KR20230147773A - 축광성 광촉매 하이브리드 비드의 제조방법 및 이에 의해 제조된 축광성 광촉매 하이브리드 비드 - Google Patents

축광성 광촉매 하이브리드 비드의 제조방법 및 이에 의해 제조된 축광성 광촉매 하이브리드 비드 Download PDF

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문정현
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김현수
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Abstract

축광성 광촉매 하이브리드 비드의 제조방법 및 이에 의해 제조된 축광성 광촉매 하이브리드 비드가 개시되어 있다.
이 중, 축광성 광촉매 하이브리드 비드의 제조방법은 축광체, 바인더 및 이산화티타늄을 일정비율로 혼합하여 혼합분말을 제조하는 1 단계; 상기 혼합분말을 혼합기에 투입하고 20rpm으로 1시간 동안 교반하는 2 단계; 상기 혼합분말에 증류수를 첨가하고 반죽기에서 반죽하는 3 단계; 상기 반죽물을 압출기에 투입하고 직경 5mm의 환봉형으로 성형하는 4 단계; 상기 환봉형 반죽물을 제환기에 투입하여 구형의 비드를 성형하는 5 단계; 상기 구형의 비드를 전기로에 투입한 후 질소와 수소의 혼합비가 95:5인 혼합가스를 주입하고, 1000℃에서 2시간 동안 소결하는 6 단계; 및 상기 소결된 비드를 이산화티타늄 용액에 담지하여 이산화티탄을 코팅하는 7 단계;를 포함하는 활성탄을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

축광성 광촉매 하이브리드 비드의 제조방법 및 이에 의해 제조된 축광성 광촉매 하이브리드 비드{Method for preparing photoluminescent photocatalyst hybrid beads and photoluminescent photocatalyst hybrid beads prepared thereby}
본 발명은 기존 비드 대비 유해물질의 광분해 제거효율이 우수한 축광성 광촉매 하이브리드 비드의 제조방법 및 이에 의해 제조된 축광성 광촉매 하이브리드 비드에 관한 것이다.
광촉매에 의한 환경 정화는 무한한 광에너지를 활용할 수 있고 2차 오염 부산물을 방출하지 않는다는 점에서 미래의 에너지 저감 기술로 기대되고 있다. 특히 유기물질에 대한 강력한 산화환원 작용과 초친수성 및 자기정화(self cleaning)능력이 우수하여 이를 응용한 산업제품이 점차 증가하는 추세이다. 현재까지 개발된 광촉매 물질의 해결해야 할 과제를 몇 가지로 요약하면 다음과 같다.
첫 째, 반응속도가 느리고 분해반응이 불완전하다.
둘 째, 효율이 낮다.
세 째, 특정의 물질만을 처리할 수 있다.
네 째, 오염물질의 제거 분해속도가 서서히 저하된다.
다섯 째, 광조사가 약해지면 처리속도가 낮아진다.
상기의 여러 문제점을 극복하기 위한 여러 시도가 이루어지고 있는데 일례로 TiO2광촉매 입자에 Pt, Au, Ag, Pd, Ru, Co, Ni, Fe, Cu, Cr 등의 금속 성분을 첨가함으로서 보다 용이하게 산화 환원작용이 일어날 수 있도록 유도하게 되는데 이는 첨가 금속이 도너(donor)로서 작용하여 가전자대(valance band)의 전자들이 용이하게 여기(exiting) 될 수 있기 때문이다. 또한 흡착물질을 첨가하여 탈취 성능을 향상시키고, Ag, Cu 등의 항균금속을 첨가하여 광조사가 없는 상태에서도 항균능을 나타낼 수 있도록 하는 등 여러 가지의 개선작업이 진행되고 있다.
