KR20150143216A - 산화-환원 반응을 일으키는 광촉매졸을 이용한 향균필터 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 산화-환원 반응을 일으키는 광촉매졸을 이용한 향균필터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전이금속인 구리가 담지되어 오염물질의 분해효율을 증가시킬 수 있는 산화-환원 반응을 일으키는 광촉매졸을 이용한 향균필터에 관한 것이다.
이러한 본 발명은, 공기에 포함되어 유입되는 오염물질이 기재에 흡착되고, 흡착된 오염물질이 기재의 표면에 코팅된 광촉매 코팅층에 의해 분해되어 오염물질의 세균을 제거하는 향균필터에 있어서, 상기 광촉매 코팅층은, 알코올계 용액, 전이금속인 구리가 함유된 구리 전구체, 티타늄 전구체, 수성용매 및 산촉매를 반응기에서 혼합하여 교반 가열시킴에 의해 형성된 광촉매졸이되, 상기 광촉매졸에 광을 조사하여 광산화분해반응으로 대기 중의 오염물질을 1차 분해하면서 상기 구리를 산화시킨 후, 상기 대기 중의 오염물질을 1차 분해한 광촉매졸을 상온에 방치하여 상기 산화된 구리의 환원반응으로 상기 대기 중의 오염물질을 2차 분해하여 형성되는 것을 특징으로 하는 산화-환원 반응을 일으키는 광촉매졸을 이용한 향균필터를 기술적 요지로 한다.
이러한 본 발명은, 공기에 포함되어 유입되는 오염물질이 기재에 흡착되고, 흡착된 오염물질이 기재의 표면에 코팅된 광촉매 코팅층에 의해 분해되어 오염물질의 세균을 제거하는 향균필터에 있어서, 상기 광촉매 코팅층은, 알코올계 용액, 전이금속인 구리가 함유된 구리 전구체, 티타늄 전구체, 수성용매 및 산촉매를 반응기에서 혼합하여 교반 가열시킴에 의해 형성된 광촉매졸이되, 상기 광촉매졸에 광을 조사하여 광산화분해반응으로 대기 중의 오염물질을 1차 분해하면서 상기 구리를 산화시킨 후, 상기 대기 중의 오염물질을 1차 분해한 광촉매졸을 상온에 방치하여 상기 산화된 구리의 환원반응으로 상기 대기 중의 오염물질을 2차 분해하여 형성되는 것을 특징으로 하는 산화-환원 반응을 일으키는 광촉매졸을 이용한 향균필터를 기술적 요지로 한다.
Description
본 발명은 산화-환원 반응을 일으키는 광촉매졸을 이용한 향균필터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전이금속인 구리가 담지되어 오염물질의 분해효율을 증가시킬 수 있는 산화-환원 반응을 일으키는 광촉매졸을 이용한 향균필터에 관한 것이다.
일반적으로 광촉매는 태양광 또는 형광등에 포함된 자외선광에 의해 강력한 산화, 환원 능력을 가지는 금속산화물의 형태의 물질로써, 광의 흡수를 하게 되어 전자-정공을 발생시켜 오염물질의 분해, 즉 광촉매 작용에 의해 재료 표면의 부착물질, 공기 및 용액 중의 오염물질을 살균, 항균, 분해, 방오, 소취 및 포집하는 기능을 한다.
이와 같은 광촉매는 쿨러필터, 유리, 타일, 외벽, 식품, 공장내벽, 금속제품, 수조, 해양오염정화, 건자재, 곰팡이 방지, 자외선 차단, 수질정화, 대기정화, 병원 내 감염방지 등 넓은 용도에 이용된다.
