KR20060103946A - 실내 공기 질을 개선하기 위한 다층형 광촉매/열촉매 - Google Patents
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Abstract
층상형 광촉매/열촉매 코팅은 코팅 상으로 흡착되는 오염물질을 물, 이산화탄소 및 다른 물질로 산화시킨다. 층상형 코팅은 휘발성 유기 화합물을 산화시키는 이산화 티타늄의 광촉매 외부층을 포함한다. 코팅은 낮은 극성의 유기 분자를 산화시키는 Ⅷ족의 불활성 금속이 첨가된 이산화 티타늄의 중간층을 더 포함한다. 이산화 티타늄 상의 금의 내부층은 일산화탄소를 이산화탄소로 산화시킨다. 자외선의 광자가 코팅에 의해 흡수되면, 반응성 하이드록실 라디칼이 형성된다. 오염물질이 코팅 상에 흡착되면, 하이드록실 라디칼은 오염물질을 산화시켜 물, 이산화탄소 및 다른 물질을 생성한다.
광촉매/열촉매 코팅, 내부층, 중간층, 외부층, 오염물질, 자외선
Description
본 발명은 대체로 오존을 분해하고 광촉매 표면 상으로 흡착되는 휘발성 유기 화합물, 낮은 극성의 유기 분자 및 일산화탄소를 포함하는 기체성 오염물질을 산화시켜 이산화탄소, 물 및 다른 물질을 형성하는, 다층형 광촉매/열촉매 코팅에 관한 것이다.
실내 공기는 일산화탄소, 오존, 및 포름알데히드, 아세트알데히드, 톨루엔, 프로판알(propanal) 및 부탄 등과 같은 휘발성 유기 화합물(VOC)을 포함하는 소량의 오염물질을 포함한다. 공기로부터 휘발성 유기 화합물을 제거하기 위해 활성 탄소와 같은 흡착성 공기 필터가 사용되어 왔다. 공기가 필터를 통해 유동할 때, 필터는 오염물의 통로를 차단하여, 오염물질이 없는 공기가 필터로부터 유동하게 한다. 필터를 사용하는 것의 단점은 필터는 단순히 오염물질의 통로를 차단하고 이들을 소멸시키지는 않는다는 것이다. 또한, 공기 필터는 일산화탄소 및 오존을 차단하는 데는 효과적이지 않다.
이산화 티타늄은 오염물질, 특히 극성 유기 분자를 소멸시키기 위한 공기 청정기의 광촉매로서 사용되었다. 이산화 티타늄이 자외선으로 조사되면, 광자는 이 산화 티타늄에 의해 흡수되어, 전자를 가전자대(valence band)에서 전도대(conduction band)로 진행시켜, 가전자대에 홀(hole)을 생성하고 전도대에 전자를 추가시킨다. 진행된 전자는 산소와 반응하고, 가전자대에 존재하는 홀은 물과 반응하여, 반응성 하이드록실 라디칼(hydroxyl radical)을 형성한다. 오염물질이 이산화 티타늄 촉매 상으로 흡착되면, 하이드록실 라디칼은 오염물질을 공격하여 물, 이산화탄소 및 다른 물질로 산화시킨다.
도프 처리 또는 금속 산화 처리된 이산화 티타늄은 이산화 티타늄 광촉매의 효과를 향상시킨다. 그러나, 이산화 티타늄 및 도프 처리된 이산화 티타늄은 일산화탄소 및 낮은 극성의 유기 분자를 산화시키고 오존을 분해하는데 별로 효과적이지 않거나 또는 전혀 효과적이지 않다. 일산화탄소(CO)는 탄화수소 연료의 불완전 연소에 의해 생성되는 무색, 무취의 유독성 가스이다. 일산화탄소는 다른 독성물질보다 더욱 사망의 원인이 되고, 부적절한 환기, 담배 연기에 의해 실내 공기에서 또는 자동차 배기 가스에 의해 실외 공기에서 발생된다. 일산화탄소의 독성은 소량의 일산화탄소가 오랜 시간 동안 존재하는 가운데서 발생할 수 있다. 뇌, 심장 및 허파와 같은 민감한 기관은 산소의 부족으로 심각한 고통을 받는다. EPA가 정한 노출 한계는 8시간 동안 평균 30 ppm으로 정하고 있다.
오존(O3)은 복사기, 프린터, 스캐너 등과 같이 작업장에서 흔히 발견되는 장비로부터 배출되는 오염물질이다. 오존은 메스꺼움 및 두통을 유발하고, 오존에 장시간 노출되면 코의 점막에 손상을 주어 호흡 곤란을 유발할 수 있다.
