KR102267827B1

KR102267827B1 - Ag-Cu/TiO2 바이메탈릭 나노 코어쉘 구조의 플라즈모닉스 발현물질이 코팅된 공기정화용 필터의 제조방법

Info

Publication number: KR102267827B1
Application number: KR1020200178253A
Authority: KR
Inventors: 김성협; 장희진; 정봉준
Original assignee: (주)필스톤
Priority date: 2020-12-18
Filing date: 2020-12-18
Publication date: 2021-06-24

Abstract

본 발명은 Ag-Cu/TiO₂ 나노 코어쉘 구조의 플라즈모닉스 발현물질이 도포된 공기정화용 필터의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다공성 지지체에 플라즈모닉스(Plasmonics) 발현물질을 코팅하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기정화용 필터의 제조방법에 관한 것이다.

Description

Ag-Cu/TiO2 바이메탈릭 나노 코어쉘 구조의 플라즈모닉스 발현물질이 코팅된 공기정화용 필터의 제조방법{Manufacturing Method of Air Cleaning Filter Containing Plasmonics Matter of Ag-Cu/TiO2 Bimetallic Nano Core Sshell Structure}

본 발명은 Ag-Cu/TiO₂ 바이메탈릭 나노 코어쉘 구조의 플라즈모닉스 발현물질이 코팅된 공기정화용 필터의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 표면 플라즈몬 공명 현상을 이용하여 공기 중의 VOCs, 세균 및 바이러스 등 각종 유해물질을 제거 할 수 있는 Ag-Cu/TiO₂ 바이메탈릭 나노 코어쉘 구조의 플라즈모닉스 발현물질이 코팅된 공기정화용 필터의 제조방법에 관한 것이다.

급속도로 발전하는 사회 환경에 의해 대기오염이 심각해지고 있고, 실내 공간에 머무르는 시간이 증가하면서 실내 공기질 개선에 대한 요구가 증가되고 있는 상황이다. 특히, 황사와 더불어 유해 중금속을 포함하는 미세먼지와 초미세먼지로 인한 호흡기, 안구, 피부 질환 등이 급증하고 있으며, 전염성이 높은 세균 및 바이러스의 출현에 따른 질병에 대한 위험성도 동시에 증가하고 있다.

이에 따라, 공기 내의 유기 및 무기 오염물질을 흡착하고 살균/분해시키는 기술이 연구 및 개발되고 있으며, 이중 광촉매는 경제적이면서도 친환경적인 이유로 특히 주목받고 있다.

하지만 기존의 TiO₂ 기반의 광촉매는 자외선 광원을 이용한 방식으로, 항균 및 살균 특성을 발현하기 위해서는 많은 양의 자외선을 조사하여야 한다. 즉, 자외선 광원은 가시광원에 비해 전력소비가 높을 뿐만 아니라, 수명이 짧고, 게다가 수증기와 반응하여 오존을 발생시키는 단점도 있다.

공기 정화를 위한 필터와 모듈에 자외선 광원을 사용하게 되면 오히려 환경을 저해하는 요소를 발생시키는 원인이 되고, 광원이 외부로 유출시 인체에도 유해할 수 있다는 문제점이 있다.

