KR102139979B1 - 물유리를 이용한 광촉매 제조 방법 및 이를 통해 제조된 광촉매 장치 - Google Patents
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Abstract
물유리를 이용한 광촉매 제조 방법은 물유리에 광촉매 분말, 다공의 사이즈를 조절하기 위한 유기 용매, 상기 물유리의 친수성에 의한 강도 저하를 방지하기 위한 내수성 증강제, 연속 개기공을 형성하기 위한 연속 개기공 형성제를 혼합하여 물유리 혼합체를 형성 단계; 상기 물유리 혼합체를 상기 물유리에 포함된 물이 증발되는 온도 이상에서 일정 시간 가열하여 상기 혼합체의 내부에 난용성을 갖고, 연속 개기공 및 폐기공이 혼재된 예비 다공성 광촉매 부재를 형성하는 단계; 및 상기 예비 다공성 광촉매 부재를 알칼리 용액에 일정 시간 동안 침지시켜 상기 예비 광촉매 부재 내의 상기 폐기공들을 연결 시켜 상기 연속 개기공의 개수를 증가시키는 단계를 포함한다.
Description
본 발명은 물유리를 이용한 광촉매 제조 방법 및 이를 통해 제조된 광촉매 장치에 관한 것으로, 특히 대기 오염 정화 및 수질 오염 정화에 효율적인 물유리를 이용한 광촉매 제조 방법 및 이를 통해 제조된 광촉매 장치에 관한 것이다.
일반적으로 광촉매 장치는 촉매 작용에 의하여 자외선과 같이 광을 이용하여 유해 유기물을 이산화탄소 및 물로 분해시킨다.
광촉매 장치는 미국 FDA에서 안정성이 검증되었으며 인체에 무해한 것으로 입증된 이산화티탄(TiO2)을 포함한다.
구체적으로 광촉매 장치를 이루는 이산화티탄이 자외선과 같은 광에 노출될 경우, 유기 화합물과 반응하는 하이드록시 라디칼(OH-)이 생성되고 이 하이드록시 라디칼이 유해 유기물을 이산화탄소와 물로 분해시킨다.
광촉매 장치는 대기정화 분화, 공기 정화 분야, 항균 기능 분야, 폐수 처리 분야, 방오 분야 및 악취 제거 분야 등 다양한 산업 분야에 널리 사용되고 있다.
광촉매 장치는 이산화티탄을 고정하는 담체(carrier)를 필요로 한다.
광촉매 장치로서 사용되는 담체는 비드 형상, 블록 형상 등 사용 목적에 따라 다양한 형상으로 형성될 수 있으며 표면적이 큰 특징을 갖는다.
광촉매 장치 중 담체가 차지하는 생산 원가가 매우 커 최근에는 생산 원가가 낮은 폐유리, 플라이애쉬 등과 같은 폐자원을 활용하는 기술 개발이 진행되고 있다.
광촉매 장치의 담체는 일정한 강도를 갖고, 충격에 의하여 쉽게 부서지지 않으며, 화학적으로 안정하고, 통기성을 위해 연속 개기공(penetrated open cell)이 형성되어야 한다.
최근에는 가격이 매우 저렴하고 대량 생산 및 구입이 가능하며 자체 발포가 가능한 물유리(water glass)를 담체로서 사용하고자 하는 기술 개발이 시도되고 있다.
물유리는 가격이 저렴하고 대량 생산이 가능하며 자체 발포가 가능한 장점을 갖는 반면, 발포된 물유리는 친수기를 갖고 있기 때문에 물에 쉽게 녹고 발포 후 강도가 약하며, 발포가 매우 불균일하게 발생되어 기포의 사이즈가 매우 불균일하고, 연속 개기공이 쉽게 형성되지 않는 문제점을 갖는다.
즉, 물유리를 소재로 광촉매용 담체를 구현하기 위해서는 친수성에 따른 강도 저하 문제, 발포 불균일 문제 및 연속 개기공 형성이 가능해야 하지만 이와 같은 다양한 문제점으로 인해 물유리를 광촉매용 담체로 상용화하여 사용하지 못하고 있는 실정이다.
본 발명은 가격이 저렴하고 자체 발포 기능을 갖는 물유리를 이용하여 대기 오염 정화 및 수질 오염 정화를 수행할 수 있는 물유리를 이용한 광촉매 제조 방법 및 이를 통해 제조된 광촉매 장치를 제공한다.