따라서, 오존을 산소로 분해하고, 광촉매 표면으로 흡착되는 일산화탄소, 낮은 극성의 유기 화합물 및 휘발성 유기 오염물질을 산화시켜, 이산화탄소, 물 및 다른 물질을 형성하는 다층형 광촉매/열촉매 코팅이 필요하다.
기판 상의 층상형 광촉매/열촉매 코팅은 코팅 상으로 흡착되는 임의의 오염물질을 산소, 물, 이산화탄소 및 다른 물질로 분해 및 산화시켜 건물 또는 차량 내의 공기를 정화시킨다.
팬은 공기를 공기 정화 시스템 내로 보낸다. 공기는 벌집형상부의 개방 통로 또는 채널을 통해 유동한다. 벌집형상부의 표면은 층상의 광촉매/열촉매 코팅으로 코팅된다. 연속하는 벌집형상부 사이에 위치된 자외선 광원은 코팅을 활성화시킨다.
코팅은 휘발성 유기 화합물을 이산화탄소, 물 및 다른 물질로 산화시키는 이산화 티타늄 또는 금속 산화물 첨가 이산화 티타늄의 광촉매 외부층을 포함한다. 불활성의 금속/이산화 티타늄 코팅의 광촉매 중간층은 외부층 아래에 위치된다. 중간층의 아래에는 벌집형상부 상에 도포된 이산화 티타늄 상의 나노입자로 분산된 금의 광촉매/열촉매 내부층이 위치한다.
자외선의 광자가 이산화 티타늄의 외부층에 의해 흡수되면, 반응성 하이드록실 라디칼이 형성된다. 휘발성 유기 화합물과 같은 오염물질이 코팅 상으로 흡착되면, 하이드록실 라디칼은 휘발성 유기 화합물을 공격하여, 휘발성 유기 화합물로부터 수소 원자를 추출하고 휘발성 유기 화합물을 물, 이산화탄소 및 다른 물질로 산화시킨다. 외부층은 2 ㎛보다 작은 두께를 가져서, 광자가 외부층을 투과하여 하부의 백금/이산화 티타늄의 광촉매 층에 도달되게 한다.
이산화 티타늄의 표면 상에 적층된 백금은 전하 운반체의 분리를 향상시켜, 전자와 홀의 재결합율을 감소시킨다. 또한, 백금은 양호한 열 촉매이다. 또한, 백금은 광촉매적 산화 중간 생성물질을 이산화탄소와 물로 산화시킨다.
일산화탄소는 다공성 층을 통해 확산되어 내부층에 도달한다. 상온에서, 금/이산화 티타늄 층은 일산화탄소를 이산화탄소로 산화시킨다. 일산화탄소가 코팅 상에 흡수되면, 금은 산화 촉매로 작용하여, 일산화탄소의 에너지 장벽을 낮춰서 산소의 존재하에서 일산화탄소를 이산화탄소로 산화시킨다.
오존 농도가 매우 높은 환경에서, 산화 망간/이산화 티타늄의 제4 층이 내부층 아래의 벌집형상부 상에 도포된다. 또한, 오존은 다공성 층을 통해 확산되어 내부층에 도달한다. 오존이 산화 망간/이산화 티타늄 코팅 상에 흡착되면, 산화 망간은 자외선에 의해 발생된 열에 의해 상온 또는 약간 높은 온도에서 오존을 산소 분자로 분해한다.
본 발명의 이러한 및 다른 특징들은 이하의 설명 및 도면으로부터 잘 이해될 수 있다.
본 발명의 다양한 특징 및 이점들은 바람직한 실시예의 이하의 상세한 설명으로부터 당업자에게 명백하다. 상세한 설명에 수반되는 도면이 이하에서 간단히 설명된다.
도1은 내부 공간 및 HVAC 시스템을 포함하는 건물, 차량 또는 다른 구조물과 같은 폐쇄 환경을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도2는 본 발명의 공기 정화 시스템을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도3은 공기 정화 시스템의 벌집형상부를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도4는 본 발명의 층상형 광촉매의 제1 예를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도5는 본 발명의 층상형 광촉매의 제2 예를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도6은 공기 정화 시스템의 다른 실시예를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도1은 건물, 차량, 또는 차, 기차, 버스 또는 항공기와 같은 차량 객실, 방 또는 사무실과 같은 내부 공간(12)을 포함하는 다른 구조물(10)을 개략적으로 도시한다. HVAC 시스템(14)은 내부 공간(12)을 가열 또는 냉각시킨다. 내부 공간(12)의 공기는 통로(16)에 의해 HVAC 시스템(14) 내로 들어간다. HVAC 시스템(14)은 내부 공간(12)으로부터 흡인된 공기(16)의 온도를 변화시킨다. HVAC 시스템(14)이 냉각 모드에서 작동되면, 공기가 냉각된다. 이와 달리, HVAC 시스템(14)이 가열 모드에서 작동되면, 공기가 가열된다. 그후, 공기가 통로(16)를 통해 내부 공간(12)으로 들어와서, 내부 공간(12)의 공기의 온도를 변화시킨다.
