KR20240034477A - NOx 저감을 위한 이산화티탄 안료를 활용한 광촉매 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 NOx 저감을 위한 이산화티탄 안료를 활용한 광촉매 제조방법에 관한 것으로서, 이산화티타늄에 이산화규소가 도핑된 광촉매조성물을 이용해 광촉매액을 제조하는 광촉매액제조단계; 광촉매액을 건조기에 투입하여 건조시키는 광촉매액건조단계; 광촉매액을 열처리하는 광촉매액열처리단계; 를 포함하여 NOx 저감을 위한 이산화티탄 안료를 활용한 광촉매 제조방법을 구성한다.
본 발명에 따르면, 저가의 이산화티탄 안료를 이용하여 광촉매의 대량 생산이 가능케 됨으로써 제조원가가 저렴하여 경제성이 우수하면서도 가시광에 의해 광촉매 효과가 안정적으로 유지되는 광촉매의 제조가 가능한 효과가 있다.
본 발명에 따르면, 저가의 이산화티탄 안료를 이용하여 광촉매의 대량 생산이 가능케 됨으로써 제조원가가 저렴하여 경제성이 우수하면서도 가시광에 의해 광촉매 효과가 안정적으로 유지되는 광촉매의 제조가 가능한 효과가 있다.
Description
본 발명은 NOx 저감을 위한 이산화티탄 안료를 활용한 광촉매 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 저가의 이산화티탄 안료를 이용하여 광촉매의 대량 생산이 가능케 함으로써 제조원가가 저렴하여 경제성이 우수하면서도 가시광에 의해 광촉매 효과가 안정적으로 유지될 수 있게 한 NOx 저감을 위한 이산화티탄 안료를 활용한 광촉매 제조방법에 관한 것이다.
산업화로 인해 환경오염이 심화되고 이으며, 특히 질소산화물(nitrogen oxide, NOx)는 질소와 산소의 화합물로, 연소 과정에서 공기 중의 질소가 고온에서 산화돼 발생하게 되는데, 산성비의 원인이 될 뿐 아니라 식물을 고사시키는 등 주요 대기오염물질로 규제되고 있다.
따라서, NOx 저감을 위한 근본 대책은 NOx의 배출원을 줄이는 것이 첫 번째 이지민 이는 경제활동에 있어서 많은 손실과 배출원의 배출 제거의 비경제적인 면을 고려할 경우 현 시점에서는 좋은 대책이라 볼 수 없다.
한편, 빛 에너지를 이용하여 화학반응을 촉진시키는 광촉매 기술이 각광받고 있는데 특히 질소산화물의 제거를 위한 광촉매 방법은 최근 과학 연구에 잇어서 매우 집중적인 영역이 되고 있다.
광촉매란 빛과 나노 기술(nano-tech)을 이용해 생활 주변의 악취나 곰팡이, 세균 등을 제거해주는 환경 개선 물질로서, 태양이나 형광등의 자외선을 에너지원으로 산화와 환원 반응을 일으켜 휘발성 유기화합물(VOCs) 등 각종 유해물질을 인체에 무해한 물질로 분해하고, 곰팡이나 각종 세균, 박테리아의 번식을 억제하는 것으로 알려져 있다.
그러나 종래에는 광촉매 제조 기술의 부족으로 인해 제조원가가 높고 경제성이 떨어지는 단점이 있다.
상술한 바와 같은 종래의 단점을 해결하기 위하여 본 발명은 저가의 이산화티탄 안료를 이용하여 광촉매의 대량 생산이 가능케 한 NOx 저감을 위한 이산화티탄 안료를 활용한 광촉매 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 바와 같은 목적의 달성을 위하여 본 발명의 NOx 저감을 위한 이산화티탄 안료를 활용한 광촉매 제조방법은,
이산화티타늄에 이산화규소가 도핑된 광촉매조성물을 이용해 광촉매액을 제조하는 광촉매액제조단계;
상기 광촉매액을 건조기에 투입하여 건조시키는 광촉매액건조단계;
상기 광촉매액을 열처리하는 광촉매액열처리단계; 를 포함한다.
