KR19990015616A - 산화티탄의 광촉매 작용을 이용한 대기 정화용 아스팔트 및 시멘트 2차 제품 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 도로, 공원, 광장 등 아스팔트 및 시멘트 2차 제품이 사용되는 모든 곳에 사용가능한 대기정화용 아스팔트 및 시멘트 2차 제품에 관한 것으로, 상세하게는 기존의 아스팔트에 TiO2를 첨가시켜 이것의 광촉매작용을 통하여 공기정화 효과를 도모코져 하는 것인 바;
본 발명은 아스콘, 투스콘, 칼라콘 등의 종래 아스팔트 및 블록, 전주 등의 시멘트 2차 제품에 산화티탄분말을 혼합하므로서 태양광 조사에 따른 광촉매작용으로 악취제거는 물론 대기오염물질인 SOX, NOX등의 분해가 가능한 공기정화효과 등을 득하고자함에 요지가 있다.
Description
TiO2는 Perovskite구조를 가지는 복합 산화물체의 중요한 성분일 뿐 아니라, 태양에너지의 광전기화학적으로 변환하여 물을 전기분해시키는 반도체 전극과 광촉매로 사용되는 매우 유용한 재료이다.
또한, 여러 가지 가스에 대한 표면 감응성이 뛰어나기 때문에 가스센서로도 응용된다는 점들 이외에 유리, 필름, 소결체에서 dopant로서의 영향에 대한 연구들도 진행되고 있다.
이중에서 특히 광촉매작용으로는 항균, 항곰팡이, 공기정화작용(담배연기, 악취의 분해), 대기오염물질인 NOX(질소산화물)나 SOX(유황산화물)의 무해화, 폐수처리, 난분해성 화학물질의 분해, 탱크사고 등으로 바다에 유출된 원유의 태양광에 의한 분해, 담배진이나 가정의 부엌 기름때, 벽 등의 더러움 분해 등을 들 수 있다.
일본 공업기술연구원 자원환경기술종합연구소의 연구결과에서는 이산화티탄을 주성분으로 하는 광촉매에 태양광에 조사해서 NOX를 제거하는 실험에서 약 80%까지 제거가 가능하다고 보고하고 있다.
본 발명은 (anatase phase의) TiO2를 아스팔트 및 시멘트 2차 제품에 혼합시킴으로써 이것의 광촉매 작용에 의해 악취제거는 물론, 심각한 대기오염물질인 NOX, SOX등을 제거하여 공기정화효과를 얻고자 하는 산화티탄의 광촉매 작용을 이용한 대기 정화용 아스팔트 및 시멘트 2차 제품을 제공코져 한다.
도 1 은 일반 아스팔트의 구조를 보인 단면도.
도 2 는 산화티탄의 광촉매 작용 원리도.
도 3 은 대기정화용 시멘트 2차 제품의 단면도.
도 1 은 일반 아스팔트의 구조를 보인 단면도, 도 2 는 산화티탄의 광촉매 작용원리를 도 3 은 대기 정화용 시멘트 2차 제품의 단면도를 도시한 것이다.
산화티탄은 반도체로 백색 안료로서 널리 이용되고 있는 값싸고 내구성이 우수한 물질로 통상 아나타제(anatase), 루타일(rutile), 브루카이트(brookite)와 같은 세가지의 결정구조로서 각각 존재하는데 이 중에서 anatase phase(band gapenergy=3.0eV)에서 광촉매 효과가 가장 우수한다.
즉, 380nm이하의 에너지를 흡수하면 전자들로 채워져 있는 충만대(valenceband)로 부터 전자가 비어 있는 전도대(conduction band)로 전자가 이동하면서 충만대(valence band)에는 전자홀(electron hole)을 남기고 전도대(conduction band)에는 전자가 생성되어 전자홀 쌍 (electron-hole pair)를 생성한다.
상기 전자와 정공은 매우 강한 환원력, 산화력을 갖고 있고 물, 용존산소등과의 반응에 의해 OH라디칼이나 슈퍼옥사이드엔아이온(O2-) 등의 활성산소를 발생한다.
산화티탄으로의 광조사에 의해 발생되는 OH라디칼은 120Kcal/mol 상당의 커다란 에너지를 가지고 있다.
유기물을 구성하는 분자중의 탄소-탄소결합, 탄소-수소결합, 탄소-질소결합, 탄소-산소결합, 탄소-질소결합의 결합에너지는 각각 83, 99, 73, 84, 111, 93kcal/mol이기 때문에, OH라디칼의 에너지는 이들에 비해 결합을 훨씬 크고, 이들의 결합을 간단히 절단하여 분해할 수 있다.
상기 작용에 의해 유기물을 분해하고 탄산가스 등의 무독한 물질로 변화시킬 수 있다.
따라서 이런 작용에 의해 여러 가지 유해한 화학물질이나 악취물질과 같은 공기 중의 화학물질의 분해, 무해화 등 여러 분야의 환경정화를 할 수가 있다.