도2는 휘발성 유기 화합물, 반휘발성 유기 화합물, 일산화탄소와 같은 오염물질을 물, 이산화탄소 및 다른 물질로 산화시킴으로써 건물 또는 차량(10) 내의 공기를 정화시키는데 사용되는 공기 정화 시스템(20)을 도시한다. 예를 들어, 휘발성 유기 화합물은 알데히드, 케톤, 알코올, 방향족 화합물, 알켄 또는 알칸이다. 공기 정화 시스템(20)은 또한 오존을 산소로 분해한다. 공기 정화 시스템(20)은, 공기가 통로(16)를 따라 HVAC 시스템(14) 내로 흡인되기 전에 공기를 정화시키거나 또는 공기가 통로(18)를 따라 건물 또는 차량(10)의 내부 공간(12)으로 흡인되기 전에 HVAC 시스템(14)을 빠져나가는 공기를 정화한다. 공기 정화 시스템(20)은 또한 HVAC 시스템(14)과 함께 사용되지 않고 단독으로 설치되는 유닛일 수 있다.
팬(34)은 입구(22)를 통해 공기 정화 시스템(20) 내로 공기를 흡인한다. 공기는 먼지 또는 다른 큰 입자들의 유동을 차단하여 여과하는 입자 필터(24)를 통해 유동한다. 그후, 공기는 벌집형상부와 같은 기판(28)을 통해 유동한다. 일 예에서, 벌집형상부(28)는 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 제작된다. 도3은 복수의 육각형 개방 통로 또는 채널(30)을 갖는 벌집형상부(28)의 정면도를 개략적으로 도시한다. 복수의 개방 통로(30)의 표면은 층상형 광촉매/열촉매 코팅(40)으로 코팅된다.
도4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 코팅(40)은 적어도 3개의 층을 포함한다. 바람직하게는, 코팅(40)은 벌집형상부(28) 상에 대략 0.5 내지 1 mg/cm2의 하중을 갖는다. 코팅(40)은 이산화 티타늄 또는 금속 산화물 첨가 이산화 티타늄의 외부층(42)을 포함한다. 외부층(42)은 알데히드, 케톤, 알코올, 방향족 화합물, 알켄 또는 알칸과 같은 휘발성 유기 화합물 및 반휘발성 유기 화합물을 산화시키는데 효과적이다. 이산화 티타늄은 휘발성 유기 화합물을 이산화탄소, 물 및 다른 물질로 산화시키는데 효과적인 광촉매이다. 외부층(42)은 (2 ㎛보다 작은) 유효 두께 및 다공성을 갖는다. 즉, 외부층(42)은 낮은 극성의 유기 화합물, 일산화탄소 및 오존과 같이 외부층(42)에 의해 산화되지 않는 다른 오염물질을 외부층(42)을 통해 확산시켜 외부층(42) 아래의 층에 흡착되게 할 수 있다.
연속적인 벌집형상부(28) 사이에 위치된 광원(32)은 개방 통로(30)의 표면 상의 광촉매 코팅(40)을 활성화시킨다. 도시된 바와 같이, 벌집형상부(28) 및 광원(32)은 공기 정화 시스템(20)에서 교대로 배열된다. 즉, 각각의 벌집형상부(28) 사이에 광원(32)이 위치된다. 바람직하게는, 광원(32)은 180 내지 400 nm의 파장을 갖는 광을 발생하는 자외선 광원이다.
광원(32)은 벌집형상부(28)의 표면 상의 외부층(42)을 활성화시키도록 조사된다. 자외선의 광자가 외부층(42)에 의해 흡수되면, 전자는 가전자대에서 전도대로 진행되어, 가전자대에 홀을 생성한다. 전도대로 진행된 전자는 산소에 의해 포획된다. 가전자대의 홀은 외부층(42)에 흡착된 물 분자와 반응하여 반응성 하이드록실 라디칼을 형성한다.
휘발성 유기 화합물이 외부층(42) 상으로 흡착되면, 하이드록실 라디칼은 휘발성 유기 화합물을 공격하여, 휘발성 유기 화합물로부터 수소 원자를 추출한다. 이러한 방법으로, 하이드록실 라디칼은 휘발성 유기 화합물을 산화시키고, 물, 이산화탄소 및 다른 물질을 생성한다.
