KR20210100521A - 가시광촉매의 제조방법 및 이에 의해 제조된 가시광촉매 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 공기중 오염물질을 제거할 수 있는 가시광촉매 물질 제조방법에 관한 것으로서, 그래핀(graphene), 이산화티타늄(TiO2), 바인더 등의 혼합물을 고온 압착하여 다양한 형태의 가시광촉매 물질을 제조하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 공기중 오염물질을 제거할 수 있는 다양한 형태의 가시광촉매 물질 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 그래핀(graphene), 이산화티타늄(TiO2), 바인더 등의 혼합물을 열 압착시켜 공기 중의 오염 물질 휘발성 유기화물(volatile organic compounds), 질소산화물(nitrogen oxide), 박테리아(bacteria), 곰팡이(mold), 악취를 제거할 수 있는 다양한 형태의 가시광촉매 물질 제조 방법에 관한 것이다.
산업의 발달과 인구의 도시 집중화로 인하여, 도시의 공기는 매연과 유해 가스로 오염되고 있다. 최근 보고에 따르면 이러한 공기중의 오염 물질은 사람에게 나쁜 영향을 줄 뿐만 아니라, 지구온난화에 악 영향을 준다고 보고되고 있다.
또한 현대인들은 하루의 80% 이상을 실내에서 생활하고 있으며, 다양한 원인에 의해 발생된 실내공기 오염물질에 의식적이든 무의식적이든 노출되고 있다.
World Health Organization (WHO) 따르면 실내공기 오염물질이 실외공기 오염물질 보다 인체의 폐에 전달될 확률이 1000배 높으며, 실내외공기 오염증가가 다양한 환경성질환들의 원인이 될 수 있다고 보고되고 있다. 따라서 이러한 문제를 방지하기 위해 지속적인 실내외공기질 관리가 요구되어진다.
이러한 문제에 대응하기 위해서 이산화티타늄(TiO2), 산화아연(ZnO) 등의 광촉매 물질을 공기필터, 유리, 보도블럭 등의 표면에 코팅 또는 도포하여 실내 공기오염물질을 제거하는 기술들이 제시되고 있다. 그러나 이와 같은 기술 대부분은 자외선에 반응하는 광촉매 물질을 사용하였기 때문에 가시광선에서는 그 효율이 매우 떨어진다는 단점이 있다. 특히, 실내 다중이용시설, 대중교통 및 가정내에 사용되는 조명들은 가시광선을 방사하기 때문에 실내환경에 기존 광촉매 기술을 적용했을 때 그 효과는 매우 떨어진다.
또한 실외의 경우, 기존의 광촉매 물질은 야간에 그 반응이 매우 떨어지기 때문에 공기오염물질 제거효율이 매우 떨어 진다. 따라서 효과적인 실내외 공기 오염물질 제거를 위해 가시광선에 반응하는 광촉매 물질개발이 요구되어진다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 고온 압착 방식을 이용하여 그래핀(graphene), 이산화티타늄(TiO2), 바인더 등의 혼합물을 고온 압착시켜, 공기 중 유해물질인 휘발성 유기 화합물(volatile organic compounds), 질소산화물(nitrogen oxide), 박테리아(bacteria), 곰팡이(mold) 등을 제거하는 다양한 형태의 가시광촉매 물질 제조방법 및 이에 의해 제조된 가시광촉매를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가시광촉매의 제조 방법은, 바인더, 그래핀(graphene) 및 이산화티타늄(TiO2)을 혼합하여 혼합물을 형성하는 혼합 단계; 상기 혼합물을 주형물에 담는 주형 단계; 및 상기 주형물을 200-250도에서 압착하는 고온 압착 단계;를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 가시광촉매의 제조 방법은, 바인더, 그래핀(graphene) 및 산화아연(ZnO)을 혼합하여 혼합물을 형성하는 혼합 단계; 상기 혼합물을 주형물에 담는 주형 단계; 및 상기 주형물을 200-250도에서 압착하는 고온 압착 단계;를 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 가시광촉매의 제조 방법은, 금 또는 은 중 어느 하나의 나노입자, 바인더 및 이산화티타늄(TiO2)을 혼합하여 혼합물을 형성하는 혼합 단계; 상기 혼합물을 주형물에 담는 주형 단계; 및 상기 주형물을 200-250도에서 압착하는 고온 압착 단계;를 포함한다.
