KR20190061691A - 광촉매 제조용 졸 조성물, 이의 제조 방법 및 이를 이용한 광촉매 박막의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
광촉매 제조용 졸 조성물, 이의 제조 방법 및 이를 이용한 광촉매 박막의 제조 방법에 대한 것으로, 퍼옥소티탄산(peroxotitanic acid) 및 액상과산화수소(aqueous hydrogen peroxide)를 포함하는 광촉매 제조용 졸(sol) 조성물을 제공한다.
Description
광촉매 제조용 졸 조성물, 이의 제조 방법 및 이를 이용한 광촉매 박막의 제조 방법에 관한 것이다. 더욱 구체적으로는 저온열처리 후에도 광촉매 코팅물질의 물성과 기능성을 담보하면서도 동시에 높은 투명도를 나타낼 수 있는 광촉매 제조용 졸 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
광촉매를 코팅한 제품(광촉매 유리, 광촉매 타일 등)은 특별한 에너지를 가하지 않고 태양광과 같은 광원으로 각종 오염물질을 분해시킬 수 있기 때문에, 유해 유기물의 광분해와 대기 오염물질의 광산화 및 환원, 셀프클리닝 및 김서림 방지, 각종 병원균의 내성 증가로 위협받고 있는 위생문제에서도 광촉매의 살균 및 항균 작용이 문제를 간단히 해결해 줄 수 있어서 여러 분야에서 유용하게 적용될 수 있다.
또한, 급속한 산업화와 거대도시화 과정에서 발생되는 각종 환경오염 문제로 인해 친환경적이고 기능성을 지닌 건축자재의 사용에 대한 관심이 커지면서 앞으로 광촉매를 적용한 건축자재에 대한 수요가 증대될 것으로 예상된다.
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 영역의 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.
그러나 기존 광촉매 코팅 물질은 광활성 기능을 나타내려면 400℃이상의 온도로 열처리 해야 되기 때문에, 플라스틱과 같은 내열성이 낮은 기판에 코팅하는 것에는 어려움이 있었다.
저온 열처리를 통하더라도 우수한 광촉매 활성을 나타내고, 동시에 높은 투명도와 균일도를 나타내는 광촉매 코팅물질 및 이의 제조방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 구현예에서는, 퍼옥소티탄산(peroxotitanic acid) 및 액상과산화수소(aqueous hydrogen peroxide)를 포함하는 광촉매 제조용 졸(sol) 조성물을 제공한다.
본 발명의 다른 일 구현예에서는, 티타늄 화합물을 가수분해하여 티타니아(TiO2) 입자를 생성하는 단계; 및 상기 티타니아 입자 및 액상과산화수소(aqueous hydrogen peroxide)를 혼합하여 졸(sol)을 수득하는 단계;를 포함하는 광촉매 제조용 졸(sol)의 제조 방법을 제공한다.
상기 티타니아 입자 및 액상과산화수소(aqueous hydrogen peroxide)를 혼합하여 졸(sol)을 수득하는 단계;에서, 상기 수득된 졸은 퍼옥소티탄산 졸일 수 있다.
상기 티타늄 화합물을 가수분해하여 티타니아(TiO2) 입자를 생성하는 단계;에서, 상기 티타늄 화합물은 티타늄 테트라 이소프로폭사이드(titanium tetra isopropoxide)를 포함할 수 있다.
상기 티타늄 화합물을 가수분해하여 티타니아(TiO2) 입자를 생성하는 단계;는, 상기 티타늄 화합물과 알코올계 용매를 교반하는 방법에 의해 수행될 수 있다.
상기 알코올계 용매는 이소프로필알코올일 수 있다.
상기 티타니아 입자 및 액상과산화수소(aqueous hydrogen peroxide)를 혼합하여 졸(sol)을 수득하는 단계;는, 상기 티타니아 입자 및 산화제를 혼합하고 교반하여 퍼옥소티탄산 젤 수득하는 단계; 및 상기 퍼옥소티탄산 젤을 산화제 수용액으로 희석시켜 퍼옥소티탄산 졸을 수득하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 티타늄 화합물을 가수분해하여 티타니아(TiO2) 입자를 생성하는 단계;이후, 상기 티타니아 입자를 여과하고 세척한 후 건조하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 구현예에서는, 기판을 준비하는 단계; 퍼옥소티탄산(peroxotitanic acid) 및 액상과산화수소(aqueous hydrogen peroxide)를 포함하는 광촉매 제조용 졸(sol)을 기판 상에 코팅하는 단계; 및 상기 광촉매 제조용 졸(sol)이 코팅된 기판을 열처리하는 단계;를 포함하고, 상기 열처리 단계의 온도는 80 내지 200℃인 것인 광촉매 박막의 제조 방법을 제공한다.
