KR100486064B1 - An improved method for preparing spherical porous titania particles - Google Patents
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Abstract
본 발명은 구형 티타니아 분말의 제조 방법에 관한 것으로서, 분무열분해공정을 이용하여 분말을 제조함에 있어서 티타니아 원료로서 나노 발연 티타니아(fumed titania), 및 티타늄 이소프로폭사이드(titanium isopropoxide, TTIP) 또는 금속산화물의 혼합물을 적정 비율로 혼합하여 적용함을 특징으로 하는 본 발명의 방법에 따라 제조된 티타니아 분말은, 구형의 형상을 가지면서 다공성이며 분말들간의 결합성 및 안정성이 우수하여, 전자재료용 기초 소재, 광촉매, 백색 안료 및 화장품 원료의 다양한 응용 분야에 적용될 수 있다. The present invention relates to a method for producing spherical titania powder, wherein the fumed titania, and titanium isopropoxide (TTIP) or metal oxide are used as raw materials for titania in preparing the powder by spray pyrolysis. Titania powder prepared according to the method of the present invention, characterized in that the mixture is applied in an appropriate ratio, has a spherical shape, porous, excellent binding and stability between the powder, the base material for electronic materials It can be applied to various applications of photocatalysts, white pigments and cosmetic raw materials.
Description
본 발명은 구형 티타니아 분말의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 분무열분해공정을 이용하여 분말을 제조함에 있어서, 티타니아의 원료로서 나노 발연 티타니아(fumed titania), 및 티타늄 이소프로폭사이드(titanium isopropoxide, TTIP) 또는 금속산화물을 적정 비율로 혼합하여 적용함으로써, 완벽한 구형의 형상이며 치밀한 구조를 가지는 티타니아 분말의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing spherical titania powder, and more particularly, in preparing a powder by spray pyrolysis, nano fumed titania as raw material of titania, and titanium isopropoxide, By applying TTIP) or a metal oxide in an appropriate ratio, the present invention relates to a method for producing a titania powder having a perfect spherical shape and a dense structure.
구형 티타니아는 광촉매, 백색 안료, 화장품 원료 등 다양한 분야에 광범위하게 사용되고 있다. 이들 원료로 사용되는 티타니아는 충분한 효과와 인체에 무해한 특성을 가지기 위하여 마이크로 사이즈의 균일한 입도 분포와 높은 강도, 넓은 비표면적이 요구된다. 이에 따라 티타니아 분말의 입자 크기, 분포 및 형상을 제어하는 것이 중요하며, 특히, 광촉매의 환경정화 능력과 화장품 원료로서 인체의 피부에 무해하고 광분해 반응을 억제하기 위해, 입자의 충전 밀도를 극대화하고 구형을 유지하는 것이 매우 중요하다. Spherical titania is widely used in various fields such as photocatalysts, white pigments and cosmetic raw materials. Titania, which is used as these raw materials, requires a uniform particle size distribution, high strength, and a large specific surface area of micro size in order to have sufficient effects and harmless properties to the human body. Accordingly, it is important to control the particle size, distribution, and shape of the titania powder, and in particular, to maximize the packing density of the particles and to reduce the spherical shape of the photocatalyst, in order to be harmless to the human skin and to suppress photolysis reactions as cosmetic raw materials. It is very important to keep it.
이러한 구형 티타니아를 제조하는 방법으로 주로 액상법 및 기상법이 사용되고 있다. 대한민국 특허 제 297809 호에는 티타늄 알콕사이드를 이용하여 졸-겔법에 의해 결정상 티타니아 입자를 제조하는 방법이 개시되어 있으며, 문헌(이종흔 외, 한국세라믹학회지, 28(10), pp.831-837, 1991)에는 초음파 분무열분해법으로 구형의 TiO2 미분말을 합성하는 방법이 개시되어 있다.As a method for producing such spherical titania, a liquid phase method and a gas phase method are mainly used. Korean Patent No. 297809 discloses a method for producing crystalline titania particles by a sol-gel method using titanium alkoxide, and (see Lee Jong-Hong et al., Journal of the Korean Ceramic Society, 28 (10), pp.831-837, 1991). A method for synthesizing spherical TiO 2 fine powder by ultrasonic spray pyrolysis is disclosed.
