WO2021080109A1 - 광촉매 비드의 제조 방법 및 광촉매 비드를 포함하는 광촉매 필터 - Google Patents
광촉매 비드의 제조 방법 및 광촉매 비드를 포함하는 광촉매 필터 Download PDFInfo
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Definitions
- the plurality of photocatalytic beads may include photocatalytic beads composed of titanium dioxide having an anatase crystal structure.
- the plurality of photocatalytic beads are drum included in the granulator while stirring the titanium dioxide powder, the adsorbent material powder and water as the impeller included in the granulator for manufacturing the plurality of photocatalytic beads rotates in the first direction.
- the titanium dioxide powder and the adsorption material powder may be granulated and formed as the titanium dioxide powder and the adsorbent material powder rotate in a second direction opposite the first direction.
- FIG. 4 is a block diagram schematically showing the constituent elements of a photocatalytic filter according to the present disclosure
- the plurality of photocatalytic beads may be classified (S130). Specifically, as described above, according to the manufacturing method of the present disclosure, photocatalytic beads of various sizes may be manufactured, and when a plurality of photocatalytic beads are formed, the formed photocatalytic beads may be classified according to size. For example, a plurality of photocatalytic beads can be classified into those having a size of 0.5 mm or more and less than 1.0 mm, 1.0 mm or more and less than 2.0 mm, 2.0 mm or more and less than 4.0 mm, and 4.0 mm or more and less than 5.0 mm.
- the plurality of photocatalytic beads 220 are, while stirring the titanium dioxide powder and water as the impeller included in the granulator for producing the photocatalytic beads rotates in the first direction, the drum included in the granulator is in the first direction and It may be formed while being granulated as it rotates in the second direction, which is the opposite direction.
- the plurality of photocatalytic beads 220 may include a photocatalytic bead 220 composed of titanium dioxide having an anatase crystal structure, thereby exhibiting excellent photocatalytic activity.
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Abstract
광촉매 비드(bead)의 제조 방법 및 광촉매 비드를 포함하는 광촉매 필터가 개시된다. 구체적으로, 본 개시에 따른 광촉매 비드의 제조 방법은 광촉매 비드를 제조하기 위한 제립기에 포함된 드럼 내에 이산화타이타늄(titanium dioxide, TiO 2) 분말 및 물을 준비하는 단계, 제립기에 포함된 임펠러를 제1 방향으로 회전하여 이산화타이타늄 분말 및 물을 교반하는 단계 및 이산화타이타늄 분말 및 물을 교반하는 동안, 제립기에 포함된 드럼을 제1 방향과 반대 방향인 제2 방향으로 회전하여 이산화타이타늄 분말이 과립화된 복수의 광촉매 비드를 형성하는 단계를 포함한다.
Description
본 개시는 광촉매 비드의 제조 방법 및 광촉매 비드를 포함하는 광촉매 필터에 관한 것으로서, 구체적으로, 제립기에 포함된 임펠러와 드럼을 서로 역방향으로 회전함으로써 교반 과정 및 과립화 과정을 동시에 수행하여 이산화타이타늄을 포함하는 광촉매 비드를 제조하는 방법, 그리고 그 제조 방법에 의해 제조된 광촉매 비드를 포함하는 광촉매 필터에 관한 것이다.
최근 공기 청정기의 필터에 관한 기술 분야에 있어서, 종래의 활성탄 필터와 같은 흡착식 필터가 가진 짧은 수명과 세균 증식 등의 문제점을 해결하기 위한 대안으로서, 광촉매 필터에 대한 연구가 계속되고 있다.
특히, 근래에는 필터의 다공체 표면이나 글래스(glass) 비드(bead) 등에 광촉매 소재를 코팅하거나, 광촉매 소재 자체로 다공체를 형성하는 방법으로 광촉매 필터를 제조하는 기술이 개발된 바 있으나, 이와 같은 방법으로 광촉매 필터를 제조하는 경우, 유해 가스 제거 성능 또는 기계적 안정성이 업계의 요구에 미치지 못하였다.
따라서, 광촉매 소재 자체를 비드화하는 방법을 이용하여 광촉매 필터를 제조하는 기술에 대한 연구가 계속되고 있으나, 종래 기술에 따르면 광촉매 비드의 제조 과정에 있어 고온 소결 과정 또는 바인더의 첨가가 필수적으로 요구되기 때문에 고순도 및 고성능의 광촉매 비드를 제조하는 데에는 한계가 있다. 뿐만 아니라, 종래 기술에 따르면 다양한 크기의 광촉매 비드를 효율적으로 제조하는 데에도 어려움이 따르는 것이 현실이다.
본 개시는 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 극복하기 위해 안출된 것으로서, 본 개시의 목적은 다양한 크기를 갖는 고순도 및 고성능의 광촉매 비드, 그리고 광촉매 비드를 포함하는 광촉매 필터를 효율적으로 제조하는 방법을 제공함에 있다.
상술한 바와 같은 본 개시의 목적을 달성하기 위한 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 광촉매 비드(bead)의 제조 방법은 상기 광촉매 비드를 제조하기 위한 제립기에 포함된 드럼 내에 이산화타이타늄(titanium dioxide, TiO
2) 분말 및 물을 준비하는 단계, 상기 제립기에 포함된 임펠러를 제1 방향으로 회전하여 상기 이산화타이타늄 분말 및 상기 물을 교반하는 단계 및 상기 이산화타이타늄 분말 및 상기 물을 교반하는 동안, 상기 드럼을 상기 제1 방향과 반대 방향인 제2 방향으로 회전하여 상기 이산화타이타늄 분말이 과립화된 복수의 광촉매 비드를 형성하는 단계를 포함한다.
여기서, 상기 복수의 광촉매 비드는 아나타제(anatase) 결정 구조의 이산화타이타늄으로 구성된 광촉매 비드를 포함할 수 있다.
한편, 상기 복수의 광촉매 비드는 1mm 이상의 지름을 갖는 광촉매 비드를 포함할 수 있다.
한편, 상기 복수의 광촉매 비드는 상기 이산화타이타늄 분말을 과립화하기 위한 바인더(binder)의 첨가 없이 제조될 수 있다.
한편, 상기 복수의 광촉매 비드는 섭씨 1000도 이상의 온도에서의 소결 과정 없이 제조될 수 있다.
한편, 상기 광촉매 비드의 제조 방법은 상기 형성된 복수의 광촉매 비드를 크기에 따라 분급하는 단계 및 상기 분급된 복수의 광촉매 비드를 건조하는 단계를 더 포함할 수 있다.
한편, 상기 드럼 및 상기 임펠러는 동일한 회전축을 기준으로 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향으로 회전하고, 상기 회전축은 지면을 기준으로 30 도 이상의 각도를 이룰 수 있다.
한편, 상기 임펠러는 복수의 블레이드를 포함하고, 상기 복수의 블레이드의 일측면은 상기 복수의 블레이드의 하부면을 기준으로 60도 미만의 각도를 이룰 수 있다.