한국등록특허공보 제1950735호

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 인체에 무해하면서도 항균 및 살균 효과가 우수한 플라즈모닉스(Plasmonics) 기반의 공기정화용 필터 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명에 따른 공기정화용 필터의 제조방법은 다공성 지지체에 Ag-Cu/TiO₂ 코어쉘 구조를 갖는 플라즈모닉스(Plasmonics) 발현물질을 코팅하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따른 공기정화용 필터의 제조방법에서, 상기 플라즈모닉스(Plasmonics) 발현물질은, 제1 용액과 제2 용액을 별도로 준비하는 제1 단계; 제1 용액과 제2 용액을 혼합하여 제1 혼합물을 준비하는 제2 단계; 제1 혼합물에 티타늄 공급원을 첨가하여 제2 혼합물을 준비하는 제3 단계; 제2 혼합물에 폴리에틸렌글리콜(Polyethylene glycol, PEG), 폴리프로필렌글리콜(Polypropylene glycol, PPG) 또는 폴리비닐피로리딘(Polyvinyl pyrrolidone, PVP)를 첨가하여 제3 혼합물을 준비하는 제4 단계; 제3 혼합물을 농축하는 제5 단계; 농축물을 건조하는 제6 단계; 및 건조된 농축물을 하소하는 제7 단계를 포함하되, 상기 제1 용액은 양이온성 계면활성제, 증류수, 환원제, 어글로머(agglomer) 방지제 및 질산은을 포함하고, 상기 제2 용액은 폴리비닐알코올(Polyvinyl alcohol, PVA) 또는 폴리비닐피롤리돈(polyvinylpyrrolidone, PVP), 증류수, 환원제 및 질산구리를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따른 공기정화용 필터의 제조방법에서, 상기 플라즈모닉스(Plasmonics) 발현물질은, 제1 용액과 제2 용액을 별도로 준비하는 제1 단계; 제1 용액과 제2 용액을 혼합하여 제1 혼합물을 준비하는 제2 단계; 제1 혼합물에 티타늄 이소프로폭사이드(Titanium tetraisopropoxide, TTIP) 또는 티타늄 에톡사이드(Titanium Ethoxide, TET) 0.2 내지 0.5 중량부와, 이소프로필알코올(Isopropyl alcohol, IPA), 에탄올(Ethanol), 부탄올(Butanol) 또는 메탄올(Methanol) 2.3 내지 3.2 중량부를 혼합 및 교반하여 제2 혼합물을 준비하는 제3 단계; 제2 혼합물 100 중량부 대비 28 내지 32 중량부 비율로 폴리에틸렌글리콜(Polyethylene glycol, PEG), 폴리프로필렌글리콜(Polypropylene glycol, PPG) 또는 폴리비닐피로리딘(Polyvinyl pyrrolidone, PVP)을 첨가하여 제3 혼합물을 준비하는 제4 단계; 제3 혼합물을 농축하는 제5 단계; 농축물을 건조하는 제6 단계; 및 건조된 농축물을 하소하는 제7 단계를 포함하되, 상기 제1 단계에서의 제1 용액은 증류수 40 내지 48 중량부, 브롬화세틸트리메틸암모늄(Cetyl trimethyl ammonium bromide, CTAB), 브롬화도데실트리메틸암모늄(Dodecyl Trimethyl Ammonium Bromide, TTAB) 또는 브롬화테트라데실트리메틸암모늄(Tetradecyl trimethyl ammonium bromide, DTAB) 0.3 내지 0.7 중량부, 히드라진(Hydrazine), 디이미드(Diimide), 히드라진황산염(Hydrazine sulfate) 또는 히드라진 수화물(Hydrazine hydrate) 1.2 내지 1.8 중량부, 및 폴리에틸렌글리콜(Polyethylene glycol, PEG), 폴리프로필렌글리콜(Polypropylene glycol, PPG) 또는 폴리비닐피로리딘(Polyvinyl pyrrolidone, PVP) 0.3 내지 1.0 중량부 비율로 혼합 및 1차적으로 교반한 후, 질산은(Silver nitrate) 1.2 내지 2.0 중량부를 첨가한 뒤 2차 교반하여 제조되고, 상기 제2 용액은 증류수 40 내지 48 중량부, 폴리비닐알코올(Polyvinyl alcohol, PVA) 또는 폴리비닐피롤리돈(polyvinylpyrrolidone, PVP) 0.08 내지 0.15 중량부, 및 히드라진(Hydrazine), 디이미드(Diimide), 히드라진황산염(Hydrazine sulfate) 또는 히드라진 수화물(Hydrazine hydrate) 1.3 내지 2.0 중량부 비율로 혼합 및 1차적으로 교반한 후, 질산구리(Copper nitrate) 1.3 내지 2.1 중량부를 첨가한 뒤 2차 교반하여 제조되는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에서는 전술한 방법에 의해 제조된 공기정화용 필터를 제공하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 Ag-Cu/TiO₂ 나노 코어쉘 구조의 플라즈모닉스(Plasmonics) 발현물질은, 항균 및 살균효과가 탁월하다는 장점이 있다.