상기 기판은 유기 기판일 수 있다.
상기 퍼옥소티탄산(peroxotitanic acid) 및 액상과산화수소(aqueous hydrogen peroxide)를 포함하는 광촉매 제조용 졸(sol)을 기판 상에 코팅하는 단계;는, 스핀 코팅법에 의해 1500 내지 4000 rpm으로 20 내지 60초 동안 수행될 수 있다.
상기 퍼옥소티탄산(peroxotitanic acid) 및 액상과산화수소(aqueous hydrogen peroxide)를 포함하는 광촉매 제조용 졸(sol)을 기판 상에 코팅하는 단계;에서, 상기 코팅 두께는 50 내지 150nm일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 광촉매 코팅물질은 저온 열처리를 통하더라도 우수한 광촉매 활성을 나타내고, 동시에 높은 투명도와 균일도를 나타내는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광촉매 코팅물질 제조 단계를 개략적으로 나타낸 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 XRD 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 표면 미세구조를 SEM으로 관찰한 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 EDS Spectrum이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 UV-Vis transmittance spectra 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 자외선 조사 시간에 따른 접촉각 변화를 도시한 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 자외선 하에서 MB 광분해 반응 그래프를 도시한 것이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라, 시간에 따른 ln (C0 / Ct)값을 나타낸 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 XRD 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 표면 미세구조를 SEM으로 관찰한 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 EDS Spectrum이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 UV-Vis transmittance spectra 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 자외선 조사 시간에 따른 접촉각 변화를 도시한 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 자외선 하에서 MB 광분해 반응 그래프를 도시한 것이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라, 시간에 따른 ln (C0 / Ct)값을 나타낸 그래프이다.
여기서 사용되는 전문 용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 본 발명의 구현예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광촉매 코팅물질 제조 방법의 순서도를 개략적으로 나타낸다. 도 1의 광촉매 코팅물질 제조 방법의 순서도는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 광촉매 코팅물질 제조 방법을 다양하게 변형할 수 있다.
도 1에 도시한 바와 같이, 티타늄 화합물 및 용매를 혼합하고 가수분해하여 티타니아(TiO2) 입자를 생성하는 단계(S10), 상기 티타니아 입자를 여과하고 세척한 후 건조하는 단계(S20), 상기 티타니아 입자, 산화제를 혼합하여 광촉매 졸을 형성하는 단계(S30), 상기 광촉매 졸을 기판상에 도포하여 막을 형성하는 광촉매 막 형성단계(S40) 및 상기 광촉매 막을 열처리하여 코팅물질을 제조하는 광촉매 코팅물질 제조단계를 포함한다. 이외에, 필요에 따라 광촉매 코팅물질 제조 방법은 다른 단계들을 더 포함할 수 있다.
먼저 단계(S10)에서는, 미세한 티타니아 입자를 얻기 위하여 티타늄 화합물 및 용매를 혼합하고 가수분해하는 것을 특징으로 한다.
티타늄 화합물은 티타니아를 형성하는 화합물이라면 제한 없이 사용할 수 있다. 구체적으로 티타늄 알콕사이드를 사용할 수 있다. 더욱 구체적으로, 티타늄 이소프로폭사이드, 티타늄 n-프로폭사이드, 티타늄 테트라이소프로폭사이드 또는 티타늄 n-부톡사이드를 사용할 수 있다. 바람직하게는 티타늄 테트라이소프로폭사이드를 사용할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서 용매는 물 또는 유기 용매를 사용할 수 있다. 더욱 구체적으로 물 및 유기 용매를 혼합하여 사용할 수 있다. 유기 용매는 2종 이상의 유기 용매를 혼합하여 사용할 수 있다. 구체적으로 에틸 알코올, 이소프로필 알코올 및 부틸 알코올 중 적어도 1종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 티타니아 입자를 생성하는 단계(S10)에서, 상기 티타늄 화합물 1몰에 대하여, 상기 용매로서 이소프로필 알코올 3 내지 15몰, 물 1 내지 10몰 혼합하는 것을 특징으로 할 수 있다. 바람직하게는 이소프로필알코올 5 내지 12몰, 물 3 내지 6몰 혼합하는 것을 특징으로 할 수 있다.
