KR20130023198A - 수 및 오수 중의 유기 화합물을 효과적으로 제거하기 위한 부유성 다기능 복합재 - Google Patents

수 및 오수 중의 유기 화합물을 효과적으로 제거하기 위한 부유성 다기능 복합재 Download PDF

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Abstract

수 또는 오수 처리를 위한 복합재가 기재된다. 상기 복합재는 부유성 기질, 유기 화합물을 흡착하기 위한 흡착제, 유기 화합물을 분해하기 위한 광촉매, 및 흡착제와 광촉매 사이의 물질 이동을 촉진하거나, 복합재의 선택성을 증가시키거나 또는 광촉매 효율을 개선시키기 위한 인핸서를 갖는다. 상기 흡착제, 광촉매, 및 인핸서는 기질 상에 고정된다.

Description

수 및 오수 중의 유기 화합물을 효과적으로 제거하기 위한 부유성 다기능 복합재{A BUOYANT MULTIFUNCTIONAL COMPOSITE MATERIAL FOR EFFECTIVE REMOVAL OF ORGANIC COMPOUNDS IN WATER AND WASTEWATER}
관련 출원
본 출원은 2010년 2월 2일자로 출원된 미국 가출원 제61/300,514호의 우선권을 주장한다. 상기 출원의 전체 내용은 본 명세서에서 참조로 도입된다.
종래 오수 중의 대량의 유기 화합물은 통상 다양한 생물학적 공정을 통해 제거된다. 매립을 위한 오수 처리 플랜트로부터의 폐수 또는 수도용 원수 중의 유기 화합물의 수준을 상대적으로 낮추기 위하여, 일반적인 산업 공정에서는 통상 흡착에 의한 제거 방법이 이용되어 왔다. 그러나, 산업 폐수 중의 많은 유기 화합물, 예를 들어 염료, 페놀성 및 합성 물질, 또는 천연수 중의 부식질 등은 실질적으로 생분해되지 않는다. 따라서, 종래의 생물학적 공정은 대개 바람직한 처리 목표를 달성하는데 실패해 왔다. 한편, 흡착에 의한 유기 화합물의 제거는 사용되는 흡착제의 용량 및 성질에 크게 좌우된다. 흡착제는 통상 그의 기능을 회복하기 위해 빈번한 재생을 요하는데, 많은 경우 이것은, 불가능하지는 않다 하더라도, 달성하기 어려운 것으로 알려졌다. 또한, 빈번한 재생은 높은 자본 및 조작 비용을 발생시킨다.
최근 독성 화합물을 포함하는 유기 화합물을 최종적으로 무기물 수준 (즉, 카본 디옥사이드 및 수)으로 분해할 수 있는, 예를 들어 오존 산화, 펜톤 반응 또는 광촉매반응과 같은 고도 산화 공정 (Advanced oxidation processes, AOPs)은 수 및 오수의 오염 제거에 있어서 관심을 증가시켰다. 상기 공정들 중, 광촉매반응은 처리 반응 중에 추가 화학물질을 요구하지 않기 때문에 주목받는 분야였다. 광촉매 공정 중, 광 조사 하에서 광촉매는 수 또는 오수 중의 유기 화합물을 공격하여 더 단순하거나 또는 비독성 화합물로 분해할 수 있는 활성 라디칼을 생성한다. 그러나, 상기 라디칼들은 유기 오염물과의 반응 또는 다른 라디칼 또는 담체들과의 재결합에 의해 10-5 초 미만의 시간 척도 내에 활성을 잃기 쉬울 수 있다. 표적 유기 오염물이 저농도로 존재하거나 유기 오염물의 수로부터 광촉매로의 물질 이동이 제한 요인일 때, 대부분의 라디칼이 오염 화합물을 만나 분해 반응에 참여할 기회를 갖기 전에 빠르게 활성을 잃을 수 있다. 상기 문제점을 극복하기 위해, 일부 연구는 광촉매 입자를 흡착제 분말 상에 고정하거나 또는 흡착제 분말을 광촉매 입자와 혼합하여 흡착제를 광촉매와 배합하였다 (문헌[Y. Li et al., Water Res. 40, (2006) 1119-1125]; [X. Wang et al., J. Hazard. Mater. 169, (2009) 1061-1067]). 종래의 연구들은 상기의 접근이 오염물 제거의 역학의 개선, 즉 오염물이 단일 광촉매 시스템에 비해 흡착제와 광촉매가 배합된 시스템 내에서 더 빠르게 광분해된다는 점을 밝혀내었다.
