KR20160038179A - 광촉매가 코팅된 지하수 정화용 광섬유 직물 복합체의 제조방법 및 이에 의해 제조된 광섬유 직물 복합체 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, (1) 광촉매 입자를 물에 분산시켜 코팅 용액을 제조하는 단계; (2) 광섬유와 일반 섬유를 혼합하여 광섬유 직물을 제조하는 단계; (3) 상기 제조한 코팅 용액에 광섬유 직물을 담지시켜 광섬유 직물 표면을 광촉매 입자로 코팅한 뒤, 건조시키는 단계; (4) 상기 광촉매로 코팅된 광섬유 직물을 건조시켜 광섬유 직물 복합체를 얻는 단계를 포함하는 광촉매가 코팅된 광섬유 직물 복합체의 제조방법 및 이에 의해 제조된 광촉매가 코팅된 광섬유 직물 복합체에 관한 것이다.
Description
본 발명은 광촉매가 코팅된 지하수 정화용 광섬유 직물 복합체의 제조방법 및 이에 의해 제조된 광섬유 직물 복합체에 관한 것이다.
급속한 산업화와 더불어 유류 및 유기 용매류 소비의 비약적인 증가와 이들 물질의 생산, 운반, 저장 및 처분 과정에서 유출되는 각종 오염물의 증가로 인해 환경 오염이 심화되고 있다.
실제 국내 토양 및 지하수 오염의 대표적 유기오염물질은 유류저장소나 산업시설 등에서 유출된 유류 오염물(예: BTEX, TPHs)과 금속세정제나 화학공정 및 염색가공의 용제로 널리 사용되는 염소계 유기용매류(예: PCE, TCE)인 것으로 밝혀졌다.
이러한 유기오염물질은 토양으로 유출 시 NAPLs(nonaqueous-phase liquids)의 형태로 존재하며, 토양 및 지하수를 동시에 오염시키고 비교적 낮은 용해도와 지체된 이동 특성 및 토양 내 잔류 포화상태로 인해 지속적인 오염원으로 존재할 뿐 아니라, 대기 중으로 휘발 시 수용체에 독성, 발암성, 생육장애, 기형 등을 유발하는 것으로 알려졌다.
최근에는 환경에 유출된 일부 신종 의약품류와 내분비계 장애물질 등이 수용체의 내분비계를 교란시켜, 수용체 내에서 독성 및 변이성을 유발하는 것으로 보고되고 있다.
국내·외에서는 지속적인 오염원으로 심각한 환경오염을 유발하는 소스-존(source-zone) NAPLs을 현장 내(in-situ) 또는 현장 외(ex-situ)로 처리(treatment) 및 차폐(containment)하는 많은 복원 기술들이 개발되어 현장에 적용되고 있다.
예를 들면, 휘발성 유기화합물(volatile organic compounds)은 토양 증기 추출(soil vapor extraction)을 주로 적용하고, 반 휘발성 유기화합물(semi-volatile organic compounds)과 PAHs(polynuclear aromatic hydrocarbons)는 주로 생물학적 분해(biodegradation)를 적용하며, PCBs(polychlorinated biphenyls), 염소계 유기용매류(chlorinated solvents) 및 살충제 등은 주로 소각(incineration)을 적용해서 오염지역을 복원한다.
특히, 염소계 유기 용매류는 물보다 밀도가 큰 특성 때문에 포화지대와 깊은 지반의 암반 틈새까지 이동 및 확산함에 따라 기존의 물리·화학적 복원기술로는 불균질한 지반 내에 다양한 형태로 존재하는 소스-존 NAPLs를 규제농도 미만으로 제거하기 어려운 실정이다.
또한, 염소계 유기 용매류는 유류 오염물에 비해 호기성 상태에서 생물학적 분해가 어려우며, 대부분의 염소계 유기 용매류는 혐기성 상태에서 환원성 탈염소(reductive dechlorination) 기작을 통해서 비교적 느리게 분해가 이루어지고, 환경조건과 기질 조건이 적절치 않을 경우 독성이 없는 분해산물로 전환되기 어려운 것으로 판명되었다.
