KR20190117875A - 수중 플라즈마를 이용한 TiO2의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 수중 플라즈마를 이용한 TiO2의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 이산화티탄에 수중 플라즈마를 인가하여 TiO2의 광촉매 효율을 현저히 향상시킬 수 있는 수중 플라즈마를 이용한 TiO2의 제조방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 이산화티탄에 수중 플라즈마를 인가하는 단계를 포함하는 수중 플라즈마를 이용한 TiO2의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명은 중소기업청에서 지원하는 2016 년도 산학연협력 기술개발사업(No.C0443378 )의 연구수행으로 인한 결과물임을 밝힙니다.
일반적으로 광촉매는 빛에너지에 의한 강력한 산화 환원 능력을 갖는 물질로써, 이와 같은 광촉매 작용에 의해 재료 표면의 부착물질, 공기 및 용액 중의 오염물질을 살균, 항균, 분해, 방오, 소취 및 포집할 수 있다. 따라서 광촉매는 쿨러필터, 유리, 타일, 외벽, 식품, 공장내벽, 금속제품, 수조, 해양오염정화, 건자재, 곰팡이 방지, 자외선 차단, 수질정화, 대기정화, 병원내 감염방지 등 넓은 용도에 이용된다.
이와 같은 용도로 사용되는 광촉매 중에서도 뛰어난 광활성, 화학적 또는 생물학적 안정성, 내구성 등의 다양한 이점이 있는 이산화티탄(TiO2)이 주로 사용되고 있으며, 대표적인 시판 제품으로는 분말의 크기가 나노 크기인 P-25™(Degussa사, 독일)가 있다.
그러나 상기 P-25의 경우 나노 크기의 아나타제(anatase)상 및 루틸(rutile)상 TiO2가 서로 인접결합으로 구성되어 있어, 그 구성원소인 TiO2가 자외선에만 응답할 수 있으므로 태양광 하에서 광효율이 낮다는 단점이 있다.
따라서, 태양광의 70% 정도를 차지하고 있는 가시광선 영역의 광에너지를 활용하기 위해서는 뛰어난 광효율을 갖는 새로운 가시광 응답성 광촉매 개발이 요구되고 있다.
상기 문제점을 해결하기 위하여 밴드갭 에너지를 조절하려는 시도들이 있었으나, 이산화티탄(TiO2)과 전이금속화합물을 단순히 물리적으로 혼합하여 가시광 응답성이 효율적으로 개선되지 않았다. 또한 이온교환법을 이용하여 전이금속 산화물과 티탄 산화물간의 나노하이브리드 광촉매를 개발하려는 시도들이 있었지만, 이온 교환법으로는 전이금속 나노입자가 효과적으로 층간에 안정화될 수 없기 때문에 하이브리드 구조의 합성이 어려우며, 결과적으로 효율적인 가시광 응답성 광촉매를 개발할 수 없었다.
이에 본 발명은 이산화티탄에 수중 플라즈마를 인가함으로써 TiO2의 결정성 향상시키고, 밴드갭을 줄이고 가시광 흡착을 증가시킬 뿐 아니라, TiO2의 표면 활성화를 증가시키고 가시광에 대한 응답성을 높여 TiO2의 광촉매의 효율을 현저히 향상시킬 수 있는 수중 플라즈마를 이용한 TiO2의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 400~800㎚ 영역의 가시광에 대한 높은 응답성을 가지는 TiO2 광촉매를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 이산화티탄에 수중 플라즈마를 인가하는 단계를 포함하는 수중 플라즈마를 이용한 TiO2의 제조방법을 제공한다.
또한 본 발명은 상기 방법으로 제조된 가시광 응답성 TiO2 광촉매를 제공한다.