여기서, 상기 바인더는 폴리에틸렌(polyethylene) 또는 폴리염화비닐(polyvinyl chloride)일 수 있다.
여기서, 상기 이산화티타늄은 러타일(rutile), 아나타제 (anatase), 브루킷(brookite) 및 P-25 중 어느 하나일 수 있다.
여기서, 상기 그래핀은 산화그래핀(graphene oxide)일 수 있다.
여기서, 상기 혼합물에 있어서, 상기 바인더는 49.5~75wt%, 상기 그래핀은 0.1~1 wt%, 상기 이산화티타늄은 24.9~49.95 wt% 일 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 가시광촉매는, 앞서 상술한 가시광촉매의 제조방법에 의해서 제조된 가시광촉매이다.
본 발명의 실시예에 따른 가시광촉매 물질의 제조방법과 이에 의해 제조된 가시광촉매는 다음과 같은 효과가 있다. 자외선에만 반응하는 이산화티타늄(TiO2) 광촉매 물질에 그래핀(graphene)을 결합하여 가시광선에도 광촉매 반응이 일어날 수 있게 함에 따라, 공기중의 유해물질인 휘발성 유기 화합물(volatile organic compounds), 질소산화물(nitrogen oxide), 박테리아(bacteria), 곰팡이(mold) 그리고 악취를 제거할 수 있는 가시광촉매 물질 제조가 가능하다.
또한, 다양한 형태의 주형을 제작함에 따라 다양한 형태의 가시광촉매 물질이 제작이 가능하며, 실내외 건축자재, 조형물, 대중 교통시설 (자동차, 기차 비행기), 보도블럭 등 다양한 시설에 맞추어 쉽게 제작이 가능하다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 가시광촉매 물질 제조 방법의 순서도이다.
도 2은 본 발명의 실시예에 따른 가시광촉매 물질 제조 방법에 있어서, 제조된 주형물의 일 예를 보여준다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 가시광촉매 물질 제조 방법에 의해 제조된 실제 가시광촉매 물질들의 사진이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 가시광촉매 물질 제조 방법과 라미네이트 공정에 의해 제조된 가시광촉매 필름을 보여준다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 가시광촉매 물질 제조 방법에 의해 제조된 가시광촉매 물질의 유기물 분해시험에 대한 결과를 보여준다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 가시광촉매 물질 제조 방법에 의해 제조된 가시광촉매 물질을 실내 가구에 적용한 사진이다.
도 2은 본 발명의 실시예에 따른 가시광촉매 물질 제조 방법에 있어서, 제조된 주형물의 일 예를 보여준다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 가시광촉매 물질 제조 방법에 의해 제조된 실제 가시광촉매 물질들의 사진이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 가시광촉매 물질 제조 방법과 라미네이트 공정에 의해 제조된 가시광촉매 필름을 보여준다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 가시광촉매 물질 제조 방법에 의해 제조된 가시광촉매 물질의 유기물 분해시험에 대한 결과를 보여준다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 가시광촉매 물질 제조 방법에 의해 제조된 가시광촉매 물질을 실내 가구에 적용한 사진이다.
본 발명은 고온 압착방식을 이용하여 가시광촉매 물질을 제조하는 것을 특징으로 하며, 실내외 시설에 따라 다양한 형태의 가시광촉매 물질을 제조할 수 있는 것을 특징으로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 가시광촉매 물질 제조 방법의 순서도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 가시광촉매 물질 제조 방법은 혼합물 제조 단계(110), 혼합물을 주형물에 담는 단계(130), 주형물에 담긴 혼합물을 고온 압착하는 단계(150)를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 가시광촉매 물질 제조 방법에서는 이산화티타늄(TiO2), 바인더, 그래핀(graphene)을 소정 비율로 혼합한 뒤, 혼합물의 균일한 분포를 위해 블렌더를 이용하여 30-60분이상 혼합해 준다.
상기 혼합물 중 바인더는 폴리에틸렌(polyethylene) 또는 폴리염화비닐 (polyvinyl chloride)이 사용 가능하며, 상기 혼합물에서 상기 바인더가 차지하는 비율은 49.5~75 wt% 일 수 있다.