최근에는 소스-존 NAPLs과 오염된 토양 및 지하수에 환원제(예, 금속산화물, 금속산화물 복합 화합물 등)나 산화제(과망간산칼륨, 과산화수소 등)를 직접 투입하여 오염물질을 제거하거나, 고체 촉매인 백금, 팔라듐, 니켈 등의 귀금속 촉매를 활용해 오염물질의 제거효율을 증가시킬 수 있다.
그러나 일부 금속산화물은 지하수 내 pH 및 침전 슬러지 문제를 유발시키고 복합 유기화합물의 분해 및 처리 시에는 비교적 효율이 낮은 것으로 보고되고 있다. 또한, 일부 산화제는 산화력이 너무 강해 토양 속의 질소화합물 및 미네랄류 등도 산화시켜서 토양의 성질을 바꾸거나 지하수 내 중금속 농도를 증가시킬 수도 있다.
이와 같이 종래 난분해성 유기오염 혼합물의 기존 처리 공법은 고비용·저효율 시스템으로, 처리수 내 pH 저하, 침전 슬러지 등의 문제를 유발하며, 토양의 성질을 변화시키거나 생태계에도 부정적인 영향을 끼치는 문제점이 있었다.
이로 인해, 새로운 오염물질의 처리 방법으로, 광촉매를 이용한 기술이 개발되었다. 광촉매 기술은 빛을 흡수하여 하이드록실 라디칼과 같은 강력한 산화제를 발생시켜 다양한 난분해성 유기오염물질을 분해시키는 광촉매를 이용하는 것으로, 여기에 사용되는 광촉매로는 다양한 반도체 산화물이 있으며, 이 중 이산화티탄 광촉매가 가장 효율이 좋다고 알려져 있다. 그러나, 이러한 광촉매 반응을 이용하는 고도산화기술을 토양이나 지하수 정화에 적용하고자 할 때, 광촉매 반응에서 필수적인 빛을 땅 속으로 조사하기가 쉽지 않다. 따라서, 지하수나 토양 오염 정화에 적용된 광촉매 기술은 현장외 방법으로 오염된 토양이나 지하수를 밖으로 꺼내어 처리해야 하는 한계가 있었다.
이와 관련하여, 한국공개특허 제10-2012-0048798호에는 가스상 오염물질을 흡착하는 흡착제를 포함하는 부직포 내부에 배치되어 그 표면으로 광을 발산하는 광섬유가 포함되어, 상기 흡착제에 흡착된 오염물질을 효과적으로 분해할 수 있는, 광섬유 혼합 부직포 공기정화용 필터 및 이를 포함하는 공기청정기에 대해 기재되어 있다. 상기 발명은 지하에 적용하는 기술과 달리 공기청정기에 응용하기 위해서는 광원을 이동시켜야 할 필요가 크지 않기 때문에, 광섬유의 역할이 크지 않고, 지하수 정화에 응용하는 데는 한계가 있다.
또한, 한국공개특허 제10-2009-0013257호에는 빛의 전반사가 이루어지는 광섬유의 코어를 노출시켜 직물의 곳곳에 배열되도록 직조하고, 상기 광섬유를 통해 빛을 전달하는 과정에서 일부의 빛을 직물의 외부로 직접 방출되게 함으로써 직물의 살균과 아울러 직물 근처의 공기 또는 피부의 살균 및 소독을 통한 자외선 치료가 동시에 이루어질 수 있도록 한, 광섬유가 포함된 살균 직물 및 그 제조방법이 기재되어 있다. 상기 발명은 직물 형태로 되어 살균 및 치료 기능이 잘 발현된다는 장점이 있으나, 광원을 이동시켜야 하는 지하수 정화 기술에 적용하는 데에 한계가 있다는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 지하수에 있는 중금속 및 난분해성 유기오염 물질을 흡착 및 분해하여 제거할 수 있는, 광촉매가 코팅된 광섬유 직물 복합체의 제조방법을 제공하는 것이다.