광촉매를 제조하는 방법은 크게 고상법, 액상법 그리고 기상법을 들 수 있는데, 이중 가장 널리 알려져 있는 방법이 액상법이며 이는 다성분계의 조성을 보다 균질하게 합성하기 용이한 장점이 있다. 액상법으로는 중화적정에 의한 침전법(precipitation), 공침법(coprecipitation), 함침법(impregnation) 그리고 금속알콕사이드(metal alkoxide)를 전구체로 하는 졸-겔법(sol-gel process)등을 들 수 있다. 이중 중화적정법은 티타늄클로라이드(titanium chloride), 티타늄설페이트(titanium sulfate), 티타닐설폐이트(titanylsulfate) 등의 티타늄염을 암모니아수(amonia water), 탄산소다(sodium carbonate), 수산화나트륨(sodium hydroxide)등의 알칼리로 중화하여 티타늄하이드로옥사이드(titanium hydroxide)를 생성하고 세척, 건조와 열처리 공정을 통하여 아나타제(anatase)상의 티타늄산화물 분말(titanium oxide powder)를 제조하게 된다. 이는 분말상과 수분산체를 용이하게 제조할 수 있는 방법으로 알려져 있다. 또한 졸겔법은 titanium tetraisopropoxide, titanium tetrabutoxide 등의 titanium alkoxide를 전구체(precursor)로 하여 알코올, 물, 촉매 등을 첨가하고 가수분해반응을 통하여 티타니아졸(titania sol)을 얻는 방법으로 여러 종류의 성분을 합성하기 용이하며 고순도의 순수 졸을 얻을 수 있고 이를 여러 종류의 담체(substrate)에 코팅(coating)하고 열처리하여 균질한 박막을 얻을 수 있는 방법으로 이용되고 있다.
한편 Ag, Cu, Zn 등의 항균금속을 이용한 무기항균제 및 이들을 첨가하여 항균능력을 강화한 경우는 여러 가지가 알려져 있다. 우선 금속이온 치환능력을 가진 제올라이트를 이용하여 은이온을 첨가한 무기항균제(미국특허 USP5,468,699)가 대표적이고 이 이외에도 은착염을 인산염 등에 포접하여 항균 및 항곰팡이에 대한 효과(일본특허 특개2000-44415), 그리고 일본특허, 특개평3-205436에는 제올라이트에 이온교환 하여 건조 열처리하여 제작하거나 실리카겔에 첨착하여 분말형태의 항균제를 제조하였다.
일본특허, 특개평10-25435에는 다공질 실리카겔 표면에 은, 동등의 항균금속을 코팅하였다. 일본특허, 특개평3-287508을 보면 알루미나 입자의 표면에 은이온을 함유한 알루미노규산염의 피막을 형성하여 항균성 조성물로 하였고 일본특허, 특개평3-252308에서는 실리카겔의 표면에 은이온을 함유하는 알루미노규산염의 피막을 형성하여 항균성조성물로 하였다. 또한 WO96/29375의 경우 졸겔법에 의해 제조된 광촉매입자의 현탁액에 Ag, Cu, Zn 등의 금속염을 첨가하여 용액화하고 코팅하거나 광촉매 코팅(coating)을 형성한 후 금속염을 도포해서 광환원 석출을 행하는 경우이다. 또한 일본특허 특개평11-322524의 경우 TiO2졸에 CuSO4 등의 항균금속염을 첨가하여 유약층에 코팅하여 300-900℃로 열처리하여 항균층을 형성하였다.
항균성능을 나타내는 대표적인 금속은 Ag, Cu 그리고 Zn이다. 이들을 이온상태의 금속염이나 화합물상으로 광촉매체에 첨가할 경우 자칫 응집이나, 도막 상태의 결함을 유발할 수 있으므로 사용하는 데 많은 제약을 받게 된다.
특히, Ag의 경우 대기 중에서 햇빛에 노출되면 자외선의 영향으로 서서히 변색이 되는 황변 현상이 발생되기 때문에 사용의 제한을 받게되는 문제점이 있다. 따라서 아주 미량의 첨가나 다른 물질과 화합물을 형성시켜 사용하고 있다. 그러나 화합물의 경우 입자의 크기가 커져 콜로이드 용액을 제조하기 어려운 단점이 있다.