상술한 바와 같은 본 개시의 목적을 달성하기 위한 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 광촉매 필터는 프레임 및 상기 프레임에 결합된 복수의 광촉매 비드(bead)를 포함한다. 그리고, 상기 복수의 광촉매 비드는 아나타제(anatase) 결정 구조의 이산화타이타늄으로 구성된 광촉매 비드를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 복수의 광촉매 비드는 상기 광촉매 비드를 제조하기 위한 제립기에 포함된 임펠러가 제1 방향으로 회전함에 따라 이산화타이타늄 분말 및 물을 교반하는 동안, 상기 제립기에 포함된 드럼이 상기 제1 방향과 반대 방향인 제2 방향으로 회전함에 따라 상기 이산화타이타늄 분말이 과립화되어 형성될 수 있다.
한편, 상기 복수의 광촉매 비드는 1mm 이상의 지름을 갖는 광촉매 비드를 포함할 수 있다.
한편, 상기 복수의 광촉매 비드 중 일부는 산처리 또는 섭씨 200도 내지 600도의 온도 하에서의 열처리가 수행된 광촉매 비드일 수 있다.
한편, 상기 복수의 광촉매 비드는 상기 이산화타이타늄 분말을 과립화하기 위한 바인더(binder)의 첨가 없이 제조될 수 있다.
한편, 상기 복수의 광촉매 비드는 섭씨 1000도 이상의 온도에서 소결되지 않고 제조될 수 있다.
*한편, 상기 복수의 광촉매 비드 각각은 상기 이산화타이타늄 및 흡착 물질을 포함하고, 상기 복수의 광촉매 비드 각각에서 상기 흡착 물질의 중량%는 50 미만일 수 있다.
여기서, 상기 흡착 물질의 중량%는 2 내지 30일 수 있다.
한편, 상기 복수의 광촉매 비드는 상기 복수의 광촉매 비드를 제조하기 위한 제립기에 포함된 임펠러가 제1 방향으로 회전함에 따라 이산화타이타늄 분말, 흡착 물질 분말 및 물을 교반하는 동안, 상기 제립기에 포함된 드럼이 상기 제1 방향과 반대 방향인 제2 방향으로 회전함에 따라 상기 이산화타이타늄 분말 및 상기 흡착 물질 분말이 과립화되어 형성될 수 있다.
한편, 상기 흡착 물질은 제올라이트(zeolite), 세피올라이트(sepiolite) 및 메조포러스 실리카(mesoporous SiO
2) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제올라이트는 천연 제올라이트 및 합성 제올라이트 중 하나일 수 있다.
여기서, 상기 합성 제올라이트는 A 제올라이트, X 제올라이트, Y 제올라이트, ZSM-5(Zeolite Socony Mobil number 5) 제올라이트 및 베타 제올라이트 중 하나일 수 있다.
한편, 상기 흡착 물질은 상기 복수의 광촉매 비드 내에서 기 설정된 범위의 비율로 함유될 수 있다.
도 1a는 본 개시의 일 실시 예에 따른 광촉매 비드의 제조 방법의 전체 흐름을 간략하게 나타내는 흐름도,
도 1b는 도 1의 준비 과정, 교반 과정 및 과립화 과정을 보다 상세하게 나타내는 흐름도,
도 2a는 본 개시에 따른 광촉매 비드를 제조하기 위한 제립기의 구성을 설명하기 위한 도면,
도 2b는 제립기(100)에 포함되는 임펠러를 보다 상세하게 설명하기 위한 도면,
도 3a 내지 도 3d는 본 개시에 따른 광촉매 비드를 구성하는 이산화타이타늄의 아나타제 결정 구조와 그에 따른 성질 등에 대해 설명하기 위한 도면,
도 4는 본 개시에 따른 광촉매 필터의 구성 요소를 간략하게 나타내는 블록도,
도 5a 및 도 5b는 본 개시에 따른 광촉매 필터가 서로 다른 반응성을 가지는 복수의 광촉매 비드를 포함하는 경우에 관련된 실시 예를 설명하기 위한 도면,
도 6은 본 개시에 따른 광촉매 비드가 흡착 물질을 포함하는 실시 예에 대해 설명하기 위한 도면, 그리고,
도 7a 및 도 7b는 본 개시의 다양한 실시 예에 따른 광촉매 필터를 공기청정기에 적용하여 Clean Air(CA) 규격 시험법에 따른 유해 가스 분해 실험을 수행한 결과를 나타내는 그래프이다.
본 실시 예들은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 특정한 실시 형태에 대해 범위를 한정하려는 것이 아니며, 본 개시의 실시 예의 다양한 변경(modifications), 균등물(equivalents), 및/또는 대체물(alternatives)을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다.
본 개시를 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 개시의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.
덧붙여, 하기 실시 예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 개시의 기술적 사상의 범위가 하기 실시 예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시 예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 개시의 기술적 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
본 개시에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 권리범위를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 개시에서, "가진다," "가질 수 있다," "포함한다," 또는 "포함할 수 있다" 등의 표현은 해당 특징(예: 수치, 기능, 동작, 또는 부품 등의 구성요소)의 존재를 가리키며, 추가적인 특징의 존재를 배제하지 않는다.
본 개시에서, "A 또는 B," "A 또는/및 B 중 적어도 하나," 또는 "A 또는/및 B 중 하나 또는 그 이상"등의 표현은 함께 나열된 항목들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다. 예를 들면, "A 또는 B," "A 및 B 중 적어도 하나," 또는 "A 또는 B 중 적어도 하나"는, (1) 적어도 하나의 A를 포함, (2) 적어도 하나의 B를 포함, 또는 (3) 적어도 하나의 A 및 적어도 하나의 B 모두를 포함하는 경우를 모두 지칭할 수 있다.
한편, 도면에서의 다양한 요소와 영역은 개략적으로 그려진 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상은 첨부한 도면에 그려진 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되지 않는다.
이하에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 개시에 따른 실시 예에 대하여 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
도 1a는 본 개시의 일 실시 예에 따른 광촉매 비드의 제조 방법의 전체 흐름을 간략하게 나타내는 흐름도, 그리고, 도 1b는 도 1의 준비 과정, 교반 과정 및 과립화 과정을 보다 상세하게 나타내는 흐름도이다.
광촉매(photocatalyst)란 빛을 에너지원으로 하여 화학 반응의 속도에 영향을 주는 물질을 말하며, 특히 화학 반응의 속도를 증가시키는 정촉매의 역할을 하는 것이 일반적이다. 그리고, 광촉매는 이산화티타늄(titanium dioxide, TiO
2), 산화아연(zinc Oxide, ZnO), 황화 카드뮴(cadmium sulfide, CdS) 및 산화 지르코늄(zirconium dioxide, ZrO
2) 등으로 구성될 수 있다. 한편, 광촉매 비드(bead)란 광촉매가 비드 형태로 구현된 것을 말한다.