또한 Ag-Cu/TiO₂ 나노 코어쉘 구조의 플라즈모닉스(Plasmonics) 발현물질을 다공성 담체에 도포할 경우 공기 중에 포함되어 있는 각종 유해 물질을 효과적으로 제거 및 억제할 수 있다는 이점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 Ag-Cu/TiO₂ 나노 코어쉘 구조를 갖는 플라즈모닉스 발현물질의 제조방법을 설명하는 흐름도이다.
도 2는 본 발명에 따른 Ag-Cu/TiO₂ 나노 코어쉘 구조를 갖는 플라즈모닉스 발현물질의 TEM(Transmission Electron Microscope) 사진이다.
도 3은 본 발명에 따른 Ag-Cu/TiO₂ 나노 코어쉘 구조를 갖는 플라즈모닉스 발현물질의 EDX(Energy Dispersive X-ray) 결과이다.
도 4는 본 발명 및 종래기술에 따른 나노 코어쉘 구조를 갖는 플라즈모닉스 발현물질의 항균/살균 결과이다.

본 출원에서 “포함한다”, “가지다” 또는 “구비하다” 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 다르게 정의되지 않는 한 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하 본 발명에 따른 공기정화용 필터의 제조방법에 관하여 설명하기로 한다.

본 발명에 따른 공기정화용 필터는 다공성 지지체에 플라즈모닉스(Plasmonics) 발현물질을 코팅 또는 도포하여 제조된다.

여기서, 다공성 지지체는 소정의 두께를 갖는 부직포 타입의 여재일 수 있으나, 공기 정화를 목적으로 사용하는 다공성 지지체라면 특별히 제한하지 않는다.

또한 플라즈모닉스(Plasmonics) 발현물질은 공지의 코팅 수단이나 도포 수단을 통해 다공성 지지체에 부착되며, 이때 다공성 지지체의 외부 표면이나 기공내 표면에도 부착 고정될 수 있다.

한편, 플라즈모닉스(Plasmonics) 기술에 관해 간단히 설명하면, 광촉매에 적용되는 플라즈모닉스 기술은 나노구조를 기반으로 하는 유전체와 귀금속 표면사이에 발생되는 전기장을 이용하며, 기존의 자외선 광원에서 얻는 활성화 에너지를 가시광으로도 발현될 수 있도록 해주며, 전환 에너지는 오히려 자외선보다 높은 효율을 갖는다.

표면 플라즈모닉스 현상은 크게 두 가지로 분류되는데, 하나는 약 10∼200 nm두께의 매끄러운 평판 형태의 귀금속과 유전체 계면에서 관찰되는 전파형 플라즈몬(propagating plasmons)과, 다른 하나는 10∼200 nm 크기의 귀금속 나노입자(또는 나노소재) 등에서 관찰되는 국부적 표면 플라즈몬 공명(localized surface plasmon resonance, LSPR) 현상이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 플라즈모닉스(Plasmonics) 발현물질의 제조방법을 설명하는 흐름도이다.

도 1을 참조하면서, 플라즈모닉스(Plasmonics) 발현물질의 제조방법에 관해 설명하면, 제1 용액과 제2 용액을 별도로 준비하는 제1 단계, 제1 용액과 제2 용액을 혼합하여 제1 혼합물을 준비하는 제2 단계, 제1 혼합물에 TTIP를 첨가하여 제2 혼합물을 준비하는 제3 단계, 제2 혼합물에 PEG를 첨가하여 제3 혼합물을 준비하는 제4 단계, 제3 혼합물을 농축하는 제5 단계, 농축물을 건조하는 제6 단계 및 건조된 농축물을 하소하는 제7 단계를 포함하여 제조된다.

각 단계를 보다 상세하게 설명하면, 제1 단계에서의 제1 용액은 양이온성 계면활성제, 증류수, 환원제 및 어글로머(agglomer) 방지제를 혼합 교반한 뒤, 질산은을 첨가하고 다시 교반하는 단계를 통해 제조된다.

즉, 용매로서의 역할과 함께 이산화티탄(TiO₂) 산화에 관여하는 증류수 40 내지 48 중량부, 암모늄(Ammonium)과 브로마이드(Bromide)를 동시에 포함하는 양이온성 계면활성제인 브롬화세틸트리메틸암모늄(Cetyl trimethyl ammonium bromide, CTAB), 브롬화도데실트리메틸암모늄(Dodecyl Trimethyl Ammonium Bromide, TTAB) 또는 브롬화테트라데실트리메틸암모늄(Tetradecyl trimethyl ammonium bromide, DTAB) 0.3 내지 0.7 중량부, 질산은(AgNO₃)을 은(Ag)으로 환원시키기 위한 환원제인 히드라진(Hydrazine), 디이미드(Diimide), 히드라진황산염(Hydrazine sulfate) 또는 히드라진 수화물(Hydrazine hydrate) 1.2 내지 1.8 중량부, 및 Ag-Cu/TiO₂ 나노 코어쉘 구조가 형성된 후 어글로머(agglomer) 되는 것을 방지할 목적으로 폴리에틸렌글리콜(Polyethylene glycol, PEG), 폴리프로필렌글리콜(Polypropylene glycol, PPG) 또는 폴리비닐피로리딘(Polyvinyl pyrrolidone, PVP) 0.3 내지 1.0 중량부 비율로 먼저 혼합한다.

