KR20040009316A

KR20040009316A - 전기자장화한 산화티타늄 광촉매를 사용한 공기조화기용정화필터의 제조방법

Info

Publication number: KR20040009316A
Application number: KR1020020043230A
Authority: KR
Inventors: 박승환
Original assignee: 박승환
Priority date: 2002-07-23
Filing date: 2002-07-23
Publication date: 2004-01-31

Abstract

본 발명은 공기조화기용 정화필터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 필터소재의 일표면에는 산화티타늄, 망간, 리듐, 백금, 은, 오산화바나듐, 삼산화 텅그스텐, 비스무스, 니켈, 산화코발트를 함유하고 있는 p 타입 산화티타늄 코팅막(10)을 형성하고, 타표면에는 산화티타늄, 마그네슘, 란타니움 또는 이트리움, 카본을 함유하고 있는 n 타입 산화티타늄 코팅막(20)을 형성한 후 상기 필터소재(30)에 전원을 인가할 수 있는 도전선을 연결시켜 이루어짐으로서 대형 설비로 제조할 수 있으며 대용량, 고농도를 신속하게 처리할 수 있으며 필터의 재활용이 가능한 것이다.

Description

전기자장화한 산화티타늄 광촉매를 사용한 공기조화기용 정화필터의 제조방법{The manufacture method of air conditioner's filter coated a p-n type titanium oxide}

본 발명은 공기조화기용 정화필터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 필터소재의 표면에 p - n 타입화한 산화티타늄 광촉매를 코팅시키고, 전류를 인가시켜 전기자장에 의해 필터의 정화능력을 월등히 향상 시킬 수 있는 전기자장화한 산화티타늄 광촉매를 사용한 공기조화기용 정화필터의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 반도체성 물질들은 에너지 밴드갭 이상의 광에너지를 흡수하면 전도전자가 여기(excited)되어 가전자대(valence band)로 부터 전도대(conduct band)로 전도전자가 이동하여 가전자대에서 정공(positive hole)을 남기고 전도대에는 전자가 생성되어 전자-정공쌍(electron-hole pair)을 형성한다.

이때 전기장이 인가된 반도체의 전자-정공쌍의 거동은 캐리어의 이동수명을 연장시켜서 재결합을 지연시키며 생성된 전자-정공쌍이 화합물과의 반응에 참여하게 된다.

이러한 반도체성 물질중에서 음이온 부족형 비화학 양론성 전단구조를 가진 산화티타늄은 광촉매로 사용할 수 있는 효과적인 물질로서 3.2전자볼트 이상 또는 250 - 400 나노미터 파장의 밴드갭 에너지를 흡수하면 전도전자가 여기되어 전자-정공쌍이 형성된다. 이렇게 여기된 산화티타늄은 수용액과 반응할 경우 산화티타늄 그 자신은 용출됨이 없이 정공은 강력한 산화제인 OH 라디칼을 생성하여 오염물질을 분해하는 산화반응에 참여하고 전자는 환원반응에 활용된다.

따라서 광촉매로써의 산화티타늄은 대기 또는 수중에 포함된 질소산화물(NO_X), 황산화물(SO_X), 염소화합물, 유독성 유기물, 미연소 탄화수소화합물 등을 흡착하여 제거한다는 것은 각종 실험을 통하여 입증되어 있는 주지의 사실이다.

또한 산화티타늄 광촉매는 살균 및 항균, 소취 및 탈취, 열선반사, 담배니코틴 분해제거, 자기정화(Self-clearing), 유분분해 등의 특성으로 인하여 각종 산업분야에서 광범위하게 이용된다.

종래의 광촉매 반응을 일으키기 위하여서는 통상 자외선(UV-Ray)을 조사하여 광에너지를 제공하여 준다, 그러나 이러한 광의 조사에서는 광의 직진성, 반사성 굴절성으로 인하여 광이 흡수될 수 있는 단면에서만 광촉매 작용이 일어날 수 있게 되어 광에 의한 효율성이 극히 낮을 수 밖에 없다.

따라서 현실적으로 산업현장에서 적용하기에는 여러 가지 제약조건이 많게 된다. 즉 광원의 설치문제, 광촉매 코팅의 제작도막두께, 설치장소의 환경적인 요인, 설치비용 및 설치 시스템의 구조상의 문제등 여러가지 제약조건들이 있음으로 인하여 광촉매 반응의 우수한 효과에 비하여 실제 산업현장에서의 적용은 미미한 실정이다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해소하기 위한 것으로, 공기조화용 정화필터의 표면에 p-n화 시킨 산화티타늄을 코팅시킨 후 전기를 인가시켜 줌으로 써, 산화티타늄의 표면에 전자-정공쌍을 형성시켜 광조사가 없는 밀폐된 공간에서도 산화환원 반응범위에 걸쳐 효율적인 표면반응이 일어나게 하여 구조의 경량, 단순화를 이룰 수 있으며, 대용량, 고농도의 신속한 처리가 가능한 전기자장화한 산하티타늄 광촉매를 사용한 공기조화기용 정화필터의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명에서 p type 타입 산화티타늄의 제조공정을 부여주는 흐름도

도 2는 본 발명에서 n type 타입 산화티타늄의 제조공정을 보여주는 흐름도

도 3은 본 발명의 실시예에 대한 단면도

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10 : p 타입 산화티타늄 코팅막 20 : n 타입산화티타늄 코팅막

30 : 필터소재

이하 본 발명의 바른 실시예를 첨부된 도면을 토대로 상세히 설명하면 다음과 같다.