상기 혼합물 중 이산화티타늄(TiO2)은 러타일(rutile), 아나타제 (anatase), 브루킷(brookite) 및 P-25 중 어느 하나로 사용 가능하며, 대체 물질로는 아연산화물(ZnO)이 사용 가능하다. 상기 혼합물에서 상기 이산화티타늄이 차지하는 비율은 24.9~49.95 wt% 일 수 있다.
상기 혼합물 중 그래핀은 산화그래핀(graphene oxide)일 수 있으며, 상기 혼합물에서 상기 그래핀이 차치하는 비율은 0.1~1wt% 일 수 있다. 고온 압착 단계(150)에서 산화그래핀(graphene oxide)은 고온의 열에 노출되어 산소분자를 잃게 됨에 따라 그래핀(graphene)으로 환원될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 혼합물을 주형물에 담는 단계(130)는 혼합물의 형태를 결정하는 단계로서, 그 용도에 따라 주형의 형태는 다양하게 제조가 가능하다. 고온 압착 이후 가시광촉매 물질이 주형에 달라붙는 것을 방지 하기 위해 혼합물을 주형물에 담기 전에 몰드 릴리즈 물질을 뿌려줄 수 있다.
도 2은 본 발명의 실시예에 따른 가시광촉매 물질 제조 방법에 있어서, 제조된 주형물의 일 예를 보여준다.
도 2를 참조하면, 주형물은 주형 상, 주형 하 및 주형 측 등의 3개 부분으로 구성될 수 있으며, 주형물의 소재로는 열전도율이 좋은 금속일 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 가시광촉매 물질 제조 방법에서, 고온 압착 단계(150)는 200-250도 온도에서 혼합물이 든 주형물을 고온 압착 장비에 놓아 상하에서 2톤 이상의 압력을 가하여 압착해 준다.
고온 압착된 상태는 15분 동안 유지되며, 이 과정에 바인딩 물질이 녹아 그래핀과 광촉매 물질과 결합을 한다. 15분뒤 주형을 제거한 뒤 가시광촉매 물질을 상온에서 식혀준다.
상기 온도 조건은 바인더 물질이 녹기 위해 요구되는 조건이며, 2톤의 압력은 주형물 내 혼합물의 형태 및 밀도를 강화시키는데 요구되어진다. 또한, 15분의 압착시간은 혼합물이 서로 결합하기 위해 요구되는 시간이다. 장시간의 압착의 경우 혼합물에 있는 바인더 물질이 이산화될 수 있다.
상기 혼합물의 있어서 혼합 비율에 따라 가시광촉매의 물성치 달라질 수 있다. 예를 들어, 혼합물 중 바인더 물질의 비율이 증가하면, 혼합물 물질의 강성이 증가하며, 그래핀(graphene)및 이산화티타늄(TiO2) 비율이 증가하면 광촉매 효과가 증가될 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 가시광촉매 물질 제조 방법에 의해 제조된 실제 가시광촉매 물질들의 사진이다.
도 3의 좌측 사진과 우측 사진을 참조하면, 주형물의 형태에 따라 다양한 형태의 가시광촉매 물질 제조가 가능함을 확인할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 가시광촉매 물질 제조 방법과 라미네이트 공정에 의해 제조된 가시광촉매 필름을 보여준다.
도 4를 참조하면, 평평한 주형물을 이용하여 대상 표면에 고온 압착을 가하면 가시광촉매 물질이 대상 표면에 얇게 코팅될 수 있다. 여기서, 대상표면은 나무, 유리, 금속 등 다양한 고체표면이 가능하다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 가시광촉매 물질 제조 방법에 의해 제조된 가시광촉매 물질의 유기물 분해시험에 대한 결과를 보여준다.
도 5를 참조하면, 가시광촉매 물질의 유기물 분해시험 방법은, 메틸린 블루(methylene blue)라는 유기물 염색용액 한방울을 가시광촉매 물질의 표면에 떨어뜨린 후 백열등에 노출시켜 유기물 염색용액의 색의 변화를 관찰하는 것이다. 이때, 유기물 염색용액이 증발하는 것을 방지하기 위해 습도를 일정하게 유지하였다.
상기 백열등 조사 12시간 후, 파란색을 띠는 염색용액의 색깔이 투명하게 변한 것을 확인할 수 있었다. 이는 본 발명의 실시예에 따른 가시광촉매 물질 제조 방법에 의해 제조된 가시광촉매 물질이 실내조명에서도 광반응을 하며 오염물질을 제거한다는 것을 나타낸다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 가시광촉매 물질 제조 방법에 의해 제조된 가시광촉매 물질을 실내 가구에 적용한 사진이다.