브롬화세틸트리메틸암모늄(Cetyl trimethyl ammonium bromide, CTAB) 등의 양이온성 계면활성제는 질산은(AgNO₃)이 은(Ag)으로 환원된 후 이들 은 입자들이 다시 뭉치는 것을 방지하며, 0.3 중량부 미만으로 포함되면 은 입자가 어글로머(agglomer)를 형성하게 되고 반대로 0.7 중량부를 초과하면 후술할 티탄공급원과의 반응을 방해하기 때문에, 상기 범위로 포함되는 것이 바람직하다.

또 증류수가 40 중량부 미만이면 나노코어쉘의 성장이 부족하고 반대로 48 중량부를 초과하면 어글로머(agglomer)를 형성하기 때문에 증류수는 상기 범위로 포함되는 것이 바람직하다.

또 환원제가 1.2 중량부 미만으로 포함되면 질산은(AgNO₃)의 환원 반응이 부족하고, 반대로 1.8 중량부를 초과하면 어글로머(agglomer)를 형성하기 때문에, 상기 범위로 포함되는 것이 바람직하다.

또 폴리에틸렌글리콜(Polyethylene glycol)과 같은 어글로머(agglomer) 방지제가 0.3 중량부 미만으로 포함되면 생성물의 어글로머(agglomer)가 형성되고, 반대로 1.0 중량부를 초과하면 나노코어셀의 성장이 부족하기 때문에, 상기 범위로 포함되는 것이 바람직하다.

상기와 같이 물질들을 소정의 배합비로 혼합한 후, 실온(20~25℃), 20 내지 40분간 450 내지 550rpm 조건에서 1차적으로 교반하고, 이후 은(Ag)의 전구체인 질산은(Silver nitrate)을 첨가한 뒤, 실온(20~25℃), 20 내지 40분간 350 내지 450rpm 조건에서 2차 교반하여 제1 용액을 준비한다.

이때, 질산은(Silver nitrate)은 1.2 내지 2.0 중량부 범위로 첨가되는 것이 바람직한데, 1.2 중량부 미만이면 나노코어쉘의 성장이 부족하고 반대로 2.0 중량부를 초과하면 은이 너무 많아 어글로머(agglomer)가 형성되므로, 상기 비율로 혼합되는 것이 바람직하다.

제1 단계에서의 제2 용액은 폴리비닐알코올(Polyvinyl alcohol, PVA) 또는 폴리비닐피롤리돈(polyvinylpyrrolidone, PVP), 증류수 및 환원제를 혼합 교반한 뒤, 질산구리를 첨가하고 다시 교반하는 단계를 통해 제조된다.

즉, 용매로서의 역할과 함께 이산화티탄(TiO₂) 산화에 관여하는 증류수 40 내지 48 중량부, 폴리비닐알코올(Polyvinyl alcohol, PVA) 또는 폴리비닐피롤리돈(polyvinylpyrrolidone, PVP) 0.08 내지 0.15 중량부, 및 질산구리(Cu(NO₃)₂)를 구리(Cu)로 환원시키기 위한 환원제인 히드라진(Hydrazine), 디이미드(Diimide), 히드라진황산염(Hydrazine sulfate) 또는 히드라진 수화물(Hydrazine hydrate) 1.3 내지 2.0 중량부 비율로 먼저 혼합한다.

폴리비닐알코올(Polyvinyl alcohol, PVA) 또는 폴리비닐피롤리돈(polyvinylpyrrolidone, PVP)은 질산구리(Cu(NO₃)₂)가 구리(Cu)로 환원된 후 이들 구리 입자들이 다시 뭉치는 것을 방지하며, 0.8 중량부 미만으로 포함되면 구리 입자가 어글로머(agglomer)를 형성하게 되고 반대로 0.15 중량부를 초과하면 후술할 티탄공급원과의 반응을 방해하기 때문에, 상기 범위로 포함되는 것이 바람직하다.

