광촉매의 원리 및 활용

소개글

광촉매의 원리 및 활용에 대한 보고서 자료입니다.

목차

목 차

서론

광촉매란?

광촉매 적용재료

응용분야

해결과제

국내ㆍ외 연구현황

참고문헌

본문내용

서 금속을 가열하여 증발시키고, 이들 가스중에서 응축시켜 회수하여 초미립자를 생성한다.
활성수소-융용금속 반응법
수소가스 혼합분위기 중의 아크가열 용탕면에서 초미립자를 방출, 활성가스 중에서 세라믹 초미립자를 생성한다.
스퍼터링법
이온충격으로 비융용 상태의 표면에서 증발하여 초미립자를 생성한다.
유동유면상 진공흡착법
고진공 중에서 증발한 금속을 유동유면 내에서 극초미립자를 생성하고 분산상태로 보존한다.
통전 가열증발법
탄소봉 전극을 금속가 접융하고 통점 가열에 의해 금속을 융해, 고온의 탄소와 반응하여 탄화물로서 초미립자를 생성한다.
하이브리드 플라즈마법
RF 플라즈마에 DC 플라즈마를 조합한 하이브리드 방식으로 금속 및 세라믹 초미립자를 생성한다.
● 액상법
액상법으로는 염화물이 가장 많이 이용되고 있다. 염화물은 마그네슘과 티탄의 정련법으로 오래전부터 이용된 기술이다. 금속 할로겐화물은 높은 온도에서 기화하고, 산소와도 용이하게 반응하기 때문에 금속산화물 초미립자 제조 방법으로서도 적용성이 높고 생산성도 높지만, 염화물을 만들기 쉬운 물질이 한정되어 있다는 단점이 있다.
액상법의 장점은 임의로 농도조절이 용이하고, 균일한 고순도의 최종 생성물을 얻기 쉽다는 점이다. 대표적 방법으로 침전법, 가수분해법, 콜로이드 화학법, 수열법 등이 있다.
■ 졸, 분산액
산화티탄 분말을 물에 넣으면 산화티탄 입자끼리 서로 플러스 / 마이나스 전하를 띄므로 덩어리져 잘 분산되지 않는다. 하지만 산성물에 넣으면 산화티탄 표면은 플러스로 대전되고, 알칼리성 물에서는 마이너스로 대전된다. 고체 표면의 전위가 0이 되는 물의 pH를 등전점이라 하며, 아나타제형에서는 6.1, 루틸에서는 5.6이다.
물의 pH가 중성이면 산화티탄은 덩어리지지만 용액을 산성이나 알칼리성으로 조절하면 산화티탄의 표면이 플러스 혹은 마이너스로 대전되어 전기적으로 반발하여 산화티탄이 잘 분산되게 된다. 이러한 물질이 산화티탄 졸이다.
pH의 조정이외에도 계면활성제를 첨가하여 중성임에도 불구하고 산화티탄을 분산시킨 산화티탄 졸도 있다. 또한 산화티탄 분말대신 티탄화합물을 물에 넣어 제조한 졸도 있다. 이는 물속에 수산화티탄이 분산되어 있으며, 건조한 후 소성하면 산화티탄이 생성된다.
이러한 분산액에 포함되어 있는 산화티탄 입자는 서로 응집되어 있는데, 응집된 입자크기가 빛의 파장보다 작으면 빛을 산란시키지 않아서 모두 통과시킨다. 일반적으로 산화티탄 입자가 80nm 이하면 투명하다. 이러한 졸이나 분산액은 그대로 코팅액으로 사용하거나, 도료ㆍ시멘트에 섞어 사용하기도 한다.
■ 다공성 광촉매
● 실리카겔
촉매는 실리카겔 내부의 세공 표면에도 산화티탄막이 코팅되어 있으며 450㎡/g의 비표면적을 가지고 있다. 광촉매 반응은 표면에서 반응이 일어나며 표면적이 클수록 효율이 향상되기 때문에 악취의 분해와 수처리를 효과적으로 할 수 있으며 특히 염색배수의 탈색에 있어서 현저한 효과를 얻을 수 있다.