첨부된 도면 중에서 도 1은 본 발명에서 p type 산화티타늄의 제조공정을 보여주는 흐름도를 보여주는 것이고, 도 2는 본 발명에서 n type 산화티타늄의 제조공정을 보여주는 흐름도이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 대한 단면도를 나타낸 것이다.

먼저 p type 산화티타늄 코팅막(10)의 제조는 도 1에서 보이듯이,

1단계는 TEOT〔 Tetraethyl orthotitanate 〕를 물/알콕사이드 몰비를 10 ∼ 50으로 하여 두 용액을 혼합하고, 2 ∼8시간 교반하여 가수분해 반응을 시킨다.

이때 중성의 물 대신 1∼ 7%의 염산 또는 황산수용액을 사용한다.

2단계는 산화티타늄 100㏖ %로 기준으로 하여 ①에서 얻어진 티탄산 산화물을 메타놀용액에 혼합한 후 산소발생 활성제로서 12.5% 염화망간 수용액으로 망간을 0.1∼0.7㏖ %, 7% 염화비스무스 수용액으로 비스무스를 1.5∼3.5㏖ % 11.7% 염화니켈 수용액을 0.5∼1.5㏖ % 담지시킨다.

3단계는 탄화수소의 흡착활성제로서 0.5 % 염화백금 수용액을 0.1∼0.5㏖ %, 10 % 암모니아수에 용해시킨 0.5% 염화은과 7.5 % 수산화리듐 수용액에 용해시킨 12% 오산화바나듐과 5% 삼산화 텅스텐을 각각 0.1∼0.5 ㏖ %, 2∼5㏖ %, 0.5∼2.0 ㏖ % 되게 담지 및 혼합한다. 이때 리듐이온의 삽입(intercalation)으로 p type 코팅의 전기전도성이 향상되고 전도대는 positive value 쪽으로 이동된다.

4단계는 산화티타늄의 에너지 밴드갭을 조정하고, 산소의 운반(oxygenCarrier)기능을 가진 산화형(oxidation type)인 산화코발크를 1∼5㏖ % 혼합한다.

5단계는 분산이 완료된 p type 산화티타늄 코팅조성물을 건조도막 두께 15 ∼ 30 마이크로미터 되도록 필터소재의 일표면에 코팅한 후 400 ∼600℃ 에서 6∼12시간 가열하여 최종 산화티타늄 p type코팅막(10)을 얻는다.

한편 n type 산화티타늄 코팅막(20)의 제조는 도 1에서 보이듯이,

1단계는 p type 과 동일한 방법으로 산화티타늄을 100㏖ % 기준으로 하여

2단계는 수소발생 활성화제로서 18.7 % 염화마그네슘 수용액을 0.5∼1.0 ㏖단지시킨다.

3단계는 천이금속 제ⅢB족 중에서 산화코발트 대비 부전하 활성을 가진 물질(negative electroactive material)인 란타니움 또는 이트리움을 산화티타늄 대비 100 : 10 ∼ 100중량 몰비로 혼합한다.

4단계는 산화티타늄의 밴드갭을 조정하고, OH라디칼을 포착하여 전자전달 촉매기능을 가진 카본을 1.5 ∼ 5.5 ㏖ & 혼합한다.

5단계는 바인더인 수용성 polysiloxane polymer 와 ① ∼ ④가지 혼합물의 조성물을 100 : 120 ∼150 중량비로 하여 두 조성물을 상온에서 6∼24시간 혼합한다.

6단계는 분산이 완료된 n type 산화티타늄 코팅조성물을 필터소재(30)의 타표면에 건조도막두께 15 ∼ 30 마이크로미터 되도록 코팅한 후 400 ∼ 600℃ 에서 6∼ 12 시간 가열하여 최종 산화티타늄 n type 코팅막(20)을 얻는다.

도 3에서 보이듯이 필터소재의 일표면에는 p type 산화티타늄을 코팅하고 타표면에는 n type 산화티타늄으로 코팅시킨 후 전원을 인가할 수 있도록 도전선을 상기 p type 및 n type산화티타늄 코팅막에 연결시킴으로써 본 발명에 따른 전기 자장화한 산화티타늄 광촉매를 사용한 공기조화기용 정화필터의 제조가 완료된다.

이후 전압을 인가하면 전류-전압 특성에 의하여 지이너 또는 전자기움 항복현상이 발생하여 전도전자가 여기된다.

이때 전리충돌에 의한 여기현상이 산화티타늄 입자에서 발생하여 형성된 전자-정공쌍이 산화환원방응에 참여하게 된다.

