KR20220125762A - Method for manufacturing photocatalyst-substrate composite and photocatalyst-substrate composite manufactured therefrom - Google Patents

Method for manufacturing photocatalyst-substrate composite and photocatalyst-substrate composite manufactured therefrom Download PDF

Info

Publication number
KR20220125762A
KR20220125762A KR1020210029472A KR20210029472A KR20220125762A KR 20220125762 A KR20220125762 A KR 20220125762A KR 1020210029472 A KR1020210029472 A KR 1020210029472A KR 20210029472 A KR20210029472 A KR 20210029472A KR 20220125762 A KR20220125762 A KR 20220125762A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
photocatalyst
substrate
coating solution
component
based composite
Prior art date
Application number
KR1020210029472A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
고창우
Original Assignee
주식회사 아모그린텍
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 아모그린텍 filed Critical 주식회사 아모그린텍
Priority to KR1020210029472A priority Critical patent/KR20220125762A/en
Publication of KR20220125762A publication Critical patent/KR20220125762A/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D39/00Filtering material for liquid or gaseous fluids
    • B01D39/14Other self-supporting filtering material ; Other filtering material
    • B01D39/20Other self-supporting filtering material ; Other filtering material of inorganic material, e.g. asbestos paper, metallic filtering material of non-woven wires
    • B01D39/2027Metallic material
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61LMETHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L9/00Disinfection, sterilisation or deodorisation of air
    • A61L9/16Disinfection, sterilisation or deodorisation of air using physical phenomena
    • A61L9/18Radiation
    • A61L9/20Ultraviolet radiation
    • A61L9/205Ultraviolet radiation using a photocatalyst or photosensitiser
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D39/00Filtering material for liquid or gaseous fluids
    • B01D39/14Other self-supporting filtering material ; Other filtering material
    • B01D39/16Other self-supporting filtering material ; Other filtering material of organic material, e.g. synthetic fibres
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D39/00Filtering material for liquid or gaseous fluids
    • B01D39/14Other self-supporting filtering material ; Other filtering material
    • B01D39/20Other self-supporting filtering material ; Other filtering material of inorganic material, e.g. asbestos paper, metallic filtering material of non-woven wires
    • B01D39/2068Other inorganic materials, e.g. ceramics
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/74General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
    • B01D53/86Catalytic processes
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J21/00Catalysts comprising the elements, oxides, or hydroxides of magnesium, boron, aluminium, carbon, silicon, titanium, zirconium, or hafnium
    • B01J21/06Silicon, titanium, zirconium or hafnium; Oxides or hydroxides thereof
    • B01J21/063Titanium; Oxides or hydroxides thereof
    • B01J35/004
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J35/00Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
    • B01J35/30Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
    • B01J35/39Photocatalytic properties
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2239/00Aspects relating to filtering material for liquid or gaseous fluids
    • B01D2239/04Additives and treatments of the filtering material
    • B01D2239/0442Antimicrobial, antibacterial, antifungal additives
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2239/00Aspects relating to filtering material for liquid or gaseous fluids
    • B01D2239/04Additives and treatments of the filtering material
    • B01D2239/045Deodorising additives
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2239/00Aspects relating to filtering material for liquid or gaseous fluids
    • B01D2239/04Additives and treatments of the filtering material
    • B01D2239/0471Surface coating material
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2239/00Aspects relating to filtering material for liquid or gaseous fluids
    • B01D2239/10Filtering material manufacturing
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2255/00Catalysts
    • B01D2255/20Metals or compounds thereof
    • B01D2255/207Transition metals
    • B01D2255/20707Titanium
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2255/00Catalysts
    • B01D2255/80Type of catalytic reaction
    • B01D2255/802Photocatalytic
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02ATECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A50/00TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
    • Y02A50/20Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Abstract

A photocatalyst-substrate composite manufacturing method is disclosed. A photocatalyst-substrate composite, according to an embodiment of the present invention, is manufactured by comprising the steps of: (1) preparing a coating solution containing a titanium alkoxide photocatalyst component that is liquid at 23 ℃; and (2) applying the coating solution on a surface of a substrate having a non-porous surface, drying the same, and forming a photocatalyst layer. According to the present invention, photocatalytic properties can be expressed not only in the ultraviolet wavelength band but also in the visible ray wavelength band. In addition, photocatalytic properties such as antimicrobial functions such as antifungal, antibacterial, and antiviral functions and deodorizing functions can be uniformly expressed regardless of the position of the composite, and durability is excellent as the photocatalytic properties are expressed for a long time. Furthermore, the photocatalyst-substrate composite manufacturing method can form a photocatalyst layer having excellent adhesion and high photocatalytic properties easily on the surface of the substrate without separate pretreatment or a process of applying high heat to the photocatalyst layer, and thus, the method can be applied to substrates of various shapes and materials.

Description

광촉매-기재 복합체 제조방법 및 이를 통해 제조된 광촉매-기재 복합체{Method for manufacturing photocatalyst-substrate composite and photocatalyst-substrate composite manufactured therefrom}Photocatalyst-substrate composite manufacturing method and photocatalyst-substrate composite manufactured therefrom

본 발명은 광촉매-기재 복합체 제조방법에 대한 것으로서, 보다 구체적으로는 비다공성 표면을 가지는 기재와 광촉매가 복합화된 광촉매-기재 복합체 제조방법 및 이를 통해 제조된 광촉매-기재 복합체에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a photocatalyst-based composite, and more particularly, to a method for manufacturing a photocatalyst-based composite in which a substrate having a non-porous surface and a photocatalyst are complexed, and a photocatalyst-based composite prepared therethrough.

산업발전에 따른 환경오염이 증대됨에 따라 대기오염으로 인한 인체의 유해성도 날로 증가하고 있으며 환경오염의 대부분을 차지하는 대기오염은 실외의 공기뿐만 아니라 사람들이 장시간 활동하는 실내의 공기를 더욱 심각하게 오염시키고 있다.As environmental pollution increases due to industrial development, the harmfulness to the human body due to air pollution is also increasing day by day. have.

오염된 실내공기의 주 원인은 오염된 외부 대기의 실내 유입 이외에도 새로운 건축자재의 등장으로 인한 오염물질의 방출과, 각종 가정용품의 사용으로 인한 실내공기의 오염이다. 외부 대기의 오염은 자연적으로 희석 및 정화될 수 있는 반면에 실내는 단열, 난방, 방음의 효과를 높이기 위하여 밀폐도를 증가시키는 추세여서 오염된 공기가 정화되지 않고 실내를 계속 순환함에 따라서 실내에 장시간 거주하는 사람들에게 미치는 영향이 더욱 클 수밖에 없다.The main causes of polluted indoor air are the emission of pollutants due to the advent of new building materials and the pollution of indoor air due to the use of various household products, in addition to the inflow of polluted external air into the room. Pollution in the outside air can be naturally diluted and purified, whereas indoor airtightness is increasing to increase the effectiveness of insulation, heating, and sound insulation. The impact on the people living there is bound to be even greater.

이에 최근에는 각종 산업현장이나, 자동차 등 운송수단에서 발생하는 각종 공기오염물질 및 실내에서 발생되는 공기오염물질을 제거하기 위한 공기정화에 많은 관심이 쏠려있다.Accordingly, in recent years, much attention has been paid to air purification for removing various air pollutants generated in various industrial sites or transportation means such as automobiles and air pollutants generated indoors.

한편, 이러한 오염물질 제거를 위해서 에어필터 부재에 공기를 통과시키는 공기 여과 방식을 이용할 수 있지만, 입자성 오염물질이 아닌 휘발성 유기 화합물(VOCs) 등의 공기오염물질의 경우 통상적인 에어필터 부재를 통해서는 제거되지 않는다. 이에 일부 에어필터의 경우 이와 같은 오염물질을 흡착을 통해 필터링하는, 활성탄이나 제올라이트 등을 복합화 하고 있으나, 위와 같은 에어필터는 오염물질을 흡착할 뿐 분해할 수 있는 기능은 가지고 있지 않다. On the other hand, an air filtration method in which air passes through an air filter member can be used to remove these pollutants, but in the case of air pollutants such as volatile organic compounds (VOCs), which are not particulate pollutants, through a conventional air filter member is not removed Accordingly, in the case of some air filters, activated carbon or zeolite, which filters these pollutants through adsorption, are combined.

