촉매의 제조방법의 흐름도를 나타낸 것이다.
도 3은, 본 발명의 실시예에 따라, 본 발명에 적용되는 광촉매의 제조공정에 이용되는 TR-CVD 반응기의 구성을 예시적으로 나타낸 것이다.
도 4는, 본 발명의 실시예에 따라, 본 발명에 적용되는 광촉매의 제조공정을 예시적으로 나타낸 것이다.
도 5는, 본 발명의 실시예에 따라 제조된 본 발명에 적용되는 광촉매의 이미지를 나타낸 것이다.
도 6은, 본 발명의 실시예에 따라 제조된 광촉매의 TEM 이미지를 나타낸 것이다.
도 7은, 본 발명의 실시예에 따라 제조된 광촉매의 광분해 성능의 평가 결과를 나타낸 것이다.
도 8은, 본 발명의 실시예에 따라 제조된 광촉매의 습도에 따른 광분해 성능의 평가 결과를 나타낸 것이다.
도 9는, 본 발명의 실시예에 따라 제조된 광촉매의 반복적인 광분해 실험에 따른 광분해 성능의 안정성 평가 결과를 나타낸 것이다.
도 10은, 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 흙콘크리트에 대해서 빛에 노출되는 것만으로도 흙콘크리트 표면의 메틸렌 블루가 제거되는 것을 실험한 사진이다.
도 11은, 본 발명의 다른 일 실시예에 따라 제조된 흙콘크리트에 대해서 빛에 노출되는 것만으로도 흙콘크리트 표면의 메틸렌 블루가 제거되는 것을 확인한 사진이다.
1 is a photograph of the surface of visible light-activated earth concrete prepared according to an embodiment of the present invention.
Figure 2, according to an embodiment of the present invention, shows a flow chart of a method of manufacturing a photocatalyst applied to the present invention.
Figure 3, according to an embodiment of the present invention, illustratively shows the configuration of a TR-CVD reactor used in the manufacturing process of a photocatalyst applied to the present invention.
Figure 4, according to an embodiment of the present invention, illustratively shows the manufacturing process of the photocatalyst applied to the present invention.
5 shows an image of a photocatalyst applied to the present invention prepared according to an embodiment of the present invention.
6 shows a TEM image of a photocatalyst prepared according to an embodiment of the present invention.
7 shows the evaluation results of the photolysis performance of the photocatalyst prepared according to the embodiment of the present invention.
Figure 8 shows the evaluation results of the photolysis performance according to the humidity of the photocatalyst prepared according to the embodiment of the present invention.
Figure 9 shows the results of the stability evaluation of the photolysis performance according to repeated photolysis experiments of the photocatalyst prepared according to the embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a photograph of an experiment in which methylene blue on the surface of soil concrete is removed by simply exposing it to light, for soil concrete prepared according to an embodiment of the present invention.
11 is a photograph confirming that methylene blue on the surface of the earth concrete is removed by simply exposing the earth to the earth concrete prepared according to another embodiment of the present invention.

이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

아래 설명하는 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있다. 아래 설명하는 실시예들은 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 이들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Various changes can be made to the embodiments described below. The examples described below are not intended to be limiting with respect to the embodiments, and should be understood to include all modifications, equivalents, or substitutes thereof.

실시예에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 실시예를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the examples are only used to describe specific examples, and are not intended to limit the examples. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this specification, the terms "include" or "have" are intended to indicate the presence of features, numbers, steps, actions, components, parts or combinations thereof described in the specification, one or more other features. It should be understood that the existence or addition possibilities of fields or numbers, steps, actions, components, parts or combinations thereof are not excluded in advance.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by a person skilled in the art to which the embodiment belongs. Terms such as those defined in a commonly used dictionary should be interpreted as having meanings consistent with meanings in the context of related technologies, and should not be interpreted as ideal or excessively formal meanings unless explicitly defined in the present application. Does not.

또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조 부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.In addition, in the description with reference to the accompanying drawings, the same components are given the same reference numerals regardless of the reference numerals, and redundant descriptions thereof will be omitted. In describing the embodiments, when it is determined that detailed descriptions of related known technologies may unnecessarily obscure the subject matter of the embodiments, detailed descriptions thereof will be omitted.

또한, 본 명세서에서 사용되는 용어들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.In addition, terms used in the present specification are terms used to properly express a preferred embodiment of the present invention, which may vary according to a user's, operator's intention, or customs in the field to which the present invention pertains. Therefore, definitions of these terms should be made based on the contents throughout the present specification. The same reference numerals in each drawing denote the same members.

명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.Throughout the specification, when one member is positioned "on" another member, this includes not only the case where one member is in contact with the other member but also another member between the two members.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part “includes” a certain component, it means that the other component may be further included instead of excluding the other component.

이하, 본 발명의 광촉매를 포함하는 흙콘크리트에 대하여 실시예 및 도면을 참조하여 구체적으로 설명하도록 한다. 그러나, 본 발명이 이러한 실시예 및 도면에 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, the soil concrete containing the photocatalyst of the present invention will be described in detail with reference to examples and drawings. However, the present invention is not limited to these examples and drawings.

도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따라서 제조한 가시광 활성 흙콘크리트의 표면을 촬영한 사진이다.1 is a photograph of the surface of visible light-activated earth concrete prepared according to an embodiment of the present invention.

이하에서는 도 1을 참조하여, 본 발명을 이루는 각 구성들에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, each configuration constituting the present invention will be described in detail with reference to FIG. 1.

본 발명의 일 측에 따르는 가시광 활성 광촉매를 포함하는 흙콘크리트는, 골재, 규사, 모래 및 자갈로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 흙; 및 입자 상의 광촉매;를 포함하고, 상기 입자 상의 광촉매는, 무기산화물 및 상기 무기산화물 상에 형성된 유기금속화합물 유래 금속 산화물층을 포함하고, 400 nm 이상의 가시광선 영역에서 광활성을 가지는 것이다.Soil concrete comprising a visible light active photocatalyst according to an aspect of the present invention, the soil comprising at least one selected from the group consisting of aggregate, silica, sand and gravel; And a photocatalyst on the particle. The photocatalyst on the particle includes an inorganic oxide and a metal oxide layer derived from an organometallic compound formed on the inorganic oxide, and has photoactivity in a visible light region of 400 nm or more.

본 발명은 흙콘크리트의 조성 중 일부에 광촉매 입자가 포함되어 실제로 설치되고 빛에 노출되는 것 만으로도 주위 공기를 정화하는 기능을 수행할 수 있는 흙콘크리트에 관한 것이다. 게다가 본 발명의 상기 흙콘크리트에 적용되는 광촉매는 종래의 광촉매들과는 다르게, 자외선 영역대의 파장이 조사되지 않고 가시광선 영역대의 빛에 노출되기만 하더라도 충분히 활성화될 수 있다. 따라서, 실외에 콘크리트가 노출되는 것 자체만으로도 특별한 구동장치 없이 주위 공간의 공기를 높은 효율로 정화시킬 수 있다.The present invention relates to a soil concrete capable of performing a function of purifying the ambient air only by being actually installed and exposed to light by including photocatalyst particles in a part of the composition of the soil concrete. Moreover, unlike the conventional photocatalysts, the photocatalyst applied to the soil concrete of the present invention can be sufficiently activated even if the wavelength of the ultraviolet region is not irradiated and exposed to light in the visible region. Therefore, even if the concrete is exposed to the outside, the air in the surrounding space can be purified with high efficiency without a special driving device.

본 발명자는 이와 같은 효과에 대하여, 유기금속화합물을 열처리함으로써 형성된 금속 산화물층을 포함하는 광촉매를 통해 구현할 수 있음을 확인하고, 이러한 광촉매의 특성을 극대화시킬 수 있는 흙콘크리트를 개발하고 이에 대하여 제안하는 것이다.The present inventor confirmed that this effect can be realized through a photocatalyst comprising a metal oxide layer formed by heat-treating an organometallic compound, and develops and proposes a soil concrete capable of maximizing the properties of the photocatalyst. will be.

본 발명은 일반적인 흙콘크리트의 친환경적이며 응결속도가 빠르고 안정적인 장점 등에 더하여 주위 공기를 정화시키는 기능까지 기대할 수 있는 것이다.The present invention is expected to have a function of purifying the ambient air in addition to the advantages of eco-friendly, fast setting speed and stable of general soil concrete.

본 발명의 일 예에 적용되는 광촉매는, 자외선 영역대에서만 활성화되어 상용화가 어렵던 종래의 광촉매의 문제점을 개선하여, 400 nm 이상의 가시광선 영역대라면 충분히 활성화되는 것이다. 본 발명에 적용되는 광촉매는 태양광을 받을 수 있는 실내외 환경에 설치되기만 하더라도 그 기능을 발휘할 수 있는 것이다.The photocatalyst applied to an example of the present invention is activated only in the ultraviolet region, thereby improving the problem of the conventional photocatalyst, which is difficult to commercialize, and is sufficiently activated in the visible region region of 400 nm or more. The photocatalyst applied to the present invention can exhibit its function even if it is installed in an indoor or outdoor environment that can receive sunlight.

