[광촉매] 광촉매의 원리와 기능, 효과, 활용 및 문제점과 해결방법에 대하여

소개글

[광촉매] 광촉매의 원리와 기능, 효과, 활용 및 문제점과 해결방법에 대하여에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 광촉매란?

2. 광촉매의 원리

3. 광촉매의 기능

4. 광촉매의 효과

5. 광촉매의 실생활의 활용
1) 수소 제조의 이용
(1) 수소 제조용 - 물이나 저급 탄화수소로 부터 수소 제조
(2) 물 분해에 의한 수소 제조 메커니즘
2) 대기 정화
3) 수질 정화
4) 더러움방지-셀프크리닝(self-cleaning) 기구
5) 향균제품
6) 의학용
7) 기타

6. 광촉매의 문제점 해결 및 향후과제
1) 몇가지 문제점 및 해결책
(1) 효율을 향상시키기 위해
(2) 선택성을 향상시키는 방법
(3) 효과를 지속시키는 방법
2) 향후과제
(1) 수처리에의 응용
(2) 상세한 반응 기구의 연구
(3) 안전성 확립
(4) 환경호르몬
(5) 분해 효율
(6) 물 분해에 의한 클린 에너지 생산

7. 광촉매의 시장성
1)세계 시장 동향
2) 국내 시장 동향

본문내용

반응과 상응하는 연소반응을 일으키게 된다. 하지만 이 연소반응은 보통의 연소반응과는 전혀 다른데 광촉매 반응에서는 온도가 상승하지 않고, 실온의 상태에서만 반응이 진행되어지며, 빛이 닿을 때 빛의 양만큼만 반응이 발생 된다.
예를 들어, 자외선램프가 들어있는 공기청정기의 필터에 산화티탄을 넣어두면, 필터에 부착되는 더러움이나 균, 바이러스 등이 분해되고, 자동차의 배기가스에 포함된 매연(대부분이 탄소)도 산화티탄 코팅유리 위에서는 광원에 포함된 자외선에 의해 분해 된다. 또 산화티탄을 코팅한 재료표면에 자외선이 닿으면 더러움을 분해해 표면을 깨끗하게 유지시킨다.
광촉매의 또 다른 한 가지 효과는 초친 수성이다. 친수성이란 유리 등의 재료표면에 물이 잘 어울리는 현상으로, 보통 자동차 유리 표면에 우천 시 시야를 확보하기 위해 하는 코팅들처럼 표면장력을 높여 빗물이 굴러가게 하는 것이 아니라, 반대로 표면장력을 제로에 가깝게 하여 물방울이 맺혀 시야를 가리는 것을 원천적으로 차단하는 것을 말한다. 많은 기자재에서는 물을 떨어뜨리면 물방울이 생기게 되지만, 광촉매를 코팅한 재료에 자외선이 닿은 후에는 물은 물방울이 되지 않는다. 그렇기 때문에 산화티탄을 코팅한 재료에서는 물이 닿게 되면 더러움이 간단히 씻겨 버리고 물방울이 맺히지 않게 되는 것이다.
5. 광촉매의 실생활의 활용
1) 수소 제조의 이용
수소의 원료인 물이 많고, 연소하더라도 연기를 뿜지 않는 등 수소는 미래의 무공해 에너지원으로서 중시되며, 인류 궁극의 연료로 지목되고 있다. 1973년 말의 석유 위기 이래 각국에서 활발히 전개되고 있는 탈석유기술 개발에는 수소에너지 개발도 포함되어 있다. 현재 세계의 수소 소비량은 수백 억 m3 에 달하지만 대부분 석유탈황, 암모니아 제조 등 화학공업부문의 원료적인 것으로 쓰이며, 그 제조기술이 물을 원료로 해서 값싸게 대량생산할 단계에 아직 이르지 못하고 있으므로 열원으로서의 이용도는 아주 낮은 편이다. 따라서 각국은 그 제조기술 개발에 노력하고 있는데, 현재 연구되고 있는 주된 제법으로서는 우선 원자력발전의 전력으로 물을 전기분해하는 방법이 있지만 효율이 나쁘고 핵연료를 쓴다는 난점이 있다.
또 여러 종의 물질을 결합시키고 원자로의 열을 이용해서 여러 단계의 화학반응을 일으켜 최종적으로 물을 수소와 산소로 분리시키는 열화학사이클법이 연구되고 있지만 설비 투자가 많은 것이 흠이다. 그래서 물 속의 광촉매를 넣어서 태양빛을 쬐어 물을 직접 분해하여 수소를 얻는 방법을 연구하고 있다. 광촉매를 이용해서 수소를 얻는 방법은 태양에너지를 이용하기 때문에 많은 에너지가 필요없고, 물을 분해하여 수소를 얻으므로 공해가 없어 많이 연구가 되고 있다.
