KR20060044236A - 가스흡착 및 광분해 특성을 동시에 갖는 광촉매종이 및이의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 가스흡착 및 광분해 특성을 동시에 갖는 광촉매종이 및 이의 제조방법에 관한 것으로 보다 상세하게는 통상의 종이에 광촉매와 흡착제를 포함하도록 하여 가스흡착과 광분해 특성을 동시에 갖도록 하면서 내구성이 우수한 광촉매종이 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에서는 광촉매, 흡착제, 무기섬유를 포함하도록 하여 흡착 및 광촉매특성을 동시에 갖게 함으로서 오염공기의 제거속도를 극대화하고, 자외선의 조사에도 불구하고 광촉매에 의한 유기물의 분해가 거의 일어나지 않는 내구성이 우수한 광촉매종이 제공을 목적으로 한다.
Description
도 1은 본 발명에 따른 광촉매종이 표면을 확대한 사진이다.
도 2는 도 1의 광촉매종이로 제조한 허니컴 필터이다.
도 3은 실시예, 비교예 1 내지 비교예 4에 의해 제조한 광촉매종이의 톨루엔 흡착량을 비교하여 나타낸 그래프이다.
도 4는 실시예, 비교예 1 내지 비교예 4에 의해 제조한 광촉매종이의 내구성 비교선도이다.
도 5(a) 내지 도 5(e)는 실시예 1, 비교예 1 내지 비교예 4에 의해 제조한 광촉매종이의 아세트알데히드 제거량 및 분해량을 비교하여 나타낸 그래프이다.
본 발명은 가스흡착 및 광분해 특성을 동시에 갖는 광촉매종이 및 이의 제조 방법에 관한 것으로 보다 상세하게는 통상의 종이제조 방법을 사용하여 종이 내에 광촉매와 흡착제 및 무기섬유를 포함하도록 하여 가스흡착과 광분해 특성을 동시에 갖도록 하면서 광촉매가 흡착제와 무기섬유에 선택적으로 결합되도록 하여 광 조사시에 광촉매에 의해 분해가 진행되지 않는 내구성이 우수한 광촉매종이 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명은 세탁소, 인쇄소, 신규주택 등에서 연속적으로 발생하는 수 ppm미만의 저농도 휘발성유기화합물(VOC)을 효과적으로 신속하게 제거할 수 있는 방법으로서 종래에는 활성탄이 함유된 허니컴 필터를 장착시킨 흡착식 공기정화기를 이용하거나, 이산화티타늄(TiO2) 광촉매를 표면에 코팅한 허니컴 또는 활성탄과 TiO2를 2중 코팅한 허니컴에 자외선(UV)을 조사하여 TiO2에 의해 산화분해 되도록 하는 광촉매 산화식 공기정화기가 주로 이용되고 있다. 또한 이들 공기정화기에 사용되는 소재는 유기섬유인 종이로 만든 허니컴(honeycomb), 코디어라이트 등 무기소재를 이용한 압출 허니컴, 알루미늄 등 금속소재 허니컴, 고분자수지 허니컴, 유리관 등이며, 이들 소재의 표면에 TiO2 광촉매와 활성탄을 단독 또는 혼합으로 코팅하여 사용되고 있다.
그러나 이러한 경우에는 광촉매에 의한 산화분해 반응만으로 VOC를 제거하기 때문에 제거속도가 느리고 완벽한 제거가 곤란하다. 또한 흡착제와 함께 TiO2 광촉매를 표면에 코팅한 경우에도 코팅량에 한계가 있고 시간이 지남에 따라 흡착제와 TiO2 광촉매가 박리될 수 있으며, TiO2 광촉매를 지지체에 코팅할 때 사용된 바인더에 의해 그 특성이 저하되는 경향이 있다. 특히 유기물로 이루어진 허니컴에 코팅한 경우에는 자외선(UV)의 조사에 따라 광산화에 의한 유기물의 분해가 진행되어 특성이 크게 저하되는 단점이 있다.
본 발명에 의한 광촉매종이는 흡착제, 광촉매, 유기섬유(펄프), 무기섬유, 무기결합제를 포함하도록 하여 종이형태로 제조한 것으로서 실내 VOC를 제거할 때 흡착과 함께 광촉매에 의한 분해가 동시에 이루어져 제거속도가 빠르며, 흡착제에 흡착된 VOC는 확산에 의해 광촉매에 접촉되어 분해가 진행됨으로써 자체적으로 재생 가능한 종이이다. 또한 광촉매종이 내부에 함유된 유기섬유가 UV빔이 조사될 때 광촉매에 의해 분해되는 것을 방지하기 위하여 종이 제조시 응집제 및 무기결합제를 사용하여 TiO2 광촉매가 흡착제 및 무기섬유에 선택적으로 결합되도록 함으로써 광촉매 종이의 내구성을 크게 개선시킬 수 있다.
이러한 광촉매종이의 제조는 일반적인 종이 제조방법을 사용하여 제조함으로서 제조방법의 적용이 쉽다는 장점이 있으며, 광촉매종이를 편파성형하면 허니컴 형태로 제조할 수 있어서 일반적인 공기 정화기에 장착시킬 수 있기 때문에 기존의 광촉매 소재가 갖고 있는 단점을 획기적으로 개선할 수 있다.