상기 광촉매는 무기산화물과 그 상에 형성된 금속 산화물층을 포함할 수 있다. 이 때, 상기 무기산화물과 금속 산화물층을 포함하여 광촉매라 지칭한다. 상기 광촉매는 입자 형태일 수 있지만 그렇지 않을 수도 있다. 상기 광촉매는 종래의 광촉매들과는 다르게 400 nm 이상의 가시광선 영역의 파장과 반응하여 활발한 광활성을 가지는 것을 특징으로 한다. 이는 유기금속화합물 유래의 금속산화물층에서 구현되는 효과일 수 있다.The photocatalyst may include an inorganic oxide and a metal oxide layer formed thereon. At this time, it is referred to as a photocatalyst including the inorganic oxide and the metal oxide layer. The photocatalyst may or may not be in the form of particles. Unlike the conventional photocatalysts, the photocatalyst is characterized by having an active photoactivity by reacting with a wavelength of a visible light region of 400 nm or more. This may be an effect realized in a metal oxide layer derived from an organometallic compound.

상기 광촉매 입자는, 상기 흙콘크리트의 빛에 노출되는 외표면에 형성되는 것일 수 있다. The photocatalyst particles may be formed on an outer surface exposed to the light of the soil concrete.

본 발명에서 언급되는 흙은 열거되는 성분들 외에도 일반적으로 흙이라는 개념에 포함될 수 있는 다양한 성분들을 포괄한다. The soil referred to in the present invention encompasses various ingredients that may be included in the concept of soil in general in addition to the ingredients listed.

일 실시예에 따르면, 상기 흙은 50 중량% 내지 95 중량% 인 것이고, 상기 광촉매는 0.1 중량% 내지 20 중량% 인 것이고 잔부 콘크리트용 첨가제를 포함하는 것일 수 있다.According to one embodiment, the soil is from 50% to 95% by weight, the photocatalyst is from 0.1% to 20% by weight and may include additives for the balance concrete.

상기 흙이 50 중량% 미만일 경우 일반적으로 정의되는 흙콘크리트가 아닐 수 있다. 상기 흙이 95 중량% 초과로 혼합될 경우 타 성분들과 적절히 융합되지 못하여 콘크리트로서 제 기능을 수행할 수 없는 문제가 있다.If the soil is less than 50% by weight, it may not be a soil concrete that is generally defined. When the soil is mixed in excess of 95% by weight, there is a problem that it cannot function properly as concrete because it cannot be properly fused with other components.

상기 광촉매가 0.1 중량% 미만 포함될 경우 실질적으로 공기 정화 기능이 미미해지는 문제가 있고, 20 중량% 이상 포함될 경우 단가가 증가하고 공기 정화 기능이 포화되며 콘크리트로 구조물을 제조할 때 구조물의 내구성이 저하되는 문제가 생길 수 있다.When the photocatalyst is included less than 0.1% by weight, there is a problem that the air purification function is substantially insignificant, and when it is included at 20% by weight or more, the unit price increases, the air purification function is saturated, and the durability of the structure decreases when the structure is manufactured from concrete Problems may arise.

상기 첨가제는 일 예로서 분산제, AE제, 감수제, 유동화제, 급결제 중 하나 이상을 포함하는 것일이 혼합된 것일 수 있다. 이를 통해 콘크리트의 경화반응을 촉진시키면서, 강도를 증대시킬 수 있는 효과가 있다. 또한 상기 첨가제는 고화제, 유기 바인더, 무기 바인더, 물 중 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다.The additive may be, for example, a mixture of one or more of a dispersant, an AE agent, a water reducing agent, a fluidizing agent, and a quick-setting agent. Through this, while promoting the curing reaction of the concrete, there is an effect that can increase the strength. Also, the additive may include one or more of a solidifying agent, an organic binder, an inorganic binder, and water.

일 실시예에 따르면, 상기 흙콘크리트는 안료 및 황토 중 하나 이상을 더 포함하고, 상기 안료 및 황토의 중량합은 0.1 중량% 내지 5 중량% 인 것일 수 있다.According to one embodiment, the soil concrete further comprises at least one of a pigment and ocher, the weight of the pigment and ocher may be 0.1 to 5% by weight.

상기 안료 및 황토는 본 발명에서 미량 포함되는 것일 수 있다. The pigment and ocher may be included in trace amounts in the present invention.

상기 안료는 흙콘크리트의 색을 입힐 수 있는 성분을 의미하며, 흙콘크리트에 색상, 광택을 입히거나 부식이나 파손을 방지하고 강도를 증가시키는 역할을 함께 수행할 수 있다.The pigment means a component that can coat the color of the soil concrete, and may perform a role of applying color, luster to the soil concrete, preventing corrosion or damage, and increasing strength.

상기 황토는 황갈색이나 담황색을 나타내는 미세 모래나 점토를 가리키며, 적외선을 방출하여 구조물을 제조할 경우 인체에 유익하도록 기능하는 것일 수 있다.The ocher refers to fine sand or clay showing a yellowish brown or pale yellow color, and may function to benefit the human body when emitting a structure by emitting infrared rays.

이때 상기 흙콘크리트 내에서 안료 및 황토의 중량이 5 중량% 초과 포함될 경우 흙콘크리트의 포장시 안료나 황토가 쉽게 박리(剝離)되어 이탈되거나, 콘크리트의 강도가 저하되는 현상이 발생되는 문제가 생길 수 있다. 상기 안료 및 황토의 중량이 0.1 중량% 미만으로 포함될 경우에는, 미량의 안료로 인하여 색 발현이 효과적이지 못하거나 미량의 황토 첨가에 의해 자외선 및 복사열을 흡수 차단등의 효과는 물론, 원적외선의 방출을 제대로 기대하기가 어렵게 되는 문제가 생길 수 있다.At this time, if the weight of the pigment and ocher in the soil concrete is more than 5% by weight, when the soil concrete is packaged, the pigment or ocher is easily peeled off and released, or a problem that the strength of concrete is deteriorated may occur. have. When the weight of the pigment and ocher is less than 0.1% by weight, the color expression is not effective due to the trace amount of pigment or the effect of blocking absorption of ultraviolet and radiant heat by adding a trace amount of ocher, as well as the emission of far infrared rays. Problems can arise that make it difficult to expect properly.

일 예로서, 상기 황토의 입경은 1mm 이하의 크기인 것일 수 있다. 상기 황토의 입경이 작으면 흙콘크리트 내 타 성분과 쉽게 혼합되고, 포장 작업시 매끄러운 표면을 구현할 수 있다.As an example, the ocher may have a particle size of 1 mm or less. If the particle size of the ocher is small, it is easily mixed with other components in the soil concrete, and a smooth surface can be realized during packaging.

일 실시예에 따르면, 상기 흙콘크리트는 시멘트 및 물을 더 포함하고, 상기 시멘트 및 물의 중량합은 1 중량% 내지 20 중량% 인 것일 수 있다. According to one embodiment, the soil concrete further comprises cement and water, the weight of the cement and water may be 1 to 20% by weight.

상기 시멘트는 알루미나 시멘트를 포함할 수 있다. 다만, 상기 알루미나 시멘트의 과량 포함시 동결융해에 대한 저항성이 감소되는 문제가 생길 수 있다.The cement may include alumina cement. However, when the excess amount of the alumina cement is included, there may be a problem that resistance to freeze-thaw is reduced.

상기 시멘트는 내화학성이 높고 경화시 치밀한 경화체의 조직을 형성하는 것일 수 있다. 상기 시멘트는 고강도성 구현, 초기 경화 촉진, 흙의 미립자와 유기물에 의한 콘크리트의 수경성 저하를 방지하는 것일 수 있다. 상기 시켄트는 강한 분산성 및 흙과의 응집성을 강화시키는 것일 수 있다. 상기 시멘트 및 물의 중량합은 바람직하게는 10 중량% 이상, 더욱 바람직하게는 15 중량% 이상인 것일 수 있다.The cement may have high chemical resistance and form a structure of a compact hardened body when hardened. The cement may be to implement high strength, promote initial hardening, and prevent deterioration of the hydraulic properties of concrete by fine particles and organic matter. The cyclent may be to enhance strong dispersibility and cohesiveness with soil. The weight of the cement and water may be preferably 10% by weight or more, and more preferably 15% by weight or more.

일 실시예에 따르면, 상기 흙콘크리트는 고화제 및 바인더를 더 포함하고, 상기 고화제 및 바인더의 중량합은 1 중량% 내지 10 중량% 인 것일 수 있다.According to one embodiment, the soil concrete further includes a solidifying agent and a binder, and the weight sum of the solidifying agent and the binder may be 1 wt% to 10 wt%.

상기 고화제는 칼슘, 마그네슘, 폐분, 석분, 소각회, 석탄회 중 하나 이상의 성분을 포하하는 것일 수 있다. 상기 고화제는 파우더 형태로 포함되는 것일 수 있다.The solidifying agent may include one or more components of calcium, magnesium, waste powder, stone powder, incineration ash, and coal ash. The solidifying agent may be included in powder form.

상기 바인더는 유기 바인더 및/또는 무기 바인더를 포함하는 것일 수 있다. 상기 고화제는 The binder may include an organic binder and / or an inorganic binder. The solidifying agent

일 실시예에 따르면, 상기 흙콘크리트는 화이버 및 산화철 입자를 더 포함하는 것일 수 있다.According to an embodiment, the soil concrete may further include fibers and iron oxide particles.