그러나, 액상법에 의한 구형 티타니아 분말의 합성은 공정이 복잡하고 환경 친화적이지 못하며, 기상법에 의한 구형 티타니아 분말의 합성은 주로 나노미터 크기의 티타니아 분말들을 합성하는데, 이때 분말들간의 응집이 많이 발생하는 단점을 가진다. However, the synthesis of the spherical titania powder by the liquid phase method is complicated and environmentally unfriendly, and the synthesis of the spherical titania powder by the gas phase method mainly synthesizes the nanometer-sized titania powders, in which agglomeration between the powders occurs a lot. Has
한편, 구형의 티타니아 분말의 제조방법으로서 분무열분해 공정이 활발히 연구되고 있다. 예를 들면, 티타니아 원료로서 TTIP를 물이나 알코올에 용해시키거나 또는 사염화티탄(TiCl4)을 이용하는 방법이 있다(이종흔 외, 한국세라믹학회지, 28(10), pp.831-837, 1991). 그러나, TTIP는 가격이 비싸고 취급이 어려우며 다공성이 다소 부족하고 분해시에 독가스를 배출하는 문제점이 있으며, 사염화티탄(TiCl4)은 클로린 성분으로 인하여 폐수와 독가스가 상당히 발생하므로 환경친화적이지 못한 문제점이 있다.On the other hand, the spray pyrolysis process has been actively studied as a method for producing spherical titania powder. For example, there is a method of dissolving TTIP in water or alcohol or using titanium tetrachloride (TiCl 4 ) as a raw material for titania (Lee Jong-Hong et al., Journal of the Korean Ceramic Society, 28 (10), pp.831-837, 1991). However, TTIP is expensive, difficult to handle, somewhat poor in porosity, and has a problem of emitting poison gas upon decomposition. Titanium tetrachloride (TiCl 4 ) is not environmentally friendly due to the generation of waste water and poison gas due to chlorine components. have.
이에 따라, 본 발명의 목적은 분무열분해법을 이용하여 티타니아 분말을 제조함에 있어서, 티타니아 원료로서 나노 발연 티타니아(fumed titania)와 티타늄 이소프로폭사이드(TTIP)를 적정 비율로 혼합하여 사용함으로써, 구형이면서 치밀한 구조를 가지는 다공성의 티타니아 분말의 개선된 제조방법을 제공하는데 있다. Accordingly, an object of the present invention is to prepare a titania powder by spray pyrolysis, by using a mixture of nano fumed titania and titanium isopropoxide (TTIP) in an appropriate ratio as a titania raw material, And yet to provide an improved method for producing a porous titania powder having a dense structure.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 (1) 발연 티타니아 및 티타늄 이소프로폭사이드(TTIP)를 용매에 분산 또는 용해시켜 0.02 ∼ 3M의 티타니아 화합물 용액을 제조하고, (2) 상기 용액을 분무장치에 투입하여 0.1 ∼ 100 ㎛ 직경의 액적을 생성시키고, (3) 상기 생성된 액적을 건조 및 열처리하는 단계를 포함하는, 티타니아 분말의 제조방법을 제공한다.In order to achieve the above object, in the present invention (1) fuming titania and titanium isopropoxide (TTIP) is dispersed or dissolved in a solvent to prepare a 0.02 to 3M titania compound solution, (2) spraying the solution It is added to produce a droplet of 0.1 to 100 ㎛ diameter, and (3) provides a method for producing a titania powder, comprising the step of drying and heat-treating the resulting droplets.
또한 본 발명은 상기 방법에 의해 제조된 구형 티타니아 분말을 제공한다.The present invention also provides a spherical titania powder produced by the above method.