바람직하게는, 광촉매는 이산화 티타늄이다. 일 예에서, 이산화 티타늄은 밀레니엄 티타니아, 데거사(Degussa) P-25 또는 등가 이산화 티타늄이다. 그러나, 다른 광촉매 재료 또는 이산화 티타늄과 다른 금속 산화물의 조합이 사용될 수 있 다는 것을 알 수 있다. 예를 들어, 광촉매 재료는 Fe2O3, ZnO, V2O5, SnO2 또는 FeTiO3 이다. 또한, Fe2O3, ZnO, V2O5, SnO2, CuO, MnOX, WO3, Co3O4, CeO2, ZrO2, SiO2, Al2O3, Cr2O3 또는 NiO와 같은 다른 금속 산화물이 이산화 티타늄과 혼합될 수 있다.
또한, 외부층(42)이 금속 산화물 첨가 이산화 티타늄이면, 중간층(44)의 이산화 티타늄에는 WO3, ZnO, CdS, SrTiO3, Fe2O3, V2O5, SnO2, FeTiO3, PbO, Co3O4, NiO, CeO2, CuO, SiO2, Al2O3, MnXO2, Cr2O3 또는 ZrO2와 같은 금속 화합물이 첨가될 수 있다.
이산화 티타늄 또는 고분산 촉매적 활성 금속 또는 금속들을 갖는 이산화 티타늄 단층 처리된 광촉매 상에 지지된 촉매적 활성 금속의 중간층(44)이 외부층(42) 아래에 도포된다. 바람직하게는, 이산화 티타늄에는 로듐, 루테늄, 팔라듐, 이리듐, 오스뮴 또는 백금과 같은 Ⅷ족 불활성 금속이 첨가된다. 그러나, 이산화 티타늄에는 또한 구리, 은, 레늄, 금 등이 첨가될 수 있다. 더 바람직하게는, 금속 또는 금속들은 기판에 예상되는 촉매에 일부 관련하여 선택된다. 따라서, 하나 이상의 금속이 사용되면, 금속은 개개의 금속들을 포함하는 매우 작은 나노 결정 또는 매우 작은 혼합된 금속 덩어리로 분산된다. 일반적으로, 이러한 기능을 하는 촉매적 금속은 백금이다. 또한, 촉매적 활성 금속은 금속 합금 또는 금속간 화합물이다.
이산화 티타늄 중간층(44) 상에 지지되는 촉매적 활성 금속은 낮은 극성의 유기 화합물과 높은 반응성을 갖는다. 이산화 티타늄의 표면 상에 적층된 백금은 전하 운반체의 분리를 향상시켜, 전자와 홀의 재결합율을 감소시킨다. 백금은 또한 양호한 열 촉매이다. 백금은 또한 광촉매적 산화 중간 생성물을 이산화탄소와 물로 산화시킨다. 낮은 극성의 유기 분자는 백금에 대한 향상된 친화성을 갖는다. 낮은 극성의 유기 화합물이 백금 상에 흡착되면, 백금은 하이드록실 라디칼에 의한 산화를 위해 코팅(40) 상에 낮은 극성의 유기 화합물을 보유하여, 산소의 존재하에서 낮은 극성의 유기 화합물을 이산화탄소로 산화시킨다.
이산화 티타늄 상에 분산된 백금은 50ppm 이하와 같은 낮은 오염물질 농도를 위한 광촉매적 거동을 나타낸다. 오존, 에틸렌 및 부탄의 광촉매적 산화율은 이산화 티타늄만의 경우보다 이산화 티타늄 상의 백금의 경우에서 더 크다. 광촉매적 산화율은 이산화 티타늄 상의 백금에서 오존 및 부탄의 경우는 2배이고, 에틸렌의 경우는 2 내지 14배이다. 에틸렌의 광촉매적 산화율은 습도 및 에틸렌 농도에 좌우된다. 놀라운 것은, 이러한 오염물질의 광촉매적 산화는 수증기의 증가에 따라 증가된다. 이에 비해, 이산화 티타늄만에 의한 오염물질의 광촉매적 산화는 습도의 증가에 따라 감소한다.
이산화 티타늄의 표면 상의 고분산 백금 입자는 전자 및 홀의 재결합을 감소시켜, 코팅의 광촉매 활성을 증가시킨다. 바람직하게는, 백금 입자는 5nm 보다 작은 크기를 갖고, 약 1.0 내지 1.5nm의 백금 아일랜드(island)를 형성한다. 바람직한 백금 첨가는 0.1 내지 5%이다.