본 발명에서는 소재자체에 광촉매, 흡착제, 무기섬유를 포함하도록 하여 흡 착 및 광촉매특성을 동시에 갖게 함으로서 오염공기의 제거속도를 극대화하고, 자외선의 조사에도 불구하고 광촉매에 의한 유기물의 분해가 거의 일어나지 않는 내구성이 우수한 광촉매종이 제공을 목적으로 한다.
본 발명은 광촉매종이의 제조시 광촉매, 흡착제, 무기섬유가 포함된 광촉매종이를 제조함으로서 광촉매종이에 포함된 흡착제에 의한 VOC 흡착특성을 부여하고, 광촉매에 의한 VOC 광산화분해 기능을 부여하며, 특히 흡착제에 흡착된 VOC가 기공에서 표면으로의 확산에 의해 흡착제 표면에 분포되어 있는 광촉매와 접촉하여 광산화분해 됨으로써 흡착제의 자체 재생이 가능하도록 하였다. 또한 광촉매종이 제조시 응집제를 사용하여 광촉매를 무기섬유와 흡착제 표면에만 선택적으로 결합시킴으로써 광촉매의 광산화 반응에 따른 유기섬유의 분해를 최소화시켜 가스흡착 및 광분해 특성을 동시에 가지면서 내구성이 우수한 광촉매종이의 제조방법을 제공하고자 한다.
또한 본 발명은 광촉매, 흡착제, 무기섬유가 포함된 광촉매종이를 이용하여 편파성형 한 후 적층하여 허니컴 형상으로 성형함으로써 실내외 오염공기 정화용 필터로 사용할 수 있다.
상기에서 언급한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 광촉매 종이는 오염물질을 제거할 수 있는 종이에 있어서, 광촉매, 흡착제, 무기섬유를 포함한다.
본 발명의 광촉매종이에 포함되는 광촉매는 이에 접촉되는 휘발성유기화합물, 질소산화물(NOx), 황산화물(SOx) 등을 자외선의 조사에 의해 산화분해시킬 수 있는 물질이라면 어떠한 것이라도 사용할 수 있다. 본 발명에서 이러한 광촉매의 일예로서 이산화티타늄(TiO2)과 이산화티타늄(TiO2)의 특성을 향상시킬 목적으로 이산화티타늄(TiO2)에 금속이온을 결합시킨 MxTiO2형 광촉매도 사용할 수 있다. MxTiO2형 광촉매에 있어서 M은 Pd, Pt, Cu, Au, Ni, Cr 중에서 선택된 어느 하나의 금속이고, x는 0.1∼0.5이다.
본 발명의 광촉매종이에 포함되는 흡착제는 오염된 공기중에 함유되어 있는 휘발성유기화합물, 질소산화물(NOx), 황산화물(SOx)과 같은 물질에 대하여 흡착특성이 우수한 것이라면 어떠한 것이라도 사용할 수 있다. 본 발명에서 이러한 흡착제의 일예로서 제올라이트, 활성탄소 중에서 선택된 어느 하나 이상을 사용할 수 있다.
본 발명의 광촉매 종이에 포함된 무기섬유는 종이의 인장특성을 향상시키고 상기의 광촉매와 결합시켜 종이의 내구성을 향상시킬 수 있는 것이라면 어떠한 것이라도 사용할 수 있다. 본 발명에서 이러한 무기섬유의 일예로서 Al2O3, SiO
2를 기본 물질로 하는 알루미노 실리케이트 섬유, 알루미나 섬유, 실리케이트 섬유, 유리섬유, 활성탄 섬유, 세피오라이트(sepiolite) 중에서 선택된 어느 하나 이상을 사용할 수 있다.
본 발명의 광촉매 종이는 광촉매와 흡착제, 광촉매와 무기섬유 간의 결합특성을 향상시키기 위해 무기결합제를 추가로 포함할 수 있다. 본 발명에서 무기결합 제는 위에서 언급한 역할을 할 수 있는 것이라면 어떠한 것이라도 사용할 수 있다. 본 발명에서 이러한 무기결합제의 일예로서 Al2O3, SiO2를 기본 물질로 하는 알루미나, 실리카와 이들 물질을 졸 상태로 한 알루미나졸 및 실리카졸 중에서 선택된 어느 하나 이상을 사용할 수 있다.
본 발명은 광촉매와 흡착제, 무기섬유를 함유하는 광촉매종이의 제조방법을 포함한다.
본 발명의 광촉매종이 제조방법은 광촉매와 흡착제, 무기섬유를 포함하는 광촉매종이 제조에 있어서.
(1)정제수에 무기섬유, 광촉매와 흡착제를 첨가하여 교반시키는 단계와,
(2)상기 (1)단계 후 응결제 및 무기결합제를 사용하여 광촉매를 무기섬유와 흡착제에 결합시키는 단계와,
(3)상기 (2)단계 후 유기섬유, 분산제, 유기결합제를 첨가하여 종이 제조를 위한 슬러리를 얻는 단계와,
(4)상기 (3)단계 후 얻은 슬러리를 통상의 종이제조장치에 공급하여 탈수, 건조공정을 거쳐 종이를 제조하는 단계를 포함한다.