또한 본 발명은 상기 제조방법으로 제조된 광촉매가 코팅된 광섬유 직물 복합체를 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 (1) 광촉매 입자를 물에 분산시켜 코팅 용액을 제조하는 단계; (2) 광섬유와 일반 섬유를 혼합하여 광섬유 직물을 제조하는 단계; (3) 상기 제조한 코팅 용액에 광섬유 직물을 담지시켜 광섬유 직물 표면을 광촉매 입자로 코팅한 뒤, 건조시키는 단계; (4) 상기 광촉매로 코팅된 광섬유 직물을 건조시켜 광섬유 직물 복합체를 얻는 단계를 포함하는 광촉매가 코팅된 광섬유 직물 복합체의 제조방법을 제공한다.
상기 광촉매 입자는 코팅 용액의 총 중량을 기준으로 0.2중량% 내지 1.0중량%일 수 있다.
상기 광촉매는 이산화티탄 또는 산화 아연일 수 있으며,
상기 광촉매 입자의 평균 입경은 1 내지 30nm일 수 있다.
상기 (3) 단계는 3회 내지 15회 반복하여 수행될 수 있다.
상기 (3) 단계는 10분 내지 60분 동안 수행될 수 있다.
상기 (4) 단계는 30℃ 내지 70℃의 온도에서 수행될 수 있다.
상기 (4) 단계 이후에 (5) 상기 복합체를 금속 촉매 전구체가 함유된 용액에 담지시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
상기 (5) 단계의 금속은 Zn, Cu, Fe, Mn, Li, Ag, Au 및 Pt로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상일 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 상기 방법에 따라 제조된 광촉매가 코팅된 광섬유 직물 복합체를 제공한다.
본 발명에 따른 광촉매가 코팅된 광섬유 직물 복합체의 제조방법은, 빛을 손실 없이 이동시키는 광섬유를 이용하여 광원 쪽에서 직접 빛을 받을 수 있도록 하여 광원을 이용하는데 어려움이 있는 지하수를 효과적으로 정화할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 광촉매가 코팅된 광섬유 직물 복합체의 제조에 있어서, 복합체를 금속 촉매 전구체가 함유된 용액에 담지시켜, 제조된 광섬유 직물 복합체의 지하수 정화에 대한 효율을 높였다는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 광촉매가 코팅된 광섬유 직물 복합체의 제조에 있어서, 이산화티탄 전구체 대신 아나타제 결정상을 갖는 이산화티탄 입자를 분산시킨 후 코팅시켜, 제조된 광섬유 직물 복합체에서 광촉매 활성이 극대화시켰다는 장점이 있다.
또한, 상기 방법으로 제조된 광촉매가 코팅된 광섬유 직물 복합체는 중금속과 환원 반응을 일으켜서 지하수로부터 중금속을 제거할 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 광섬유 직물을 이용한 지하수 정화 시스템의 구성도(a) 및 광촉매가 코팅된 광섬유 직물의 사진과 모식도(b)이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 광섬유 직물을 광촉매로 코팅하는 방법을 나타낸 모식도이다.
도 3은 본 발명의 비교예, 실시예 1 및 실시예 4에 따른 광섬유 직물의 주사 전자 현미경 사진이다.
도 4는 본 발명의 비교예, 실시예 1 내지 실시예 6에 따른 광섬유 직물의 이산화티탄 입자의 함량에 따른 X-선 회절 분석 결과 그래프이다.
도 5는 본 발명의 비교예 및 실시예 1에 따른 광섬유 직물의 메틸렌 블루 용액에서의 반응 모습을 나타낸 사진(a) 및 본 발명의 비교예, 실시예 1, 실시예 7 및 실시예 8에 따른 광섬유 직물의 메틸렌 블루의 분해율을 나타낸 그래프(b)이다.