광촉매 반응(photocatalytic reaction)이란 광촉매에 의해 촉진되는 화학 반응으로서, 자외선이 조사된 광촉매 표면에서 생성된 라디컬의 강한 산화력에 의해 광촉매 표면에 흡착된 물질을 분해하는 반응을 말한다. 구체적으로, 밴드 갭(band gap) 에너지 이상의 빛 에너지가 광촉매에 조사되면, 광자(photon)는 가전자대(valence band)로부터 전도대(conduction band)로 전자를 여기시키고 가전자대에 정공(positive hole)을 남긴다. 그리고, 가전자대의 정공과 전도대의 전자는 광촉매 표면에서 산화 및 환원되면서 광촉매에 흡착된 물질을 인체에 무해한 이산화탄소 또는 물 등으로 분해하게 된다. 예를 들어, 이산화타이타늄으로 구성된 광촉매 비드의 경우, 파장이 400 nm 이하인 자외선 영역에서 광촉매 활성이 나타난다.
도 1a에 도시된 바와 같이, 본 개시에 따른 광촉매 비드(bead)의 제조 방법은 이산화타이타늄(titanium dioxide, TiO
2) 분말 및 물을 준비함으로써 개시될 수 있다(S110). 구체적으로, 이산화타이타늄 분말 및 물은 본 개시에 따른 광촉매 비드를 제조하기 위한 제립기의 드럼 내에 준비될 수 있다(S111). 전술한 바와 같이 광촉매는 다양한 물질로 구성될 수 있으나, 본 개시를 설명함에 있어서는 특히 이산화타이타늄으로 구성된 광촉매 비드에 대해 설명한다.
이산화타이타늄 분말 및 물이 준비되면, 이산화타이타늄 분말 및 물을 교반(agitation)하고, 이산화타이타늄 분말을 과립화(granulation)할 수 있다(S120). 그리고, 이산화타이타늄 분말이 과립화됨으로써 이산화타이타늄 분말은 복수의 광촉매 비드로 형성될 수 있다. 본 개시를 설명함에 있어서 '광촉매 비드의 형성'이라는 용어는 이산화타이타늄 분말이 과립화되어 비드 형태의 이산화타이타늄이 형성된다는 것을 의미하며, 후술하는 바와 같은 건조 과정까지 완료됨에 따라 '광촉매 비드가 제조'되는 것과는 구별되는 의미로 사용된다.
구체적으로, 도 1b 도시된 바와 같이, 본 개시에 따른 이산화타이타늄 분말 및 물의 교반 과정은 제립기에 포함된 임펠러를 제1 방향으로 회전함으로써 수행될 수 있다(S121). 즉, 교반 과정은 본 개시에 따른 임펠러가 제1 방향으로 회전함에 따라 발생된 운동 에너지에 의해 이산화타이타늄 분말 및 물이 균일한 반건조 상태의 혼합물로 만드는 과정을 말한다.
한편, 본 개시에 따른 이산화타이타늄 분말의 과립화 과정은 이산화타이타늄 분말 및 물을 교반하는 동안, 제립기에 포함된 드럼을 제1 방향과 반대 방향인 제2 방향으로 회전함으로써 수행될 수 있다(S122). 즉, 본 개시에 따른 교반 및 과립화 과정은 각각 교반기와 제립기를 통해 별도로 수행되는 것이 아니라, 광촉매 비드를 제조하기 위한 제립기 내에서 함께 수행될 수 있다.
구체적으로, 과립화 과정은 본 개시에 따른 제립기에 포함된 임펠러가 제1 방향으로 회전하는 동안 제립기에 포함된 드림이 제1 방향과 반대 방향인 제2 방향으로 회전함에 따라 수행될 수 있다. 예를 들어, 제1 방향의 회전은 제립기에 포함된 임펠러가 시계 방향으로 회전하는 것일 수 있으며, 제2 방향의 회전은 제립기에 포함된 드림이 반시계 방향으로 회전하는 것일 수 있다. 본 개시에 따른 제립기에 포함된 구성에 대해서는 도 2a 및 도 2b를 참조하여 상세하게 설명한다.
한편, 전술한 바와 같은 과립화 과정은 이산화타이타늄 분말을 과립화하기 위한 위한 시드(seed) 및 바인더(binder)의 첨가 없이 수행될 수 있다. 또한, 본 개시에 따른 광촉매 비드는 다양한 크기로 제조될 수 있다. 이에 대해서는 이하에서 본 개시에 따른 제조 방법을 종래 기술에 따른 제조 방법과 비교함으로써 구체적으로 설명한다.
먼저, 제립기의 회전을 통해 광촉매 비드를 제조하기 위한 종래 기술에 따르면, 교반 및 과립화 과정은 각각 교반기 및 임펠러를 포함하지 않는 제립기를 통해 별도로 수행되었다. 구체적으로, 종래 기술에 따르면, 이산화타이타늄 분말과 접착제 역할을 할 수 있는 바인더를 교반기에 첨가하여 교반하고, 별도의 제립기에 교반물과 물, 그리고 시드를 첨가하여 제립기를 회전시킴으로써 과립화 과정을 수행할 수 있었다. 다시 말해, 종래 기술의 경우 과립화를 위한 시드 및 바인더의 첨가 없이는 수행되기 어려운 문제가 있었다. 또한, 과립화 과정 중 교반 과정이 함께 수행되지 않으므로 과립화가 진행되는 동안 이산화타이타늄 분말이 균일하게 섞이지 않게 되고, 이에 따라 약 1mm의 지름을 갖는 크기까지 과립화가 진행된 후에는 비드 형태가 유지되지 않는 문제점이 있었다.
반면, 전술한 바와 같이 본 개시에 따른 교반 및 과립화 과정은 각각 교반기와 제립기를 통해 별도로 수행되는 것이 아니라, 제립기 내에서 함께 수행될 수 있다. 구체적으로, 본 개시의 제조 방법에 따르면, 제립기 내의 임펠러와의 충돌 과정 중에 이산화타이타늄 분말 자체에서 시드 역할을 할 수 있는 입자가 발생될 수 있다. 그리고, 제립기에 포함된 임펠러가 제1 방향으로 회전하는 동안 제립기에 포함된 드럼이 제1 방향과 반대 방향인 제2 방향으로 회전함에 따라, 시드 역할을 할 수 있는 입자를 중심으로 과립화가 진행되어 광촉매 비드가 형성될 수 있다. 나아가 과립화 과정이 수행되는 동안 동시에 교반 과정이 수행되면서 이산화타이타늄 분발이 계속적으로 균일하게 섞이게 되므로, 과립화 과정이 지속적으로 수행되어 다양한 크기의 광촉매 비드가 형성될 수 있다.
이상에서 상술한 바와 같이, 본 개시의 제조 방법에 따르면, 과립화를 위한 시드의 첨가 없이 바인더 프리(binder-free)의 순도 높은 광촉매 비드가 제조될 수 있으며, 지름이 약 0.5mm 내지 5mm인 다양한 크기의 광촉매 비드, 특히 1mm 이상의 지름을 갖는 광촉매 비드가 제조될 수 있다.
