KR20230056518A - 질소산화물 제거 성능을 갖는 광촉매 포러스 콘크리트의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 제조가 매우 용이하며, 광촉매가 바텀애쉬의 다공성을 감소시키지 않으면서 균일하게 함침되어 우수한 질소산화물 제거 성능을 갖는 광촉매 포러스 콘크리트의 제조 방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 광촉매 포러스 콘크리트의 제조 방법은, (S1) 혼합기에 이산화티타늄(TiO2) 분말과 물을 투입하고 혼합하여 이산화티타늄(TiO2) 수용액을 제조하는 단계; (S2) 상기 이산화티타늄(TiO2) 수용액에 바텀애쉬 골재를 침지시키고 교반하는 단계; (S3) 상기 바텀애쉬 골재가 이산화티타늄(TiO2) 수용액 내에 침지된 상태로 일정 시간 동안 유지하여 이산화티타늄(TiO2)이 바텀애쉬 골재의 다공질 표면 내부로 흡수되도록 하는 단계; (S4) 이산화티타늄(TiO2) 수용액의 물을 제거하고, 이산화티타늄(TiO2)이 함침된 바텀애쉬 골재만 남기는 단계; 및, (S5) 상기 이산화티나늄(TiO2)이 함침된 바텀애쉬 골재를 결합재 및 물과 혼합하여 포러스 콘크리트를 제조하는 단계;를 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 질소산화물 제거 성능을 갖는 포러스 콘크리트에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 광촉매가 함침된 바텀애쉬 골재를 혼합하여 제조한 질소산화물 제거 성능을 갖는 광촉매 포러스 콘크리트의 제조 방법에 관한 것이다.
산업 발전으로 인한 대기오염이 꾸준히 증가하고 있으며, 대기오염 해소를 위한 다양한 기술 개발이 이루어 지고 있다. 미세먼지 또한 대기오염의 원인 물질 중 하나 이며 미세먼지를 발생시키는 전구물질에는 NOx, SOx 등이 있다.
광촉매는 NOx 등의 미세먼지 전구물질을 제거하는데 효과적인 재료로 이를 도로시설물에 적용하여 자동차 등에서 발생하는 NOx를 제거하기 위한 기술이 개발되고 있다.
이산화티타늄은 광촉매 재료에 요구되는 여러 가지 조건을 만족시키는 대표적인 물질로서, 자원 재료적 측면에서 보면 매장량이 풍부할 뿐만 아니라 친환경적인 소재로 화학적으로나 생물학적으로 매우 안정된 특성을 갖는다. 이외에도 항균, 항암 치료, 친수성 처리에 의한 김서림 방지와 방오, 자정기능 등 산업적으로 다양한 분야에 적용되고 있다. 그러나, 이산화티타늄은 낮은 양자효율(quantum efficiency)의 단점을 가지고 있어 광분해의 효율이 크지 않아 초기 처리율이 그다지 높지 않다. 이러한 단점을 극복하기 위해서 최근에는 이산화티타늄과 같은 광촉매를 제올라이트(zeolite), 활성탄, 야자각, 왕겨 등과 같은 기공을 가진 물질 또는 소성(탄화)의 공정 후 기공을 가질 수 있는 물질에 직접 합성하여 광분해 활성도를 가진 흡착제를 제조하여 사용하고 있다.
종래의 이산화티타늄 광촉매가 합성된 흡착제는 이산화티타늄 분말을 인공결합제를 사용하여 흡착제 표면에 코팅시키거나, 이산화티타늄 광촉매와 흡착제를 합성할 때 가장 많이 사용되고 있는 졸-겔(sol-gel)법을 이용하여 분말 또는 다면체 형상의 흡착제 표면에 이산화티타늄의 고정화 및 코팅을 하였다.
그런데, 상기 종래기술은 이산화티타늄 입자가 흡착제에 균등하게 주입되기 어렵고, 광촉매 일부가 흡착제 속에 박혀는 있지만, 전체적으로 흡착제에서 쉽게 용출되는 문제점을 발생한다.
이에 대한민국 등록특허 제10-1109423호에는 석탄을 용융점 이상에서 연소시키고 남은 바텀애쉬, 및 상기 바텀애쉬에 MWIM(Modified Wet Impregnantion Method) 공법을 사용하여 이산화티타늄 입자와 인공바인더가 결합된 이산화티타늄 활성 졸(sol)을 혼합하여 저온 상태에서 건조하여 형성함으로써 흡착제의 비표면적이나 표면수산화기의 감소, 이산화티타늄 입자의 비균등한 코팅, 그리고 이산화티타늄이 흡착제에서 쉽게 용출되는 문제를 해결할 수 있는 하이브리드 광분해 흡착제 및 그의 제조방법이 개시되어 있다.