여기서 이소프로필 알코올의 몰비율이 너무 작으면, 광촉매 졸의 점도가 너무 낮아져 기판상에 균일한 광촉매 막의 형성이 어렵게 되며, 너무 클 경우에는 반대로 광촉매 졸의 점도가 너무 높아져 광촉매 막의 품질이 저하될 수 있다.
또한, 물의 몰비율이 너무 크면, 광촉매 졸의 반응속도가 지나치게 빨라져 졸 용액이 젤(gel) 또는 가루 형태로 변하여 광촉매 코팅물질이 제조되지 않을 수 있다. 물의 몰비율이 너무 작으면, 광촉매 코팅물질 내부에 생성되는 티타니아의 양이 작아져 광촉매 코팅물질 광반응 효율이 저하될 수 있다.
다시 도 1로 돌아가면, 단계(S20)은 상기 형성된 티타니아 입자를 여과하고 세척한 후에 건조하는 단계를 포함한다.
상기 형성된 티타니아 입자를 세척하기 위하여, 증류수, 초순수 등이 사용될 수 있고, 당해 분야에서 널리 이용되는 세척액이라면 그 종류에 제한은 없다.
상기 티타니아 입자를 여과하고 세척한 후 건조하는 단계(S20)에서, 수분의 완벽한 제거를 위하여 100℃ 이상의 온도에서 일정 시간 건조하는 것을 특징으로 할 수 있다. 바람직하게는, 100 내지 130 ℃의 온도에서 3 내지 6시간 동안 건조하는 것을 특징으로 할 수 있다.
도 1로 돌아가서, 다음 단계(S30)는 상기 티타니아 입자 및 산화제를 혼합하여 광촉매 졸을 형성한다.
상기 광촉매 졸을 형성하는 단계(S30)은 구체적으로 상기 티타니아 입자 및 산화제를 혼합하고 교반하여 퍼옥소티탄산 젤 형성하는 단계 및 상기 퍼옥소티탄산 젤을 산화제 수용액으로 희석시켜 퍼옥소티탄산 졸을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 퍼옥소티탄산 젤 형성하는 단계는, 투명한 오렌지 젤 상태인 퍼옥소티탄산을 얻기 위해서 상기 티타니아 입자 및 산화제를 혼합하여 교반하는 과정으로 이루어질 수 있다.
상기 퍼옥소티탄산 졸을 형성하는 단계는, 젤 상태인 퍼옥소티탄산을 산화제 수용액으로 희석하고 증류수를 첨가하여 퍼옥소티탄산 졸을 형성하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 산화제는 티타니아 입자를 퍼옥소티탄산으로 산화시키는 역할을 수행한다면 그 종류에 제한은 없으나, 바람직하게는 과산화수소 수용액을 사용할 수 있다.
다시 도 1로 돌아가면, 단계(S40)는 상기 광촉매 졸을 기판상에 도포하여 막을 형성한다.
단계(S40) 이전에, 상기 광촉매 졸을 형성하는 단계(S30)에서 완성된 퍼옥소티탄산을 코팅하기 위하여, 사전작업으로 유리를 세척하여 표면의 이물질들을 제거하는 단계가 포함될 수 있다.
또한 단계(S40) 이전에 기판상에 베리어 층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 광촉매 막을 기판에 직접적으로 접촉하는 것으로 형성할 경우, 열처리 과정에서 예를 들어, 유리 기판 등으로 이루어진 기판으로부터 Na+, Mg2 +, Ca2 + 등의
불순물이 확산되어 광촉매 코팅물질의 제조 효율을 저하시키고, 최종 제조되는 광촉매 코팅물질의 광분해 효율을 저하시키는 문제가 발생할 수 있다. 이를 해결할 수 있도록, 기판상에 베리어 층을 형성할 수 있다.
베리어 층으로는 CeO2, SiO2, SnO2, MgF2, Al2O3, TiO2, ZrO2, Ta2O5, MgO 또는 SiN을 포함할 수 있다. 베리어 층을 형성하는 방법으로는 기존에 알려진 스핀 코팅 법 등 다양한 방법을 이용할 수 있다. SiO2를 포함하는 베리어 층을 형성하는 방법을 일 예로서 설명한다.