본 발명에 따르면 이산화티탄에 수중 플라즈마를 인가함으로써 TiO2의 결정성 향상시키고, 밴드갭을 줄이고 가시광 흡착을 증가시킬 뿐 아니라 TiO2의 표면 활성화를 증가시켜 TiO2의 광촉매의 효율을 현저히 향상시킬 수 있을 뿐 아니라 400~800㎚ 영역의 가시광에 대해 높은 응답성을 가지는 TiO2 광촉매를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따라 수중 플라즈마 처리 시간을 달리하여 제조한 다공성 TiO2의 XRD 및 Raman 분석 결과를 나타낸 도이다. (a)는 XRD 분석결과를, (b)는 Raman 분광법 결과를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따라 수중 플라즈마 처리 시간을 달리하여 제조한 다공성 TiO2의 XPS 분석 결과를 나타낸 도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따라 수중 플라즈마 처리 시간을 달리하여 제조한 다공성 TiO2의 SEM 및 TEM 분석 결과를 나타낸 도이다. (a)는 SEM 분석결과를, (b)는 TEM 분석결과를 나타낸다.
도 4은 본 발명의 일실시예에 따라 수중 플라즈마 처리에 따른 다공성 TiO2의 광학적 특성 결과를 나타낸 도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따라 수중 플라즈마 처리하여 제조한 다공성 TiO2를 이용한 가시광 조사 상태에서의 염료분해 실험 결과를 나타낸 도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따라 수중 플라즈마 처리 시간을 달리하여 제조한 다공성 TiO2의 XPS 분석 결과를 나타낸 도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따라 수중 플라즈마 처리 시간을 달리하여 제조한 다공성 TiO2의 SEM 및 TEM 분석 결과를 나타낸 도이다. (a)는 SEM 분석결과를, (b)는 TEM 분석결과를 나타낸다.
도 4은 본 발명의 일실시예에 따라 수중 플라즈마 처리에 따른 다공성 TiO2의 광학적 특성 결과를 나타낸 도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따라 수중 플라즈마 처리하여 제조한 다공성 TiO2를 이용한 가시광 조사 상태에서의 염료분해 실험 결과를 나타낸 도이다.
이하 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명은 이산화티탄에 수중 플라즈마를 인가하는 단계를 포함하는 수중 플라즈마를 이용한 TiO2의 제조방법을 제공한다.
본 발명에서 사용되는 용어 “이산화티탄”은 기공이 없는 일반적인 무기공의 이산화티탄 뿐 아니라 기공이 있는 다공성의 이산화티탄을 모두 포함하는 것을 의미한다.
상기 이산화티탄은 다음과 같이 제조할 수 있다.
먼저, 티타늄 전구체 및 용매를 혼합한다.
상기 티타늄 전구체로는 티타늄 클로라이드(titanium chloride), 티타늄 엔-부톡사이드(titanium n-butoxide), 티타늄 아이소프로폭사이드(titanium isopropoxide) 등을 사용할 수 있다.
상기 티타늄 전구체는 용매에 1~10M농도로 포함되는 것이 바람직하다. 티타늄 전구체의 농도가 1M 미만일 경우에는 이산화티탄의 수득량이 낮아질 수 있으며, 10M을 초과할 경우에는 이산화티탄 입자들이 응집(aggregation) 현상이 발생할 수 있다.
상기 용매로는 증류수 (deionized water), 이소프로필 알코올(isopropyl alcohol), 에틸 알코올(ethyl alcohol) 등이 사용될 수 있다.
상기와 같이 티타늄 전구체 및 용매를 혼합한 혼합물을 이용할 경우에는 기공이 없는 일반적인 무기공의 이산화티탄을 제조할 수 있다. 이때 기공을 가지는 다공성의 이산화티탄을 제조하기 위해서는 상기 티타늄 전구체와 용매 이외에 계면활성제, 폴리머 및 생체물질 중 선택된 어느 하나 이상을 더 혼합할 수 있다.
즉, 본 발명에서는 티타늄 전구체; 계면활성제, 폴리머 및 생체물질 중 선택된 어느 하나 이상의 성분; 그리고 용매를 혼합한 혼합물을 이용하여 다공성의 이산화티탄 제조할 수 있다.
상기 계면활성제로는 CH3(CH2)nN+(CH3)3Br- 또는 CH3(CH2)nN+(CH3)3Cl-(여기서, n은 1~20의 정수)의 양이온 계면활성제, 구체적으로 세틸트리메틸 암모늄 브로마이드(cetyltrimethyl ammonium bromide), 세틸트리메틸 암모늄 클로라이드(cetyltrimethyl ammonium chloride) 등의 양이온 계면활성제를 사용할 수 있다.