상기 화이버는 섬유, 유리, 스틸 및 탄소로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다. 상기 화이버를 포함할 경우 흙콘크리트 구조물의 크랙, 균열등을 방지하면서 황토 성분이 포함될 경우 황토 성분의 보강 효과를 기대할 수 있다.The fiber may include one or more selected from the group consisting of fiber, glass, steel, and carbon. When the fiber is included, it is possible to expect a reinforcement effect of the ocher component when the ocher component is included while preventing cracks or cracks in the soil concrete structure.

상기 산화철 입자를 포함할 경우 자연적인 흙 색상을 제공하면서, 철성분에 의한 내구성 보강 및 밀도 증가 효과를 기대할 수 있다.When the iron oxide particles are included, a natural soil color may be provided, and an effect of reinforcing durability and increasing density due to iron components may be expected.

일 실시예에 따르면, 상기 금속 산화물층은 페로센 유래 철 산화물을 포함하는 것일 수 있다.According to an embodiment, the metal oxide layer may include iron oxide derived from ferrocene.

일 실시예에 따르면, 상기 무기산화물은, Ti, Zn, Al 및 Sn 중 적어도 하나를 포함하는 산화물로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 것이고, 상기 금속 산화물층은 상기 무기산화물 대비 0.001 내지 10 중량%인 철 산화물을 포함하는 것이고, 상기 광촉매는, 30 % 이하의 습도의 건식 조건에서 광활성을 갖는 것일 수 있다.According to one embodiment, the inorganic oxide is to include at least one selected from the group consisting of oxides containing at least one of Ti, Zn, Al and Sn, the metal oxide layer is 0.001 to 10 weight compared to the inorganic oxide % Iron oxide, and the photocatalyst may have photoactivity under dry conditions of 30% or less humidity.

상기 광촉매는, 무기산화물; 및 상기 무기산화물 상에 형성된 금속 산화물층; 을 포함하고, 상기 무기산화물은, Ti, Zn, Al 및 Sn 중 적어도 하나를 포함하는 산화물로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. The photocatalyst may include an inorganic oxide; And a metal oxide layer formed on the inorganic oxide. Including, The inorganic oxide may include at least one selected from the group consisting of oxides containing at least one of Ti, Zn, Al and Sn.

상기 금속 산화물층은 페로센 유래 철 산화물 층을 포함할 수 있다. 이 때, 철의 함량은 상기 무기산화물 대비 0.001 내지 10 중량% 인 것일 수 있고, 바람직하게는 상기 무기산화물 대비 0.001 내지 5 중량%인 것일 수 있다.The metal oxide layer may include a ferrocene-derived iron oxide layer. At this time, the content of iron may be 0.001 to 10% by weight compared to the inorganic oxide, preferably 0.001 to 5% by weight relative to the inorganic oxide.

상기 무기산화물은, 빛 에너지를 흡수하여 촉매활성을 나타내는 무기반도체화합물이며, 예를 들어, Ti, Zn, Al, Fe, W, Sn, Bi, Ta, Cu, Si, Ru, Sr, Ba 및 Ce으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 산화물이며, 바람직하게는 Ti, Zn, Al 및 Sn일 수 있다. 구체적으로, TiO2, Al2O3, ZnO2, ZnO, SrTiO3, Fe2O3, Ta2O5, WO3, SnO2, Bi2O3, NiO, Cu2O, SiO, SiO2, MoS2, InPb, RuO2, CeO2 등일 수 있다. 또한, 산화물 외에 CdS, GaP, InP, GaAs, InPb 등의 반도체 화합물을 더 포함할 수 있다.The inorganic oxide is an inorganic semiconductor compound that absorbs light energy and exhibits catalytic activity. For example, Ti, Zn, Al, Fe, W, Sn, Bi, Ta, Cu, Si, Ru, Sr, Ba, and Ce It is an oxide containing at least one selected from the group consisting of, it may be preferably Ti, Zn, Al and Sn. Specifically, TiO 2 , Al 2 O 3 , ZnO 2 , ZnO, SrTiO 3 , Fe 2 O 3 , Ta 2 O 5 , WO 3 , SnO 2 , Bi 2 O 3 , NiO, Cu 2 O, SiO, SiO 2 , MoS 2 , InPb, RuO 2 , CeO 2 and the like. In addition, semiconductor compounds such as CdS, GaP, InP, GaAs, and InPb may be further included in addition to the oxide.

일 실시예에 따르면, 상기 무기산화물은, 비드, 분말, 로드, 와이어, 니들 및 섬유 형태로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하고, 상기 무기산화물의 크기는 1 nm 내지 500 ㎛인 것일 수 있다.According to an embodiment, the inorganic oxide may include at least one selected from the group consisting of beads, powder, rod, wire, needle, and fiber, and the size of the inorganic oxide may be 1 nm to 500 μm.

상기 무기산화물은, 비드, 분말, 로드, 와이어, 니들 및 섬유 형태로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하고, 상기 무기산화물의 크기는 1 nm 이상; 10 nm 이상; 30 nm 내지 500 ㎛; 30 nm 내지 100 ㎛; 또는 30 nm 내지 1 ㎛일 수 있다. 상기 크기는, 형태에 따라 직경, 두께, 길이 등을 의미할 수 있다. The inorganic oxide may include at least one selected from the group consisting of beads, powder, rod, wire, needle, and fiber, and the size of the inorganic oxide is 1 nm or more; 10 nm or more; 30 nm to 500 μm; 30 nm to 100 μm; Or 30 nm to 1 μm. The size may mean diameter, thickness, length, etc., depending on the shape.

일 실시예에 따르면, 상기 무기산화물은 철을 포함하는 무기산화물을 포함하지 않는 것이고, 상기 금속 산화물층은, 상기 무기산화물 상에 증착된 페로센이 열처리된 것일 수 있다.According to an embodiment, the inorganic oxide does not include an inorganic oxide containing iron, and the metal oxide layer may be a ferrocene deposited on the inorganic oxide being heat-treated.

일 예로서, 상기 금속유기화합물 유래 금속 산화물층은, 페로센 도핑 공정에 의해서 형성된 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 무기산화물 상에 형성된 페로센층을 열처리하여 페로센을 열분해하고, 이러한 열분해 공정에 의해 페로센에서 전환된 철 산화물을 포함할 수 있다. 상기 유기금속화합물의 도핑 공정은, 하기의 제조방법에서 보다 구체적으로 설명한다. As an example, the metal oxide layer derived from the metal organic compound may be formed by a ferrocene doping process. For example, the ferrocene layer formed on the inorganic oxide may be thermally decomposed to ferrocene, and may include iron oxide converted from ferrocene by the thermal decomposition process. The doping process of the organometallic compound will be described in more detail in the following manufacturing method.

상기 유기금속산화물 유래 금속 산화물층은, 일 예로서 페로센, 페로센 유도체 중 적어도 하나에 의해 유래된 철 산화물일 수 있다. 상기 페로센 유도체는, 페로센 알데히드, 페로센 케톤, 페로센 카르복시산, 페로센 알콜, 페놀 또는 에테르 화합물, 질소-함유 페로센 화합물, 황-함유 페로센 화합물, 인-함유 페로센 화합물, 규소-함유 페로센 화합물, 1,1'-디코퍼 페로센(1,1'-di-copper ferrocene), 페로센 보로닉산(ferrocene boric acid), 페로세닐 큐프러스 아세틸라이트(ferrocenyl cuprous acetylide) 및 비스페로세닐 티타노센(bisferrocenyl titanocene)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.The metal oxide layer derived from the organic metal oxide may be, for example, iron oxide derived from at least one of ferrocene and ferrocene derivatives. The ferrocene derivatives include ferrocene aldehyde, ferrocene ketone, ferrocene carboxylic acid, ferrocene alcohol, phenol or ether compound, nitrogen-containing ferrocene compound, sulfur-containing ferrocene compound, phosphorus-containing ferrocene compound, silicon-containing ferrocene compound, 1,1 ' In the group consisting of 1,1'-di-copper ferrocene, ferrocene boric acid, ferrocenyl cuprous acetylide and bisferrocenyl titanocene It may include at least one selected.

일 예로서, 상기 유기금속화합물 유래 금속 산화물층에서 금속의 함량이 상기 무기산화물 대비 0.001 내지 10 중량%; 0.01 내지 10 중량%; 0.01 내지 3 중량%; 0.01 내지 1.5 중량%; 또는 0.01 내지 1 중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위 내에 포함되면, 가시광 영역에서 광촉매 활성을 증가시켜 광분해 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 금속의 함량이 증가하면 가시광 영역의 흡수가 증가할 수 있으나, 이러한 금속 함량 증가에 의한 광촉매 활성의 저하가 발생할 수 있으므로, 상기 범위 내의 금속의 함량을 포함하는 것이 바람직하고 더 바람직하게는 상기 금속은 철이고, 상기 철의 함량은, 0.01 내지 5 중량%일 수 있다.As an example, the metal content in the metal oxide layer derived from the organometallic compound is 0.001 to 10% by weight compared to the inorganic oxide; 0.01 to 10% by weight; 0.01 to 3% by weight; 0.01 to 1.5% by weight; Or 0.01 to 1% by weight. When included in the above range, the photocatalytic activity in the visible light region may be increased to improve photolysis efficiency. In addition, although the absorption of the visible light region may increase when the content of the metal increases, it is preferable to include the content of the metal within the above range, and more preferably, since the decrease in the photocatalytic activity may occur due to the increase in the content of the metal. The metal is iron, and the content of the iron may be 0.01 to 5% by weight.