가속된 반응 속도는 흡착제 상에 오염물이 흡착됨으로써 오염물이 신속하게 광촉매의 표면으로 이동하기 때문인 것으로 설명되었다. 그러나, 해결해야할 다양한 문제들이 존재하여 왔다. 첫째, 광촉매 및 흡착제 둘다 매우 작은 크기의 분말 (대개 나노미터 또는 마이크로미터 범위)이고 따라서 처리된 수로부터 분리하기가 매우 어렵고 비용이 많이 들었다. 둘째, 분말상 또는 소립자상의 광촉매는 통상 수 중에 적용되어 슬러리 방식으로 처리되어야 하였다. 수 중 또는 수면 위에 설치된 UV 램프 또는 자연 일광에 의해 제공된 광은 광촉매 입자 표면에 도달하기 위해 수 중을 통과하여야 한다. 불행히도, 광은 동일 거리의 공기를 통과했을 때에 비해 동일 거리의 수 중을 통과했을 때 더 유의하게 감쇠된다. 그 결과, 종래의 광촉매 공정에서는 대개 제공된 광의 이용 효율이 매우 낮게 된다. 셋째, 흡착/광촉매반응 복합 시스템에 사용되는 다공성 흡착제는 구멍 속에 광촉매 입자가 끼어 못쓰게 되거나 흡착제 및 광촉매 둘다의 성능이 크게 감소되었다. 따라서, 수 및 오수 중의 유기 화합물을 저비용으로 효과적으로 제거 및 무기화 (mineralization)시키기 위해 흡착, 광촉매 반응 및 광 이용 효율의 상승 효과를 달성하는 재료 및 방법이 필요하다. 또한, 특정 유기 오염물에 대한 상기 처리 시스템의 선택성을 갖도록 개발할 필요가 있다.
본 발명에서는, 상이한 기능을 가진 2 내지 3 타입의 성분 재료를 제어된 온도 하에서 용융-결합 방법을 통해 열가소성 기질 상에 고정시켜 부유성 다기능 복합재를 수득한다. 성분 재료는 광촉매, 흡착제 및 상승 작용 인핸서를 포함한다. 기질은 구성 물질을 위한 담체로서 기능하고 또한 최종 생성물의 부력을 위한 부피 밀도도 제공하도록 선택된다.
최종 부유성 다기능 복합재는 용이하게 수 중에 현탁될 수 있으나, 자연스럽게 수면으로 떠오를 것이다. 따라서, 처리 공정 내의 수체는 복합재가 있는 상층 및 수로만 이루어진 저부로 분리될 수 있다. 따라서, 복합재가 처리된 수로부터 분리되기가 더 용이하다. 복합재는 수면에서 부유하므로, 기질 상의 광촉매는, 광이 수 중을 통과할 때에 비해 공기 중을 통과할 때는 유의하게 감쇠하지 않기 때문에, UV 램프 또는 자연 일광으로부터 더 높은 효율로 광을 이용할 수 있다.
기질 상의 흡착제가 수 중에 현탁될 때 유기 화합물이 대량의 수로부터 빠르게 농축될 수 있고 분해될 유기 화합물이 향상된 물질 이동 속도로 광촉매에 공급될 수 있다. 이로써 수로부터 광촉매로의 유기 화합물 공급이 대개 저속의 물질 이동에 의하여 제한되는 종래의 광촉매 분해 기술의 문제점이 극복된다. 기질 상의 광촉매는 흡착제로부터 유기 화합물을 단순 화합물 (최종적으로는 무기물)로 분해하고 계속해서 흡착제를 재생할 수 있다. 이로써 종래의 흡착 기술에서 필요로 하는 추가적인 재생 공정이 생략된다.
성분에 인핸서를 첨가하고 기질 상에 고정시켜 상기 흡착 및 광촉매반응의 조합에 상승 효과를 제공할 수 있고, 상기 복합재에 선택성을 추가할 수 있다. 예를 들어, 상기 인핸서는 흡착제와 광촉매 사이의 유기 화합물의 물질 이동을 위한 브릿지 또는 통로로 기능할 수 있다. 또다른 예를 들면, 상기 인핸서는 광 조사 중에 광촉매 상에 생성된 전자와 정공의 재결합을 방지함으로써, 유기 화합물의 광촉매 분해 효율을 증가시켜 광촉매의 활성을 개선시킬 수 있다.