그럼에도 불구하고 흡착된 유해화학물질은 탄산가스 등에 안전하게 처리되어 광촉매는 재생되기 때문에 이 광촉매 실리카겔은 자기 재생형의 흡착제로서도 가능하다. 광촉매 실리카겔은 빛을 투과하는 광촉매이기 때문에 그것을 투명한 유리관에 넣어 빛을 비추면 유해유기물을 흘려보내 좋은 효율로 분해 및 무해화 처리를 할 수 있다. 이것에 따라 산업폐기물의 소각로에서 배출된 배기가스나 물속의 다이옥신류를 99% 분해/제거할 수 있는 배기가스정화장치 및 수처리 장치가 개발되어 사용되고 있다.
<실리카겔 / 광촉매 코팅 실리카겔>
● 산화티탄 막상광촉매
막상광촉매의 제작방법으로는 산화티탄 분말을 접촉제에 섞어 바르거나 섬유에 첨가하는 방법이 있는데, 광촉매 작용에 의해 유기물이 분해되어 버리기 때문에 유기접착제와 섬유를 이용하는 경우에는 산화티탄 분말이 차례로 떨어져 버려 내구성에 문제가 생긴다. 또한 무기접착제와 유약에 산화티탄 분말을 섞는 경우에는 산화티탄이 그 안에 묻혀 버려 빛이 닿지 않아 반응이 잘 일어나지 않기 때문에 광촉매 활성이 낮은 물질만이 반응한다는 문제가 있었다. 이에 졸겔법을 이용하여 표면이 모두 산화티탄이어서 빛을 효율적으로 이용할 수 있는 산화티탄 막상광촉매를 제작하였다.
다음은 산화티탄 막상광촉매의 단면을 주사전자현미경으로 찍은 사진이다. 이 산화티탄막은 두께가 약 0.7㎛이다. 이 막의 경도는 연필경도 6H 정도로 강하며 내구성이 우수하다. 게다가 기판유리와의 밀착성은 JIS 시험법인 바둑판 테이프법(커터나이프로 막에 1mm 간격으로 10×10=100인 바둑판의 눈모양으로 그은 후, 셀로판 접착테이프를 붙여 떼어낸 후의 벗겨진 상태를 봄)으로 시험해 보는데 100/100인 상태로 전혀 박리가 이루어지지 않은 상태에서 매우 우수하게 기판유리 사이에 화학결합이 발생하는 것으로 생각된다.
<산화티탄 막상광촉매의 단면>
또한 산화티탄 막상광촉매를 고성능화하기 위해 크기가 같은 세공이 표면에 존재하는 산화티탄 막상광촉매를 개발했다. 이는 원료액에 유기물(폴리에틸렌글리콜)을 첨가하여 소성할 때 이를 연소시켜 탄산가스가 비산되도록 함으로써 세공을 형성하는 것이다. 첨가하는 폴리에틸렌글리콜 첨가율과 분자량을 선택함으로써 세공지름의 크기를 제어할 수 있기 때문에 몇 nm에서 10um까지 임의의 크기 세공을 가진 다공질의 산화티탄 막상광촉매를 제작할 수 있다.
<산화티탄 막상광촉매>
■ 광촉매 도료/필름
● 광촉매 도료
산화티탄 광촉매를 도료에 섞어 벽에 바르면 빛에 의해 도료의 유기물질이 분해되면서 산화티탄 광촉매 가루가 떨어진다. 이러한 광촉매 작용을 이용하여 더러움 방지 도료가 만들어졌다. 건물 외벽이 더러워지면 산화티탄 광촉매 층이 함께 떨어지면서 깨끗한 벽이 나타나는 원리를 이용한 것이다. 그러나 이러한 도료는 내구성이 낮고 접촉시 손이나 의복이 더러워진다는 문제가 있다. 이에 반해 산화티탄 광촉매에 의해 분해되지 않는 유리, 실리콘수지, 테프론에 산화티탄 미립자를 첨가하여 분사시킨 광촉매 도료는 내구성이 좋다.
광촉매 도료를 벽에 바를 때 잘 발라지지 않을 경우 밑바르기를 하여야 한다. 이위에 기재의 분해를 막아주는

키워드

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