상기 폴리머로는 헥사데실트리메틸암모늄(hexadecyltrimethylammonium), 세틸피리디늄(cetylpyridinium), 폴리아크릴아미드(polyacrylamide), 폴리아미드(polyimide), 폴리-L-리신(poly-L-lysine) 등의 양이온성 폴리머를 사용할 수 있다.
또한 상기 생체물질로는 라이신(lysine), 아르기닌(arginine), 히스티딘(histidine) 등의 아미노산을 사용할 수 있다.
상기 계면활성제, 폴리머 및 생체물질 중 선택된 어느 하나 이상의 성분은 용매에 0.1~2M농도로 포함되는 것이 바람직하다. 그 농도가 0.1M 미만일 경우에는 미세 기공 형성이 잘 이루어지지 않을 수 있으며, 2M을 초과할 경우에는 이후 졸-겔 반응이 균일하게 이루어지지 않아 부분적으로 축합반응이 졸(sol) 상태에서 멈춰 반응이 느려질 수 있다.
상기와 같이 티타늄 전구체와 용매, 그리고 필요에 따라 계면활성제, 폴리머 및 생체물질 중 선택된 어느 하나 이상의 성분을 혼합한 후에는 상기 혼합물들을 졸-겔 반응시킨다.
상기 졸-겔(sol-gel) 반응은 티타늄 전구체의 가수분해(hydrolysis) 반응에 이은 3차원적 구조를 형성하는 중합 반응으로, 균일한 졸의 생성, 겔화 및 열처리 단계를 거치게 된다. 상기 졸-겔 반응은 당업계에서 수행하는 통상의 방법에 따라 실시할 수 있음은 물론이다.
상기 졸-겔 반응을 거친 반응물은 이후 실온에서 12~30시간 동안 숙성시킨다. 상기 숙성 시간이 12시간 미만일 경우에는 결정성이 생기지 않을 수 있으며, 30시간을 초과할 경우에는 결정성은 나아지나 과도한 숙성 시간으로 인해 생산성이 악화될 수 있다.
이어서 상기 숙성된 반응물은 필터링한 후 세척하는 단계를 거친다. 구체적으로, 상기 반응물은 원심분리하여 침전물을 필터링한 다음 증류수를 이용하여 세척한다. 이때, 상기 세척은 3회 이상 반복 실시하는 것이 좋다.
상기 세척된 반응물은 10~40℃에서 2~24시간 동안 건조시켜 이산화티탄을 수득할 수 있다. 상기 건조 온도가 10℃ 미만이거나 건조시간이 2시간 미만일 경우에는 반응물의 결정성이 나빠질 수 있으며, 건조 온도가 40℃를 초과하거나 건조시간이 24시간을 초과할 경우에는 반응물의 결정성은 좋아질 수 있으나 비표면적이 감소할 수 있다.
상기와 같이 제조한 이산화티탄은 출발물질에 따라 기공이 없는 무기공의 이산화티탄이거나 기공이 있는 다공성의 이산화티탄일 수 있다.
이어서, 상기 제조한 이산화티탄에는 수중 플라즈마를 인가한다.
이때 수중 플라즈마는 처리대상물질인 이산화티탄의 함량에 따라 적절히 조절하는 것이 바람직하며, 본 발명의 일실시예들에서는 10J/L·S~10,000J/L·S(단위 볼륨(1리터) 액체(처리 전 티타니아 입자와 증류수의 용량)가 1초 동안 10J~10,000J의 에너지를 받는 조건)의 플라즈마 조건에서 1초 ~ 60분을 인가하였다.
기존 가스 플라즈마 처리의 경우 플라즈마 노출부분만 처리될 뿐 아니라, 노출된 입자 밑에 있는 것들은 처리가 잘 안되므로 균일한 처리가 어렵다는 단점이 있었다.
또한 상압이나 저압 수소 플라즈마 처리(30분, 120분)를 통하여 TiO2 광촉매를 제조할 경우 본 발명과 유사한 수준의 비표면적 향상, 기공도, 흡수도 및 가시광에 대한 응답성을 가지나, 수소 플라즈마 처리의 경우 본 발명의 수중 플라즈마 처리와 대비하여 플라즈마 인가시간이 길며, 일부 표면에만 처리되는 방식이어서 생산성이 현저히 저하되며, 특히 제조된 TiO2의 낮은 결정성에 따라 광촉매로서의 효율이 낮게 나타난다.