(1) Nano-Tech. 수소 제조용 - 물이나 저급 탄화수소로 부터 수소 제조
(2) 물 분해에 의한 수소 제조 메커니즘
2) 대기정화
옥외의 대기에 인위적 ·자연적으로 방출된 오염물질이 존재함으로써 대기의 성분상태가 변화하고, 그 질이 악화하여 인간과 동식물의 생활 활동에 나쁜 영향을 줄 때 대기가 오염되었다고 한다. 대기오염의 한 오염원인 아황산가스 및 질소 산화물을 제거하는데 광촉매가 이용된다.
그림과 같이 광촉매는 자외선이 닿는 것만으로, 광촉매의 전자가 자유롭게 되어, 대기 중의 산소나 수분과 결합하여, 표면에 OH 라디칼등의 활성산소가 생긴다. 이것이 대기 오염물질을 산화시켜 제거한다. 제거된 아황산가스 및 질소 산화물는 저농도의 질산이나 황산으로 변하며, 광촉매의 표면에 남는다. 촉매의 표면에 남기 때문에 정기적인 세척에 의해 효율을 높여야 한다. 이산화티탄을 판상으로 대기 중에 놓게 되면 흡착작용에 의한 대기정화가 일어난다. 지금까지 얻어진 대기정화 재료에는 불소수지시트, 콘크리트 및 무기계 도료만이 있다.
3) 수질정화
지하수를 오염하고 있는 휘발성 유기 염소 화합물의 대표적인 것이라면, 트리클로로에틸렌, 테트라클로로에틸렌이지만, 이것들은 난분해성 화학물질에 속하므로 이제까지는 유효한 처리 방법이 발견되지 않았으나 광촉매에 의해 중간 생성물 없이 완전 분해된다는 것을 발견하였다. 이에 관한 연구는 특히, 유럽이나 호주와 같은 생활용수의 대부분을 지하수에 의존하는 국가들에서 활발히 진행되고 있다.
하지만 광촉매를 이용한 수처리는 실용이라는 점에서는, 아직 테스티 플랜트의 규모에 머무르고 있고, 본격적인 실용화에는 이르지 못하고 있다.
4) 더러움방지-셀프 크리닝(self-cleaning) 기구
1990년대 후반에 광촉매를 코팅한 재료표면에 초 친수성(super hydrophilicity)이 발견되었다. 그러면서 일본을 중심으로 각종 기능성 재료로써의 개발이 활발하게 진행되었다. 초 친수성은 물방울이 표면에 닿으면 친수 소재의 영향으로 물방울 퍼짐 현상이 생기면서 중력에 의해 아래로 흘러 내리는 성질을 말한다. 이 효과를 이용하여 벽이나 천정의 표면에 광촉매 박막을 만들어 두면, 박막의 표면에 부착되어 오는 기름 성분의 오염물질을 광촉매가 분해하므로, 더렵혀지지 않는 표면을 만들 수 있다. 건물 외벽에 칠하는 페인트, 고층빌딩의 벽 유리, 터널내의 조명용 보호 유리등은 자정작용을 이용한 가장 큰 응용시장이다.
4) 항균제품
광촉매 표면에서 발생하는 자유전자와 정공은 전술한 바와 같이 산화, 환원력이 매우 높아 박테리아, 세균 등을 즉시 분해할 수 있다. 타일에 광촉매를 코팅(항균타일)하여 오염되기 쉬운 화장실 바닥, 벽면에 이용하는 방법과 병원 수술실 등에 이용할 수 있다. 또한 일상 용품을 벽지와 차양에 코팅하여 가정이나 사무실의 실내 공기를 살균할 수 있으며, 인조 관엽수 등에 코팅 하여 미관과 건강을 동시에 추구하는 상품에 적용 할 수 있다.
5) 초 친수성 제품
광촉매의 다른 특징으로 초 친수성(Super hydrophilic)이 있으며 이를 이용한 응용 상품이 자 동차와 욕실, 건물 외벽 등에 널리 사용되고 있다. 일반 자동차 유리에 빗물 등이 떨어진 경 우 물의 표면 장력으로 물방울이 유리 표면에 달라붙어 진동이나 와이퍼, 공기로 제거하지 않으면 안되나 초 친수성인 광촉매를 코팅한 경우, 표면에

키워드

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