또 환원제가 1.3 중량부 미만으로 포함되면 질산구리(Cu(NO₃)₂)의 환원 반응이 부족하고, 반대로 2.0 중량부를 초과하면 어글로머(agglomer)를 형성하기 때문에, 상기 범위로 포함되는 것이 바람직하다.

상기와 같이 물질들을 소정의 배합비로 혼합한 후, 실온(20~25℃), 20 내지 40분간 450 내지 550rpm 조건에서 1차적으로 교반하고, 이후 구리(Cu)의 전구체인 질산구리(Copper nitrate)를 첨가한 뒤, 실온(20~25℃), 20 내지 40분간 350 내지 450rpm 조건에서 2차 교반하여 제2 용액을 준비한다.

이때, 질산구리(Copper nitrate)는 1.3 내지 2.1 중량부 범위로 첨가되는 것이 바람직한데, 1.3 중량부 미만이면 나노코어쉘의 성장이 부족하고 반대로 2.1 중량부를 초과하면 구리가 너무 많아 어글로머(agglomer)가 형성되므로, 상기 비율로 혼합되는 것이 바람직하다.

한편, 제1 단계에서는 제1 용액과 제2 용액을 반드시 별도로 준비한 후, 후술할 제2 단계에서 혼합해야 하는데, 이는 질산은과 질산구리의 환원속도 차이로 인하여 질산은과 질산구리를 동시에 첨가하게 되면 균일한 환원을 기대하기 어렵기 때문이다.

제2 단계는 제1 단계에서 준비된 제1 용액과 제2 용액을 혼합하여 제1 혼합물을 준비하는 단계이다.

계속해서, 제3 단계는 제1 혼합물에 티타늄 이소프로폭사이드(Titanium tetraisopropoxide, TTIP) 또는 티타늄 에톡사이드(Titanium Ethoxide, TET) 0.2 내지 0.5 중량부와, 티타늄 공급원의 희석용매로서 이소프로필알코올(Isopropyl alcohol, IPA), 에탄올(Ethanol), 부탄올(Butanol) 또는 메탄올(Methanol) 2.3 내지 3.2 중량부를 혼합 및 교반하여 제2 혼합물을 준비하는 단계이다.

이때 티타늄 이소프로폭사이드(Titanium tetraisopropoxide, TTIP) 또는 티타늄 에톡사이드(Titanium Ethoxide, TET)가 0.2 중량부 미만으로 포함되면 은-구리 복합체 표면에 이산화티탄(TiO₂)의 형성이 미흡하고, 반대로 0.5 중량부를 초과하면 어글로머(agglomer)를 형성하기 때문에 상기 범위로 포함되는 것이 바람직하다.

또 이소프로필알코올(Isopropyl alcohol, IPA), 에탄올(Ethanol), 부탄올(Butanol) 또는 메탄올(Methanol)이 2.3 중량부 미만으로 포함되면 이산화티탄(TiO₂)의 단독 어글로머(agglomer)를 형성하고, 반대로 3.2 중량부를 초과하면 전체적인 반응 속도가 저하되기 때문에 상기 범위로 포함되는 것이 바람직하다.

상기와 같이 물질들을 소정의 배합비로 혼합한 후, 75~85℃에서 100분 내지 140분간 350 내지 450rpm 조건에서 교반하여 합성한다.

제4 단계는 농축 및 건조 과정에서 덩어리(Agglomerate) 형성을 방지하기 위한 목적으로, 제2 혼합물에 폴리에틸렌글리콜(Polyethylene glycol, PEG), 폴리프로필렌글리콜(Polypropylene glycol, PPG) 또는 폴리비닐피로리딘(Polyvinyl pyrrolidone, PVP)을 추가로 혼합하여 제3 혼합물을 준비하는 단계이다.

