일반기술

3차원미세 셀 광 촉매 필터

21 세기의 과학기술에는, 지구 환경과 조화를 이룬, 안전하고 안심 할 수 있는 질이 높은 생활을 가능하게 하는 기술이 요구되고 있다. 이러한 상황에서 지구 환경 문제는 인류에게 부과된 해결 과제 중 긴급 과제라고 할 수 있다. 산화 티탄으로 대표 되는 반도체를 이용한 광 촉매 반응은 환경정화의 유력한 기술이다. 산업기술 종합 연구소(産總硏)는 20년 전부터 이 기술 개발에 임하였으며, 많은 성과를 이뤘다. 1970년대, 빛에 의해 활성화 한 산화 티탄에 의해물이 분해되는 현상이 보고되었다(Nature1972). 이 현상은 「혼다·후지시마 효과」라고 불리고 있다. 이 현상을 기초로 산화티탄의 코팅막이나 복합 재료등이 개발되어 물 처리기술 및 오염 방지기술에 응용되기 시작했다. 광 촉매는, 빛의 에너지에 의해활동하는 촉매라고 할 수 있다. 이 광 촉매는 빛을 흡수해 에너지의 높은 상태가 되어, 그 에너지를 반응 대상이 되는 물질에게 부여해 화학반응을 일으켜, 각종의 정화 작용을 한다.1990년대, 산화 티탄 광 촉매가 질소산화물의 분해 정화에 적용 가능하다 라고 하는 것이 국제회의에서 보고되었다. 산업기술종합연구소는 빛 촉매의 환경정화 재료에의 이용 및 상품화를 가속화함과 함께 산화티탄 막 표면을 多孔質화 한 코팅이나 인회석과 복합한 다기능 복합재료 등도 개발해 왔다. 최근에는, 가시광 응답형 광 촉매의 개발도 진행하고 있다.광 촉매에는 금속 錯體, 반도체 등이 이용되지만, 그 중에서 광 촉매 반도체의 산화 티탄(TiO2)은 물에 분해되지 않고, 또한 저가로 내구성/對마모성이 뛰어나며, 자원 측면에서도 풍부하여 입수하기 쉬운 유리한 조건 등으로 인해현재 가장 많이 사용되고 있는 촉매이다. 산화 티탄의 결정중에서 아나타제가 광 촉매로서 가장 많이 사용되고 있다.산화 티탄에 빛을 투여했을 때에 생기는 강력한 산화력을 이용하면, 독성이 매우 높은다이옥신을 포함해 거의 모든유기물질을 물이나 탄산 가스로 분해할 수가 있다. 이 광 촉매 작용을 이용함으로써, 탈취, 항균 및 곰팡이 방지, 배기가스의 정화, 오염 방지, 셀프 클리닝, 물 처리 등 환경 분야에의 폭 넓은 응용이 가능하다. 기술의 우수성 - 산화 티탄 필름광 촉매용 코팅액 산화 티탄은 통상 분말이므로 취급이나 회수하는 데에 어려움이 있다. 공기 정화재료 등의 실용화를 진행시키기에는, 산화 티탄 광 촉매를 기본 재료로 고정화하는 것이 필요하다. 이 때문에, 산화 티탄 필름 광 촉매 코팅액을 개발했다. 더욱이, 산화 티탄 필름 사태를 多孔質로 해 유독 물질의 흡착성을 높일 수가 있는 용액도 개발했다. - 인회석피복산화티탄 광촉매 인회석피복산화티탄광촉매는, 뼈나 이빨의 성분으로서 알려져 있는 인회석과 광촉매를 합체 시킨 재료이다. 세균이나 유해 물질을 인회석이 흡착해, 빛이 닿으면 산화 티탄의 광촉매 작용에 의해 흡착 물질을 분해한다. 또한 산화 티탄은 섬유나 수지에 직접접하게 되면 광촉매 작용에 의해 그것들을 분해하지만, 인회석이 중간층으로서 존재하기 때문에, 고분자 재료에 직접 혼합혹은 코팅 할 수가있다. 이 재료는, 물이나 대기 정화, 오염방지, 표백, 세정에 사용할 수가 있으며, 또한 섬유, 수지, 플라스틱, 목재, 종이 등의 유기계 기재에 응용할 수가있다. - 가시광응답형 광 촉매 산화 티탄 광촉매의 결점은, 태양광에 포함된 자외선에만 반응한다는 것이다. 이러한 점을 해결 하기 위해, 산화 티탄을 기본으로 하고 플라즈마 처리기술 등을 이용하여, 파장 300-600nm의 자외선이나 가시광에서도 반응 할 수 있는 가시광 응답형 광 촉매를 개발했다. 이 촉매는, 실내 뿐만 아니라 실외에서도 높은 성능을 발휘할 수가 있다. 기술 요약 - 산화 티탄으로 대표 되는 반도체를 이용한 광 촉매 반응은 환경 정화의 유력한 기술 사업성 - 음료수의 정화 유리 제품의 내면에, 산화 티탄투명 박막 광 촉매가 코팅 되어 있다. 빛을 조사하면, 강력한 산화력이 생겨 수중의 유해 유기 화합물을 물이나 탄산가스로 분해해, 카르키 냄새등의 악취를 제거할 수가 있다. 또한, 항균·곰팡 방지효과 등이 있어, 화병으로서 사용하면 물이 썩지 않아 장시간 꽃을 유지 할 수가 있다 - 악취의 제거 10-80μm의 세공으로 만들어진 매우가벼운 세라믹스 다공체의 내부까지 산화 티탄을 코팅 한 재료로, 빛이 내부까지 닿는다. 이 재료를 세트 한 탈취용 광 촉매 모듈을 이용해 자외선을 조사함으로써, 레스토랑이나 호텔, 식품 가공 공장으로부터 배출되는 악취를 완전하게 분해/제거할 수가 있다. 종래의 세라믹스제 스펀지는, 셀의 가교부가 굵어져, 셀 지름을 크고 하지 않으면 셀 자체가 부서져 버린다고 하는 결점이 있었으나, 초경량으로 스펀지 구조의 3차원 Si/SiC 다공질 세라믹을 개발했다. 이 다공질 세라믹에 광 촉매를 코팅 해, 고 효율 및 자외선/가시광에서도 오염물질을 분해하는 3차원 광 촉매 필터의 연구를 하고 있다. - 폐수 정화 산화 티탄의 피복 미세중공 유리구의 밀도는 0.92 g/cm3로써, 물에 뜨는 것으로부터 효율적으로 오염물질을 분해할 수가 있다. 김의 가공 배수의 정화에서는 해수보다 청정한 상태까지 정화 할 수 있었다. 이것은, 유조선 사고 등으로 유출되는 중유의 분해에도 이용 가능하다