또한, 최근에 각종 세균, 바이러스 등의 공기 중에 부유하는 미생물에 대한 정화기능에 대한 수요가 높은데, 위와 같은 에어필터로는 제거가 쉽지 않다. In addition, recently, there is a high demand for a purifying function for microorganisms floating in the air, such as various bacteria and viruses, and it is not easy to remove with the above air filter.

이에 따라 최근에 광촉매 방식이 각종 에어 필터류에 많이 적용되고 있는데, 일 예로 기재 상에 광촉매제인 산화티타늄(TiO2) 분말을 표면에 코팅시킨 광촉매 부재가 그것이다. 이러한 광촉매 부재에 대략 380㎚ 이하의 파장을 가지는 자외선을 조사하면 광촉매제인 산화티타늄을 여기(勵起)시켜 강한 산화력을 가진 하이드록시 라디칼 이온(OH-)과 산소 라디칼 이온(O-)를 생성하는데, 생성된 하이드록시 라디칼 이온과 산소 라디칼 이온의 강한 산화력에 의해 통과하는 공기 중에 포함된 오염물질(유기물)을 산화시켜서 인체에 해를 주지 않는 물질로 변화시키며, 이러한 방식으로 공기 중의 오염물질을 제거 및 부패방지와 탈취, 살균작용을 하게 된다.Accordingly, recently, a photocatalytic method has been widely applied to various types of air filters. For example, a photocatalyst member coated with titanium oxide (TiO 2 ) powder, which is a photocatalyst, on a substrate is used. When the photocatalyst member is irradiated with ultraviolet rays having a wavelength of approximately 380 nm or less, titanium oxide, which is a photocatalyst, is excited to generate hydroxyl radical ions (OH - ) and oxygen radical ions (O - ) with strong oxidizing power. , by oxidizing the pollutants (organic substances) contained in the air passing through by the strong oxidizing power of the generated hydroxy radical ions and oxygen radical ions, they change into substances that do not harm the human body, and in this way, pollutants in the air are removed and anti-corruption, deodorization and sterilization.

그러나 산화티타늄 분말을 기재 상에 코팅시키는 방식은 광촉매제인 산화티타늄 분말이 여재 표면에 균일하게 코팅되지 않고, 코팅 후 쉽게 탈리되는 문제가 있다. 또한, 기재 표면을 확대해보면 울퉁불퉁하게 홈이 패여 있는 등 소정의 거칠기가 형성될 수 있는데, 산화티타늄 분말을 코팅 시 분말이 상기 홈이 형성된 표면을 완전히 덮지 못해 코팅층이 형성되지 않은 부분이 존재할 수 있고, 특히 산화티타늄 분말이 2차입자를 쉽게 형성함에 따라서 매끄럽지 않은 표면에는 광촉매층이 균일하게 형성되지 못할 수 있다. However, the method of coating the titanium oxide powder on the substrate has a problem in that the titanium oxide powder, which is a photocatalyst, is not uniformly coated on the surface of the filter medium, and is easily detached after coating. In addition, when the surface of the substrate is enlarged, a predetermined roughness may be formed, such as unevenly pitted grooves. When the titanium oxide powder is coated, the powder does not completely cover the surface on which the grooves are formed, so there may be a portion where the coating layer is not formed. , in particular, as the titanium oxide powder easily forms secondary particles, the photocatalyst layer may not be uniformly formed on the non-smooth surface.

또한, 광촉매 물질이 전구체를 코팅 후 소결시켜서 광촉매층을 구현하는 방식의 경우 소결 시 통상 600℃ 이상의 열이 요구됨에 따라서 기재의 내열성이 충분하지 못한 경우 기재로 사용하지 못하는 기재 재질 선택의 자유도가 낮아지는 문제가 있다. In addition, in the case of a method in which a photocatalyst material is coated with a precursor and then sintered to implement a photocatalyst layer, heat of 600°C or higher is usually required for sintering. There is a problem with losing.

공개특허공보 제10-2000-0074976호Laid-open Patent Publication No. 10-2000-0074976

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로, 항진균, 항균, 항바이러스 등 항미생물 기능과 탈취 성능과 같은 광촉매 특성이 기재 위치에 관계 없이 균일하게 발현되는 광촉매-기재 복합체 제조방법 및 이를 통해 제조된 광촉매-기재 복합체를 제공하는데 목적이 있다. The present invention was devised in consideration of the above points, and photocatalyst-based composite manufacturing method in which photocatalytic properties such as antimicrobial functions such as antifungal, antibacterial, and antiviral and deodorizing performance are uniformly expressed regardless of the position of the substrate, and through this An object of the present invention is to provide a prepared photocatalyst-based composite.

또한, 본 발명은 우수한 광촉매 특성을 발현하는 동시에 광촉매 물질의 탈리가 방지되어 장시간 광촉매 특성을 발현할 수 있는 내구성이 담보되는 광촉매-기재 복합체 제조방법 및 이를 통해 제조된 광촉매-기재 복합체를 제공하는데 다른 목적이 있다. In addition, the present invention provides a method for producing a photocatalyst-based composite that exhibits excellent photocatalytic properties and at the same time prevents desorption of the photocatalyst material, thereby ensuring durability to express photocatalytic properties for a long time, and a photocatalyst-based composite prepared through the same. There is a purpose.

또한, 본 발명은 자외선 파장 영역뿐만 아니라 가시광선 파장 영역에서도 광촉매 특성을 발현할 수 있는 광촉매-기재 복합체 제조방법 및 이를 통해 제조된 광촉매-기재 복합체를 제공하는데 또 다른 목적이 있다. In addition, another object of the present invention is to provide a method for preparing a photocatalyst-based composite capable of expressing photocatalytic properties not only in the ultraviolet wavelength region but also in the visible ray wavelength region, and the photocatalyst-based composite prepared through the same.

나아가, 본 발명은 사용되는 기재의 형상, 재질에 관계없이 특성이 우수한 광촉매층을 용이하게 구비시킬 수 있는 광촉매-기재 복합체 제조방법 및 이를 통해 제조된 광촉매-기재 복합체를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.Furthermore, another object of the present invention is to provide a method for preparing a photocatalyst-based composite capable of easily providing a photocatalyst layer with excellent properties regardless of the shape and material of the substrate used, and a photocatalyst-based composite prepared through the same. .

상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 (1) 23℃에서 액상인 티타늄알콕사이드 광촉매 성분을 함유하는 코팅용액을 준비하는 단계 및 (2) 상기 코팅용액을 비다공성 표면을 가지는 기재 표면 상에 처리 후 건조시켜서 광촉매층을 형성시키는 단계를 포함하는 광촉매-기재 복합체 제조방법을 제공한다.In order to solve the above problems, the present invention provides (1) preparing a coating solution containing a liquid titanium alkoxide photocatalyst component at 23° C. and (2) treating the coating solution on the surface of a substrate having a non-porous surface. It provides a method for manufacturing a photocatalyst-based composite comprising the step of drying to form a photocatalyst layer.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 기재는 금속, 고분자 화합물 및 세라믹 성분 중 어느 하나 이상을 포함하여 형성된 것일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the substrate may be formed including any one or more of a metal, a polymer compound, and a ceramic component.

또한, 상기 코팅용액은 전이금속성분, 산성용매 및 유기용매를 더 함유하며, 코팅용액 전체 중량을 기준으로 전이금속성분 및 산성용매의 중량 총합은 2 ~ 8 중량%이며, 코팅용액 전체 중량을 기준으로 상기 유기용매는 2 ~ 5 중량%로 함유될 수 있다. In addition, the coating solution further contains a transition metal component, an acidic solvent and an organic solvent, and the total weight of the transition metal component and the acidic solvent based on the total weight of the coating solution is 2 to 8% by weight, based on the total weight of the coating solution As such, the organic solvent may be contained in an amount of 2 to 5% by weight.

또한, 상기 전이금속은 망간, 은, 팔라듐, 백금, 금, 구리, 망간, 철, 니켈, 코발트, 텅스텐 등으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 함유하며, 상기 산성용매는 황산 또는 질산을 포함하며, 상기 유기용매는 이소프로필 알코올을 포함할 수 있다.In addition, the transition metal contains at least one selected from the group consisting of manganese, silver, palladium, platinum, gold, copper, manganese, iron, nickel, cobalt, tungsten, and the like, and the acidic solvent includes sulfuric acid or nitric acid, , the organic solvent may include isopropyl alcohol.