즉, 마이크로(micro) 관점에서 볼 때 산화티타늄 개개의 입자내에서 전자-정공쌍이 형성되지만, p-n type화하여 매크로(macro)관점에서 볼 때 소수운반자의 주입현상으로 p-type, n-type화 코팅 전체가 하나의 전자-정공쌍의 형태를 취함으로써 산화티타늄의 표면화학반응의 효율성이 급증하는 것이다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 종래의 천연 또는 인공의 자외선 조사 설비대신 전기에너지원을 사용함으로써 대형 설비로 제조할 수 있으며, 전도전자를 여기시켜 표면화학반응이 일어난다. 또한 빠른 반응속도로 인하여 대용량, 고농도를 신속하게 처리할 수 있으며, p-n type을 다단계로 중첩하게 되면 반응효율을 극대화시킬 수 있는 에너지 절감형 감용화 구조로 설계할 수 있다.

그리고 광에 의한 표면반응과 전기에너지원에 의한 표면반응을 겸용으로 사용할 수 있으며, 배기가스의 악취제거에 높은 효율성을 나타낸다.

또한 본 발명은 유기화합물의 제거 뿐 아니라 탈질 및 탈황 동시 처리시설 제작이 용이하다. 그리고 자원의 재활용면에서 필터의 재생이 용이하다.

Claims

필터소재의 일표면에는 산화티타늄, 망간, 리듐, 백금, 은,오산화바나듐, 삼산화 텅그스텐, 비스무스, 니켈, 산화코발트를 함유하고 있는 p 타입 산화티타늄 코팅막(10)을 형성하고, 타표면에는 산화티타튬, 마그네슘, 란타니움 또는 이트리움, 카본을 함유하고 있는 n 타입 산화티타늄 코팅막(20)을 형성한 후 상기 필터소재(30)에 전원을 인가할 수 있는 도전선을 연결시켜 이루어짐을 특징으로 하는 전기자장화한 산화티타늄 광촉매를 사용한 공기조화기용 정화필터의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 p 타입 산화티타늄 코팅막(10)은 TEOT[Tetraethylorthotitanate]를 물/알콕사이드 몰비를 10~50으로 하여 두 용액을 혼합하고 2~8시간 교반하여 가수분해 반응을 시키는 1단계;

산화티타늄 100mol %로 기준으로하여 1단계에서 얻어진 티탄산 산화물을 메타놀 용액에 혼합한 후 산소발생 활성제로써 12.5 % 염화망간 수용액으로 망간을 0.1~0.7㏖ %, 7% 염화비스무스 수용액으로 비스무스를 1.5~3.5㏖ % 11.7 % 염화니켈 수용액을 0.5~1.5㏖ % 담지시키는 2단계;

탄화수소의 흡착활성제로써 0.5% 염화백금 수용액을 0.1~0.5㏖ %, 10% 암모니아수에 용해시킨 0.5 % 염화은과 7.5 % 수산화리듐 수용액에 용해시킨 12 % 오산화바나듐과 5 % 삼산화 텅스텐을 각각 0.1~0.5㏖ %, 2~5㏖ %, 0.5~2.0㏖ % 되게 담지 및 혼합시키는 3단계;

산화티타늄의 에너지 밴드갭을 조정하고 산소의 운반(oxygen Carrier)기능 을 가진 산화형(oxidation type) 인 산화코발트를 1∼5㏖ % 혼합시키는 4단계;

분산이 완료된 p Type 산화티타늄 코팅조성물을 건조도막 두께 15∼30마이크 로미터 되도록 필터소재(30)의 일표면에 코팅한 후 400∼600℃에서 6∼12시간 가열하는 5단계;를 거쳐 이루어짐을 특징으로 하는 전기자장화한 산화티타늄 광촉매를 사용한 공기조화기용 정화필터의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 n Type 산화티타늄 코팅막(20)은 p Type과 동일한 방법으로 산화티타늄을 100㏖ % 기준으로 하여 얻어지는 1단계;

수소발생 활성화제로써 18.7 % 염화마그네슘 수용액을 0.5∼1.0㏖ % 담지시키는 2단계;

천이금속 제ⅢB족 중에서 산화코발트 대비 부전하 활성을 가진 물질(negative electroactive material)인 란타니움 또는 이트리움을 산화티타늄 대비 100 : 10∼100 중량 몰비로 혼합시키는 3단계;

산화티타늄의 밴드갭을 조정하고 OH라디칼을 포착하여 전자전달 촉매기능을 가진 카본을 1.5∼5.5㏖ % 혼합시키는 4단계;

바인더인 수용성 polysiloxane polysmer 와 1∼4 단계의 혼합물의 조성물을 100 : 120∼150 중량비로 하여 두 조성물을 상온에서 6∼24시간 혼합시키는 5단계;

분산이 완료된 n Type 산화티타늄 코팅조성물을 필터소재(30)의 타표면에 건조도막두께 15∼30마이크로미터 되도록 코팅한 후 400∼600℃에서 6∼12시간 가열시키는 6단계를 거쳐 이루어짐을 특징으로 하는 전기자장화한 산화티타늄 광촉매를 사용한 공기조화기용 정화필터의 제조방법.