상기한 광촉매에 관련된 종래기술인 '이산화티탄 광촉매 졸 제조방법 및 이를 포함하는 이산화티탄 광촉매 제조 방법(출원번호: 10-2006-0137936)'에서는 이산화티탄에 금속이온 등을 도핑하여 우수한 촉매활성을 발현하는 광촉매를 제공하고자 하였다. 또한, '엘이디 램프에 반응하는 나노금속/광촉매 졸의 제조방법(출원번호: 10-2009-0127402)'에서는 광활성되어 오염물질을 분해시키는 광촉매졸을 제공하고자 하였다.
그러나, 광에너지가 있는 동안에만 반응하고 광(자외선)이 존재하지 않으면 전자-정공이 발생하지 않아 오염물질의 분해능을 수행할 수 없으며, 광원을 설치하여 광의 지속적인 사용으로 인하여 고 전력 소모가 발생하여 에너지비용이 증가하는 문제점이 있다.
따라서, 단순 혼합된 광촉매졸을 광 존재 하에 반응시켜 오염물질을 분해했던 방식과는 달리 더 좋은 촉매활성을 가지는 광촉매졸의 제조가 시도되고 있는데, 아직 초기단계로써 광촉매졸 조성의 적절한 조합을 찾기 위한 연구가 절실히 요구되는 시점이다.
또한, 광촉매졸의 반응을 이용하여 향균필터에 향균 효과를 유지할 수 있도록 유기물의 분해능을 향상시키기 위한 노력이 요구된다.
본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위하여 발명된 것으로, 광촉매졸을 향균필터의 기재에 코팅하여 광이 존재하지 않는 환경에서도 오염물질의 분해능을 향상시킬 수 있는 산화-환원 반응을 일으키는 광촉매졸을 이용한 향균필터를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 산화-환원 반응을 일으키는 광촉매졸을 이용한 향균필터는, 공기에 포함되어 유입되는 오염물질이 기재에 흡착되고, 흡착된 오염물질이 기재의 표면에 코팅된 광촉매 코팅층에 의해 분해되어 오염물질의 세균을 제거하는 향균필터에 있어서, 상기 광촉매 코팅층은, 알코올계 용액, 전이금속인 구리가 함유된 구리 전구체, 티타늄 전구체, 수성용매 및 산촉매를 반응기에서 혼합하여 교반 가열시킴에 의해 형성된 광촉매졸이되, 상기 광촉매졸에 광을 조사하여 광산화분해반응으로 대기 중의 오염물질을 1차 분해하면서 상기 구리를 산화시킨 후, 상기 대기 중의 오염물질을 1차 분해한 광촉매졸을 상온에 방치하여 상기 산화된 구리의 환원반응으로 상기 대기 중의 오염물질을 2차 분해하여 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 기재는, 종이, 섬유, 부직포, 활성탄, 메시, 금속메시, 금속폼 및 우레탄폼 중의 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
상기 광촉매졸은, 알코올계 용액 15~25 중량부, 전이금속인 구리가 함유된 구리 전구체 5~15 중량부, 티타늄 전구체 5~30 중량부, 수성용매 200~300 중량부 및 산촉매 5~15 중량부를 포함하여 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 알코올계 용액은, 메탄올, 에탄올, 프로판올, 이소프로판올, 부탄올 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 한다.
상기 구리 전구체는, 질산구리(Copper Nitrate), 아세트산구리(Copper Acetate), 염화구리(Copper chloride), 구리 아세틸아세토네이트(Copper Acetylacetonate) 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 한다.
상기 티타늄 전구체는, 티타늄 이소프로폭사이드(Titanium isopropoxide), 티타늄 부톡사이드(Titanium butoxide) 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 한다.
상기 수성용매는, 탈이온화된 물인 것을 특징으로 한다.
상기 산촉매는, 염산, 질산, 아세트산, 개미산 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 한다.