그러나 본 발명에 따라 상기와 같이 수중 플라즈마를 인가하게 되면 물속에서 교반 또는 믹싱에 의해 플라즈마 접촉면을 균일하게 할 수 있고, 수 초~수 분의 짧은 인가시간에도 TiO2의 결정성이 증가하게 되고, 밴드갭을 줄이고 가시광의 흡수를 증가시며, 기공도를 높여 비표면적을 넓혀주고 광촉매의 효율성 및 생산성을 향상시킬 수 있게 된다. 뿐만 아니라, 흡수도가 높아지고 투과도 및 반사율을 낮추어 가시광에 대한 응답성을 더욱 높일 수 있다.
예컨대, 본 발명에 따른 수중 플라즈마 처리로 인해 TiO2 광촉매는 플라즈마 처리 후 입자크기가 크게 증가하여 100~150㎚의 입자크기를 가지며, 플라즈마 처리 전과 비교하여 비표면적이 향상되고, 기공 크기가 1.9~2.1㎚로 높은 기공도를 가지게 된다. 뿐만 아니라, 가시광 영역인 400~800㎚에서 흡수도가 높고, 투과도 및 반사율이 낮아져 기사광에 대한 응답성이 우수하게 된다.
이하에서는 실시예를 들어 본 발명에 관하여 더욱 상세하게 설명할 것이나. 이들 실시예는 단지 설명의 목적을 위한 것으로 본 발명의 보호 범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.
실시예 1. 가시광 응답성 TiO
2
광촉매 제조
용매인 증류수에 티타늄 전구체로 엔-부톡사이드(titanium n-butoxide) 2M농도로 가하여 혼합하였다. 이 혼합물을 25℃에서 (바로 반응함) 졸-겔 반응시킨 후 실온에서 24시간 동안 숙성시켰다. 이어서 상기 숙성된 반응물을 원심분리하여 침전물을 필터링한 다음 증류수를 이용하여 3회 반복 세척한 후, 이 반응물을 25℃에서 24시간 동안 건조시켜 이산화티탄을 수득하였다. 상기 이산화티탄은 수중에서 90W 에너지량을 가지는 플라즈마를 30초, 90초, 3분, 6분, 10분 동안 각각 인가하여 가시광 응답성 TiO2 광촉매를 제조하였다.
실시예 2. 가시광 응답성 TiO
2
광촉매 제조
용매인 증류수에 티타늄 전구체로 엔-부톡사이드(titanium n-butoxide) 2M농도 및 계면활성제로 세틸트리메틸 암모늄 브로마이드(cetyltrimethyl ammonium bromide) 0.5M농도로 가하여 혼합하였다. 이 혼합물을 25℃에서 1시간 동안 졸-겔 반응시킨 후 실온에서 24시간 동안 숙성시켰다. 이어서 상기 숙성된 반응물을 원심분리하여 침전물을 필터링한 다음 증류수를 이용하여 3회 반복 세척한 후, 이 반응물을 25℃에서 24시간 동안 건조시켜 이산화티탄을 수득하였다. 상기 이산화티탄은 수중에서 90W 에너지량을 가지는 플라즈마를 90초, 3분, 5분, 7분 동안 각각 인가하여 가시광 응답성 TiO2 광촉매를 제조하였다.
실시예 3. 가시광 응답성 TiO
2
광촉매 제조
용매인 증류수에 티타늄 전구체로 엔-부톡사이드(titanium n-butoxide) 2M농도 및 폴리머로 헥사데실트리메틸암모늄(hexadecyltrimethylammonium) 0.5M농도로 가하여 혼합하였다. 이 혼합물을 25℃에서 1시간 동안 졸-겔 반응시킨 후 실온에서 24시간 동안 숙성시켰다. 이어서 상기 숙성된 반응물을 원심분리하여 침전물을 필터링한 다음 증류수를 이용하여 3회 반복 세척한 후, 이 반응물을 25℃에서 24시간 동안 건조시켜 이산화티탄을 수득하였다. 상기 이산화티탄은 수중에서 90W 에너지량을 가지는 플라즈마를 90초, 3분, 5분, 7분 동안 각각 인가하여 가시광 응답성 TiO2 광촉매를 제조하였다.