일 예로서, 상기 유기금속화합물 유래 금속 산화물층은, 0.01 nm 이상; 0.1 nm 이상; 10 nm 이상; 또는 1 nm 내지 100 nm의 두께를 갖는 것일 수 있다. 상기 두께 범위 내에 포함되면, 코팅층의 두께 증가에 따른 광촉매의 다공도 저하를 방지하고, 표면에 수분, OH- 이온, 분해 대상 등의 흡착량을 증가시켜 광분해 성능을 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 유기금속화합물 유래 금속 산화물층은, 0.01 nm 이상; 0.1 nm 이상; 10 nm 이상; 또는 1 nm 내지 100 nm의 크기를 갖는 페로센 유래 철산화물을 포함할 수 있다. 상기 크기는 형태에 따라 길이, 직경, 두께 등을 의미할 수 있다. As an example, the metal oxide layer derived from the organometallic compound may be 0.01 nm or more; 0.1 nm or more; 10 nm or more; Or it may have a thickness of 1 nm to 100 nm. When included in the above thickness range, the porosity of the photocatalyst can be prevented due to the increase in the thickness of the coating layer, and the amount of adsorption of moisture, OH- ions, decomposition targets, etc. on the surface can be increased to improve photodegradation performance. In addition, the metal oxide layer derived from the organometallic compound, 0.01 nm or more; 0.1 nm or more; 10 nm or more; Or it may include ferrocene-derived iron oxide having a size of 1 nm to 100 nm. The size may mean length, diameter, thickness, and the like depending on the shape.

일 실시예에 따르면, 상기 무기산화물은 철을 포함하는 무기산화물을 포함하지 않는 것이고, 상기 철 산화물층은, 상기 무기산화물 상에 증착된 페로센이 열처리된 것일 수 있다.According to one embodiment, the inorganic oxide does not include an inorganic oxide containing iron, and the iron oxide layer may be a ferrocene deposited on the inorganic oxide being heat-treated.

상기 금속 산화물은, 하기의 화학식 1로 표시되는 화합물 중 1종 이상을 포함할 수 있다. The metal oxide may include one or more of the compounds represented by Formula 1 below.

[화학식 1][Formula 1]

MexOYHZ Me x O Y H Z

여기서, Me는 1족 내지 3족에 해당하는 금속 원소 중 하나 이상이고, X, Y 및 Z는, 각각 0 내지 3에서 선택되고, X 및 Y는 0이 아니다. Here, Me is at least one of the metal elements corresponding to groups 1 to 3, X, Y and Z are each selected from 0 to 3, and X and Y are not 0.

일 예로서, 상기 Z 또한 0이 아닐 수 있다.As an example, the Z may also be non-zero.

일 예로서, 가시광선 영역의 빛을 흡수하고 안정적이며 값이 싼 반도체성 물질인 산화철 (FexOyHz)을 나노 크기의 입자 형태로 TiO2 표면에 도입하여 가시광선에 감응하는 광촉매를 형성할 수 있다. As an example, a photocatalyst that responds to visible light by absorbing light in the visible light region and introducing a stable and inexpensive semiconductor material, iron oxide (Fe x O y H z ), in the form of nano-sized particles into the TiO 2 surface Can form.

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 광촉매는, 광을 흡수하여 광반응을 나타내는 파장 영역이 자외선에서 가시광선 영역까지 확대될 수 있다. 상기 광촉매는 특히 400 nm 이상의 가시광선 영역에서 종래의 광촉매들 대비 훨씬 우수한 광촉매 활성을 나타낼 수 있다. 또한, 표면에서 분해 대상의 흡착 및 분해시킬 수 있는 광촉매 반응성이 향상되어 다양한 습도 영역에서 광촉매 활성을 가지며, 30 % 이하의 습도의 건식 조건에서도 우수한 광촉매 활성을 나타낼 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the photocatalyst, the wavelength region that absorbs light and exhibits a photoreaction may be extended from ultraviolet light to visible light. The photocatalyst can exhibit much better photocatalytic activity than conventional photocatalysts, particularly in the visible light region of 400 nm or more. In addition, the photocatalytic reactivity capable of adsorption and decomposition of the decomposition target on the surface is improved to have photocatalytic activity in various humidity regions, and can exhibit excellent photocatalytic activity even in dry conditions of humidity of 30% or less.

일 예에 따르면, 상기 광촉매 입자는, 5 (m2/g) 이상; 5 (m2/g) 내지 1000 (m2/g); 또는 5 (m2/g) 내지 100 (m2/g)의 비표면적을 갖고, 평균 기공 크기는 50 nm 이하일 수 있다. 상기 무기산화물 표면에 유기금속화합물 유래 금속 산화물을 도입함으로써, 광촉매의 표면에 분해 대상의 흡착량이 증가하고, 광분해 반응성을 증가시켜 광촉매의 효율을 향상시킬 수 있다.According to one example, the photocatalyst particles, 5 (m 2 / g) or more; 5 (m 2 / g) to 1000 (m 2 / g); Or it has a specific surface area of 5 (m 2 / g) to 100 (m 2 / g), and the average pore size may be 50 nm or less. By introducing a metal oxide derived from an organometallic compound on the surface of the inorganic oxide, the amount of adsorption target to be decomposed increases on the surface of the photocatalyst, and the photocatalytic reactivity is increased to improve the efficiency of the photocatalyst.

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 광촉매는, 다양한 유해물질의 분해에 적용되고, 즉, 환경 오염물질, 악취 물질, 유기화합물, 산성가스 등의 처리에 이용될 수 있다. 예를 들어, 기체, 액체 및 고체 물질 중 적어도 하나를 흡착 및/또는 광분해하는데 이용되고, 할로겐램프, 제논램프, 태양광, 발광다이오드 등 다양한 광선을 포함하는 빛 에너지에 의해서 광활성을 나타낼 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 기체로는 산성, 염기성 가스, 아세트알데히드, 케톤류 등의 VOC(휘발성 유기 화합, Volatile Organic Compounds), 방향족 탄화수소와 지방족 탄화수소(Paraffin계와 Olefin계)의 탄화수소류, 오존 가스, 유기 및 무기계 유리 가스 등일 수 있고, 보다 구체적으로, 이산화탄소, 일산화탄소, NOx, SOx, HCl, HF, NH3, 메틸아민, 포름알데히드, 황화수소, 아민, 메틸메르갑탄, 수소, 산소, 질소, 메탄, 파라핀, 올레핀 등일 수 있다. 상기 액체로는 포름알데하이드(Formaldehyde), 아세트알데하이드(Acetaldehyde), 벤젠(Benzene), 톨루엔(Toluene), MEK(Methyl Ethyl Ketone), 트리클로로에틸렌(Trichloroethylene), 살균제, 가솔린, 디젤, 오일, 알코올, 페놀, 염료 등이며, 상기 고체로는 전이금속, Pt, Pd 등의 귀금속, Hg, Cr 등의 이온 및/또는 입자, 100 nm 이하의 나노입자 등일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.According to one embodiment of the present invention, the photocatalyst is applied to the decomposition of various harmful substances, that is, it can be used for the treatment of environmental pollutants, odor substances, organic compounds, acid gases, and the like. For example, it is used for adsorption and / or photolysis of at least one of gas, liquid, and solid materials, and may exhibit photoactivity by light energy including various light rays such as halogen lamps, xenon lamps, sunlight, and light emitting diodes. More specifically, as the gas, VOCs (volatile organic compounds) such as acidic, basic gas, acetaldehyde, ketones, hydrocarbons of aromatic hydrocarbons and aliphatic hydrocarbons (Paraffin-based and Olefin-based), ozone gas, organic And inorganic glass gas, and more specifically, carbon dioxide, carbon monoxide, NOx, SOx, HCl, HF, NH 3 , methylamine, formaldehyde, hydrogen sulfide, amine, methylmergaptan, hydrogen, oxygen, nitrogen, methane, paraffin , Olefin, and the like. Examples of the liquid include formaldehyde, acetaldehyde, benzene, toluene, methyl ethyl ethyl ketone (MEK), trichloroethylene, disinfectant, gasoline, diesel, oil, alcohol, Phenol, dye, and the like, and the solid may be a transition metal, a precious metal such as Pt, Pd, ions and / or particles such as Hg, Cr, nanoparticles of 100 nm or less, but is not limited thereto.