이때 폴리에틸렌글리콜(Polyethylene glycol, PEG), 폴리프로필렌글리콜(Polypropylene glycol, PPG) 또는 폴리비닐피로리딘(Polyvinyl pyrrolidone, PVP)의 첨가량은 제2 혼합물 100 중량부 대비 28 내지 32 중량부 비율로 첨가하는 것이 바람직한데, 28 중량부 미만으로 첨가하면 덩어리 형성을 효과적으로 방지할 수 없고, 반대로 32 중량부 이상으로 첨가하면 최종 물질의 수율이 떨어지기 때문에 상기 범위로 포함되는 것이 바람직하다.

제5 단계는 제3 혼합물을 농축하는 단계로서, 상기 단계를 통해 얻어진 제3 혼합물을 농축하여 증류수와 희석용매 등을 제거하는 단계이다. 여기서, 증류수와 용매 등을 제거할 수 있다면 특별히 제한하지 않으며, 일례로 감압농축방법을 적용할 수 있다.

농축물을 건조하는 제6 단계는 240℃ 내지 260℃에서 50분 내지 70분간 수행될 수 있다.

마지막으로, 건조된 농축물을 하소하는 제7 단계는 400℃ 내지 500℃에서 50분 내지 70분간 하소하는 단계이며, 최종 물질로서 Ag-Cu/TiO₂ 바이메탈릭 나노 코어쉘 구조를 갖는 플라즈모닉스(Plasmonics) 발현물질이 얻어진다.

이하 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 이에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.

실시예

브롬화세틸트리메틸암모늄(Cetyl trimethyl ammonium bromide, CTAB) 4g, 증류수 450g, 히드라진(Hydrazine) 15g 및 폴리에틸렌글리콜(Polyethylene glycol, PEG) 5g을 혼합한 뒤, 22~24℃에서 30분간 500rpm으로 교반하고, 이어서 질산은(Silver nitrate) 15g을 추가하여 22~24℃에서 30분간 400rpm으로 추가로 교반하여 제1 용액을 준비하였다.

이와는 별도로 증류수 450g에 폴리비닐알코올(Polyvinyl alcohol, PVA) 1을 녹인 후, 히드라진(Hydrazine) 15g을 넣고, 22~24℃에서 30분간 500rpm으로 교반하고, 이어서 질산구리(Copper nitrate) 15g을 추가하여 22~24℃에서 30분간 400rpm으로 추가로 교반하여 제2 용액을 준비하였다.

준비된 제1 용액과 제2 용액을 혼합한 후, 22~24℃에서 30분간 400rpm으로 추가로 교반하여 제1 혼합액을 마련하였다.

그리고 나서 이소프로필알코올(Isopropyl alcohol, IPA) 27 중량부에 티타늄 이소프로폭사이드(Titanium tetraisopropoxide, TTIP) 3중량부가 희석된 액을 제1혼합액에 공급한 후, 2시간 동안 80℃에서 400rpm으로 교반 합성하여 제2 혼합액을 준비하였다.

합성된 제2 혼합액 100 중량부에 대해 30 중량부 비율로 폴리에틸렌글리콜(Polyethylene glycol, PEG)을 추가로 공급한 후, 농축과정을 통해 용매 등을 제거하고, 농축 후 남은 물질을 250℃에서 1시간 동안 건조 및 450℃에서 1시간 동안 하소하여, 최종적으로 나노 크기의 Ag-Cu/TiO2 코어쉘 구조를 갖는 플라즈모닉스 발현물질을 제조하였다.

비교예

증류수 91.3 중량부에 브롬화세틸트리메틸암모늄(Cetyl trimethyl ammonium bromide) 0.2 중량부와 폴리에틸렌글리콜(Polyethylene glycol) 0.5 중량부를 넣고 30분간 500rpm으로 교반하였다.

이후, 질산은(Silver nitrate) 2.5 중량부를 첨가하고 30분간 400rpm으로 추가로 교반하였다. 교반이 완료된 혼합물에 이소프로필알코올(Isopropyl alcohol) 2.97 중량부와 티타늄 이소프로폭사이드(Titanium tetraisopropoxide) 0.03 중량부를 첨가하고 1시간 동안 400rpm으로 교반하였다.

그리고 나서 농축과정을 통해 용매 등을 제거하고, 농축 후 남은 물질을 200℃에서 1시간 동안 건조 후 450℃에서 1시간 동안 하소하여 나노 크기의 Ag/TiO₂ 코어쉘 구조를 갖는 플라즈모닉스 발현물질을 제조하였다.