상기 광촉매종이를 제조하는 (1)단계 내지 (4)단계로부터 두께 0.1∼0.6mm, 밀도 80∼500g/m2인 광촉매종이를 얻을 수 있다.
이하 본 발명의 광촉매종이 제조방법을 각각의 단계에 의해서 설명하고자 한 다.
제(1)단계는 본 발명의 필수 구성성분인 광촉매, 무기섬유, 흡착제가 물속에서 잘 분산되어 골고루 퍼지도록 하기 위하여 이들을 첨가한 후 200∼1500rpm으로 1∼5시간 동안 교반하는 공정이다.
상기 제(1)단계는 본 발명의 광촉매종이에서 필수 구성성분인 광촉매, 무기섬유, 흡착제를 물속에 넣은 후 이들이 물속에서 충분히 풀어지도록 교반함으로써 슬러리 내에 입자들을 골고루 분포시켜 제(2)단계에서 투입될 응집제, 무기결합제에 의한 입자들 간의 균일한 응집 및 결합이 이루어지도록 하기 위한 교반공정이다.
상기 제(1)단계에서 투입된 광촉매, 무기섬유, 흡착제와 같은 필수성분들이 물속에서 충분히 풀어지지 않고, 또한 분산이 잘 되어있지 않을 경우에는 제(2)단계에서 이들 서로간의 결합이 원만히 이루어지지 않을 뿐만 아니라 슬러리가 불균일한 상태가 되어 최종적으로 얻게 될 광촉매 종이의 흡착, 광산화특성 및 내구성이 좋지 못하다.
상기 제(1)단계에서 첨가하는 무기섬유는 광촉매와의 결합을 통한 내구성을 개선할 목적뿐만 아니라 광촉매종이의 인장강도 유지하고, 종이를 다공성으로 만들어 흡착제와 광촉매가 광촉매종이 내에 담지 되기가 쉽도록 하기 위하여 사용하는 것으로서 통상적인 무기섬유를 사용할 수 있다. 본 발명에서 이러한 무기섬유의 일예로서 알루미노실리케이트 섬유, 유리섬유, 실리카섬유, 알루미나섬유, 활성탄섬유, 세피오라이트 중에서 선택된 어느 하나 이상을 정제수 중량 대비 0.01∼0.2％ 사용할 수 있다.
본 발명에서 상기 무기섬유를 정제수 중량 대비 0.01％ 미만 사용하면 광촉매종이의 인장특성이 감소할 뿐만 아니라 광촉매종이가 치밀화 되어 흡착제 및 광촉매의 담지가 곤란하다는 문제가 있다. 무기섬유를 정제수 중량 대비 0.2％ 초과하여 사용하는 경우에는 종이의 밀도를 감안할 때 상대적으로 적은 함량의 흡착제와 광촉매를 사용하여야 하므로 광촉매종이의 흡착특성 및 광촉매에 의한 광분해특성이 감소하는 문제가 있다.
상기 제(1)단계에서 첨가하는 광촉매는 종이 표면에 접촉되는 휘발성유기화합물과 질소산화물(NOx), 황산화물(SOx)과 같은 물질을 광산화에 의해 분해 제거할 목적으로 사용한다. 또한 광촉매종이 내부의 흡착제 기공에 흡착되어 있던 상기한 오염물질이 흡착제 표면으로 확산되어 나올 때 광촉매에 의해 산화분해 됨으로써 결과적으로 흡착제를 재생시키는 역할을 할 수 있다. 본 발명에서 이러한 광촉매의 일예로써 이산화티타늄(TiO2) 또는 이산화티타늄(TiO2)의 특성을 향상시킬 목적으로 이산화티타늄(TiO2)에 금속이온을 결합시킨 MxTiO2 형 광촉매 중에서 선택된 어느 하나 이상을 제거하고자 하는 오염물질의 농도와 흡착제의 비율을 고려하여 정제수 중량 대비 0.1∼1.0％ 첨가할 수 있다. 상기 MxTiO2형 광촉매에 있어서, M은 Pd, Pt, Cu, Au, Ni, Cr 중에서 선택된 어느 하나의 금속이고, x는 0.1∼0.5이다.
본 발명에서 광촉매를 정제수 중량 대비 0.1％ 미만 사용하면 오염물질의 광산화분해가 거의 일어나지 않고 흡착제에 의한 오염물질의 흡착에 의해서만 오염물 질이 제거되는 문제가 있다. 또한 광촉매를 정제수 중량 대비 1.0％ 초과하여 사용하는 경우에는 흡착제의 함량이 상대적으로 감소하고, 광촉매종이의 주요 구성성분인 유기섬유에 광촉매가 결합되는 비율이 증가되어 광산화에 의한 광촉매종이의 분해를 초래할 수 있다. 따라서 본 발명의 광촉매종이 제조시 광촉매는 정제수 중량 대비 0.1∼1.0％ 사용하는 것이 바람직하다.