일 실시 예에서, 상기 광촉매액제조단계는,
이산화티타늄 분말과 증류수를 혼합한 현탁액에 이산화규소 분말을 첨가한 후 교반하여 이산화티타늄에 이산화규소가 도핑된 광촉매조성물을 제조하는 도핑단계;
상기 도핑단계에서 제조된 광촉매조성물을 800 내지 1,000℃의 온도로 4 내지 6시간 가열하는 열처리단계;
상기 열처리된 광촉매조성물과 분산액을 혼합하는 혼합단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에서, 상기 이산화티타늄 분말은 1 내지 250㎛ 입자 크기인 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에서, 상기 현탁액은, 이산화티타늄 분말과 증류수를 1:1 비율로 혼합하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에서, 상기 이산화규소 분말은 증류수와 혼합되는 이산화티타늄 분말의 양을 기준으로 5 내지 10 중량%로 첨가하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에서, 상기 이산화규소 분말은 1 내지 200㎛ 입자 크기인 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에서, 상기 분산액은, 에탄올의 양을 기준으로, 테트라에톡시실란 5 내지 10 중량%, 메틸트리메톡시실란 1 내지 3 중량%를 25℃에서 30분 동안 교반하여 혼합하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에서, 상기 광촉매조성물과 분산액은 1:100 내지 200의 비율로 혼합하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에서, 상기 광촉매액건조단계는,
광촉매액을 건조기에 투입하여 60 내지 80 ℃의 온도에서 1 내지 2시간 동안 건조시키는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에서, 상기 광촉매액열처리단계는,
광촉매액을 가열로에 투입하여 250 내지 500 ℃의 온도에서 30 내지 60분 동안 열처리하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에서, 상기 광촉매액제조단계는, 은나노액혼합단계(S70); 를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에서, 상기 은나노입자는 1 내지 600㎛ 입자 크기인 것이 바람직하다.
일 실시 예에서, 상기 은나노액은 증류수와 혼합되는 이산화티타늄 분말의 양을 기준으로 1 내지 5 중량%로 첨가하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 NOx 저감을 위한 이산화티탄 안료를 활용한 광촉매은, 이상의 여러 실시 예 중 어느 하나의 실시 예에 의해 제조되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 저가의 이산화티탄 안료를 이용하여 광촉매의 대량 생산이 가능케 됨으로써 제조원가가 저렴하여 경제성이 우수하면서도 가시광에 의해 광촉매 효과가 안정적으로 유지되는 광촉매의 제조가 가능한 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의해 제조된 광촉매는 초발수성을 가짐으로써 수분에 의한 광촉매코팅층의 표면 오염을 방지하여 가시광선 영역대에서의 광촉매 분해가 더욱 향상되는 효과가 있다.
또한, 초발수성이 장시간 안정적으로 유지됨으로써 수분에 의한 곰팡이나 박테리아의 발생이 억제되어 위생적인 관리가 용이할 뿐만 아니라, 변색 및 노후화가 방지되어 사용 수명이 크게 늘어나는 효과도 있다.
본 발명에 관한 설명은 구조적이나 기능적 설명을 위한 실시 예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시 예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
즉, 실시 예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
본 발명에 관한 설명에서 사용되는 모든 용어는 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.
또한, "제1", "제2" 등의 용어는 서로 다른 구성 요소임을 구분하기 위해서 지칭할 것일 뿐, 제조된 순서에 구애받지 않는 것이며, 이들 용어에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다.
본 발명의 NOx 저감을 위한 이산화티탄 안료를 활용한 광촉매 제조방법은 저가의 광촉매인 이산화티탄을 이용하여 광촉매의 대량 생산이 가능하도록 광촉매액제조단계,광촉매액건조단계, 광촉매액열처리단계를 포함한다.
상기 광촉매액제조단계는, 이산화티타늄에 이산화규소가 도핑된 광촉매조성물을 이용해 광촉매액을 제조하기 위하여 도핑단계, 열처리단계, 혼합단계를 포함한다.
상기 도핑단계는, 이산화티타늄 분말과 증류수를 혼합한 현탁액에 이산화규소 분말을 첨가한 후 교반하여 이산화티타늄에 이산화규소가 도핑된 광촉매조성물을 제조한다.
