KR102125890B1 - 탈취 필터용 가시광 활성 광촉매 조성물 및 이를 포함하는 탈취 필터 - Google Patents
탈취 필터용 가시광 활성 광촉매 조성물 및 이를 포함하는 탈취 필터 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 TiO2 비결정성 졸 및 가시광 활성 광촉매제를 포함하는 탈취 필터용 가시광 활성 광촉매 조성물에 대한 것이다. 또한 본 발명은 상기 가시광 활성 광촉매 조성물을 포함하는 탈취 필터에 대한 것이다.
Description
본 발명은 탈취 필터용 가시광 활성 광촉매 조성물 및 이를 포함하는 탈취 필터에 대한 것이다.
대표적인 광촉매 물질인 TiO2는 내구성, 내마모성이 우수하고, 안전하고 무독한 물질이며, 가격이 저렴하다는 장점을 갖는다. 반면, 밴드갭 에너지가 커서 자외선 이하의 빛만을 흡수할 수 있어, 별도의 자외선 공급장치와 함께 사용하거나 자외선이 풍부한 실외에서 사용하여야 하고, 실내 또는 LED 하에서 적용하는 데에 한계가 있다.
이러한 측면에서 실내 적용을 목적으로 가시광선을 흡수할 수 있는 가시광선에 광활성을 갖는 촉매 및 상기 촉매를 코팅하기 위한 코팅용 조성물 및 그의 제조방법에 대한 연구가 많이 진행되어 왔다. 하지만, 수많은 연구사례에서 일관된 경향을 찾기 어렵고, 특히 실제 거주 조건에서 성능이 검증된 결과를 찾기 어렵다.
한편, 기존의 탈취 필터는 유해 가스가 활성탄에 흡착되어 탈취 효과를 얻는 방식인데, 이는 어느 정도 시간이 지나면 활성탄이 가스에 포화되어 더 이상 흡착하지 못한다. 이 경우 일정한 흡착 성능을 유지하기 위해 주기적으로 필터를 교체해 주어야 하는 불편함이 있다.
이에 본 발명자들은 사용 장소의 제한이 없고 반영구적 사용이 가능한 탈취 필터를 연구하던 중 특정 성분의 광촉매 조성물을 이용 시 실내에서 사용이 가능할 뿐 아니라 재생이 가능한 탈취 필터를 제조할 수 있는 것을 확인하고 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 목적은 탈취 필터용 가시광 활성 광촉매 조성물 및 이를 포함하는 탈취 필터를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,
기재;및
상기 기재에 도포된 가시광 활성 광촉매 조성물을 포함하는 재생 가능한 탈취 필터를 제공한다.
또한 본 발명은,
TiO2 비결정성 졸 및 가시광 활성 광촉매제를 포함하는 탈취 필터용 가시광 활성 광촉매 조성물을 제공한다.
또한 본 발명은 본 발명의 가시광 활성 광촉매 조성물을 포함하는 탈취 필터를 제공한다.
또한 본 발명은 본 발명의 탈취 필터를 포함하는 전기 기기를 제공한다.
본 발명의 탈취 필터용 가시광 활성 광촉매 조성물을 탈취 필터에 적용 시, 가시광선에 응답하며, 공기청정, 탈취 또는 항균기능이 탁월하다. 또한 본 발명의 탈취 필터용 가시광 활성 광촉매 조성물을 탈취 필터에 적용 시, 가시광선에 응답하여 필터가 재생가능하다.
본 발명은,
기재;및
상기 기재에 도포된 가시광 활성 광촉매 조성물을 포함하는 재생 가능한 탈취 필터에 대한 것이다.
또한 본 발명은,
TiO2 비결정성 졸 및 가시광 활성 광촉매제를 포함하는 탈취 필터용 가시광 활성 광촉매 조성물에 대한 것이다.
또한 본 발명은 본 발명의 탈취 필터용 가시광 활성 광촉매 조성물을 포함하는 탈취 필터에 대한 것이다.
또한 본 발명은 본 발명의 탈취 필터를 포함하는 전기 기기에 대한 것이다.
이하, 본 발명을 자세히 설명한다.