그러나 상기한 등록특허의 하이브리드 광분해 흡착제의 제조방법을 포함하여 종래의 광분해 흡착제 제조 방법은 Sol-gel 법을 이용하여 흡착제를 제조하고 있는데, 이러한 Sol-gel 법은 제조 공정이 복잡한 문제가 있으며, 졸(sol) 형태의 TiO2가 바텀애쉬의 다공성을 감소시켜 콘크리트 골재로 이용할 때 포러스 콘크리트의 공극을 감소 시킬 수 있는 문제가 있다.
본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 제조가 매우 용이하며, 광촉매가 바텀애쉬의 다공성을 감소시키지 않으면서 균일하게 함침되어 우수한 질소산화물 제거 성능을 갖는 광촉매 포러스 콘크리트의 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 질소산화물 제거 성능을 갖는 광촉매 포러스 콘크리트의 제조 방법은, (S1) 혼합기에 이산화티타늄(TiO2) 분말과 물을 투입하고 혼합하여 이산화티타늄(TiO2) 수용액을 제조하는 단계; (S2) 상기 이산화티타늄(TiO2) 수용액에 바텀애쉬 골재를 침지시키고 교반하는 단계; (S3) 상기 바텀애쉬 골재가 이산화티타늄(TiO2) 수용액 내에 침지된 상태로 일정 시간 동안 유지하여 이산화티타늄(TiO2)이 바텀애쉬 골재의 다공질 표면 내부로 흡수되도록 하는 단계; (S4) 이산화티타늄(TiO2) 수용액의 물을 제거하고, 이산화티타늄(TiO2)이 함침된 바텀애쉬 골재만 남기는 단계; 및, (S5) 상기 이산화티나늄(TiO2)이 함침된 바텀애쉬 골재를 결합재 및 물과 혼합하여 포러스 콘크리트를 제조하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 (S1) 단계에서 이산화티타늄(TiO2) 분말은 상기 (S5) 단계에서 혼합되는 결합재 무게 100중량부에 대해 10~15 중량부로 투입될 수 있다.
또한 상기 (S1) 단계에서 이산화티타늄(TiO2) 분말과 물을 혼합할 때 초음파 진동을 가하면서 혼합하는 것이 바람직하다.
상기 (S2) 단계를 수행하기 전에 바텀애쉬 골재를 100℃ 이상의 온도에서 전처리 하여 바텀애쉬 골재 내부의 수분을 증발시켜 건조시킨 후 건조된 상태의 바텀애쉬 골재를 체를 이용하여 골재 표면의 미분말들을 제거하는 단계를 수행할 수 있다.
상기 (S1) 단계에서 규산나트륨 분말 또는 용액을 추가로 첨가하여 혼합할 수 있다.
본 발명에 따르면, 이산화티타늄(TiO2) 분말과 물을 혼합한 이산화티타늄(TiO2) 수용액에 바텀애쉬 골재를 침지시켜 이산화티타늄(TiO2)이 균일하게 함침된 바텀애쉬 골재를 제조할 수 있으므로, 광촉매 포러스 콘크리트의 제조가 매우 용이한 효과를 얻을 수 있다.
또한 본 발명의 제조 방법에 의해 이산화티타늄(TiO2)이 함침된 바텀애쉬 골재를 사용한 광촉매 포러스 콘크리트는 시멘트 등의 결합재에 바텀애쉬 골재와 이산화티타늄(TiO2) 분말을 단순 혼합하여 제조한 기존의 광촉매 포러스 콘크리트에 비하여 우수한 질소산화물 제거 효과를 가짐과 동시에, 흡음 성능 및 압축강도 또한 기존보다 동등하거나 더 우수한 성능을 갖는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광촉매 포러스 콘크리트의 제조 방법을 설명하는 순서도이다.