도 6은 본 발명의 비교예 및 실시예 1에 따른 광섬유 직물의 6가 크롬에 대한 환원 정도를 비교한 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 광섬유 직물을 광촉매로 코팅하는 방법을 나타낸 모식도이다.
도 3은 본 발명의 비교예, 실시예 1 및 실시예 4에 따른 광섬유 직물의 주사 전자 현미경 사진이다.
도 4는 본 발명의 비교예, 실시예 1 내지 실시예 6에 따른 광섬유 직물의 이산화티탄 입자의 함량에 따른 X-선 회절 분석 결과 그래프이다.
도 5는 본 발명의 비교예 및 실시예 1에 따른 광섬유 직물의 메틸렌 블루 용액에서의 반응 모습을 나타낸 사진(a) 및 본 발명의 비교예, 실시예 1, 실시예 7 및 실시예 8에 따른 광섬유 직물의 메틸렌 블루의 분해율을 나타낸 그래프(b)이다.
도 6은 본 발명의 비교예 및 실시예 1에 따른 광섬유 직물의 6가 크롬에 대한 환원 정도를 비교한 그래프이다.
본 발명의 일 구현예는 (1) 광촉매 입자를 물에 분산시켜 코팅 용액을 제조하는 단계; (2) 광섬유와 일반 섬유를 혼합하여 광섬유 직물을 제조하는 단계; (3) 상기 제조한 코팅 용액에 광섬유 직물을 담지시켜 광섬유 직물 표면을 광촉매 입자로 코팅 및 건조시키는 단계; (4) 상기 광촉매로 코팅된 광섬유 직물을 건조시켜 광섬유 직물 복합체를 얻는 단계를 포함하는 광촉매가 코팅된 광섬유 직물 복합체의 제조방법을 제공한다.
도 1 (a)는 오염된 지하수가 본 발명에 따른 광촉매가 코팅된 광섬유 직물을 통과하면서, 이에 코팅된 광촉매가 직접 투과되는 빛을 흡수하여 광촉매에 의한 산화 및 환원 반응에 의해 난분해성 유기오염 물질을 분해시켜 지하수를 정화하는 기능을 나타낸 것이다. 도 1 (b)에 도시된 기존의 인테리어에 사용되던 광섬유 직물을 응용하여 제작된 실험용 반응기에서 실험하여, 광촉매가 코팅된 광섬유 직물의 정화 기능을 입증하였다.
이하, 본 발명의 제조방법을 단계별로 상세히 설명하기로 한다.
본 발명은 (1) 광촉매 입자를 물에 분산시켜 코팅 용액을 제조하는 단계; (2) 광섬유와 일반 섬유를 혼합하여 광섬유 직물을 제조하는 단계; (3) 상기 제조한 코팅 용액에 광섬유 직물을 담지시켜 광섬유 직물 표면을 광촉매 입자로 코팅 및 건조시키는 단계; (4) 상기 광촉매로 코팅된 광섬유 직물을 건조시켜 광섬유 직물 복합체를 얻는 단계를 포함하는 광촉매가 코팅된 광섬유 직물 복합체의 제조방법 에 관한 것이다.
(1) 우선, 광섬유 직물을 광촉매로 코팅시키기 위해 광촉매 입자를 물에 분산시켜 코팅 용액을 제조한다.
일반적으로, 광촉매는 빛을 흡수하여 화학 반응을 촉진시키는 물질로서, 공기 정화 기능과 셀프 클리닝 기능이 있으며 현재 자외선 영역은 물론 가시광선 영역에서도 반응하여 유해물질 산화 분해 기능 및 초신수성 기능, 즉 표면이 젖어도 물방울을 만들지 않고 얇은 막을 만들어 내는 성질 등을 발휘하게 된다. 상기 광촉매 입자는 코팅 용액의 총 중량을 기준으로 0.2중량% 내지 1.0중량%일 수 있다. 또한, 상기 광촉매는 이산화티탄 또는 산화 아연, 바람직하게는 이산화티탄일 수 있다. 광촉매로 광섬유 직물을 코팅할 때, 광섬유 직물의 변형을 막기 위해 낮은 온도에서 건조시켜야 하므로, 광촉매의 활성을 나타내는 아나타제 결정으로의 상전이를 기대하기 어렵다. 따라서, 아나타제 결정상을 갖는 이산화티탄을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 광촉매 입자의 평균 입경은 1 내지 30nm, 바람직하게는 2 내지 20nm, 보다 바람직하게는 20nm일 수 있다.