상기 광촉매 코팅층은, 딥 코팅법(Dip-coating method), 롤 코팅법(Roll-coating method) 및 스프레이 코팅법(Spray-coating method) 중 어느 하나의 방법을 이용하여 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 과제의 해결 수단에 의한 본 발명에 따른 산화-환원 반응을 일으키는 광촉매졸을 이용한 향균필터는, 전이금속인 구리가 함유된 광촉매졸을 향균필터의 기재에 코팅한 다음, 광촉매졸이 코팅된 기재에 광을 조사해 광산화분해반응을 유도하여 오염물질을 1차로 분해하고 구리를 산화시킨 후, 광을 제거하여 구리의 환원반응을 유도함으로써 오염물질을 2차로 분해할 수 있어 오염물질의 분해능을 향상시켜 세균제거능이 우수해질 뿐만 아니라 광을 사용하지 않아 에너지를 절약할 수 있는 향균필터를 제공할 수 있다는 효과가 있다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
앞서, 본 발명에 따른 산화-환원 반응을 일으키는 광촉매졸을 이용한 향균필터는, 기재 및 기재의 표면에 코팅되는 광촉매 코팅층으로 구성된다. 즉, 공기에 포함되어 유입되는 오염물질이 기재에 흡착되고, 흡착된 오염물질이 기재의 표면에 코팅된 광촉매 코팅층에 의해 분해되어 오염물질의 세균을 제거하는 기능을 하는 것이다.
여기서, 광촉매 코팅층은, 알코올계 용액, 전이금속인 구리가 함유된 구리 전구체, 티타늄 전구체, 수성용매 및 산촉매를 반응기에서 혼합하여 교반 가열시킴에 의해 형성된 광촉매졸을 기재에 코팅한 다음 광의 조사로 광촉매졸이 광산화분해반응하여 대기 중의 오염물질을 1차 분해하면서 상기 구리를 산화시킨 후, 대기 중의 오염물질을 1차 분해한 광촉매졸을 상온에 방치하여 산화된 구리의 환원반응으로 대기 중의 오염물질을 2차 분해하여 형성되는 층, 즉 산화-반응을 일으키는 광촉매졸이 코팅되는 것을 일컫는다.
상기한 산화-반응을 일으키는 광촉매졸에 대하여 하기에서 더욱 상세히 기술해보고자 한다.
먼저, 본 발명인 향균필터의 기재에 코팅되어 산화-환원 반응을 일으키는 광촉매졸제조단계에 대하여 설명하고자 한다.
즉, 알코올계 용액, 전이금속인 구리가 함유된 구리 전구체, 티타늄 전구체, 수성용매 및 산촉매를 반응기에서 혼합한 후, 교반 가열하여 광촉매졸을 제조하는 단계를 일컫는다.
이를 보다 구체적인 단계로 나누어보면 다음과 같다.
1. 알코올계 용액 15~25 중량부에 전이금속인 구리가 함유된 구리 전구체 5~15 중량부를 반응기에서 3분 동안 교반 혼합하여 가열함으로써 용액A를 제조한다.
여기서, 알코올계 용액은 반응의 효율성 등을 고려하여 알코올 수용액 형태인 것을 사용하는데, 메탄올, 에탄올, 프로판올, 이소프로판올, 부탄올 등을 사용하는 것이 바람직하다.
한편, 구리 전구체로는 질산구리(Copper Nitrate), 아세트산구리(Copper Acetate), 염화구리(Copper chloride) 및 구리 아세틸아세토네이트(Copper Acetylacetonate) 중에서 선택하여 사용하는 것이 바람직하다.
그리고, 첨가되는 구리 전구체의 함량이 중요한데, 이는 후술하는 티타늄 전구체와의 반응비율을 고려한 것으로, 구리 전구체가 5 중량부 미만으로 첨가되면 구리 함량이 적어 자외선 광 영역에서 활성을 띄지 않을 뿐만 아니라 추후에 기술될 구리의 환원반응이 일어나지 않을 수 있으며, 15 중량부를 초과하여 첨가하면 티타늄 전구체의 혼합되는 양이 적어질 수 있어 광촉매졸 표면 특성 향상 효과 등이 오히려 감소할 수 있으므로, 구리 전구체는 5~15 중량부의 비율로 첨가하는 것이 바람직하다.