상기 부유성 복합재는 비중이 1 미만인 열가소성 물질로부터 제조된다. 상기 열가소성 물질은 흡착제, 인핸서 및 광촉매 성분이 배치되는 기질로서 기능한다. 상기 열가소성 물질은 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리스티렌, 나일론 등 및 이들의 블렌드 또는 알로이일 수 있으나 이들로 제한되지 않는다.
상기 복합재는 흡착제 및 광촉매를 포함하고 따라서 흡착 및 광촉매반응 기능이 함께 결합된다. 상기 흡착제는 수 중의 유기 화합물을 농축시키고 광촉매를 향한 유기 화합물의 더 빠른 물질 이동을 제공한다. 상기 흡착제는 활성탄, 제올라이트, 임의의 합성 또는 천연 흡착제, 및 이들의 조합일 수 있으나 이들로 제한되지 않는다. 상기 광촉매는 흡착제로부터 유기 화합물을 분해하고 흡착제를 계속해서 재생/회복시킨다. 상기 광촉매는 티타늄 디옥사이드 (TiO2), 징크 옥사이드 (ZnO), 카드뮴 술파이드 (CdS), 텅스텐 (VI) 트리옥사이드 (WO3), 실리콘 카르바이드 (SiC), 무기 원소로 도핑된 금속 산화물, 또는 이들의 임의의 조합일 수 있으나 이들로 제한되지 않는다.
흡착제의 용량을 회복시키기 위해 빈번하게 흡착제를 재생하기 위한 추가 공정을 요구하고, 따라서 고비용을 요하는 종래의 흡착 기술에 비해, 본 발명은 흡착제를 재생하기 위한 추가 공정을 요구하지 않는다. 대량의 수로부터 광촉매로의 유기 화합물의 저속 물질 이동이 종종 문제되는 종래의 광촉매 기술에 비해, 본 발명은 흡착제가 대량의 수로부터 빠르게 유기 화합물을 농축시킬 수 있기 때문에 광촉매로의 더 빠른 물질 이동 속도를 제공한다.
상기 복합재는 흡착제와 광촉매 사이에서, 예를 들어 흡착제로부터 광촉매로의 물질 이동의 촉진, 분리 및 분해될 유기 화합물에 대한 선택성의 증가, 또는 전자-정공 재결합을 방지하기 위한 전자 포획과 같은 상승 효과를 제공함으로써, 광촉매의 반응 효율을 개선시킬 수 있는 인핸서를 함유할 수 있다. 종래에는 복합재의 제조에 있어서 이와 같은 개발은 없었다.
상기 복합재의 광촉매 반응은 수면에서 발생할 수 있고 공기 매질 중에서 제공되는 광을 충분히 이용할 수 있다. 광을 종종 수 중에서 이용함으로써, 고 설비 비용 및 제공된 광의 유의한 감쇠를 초래하는 종래의 광촉매 기술이 직면한 낮은 광 이용 효율의 문제가 이로써 해결된다.
상기 부유성 다기능 복합재는 유기 화합물의 제거가 필요한 임의의 수 및 오수 처리에 이용될 수 있다. 상기 물질은 특히 대부분의 산업 폐수를 포함하는, 독성 및 비-생분해성 유기 화합물이 관련된 경우에 경쟁력 있는 해결책을 제공한다. 상기 물질은 또한 잠재적으로 저 자본 및 조작 비용을 요구하는 단순한 처리 시스템을 제공하는 이점도 갖는다.
본 발명에 따르면, 상기 부유성 다기능 복합재는 다음의 공정으로부터 제조될 수 있다.
(a) 적절한 입자 또는 분자 크기 및 중량 또는 부피 비로 선택된 흡착제, 광촉매 및 인핸서를 함께 혼합한다. 상기 성분들은 입자, 소형 관, 섬유, 분말 등의 형태일 수 있고 기질의 융점보다 최대 30℃ 높은 온도까지에서 화학적으로 안정하다.
(b) 단계 (a)의 성분 재료들보다 훨씬 큰 크기의 과립, 섬유, 시트 또는 그밖의 형상의 형태로 선택된 열가소성 기질을 수, 알콜 또는 필요에 따라 그밖의 용매로 세척한 후 건조시킨다.