(2) 다음으로, 광섬유와 일반 섬유를 혼합하여 광섬유 직물을 제조한다. 상기에서 광섬유를 일반섬유와 혼합하여 사용함으로써, 사용된 일반 섬유가 지하수에 함유된 오염 물질을 흡착하여, 지하수 정화 효율을 높일 수 있다.
(3) 상기 (1) 단계에서 제조한 코팅 용액에 광섬유 직물을 담지시켜 광섬유 직물 표면을 광촉매 입자로 코팅 및 건조시킨다. 상기 광섬유 직물의 코팅 및 건조 단계는3회 내지 15회 반복하여 수행될 수 있고, 10분 내지 60분 동안 수행될 수 있다.
(4) 상기 (3) 단계에서 광촉매로 코팅된 광섬유 직물을 건조시켜 광섬유 직물 복합체를 얻는다. 상기 광섬유 직물을 건조시키는 단계는 30℃ 내지 70℃의 온도에서 수행될 수 있다.
도 2에 상기 (1) 단계 내지 (4) 단계의 모식도를 나타내었는데, 이를 자세히 설명하면 다음과 같다. 코팅 용액의 총 중량을 기준으로 0.2중량% 내지 1.0중량%인 이산화티탄 입자와 증류수를 혼합하고 초음파 처리하여 이산화티탄 입자를 분산시킨다(단계 (1)). 광섬유 직물을 상기 코팅 용액에 담지시키고, 실온에서 30분 내지 60분 동안 건조시킨다(단계 (3)). 그 다음에, 30℃ 내지 70℃의 온도에서 밤새 건조시킨다(단계 (4)). 상기 (3) 단계 및 (4) 단계를 5회 내지 15회 반복하여 수행하고 건조시킨다.
본 발명의 일 구현예에 따른 광촉매가 코팅된 광섬유 직물 복합체의 제조방법은 상기 (4) 단계 이후에 (5) 단계에서 상기 복합체를 금속 촉매 전구체가 함유된 용액에 담지시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
상기 (5) 단계에서는 상기 (4) 단계에서 제조된 복합체를 금속 촉매 전구체가 함유된 용액에 담지시키는 단계를 수행한다. 상기 금속은 Zn, Cu, Fe, Mn, Li, Ag, Au 및 Pt로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상일 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 제조방법에 따라 제조된 광촉매가 코팅된 광섬유 직물 복합체에 관한 것이다.
본 발명에 따른 광촉매가 코팅된 광섬유 직물 복합체는 코팅된 광촉매가 투과된 빛을 직접 흡수함으로써, 지하수에 있는 유기 오염 물질의 산화 반응에 의한 분해뿐만 아니라, 중금속의 환원 반응에 의해, 유기 오염 물질 및 중금속 모두를 제거하여 지하수의 정화에 이용될 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.
실시예
1
코팅 용액의 총 중량을 기준으로 0.2중량%의 이산화티탄(Degussa P25) 입자와 증류수 100ml를 혼합하고 초음파 처리하여 이산화티탄 입자를 증류수에 골고루 분산시켜 코팅 용액을 준비하였다. 다음으로, 광섬유와 일반 섬유를 1:1의 비율로 준비하고, 세로로 광섬유를 배열하고 가로로 일반 섬유를 배열한 다음, 이 두 종류의 섬유를 꼬아서 두 종류의 섬유가 혼합된 광섬유 직물을 제조하였다. 이는 도 3의 비교예 사진에서 확인할 수 있는데, 세로로 배열된 굵은 섬유가 광섬유이고, 가로로 배열된 보다 얇은 섬유가 일반 섬유이다. 이러한 광섬유 직물을 상기 코팅 용액에 1분 동안 담지시키고, 실온에서 30분 동안 건조시켰다. 이러한 코팅 용액에의 담지 및 건조 과정을 5회 반복하였다.