탈취 필터용 가시광 활성
광촉매
조성물
본 발명의 가시광 활성 광촉매 조성물은 TiO2 비결정성 졸 및 가시광 활성 광촉매제를 포함한다. 이 때, 상기 가시광 활성 광촉매제 및 상기 TiO2 비결정성 졸은 100: 20 내지 100의 중량비로 포함되는 것이 바람직하다. 상기 중량비로 포함됨으로써, TiO2 비결정성 졸의 작은 TiO2 입자로 인한 큰 표면적에 따른 적절한 표면 결합을 얻을 수 있다. 반면, TiO2 비결정성 졸의 함량이 100 중량부를 초과하면, 가시광 활성 광촉매재의 표면을 덮어서 반응성이 낮아질 수 있다.
본 발명의 가시광 활성 광촉매 코팅 조성물은 티타늄 전구체에 알코올 용매 및 산을 가하여 탈수 및 탈알콜 반응에 의한 티타늄 산화물 졸 용액을 얻는 단계; 및 상기 티타늄 산화물 졸 용액에 가시광 활성 광촉매재를 혼합하여 코팅 조성물을 얻는 단계를 포함함으로써 형성될 수 있다.
상기 티타늄 산화물 졸 용액은 졸겔법을 이용하여 얻을 수 있고, 구체적으로 티타늄 전구체에 알코올 용액을 가하고, 산을 촉매로 사용하여 가수분해반응에 의해 탈수 및 탈알콜시켜 티타늄 산화물 졸 용액을 얻을 수 있다. 상기 졸겔법에서는 별도의 물을 사용하지 않으나, 산에 혼합된 용액 형태로 첨가되어 가수분해될 수 있고, 한편, 산에 의해 알콕사이드 전구체의 알코올기가 OH기로 치환되는 가수 분해 반응이 일어날 수도 있다.
상기 티타늄 전구체는 티타늄 알콕사이드 등 졸겔법에 이용할 수 있는 공지된 화합물이 사용될 수 있고, 구체적으로는, 티타늄 테트라이소프로폭사이드, 티타늄 테트라에톡사이드, 티타늄 테트라부톡사이드 등을 사용할 수 있다.
상기 산은 티타늄 전구체와 알코올이 탈수 및 탈알콜 반응시키기 위한 촉매로서 사용되고, 질산, 염산 등의 강산을 사용할 수 있다.
상기 얻어진 티타늄 산화물 졸 용액은 비결정성의 TiO2 입자가 콜로이드 상태로 분산된 용액이다.
상기와 같이 준비된 티타늄 산화물 졸 용액에 별도로 준비된 가시광 활성 광촉매재를 혼합하여 전술한 TiO2 비결정성 졸 및 가시광 활성 광촉매재를 포함함으로써, 가시광 활성 광촉매 코팅 조성물을 제조할 수 있다.
TiO
2
비결정성 졸
본 발명의 광촉매 조성물에 있어서, TiO2 비결정성 졸은 바인더 물질로서 필터의 타 부분, 예컨대, 기재의 표면에 가시광 활성 광촉매재를 부착시키는 역할을 한다. 또한 TiO2 비결정성 졸은 상기 가시광 활성 광촉매재와 함께 혼합되어 광촉매 조성물을 형성하며, 상기 가시광 활성 광촉매재의 광활성 능력의 저하를 억제하여 광활성 성능을 최대한 유지할 수 있다. 또한, 상기 TiO2 비결정성 졸은 부착력이 우수하고, 상기 TiO2 비결정성 졸을 바인더로 이용하여 형성된 광촉매 조성물의 투명성을 확보하기에 유리하다.
상기 TiO2 비결정성 졸은 후술되는 제조 방법에서와 같이 비결정성으로 사용된다. 상기 TiO2 비결정성 졸을 결정화하지 않은 상태로 사용하기 때문에 TiO2 입자 크기가 결정화된 경우와 대비하여 입자 크기가 작아 투명하게 구현이 가능하다. 결정화된 TiO2 졸은 이미 일정한 결합을 유지하고 있는 상태로 표면적이 작고 관능기 함량이 낮아지게 되는 반면, 상기 TiO2 비결정성 졸은 이에 대비하여 표면적이 커지고, 관능기 함량이 높아져서 부착력이 우수하다.