2. 용액A에 티타늄 전구체 5~30 중량부를 넣어 3분 동안 교반 혼합하여 가열함으로써 용액B를 제조한다.
여기서, 티타늄 전구체는 티타늄 이소프로폭사이드(Titanium isopropoxide), 티타늄 부톡사이드(Titanium butoxide) 등을 사용하는 것이 바람직하다.
3. 용액B에 수성용매 200~300 중량부를 첨가하여 70~80℃에서 20~40분 동안 교반 가열함으로써 용액C를 제조한다.
이때, 수성용매는 탈이온화된 물, 즉 탈이온수를 사용하는 것이 바람직하다.
4. 용액C에 산촉매 5~15 중량부를 첨가하여 70~90℃의 온도 유지 하에 50~70분 동안 교반함으로써 광촉매졸을 제조한다.
더욱 바람직하게는, 60분 동안 교반 가열하였을 때 광촉매졸의 활성이 가장 크므로 70~90℃에서 60분 간 반응시키는 것이 바람직하다.
그리고, 산촉매는 본 발명에 속하는 기술분야에서 사용되고 있는 것이면 특별한 제한 없이 사용가능하며, 구체적으로 염산, 질산, 아세트산, 개미산 등을 선택하여 사용할 수 있다. 더욱 바람직하게는 염산을 사용하는 것이 좋다. 부가적으로, 산촉매가 5 중량부 미만으로 첨가되면 구리가 산화된 광촉매졸의 환원반응 속도를 가속화할 수 없으며, 15 중량부를 초과하여 첨가되면 오히려 광촉매졸 활성효과가 저하될 수 있으므로, 산촉매는 5~15 중량부의 범위로 첨가되는 것이 바람직하다.
이러한 광촉매졸제조단계에서, 알코올계 용액, 전이금속인 구리가 함유된 구리 전구체, 티타늄 전구체, 수성용매 및 산촉매의 양, 종류, 혼합시 반응시키는 온도 등 다양한 인자의 조절을 통하여 광촉매졸의 물성 등을 제어할 수 있다.
다음으로, 산화단계에 대하여 설명하고자 한다.
이는, 광촉매졸제조단계에서 제조된 광촉매졸에 'UV-A 20W, Sankyo'를 이용해 광(자외선)을 3시간 동안 조사하여 광산화분해반응으로 대기 중의 오염물질을 1차 분해하면서 광촉매졸에 함유된 구리를 산화시키는 단계이다.
즉, 광촉매졸이 자외선을 받게 되면, 전자(e-)와 정공(h+)이 형성되는데, 이때 형성된 정공에 의해 하이드록시 라디칼이 형성이 되고, 이렇게 형성된 하이드록시 라디칼에 의하여 오염물질인 유기물들이 분해가 되는 방식이다.
이때, 구리가 산화되기 시작하면서 검은빛으로 변하는 것을 확인하여 구리가 산화되었다는 것을 확인할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 중요한 특징이라 할 수 있는 환원단계에 대하여 설명하고자 한다.
보다 구체적으로, 환원단계는 구리가 산화되어 검은빛을 도는 것을 확인한 다음 광(자외선)을 제거하여 상온에 방치한 후, 구리가 산화되기 이전 상태인 무색 또는 옥색으로 변하고, 산화된 구리의 환원반응으로 대기 중의 오염물질을 2차 분해하는 단계를 일컫는다. 즉, 광촉매졸의 산화단계가 비자발적 과정이었다면, 환원단계는 자발적 과정에 해당하는 것이다.
이는, 광(자외선)을 조사하지 않더라도 구리 전구체가 담지된 광촉매졸이 가지는 오염물질의 분해능이 자외선을 조사하여 8번 반응시키는 것과 유사한 효율을 가지는 것으로 확인되어 광촉매졸의 활성 효과가 증대된다는 것을 의미한다.