실시예
2
상기 0.2중량%의 이산화티탄(Degussa P25) 입자 대신 0.5중량%의 이산화티탄(Degussa P25) 입자를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 제조하였다.
실시예
3
상기 0.2중량%의 이산화티탄(Degussa P25) 입자 대신 1.0중량%의 이산화티탄(Degussa P25) 입자를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 제조하였다.
실시예
4
상기 이산화티탄(Degussa P25) 입자 대신 졸-겔로 제조된 나노사이즈의 이산화티탄 입자를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 제조하였다.
실시예
5
상기 이산화티탄(Degussa P25) 입자 대신 졸-겔로 제조된 나노사이즈의 이산화티탄 입자를 사용한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일하게 제조하였다.
실시예
6
상기 이산화티탄(Degussa P25) 입자 대신 졸-겔로 제조된 나노사이즈의 이산화티탄 입자를 사용한 것을 제외하고는 실시예 3과 동일하게 제조하였다.
실시예
7
코팅 용액에의 담지 및 건조 과정을 10회 반복한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 제조하였다.
실시예
8
실시예 1에서 제조된 광섬유 직물 복합체를 염화백금산, 메탄올 및 물이 혼합된 용액에 담지시키고, 자외선 조사 후 세척 및 건조시키는 단계를 추가로 수행하였다.
비교예
광섬유와 일반 섬유를 1:1의 비율로 준비하고, 세로로 광섬유를 배열하고 가로로 일반 섬유를 배열한 다음, 이 두 종류의 섬유를 꼬아서 두 종류의 섬유가 혼합된 광섬유 직물을 제조한 후, 아무런 처리를 하지 않았다.
상기 각각의 실시예 및 비교예에서, 담지 및 건조 단계의 반복 횟수, 코팅된 광촉매의 종류 및 금속 촉매에의 담지 여부를 정리하여 하기 표 1에 나타내었다.
| 실시예1 | 실시예2 | 실시예3 | 실시예4 | 실시예5 | 실시예6 | 실시예7 | 실시예8 | 비교예 | |
| 광촉매의 함량 | 0.2 중량% |
0.5 중량% |
1.0 중량% |
0.2 중량% |
0.5 중량% |
1.0 중량% |
0.2 중량% |
0.2 중량% |
- |
| 광촉매의 평균 입경 | 20 nm | 20 nm | 20 nm | 2 nm | 2 nm | 2 nm | 20 nm | 20 nm | - |
| 담지 및 건조 단계의 반복횟수 | 5회 | 5회 | 5회 | 5회 | 5회 | 5회 | 10회 | 5회 | - |
| 금속 촉매에의 담지 여부 | X | X | X |
X | X | X | X | O | X |
실험예
1 - 주사 전자 현미경 관찰
상기 비교예, 실시예 1 및 실시예 4에 따라 제조된 광섬유 직물 복합체를 주사 전자 현미경으로 관찰하였다(도 3 참조).
도 3에서 확인할 수 있는 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따라 제조된 광섬유 직물 복합체에는 약 수백 nm 직경의 탄소나노섬유 표면에 수 nm의 직경의 이산화티탄 코팅층이 형성되어 있었다.
또한, 실시예 1의 경우가 실시예 4의 경우보다 이산화티탄 입자가 균일하게 코팅되어 있는 것을 확인할 수 있었다.
실험예
2 - X-선
회절
분석
상기 비교예 및 실시예 1 내지 6에 따라 제조된 광섬유 직물 복합체의 X-선 회절 분석을 수행하였다(도 4 참조).
