KR20210073422A - Method of preparing nano particle precusor tablet for photocatalyst and photocatalyst tablet material thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 광촉매 작용의 나노용액 전구체 타블렛 제조 방법 및 그 조성물에 관한 것으로 더욱 상세하게는 광촉매로 이루어진 나노물질을 전구체 타블렛으로 제조하여 보관과 이동이 매우 간단하고 쉬우면서 사용하는 경우에 물에 투입시키므로 신속하게 광촉매 나노용액으로 변환시켜 광의 조사가 없는 환경에서도 광촉매로 작용하도록 하는 광촉매 작용의 나노용액 전구체 타블렛 제조 방법 및 그 조성물에 관한 것이다. The present invention relates to a method for preparing a nanosolution precursor tablet of photocatalysis and a composition thereof, and more particularly, to a nanomaterial made of a photocatalyst as a precursor tablet, which is very simple and easy to store and move. It relates to a photocatalytic nanosolution precursor tablet manufacturing method and composition thereof, which is rapidly converted into a photocatalytic nanosolution to act as a photocatalyst even in an environment without light irradiation.
광촉매(photocatalyst)란 광화학(photochemistry)과 촉매(catalyst)가 결합된 의미로 빛에너지에 의하여 활성을 나타내는 촉매를 말한다. 일반적으로 촉매란 촉매 자신은 변화하지 않으면서 화학반응의 속도를 빠르게 또는 느리게 조절하는 역할을 하는 것으로서, 화학반응 과정에서는 열이나 기타 에너지원들이 사용되는데, 광촉매의 경우에는 화학반응에 사용되는 에너지로 빛을 사용한다. 햇빛이나 또는 인공 광에 의한 빛에너지를 촉매에 조사하면 빛에너지를 흡수한 촉매가 활성을 나타내어 유기물들을 산화 또는 환원시키는 역할을 한다. Photocatalyst is a combination of photochemistry and catalyst, and refers to a catalyst that exhibits activity by light energy. In general, a catalyst serves to speed up or slow down the rate of a chemical reaction without changing the catalyst itself. In the process of a chemical reaction, heat or other energy sources are used. In the case of a photocatalyst, it is the energy used in the chemical reaction. use light When light energy from sunlight or artificial light is irradiated to the catalyst, the catalyst that absorbs the light energy is activated and plays a role in oxidizing or reducing organic matter.
광촉매가 산화환원에 의한 광촉매로 작용하기 위하여 빛 에너지를 흡수하는 것이 반드시 필요하며, 일 례에 의한 광촉매인 산화티타늄 또는 이산화티타늄(TiO2)이 흡수할 수 있는 태양광(빛)의 파장은 약 380 nm 이하의 자외선이다. 이러한 산화티타늄의 광촉매 반응은 태양광 또는 자외선 또는 빛이 조사될 때에만, 자외선의 광량만큼 반응이 일어난다. In order for a photocatalyst to act as a photocatalyst by redox, it is absolutely necessary to absorb light energy, and the wavelength of sunlight (light) that titanium oxide or titanium dioxide (TiO2), which is a photocatalyst according to an example, can absorb is about 380. Ultraviolet radiation below nm. The photocatalytic reaction of titanium oxide occurs only when sunlight or ultraviolet rays or light is irradiated, and the reaction takes place as much as the amount of ultraviolet rays.
이하의 설명에서 태양광과 자외선과 빛은 같은 의미이고 문맥에 적합하게 선택적으로 사용하며, 또한, 산화티타늄과 이산화티타늄(TiO2)은 같은 의미이고 문맥에 적합하게 선택적으로 사용한다. In the following description, sunlight, ultraviolet light, and light have the same meaning and are selectively used according to the context, and titanium oxide and titanium dioxide (TiO 2 ) have the same meaning and are selectively used appropriately in the context.
이산화티타늄은 3.2 일렉트론 볼트(eV)의 전위가 인가되면 여기(Excitation) 되어 광촉매 기능을 하고, 태양에 포함된 자외선을 조사받는 경우에 여기되어 산화와 환원에 의한 광촉매 기능을 발생한다. When a potential of 3.2 electron volts (eV) is applied, titanium dioxide is excited and functions as a photocatalyst, and when it is irradiated with ultraviolet rays contained in the sun, it is excited to generate a photocatalytic function by oxidation and reduction.
즉, 이산화티타늄의 산화환원전위차(ORP, Oxidation-Reduction Potential)는 3.2 eV 이고, 이 값은 물의 산화와 환원을 측정하는 중요한 변수 중에 하나이다. That is, the oxidation-reduction potential (ORP) of titanium dioxide is 3.2 eV, and this value is one of the important variables for measuring the oxidation and reduction of water.
이산화티타늄은 백색 안료나 고주파용 콘덴서 소재, 저반사 코팅 등의 광학 재료, 쎈서 및 보호재료 등으로 매우 광범위하게 이용되고 있으며 특히 무한한 응용 가능성을 지닌 새로운 환경 개선형 광촉매 소재로써 매우 활발하게 연구되어지고 있다. Titanium dioxide is widely used as a white pigment, high-frequency capacitor material, optical material such as low-reflection coating, sensor and protective material, etc. In particular, it is being actively studied as a new environment-improving photocatalyst material with infinite application potential. have.
티타늄 광물은 지구상에서 9번째로 흔한 광물이며 지맥의 0.6%, 지표의 약 1% 정도를 차지한다. Titanium mineral is the ninth most common mineral on Earth, accounting for 0.6% of the lei and about 1% of the surface.
이러한 광촉매 재료를 제조하는 방법의 종래기술로 대한민국 특허 등록번호 제10-1450389호(2014. 10. 06.)에 의한 것으로 ‘광촉매재, 그 제조 방법 및 광촉매 장치’가 있다. As a prior art of a method for manufacturing such a photocatalyst material, there is a 'photocatalyst, its manufacturing method, and photocatalytic device' according to Korean Patent Registration No. 10-1450389 (October 06, 2014).
종래기술에 의한 광촉매재 제조방법은 다공성이며 산화티타늄, 산화텅스텐, 산화아연, 산화니오븀 중에서 어느 하나 이상으로 이루어지는 제 1 금속 산화물막을 성막한다. The method for manufacturing a photocatalyst according to the prior art forms a first metal oxide film which is porous and made of at least one of titanium oxide, tungsten oxide, zinc oxide, and niobium oxide.
제 1 금속 산화물막을 텅스텐, 크롬, 바나듐, 몰리브덴, 구리, 철, 코발트, 망간, 니켈, 백금, 금, 세륨, 카드늄, 아연, 마그네슘, 칼슘, 스트로니튬, 바륨, 라듐 중에서 어느 하나 이상으로 이루어지는 제 2 금속의 전구체 용액에 침지시킨 후, 다공성의 제 1 금속 산화물막 내부 공극에 제 2 금속의 전구체 용액을 침투시킨다. The first metal oxide film is made of any one or more of tungsten, chromium, vanadium, molybdenum, copper, iron, cobalt, manganese, nickel, platinum, gold, cerium, cadmium, zinc, magnesium, calcium, stronitium, barium, and radium. After being immersed in the precursor solution of the second metal, the precursor solution of the second metal is permeated into the pores inside the porous first metal oxide film.
제 2 금속의 전구체 용액을 내부 공극에 함유한 다공성의 제 1 금속 산화물막에 광조사하여 제 2 금속이 환원되어 다공성 제1 금속 산화물막의 내부 공극에 제 2 금속의 입자를 형성하므로 광촉매재를 제조한다. A photocatalyst is prepared because the second metal is reduced by light irradiating the precursor solution of the second metal to the porous first metal oxide film containing the inner pores to form particles of the second metal in the inner pores of the porous first metal oxide film. do.
종래기술에 의한 광촉매재 제조방법은 광촉매를 제조할 수 있는 장점이 있으나 나노크기의 입자이고 이러한 나노 크기 입자는 보관, 이동 및 활용이 비교적 어려운 문제가 있다. Although the method for manufacturing a photocatalyst according to the prior art has the advantage of producing a photocatalyst, it is nano-sized particles, and these nano-sized particles have a problem in that storage, movement and utilization are relatively difficult.
또한, 종래기술에 의한 광촉매는 태양광이 조사되는 환경에서만 광촉매로 동작하여 산화환원 반응을 일으키는 문제가 있다. In addition, the photocatalyst according to the prior art has a problem of causing a redox reaction by operating as a photocatalyst only in an environment irradiated with sunlight.
따라서 광촉매 재료를 쉽게 보관하고 이동이 용이하며 사용하고자 하는 시간에 즉시 사용할 수 있도록 하고 태양광이 없는 환경에서도 광촉매로 동작하도록 하는 기술을 개발할 필요가 있다. Therefore, there is a need to develop a technology that allows the photocatalyst material to be easily stored and moved, to be used immediately at the desired time, and to operate as a photocatalyst even in an environment without sunlight.