여기서, 구리가 산화된 광촉매졸이 환원반응이 진행되면서 구리가 다시 환원되는 이유를 외부적 요인보다 내부적 요인으로 설명할 수 있다.
첫째로, 대기 중의 오염물질이 1차 분해되면서 구리가 산화된 광촉매졸이 불안정하여 산화되기 전의 안정화된 상태로 돌아가기 위함인데, 이는 비결정화 상태인 불안정한 구리를 결정화 상태인 안정한 상태로 유도하여 전자와 정공의 재결합 시간을 지연시켜 광촉매졸의 활성이 증가되는 방식이다.
둘째로, 광촉매졸 제조시 첨가된 산촉매는 주로 강산인데, 이를 대기 중의 수분과 접촉하여 환원반응을 가속화하는 것으로 설명할 수 있다. 더욱 구체적으로 설명하자면, 산화단계를 거치면서 구리가 산화된 광촉매졸은 습도에 따라 환원반응에 소요되는 시간이 달라지게 되는데, 상온의 습도 범위가 1~40%이면 환원되는데 3~8시간 정도 소요되는데 반하여 습도 범위가 41~100%이면 1~2시간 후에 환원이 완료된다. 즉, 습도가 높으면 환원되는 시간이 단축되고, 습도가 낮으면 환원되는데 시간이 많이 소요되는 방식이다.
이처럼, 광촉매졸은 광(자외선)의 조사로 구리가 산화되고 광산화분해반응이 일어나 대기 중의 오염물질(유기물)을 1차 분해할 수 있으며, 이후 광을 조사하지 않더라도 구리의 환원반응을 유도하여 대기 중의 오염물질을 2차 분해함으로써 산화반응시보다 오염물질의 분해능을 더 월등하게 수행할 수 있을 뿐만 아니라, 그 자체만으로도 향균기능이 우수하다는 효과가 있으므로 여러 용도에 유용하게 될 수 있을 것으로 기대된다.
또한, 제조된 광촉매졸에 알코올계 용액으로 에탄올 또는 이소프로판올 30~50 중량부, 수성용매로 탈이온화된 물(탈이온수) 30~50 중량부 및 실리카화합물로 실리카 또는 폴리실리케이트 0.1~1 중량부를 추가로 첨가하여 혼합함으로써, 최종 광촉매졸을 완성하여 광촉매 코팅층에 적용할 수 있다.
한편, 향균필터의 기재로는 종이, 섬유, 부직포, 활성탄, 메시, 금속메시, 금속폼 및 우레탄폼 등이 사용 가능하나 본 발명에서는 메시에 본 발명의 산화-환원 반응을 일으키는 광촉매졸을 코팅하여 시험한 결과를 분석하여 그 물성을 확인해보았다. 그 물성은 추후에 향균성 시험에서 설명하기로 한다.
그리고, 기재의 표면에 코팅되는 광촉매 코팅층은, 딥 코팅법(Dip-coating method), 롤 코팅법(Roll-coating method) 및 스프레이 코팅법(Spray-coating method) 중 어느 하나의 방법을 이용하여 코팅할 수 있는데, 이러한 코팅법은 기재의 종류, 광촉매 코팅층의 두께 등을 고려하여 적절하게 선택할 수 있다.
부가적으로, 광촉매졸로 기재 표면을 코팅한 후 90~110℃에서 10~30분 동안 건조시키는 것이 좋은데, 건조온도가 90℃보다 낮으면 광촉매졸이 충분히 경화되지 못하고 110℃를 초과하면 광촉매졸이 일부 불활성화되어 유기물 분해능이 저하될 수 있으므로, 코팅 후 건조온도는 90~110℃의 범위 내에서 실시하는 것이 바람직하다.