본 발명은 또한 (1) 발연 티타니아, 및 실리콘, 알루미늄 및 아연 중에서 선택된 1종의 금속산화물의 혼합물을 용매에 분산 또는 용해시켜 0.02 ∼ 3M의 티타니아 화합물 용액을 제조하고, (2) 상기 용액을 분무장치에 투입하여 0.1 ∼ 100 ㎛ 직경의 액적을 생성시키고, (3) 상기 생성된 액적을 건조 및 열처리하는 단계를 포함하는, 구형 티타니아/금속산화물 분말의 제조방법 및 이 방법에 의해 제조된 구형 티타니아/금속산화물 분말을 제공한다.The present invention also provides (1) fuming titania and a mixture of one metal oxide selected from silicon, aluminum and zinc in a solvent to prepare a 0.02-3 M titania compound solution, and (2) spraying the solution. A method for producing spherical titania / metal oxide powder and spherical titania produced by the method comprising the steps of adding to a device to produce droplets of 0.1 to 100 μm in diameter, and (3) drying and heat treating the resulting droplets. Provide metal oxide powder.
이하 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
제 1 공정: 티타니아 입자 전구체 용액의 조제First Step: Preparation of Titania Particle Precursor Solution
발연 티타니아 및 티타늄 이소프로폭사이드(TTIP)를 각각 용매, 예를 들면 물 또는 알코올에 분산 및 용해시켜 0.02 ∼ 3M의 티타니아 화합물 용액을 제조한다. Fuming titania and titanium isopropoxide (TTIP) are dispersed and dissolved in a solvent such as water or alcohol, respectively, to prepare a solution of titania compounds of 0.02 to 3 M.
본 발명에서는 티타니아의 원료로서 발연 티타니아 및 TTIP를 적정 비율로 혼합하여 사용함으로써 완벽한 구형의 형상을 가지면서 속이 치밀한 구조를 가지는 티타니아 분말을 제조할 수 있다.In the present invention, by using a mixture of fuming titania and TTIP in an appropriate ratio as a raw material of titania, it is possible to produce a titania powder having a perfect spherical shape and a dense structure.
상기 발연 티타니아는 통상의 화염 반응기에서 대량으로 제조된 것으로서, 직경이 5 ∼ 30 nm인 것이 바람직하다. 티타니아 화합물 용액의 제조시, 발연 티타니아는 용액에 분산시키고, TTIP는 산 용액에서 수화 반응을 통해 용해시켜서 첨가하는 것이 바람직하며, 이때, 발연 티타니아와 TTIP의 혼합 중량비는 99:1 내지 1:99의 범위로 사용할 수 있으며, 특히 75:25 내지 25:75의 범위가 바람직하다. 티타니아 원료로서 발연 티타니아 만을 사용하는 경우에는 최종 생성된 티타니아 분말의 강도가 약해서 쉽게 부서지는 경향이 있으며, TTIP 만을 사용하는 경우에는 구형이긴 하지만 속이 빈 중공성의 형태가 되어 외부의 영향에 민감하게 반응하여 일그러지고, 제조비용 또한 증가하는 문제점이 있다.The fumed titania is produced in large quantities in a conventional flame reactor, and preferably has a diameter of 5 to 30 nm. In preparing the titania compound solution, fuming titania is dispersed in the solution, and TTIP is preferably added by dissolving in an acid solution through a hydration reaction, wherein the mixing weight ratio of fuming titania and TTIP is 99: 1 to 1:99. It can be used in the range, especially the range of 75:25 to 25:75 is preferred. In case of using titania as the raw material of titania, the strength of the final titania powder is weak and tends to be easily broken.In the case of using TTIP alone, it is spherical but hollow hollow and sensitive to external influences. Distortion and manufacturing costs also increase.
즉, 본 발명에서는 티타니아 분말의 형태를 조절하기 위해 발연 티타니아를 사용하고, 티타니아 분말의 구조를 더욱 치밀하게 하기 위해 TTIP 또는 금속산화물, 예를 들면 실리콘, 알루미늄 및 아연 산화물을 함께 사용하는 것에 그 특징이 있다. That is, in the present invention, fuming titania is used to control the shape of the titania powder, and TTIP or metal oxides such as silicon, aluminum, and zinc oxide are used together to make the titania powder more compact. There is this.