상기 TiO2 비결정성 졸은 물이 아닌 알코올계 용매를 사용하여 탈수 및 탈알콜 반응시키는 졸겔법을 이용하여 제조될 수 있다. 구체적으로, 상기 TiO2 비결정성 졸은 알코올계 분산매를 포함할 수 있다. 상기 알코올계 분산매는 이소프로필알콜, 에탄올, 메탄올, 부탄올 등일 수 있고, 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
가시광 활성
광촉매제
본 발명의 가시광 활성 광촉매재는 입자상으로 상기 가시광 활성 광촉매 조성물에 포함된다. 본 발명의 가시광 활성 광촉매재는 공극을 포함하는 가시광 활성부여 금속을 담지한 다공성 금속 산화물 입자일 수 있다.
상기 가시광 활성 광촉매재는 예를 들어, 먼저 다공성 금속 산화물 입자를 준비한 다음, 이를 가시광 활성부여 금속의 전구체 용액에 침지하여 가시광 활성부여 금속이 이온 상태로 다공성 금속 산화물 입자 내부에 침투되게 한 후, 가시광 활성부여 금속의 이온을 가시광 활성부여 금속으로 환원시켜 다공성 금속 산화물 입자 내부에 담지되게 하여 제조할 수 있다.
상기 가시광 활성 광촉매재는 상기 다공성 금속 산화물 입자 내의 공극으로 상기 가시광 활성부여 금속 입자가 도핑되어 형성될 수 있고, 이와 같이 형성된 상기 가시광 활성 광촉매재는 가시광선에 대한 광활성을 가질 수 있다.
이와 같이 상기 가시광 활성 광촉매재는 가시광선에 대해 광활성을 가지는 가시광 활성부여 금속 입자를 포함하기 때문에 자외선뿐만 아니라 가시광선에 대하여도 활성을 가질 수 있으며 가시광선 전영역에 걸쳐 빛을 흡수할 수 있다. 예를 들어, 상기 가시광 활성 광촉매제는 380nm 내지 780nm 파장범위의 가시광선에 대하여 광활성을 가질 수 있고, 구체적으로 약 400nm 파장의 가시광선에 대하여 약 20%의 흡광도를 나타낼 수 있고, 약 500nm 파장의 가시광선에 대하여 약 10%의 흡광도를 나타낼 수 있도록 제조될 수 있다.
상기 가시광 활성 광촉매재는 광을 흡수하여 얻은 에너지로부터 생성된 전자와 정공이 수퍼옥사이드 음이온 또는 하이드록시 라디칼 등을 생성함으로써 공기청정, 탈취, 항균 작용을 할 수 있는 물질이다. 예를 들어, 상기 가시광 활성 광촉매재로부터 생성된 수퍼옥사이드 음이온 또는 하이드록시 라디칼은 포름알데히드와 같은 유해 환경 물질을 분해할 수 있다. 한편, 상기 가시광 활성 광촉매재는 가시 광선에 대하여 높은 흡수율을 가지어 실내 광원에서도 우수한 효율을 보일 수 있고 때문에, 별도의 자외선 공급 장치를 요하지 않을 수 있다.
상기 가시광 활성 광촉매재는 상기 다공성 금속 산화물 대 상기 가시광 활성부여 금속을 약 99.9:0.1 내지 약 99:1의 중량비로 포함할 수 있다.
가시광 활성 부여 금속
상기 가시광 활성부여 금속은 상기 금속 산화물에 가시광선에 대한 광활성을 부여할 수 있는 금속이 제한 없이 사용될 수 있고, 구체적으로 상기 가시광 활성부여 금속은 예를 들면, 전이 금속, 귀금속 등일 수 있다.