또한, 코팅용액 내 티타늄알콕사이드 광촉매 성분의 함량은 11 ~ 15 중량%일 수 있다. In addition, the content of the titanium alkoxide photocatalyst component in the coating solution may be 11 to 15% by weight.

또한, 상기 티타늄 알콕사이드 광촉매 성분은 티타늄 메톡사이드(titanium methoxide), 티타늄 에톡사이드(titanium ethoxide), 티타늄 테트라 n-프로폭사이드(titanium tetra n-propoxide), 티타늄 테트라이소프로폭사이드(titanium tetraisopropoxide), 티타늄 테트라 n-부톡사이드(titanium tetra n-butoxide) 및 티타늄 테트라 터트-부톡사이드(titanium tetra tert-butoxide)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. In addition, the titanium alkoxide photocatalyst component is titanium methoxide, titanium ethoxide, titanium tetra n-propoxide, titanium tetraisopropoxide, At least one selected from the group consisting of titanium tetra n-butoxide and titanium tetra tert-butoxide may be included.

또한, 상기 코팅용액은 증류수에 산성용매 및 전이금속을 혼합 후 60 ~ 80

Figure pat00001
온도로 교반시키는 단계, 티타늄 알콕사이드 광촉매 성분과 유기용매를 투입하여 60 ~ 80℃ 온도로 6 ~ 12시간 교반시키는 단계 및 20 ~ 25℃로 냉각시키는 단계를 포함하여 제조될 수 있다. In addition, the coating solution is 60 to 80 after mixing an acidic solvent and a transition metal in distilled water.
Figure pat00001
It can be prepared including stirring at a temperature, adding a titanium alkoxide photocatalyst component and an organic solvent, stirring at a temperature of 60 to 80° C. for 6 to 12 hours, and cooling to 20 to 25° C.

또한, 본 발명은 비다공성 표면을 가지는 기재, 및 상기 비다공성 표면 상에 코팅되며 티타늄알콕사이드 성분을 함유하는 광촉매층을 포함하는 광촉매-기재 복합체를 제공한다. In addition, the present invention provides a photocatalyst-substrate composite comprising a substrate having a non-porous surface, and a photocatalyst layer coated on the non-porous surface and containing a titanium alkoxide component.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 광촉매-기재 복합체는 상술한 본 발명에 따른 제조방법을 통해 제조된 것일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the photocatalyst-based composite may be manufactured through the above-described manufacturing method according to the present invention.

또한, 상기 광촉매층의 두께는 0.5㎛ 이하일 수 있다. In addition, the thickness of the photocatalyst layer may be 0.5 μm or less.

또한, 상기 기재는 공기가 통과할 수 있는 다수의 중공형 셀을 구비할 수 있다. In addition, the substrate may have a plurality of hollow cells through which air may pass.

또한, 본 발명은 본 발명에 따른 광촉매-기재 복합체를 포함하는 공기정화장치를 제공한다.In addition, the present invention provides an air purifying device comprising the photocatalyst-based composite according to the present invention.

본 발명에 의한 광촉매-기재 복합체는 자외선 파장 영역뿐만 아니라 가시광선 파장 영역에서도 광촉매 특성을 발현할 수 있다. 또한, 항진균, 항균, 항바이러스 등 항미생물 기능과 탈취 기능과 같은 광촉매 특성이 복합체 위치에 관계 없이 균일하게 발현될 수 있고, 광촉매 특성이 장시간 발현됨에 따라서 내구성이 우수하다. 나아가, 이러한 광촉매-기재 복합체를 제조하는 방법은 기재에 별도로 전처리를 하거나 광촉매층에 높은 열을 가하는 공정 없이도 기재 표면 상에 우수한 부착력을 가지고 높은 광촉매 특성을 갖는 광촉매층을 용이하게 형성시킬 수 있어서 다양한 형상 및 재질의 기재에 적용될 수 있고, 대량생산에 적합하다.The photocatalyst-based composite according to the present invention can exhibit photocatalytic properties not only in the ultraviolet wavelength region but also in the visible light wavelength region. In addition, antimicrobial functions such as antifungal, antibacterial, antiviral, etc. and photocatalytic properties such as deodorizing functions can be uniformly expressed regardless of the location of the complex, and as the photocatalytic properties are expressed for a long time, durability is excellent. Furthermore, the method for preparing such a photocatalyst-substrate composite can easily form a photocatalyst layer having excellent adhesion and high photocatalytic properties on the surface of the substrate without separately pre-treating the substrate or applying high heat to the photocatalyst layer. It can be applied to substrates of shape and material, and is suitable for mass production.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광촉매-기재 복합체의 사시도 및 X-X' 경계선에 따른 부분확대도,
도 2 및 도 3은 각각 홈이 형성된 기재 표면 상에 광촉매층이 구비된 본 발명의 일 실시예에 따른 광촉매-기재 복합체와 분말 상의 광촉매 성분으로 형성된 광촉매층이 구비된 비교예에 따른 광촉매-기재 복합체에 대한 모식도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 광촉매-기재 복합체에 채용되는 기재의 모식도와 부분확대도, 그리고
도 5 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 광촉매-기재 복합체와 분말 상의 광촉매 성분으로 형성된 광촉매층이 구비된 비교예에 따른 광촉매-기재 복합체의 단면 SEM 사진이다.
1 is a perspective view of a photocatalyst-based composite according to an embodiment of the present invention and a partially enlarged view along the boundary line XX';
2 and 3 show a photocatalyst-based composite according to an embodiment of the present invention having a photocatalyst layer on the surface of a substrate in which grooves are formed, and a photocatalyst according to a comparative example having a photocatalyst layer formed of a powdery photocatalyst component, respectively. Schematic diagram for the complex,
4 is a schematic diagram and a partially enlarged view of a substrate employed in a photocatalyst-based composite according to an embodiment of the present invention, and
5 to 7 are cross-sectional SEM photographs of a photocatalyst-based composite according to a comparative example provided with a photocatalyst-based composite according to an embodiment of the present invention and a photocatalyst layer formed of a powdery photocatalyst component.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, embodiments of the present invention will be described in detail so that those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can easily implement them. The present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein.

본 발명의 일 실시예에 의한 광촉매-기재 복합체는 (1) 23℃에서 액상인 티타늄알콕사이드 광촉매 성분을 함유하는 코팅용액을 준비하는 단계 및 (2) 상기 코팅용액을 비다공성 표면을 가지는 기재 표면 상에 처리 후 건조시켜서 광촉매층을 형성시키는 단계를 포함하여 제조될 수 있다. The photocatalyst-substrate composite according to an embodiment of the present invention comprises the steps of (1) preparing a coating solution containing a liquid titanium alkoxide photocatalyst component at 23° C., and (2) applying the coating solution to the surface of a substrate having a non-porous surface. It can be prepared including the step of forming a photocatalyst layer by drying after treatment.

먼저, 본 발명에 따른 (1) 단계로서, 23℃에서 액상인 티타늄알콕사이드 광촉매 성분을 함유하는 코팅용액을 준비하는 단계를 수행한다. First, as step (1) according to the present invention, a step of preparing a coating solution containing a liquid titanium alkoxide photocatalyst component at 23° C. is performed.