중간층(44)은 유효 두께와 다공성을 갖는다. 즉, 중간층(44)은 일산화탄소 및 오존과 같이 중간층(44)에 의해 산화되지 않는 다른 오염물질이 중간층(44)을 통과하여 중간층(44) 아래의 층에 흡착되게 할 수 있다.
열촉매적 내부층(46)이 중간층(44) 아래의 벌집형상부(28)의 표면 상에 도포되어 적층된다. 내부층(46)은 이산화 티타늄 상의 나노 분산 금, 이산화 티타늄을 포함하는 혼합된 금속 산화물 상의 금, 표면 상에 다른 금속 산화물이 첨가된 이산화 티타늄 상의 금 또는 혼합된 금속 덩어리를 포함하는 금 중의 하나이다.
상온에서, 내부층(46)은 일산화탄소를 이산화탄소로 산화시킨다. 일산화탄소가 코팅 상에 흡착되면, 금은 산화 촉매로서 작용하여 일산화탄소의 에너지 장벽을 낮추고, 산소의 존재하에서 일산화탄소를 이산화탄소로 산화시킨다. 따라서, 내부층(46)은 역촉매로 작용한다.
일산화탄소 산화는 주로 금 입자의 주위 계면에서 발생한다. 일산화탄소는 금의 표면 또는 주변 위치 중의 하나에 흡착되어 카르보닐기 종을 형성한다. 산소는 금/이산화 티타늄 표면 상에 흡착된다. 산소는 주위 계면 상에 흡착된다. 주변 위치의 카르보닐기 종은 산소와 반응하여, 산소-금-일산화탄소 화합물을 형성한다. 화합물은 분해되어 이산화탄소를 생성한다.
바람직하게는, 금 입자는 3 nm보다 작다. 열촉매 기능에서, 금 입자의 크기는 또한 나노 입자로 형성되는 금에 의존하는 일산화탄소의 산화 활성에 중요하다.
또한, 이산화 티타늄에는 내부층(46)의 열촉매적 효과를 더욱 개선시키기 위해 금속 산화물이 첨가된다. 금 입자는 이산화 티타늄의 표면 상으로 이동하여 큰 덩어리를 형성하는 경향이 있다. 내부층(46)의 효과는 금 입자의 이동에 의해 감소된다. 이산화 티타늄의 표면 상에 금속 산화물을 첨가함으로써, 금속 산화물은 금 입자를 분리하여 금 입자가 이동하여 덩어리를 형성하는 것을 방지하여, 내부층(46)의 효과를 향상시킨다. 바람직하게는, 금속 산화물은 이산화 티타늄 표면 상에서 금 입자의 이동을 막기 위해 사용된다. 일 예에서, 금속 산화물은 WO3, ZnO, CdS, SrTiO3, Fe2O3, V2O5, SnO2, FeTiO3, PbO, Co3O4, NiO, CeO2, CuO, SiO2, Al2O3, MnXO2, Cr2O3 또는 ZrO2 중의 적어도 하나이다.
이산화 티타늄, 또는 3nm 이하의 금 입자를 위한 고정 위치로 기능하는 철, 코발트 및 레늄 등과 같은 다른 금속의 하나 이상, 그러나 일반적으로 12개보다는 작은 산화된 원자를 포함하는 고립 위치로 덮여진 이산화 티타늄을 갖는 단층의 다른 금속 산화물로 처리된 이산화 티타늄을 포함할 수 있다. 이산화 티타늄 또는 그 처리된 금속 단층에 의해 둘러싸인 표면 도펀트(dopant) 위치는 금의 자유로운 이동을 억제하는 표면 에너지 포텐셜 우물(potential well)로 기능한다.
내부층(46)은 유효 두께와 다공성을 갖는다. 즉, 내부층(46)은 오존과 같이 내부층(46)에 의해 산화되지 않는 다른 오염물질이 내부층(46)을 통과하여 내부층(46) 아래의 임의의 층에 흡착되게 할 수 있다.
도5에 도시된 바와 같이, 오존 농도가 매우 높은 환경에서, 열촉매적 제4 층(48)이 벌집형상부(28) 상에 직접적으로 내부층(46) 아래에 도포된다. 제4 층(48)은 산화 망간/이산화 티타늄의 오존 파괴 촉매이다. 상온에서, 제4 층(48) 은 오존을 산소로 분해한다.