또한, 은성분을 광촉매에 첨가 코팅제로 사용할 경우 WO96/29375의 경우 극미량을 제외하고는 변색의 가능성을 배제하기 어려운 상태이고, 일본특허 특개평11-322524의 경우도 마찬가지로 변색의 위험성과 항균금속의 도포시 작업공정을 추가하여야하는 불편 그리고 광촉매능의 저하 등의 문제점을 야기할 수 있다.
그리고, 일반적으로 Ag의 경우 금속이온 치환능을 가진 제올라이트(zeolite)에 Ag이온을 치환하여 건조와 열처리 공정을 거쳐 제품으로 사용하게되는데 이역시 장기간 동안 햇빛에 노출시 변색을 유발하는 문제점과 입자의 크기문제로 수분산 콜로이드 용액을 제조하는 것은 불가능하며, 코팅제에 첨가시 불투명해지게 된다.
특개평3-252308의 경우도 분말상으로 만 가능하여 콜로이드나 광촉매에 첨가하여 투명한 피막을 얻는데는 적합하지 않다.
이산화티탄에 빛이 조사되면 광촉매상에서 활성산소, OH 라디칼(radical) 이 발생되어 강력한 산화환원 작용에 의해 악취물질 등을 분해 정화하는 특성을 나타내게된다. 전기적으로 반도체성질을 갖고있는 대표적인 광촉매로서는 TiO2, ZnO, RuO2, CoO, Ce2O3, Cr2O3, Rh2O3, V2O5등의 산화물과 ZnS, CdS 등의 황화물을 들 수 있다. 단파장(380nm이하)의 자외선이 조사되면 여기상태가 되어 강력한 산화력을 나타낸다. 유사한 거동을 나타내는 반도체에는 상기와 같이 여러 종류가 있지만 TiO2가 주목되어지는 이유는 화학적으로 안정성이 높은 물질이면서 광반도체로서도 우수한 장점을 갖고 있기 때문이다. 반도체 에너지밴드는 가전자대(valance band), 전도대(conduction band) 및 이들 사이에 금지대(gap)가 존재한다. 산화티탄의 경우 금지대의 에너지 차이(gap)가 32eV로서, 그 이상의 에너지를 흡수한 가전자대의 전자는 여기(exciting)되어 전도대로 이동하게 되고, 가전자대에는 정공(hole)이 만들어지고 이동은 자유롭게 된다. 따라서 자외선(UV)을 조사하게되면 여기상태 즉, 활성상태가 되어진다.
전자와 홀은 표면으로 이동하여 각각 산소, 수산기와 결합하여 라디칼을 형성한다. 산화티탄의 경우 홀의 산화력이 보다 강력하기 때문에 주로 수산기 라디칼이 유기물질을 산화해서 탄산가스(CO2)와 물(H2O)로 산화 분해시킨다. 또한 균이 사멸하지 않는 약한 자외선 광량에서도 항균력을 나타낸다.
(문헌 1) 등록특허공보 제0965105호(2010년 6월 14일 등록)
본 발명의 일 목적은 유해물질의 광분해 제거효율이 우수한 축광성 광촉매 하이브리드 비드의 제조방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 상기 방법에 의해 제조된 축광성 광촉매 하이브리드 비드를 제공함에 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 일 관점은 축광체, 바인더 및 이산화티타늄을 일정비율로 혼합하여 혼합분말을 제조하는 1 단계; 상기 혼합분말을 혼합기에 투입하고 20rpm으로 1시간 동안 교반하는 2 단계; 상기 혼합분말에 증류수를 첨가하고 반죽기에서 반죽하는 3 단계; 상기 반죽물을 압출기에 투입하고 직경 5mm의 환봉형으로 성형하는 4 단계; 상기 환봉형 반죽물을 제환기에 투입하여 구형의 비드를 성형하는 5 단계; 상기 구형의 비드를 전기로에 투입한 후 질소와 수소의 혼합비가 95:5인 혼합가스를 주입하고, 1000℃에서 2시간 동안 소결하는 6 단계; 및 상기 소결된 비드를 이산화티타늄 용액에 담지하여 이산화티탄을 코팅하는 7 단계;를 포함하는 활성탄을 포함하는 축광성 광촉매 하이브리드 비드의 제조방법이 제공된다.