상기 코팅용액은 광촉매 성분을 함유하는 광촉매액으로서, 23

Figure pat00002
에서 액상인 성분을 광촉매 성분을 함유하며, 구체적으로 티타늄알콕사이드 성분을 광촉매 성분으로 포함한다. 종래 광촉매를 소정의 기재 상에 구비 시 분말 형태의 광촉매를 코팅용액에 분산시켜서 기재에 처리하는 것이 일반적이었다. 그러나 분말 형태의 광촉매는 코팅용액 내에서 2차 응집을 일으키는 등 균일하게 분산되지 못함에 따라서 코팅 후 매끄럽고, 균일 두께의 광촉매 코팅층을 형성시키기 어려웠다. 특히 도 3에 도시된 것과 같이 기재(10) 표면에는 다양한 깊이, 형상의 홈이 형성될 수 있는데, 이와 같은 표면 상에 코팅용액이 처리 시 용액 상태에서는 홈에 코팅용액이 담지되더라도 용매가 휘발, 증발 시 코팅용액 내 분말들은 2차 응집을 일으켜 표면을 군데군데 덮는 광촉매층(20')이 구현되는 것이 일반적이었다. 나아가 코팅용액을 기재 표면 상에 처리 후 코팅용액의 흘러내림이 발생할 수 있어서 광촉매층의 두께 불균일은 더욱 심화되는 문제가 있었다. 더불어 분말 상인 광촉매가 코팅 후에 기재에서 쉽게 탈락되는 문제도 있었다. The coating solution is a photocatalyst solution containing a photocatalyst component, 23
Figure pat00002
In the liquid component contains a photocatalyst component, specifically, includes a titanium alkoxide component as a photocatalyst component. Conventionally, when a photocatalyst is provided on a predetermined substrate, it is common to disperse the photocatalyst in powder form in a coating solution and process the photocatalyst on the substrate. However, since the photocatalyst in powder form was not uniformly dispersed, such as causing secondary aggregation in the coating solution, it was difficult to form a smooth and uniform photocatalyst coating layer after coating. In particular, as shown in FIG. 3, grooves of various depths and shapes may be formed on the surface of the substrate 10, and when the coating solution is treated on such a surface, in a solution state, even if the coating solution is supported in the groove, the solvent volatilizes, Upon evaporation, the powders in the coating solution cause secondary aggregation to form a photocatalyst layer 20 ′ covering the surface here and there. Furthermore, since the coating solution may flow down after the coating solution is treated on the surface of the substrate, there is a problem that the thickness non-uniformity of the photocatalyst layer is further aggravated. In addition, there was a problem in that the photocatalyst in powder form was easily removed from the substrate after coating.

본 발명의 발명자들은 이러한 문제를 해결하고자 분말 상의 광촉매를 기재에 코팅시키는 방법이 아닌, 상온 즉 23℃에서 액상인 티타늄알콕사이드 성분을 코팅용액에 광촉매 성분으로써 포함시켜서 코팅처리 후 기재 표면의 광촉매층이 불균일해지는 것을 방지하고, 광촉매 성분의 탈락이 최소화 또는 방지시킬 수 있으며, 우수한 광촉매 특성이 발현되는 것을 알게 되어 본 발명에 이르게 되었다. 한편, 상기 티타늄알콕사이드 성분은 종래에 특정 고분자 화합물 제조하는데 사용되는 촉매로 사용되거나 또는 광촉매 기능이 있다고 알려진 이산화티타늄을 제조하는데 사용되는 전구물질로써 널리 알려졌으나, 티타늄알콕사이드 성분 자체의 광촉매 기능은 보고된 바가 없다. In order to solve this problem, the inventors of the present invention included a titanium alkoxide component, which is liquid at room temperature, that is, 23° C., as a photocatalyst component in the coating solution, rather than a method of coating a powdery photocatalyst on a substrate to solve this problem. It was found that it was possible to prevent non-uniformity, to minimize or prevent the drop-off of the photocatalyst component, and to exhibit excellent photocatalytic properties, leading to the present invention. On the other hand, the titanium alkoxide component has been widely known as a precursor used for producing titanium dioxide known to have a photocatalytic function or used as a catalyst used to prepare a specific high molecular compound in the prior art, but the photocatalytic function of the titanium alkoxide component itself has been reported there is no bar

상기 티타늄알콕사이드 성분은 바람직하게는 티타늄 메톡사이드(titanium methoxide), 티타늄 에톡사이드(titanium ethoxide), 티타늄 테트라 n-프로폭사이드(titanium tetra n-propoxide), 티타늄 테트라이소프로폭사이드(titanium tetraisopropoxide), 티타늄 테트라 n-부톡사이드(titanium tetra n-butoxide) 및 티타늄 테트라 터트-부톡사이드(titanium tetra tert-butoxide)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있으며, 일 예로 티타늄 테트라 n-프로폭사이드일 수 있다. The titanium alkoxide component is preferably titanium methoxide, titanium ethoxide, titanium tetra n-propoxide, titanium tetraisopropoxide, It may include one or more selected from the group consisting of titanium tetra n-butoxide and titanium tetra tert-butoxide, for example, titanium tetra n-propoxide. can be

상기 티타늄 알콕사이드 성분인 광촉매 성분은 코팅용액 내 11 ~ 15 중량%로 함유될 수 있고, 이를 통해서 목적하는 수준의 광촉매 특성을 달성하기에 유리하다. The photocatalytic component, which is the titanium alkoxide component, may be contained in an amount of 11 to 15% by weight in the coating solution, which is advantageous to achieve a desired level of photocatalytic properties.

또한, 상기 코팅용액은 광촉매 성분 이외에 티타늄 알콕사이드 성분과 함께 광촉매 기능을 상승시킬 수 있는 전이금속 성분, 상기 전이금속 성분을 용해시킬 수 있는 산성용매, 및 티타늄 알콕사이드 성분이 전이금속 성분 및/또는 산성용매와 반응해 나타날 수 있는 코팅용액 내 분산성 저하를 방지하기 위한 유기용매를 더 함유할 수 있다. In addition, the coating solution is a transition metal component capable of increasing the photocatalytic function together with the titanium alkoxide component in addition to the photocatalytic component, an acidic solvent capable of dissolving the transition metal component, and the titanium alkoxide component is a transition metal component and / or an acidic solvent It may further contain an organic solvent to prevent a decrease in dispersibility in the coating solution that may be reacted with.

상기 전이금속 성분은 망간, 은, 팔라듐, 백금, 금, 구리, 망간, 철, 니켈, 코발트, 텅스텐 등으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 함유할 수 있으며, 일예로 망간일 수 있고 이를 통해서 원료단가를 줄이면서도 티타늄 알콕사이드 성분과 조합되어 보다 상승된 광촉매 특성을 발현할 수 있는 이점이 있다. 일예로 상기 전이금속은 코팅용액 내 0.5 ~ 3중량%로 포함될 수 있으며, 이를 통해서 보다 상승된 광촉매 특성을 달성하면서 코팅 후 기재 표면 상의 부착특성을 저해하지 않을 수 있다. The transition metal component may contain at least one selected from the group consisting of manganese, silver, palladium, platinum, gold, copper, manganese, iron, nickel, cobalt, tungsten, and the like, and may be, for example, manganese, through which the raw material While reducing the unit cost, there is an advantage in that it is combined with a titanium alkoxide component to express more enhanced photocatalytic properties. For example, the transition metal may be included in an amount of 0.5 to 3% by weight in the coating solution, thereby achieving higher photocatalytic properties and not inhibiting the adhesion properties on the surface of the substrate after coating.

또한, 상기 산성용매는 질산, 황산 등을 1종 이상을 함유할 수 있다. 상기 산성용매는 전이금속을 용해시키는 용매로써 구비되며, 코팅용액 내 0.5 ~ 5중량%로 포함될 수 있고, 이를 통해서 전이금속 성분의 용해성을 높이면서도 코팅 작업성을 저해하지 않을 수 있다. In addition, the acidic solvent may contain one or more of nitric acid, sulfuric acid, and the like. The acidic solvent is provided as a solvent for dissolving the transition metal, and may be included in an amount of 0.5 to 5% by weight in the coating solution, thereby increasing the solubility of the transition metal component while not impairing the coating workability.

또한, 상기 유기용매는 티타늄 알콕사이드 성분의 분산성을 향상시킬 수 있는 것으로 알려진 유기용매는 제한 없이 사용될 수 있으며, 일 예로 이소프로필알코올 및 에틸렌글리콜로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 함유할 수 있다.In addition, as the organic solvent, an organic solvent known to improve the dispersibility of the titanium alkoxide component may be used without limitation, and may contain, for example, at least one selected from the group consisting of isopropyl alcohol and ethylene glycol.

또한, 상기 전이금속 성분 및 산성용매의 중량 총합은 코팅용액 전체 중량을 기준으로 1 ~ 8 중량%일 수 있다. 만일 1 중량% 미만으로 함유 시 목적하는 상승된 광촉매 특성을 발현하기 어려울 수 있고, 8 중량%를 초과 시 티타늄 알콕사이드 광촉매 성분의 분산성을 저하시켜서 기재 표면 상에 광촉매 성분이 불균일하게 분포 배치될 우려가 있다. 또한, 코팅용액 전체 중량을 기준으로 상기 유기용매는 2 ~ 5 중량%로 함유되는 것이 바람직하고, 만일 유기용매가 2 중량% 미만으로 함유 시 전이금속 성분 및 산성용매로 인한 액상의 티타늄 알콕사이드 성분이 코팅용액 내 엉기는 현상을 방지하기 어려울 수 있다. 또한, 유기용매가 5 중량%를 초과 시 코팅 작업성을 저해할 우려가 있다. In addition, the total weight of the transition metal component and the acid solvent may be 1 to 8% by weight based on the total weight of the coating solution. If the content is less than 1% by weight, it may be difficult to express the desired elevated photocatalytic properties, and when it exceeds 8% by weight, the dispersibility of the titanium alkoxide photocatalyst component is lowered, so that the photocatalyst component is unevenly distributed on the surface of the substrate. there is In addition, based on the total weight of the coating solution, the organic solvent is preferably contained in an amount of 2 to 5% by weight, and if the organic solvent is contained in an amount of less than 2% by weight, the liquid titanium alkoxide component due to the transition metal component and the acidic solvent is It may be difficult to prevent agglomeration in the coating solution. In addition, when the organic solvent exceeds 5% by weight, there is a concern that coating workability may be impaired.

