KR20170114750A - 광촉매 필름 및 이의 제조방법 - Google Patents
광촉매 필름 및 이의 제조방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20170114750A KR20170114750A KR1020160042245A KR20160042245A KR20170114750A KR 20170114750 A KR20170114750 A KR 20170114750A KR 1020160042245 A KR1020160042245 A KR 1020160042245A KR 20160042245 A KR20160042245 A KR 20160042245A KR 20170114750 A KR20170114750 A KR 20170114750A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- film
- photocatalytic
- photocatalyst
- sol
- photocatalytic film
- Prior art date
Links
- 239000011941 photocatalyst Substances 0.000 title claims abstract description 68
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 15
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 claims abstract description 84
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 21
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 18
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 17
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 150000003609 titanium compounds Chemical class 0.000 claims abstract description 9
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 claims abstract description 8
- 150000003658 tungsten compounds Chemical class 0.000 claims abstract description 8
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 6
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 31
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 24
- VXUYXOFXAQZZMF-UHFFFAOYSA-N titanium(IV) isopropoxide Chemical compound CC(C)O[Ti](OC(C)C)(OC(C)C)OC(C)C VXUYXOFXAQZZMF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N N-Butanol Chemical group CCCCO LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims description 16
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- 235000019441 ethanol Nutrition 0.000 claims description 15
- BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N Tetraethyl orthosilicate Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)OCC BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 12
- ZDZDSZQYRBZPNN-UHFFFAOYSA-N 4,5,6,7-tetrahydro-[1,2]oxazolo[5,4-c]pyridin-6-ium-3-olate;hydrochloride Chemical compound Cl.C1NCCC2=C1ONC2=O ZDZDSZQYRBZPNN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- ASRYSTKCOQBGBE-UHFFFAOYSA-N [W+6].CC(C)[O-].CC(C)[O-].CC(C)[O-].CC(C)[O-].CC(C)[O-].CC(C)[O-] Chemical compound [W+6].CC(C)[O-].CC(C)[O-].CC(C)[O-].CC(C)[O-].CC(C)[O-].CC(C)[O-] ASRYSTKCOQBGBE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 claims description 9
- RMAQACBXLXPBSY-UHFFFAOYSA-N silicic acid Chemical compound O[Si](O)(O)O RMAQACBXLXPBSY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 claims description 7
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 claims description 4
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 3
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 abstract description 8
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 abstract description 3
- 239000010408 film Substances 0.000 description 91
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 37
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 11
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 11
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 description 8
- 238000001782 photodegradation Methods 0.000 description 7
- 101100424163 Arabidopsis thaliana TWN2 gene Proteins 0.000 description 6
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 6
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 4
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 4
- ZNOKGRXACCSDPY-UHFFFAOYSA-N tungsten trioxide Chemical compound O=[W](=O)=O ZNOKGRXACCSDPY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 3
- WUPHOULIZUERAE-UHFFFAOYSA-N 3-(oxolan-2-yl)propanoic acid Chemical compound OC(=O)CCC1CCCO1 WUPHOULIZUERAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000005083 Zinc sulfide Substances 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 229910052980 cadmium sulfide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 244000052769 pathogen Species 0.000 description 2
- 238000003980 solgel method Methods 0.000 description 2
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 2
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 2
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052984 zinc sulfide Inorganic materials 0.000 description 2
- RBTBFTRPCNLSDE-UHFFFAOYSA-N 3,7-bis(dimethylamino)phenothiazin-5-ium Chemical compound C1=CC(N(C)C)=CC2=[S+]C3=CC(N(C)C)=CC=C3N=C21 RBTBFTRPCNLSDE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 description 1
- 241000588724 Escherichia coli Species 0.000 description 1
- 241000191967 Staphylococcus aureus Species 0.000 description 1
- OUUQCZGPVNCOIJ-UHFFFAOYSA-M Superoxide Chemical compound [O-][O] OUUQCZGPVNCOIJ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000013543 active substance Substances 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 1