또한, 상기 전구체 용액은 콜로이드 상태로서, 본 발명의 티타니아 분말 제조공정 중 액적의 건조 과정에서 액적 내부 전체적으로 동시에 용질들의 석출이 일어나게 함으로써 속이 찬 티타니아 분말의 제조가 가능하다.In addition, the precursor solution is in the colloidal state, it is possible to manufacture the hollow titania powder by causing the precipitation of solutes as a whole at the same time during the drying of the droplet during the titania powder manufacturing process of the present invention.
상기 전구체 용액의 농도에 따라 티타니아 분말의 크기가 결정되며, 전구체 용액의 총 농도는 0.02 ∼ 3.0M의 범위가 바람직하다. 전구체 용액의 총 농도가 0.02M 보다 낮은 경우에는 생성되는 티타니아 분말의 양이 너무 적고, 3.0M 보다 높은 경우에는 원료 물질을 증류수에 용해시키거나 분산시키기 어려운 문제가 있다.The size of the titania powder is determined according to the concentration of the precursor solution, and the total concentration of the precursor solution is preferably in the range of 0.02 to 3.0M. If the total concentration of the precursor solution is lower than 0.02M, the amount of titania powder produced is too small, and if the total concentration of the precursor solution is higher than 3.0M, it is difficult to dissolve or disperse the raw material in distilled water.
제 2 공정: 액적의 분무Second Process: Spraying Droplets
상기에서 제조된 티타니아 화합물 용액을 분무장치를 이용하여 미세 액적으로 분무시킨다. The titania compound solution prepared above is sprayed into fine droplets using a spray apparatus.
상기 분무장치로는 초음파 분무장치, 공기노즐 분무장치, 초음파노즐 분무장치 등이 사용될 수 있으며, 초음파노즐 분무장치는 고농도에서 서브마이크론에서 수마이크론 크기의 미세 티타니아 분말의 제조가 가능하고, 공기노즐 및 초음파노즐 분무장치는 마이크론 크기의 입자들을 대량으로 생산할 수 있다. 상기 액적의 직경은 0.1 ∼ 100 ㎛의 범위가 바람직하며, 직경이 0.1 ㎛ 미만이면 생성되는 입자의 크기가 너무 작고, 액적의 직경이 100 ㎛를 초과하는 경우에는 생성되는 입자의 크기가 너무 큰 문제점이 있다. The spray device may be an ultrasonic atomizer, an air nozzle sprayer, an ultrasonic nozzle sprayer, or the like, and the ultrasonic nozzle sprayer may produce fine titania powder of several microns in size from submicrons at high concentrations, Ultrasonic nozzle nebulizers can produce micron-sized particles in large quantities. The diameter of the droplet is preferably in the range of 0.1 to 100 ㎛, if the diameter is less than 0.1 ㎛ size of the particles produced is too small, if the diameter of the droplet exceeds 100 ㎛ problem that the size of the particles are too large There is this.
또한 상기 티타니아 전구체 용액에 첨가제로서 실리콘, 알루미늄, 아연 및 지르코늄으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 티타니아 중량을 기준으로 0.01 내지 25 중량%를 더 첨가할 수 있다. 이들의 첨가에 따라 제조된 분말은 티타니아 입자 표면이 상기 비활성 물질로 코팅된 구형의 분말을 합성할 수 있다.In addition, 0.01 to 25% by weight of one or more selected from the group consisting of silicon, aluminum, zinc and zirconium may be further added to the titania precursor solution based on the weight of titania. Powders prepared according to their addition can synthesize spherical powders with titania particle surfaces coated with the inert material.
제 3 공정: 구형 티타니아 분말의 생성Third Process: Production of Spherical Titania Powder
상기 분무된 액적을 고온의 반응기에서 600 내지 1000℃의 온도에서 0.6 내지 10초 동안 건조 및 열처리함으로써 구형의 티타니아 분말로 전환시킨다. The sprayed droplets are converted to spherical titania powder by drying and heat treatment at a temperature of 600 to 1000 ° C. for 0.6 to 10 seconds in a high temperature reactor.