상기와 같은 종래 기술의 문제점과 필요성을 해소하기 위하여 안출한 본 발명은 나노 입자 크기의 산화티타늄으로 이루어진 광촉매가 빛 에너지 없는 상태에서도 이산화염소의 산화감소 반응에 의한 전위를 에너지로 사용하여 광촉매로 동작하고 필요한 때에 정제수 혼합에 의하여 언제 어디서나 신속하게 광촉매로 사용할 수 있도록 하는 광촉매 나노용액 전구체 타블렛 제조 방법 및 그 조성물을 제공한다.The present invention, which was devised to solve the problems and necessity of the prior art, operates as a photocatalyst by using the potential caused by the oxidation reduction reaction of chlorine dioxide as energy even in the absence of light energy in a photocatalyst made of nanoparticle-sized titanium oxide and to provide a method and composition for preparing a photocatalyst nanosolution precursor tablet that can be quickly used as a photocatalyst anytime, anywhere by mixing purified water when necessary.
또한, 본 발명은 광촉매 나노물질을 건조된 전구체 타블렛 형상으로 제조하므로 광촉매의 무게와 부피가 가볍고 작으며 보관과 이동이 용이하여 광촉매의 활용도를 높이는 광촉매 나노용액 전구체 타블렛 제조 방법 및 그 조성물을 제공한다.In addition, the present invention provides a method for manufacturing a photocatalyst nanosolution precursor tablet that increases the utilization of the photocatalyst by manufacturing the photocatalyst nanomaterial in the form of a dried precursor tablet, so that the weight and volume of the photocatalyst is light and small, and storage and movement are easy. .
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 안출한 본 발명의 광촉매 작용의 나노용액 전구체 타블렛 제조 방법은 불순물이 제거되고 입자 직경이 마이크로미터 크기인 광촉매 재료를 준비하는 제 1 과정; 상기 제 1 과정에서 준비된 마이크로미터 크기 광촉매 재료를 실온 환경에서 입자 직경이 나노미터 크기로 분쇄하여 제조하는 제 2 과정; 상기 제 2 과정에서 나노미터 크기로 제조된 광촉매 재료의 분말에 무기바인더와 흡습제를 혼합하여 광촉매 혼합분말 재료를 제조하는 제 3 과정; 상기 제 3 과정에서 제조된 광촉매 혼합분말 재료를 타블렛 형상의 금형에 투입하여 타블렛으로 성형하는 제 4 과정; 을 포함할 수 있다.In order to achieve the above object, the method for manufacturing a nano-solution precursor tablet of the present invention devised for achieving the above object includes a first process of preparing a photocatalyst material in which impurities are removed and the particle diameter is micrometer size; a second process of manufacturing the micrometer-sized photocatalyst material prepared in the first process by pulverizing the photocatalyst material having a particle diameter of nanometers in a room temperature environment; a third process of preparing a photocatalyst mixed powder material by mixing an inorganic binder and a moisture absorbent with the powder of the photocatalyst material prepared in the nanometer size in the second process; a fourth process of injecting the photocatalyst mixed powder material prepared in the third process into a tablet-shaped mold and molding it into a tablet; may include.
상기 제 4 과정에서 성형된 타블렛을 섭씨 30 내지 70도 범위이면서 습도 10 % 이하의 환경에서 2 내지 3 시간 범위 동안 건조시키는 제 5 과정; 을 더 포함할 수 있다. a fifth process of drying the tablet molded in the fourth process in an environment of 30 to 70 degrees Celsius and a humidity of 10% or less for 2 to 3 hours; may further include.
상기 제 5 과정에서 건조된 타블렛을 진공상태로 포장하는 제 6 과정; 이 더 포함될 수 있다. a sixth process of packaging the tablet dried in the fifth process in a vacuum state; More may be included.
상기 제 3 과정은 아염소산나트륨과 구연산을 더 혼합할 수 있다. In the third process, sodium chlorite and citric acid may be further mixed.
상기 제 1 과정에서 준비하는 마이크로미터 크기의 광촉매는 평균 직경이 400 내지 600 마이크로 미터 범위의 크기로 이루어질 수 있다. The micrometer-sized photocatalyst prepared in the first process may have an average diameter in the range of 400 to 600 micrometers.
상기 제 2 과정에서 제조하는 광촉매는 평균 직경이 10 내지 30 나노미터 범위의 크기로 이루어질 수 있다. The photocatalyst prepared in the second process may have a size in the range of 10 to 30 nanometers in average diameter.
상기 광촉매는 100 내지 250 중력가속도 범위의 환경에서 제조될 수 있다. The photocatalyst may be prepared in an environment in the range of 100 to 250 gravitational acceleration.
상기 바인더는 친환경이면서 인체에 무해한 실리카계 무기바인더 또는 전분으로 이루어질 수 있다. The binder may be made of an environmentally friendly and harmless silica-based inorganic binder or starch.
상기 제 4 과정은 상기 광촉매 혼합분말 재료를 타블렛 형상으로 성형할 수 있는 금형 안에 투입하고 0.1 내지 1 톤의 프레스를 이용하며 0.1 내지 2 초 간 압력을 주어 성형할 수 있다. In the fourth process, the photocatalyst mixed powder material is put into a mold that can be molded into a tablet shape, and a press of 0.1 to 1 ton is used, and pressure for 0.1 to 2 seconds can be applied.
상기 제 6 과정에서 포장된 타블렛의 포장을 제거하고 추출된 타블렛을 정제수에 투입시켜 생성된 나노용액을 대기 중 또는 오염물질 또는 오염환경 주변에 분사하는 제 7 과정; 이 더 포함될 수 있다. A seventh process of removing the packaging of the tablet packaged in the sixth process, injecting the extracted tablet into purified water, and spraying the resulting nano solution in the air or around a pollutant or polluted environment; More may be included.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 안출한 본 발명의 광촉매 작용의 나노용액 전구체 타블렛은 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항으로 제조될 수 있다.The nano-solution precursor tablet of the present invention devised to achieve the above object may be prepared according to any one of claims 1 to 4.
상기 광촉매 작용의 나노영액전구체 타블렛은 혼합될 정제수의 무게를 기준으로 바인더를 0.1 내지 0.23 Wt%; 흡습제를 5 내지 30 Wt%; 산화티타늄 광촉매 1 내지 5 Wt%; 로 혼합하여 제조될 수 있다. The photocatalytic nano solution precursor tablet contains 0.1 to 0.23 Wt% of a binder based on the weight of purified water to be mixed; 5 to 30 Wt% of a desiccant; 1 to 5 Wt% of titanium oxide photocatalyst; It can be prepared by mixing with
상기광촉매 분말은 아염소산나트륨과 구연산을 더 혼함하여 이루어질 수 있다.The photocatalyst powder may be made by further mixing sodium chlorite and citric acid.
상기 광촉매 작용의 나노용액 전구체 타블렛을 정제수에 투입하고 살포시에 상기 정제수를 기준으로 에탄올을 5 내지 40 Wt% 첨가하는 구성으로 이루어질 수 있다. It may consist of adding 5 to 40 Wt% of ethanol based on the purified water at the time of injecting the nano-solution precursor tablet of the photocatalytic action into purified water and spraying.
상기 흡습제는 천연광물질로 이루어지는 벤토나이트, 제올라이트, 염화칼슘, 실리카겔 중에서 선택된 어느 하나 또는 어느 하나 이상이 혼합되어 이루어질 수 있다. The desiccant may be any one selected from bentonite, zeolite, calcium chloride, and silica gel made of natural minerals, or a mixture of any one or more.
상기 흡습제는 별도의 분리된 공정에서 혼합기에 나노입자 크기의 광촉매와 같이 투입되고, 상기 혼합기는 100 내지 250 중력사속도 범위에서 5 내지 10 분 범위로 믹싱하여 흡습제의 내부 동공에 광촉매가 유입된 상태로 제조될 수 있다. The desiccant is added to the mixer together with the nanoparticle-sized photocatalyst in a separate separate process, and the mixer is mixed in the range of 100 to 250 gravitational death speed for 5 to 10 minutes, and the photocatalyst is introduced into the inner cavity of the absorbent. can be manufactured with
상기 바인더는 천연이며 인체에 무해한 식물성 전분, 천연 알긴산, PVA 중에서 선택된 어느 하나 또는 선택된 어느 하나 이상으로 이루어질 수 있다. The binder may be made of any one selected from natural and harmless vegetable starch, natural alginic acid, and PVA, or any one or more selected from the group consisting of natural and harmless to the human body.
상기 아염소산나트륨은 별도 준비된 혼합기에 나노입자 크기의 바인더와 함께 투입되고, 상기 혼합기는 100 내지 250 중력가속도 범위에서 5 내지 60 초 범위로 믹싱하여 외측면에 바인더가 코딩된 상태로 제조될 수 있다. The sodium chlorite is added together with a binder of nanoparticle size in a separately prepared mixer, and the mixer is mixed in a range of 5 to 60 seconds in a range of 100 to 250 gravitational acceleration, and the binder is coded on the outer surface. .
