일반기술

기재에 광촉매를 직접 고정시키는 방법

*원리 및 구성본 발명은 기재에 광촉매를 직접 고정시키는 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 기재에 티타늄 전구체를 기상에서 직접 분사하여 기재표면에 나노크기 광촉매(이산화티탄) 입자를 형성시킨 후 마이크로파를 조사하여 기재에 광촉매를 반영구적으로 고정시키는 방법으로서, 종래 기재에 광촉매를 고정시 사용되던 유·무기의 바인더를 사용하지 않고도 반영구적인 광촉매의 효능을 갖도록 하여 경제적이며, 또한 바인더를 사용하지 않으므로 광촉매가 대기 중에 대부분 노출되게 하여 높은 광촉매 효율을 나타내며, 나노크기의 광촉매를 기재에 고정시키므로 광촉매 입자의 양자 크기 효과에 의해 광촉매 효율이 더욱 증가되는 기재에 광촉매를 직접 고정시키는 방법에 관한 것이다.*배경광촉매는 태양광 또는 형광등에 포함된 자외선 광에 의해 강력한 산화ㆍ환원 능력을 갖는 물질로써 이중에서도 뛰어난 광활성과 광 및 화학적, 생물학적 안정성, 내구성, 경제성 등의 장점을 갖고 있는 이산화티탄이 가장 많이 사용되고 있다. 이산화티탄은 N형 반도체를 밴드갭 이상의 에너지를 갖는 파장의 빛으로 여기하면 내부에 전자와 정공쌍이 생성되고 이때 생성된 전자를 외부회로에 흐르게 하면 된다. 이 전자, 정공이 반도체의 표면에서 흡착물질과 반응하면 산화 환원 반응이 일어난다. 즉, 전자에 의한 환원반응과 정공에 의한 산화반응이 진행된다. 이산화티탄의 밴드갭은 약 3.2eV이고 파장으로 말하면 380 nm 이하의 자외광을 조사함으로써 반응이 진행한다. 특히, 이산화티탄의 특징은 여기전자가 갖는 환원력보다도 정공이 갖는 산화력이 대단히 세다. 정공의 에너지 위치는 전위로 나타내면 수속기준 전위로 약 +3 V로써 수처리에 사용되는 염소 1.36 V와 오존 2.07 V에 비하여 월등히 센 산화력을 갖고 있다. 이산화티탄은 광촉매 작용에 의해 재료표면의 부착물질, 공기중의 물질, 수중의 물질을 살균, 항균, 분해, 방오, 소취, 포집할 수 있으므로 쿨러필터, 유리, 타일, 외벽, 식품, 공장내벽, 금속제품, 수조, 해양오염정화, 건자재, 곰팡이 방지, 자외선 차단, 수질정화, 대기정화, 실내정화, 병원내 감염방지 등 넓은 용도에 적합하다.*기대효과 가. 기술적 측면 - 독창적인 광촉매 고정 기술의 국내 및 국외 특허출원 - 우수한 광촉매 상업화 기술의 국산화(기술 수출 가능) - 원재료비의 극소화 (바인더 비용 불필요, 광촉매의 사용량 10배 이상 축소) - 제조공정의 단순화로 제조원가 절감 건조공정 불필요, 전력 소비 80% 이상 감소) - 무공해 제조공정(무폐수)으로 환경 처리비용 절감 나. 경제 ·산업적 측면 - 광촉매 기능 인테리어의 수입대체 효과(2010년 기준, 1000억원) - 광촉매 기능 인테리어의 수출 기대(2010년 기준, 1000만불) - 고부가가치 광촉매 기능 인테리어의 표현 - 고부가가치 인테리어 제품의 국제 경쟁력 제고 다. 환경적 측면 - 새 아파트에 들어가면 눈이 매울 정도로 공기가 좋지 않은데 실내 장식용 건축자재에 각종 유해물질이 포함. 아파트의 실내공기에서 휘발성 유기화합물질 (VOC)이 외국기준을 5배 이상 초과. 이러한 물질은 발암성 물질로 의심됨. - 공동주택(아파트, 빌라)의 고급화, 실내환경, 건강에 대한 국민의 인식도가 높아지고 아파트분양 시 신기술 도입의 필요성이 인식되어 고급화, 차별화 아파트를 분양하고 있으므로 실내공기의 정화가 가능한 광촉매제의 고급인테리어 수요의 급증이 전망됨.*특징 및 장점1)유, 무기의 바인더 없이 반영구적인 광촉매의 효능을 갖도록 유리와 광촉매간의 강한 화학결합을 형성하는 특징이 있음2)나노크기의 광촉매 입자를 기재에 부착시킴으로서 양자크기 효과에 의해 광촉매 효율이 증가하고, 바인더를 사용하지 않으므로 광촉매가 대기 중에 대부분 노출되어 광촉매의 유효 표면적이 넓어져 태양광선 또는 형광등 등의 광원에 의해 쉽게 산화반응을 일으켜 광촉매 효율이 종래에 비해 적게는 100%에서 많게는 300% 이상으로 증가.3)바인더를 사용하지 않고도 마이크로파의 조사만으로 광촉매(이산화티타늄)와 기재를 강하게 결합시키므로 반영구적인 광촉매 효능을 가질뿐만 아니라 바인더를 사용하지 않음으로 해서 바인더의 내구성 등의 문제점을 해결하고 경제적인 장점이 있음.4)살균, 항균, 분해, 방오, 소취 등의 효과가 우수하므로 실내정화를 위해 유용하게 사용할 수 있음.