상기 반응기로는 전기로 또는 화염 반응기가 있으며, 통상적으로 전기로의 온도는 200 ∼ 1,500℃의 범위이며, 화염 반응기의 온도는 1000 ∼ 2500℃의 범위로 유지될 수 있다. The reactor is an electric furnace or a flame reactor, typically the temperature of the electric furnace is in the range of 200 ~ 1,500 ℃, the temperature of the flame reactor can be maintained in the range of 1000 ~ 2500 ℃.
우수한 결정성을 가지는 티타니아 분말이 요구되는 응용에 있어서는, 상기와 같은 공정에 의해 수득된 티타니아 분말의 결정 성장 및 치밀한 구조를 얻기 위한 후처리 공정이 추가될 수 있다. 상기 후처리 공정으로서, 분무열분해 공정을 통해 제조된 티타니아 입자를 고온, 예를 들면 300 ∼ 1,500℃의 가열로에서 1 ∼ 5시간 동안 열처리할 수 있다. In applications where titania powder having excellent crystallinity is required, a post-treatment process may be added to obtain crystal growth and dense structure of the titania powder obtained by the above process. As the post-treatment process, the titania particles prepared through the spray pyrolysis process may be heat-treated for 1 to 5 hours in a heating furnace at a high temperature, for example, 300 to 1,500 ° C.
본 발명의 방법에 의해 제조된 구형의 티타니아 분말은, 다공성으로서, 치밀한 구조를 가지며, 분말의 직경이 0.5 ∼ 20 ㎛이고, 비표면적이 1 ∼ 300 m2/g이다.The spherical titania powder produced by the method of the present invention is porous and has a dense structure, has a diameter of 0.5 to 20 µm and a specific surface area of 1 to 300 m 2 / g.
본 발명에 따른 티타니아 분말의 제조방법은, 티타니아의 원료로서 발연 티타니아와 TTIP 또는 금속산화물을 적절한 비율로 혼합 사용함으로써 완벽한 구형의 형상을 가지면서 치밀한 구조를 가지는 다공성의 티타니아 분말의 제조가 가능하다. 또한, 상기 티타니아 분말은 구형이면서 분말들간의 응집이 전혀 없고 분말의 크기가 서브마이크론에서 수마이크론으로 균일하며 높은 표면적으로 가지므로, 광촉매, 백색 안료, 화장품 원료 등 다양한 분야에 광범위하게 사용될 수 있으며, 기초 원료로서 비교적 가격이 저렴한 발연 티타니아를 혼합 사용함으로써 종래의 TTIP 만을 사용하는 공정에 비해 경제적이다. 한편 본 발명에 따라 제조된 티타니아 분말이 화장품 원료로서 사용될 경우에는, 분무용 티타니아 화합물 용액에 실리콘, 알루미늄, 아연, 지르코늄 등을 첨가함으로써 티타니아 입자 표면을 실리카, 알루미나 등의 비활성 물질로 코팅시켜주어 광활성을 제어할 수 있다. 예를 들면, 티타니아 화합물 용액에 각각 TEOS 또는 알루미늄 질산염을 함께 첨가함으로써 실리콘 또는 알루미늄이 각각 코팅된 구형의 티타니아 분말을 수득할 수 있다.In the method for producing titania powder according to the present invention, by using a mixture of fuming titania and TTIP or a metal oxide in an appropriate ratio as a raw material of titania, it is possible to produce a porous titania powder having a perfect spherical shape and a dense structure. In addition, since the titania powder is spherical, there is no aggregation between the powders, and the powder size is uniform from submicrons to several microns and has a high surface area, it can be widely used in various fields such as photocatalysts, white pigments, cosmetic raw materials, The use of fuming titania, which is relatively inexpensive, as a basic raw material is more economical than the process using only conventional TTIP. On the other hand, when the titania powder prepared according to the present invention is used as a cosmetic raw material, by adding silicon, aluminum, zinc, zirconium, and the like to the spraying titania compound solution, the surface of the titania particles is coated with an inert material such as silica and alumina to improve photoactivity. Can be controlled. For example, spherical titania powder coated with silicon or aluminum, respectively, can be obtained by adding TEOS or aluminum nitrate together to the titania compound solution, respectively.