한편, 상술한 바와 같이 과립화 과정이 수행되는 동안 동시에 교반 과정이 수행되고, 교반 및 과립화 과정 중 제립기와 임펠러가 서로 역방향으로 회전하면서 지속적으로 과립화가 진행될 수 있으므로, 본 개시의 제조 방법에 따르면 충분한 경도의 광촉매 비드를 형성할 수 있다. 특히, 본 개시에 따른 광촉매 비드는 섭씨 1000도 이상의 온도에서의 추가적인 고온 소결 과정 없이 제조될 수 있다. 따라서, 본 개시에 따른 광촉매 비드는 아나타제(anatase) 결정 구조의 이산화타이타늄으로 구성될 수 있으며, 이에 따라 우수한 광촉매 활성을 나타내게 된다. 아나타제 결정 구조 및 그에 따른 성질에 대해서는 도 3a 내지 도 3d를 참조하여 구체적으로 설명한다.
한편, 이산화타이타늄 분말이 과립화되어 복수의 광촉매 비드가 형성되면, 복수의 광촉매 비드를 분급할 수 있다(S130). 구체적으로, 전술한 바와 같이 본 개시의 제조 방법에 따르면 다양한 크기의 광촉매 비드가 제조될 수 있으며, 복수의 광촉매 비드가 형성되면, 형성된 복수의 광촉매 비드를 크기 별로 분급할 수 있다. 예를 들어, 복수의 광촉매 비드를 0.5mm 이상 1.0mm 미만인 것, 1.0mm 이상 2.0mm 미만인 것, 2.0mm 이상 4.0mm 미만인 것, 그리고 4.0mm 이상 5.0mm 미만인 것 등으로 분급할 수 있다.
한편, 복수의 광촉매 비드가 분급되면, 복수의 광촉매 비드를 건조할 수 있다(S140). 복수의 광촉매 비드를 건조하는 조건에 특별한 제한이 있는 것은 아니지만, 후술하는 바와 같이 이산화타이타늄이 아나타제에서 루타일로 상전이(phase transition)를 일으키거나 의도치 않게 광촉매 비드의 산성 가스에 대한 반응성이 저하되지 않도록, 섭씨 150도 이하에서 건조하는 것이 바람직할 수 있다.
한편, 도 1에서는 복수의 광촉매 비드를 분급하는 과정이 수행된 후 복수의 광촉매 비드를 건조하는 과정이 수행되는 것으로 도시하였으나, 이는 본 개시에 따른 일 실시 예를 명확하게 나타내기 위한 것일 뿐, 복수의 광촉매 비드를 분급하고 건조하는 과정에 시계열적 순서가 정해져 있는 것은 아니다. 즉, 복수의 광촉매 비드를 건조한 후 건조된 광촉매 비드를 분급하는 것도 가능하며, 뿐만 아니라 복수의 광촉매 비드를 전건조한 후 분급하고 다시 후건조하는 것도 가능하다.
상술한 바와 같은 본 개시의 제조 방법에 따르면, 다양한 크기를 갖는 고순도 및 고성능의 광촉매 비드를 효율적으로 제조할 수 있게 된다.
도 2a는 본 개시에 따른 광촉매 비드를 제조하기 위한 제립기(100)의 구성을 설명하기 위한 도면, 그리고 도 2b는 제립기(100)에 포함되는 임펠러(110)를 보다 상세하게 설명하기 위한 도면이다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 본 개시에 따른 제립기(100)는 임펠러(110) 및 드럼(120)을 포함할 수 있다.
임펠러(110)는 회전축(121) 및 복수의 블레이드(122, 123)를 포함할 수 있다. 도 2b에서는 회전축(121)의 일부만을 도시하였으나, 회전축(121)은 일측으로 연장되어 제1 모터(미도시)에 연결될 수 있다. 그리고, 임펠러(110)의 회전축(121)은 도 2a에 도시된 바와 같이 지면을 기준으로 30도 이상의 각도(a)를 이루도록 배치될 수 있다. 한편, 도 2b에 도시된 바와 같이, 복수의 블레이드 중 일부(123)의 일측면은 블레이드의 하부면을 기준으로 60도 미만의 각도(b)를 이루는 형태로 구현될 수 있다. 또한, 도 2b에 도시된 바와 같이, 복수의 블레이드 중 일부(122)는 다른 일부(123)와 회전축(121)을 기준으로 90도의 각도를 이루도록 배치될 수 있다. 여기서, 회전축(121)의 각도(a), 복수의 블레이드 중 일부(123)의 일측면 각도(b), 블레이드의 개수, 그리고 복수의 블레이드(122, 123) 사이의 각도 등은 본 개시에 따른 교반 및 과립화 과정을 효율적으로 수행하기 위해 다양하게 선택될 수 있으며, 상술한 예에 국한되는 것은 아니다.
한편, 임펠러(110)는 본 개시에 따른 이산화타이타늄 분말 및 물을 교반할 수 있다. 구체적으로, 임펠러(110)는 도 2a에 도시된 바와 같이 드럼(120)의 내부에 배치되고, 회전축(121)을 통해 제1 모터(미도시)에 연결될 수 있다. 제1 모터(미도시)가 회전되면, 제1 모터(미도시)의 회전에 따른 운동 에너지는 회전축(121)을 통해 임펠러(110)에 전달되고, 그에 따라 임펠러(110)는 제1 방향(11)으로 회전될 수 있다. 임펠러(110)가 제1 방향(11)으로 회전되면, 드럼(120)의 내부에 준비된 이산화타이타늄 분말 및 물은 균일하게 섞이면서 반건조 상태의 혼합물이 될 수 있다.
드럼(120)은 본 개시에 따른 이산화타이타늄 분말 및 물이 수용한다. 즉, 드럼(120)은 본 개시에 따른 교반 및 과립화 과정이 수행되는 공간으로서의 역할을 한다. 그리고, 드럼(120)은 이산화타이타늄 분말을 과립화할 수 있다. 구체적으로 드럼(120)은 제2 모터(미도시)에 연결되어 제2 모터(미도시)의 구동에 의해 회전할 수 있다. 드럼(120)이 제2 방향(12)으로 회전되면, 이산화타이타늄 및 물의 교반에 따라 형성된 반건조 상태의 혼합물은 드럼(120)의 회전에 따른 운동 에너지를 바탕으로 과립화되면서 복수의 광촉매 비드로 형성될 수 있다. 한편, 드럼(120)의 회전축(미도시)은 임펠러(110)의 회전축(121)과 동일 선상에 위치할 수 있다.
특히, 전술한 바와 같이 본 개시에 따른 교반 및 과립화 과정은 제립기(100) 내에서 함께 수행될 수 있다.
구체적으로, 본 개시의 제조 방법에 따르면, 제립기(100) 내의 임펠러(110)와의 충돌 과정 중에 이산화타이타늄 분말 자체에서 시드 역할을 할 수 있는 입자가 발생될 수 있다. 그리고, 제립기(100)에 포함된 임펠러(110)가 제1 방향(11)으로 회전하는 동안 제립기(100)에 포함된 드럼(120)이 제1 방향(11)과 반대 방향인 제2 방향(12)으로 회전함에 따라, 시드 역할을 할 수 있는 입자를 중심으로 과립화가 진행되어 광촉매 비드가 형성될 수 있다. 나아가 과립화 과정이 수행되는 동안 동시에 교반 과정이 수행되면서 이산화타이타늄 분발이 계속적으로 균일하게 섞이게 되므로, 과립화 과정이 지속적으로 수행되어 다양한 크기의 광촉매 비드가 형성될 수 있다.