베리어 층은 이소프로필알코올, 염산, 물 및 테트라에틸오르쏘실리케이트(tetraethylorthosilicate: TEOS)를 포함하는 실리카 졸 제조단계, 기판상에 실리카 졸 용액을 도포하여 층을 형성하는 실리카 층 형성단계 및 실리카 층을 300 내지 400℃의 온도로 열처리하여 베리어 층을 형성하는 베리어 층 형성단계를 포함할 수 있다.
여기서, 테트라에틸오르쏘실리케이트 1몰에 대하여, 이소프로필알코올 10 내지 30몰, 염산 0.01 내지 0.05 몰, 물 2 내지 6몰 포함하는 실리카 졸로 제조될 수 있으며, 이러한 실리카 졸은 스핀 코팅법에 의해 1500 내지 4000 rpm으로 20 내지 60초 동안 기판에 도포되는 방법으로 도포되어 실리카 층을 형성할 수 있다.
배리어 층은 100 내지 300nm의 두께로 형성될 수 있다.
다시 단계(S40)으로 돌아오면, 광촉매 막 형성단계(S20)는 스핀 코팅법에 의해 1500 내지 4000 rpm으로 20 내지 60초 동안 수행될 수 있다. 즉, 광촉매 졸을 스핀 코팅법을 이용하여 기판상에 형성함으로써, 전체적으로 균일하고, 티타니아의 분산도가 우수한 광촉매 막을 형성할 수 있다.
다시 도 1로 돌아오면, 단계(S50)은 광촉매 막을 열처리하여 코팅물질을 제조한다.
구체적으로 광촉매 막을 100 내지 200℃의 온도에서 1분 내지 30분동안 열처리하는 것을 특징으로 할 수 있다. 바람직하게는 100 내지 130℃의 온도에서 1분 내지 5분 동안 열처리하는 것을 특징으로 할 수 있다.
이때, 열처리 온도가 200 ℃ 보다 높을 경우에는 광촉매 막의 티타니아가 광분해 효과를 나타내는 아나타제(anatase)상으로 변환되는 상변환이 이루어질 수 있고 또한 플라스틱 등 내열성이 약한 소재의 경우 기판 소재자체에 변화가 생기거나 결함이 생길 수 있다. 100 ℃보다 낮을 경우에는 광촉매 막 코팅 품질을 저하시킬 수 있다.
상기 열처리 단계는 이 분야에서 일반적으로 사용되는 hot plate를 이용하거나, 전기 노(electric furnace)를 이용할 수 있으나, 그 방법에 있어 제한이 있는 것은 아니다.
이렇게 제조되는 광촉매 코팅물질은 그 두께가 50 내지 150nm가 될 수 있다. 광촉매 코팅물질의 두께가 너무 얇으면, 적절한 수준의 광촉매 능력을 확보할 수 없는 문제가 발생할 수 있다. 광촉매 코팅물질의 두께가 너무 두꺼우면, 적절한 수준의 투과도를 확보할 수 없는 문제가 발생할 수 있다.
본 발명의 다른 일 측면에서는 전술한 제조방법에 의하여 제조된 것을 특징으로 하는 광촉매 코팅물질을 제공한다.
상기 광촉매 코팅물질은 광촉매 졸로서 퍼옥소티탄산 졸을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 퍼옥소티탄산 졸의 함량은 상기 광촉매 코팅물질 전체 중량을 기준으로 0.001 내지 30중량%인 것을 특징으로 할 수 있다. 바람직하게는 0.01 내지 20중량%인 것을 특징으로 할 수 있다.
이외에 광촉매 코팅물질의 각 구성에 대한 구체적인 설명은 광촉매 코팅물질 제조 방법과 관련하여 설명하였으므로, 반복되는 설명은 생략한다.
본 발명의 다른 일 측면에서는 기판, 상기 기판 상에 형성된 배리어 층 및
상기 배리어 층 상에 형성된 광촉매 코팅물질을 포함하고, 상기 광촉매 코팅물질은 전술한 광촉매 코팅물질인 광촉매 복합 소재를 제공한다.
광촉매 복합 소재의 각 구성에 대한 구체적인 설명은 광촉매 코팅물질 제조 방법과 관련하여 설명하였고, 이 분야의 통상의 방법에 의하여 제조되는 바 설명은 생략한다.