도 4에 도시된 바와 같이, 이산화티탄이 코팅된 실시예 1 내지 6의 경우, 비교예와 달리 이산화티탄 입자가 아나타제 결정 구조를 가지고 있음을 확인할 수 있었다. 이러한 결과는 코팅 조건이 기존의 이산화티탄 입자의 결정상을 변화시킬 수 있는 조건에 미치지 아니하여, 사용된 이산화티탄의 결정상이 그대로 나타났기 때문이다.
또한 실시예 1 내지 6에서도 이러한 아나타제 결정 구조가 코팅 용액의 이산화티탄의 함량에 따라서 차이가 있었는데, 이는 코팅용액에서 이산화티탄의 함량에 따라서 광섬유 직물에 코팅되는 이산화티탄의 양이 달라지기 때문이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 코팅 용액에서 이산화티탄의 함량이 높아질수록 아나타제 결정 구조가 명확해짐을 확인할 수 있었다.
실험예
3 - 메틸렌블루 용액을 이용한
광촉매
활성 분석
상기 비교예, 실시예 1, 실시예 7 및 실시예 8에 따라 제조된 광섬유 직물 복합체의 광촉매 활성 분석을 수행하였다(도 5 참조). 도 5 (a)의 경우, 비교예와 실시예 1의 광섬유 직물을 메틸렌 블루 용액에 담지시킨 후, 72 시간 동안 자외선 조사를 한 뒤의 변화 모습을 비교한 사진이고, 도 5 (b)의 경우, 비교예와 실시예 1, 실시예 7 및 실시예 8의 광섬유 직물을 메틸렌 블루 용액에 담지시킨 후, 24 시간 동안 자외선 조사를 한 뒤의 메틸렌 블루의 분해율을 나타낸 그래프이다.
도 5 (b)에 도시된 바와 같이, 광촉매가 코팅되지 않은 비교예 1의 경우, 메틸렌 블루의 분해율이 20% 미만으로 거의 분해가 일어나지 않았으나, 실시예 1의 광섬유 직물의 경우, 메틸렌 블루의 분해율이 40% 이상임을 확인할 수 있다.
한편, 실시예 7 및 실시예 8의 경우, 메틸렌 블루의 분해율이 실시예 1의 경우보다 상당히 증가했음을 알 수 있는데, 이는 실시예 7의 경우, 이산화티탄의 코팅 횟수가 증가되어 코팅된 이산화티탄의 양이 많아졌기 때문이고, 실시예 8의 경우, 이산화티탄 표면에 금속 촉매를 담지시켜 이산화티탄의 광촉매 활성이 크게 증가되었기 때문이다.
실험예
4 - 6가 크롬 용액을 이용한
광촉매
활성 분석
상기 비교예 및 실시예 1에 따라 제조된 광섬유 직물 복합체의 광촉매 활성 분석을 수행하였다(도 6 참조). 비교예 및 실시예 1의 광섬유 직물을 6가 크롬 용액에 담근 후, 각각 6 시간 및 72 시간 동안 자외선을 조사한 후 6가 크롬의 농도 변화를 비교하여, 광촉매의 중금속의 분해능을 분석하였다.
도 6에 도시된 바와 같이, 광촉매가 코팅되지 않은 비교예의 경우, 72 시간의 자외선 조사 후에도 6가 크롬의 농도 변화가 거의 없으나, 실시예 1의 경우, 72 시간의 자외선 조사 후에는 6가 크롬이 거의 100% 분해되었음을 확인할 수 있었다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 광촉매가 코팅된 광섬유 직물 복합체는 지하수에 있는 유기 오염 물질뿐만 아니라, 중금속 물질을 정화할 수 있고, 광촉매의 코팅횟수를 조절하고, 금속 촉매에 담지시킴으로써, 지하수에 있는 난분해성 오염 물질을 효과적으로 정화시킬 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 광촉매가 코팅된 광섬유 직물 복합체는 길게 연결됨으로써, 광원을 이용하는 데 어려움이 있는 오염된 지하수가 있는 부분에서도 효과적인 광촉매의 작용이 가능하다.