본 발명은 가격이 저렴하고 자체 발포 기능을 갖는 물유리의 친수성을 제거하여 강도 저하를 방지, 발포에 의하여 형성된 다공의 형상 및 사이즈의 불균일을 방지 및 공기 또는 물과 같은 유체가 통과할 수 있도록 연속 개기공이 형성된 물유리를 이용한 광촉매 제조 방법 및 이를 통해 제조된 광촉매 장치를 제공한다.
본 발명은 가격이 저렴하고 자체 발포 기능을 갖는 물유리를 이용하되 강도는 증되고, 발포 특성이 향상되며 연속 개기공이 형성된 내측 광촉매부를 형성하고, 내측 광촉매부의 표면에 폐기공을 갖고 자외선과 같은 광을 차단하는 외측 커버부를 형성하여 광은 내측 광촉매부로부터 외부로 누설되지 못하도록 하고 오염물이 포함된 유체는 내측 광촉매부를 통해 유동되면서 분해될 수 있도록 한 광촉매 장치를 제공한다.
일실시예로서, 물유리를 이용한 광촉매 제조 방법은 물유리에 광촉매 분말, 다공의 사이즈를 조절하기 위한 유기 용매, 상기 물유리의 친수성에 의한 강도 저하를 방지하기 위한 내수성 증강제, 연속 개기공을 형성하기 위한 연속 개기공 형성제를 혼합하여 물유리 혼합체를 형성 단계; 상기 물유리 혼합체를 상기 물유리에 포함된 물이 증발되는 온도 이상에서 일정 시간 가열하여 상기 혼합체의 내부에 난용성을 갖고, 연속 개기공 및 폐기공이 혼재된 예비 다공성 광촉매 부재를 형성하는 단계; 및 상기 예비 다공성 광촉매 부재를 알칼리 용액에 일정 시간 동안 침지시켜 상기 예비 광촉매 부재 내의 상기 폐기공들을 연결 시켜 상기 연속 개기공의 개수를 증가시키는 단계를 포함한다.
상기 혼합체를 형성하는 단계 및 상기 예비 다공성 광촉매 부재를 형성하는 단계 사이에 상기 혼합체에 산성 액체를 제공하여 상기 혼합체를 겔(gel)화시키는 단계를 더 포함한다.
상기 유기 용매는 에탄올, 메탄올, 에탄올, 프로판올, 아세톤으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함한다.
상기 내수성 증강제는 상기 물유리의 내수성을 난용성으로 개질하여 강도를 향상시키기 위해 아크릴 수지, 초산비닐 수지, 알키드 수지, 멜라민 수지 및 폐놀 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함한다.
상기 연속 개기공 형성제는 상기 물유리와 반응하여 개기공을 갖는 3차원 실리카 네트워크를 형성하고 발포를 유지시키는 이산화탄소 및 글리세린 중 어느 하나를 포함한다.
상기 알칼리 용액은 암모니아 수용액을 포함한다.
상기 혼합체를 형성 단계에서, 상기 혼합체에는 기포의 발생을 촉진시키는 기포 생성 촉진제 및 상기 기포의 발생을 억제하는 기포 억제제가 함께 혼합된다.
일실시예로서, 물유리를 이용한 광촉매 장치는 물유리에 광촉매 분말, 다공의 사이즈를 증가시키기 위한 유기 용매, 상기 물유리의 친수성에 의한 강도 저하를 방지하기 위한 내수성 증강제 및 연속 개기공을 형성하기 위한 연속 개기공 형성제를 혼합 및 발포시켜 난용성을 갖고 일측으로부터 타측으로 연속 개기공들이 형성된 내측 광촉매부; 상기 내측 광촉매부의 내부에 배치되며 고정된 상기 광촉매 분말에 광을 제공하는 광 발생 유닛; 및 물유리에 광촉매 분말, 상기 내수성 증강제, 광 차단제 및 기포 억제제를 혼합하여 유체 유출입을 방지하는 폐기공을 형성하면서 상기 광이 누설되는 것을 방지하고 상기 연속 개기공들이 막히지 않도록 내측 광촉매부의 표면에 형성한 외측 커버부를 포함한다.