도 2는 포러스 콘크리트 샘플에 대한 압축강도 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
도 3은 포러스 콘크리트 샘플에 대한 총 공극률 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
도 4는 포러스 콘크리트 샘플에 대한 열린 공극률(open void ratio) 및 닫힌 공극률(closed void ratio)의 공극률 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
도 2는 포러스 콘크리트 샘플에 대한 압축강도 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
도 3은 포러스 콘크리트 샘플에 대한 총 공극률 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
도 4는 포러스 콘크리트 샘플에 대한 열린 공극률(open void ratio) 및 닫힌 공극률(closed void ratio)의 공극률 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이다. 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 개시된 발명의 바람직한 일 예에 불과할 뿐이며, 본 출원의 출원시점에 있어서 본 명세서의 실시예와 도면을 대체할 수 있는 다양한 변형 예들이 있을 수 있다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 질소산화물 제거 성능을 갖는 광촉매 포러스 콘크리트의 제조 방법을 후술된 실시예들에 따라 구체적으로 설명하도록 한다. 도면에서 동일한 부호는 동일한 구성 요소를 나타낸다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 광촉매 포러스 콘크리트의 제조 방법은 다음과 같은 단계들을 포함할 수 있다.
(S1) 이산화티타늄(TiO2) 수용액을 제조하는 단계
(S2) 이산화티타늄(TiO2) 수용액에 바텀애쉬 골재를 침지시키고 교반하는 단계
(S3) 바텀애쉬 골재가 이산화티타늄(TiO2) 수용액 내에 침지된 상태로 일정 시간 동안 유지하는 단계
(S4) 이산화티타늄(TiO2) 수용액의 물을 제거하는 단계
(S5) 이산화티나늄(TiO2)이 함침된 바텀애쉬 골재를 시멘트 등의 결합재 및 물과 혼합하여 포러스 콘크리트를 제조하는 단계.
먼저 (S1) 단계에서는 혼합기(mixer)에 이산화티타늄(TiO2) 분말과 물을 투입하고 충분히 섞일 때 까지 혼합하여 이산화티타늄(TiO2) 수용액을 제조한다(단계 S1). (S1) 단계에서 이산화티타늄(TiO2) 분말은 상기 (S5) 단계에서 혼합되는 결합재(시멘트) 무게 100중량부에 대해 10~15 중량부로 투입되는 것이 바람직한데, 이산화티타늄(TiO2) 분말이 10 중량부로 혼합되는 경우에 질소산화물의 제거 성능이 가장 우수한 것으로 확인되었다.
상기 (S1) 단계에서 이산화티타늄(TiO2) 분말과 물을 혼합할 때 이산화티타늄(TiO2) 분말의 뭉침 현상을 방지하고 수용액 내에서 분말이 균일하게 분산될 수 있도록 하기 위하여 초음파 진동을 가하면서 혼합하는 것이 바람직하다.
또한 상기 (S1) 단계에서 이산화티타늄(TiO2) 분말과 물을 혼합할 때 규산나트륨 분말 또는 용액을 추가로 첨가하여 혼합하게 되면, 이산화티타늄(TiO2)과 바텀애쉬 골재 사이의 부착력을 증대시킬 수 있다.
상기 (S1) 단계를 통해 이산화티타늄(TiO2) 수용액이 만들어지면, 제조된 이산화티타늄(TiO2) 수용액에 바텀애쉬 골재를 투입하여 침지시키고 일정 시간 동안(대략 10분 정도) 적절한 속도로 바텀애쉬 골재와 이산화티타늄(TiO2) 수용액이 잘 섞일 때까지 교반한다(단계 S2).
상기 바텀애쉬 골재는 그대로 사용할 수도 있지만, 상기 (S2) 단계를 수행하기 전에 바텀애쉬 골재를 100℃ 이상의 온도에서 전처리 하여 바텀애쉬 골재 내부의 수분을 증발시켜 건조시킨 후, 건조된 상태의 바텀애쉬 골재를 체를 이용하여 골재 표면의 미분말들을 제거하는 단계를 수행하는 것이 바람직하다. 이와 같이 바텀애쉬 골재를 100℃ 이상의 고온에서 건조시키는 전처리 과정을 수행하면, 상기 (S2) 단계 및 (S3) 단계를 진행할 때 이산화티타늄(TiO2) 입자가 바텀애쉬 골재 내부까지 깊게 함침될 확률이 높아지게 된다.
상기 (S2) 단계를 수행한 후, 바텀애쉬 골재를 이산화티타늄(TiO2) 수용액 내에 일정 시간 동안(대략 24시간 정도) 침지된 상태로 동안 유지하여 이산화티타늄(TiO2)이 바텀애쉬의 다공질 표면 내부로 흡수되도록 한다(단계 S3).