한편, 상기 코팅용액에 전이금속 성분 및 산성용매를 불포함 시, 코팅용액은 광촉매 성분인 티타늄알콕사이드 성분만으로 이루어지거나, 또는 소량의 유기용매가 함께 함유될 수 있다. On the other hand, when the coating solution does not contain a transition metal component and an acidic solvent, the coating solution may consist of only a titanium alkoxide component, which is a photocatalyst component, or may contain a small amount of an organic solvent.

상술한 코팅용액은 증류수에 산성용매 및 전이금속을 혼합 후 60 ~ 80℃ 온도로 교반시키는 단계, 티타늄 알콕사이드 광촉매 성분과 유기용매를 투입하여 60 ~ 80℃ 온도로 6 ~ 12시간 교반시키는 단계 및 20 ~ 25℃로 냉각시키는 단계를 포함하여 제조될 수 있으며, 이를 통해 코팅용액 내 광촉매 성분의 분산성을 개선하고, 상온작업이 가능한 이점이 있다. The above-described coating solution is prepared by mixing an acidic solvent and a transition metal in distilled water and stirring at a temperature of 60 to 80°C, adding a titanium alkoxide photocatalyst component and an organic solvent and stirring at a temperature of 60 to 80°C for 6 to 12 hours and 20 It can be prepared including the step of cooling to ~ 25 ℃, thereby improving the dispersibility of the photocatalyst component in the coating solution, there is an advantage that can work at room temperature.

다음으로 본 발명에 따른 (2) 단계로서, 상기 코팅용액을 비다공성 표면을 가지는 기재 표면 상에 처리 후 건조시켜서 광촉매층을 형성시키는 단계를 수행한다. Next, as step (2) according to the present invention, the coating solution is treated on the surface of the substrate having a non-porous surface and dried to form a photocatalyst layer.

상기 기재는 비다공성 표면을 가지는 공지된 기재의 경우 형상, 크기, 재질에 제한 없이 사용할 수 있다. 일 예로 상기 기재는 금속, 고분자 화합물 및 세라믹 성분 중 어느 하나 이상을 포함하여 형성된 것일 수 있다. 바람직하게는 페크랄로이(Fecralloy) 또는 400계열 스텐리스(STS400)일 수 있으며, 이를 통해 기재 표면 상에 코팅되는 촉매층의 박리를 최소화할 수 있는 이점이 있다. The substrate may be used without limitation in shape, size, and material in the case of a known substrate having a non-porous surface. For example, the substrate may be formed including at least one of a metal, a polymer compound, and a ceramic component. Preferably, it may be Fecralloy or 400-series stainless steel (STS400), which has the advantage of minimizing peeling of the catalyst layer coated on the substrate surface.

또한, 상기 기재는 공기가 통과할 수 있는 다수의 중공형 셀을 구비한 것일 수 있다. 상기 다수의 중공형 셀은 파형(도 4 참조), 반구형, 구형, 또는 다각형의 횡단면을 가질 수 있고, 상기 다각형의 경우 허니콤(도 1 참조), 삼각형, 사각형 등의 형상일 수 있다. In addition, the substrate may be provided with a plurality of hollow cells through which air can pass. The plurality of hollow cells may have a cross section of a waveform (refer to FIG. 4), a hemispherical shape, a spherical shape, or a polygon, and the polygon may have a shape such as a honeycomb (refer to FIG. 1), a triangle, or a square.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 광촉매-기재 복합체는 기재로써, 도 4에 도시된 메탈 모놀리스 허니콤 구조의 기재(200)를 채용할 수 있다. 상기 기재(200)에 대해 구체적으로 설명하면 양쪽이 관통된 케이스(210)와 케이스(210)에 교대로 적층되는 평판(220) 및 파형판(230)으로 이루어질 수 있다. On the other hand, the photocatalyst-based composite according to an embodiment of the present invention may employ the substrate 200 of the metal monolith honeycomb structure shown in FIG. 4 as a substrate. When describing the substrate 200 in detail, it may be formed of a case 210 through which both sides are penetrated, and a flat plate 220 and a corrugated plate 230 alternately stacked on the case 210 .

상기 케이스(210)는 양단이 개구된 사각 형태이고, 그 양단은 정화될 공기가 흐르는 유로와 연결된다. 상기 평판(220) 및 파형판(230)은 금속 박판으로 형성되고, 그 두께는 20~100㎛인 것이 바람직하다. 파형판(230)은 물결 형태 또는 요철 형태로 형성되고, 평판(220)은 평평한 판 형태로 형성되며, 케이스(210) 내부에 상호 교대로 적층되고, 정화될 공기가 통과하는 통로(222)가 형성된다. 이러한 평판(220) 및 파형판(230)의 표면에 광촉매층이 형성될 수 있다.The case 210 has a rectangular shape with both ends open, and both ends of the case 210 are connected to a flow path through which the air to be purified flows. The flat plate 220 and the corrugated plate 230 are formed of a thin metal plate, and the thickness thereof is preferably 20 to 100 μm. The corrugated plate 230 is formed in a corrugated shape or a concave-convex shape, and the flat plate 220 is formed in a flat plate shape, and is alternately stacked inside the case 210, and a passage 222 through which the air to be purified passes is provided. is formed A photocatalyst layer may be formed on the surface of the flat plate 220 and the corrugated plate 230 .

상기 파형판(230)은 평판(220)을 사이에 두고 제1파형판(232)과 제2파형판(234)이 교대로 반복하여 적층되고, 제1파형판(232)과 제2파형판(234)에는 각각 위로 향하여 볼록하게 돌출되는 제1파형부(242)와, 아래로 향하여 볼록하게 돌출되는 제2파형부(244)가 반복되어 물결 형태로 형성될 수 있다.In the corrugated plate 230, a first corrugated plate 232 and a second corrugated plate 234 are alternately and repeatedly stacked with a flat plate 220 interposed therebetween, and the first corrugated plate 232 and the second corrugated plate are alternately stacked. At 234 , the first wavy part 242 convexly protruding upward and the second corrugation part 244 convexly protruding downward may be repeated to form a wave shape.

제1파형판(232)의 제1파형부(242)의 꼭지점(A)과 제2파형판(234)의 제2파형부(244)의 꼭지점(B)이 서로 마주보도록 일치되게 조립된다. 즉, 평판(220)을 사이에 두고 제1파형부(242)의 꼭지점(A)과 제2파형부(244)의 꼭지점(B)이 서로 마주보게 조립될 수 있다.The vertex A of the first corrugated portion 242 of the first corrugated plate 232 and the vertex B of the second corrugated portion 244 of the second corrugated plate 234 are assembled to face each other. That is, the vertex A of the first waveform part 242 and the vertex B of the second waveform part 244 may be assembled to face each other with the flat plate 220 interposed therebetween.

이와 같이, 파형판(230)의 꼭지점들이 서로 일치되도록 조립되기 때문에 파형판(230) 사이의 지지력이 향상되어 외부의 충격이나 진동 및 공기가 통과하는 압력 및 온도변화에 따른 열팽창 등에 따른 파형판(230)과 평판(220)의 변형을 최소화할 수 있다.In this way, since the vertices of the corrugated plate 230 are assembled to match each other, the supporting force between the corrugated plates 230 is improved, and the corrugated plate ( Deformation of the 230 and the flat plate 220 can be minimized.