본 발명의 향균필터 기재에 코팅되는 산화-반응을 일으키는 광촉매졸과 광촉매졸에 혼합되는 기타 첨가제(알코올계 용액으로 에탄올 또는 이소프로판올, 수성용매로 탈이온화된 물(탈이온수) 및 실리카화합물로 실리카 또는 폴리실리케이트) 등을 참고하여 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.
<실시예1>
반응기에 알코올계 용액인 에탄올 20 중량부, 구리 전구체인 아세트산구리 10 중량부를 투입하여 3분 동안 교반 가열한 후, 티타늄 전구체인 티타늄 이소프로목사이드 5 중량부를 첨가하여 3분 동안 교반 가열하였다. 이어서, 수성용매인 탈이온수 250 중량부를 첨가하여 70~80℃에서 30분 동안 교반 가열한 후, 산촉매인 질산 10 중량부를 첨가하여 70~90℃의 온도를 유지한 상태에서 60분 동안 교반하여 광촉매졸을 제조하였다.
이후, 수득된 광촉매졸 5 중량부에 알코올계 용액인 에탄올 40 중량부, 수성용매인 탈이온수 40 중량부, 실리카 0.5 중량부를 추가로 투입하여 60분동안 교반하여 최종 광촉매졸을 제조하였다.
<실시예2>
반응기에 알코올계 용액인 에탄올 20 중량부, 구리 전구체인 아세트산구리 10 중량부를 투입하여 3분 동안 교반 가열한 후, 티타늄 전구체인 티타늄 이소프로목사이드 10 중량부를 첨가하여 3분 동안 교반 가열하였다. 이어서, 수성용매인 탈이온수 250 중량부를 첨가하여 70~80℃에서 30분 동안 교반 가열한 후, 산촉매인 질산 10 중량부를 첨가하여 70~90℃의 온도를 유지한 상태에서 60분 동안 교반하여 광촉매졸을 제조하였다.
이후, 수득된 광촉매졸 10 중량부에 알코올계 용액인 에탄올 40 중량부, 수성용매인 탈이온수 40 중량부, 실리카 0.5 중량부를 추가로 투입하여 60분동안 교반하여 최종 광촉매졸을 제조하였다.
<실시예3>
반응기에 알코올계 용액인 에탄올 20 중량부, 구리 전구체인 아세트산구리 10 중량부를 투입하여 3분 동안 교반 가열한 후, 티타늄 전구체인 티타늄 이소프로목사이드 15 중량부를 첨가하여 3분 동안 교반 가열하였다. 이어서, 수성용매인 탈이온수 250 중량부를 첨가하여 70~80℃에서 30분 동안 교반 가열한 후, 산촉매인 질산 10 중량부를 첨가하여 70~90℃의 온도를 유지한 상태에서 60분 동안 교반하여 광촉매졸을 제조하였다.
이후, 수득된 광촉매졸 15 중량부에 알코올계 용액인 에탄올 40 중량부, 수성용매인 탈이온수 40 중량부, 실리카 0.5 중량부를 추가로 투입하여 60분동안 교반하여 최종 광촉매졸을 제조하였다.
<실시예4>
반응기에 알코올계 용액인 에탄올 20 중량부, 구리 전구체인 아세트산구리 10 중량부를 투입하여 3분 동안 교반 가열한 후, 티타늄 전구체인 티타늄 이소프로목사이드 20 중량부를 첨가하여 3분 동안 교반 가열하였다. 이어서, 수성용매인 탈이온수 250 중량부를 첨가하여 70~80℃에서 30분 동안 교반 가열한 후, 산촉매인 질산 10 중량부를 첨가하여 70~90℃의 온도를 유지한 상태에서 60분 동안 교반하여 광촉매졸을 제조하였다.
이후, 수득된 광촉매졸 20 중량부에 알코올계 용액인 에탄올 40 중량부, 수성용매인 탈이온수 40 중량부, 실리카 0.5 중량부를 추가로 투입하여 60분동안 교반하여 최종 광촉매졸을 제조하였다.