상기 제(1)단계에서 첨가하는 흡착제는 오염공기 중에 포함되어 있는 휘발성유기화합물, NOx, SOx 등의 가스상 오염물질에 대한 흡착특성이 우수한 것이라면 어떠한 것이라도 사용할 수 있다. 본 발명에서 이러한 흡착제의 일예로서 제올라이트, 활성탄소 중에서 선택된 어느 하나 이상을 정제수 중량 대비 0.1∼1.0％ 사용할 수 있다. 흡착제의 사용량이 상기 수치 범위 미만을 첨가한 경우에는 흡착특성이 크게 저하되며, 수치 범위를 초과하는 경우에는 무기섬유, 광촉매의 함량이 상대적으로 적게 들어가야 종이의 밀도를 적절히 유지할 수 있으므로 결과적으로 인장특성과 광촉매 분해특성이 저하하기 때문에 바람직하지 못하다.
제(2)단계는 제(1)단계에서 첨가되어 교반에 의해 슬러리 내에서 풀어져 분산되어 있는 광촉매, 흡착제, 무기섬유를 응결제에 의해 흡착제-광촉매, 무기섬유-광촉매의 형태로 결합시키고 최소한의 결합강도를 유지시키기 위하여 무기결합제를 첨가하는 공정이다.
상기 제(2)단계에서 첨가하는 응결제는 슬러리 상에 분산되어 있는 무기물을 전기화학적으로 결합시키기 위하여 제타전위가 음(-) 상태인 슬러리를 제타전위를 0에 가깝게 할 목적으로 첨가되는 양이온성 물질이다. 본 발명에서 이러한 응결제 로서 황산알루미늄, 양이온성 스타치(strach), 폴리디알리디메틸암모니움클로라이드(PDADMAC)중에서 선택된 어느 하나 이상을 사용할 수 있다.
이들 응결제의 첨가량은 응결제의 종류에 따라 양이온의 농도가 다르기 때문에 한정할 수 없으나 10∼50ppm 범위가 적당하다. 일예로 폴리디알리디메틸암모니움클로라이드의 경우 20∼45ppm 범위가 적당하며, 이 범위 중 25ppm 정도에서 슬러리의 제타전위가 제로인 등전점을 나타내나, 슬러리 내에 각각의 첨가물의 변화에 따라 약간의 차이를 나타낼 수 있다. 본 발명에서 응결제의 첨가량이 많아서 제타전위의 절대치가 등전점에 너무 가까워지면 슬러리 내에 함유된 광촉매와 무기섬유, 흡착제 간의 응집이 과도하게 이루어져 흡착특성 및 광산화 분해특성을 저해할 수 있다. 응결제의 첨가량이 너무 적을 경우에는 슬러리 내에 함유된 물질의 분산은 잘 이루어지나 무기물들 간의 결합이 미약하여 광촉매종이의 내구성이 증가하지 않는 문제가 있다.
제(2)단계에서 첨가하는 무기결합제는 유기결합제에 의해 전기적으로 미약하게 결합되어 있는 흡착제-광촉매, 무기섬유-광촉매의 결합을 강화시키기 위해 첨가하며, 이러한 목적을 위해 사용할 수 있는 무기결합제라면 어떠한 것이라도 사용할 수 있다. 본 발명에서 이러한 무기결합제의 일예로서 실리카(silica), 알루미나(alumina)와 이들 물질을 졸 상태로 한 실리카졸 및 알루미나졸 중에서 선택된 어느 하나 이상을 정제수 중량 대비 0.01∼0.1％ 사용할 수 있다.
무기결합제는 광촉매와 결합되어 있는 흡착제 및 무기섬유의 결합을 광촉매종이를 제조할 때까지만 유지시켜 줄 수 있는 최소한의 함량을 첨가하는 것이 바람 직하며, 함량이 0.1% 이상이 되면 무기결합제가 흡착제와 광촉매의 표면에 과도하게 분포되어 이들의 고유특성이 저하하게 되므로 정제수 중량 대비 0.01∼0.1％ 첨가하는 것이 바람직하다.
제(3)단계는 무기섬유, 광촉매, 흡착제, 응결제, 무기결합제가 첨가된 후 종이의 주요구성성분인 유기섬유를 첨가하고, 분산제와 유기결합제를 첨가한 후 200∼500rpm으로 0.5∼2시간 동안 교반하여 광촉매종이 성분이 모두 포함된 슬러리를 제조하는 공정이다.
상기 제(3)단계에서 첨가하는 유기섬유는 광촉매종이를 구성하는 주요 구성성분으로 목재펄프, 침엽수펄프, 활엽수펄프 등의 천연유기섬유 또는 고분자 합성유기섬유 중에서 선택된 어느 하나 이상을 정제수 중량 대비 0.1∼1.0％ 사용할 수 있다.