바람직하게, 상기 혼합분말은 축광체 69중량%, 바인더 30중량% 및 이산화티탄 1중량%가 혼합될 수 있다.
바람직하게, 상기 축광체는 활성탄을 포함하되, 상기 활성탄은 혼합분말 100 중량%에 대하여 0.55~3.35 중량%로 될 수 있다.
바람직하게, 상기 바인더는 규산나트륨 및 알긴산나트륨을 포함하되, 상기 규산나트륨은 혼합분말 100 중량%에 대하여 5중량%이고, 알긴산나트륨은 혼합분말 100 중량%에 대하여 25 중량%로 될 수 있다.
바람직하게, 상기 7 단계는, SiO2 코팅용액과 TiO2 코팅용액을 제조하는 7-1단계; 상기 소결된 비드를 SiO2 코팅용액에 담지 후 건조하는 7-2단계; 상기 건조된 비드를 열처리로에서 400℃로 2시간동안 열처리하는 7-3단계; 상기 열처리된 비드를 TiO2 코팅용액에 담지 후 건조하는 7-4단계; 및 상기 건조된 비드를 열처리로에서 450℃로 2시간동안 열처리하는 7-5단계;를 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 SiO2 코팅용액은, 에탄올:증류수:질산을 2 : 13.5 : 0.3로 혼합하고, 상기 혼합물에 PDMS(Polydimethylsiloxane) 0.08%를 첨가한 후, 30℃에서 1시간 교반하고 24시간 에이징하여 제조되며, 상기 TiO2 코팅용액은 에탄올:질산:증류수를 2:13.5:0.3:11.5의 비율로 혼합하고, 상기 혼합물을 30℃에서 1시간 교반하여 제조될 수 있다.
본 발명의 다른 관점은 상기에 기재된 축광성 광촉매 하이브리드 비드의 제조방법에 의해 제조된 축광성 광촉매 하이브리드 비드가 제공된다.
본 발명의 실시예에 따르면, 축광체와 바인더 및 이산화티탄의 혼합비를 최적화하여 유해물질의 광분해 제거효율을 배가시킬 수 있고, 축광체에 활성탄을 혼합함으로써 기공에 의한 유해물질 흡착효율을 높일 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 축광성 광촉매 하이브리드 비드의 제조방법을 설명하기 위한 흐름도,
도 2는 본 발명에 따른 비드의 다공성 구조를 보여주는 SEM 사진,
도 3은 본 발명에 따른 비드에 실리카가 형성되어 있음을 보여주는 SEM, EDS 사진(SiO2 가 형성된 것을 확인할 수 있는 사진),
도 4는 본 발명에 따른 비드에 광촉매가 코팅되어 있음을 보여주는 SEM, EDS 사진(광촉매(TiO2)가 코팅된 것을 확인할 수 있는 사진),
도 5는 본 발명에 따른 비드에 활성탄이 혼합되어 있음을 보여주는 SEM, EDS 사진(활성탄이 비드에 혼합된 것을 확인할 수 있는 사진),
도 6a와 6b는 기존 비드와 본 발명에 따른 비드의 톨루엔 제거율을 각각 비교한 그래프,
도 7은 본 발명에 따른 비드에 활성탄이 0.8% 포함되어 있을 때의 톨루엔 제거율 그래프(활성탄이 0.8%(0.55중량%) 포함되었을 때의 톨루엔 제거율 그래프),
도 8은 본 발명에 따른 비드에 활성탄이 1% 포함되어 있을 때의 톨루엔 제거율 그래프(활성탄이 1%(0.69중량%) 포함되었을 때의 톨루엔 제거율 그래프),
도 9는 본 발명에 따른 비드에 활성탄이 2% 포함되어 있을 때의 톨루엔 제거율 그래프(활성탄이 2%(1.38중량%) 포함되었을 때의 톨루엔 제거율 그래프),
도 10은 본 발명에 따른 비드에 활성탄이 3% 포함되어 있을 때의 톨루엔 제거율 그래프(활성탄이 3%(2.07중량%) 포함되었을 때의 톨루엔 제거율 그래프),
도 11은 본 발명에 따른 비드에 활성탄이 5% 포함되어 있을 때의 톨루엔 제거율 그래프(활성탄이 5%(3.45중량%) 포함되었을 때의 톨루엔 제거율 그래프)이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 축광성 광촉매 하이브리드 비드의 제조방법은 총 7단계로 구성될 수 있다.