예를 들어, 상기 가시광 활성부여 금속은 텅스텐, 크롬, 바나듐, 몰리브데넘, 구리, 철, 코발트, 망간, 니켈, 백금, 금, 세륨, 카드늄, 아연, 마그네슘, 칼슘, 스트로니튬, 바륨, 라듐 및 이들의 조합에서 선택된 적어도 하나의 금속을 포함할 수 있다. 또한, 상기 가시광 활성 부여 금속은 상기 금속의 산화물 형태로 상기 다공성 금속 산화물 입자에 담지될 수 있다. 또한 본 발명의 가시광 활성 부여 금속은 상기 금속 및 상기 금속의 산화물이 혼합된 형태된 형태로 사용될 수도 있다.
다공성 금속 산화물 입자
본 발명의 다공성 금속 산화물 입자는 산화티탄, 산화텅스텐, 산화아연, 산화니오븀 및 이들의 조합에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있고, 광촉매로서 사용될 수 있는 금속 산화물로서 공지된 물질이 제한 없이 사용될 수 있다. 상기 다공성 금속 산화물 입자는 주로 자외선에 대하여 광활성을 갖는다.
상기 다공성 금속 산화물 입자의 평균직경은 약 50nm 내지 약 1000nm, 구체적으로 약 100nm 내지 약 500nm일 수 있다. 상기 다공성 금속 산화물 입자는 후술한 광촉매제의 제조방법에 따라 입도 분포가 균일한 나노 사이즈로 형성될 수 있다. 또한, 상기 다공성 금속 산화물 입자를 상기 범위로 고르게 포함하여 가시광선에 대한 활성 효율을 보다 향상시킬 수 있다.
만약 다공성 금속 산화물 입자를 이용하지 않고 가시광 활성 부여 금속을 직접 TiO2졸에 함침하여 광촉매 조성물을 제조하게 되면, 균일성이 저하되고 금속 입자의 크기도 수백 nm 로 커지게 된다.
재생 가능한 탈취 필터
본 발명의 재생 가능한 탈취 필터는 가시광에 의하여 탈취 성능이 재생 가능한 탈취 필터를 가리킨다. 본 발명의 재생가능한 탈취 필터는 TiO2 비결정성 졸 및 가시광 활성 광촉매제를 포함하는 탈취 필터용 가시광 활성 광촉매 조성물을 포함하는 재생가능한 탈취 필터이다. 또한 본 발명의 탈취 필터는 기재에 본 발명의 가시광 활성 광촉매 조성물이 도포된 것을 특징으로 하는 재생가능한 탈취 필터이다. 이 때, 본 발명의 재생가능한 탈취 필터는 기재;및 상기 기재에 도포된 가시광 활성 광촉매 조성물을 포함하는 탈취 필터일 수 있다.
상기 기재는 섬유 및 활성탄을 포함하는 기재일 수 있다. 바람직하게는 상기 기재에 포함되는 상기 섬유 및 활성탄은 섬유 사이에 활성탄이 분포하는 방식으로 혼합되어 있을 수 있다. 상기 섬유는 탈취 필터에 일반적으로 사용되는 섬유이면 되고, 특별히 제한되는 것은 아니다. 예컨대 상기 섬유는 합성섬유일 수 있다.
본 발명의 가시광 활성 광촉매 조성물은 상기 기재에 도포되는데, 이 때 상기 광촉매 조성물이 일부는 기재의 빈 공간(즉, 섬유 및 활성탄으로 채워지고 남은 공극)에 배치될 수도 있고, 일부는 기재 상에 층을 형성할 수도 있다. 그러므로 기재 상에 부분적 또는 전체적으로 광촉매 조성물 층이 형성될 수 있다.
본 발명의 재생 가능한 탈취 필터는 공기청정, 탈취 또는 항균기능이 장기간 탁월하며, 가시광에 의하여 재생이 가능하다. 본 발명의 재생 가능한 탈취 필터는 사용에 의하여 필터가 유해 가스로 포화되면, 가시광선에 필터를 노출시켜 광촉매 반응을 이용해 흡착된 물질을 제거하여 필터를 재생한다. 본 발명에 있어서, “재생 가능한”이란 탈취 대상인 유해물질 분자에 의하여 필터가 일정 수준 이상 포화되었을 때, 가시광을 상기 포화된 필터에 조사하면, 상기 탈취 대상인 유해물질 분자가 제거되고 필터의 탈취 기능이 다시 회복되는 것을 가리킨다. 바람직하게는 본 발명의 “재생 가능”은 가시광 조사 후 필터의 흡착률이 조사 전 필터의 흡착률의 70% 이상인 것, 바람직하게는 80 % 이상인 것, 더욱 바람직하게는 90% 이상, 더더욱 바람직하게는 95% 이상인 것을 가리킨다. 상기 필터의 흡착률이란 유해가스를 60분간 필터에 통과 시 통과 전후 유해가스 내 유해물질의 농도의 비율로 계산한다.