도 3a 내지 도 3d는 본 개시에 따른 광촉매 비드를 구성하는 이산화타이타늄의 아나타제 결정 구조와 그에 따른 성질에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 3a는 이산화타이타늄의 상평형도(phase diagram)를 나타내는 도면이다. 즉, 도 3a에 도시된 바와 같이, 이산화타이타늄은 온도 및 기압 조건에 따라 아나타제(anatase), 루타일(rutile) 및 스리란카이트(srilankite)와 같이 상이한 결정 구조로 존재할 수 있다. 특히, 도 3a을 참조하면, 약 1 GPa의 기압 하에서 약 섭씨 550도 이상으로 온도를 증가시키는 경우, 이산화타이타늄는 아나타제에서 루타일로 상전이(phase transition)를 일으킬 수 있다.
한편, 도 3b 및 도 3c에 각각 아나타제 및 루타일의 결정 구조를 도시하였다. 도 3b 및 도 3c에 도시된 바와 같은 결정 구조의 차이에 따라, 아나타제와 루타일은 서로 다른 물리적 성질을 가진다. 구체적으로, 아나타제와 루타일은 결정 구조의 차이에 따라 서로 다른 비중, 굴절률, 경도, 녹는점 및 밴드 갭 에너지 등을 가진다.
특히, 아나타제는 루타일에 비하여 더 높은 광촉매 활성을 나타내며, 따라서 광촉매 비드의 재료로 아나타제 상의 이산화타이타늄이 사용되는 경우 루타일 상의 이산화타이타늄이 사용되는 경우에 비해 훨씬 우수한 성능을 나타낸다.
구체적으로, 아나타제는 루타일로 상전이가 일어나는 경우 고온에서의 입자 조대화에 의한 비표면적 감소가 일어나지 않으므로, 상대적으로 루타일 상에 비하여 높은 비표면적을 가지며, 그에 따라 더 많은 활성 자리를 가지기 때문에 광촉매 반응성이 더 우수하다. 뿐만 아니라, 아나타제의 전도대의 위치가 루타일보다 더욱 마이너스의 위치에 있다는 점, 그리고 아나타제의 결정 구조 상 표면에 대한 수산화기나 산소의 흡착도가 더 높다는 점 또한 아나타제의 높은 광촉매 활성에 기여할 수 있다.
도 3d는 본 개시에 따른 제조 방법에 의해 제조된 광촉매 비드의 XRD(X-ray diffraction) 그래프를 나타낸다. 도 3d에 도시된 바와 같이, 본 개시에 따른 광촉매 비드의 경우 XRD 그래프의 주 피크들은 아나타제의 주 피크들과 일치한다는 것을 확인할 수 있다(JCPDS card no.00-021-1272 참조). 그리고, 이와 같은 결과는 본 개시에 따른 제조 방법에 있어서 섭씨 1000도 이상의 온도에서의 고온 소결 과정을 필요로 하지 않는다는 점에서 비롯된다는 점은 도 1a 및 도 1b를 참조하여 상술한 바 있다.
다시 말해, 본 개시에 따른 광촉매 비드는 섭씨 1000도 이상의 온도에서의 추가적인 고온 소결 과정 없이 제조될 수 있기 때문에 루타일로의 상전이를 일으키지 않고 아나타제 결정 구조로 존재할 수 있으며, 이에 따라 우수한 광촉매 활성을 나타내게 된다.
도 4는 본 개시에 따른 광촉매 필터(200)의 구성 요소를 간략하게 나타내는 블록도이다.
광촉매 필터(200)란 광촉매 반응에 의하여 공기 중의 유해 가스를 제거할 수 있는 필터를 말한다. 그리고, 도 4에 도시된 바와 같이, 본 개시에 따른 광촉매 필터(200)는 필터 프레임(210) 및 복수의 광촉매 비드(220)를 포함할 수 있다.
필터 프레임(210)은 광촉매 필터(200) 전체의 크기와 형태를 결정하고 복수의 광촉매 비드(220)를 지지하는 구성이다. 구체적으로, 필터 프레임(210)은 광촉매 필터(200)가 공기를 통과시킬 수 있도록 하는 통기성의 필터 프레임(210)일 수 있다. 예를 들어, 필터 프레임(210)은 소정 크기의 메시(mesh)를 포함하는 망사 형태로 구현될 수 있으며, 이 경우 메시의 크기는 광촉매 비드(220)가 통과할 수 없을 정도의 크기를 가질 수 있다. 한편, 필터 프레임(210)은 스테인레스 스틸과 같은 금속 재질로 이루어질 수 있다. 다만 본 개시에 따른 필터 프레임(210)의 재료, 크기 및 형태 등에 특별한 제한이 있는 것은 아니다.
복수의 광촉매 비드(220)는 전술한 바와 같이 광촉매가 비드 형태로 구현된 것을 말한다. 복수의 광촉매 비드(220)는 필터 프레임(210) 상에 소정의 간격 및 개수로 배치될 수 있으며, 그 간격 및 개수에 특별한 제한이 따르는 것은 아니다. 특히, 복수의 광촉매 비드(220)는 도 1a 내지 도 3d를 참조하여 상술한 바와 같은 제조 방법에 의해 제조될 수 있다.
구체적으로, 복수의 광촉매 비드(220)는 광촉매 비드를 제조하기 위한 제립기에 포함된 임펠러가 제1 방향으로 회전함에 따라 이산화타이타늄 분말 및 물을 교반하는 동안, 제립기에 포함된 드럼이 제1 방향과 반대 방향인 제2 방향으로 회전함에 따라 과립화되면서 형성될 수 있다. 그리고, 복수의 광촉매 비드(220)는 아나타제 결정 구조의 이산화타이타늄으로 구성된 광촉매 비드(220)를 포함할 수 있으며, 그에 따라 우수한 광촉매 활성을 나타낼 수 있다.
한편, 복수의 광촉매 비드(220)는 다양한 크기의 광촉매 비드(220)를 포함할 수 있다. 즉, 전술한 바와 같은 본 개시의 제조 방법에 따르면, 지름이 약 0.5mm 내지 5mm인 다양한 크기의 광촉매 비드(220)가 제조될 수 있으며, 특히 1mm 이상의 지름을 갖는 광촉매 비드(220)를 포함할 수 있다. 그리고, 본 개시에 따른 광촉매 필터(200)는 본 개시의 제조 방법에 따라 제조된 다양한 크기의 광촉매 비드(220)를 포함할 수 있다.
한편, 복수의 광촉매 비드(220) 중 일부는 다른 일부와 서로 다른 반응성을 가지도록 후처리되어, 후처리되지 않은 광촉매 비드(220)와 함께 광촉매 필터(200)에 포함될 수 있는바, 이에 대해서는 도 5a 및 도 5b를 참조하여 상술한다.