본 발명에 따른 광촉매 코팅물질은, 저온에서 열처리 제조되었음에도 적절한 광촉매 활성을 유지한다. 이렇게 저온에서 열처리 된 박막은 높은 투명성, 친수성을 가지는 바 다양한 소재의 기판 위에 코팅할 때 유리하다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일뿐 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예
1 -
TiO
2
-110
TiO2 박막은 peroxotitanic acid solution을 이용하여 sol-gel법과 spin-coating에 의해서 제조되었다. 처음에는 미세한 TiO2 입자를 얻기 위해서 TTIP(Titanium TetraIsoPropoxide), IPA(Isopropyl alcohol), H2O(증류수)를 혼합하여 가수분해를 시켰다. 이때 몰 비율은 TTIP : IPA : H2O = 1 : 10 : 4였다. 얻어진 TiO2 입자를 여과하고 증류수를 이용하여 세척한 다음 110°C에서 4시간 동안 건조시켰다. 그리고 투명한 오렌지 젤 상태인 peroxotitanic acid를 얻기 위해서 건조한 TiO2 입자 0.2g과 30%의 aqueous hydrogen peroxide solution 4mL을 혼합하여 교반하였다. 최종적으로, 젤 상태인 peroxotitanic acid를 1mL의 aqueous hydrogen peroxide solution으로 희석하고 5mL의 증류수를 첨가하여 peroxotitanic acid sol을 완성하였다. 완성된 peroxotitanic acid sol을 코팅하기 전에 유리를 세척하여 표면의 이물질들을 제거하였다. 그리고 peroxotitanic acid sol을 2000rpm-10sec 조건으로 유리에 spin-coating하였다. 코팅 후에 hot plate를 이용하여 110°C에서 2분 동안 가열하여 주었다.
비교예
1 -
TiO
2
-400
상기 spin-coating 작업 이후에 electric furnace를 이용하여 400°C에서 1시간 동안 가열한 것을 제외하고는 실시예 1과 제법이 같다.
실험예
1 -
TiO
2
코팅 막의 열처리 온도에 따른 결정구조 분석
XRD 분석은 저온에서 제조 된 박막의 낮은 결정 성을 확인하고 고온 박막의 결정질 아나타제 위상을 확인하기 위하여, 상기 실시예 1과 비교예 1을 Cu-Kα를 갖는 Rigaku Dmax 2500 / PC X- 선 회절 분석기로 분석하였다.
도 2는 sol-gel법과 spin-coating을 이용하여 제조한 TiO2-110, TiO2-400의 XRD 패턴이다.
도 2에 도시된 바와 같이, TiO2-110은 피크가 나타나지 않았다. 이것을 통해서 TiO2-110은 비정질이라는 것을 알 수 있었다.
이와 반대로, TiO2-400은 2θ = 25.39°, 38.1°, 48.04°, 54.17°, 55.10°, 62.77°, 68.95°, 70.34°, 75.04°인 위치에서 피크를 관찰 할 수 있었고 이러한 피크들의 면 지수는 (1 0 1), (1 1 2), (2 0 0), (1 0 5), (2 1 1), (2 0 4), (1 1 6), (2 2 0), (2 1 5)으로 나타났다. 이러한 TiO2-400의 XRD 패턴은 anatase TiO2(JCPDS No. 04-014-5764)와 일치한다. TiO2-400의 XRD 패턴과 Debye Scherer’s equation을 이용하여 결정립 크기를 계산한 결과 TiO2-400의 결정립 크기는 약 12nm로 나타났다.
실험예
2 -
TiO2
코팅 막의 열처리 온도에 따른 미세구조 및 원소 분석
표면 형태의 관찰은 전계 방출 주사 전자 현미경 (FE-SEM, Hitachi S-4300)으로 수행되었다. sol-gel법과 spin-coating을 이용하여 제조한 실시예 1과 비교예 1을 관찰하였다.
에너지 분산 분광법 (EDS) 분석을 이용하여 실시예 1과 비교예 1의 원소를 분석하였다. JEOL JSM-6010 SEM을 이용하여 실험을 수행하였다.
도 3은 TiO2-110, TiO2-400의 표면을 SEM으로 관찰한 사진이다.
도 4는 TiO2-110, TiO2-400의 EDS spectrum을 나타낸 것이다.
도 3에 나타난 바와 같이, TiO2-110의 SEM 사진을 통해서 TiO2-110은 비정질의 TiO2 박막이라는 것을 재확인 할 수 있었다. TiO2-4000의 SEM 사진을 통해서는 박막의 표면을 구성하는 입자들이 약간 응집되어 있는 것을 관찰 할 수 있었다. 공통적으로 TiO2-110, TiO2-400 모두 거의 구형에 가까운 입자들로 박막을 형성하고 있었다.