주위 온도에서, 산화 망간은 오존을 분해하는데 효과적이다. 산화 망간은 오존을 흡착된 표면 산소 원자로의 분해를 용이하게 한다. 그후, 이러한 산소 원자는 오존과 결합하여, 분자 산소로서 탈착되는 흡착된 과산화물 종을 형성한다. 오존이 산화 망간에 흡착되면, 산화 망간은 오존 분해를 위해 필요한 에너지 장벽을 낮춤으로써 분리성 오존 흡착을 위한 위치로 작용한다. 따라서, 오존만 존재하는 경우에도, 산화 망간 및 조촉매(promoter) 첨가 산화 망간을 포함하는 이러한 산화 망간은 산소를 생성한다.
제4 층(48)이 사용될 경우, 제4 층(48)은 벌집형상부(28) 상에 도포되고, 내부층(46)은 제4 층(48) 상에 도포되고, 중간층(44)은 내부층(46) 상에 도포되고, 외부층(42)은 중간층(44) 상에 도포된다.
벌집형상부(28)를 통과한 후, 정화된 공기는 출구(36)를 통해 공기 정화기를 빠져나간다. 공기 정화 시스템(20)의 벽(38)은 바람직하게는 반사성 재료(42)로 정렬된다. 반사성 재료(42)는 자외선을 벌집형상부(28)의 개방 통로(30)의 표면 상으로 반사한다.
또한, 코팅 공정의 상세한 설명은 발명의 명칭이 "실내 공기 질을 개선하기 위한 산화 텅스텐/이산화 티타늄 광촉매"이고 2003년 5월 30일에 출원된 계류중인 특허 출원 제10/449,752호와, 발명의 명칭이 "실내 공기 질을 개선하기 위한 이중 기능의 산화 망간/이산화 티타늄 광촉매/열촉매"이고 2003년 6월 19일에 출원된 특허 출원 제10/464,942호와, 발명의 명칭이 "실내 공기 질을 개선하기 위한 이중 기 능의 금/이산화 티타늄 광촉매/열촉매"이고 2003년 6월 19일에 출원된 계류중인 특허 출원 제10/465,025호에 개시되어 있고, 이러한 문헌들은 그 전체가 여기에 참조로 합체되어 있다. 이중 기능의 산화 망간/이산화 티타늄 광촉매/열촉매와 관련된 정보는 또한 계류중인 특허 출원 제10/464,942호에 개시되어 있다. 이중 기능의 금/이산화 티타늄 광촉매/열촉매와 관련된 정보는 또한 계류중인 특허 출원 제10/465,024호에 개시되어 있다.
도6은 공기 정화 시스템(50)의 다른 예를 도시한다. 본 예에서, 공기는 먼저 제1 벌집형상부(52), 제2 벌집형상부(54)를 통해, 그후 산화 망간/이산화 티타늄 코팅을 갖는 제3 벌집형상부(56)를 통해 유동한다. 제1 벌집형상부(52) 및 제2 벌집형상부(54) 중의 하나는 이산화 티타늄 코팅 또는 금속 산화물 첨가 이산화 티타늄 코팅을 갖는다. 금속 산화물은 WO3, ZnO, SrTiO3, Fe2O3, V2O5, SnO2, FeTiO3, PbO, Co3O4, NiO, CeO2, CuO, SiO2, Al2O3, MnXO2, Cr2O3 또는 ZrO2이다. 금속 산화물 첨가 이산화 티타늄 코팅은 휘발성 유기 화합물 및 반휘발성 유기 화합물과 같은 오염물질을 물과 이산화탄소로 산화시킨다. 제1 벌집형상부(52) 및 제2 벌집형상부(54) 중의 다른 하나는 일산화탄소를 물과 이산화탄소로 산화시키는 금/이산화 티타늄 코팅을 갖는다. 산화 망간/이산화 티타늄 코팅은 오존을 산소와 물로 분해한다.
금속 산화물 첨가 이산화 티타늄 코팅을 갖는 벌집형상부, 금/이산화 티타늄 코팅을 갖는 벌집형상부 및 산화 망간/이산화 티타늄 코팅을 갖는 제3 벌집형상 부(54)를 사용함으로써, 일산화탄소, 오존, 휘발성 유기 화합물, 반휘발성 유기 화합물은 산화되어 소멸된다. 따라서, 금속 산화물 첨가 이산화 티타늄 코팅을 갖는 벌집형상부, 금/이산화 티타늄 코팅을 갖는 벌집형상부 및 산화 망간/이산화 티타늄 코팅을 갖는 벌집형상부(60)를 포함하는 공기 정화 시스템(50)은 산화 망간/이산화 티타늄의 층(48), 금/이산화 티타늄 층(46), 금속 산화물/이산화 티타늄의 층(42)을 갖는 층상형 코팅과 동일한 기능을 수행한다.