또한, 케이스(210) 내부에 평판(220)과 파평판(230)이 삽입되고 공기가 통과하는 압력에 의해 평판(220) 및 파형판(230)이 케이스(210)에서 이탈되는 것을 방지하기 위해 케이스(210)에 평판(220) 및 파형판(230)을 고정하는 이탈 방지부(250)가 형성될 수 있다.In addition, the flat plate 220 and the corrugated plate 230 are inserted into the case 210 to prevent the flat plate 220 and the corrugated plate 230 from being separated from the case 210 by the pressure through which air passes. A separation prevention unit 250 for fixing the flat plate 220 and the corrugated plate 230 to the case 210 may be formed.

한편, 도 4에 도시된 기재(200)와 관련하여 본 발명의 출원인에 의한 공개특허공보 제10-2021-0016837호가 참조로 삽입된다.Meanwhile, in relation to the substrate 200 shown in FIG. 4 , Korean Patent Publication No. 10-2021-0016837 by the applicant of the present invention is incorporated by reference.

한편, 상술한 기재(10,200) 표면에는 코팅용액 처리 후 형성되는 광촉매층과의 부착특성 향상을 위한 전처리 공정이 수행될 수 있는데, 상술한 코팅용액을 통해 형성되는 광촉매층은 전처리 공정 없이도 매우 우수한 부착특성을 발현시킬 수 있다.On the other hand, the surface of the above-described substrate 10,200 may be subjected to a pretreatment process for improving adhesion characteristics with the photocatalyst layer formed after the coating solution treatment. characteristics can be expressed.

또한, 상기 기재(10,200) 표면 상에 코팅용액을 처리하는 방법은 공지된 코팅방법의 경우 제한 없이 사용할 수 있고, 일 예로 딥코팅, 콤마코터, 리버스코팅, 그라비아코팅, 브레이드코팅, 실크스크린 및 슬롯다이헤드코팅으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 방법일 수 있다. In addition, the method of treating the coating solution on the surface of the substrate 10,200 can be used without limitation in the case of known coating methods, for example dip coating, comma coating, reverse coating, gravure coating, braid coating, silk screen and slot It may be any one method selected from the group consisting of die head coating.

또한, 기재(10,200) 표면 상에 처리된 코팅용액은 건조를 통해서 광촉매층을 형성할 수 있다. 상기 건조는 상온에서 소정의 시간동안 방치되어 이루어지거나 또는 소정 시간 동안 열 및/또는 바람을 가해 이루어질 수 있다. 이때, 가해지는 열은 기재의 내열수준을 고려해 그 보다 낮은 수준으로 가해질 수 있으며, 본 발명은 이에 대해 특별히 한정하지 않는다. In addition, the coating solution treated on the surface of the substrate 10,200 may form a photocatalyst layer through drying. The drying may be accomplished by being left at room temperature for a predetermined time or by applying heat and/or wind for a predetermined time. At this time, the applied heat may be applied at a lower level in consideration of the heat resistance level of the substrate, and the present invention is not particularly limited thereto.

상술한 제조방법을 통해 구현되는 본 발명의 일 실시예에 의한 광촉매-기재 복합체(100)는 도 1에 도시된 것과 같이 비다공성 표면을 가지는 기재(10) 및 상기 비다공성 표면 상에 코팅되며, 티타늄알콕사이드 성분을 함유하는 광촉매층(20)을 포함한다. The photocatalyst-based composite 100 according to an embodiment of the present invention implemented through the above-described manufacturing method is coated on the substrate 10 and the non-porous surface having a non-porous surface as shown in FIG. 1, and a photocatalyst layer 20 containing a titanium alkoxide component.

상기 광촉매층(20)은 두께가 0.5㎛ 이하, 다른 일예로 0.3㎛ 이하로 기재 표면 상에 얇게 형성되면서도 균일하게 형성될 수 있다. The photocatalyst layer 20 may have a thickness of 0.5 μm or less, another example of 0.3 μm or less, while being thinly formed on the surface of the substrate and may be uniformly formed.

또한, 상술한 광촉매-기재 복합체(100)는 공기정화장치로 구현될 수 있다. 상기 공기정화장치는 통상적으로 공기청정기로 칭해지는 것일 수 있다. 상기 공기청정기는 공기 내 먼지 등의 이물질을 필터링하는 에어필터로 공지된 다양한 종류의 필터 부재를 더 함유할 수 있다. In addition, the above-described photocatalyst-based composite 100 may be implemented as an air purification device. The air purifier may be commonly referred to as an air purifier. The air purifier may further include various types of filter members known as air filters for filtering foreign substances such as dust in the air.

또한, 상기 공기정화장치는 광촉매-기재 복합체(100)를 활성화시키기 위한 광원을 더 구비할 수 있으며, 상기 광원은 자외선 영역 및/또는 가시광선 영역의 파장을 발광할 수 있다. In addition, the air purifier may further include a light source for activating the photocatalyst-based composite 100 , and the light source may emit a wavelength in an ultraviolet region and/or a visible light region.

하기의 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기로 하지만, 하기 실시예가 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니며, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로 해석되어야 할 것이다.The present invention will be described in more detail through the following examples, but the following examples are not intended to limit the scope of the present invention, which should be construed to aid understanding of the present invention.

<실시예1> <Example 1>

코팅용액을 제조하기 위하여 비이커에 증류수 820g을 넣고, 질산 15g, 망간 나이트레이트 3.5g을 넣고 70℃가 될때까지 교반하였다. 이후 티타늄 테트라이소프로폭사이드(TTIP) 140g과 이소프로필알코올(IPA) 21g을 넣은 후 8시간 교반하였다.In order to prepare a coating solution, 820 g of distilled water was placed in a beaker, 15 g of nitric acid and 3.5 g of manganese nitrate were added and stirred until it reached 70°C. Then, 140 g of titanium tetraisopropoxide (TTIP) and 21 g of isopropyl alcohol (IPA) were added, followed by stirring for 8 hours.

이후 교반액을 방치 해 상온 23℃로 냉각시켜서 코팅용액을 준비했다. 이후 코팅용액을 페크랄로이 재질의 허니콤 상에 딥코팅을 통해 처리 후 50℃에서 건조시켜서 허니콤 표면 상에 두께 약 120㎚인 광촉매층이 형성된 광촉매-기재 복합체를 제조했다.After that, the stirring solution was left to cool to 23°C at room temperature to prepare a coating solution. Thereafter, the coating solution was treated through dip coating on the honeycomb made of pecraloiy material and dried at 50° C. to prepare a photocatalyst-based composite in which a photocatalyst layer having a thickness of about 120 nm was formed on the honeycomb surface.

<비교예1><Comparative Example 1>

이산화티타늄(TiO2) 코팅을 위해 증류수 100g에 Anatase type의 TiO2 15g과 바인더 1.5g을 첨가 후 볼밀하여 TiO2 졸 타입의 코팅용액을 제조하였다.For titanium dioxide (TiO2) coating, 15 g of Anatase type TiO 2 and 1.5 g of a binder were added to 100 g of distilled water and then ball milled to prepare a TiO 2 sol type coating solution.

이후 코팅용액을 페크랄로이 허니콤 상에 딥코팅을 통해 처리 후 50℃에서 건조하고, 이후 500℃, Air분위기에서 2시간동안 소성하여 메탈 허니콤 표면 상에 두께 3 ~ 5㎛로 이산화티타늄 분말로 형성된 광촉매층이 형성된 광촉매-기재 복합체를 제조했다.Then, the coating solution is treated through dip coating on the Pecralloy honeycomb, dried at 50°C, and then calcined at 500°C and in an air atmosphere for 2 hours to obtain titanium dioxide powder with a thickness of 3 to 5 μm on the surface of the metal honeycomb. A photocatalyst-based composite in which a photocatalyst layer formed of was formed was prepared.

<비교예2><Comparative Example 2>

산화아연(ZnO) 코팅을 위해 증류수 100g에 산화아연(ZnO) 6g과 바인더 1.5g을 첨가 후 볼밀하여 산화아연(ZnO) 코팅졸을 제조하였다.For zinc oxide (ZnO) coating, 6 g of zinc oxide (ZnO) and 1.5 g of a binder were added to 100 g of distilled water, and then ball milled to prepare a zinc oxide (ZnO) coated sol.

이후 코팅용액을 페크랄로이 재질의 허니콤 상에 딥코팅을 통해 처리 후 50℃에서 건조하고, 이후 500℃ Air분위기에서 2시간동안 소성하여 메탈 허니콤 표면 상에 두께 1 ~ 3㎛로 산화아연 분말로 형성된 광촉매층이 형성된 광촉매-기재 복합체를 제조했다.After that, the coating solution is treated through dip coating on the honeycomb made of Pecraloiy material, dried at 50°C, and then fired at 500°C in an air atmosphere for 2 hours to form zinc oxide with a thickness of 1 to 3㎛ on the surface of the metal honeycomb. A photocatalyst-based composite in which a photocatalyst layer formed of powder was formed was prepared.