1 단계로, 축광체, 바인더 및 이산화티타늄을 일정비율로 혼합하여 혼합분말을 제조한다(S100).
상기 축광체, 바인더 및 이산화티탄은 69 중량%, 30 중량% 및 1 중량%의 배합비로 혼합될 수 있다. 이는 아래의 [표 1]에 나타내었다.
상기 축광체는 빛을 받으면 여기되어 스스로 발광하는 특성을 지니는데, 이러한 발광이 일정시간 지속되는 소재를 말한다. 여기서, 상기 축광체는 활성탄을 포함할 수 있다. 활성탄은 탄소질의 물질로서 흡착력이 강하고 공기 정화 알레르기 해소에 도움을 주며, 다공극을 형성하고 있어서 유해가스 및 미세먼지의 흡착효과가 우수하다(도 2참조).
관련하여, 최적의 흡착효과(이물질 제거효과)를 얻기 위하여, 활성탄은 상기 혼합분말 100 중량%에 대하여 0.55 내지 3.35 중량%의 범위로 배합되는 것이 바람직하며, 보다 바람직하기로는 2 중량%가 배합되는 것이 좋다. 이는 그래프에서 확인할 수 있다.
한편, 상기 바인더는 예컨대, 규산나트륨 및 알긴산나트륨을 포함하되, 상기 규산나트륨은 혼합분말 100 중량%에 대하여 5중량%이고, 알긴산나트륨은 혼합분말 100 중량%에 대하여 25 중량%을 될 수 있다.
2 단계로, 혼합분말을 혼합기에 투입하고 교반한다(S200).
혼합분말인 상기 축광체, 바인더 및 이산화티타늄은 골고루 혼합되어야 반죽 시 특정 물질의 쏠림 현상을 방지할 수 있다. 특히, 축광체, 바인더 및 이산화티탄가 69 중량%, 30 중량% 및 1 중량%의 배합비를 가지는 조건에서는 20rpm으로 1시간 동안 교반하는 것이 교반효율성 면에서 이상적이다.
3 단계로, 혼합분말에 증류수를 첨가하고 반죽기에서 반죽한다(S300).
혼합분말에 증류수를 투입하여 반죽물을 만드는 단계다. 여기서, 상기 증류수는 100중량부에 대하여 혼합분말 30~60중량부가 혼합될 수 있다. 혼합분말이 30중량부 이하이 경우 혼합분말과 증류수의 혼합이 잘 이루어지지 않고 뭉친 덩어리가 발생할 수 있음에 따라 균일 분포성이 저하될 수 있다. 반면, 혼합분말이 60중량부 이상인 경우는 상대적으로 증류수가 필요이상 많은 상태가 되므로 반죽물의 물성이 진 상태가 되어 향후 성형성에 어려움이 있다.
4 단계로, 반죽물을 압출기에 투입하고 환봉형상으로 성형한다(S400).
여기서, 환봉의 외경은 4~6mm, 보다 바람직하게는 5mm가 적당하다.
5 단계로, 환봉형상의 반죽물을 구형의 비드로 성형한다(S500).
5 단계는 상기 단계에서 제조된 환봉형상의 반죽물을 수동제환기에 투입하면, 수동제환기에 의해 구형의 비드가 성형된다. 여기서 수동제환기 대신 자동제환기를 적용하여도 무방하며, 이러한 제환기는 공지된 기계이므로 그 구성에 대한 설명은 생략하기로 한다.
6 단계로, 구형비드를 소결한다(S600).
6 단계는 상기 구형의 비드를 전기로에 투입한 후 질소와 수소의 혼합비가 95:5인 혼합가스를 주입하고, 1000℃에서 2시간 동안 소결하는 공정이다.