도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 본 발명에 의한 광촉매의 제조방법의 흐름도를 나타낸 것이다. 일 예에 따르면 도 2에 나타나 있는 방식으로 광촉매를 제조한 후, 위에서 설명한 흙콘크리트를 제조하는 과정에서 광촉매를 혼합, 분산시키는 방식으로 본 발명의 일 실시예에 따르는 흙콘크리트를 제조할 수 있다.2 shows a flowchart of a method for manufacturing a photocatalyst according to the present invention, according to an embodiment of the present invention. According to an example, after preparing the photocatalyst in the manner shown in FIG. 2, in the process of preparing and dispersing the soil concrete described above, the soil concrete according to an embodiment of the present invention may be prepared by mixing and dispersing the photocatalyst.

이하에서는 도 2를 참조하여, 본 발명의 특징적인 기술인 상기 가시광 활성을 나타내는 광촉매의 제조방법에 관한 내용을 설명한다. Hereinafter, with reference to FIG. 2, a description will be given of a method of manufacturing a photocatalyst showing the visible light activity, which is a characteristic technique of the present invention.

상기 광촉매의 제조방법은, 무기산화물을 준비하는 단계; 상기 무기산화물 상에 금속 산화물층을 형성하는 단계; 및 상기 금속 산화물층을 형성하는 단계 이후에 열처리하여 유기금속산화물 유래 금속 산화물층을 형성하는 단계;를 포함할 수 있다.The manufacturing method of the photocatalyst comprises: preparing an inorganic oxide; Forming a metal oxide layer on the inorganic oxide; And forming a metal oxide layer derived from an organic metal oxide by heat treatment after the step of forming the metal oxide layer.

상기 무기산화물을 준비하는 단계는, 무기산화물 분산액을 준비하거나 또는 무기산화물을 기판 상에 도포하는 단계이며, 상기 분산액은 수성 용매, 유성 용매 또는 이 둘의 혼합물을 적용하고, 상기 기판은, 실리콘 기판, 웨이퍼, 유리 기판, 반도체 기판, 금속 기판 등일 수 있다. 상기 무기산화물은 스핀 코팅, 롤 코팅, 스프레이 코팅, 딥 코팅, 플로 코팅, 닥터 블레이드법 등으로 도포될 수 있다. The preparing of the inorganic oxide is a step of preparing an inorganic oxide dispersion or coating an inorganic oxide on a substrate, wherein the dispersion is an aqueous solvent, an oily solvent or a mixture of the two, and the substrate is a silicon substrate , A wafer, a glass substrate, a semiconductor substrate, a metal substrate, and the like. The inorganic oxide may be applied by spin coating, roll coating, spray coating, dip coating, flow coating, doctor blade method, or the like.

상기 유기금속산화물층을 형성하는 단계는, 습식 코팅법, 스퍼터링법 또는 증착법을 이용하여 유기금속산화물 막을 형성할 수 있다. 일 예로서, 상기 유기금속산화물 막은 페로센 막일 수 있다. 바람직하게는 ALD(atomic layer deposition), CVD(temperature-regulated chemical vapor deposition) 등의 증착법을 이용하고, 더 바람직하게는 TR-CVD(온도 조절식 화학 증착법, temperature-regulated chemical vapor deposition)를 이용하여 페로센층을 형성할 수 있다. 일 예로서, TR-CVD의 적용 시 페로센 양의 조절을 통하여 무기산화물 상에 증착되는 철 산화물의 양을 용이하게 조절할 수 있고, 광촉매의 제조공정을 단순화시키고 효율적으로 광촉매를 제공할 수 있다. In the forming of the organic metal oxide layer, an organic metal oxide film may be formed using a wet coating method, sputtering method, or vapor deposition method. As an example, the organic metal oxide film may be a ferrocene film. Preferably, a deposition method such as atomic layer deposition (ALD) or temperature-regulated chemical vapor deposition (CVD) is used, and more preferably, TR-CVD (temperature-regulated chemical vapor deposition) is used. A ferrocene layer can be formed. As an example, when the TR-CVD is applied, the amount of iron oxide deposited on the inorganic oxide can be easily controlled by adjusting the amount of ferrocene, and the photocatalyst can be simplified and the photocatalyst can be efficiently provided.

상기 유기금속산화물층을 형성하는 단계는, 상온 내지 120 ℃에서 실시되고, 바람직하게는 40 ℃ 내지 100 ℃; 더 바람직하게는 60 ℃ 내지 100 ℃에서 실시될 수 있다. 즉, TR-CVD의 적용 시 유기금속산화물층의 기화 공정에 의한 증착을 유도하기 위해서 60 ℃ 내지 100 ℃에서 실시될 수 있다. The step of forming the organic metal oxide layer is performed at room temperature to 120 ° C, preferably 40 ° C to 100 ° C; More preferably it can be carried out at 60 ℃ to 100 ℃. That is, it can be carried out at 60 ℃ to 100 ℃ in order to induce deposition by the vaporization process of the organic metal oxide layer when applying TR-CVD.

상기 유기금속산화물층을 형성하는 단계는, 대기 조건 하에서 공기 또는 산소 분위기에서 실시되고, 비활성 기체를 더 포함할 수 있다. The step of forming the organic metal oxide layer is performed in an air or oxygen atmosphere under atmospheric conditions, and may further include an inert gas.

상기 유기금속산화물층을 형성하는 단계의 상기 유기금속산화물층은, 상기 무기산화물 대비 0.01 중량% 내지 20 중량%의 페로센을 포함하는 것으로서, 상기 페로센층을 형성할 수 있다. The organometallic oxide layer in the step of forming the organometallic oxide layer contains 0.01% to 20% by weight of ferrocene relative to the inorganic oxide, and may form the ferrocene layer.

상기 유기금속산화물 유래 금속 산화물층을 형성하는 단계는, 일 예로서, 상기 유기금속산화물층의 열처리를 통하여 금속 산화물로 부분적 또는 완전하게 산화시키고, 탄소 잔여물 등과 같은 불순물을 제거할 수 있다. The step of forming the metal oxide layer derived from the organometallic oxide may be partially or completely oxidized with a metal oxide through heat treatment of the organometallic oxide layer, and impurities such as carbon residues may be removed.

상기 유기금속산화물 유래 금속 산화물층을 형성하는 단계는, 50 ℃ 내지 900 ℃; 또는 100 ℃ 내지 800 ℃; 온도에서 2 단계 이상으로 열처리할 수 있다. The forming of the metal oxide layer derived from the organic metal oxide may include 50 ° C to 900 ° C; Or 100 ° C to 800 ° C; Heat treatment may be performed at two or more stages at a temperature.

예를 들어, 상기 유기금속산화물 유래 금속 산화물층을 형성하는 단계는, 100 ℃ 내지 300 ℃ 온도에서 제1 열처리하는 단계 및 300 ℃ 내지 900 ℃ 온도에서 제2 열처리하는 단계를 포함하고, 각 단계는 서로 상이한 온도에서 열처리할 수 있다. 상기 각 단계는 각각 1분 내지 20 시간 동안 실시되고, 공기, 20 % 이상; 40 % 이상의 산소를 포함하는 공기 또는 비활성 기체 분위기에서 실시될 수 있다. For example, the step of forming the metal oxide layer derived from the organic metal oxide includes a first heat treatment at a temperature of 100 ° C to 300 ° C and a second heat treatment at a temperature of 300 ° C to 900 ° C, each step Heat treatment may be performed at different temperatures. Each of the above steps is performed for 1 minute to 20 hours, respectively, and air, 20% or more; It may be carried out in an air or inert gas atmosphere containing at least 40% oxygen.

즉, 상기 제1 열처리하는 단계는, 유기금속산화물과 산소의 반응에 의해서 금속 산화물로 전환하는 금속 산화물 증착을 위한 어닐링 공정일 수 있다. 상기 제2 열처리하는 단계는, 제1 열처리 단계 이후의 후열 처리단계이며, 탄화물 등과 같은 불순을 제거하여 광촉매의 활성 및 성능을 향상시키는 어닐링 공정일 수 있다. That is, the first heat treatment step may be an annealing process for depositing a metal oxide that is converted to a metal oxide by reaction of an organic metal oxide and oxygen. The second heat treatment step is a post-heat treatment step after the first heat treatment step, and may be an annealing process to improve the activity and performance of the photocatalyst by removing impurities such as carbides.

이하, 실시예 및 비교예에 의하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail by examples and comparative examples.

광촉매의 제조 및 특성 평가Preparation and characterization of photocatalyst

우선적으로 본 발명의 특징적인 성분인 광촉매를 페로센을 이용하여 제조하였다.First, a photocatalyst, which is a characteristic component of the present invention, was prepared using ferrocene.

단, 하기 실시예는 본 발명의 광촉매의 제조 과정 및 그로부터 구현되는 효과를 증명하기 위하여 도입한 것으로서, 유기금속산화물로서 페로센을 선택하여 예를 든 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.However, the following examples are introduced to demonstrate the process of manufacturing the photocatalyst of the present invention and the effect realized therefrom, and are merely examples of selecting ferrocene as an organic metal oxide, and the contents of the present invention are limited to the following examples It does not work.