상기 구연산은 별도 준비된 혼합기에 나노입자 크기의 바인더와 함께 투입되고, 상기 혼합기는 100 내지 250 중력가속도 범위에서 5 내지 60 초 범위로 믹싱하여 외측면에 바인더가 코팅된 상태로 제조될 수 있다. The citric acid is added together with a nanoparticle-sized binder in a separately prepared mixer, and the mixer is mixed in a range of 100 to 250 gravitational acceleration in a range of 5 to 60 seconds to prepare the binder coated on the outer surface.
상기 아염소산나트륨과 구연산은 3 : 1 몰비로 혼합되면서 상기 몰비로 혼합된 상태에서 정제수를 기준으로 0.1 내지 0.25 Wt%가 되도록 광촉매 분말에 혼합되어 제조될 수 있다. The sodium chlorite and citric acid may be mixed in a 3:1 molar ratio and mixed with the photocatalyst powder to be 0.1 to 0.25 Wt% based on purified water in the mixed state in the molar ratio.
상기와 같은 구성의 본 발명은 광촉매 재료인 산화티타늄을 나노 입자 크기로 가공하고 이산화염소의 산화감소 반응에 의한 전위를 에너지로 사용하므로 빛 에너지가 없는 장소에서도 광촉매가 동작되도록 하여 언제 어디서나 광촉매가 필요한 장소에서 신속하게 활용하는 사용상 편리함이 개선된 장점이 있다. The present invention, having the above configuration, processes titanium oxide, a photocatalyst material, into nano-particle sizes and uses the potential caused by the oxidation reduction reaction of chlorine dioxide as energy, so that the photocatalyst operates even in places where there is no light energy, so that a photocatalyst is needed anytime and anywhere. It has the advantage of improved convenience in use, which can be used quickly in a place.
또한, 광촉매 나노물질을 건조된 전구체 타블렛 형상으로 제조하므로 무게가 가볍고 무피가 작으며 보관과 이동이 용이하여 광촉매의 활용도와 선호도를 높이는 장점이 있다. In addition, since the photocatalyst nanomaterial is manufactured in the form of a dried precursor tablet, it is light in weight, has a small skin, and is easy to store and move, thereby increasing the utilization and preference of the photocatalyst.
도 1 은 본 발명을 설명하기 위한 것으로 미세먼지가 인체에 흡수되어 발생할 수 있는 각종 질병의 설명도,
도 2 는 본 발명을 설명하기 위한 것으로 광촉매가 항균과 탈취에 영향을 주는 상태 설명도,
도 3 은 본 발명을 설명하기 위한 것으로 광촉매의 방오와 정수에 영향을 주는 상태 설명도,
도 4 는본 발명을 설명하기 위한 것으로 화력발전소와 자동차 등에서 발생된 1 차 미세번지의 녹스와 삭스를 광촉매로 분해하는 개념 설명도,
도 5 는 본 발명의 일 실시 예에 의한 것으로 광촉매 작용의 나노용액 전구체 타블렛 제조 방법을 설명하는 순서도,
도 6 은 본 발명의 일 실시 예에 의한 것으로 나노입자 크기로 제조된 산화티타늄 광촉매 소자의 SEM 사진,
그리고
도 7 은 본 발명의 일 실시 예에 의하여 제조된 나노용액 광촉매를 면포에 도포하고 SEM 촬영한 사진이다.1 is an explanatory diagram of various diseases that may occur due to the absorption of fine dust into the human body, for explaining the present invention;
2 is an explanatory diagram of the state in which the photocatalyst affects antibacterial and deodorization for explaining the present invention;
3 is an explanatory diagram of the state affecting the antifouling and water purification of the photocatalyst for explaining the present invention;
4 is a conceptual explanatory diagram for decomposing Knox and Sachs of primary fine addresses generated in thermal power plants and automobiles with a photocatalyst for explaining the present invention;
5 is a flowchart illustrating a method for manufacturing a nano-solution precursor tablet of photocatalysis according to an embodiment of the present invention;
6 is an SEM photograph of a titanium oxide photocatalyst device manufactured in a nanoparticle size according to an embodiment of the present invention;
And
7 is a photograph taken by SEM after applying the nano-solution photocatalyst prepared according to an embodiment of the present invention to the comedon.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. Since the present invention can apply various transformations and can have various embodiments, specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description. However, this is not intended to limit the present invention to a specific embodiment, it should be understood to include all transformations, equivalents and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known technology may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
이하의 설명에서 산화티타늄 또는 이산화티타늄(TiO2)은 같은 의미이고 문맥에 적합하게 선택적으로 사용하며, 또한, 혼합기와 믹서와 분배기는 같은 의미로 사용하며 문맥에 적합하게 선택적으로 사용하기로 한다. In the following description, titanium oxide or titanium dioxide (TiO 2 ) has the same meaning and is selectively used as appropriate for the context, and the mixer, mixer, and distributor are used as the same meaning and selectively used as appropriate for the context.
타블렛(tablet)은 알약 형태이며 구형, 타원구형, 사각육면체, 직사각육면체, 기하학적 형태 등을 할 수 있으며 압축방식으로 성형된다. A tablet is in the form of a pill, and it can have a spherical shape, an oval sphere shape, a quadrangular hexahedron, a rectangular hexahedron, a geometric shape, etc.
전자볼트 또는 일렉트론볼트(eV : electron volt)는 운동에너지의 단위를 나타내는 것으로 전자(e, electron)가 진공에서 1 볼트(V)의 전위차를 가진 두 점 사이를 횡단할 때 마다 얻는 운동에너지이고, 소립자의 질량을 에너지로 환산하여 나타낼 때 많이 사용하며, 1 일렉트론볼트는 1.602 * 10에 마이너스 19승 줄(joule)d에 해당하며 기호는 eV를 사용한다. Electron volt or electron volt (eV: electron volt) represents the unit of kinetic energy. It is the kinetic energy obtained whenever an electron (e, electron) crosses between two points with a potential difference of 1 volt (V) in vacuum. It is often used to express the mass of elementary particles by converting them into energy, and 1 electron volt corresponds to 1.602 * 10 to the minus 19th power of joule d, and the symbol is eV.
전구체(precursor)는 생합성, 생화학, 화학 등의 반응계에서 어떤 물질을 형성하게 하는 전단계의 물질 또는 다른 화합물을 생성하는 화학반응에 참여하는 화합물을 지칭하며, 선구물질 또는 전구물질이라고도 한다. 이하에서 전구체는 다음 순서의 물질을 생성할 수 있는 전단계에 의한 물질(재료)인 것으로 설명한다. A precursor (precursor) refers to a compound that participates in a chemical reaction to produce a substance or another compound in the previous step to form a substance in a reaction system such as biosynthesis, biochemistry, chemistry, etc., also called a precursor or precursor. Hereinafter, the precursor will be described as a material (material) by a previous step capable of producing the material of the following order.
광촉매 재료(원료)에는 산화티타늄, 산화텅스텐, 산화아연, 산화니오븀 등이 있는 것으로 알려져 있으며 이하에서 설명과 이해를 쉽게하기 위하여 산화티타늄을 위주로 설명하기로 한다. It is known that the photocatalyst material (raw material) includes titanium oxide, tungsten oxide, zinc oxide, niobium oxide, and the like. Hereinafter, titanium oxide will be mainly described for ease of explanation and understanding.
반도체 재료인 이산화티타늄의 광활성에 관한 연구는 1972년 후지시마 교수에 의하여 발표된 혼다-후지시마 효과에 그 시초를 두고 있다. 이산화티타늄 전극과 백금 전극으로 이루어진 전지에 광을 조사하면 약 -0.5 V에서 물의 분해가 일어나며 이산화티타늄 전극의 표면에서 산소가 발생하고 백금 전극의 주변에서 수소가 발생한다. 이는 물의 통상적인 산화 분해 전위인 +1.23 V에 크게 못 미치는 전위에서 발생하는 특이한 현상으로 후지시마 교수는 이러한 현상을 자외선에 의해 이산화티타늄의 가전자띠(valance band)의 전도띠(conduction band)로 전이되며 이때 발생하는 정공에 의하여 물의 산화가 일어나 수소를 발생시키는 것으로 설명하였다. The study on the photoactivity of titanium dioxide, a semiconductor material, has its beginnings in the Honda-Fujishima effect announced by Professor Fujishima in 1972. When a battery composed of a titanium dioxide electrode and a platinum electrode is irradiated with light, water decomposition occurs at about -0.5 V, oxygen is generated on the surface of the titanium dioxide electrode, and hydrogen is generated around the platinum electrode. This is a unique phenomenon that occurs at a potential far lower than +1.23 V, which is the normal oxidative decomposition potential of water. Professor Fujishima transferred this phenomenon to the conduction band of the valance band of titanium dioxide by ultraviolet light. It has been explained that the oxidation of water is caused by the holes generated at this time to generate hydrogen.
