KR20040096456A - 세라믹 입자 표면에 고정화된 금속 이온 또는 나노입자를이용하여 알데하이드 및 휘발성 유기 화합물을 제거하는기술 - Google Patents

세라믹 입자 표면에 고정화된 금속 이온 또는 나노입자를이용하여 알데하이드 및 휘발성 유기 화합물을 제거하는기술 Download PDF

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Abstract

본 발명은 새로이 신축된 건물 내부에 존재하는 포름알데하이드, 휘발성 유기물질과 같은 환경호르몬 물질들을 세라믹 입자 표면 위에 고정화된 금속 이온 또는 나노입자 들에 선택적으로 흡착시켜 제거하는 기술에 관한 것이다. 수분산 세라믹 수용액에 황 또는 질소 원자가 포함된 실란 화합물을 첨가하여 황 또는 질소 원자들이 세라믹 입자 표면에 화학적으로 결합하도록 하고 여기에 수용성의 금속염을 첨가하면 금속이온과 황 또는 질소 원자 사이의 강력한 결합에 의하여 금속 이온이 세라믹 입자 표면에 고정화 된다. 세라믹 입자 표면에 고정화된 금속 이온과 카보닐기를 함유한 화합물(포름 알데하이드, 아세트 알데 하이드 등), 또는 이중결합이 함유된 휘발성 유기물과 결합력이 매우 강함으로 이들을 이용하여 알데하이드 화합물 또는 휘발성 유기물질을 제거할 수 있다.