실시예 1Example 1

도 3의 TR-CVD(온도 조절식 화학 증착법) 반응기를 이용하고, 도 4에 나타낸 온도 조절식 화학 증착법을 활용하여 TiO2에 나노 크기의 산화철 입자가 증착된 광촉매(Fe-TiO2)를 제조하였다. 보다 구체적으로, 가열 밴드로 둘러 쌓인 스테인리스강으로 만든 반응기의 내부 바닥에 철의 전구체인 Ferrocene 0.02 g을 Quartz로 만든 용기에 담아 위치시킨다. 반응기 내부 중앙에 3g의 TiO2 (TiO2, P-25, Evonik, 입자 크기: 25 nm)를 스테인리스강 철망으로 만든 용기에 담은 뒤 위치시킨 후 반응기를 폴리이미드 테이프를 이용하여 밀봉한다. 반응기의 온도를 60 ℃에서 2 시간 동안 TR-CVD 기화 공정으로 페로센의 증착공정을 진행하고, 다음으로, 온도를 200 ℃로 올려 12 시간 동안 유지하여 철산화물로 전환하였다. By using a TR-CVD (temperature controlled chemical vapor deposition) reactor of Figure 3, and utilizing the temperature controlled chemical vapor deposition method shown in Fig producing a photocatalyst (Fe-TiO 2) of the iron oxide particles in the nano-scale deposited on the TiO 2 Did. More specifically, 0.02 g of Ferrocene, a precursor of iron, is placed in a container made of quartz on the inner bottom of a reactor made of stainless steel surrounded by a heating band. After placing and placing 3 g of TiO 2 (TiO 2 , P-25, Evonik, particle size: 25 nm) in a container made of stainless steel wire in the center inside the reactor, the reactor is sealed with polyimide tape. The temperature of the reactor was carried out by a TR-CVD vaporization process at 60 ° C. for 2 hours, and then a ferrocene deposition process was carried out, and the temperature was raised to 200 ° C. and maintained for 12 hours to convert to iron oxide.

이어서 TiO2를 꺼내 건조 공기 가스 분위기에서 750 ℃에서 2 시간 동안 추가적인 열처리를 하여 최종적으로 철 산화물-TiO2 하이브리드 나노구조의 광촉매(또는, Fe-TiO2로 표시)를 제조하였다. 해당 조건에서 TiO2에 증착된 철의 함량은 약 0.09 wt%이다.Then prepare a final iron oxide -TiO 2 hybrid photocatalytic nano-structure (or, expressed as Fe-TiO 2) by an additional heat treatment for 2 hours at 750 ℃ in dry air gas atmosphere to remove the TiO 2. The content of iron deposited on TiO 2 under these conditions is about 0.09 wt%.

실시예 2Example 2

철 전구체 Ferrocene를 0.05g을 적용한 것 외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 철 산화물-TiO2 하이브리드 나노구조의 광촉매를 제조하였다. 해당 조건에서 TiO2에 증착된 철의 함량은 약 0.13 wt%이다.An iron oxide-TiO 2 hybrid nanostructured photocatalyst was prepared in the same manner as in Example 1 except that 0.05 g of the iron precursor Ferrocene was applied. The content of iron deposited on TiO 2 under these conditions is about 0.13 wt%.

실시예 3Example 3

철 전구체 Ferrocene를 0.1g을 적용한 것 외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 철 산화물-TiO2 하이브리드 나노구조의 광촉매를 제조하였다. 해당 조건에서 TiO2에 증착된 철의 함량은 약 0.65 wt%이다.An iron oxide-TiO 2 hybrid nanostructured photocatalyst was prepared in the same manner as in Example 1, except that 0.1 g of the iron precursor Ferrocene was applied. The iron content deposited on TiO 2 under the conditions is about 0.65 wt%.

실시예 4Example 4

철 전구체 Ferrocene를 0.3g을 적용한 것 외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 철 산화물-TiO2 하이브리드 나노구조의 광촉매를 제조하였다. 해당 조건에서 TiO2에 증착된 철의 함량은 약 1.81 wt%이다.An iron oxide-TiO 2 hybrid nanostructured photocatalyst was prepared in the same manner as in Example 1 except that 0.3 g of the iron precursor Ferrocene was applied. The iron content deposited on TiO 2 under the conditions is about 1.81 wt%.

상기 제조된 광촉매(Fe-TiO2)를 일반 철 산화물로 코팅된 TiO2 광촉매와 투명도 및 색을 비교하여 도 5에 나타내었다. 도 5를 살펴보면, 본 발명에 의한 페로센 유래 철 산화물로 코팅된 광촉매(Fe-TiO2)는, 철 산화물(Fe2O3)로 코팅된 광촉매(Fe2O3-TiO2)보다 투명하고 연한 노란색을 갖는 것을 확인할 수 있다. The prepared photocatalyst (Fe-TiO 2 ) is compared with a TiO 2 photocatalyst coated with a general iron oxide and is shown in FIG. 5 by comparing transparency and color. 5, the photocatalyst (Fe-TiO 2 ) coated with ferrocene-derived iron oxide according to the present invention is more transparent and lighter than the photocatalyst (Fe 2 O 3 -TiO 2 ) coated with iron oxide (Fe 2 O 3 ). It can be seen that it has a yellow color.

상기 제조된 광촉매(Fe-TiO2)의 TEM 이미지(투과 전자현미경으로 측정된 이미지)를 측정하여 도 6에 나타내었다. 도 6에서 철의 함량이 감소할수록 Fe-TiO2 표면에 증착된 산화철 입자의 크기가 작아지는 것을 보여준다.The TEM image (image measured with a transmission electron microscope) of the prepared photocatalyst (Fe-TiO 2 ) was measured and shown in FIG. 6. 6 shows that as the iron content decreases, the size of the iron oxide particles deposited on the Fe-TiO 2 surface decreases.

상기 제조된 광촉매(Fe-TiO2)의 질소 흡착 분석을 통한 비표면적(BET) 및 BJH 평균 기공 크기를 측정하여 표 1에 나타내었다. The specific surface area (BET) and BJH average pore size through the nitrogen adsorption analysis of the prepared photocatalyst (Fe-TiO 2 ) were measured and are shown in Table 1.

0.13 wt% Fe-TiO2 0.13 wt% Fe-TiO 2 0.65 wt% Fe-TiO20.65 wt% Fe-TiO2 1.81 wt% Fe-TiO2 1.81 wt% Fe-TiO 2 BET Surface area(m2/g)BET Surface area (m 2 / g) 11.625911.6259 10.342610.3426 8.39398.3939 BJHAdsorption average pore size(nm)BJHAdsorption average pore size (nm) 13.213.2 12.512.5 13.913.9

표 1을 살펴보면, Fe-TiO2의 철의 함량이 변화하여도 비표면적과 평균 기공 크기는 크게 변하지 않는 것을 확인할 수 있고, Fe-TiO2의 메조 기공이 형성된 것을 확인할 수 있다. Looking at Table 1, it can be seen that even when the iron content of Fe-TiO 2 is changed, the specific surface area and the average pore size do not change significantly, and the mesopores of Fe-TiO 2 are formed.

평가예 1Evaluation Example 1

위면이 쿼츠 유리로 이루어진 부피 5.3 L 반응기(batch reactor) 내에 실시예 1의 광촉매(Fe-TiO2)를 넣고, 아세트알데히드 초기 농도 66 ppm, 건조 공기(상대습도: ~33%, 총 압력은 760 torr) 및 상온에서 백색 흙콘크리트로 가시광 영역을 조사하여 아세트알데히드의 광분해 특성을 분석하였다. 반응기 내의 아세트알데히드는 기체크로마토그래피를 이용하여 주시적으로 측정하였다. 그 결과는 도 7에 나타내었다.Put the photocatalyst (Fe-TiO 2 ) of Example 1 in a volume 5.3 L reactor composed of quartz glass on the top surface, acetaldehyde initial concentration 66 ppm, dry air (relative humidity: ~ 33%, total pressure 760 torr) and the photo-decomposition properties of acetaldehyde were analyzed by irradiating the visible light region with white earth concrete at room temperature. Acetaldehyde in the reactor was measured by gas chromatography. The results are shown in FIG. 7.

도 7은, 33 %의 습도 조건에서 가시광선 (백색광) 조사 시간에 따른 (a) 아세트알데하이드 몰수 변화, 및 (b) 아세트알데하이드의 광분해 반응의 결과 발생한 이산화탄소 몰수 변화를 나타낸 그래프이며, 도 7을 살펴보면, 실시예에서 제조된 광촉매(Fe-TiO2)는 가시광선(백색광) 조사에 의한 광촉매 활성에 의해서 아세트알데히드의 광분해가 이루어지는 것을 확인할 수 있고, 페로센 증착양이 0.09 wt %에서 가시광에서 분해 효율이 가장 큰 것을 확인할 수 있다. 또한, 철의 함량이 적어질수록 Fe-TiO2의 아세트알데하이드 광분해 속도가 빨라지는 것을 확인할 수 있다.FIG. 7 is a graph showing (a) acetaldehyde mole number change over time of visible light (white light) irradiation at 33% humidity condition, and (b) carbon dioxide mole number change resulting from photodecomposition reaction of acetaldehyde. Looking at it, the photocatalyst (Fe-TiO 2 ) prepared in Example can be confirmed that photodecomposition of acetaldehyde is performed by photocatalytic activity by visible light (white light) irradiation, and the ferrocene deposition amount is 0.09 wt% and decomposition efficiency in visible light You can see this is the biggest. In addition, it can be seen that the smaller the iron content, the faster the acetaldehyde photodecomposition rate of Fe-TiO 2 is.