또한 도 4에 나타난 바와 같이, TiO2-110, TiO2-400의 EDS spectrum을 통해서 박막 표면에 Ti, O가 존재한다는 것을 확인하였고, 유리로부터 나온 Ca, Mg, Si도 확인 할 수 있었다. 이러한 EDS 결과를 통해서 TiO2-110, TiO2-400 모두 TiO2 박막이 정상적으로 형성되었다는 것을 알 수 있었고, 다른 물질에 의한 표면 오염으로부터 자유롭다는 것을 알 수 있었다.
실험예
3 - 투과율 분석
sol-gel법과 spin-coating을 이용하여 제조한 실시예 1, 비교예 1의 투과율(transmittance)을 알아보기 위해서 UV-Vis 분광 광도계 (S-4100 PDA Scinco, Korea)를 사용하여 관찰하였다.
도 5는 측정파장(wavelength)범위 250~1000nm에서 실시예 1과 비교예 1의 투과율을 나타낸 그래프이다.
도 5에 따르면, 실시예 1은 가시광 영역의 파장범위에서 투과율이 89%이고, 비교예 1은 가시광 영역의 파장범위에서 투과율이 78%이다. 결과적으로, 비교예 1은 실시예 1보다 투과율이 낮았다. 400°C로 열처리하면 결정구조가 비정질에서 anatase 상인 결정질로 변하면서 빛의 산란 현상이 증가하기 때문에 비교예 1은 실시예 1보다 투과율이 낮은 것이다. 박막의 투과율은 주로 박막의 결정구조와 두께에 영향을 받는다.
실험예
4 -
TiO
2
코팅 막의 열처리 온도에 따른 친수성 분석
실시예 1과 비교예 1의 친수성을 분석하기 위해서 접촉각 측정기를 사용하였다. 시료의 광 유도 친수성은 자외선 조사 (Daytime CFL 20W Blacklight, Korea) 하에서 접촉 각 측정기 (Surface Tech, GSTD, 한국)로 분석 하였다.
도 6은 실시예 1의 자외선(λ=365nm) 조사 시간 간격과 비교예 1의 자외선(λ=365nm) 조사 시간 간격을 달리하여 실시예 1과 비교예 1의 접촉각 변화를 나타낸 것이다. (a) 내지 (f)는 실시예 1, (g) 내지 (i)는 비교예 1에 관한 결과이다.
도 6에 따르면, 실시예 1은 자외선을 조사하지 않으면 70˚의 접촉각을 보였고, 자외선을 30분 조사하면 31˚의 접촉각을 보였다. 비교예 1은 자외선을 조사하지 않으면 17˚의 접촉각을 보였고, 자외선을 10분 조사하면 5˚의 접촉각을 보였다. 결과적으로, 자외선 조사에 의해서 접촉각이 감소하는 속도는 실시예 1보다 비교예 1이 빨랐으며 비교예 1은 자외선 조사에 의해서 10˚ 이하의 접촉각을 형성하여 초친수성을 보였다. 이러한 결과를 통해서 열처리 온도와 표면 거칠기는 박막의 표면 친수성에 많은 영향을 끼친다는 것을 알 수 있었다.
실험예
5 -
TiO
2
코팅 막의 열처리 온도에 따른
광촉매
반응 분석
실시예 1, 비교예 1의 광촉매 반응은 MB solution의 분해 실험을 통해서 평가되었다. 샘플의 광촉매 성능은 메틸렌 블루(MB) 염료 용액의 광분해에 의해 실험되었다. 유리 용기에 메틸렌 블루 수용액 (5.34 x 10-6 M) 5 mL를 넣고 TiO2 코팅 유리판 (2.5 x 2.5 cm) 샘플을 완전히 담갔다. MB 염료 용액의 흡착 - 탈착 평형을 이루기 위해 용액을 자외선 광 조사 전에 30 분 동안 어두운 곳에서 보관했다. 그 후 용액을 UV 램프 (Daytime CFL 20W Blacklight, Korea)에 5cm의 거리에서 노출시켰다. 일정 시간 간격으로 1mL의 MB 염료 용액을 채취하고 UV-Vis 분광 광도계를 사용하여 분석 하였다.
도 7은 자외선(λ=365nm) 하에서 TiO2-110, TiO2-400에 의해 광분해된 MB solution의 농도를 빛 조사시간에 따라 나타낸 그래프이다.