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 1
- 239000005556 hormone Substances 0.000 description 1
- 229940088597 hormone Drugs 0.000 description 1
- TUJKJAMUKRIRHC-UHFFFAOYSA-N hydroxyl Chemical compound [OH] TUJKJAMUKRIRHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229960000907 methylthioninium chloride Drugs 0.000 description 1
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000013032 photocatalytic reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010672 photosynthesis Methods 0.000 description 1
- 230000029553 photosynthesis Effects 0.000 description 1
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000010926 purge Methods 0.000 description 1
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 1
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 1
- 238000006479 redox reaction Methods 0.000 description 1
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 230000001954 sterilising effect Effects 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- -1 titanium alkoxide Chemical class 0.000 description 1
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 239000012855 volatile organic compound Substances 0.000 description 1
- DRDVZXDWVBGGMH-UHFFFAOYSA-N zinc;sulfide Chemical compound [S-2].[Zn+2] DRDVZXDWVBGGMH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
- C09D5/00—Coating compositions, e.g. paints, varnishes or lacquers, characterised by their physical nature or the effects produced; Filling pastes
- C09D5/16—Antifouling paints; Underwater paints
- C09D5/1606—Antifouling paints; Underwater paints characterised by the anti-fouling agent
- C09D5/1612—Non-macromolecular compounds
- C09D5/1618—Non-macromolecular compounds inorganic
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J13/00—Colloid chemistry, e.g. the production of colloidal materials or their solutions, not otherwise provided for; Making microcapsules or microballoons
- B01J13/0004—Preparation of sols
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J21/00—Catalysts comprising the elements, oxides, or hydroxides of magnesium, boron, aluminium, carbon, silicon, titanium, zirconium, or hafnium
- B01J21/06—Silicon, titanium, zirconium or hafnium; Oxides or hydroxides thereof
- B01J21/063—Titanium; Oxides or hydroxides thereof
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/16—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of arsenic, antimony, bismuth, vanadium, niobium, tantalum, polonium, chromium, molybdenum, tungsten, manganese, technetium or rhenium
- B01J23/24—Chromium, molybdenum or tungsten
- B01J23/30—Tungsten
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/002—Catalysts characterised by their physical properties
- B01J35/004—Photocatalysts
-
- B01J35/39—
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
- B01J37/0009—Use of binding agents; Moulding; Pressing; Powdering; Granulating; Addition of materials ameliorating the mechanical properties of the product catalyst
- B01J37/0018—Addition of a binding agent or of material, later completely removed among others as result of heat treatment, leaching or washing,(e.g. forming of pores; protective layer, desintegrating by heat)
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
- C09D5/00—Coating compositions, e.g. paints, varnishes or lacquers, characterised by their physical nature or the effects produced; Filling pastes
- C09D5/02—Emulsion paints including aerosols
- C09D5/024—Emulsion paints including aerosols characterised by the additives
- C09D5/025—Preservatives, e.g. antimicrobial agents
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B1/00—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements
- G02B1/10—Optical coatings produced by application to, or surface treatment of, optical elements
- G02B1/18—Coatings for keeping optical surfaces clean, e.g. hydrophobic or photo-catalytic films
Abstract
본 발명은 텅스텐 화합물, 티타늄 화합물, 물, 유기용매 및 질산을 혼합하여 졸(sol)을 제조하는 광촉매 졸 제조단계, 상기 광촉매 졸을 기판상에 형성하여 막을 형성하는 광촉매 막 형성단계 및 상기 광촉매 막을 400 내지 600 ℃의 온도로 열처리하여 필름을 제조하는 광촉매 필름 제조단계를 포함하는 광촉매 필름의 제조방법 및 이러한 제조방법에 의해 제조된 광촉매 필름에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 광촉매 막 또는 필름의 물성과 기능성을 담보하는 다양한 원소들이 포함되어 있고, 우수한 광촉매 활성을 나타내면서도, 동시에 높은 투명도와 균일도를 나타내는 광촉매 필름을 제조할 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 따르면, 광촉매 막 또는 필름의 물성과 기능성을 담보하는 다양한 원소들이 포함되어 있고, 우수한 광촉매 활성을 나타내면서도, 동시에 높은 투명도와 균일도를 나타내는 광촉매 필름을 제조할 수 있는 효과가 있다.
Description
본 발명은 광촉매 필름 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 광촉매 필름의 물성과 기능성을 담보하는 다양한 원소들이 포함되어 있으면서도 동시에 높은 투명도를 나타낼 수 있는 광촉매 필름 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
광촉매는 빛에너지를 받으면 활성이 높은 물질을 생성하여 화학반응을 촉진시키는 물질로서, 광촉매를 이용한 오염물질 제거 등에 대한 다양한 연구가 진행되고 있다. 이러한 광촉매의 종류는 이산화티탄(TiO2), 산화아연(ZnO), 황화아연(ZnS), 및 황화카드뮴(CdS) 등이 있으며, 광안정성 및 광활성이 우수한 이산화티탄이 대표적인 광촉매로 사용되고 있다. 이산화티탄은 아나타제(anatase), 루타일(rutile), 및 브루카이트(brookite)형의 결정상을 지니며, 이 중에서 아나타제 형이 대부분의 광촉매 반응에서 우수한 광활성을 나타낸다.