도 3, 도 4 및 도 6에 도시된 것처럼 본 발명의 실시예에 따른 가시광촉매 물질 제조 방법에 의해 제조된 가시광촉매 물질은 그 용도에 따라 다양한 형태의 물질제조가 가능하다.
[실시예]
본 발명의 실시예에 따른 가시광촉매 물질의 광촉매 특성을 확인하기 위하여 다음과 같은 실험을 수행하였다.
1. 실험예 : 광촉매 특성 평가
실험 방법은 가스백 A법을 이용하여 섭씨 24 ± 2도 및 35 ± 2%의 습도로 수행되었으며, 실험 결과는 표 1에 표시되었다.
[표 1]
2. 비교예: 광촉매 특성 평가 (에어텍 사 에어월)
실험 방법은 가스백 A법을 이용하여 섭씨 24 ± 2도 및 35 ± 2%의 습도로 수행되었으며, 실험 결과는 표 2에 표시되었다.
[표 2]
3. 광촉매 특성 평가- 포름알데히드 제거 시 농도 변화
실험 방법은 가스백 A법을 이용하여 섭씨 24 ± 2도 및 35 ± 2%의 습도로 수행되었으며, 본 발명의 일 실시예에 따른 가시광촉매와, 기존 발명(에어텍사의 에어월)을 동일 조건에서 함께 분석하였다. 이때, 포름알데히드 제거능을 확인하기 위해 포름알데이드 농도변화를 명조건과 암조건 하에서 각각 측정하였다.
분석 결과는 표 3에 표시되었다.
[표 3]
3. 광촉매 특성 평가- 포름알데히드 제거 속도
실험 방법은 가스백 A법을 이용하여 섭씨 24 ± 2도 및 35 ± 2%의 습도로 수행되었으며, 본 발명의 일 실시예에 따른 가시광촉매와, 기존 발명(에어텍사의 에어월)을 동일 조건에서 함께 분석하였다. 이때, 포름알데히드 제거능을 확인하기 위해 포름알데이드 농도변화를 명조건과 암조건 하에서 각각 측정하였으며, 이때의 포름 알데이드 제거 속도를 측정한 결과는 하기 표 4에 표시하였다.
[표 4]
Claims (8)
- 바인더, 그래핀(graphene) 및 이산화티타늄(TiO2)을 혼합하여 혼합물을 형성하는 혼합 단계;
상기 혼합물을 주형물에 담는 주형 단계; 및
상기 주형물을 200-250도에서 압착하는 고온 압착 단계;
를 포함하는, 가시광촉매의 제조방법. - 바인더, 그래핀(graphene) 및 산화아연(ZnO)을 혼합하여 혼합물을 형성하는 혼합 단계;
상기 혼합물을 주형물에 담는 주형 단계; 및
상기 주형물을 200-250도에서 압착하는 고온 압착 단계;
를 포함하는, 가시광촉매의 제조방법. - 금 또는 은 중 어느 하나의 나노입자, 바인더 및 이산화티타늄(TiO2)을 혼합하여 혼합물을 형성하는 혼합 단계;
상기 혼합물을 주형물에 담는 주형 단계; 및
상기 주형물을 200-250도에서 압착하는 고온 압착 단계;
를 포함하는, 가시광촉매의 제조방법. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 바인더는 폴리에틸렌(polyethylene) 또는 폴리염화비닐(polyvinyl chloride)인 것을 특징으로 하는 가시광촉매의 제조방법. - 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
상기 이산화티타늄은 러타일(rutile), 아나타제 (anatase), 브루킷(brookite) 및 P-25 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 가시광촉매의 제조방법. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 그래핀은 산화그래핀(graphene oxide)인 것을 특징으로 하는 가시광촉매의 제조방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 혼합물에 있어서, 상기 바인더는 49.5~75wt%, 상기 그래핀은 0.1~1 wt%, 상기 이산화티타늄은 24.9~49.95 wt% 으로 하는 것을 특징으로 하는 가시광촉매의 제조 방법. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항의 가시광촉매의 제조방법에 의해서 제조된 가시광촉매.
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