도 7에 따르면, 비교예 1은 실시예 1보다 더 활발하게 광촉매 반응이 일어난다는 것을 알 수 있었다. 실시예 1은 낮은 온도(110°C)에서 열처리를 하여 결정화가 일어나지 않은 비정질 상태로 박막이 형성되었기 때문에 결정화가 일어나서 anatase TiO2 박막이 형성된 비교예 1보다 광촉매 반응이 활발하지 않은 것이다. 광촉매 반응에 있어서 열처리에 의한 결정화 상태는 매우 중요한 요소이다.
메틸 블루 용액의 광촉매 분해는 유사 일차 반응(pseudo-first order reaction) 을 따르고 그 동역학 방정식은 하기 [식 1]과 같이 표현 될 수 있다.
[식 1]
ln (C0 / Ct) = kt
여기서, k는 겉보기 반응 속도 상수이고, C0는 초기 농도이고, Ct는 시간 t에서의 메틸 블루 염료 용액의 농도이다.
도 8은 시간에 따른 실시예 1 및 비교예 1의 ln (C0 / Ct) 값을 나타낸 그래프이다.
상기 [식 1]에 따라 실시예 1과 비교예 1에 대한 메틸 블루 염료 용액의 광촉매 반응 속도 상수는 도 8에서와 같이 곡선의 기울기로부터 계산되었다. TiO2-400 박막 (k = 0.0112min- 1)은 TiO2-110 박막 (k = 0.00581min- 1)에 비해 메틸 블루 염료 용액의 분해율이 가장 높았다. 저온에서 제조 된 박막의 낮은 광촉매 활성은 샘플의 낮은 결정성에 기인한다.
결론적으로, 유리 위에 코팅 된 TiO2 박막은 졸 - 겔 (sol-gel) 방법 및 전구체로서의 퍼옥소티탄산을 사용하여 제조된 TiO2 박막은 저온에서도 높은 투명성, 친수성 및 적절한 광촉매 활성을 유지했다. 따라서 유리 기판 위의 자기 세정 및 광촉매 TiO2 박막의 코팅을 가능하게 할 수 있다. 또한 이러한 공정은 매우 간단하고, 비용이 적게 든다는 효과가 있다.
본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
Claims (12)
- 퍼옥소티탄산(peroxotitanic acid) 및 액상과산화수소(aqueous hydrogen peroxide)를 포함하는 광촉매 제조용 졸(sol) 조성물.
- 티타늄 화합물을 가수분해하여 티타니아(TiO2) 입자를 생성하는 단계; 및
상기 티타니아 입자 및 액상과산화수소(aqueous hydrogen peroxide)를 혼합하여 졸(sol)을 수득하는 단계;
를 포함하는 광촉매 제조용 졸(sol)의 제조 방법.
- 제2항에 있어서,
상기 티타니아 입자 및 액상과산화수소(aqueous hydrogen peroxide)를 혼합하여 졸(sol)을 수득하는 단계;에서,
상기 수득된 졸은 퍼옥소티탄산 졸인 것인 광촉매 제조용 졸(sol)의 제조 방법.
- 제2항에 있어서,
상기 티타늄 화합물을 가수분해하여 티타니아(TiO2) 입자를 생성하는 단계;에서,
상기 티타늄 화합물은 티타늄 테트라 이소프로폭사이드(titanium tetra isopropoxide)를 포함하는 것인 광촉매 제조용 졸(sol)의 제조 방법.
- 제2항에 있어서,
상기 티타늄 화합물을 가수분해하여 티타니아(TiO2) 입자를 생성하는 단계;는,
상기 티타늄 화합물과 알코올계 용매를 교반하는 방법에 의해 수행되는 것인 광촉매 제조용 졸(sol)의 제조 방법.
- 제5항에 있어서,
상기 알코올계 용매는 이소프로필알코올인 것인 광촉매 제조용 졸(sol)의 제조 방법.
- 제2항에 있어서,
상기 티타니아 입자 및 액상과산화수소(aqueous hydrogen peroxide)를 혼합하여 졸(sol)을 수득하는 단계;는,
상기 티타니아 입자 및 산화제를 혼합하고 교반하여 퍼옥소티탄산 젤 수득하는 단계; 및
상기 퍼옥소티탄산 젤을 산화제 수용액으로 희석시켜 퍼옥소티탄산 졸을 수득하는 단계를 포함하는 것인 광촉매 제조용 졸(sol)의 제조 방법.