(c) 반응기 내에서, 흡착제, 광촉매 및 인핸서의 혼합물을, 제조될 복합재의 최종 형상에 따라 기질의 융점보다 10℃ 낮은 온도 내지 30℃ 높은 온도 범위의 특정 온도로 교반하면서 가열한 후 상기 온도에서 유지한다. 이어서 혼합물에 기질을 첨가하고 기질의 표면이 상기 성분의 혼합물로 완전히 덮일 때까지 1 분 내지 15 분의 범위의 시간 동안 계속 혼합한다.
(d) 체를 통해 잔여 성분의 혼합물로부터 상기 복합재를 분리하고 실온으로 냉각시킨다.
(e) 제조된 물질을 수 또는 수/알콜 혼합물로 세척한 후 건조시켜 최종 생성물을 수득한다.
본 발명은 다수의 이점을 제공한다. 상기 복합재는 부유성이고 따라서 수면에서 이용될 수 있다. 수에 비해 공기 중에서는 광이 유의하게 감쇠되지 않으므로, 광촉매에 제공되는 광이 더 충분히 이용될 수 있다. 또한, 광촉매 공정을 위해 자연 일광이 광원으로 이용될 수 있다.
상기 복합재는 또한 수 또는 오수 중의 유기 화합물을 빠르게 농축시키는 우수한 흡착 성능을 갖고, 따라서 상기 물질 표면 상에 있는 광촉매 반응 부위로의 수 중의 유기 화합물의 물질 이동 속도를 개선 내지 향상시킨다.
상기 복합재는 UV 광선, 가시광선 또는 둘다의 조사 하에서 우수한 유기 화합물 광촉매 분해 성능을 갖고, 상기 재료 상의 유기 화합물을 무해한 단순 화합물로 분해할 뿐만 아니라, 동시에 상기 재료를 재생시키고 상기 재료의 수 중의 유기 화합물에 대한 흡착 성능을 회복시킨다.
상기 재료는 흡착과 광촉매반응 사이의 상승 효과를 향상시키고 특정 유기 화합물에 대한 상기 재료의 선택성 또는 제조된 복합재의 화학적 안정성을 증가 또는 개선시키는 하나 이상의 인핸서를 함유할 수 있다.
따라서, 본 발명은, 종래 기술이 달성할 수 없거나 또는 달성을 위해 다수의 단계를 필요로 할 수 있는, 비용-효과적이고 단일 공정으로 다수의 기능을 달성할 수 있는 단순한 해결책을 제공한다. 상기 재료의 부유성 특징은 통상 이용되는 광촉매 또는 흡착제의 슬러리 시스템에서 직면했던 분리 문제를 해결한다. 종래 기술에서, 광촉매 및 흡착제는 대개 나노 또는 마이크로 입자의 형태로 이용된다. 종래 기술은 수 처리 후에 분리에 있어서 상당한 문제점을 나타냈고, 분리에 통상 매우 높은 조작 비용을 발생시켰다. 상기 부유성 재료는 표면으로 부유할 수 있으므로 필요할 때 용이하게 취급 및 분리될 수 있다.
상기의 설명은, 상이한 도면들에 걸쳐 동일 부분에 대해 동일 참조부호로 표시한 첨부 도면에 도시된 바와 같이, 다음의 본 발명의 예시적인 실시양태의 보다 구체적인 설명에 의해 명백해질 것이다. 상기 도면들은 본 발명의 실시양태를 예시하는데 중점이 있으므로 스케일에 주의할 필요가 없다.
도 1은 본 발명에서 설명된 다기능 복합재의 구성의 개략도이다. 과립상 기질 상에 고정된 소규모 성분들은 흡착제, 광촉매 및 인핸서를 포함한다.
도 2는 인핸서가 흡착제와 광촉매 사이의 상승 효과를 개선시킬 수 있는 메커니즘의 개략도이다. 유기 화합물은 흡착제에 의해 흡착되고 히드록실 라디칼 (OH·)과 같은 활성 기가 생성되는 광촉매로 이동된다. 상기 인핸서는 복합재의 선택성, 광촉매의 활성, 또는 흡착제와 광촉매 사이의 물질 이동을 개선시킬 수 있다.
도 3은 본 발명의 복합재를 단순하고 비용-효과적인 방식으로 이용하는 수 처리 시스템의 개략도이다. 광원은 자연 일광 또는 수면 위에 설치된 UV 램프일 수 있다. 상기 복합재는 처리될 수와 혼합되고 수면에 부유한다. 처리된 수는 실시 상의 어려움 없이 반응기의 바닥으로부터 수집될 수 있다.