평가예 2Evaluation Example 2

페로센 증착양이 0.13 wt %인 광촉매(Fe-TiO2)를 습도가 없는 건식 조건 및 상대습도: ~33%의 습도 조건에서 각각 평가예 1과 동일한 방법으로 아세트알데히드의 광분해 특성을 분석하였다. 반응기 내의 아세트알데히드 및 이산화탄소를 기체크로마토그래피를 이용하여 주기적으로 측정하였다. 그 결과는 도 8 및 도 9에 나타내었다.The photocatalyst (Fe-TiO 2 ) having a ferrocene deposition amount of 0.13 wt% was analyzed for the photodegradation properties of acetaldehyde in the same manner as in Evaluation Example 1 under dry conditions without humidity and relative humidity: ~ 33%. Acetaldehyde and carbon dioxide in the reactor were periodically measured using gas chromatography. The results are shown in FIGS. 8 and 9.

도 8은, 건조 조건과 33% 습도 조건에서의 아세트알데하이드 광분해 실험을 했을 때, 가시광선 조사 시간에 따른 (a) 아세트알데하이드 몰 수 변화와 (b) 아세트알데하이드의 광분해 반응의 결과 발생한 이산화탄소 몰수 변화를 나타낸 그래프이며, 도 7을 살펴보면, 점선으로 표시된 같은 아세트 알데하이드 농도 구간에서 두 그래프의 기울기는 비슷하게 나타났는데, 습도의 유무와 상관없이 가시광 조사에서 아세트 알데하이드 광분해 활성은 비슷하게 유지됨을 보여준다.FIG. 8 shows a change in the number of moles of (a) acetaldehyde and (b) the number of moles of carbon dioxide as a result of the photolysis reaction of acetaldehyde according to the visible light irradiation time when the acetaldehyde photolysis experiment was performed under dry conditions and 33% humidity. 7, the slopes of the two graphs are similar in the same acetaldehyde concentration section indicated by a dotted line, and it shows that acetaldehyde photolysis activity remains similar in visible light irrespective of the presence or absence of humidity.

또한, 이산화탄소 발생이 광조사 시간에 따라 증가되는 것을 확인할 수 있고, 이는 아세트 알데히드의 완전산화에 의한 이산화탄소 발생된 것이다. In addition, it can be confirmed that carbon dioxide generation increases with light irradiation time, which is generated by carbon dioxide by complete oxidation of acetaldehyde.

도 9는, 33% 습도 조건에서 반복적으로 아세트 알데하이드 광분해 실험에 활용하였을 때, 가시광선 조사 시간에 따른 (a) 아세트알데하이드 몰 수 변화와 (b) 아세트알데하이드의 광분해 반응의 결과 발생한 이산화탄소 몰수 변화를 나타낸 그래프이며, 도 8에서 반복적인 광분해 실험에도 높은 광촉매 활성이 유지됨을 확인할 수 있다. FIG. 9 shows (a) acetaldehyde mole number change and (b) carbon dioxide mole number change resulting from acetaldehyde photolysis reaction according to visible light irradiation time, when repeatedly used in acetaldehyde photolysis experiment under a 33% humidity condition. It is a graph shown, and it can be seen from FIG. 8 that high photocatalytic activity is maintained even in a repeated photolysis experiment.

종합적으로, 본 발명은, 산화철이 증착된 TiO2 (이하 Fe-TiO2)는 대표적인 휘발성 유기 화합물 중 하나인 아세트알데하이드의 광분해 실험에 활용되었고 산화철의 함량에 따른 Fe-TiO2의 아세트알데하이드 광분해 활성을 비교하였다. 그 결과 철의 함량이 약 0.09 wt% 정도로 낮을때 Fe-TiO2의 아세트알데하이드의 광분해 활성이 가장 높았고, 20 시간 안에 초기 아세트알데하이드 농도(~95 mol ppm)의 약 70%가 감소하였다. 또한 일반적으로 광촉매의 활성은 습도에 많은 영향을 받게 되지만 본 발명에서 제조한 Fe-TiO2는 건조 조건과 습도 조건에서 비슷한 촉매 활성을 보여 광촉매 활성이 습도에 민감하지 않음을 확인하였다. 다양한 철의 함량을 가지는 Fe-TiO2의 질소 흡착 실험을 진행한 결과, 철의 함량이 광촉매의 총 비표면적에 크게 영향을 주지 않은 것을 확인하였다. 또한, Fe-TiO2의 광촉매 활성은 철의 함량에 크게 영향을 받은 것으로 보았을 때 광촉매의 활성은 표면 구조보다는 증착된 산화철 나노입자와 TiO2가 이루는 계면의 전자구조가 더 중요하다는 것을 알 수 있다. 또한 투과전자현미경을 통해 철 함량이 낮아질수록 표면에 존재하는 산화철 입자의 크기가 작아지는 것을 확인하였고 1~3 나노미터 수준의 산화철 입자가 증착되었을 때 광촉매 활성이 증가될 수 있다. 분석 결과들을 통해 미루어보았을 때 아주 작은 크기의 산화철 나노입자가 약 0.09 wt%의 함량을 가질 때 Fe-TiO2는 가시광선 영역의 빛을 흡수하여 전자/정공 쌍을 가장 효율적으로 분리해내어 산소/물과 반응해 라디칼을 생성시켜 아세트알데하이드를 빠르게 분해시킬 수 있다. 한 편, 타켓 유기물이 완전히 산화되지 않고 부분적으로 산화가 되어 광촉매 표면에 남아 활성 자리를 막으면 광촉매의 활성이 감소하게 되는데 이는 광촉매의 가장 큰 문제점 중의 하나로 지적받고 있다. 그러나 본 발명에서 제조한 Fe-TiO2는 반복된 아세트알데하이드 광분해 실험에도 촉매 활성이 동일하게 유지가 되었고 따라서 촉매 활성 저하의 문제점 역시 없는 것을 확인하였다. Collectively, the present invention, TiO 2 (hereinafter Fe-TiO 2 ) on which iron oxide was deposited, was utilized in photodegradation experiments of acetaldehyde, one of the representative volatile organic compounds, and acetaldehyde photodegradation activity of Fe-TiO 2 according to the content of iron oxide. Compared. As a result, when the iron content was as low as about 0.09 wt%, the photodegradation activity of acetaldehyde of Fe-TiO 2 was the highest, and about 70% of the initial acetaldehyde concentration (~ 95 mol ppm) decreased within 20 hours. In addition, in general, the activity of the photocatalyst is greatly affected by humidity, but Fe-TiO 2 prepared in the present invention shows similar catalytic activity under drying and humidity conditions, confirming that the photocatalytic activity is not sensitive to humidity. As a result of nitrogen adsorption experiments of Fe-TiO 2 having various iron contents, it was confirmed that the iron content did not significantly affect the total specific surface area of the photocatalyst. In addition, considering that the photocatalytic activity of Fe-TiO 2 was greatly affected by the iron content, it can be seen that the photocatalytic activity is more important in the electronic structure of the interface between the deposited iron oxide nanoparticles and TiO 2 than the surface structure. . In addition, it was confirmed through a transmission electron microscope that the smaller the iron content, the smaller the size of the iron oxide particles present on the surface. Based on the results of the analysis, Fe-TiO 2 absorbs light in the visible region when the iron oxide nanoparticles of a very small size have a content of about 0.09 wt%, and the electron / hole pair is most efficiently separated to remove oxygen / Reacts with water to form radicals, which can rapidly break down acetaldehyde. On the other hand, if the target organic material is not completely oxidized and partially oxidized and remains on the surface of the photocatalyst to block the active site, the activity of the photocatalyst decreases, which has been pointed out as one of the biggest problems of the photocatalyst. However, the Fe-TiO 2 prepared in the present invention maintained the same catalytic activity even in repeated acetaldehyde photolysis experiments, and thus it was confirmed that there was no problem of catalytic activity degradation.

광촉매를 포함하는 흙콘크리트의 제조 및 특성 평가Preparation and Characterization of Soil Concrete Containing Photocatalyst

실시예 1Example 1

위에서 제조된 페로센을 이용한 광촉매 입자를 5 중량% 포함시키고, 흙(굵은 골재 및 잔골재) 80 중량%, 황토 및 안료 0.5 중량%, 시멘트 12 중량% 잔부의 물과 혼합하여 실시예 1의 흙콘크리트를 제조하였다.5% by weight of the photocatalyst particles using ferrocene prepared above, soil (coarse aggregates and fine aggregates) 80% by weight, ocher and pigment 0.5% by weight, cement 12% by weight, the balance of the soil concrete of Example 1 It was prepared.

그 흙콘크리트를 이용하여 원판형 구조체를 제조하고, 메틸렌블루(MB)를 이용하여 빛(광원 Blue LED)에 노출되었을 때 흙콘크리트의 MB 제거 성능을 평가하였다.A disk-like structure was prepared using the soil concrete, and the MB removal performance of the soil concrete was evaluated when exposed to light (light source Blue LED) using methylene blue (MB).