실시예 4. 가시광 응답성 TiO
2
광촉매 제조
용매인 증류수에 티타늄 전구체로 엔-부톡사이드(titanium n-butoxide) 2M농도 및 생체물질로 라이신(lysine) 0.5M농도로 가하여 혼합하였다. 이 혼합물을 25℃에서 1시간 동안 졸-겔 반응시킨 후 실온에서 24시간 동안 숙성시켰다. 이어서 상기 숙성된 반응물을 원심분리하여 침전물을 필터링한 다음 증류수를 이용하여 3회 반복 세척한 후, 이 반응물을 25℃에서 24시간 동안 건조시켜 이산화티탄을 수득하였다. 상기 이산화티탄은 수중에서 90W 에너지량을 가지는 플라즈마를 90초, 3분, 5분, 7분 동안 동안 각각 인가하여 가시광 응답성 TiO2 광촉매를 제조하였다.
실험예 1. 수중 플라즈마 처리 시간에 따른 다공성 TiO
2
의 결정 구조 및 결정성 향상에 미치는 영향
수중 플라즈마 처리 시간이 다공성 TiO2의 결정 구조 및 결정성 향상에 미치는 영향을 알아보기 위하여, 상기 실시예 2에서 제조한 다공성 TiO2를 이용하여 XRD 분석 및 Raman 분광법을 실시하고, 그 결과를 도 1에 나타내었다.
도 1a에 나타낸 바와 같이, 각각 시간을 달리하여 수중 플라즈마 처리된 실시예 2의 다공성 TiO2는 아나타제(anatase)와 브루카이트(brookite)의 두 개의 서로 다른 상으로 구성되어 있으며, 플라즈마 처리 후 XRD 강도가 증가함을 확인할 수 있었다. 이같은 강도의 증가는 결정성 향상을 의미하는 것으로, 본 발명의 수중 플라즈마 처리에 따라 다공성 TiO2의 결정성이 향상됨을 알 수 있었다. 또한 도 1b에 나타낸 Raman 분광법 결과 또한 Raman peak의 위치와 강도로부터 플라즈마 처리된 다공성 TiO2가 아나타제 상이며, 높은 결정성을 가지고 있음을 확인할 수 있었다.
실험예 2. 수중 플라즈마 처리 시간에 따른 다공성 TiO
2
의 화학적 특성
수중 플라즈마 처리 시간에 따른 다공성 TiO2의 화학적 특성을 살펴보기 위하여 XPS 분석을 실시하고, 그 결과를 도 2 및 하기 표 1에 나타내었다. 이때, 대조구로는 수중 플라즈마를 인가하지 않은 TiO2를 사용하였다.
XPS는 TiO2 표면의 화학적 결합을 알 수 있는 데이터로, 수중 플라즈마 처리 시간에 따른 다공성 TiO2의 Ti 2p 스펙트럼을 도 2에 나타내었다. 도 2 및 상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 수중 플라즈마 처리로 인해 상기 실시예 2에서 제조한 다공성 TiO2 표면에 활성점인 산소 결함(Ti(OH)4 또는 Ti2O3)이 증가하였음을 peak의 면적 증가로 확인할 수 있었다. 이같은 결과는 다공성 TiO2의 밴드갭을 줄이고 가시광의 흡착을 증가시켜 광촉매 효율을 향상시키는데 기여할 수 있음을 의미하는 것이다.
실험예 3. 수중 플라즈마 처리 시간에 따른 다공성 TiO
2
입자에 미치는 영향
수중 플라즈마 처리 시간이 다공성 TiO2 입자에 미치는 영향을 살펴보기 위하여 상기 실시예 2에서 제조한 다공성 TiO2의 SEM 및 TEM 이미지를 측정하고, 그 결과를 도 3에 나타내었다.