<실험예1><Experimental Example 1>

실시예1, 비교예1 내지 비교예2에 따른 광촉매-기재 복합체의 단면 SEM 사진을 촬영해 이를 도 5 내지 도 7에 나타내었다.The cross-sectional SEM images of the photocatalyst-based composites according to Example 1 and Comparative Examples 1 to 2 were taken and shown in FIGS. 5 to 7 .

도 5 내지 도 7을 통해 알 수 있듯이, 도 5인 실시예1의 광촉매층은 두께가 0.2㎛로 균일한 광촉매층이 형성된데 반하여, 도 6인 비교예1과 도 7인 비교예2의 경우 광촉매층의 두께가 각각 3 ~ 5㎛, 1 ~ 3㎛로 두꺼우면서 불균한 두께의 광촉매층이 구현된 것을 알 수 있다.As can be seen from FIGS. 5 to 7 , the photocatalyst layer of Example 1 of FIG. 5 had a uniform photocatalyst layer with a thickness of 0.2 μm, whereas in Comparative Example 1 of FIG. 6 and Comparative Example 2 of FIG. 7 It can be seen that the photocatalyst layer has a thickness of 3 to 5 μm and 1 to 3 μm, respectively, and a photocatalyst layer having a non-uniform thickness is realized.

<실시예2><Example 2>

실시예1과 동일하게 실시하여 제조하되, 기재의 재질을 STS로 변경하여 광촉매-기재 복합체를 제조하였다.It was prepared in the same manner as in Example 1, except that the material of the substrate was changed to STS to prepare a photocatalyst-based composite.

<실험예2><Experimental Example 2>

실시예2에 따른 광촉매-기재 복합체의 항균 및 항진균 활성을 평가했다.The antibacterial and antifungal activity of the photocatalyst-based composite according to Example 2 was evaluated.

먼저, 항균성 평가와 관련해서 JIS Z 2801:2010에 의거하여 황색 포도상구균인 Staphylococcus aureus(ATCC 6538)와 대장균(Escherichia coli)에 대한 항균성을 평가했다. 이때, 항균성은 24시간 전배양액 0.4㎖를 광촉매-기재 복합체 시편 상에 올린 후 가시광을 조사하여 항균특성을 살펴보았고, 구체적으로 하기의 식에 의한 항균활성치를 계산하여 하기 표 1에 나타내었다. 이때, 컨트롤은 시편으로 멸균된 PP 필름을 사용하였다. 또한, 접종균액의 농도는 각 세균별로 2.5×105 CFU/㎖이었다. 한편, 항균활성치가 2.0 이상인 경우 항균효과가 있는 것으로 평가한다. First, in relation to the antimicrobial evaluation, the antimicrobial activity against Staphylococcus aureus (ATCC 6538) and Escherichia coli, which are Staphylococcus aureus, was evaluated according to JIS Z 2801:2010. At this time, the antibacterial properties were examined by irradiating visible light after 0.4 ml of the pre-culture solution for 24 hours was placed on the photocatalyst-based composite specimen. At this time, as a control, a sterilized PP film was used as a specimen. In addition, the concentration of the inoculum solution was 2.5×10 5 CFU/ml for each bacteria. On the other hand, if the antibacterial activity value is 2.0 or higher, it is evaluated that there is an antibacterial effect.

[식][ceremony]

Figure pat00003
Figure pat00003

실시예2Example 2 컨트롤control 황색포도상구균Staphylococcus aureus 24시간 후 균수
(CFU/㎖)
Bacteria count after 24 hours
(CFU/mL)
<10<10 4.0×105 4.0×10 5
항균활성치antibacterial activity 4.64.6 -- 대장균coli 24시간 후 균수
(CFU/㎖)
Bacteria count after 24 hours
(CFU/mL)
1.5×107 1.5×10 7 3.5×107 3.5×10 7
항균활성치antibacterial activity 3.43.4 --

표 1을 통해 확인할 수 있듯이, 실시예2에 따른 광촉매-기재 복합체는 황색포도상구균과 대장균에 대해 항균활성치가 각각 4.6(제거율 99.998%), 3.4(제거율 99.96%)인 것으로 평가되었다. 통상적으로 항균활성치가 2.0 이상인 경우 항균활성이 있는 것으로 볼 때, 실시예2에 따른 광촉매-기재 복합체의 항균활성은 통상적인 기준치를 크게 넘어 가시광 조사에서도 우수한 항균활성이 발현되는 것을 알 수 있다. As can be seen from Table 1, the photocatalyst-based complex according to Example 2 was evaluated to have antibacterial activity values of 4.6 (removal rate 99.998%) and 3.4 (removal rate 99.96%) against Staphylococcus aureus and E. coli, respectively. In general, when the antibacterial activity value is 2.0 or more, it can be seen that when it is considered that there is antibacterial activity, the antibacterial activity of the photocatalyst-based complex according to Example 2 greatly exceeds the conventional reference value, and excellent antibacterial activity is expressed even under visible light irradiation.

다음으로 항진균 평가와 관련하여 ASTM G 21에 의거하여 곰팡이 성장도를 평가했으며, 시험균주는 Trichodema virens(ATCC 9645)를 사용했다. 이때, 곰팡이 성장도는 시편에 시험균주를 분주 후 가시광을 조사하면서 2주간 배양 후 하기의 기준에 의해서 0 ~ 4로 평가했고, 그 결과를 하기 표 2에 나타냈다. 이때, 컨트롤은 시편으로 필터페이퍼(Whatman, Grade1, Φ55㎜)를 사용하였다.Next, with respect to antifungal evaluation, mold growth was evaluated according to ASTM G 21, and Trichodema virens (ATCC 9645) was used as the test strain. At this time, the mold growth rate was evaluated as 0 to 4 according to the following criteria after culturing for 2 weeks while irradiating visible light after dispensing the test strain on the specimen, and the results are shown in Table 2 below. In this case, filter paper (Whatman, Grade 1, Φ 55 mm) was used as a control specimen.

[평가기준][Evaluation standard]

0 = 균이 보이지 않음, 1 = 균이 성장한 흔적이 보임(10% 미만), 2 = 균이 약간 성장함(10~30%), 3 = 균이 성장함(30~60%), 4 = 균이 많이 성장함(60~100%)0 = Bacteria not seen, 1 = Traces of growth of bacteria visible (less than 10%), 2 = Bacteria slightly growing (10-30%), 3 = Bacteria growing (30-60%), 4 = Bacteria growing Growing a lot (60-100%)

실시예2Example 2 컨트롤control Trichodema virens(ATCC 9645)Trichodema virens (ATCC 9645) 곰팡이 성장도fungal growth 00 44

표 2를 통해 확인할 수 있듯이, 실시예2에 따른 광촉매-기재 복합체는 Trichodema virens(ATCC 9645)인 곰팡이에 대해서 곰팡이 성장도가 0인 것으로 평가됨에 따라서 실시예2에 따른 광촉매-기재 복합체는 가시광 조사에서도 우수한 항진균 활성이 발현되는 것을 알 수 있다. As can be seen from Table 2, the photocatalyst-based composite according to Example 2 was evaluated as having a mold growth rate of 0 for the mold Trichodema virens (ATCC 9645). Therefore, the photocatalyst-based composite according to Example 2 was irradiated with visible light. It can be seen that excellent antifungal activity is also expressed.

이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.Although one embodiment of the present invention has been described above, the spirit of the present invention is not limited to the embodiments presented herein, and those skilled in the art who understand the spirit of the present invention can add components within the scope of the same spirit. , changes, deletions, additions, etc. may easily suggest other embodiments, but this will also fall within the scope of the present invention.