반도체 성질의 광촉매 물질에 고유의 띠에너지-반도체 물질 내에는 전자가 채워지지 않은 전도띠(Conduction Band, E cb)와 전자가 채워져 있는 공유띠(Valaence Band, E vb)라는 원자궤도들의 선형결합으로 이루어진 분자궤도가 존재한다. 이에 따라, 이 두 띠의 사이에는 전자가 점유할 수 없는 금지된 공간이 존재한다. 이를 띠에너지(Eg)라 하며, 그 크기는 E cb -E vb 에 해당한다. 빛에너지를 받고 전자(e-)가 여기(Excitation)된 후 생성된 전자(e-)와 정공(h+) 쌍이 유익하게 쓰이는 광화학 시스템은 기존 반응기 설계의 제약을 해소할 수 있는 빛의 전달을 가능하게 한다. The band energy inherent in the photocatalyst material of the semiconductor nature-In the semiconductor material, it is a linear combination of atomic orbitals called the conduction band (E cb) without electrons and the shared band (E vb) filled with electrons. There are molecular orbitals. Accordingly, there is a forbidden space between these two bands that electrons cannot occupy. This is called band energy (Eg), and its magnitude corresponds to E cb -E vb . The photochemical system in which the electron (e-) and hole (h+) pair generated after receiving light energy and the electron (e-) is excited (excitation) can be beneficially used to deliver light that can overcome the limitations of the existing reactor design make it
광화학 반응의 과정을 거쳐 빛에너지를 화학에너지 또는 전기에너지로 전환시키는 것은 생성된 전자/정공이 광촉매에 흡착되거나 확산층(Diffusion Layer) 내에 있는 물질을 환원/산화시키거나, 구성된 전극회로에 의하여 전류를 생성시킴으로 가능하다. 이를 활용하면 주변의 유기물질을 분해하는 환경정화는 물론, 물분해 수소제조, 태양전지 등에 활용할 수 있는 장점이 있다. The conversion of light energy into chemical energy or electrical energy through the process of photochemical reaction means that the generated electrons/holes are adsorbed to the photocatalyst, reduce/oxidize the material in the diffusion layer, or generate an electric current by the configured electrode circuit. It is possible by creating If this is used, it can be used for environmental purification by decomposing surrounding organic substances, as well as water decomposition hydrogen production, solar cells, etc.
광촉매가 산화와 환원에 의한 광촉매로 동작하기 위하여는 전자(e-)가 여기(Excitation)되기 위한 에너지로 광을 이용하고 있으나 광을 이용하지 아니하고서도 전자(e-)가 여기(Excitation)되도록 하므로 광촉매로 작용 하도록 하는 것이 본 발명의 기술적 사상 중에 하나이다. In order for the photocatalyst to operate as a photocatalyst by oxidation and reduction, light is used as energy for excitation of electrons (e-), but electrons (e-) are excited without using light. It is one of the technical ideas of the present invention to act as a photocatalyst.
즉, 이산화티타늄의 경우 광촉매로 동작하기 위하여는 빛 에너지의 조사에 의하여 3.2 eV의 전위가 인가되어야 산화와 환원에 의한 광촉매로 동작하고 있으나, 본 발명에서는 빛의 조사 없이 전자(e-)가 여기(Excitation) 되도록 필요한 에너지를 공급하므로 어두운 장소에서도 신속하게 광촉매 기능을 발생시키는 것이 기술적 사상 중에 하나이다. That is, in the case of titanium dioxide, in order to operate as a photocatalyst, a potential of 3.2 eV must be applied by irradiation of light energy to operate as a photocatalyst by oxidation and reduction, but in the present invention, electrons (e-) are excited without irradiation of light. (Excitation) One of the technical ideas is to quickly generate a photocatalytic function even in a dark place as it supplies the necessary energy.
중력가속도(G ; gravitational acceleration)는 물체에 작용하는 중력에 의해 생기는 시간 당 속도의 변화량이다. 중력은 가속도와 질량의 곱으로 표시된다. 중력가속도는 장소에 따라 약간의 차이가 있으며 북위 45°의 평균 해면에서의 중력을 기준으로 한 표준 중력 가속도(standard value of G)는 g=9.80665m/s**2로 정해져 있다.Gravitational acceleration (G) is the amount of change in velocity per time caused by gravity acting on an object. Gravity is expressed as the product of acceleration and mass. The gravitational acceleration varies slightly depending on the location, and the standard value of G based on gravity at the average sea level at 45° north latitude is set as g=9.80665m/s**2.
한편, 미세먼지(분진, fine dust, particle dust matter)는 지름이 50 - 70 마이크로미터(um) 굵기인 머리카락의 약 1/10 정도 크기인 10 마이크로미터(um) 이하이며 호흡하거나 세포속으로 침투되는 경우 어린이와 노약자는 물론 건강한 사람까지도 면역성이 떨어지면서 심각한 질환에 직면하는 경우가 있을 수 있다. 한편, 초미세먼지는 입자의 크기가 2.5 마이크로미터(um) 이하인 먼지를 지칭한다.On the other hand, fine dust (fine dust, particle dust matter) is less than 10 micrometers (um), which is about 1/10 the size of a hair with a diameter of 50 - 70 micrometers (um), and penetrates into cells or breathes. In some cases, children and the elderly as well as healthy people may face serious diseases with reduced immunity. On the other hand, ultrafine dust refers to dust having a particle size of 2.5 micrometers (um) or less.
최근 주변 국가와 일부지역의 급속한 공업화 및 사막화 가속 등에 의하여 대기 중에 많은 양의 분진, 미세먼지가 포함된 상태로 유입되고 이러한 먼지가 포함된 공기를 직접 호흡하는 경우 호흡기 질환 등을 유발하는 연구사례가 매우 많이 보고되고 있는 실정이다. 또한, 미세먼지에는 각종 유해 세균, 병균, 곰팡이 등이 포함될 수 있다. Recently, due to the rapid industrialization and acceleration of desertification in neighboring countries and some regions, a large amount of dust and fine dust are introduced into the atmosphere, and when the air containing such dust is directly inhaled, there are research cases that cause respiratory diseases. It has been reported a lot. In addition, fine dust may include various harmful bacteria, germs, molds, and the like.
그러므로 미세먼지를 포함하는 주변환경의 공기를 정화할 친환경적 기술의 개발 필요성이 매우 크게 대두되고 있으며 현실적으로 매우 시급하게 해결할 과제 중에 하나이다. Therefore, the need for the development of an eco-friendly technology to purify the air in the surrounding environment including fine dust is very high, and it is one of the tasks to be solved very urgently in reality.
도 1 은 본 발명을 설명하기 위한 것으로 미세먼지가 인체에 흡수되어 발생할 수 있는 각종 질병의 설명도 이다. 1 is an explanatory diagram of various diseases that may occur due to the absorption of fine dust into the human body for explaining the present invention.
첨부된 도면을 참조하면 미세먼지의 지름이 10 마이크로미터 이하 크기는 눈에 침투하여 알레르기성 결막염, 각막염 등을 발생시킨다. 그리고 2 내지 5 마이크로미터 크기의 미세먼지는 기관지에 침투하고 1 내지 2 마이크로미터 크기의 미세먼지는 허파에 침부하며 0.1 내지 1 마이크로미터 크기의 미세먼지는 허파꽈리에 침부한다. 기관지에 침투한 미세먼지는 기관지염, 폐기종, 천식 등을 유발하고, 폐 또는 허파꽈리에 침부한 미세먼지는 폐포 손상을 유발한다. Referring to the accompanying drawings, fine dust with a diameter of 10 micrometers or less penetrates the eye and causes allergic conjunctivitis, keratitis, and the like. And fine dust with a size of 2 to 5 micrometers penetrates into the bronchial tubes, fine dust with a size of 1 to 2 micrometers is deposited in the lungs, and fine dust of a size of 0.1 to 1 micrometer is deposited in the alveoli. Fine dust that penetrates into the bronchial tubes causes bronchitis, emphysema, and asthma, and fine dust that settles in the lungs or alveoli causes damage to the alveoli.
도 2 는 본 발명을 설명하기 위한 것으로 광촉매가 항균과 탈취에 영향을 주는 상태 설명도 이다. 2 is a diagram illustrating the state in which the photocatalyst affects antibacterial and deodorizing for explaining the present invention.
첨부된 도면을 참조하면 광촉매는 박테리아, 곰팡이, 바이러스 등 단세포 유기체에 강한 산화 작용을 하므로 해당 세포막을 파괴시키는 살균력가지며, 염소나 오존에 비하여 1.5 배 이상 강한 살균력이 있음을 설명하고 있다. Referring to the accompanying drawings, the photocatalyst has a strong oxidizing action on single-celled organisms such as bacteria, fungi, and viruses, so it has a sterilizing power that destroys the cell membrane, and it has a sterilizing power 1.5 times stronger than that of chlorine or ozone.
광촉매 활성화에 의한 OH 라디칼은 강력한 산화작용에 의하여 각종 부패균을 멸균하고 악취의 원인 물질들을 분해와 살균하는 정화능력이 비교적 뛰어나게 주변환경을 청결하게 유지시킬 수 있다. OH radical by photocatalyst activation sterilizes various spoilage bacteria by strong oxidative action and has relatively excellent purification ability to decompose and sterilize substances causing bad odor to keep the surrounding environment clean.