이산화티탄(TiO2)은 반도체 물질로서 식물의 광합성과 유사하게 빛을 흡수하여 활성화되며, 자외선 영역 중 대략 380 ~ 385 nm파장 이하의 빛을 흡수하여 전자(e-)가 가전자대(Valence Band)에서 전도대(Conduction Band)로 전이가 일어나고 가전자대에서는 홀(hole, h+)이 형성된다. 이러한 전자와 홀은 아래의 반응식에서와 같이 산화, 환원 반응(Redox Reaction)을 일으키거나 재결합(Recombination)에 의해 열을 발생시킨다.
전도대: O2 + H+ + e- HO2-(전자는 산화제를 환원)
가전자대: H2O + h+ OH?+ H+ (홀은 환원제를 산화)
이와 같이, 이산화티탄은 빛 에너지를 받아 전자(e-)와 정공(h+)을 생성하며, 이들 각각은 공기 중에 O2, H2O와 반응을 일으켜 산화티탄 표면에 슈퍼옥사이드 라디칼(HO2-)과 하이드록시 라디칼(OH-)과 같은 활성 산소를 생성시킨다. 이렇게 형성된 물질들은 반응성이 매우 강하여 NOx, SOx, 휘발성 유기화합물(VOCs) 및 각종 악취정화에 탁월하고 난분해성 오염물질, 환경호르몬 등을 제거할 뿐 아니라 병원성 대장균, 황색포도구균, O-157 등 각종 병원균과 박테리아를 99% 이상 살균하는 능력이 있다.
광촉매로서 이산화티탄을 사용하는 방법으로는 아나타제형의 이산화티탄을 분말 형태로 사용하는 것과 특정 지지체에 졸-겔 법(sol-gel methogd)에 의해 아나타제형 이산화티탄 박막을 형성하여 사용하는 방법이 주로 사용되고 있다. 이 중, 분말 형태의 광촉매는 지지체에 고정할 수 없으므로, 반복적인 재사용이 어려운 단점이 있다. 따라서, 분말 형태의 광촉매는 다시 용해하여 코팅에 사용하거나, 비교 실험을 위한 재료에 국한하여 주로 사용되고 있다.
종래의 졸-겔 법에 의한 티타늄 광촉매 코팅은 티타늄 알콕사이드를 용매와 혼합하여 광촉매 졸을 제조하고, 제조된 광촉매 졸을 지지체에 코팅하고 소성하여 산화티탄 광촉매 박막을 형성하는 방법으로 이루어진다. 이 때, 졸의 투명도를 증가시키기 위해서는 졸용액의 분산질인 광촉매 분말의 양이 적으면서도 고르게 분산되어 있어야 하므로, 광촉매 분말의 함량을 줄이게 되면 광활성도가 감소하는 문제점이 있다. 한편, 광활성도를 높이기 위해 광촉매 분말의 함량을 높이면 코팅이 불투명해지거나 촉매 표면에 얼룩이 남는 등의 문제점이 있다.
따라서, 광촉매 막 또는 필름으로서 요구되는 물성과 우수한 광촉매 활성을 나타내면서도, 동시에 높은 투명도와 균일도를 나타낼 수 있는 광촉매 막 또는 필름에 대한 연구의 필요성이 대두되고 있다.
본 발명의 목적은 광촉매 막 또는 필름의 물성과 기능성을 담보하는 다양한 원소들이 포함되어 있고, 우수한 광촉매 활성을 나타내면서도, 동시에 높은 투명도와 균일도를 나타낼 수 있는 광촉매 필름 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 광촉매 필름의 제조방법은 텅스텐 화합물, 티타늄 화합물, 물, 유기용매 및 질산을 혼합하여 졸(sol)을 제조하는 광촉매 졸 제조단계, 상기 광촉매 졸을 기판상에 형성하여 막을 형성하는 광촉매 막 형성단계 및 상기 광촉매 막을 400 내지 600 ℃의 온도로 열처리하여 필름을 제조하는 광촉매 필름 제조단계를 포함하는 것으로 구성된다.
상기 광촉매 필름의 제조방법은 상기 광촉매 막 형성단계 이전에 상기 기판상에 베리어 층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 베리어 층은 무수 에틸알코올, 염산, 물 및 테트라에틸오르쏘실리케이트(tetraethylorthosilicate: TEOS)를 포함하는 실리카 졸 제조단계, 상기 기판상에 상기 실리카 졸 용액을 도포하여 층을 형성하는 실리카 층 형성단계 및 상기 실리카 층을 300 내지 400℃의 온도로 열처리하여 베리어 층을 형성하는 실리카 베리어 층 형성단계를 포함하는 베리어층 형성방법으로 형성될 수 있다.