흡착률(%)={(통과 전 유해가스 내 유해물질의 농도 - 통과 후 유해가스 내 유해물질의 농도)/통과 전 유해가스 내 유해물질의 농도}X100
본 발명의 재생 가능한 탈취 필터를 사용함으로서, 유해물질의 흡착뿐 아니라 광촉매 조성물을 통해 유해물질을 근본적으로 분해함으로써 유해물질을 제거할 수 있으며, 나아가 실내 형광등을 광원으로 사용함으로써 광촉매 조성물의 적용범위를 확장할 수 있다. 또한 기존의 탈취 필터들이 일정 기간 사용 후 유해물질 포집 소재(예컨대 활성탄) 등을 교체하여야 하는 반면, 본 발명의 재생 가능한 탈취 필터는 이러한 교체 없이 가시광을 이용하여 필터 능력을 재생함으로써 반영구적인 사용이 가능하다.
섬유
본 발명의 탈취 필터는 기재;및 상기 기재에 도포된 가시광 활성 광촉매 조성물을 포함하는 탈취 필터일 수 있다. 상기 기재는 섬유 및 활성탄을 포함할 수 있다. 이는 필터 관련 기술분야에 있어서, 활성탄 및 섬유가 포함되는 일반적인 기재를 가리키며, 특별히 제한되는 것은 아니다. 상기 섬유는 탈취 필터에 일반적으로 사용되는 섬유이면 되고, 특별히 제한되는 것은 아니다. 예컨대 상기 섬유는 합성섬유일 수 있다.
활성탄
본 발명의 탈취 필터는 기재;및 상기 기재에 도포된 가시광 활성 광촉매 조성물을 포함하는 탈취 필터일 수 있다. 상기 기재는 섬유 및 활성탄을 포함할 수 있다. 상기 활성탄은 필터 관련 기술분야에 있어서, 일반적으로 사용되는 활성탄을 가리키며, 특별히 제한되는 것은 아니다.
가시광 활성
광촉매
조성물
본 발명은 본 발명의 가시광 활성 광촉매 조성물을 필터의 일부분(예컨대 기재의 한 면)에 형성하여 이용될 수 있다. 이 때, 상기 가시광 활성 광촉매 조성물을 상기 필터의 일부분(예컨대 기재의 한 면)에 도포한 후 건조하여 본 발명의 재생 가능한 탈취 필터를 형성할 수 있다.
TiO2 비결정성 졸 및 가시광 활성 광촉매재를 포함하는 가시광 활성 광촉매 코팅 조성물을 기재에 도포하는 단계에 있어서, 상기 도포는 스프레이 코팅법에 의해 실시할 수 있다. 스프레이 코팅법을 실시함으로써 얇고 균일하게 가시광 활성 광촉매 코팅 조성물을 도포할 수 있다는 점에서 유리하며 연속 코팅 작업을 신속하게 진행할 수 있다.
또한, 상기 도포된 광촉매 조성물을 실온에서 건조할 수 있고, 약 30℃ 내지 약 100℃, 보다 구체적으로 약 50℃ 내지 약 80℃에서 실시할 수도 있다. 약 30℃ 내지 약 100℃ 내로 온도를 조절함으로써 건조가 신속하게 실시될 수 있고, 가시광 활성 광촉매 코팅 조성물의 유동성 제어를 통해 입자 뭉침 및 침강을 막아 광촉매 조성물의 균일한 분포를 구현할 수 있다.
상기 광촉매 조성물은 TiO2 비결정성 졸 및 가시광 활성 광촉매제를 포함한다. 이 때, 가시광 활성 광촉매제 및 상기 TiO2 비결정성 졸은 100: 20 내지 100의 중량비로 포함될 수 있다.