도 4는 수, 페놀, 및 부유성 다기능 복합재를 담은 비커 내 크세논 램프 하에서의 광촉매 반응에 대한 시간 (h) 대 페놀 농도 (ppm)의 그래프이다.
이하, 본 발명의 예시적인 실시양태를 설명한다.
본 발명은 부유성 다기능 복합재, 그의 제조 방법 및 그의 적용 공정에 관한 것이다.
a) 광촉매 성분은 임의의 활성 광촉매일 수 있고, 전형적으로 약 1 ㎚ 내지 약 50,000 ㎚, 전형적으로 약 10 ㎚ 내지 약 100 ㎚의 유효 크기인 분말, 관 또는 섬유 형태로서, 전형적으로 TiO2일 수 있다. 흡착제 성분은 예를 들어 무기 또는 유기의 임의의 흡착제일 수 있고, 단일 타입 흡착제 또는 흡착제 혼합물일 수 있다. 전형적으로, 흡착제는 약 1 ㎚ 내지 약 100,000 ㎚ 범위의 유효 크기의 분말 또는 관 형태로서, 활성탄 또는 제올라이트 또는 둘다일 수 있다. 흡착제 및 광촉매 성분 둘다는 기질의 융점보다 낮은 온도 내지 기질의 융점보다 30℃ 높은 온도 범위의 온도에서 안정하다. 예를 들어, 융점보다 낮은 온도 범위의 하한은 0℃를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 인핸서는 제조된 복합재의 선택성 및 활성을 개선시키는 임의의 화합물일 수 있다. 전형적으로, 인핸서는 카본 나노튜브, 귀금속 염, SiO2 등의 무기물 또는 관능성 중합체일 수 있다. 흡착제, 광촉매 또는 둘다는 선택된 인핸서 또는 인핸서들에 의해 선처리될 수 있다. 상기 인핸서 또는 인핸서들은 또한 흡착제 및 광촉매 성분들과 직접 혼합될 수 있다. 혼합물 중 광촉매에 대한 흡착제의 질량비는 약 0.1 내지 약 10, 전형적으로는 약 0.2 내지 약 6으로 다양할 수 있다. 상기 인핸서의 질량은 흡착제 질량, 광촉매 질량 또는 흡착제 및 광촉매 배합물 질량의 약 0.001% 내지 약 5%, 전형적으로는 흡착제 질량, 광촉매 질량 또는 흡착제 및 광촉매 배합물 질량의 약 0.01% 내지 약 0.2%일 수 있다. 상기 기질은 임의의 열가소성 물질 또는 이들의 블렌드 또는 알로이로서 그 비중은 약 0.8 내지 약 1, 전형적으로 약 0.9 내지 약 0.95일 수 있다.
b) 흡착제, 광촉매 및 인핸서의 혼합물을 충분히 혼합한 후 기질의 융점보다 약 10℃ 낮은 온도 내지 약 30℃ 높은 온도 범위의 일정 온도로 예열 및 유지한다. 이어서, 상기 혼합물 부피의 약 10% 내지 약 60%, 전형적으로는 약 30% 내지 약 50% 부피를 갖는 기질을, 모든 기질 표면이 융해-결합되고 광촉매/흡착제/인핸서 혼합물로 완전히 덮일 때까지 약 0.5 분 내지 약 30 분, 전형적으로는 약 2 분 내지 약 10 분 동안 교반하면서 예열된 혼합물에 첨가한다. 이어서 제조된 복합재를 체에 의해 상기 혼합물로부터 분리한다. 상기 열가소성 기질의 융점은 약 80℃ 내지 약 300℃, 전형적으로는 약 100℃ 내지 약 180℃ 범위일 수 있다. 제조된 복합재는 섬유, 패브릭, 시트 또는 과립의 형상일 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
별법으로, 기질의 융점보다 약 10℃ 내지 약 25℃ 높은 온도로 기질을 가열한다. 이어서, 금형을 통해 액상 기질을 사출하고, 과립, 관, 섬유 등으로 절단하고, 흡착제, 광촉매 및 인핸서 혼합물과 혼합한다. 냉각 후, 제조된 복합재를 체에 의해 상기 혼합물로부터 분리한다.