벌집형상부(52, 54, 56)는 임의의 순서로 될 수 있다는 것을 이해할 수 있다. 그러나, 오존은 강한 산화제이고 광촉매적 산화 공정을 돕는다. 따라서, 공기는 금속 산화물 첨가 이산화 티타늄 벌집형상부(56)를 마지막에 통과하는 것이 바람직하다. 선택적으로, 공기 정화 시스템(50)은 하나보다 많은 제1 벌집형상부(52), 제2 벌집형상부(54) 및 제3 벌집형상부(56)를 포함한다.
벌집형상부(28)가 도시되고 기술되었지만, 광촉매/열촉매 코팅(40)이 다른 구조상에 도포될 수 있음을 알 것이다. 벌집형상부(28) 내의 공극은 일반적으로 육각형 형상이지만, 다른 공극 형상이 사용될 수 있음을 알 수 있다. 오염물질이 광원의 존재하에서 이러한 구조의 광촉매/열촉매 코팅(40) 상에 흡착되면, 오염물질은 물, 이산화탄소 및 다른 물질로 산화된다.
상기의 설명은 단지 본 발명의 원리의 예시이다. 본 발명의 다양한 변경 및 변화가 상기 교시의 견지에서 가능하다. 본 발명의 바람직한 실시예가 기술되었지만, 당업자는 본 발명의 범위 내에서 임의의 변경이 이루어질 수 있음을 알 것이다. 따라서, 첨부된 청구의 범위 내에서 본 발명은 특정하게 기술된 것과 다르게 실시될 수 있음을 이해할 수 있다. 이러한 이유로, 본 발명의 진정한 범위 및 내용을 결정하기 위해서는 이하의 청구의 범위가 검토되어야 한다.
Claims (28)
- 정화 시스템이며,기판과,상기 기판 상에 도포되는 층상형 촉매 코팅을 포함하고,상기 층상형 촉매 코팅은,광촉매 코팅의 제1 층과, 광촉매적 금속이 첨가된 금속 화합물 코팅의 제2 층과, 열촉매 코팅의 제3 층을 포함하는 정화 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 층은 이산화 티타늄 및 금속 화합물 첨가 이산화 티타늄 중의 하나인 정화 시스템.
- 제2항에 있어서, 상기 제1 층은 금속 화합물 첨가 이산화 티타늄 코팅이고, 상기 금속 화합물은 WO3, ZnO, CdS, SrTiO3, Fe2O3, V2O5, SnO2, FeTiO3, PbO, Co3O4, NiO, CeO2, CuO, SiO2, Al2O3, MnXO2, Cr2O3 및 ZrO2 중의 적어도 하나인 정화 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 층은 2 ㎛보다 작은 두께를 갖는 정화 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 제2 층은 이산화 티타늄 상에 지지된 촉매적 활성 금속인 정화 시스템.
- 제5항에 있어서, 상기 촉매적 활성 금속은 상기 이산화 티타늄 상에 지지된 금속간 화합물 및 금속 합금 중의 하나인 정화 시스템.
- 제5항에 있어서, 상기 촉매적 활성 금속은 Ⅷ족 불활성 금속인 정화 시스템.
- 제7항에 있어서, 상기 Ⅷ족 불활성 금속은 로듐, 루테늄, 팔라듐, 이리듐, 오스뮴 및 백금 중의 하나인 정화 시스템.
- 제5항에 있어서, 상기 Ⅷ족 불활성 금속은 은 및 레늄 중의 하나인 정화 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 제2 층은 낮은 극성의 유기 분자를 산화시키는 정화 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 제3 층은 금속 산화물 상의 금을 포함하고, 상기 금속 산화물은 이산화 티타늄, 혼합된 금속 산화물을 포함하는 이산화 티타늄, 제2 금속 산화물이 첨가된 이산화 티타늄 중의 하나인 정화 시스템.
- 제11항에 있어서, 상기 제3 층은 일산화탄소를 산화시키는 정화 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 제3 층은 상기 기판 상에 도포되고, 상기 제2 층은 상기 제3 층 상에 도포되고, 상기 제1 층은 상기 제2 층 상에 도포되는 정화 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 기판 상에 도포된 산화 망간/금속 산화물 층을 더 포함하고, 상기 제3 층은 상기 산화 망간/금속 산화물 층 상에 도포되고, 상기 제2 층은 상기 제3 층 상에 도포되고, 상기 제1 층은 상기 제2 층 상에 도포되는 정화 시스템.
- 제14항에 있어서, 상기 산화 망간/금속 산화물 층은 산화 망간 및 조촉매 첨가 산화 망간/이산화 티타늄인 정화 시스템.