본 발명에서 유기섬유를 정제수 중량 대비 0.1 미만 사용하는 경우 종이의 인장특성이 감소하는 문제가 있다. 또한 유기섬유를 정제수 중량 대비 1.0％ 초과하여 사용하는 경우 종이가 지나치게 치밀화되어 광촉매종이에 광촉매와 흡착제를 적량 함유시키기 어려우며, 적량의 광촉매와 흡착제가 함유되었다고 해도 종이 내부에 유기섬유가 많이 분포되어 광촉매종이의 흡착특성 및 광분해 특성이 개선되지 않으며, 광촉매종이의 내구성 개선에도 어려움이 있다.
상기 제(3)단계에서 첨가하는 분산제는 양이온성의 응결제에 의해 슬러리의 제타전위가 제로에 가깝게 되어 있어 응집이 용이한 상태로 되어 있으므로 슬러리의 제타전위가 제로로부터 멀어지도록 하여 응집된 상태의 첨가물질들의 분산을 용 이하게 하기 위해 사용하는 음이온성 물질을 의미한다. 본 발명에서 이러한 분산제의 일예로서 음이온 폴리아크릴아마이트(A-PAM), 음이온 스타치(starch) 중에서 선택된 어느 하나 이상을 사용할 수 있다. 분산제 역시 상기에서 언급한 응결제와 같이 종류에 따라 음이온의 농도가 다르므로 한정하기 어려우나 1∼40ppm 범위가 적당하다. 일예로 음이온 폴리아크릴아마이드의 경우 1∼20ppm 범위가 적당하다. 분산제를 첨가하지 않을 경우 슬러리 내에 첨가된 물질들의 분산이 적절히 이루어지지 않아 광촉매 종이를 제조했을 때 광촉매종이 내부에 함유되어 있는 광촉매, 흡착제 및 무기물들이 불균일하게 분포될 수 있다.
상기 제(3)단계에서 첨가하는 유기결합제는 종이의 표면에 분포되어 종이의 인장특성 및 성형성을 개선하기 위해 사용한다. 본 발명에서 이러한 유기결합제의 일예로서 폴리비닐아세테이트(PVA)를 사용하며 정제수 중량 대비 0.01∼0.1％ 사용할 수 있다. 유기결합제 또한 과도한 첨가는 광촉매종이의 고유특성을 저하시킬 수 있다.
제(4)단계는 제(1)단계 내지 제(3)단계 후 얻은 슬러리를 통상적으로 사용하는 종이제조장치에 공급하여 탈수, 건조, 재단하는 공정을 거쳐 종이를 제조하는 공정이다. 제(1)단계 내지 제(3)단계 후 얻은 슬러리를 종이제조장치에 공급한 후 상기의 공정을 거쳐 두께 0.1∼0.6mm, 밀도 80∼500g/m2의 광촉매종이를 제조할 수 있다.
광촉매종이의 두께가 상기한 범위내에 있지 않을 경우 허니컴을 제조하기가 곤란하며, 상기한 광촉매종이의 밀도는 제(1)단계 내지 제(3)단계에서 전술한 첨가물들의 적정범위를 벗어나지 않을 경우에 얻어질 수 있다.
한편 본 발명은 광촉매 종이를 사용목적에 맞는 적절한 크기로 절단하여 종이 그 자체로 사용할 수 있다. 또한 본 발명의 광촉매종이는 한쪽 면은 평평하고 다른 한쪽 면은 파형화 되도록 편파성형하여 편파성형체를 얻을 수 있으며, 이러한 편파성형체를 다수 적층하여 용도에 맞도록 허니컴 형태로 성형하고 크기를 조절하여 공기정화용 필터로 이용할 수 있다.
이하 본 발명의 내용을 실시예 및 시험예를 통하여 구체적으로 설명한다. 그러나, 이들은 본 발명을 보다 상세하게 설명하기 위한 일예일 뿐 본 발명의 권리범위가 이들에 의해 한정되는 것은 아니다.
<실시예>
광촉매종이를 제조하기 위해 물 10kg에 알루미노실리케이트 화이버 8g, 세피오라이트 10g을 넣고 첨가물들이 충분히 풀어지도록 1000rpm으로 1시간 동안 교반한 후 활성탄 50g, 입자크기가 30nm인 이산화티타늄(TiO2) 분말 20g을 첨가하여 슬러리 내의 모든 첨가물들이 잘 분산될 때까지 1000rpm으로 2시간 동안 교반하였다.
그 다음 1000rpm으로 교반이 이루어지는 상태에서 첨가된 무기물질과 활성탄 표면에 TiO2 광촉매 분말을 응집시키기 위하여 폴리디알리디메틸암모니움클로라이드(PDADMAC)을 25ppm의 농도로 첨가하였으며, 무기결합제인 실리카졸을 5g 첨가하였고 이들의 응집을 확인한 후 비팅(beating)한 활엽수 펄프 24g을 투입하여 골고루 분산이 이루어지도록 교반상태를 유지하였다.
슬러리 내에서 첨가물들의 교반에 따른 분산이 완료된 후 음이온 분산제인 폴리아크릴아마이드(A-PAM)를 5ppm의 농도로 투입하였으며, 그 후 유기결합제인 폴리비닐아세테이트(PVA)를 10g 투입하여 광촉매종이 제조를 위한 슬러리를 완성하였다.