c) 상기 제조된 다기능 복합재는 UV 램프 또는 일광을 광원으로 하여 수 또는 오수 처리 반응기 내에서 이용될 수 있다. 상기 다기능 복합재는 단지 수면을 덮을 정도의 최소량, 또는 반응기 부피의 70%까지를 채우는 최대량으로 반응기에 투입될 수 있다. 상기 광원은 적어도 30 W/㎡의 광 강도를 갖고 광촉매의 감광성에 의해 결정되는 파장에서 반응기 상부로부터 반응기에 제공되도록 고안된다. 수 중의 유기 화합물의 물질 이동은 교반, 예를 들어 에어 버블링 또는 기계적 혼합에 의한 교반에 의해 향상될 수 있으나 교반 방법은 이에 제한되지 않는다.
실시예 1
25 ㎚ 크기의 TiO2 입자 5 그램 분량을 2 g/L 살리실산 용액 중에서 30 분 동안 처리하고 100℃의 오븐에서 2 시간 동안 건조시켰다. 이어서, 처리된 TiO2 입자를 다중벽 카본 나노튜브 (길이 5~9 ㎛, 직경 110~170 ㎚) 0.05 그램과 혼합하고, 200℃의 오븐에서 2 시간 동안 가열하였다. 이어서, 100 메쉬 활성탄 입자 10 그램 분량을 TiO2 및 카본 나노튜브 혼합물과 혼합하고, 이어서 모든 성분들을 250 ㎖ 들이 반응기에 투입하였다. 반응기 내의 혼합물을 핫-플레이트 히터를 사용하여 200℃로 예열 및 유지하고 기계식 혼합기로 교반하였다. 이어서, 직경 약 4 ㎜의 폴리프로필렌 (PP) 과립 30 그램 분량을 반응기 내로 첨가하였다. 반응기 내의 혼합물을 교반하면서 더 가열하여 온도를 160℃로 증가 및 유지시켰다. 상기 공정을 3 분 동안 더 계속하였다. 이어서, PP 과립을 작은 크기의 분말 혼합물로 완전히 고정시키고, 체를 통해 잔여 분말로부터 분리하고 실온으로 냉각시켜 제조할 복합재를 수득하였다. 적용성을 입증하기 위해, 상기 부유성 다기능 복합재 3 그램 분량을 에어 버블링과 함께 50 ppm 페놀 용액 50 ㎖로 충전된 100 ㎖ 들이 비커 내로 첨가하였다. 비커의 내용물을 48 W/㎡ 전력의 UV 광을 내는 크세논 램프 (뉴포트 제품) 하에 두었다. 용액 중의 페놀은 4 시간 내에 완전히 제거되는 것으로 밝혀졌다.
실시예 2
800 ㎖ 들이 반응기 내에서 P25 TiO2 (에어록사이드, 데구사 제품) 50 그램을 100 메쉬 활성탄 입자 50 그램과 혼합하여 다기능 부유성 광촉매를 제조하였다. 상기 혼합물을 핫-플레이트 히터를 사용하여 185℃로 예열 및 유지하고, 기계식 혼합기로 교반하였다. 이어서, 직경 약 4 ㎜의 폴리프로필렌 (PP) 과립 50을 반응기 내로 첨가하였다. 상기 혼합물을 10 분 동안 교반하면서 더 가열하였다. PP 과립이 TiO2 및 활성탄 입자로 코팅되었다. 이어서 처리된 PP 과립을 수집하고, 에탄올 및 수로 세척하였다. 세척된 과립을 10 ppm 페놀 용액 300 ㎖와 함께 300 ㎖ 들이 유리 비커에 첨가하였다. 유리 비커를 3" 직경의 광선을 갖는 150 W 크세논 램프에 의해 조사하였다. 공기 확산기로 분당 1.5 리터의 공기를 페놀 용액에 도입시켰다. C18 컬럼을 구비한 HPLC로 페놀 농도를 분석하였다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 5 시간 후에 페놀 농도가 0에 접근하였다.
본 발명을 예시적인 실시양태를 참조하여 상세하게 도시 및 설명하였으나, 첨부된 특허청구범위에 포함되는 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위에서 본 발명의 형태 및 세부 사항에 다양한 변경이 이루어질 수 있음은 당업자에게 이해될 것이다.