- 제14항에 있어서, 산화 망간/금속 산화물 층은 오존을 분해하는 정화 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 층상형 촉매 코팅을 활성화시키는 광원을 더 포함하고, 상기 층상형 촉매 코팅은 상기 광원에 의해 활성화될 때 상기 층상형 촉매 코팅 상으로 흡착되는 오염물질을 산화시키는 정화 시스템.
- 제17항에 있어서, 상기 광원은 자외선 광원인 정화 시스템.
- 제17항에 있어서, 상기 광원으로부터의 광자는 상기 층상형 촉매 코팅에 의해 흡수되어, 산소와 물의 존재하에서 상기 오염물질을 산화시키는 반응성 하이드록실 라디칼을 형성하고, 상기 반응성 하이드록실 라디칼은 상기 오염물질을 물과 이산화탄소로 산화시키는 정화 시스템.
- 제17항에 있어서, 상기 오염물질은 알데히드, 케톤, 알코올, 방향족 화합물, 알켄 및 알칸 중의 적어도 하나를 포함하는 휘발성 유기 화합물 및 반휘발성 유기 화합물 중 적어도 하나인 정화 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 층, 상기 제2 층 및 상기 제3 층은 다공성을 갖는 정화 시스템.
- 유체 정화 시스템이며,입구 및 출구를 갖는 용기와,상기 용기 내측의 다공성 기판과,상기 입구를 통해 상기 용기 내로 유체를 흡인하고, 상기 유체가 상기 다공성 기판을 통해 유동하게 하고, 상기 출구를 통해 상기 용기의 외부로 상기 유체를 배출하는 장치와,상기 기판 상에 도포되고, 광촉매적 금속 산화물 코팅의 제1 층과, 광촉매적 불활성 금속이 첨가된 금속 산화물 코팅의 제2 층과, 금/금속 산화물인 열촉매적 코팅의 제3 층을 포함하는 층상형 촉매 코팅과,상기 촉매 코팅을 활성화시키기 위한 자외선 광원을 포함하고,상기 자외선 광원으로부터의 광자는 상기 층상형 촉매 코팅에 의해 흡수되어 반응성 하이드록실 라디칼을 형성하고,상기 반응성 하이드록실 라디칼은, 상기 자외선 광원에 의해 활성화될 때 상기 층상형 촉매 코팅 상으로 흡착되는 상기 유체 내의 오염물질을 물과 산소의 존재하에서 물과 이산화탄소로 산화시키는 유체 정화 시스템.
- 제22항에 있어서, 상기 유체는 공기인 유체 정화 시스템.
- 정화 시스템이며,이산화 티타늄 및 금속 화합물/이산화 티타늄 중의 하나의 제1 코팅을 갖는 제1 기판과,금속/이산화 티타늄의 제2 코팅을 갖는 제2 기판과,금속 산화물/이산화 티타늄의 제3 코팅을 갖는 제3 기판을 포함하는 정화 시스템.
- 제24항에 있어서, 상기 제1 코팅은 금속 화합물/이산화 티타늄이고, 상기 제2 코팅은 금/이산화 티타늄이고, 상기 제3 코팅은 산화 망간/이산화 티타늄인 정화 시스템.
- 제25항에 있어서, 상기 금속 산화물/이산화 티타늄의 금속 화합물은 WO3, ZnO, SrTiO3, Fe2O3, V2O5, SnO2, FeTiO3, PbO, Co3O4, NiO, CeO2, CuO, SiO2, Al2O3, MnXO2, Cr2O3 및 ZrO2 중의 적어도 하나인 정화 시스템.
- 제25항에 있어서, 상기 제3 기판은 상기 정화 시스템의 입구의 말단에 있고, 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판은 상기 정화 시스템의 상기 입구에 근접하는 정화 시스템.
- 정화 방법이며,광촉매 코팅의 제1 층과, 광촉매적 금속이 첨가된 금속 화합물 코팅의 제2 층과, 열촉매 코팅의 제3 층을 포함하는 층상형 촉매 코팅을 기판 상에 도포하는 단계와,상기 층상형 촉매 코팅을 활성화시키는 단계와,반응성 하이드록실 라디칼을 형성하는 단계와,오염물질을 상기 층상형 촉매 코팅 상으로 흡착하는 단계와,상기 하이드록실 라디칼로 상기 오염물질을 산화시키는 단계와,상기 금/금속 산화물 코팅의 상기 제3 층의 상기 금에 의해 일산화탄소의 산화 에너지 장벽을 낮추는 단계와,상기 일산화탄소를 산화시키는 단계를 포함하는 정화 방법.
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