도 3 은 본 발명을 설명하기 위한 것으로 광촉매의 방오와 정수에 영향을 주는 상태 설명도 이다. 3 is a diagram for explaining the present invention, and is an explanatory diagram of the state affecting the antifouling and water purification of the photocatalyst.
첨부된 도면을 참조하여 설명하면 광촉매는 표면에서 유기물을 분해와 제거하므로 더러운 먼지를 자연스럽게 없애는 방오 기능에 의한 광촉매 사용으로 사회적 비용을 절감시킬 수 있다. When described with reference to the accompanying drawings, since the photocatalyst decomposes and removes organic matter from the surface, it is possible to reduce social costs by using the photocatalyst with an antifouling function that naturally removes dirty dust.
그리고 광촉매를 정수용 필터에 포함시키는 경우 물속의 바이러스와 유기물을 분해와 제거할 수 있다. And when the photocatalyst is included in the filter for water purification, viruses and organic matter in water can be decomposed and removed.
도 4 는본 발명을 설명하기 위한 것으로 화력발전소와 자동차 등에서 발생된 1 차 미세번지의 녹스와 삭스를 광촉매로 분해하는 개념 설명도 이다. 4 is a conceptual explanatory diagram of decomposing Knox and Sachs of primary fine addresses generated in thermal power plants and automobiles with a photocatalyst for explaining the present invention.
첨부된 모든 도면을 참조하여 설명하면 석탄 등을 사용하는 화력 발전소의 굴뚝으로 배출되는 연기와 자동차 배기가스 등의 매연에 포함된 상태로 발생되는 1 차 미세먼지에는 질소화합물(NOx, 녹스)와 황산화물(SOx, 삭스)이 포함되고 이러한 1 차 미세먼지는 대기 중의 수증기 등과 만나면서 2 차 미세먼지를 발생한다. When described with reference to all the accompanying drawings, the primary fine dust generated in the state of being contained in the smoke emitted from the chimney of a thermal power plant using coal and exhaust gas from automobiles includes nitrogen compounds (NOx, rust) and sulfuric acid. Cargo (SOx, Sachs) is included, and these primary fine dusts meet with water vapor in the atmosphere to generate secondary fine dust.
이러한 1 차 또는 2 차미세먼지는 산화티타늄에 의한 광촉매에 의하여 분해되므로 주변의 대기환경을 친환경 적으로 정화하게 된다. Since these primary or secondary fine dust are decomposed by a photocatalyst by titanium oxide, the surrounding air environment is environmentally purged.
도 5 는 본 발명의 일 실시 예에 의한 것으로 광촉매 작용의 나노용액 전구체 타블렛 제조 방법을 설명하는 순서도 이다. 5 is a flowchart illustrating a method for manufacturing a nano-solution precursor tablet of photocatalysis according to an embodiment of the present invention.
첨부된 모든 도면을 참조하여 상세히 설명하면 광촉매 타블렛 제조 시스템에 구성된 해당 제어장치에 의하여 광촉매 타블렛(tablet)의 제조를 시작하는 명령신호가 입력되는지 여부를 확인한다(S110). When described in detail with reference to all the accompanying drawings, it is checked whether a command signal for starting the manufacture of a photocatalytic tablet is input by the corresponding control device configured in the photocatalytic tablet manufacturing system (S110).
상기의 해당 제어시스템은 광촉매 타블렛이 제조되도록 필요한 감시를 하며 해당 제어를 위한 명령신호를 출력하며 컴퓨터로 이루어지는 제어장치, 일반적으로알 수 있는 나노입자 광촉매 제조시스템, 혼합장치, 타블렛 금형장치, 건조장치, 포장장치 등의 구성이 포함되고 각 구성은 하나 이상 다수로 이루어질 수 있다. The above control system monitors necessary for the production of the photocatalytic tablet, outputs a command signal for the corresponding control, and outputs a control device composed of a computer, a generally known nanoparticle photocatalyst manufacturing system, a mixing device, a tablet mold device, and a drying device , a packaging device, and the like, and each configuration may be made of one or more.
상기의 확인(S110)에서 광촉매 타블렛을 제조하는 것으로 판단되면 불순물이 제거되고 입자의 평균 직경이 400 내지 600 마이크로미터 범위 중에서 선택된 어느 하나의 값으로 이루어지는 광촉매 재료를 준비하도록 제어하고 감시한다(S120). 광촉매 재료는 500 마이크로 미터 크기로 준비시키는 것이 제조시간, 제조경비 및 운용효율 등에서 비교적 매우 바람직하다. If it is determined that the photocatalytic tablet is manufactured in the above confirmation (S110), the impurities are removed and the average diameter of the particles is controlled and monitored to prepare a photocatalyst material having any one value selected from the range of 400 to 600 micrometers (S120) . It is relatively very preferable to prepare the photocatalyst material with a size of 500 micrometers in terms of manufacturing time, manufacturing cost, and operating efficiency.
준비된 마이크로 미터 크기의 광촉매 재료는 나노입자 광촉매 제조 시스템에 투입시키고, 나노입자 광촉매 제조 시스템을 100 내지 250 중력가속도로 구동시켜 나노크기 입자의 광촉매가 제조되도록 제어하고 감시한다(S130). 나노입자의 직경 크기는 평균 10 내지 30 나노미터 범위의 크기에 포함되는 것으로 설명한다. The prepared micrometer-sized photocatalyst material is put into the nanoparticle photocatalyst manufacturing system, and the nanoparticle photocatalyst manufacturing system is driven with 100 to 250 gravitational acceleration to control and monitor the nanoparticle photocatalyst to be manufactured (S130). The diameter size of the nanoparticles is described as being included in the average size in the range of 10 to 30 nanometers.
나노입자 크기로 제조된 광촉매 분말에 친환경이면서 실리카계 무기바인더가 혼합되도록 제어하고(S140), 흡습제와 아염소산나트륨 및 구연산을 더 혼합시켜 광촉매 혼합분말 재료가 제조되도록 제어하고 감시한다(S150). Control and monitor so that an eco-friendly and silica-based inorganic binder is mixed with the photocatalyst powder manufactured in the nanoparticle size (S140), and a photocatalyst mixed powder material is manufactured by further mixing a desiccant, sodium chlorite and citric acid (S150).
이하의 설명에서 구연산은 레몬에서 추출하여 건조시킨 무수구연산이고 친환경적이며 인체에 무해하다. In the following description, citric acid is anhydrous citric acid extracted from lemon, and is environmentally friendly and harmless to the human body.
도 6 은 본 발명의 일 실시 예에 의한 것으로 나노입자 크기로 제조된 산화티타늄 광촉매 소자의 SEM 사진이다. 6 is an SEM photograph of a titanium oxide photocatalyst device manufactured in a nanoparticle size according to an embodiment of the present invention.
첨부된 도 6을 참조하여 설명하면 나노입자 크기로 제조된 산화티타늄 광촉매 소자의 SEM(scanning electron microscopy) 사진이고, 산화티타늄 광촉매 나노입자의 크기가 평균 10 내지 30 나노미터 범위 인 것으로 확인된다. Referring to FIG. 6 attached, it is a scanning electron microscopy (SEM) photograph of a titanium oxide photocatalyst device prepared in a nanoparticle size, and it is confirmed that the size of the titanium oxide photocatalyst nanoparticles is in the range of 10 to 30 nanometers on average.
바인더는 인체에 무해하며 식용할 수 있고 친환경적인 실리카계 무기바인더 또는 식물성 전분이 포함된다. 전분으로는 옥수수전분(사이클로덱스트린) 또는 알긴산나트륨, PVA(polyvinyl alcohol)가 사용될 수 있다. 흡습제는 천연광물질인 벤토나이트, 제올라이트, 염화칼슘, 실리카겔 중에서 어느 하나 일 수 있으나 천연광물질의 벤토나이트를 사용하는 것이 비교적 매우 바람직하다. 구연산은 무수구연산이 사용된다. The binder is harmless to the human body, edible, and eco-friendly silica-based inorganic binder or vegetable starch is included. As the starch, corn starch (cyclodextrin), sodium alginate, or polyvinyl alcohol (PVA) may be used. The absorbent may be any one of natural mineral bentonite, zeolite, calcium chloride, and silica gel, but it is relatively very preferable to use natural mineral bentonite. Citric acid anhydrous citric acid is used.
알긴산나트륨은 수용액에 염화칼슘, 염화바륨, 황산알루미늄, 황산아연, 황산구리, 질산은, 염화철(III), 아세트산납 등 2가 이상의 금속이온을 가하면 금속염으로 응고된다. Sodium alginate is solidified into a metal salt when a divalent or higher metal ion such as calcium chloride, barium chloride, aluminum sulfate, zinc sulfate, copper sulfate, silver nitrate, iron(III) chloride, or lead acetate is added to an aqueous solution.