광조사에 의해 생성된 전자홀 쌍(electron-hole pair)의 재결합속도가 빠르면 이들의 반응참여속도가 줄어들어 오히려 분해 능력이 낮아질 수 있다.
지금까지 연구결과에 의하면 아나타제(anatase) 구조가 루타일(rutile)구조보다 광에너지에 의해 생성된 전자홀 쌍(electron-hole pair)의 재결합 속도(recombination rate)가 늦는 것으로 알려져 있다.
또한, 산화티탄은 촉매로만 작용하고 자신은 변화하지 않기 때문에 원리적을 반영구적을 사용할 수 있다.
한편, 아스팔트는 단독으로 사용하는 경우는 거의 드물고 골재, 충진재 등과 혼합하여 사용하는 경우가 많다.
굵은 골재로는 부순돌, 강모래가 주로 사용되고 있고 충전재는 0.074mm체를 70%이상 통과하는 무기물질의 미세분말로서 일반적으로 석회암 분말이 사용된다.
포장용 아스팔트는 아스팔트 플랜트에서 혼합물을 가열상태로 혼합하여 제조하며, 일반적으로 골재는 120~170℃, 아스팔트는 130~160℃로 가열한다.
본 발명은 상기 기존의 아스팔트에 전술한 anatase phase TiO2를 혼합하여 대기정화용 아스팔트를 제조하고 이것을 도로 등의 건설시 표면층에 사용하여 대기오염물질을 분해할 수 있도록 한데 특징이 있다.
이때, 첨가되는 산화티탄의 양에 따라 검은색의 아스팔트가 갈색이나 회색계통으로 바뀌게 되는데 이것으로 아스팔트의 착색효과도 동시에 기대할 수 있다.
즉, 산화티탄의 첨가에 따라 아스팔트의 색깔이 기존의 검은색에서 다소 변화가 생기게 되는데, 흰색의 TiO2첨가에 따라 종래의 검은색에서 갈색계통이나 회색계통으로의 착색효과도 기대할 수 있다.
TiO2첨가에 따른 단가가 다소 증가할 것으로 보이나, 이것을 최소로 하기위해 산화티탄을 아스팔트의 표면층쪽에만 혼합시키는 것도 바람직한 방법이다.
다음 표 1 은 본 발명의 혼합비를 나타낸 것이다.
[표 1]
한편, 도 2 는 TiO2에 광조사를 하였을 경우의 반응을 나타낸다.
즉, TiO2가 380nm이하의 에너지에 노출되면 전자와 홀의 여기에 의해 산화티탄의 광촉매 작용이 나타난다.
태양광의 경우에는 지면에 도달하는 전체 태양에너지 중에서 약 5%정도가 380nm이하의 에너지를 가지고 있다.
또한 도 3 은 기존 시멘트 2차 제품에서도 TiO2를 첨가하여 이용하는 것으로, 블록이나 전주 등의 시멘트 2차 제품에 TiO2를 첨가한 층을 만들어 아스팔트에서와 같이 대기오염물질의 분해 및 착색효과를 기대할 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 고안은 기존의 아스팔트 및 시멘트 2차 제품에 TiO2를 혼합시킴으로써 이의 광촉매 작용에 의해 악취제거 및 대기오염물질인 NOX, SOX등을 제거하는 공기정화작용을 도모하게 되어 도로, 공원, 광장 등 아스팔트나 블록이나 전주 등의 시멘트 2차 제품이 사용되는 모든 곳에 적용하여 대기정화효과를 득할 수 있는 것으로, 본 발명은 상기 언급한 바 외에도 기존의 아스팔트에 산화티탄을 혼합하여 광촉매작용에 의한 공기정화기능으로 여러 잇점과 효과를 기대할 수 있는 것이다.
본 발명은 도로, 공원, 광장 등 아스팔트 및 시멘트 2차제품이 사용되는 모든 곳에 이용가능한 대기 정화용 아스팔트 및 시멘트 2차 제품에 관한 것으로, 상세하게는 기존의 아스팔트에 TiO2를 첨가시켜 이것의 광촉매작용을 통하여 공기정화효과를 도모코져 하는 것이다.
Claims (2)
- 아스콘, 투스콘, 칼라콘 등의 종래 아스팔트에 산화티탄분말을 혼합하므로서 태양광 조사에 따른 광촉매작용으로 악취제거는 물론 대기오염물질인 SOX, NOX등의 분해가 가능하게 한 것을 특징으로 하는 산화티탄의 광촉매 작용을 이용한 대기정화용 아스팔트.
- 블록이나 전주 등의 시멘트 2차 제품에 산화 티탄 분말을 혼합하여 착색 및 대기오염물질 분해가 가능하게 한 것을 특징으로 하는 산화티탄의 광촉매 작용을 이용한 대기정화용 시멘트 2차 제품.
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