Claims (22)

  1. 부력을 갖는 기질,
    유기 화합물을 흡착하기 위한 흡착제,
    유기 화합물을 분해하기 위한 광촉매, 및
    흡착제와 광촉매 사이의 물질 이동의 촉진, 복합재의 선택성의 증가, 복합재의 화학적 안정성의 증가 및(또는) 광촉매 효율의 개선을 위한 인핸서를 포함하고,
    상기 흡착제, 광촉매 및 인핸서가 기질 상에 고정된 복합재.
  2. 제1항에 있어서,
    기질이 1 미만의 비중을 갖는 열가소성 물질인 복합재.
  3. 제2항에 있어서,
    열가소성 물질이 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리스티렌, 나일론, 또는 이들의 블렌드 또는 알로이인 복합재.
  4. 제2항에 있어서,
    기질이 성분 재료보다 큰 크기의 과립, 섬유, 시트 및 그밖의 형상의 형태인 복합재.
  5. 제1항에 있어서,
    흡착제가 유기 화합물을 농축시키고, 흡착된 유기 화합물이 광촉매로 물질 이동하도록 촉진하는 복합재.
  6. 제5항에 있어서,
    흡착제가 기질의 융점보다 낮은 온도 내지 기질의 융점보다 약 30℃ 높은 온도까지의 범위에서 화학적으로 안정한 복합재.
  7. 제5항에 있어서,
    흡착제가 활성탄, 제올라이트, 임의의 그밖의 합성 또는 천연 흡착제, 또는 이들의 조합인 복합재.
  8. 제1항에 있어서,
    광촉매가 티타늄 디옥사이드 (TiO2), 징크 옥사이드 (ZnO), 카드뮴 술파이드 (CdS), 텅스텐 (VI) 트리옥사이드 (WO3), 실리콘 카르바이드 (SiC), 무기 원소로 도핑된 금속 산화물, 또는 이들의 임의의 조합인 복합재.
  9. 제1항에 있어서,
    광촉매의 직경이 약 1 ㎚ 내지 약 50,000 ㎚ 범위인 복합재.
  10. 제9항에 있어서,
    광촉매의 직경이 약 10 ㎚ 내지 약 100 ㎚ 범위인 복합재.
  11. 제1항에 있어서,
    인핸서가 유기 화합물의 제거 및 분해를 위한 선택성을 제공하거나, 복합재의 광촉매 활성을 증가시키거나, 또는 복합재의 화학적 안정성을 증가시키는 복합재.
  12. 제1항에 있어서,
    광촉매에 대한 흡착제의 비율이 약 0.1 내지 약 10인 복합재.
  13. 제12항에 있어서,
    광촉매에 대한 흡착제의 비율이 약 0.2 내지 약 6인 복합재.
  14. 제1항에 있어서,
    인핸서의 양이 그램 단위로 흡착제의 양의 약 0.001% 내지 약 5%인 복합재.
  15. 제14항에 있어서,
    인핸서의 양이 그램 단위로 흡착제의 양의 약 0.01% 내지 약 0.2%인 복합재.
  16. 제1항에 있어서,
    인핸서의 양이 그램 단위로 광촉매의 양의 약 0.001% 내지 약 5%인 복합재.
  17. 제16항에 있어서,
    인핸서의 양이 그램 단위로 광촉매의 양의 약 0.01% 내지 약 0.2%인 복합재.
  18. 제14항에 있어서,
    기질이 약 0.8 내지 약 1의 비중을 갖는 열가소성 물질, 그의 알로이 또는 블렌드인 복합재.
  19. 제18항에 있어서,
    기질이 약 0.9 내지 약 0.95의 비중을 갖는 열가소성 물질, 그의 알로이 또는 블렌드인 복합재.
  20. 흡착제, 광촉매 및 인핸서를 혼합하여 혼합물을 형성하고,
    혼합물을 기질의 융점보다 약 10℃ 낮은 온도 내지 융점보다 약 30℃ 높은 온도까지에서 교반하며 반응시키고,
    혼합물에 기질을 첨가하고,
    혼합물을 기질 상에 고정하여 복합재를 형성하고,
    잔여 혼합물로부터 복합재를 분리하는 단계를 포함하는,
    복합재의 제조 방법.
  21. 제21항에 있어서,
    a) 복합재를 냉각시키거나,
    b) 복합재를 세척하거나, 또는
    c) 복합재를 건조시키는 것
    을 더 포함하는 방법.
  22. 제21항에 있어서,
    기질 상에 융합된 혼합물이 기질 표면을 완전히 덮는 방법.
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