상기 이산화티타늄은 티타늄 다이옥사이드라고도 하며, 금속 티타늄의 산화 형태로서, 빛을 받아도 자신은 변화하지 않아 반 영구적으로 사용할 수 있고, 염소(CL2)나 오존(O3)보다 산화력이 높아 살균력이 뛰어나며, 모든 유기물을 이산화탄소와 물로 분해할 수 있는 광촉매적 특성이 우수해 자외선을 받으면 뛰어난 광촉매 효과를 발휘하며 그 결정형에 따라 다양한 종류가 있으므로 특정 종류로 한정하는 것은 아님을 미리 밝혀둔다.
일 실시 예에서, 상기 이산화티타늄 분말은 1 내지 250㎛ 입자 크기인 것이 바람직하다.
일 실시 예에서, 상기 현탁액은 이산화티타늄 분말과 증류수를 1:1 비율로 혼합하는 것이 바람직하다.
이때, 증류수의 비율이 이산화티타늄보다 많으면, 너무 묽은 용액으로 제조되어 이산화규소의 도핑이 잘 일어나지 않는 문제점이 있으며, 증류수의 비율이 이산화티타늄보다 적으면, 교반이 어려워지게 된다.
일 실시 예에서, 상기 이산화규소 분말은 증류수와 혼합되는 이산화티타늄 분말의 양을 기준으로 5 내지 10 중량%로 첨가하는 것이 바람직하다.
일 실시 예에서, 상기 이산화규소 분말은 1 내지 200㎛ 입자 크기인 것이 바람직하다.
상기 열처리단계는, 도핑단계에서 제조된 이산화티타늄에 이산화규소가 도핑된 광촉매조성물을 전기로에 투입하여 800 내지 1,000℃의 온도로 4 내지 6시간 가열한다.
상기 혼합단계는 열처리가 완료된 광촉매조성물과 분산액을 혼합한다.
일 실시 예에서, 상기 분산액은 에탄올의 양을 기준으로, 테트라에톡시실란 5 내지 10 중량%, 메틸트리메톡시실란 1 내지 3 중량%를 25℃에서 30분 동안 교반하여 혼합한다.
일 실시 예에서, 상기 광촉매조성물과 분산액은 1:100 내지 200의 비율로 혼합하는 것이 바람직하다.
상기 광촉매액건조단계는, 광촉매액을 건조기에 투입하여 60 내지 80 ℃의 온도에서 1 내지 2시간 동안 건조시킨다.
상기 광촉매액열처리단계는, 광촉매액을 가열로에 투입하여 250 내지 500 ℃의 온도에서 30 내지 60분 동안 열처리한다.
NOx 저감을 위한 이산화티탄 안료를 활용한 광촉매특히, 열처리에 따라 이산화규소가 도핑된 이산화티타늄은 결정자(crystallite)가 높은 양으로 나타났으며 더 큰 크기의 기공이 형성됨과 동시에 대조적으로 표면 면적 및 기공 부피는 감소하였다.
또한, 기질에 있어서 더 작은 메조포어는 이산화티타늄 껍질 내부의 기공을 나타내고, 더 큰 메조 포어는 내부-집합된 기공에 의해서 유도된 도핑 및 소성에 의한 기공의 형성을 나타내었으며, 이러한 기공의 형성으로 인하여 반응성 분자(NOX)는 기공에 효과적으로 축적될 수 있기 때문에 광촉매 활성이 크게 증가하여 가시광선 영역에서도 탁월한 광촉매 효율을 발휘하게 된다.
또한, 이산화규소의 도핑에 광촉매코팅층의 표면에 물방울을 떨어뜨려 접촉각을 측정하였을 때, 140°이상의 접촉각을 이룸으로써 탁월한 초발수성을 발휘하게 된다.
따라서, 가시광 활성 초발수 광촉매 코팅층에 의해 초발수성이 장시간 안정적으로 유지됨으로써 비누, 샴프, 바디클렌저 등 각종 클렌징, 바디용품 등을 사용하는 과정에서 발생하는 거품이나 물이 타일 표면에 묻으면서 타일이 오염되는 것을 방지할 수 있게 된다.