이 후 70℃ 이상의 온도를 갖는 챔버 내에서 이산화티타늄(TiO2) 수용액의 물을 증발시켜 제거하고, 이산화티타늄(TiO2)이 함침된 바텀애쉬 골재만 남도록 한다(단계 S4) .
이와 같이 만들어진 이산화티나늄(TiO2)이 함침된 바텀애쉬 골재를 시멘트와 같은 결합재와 골재 및 물과 혼합하여 포러스 콘크리트를 제조하면(단계 S5) , 질소산화물 제거 성능을 갖는 광촉매 포러스 콘크리트가 된다.
상술한 것과 같은 본 발명의 제조 방법에 의해 제조된 광촉매 포러스 콘크리트의 성능을 확인하기 위하여, 아래의 표 1의 배합비와 같이 이산화티타늄(TiO2)이 전혀 혼합되지 않은 포러스 콘크리트 샘플[비교예 1(CON)], 결합재인 시멘트 100 중량부에 대해 이산화티타늄(TiO2) 분말 10중량부 및 15중량부를 바텀애쉬 골재와 시멘트 및 물과 함께 단순 혼합하여 제조한 포러스 콘크리트 샘플[비교예 2(T10)] 및 [비교예 3(T15)], 상술한 본 발명의 제조 방법에 의해 이산화티타늄(TiO2)이 함침된 바텀애쉬 골재(아래의 표 1에서 '기능성 골재'로 표시됨)를 시멘트 100 중량부에 대해 10 중량부를 물과 함께 혼합하여 제조한 포러스 콘크리트 샘플[실시예 1(B10)]을 제조하였다. 포러스 콘크리트 샘플의 제조 시 재료들을 강제식 믹서기에 약 5분간 건비빔하고, 이후 물을 넣어 다시 5분간 교반하였다. 페이스트-골재 비율(P/G) 및 물-시멘트 비(W/C)는 약 35% 의 목표 공극을 위해 설정하였다. 제조된 혼합물을 몰드에서 성형한 후 하루간 실온에서 양생하고 탈영하여 물에 담가 27일간 양생하여 샘플을 완성하였다.
| 샘플 | 시멘트(g) | 바텀애쉬 골재(g) | TiO2(g) | 기능성 골재(g) | 물(g) | P/G | W/C |
| 비교예 1 (CON) |
100 | 234 | 40 | 0.25 | 0.4 | ||
| 비교예 2 (T10) |
100 | 234 | 10 | 40 | 0.25 | 0.4 | |
| 비교예 3 (T15) |
100 | 234 | 15 | 40 | 0.25 | 0.4 | |
| 실시예 1 (B10) |
100 | 244 | 40 | 0.25 | 0.4 |
도 2는 제조된 포러스 콘크리트 샘플들(비교예 1 ~3, 실시예 1)에 대한 압축강도 측정 결과를 나타낸 그래프이다. 도 2의 그래프를 통해 확인할 수 있는 것과 같이 압축강도는 이산화티타늄(TiO2) 분말의 혼입량이 증가할수록 저하되지만, 본 발명의 제조 방법에 의해 이산화티타늄(TiO2) 분말이 함침된 바텀애쉬 골재를 사용한 실시예 1(B10)은 압축강도가 비교예 1과 거의 유사한 수준을 나타내었다.
도 3 및 도 4는 제조된 포러스 콘크리트 샘플들(비교예 1 ~3, 실시예 1)에 대한 공극률 측정 결과를 나타낸 그래프이다. 총 공극률은 기능성 골재(광촉매 함침 바텀애쉬 골재)를 이용한 실시예 1(B10) 샘플에서 감소하였으며, 특히 실시예 1(B10) 샘플에서 열린 공극(open void)이 감소하고, 닫힌 공극(closed void)이 증가하는 경향을 보이는 것으로 확인되었다.