상기 가시광 활성 광촉매제는 가시광 활성 부여 금속을 담지한 다공성 금속 산화물 입자이다. 이 때, 다공성 금속 산화물 입자 및 상기 가시광 활성 부여 금속은 99.9:0.1 내지 99:1의 중량비로 탈취 필터에 적용될 수 있다.
상기 다공성 금속 산화물 입자는 산화티탄, 산화텅스텐, 산화아연 및 산화니오븀으로 구성된 군으로부터 선택될 수 있다. 상기 상기 가시광 활성 부여 금속은 텅스텐, 크롬, 바나듐, 몰리브데넘, 구리, 철, 코발트, 망간, 니켈, 백금, 금, 세륨, 카드늄, 아연, 마그네슘, 칼슘, 스트로니튬, 바륨 및 라듐으로 구성되는 군으로부터 선택될 수 있다.
전기 기기
본 발명은 본 발명의 재생 가능한 탈취 필터를 포함하는 전기 기기에 대한 것이다. 상기 전기 기기는 탈취 필터가 적용되는 일반적인 물품, 기기, 전자 제품, 전기 제품 등을 가리키며, 특별히 제한되는 것은 아니다. 예컨대, 상기 전기 기기는 에어컨, 공기청정기 등이 될 수 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 상세하게 후술되어 있는 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.
<재료 및 방법>
결정성 TiO2 졸은 아나타제(anatase) 형 및 루틸(rutile) 형을 포함하는 혼합형 결정형 TiO2 졸을 사용하였다. 이는 80%의 아나타제(anatase) 결정상과 20%의 루틸 결정상으로 이루어지는 시판되는 TiO2이며, 졸(sol) 제품을 구입하여 사용하였다.
<실시예 1>
이소프로필알콜을 용매로 하여 티타늄 테트라이소프로폭사이드 10wt% 용액을 만든다. 이를 30분간 교반한 후 진한 질산을 소량 첨가하여 가수분해시켰다. 이 후 30분간 교반을 통해 탈수, 탈알콜시켜 비결정성 TiO2 졸을 만들었다.
또한, 상기 TiO2 졸과 별도로, WO3 분말을 물에 분산시킨 후 그 용액에 WO3 대비 0.2wt%의 H2PtCl6를 첨가하여 Pt/WO3 슬러리를 제조하였다. 상기 슬러리를 교반하면서 UV 램프(20W)의 UV를 30분 정도 조사하여 Pt를 상기 WO3 입자 내에 도핑하였다. 그 후, 상기 Pt 도핑된 WO3 입자가 포함된 슬러리에 10wt%에 해당하는 메탄올 용액을 첨가하고, 상기 슬러리를 교반하면서 UV 램프(20W)의 UV를 30분 정도 조사하여 Pt 담지된 WO3 광촉매재를 제조하였다.
상기 Pt 담지된 WO3 광촉매제 100 중량부 및 상기 TiO2 졸 50 중량부를 혼합하여 가시광 활성 광촉매 코팅 조성물을 제조하였다.
상기 가시광 활성 광촉매 조성물을 탈취 필터의 기재(섬유 및 활성탄 포함) 상단에 스프레이 코팅법으로 코팅하고 건조하여, 가시광 활성 광촉매 조성물이 도포된 탈취 필터를 제조하였다.
또한 상기 가시광 활성 광촉매 조성물을 스프레이 코팅법으로 미리 준비된 타일에 도포 및 건조하여 광촉매 조성물을 포함하는 가시광 활성 광촉매 타일을 제조하였다.
<실시예 2>
Pt 담지된 WO3 광촉매제 100 중량부 및 TiO2 졸 100 중량부를 혼합한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 탈취 필터 및 광촉매 타일을 제조하였다.
<비교예 1>
가시광 활성 광촉매 코팅 조성물의 바인더로서 비결정성 TiO2 졸 대신 SiO2 졸을 사용한 점을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 탈취 필터 및 광촉매 타일을 제조하였다.