본 발명에 따른 물유리를 이용한 광촉매 제조 방법 및 이를 통해 제조된 광촉매 장치는 가격이 저렴하고 자체 발포 기능을 갖는 물유리를 이용하여 대기 오염 정화 및 수질 오염 정화를 수행할 수 있으며, 가격이 저렴하고 자체 발포 기능을 갖는 물유리의 친수성을 제거하여 강도 저하를 방지, 발포에 의하여 형성된 다공의 형상 및 사이즈의 불균일을 방지 및 공기 또는 물과 같은 유체가 통과할 수 있도록 연속 개기공이 형성되며, 저렴하고 자체 발포 기능을 갖는 물유리를 이용하되 강도는 증되고, 발포 특성이 향상되며 연속 개기공이 형성된 내측 광촉매부를 형성하고, 내측 광촉매부의 표면에 폐기공을 갖고 자외선과 같은 광을 차단하는 외측 커버부를 형성하여 광은 내측 광촉매부로부터 외부로 누설되지 못하도록 하고 오염물이 포함된 유체는 내측 광촉매부를 통해 유동되면서 분해될 수 있도록 하는 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 물유리를 이용한 광촉매 제조 방법을 도시한 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 광촉매 장치를 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 광촉매 장치를 도시한 단면도이다.
이하 설명되는 본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고, 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에서 상세하게 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 구분하여 설명하기 위해 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 물유리를 이용한 광촉매 제조 방법을 도시한 순서도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 물유리를 이용한 광촉매를 제조하기 위해서는 먼저 물유리 혼합체를 형성하는 단계가 수행된다. (단계 S10)
본 발명의 일실시예에서, 물유리 혼합체는 물유리 소재를 베이스로 하여 물유리에 다양한 기능성 첨가제들이 혼합되어 형성된다.
물유리 혼합체에 사용되는 물유리는 이산화규소와 알칼리를 융해해서 얻은 액상 규산나트륨을 특정 농도의 수용액으로 형성한 것으로써, 물유리는, 규산소다 또는 규산나트륨으로부터 제작된다.
물유리는 규산소다를 물에 용해하여 제작되기 때문에 친수성을 갖고 물에 혼합 및 희석되는 특징을 갖는다.
물유리는 한국산업규격 KS M 1415에 비중, 물불용분, 산화나트륨, 이산화규소 및 산화철의 함량(%)에 따라서 1종, 2종, 3종 및 4종으로 구분된다.
본 발명의 일실시예에서, 물유리는 광촉매의 강도를 고려하여 물유리 1종 내지 물유리 4종 중 어느 하나를 선택하여 사용할 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 물유리에 포함된 이산화규소의 함량이 높을수록 발포시 기공의 사이즈가 증가되고 이산화규소의 함량이 낮을수록 발포시 기공의 사이즈가 감소되기 때문에 이를 고려하여 물유리 1종 내지 물유리 4 종 중 어느 하나를 선택할 수 있다.
이와 다르게, 물유리의 특성을 고려하여 물유리 1종 내지 물유리 4종 중 어느 하나를 선택한 후 물을 추가적으로 첨가하여 이산화규소의 함량을 원하는대로 조절한 후 사용하여도 무방하다.
상용되는 1종 내지 4종의 물유리는 약 100℃ 이상의 온도에서 물유리에 포함된 물이 증발되면서 물유리 내부에 기포가 형성되는 자연 발포되는 특성을 갖지만 자연 발포에 의하여 형성된 기공의 사이즈가 매우 불균일하고, 발포 후 물 또는 습기에 매우 취약하며 발포 후 강도가 매우 낮아 쉽게 부스러지며, 발포시 연속 개기공(penetrated open cell)이 형성되지 않고 폐기공(closed cell)이 형성되어 대기 오염 정화 및 수질 오염 정화에 사용하기 어려운 기술적 제약점을 많이 갖는다.
본 발명의 일실시예에서는 물유리에 다양한 첨가제를 첨가하여 기공 균일성 향상, 강도 향상 및 연속 개기공이 형성될 수 있도록 한다.
기본적으로 상용 물유리에는 광에 의하여 오염물질을 분해하는 광촉매 분말이 혼합된다. 이때, 광촉매 분말은, 예를 들어, 자외선에 의하여 오염물질을 분해하는 이산화티탄을 포함할 수 있다.