도 10은, 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 흙콘크리트에 대해서 빛에 노출되는 것만으로도 흙콘크리트 표면의 메틸렌 블루가 제거되는 것을 실험한 사진이다.FIG. 10 is a photograph of an experiment in which methylene blue on the surface of soil concrete is removed by simply exposing it to light, for soil concrete prepared according to an embodiment of the present invention.

- Step 1: 75 ppm MB in IPA 0.5 mL를 시료 위에 뿌린 후 IPA를 말렸을 때 사진, 표면에 MB가 남아 있는 것 확인 -Step 1: After spraying 0.5 mL of 75 ppm MB in IPA on the sample, when IPA is dried, confirm that the photo and MB remain on the surface.

- Step 2: step 1 시료에 물 0.5 mL를 뿌린 후 1분 후 사진, MB가 물에 의하여 샘플 내부로 침투하지 않고 표면에 남아 있는 것이 확인됨 -Step 2: After spraying 0.5 mL of water on the sample of step 1, after 1 minute, it is confirmed that the photo, MB does not penetrate into the sample by water and remains on the surface.

- Step 3: step 2 시료에 다시 물 0.5 mL를 뿌린 후 빛 조사 30분 뒤 사진, 시료 표면의 MB가 제거 된것이 확인됨. 표면에 MB가 남아 있음. -Step 3: Step 2 After spraying 0.5 mL of water again on the sample, after 30 minutes of irradiation with light, it was confirmed that the MB on the surface of the sample was removed. MB remains on the surface.

실시예 2Example 2

위에서 제조된 페로센을 이용한 광촉매 입자를 5 중량% 포함시키고, 황토 및 안료 0.3 중량%, 고화제 및바인더 7.5 중량% 및 잔부 흙(골재 및 규사)을 혼합하여 실시예 2의 흙콘크리트를 제조하였다.5% by weight of the photocatalyst particles using ferrocene prepared above, 0.3% by weight of ocher and pigment, 7.5% by weight of a solidifying agent and binder, and residual soil (aggregate and silica sand) were mixed to prepare soil concrete of Example 2.

그 흙콘크리트를 이용하여 원판형 구조체를 제조하고, 메틸렌블루(MB)를 이용하여 빛(광원 Blue LED)에 노출되었을 때 흙콘크리트의 MB 제거 성능을 평가하였다.A disk-like structure was prepared using the soil concrete, and the MB removal performance of the soil concrete was evaluated when exposed to light (light source Blue LED) using methylene blue (MB).

도 11은, 본 발명의 다른 일 실시예에 따라 제조된 흙콘크리트에 대해서 빛에 노출되는 것만으로도 흙콘크리트 표면의 메틸렌 블루가 제거되는 것을 확인한 사진이다.11 is a photograph confirming that methylene blue on the surface of the earth concrete is removed by simply exposing the earth to the earth concrete prepared according to another embodiment of the present invention.

- Step 1: 75 ppm MB in IPA 0.5 mL를 시료 위에 뿌린 후 IPA를 말렸을 때 사진, 표면에 MB가 남아 있는 것 확인됨.-Step 1: After spraying 0.5 mL of 75 ppm MB in IPA on the sample, when IPA was dried, it was confirmed that MB remained on the surface.

- Step 2: step 1 시료에 물 0.5 mL를 뿌린 후 말렸을 때 사진, MB가 물에 의하여 샘플 내부로 침투하지 않고 표면에 남아 있는 것이 확인됨.-Step 2: Step 1 After spraying 0.5 mL of water on the sample and drying it, it was confirmed that the photo and MB remained on the surface without water penetrating into the sample.

- Step 3: step 2 시료에 다시 물 0.5 mL를 뿌린 후 빛 조사 30분 뒤 사진, 시료 표면의 MB가 완전히 제거 된것이 확인됨. -Step 3: Step 2 After spraying 0.5 mL of water again on the sample, after 30 minutes of light irradiation, it was confirmed that the MB on the surface of the sample was completely removed.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다. 그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.As described above, although the embodiments have been described by a limited embodiment and drawings, those skilled in the art can make various modifications and variations from the above description. For example, even if the described techniques are performed in a different order than the described method, and / or the described components are combined or combined in a different form from the described method, or replaced or replaced by another component or equivalent Appropriate results can be achieved. Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents to the claims are also within the scope of the following claims.

Claims (10)

골재, 규사, 모래 및 자갈로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 흙; 및
입자 상의 광촉매;를 포함하고,
상기 입자 상의 광촉매는, 무기산화물 입자 및 상기 무기산화물 입자 상에 형성된 유기금속화합물 유래 금속 산화물층을 포함하고, 400 nm 이상의 가시광선 영역에서 광활성을 가지는 것이고,
상기 금속 산화물층은 페로센 유래 철 산화물을 포함하는 것이고,
상기 무기산화물은, Ti, Zn, Al 및 Sn 중 적어도 하나를 포함하는 산화물로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 것이고,
상기 금속 산화물층은 상기 무기산화물 대비 0.001 내지 10 중량%인 철 산화물을 포함하는 것이고,
상기 광촉매는, 30 % 이하의 습도의 건식 조건에서 광활성을 갖는 것인,
가시광 활성 광촉매를 포함하는 흙콘크리트.
Soil comprising at least one selected from the group consisting of aggregate, silica, sand and gravel; And
Particle photocatalyst; includes,
The photocatalyst on the particles includes inorganic oxide particles and a metal oxide layer derived from an organometallic compound formed on the inorganic oxide particles, and has photoactivity in a visible light region of 400 nm or more,
The metal oxide layer includes ferrocene-derived iron oxide,
The inorganic oxide is to include at least one selected from the group consisting of oxides containing at least one of Ti, Zn, Al and Sn,
The metal oxide layer comprises 0.001 to 10% by weight of iron oxide compared to the inorganic oxide,
The photocatalyst is to have photoactivity under dry conditions of humidity of 30% or less,
Earthen concrete containing visible light active photocatalyst.
제1항에 있어서,
상기 흙은 50 중량% 내지 95 중량% 인 것이고,
상기 광촉매는 0.1 중량% 내지 20 중량% 인 것이고
잔부 콘크리트용 첨가제를 포함하는 것인,
가시광 활성 광촉매를 포함하는 흙콘크리트.
According to claim 1,
The soil is 50% to 95% by weight,
The photocatalyst is 0.1 to 20% by weight
Containing additives for the remainder concrete,
Earthen concrete containing visible light active photocatalyst.
제1항에 있어서,
안료 및 황토 중 하나 이상을 더 포함하고,
상기 안료 및 황토의 중량합은 1 중량% 미만인 것인,
가시광 활성 광촉매를 포함하는 흙콘크리트.
According to claim 1,
Further comprising at least one of pigment and ocher,
The weight of the pigment and ocher is less than 1% by weight,
Earthen concrete containing visible light active photocatalyst.
제1항에 있어서,
시멘트 및 물을 더 포함하고,
상기 시멘트 및 물의 중량합은 1 중량% 내지 20 중량% 인 것인,
가시광 활성 광촉매를 포함하는 흙콘크리트.
According to claim 1,
More cement and water,
The weight of the cement and water is 1 to 20% by weight,
Earthen concrete containing visible light active photocatalyst.
제1항에 있어서,
고화제 및 바인더를 더 포함하고,
상기 고화제 및 바인더의 중량합은 1 중량% 내지 10 중량% 인 것인,
가시광 활성 광촉매를 포함하는 흙콘크리트.
According to claim 1,
Further comprising a solidifying agent and a binder,
The weight ratio of the solidifying agent and the binder is 1 to 10% by weight,
Earthen concrete containing visible light active photocatalyst.
제1항에 있어서,
화이버 및 산화철 입자를 더 포함하고
상기 화이버 및 산화철 입자 중량합은 0.1 중량% 내지 2 중량% 인 것인,
가시광 활성 광촉매를 포함하는 흙콘크리트.
According to claim 1,
It contains more fiber and iron oxide particles.
The fiber and the iron oxide particle weight sum is 0.1 to 2% by weight,
Earthen concrete containing visible light active photocatalyst.
삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 무기산화물은 철을 포함하는 무기산화물을 포함하지 않는 것이고,
상기 금속 산화물층은, 상기 무기산화물 상에 증착된 페로센이 열처리된 것인,
가시광 활성 광촉매를 포함하는 흙콘크리트.
According to claim 1,
The inorganic oxide does not contain an inorganic oxide containing iron,
In the metal oxide layer, ferrocene deposited on the inorganic oxide is heat-treated,
Earthen concrete containing visible light active photocatalyst.
제1항에 있어서,
상기 금속 산화물은, 하기의 화학식 1로 표시되는 화합물 중 1종 이상을 포함하는 것인,
가시광 활성 광촉매를 포함하는 흙콘크리트.

[화학식 1]
MexOYHZ
(Me는 1족 내지 3족 중 하나 이상의 금속 원소, X, Y 및 Z는, 각각 0 내지 3에서 선택되고, X 및 Y는 0이 아니다.)
According to claim 1,
The metal oxide is to include one or more of the compounds represented by the formula (1),
Earthen concrete containing visible light active photocatalyst.

[Formula 1]
Me x O Y H Z
(Me is one or more metal elements of groups 1 to 3, X, Y and Z are each selected from 0 to 3, and X and Y are not 0.)
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