제조된 광촉매 혼합분말 재료를 타블렛 금형에 투입하고 압력을 인가하여 타블렛(알약)으로 성형하도록 제어하고 감시한다(S160). 타블렛으로 성형하는 금형은 0.1 내지 1 톤의 프레스 장치를 이용하고 0.1 내지 2 초 간 프레스에 의한 압력이 유지되도록 해당 제어와 감시한다. The prepared photocatalyst mixed powder material is put into a tablet mold, and pressure is applied to control and monitor it to be molded into a tablet (pill) (S160). The mold for forming into a tablet uses a press device of 0.1 to 1 ton and controls and monitors the pressure by the press for 0.1 to 2 seconds.
광촉매가 성형된 타블렛 형상은 섭씨 30 내지 70 도 범위이면서 풍속 20 내지 30m/s, 습도 10 % 이하의 환경에서 2 내지 3 시간 범위 동안 건조하며(S170), 건조된 각 타블렛이 진공상태로 포장되도록 제어히고 감시한다(S180). The tablet shape in which the photocatalyst is molded is dried for 2 to 3 hours in an environment of 30 to 70 degrees Celsius, a wind speed of 20 to 30 m/s, and a humidity of 10% or less (S170), so that each dried tablet is packaged in a vacuum state. Control and monitor (S180).
한편, 포장된 타블렛을 이용하여 나노용액이 제조되도록 요청하는 신호가 입력되는 것으로 판단되면(S190), 오염되지 않도록 정제된 물(정제수)에 포장에 제거된 타블렛을 투입시키고 오염된 주변환경, 대기 중, 오염물질 등에 분사하도록 제어하고 감시한다(S200). 이때 필요에 의하여 정제수 기준 에탄올을 무게비에 의한 5 내지 40 Wt% 범위로 혼합한다. On the other hand, when it is determined that a signal requesting that the nano solution be prepared using the packaged tablet is input (S190), the tablet removed from the packaging is put into purified water (purified water) not to be contaminated, and the contaminated surrounding environment, air Control and monitor to spray heavy, pollutants, etc. (S200). At this time, if necessary, ethanol based on purified water is mixed in the range of 5 to 40 Wt% by weight.
에탄올을 인체에 무해한 것으로 알려져 있고, 정제수 또는 분무액이 빠르게 건조되도록 하여 광촉매가 지속적으로 작용하도록 한다. Ethanol is known to be harmless to the human body, and it allows the purified water or spray solution to dry quickly so that the photocatalyst continues to work.
정제수의 무게를 기준으로 하여 에탄올을 5 내지 40 Wt% 중에서 선택된 어느 하나의 값으로 혼합하므로 나노입자 광촉매 용액이 분무된 경우 빠른 반응속도로 산화 환원이 이루어지고 광촉매 작용이 진행되지 아니 한 나노입자 광촉매 물질은 에탄올에 의해 정제수의 증발점이 낮아지므로 나노광촉매 혼합물 용액이 보다 빠르게 건조 또는 증발하고, 흡습제에 의하여 습기를 서서히 흡수하면서 광촉매 작용을 지속적으로 반응하게 되어 광촉매 효과가 장기적이며 지속적으로 나타나는 지속효과의 장점이 있다. Nanoparticle photocatalyst in which oxidation-reduction occurs at a fast reaction rate and photocatalysis does not proceed when the nanoparticle photocatalyst solution is sprayed because ethanol is mixed at any one value selected from 5 to 40 Wt% based on the weight of purified water Since the evaporation point of purified water is lowered by ethanol, the nano-photocatalyst mixture solution dries or evaporates faster, and the photocatalytic action continuously reacts while slowly absorbing moisture by the desiccant, resulting in a long-term and continuous photocatalytic effect. There are advantages.
즉, 정제수에 에탄올의 혼합 용량이 40 Wt%와 같이 크면 즉시효과가 크게 발생하고, 정제수에 혼합되는 에탄올의 용량이 5 Wt%와 같이 작으면 지속효과가 크게 발생한다. That is, when the mixing capacity of ethanol in purified water is large, such as 40 Wt%, the immediate effect is large, and when the capacity of ethanol mixed in purified water is small, such as 5 Wt%, the lasting effect is large.
한편, 바인더에 의하여 즉시효과와 지속효과를 더욱 활성화 시킬 수 있다. 바인더로 광촉매에 의한 분해력이 빠른 전분, 알긴산, PVA 등을 사용하는 경우 즉시효과를 높이고, 광촉매에 의한 분해력이 낮은 실리카계 무기바인더를 사용하는 경우 지속효과를 높이게 된다. 바인더는 인체에 무해하며 천연의 식물성 재료로부터 추출되고 정제된 것으로 설명한다. On the other hand, the immediate effect and the lasting effect can be further activated by the binder. When starch, alginic acid, PVA, etc., which have a fast decomposition power by a photocatalyst, are used as binders, the immediate effect is increased, and when a silica-based inorganic binder with a low decomposition power by a photocatalyst is used, the lasting effect is increased. It is explained that the binder is harmless to the human body and is extracted and refined from natural plant materials.
바인더에 의하여 즉시효과 또는 지속효과와 같이 반응시간을 조절하는 개념을 이하에서 상세히 다시 설명한다. The concept of controlling the reaction time such as an immediate effect or a lasting effect by the binder will be described again in detail below.
별도의 과정(공정)에 의하여 아염소산 나트륨을 바인더로 코팅한다. 즉, 바인더로 천연 식물성의 전분 또는 실리카계 무기 바인더와 아염소산 나트륨을 별도의 혼합기에 투입하고 혼합기를 중력가속도 100 내지 250 중력가속도 범위로 5 내지 60 초 범위에서 믹싱하여 아래와 같은 개념적 상태로 분산된 제 1 제재를 준비한다. Sodium chlorite is coated with a binder by a separate process (process). That is, as a binder, a natural vegetable starch or silica-based inorganic binder and sodium chlorite are added to a separate mixer, and the mixer is mixed in a range of 5 to 60 seconds with a gravitational acceleration range of 100 to 250 gravitational acceleration, and dispersed in the conceptual state as follows. Prepare the first sanctions.
한편, 또 별도의 과정(공정)에 의하여 인체에 무해한 천연의 구연산 또는 무수구연산을 바인더로 코팅한다. 즉, 바인더로 인체에 무해한 천연 식물성의 무수구연산을 동일하게 인체에 무해한 천연 식물성의 전분 또는 실리카계 무기 바인더와 구연산을 별도로 준비된 혼합기에 투입하고 혼합기를 중력가속도 100 내지 250 중력가속도 범위로 5 내지 60 초 범위에서 믹싱하여 아래와 같은 개념적 상태로 분산된 제 2 제재를 준비한다. Meanwhile, by a separate process (process), natural citric acid or citric anhydride, which is harmless to the human body, is coated with a binder. That is, as a binder, natural vegetable anhydrous citric acid, which is harmless to the human body, and natural vegetable starch or silica-based inorganic binder and citric acid, which are equally harmless to the human body, are added to a separately prepared mixer, and the mixer is mixed with a gravity acceleration of 100 to 250 in a range of 5 to 60 gravity acceleration. Prepare the second material dispersed in the conceptual state as shown below by mixing in the second range.
한편, 또 다시 다른 별도의 과정에 의하여 광촉매를 흡습제에 혼합시킨다. 흡습제는 천연광물질로 이루어지는 벤토나이트, 제올라이트, 염화칼슘, 실리카겔 중에서 선택된 어느 하나 또는 어느 하나 이상이 혼합된 상태로 사용되며 이러한 광물질은 내부에 비어있는 동공이 천연적으로 다수 형성되어 있게 된다. 이러한 흡습제의 내부 동공에 나노 입자 크기의 광촉매를 투입시키는 공정이다. Meanwhile, the photocatalyst is mixed with the desiccant by another separate process. The desiccant is used in a state in which any one or any one or more selected from bentonite, zeolite, calcium chloride, and silica gel made of natural minerals is mixed, and a plurality of empty pores are naturally formed in these minerals. This is a process of injecting a photocatalyst with a nano-particle size into the inner pores of the desiccant.
즉, 별도로 준비된 혼합기에 나노입자 크기의 광촉매를 투입하고 별도로 준비된 흡습제를 함께 투입한 후 해당 혼합기를 중력가속도 100 내지 250 중력가속도 범위로 5 내지 10 분 범위에서 믹싱하여 아래와 같은 개념적 상태로 분산(혼합, 믹싱)된 제 3 제재를 준비한다. That is, a photocatalyst of nanoparticle size is added to a separately prepared mixer, a separately prepared desiccant is added together, and the mixer is mixed in the range of 100 to 250 gravitational acceleration for 5 to 10 minutes and dispersed (mixed) in the conceptual state as follows. , mixed) to prepare the third preparation.
이와 같이 준비된 제 1 내지 제 3 제재는 광촉매 분말의 재료로 선택되고 혼합된다. The first to third agents prepared in this way are selected and mixed as a material of the photocatalyst powder.