상기 무수 에틸알코올, 염산, 증류수 및 테트라에틸오르쏘실리케이트(tetraethylorthosilicate: TEOS)는 몰비율이 8~15 : 0.01~0.05 : 2~6 : 1 일 수 있다.
상기 실리카층 형성단계는 스핀 코팅법에 의해 2200 내지 3200 rpm으로 20 내지 60초 동안 수행될 수 있다.
상기 텅스텐 화합물은 텅스텐 아이소프로폭사이드(Tungsten hexa isopropoxide, THIP)이고, 상기 티타늄 화합물은 티타늄 테트라 아이소프로폭사이드(Titanium tetra isopropoxide, TTIP)이며, 상기 유기용매는 부틸 알코올 및 에틸 알코올일 수 있다.
상기 광촉매 졸 제조단계는 텅스텐 아이소프로폭사이드(Tungsten hexa isopropoxide, THIP), 티타늄 테트라 아이소프로폭사이드(Titanium tetra isopropoxide, TTIP), 물, 부틸 알코올, 에틸 알코올 및 질산을 0.01~0.05 : 1.6~3.2 : 1 : 0.8~4.8 : 35~ 48 : 0.08~0.16의 몰비율로 혼합하여 광촉매 졸을 제조하는 것일 수 있다.
상기 광촉매 막 형성단계는 스핀 코팅법에 의해 2200 내지 4200 rpm으로 20 내지 60초 동안 수행될 수 있다.
상기 광촉매 필름 제조단계는 400 내지 600 ℃의 온도에서 40 내지 80분 동안 열처리 하는 것으로 수행될 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 광촉매 필름의 제조방법에 의해 제조되고, 380nm 내지 800nm의 파장 영역에서 80 내지 95% 의 빛의 투과율을 나타내는 광촉매 필름을 제공한다.
본 발명에 의하면 광촉매 막 또는 필름의 물성과 기능성을 담보하는 다양한 원소들이 포함되어 있고, 우수한 광촉매 활성을 나타내면서도, 동시에 높은 투명도와 균일도를 나타내는 광촉매 필름을 제조할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 광촉매 필름이 기판상에 제조되어 있는 상태를 나타낸 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 광촉매 필름을 구성하는 TiO2와 WO3가 서로 결합되어 있는 모습을 나타낸 투과전자 현미경(Transmission Electron Microscope, TEM) 사진이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 광촉매 필름(TWN1, TWN2)과 비교예의 광촉매 필름(TW, TWCl)의 광투과율을 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 광촉매 필름(TWN1, TWN2)과 비교예의 광촉매 필름(T, TW, TWCl)의 광분해 활성 정도를 나타낸 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 광촉매 필름을 구성하는 TiO2와 WO3가 서로 결합되어 있는 모습을 나타낸 투과전자 현미경(Transmission Electron Microscope, TEM) 사진이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 광촉매 필름(TWN1, TWN2)과 비교예의 광촉매 필름(TW, TWCl)의 광투과율을 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 광촉매 필름(TWN1, TWN2)과 비교예의 광촉매 필름(T, TW, TWCl)의 광분해 활성 정도를 나타낸 그래프이다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 일실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 일실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
도 1에는 본 발명의 일실시예에 따른 광촉매 필름이 기판상에 제조되어 있는 상태를 나타낸 모식도가 도시되어 있다.
도 1을 참조하면 본 발명에 따른 광촉매 필름의 제조방법은 텅스텐 화합물, 티타늄 화합물, 물, 유기용매 및 질산을 혼합하여 졸(sol)을 제조하는 광촉매 졸 제조단계, 상기 광촉매 졸을 기판(110)상에 형성하여 막을 형성하는 광촉매 막 형성단계 및 상기 광촉매 막을 400 내지 600 ℃의 온도로 열처리하여 필름(130)을 제조하는 광촉매 필름 제조단계를 포함하는 것으로 구성된다.
즉, 본 발명에 따른 광촉매 필름의 제조방법은 이산화티탄의 소스가 되는 텅스텐 화합물, 티타늄 화합물, 물, 유기용매를 사용하여 광촉매 필름의 물성과 광활성 기능을 구현하도록 하며, 질산을 사용하여 광촉매 졸에 질소가 도핑되도록 함으로써, 도핑된 질소가 티타늄 화합물 결정구조의 가전자대(valence band) 구조를 변경시켜 가시광선 영역에서도 광촉매 효과를 일으킬 수 있도록 한다. 이를 통해 우수한 물성과 광활성 기능을 가지면서 투명도가 우수한 광촉매 필름을 제조할 수 있다.