한편, 이상에서는 본 개시에 따른 광촉매 필터(200)가 본 개시에 따른 제조 방법에 의해 제조된 광촉매 비드만을 포함하는 것처럼 설명하였으나, 본 개시가 이에 국한되는 것은 아니다. 즉, 광촉매 필터(200)는 본 개시에 따른 제조 방법에 의해 제조된 광촉매 비드와 함께, 본 개시에 따른 제조 방법과 상이한 방법으로 제조된 광촉매 비드를 모두 포함하는 방식으로 구현될 수도 있다.
한편, 본 개시에 따른 광촉매 필터(200)는 공기 청정기의 내부에 배치되어 공기 청정기의 내부로 흡입되는 유해 가스를 분해할 수 있다. 구체적으로, 공기 청정기는 공기를 흡입하는 팬(fan), 팬을 통해 흡입된 공기에 포함된 유해 가스를 분해하는 광촉매 필터(200), 광촉매 필터(200)에 포함된 광촉매 비드(220)가 광촉매 반응을 수행할 수 있도록 광촉매 비드(220)에 자외선을 조사하는 발광부, 공기 청정기를 제어하기 위한 명령어를 포함하는 메모리 및 메모리에 저장된 명령어를 실행함으로써 공기 청정기의 동작을 제어하는 프로세서 등을 포함할 수 있다. 한편, 공기 청정기는 본 개시에 따른 광촉매 필터(200) 이외에도 프리 필터, 헤파 필터, 탈취 필터 및 이산화탄소 흡착 필터 등과 같은 다양한 필터를 더 포함할 수 있으며, 발광부는 복수의 LED를 포함할 수 있다.
이상에서 상술한 바와 같은 광촉매 필터는 우수한 유해 가스 제거 성능을 나타낼 수 있다. 본 개시의 다양한 실시 예에 따른 유해 가스 분해 실험의 결과에 대해서는 도 7a 및 도 7b를 참조하여 설명한다.
도 5a 및 도 5b는 본 개시에 따른 광촉매 필터(200)가 서로 다른 반응성을 가지는 복수의 광촉매 비드(220)를 포함하는 경우에 관련된 실시 예를 설명하기 위한 도면이다.
*도 1b를 통해 상술한 바와 같이 본 개시의 제조 방법에 따르면, 과립화 과정과 동시에 교반 과정이 수행되고, 교반 및 과립화 과정 중 제립기에 포함된 임펠러와 드럼이 서로 역방향으로 회전함에 따라 충분한 경도의 광촉매 비드(220)를 형성할 수 있다. 즉, 본 개시에 따른 광촉매 비드(220)는 섭씨 1000도 이상의 온도에서의 추가적인 고온 소결 과정 없이 제조될 수 있다. 따라서, 본 개시에 따른 광촉매 비드(220)에 대하여 추가적인 후처리가 용이하게 수행될 수 있다. 본 개시를 설명함에 있어서 후처리라는 용어는 도 1a 내지 도 3d를 참조하여 설명한 바와 같은 제조 방법에 따라 광촉매 비드(220)가 제조된 후에 광촉매 비드(220)의 표면 특성을 조절하기 위해 수행되는 처리 과정을 총칭하기 위해 사용된다.
본 개시의 제조 방법에 따라 제조된 광촉매 비드(220)는 아나타제 결정 구조의 이산화타이타늄으로 구성되어 우수한 광촉매 활성을 나타내지만, 산성 가스에 대한 반응성에 비하여 염기성 가스에 대한 반응이 상대적으로 떨어질 수 있다. 따라서, 광촉매 비드(220) 표면의 pH를 감소시키기 위해 산처리를 수행하거나, 소정의 온도 하에서의 열처리를 수행할 수 있다. 여기서, 소정의 온도는 광촉매 비드(220)의 염기성 가스에 대한 반응성을 향상시키면서도 아나타제에서 루타일로의 상전이가 일어나지 않도록 하는 범위 내의 온도로서, 섭씨 200도 내지 600도의 범위 내에서 결정될 수 있으며, 바람직하게는 섭씨 300도 내지 400도의 범위 내에서 결정될 수 있다.
한편, 본 개시에 따른 광촉매 필터(200)는 상술한 바와 같은 후처리 과정이 수행된 광촉매 비드(220)와 후처리 과정이 수행되지 않은 광촉매 비드(220)를 모두 포함할 수 있다. 구체적으로, 광촉매 필터(200)는 상술한 바와 같은 후처리 과정이 수행되어 염기성 가스에 대한 반응성이 향상된 광촉매 비드(220-1)와 후처리 과정이 수행되지 않아 산성 가스에 대한 반응성이 높게 유지된 광촉매 비드(220-2)를 모두 포함할 수 있다.
특히, 본 개시에 따른 광촉매 필터(200)는 광촉매 비드(220-1)와 광촉매 비드(220-2)가 도 5a에 도시된 바와 같이 하나의 필터 프레임(210) 내에 혼합된 형태로 배치된 필터일 수 있으며, 뿐만 아니라 도 5b에 도시된 바와 같이 광촉매 비드(220-1)와 광촉매 비드(220-2)가 복수의 필터 프레임(210-1, 210-2) 내에 각각 배치되고 복수의 필터 프레임(210-1, 210-2)이 직렬로 배치된 필터로 구현될 수도 있다.
이상에서 도 5a 및 도 5b를 참조하여 상술한 바와 같은 광촉매 필터(200)에 따르면, 산성 가스와 염기성 가스 모두에 대해 수준 높은 제거 성능을 확보할 수 있게 된다.
도 6은 본 개시에 따른 광촉매 비드가 흡착 물질을 포함하는 실시 예에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 6을 참조하면, 본 개시의 일 실시 예에 따른 복수의 광촉매 비드(600) 각각은 이산화타이타늄(610) 및 흡착 물질(620)을 포함할 수 있다. 즉, 도 6은 광촉매 비드(600) 중 하나(600)에 포함된 이산화타이타늄(610) 분자들 및 흡착 물질(620)의 분자들, 그리고, 그 광촉매 비드(600)의 일부(600')를 확대하여 나타낸 도면을 포함한다. 이산화타이타늄(610)을 포함하는 광촉매 비드(220)에 대해서는 도1a 내지 도 5b를 참조하여 상술하였으므로, 이하에서는 흡착 물질(620) 및 흡착 물질(620)을 포함하는 광촉매 비드(600)에 대해 상술한다. 한편, 이하에서는 설명의 편의를 위해, 이산화타이타늄(610)을 포함하고 흡착 물질(620)은 포함하지 않는 광촉매 비드(220)를 '제1 광촉매 비드'라고 지칭하고, 이산화타이타늄(610) 및 흡착 물질(620)을 모두 포함하는 소위 하이브리드 광촉매 비드(600)를 '제2 광촉매 비드'라고 지칭한다.