- 제2항에 있어서,
상기 티타늄 화합물을 가수분해하여 티타니아(TiO2) 입자를 생성하는 단계;이후,
상기 티타니아 입자를 여과하고 세척한 후 건조하는 단계;를 더 포함하는 것인 광촉매 제조용 졸(sol)의 제조 방법.
- 기판을 준비하는 단계;
퍼옥소티탄산(peroxotitanic acid) 및 액상과산화수소(aqueous hydrogen peroxide)를 포함하는 광촉매 제조용 졸(sol)을 기판 상에 코팅하는 단계; 및
상기 광촉매 제조용 졸(sol)이 코팅된 기판을 열처리하는 단계;를 포함하고,
상기 열처리 단계의 온도는 80 내지 200℃인 것인 광촉매 박막의 제조 방법.
- 제9항에 있어서,
상기 기판은 유기 기판인 것인 광촉매 박막의 제조 방법.
- 제9항에 있어서,
상기 퍼옥소티탄산(peroxotitanic acid) 및 액상과산화수소(aqueous hydrogen peroxide)를 포함하는 광촉매 제조용 졸(sol)을 기판 상에 코팅하는 단계;는,
스핀 코팅법에 의해 1500 내지 4000 rpm으로 20 내지 60초 동안 수행되는 것인 광촉매 박막의 제조 방법.
- 제9항에 있어서,
상기 퍼옥소티탄산(peroxotitanic acid) 및 액상과산화수소(aqueous hydrogen peroxide)를 포함하는 광촉매 제조용 졸(sol)을 기판 상에 코팅하는 단계;에서,
상기 코팅 두께는 50 내지 150nm인 것인 광촉매 박막의 제조 방법.
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| KR1020170160333A KR102066527B1 (ko) | 2017-11-28 | 2017-11-28 | 광촉매 제조용 졸 조성물, 이의 제조 방법 및 이를 이용한 광촉매 박막의 제조 방법 |
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Cited By (2)
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| KR20220069536A (ko) | 2020-11-20 | 2022-05-27 | 김영독 | 활성탄을 포함하는 가시광 활성 광촉매 조성물 |
| CN116060015A (zh) * | 2021-10-29 | 2023-05-05 | 中国科学院理化技术研究所 | 一种光热协同吸附催化剂的合成方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20040045475A (ko) * | 2001-10-04 | 2004-06-01 | 닛데츠 고교 가부시키가이샤 | 티타니아막 피복 분말체 및 이의 제조방법 |
| KR20140025454A (ko) * | 2011-05-24 | 2014-03-04 | 신에쓰 가가꾸 고교 가부시끼가이샤 | 아나타제형 또는 루틸형 산화티탄 미립자 분산액의 제조 방법 및 광촉매 박막을 표면에 갖는 부재 |
-
2017
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Patent Citations (2)
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| KR20040045475A (ko) * | 2001-10-04 | 2004-06-01 | 닛데츠 고교 가부시키가이샤 | 티타니아막 피복 분말체 및 이의 제조방법 |
| KR20140025454A (ko) * | 2011-05-24 | 2014-03-04 | 신에쓰 가가꾸 고교 가부시끼가이샤 | 아나타제형 또는 루틸형 산화티탄 미립자 분산액의 제조 방법 및 광촉매 박막을 표면에 갖는 부재 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| OSHANI, F., et al. ‘Photodegradation of reactive red 222 using TiO2 nanostructured thin films prepared by modified sol-gel method’, Int. J. Nano Dimens, 5, 2014, pp. 489-495* * |
| YADAV, HEMRAJ M. and KIM, JUNG-SIK, ‘Self-cleaning and photocatalytic performance of TiO2 coating films prepared by peroxo titanic acid’, Korean J. Mater. Res. 27, 2017.11.27., pp. 577-582* * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20220069536A (ko) | 2020-11-20 | 2022-05-27 | 김영독 | 활성탄을 포함하는 가시광 활성 광촉매 조성물 |
| CN116060015A (zh) * | 2021-10-29 | 2023-05-05 | 中国科学院理化技术研究所 | 一种光热协同吸附催化剂的合成方法 |
| CN116060015B (zh) * | 2021-10-29 | 2024-05-03 | 中国科学院理化技术研究所 | 一种光热协同吸附催化剂的合成方法 |
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| KR102066527B1 (ko) | 2020-01-15 |
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