제조된 슬러리를 소규모 실험용 종이제조장치(KIER-PP, PMC코리아, 한국)에 공급하여 자연탈수와 진공흡입탈수, 압착탈수과정을 거쳐 회수하였다. 회수된 종이를 건조로에서 110℃로 5시간 유지하여 두께 0.4mm, 밀도 350g/m2인 광촉매종이를 제조하였다. 한편 광촉매종이의 표면을 확대한 사진을 도 1에 나타내었다.
제조된 광촉매종이를 한쪽 면은 평평하고 다른 한쪽 면은 파형화 되도록 편파성형하여 직사각형 형태의 편파성형체를 성형한 후 이 편파성형체를 적층함으로써 도 2와 같은 허니컴 형태의 VOC 흡착 및 광산화 분해특성을 갖는 허니컴 필터를 제조하였다.
<비교예 1>
무기섬유인 알루미노 실리케이트화이버를 첨가하지 않는 것을 제외하고는 실 시예와 동일한 조성 및 방법으로 종이 및 허니컴 필터를 제조하였다.
<비교예 2>
광촉매인 TiO2 광촉매 분말을 첨가하지 않는 것을 제외하고는 실시예와 동일한 조성 및 방법으로 종이 및 허니컴 필터를 제조하였다.
<비교예 3>
활성탄을 첨가하지 않는 것을 제외하고는 실시예와 동일한 조성 및 방법으로 종이 및 허니컴 필터를 제조하였다.
<비교예 4>
양이온 응집제인 폴리디알리디메틸암모니움클로라이드(PDADMAC)를 첨가하지 않는 것을 제외하고는 실시예와 동일한 조성 및 방법으로 종이 및 허니컴 필터를 제조하였다.
<시험예 1>
상기의 실시예 및 비교예 1 내지 비교예 4에서 제조한 광촉매종이에 대한 톨루엔 흡착특성을 도 3에 나타내었다. 도 3의 결과로 볼 때 활성탄은 흡착에 크게 기여하지만 TiO2 광촉매 분말은 기공이 거의 없어 흡착에 기여하지 못하고 있음을 알 수 있다. 즉 광촉매종이 제조시에 활성탄을 첨가하지 않은 비교예 3의 경우 톨루엔의 흡착이 거의 일어나지 않았고, 활성탄이 함유된 나머지 실시예의 경우에는 거의 비슷한 수준의 흡착특성을 보였다. 이는 비교예 3을 제외하고는 종이 자체에 함유되어 있는 활성탄의 함량이 비슷하기 때문이며, 따라서 광촉매종이에 흡착특성을 부여하기 위해서는 TiO2 광촉매 분말이 아닌 활성탄이나 제올라이트 등의 흡착제가 필요함을 알 수 있다.
<시험예 2>
상기의 실시예 및 비교예 1 내지 비교예 4에서 제조한 광촉매종이에 대한 내구성실험 결과를 측정하고 그 결과를 도 4에 나타내었다.
도 4는 실시예 및 비교예 1 내지 비교예 4에서 제조한 광촉매종이에 자외선(UV)을 0시간, 65시간, 187시간 조사한 후 인장강도를 측정한 결과이다.
실시예의 경우에는 응집제를 사용하여 무기섬유-광촉매, 활성탄-광촉매의 형태로 TiO2 광촉매 분말을 무기물질에 선택적으로 결합시킴으로써 자외선 조사에 따른 광촉매종이의 분해가 거의 일어나지 않아 UV 조사 전후의 인장강도는 거의 같은 값을 나타내었다.
또한 비교예 2의 경우에는 광촉매종이 제조시에 TiO2 광촉매 분말을 넣지 않은 경우이므로 이 역시 자외선 조사 전후의 인장강도는 거의 같은 값을 나타내었다. 그렇지만 비교예1,3,4의 경우에는 자외선을 조사했을 때 TiO2 광촉매 분말에 의한 광촉매종이의 분해가 일어나서 자외선 조사 후 인장강도는 크게 감소하였다.
특히 비교예 3의 경우에는 광촉매종이에 흡착제가 포함되어 있지 않음으로 인해 상대적으로 TiO2 광촉매 분말이 유기섬유 표면에 많이 분포됨에 따라서 인장강도의 감소가 두드러졌다. 비교예 4의 경우에도 응집제를 넣지 않아 무기섬유 및 활성탄과 TiO2 광촉매 분말간의 선택적인 결합이 이루어지지 않음으로 인해 자외선 조사 후 인장강도의 감소가 두드러지게 나타났다. 따라서 응집제에 의한 무기섬유 및 활성탄과 TiO2 광촉매 분말간의 선택적인 결합은 광촉매종이의 내구성에 크게 기여하고 있음을 명백히 알 수 있다.
<시험예 3>
상기의 실시예 및 비교예 1 내지 비교예 4에서 제조한 광촉매종이에 대한 아세트알데히드 제거량 및 분해량에 대한 결과를 측정하고 그 결과를 도 5(a) 내지 도 5(e)에 나타내었다.