Claims (11)

(1) 23℃에서 액상인 티타늄알콕사이드 광촉매 성분을 함유하는 코팅용액을 준비하는 단계; 및
(2) 상기 코팅용액을 비다공성 표면을 가지는 기재 표면 상에 처리 후 건조시켜서 광촉매층을 형성시키는 단계;를 포함하는 광촉매-기재 복합체 제조방법.
(1) preparing a coating solution containing a liquid titanium alkoxide photocatalyst component at 23 ℃; and
(2) forming a photocatalyst layer by treating and drying the coating solution on the surface of a substrate having a non-porous surface; photocatalyst-based composite manufacturing method comprising a.
제1항에 있어서,
상기 기재는 금속, 고분자 화합물 및 세라믹 성분 중 어느 하나 이상을 포함하여 형성된 광촉매-기재 복합체 제조방법.
According to claim 1,
The substrate is a photocatalyst formed including at least one of a metal, a polymer compound, and a ceramic component - a method of manufacturing a substrate composite.
제1항에 있어서,
상기 코팅용액은 전이금속성분, 산성용매 및 유기용매를 더 함유하며,
코팅용액 전체 중량을 기준으로 전이금속성분 및 산성용매의 중량 총합은 1 ~ 8 중량%이며,
코팅용액 전체 중량을 기준으로 상기 유기용매는 2 ~ 5 중량%로 함유되는 것을 특징으로 하는 광촉매-기재 복합체 제조방법.
According to claim 1,
The coating solution further contains a transition metal component, an acidic solvent and an organic solvent,
Based on the total weight of the coating solution, the total weight of the transition metal component and the acid solvent is 1 to 8% by weight,
Based on the total weight of the coating solution, the organic solvent is contained in an amount of 2 to 5% by weight of the photocatalyst-based composite manufacturing method.
제1항에 있어서,
코팅용액 내 티타늄알콕사이드 광촉매 성분의 함량은 11 ~ 15 중량%인 광촉매-기재 복합체 제조방법.
According to claim 1,
The content of the titanium alkoxide photocatalyst component in the coating solution is 11 to 15% by weight of the photocatalyst-based composite manufacturing method.
제1항에 있어서,
상기 티타늄알콕사이드 광촉매 성분은 티타늄 메톡사이드(titanium methoxide), 티타늄 에톡사이드(titanium ethoxide), 티타늄 테트라 n-프로폭사이드(titanium tetra n-propoxide), 티타늄 테트라이소프로폭사이드(titanium tetraisopropoxide), 티타늄 테트라 n-부톡사이드(titanium tetra n-butoxide) 및 티타늄 테트라 터트-부톡사이드(titanium tetra tert-butoxide)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 광촉매-기재 복합체 제조방법.
According to claim 1,
The titanium alkoxide photocatalyst component is titanium methoxide, titanium ethoxide, titanium tetra n-propoxide, titanium tetraisopropoxide, titanium tetra A method for preparing a photocatalyst-based composite, comprising at least one selected from the group consisting of n-butoxide and titanium tetra tert-butoxide.
제2항에 있어서,
상기 전이금속은 은, 팔라듐, 백금, 금, 구리, 망간, 철, 니켈, 코발트, 텅스텐 등으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 함유하고,
상기 산성용매는 황산 또는 질산을 포함하며,
상기 유기용매는 이소프로필 알코올을 포함하는 광촉매-기재 복합체 제조방법.
3. The method of claim 2,
The transition metal contains at least one selected from the group consisting of silver, palladium, platinum, gold, copper, manganese, iron, nickel, cobalt, tungsten, and the like;
The acidic solvent includes sulfuric acid or nitric acid,
The organic solvent is a photocatalyst containing isopropyl alcohol-based composite manufacturing method.
제2항에 있어서,
상기 코팅용액은 증류수에 산성용매 및 전이금속을 혼합 후 60 ~ 80℃ 온도로 교반시키는 단계;
티타늄 알콕사이드 광촉매 성분과 유기용매를 투입하여 60 ~ 80℃ 온도로 6 ~ 12시간 교반시키는 단계; 및
20 ~ 25℃로 냉각시키는 단계;를 포함하여 제조되는 것을 특징으로 하는 광촉매-기재 복합체 제조방법.
3. The method of claim 2,
The coating solution is mixed with an acidic solvent and a transition metal in distilled water, followed by stirring at a temperature of 60 ~ 80 ℃;
adding a titanium alkoxide photocatalyst component and an organic solvent and stirring at a temperature of 60 to 80° C. for 6 to 12 hours; and
A method for producing a photocatalyst-based composite, characterized in that it is prepared including;
비다공성 표면을 가지는 기재; 및
상기 비다공성 표면 상에 코팅되며, 티타늄알콕사이드 성분을 함유하는 광촉매층;을 포함하는 광촉매-기재 복합체.
a substrate having a non-porous surface; and
A photocatalyst-based composite comprising a; a photocatalyst layer coated on the non-porous surface and containing a titanium alkoxide component.
제8항에 있어서,
상기 광촉매층의 두께는 0.5㎛ 이하인 광촉매-기재 복합체.
9. The method of claim 8,
The photocatalyst layer has a thickness of 0.5 μm or less.
제8항에 있어서,
상기 기재는 공기가 통과할 수 있는 다수의 중공형 셀을 구비하는 광촉매-기재 복합체.
9. The method of claim 8,
The substrate is a photocatalyst-based composite having a plurality of hollow cells through which air can pass.
제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 광촉매-기재 복합체를 구비하는 공기정화장치.An air purifying device comprising the photocatalyst-based composite according to any one of claims 8 to 10.
KR1020210029472A 2021-03-05 2021-03-05 Method for manufacturing photocatalyst-substrate composite and photocatalyst-substrate composite manufactured therefrom KR20220125762A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210029472A KR20220125762A (en) 2021-03-05 2021-03-05 Method for manufacturing photocatalyst-substrate composite and photocatalyst-substrate composite manufactured therefrom

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210029472A KR20220125762A (en) 2021-03-05 2021-03-05 Method for manufacturing photocatalyst-substrate composite and photocatalyst-substrate composite manufactured therefrom

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20220125762A true KR20220125762A (en) 2022-09-14

Family

ID=83279144

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210029472A KR20220125762A (en) 2021-03-05 2021-03-05 Method for manufacturing photocatalyst-substrate composite and photocatalyst-substrate composite manufactured therefrom

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20220125762A (en)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20000074976A (en) 1999-05-27 2000-12-15 구자홍 photocatalyst filter, method for fabricating the same and air cleaner using the same

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20000074976A (en) 1999-05-27 2000-12-15 구자홍 photocatalyst filter, method for fabricating the same and air cleaner using the same

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1772375A (en) Nanometer doped zinc oxide and its prepn and application in photocatalysis to degrade organic matter and kill bacteria
TWI457177B (en) Photocatalyst, method for preparing the same and photocatalyst device
KR101942261B1 (en) Visible light active photocatalyst tile
JP6857173B2 (en) Photocatalytic functional non-woven fabric and its manufacturing method
KR100865737B1 (en) Photocatalyst filter using metal oxide nanofiber, method for fabricating the same and air cleaner using the same
JP4163374B2 (en) Photocatalytic membrane
KR101490456B1 (en) Titanium dioxide nanorods and method for manufacturing thereof
JP2001070802A (en) Photocatalyst film and its production
KR100956843B1 (en) Antimicrobial photocatalyst, antimicrobial articles coated with photocatalyst and manufacturing method thereof
Zhai et al. Viscosity simulation of glass microfiber and an unusual air filter with high-efficiency antibacterial functionality enabled by ZnO/graphene-modified glass microfiber
WO2012023612A1 (en) Method for producing photocatalyst coating film, and photocatalyst coating film
JP2011212613A (en) Antiviral filter for air conditioner
KR20220125762A (en) Method for manufacturing photocatalyst-substrate composite and photocatalyst-substrate composite manufactured therefrom
KR100941738B1 (en) Photoactive composition comprising scoria and preparation method thereof
WO2023079766A1 (en) Photocatalyst antibacterial deodorizing material, method for producing same, antibacterial deodorizing material, and antibacterial deodorizing filter
JPH10314600A (en) Oxide photocatalyst film and product provided with the same
JP2019048269A (en) Porous catalyzer membrane and gas treatment device using the same
JPH10286456A (en) Adsorbing functional body
CN209680108U (en) One kind having accumulation of energy photoelectrocatalysis type air cleaning laminated film
CN109529954B (en) Energy-storage photoelectrocatalysis type air purification composite film and preparation method thereof
JP6742933B2 (en) filter
DE102015116547B4 (en) Photocatalytic filter for mixing gas breakdown and manufacturing process therefor
JP3987878B1 (en) Method for producing ZnO antibacterial agent
KR20030084174A (en) Direct adhesion method of photocatalyst on substrate
KR102184010B1 (en) Coating composition having antibacterial and deodorization function and preparation method thereof