또한, 초발수성이 장시간 안정적으로 유지됨으로써 수분에 의한 곰팡이나 박테리아의 발생이 억제되어 위생적인 관리가 용이할 뿐만 아니라, 변색 및 노후화가 방지되어 사용 수명이 크게 늘어나게 된다.
일 실시 예에서, 상기 광촉매액제조단계는, 은나노액혼합단계(S70)를 더 포함할 수 있다.
상기 은나노액은 나노 입자 크기의 은(Ag)이나, 은(Ag) 함유 화합물로 이루어지는 군에서 선택된 하나 이상이 포함된 은나노입자를 분산용매에 분산시켜 제조한다.
이때, 은나노액은 증류수 또는 에탄올을 분산용매로 사용하며, 100 ppm 내지 2,000 ppm의 양으로 균일하게 분산된 분산액 형태를 사용하는 것이 바람직하다.
일 실시 예에서, 상기 은나노입자는 1 내지 600㎛ 입자 크기인 것이 바람직하다.
일 실시 예에서, 상기 은나노액은 증류수와 혼합되는 이산화티타늄 분말의 양을 기준으로 1 내지 5 중량%로 첨가하는 것이 바람직하다.
이상과 같이 광촉매조성물에 은나노입자가 혼합됨으로써, 본 발명의 NOx 저감을 위한 이산화티탄 안료를 활용한 광촉매은 보다 강력한 살균 및 항균성이 발현된다.
즉, 은나노입자가 혼합 형성된 광촉매코팅층은 공기와의 반응에 의해 생기는 OH라디칼은 강력한 산화력을 발휘하여 살균과 동시에 균이나 박테리아의 세포를 파괴하고 균의 잔해까지도 분해ㆍ제거함으로써 주어진 조건에 관계없이 99%의 높은 살균과 항균작용을 발휘하여 균이나 박테리아의 번식을 원천적으로 차단하게 된다.
이상, 본 발명의 실시 예는 상술한 장치 및/또는 운용방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시 예의 구성에 대응하는 기능을 실현하기 위한 프로그램, 그 프로그램이 기록된 기록 매체 등을 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명일 실시 예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
또한, 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
Claims (4)
- 이산화티타늄에 이산화규소가 도핑된 광촉매조성물을 이용해 광촉매액을 제조하는 광촉매액제조단계;
상기 광촉매액을 건조기에 투입하여 건조시키는 광촉매액건조단계;
상기 광촉매액을 열처리하는 광촉매액열처리단계; 를 포함하는 NOx 저감을 위한 이산화티탄 안료를 활용한 광촉매 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 광촉매액제조단계는,
이산화티타늄 분말과 증류수를 혼합한 현탁액에 이산화규소 분말을 첨가한 후 교반하여 이산화티타늄에 이산화규소가 도핑된 광촉매조성물을 제조하는 도핑단계;
상기 도핑단계에서 제조된 광촉매조성물을 800 내지 1,000℃의 온도로 4 내지 6시간 가열하는 열처리단계;
상기 열처리된 광촉매조성물과 분산액을 혼합하는 혼합단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 NOx 저감을 위한 이산화티탄 안료를 활용한 광촉매 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 광촉매액건조단계는,
광촉매액을 건조기에 투입하여 60 내지 80 ℃의 온도에서 1 내지 2시간 동안 건조시키는 것을 특징으로 하는 NOx 저감을 위한 이산화티탄 안료를 활용한 광촉매 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 광촉매액열처리단계는,
광촉매액을 가열로에 투입하여 250 내지 500 ℃의 온도에서 30 내지 60분 동안 열처리하는 것을 특징으로 하는 NOx 저감을 위한 이산화티탄 안료를 활용한 광촉매 제조방법.
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| KR1020220113520A KR20240034477A (ko) | 2022-09-07 | 2022-09-07 | NOx 저감을 위한 이산화티탄 안료를 활용한 광촉매 제조방법 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR0180606B1 (ko) | 1995-09-18 | 1999-03-20 | 강박광 | 신규한 광촉매 및 그 제조방법, 그리고 이를 이용한 수소의 제조방법 |
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2022
- 2022-09-07 KR KR1020220113520A patent/KR20240034477A/ko unknown
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