비록 본 발명의 일실시예에서는 자외선과 반응하여 오염물질을 분해하는 이산화티탄이 광촉매 분말인 것이 설명되고 있지만, 광촉매 분말은 이산화티탄 이외에 다양한 종류가 사용될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 물유리 혼합체에는 물유리와 함께 다공의 크기, 위치 등을 균일하게 형성하기 위해 유기 용매들이 혼합될 수 있는데, 유기 용매들은, 예를 들어, 에탄올, 메탄올, 프로판올, 아세톤 중 어느 하나가 포함될 수 있다.
유기 용매들은 물유리에 포함된 물이 증발하는 온도보다 낮은 온도에서 기화(증발)되기 때문에 물유리를 단독으로 사용할 때에 비하여 발포된 물유리에 포함된 기공의 개수를 증가시키고, 기공의 사이즈를 증가 시키는 등 기공의 균일도를 보다 향상 시킬수 있게 된다.
이에 더하여 물유리 혼합체에 유기 용매들과 함께 기포 생성 촉진제를 혼합할 경우, 유기 용매들에 의하여 기공들의 균일성을 향상시킴은 물론 기포 생성 촉진제에 의하여 기공의 형성을 보다 활발하게 활성화 또는 촉진 시킬 수 있으며, 본 발명의 일실시예에서, 기포 생성 촉진제는 계면활성제를 포함할 수 있다.
한편, 물유리 혼합체에 기포 생성 촉진제를 포함시킬 경우 물유리 내부에서 과도한 기포가 발생될 수 있는 바, 본 발명의 일실시예에서는 물유리 혼합체에 기포의 발생을 억제하는 기포 억제제를 함께 포함시킬 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 1종 내지 4종 물유리는 물에 쉽게 용해되는 친수성을 갖기 때문에 물유리를 발포한 후에도 물 또는 습기에 의하여 쉽게 형상이 변형되어 담체로서 기능을 수행하기 어렵기 때문에 본 발명의 일실시예에서는 상용되는 물유리의 친수성을 제거해야 한다.
일반적으로 상용되는 물유리의 친수성을 제거하기 위해서는 발포된 물유리를 유리 온도 이상으로 가열하는 방법이 있으나, 이 방법은 생산 비용이 크게 증가되고 생산 공정이 복잡해지는 문제점을 갖는다.
따라서 발포된 물유리의 친수성을 제거하여 강도를 증가시키고, 발포된 물유리의 친수성을 유리 온도 이하에서 제거 가능하도록 하기 위해 물유리 혼합체에는 내수성 증강제가 혼합된다.
본 발명의 일실시예에서 내수성 증강제를 물유리 혼합체에 혼합할 경우, 친수성이 제거되고 물유리의 유리 온도 이하에서 생산이 가능하며, 강도가 크게 증가되는 장점을 갖는다.
내수성 증강제는 물유리의 친수성을 난용성(또는 불용성)으로 개질하여 수분에 강하고, 강도가 향상된다. 본 발명의 일실시예에서, 내수성 증강제는, 예를 들어, 아크릴 수지, 초산비닐 수지, 알키드 수지, 멜라민 수지 및 폐놀 수지 중 적어도 하나를 포함한다. 특히 내수성 증강제로서는 폐놀 수지와 같은 열경화성 수지 계열을 사용하는 것이 바람직하다.
한편, 환경 오염 및 인체 유해성 등을 고려하여 폐놀 수지 대신 아크릴 수지, 초산비닐 수지, 알키드 수지 및 멜라민 수지 등을 사용하여도 무방하다.
상용되는 1종 내지 4종 물유리는 발포시 폐기공 형태의 다공들이 형성되며 상용되는 물유리들은 발포한 후 기포들이 상호 연결된 연속 개기공을 형성하기 매우 어려운 단점을 갖는다.
본 발명의 일실시예에서는 물유리 혼합체에 연속 개기공 형성체가 혼합되고, 물유리 혼합체에 혼합된 연속 개기공 형성체에 의하여 발포된 물유리에는 통기성을 갖는 연속 개기공이 형성된다.
본 발명의 일실시예에서 물유리와 화학적으로 반응하여 인위적으로 연속 개기공을 형성하여 발포된 물유리 내부에 3차원 실리카 네트워크를 형성 및 발포체 내부의 기공이 일정한 형성을 유지할 수 있도록 하는 연속 개기공 형성제는 이산화탄소, 탄산 또는 글리세린을 포함할 수 있다.