흡착 물질(620)은 유해 가스(630)를 흡착하여 유해 가스(630)가 용이하게 분해되도록 할 수 있다. 구체적으로, 팬을 통해 유해 가스(630)가 포함된 공기가 흡입되면, 흡착 물질(620)은 유해 가스(630)를 포획하고, 포획된 유해 가스(630)를 흡착 물질(620)에 인접한 이산화타이타늄(610)에 확산시킬 수 있다. 흡착 물질(620)로부터 이산화타이타늄(610)으로 유해 가스(630)가 확산되면, 이산화타이타늄(610)은 도 1a에 대한 설명에서 상술한 바와 같은 광촉매 반응을 통해 유해 가스(630)를 분해할 수 있다. 즉, 광촉매 비드(600)에 포함된 흡착 물질(620)은 다양한 종류의 유해 가스(630) 중에서도 특히 이산화타이타늄(610)에 흡착되기 어려운 유해 가스(630)를 포획하여 이산화타이타늄(610)으로 확산시킴으로써, 유해 가스(630)의 제거율을 높이는 역할을 수행할 수 있다.
광촉매 비드(600)의 전체 구성에서 흡착 물질(620)이 차지하는 비율은 이산화타이타늄(610)의 유해 가스(630) 분해 기능을 약화시키지 않으면서도 흡착 물질(620)의 유해 가스(630)의 흡착 기능을 향상시킬 수 있는 범위 내에서 결정될 수 있다. 구체적으로, 광촉매 비드(600)에서 흡착 물질(620)의 중량%는 50미만일 수 있다. 예를 들어, 광촉매 비드(600)에서 흡착 물질(620)의 중량%는 2 내지 [20]30일 수 있다.
한편, 본 개시에 따른 제2 광촉매 비드(600)는 도 1a 내지 도 5b를 참조하여 상술한 바와 같은 제1 광촉매 비드(220)의 제조 방법과 마찬가지의 방법으로 제조될 수 있다. 구체적으로, 제2 광촉매 비드(600)는 이산화타이타늄 분말 및 물과 함께 흡착 물질 분말을 준비함으로써 개시될 수 있다. 여기서, 이산화타이타늄 분말, 흡착 물질 분말 및 물 중 흡착 물질 분말의 중량%는 2 내지 30일 수 있다.
그리고, 이산화타이타늄 분말, 흡착 물질 분말 및 물이 준비되면, 이산화타이타늄 분말, 흡착 물질 분말 및 물을 교반하고, 이산화타이타늄 분말 및 흡착 물질 분말을 과립화할 수 있다. 구체적으로, 제2 광촉매 비드(600)는 광촉매 비드를 제조하기 위한 제립기에 포함된 임펠러가 제1 방향으로 회전함에 따라 이산화타이타늄 분말, 흡착제 분말 및 물을 교반하는 동안, 제립기에 포함된 드럼이 제1 방향과 반대 방향인 제2 방향으로 회전함에 따라 이산화타이타늄 분말 및 흡착제 분말이 과립화됨으로써 형성될 수 있다. 그 밖에도 도 1a 내지 도 5b를 참조하여 상술한 바와 같은 제1 광촉매 비드(220)의 제조 방법은 제2 광촉매 비드(600)의 제조 방법에 대해서도 마찬가지로 적용될 수 있다.
한편, 흡착 물질(620)은 제올라이트(zeolite), 세피올라이트(sepiolite) 및 메조포러스 실리카(mesoporous SiO2) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 여기서, 제올라이트는 천연 제올라이트 및 합성 제올라이트 중 하나일 수 있다. 여기서, 합성 제올라이트는 A 제올라이트, X 제올라이트, Y 제올라이트, ZSM-5(Zeolite Socony Mobil number 5) 제올라이트 및 베타 제올라이트, 중 하나일 수 있다. 다만, 본 개시에 따른 흡착 물질(620)의 재료가 상술한 예와 같은 특정 재료에 국한되는 것은 아니다.
한편, 흡착 물질(620)은 복수의 광촉매 비드 내에서 기 설정된 범위의 비율로 함유될 수 있다. 또한, 흡착 물질(620)은 이산화타이타늄(610)에 유해 가스(630)를 확산하는 역할을 용이하게 수행할 수 있도록, 도 6에 도시된 바와 같이 기 설정된 범위의 간격으로 배치될 수 있다. 여기서, 기 설정된 범위의 비율과 기 설정된 범위의 간격은 흡착 물질 분말의 중량% 및/또는 도 2a 및 도 2b를 참조하여 상술한 바와 같은 교반 및 과립화 과정의 다양한 변수를 조절함에 따라 변경될 수 있다.
도 6을 참조하여 상술한 바와 같은 제2 광촉매 비드(600)는 제1 광촉매 비드(220)보다도 높은 유해 가스(630) 분해 성능을 가진다. 도 6의 실시 예에 따른 유해 가스(630) 분해 실험의 결과에 대해서는 도 7b를 참조하여 설명한다.
도 7a 및 도 7b는 본 개시의 다양한 실시 예에 따른 광촉매 필터를 공기청정기에 적용하여 Clean Air(CA) 규격 시험법에 따른 유해 가스 분해 실험을 수행한 결과를 나타내는 그래프이다.
먼저, 도 7a는 이산화타이타늄을 포함하고 흡착 물질은 포함하지 않는 광촉매 비드, 즉, 제1 광촉매 비드(220)를 포함하는 광촉매 필터의 유해 가스 분해 실험의 결과를 나타낸다.
상술한 바와 같은 실험 조건 하에, 제1 광촉매 비드(220)를 포함하는 광촉매 필터의 실내 5종의 유해 가스에 대한 제거율을 측정한 결과, 실험 시작 후 30분이 경과된 시점에서의 포름알데이드의 제거율은 94%, 암모니아의 제거율은 80%, 아세트알데하이드의 제거율은 56%, 아세트산의 제거율은 95%, 그리고 톨루엔의 제거율은 38%를 나타냈으며, 결과적으로 실내 5종의 유해 가스에 대한 평균 제거율은 73%를 나타냈다.
본 실험 결과에 따른 73%라는 평균 제거율은 공기 청정기 분야의 인증 규격에서 통상적으로 요구하는 평균 제거율인 70%를 웃도는 수치에 해당한다 따라서, 도 7a에 도시된 바와 같은 실험 결과는 본 개시에 따른 광촉매 필터의 우수한 유해 가스 분해 성능을 입증하는 증거라고 할 수 있다.
한편, 도 7b는 이산화타이타늄 및 흡착 물질을 모두 포함하는 광촉매 비드, 즉, 제2 광촉매 비드(600)를 포함하는 광촉매 필터의 유해 가스 분해 실험의 결과를 나타낸다.
상술한 바와 같은 실험 조건 하에, 제2 광촉매 비드(600)를 포함하는 광촉매 필터의 실내 5종의 유해 가스에 대한 제거율을 측정한 결과, 실험 시작 후 30분이 경과된 시점에서의 포름알데이드의 제거율은 100%, 암모니아의 제거율은 88%, 아세트알데하이드의 제거율은 64%, 아세트산의 제거율은 100%, 그리고 톨루엔의 제거율은 69%를 나타냈으며, 결과적으로 실내 5종의 유해 가스에 대한 평균 제거율은 84%를 나타냈다.