<비교예 2>
가시광 활성 광촉매 코팅 조성물의 바인더로서 비결정성 TiO2 졸 대신 결정성 TiO2 졸을 사용한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 탈취 필터 및 광촉매 타일을 제조하였다.
<비교예 3>
Pt 담지된 WO3 광촉매제 대신 아무런 가시광 활성 부여 금속을 담지하지 않은 WO3 광촉매제를 사용한 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 탈취 필터 및 광촉매 타일을 제조하였다.
<비교예 4>
Pt가 담지된 WO3 광촉매제 대신 Pt를 비결정성 TiO2 졸에 혼합하여 사용한 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 탈취 필터를 제조하였다. 이 때 비결정성 TiO2 졸 100 중량부에 대하여 0.2 중량부의 H2PtCl6를 첨가하여 광촉매 조성물을 제조하였다.
상기 광촉매 조성물을 실시예 1과 동일한 방법으로 탈취 필터의 기재 상단 및 타일에 각각 도포하여 탈취 필터 및 광촉매 타일을 제조하였다.
<실험예 1>
상기 실시예 1 및 실시예 2, 비교예 1 내지 4의 타일에 대하여 포름알데히드 제거 성능을 평가하였다. 실시예 1, 2 및 비교예 1 내지 4에서 제작된 광촉매 타일을 20L 소형 챔버(ADTEC사 제품) 내에 설치한 후, 0.08ppm의 포름알데히드 농도를 갖는 공기를 167cc/min의 유량으로 지속적으로 흘려 환기 횟수가 0.5회/hr가 되도록 하였다. 광원으로는 10W 백색형광등을 사용하였으며, 조도가 1000lux가 되도록 설정하였다. 포름알데히드 제거율은 챔버에 들어가기 전의 농도와 챔버를 통과한 후의 농도를 측정하여 계산한 뒤 하기 표 1에 기재하였다. 농도는 DNPH (2,4-dinitrophenylhydrazine) 카트리지를 이용해 10L에 대한 양을 농축하여 고성능 액체크로마토그래피 (HPLC, Agilent사 제품)로 분석하였다.
포름알데히드 제거율(%) = {(챔버에 들어가기 전 포름알데히드 농도 - 챔버를 통과한 후 포름알데히드 농도)/챔버에 들어가기 전 포름알데히드 농도)}X100
그 결과, 실시예 1 및 2의 타일이 비교예들의 타일보다 포름알데히드 제거율이 높게 측정되었다. 구체적으로, TiO2 비결정성 졸과 가시광 활성 광촉매재를 포함하는 가시광 활성 광촉매 코팅 조성물로 인한 광촉매층을 포함하는 실시예 1 및 2가 TiO2 비결정성 졸 대신에 SiO2 졸을 사용한 포함한 비교예 1에 비해 공기청정 효과가 우수함을 알 수 있었다. 그러나 비교예2는 광촉매층이 타일에 제대로 붙지 않을 정도로 탈리가 심하게 일어나 실험을 제대로 할 수가 없었는데, 이는 비교예 2에서 사용한 TiO2 결정성 졸이 바인딩 기능이 없기 때문으로 판단되었다.한편, 비교예 3 및 4는 포름알데히드 제거 효과가 미비하였는데, 이는 비교예 3은 전자를 잡아 주는 귀금속이 존재하지 않아 전자-정공의 빠른 재결합으로 인하여 성능이 매우 떨어지는 것이며 비교예 4는 광촉매층이 가시광 활성이 아닌, 자외선 활성이기 때문으로 생각된다.
| 구분 | 포름알데히드 제거율(%) |
| 실시예 1 | 86 |
| 실시예 2 | 89 |
| 비교예 1 | 63 |
| 비교예 2 | - |
| 비교예 3 | 2 |
| 비교예 4 | 3 |
<실험예 2>
상기 실시예 1 및 실시예 2, 비교예 1 내지 4의 탈취 필터에 대하여 필터 재생 능력을 평가하였다. 실시예 1, 2 및 비교예 1 내지 4에서 제작된 탈취 필터를 0.10ppm의 톨루엔 농도를 갖는 공기에 60분간 노출시킨 후, 가시광을 30분간 적용하였다. 상기 가시광원으로는 10W 백색형광등을 사용하였으며, 조도가 1000lux가 되도록 설정하였다. 30분간의 가시광 적용 후 탈취 필터를 다시 0.10ppm의 톨루엔 농도를 갖는 공기에 60분간 노출시켜, 탈취 필터의 흡착 성능을 다시 한 번 평가하고, 첫 번째와 두 번째 흡착성능의 차이를 이용하여 탈취 필터의 재생 능력을 평가하였다.