본 발명은 하기의 실시예에 의하여 보다 더 잘 이해될 수 있으며, 하기의 실시예는 본 발명의 예시 목적을 위한 것이며 첨부된 특허청구범위에 의하여 한정되는 보호범위를 제한하고자 하는 것은 아니다. The invention can be better understood by the following examples, which are intended for the purpose of illustration of the invention and are not intended to limit the scope of protection defined by the appended claims.
실시예 1: 구형 티타니아 분말의 제조Example 1 Preparation of Spherical Titania Powder
티타니아의 원료로서 발연 티타니아(상품명: P25, 독일 데구사) 및 TTIP를 75 : 25의 중량비로 첨가하였다. 발연 티타니아와 TTIP를 각각 물에 분산 및 용해시켜 전구체 용액의 총 농도가 1M이 되도록 분무용액을 제조하였다. 생성 용액을 초음파 분무장치에 넣고 1∼5 마이크론 정도의 미세한 액적으로 발생시켰다. 발생된 액적들을 반응기 온도 900℃에서 0.65초 동안 건조 및 열분해시켜 티타니아 분말을 제조하였다. 수득된 티타니아 분말의 표면을 주사전자현미경(SEM)으로 측정하였으며, 그 결과를 도 1에 나타내었다. As raw materials for titania, fuming titania (trade name: P25, Degussa, Germany) and TTIP were added in a weight ratio of 75:25. Fuming titania and TTIP were dispersed and dissolved in water, respectively, to prepare a spray solution such that the total concentration of the precursor solution was 1M. The resulting solution was placed in an ultrasonic nebulizer and generated as fine droplets on the order of 1 to 5 microns. The generated droplets were dried and pyrolyzed at a reactor temperature of 900 ° C. for 0.65 seconds to prepare titania powder. The surface of the obtained titania powder was measured by a scanning electron microscope (SEM), the results are shown in FIG.
실시예 2: 구형 티타니아 분말의 제조Example 2: Preparation of Spherical Titania Powder
티타니아의 원료로서 발연 티타니아 및 TTIP의 중량비가 50:50인 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법에 따라 티타니아 분말을 제조하였으며, 수득된 분말 표면의 SEM 사진을 도 2에 나타내었다.Titania powder was prepared according to the same method as Example 1 except that the weight ratio of fuming titania and TTIP as a raw material of titania was 50:50, and an SEM photograph of the obtained powder surface is shown in FIG. 2.
실시예 3: 구형 티타니아 분말의 제조Example 3: Preparation of Spherical Titania Powder
티타니아의 원료로서 발연 티타니아 및 TTIP의 중량비가 25:75인 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법에 따라 티타니아 분말을 제조하였으며, 수득된 분말 표면의 SEM 사진을 도 3에 나타내었다.Titania powder was prepared according to the same method as Example 1 except that the weight ratio of fumed titania and TTIP as a raw material of titania was 25:75, and an SEM photograph of the obtained powder surface is shown in FIG. 3.
비교예 1: 발연 티타니아로부터 티타니아 분말 제조Comparative Example 1 Preparation of Titania Powder from Fuming Titania
티타니아의 원료로서 100% 발연 티타니아를 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법에 따라 티타니아 분말을 제조하였으며, 수득된 분말 표면의 SEM 사진을 도 4a 및 도 4b에 나타내었다.A titania powder was prepared according to the same method as Example 1 except that 100% fuming titania was used as a raw material of titania, and SEM photographs of the obtained powder surface are shown in FIGS. 4A and 4B.
비교예 2: TTIP로부터 티타니아 분말 제조Comparative Example 2: Titania Powder Preparation from TTIP
티타니아의 원료로서 100% TTIP를 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법에 따라 티타니아 분말을 제조하였으며, 수득된 분말 표면의 SEM 사진을 도 5에 나타내었다.A titania powder was prepared in the same manner as in Example 1, except that 100% TTIP was used as a raw material of titania, and an SEM photograph of the obtained powder surface is shown in FIG. 5.