도 3a에 나타낸 SEM 이미지를 통하여, 본 발명에 따라 수중 플라즈마 처리를 실시한 실시예 2의 다공성 TiO2는 입자(aggregation) 크기가 100~150㎚이고, 플라즈마 처리 후 TiO2 입자 크기가 증가하였음을 확인할 수 있었다. 또한 도 3b에 나타낸 TEM 이미지를 통하여 본 발명에 따라 수중 플라즈마 처리를 실시한 실시예 2의 다공성 TiO2의 입자(aggregation)는 5~7㎚의 작은 입자(grain)이 뭉쳐진 형태로 구성되어 이었고, 관찰된 면간 거리는 0.35nm로, 이는 아나타제(101) 면간거리와 일치하는 결과를 보였다.
실험예 4. 수중 플라즈마 처리가 다공성 TiO
2
입자의 비표면적 및 기공 크기에 미치는 영향
수중 플라즈마 처리가 다공성 TiO2 입자의 비표면적과 기공 크기에 미치는 영향을 알아보기 위하여, 상기 실시예 2에서 제조한 TiO2의 비표면적(단위 부피당 표면적), 기공 크기 및 부피를 크기가 매우 작은 질소 기체 분자를 표면과 기공 내부에 흡착시켜 흡착된 질소의 양으로부터 계산하고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
상기 표 2에 나타낸 바와 같이, 상기 실시예 2에서 90초 수중 플라즈마 처리된 다공성 TiO2의 비표면적의 경우 기존 상용 TiO2(P25)와 대비하여 약 7배, 수중 플라즈마 처리 전 TiO2(a-TiO2: amorphous TiO2)과 대비하여 약 1.8배로 향상되었으며, 기공 크기는 1.99~2.06㎚의 분포를 보이고 있음을 확인할 수 있었다. 이같은 결과는 본 발명의 수중 플라즈마 처리에 따라 다공성 TiO2가 넓은 비표면적과 높은 기공도를 가지며, 이는 TiO2 표면에 활성화 자리를 증가시켜 광촉매 효율을 향상시킬 수 있을 것임을 알 수 있었다.
실험예 5. 수중 플라즈마 처리에 따른 다공성 TiO
2
입자의 광학적 특성
수중 플라즈마 처리가 다공성 TiO2의 광학적 특성을 살펴보기 위하여 특정 파장의 빛이 상기 실시예 2에서 제조한 다공성 TiO2에 의해 흡수/투과/반사되는 정도를 측정하였다. 그 결과는 도 4에 나타내었다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따라 90초 이상 동안 수중 플라즈마 처리된 실시예 2의 다공성 TiO2는 플라즈마 처리되지 않은 다공성 TiO2(a-TiO2)와 대비하여 가시광 영역인 400~800㎚에서 흡수도가 높아지는 결과를 나타냄을 확인할 수 있었다. 흡수도가 높을수록 (투과도와 반사율이 낮을수록) 가시광에 대한 응답성이 높음을 의미하며, 따라서 본 발명에 따른 수중 플라즈마 처리에 의해 다공성 TiO2의 광촉매 효율이 향상됨을 알 수 있었다.
실험예 6. 수중 플라즈마 처리한 다공성 TiO
2
의 염료분해실험
수중 플라즈마 처리를 실시하여 제조한 TiO2의 광촉매로서의 효율을 확인하기 위하여 상기 실시예 2의 다공성 TiO2를 이용하여 염료분해실험을 실시하였다. 이때, 염료는 reactive black 5(RB 5)를 사용하였고, 대조구로는 플라즈마 처리하지 않은 다공성 TiO2 시료를 사용하였으며, 그 결과를 도 5에 나타내었다.
도 5에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따라 3분 이상 동안 수중 플라즈마 처리한 TiO2를 광촉매로 이용한 경우 수중 플라즈마 처리되지 않은 대조구 시료와 대비하여 염료분해 효율이 태양광선(solar light) 조사의 경우 약 10배 높게 나타났으며, 120분 조사 후 완전한 물정화(water purification)를 확인할 수 있었다. 이같은 결과로부터 본 발명에 따라 수중 플라즈마 처리를 실시할 경우 다공성 TiO2의 광촉매 효율을 현저히 향상시킬 수 있음을 알 수 있었다.