종래 광촉매 막이나 필름 등을 제조하는 광촉매 졸의 경우, 졸에 포함된 티타니아의 반응 속도가 잘 조절되지 않아, 티타니아의 급격한 반응에 의해 균일도가 떨어지고, 투명도가 낮은 광촉매 막이나 필름 등이 생성되는 경우가 많았다. 따라서, 이러한 광촉매 막이나 필름을 건물이나 차량 등에 설치되는 유리에 적용하였을 경우, 유리의 낮은 투명도로 인해 이산화티탄의 우수한 광촉매 활성에 의한 자정(self-cleaning) 작용이나 김서림 방지 효과에도 불구하고, 널리 사용되지 못하는 문제가 있다.
그러나, 본 발명에 따른 광촉매 필름의 제조방법은 광촉매 졸의 제조단계에서 질산을 사용하여 티타니아(titania)의 반응속도를 전체적으로 조금 느려지도록 조절함으로써, 광촉매 필름 내부의 입자나 불균일한 부분의 발생을 최소화하여 높은 투명도를 가진 광촉매 필름을 제조할 수 있다.
상기 광촉매 필름의 제조방법은 상기 광촉매 막 형성단계 이전에 상기 기판(110)상에 베리어 층(120)을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 즉, 상기 기판(110)에 직접적으로 접촉하는 것으로 형성된 광촉매 막의 경우, 열처리 과정에서 예를 들어, 유리 기판 등으로 이루어진 기판(110)으로부터 Na+, Mg2 +, Ca2 + 등의 불순물이 확산되어 광촉매 필름의 제조 효율을 저하시키고, 최종 제조되는 광촉매 필름의 광분해 효율을 저하시키는 문제를 해결할 수 있도록, 기판(110)상에 베리어 층(120)을 형성할 수 있다.
이때, 상기 베리어 층은 무수 에틸알코올, 염산, 물 및 테트라에틸오르쏘실리케이트(tetraethylorthosilicate: TEOS)를 포함하는 실리카 졸 제조단계, 상기 기판상에 상기 실리카 졸 용액을 도포하여 층을 형성하는 실리카 층 형성단계 및 상기 실리카 층을 300 내지 400℃의 온도로 열처리하여 베리어 층을 형성하는 실리카 베리어 층 형성단계를 포함하는 베리어층 형성방법으로 형성될 수 있다.
여기서, 상기 무수 에틸알코올, 염산, 증류수 및 테트라에틸오르쏘실리케이트(tetraethylorthosilicate: TEOS)는 몰비율이 8~15 : 0.01~0.05 : 2~6 : 1 인 실리카 졸로 제조될 수 있으며, 이러한 실리카 졸은 스핀 코팅법에 의해 2200 내지 3200 rpm으로 20 내지 60초 동안 상기 기판(110)에 도포되는 방법으로 도포되어 실리카 층을 형성할 수 있다.
상기 광촉매 졸의 제조단계에서 상기 텅스텐 화합물은 텅스텐 아이소프로폭사이드(Tungsten hexa isopropoxide, THIP)이고, 상기 티타늄 화합물은 티타늄 테트라 아이소프로폭사이드(Titanium tetra isopropoxide, TTIP)이며, 상기 유기용매는 부틸 알코올 및 에틸 알코올일 수 있다.
또한, 상기 광촉매 졸 제조단계는 텅스텐 아이소프로폭사이드(Tungsten hexa isopropoxide, THIP), 티타늄 테트라 아이소프로폭사이드(Titanium tetra isopropoxide, TTIP), 물, 부틸 알코올, 에틸 알코올 및 질산을 0.01~0.05 : 1.6~3.2 : 1 : 0.8~4.8 : 35~ 48 : 0.08~0.16의 몰비율로 혼합하여 광촉매 졸을 제조하는 것으로 수행될 수 있다.
즉, 광촉매 졸은 바람직하게는 텅스텐 아이소프로폭사이드(Tungsten hexa isopropoxide, THIP), 티타늄 테트라 아이소프로폭사이드(Titanium tetra isopropoxide, TTIP), 물, 부틸 알코올, 에틸 알코올 및 질산을 혼합하여 제조할 수 있으며, 이때 이들 각각의 화합물들의 함량비는 물의 양을 1로 하였을 경우, 각각 0.01~0.05 : 1.6~3.2 : 1 : 0.8~4.8 : 35~ 48 : 0.08~0.16의 몰비율로 혼합될 수 있다.
여기서, 상기 텅스텐 아이소프로폭사이드(Tungsten hexa isopropoxide, THIP)의 몰비율이 0.01 보다 작으면, 광촉매 필름의 가시광 감응 효과가 저하되며, 0.05보다 크면, 광촉매 필름 내부에 텅스텐 삼산화물의 양이 상대적으로 많아져 광촉매 필름의 광분해 효율을 저하시키는 문제가 있다.