도 5(a) 내지 도 5(e)는 일정농도의 아세트알데히드가 포함된 밀폐된 공간에 실시예 및 비교예 1 내지 비교예 4에서 제조한 광촉매종이를 넣고 자외선을 조사했을 때 아세트알데히드 제거량(흡착+광산화분해에 따른 아세트알데히드 제거량 ■), 분해량(광촉매종이의 분해+아세트알데히드분해에 따른 이산화탄소 증가량 ◆), 그리고 아세트알데히트가 전혀 없는 밀폐된 공간에 실시예 및 비교예 1 내지 비교예 4에서 제조한 광촉매종이를 넣고 자외선을 조사했을 때 광촉매종이의 분해에 따른 이산화탄소 증가량(▲)을 나타낸 것이다. 도 5(a)는 실시예의 광촉매종이에 대한 결과이고, 도 5(b)는 비교예 1의 광촉매종이에 대한 결과이고, 도 5(c)는 비교예 2의 광촉매종이에 대한 결과이고, 도 5(d)는 비교예 3의 광촉매종이에 대한 결과이고, 도 5(e)는 비교예 4의 광촉매종이에 대한 결과이다.
도 5(a) 내지 도 5(e)에서 알 수 있듯이 일정농도의 아세트알데히드가 포함된 밀폐된 공간에 실시예, 비교예 1 내지 비교예 4에서 제조한 광촉매종이를 넣고 UV를 3시간 조사했을 때 아세트알데히드 제거량(즉, 흡착+광산화분해에 따른 아세트알데히드 제거량 ■)은 실시예, 비교예 1, 비교예 4에서 약 50% 정도로 비슷하게 나타나고 있으며, 이는 광촉매종이에 함유된 활성탄과 TiO2 광촉매 분말이 거의 같기 때문이다. 그러나 TiO2 광촉매 분말을 넣지 않은 비교예 2의 경우와 활성탄을 넣지 않은 비교예 3의 경우에는 각각 광산화분해 및 흡착특성이 제외된 상태이므로 3시간 UV조사 후 아세트알데히드제거량이 20% 정도로 작게 나타났다. 따라서 흡착제와 TiO2 광촉매 분말이 함께 존재하는 경우 오염공기의 제거가 훨씬 빠르게 일어남을 알 수 있다.
한편 반응기 내부에 아세트알데히드를 넣지 않고 UV를 조사했을 때 이산화탄소발생량 즉, 광촉매종이 자체의 분해에 따른 이산화탄소 증가량(▲)을 보면 비교예 2는 TiO2 광촉매 분말을 넣지 않음으로 인해 광촉매종이의 분해에 따른 이산화탄소 증가량이 거의 없으며, 실시예의 경우에는 응집제에 의한 무기섬유 및 활성탄과 TiO2 광촉매 분말의 선택적인 결합에 의해 광촉매종이의 분해에 따른 이산화탄소증가량이 상대적으로 적음을 알 수 있다. 그러나 비교예1,3,4의 경우에는 광촉매종이의 내에 무기재료 및 응집제가 결여되어 실시예에 비하여 상대적으로 이산화탄소의 증가량이 커 기지의 분해가 많이 일어남을 알 수 있다. 이 또한 UV를 조사했을 때 TiO2 광촉매 분말에 의해 광촉매종이 내부에 포함된 유기물의 분해가 일어나고 있음을 확인할 수 있는 결과이며, 특히 본 발명에서 다루고자 하는 응집제를 사용한 무기섬유-광촉매, 활성탄-광촉매 형태의 선택적인 결합은 통해 광촉매종이의 분해를 방지할 수 있음을 나타내는 명백한 결과이다.
또한 일정한 농도의 아세트알데히드가 포함된 밀폐된 공간에 실시예, 비교예 1 내지 비교예 4에서 제조한 광촉매종이를 넣고 UV를 조사했을 때 광촉매종이의 분해 및 아세트알데히드분해에 따른 이산화탄소 증가량(◆)은 실시예의 경우가 가장 높게 나타나고 있다. 이는 실시예에서 제조한 광촉매종이가 광촉매종이 자체의 분해에 따른 이산화탄소 증가량(▲)이 가장 적은 것을 감안하면 순수한 아세트알데히드만의 분해에 따른 이산화탄소 증가량(◆-▲)은 실시예의 방법으로 제조한 광촉매종이가 가장 크게 나타남으로서 본 발명의 일예인 실시예에서 제조한 광촉매종이가 흡착, 아세트알데히드분해, 내구성 등의 특성이 가장 우수한 것을 알 수 있다.
최근 삶의 질이 향상됨에 따라서 실내에서 발생되는 오염공기(특히 톨루엔, 벤젠, 트리클로로에틸렌(TCE), 포름알데히드, 아세트알데히드 등 수 ppm 미만의 VOC)에 대한 인식이 새롭게 부각되어 신규주택의 경우 실내에서 발생되는 VOC를 미량이나마 제거하기 위하여 활성탄소가 함유된 초배지를 사용하는 등 실내 환경을 개선하기 위한 노력이 다각적으로 모색되고 있으며, 이들 VOC를 제거하기 위한 공기정화기의 수요가 급증하고 있는 실정이다.