특히 연속 개기공 형성제에 포함되는 이산화탄소는 규산염과 반응 및 규산염의 겔화를 촉진시켜 발포된 물유리 내부에 3차원 실리카 네트워크가 형성될 수 있도록 하는데, 3차원 실리카 네트워크에 더하여 연속 개기공을 형성하기 위해서는 과산화수소수에 금속분말을 혼합하여 물유리 혼합체에 제공함으로써 발생된 수소, 산소 또는 탄산에 의하여 연속 개기공 형성을 촉진할 수 있다.
글리세린은 물유리를 발포할 때 물유리에 연속 개기공을 형성하며, 본 발명의 일실시예에서는 연속 개기공을 형성하기 위하여 물유리에 이산화탄소 및 글리세린 중 적어도 하나가 포함될 수 있다.
한편 본 발명의 일실시예에서, 물유리 혼합체가 형성된 후에는 물유리 혼합체에 산성 액체를 혼합하여 물유리를 겔(gel)화 시키는 공정이 추가될 수 있는데, 물유리 혼합체에 산성 액체를 혼합하여 물유리를 축합 반응에 의하여 겔화 시킬 경우 후술 될 예비 다공성 광촉매 부재 내부의 보다 풍부한 기공을 형성할 수 있다.
도 1을 다시 참조하면, 상용 물유리에 유기 용매, 내수성 증강제 및 연속 개기공 형성체를 혼합하여 물유리 혼합체를 형성되면, 물유리 혼합체는 적어도 물유리 혼합체에 포함된 물유리에 함유된 물이 증발되는 온도 이상에서 일정 시간 동안 가열되고 이로 인해 물유리 혼합체에 포함된 유기 용매가 기화 및 물유리에 포함된 물이 증발되면서 물유리 내부에는 발포에 의해 다수 다공을 갖는 블록 형상을 갖는 예비 다공성 광촉매 부재가 형성된다. (단계 S20)
이 예비 다공성 광촉매 부재는 유기 용매의 작용에 의하여 발포 후 비교적 균일한 다공들이 형성되고, 내수성 증강제에 의하여 친수성이 제거되어 물 및 습기에 의하여 용해되지 않고 강도가 증가되며 연속 개기공 형성제에 의하여 연속 개기공이 형성되어 특히 대기 오염 정화 및 수질 오염 정화에 적합한 구조를 갖는다.
이 예비 다공성 광촉매 부재는 별다른 후처리 없이 바로 광촉매 장치로 사용될 수 있으나 예비 다공성 광촉매 부재의 내부에는 연속 개기공과 함께 폐기공(closed cell)이 혼재되어 폐기공에 의하여 공기 또는 물의 통과율이 낮아지고, 이로 인해 오염물질 제거 능력이 감소될 수 있다.
본 발명의 일실시예에서는 물유리 혼합체를 발포시켜 형성된 예비 다공성 광촉매 부재의 내부에 형성된 폐기공들을 연결하여 연속 개기공을 형성하여 예비 다공성 광촉매 부재의 내부에 형성된 연속 개기공의 개수를 보다 증가시켜 오염물질 제거 능력을 보다 향상시킨다. (단계 S30)
본 발명의 일실시예에서는 예비 다공성 광촉매 부재의 내부에 연속 개기공과 혼재되어 형성된 폐기공들을 상호 연결하여 연속 개기공의 개수를 증가시키기 위하여 예비 다공성 광촉매 부재는 알칼리 용액 내에 일정 시간 침지시키고 이로 인해 예비 다공성 광촉매 부재의 내부에 형성된 폐기공들은 연결되어 연속 개기공이 추가적으로 형성될 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 예비 다공성 광촉매 부재가 침지되는 알칼리 용액은, 예를 들어, 암모니아 수용액일 수 있고, 침지 시간은 예비 다공성 광촉매 부재의 내부에 형성된 폐기공들이 충분히 연결될 수 있는 시간일 수 있다.
비록 본 발명의 일실시예에서는 연속 개기공의 개수를 증가시키기 위한 알칼리 용액이, 예를 들어, 암모니아 수용액인 것이 도시 및 설명되고 있지만 이와 다르게 알칼리 용액은 암모니아 수용액 이외 다양한 알칼리 용액이 사용될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 광촉매 장치를 도시한 단면도이다.