또한, 상기 티타늄 테트라 아이소프로폭사이드(Titanium tetra isopropoxide, TTIP)의 몰비율이 1.6보다 작으면, 광촉매 필름 내부에 생성되는 티타니아의 양이 작아져 광촉매 필름의 광반응 효율이 저하되고, 3.2 보다 크면, 상기 광촉매 졸의 반응속도가 지나치게 빨라져 졸 용액이 젤(gel) 또는 가루 형태로 변하여 광촉매 필름이 제조되지 않을 수 있다.
또한, 상기 부틸 알코올의 몰비율이 0.8 보다 작으면, 광촉매 졸의 점도가 너무 낮아져 기판상에 균일한 광촉매 막의 형성이 어렵게 되며, 4.8보다 클 경우에는 반대로 광촉매 졸의 점도가 너무 높아져 광촉매 막의 품질이 저하될 수 있다.
또한, 상기 에틸 알코올의 몰비율이 35 보다 작으면, 광촉매 졸 용액의 반응 속도 조절이 어려워지게 되며, 48보다 클 경우에는 광촉매 졸 용액의 점도가 지나치게 낮아져 균일한 광촉매 막의 형성이 어려워지는 문제가 있다.
또한, 상기 질산의 몰비율이 0.08 보다 작을 경우에는 광촉매 졸의 반응속도 조절이 이루어지지 않고 광촉매 졸 전체적으로 불 균일한 반응에 의해 최종 생성되는 광촉매 필름의 투명도가 저하되는 문제가 있으며, 몰비율이 1.6보다 클 경우에는 광촉매 졸의 반응이 거의 일어나지 않아 광촉매 필름의 광촉매 활성이 저하되는 문제점이 있다.
상기 광촉매 막 형성단계는 스핀 코팅법에 의해 2000 내지 3000 rpm으로 10 내지 60초 동안 수행될 수 있다. 즉, 상기 광촉매 졸을 스핀 코팅법을 이용하여 기판상에 형성함으로써, 전체적으로 균일하고, 티타니아의 분산도가 우수한 광촉매 막을 형성할 수 있다.
상기 광촉매 필름 제조단계는 상기 광촉매 막을 400 내지 600 ℃의 온도에서 40 내지 80분 동안 열처리 하는 것으로 수행될 수 있다. 이때, 상기 열처리 온도가 400℃ 보다 낮을 경우에는 상기 광촉매 막의 티타니아가 광분해 효과를 나타내는 아나타제(anatase)상으로 변환되는 상변환이 잘 이루어지지 않으며, 600 ℃보다 높을 경우에는 상기 기판(110)의 모양이 변형되거나 불순물이 상기 광촉매 막으로 과량 확산되어 제조되는 광촉매 막의 품질을 저하시킬 수 있으므로 바람직하지 않다.
본 발명은 또한, 상기 광촉매 필름의 제조방법에 의해 제조되고, 380nm 내지 800nm의 파장 영역에서 80 내지 95% 의 빛의 투과율을 나타내는 광촉매 필름을 제공한다.
본 발명에 따른 광촉매 필름은 질산에 의해 광촉매 졸의 반응 속도가 조절되어 우수한 광촉매 필름의 물성과 광촉매 활성 기능을 유지하면서도, 높은 투명도를 나타내므로 차량, 건물 등에 사용되는 유리에 널리 적용될 수 있는 장점이 있다. 특히 가시광 영역인 380nm 내지 800nm의 빛의 파장 영역에서 80 내지 95% 의 빛의 투과율을 나타내므로, 투명한 유리에 적용성이 매우 높은 특징이 있다.
<
실시예
>
본 발명의 실시예에 따른 광촉매 필름은 아래의 표 1에서와 같은 재료와 실험 조건에 의해 수행되었다.
[표 1]
표 1의 광촉매 졸 구성물질과 몰비 대로 광촉매 졸을 제조하였으며, 베리어 층의 형성을 위해 에탄올, 증류수, tetraethyl orthosilicate (TEOS, 99%, Sigma-Aldrich), 및 염산을 10:4:1:0.03 몰 비율로 제조하여 SiO2 solution을 만들고 이러한 SiO2 solution을 유리 기판 상에 스핀 코팅법으로 도포하여 350℃에서 1시간 동안 열처리하여 베리어 층을 형성하였다.
상기 베리어 층이 형성된 유리 기판에 상기 광촉매 졸을 스핀 코팅법에 의해 도포하여, 500℃에서 1시간 동안 열처리하여 광촉매 필름을 제조하였다.