타블렛이 정제된 물에 투입되면 흡습제에 의하여 습기를 흡수하면서 아염소산나트륨(NaClO2)과 구연산 또는 시트로산(C6H8O7)의 반응에 의하여 이산화염소(ClO2)가 아래의 화학식과 같이 생성된다. When the tablet is put in purified water, chlorine dioxide (ClO2) is generated by the reaction of sodium chlorite (NaClO2) with citric acid or citric acid (C6H8O7) while absorbing moisture by a desiccant as shown in the following formula.
[ 3NaClO2 + C6H8O7 -> 3ClO2 + C6H8O7Na3 ] [ 3NaClO2 + C6H8O7 -> 3ClO2 + C6H8O7Na3 ]
즉, 화학양론적인 반응 몰비가 3:1 이기 때문에 이론적으로 아염소산나트륨과 시트로산이 3:1로 반응할 경우 안전한 이산화염소의 최대 생성량을 얻을 수 있다. 이와 같이 생성되어 확보된 3ClO2 + C6H8O7Na3를 정제수 기준 0.1 내지 0.25 Wt% 범위 중 어느 하나의 값으로 혼합한다. That is, since the stoichiometric reaction molar ratio is 3:1, theoretically, when sodium chlorite and citric acid react in a 3:1 ratio, a safe maximum amount of chlorine dioxide can be obtained. 3ClO2 + C6H8O7Na3 generated and secured in this way is mixed at any one value in the range of 0.1 to 0.25 Wt% based on purified water.
타블렛은 혼합될 정제수의 무게를 기준으로 실리카계 무기바인더를 0.1 내지 0.23 Wt%, 산화티타늄 광촉매 1 내지 5 Wt%; 가 되도록 미리 계산하여 혼합 상태로 제조한다. 즉, 정제수는 생성된 이산화염소를 400 내지 1,000배로 희석할 용량이 되어야 한다. The tablet contains 0.1 to 0.23 Wt% of a silica-based inorganic binder, 1 to 5 Wt% of a titanium oxide photocatalyst, based on the weight of purified water to be mixed; It is calculated in advance so as to be prepared in a mixed state. That is, the purified water should have a capacity to dilute the generated chlorine dioxide 400 to 1,000 times.
한편, 타블렛을 이용하여 오염지역에 살포하는 경우, 정제수에 정제수의 무게를 기준으로 에탄올 5 내지 30 Wt%를 더 첨하가면 정제수의 증발이 매우 효과적으로 이루어지므로 광촉매의 도포가 잘 이루어진다. On the other hand, in the case of spraying the contaminated area using a tablet, if 5 to 30 Wt% of ethanol based on the weight of the purified water is further added to the purified water, the purified water is evaporated very effectively, so that the photocatalyst is applied well.
이산화염소의 반응에 의한 산화전위를 설명한다. 이산화염소의 산화감소에 따른 주요 반응(key reaction)에 의한 전위는 아래와 같다. The oxidation potential by the reaction of chlorine dioxide is explained. The potential due to the key reaction according to the oxidation reduction of chlorine dioxide is as follows.
ClO2 + e- = ClO2- E° = 0.954VClO2 + e- = ClO2- E° = 0.954V
이산화염소의 반 반응(half reaction)에 의한 전위는 아래와 같다. The potential due to the half reaction of chlorine dioxide is as follows.
ClO2 + 2H2O + 4e = Cl + 4OH E° = 0.76V ClO2 + 2H2O + 4e = Cl + 4OH E° = 0.76V
ClO2 + H2O + 2e = ClO2 + 2OH E°= 0.33V ClO2 + H2O + 2e = ClO2 + 2OH E°= 0.33V
ClO3 + 2H+ + e = ClO2 + H2O E°= 1.152V ClO3 + 2H + + e = ClO2 + H2O E°= 1.152V
주요 반응(key reaction)과 반 반응(half reaction)에 의한 각각의 전위 값을 합한 전체 전위 값은 0.954 + 0.76 + 0.33 + 1.152 = 3.196 eV 이므로 산화티타늄 광촉매가 여기되기 위한 3.2 eV와 거의 유사한 값이 계산된다. 이러한 전위 값은 동 기술분야 또는 학계에서 공공연하게 알려져 있다. The total potential value, which is the sum of the potential values by the key reaction and the half reaction, is 0.954 + 0.76 + 0.33 + 1.152 = 3.196 eV, so the value is almost similar to 3.2 eV for the titanium oxide photocatalyst to be excited. Calculated. Such potential values are publicly known in the art or academia.
이와 같이 전위 값에서 무시할 수 있는 정도의 미세한 차이는 어느 한쪽 전위의 수치값에서 무시할 수 있는 크기의 오차가 약간 발생된 것이라고 볼 수도 있으며, 여기(excite)되는 결과는 양자에서 동일하게 발생되므로 오차 범위에 포함되는 것으로 설명하기로 한다. Such a negligible difference in potential values can be regarded as a slight error of a negligible magnitude in the numerical value of either potential, and the excited result is the same in both, so the error range It will be described as being included in
그러므로 산화티타늄의 산화환원에 의한 광촉매 동작을 위하여 태양광 또는 자외선 조사에 의한 에너지 공급이 없어도 아염소산나트륨과 구연산(시트로산, C6H8o7)의 혼합으로 생성된 이산화염소의 키 반응과 반 반응으로 발생된 전위에 의하여 산화환원에 의한 광촉매 동작을 시킬 수 있는 장점이 있다. Therefore, for photocatalytic operation by oxidation-reduction of titanium oxide, even without energy supply by sunlight or ultraviolet irradiation, it occurs as a key reaction and half-reaction of chlorine dioxide produced by mixing sodium chlorite and citric acid (citric acid, C6H8o7) There is an advantage in that the photocatalytic operation by oxidation-reduction can be performed by the electric potential.
도 7 은 본 발명의 일 실시 예에 의하여 제조된 나노용액 광촉매를 면포에 도포하고 SEM 촬영한 사진이다.7 is a photograph taken by SEM after applying the nano-solution photocatalyst prepared according to an embodiment of the present invention to the comedon.
첨부된 도 7 을 설명하면 면포에 나노용액 광촉매를 도포하기 전을 촬영하여 상측에 배치하고 도포 후를 촬영하여 하측에 배치하면서 각각 100배와 1000배로 확대하여 촬영한 상태이며, 광촉매가 비교적 고르게 도포된 것을 알 수 있다. 7, the photocatalyst is applied at a magnification of 100 times and 1000 times, respectively, while photographing before application of the nano-solution photocatalyst on the cotton cloth and placing it on the upper side, and photographing after application and placing it on the lower side, and the photocatalyst is applied relatively evenly it can be seen that
이상에서 본 발명은 기재된 구체 예에 대해서 상세히 설명하였지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다. Although the present invention has been described in detail with respect to the described embodiments, it is obvious to those skilled in the art that various changes and modifications are possible within the scope of the technical spirit of the present invention, and it is natural that such variations and modifications belong to the appended claims.
1000 : 나노입자 1000: nanoparticles
Claims (20)
상기 제 1 과정에서 준비된 마이크로미터 크기 광촉매 재료를 실온 환경에서 입자 직경이 나노미터 크기로 분쇄하여 제조하는 제 2 과정;
상기 제 2 과정에서 나노미터 크기로 제조된 광촉매 재료의 분말에 바인더와 흡습제를 혼합하여 광촉매 혼합분말 재료를 제조하는 제 3 과정;
상기 제 3 과정에서 제조된 광촉매 혼합분말 재료를 타블렛 형상의 금형에 투입하여 타블렛으로 성형하는 제 4 과정; 을 포함하는 광촉매 작용의 나노용액 전구체 타블렛 제조 방법.
a first step of preparing a photocatalyst material in which impurities are removed and the particle diameter is micrometer size;
a second process of manufacturing the micrometer-sized photocatalyst material prepared in the first process by pulverizing the photocatalyst material having a particle diameter of nanometers in a room temperature environment;
a third process of preparing a photocatalyst mixed powder material by mixing a binder and a desiccant with the nanometer-sized photocatalyst material produced in the second process;
a fourth process of injecting the photocatalyst mixed powder material prepared in the third process into a tablet-shaped mold and molding it into a tablet; A method for producing a nano-solution precursor tablet of photocatalysis comprising a.
상기 제 4 과정에서 성형된 타블렛을 섭씨 30 내지 70도 범위이면서 습도 10 % 이하의 환경에서 2 내지 3 시간 범위 동안 건조시키는 제 5 과정; 을 더 포함하는 광촉매 작용의 나노용액 전구체 타블렛 제조 방법.
The method of claim 1,
a fifth process of drying the tablet molded in the fourth process in an environment of 30 to 70 degrees Celsius and a humidity of 10% or less for 2 to 3 hours; Nano solution precursor tablet manufacturing method of the photocatalytic action further comprising a.