Claims (10)
- (1)광촉매 입자를 물에 분산시켜 코팅 용액을 제조하는 단계;
(2)광섬유와 일반 섬유를 혼합하여 광섬유 직물을 제조하는 단계;
(3) 상기 제조한 코팅 용액에 광섬유 직물을 담지시켜 광섬유 직물 표면을 광촉매 입자로 코팅한 뒤, 건조시키는 단계;
(4) 상기 광촉매로 코팅된 광섬유 직물을 건조시켜 광섬유 직물 복합체를 얻는 단계를 포함하는 광촉매가 코팅된 광섬유 직물 복합체의 제조방법. - 제 1항에 있어서,
상기 광촉매 입자가 코팅 용액의 총 중량을 기준으로 0.2중량% 내지 1.0중량%인 것을 특징으로 하는 광촉매가 코팅된 광섬유 직물 복합체의 제조방법. - 제 1항에 있어서,
상기 광촉매가 이산화티탄 또는 산화 아연인 것을 특징으로 하는 광촉매가 코팅된 광섬유 직물 복합체의 제조방법. - 제 1항에 있어서,
상기 광촉매 입자의 평균 입경이 1 내지 30nm인 것을 특징으로 하는 광촉매가 코팅된 광섬유 직물 복합체의 제조방법. - 제 1항에 있어서,
상기 (3) 단계를 3회 내지 15회 반복하는 것을 특징으로 하는 광촉매가 코팅된 광섬유 직물 복합체의 제조방법. - 제 1항에 있어서,
상기 (3) 단계가 10분 내지 60분 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 광촉매가 코팅된 광섬유 직물 복합체의 제조방법. - 제 1항에 있어서,
상기 (4) 단계가 30℃ 내지 70℃의 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 광촉매가 코팅된 광섬유 직물 복합체의 제조방법. - 제 1항에 있어서,
상기 (4) 단계 이후에, (5) 단계에서 상기 복합체를 금속 촉매 전구체가 함유된 용액에 담지시키는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 광촉매가 코팅된 광섬유 직물 복합체의 제조방법. - 제 8항에 있어서,
상기 (5) 단계의 금속이 Zn, Cu, Fe, Mn, Li, Ag, Au 및 Pt로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 광촉매가 코팅된 광섬유 직물 복합체의 제조방법. - 제 1항 내지 제 9항의 방법에 따라 제조된 광촉매가 코팅된 광섬유 직물 복합체.
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|---|---|---|---|
| KR1020140130427A KR20160038179A (ko) | 2014-09-29 | 2014-09-29 | 광촉매가 코팅된 지하수 정화용 광섬유 직물 복합체의 제조방법 및 이에 의해 제조된 광섬유 직물 복합체 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020140130427A KR20160038179A (ko) | 2014-09-29 | 2014-09-29 | 광촉매가 코팅된 지하수 정화용 광섬유 직물 복합체의 제조방법 및 이에 의해 제조된 광섬유 직물 복합체 |
Publications (1)
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| KR20160038179A true KR20160038179A (ko) | 2016-04-07 |
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| KR (1) | KR20160038179A (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2020234523A1 (fr) * | 2019-05-23 | 2020-11-26 | Brochier Technologies | Procédé de depot de nanoparticules métalliques sur une nappe textile par photocatalyse et nappe textile correspondante |
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2014
- 2014-09-29 KR KR1020140130427A patent/KR20160038179A/ko not_active Application Discontinuation
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2020234523A1 (fr) * | 2019-05-23 | 2020-11-26 | Brochier Technologies | Procédé de depot de nanoparticules métalliques sur une nappe textile par photocatalyse et nappe textile correspondante |
| FR3096376A1 (fr) * | 2019-05-23 | 2020-11-27 | Brochier Technologies | Procede de depot de nanoparticules métalliques sur une nappe textile par photocalyse et nappe textile correspondante |
| CN113924394A (zh) * | 2019-05-23 | 2022-01-11 | 布罗谢尔技术公司 | 用于通过光催化在纺织网上沉积金属纳米颗粒的方法以及对应的纺织网 |
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