<
비교예
1 >
상기 실시예의 조건에서 nitric acid을 사용하지 않고, 대신 0.09 몰비의 HCl을 사용하여 광촉매 필름(TWCl)을 제조하였다.
<
비교예
2 >
상기 실시예의 조건에서 nitric acid을 사용하지 않고, 광촉매 필름(TW)을 제조하였다.
<
비교예
3 >
상기 실시예의 조건에서 텅스텐 아이소프로폭사이드(Tungsten hexa isopropoxide, THIP)를 사용하지 않고, 광촉매 필름(T)을 제조하였다.
도 2에는 본 발명의 일실시예에 따른 광촉매 필름을 구성하는 TiO2와 WO3가 서로 결합되어 있는 모습을 나타낸 투과전자 현미경(Transmission Electron Microscope, TEM) 사진이 개시되어 있고, 도 3에는 본 발명의 일실시예에 따른 광촉매 필름(TWN1, TWN2)과 비교예의 광촉매 필름(TW, TWCl)의 광투과율을 나타낸 그래프가 도시되어 있으며, 도 4에는 본 발명의 일실시예에 따른 광촉매 필름(TWN1, TWN2)과 비교예의 광촉매 필름(T, TW, TWCl)의 광분해 활성 정도를 나타낸 그래프가 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 본 발명에 따른 광촉매 필름은 이산화티탄(TiO2)과 삼산화텅스텐(WO3)이 결합하여 이루어진 형태로써 해당 광촉매 필름이 견고하고 안정적으로 결합된 상태로 형성되어 있음을 도 2를 통해 확인할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 광촉매 필름(TWN1, TWN2)은 가시광 영역인 400nm 내지 500 nm 파장영역에서 비교예의 광촉매 필름들(TW, TWCl)과 같거나, 높은 광투과율을 나타내고 있음을 도 3에서 확인할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 광촉매 필름(TWN1, TWN2)은 비교예의 광촉매 필름들(TW, TWCl)에 비해 비슷하거나 높은 광분해 효율을 나타냄을 도 4에서 확인할 수 있다. 이때 광분해 실험은 실시예의 광분해 필름과 비교예 들의 광분해 필름에 각각 5ppm, 10ml의 메틸렌블루 용액을 도포한 후 총 60분간의 150W Xe lamp 의 빛을 조사한 후, 상기 메틸렌블루의 상태를 확인하는 것으로 수행되었다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
Claims (10)
- 텅스텐 화합물, 티타늄 화합물, 물, 유기용매 및 질산을 혼합하여 졸(sol)을 제조하는 광촉매 졸 제조단계;
상기 광촉매 졸을 기판상에 형성하여 막을 형성하는 광촉매 막 형성단계; 및
상기 광촉매 막을 400 내지 600 ℃의 온도로 열처리하여 필름을 제조하는 광촉매 필름 제조단계;
를 포함하는 광촉매 필름의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 광촉매 필름의 제조방법은 상기 광촉매 막 형성단계 이전에 상기 기판상에 베리어 층을 형성하는 단계를 더 포함하는 광촉매 필름의 제조방법.
- 제2항에 있어서,
상기 베리어 층은
무수 에틸알코올, 염산, 물 및 테트라에틸오르쏘실리케이트(tetraethylorthosilicate: TEOS)를 포함하는 실리카 졸 제조단계;
상기 기판상에 상기 실리카 졸 용액을 도포하여 층을 형성하는 실리카 층 형성단계; 및
상기 실리카 층을 300 내지 400℃의 온도로 열처리하여 베리어 층을 형성하는 실리카 베리어 층 형성단계;
를 포함하는 베리어층 형성방법으로 형성되는 광촉매 필름의 제조방법.
- 제3항에 있어서,
상기 무수 에틸알코올, 염산, 증류수 및 테트라에틸오르쏘실리케이트(tetraethylorthosilicate: TEOS)는 몰비율이 8~15 : 0.01~0.05 : 2~6 : 1 인 광촉매 필름의 제조방법.