도 2를 참조하면, 일반적인 광촉매 장치는 반드시 광촉매 분말에 광을 제공하는 광 발생 유닛을 필요로 한다.
예를 들어, 이산화티탄을 광촉매 분말로 사용하는 광촉매 장치는 자외선을 발생시키는 자외선 발생 유닛을 필요로 하는데, 이 자외선이 광촉매 장치의 외부로 누설될 경우 광촉매 장치의 주변에 배치된 부재들을 열화 및 손상시킬 수 있다.
또한 광촉매 장치를 대기 오염 정화 및 수질 오염 정화에 사용하기 위해서는 유체가 통과할 수 있도록 연속 개기공을 형성시켜야 하는데 연속 개기공을 형성할 경우 광촉매 장치의 일측으로 유입된 유체가 연속 개기공에 의하여 방향성 없이 배출되는 문제점이 발생될 수 있다.
본 발명의 일실시예에서는 이와 같은 문제점을 개선하기 위하여 광촉매 장치(100)는 내측 광촉매부(10), 광 발생 유닛(20) 및 외측 커버부(30)를 포함한다.
본 발명의 일실시예에서, 내측 광촉매부(10)는 앞서 설명한 도 1 및 상세한 설명에 의한 기재된 제조 방법에 의하여 형성될 수 있고, 따라서 내측 광촉매부(10)는 균일한 사이즈의 다공을 갖고, 친수성이 제거되어 강도가 증가되며, 일측으로부터 타측을 향하는 방향으로 공기 또는 물과 같은 유체가 통과할 수 있는 구조를 갖는다.
광 발생 유닛(20)은 내측 광촉매부(10)의 내부에 배치되며, 광 발생 유닛(20)은, 예를 들어, 광촉매와 반응하는 파장의 광을 발생시킬 수 있다. 예를 들어, 광 발생 유닛(20)은, 예를 들어, 자외선 또는 가시광선을 발생시킬 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 광 발생 유닛(20)은 도 1에 도시된 제조 공정에 의하여 내측 광촉매부(10)를 형성하는 도중 내측 광촉매부(10)에 결합 또는 내측 광촉매부(10)를 형성한 후 내측 광촉매부(10)에 결합될 수 있다.
외측 커버부(30)는 물유리, 광촉매 분말, 물유리의 친수성을 제거하는 내수성 증강제, 광 발생 유닛(20)으로부터 발생된 광을 차폐하는 분말 형태의 광 차단제 및 물유리의 내부에서 기공의 생성을 억제하는 기포 억제제를 포함할 수 있다.
외측 커버부(30)는 기포의 생성을 억제하는 기포 억제제에 의하여 기공이 생성되지 않거나 폐기공이 형성되기 때문에 광 발생 유닛(20)에 의하여 발생된 자외선 등이 외부로 유출되는 것을 방지할 수 있으며, 특히 광 발생 유닛(20)에서 발생된 자외선의 유출을 방지함으로써 내측 광촉매부(10)의 오염물질 처리 효율을 보다 향상시킬 수 있다.
한편 외측 커버부(30)는 내측 광촉매부(10)의 연속 개기공들이 막히지 않도록 내측 광촉매부(10)의 표면에 형성됨으로써 내측 광촉매부(10)로 제공된 유체에 일정한 유체 흐름을 발생시킬 수 있다.
이상에서 상세하게 설명한 바에 의하면, 본 발명은 가격이 저렴하고 자체 발포 기능을 갖는 물유리를 이용하여 대기 오염 정화 및 수질 오염 정화를 수행할 수 있으며, 가격이 저렴하고 자체 발포 기능을 갖는 물유리의 친수성을 제거하여 강도 저하를 방지, 발포에 의하여 형성된 다공의 형상 및 사이즈의 불균일을 방지 및 공기 또는 물과 같은 유체가 통과할 수 있도록 연속 개기공이 형성되며, 저렴하고 자체 발포 기능을 갖는 물유리를 이용하되 강도는 증되고, 발포 특성이 향상되며 연속 개기공이 형성된 내측 광촉매부를 형성하고, 내측 광촉매부의 표면에 폐기공을 갖고 자외선과 같은 광을 차단하는 외측 커버부를 형성하여 광은 내측 광촉매부로부터 외부로 누설되지 못하도록 하고 오염물이 포함된 유체는 내측 광촉매부를 통해 유동되면서 분해될 수 있도록 하는 효과를 갖는다.