<실시예5>
반응기에 알코올계 용액인 에탄올 20 중량부, 구리 전구체인 아세트산구리 10 중량부를 투입하여 3분 동안 교반 가열한 후, 티타늄 전구체인 티타늄 이소프로목사이드 25 중량부를 첨가하여 3분 동안 교반 가열하였다. 이어서, 수성용매인 탈이온수 250 중량부를 첨가하여 70~80℃에서 30분 동안 교반 가열한 후, 산촉매인 질산 10 중량부를 첨가하여 70~90℃의 온도를 유지한 상태에서 60분 동안 교반하여 광촉매졸을 제조하였다.
이후, 수득된 광촉매졸 25 중량부에 알코올계 용액인 에탄올 40 중량부, 수성용매인 탈이온수 40 중량부, 실리카 0.5 중량부를 추가로 투입하여 60분동안 교반하여 최종 광촉매졸을 제조하였다.
상기한 실시예1, 2, 3, 4 및 5의 최종 광촉매졸의 조성 비율 및 부직포와 메시에 코팅된 최종 광촉매졸의 향균성을 하기 표 1에 나타내었다. (단위는 중량부이다.)
| 조성 | 실시예1 | 실시예2 | 실시예3 | 실시예4 | 실시예5 |
| 광촉매졸 | 5 | 10 | 15 | 20 | 25 |
| 에탄올 | 40 | 40 | 40 | 40 | 40 |
| 탈이온수 | 40 | 40 | 40 | 40 | 40 |
| 실리카 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 |
| 향균성 | 실시예1 | 실시예2 | 실시예3 | 실시예4 | 실시예5 |
| 부직포 | △ | △ | ○ | ◎ | ◎ |
| 메시 | △ | △ | ○ | ○ | ◎ |
| ×: 불량, △: 보통, ○: 우수, ◎: 매우 우수 | |||||
이에 따른, 실시예5를 통하여 얻은 최종 광촉매졸을 향균필터 기재에 코팅한 후 향균성 시험에 적용한 결과를 표 2에 나타내었다.
| 균 종 | E. coli | S. aureus | |||||
| 반응시간 | 1회 | 2회 | 3회 | 1회 | 2회 | 3회 | |
| 0hr | 균 수 | 2.0×104 | 1.9×104 | 2.1×104 | 1.9×104 | 2.3×104 | 2.0×104 |
| 0.5hr |
균 수 | 4 | N.D | 4 | 8 | 8 | 4 |
| 감소율 | 99.96% | 100% | 99.98% | 99.95% | 99.94% | 99.98% | |
| 2hr |
균 수 | N.D | N.D | N.D | N.D | 4 | N.D |
| 감소율 | 100% | 100% | 100% | 100% | 99.98% | 100% | |
| 8hr |
균 수 | N.D | N.D | N.D | N.D | N.D | N.D |
| 감소율 | 100% | 100% | 100% | 100% | 100% | 100% | |
| N.D: Not Detected | |||||||
본 발명에 따른 실시예5의 산화-환원 반응을 일으키는 광촉매졸이 코팅된 향균필터 기재를 중심으로 향균성 시험에 적용한 후의 결과를 정리해보자면, 다음과 같다.
실시예5의 광촉매졸을 코팅하고 8시간이 지난 후, 대장균(E. coli) 및 포도상구균(S. aureus)의 감소율이 100%를 나타내었다. 이에 따라, 실시예5에 따른 광촉매졸의 조성비율이 가장 최적의 조건이라 할 것이다.