Description

세라믹 입자 표면에 고정화된 금속 이온 또는 나노입자를 이용하여 알데하이드 및 휘발성 유기 화합물을 제거하는 기술{Removal of aldehyde and volatile organic chemicals using metal ions or nanoparticles immobilized at the surface of ceramic particles}
본 발명은 세라믹 입자 표면에 Ag, Au, Pt, Pd, Ru, Fe, Co, Ni 등과 같은 금속이온 또는 나노입자를 황 또는 질소 화합물을 연결 매개체로 이용하여 고정화 시키고 금속 이온 또는 나노입자와 카보닐기 (C=0), 에테르기(-0-), 이중 또는 삼중 결합을 함유한 물질과의 강력한 물리적 결합력을 이용하여 이들을 흡착에 의하여 제거하는 기술에 관한 것이다.
최근 새로이 건축된 주택에서는 시공 시 이용되는 많은 유기물들로 인하여 인체에 악 영향을 미치고 있다. 대표적인 예가 새로운 주택에 거주하는 사람들이 이러한 화합물(환경 호르몬)에 의하여 피부 아토피병을 유발하는 경우가 많은 것으로 보고 되고 있다. 이러한 유해성 물질들을 제거하기 위하여 기존에는 이산화티탄 같은 광촉매가 많이 활용되고 있으나 그 효과는 미미한 것으로 알려져 있다. 이산화티탄을 실제 건물에 적용 시 실내 빛의 강도가 충분하지 않아 이산화티탄이 촉매성능을 갖도록 활성화 시켜주지 못하며, 만일 충분한 빛의 강도로 이산화티탄을 조사하면 유해성 유기물뿐만 아니라 건축물 자재(벽지, 페인트, 플라스틱류 등)도 함께 분해시키는 결과를 초래한다. 따라서 건자재의 내구성에 나쁜 영향을 주게 된다. 이러한 문제들을 해결하기 위하여 이산화티탄을 코팅하는 등 여러 기술들이 개발되고 있으나 아직 만족할만한 수준에 도달하지 못하고 있다.
일반적으로 카보닐기, 에스테르기, 불포화 결합을 함유한 화합물은 Rh, Pt, Pd, Ru, Ir, Ag, Au, Fe, Co, Ni, Al 등의 금속 표면에 선택적으로 강하게 결합하는 것으로 보고되었다. 한편 이러한 화합물과 금속 이온 사이의 선택적 결합력은 더욱 큰 것으로 보고되었다. 따라서 금속 이온을 세라믹 입자 표면에 고정화 시키면 인체에 유해한 환경호르몬성 유기물들을 선택적으로 흡착시켜 제거할 수 있게 된다. Yu 등의 보고(Reactive and Functional Polymer 44, 55-64 (2000))에 의하면 Polyvinylpyrrolidoue에 존재하는 카보닐기응 Fe, Co 이온등과 결합력이 매우 강한 것으로 알려져 있다. 또한 Ag 이온과 폴리에칠렌옥사이드 내 산소원자 (Ind. Eng. Chem. Res. 38, 4051-4059 (1999)), 또한 Polyacrylic acid내 c=0 그룹도 실버 이온과 결합력이 우수한 것으로 보고 되었다 (J. Polym. Sci. B: Polym. Phys. 35, 909-917 (1997)). 이와 같이 카보닐기, 에테르기, 불포화 결합이 금속 또는 금속이온과의 결합력이 우수한 것으로 보고되었으나 이들을 이용하여 환경호르몬 물질, VOC 등을 흡착에 의하여 제거하는 기술은 아직 개발되지 못하였다.
본 발명에서는 알데하이드 화합물, 에테르 화합물, 불포화 화합물과 결합력이 강한 금속 이온 또는 나노입자를 세라믹 입자 표면에 고정화시켜 이들을 선택적으로 제거하는 것을 과제로 한다. 금속을 세라믹 입자 표면에 고정화 시키는 기술은 황 또는 질소원자 함유 실란화합물을 세라믹 입자 표면에 화학적으로 결합시키고, 또한 황 또는 질소 원자와 금속 사이의 강력한 결합력을 이용하면 금속을 세라믹 입자표면에 강력하게 고정화 시킬 수 있다. 이 방법으로 제조된 입자들을 포름알데하이드, 아세트 알데하이드와 같은 카보닐기 함유 화합물, 에칠렌 옥사이드 또는 톨루엔 같은 불포화 화합물, 에테르 화합물이 존재하는 곳에 이용하면 이 화합물들을 선택적으로 흡착 제거할 수 있다.
이하, 본 발명을 좀 더 구체적으로 실리카 입자 이용의 경우에 대하여 설명하면 다음과 같다. 실리카 입자들이 분산된 알카리 수용액에 황 성분을 포함하고 있는 기능성 첨가제인 (3-Mercaptopropyl) trimethoxysilane을 40 ℃에서 첨가하면 -SH group들이 실리카 입자표면에 화학적으로 배열된 입자들을 얻을 수 있다. 여기에 수용성 금속염을 첨가하면 금속 이온들이 황 원자와 물리적으로 결합하여 금속 이온들이 실리카 입자 표면에 고정화 된다. 이들을 이용하여 포름알데하이드, 아세트 알데하이드, 톨루엔, 크실텐, 벤젠 등을 흡착 제거할 수 있다. 이 때 실리카 입자 표면에 고정화 되는 금속 이온은 한 종류의 이온 또는 2종류 이상의 금속 이온 혼합물을 이용할 수도 있다.
[실시예]
[실시예 1]
10cm x 10cm 되는 종이 위에 은 이온이 고정화된 실리카 입자 수용액을 분사 시킨 후 2 리터의 밀폐 용기에 위치시키고 2.5 마이크로리터의 톨루엔을 용기내에 분사 시킨 후 시간에 따른 용기내 톨루엔의 흡착 제거율은 다음과 같다.
[실시예 2]
실시예 1에서와 같은 방법으로 10 cm x 10 cm 종이 위에 은이온이 고정화 실리카 입자 분산 수용을 분사 건조 후 2 리터의 밀폐 용기에 넣고 1 마이크로 리터의 포름알데하이드를 분사 시킨 후 시간에 따른 포름알데하이드의 흡착 제거율은 다음 표와 같다.
세라믹 입자 표면에 금속 이온 또는 나노입자를 고정화시켜 카보닐기, 에테르기, 불포화 결합 함유 화합물을 흡착 제거하는 데 이용하면 요즈음 신축 건물에서 문제가 되고 있는 새집 증후군 해결이 가능해 질 것이다. 또한 유해성 물질들을 선택적으로 흡착 제거하고 건축자재 자체에는 영향이 없으므로 건축자재의 내구성에 해를 끼치지 않게 된다.

Claims (5)

  1. 실리카 입자 표면에 황 또는 질소 원자를 매개체로 금속 이온 또는 금속 나노입자를 고정화 시키고 이들을 이용하여 알데하이드, 에테르, 불포화 결합 함유 휘발성 유기화합물을 제거하는 데 이용하는 기술
  2. 청구항 1에서 금속이온 또는 금속 나노 입자로 Ag, Au, Pt, Pd, Fe, Co, Al, Ni, Ru, Rh, Ir 등의 이온 또는 나노입자를 이용하는 기술.
  3. 청구항 2에서 금속의 종류가 단일 또는 2 종 이상의 혼합물을 이용하는 기술
  4. 청구항 1과 실리카 입자 대신 이산화티탄 등의 다른 세라믹 입자를 이용하는 기술.
  5. 청구항 4에서 세라믹 입자 대신 고분자 입자를 이용하는 기술
KR1020040073598A 2004-09-14 2004-09-14 세라믹 입자 표면에 고정화된 금속 이온 또는 나노입자를이용하여 알데하이드 및 휘발성 유기 화합물을 제거하는기술 KR20040096456A (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US7893104B2 (en) 2007-03-01 2011-02-22 Jong-Min Lee Process for synthesizing silver-silica particles and applications

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