본 발명에 의한 광촉매종이는 가스흡착 및 광분해 특성을 동시에 갖게 함으로서 세탁소, 인쇄소, 신규주택 등에서 연속적으로 발생하는 수 ppm 미만의 휘발성유기화합물을 효과적으로 신속하게 제거하여 쾌적한 실내 환경을 제공하고, 광촉매 허니컴 필터의 내구성을 크게 개선하여 수명을 연장시킬 수 있으며, 또한 기존에 보급되어 있는 일반적인 공기 정화기에 교체 장착시킬 수 있음으로서 수요를 극대화 할 수 있을 뿐만 아니라 수입대체효과를 가져올 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
Claims (13)
- 오염물질을 제거할 수 있는 종이에 있어서,광촉매, 흡착제 및 무기섬유를 포함하는 광촉매종이
- 제1항에 있어서, 광촉매는 이산화티타늄(TiO2), 이산화티타늄(TiO2)에 금속이온을 결합시킨 MxTiO2형 광촉매 중에서 선택된 어느 하나 이상을 정제수 중량 대비 0.1∼1.0％ 첨가하는 광촉매종이.MxTiO2형 광촉매에서 M은 Pd, Pt, Cu, Au, Ni, Cr 중에서 선택된 어느 하나의 금속이고, x는 0.1∼0.5이다.
- 제1항에 있어서, 흡착제는 제올라이트, 활성탄소 중에서 선택된 어느 하나 이상인 광촉매종이.
- 제1항에 있어서, 무기섬유는 알루미노실리케이트 화이버, 글래스화이버, 실리카화이버, 알루미나화이버, 활성탄화이버, 세피오라이트 중에서 선택된 어느 하나 이상인 광촉매종이.
- 광촉매, 흡착제, 무기섬유를 포함하는 광촉매종이의 제조에 있어서.(1)정제수에 무기섬유, 광촉매, 흡착제를 첨가하여 교반시키는 단계와,(2)상기 (1)단계 후 응결제, 무기결합제를 사용해 무기섬유와 광촉매, 흡착제와 광촉매를 결합시키는 단계와,(3)상기 (2)단계 후 유기섬유, 분산제, 유기결합제를 첨가하여 종이 제조를 위한 슬러리를 얻는 단계와,(4)상기 (3)단계 후 얻은 슬러리를 통상의 종이제조장치에 공급하여 탈수 및 건조공정을 거쳐 종이를 제조하는 단계를 포함하는 광촉매종이의 제조방법.
- 제5항에 있어서, 광촉매는 이산화티타늄(TiO2), 이산화티타늄(TiO2)에 금속이온을 결합시킨 MxTiO2형 광촉매 중에서 선택된 어느 하나 이상을 정제수 중량 대비 0.1∼1.0％ 첨가하는 광촉매종이의 제조방법.MxTiO2형 광촉매에서 M은 Pd, Pt, Cu, Au, Ni, Cr 중에서 선택된 어느 하나의 금속이고, x는 0.1∼0.5이다.
- 제5항에 있어서, 흡착제는 제올라이트, 활성탄소 중에서 선택된 어느 하나 이상을 정제수 중량 대비 0.1∼1.0％ 첨가하는 광촉매종이의 제조방법.
- 제5항에 있어서, 무기섬유는 알루미노실리케이트 섬유, 유리섬유, 실리카섬유, 알루미나섬유, 활성탄섬유, 세피오라이트 중에서 선택된 어느 하나 이상을 정 제수 중량 대비 0.01∼0.2％ 첨가하는 광촉매종이의 제조방법.
- 제5항에 있어서, 무기결합제는 실리카, 알루미나, 실리카졸, 알루미나졸 중에서 선택된 어느 하나 이상을 정제수 중량 대비 0.01∼0.1％ 첨가하고, 응결제는 황산알루미늄, 양이온성 스타치, 폴리디알리디메틸암모니움클로라이드 중에서 선택된 어느 하나 이상을 10∼50ppm 첨가하는 광촉매종이의 제조방법.
- 제5항에 있어서, 유기섬유는 천연유기섬유, 고분자 합성유기섬유 중에서 선택된 어느 하나 이상을 정제수 중량 대비 0.1∼1.0％ 첨가하고, 유기결합제는 폴리비닐아세테이트를 정제수 중량 대비 0.01∼0.1％ 첨가하는 광촉매종이의 제조방법.
- 제5항에 있어서, 분산제는 음이온 폴리아크릴아마이드, 음이온 스타치 중에서 선택된 어느 하나 이상을 1∼40ppm 첨가하는 광촉매종이의 제조방법.
- 특허청구범위 제1항 내지 제4항 중에서 선택된 어느한항의 광촉매종이를 주재료로 하는 공기청정기용 필터.
- 특허청구범위 제1항 내지 제4항 중에서 선택된 어느한항의 광촉매종이를 재료로 하는 허니컴.
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