이 때, 탈취 필터의 흡착 성능은 0.10ppm의 톨루엔 농도를 갖는 공기를 탈취 필터가 설치된 소형 챔버에 지속적으로 흘려 넣고, 제거율은 챔버에 들어가기 전의 농도와 챔버를 통과한 후의 농도를 측정하여 계산하였다. 이 때, 상기 톨루엔 농도를 갖는 공기는 167cc/min의 유량으로 챔버에 흘려 넣었다.
탈취 필터의 재생 능력은 첫 번째 흡착 성능에 대한 두 번째 흡착 성능의 비율로 나타내었다.
(1) 재생 능력(%)= (두 번째 흡착률/첫 번째 흡착률) X 100
(2) 흡착률(%)={(필터 통과 전 톨루엔 농도 - 필터 통과 후 톨루엔 농도)/필터 통과 전 톨루엔)} X 100
그 결과, 실시예 1 및 실시예 2의 탈취 필터는 재생 능력이 95% 이상으로 우수하게 나타났다. 그러나 비교예 1은 재생능력이 실시예들에 비하여 현저히 낮았으며, 비교예 3 및 4는 재생 능력이 없었다. 또한 비교예 2는 상기 실험예 1에서와 마찬가지로 탈리가 심하여 필터에 제대로 광촉매 조성물이 제대로 붙지 않아 실험을 할 수 없었다 (표 2).
| 구분 | 흡착 필터의 재생 능력(%) |
| 실시예 1 | 98 |
| 실시예 2 | 96 |
| 비교예 1 | 53 |
| 비교예 2 | - |
| 비교예 3 | - |
| 비교예 4 | - |
Claims (16)
- 가시광 활성 광촉매 조성물이 도포된 기재를 포함하고,
상기 가시광 활성 광촉매 조성물은 TiO2 비결정성 졸 및 백금이 담지된 산화텅스텐을 포함하며,
이때 상기 백금이 담지된 산화텅스텐 및 상기 TiO2 비결정성 졸은 100: 20 내지 100의 중량비로 포함되는,
가시광 조사에 의하여 탈취 성능의 재생이 가능한 탈취 필터.
- 제 1항에 있어서,
상기 산화텅스텐은 WO3인 것을 특징으로 하는 탈취 필터.
- 삭제
- 삭제
- 제 1항에 있어서,
상기 산화텅스텐 및 상기 백금은 99.9:0.1 내지 99:1의 중량비로 탈취 필터에 적용되는 것을 특징으로 하는 탈취 필터.
- 삭제
- 삭제
- 제 1항에 있어서,
상기 기재는 섬유 및 활성탄을 포함하는 것을 특징으로 하는 탈취 필터.
- TiO2 비결정성 졸 및 백금이 담지된 산화텅스텐을 포함하며,
상기 백금이 담지된 산화텅스텐 및 상기 TiO2 비결정성 졸은 100: 20 내지 100의 중량비로 포함되는,
탈취 필터용 가시광 활성 광촉매 조성물.
- 삭제
- 제 9항에 있어서,
상기 산화텅스텐은 WO3인 것을 특징으로 하는 탈취 필터용 가시광 활성 광촉매 조성물.
- 삭제
- 삭제
- 제 9항 또는 제 11항의 탈취 필터용 가시광 활성 광촉매 조성물이 도포되어 건조된 기재를 포함하는 탈취 필터.
- 제 14항에 있어서, 가시광 조사에 의하여 탈취 성능의 재생이 가능한 것을 특징으로 하는 탈취 필터.
- 제 14항의 탈취 필터를 포함하는 전기 기기.
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