- 제3항에 있어서,
상기 실리카층 형성단계는 스핀 코팅법에 의해 2200 내지 4200 rpm으로 20 내지 60초 동안 수행되는 광촉매 필름의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 텅스텐 화합물은 텅스텐 아이소프로폭사이드(Tungsten hexa isopropoxide, THIP)이고, 상기 티타늄 화합물은 티타늄 테트라 아이소프로폭사이드(Titanium tetra isopropoxide, TTIP)이며, 상기 유기용매는 부틸 알코올 및 에틸 알코올인 광촉매 필름의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 광촉매 졸 제조단계는 텅스텐 아이소프로폭사이드(Tungsten hexa isopropoxide, THIP), 티타늄 테트라 아이소프로폭사이드(Titanium tetra isopropoxide, TTIP), 물, 부틸 알코올, 에틸 알코올 및 질산을 0.01~0.05 : 1.6~3.2 : 1 : 0.8~4.8 : 35~ 48 : 0.08~0.16의 몰비율로 혼합하여 광촉매 졸을 제조하는 것인 광촉매 필름의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 광촉매 막 형성단계는 스핀 코팅법에 의해 2200 내지 4200 rpm으로 20 내지 60초 동안 수행되는 광촉매 필름의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 광촉매 필름 제조단계는 400 내지 600 ℃의 온도에서 40 내지 80분 동안 열처리하는 것으로 수행되는 광촉매 필름의 제조방법.
- 제1항 내지 제9항의 광촉매 필름의 제조방법에 의해 제조되고, 380nm 내지 800nm의 파장 영역에서 80 내지 95% 의 빛의 투과율을 나타내는 광촉매 필름.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020160042245A KR20170114750A (ko) | 2016-04-06 | 2016-04-06 | 광촉매 필름 및 이의 제조방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020160042245A KR20170114750A (ko) | 2016-04-06 | 2016-04-06 | 광촉매 필름 및 이의 제조방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20170114750A true KR20170114750A (ko) | 2017-10-16 |
Family
ID=60296081
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020160042245A KR20170114750A (ko) | 2016-04-06 | 2016-04-06 | 광촉매 필름 및 이의 제조방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20170114750A (ko) |
-
2016
- 2016-04-06 KR KR1020160042245A patent/KR20170114750A/ko active Search and Examination
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101804327B1 (ko) | 이산화티탄을 이용한 혼성 광촉매 필름 및 제조 방법 | |
| Zaleska | Doped-TiO2: a review | |
| Patrocinio et al. | Layer-by-layer TiO2/WO3 thin films as efficient photocatalytic self-cleaning surfaces | |
| Li et al. | Photocatalytic degradation of rhodamine B over Pb3Nb4O13/fumed SiO2 composite under visible light irradiation | |
| AU2001282711B2 (en) | Titanium-containing materials | |
| Yu et al. | Enhanced photoinduced super-hydrophilicity of the sol–gel-derived TiO2 thin films by Fe-doping | |
| Novotna et al. | Photocatalytic activity of sol–gel TiO2 thin films deposited on soda lime glass and soda lime glass precoated with a SiO2 layer | |
| Choi et al. | Transparent nitrogen doped TiO2/WO3 composite films for self-cleaning glass applications with improved photodegradation activity | |
| AU2001282711A1 (en) | Titanium-containing materials | |
| JP2004507421A5 (ko) | ||
| WO2009050639A1 (en) | Particle comprising core and shell and applications thereof | |
| Othman et al. | Fe-doped TiO2 nanoparticles produced via MOCVD: synthesis, characterization, and photocatalytic activity | |
| Kongsong et al. | Photocatalytic degradation of glyphosate in water by N‐doped SnO2/TiO2 thin‐film‐coated glass fibers | |
| JP2017523913A (ja) | 光触媒機能性フィルム及びこの製造方法 | |
| Yu et al. | Enhanced photocatalytic activity of titania with unique surface indium and boron species | |
| JP2004209472A (ja) | 可視光応答型光触媒 | |
| KR102562529B1 (ko) | 전이금속이 도핑된 이산화티탄 광촉매 복합체 및 이의 제조방법 | |
| US20060034752A1 (en) | Visible-light-activated photocatalyst and method for producing the same | |
| KR102066527B1 (ko) | 광촉매 제조용 졸 조성물, 이의 제조 방법 및 이를 이용한 광촉매 박막의 제조 방법 | |
| KR20170114750A (ko) | 광촉매 필름 및 이의 제조방법 | |
| KR101474242B1 (ko) | 이산화티탄 분말 제조 방법 및 이를 이용한 광촉매 장치 제조 방법 | |
| KR101400633B1 (ko) | 가시광선 감응형 지르코늄 및 실리카 포함 이산화티탄 광촉매 및 그 제조방법 | |
| KR102562523B1 (ko) | 오염물질 분해용 복합 광촉매 및 이의 제조방법 | |
| JP3799822B2 (ja) | 複合酸化物薄膜の製造法 | |
| KR101242576B1 (ko) | 산화티탄 및 금속이온이 첨가된 주석산화물의 복합 구조체의 광촉매제 및 이의 제조방법 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| AMND | Amendment | ||
| E601 | Decision to refuse application | ||
| AMND | Amendment |