한편, 본 도면에 개시된 실시예는 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 것이다.
Claims (8)
- 물유리에 광촉매 분말, 다공의 사이즈를 조절하기 위한 유기 용매, 상기 물유리의 친수성에 의한 강도 저하를 방지하기 위한 내수성 증강제, 연속 개기공을 형성하기 위한 연속 개기공 형성제를 혼합하여 물유리 혼합체를 형성 단계;
상기 물유리 혼합체를 상기 물유리에 포함된 물이 증발되는 온도 이상에서 일정 시간 가열하여 상기 혼합체의 내부에 난용성을 갖고, 연속 개기공 및 폐기공이 혼재된 예비 다공성 광촉매 부재를 형성하는 단계; 및
상기 예비 다공성 광촉매 부재를 알칼리 용액에 일정 시간 동안 침지시켜 상기 예비 광촉매 부재 내의 상기 폐기공들을 연결 시켜 상기 연속 개기공의 개수를 증가시키는 단계를 포함하며,
상기 연속 개기공 형성제는 상기 물유리와 반응하여 개기공을 갖는 3차원 실리카 네트워크를 형성하고 발포를 유지시키는 이산화탄소 및 탄산 중 어느 하나를 포함하며,
상기 연속 개기공 형성제는 상기 연속 개기공을 형성하기 위해서 과산화수소수에 금속분말을 혼합하여 발생된 수소, 산소 또는 탄산에 의하여 연속 개기공 형성을 촉진하는 물유리를 이용한 광촉매 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 혼합체를 형성하는 단계 및 상기 예비 다공성 광촉매 부재를 형성하는 단계 사이에 상기 혼합체에 산성 액체를 제공하여 상기 혼합체를 겔(gel)화시키는 단계를 더 포함하는 물유리를 이용한 광촉매 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 유기 용매는 에탄올, 메탄올, 에탄올, 프로판올, 아세톤으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 물유리를 이용한 광촉매 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 내수성 증강제는 상기 물유리의 내수성을 난용성으로 개질하여 강도를 향상시키기 위해 아크릴 수지, 초산비닐 수지, 알키드 수지, 멜라민 수지 및 폐놀 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 물유리를 이용한 광촉매 제조 방법. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 알칼리 용액은 암모니아 수용액을 포함하는 물유리를 이용한 광촉매 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 혼합체를 형성 단계에서, 상기 혼합체에는 기포의 발생을 촉진시키는 기포 생성 촉진제 및 상기 기포의 발생을 억제하는 기포 억제제가 함께 혼합되는 물유리를 이용한 광촉매 제조 방법. - 물유리에 광촉매 분말, 다공의 사이즈를 증가시키기 위한 유기 용매, 상기 물유리의 친수성에 의한 강도 저하를 방지하기 위한 내수성 증강제 및 연속 개기공을 형성하기 위한 연속 개기공 형성제를 혼합 및 발포시켜 난용성을 갖고 일측으로부터 타측으로 연속 개기공들이 형성된 내측 광촉매부;
상기 내측 광촉매부의 내부에 배치되며 고정된 상기 광촉매 분말에 광을 제공하는 광 발생 유닛; 및
물유리에 광촉매 분말, 상기 내수성 증강제, 광 차단제 및 기포 억제제를 혼합하여 유체 유출입을 방지하는 폐기공을 형성하면서 상기 광이 누설되는 것을 방지하고 상기 연속 개기공들이 막히지 않도록 내측 광촉매부의 표면에 형성한 외측 커버부를 포함하며,
상기 연속 개기공 형성제는 상기 물유리와 반응하여 개기공을 갖는 3차원 실리카 네트워크를 형성하고 발포를 유지시키는 이산화탄소를 포함하며,
상기 연속 개기공 형성제는 상기 연속 개기공을 형성하기 위해서 과산화수소수에 금속분말을 혼합하여 발생된 수소, 산소 또는 탄산에 의하여 연속 개기공 형성을 촉진하는 물유리를 이용한 광촉매 장치.
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