비록 본 발명이 상기에 언급된 바람직한 실시예로서 설명되었으나, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 또한 첨부된 청구 범위는 본 발명의 요지에 속하는 이러한 수정이나 변형을 포함한다.
Claims (12)
- 이산화티탄에 수중 플라즈마를 인가하는 단계를 포함하는 수중 플라즈마를 이용한 TiO2의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 이산화티탄은 무기공 이산화티탄 또는 다공성 이산화티탄인 것을 특징으로 하는 수중 플라즈마를 이용한 TiO2의 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 이산화티탄은,
(S1)티타늄 전구체 및 용매를 혼합하는 단계;
(S2)상기 혼합물을 졸-겔 반응시킨 후 숙성시키는 단계;
(S3)상기 반응물을 필터링한 후 세척하는 단계;
(S4)상기 세척된 반응물을 건조하여 이산화티탄을 수득하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 수중 플라즈마를 이용한 TiO2의 제조방법. - 제3항에 있어서,
상기 (S1)의 티타늄 전구체는 티타늄 클로라이드(titanium chloride), 티타늄 엔-부톡사이드(titanium n-butoxide) 및 티타늄 아이소프로폭사이드(titanium isopropoxide) 중 선택된 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 수중 플라즈마를 이용한 TiO2의 제조방법. - 제3항에 있어서,
상기 (S1)의 용매는 증류수(deionized water), 이소프로필 알코올(isopropyl alcohol) 및 에틸 알코올(ethyl alcohol) 중 선택된 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 수중 플라즈마를 이용한 TiO2의 제조방법. - 제3항에 있어서,
상기 (S1)의 티타늄 전구체는 용매에 1~10M농도로 혼합되는 것을 특징으로 하는 수중 플라즈마를 이용한 TiO2의 제조방법. - 제3항에 있어서,
상기 (S1)에서 계면활성제, 폴리머 및 생체물질 중 선택된 어느 하나 이상을 더 혼합하는 것을 특징으로 하는 수중 플라즈마를 이용한 TiO2의 제조방법. - 제7항에 있어서,
상기 계면활성제, 폴리머 및 생체물질 중 선택된 어느 하나는 용매에 0.1~2M농도로 혼합되는 것을 특징으로 하는 수중 플라즈마를 이용한 TiO2의 제조방법. - 제3항에 있어서,
상기 (S2)의 숙성은 실온에서 12~30시간 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 수중 플라즈마를 이용한 TiO2의 제조방법. - 제3항에 있어서,
상기 (S4)의 건조는 10~40℃에서 2~24시간 동안 건조하는 것을 특징으로 하는 수중 플라즈마를 이용한 TiO2의 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 수중플라즈마 인가는 0J/L·S~10,000J/L·S(단위 볼륨(1리터) 액체(처리 전 티타니아 입자와 증류수의 용량)가 1초 동안 10J~10,000J의 에너지를 받는 조건)의 플라즈마를 1 초 ~ 120 분 인가하는 것을 특징으로 하는 수중 플라즈마를 이용한 TiO2의 제조방법. - 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항의 방법으로 제조된 가시광 응답성 TiO2 광촉매.
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|---|---|---|---|
| KR1020180040762A KR20190117875A (ko) | 2018-04-09 | 2018-04-09 | 수중 플라즈마를 이용한 TiO2의 제조방법 |
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| Country | Link |
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| KR (1) | KR20190117875A (ko) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20210154276A (ko) * | 2020-06-11 | 2021-12-21 | 한국기초과학지원연구원 | 가시광 활성이 향상된 열안정성 다공성 티타늄산화물 및 이의 제조방법 |
| KR20220085122A (ko) * | 2020-12-14 | 2022-06-22 | 공경배 | 전이금속이 도핑된 이산화티탄 광촉매 복합체 및 이의 제조방법 |
-
2018
- 2018-04-09 KR KR1020180040762A patent/KR20190117875A/ko active IP Right Grant
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| KR20220085122A (ko) * | 2020-12-14 | 2022-06-22 | 공경배 | 전이금속이 도핑된 이산화티탄 광촉매 복합체 및 이의 제조방법 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right |