상기 혼합가스인 질소와 수소 혼합물은 쉽게 얻을 수 있는 물질이고, 가격이 저렴하다. 혼합비가 5인 수소를 포함하는 질소의 수소 분위기는 요구되는 고품질을 제품을 생산하는데 만족스럽고, 실제로 몇몇 예에서 통상적으로 쓰이긴 하지만 약간 더 비싼 75%의 수소를 함유하는 해리된 암모니아보다 더 좋은 결과를 나타내는 것으로 확인되었다.
소결온도와 소결시간은 상전이가 발생하지 않는 가장 적절한 범위인 1000℃에서 2시간 동안으로 설정하는 것이 바람직하다. 소결온도 조건이 1000℃ 미만인 경우 가열온도가 미흡하여 유기물질의 제거가 원활치 않으며, 1000℃ 이상인 경우는 β-TCP 상이 HAp로 상전이가 일어날 확률이 높으며, 이러한 상전이로 인하여 내부에 크랙이 발생될 수 있다.
7 단계로, 소결된 비드를 이산화티탄으로 코팅한다(S700).
7 단계는 상기 소결된 비드를 이산화티타늄 용액에 담지하여 이산화티탄을 코팅하는 단계로서, 이산화티탄에 빛이 조사되면 광촉매상에서 활성산소, OH 라디칼(radical) 이 발생되어 강력한 산화환원 작용에 의해 악취물질 등을 분해 정화하는 특성을 나타내게된다. 전기적으로 반도체성질을 갖고있는 대표적인 광촉매로서는 TiO2, ZnO, RuO2, CoO, Ce2O3, Cr2O3, Rh2O3, V2O5등의 산화물과 ZnS, CdS 등의 황화물을 들 수 있다. 단파장(380nm이하)의 자외선이 조사되면 여기상태가 되어 강력한 산화력을 나타낸다. 유사한 거동을 나타내는 반도체에는 상기와 같이 여러 종류가 있지만 TiO2가 주목되어지는 이유는 화학적으로 안정성이 높은 물질이면서 광반도체로서도 우수한 장점을 갖고 있기 때문이다. 반도체 에너지밴드는 가전자대(valance band), 전도대(conduction band) 및 이들 사이에 금지대(gap)가 존재한다. 산화티탄의 경우 금지대의 에너지 차이(gap)가 32eV로서, 그 이상의 에너지를 흡수한 가전자대의 전자는 여기(exciting)되어 전도대로 이동하게 되고, 가전자대에는 정공(hole)이 만들어지고 이동은 자유롭게 된다. 따라서 자외선(UV)을 조사하게되면 여기상태 즉, 활성상태가 되어진다.
전자와 홀은 표면으로 이동하여 각각 산소, 수산기와 결합하여 라디칼을 형성한다. 산화티탄의 경우 홀의 산화력이 보다 강력하기 때문에 주로 수산기 라디칼이 유기물질을 산화환원해서 이산화탄소(CO2)와 물(H2O)로 산화 분해시킨다. 또한 균이 사멸하지 않는 약한 자외선 광량 에서도 항균력을 나타낸다.
한편, 상기 이산화티타늄의 코팅할 때는 SiO2 코팅용액과 TiO2 코팅용액을 제조하는 7-1단계; 상기 소결된 비드를 SiO2 코팅용액에 담지 후 건조하는 7-2단계; 및 상기 건조된 비드를 열처리로에서 400℃로 2시간동안 열처리하는 7-3단계; 상기 열처리된 비드를 TiO2 코팅용액에 담지 후 건조하는 7-4단계; 및 상기 건조된 비드를 열처리로에서 450℃로 2시간동안 열처리하는 7-5단계로 이루어질 수 있다.
또 한편, 상기 SiO2 코팅용액은, 에탄올:증류수:질산을 2 : 13.5 : 0.3로 혼합하고, 상기 혼합물에 PDMS(Polydimethylsiloxane) 0.08%를 첨가한 후, 30℃에서 1시간 교반하고 24시간 에이징하여 제조되며,
상기 TiO2 코팅용액은 에탄올:질산:증류수를 2:13.5:0.3:11.5의 비율로 혼합하고, 상기 혼합물을 30℃에서 1시간 교반하여 제조될 수 있다.