아래의 표 2 및 표 3은 각각 질소산화물 중 일산화질소(NO) 제거 성능 및 흡음 성능을 측정한 결과를 나타낸 것이다.
| 샘플 | NO 제거량 (μmol/50㎠·1hr) |
NO 제거율 (%) |
| 비교예 2 (T10) |
0.46 | 5.5 |
| 비교예 3 (T15) |
0.58 | 7.0 |
| 실시예 1 (B10) |
0.88 | 10.8 |
| 샘플 | Average of sound absortion coefficient |
| 비교예 1 (CON) |
0.43 |
| 비교예 2 (T10) |
0.47 |
| 비교예 3 (T15) |
0.54 |
| 실시예 1 (B10) |
0.47 |
표 2에 기재된 것과 같이, 일산화질소(NO) 제거 성능의 경우, 광촉매 함침 바텀애쉬 골재를 이용한 실시예 1(B10) 샘플이 이산화티타늄(TiO2) 분말을 단순 혼합한 비교예 2(T10) 및 비교예 3(T15)보다 높은 NO 제거율을 보였다.
또한 표 3을 통해 확인할 수 있는 것과 같이, 광촉매 함침 바텀애쉬 골재를 이용한 실시예 1(B10) 샘플에서 총 공극량이 감소했음에도 불구하고 흡음계수(Average of sound absortion coefficient)는 큰 차이를 보이지 않았다.
상술한 것과 같이 본 발명의 제조 방법에 의해 이산화티타늄(TiO2) 분말이 함침된 바텀애쉬 골재를 사용한 광촉매 포러스 콘크리트는 시멘트에 바텀애쉬 골재와 이산화티타늄(TiO2) 분말을 단순 혼합하여 제조한 기존의 포러스 콘크리트에 비하여 우수한 질소산화물 제거 효과를 가짐과 동시에, 흡음 성능 및 압축강도는 동등하거나 더 우수한 것으로 확인되었다.
앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
Claims (5)
- (S1) 혼합기에 이산화티타늄(TiO2) 분말과 물을 투입하고 혼합하여 이산화티타늄(TiO2) 수용액을 제조하는 단계;
(S2) 상기 이산화티타늄(TiO2) 수용액에 바텀애쉬 골재를 침지시키고 교반하는 단계;
(S3) 상기 바텀애쉬 골재가 이산화티타늄(TiO2) 수용액 내에 침지된 상태로 일정 시간 동안 유지하여 이산화티타늄(TiO2)이 바텀애쉬 골재의 다공질 표면 내부로 흡수되도록 하는 단계;
(S4) 이산화티타늄(TiO2) 수용액의 물을 제거하고, 이산화티타늄(TiO2)이 함침된 바텀애쉬 골재만 남기는 단계; 및,
(S5) 상기 이산화티나늄(TiO2)이 함침된 바텀애쉬 골재를 결합재 및 물과 혼합하여 포러스 콘크리트를 제조하는 단계;
를 포함하는 광촉매 포러스 콘크리트의 제조 방법. - 제1항에 있어서, 상기 (S1) 단계에서 이산화티타늄(TiO2) 분말은 상기 (S5) 단계에서 혼합되는 결합재 무게 100중량부에 대해 10~15 중량부로 투입되는 광촉매 포러스 콘크리트의 제조 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 (S1) 단계에서 이산화티타늄(TiO2) 분말과 물을 혼합할 때 초음파 진동을 가하면서 혼합하는 광촉매 포러스 콘크리트의 제조 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 (S2) 단계를 수행하기 전에 바텀애쉬 골재를 100℃ 이상의 온도에서 전처리 하여 바텀애쉬 골재 내부의 수분을 증발시켜 건조시킨 후 건조된 상태의 바텀애쉬 골재를 체를 이용하여 골재 표면의 미분말들을 제거하는 단계를 수행하는 광촉매 포러스 콘크리트의 제조 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 (S1) 단계에서 규산나트륨 분말 또는 용액을 추가로 첨가하여 혼합하는 광촉매 포러스 콘크리트의 제조 방법.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR20210140391 | 2021-10-20 | ||
| KR1020210140391 | 2021-10-20 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20230056518A true KR20230056518A (ko) | 2023-04-27 |
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ID=86099702
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020210158907A KR20230056518A (ko) | 2021-10-20 | 2021-11-17 | 질소산화물 제거 성능을 갖는 광촉매 포러스 콘크리트의 제조 방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| KR (1) | KR20230056518A (ko) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101109423B1 (ko) | 2011-06-03 | 2012-01-31 | 주식회사 그린솔루션 | 나노 이산화티타늄과 바텀애쉬를 이용한 하이브리드 광분해 흡착제 및 그의 제조방법 |
-
2021
- 2021-11-17 KR KR1020210158907A patent/KR20230056518A/ko not_active Application Discontinuation
Patent Citations (1)
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