이상과 같이 산화-환원 반응을 일으키는 광촉매졸을 이용한 향균필터는, 변형된 졸-겔 공정법 또는 수열합성법을 통해 전이금속 중 구리를 이용하여 광촉매졸을 합성한 다음 향균필터 기재에 여러 방법을 통하여 코팅한 후, 광(자외선) 존재하에 광산화분해반응으로 구리를 산화시키면서 대기중의 유기물인 오염물질을 1차 분해할 수 있을 뿐만 아니라, 광이 제거된 후에 구리의 환원반응이 유도되어 대기 중의 오염물질을 2차 분해함으로써 구리산화시보다 오염물질의 분해효율이 증가하여 대기 중의 세균을 충분히 제거할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라, 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것도 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래 특허청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
Claims (9)
- 공기에 포함되어 유입되는 오염물질이 기재에 흡착되고, 흡착된 오염물질이 기재의 표면에 코팅된 광촉매 코팅층에 의해 분해되어 오염물질의 세균을 제거하는 향균필터에 있어서,
상기 광촉매 코팅층은,
알코올계 용액, 전이금속인 구리가 함유된 구리 전구체, 티타늄 전구체, 수성용매 및 산촉매를 반응기에서 혼합하여 교반 가열시킴에 의해 형성된 광촉매졸이되,
상기 광촉매졸에 광을 조사하여 광산화분해반응으로 대기 중의 오염물질을 1차 분해하면서 상기 구리를 산화시킨 후, 상기 대기 중의 오염물질을 1차 분해한 광촉매졸을 상온에 방치하여 상기 산화된 구리의 환원반응으로 상기 대기 중의 오염물질을 2차 분해하여 형성되는 것을 특징으로 하는 산화-환원 반응을 일으키는 광촉매졸을 이용한 향균필터. - 제1항에 있어서,
상기 기재는,
종이, 섬유, 부직포, 활성탄, 메시, 금속메시, 금속폼 및 우레탄폼 중의 어느 하나인 것을 특징으로 하는 산화-환원 반응을 일으키는 광촉매졸을 이용한 향균필터. - 제1항에 있어서,
상기 광촉매졸은,
알코올계 용액 15~25 중량부, 전이금속인 구리가 함유된 구리 전구체 5~15 중량부, 티타늄 전구체 5~30 중량부, 수성용매 200~300 중량부 및 산촉매 5~15 중량부를 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 산화-환원 반응을 일으키는 광촉매졸을 이용한 향균필터. - 제1항에 있어서,
상기 알코올계 용액은,
메탄올, 에탄올, 프로판올, 이소프로판올, 부탄올 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 산화-환원 반응을 일으키는 광촉매졸을 이용한 향균필터. - 제1항에 있어서,
상기 구리 전구체는,
질산구리(Copper Nitrate), 아세트산구리(Copper Acetate), 염화구리(Copper chloride), 구리 아세틸아세토네이트(Copper Acetylacetonate) 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 산화-환원 반응을 일으키는 광촉매졸을 이용한 향균필터. - 제1항에 있어서,
상기 티타늄 전구체는,
티타늄 이소프로폭사이드(Titanium isopropoxide), 티타늄 부톡사이드(Titanium butoxide) 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 산화-환원 반응을 일으키는 광촉매졸을 이용한 향균필터. - 제1항에 있어서,
상기 수성용매는,
탈이온화된 물인 것을 특징으로 하는 산화-환원 반응을 일으키는 광촉매졸을 이용한 향균필터. - 제1항에 있어서,
상기 산촉매는,
염산, 질산, 아세트산, 개미산 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 산화-환원 반응을 일으키는 광촉매졸을 이용한 향균필터. - 제1항에 있어서,
상기 광촉매 코팅층은,
딥 코팅법(Dip-coating method), 롤 코팅법(Roll-coating method) 및 스프레이 코팅법(Spray-coating method) 중 어느 하나의 방법을 이용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 산화-환원 반응을 일으키는 광촉매졸을 이용한 향균필터.
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| KR1020140072454A KR20150143216A (ko) | 2014-06-13 | 2014-06-13 | 산화-환원 반응을 일으키는 광촉매졸을 이용한 향균필터 |
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