즉, 제2 광촉매 비드(600)를 포함하는 광촉매 필터는 공기 청정기 분야의 인증 규격에서 통상적으로 요구하는 평균 제거율인 70%보다 현저하게 높은 평균 제거율을 가지며, 제1 광촉매 비드(220)를 포함하는 광촉매 필터의 평균 제거율인 73%보다도 높은 평균 제거율을 가진다는 것을 확인할 수 있다. 특히, 제2 광촉매 비드(600)를 포함하는 광촉매 필터는 제1 광촉매 비드(220)를 포함하는 광촉매 필터보다도 톨루엔에 대한 제거율이 현저하게 높다는 것을 확인할 수 있다.
이상에서 도 7a 및 도 7b를 참조하여 본 개시에 따른 광촉매 필터의 유해 가스 분해 실험의 결과에 대해 설명하였으나, 이는 본 개시에 따른 광촉매 필터의 성능을 상세하게 설명하기 위한 예시적인 설명에 불과하다. 즉, 본 개시에 따른 광촉매 필터의 효과가 도 7a 및 도 7b에 도시된 바와 같은 실험 결과에 국한되는 것은 아니며, 본 개시에 따른 광촉매 필터의 효과는 본 기술 분야에 대한 통상의 기술자의 입장에서 용이하게 수행할 수 있는 다양한 실험을 통해 입증될 수 있다.
상술한 바와 같은 본 개시의 다양한 실시 예에 따르면, 다양한 크기를 갖는 고순도 및 고성능의 광촉매 비드, 그리고 광촉매 비드를 포함하는 광촉매 필터를 효율적으로 제조할 수 있게 된다.
구체적으로, 본 개시의 제조 방법에 따르면, 과립화를 위한 시드의 첨가 없이 바인더 프리의 순도 높은 광촉매 비드가 제조될 수 있으며, 지름이 약 0.5mm 내지 5mm인 다양한 크기의 광촉매 비드가 효율적으로 제조될 수 있다. 또한, 본 개시에 따른 광촉매 비드는 아나타제 결정 구조의 이산화타이타늄으로 구성될 수 있으며, 이에 따라 우수한 광촉매 활성을 나타내게 된다.
그리고, 본 개시에 따른 광촉매 비드를 포함하는 광촉매 필터는 우수한 유해 가스 제거 성능을 가지며, 특히, 광촉매 비드의 제조 후 광촉매 비드의 표면 특성을 조절하기 위한 후처리를 용이하게 수행할 수 있으므로, 산성 가스와 염기성 가스 모두에 대해 수준 높은 제거 성능을 확보할 수 있게 된다.
나아가, 본 개시에 따른 광촉매 비드에 흡착 물질이 포함되면, 흡착 물질이 유해 가스를 포획하여 이산화타이타늄으로 확산시킬 수 있게 되며, 그에 따라 광촉매 비드의 유해 가스 분해 성능을 더욱 향상시킬 수 있다.
이상에서는 본 개시의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 개시는 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 개시의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 개시의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.
Claims (15)
- 광촉매 비드(bead)의 제조 방법에 있어서,상기 광촉매 비드를 제조하기 위한 제립기에 포함된 드럼 내에 이산화타이타늄(titanium dioxide, TiO 2) 분말 및 물을 준비하는 단계;상기 제립기에 포함된 임펠러를 제1 방향으로 회전하여 상기 이산화타이타늄 분말 및 상기 물을 교반하는 단계; 및상기 이산화타이타늄 분말 및 상기 물을 교반하는 동안, 상기 드럼을 상기 제1 방향과 반대 방향인 제2 방향으로 회전하여 상기 이산화타이타늄 분말이 과립화된 복수의 광촉매 비드를 형성하는 단계; 를 포함하는 광촉매 비드의 제조 방법.
- 제1 항에 있어서,상기 복수의 광촉매 비드는,아나타제(anatase) 결정 구조의 이산화타이타늄으로 구성된 광촉매 비드를 포함하는 광촉매 비드의 제조 방법.
- 제1 항에 있어서,상기 복수의 광촉매 비드는1mm 이상의 지름을 갖는 광촉매 비드를 포함하는 광촉매 비드의 제조 방법.
- 제1 항에 있어서,상기 복수의 광촉매 비드는,상기 이산화타이타늄 분말을 과립화하기 위한 바인더(binder)의 첨가 없이 제조되는 광촉매 비드의 제조 방법.
- 제1 항에 있어서,상기 복수의 광촉매 비드는,섭씨 1000도 이상의 온도에서의 소결 과정 없이 제조되는 광촉매 비드의 제조 방법.
- 제1 항에 있어서,상기 형성된 복수의 광촉매 비드를 크기에 따라 분급하는 단계; 및상기 분급된 복수의 광촉매 비드를 건조하는 단계; 를 더 포함하는 광촉매 비드의 제조 방법.
- 제1 항에 있어서,상기 드럼 및 상기 임펠러는 동일한 회전축을 기준으로 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향으로 회전하고,상기 회전축은 지면을 기준으로 30 도 이상의 각도를 이루는 광촉매 비드의 제조 방법.
- 제1 항에 있어서,상기 임펠러는 복수의 블레이드를 포함하고,상기 복수의 블레이드의 일측면은 상기 복수의 블레이드의 하부면을 기준으로 60도 미만의 각도를 이루는 광촉매 비드의 제조 방법.
- 광촉매 필터에 있어서,프레임; 및상기 프레임에 결합된 복수의 광촉매 비드(bead); 를 포함하고,상기 복수의 광촉매 비드 각각은,아나타제(anatase) 결정 구조의 이산화타이타늄을 포함하는 광촉매 필터.
- 제9 항에 있어서,상기 복수의 광촉매 비드는,상기 복수의 광촉매 비드를 제조하기 위한 제립기에 포함된 임펠러가 제1 방향으로 회전함에 따라 이산화타이타늄 분말 및 물을 교반하는 동안, 상기 제립기에 포함된 드럼이 상기 제1 방향과 반대 방향인 제2 방향으로 회전함에 따라 상기 이산화타이타늄 분말이 과립화되어 형성되는 광촉매 필터.
- 제9 항에 있어서,상기 복수의 광촉매 비드는,1mm 이상의 지름을 갖는 광촉매 비드를 포함하는 광촉매 필터.
- 제9 항에 있어서,상기 복수의 광촉매 비드 중 일부는,산처리 또는 섭씨 200도 내지 600도의 온도 하에서의 열처리가 수행된 광촉매 비드인 광촉매 필터.
- 제9 항에 있어서,상기 복수의 광촉매 비드는,상기 이산화타이타늄 분말을 과립화하기 위한 바인더(binder)의 첨가 없이 제조되는 광촉매 필터.
- 제9 항에 있어서,상기 복수의 광촉매 비드는,섭씨 1000도 이상의 온도에서 소결되지 않고 제조되는 광촉매 필터.
- 제9 항에 있어서,상기 복수의 광촉매 비드 각각은,상기 이산화타이타늄 및 흡착 물질을 포함하고,상기 복수의 광촉매 비드 각각에서 상기 흡착 물질의 중량%는 50 미만인 광촉매 필터.
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