참고로, 도면 3 내지 5는 SEM과 EDS의 측정을 통하여 비드의 형성과 목표 물질이 형성된 것을 확인한 사진들이다.
[실험예] 기존비드와 본 발명에 따른 하이브리드 비드 비교
GC(Gas Chromatography)에서 테스트하였고, 툴루엔 10ppm을 1L 가스백에 넣고 자외선 하에서 2시간 동안 광분해 실험을 진행하였다.
그 결과 도 6의 그래프와 같이, 기존 비드에 비해 본 발명에 따른 하이브리드 비드의 제거효율이 향상되었음을 알 수 있었다.
또한, 도 7 내지 11의 그래프 및 아래의 [표 2]에서 볼 수 있듯이,
활성탄이 2%(1.38중량%) 포함되어 있을 때 톨루엔 제거 효율이 가장 높았다.

Claims (7)

  1. 축광체, 바인더 및 이산화티타늄을 일정비율로 혼합하여 혼합분말을 제조하는 1 단계;
    상기 혼합분말을 혼합기에 투입하고 20rpm으로 1시간 동안 교반하는 2 단계;
    상기 혼합분말에 증류수를 첨가하고 반죽기에서 반죽하는 3 단계;
    상기 반죽물을 압출기에 투입하고 직경 5mm의 환봉형으로 성형하는 4 단계;
    상기 환봉형 반죽물을 제환기에 투입하여 구형의 비드를 성형하는 5 단계;
    상기 구형의 비드를 전기로에 투입한 후 질소와 수소의 혼합비가 95:5인 혼합가스를 주입하고, 1000℃에서 2시간 동안 소결하는 6 단계; 및
    상기 소결된 비드를 이산화티타늄 용액에 담지하여 이산화티탄을 코팅하는 7 단계;를 포함하는 활성탄을 포함하는 축광성 광촉매 하이브리드 비드의 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 혼합분말은 축광체 69중량%, 바인더 30중량% 및 이산화티탄 1중량%가 혼합된 것을 특징으로 하는 축광성 광촉매 하이브리드 비드의 제조방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 축광체는 활성탄을 포함하되, 상기 활성탄은 혼합분말 100 중량%에 대하여 0.55~3.35 중량%인 것을 특징으로 하는 축광성 광촉매 하이브리드 비드의 제조방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 바인더는 규산나트륨 및 알긴산나트륨을 포함하되, 상기 규산나트륨은 혼합분말 100 중량%에 대하여 5중량%이고, 알긴산나트륨은 혼합분말 100 중량%에 대하여 25 중량%인 것을 특징으로 하는 축광성 광촉매 하이브리드 비드의 제조방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 7 단계는,
    SiO2 코팅용액과 TiO2 코팅용액을 제조하는 7-1단계;
    상기 소결된 비드를 SiO2 코팅용액에 담지 후 건조하는 7-2단계;
    상기 건조된 비드를 열처리로에서 400℃로 2시간동안 열처리하는 7-3단계;
    상기 열처리된 비드를 TiO2 코팅용액에 담지 후 건조하는 7-4단계; 및
    상기 건조된 비드를 열처리로에서 450℃로 2시간동안 열처리하는 7-5단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 축광성 광촉매 하이브리드 비드의 제조방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 SiO2 코팅용액은, 에탄올:증류수:질산을 2 : 13.5 : 0.3로 혼합하고, 상기 혼합물에 PDMS(Polydimethylsiloxane) 0.08%를 첨가한 후, 30℃에서 1시간 교반하고 24시간 에이징하여 제조되며,
    상기 TiO2 코팅용액은 에탄올:질산:증류수를 2:13.5:0.3:11.5의 비율로 혼합하고, 상기 혼합물을 30℃에서 1시간 교반하여 제조되는 것을 특징으로 하는 축광성 광촉매 하이브리드 비드의 제조방법.
  7. 청구항 1 내지 6 중 어느 한 항에 기재된 축광성 광촉매 하이브리드 비드의 제조방법에 의해 제조된 축광성 광촉매 하이브리드 비드.
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