실험예

실시예 및 비교예에 따라 제조된 플라즈모닉스 발현물질의 효과를 알아보기 위하여, 상용화된 세라믹 바인더에 각각 0.6 부피% 비율로 플라즈모닉스 발현물질을 첨가 후, 3T Glass plate 상에 4±2㎛ 두께로 스핀코팅(spin Coating)하였고, 컨벡션오븐(convection oven)에서 250℃를 유지하면서 1시간 동안 경화시켰다.

도 2는 실시예에 따른 플라즈모닉스(Plasmonics) 발현물질의 TEM(Transmission Electron Microscope) 사진이고, 도 3은 실시예에 따른 플라즈모닉스(Plasmonics) 발현물질의 EDX(Energy Dispersive X-ray) 결과이다.

TEM(Transmission Electron Microscope)으로 관찰한 결과, 20~45nm 정도 크기를 갖는 나노 코어쉘 구조가 형성되었고, EDX(Energy Dispersive X-ray) 분석결과 Ag와 Cu가 혼재된 중심금속과 TiO₂가 감싸고 있는 형태임을 확인할 수 있었다.

도 4는 실시예와 비교예에 따른 항균/살균 결과이다.

5분간 가시광에 노출시켜 플라즈몬 효과를 발생하게 한 후 12시간동안 대장균 배양 시험을 실시한 결과, 비교예에 따른 Ag-Cu/TiO₂ 코어쉘 구조를 갖는 플라즈모닉스 발현물질이 코팅된 경우에는 98.2%의 항균효과가 있는데 반해, 실시예에 따른 Ag-Cu/TiO₂ 코어쉘 구조를 갖는 플라즈모닉스 발현물질이 코팅된 경우에는 99.9%의 항균효과가 있음이 확인되었다.

이상과 같이 본 발명의 Ag-Cu/TiO₂ 코어쉘 구조를 갖는 플라즈모닉스 발현물질을 다공성 지지체에 코팅 또는 도포하면 항균력이 우수한 공기정화용 필터를 제공하는 것이 가능하다는 것을 알 수 있다.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 균등한 범위는 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims

다공성 지지체에 Ag-Cu/TiO2 코어쉘 구조를 갖는 플라즈모닉스(Plasmonics) 발현물질을 코팅하는 단계를 포함하되,
상기 플라즈모닉스(Plasmonics) 발현물질은,
브롬화세틸트리메틸암모늄(Cetyl trimethyl ammonium bromide, CTAB) 4g, 증류수 450g, 히드라진(Hydrazine) 15g 및 폴리에틸렌글리콜(Polyethylene glycol, PEG) 5g을 혼합한 뒤, 22~24℃에서 30분간 500rpm으로 교반하고, 이후 질산은(Silver nitrate) 15g을 추가하여 22~24℃에서 30분간 400rpm으로 추가로 교반한 제1 용액과, 증류수 450g에 폴리비닐알코올(Polyvinyl alcohol, PVA) 1g을 녹인 후, 히드라진(Hydrazine) 15g을 넣고, 22~24℃에서 30분간 500rpm으로 교반하고, 이후 질산구리(Copper nitrate) 15g을 추가하여 22~24℃에서 30분간 400rpm으로 추가로 교반하여 제2 용액을 준비하는 제1 단계;
상기 제1 용액과 제2 용액을 혼합한 후, 22~24℃에서 30분간 400rpm으로 추가로 교반하여 제1 혼합물을 준비하는 제2 단계;
이소프로필알코올(Isopropyl alcohol, IPA) 27 중량부에 티타늄 이소프로폭사이드(Titanium tetraisopropoxide, TTIP) 3중량부가 희석된 액을 제1 혼합물에 첨가한 후 2시간 동안 80℃에서 400rpm으로 교반 합성하여 제2 혼합물을 준비하는 제3 단계;
제2 혼합액 100 중량부에 대해 30 중량부 비율로 폴리에틸렌글리콜(Polyethylene glycol, PEG)을 공급하여 제3 혼합물을 준비하는 제4 단계;
제3 혼합물을 농축하는 제5 단계;
농축물을 250℃에서 1시간 동안 건조하는 제6 단계; 및
건조된 농축물을 450℃에서 1시간 동안 하소하는 제7 단계를 통해 제조되는 것을 특징으로 하는 공기정화용 필터의 제조방법.
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제1항의 제조방법으로 제조된 공기정화용 필터.