상기 제 5 과정에서 건조된 타블렛을 진공상태로 포장하는 제 6 과정; 이 더 포함되는 광촉매 작용의 나노용액 전구체 타블렛 제조 방법.
3. The method of claim 2,
a sixth process of packaging the tablet dried in the fifth process in a vacuum state; Nano-solution precursor tablet manufacturing method of the photocatalytic action further included.
상기 제 3 과정은
아염소산나트륨과 구연산을 더 혼합하는 것을 특징으로 하는 광촉매 작용의 나노용액 전구체 타블렛 제조 방법.
4. The method of claim 3,
The third process is
Photocatalytic nano solution precursor tablet manufacturing method, characterized in that further mixing sodium chlorite and citric acid.
상기 제 1 과정에서 준비하는 마이크로미터 크기의 광촉매는 평균 직경이 400 내지 600 마이크로 미터 범위의 크기로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광촉매 작용의 나노용액 전구체 타블렛 제조 방법.
5. The method according to any one of claims 1 to 4,
The micrometer-sized photocatalyst prepared in the first step has an average diameter in the range of 400 to 600 micrometers.
상기 제 2 과정에서 제조하는 광촉매는 평균 직경이 10 내지 30 나노미터 범위의 크기로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광촉매 작용의 나노용액 전구체 타블렛 제조 방법.
5. The method according to any one of claims 1 to 4,
The photocatalyst prepared in the second process has an average diameter in the range of 10 to 30 nanometers.
상기 광촉매는 100 내지 250 중력가속도 범위의 환경에서 제조되는 것을 특징으로 하는 광촉매 작용의 나노용액 전구체 타블렛 제조 방법.
7. The method of claim 6,
The photocatalyst is a nano solution precursor tablet manufacturing method of photocatalysis, characterized in that it is prepared in an environment in the range of 100 to 250 gravitational acceleration.
상기 바인더는
친환경적이면서 인체에 무해한 실리카계 무기바인더 또는 전분으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광촉매 작용의 나노용액 전구체 타블렛 제조 방법.
5. The method according to any one of claims 1 to 4,
The binder is
A method for manufacturing a nano-solution precursor tablet with photocatalysis, characterized in that it is made of a silica-based inorganic binder or starch that is environmentally friendly and harmless to the human body.
상기 제 4 과정은
상기 광촉매 혼합분말 재료를 타블렛 형상의 금형 안에 투입하고 0.1 내지 1 톤의 프레스를 이용하며 0.1 내지 2 초 간 압력을 주어 성형하는 것을 특징으로 하는 광촉매 작용의 나노용액 전구체 타블렛 제조 방법.
5. The method according to any one of claims 1 to 4,
The fourth process is
The photocatalyst mixed powder material is put into a tablet-shaped mold, using a press of 0.1 to 1 ton, and applying pressure for 0.1 to 2 seconds to form a photocatalytic nanosolution precursor tablet manufacturing method.
상기 제 6 과정에서 포장된 타블렛의 포장을 제거하고 추출된 타블렛을 정제수에 투입시켜 생성된 나노용액을 대기 중 또는 오염물질 또는 오염환경 주변에 분사하는 제 7 과정; 이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 광촉매 작용의 나노용액 전구체 타블렛 제조 방법.
4. The method of claim 3,
A seventh process of removing the packaging of the tablet packaged in the sixth process, injecting the extracted tablet into purified water, and spraying the resulting nano solution in the air or around a pollutant or polluted environment; Photocatalytic nano solution precursor tablet manufacturing method, characterized in that it further comprises.
Claims 1 to 4, wherein any one of the photocatalytic nano solution precursor tablet prepared according to any one of claims.
상기 광촉매 작용의 나노 용액 전구체 타블렛은
혼합될 정제수의 무게를 기준으로
바인더를 0.1 내지 0.23 Wt%;
흡습제를 5 내지 30 Wt%;
산화티타늄 광촉매 1 내지 5 Wt%; 로 혼합한 광촉매 분말을 압축 성형하여 제조되는 구성을 특징으로 하는 광촉매 작용의 나노용액 전구체 타블렛.
12. The method of claim 11,
The photocatalytic nano solution precursor tablet is
Based on the weight of purified water to be mixed
0.1 to 0.23 Wt% of the binder;
5 to 30 Wt% of a desiccant;
1 to 5 Wt% of titanium oxide photocatalyst; A nano solution precursor tablet with photocatalysis, characterized in that it is manufactured by compression molding the mixed photocatalyst powder.
상기광촉매 분말은
아염소산나트륨과 구연산을 더 혼함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 광촉매 작용의 나노용액 전구체 타블렛.
13. The method of claim 12,
The photocatalyst powder is
Photocatalytic nano solution precursor tablet, characterized in that it is made by further mixing sodium chlorite and citric acid.
상기 광촉매 작용의 나노용액 전구체 타블렛을 정제수에 투입하고 살포하기 전에 상기 정제수의 무게를 기준으로 에탄올을 5 내지 40 Wt% 첨가하는 구성으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광촉매 작용의 나노용액 전구체 타블렛.
14. The method according to claim 12 or 13,
Photocatalytic nanosolution precursor tablet, characterized in that it consists of adding 5 to 40 Wt% of ethanol based on the weight of the purified water before injecting the photocatalytic nanosolution precursor tablet into purified water and spraying.
상기 흡습제는 천연광물질로 이루어지는 벤토나이트, 제올라이트, 염화칼슘, 실리카겔 중에서 선택된 어느 하나 또는 어느 하나 이상이 혼합되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 광촉매 작용의 나노용액 전구체 타블렛.
14. The method according to claim 12 or 13,
The absorbent is a photocatalytic nano solution precursor tablet, characterized in that any one or any one or more selected from bentonite, zeolite, calcium chloride, silica gel made of a natural mineral is mixed.
상기 흡습제는 별도의 분리된 공정에서 혼합기에 나노입자 크기의 광촉매와 같이 투입되고, 상기 혼합기는 100 내지 250 중력사속도 범위에서 5 내지 10 분 범위로 믹싱하여 흡습제의 내부 동공에 광촉매가 유입된 상태로 제조되는 것을 특징으로 하는 광촉매 작용의 나노용액 전구체 타블렛.
16. The method of claim 15,
The desiccant is added to the mixer together with the nanoparticle-sized photocatalyst in a separate separate process, and the mixer is mixed in the range of 100 to 250 gravitational death speed for 5 to 10 minutes, and the photocatalyst is introduced into the inner cavity of the absorbent A nano-solution precursor tablet of photocatalysis, characterized in that it is prepared with.
상기 바인더는
천연이며 인체에 무해한 식물성 전분, 천연 알긴산, PVA 중에서 선택된 어느 하나 또는 선택된 어느 하나 이상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광촉매 작용의 나노용액 전구체 타블렛.
16. The method of claim 15,
The binder is
Photocatalytic nano solution precursor tablet, characterized in that it consists of any one selected from vegetable starch, natural alginic acid, and PVA, which is natural and harmless to the human body.
상기 아염소산나트륨은
별도 준비된 혼합기에 나노입자 크기의 바인더와 함께 투입되고, 상기 혼합기는 100 내지 250 중력가속도 범위에서 5 내지 60 초 범위로 믹싱하여 외측면에 바인더가 코딩된 상태로 제조되는 것을 특징으로 하는 광촉매 작용의 나노용액 전구체 타블렛.
14. The method of claim 13,
The sodium chlorite is
Photocatalytic action, characterized in that it is added with a binder of nanoparticle size to a separately prepared mixer, and the mixer is mixed in a range of 100 to 250 gravitational acceleration for 5 to 60 seconds, and the binder is prepared in a state in which the binder is coded on the outer surface Nanosolution Precursor Tablet.
상기 구연산은
별도 준비된 혼합기에 나노입자 크기의 바인더와 함께 투입되고, 상기 혼합기는 100 내지 250 중력가속도 범위에서 5 내지 60 초 범위로 믹싱하여 외측면에 바인더가 코팅된 상태로 제조되는 것을 특징으로 하는 광촉매 작용의 나노용액 전구체 타블렛.
14. The method of claim 13,
The citric acid is
Photocatalytic action, characterized in that it is added with a binder of nanoparticle size to a separately prepared mixer, and the mixer is mixed in the range of 100 to 250 gravitational acceleration for 5 to 60 seconds, and the binder is coated on the outer surface. Nanosolution Precursor Tablet.
상기 아염소산나트륨과 구연산은 3 : 1 몰비로 혼합되면서 상기 몰비로 혼합된 상태에서 정제수를 기준으로 0.1 내지 0.25 Wt%가 되도록 광촉매 분말에 혼합되어 제조되는 것을 특징으로 하는 광촉매 작용의 나노용액 전구체 타블렛.
14. The method of claim 13,
The sodium chlorite and citric acid are mixed in a 3:1 molar ratio and mixed in the molar ratio to 0.1 to 0.25 Wt% based on purified water to be mixed with the photocatalyst powder to prepare a photocatalytic nano solution precursor tablet .
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KR102301216B1 (en) | 2021-09-10 |
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