분말 표면의 SEM 사진 비교SEM photo comparison of powder surface
도 1 내지 도 3으로부터, 본 발명에 따른 티타니아 분말은 모두 완벽한 구형의 형상을 가지며 매우 다공성임을 확인할 수 있다. 특히, 발연 티타니아와 TTIP의 혼합 비율에 있어서, TTIP의 첨가 비율이 증가할수록 티타늄 성분이 티타니아 표면에 석출됨에 따라 분말의 다공성을 감소시킨다. 1 to 3, it can be seen that the titania powders according to the present invention all have a perfect spherical shape and are very porous. In particular, in the mixing ratio of fuming titania and TTIP, as the addition ratio of TTIP increases, the porosity of the powder decreases as the titanium component precipitates on the titania surface.
도 4a로부터, 100% 발연 티타니아로 제조된 티타니아 분말은 구형의 형상이기는 하나 구형이 치밀하지 못하며, 고해상도로 관찰한 전자현미경 사진인 도 4b로부터, 구형의 표면과 일부 미세하게 분산된 부분은 나노미터 크기의 응집체를 형성하고 있음을 알 수 있다. 이와 같이 티타니아 분말의 구형 형상이 깨지는 것은, 분무열분해 공정에서는 티타니아 분말들의 건조만이 이루어지고 반응이 일어나지 않기 때문에 수득된 티타니아 분말들의 응집체간 구속력이 약하여 쉽게 부서지기 때문이다. 즉, 100% 발연 티타니아로부터 제조된 티타니아 분말은 구형의 형상을 유지하지 못한다. From Fig. 4a, the titania powder made of 100% fuming titania is spherical but not spherical. From Fig. 4b, which is a microscopic photograph of high resolution observation, the spherical surface and some finely dispersed portions are nanometers. It can be seen that they form aggregates of size. The spherical shape of the titania powder is broken in this way because only the drying of the titania powder and the reaction do not occur in the spray pyrolysis process, because the binding force between the aggregates of the obtained titania powder is weak and easily broken. That is, titania powders made from 100% fumed titania do not maintain spherical shape.
도 5에 나타난 바와 같이, 100% TTIP로 제조한 티타니아 분말은 구형의 형상이면서 치밀한 구조를 가지기는 하나, 다공성이 부족함에 따라 분말의 표면적이 작아서 고표면적을 요하는 응용분야에 있어서는 적합하지 않으며, TTIP의 가격 또한 발연 티타니아에 비해 비싸고 취급하기 힘든 단점이 있다. As shown in FIG. 5, the titania powder made of 100% TTIP has a spherical shape and a dense structure, but is not suitable for applications requiring high surface area due to the lack of porosity and the surface area of the powder. Is also expensive and difficult to handle compared to fuming titania.
실시예 4: 티타니아/금속산화물 분말의 제조Example 4 Preparation of Titania / Metal Oxide Powders
TTIP 대신에 아연 질산염을 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법에 따라 구형 티타니아/금속산화물(TiO2/ZnO) 분말을 제조하였으며, 수득된 분말 표면의 SEM 사진을 도 6에 나타내었다.A spherical titania / metal oxide (TiO 2 / ZnO) powder was prepared according to the same method as Example 1 except for using zinc nitrate instead of TTIP, and an SEM image of the obtained powder surface is shown in FIG. 6. .
비교예 3: TTIP로부터 티타니아 분말 제조Comparative Example 3: Preparation of Titania Powder from TTIP
티타니아의 원료로서 100% TTIP를 사용하고, 건조 및 열처리 공정이 800℃에서 수행된 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법에 따라 티타니아 분말을 제조하였으며, 수득된 분말 표면의 SEM 사진을 도 7에 나타내었다. 도 5(비교예 2) 및 도 7에 도시된 티타니아 분말이 유사한 형태를 보이는 것으로부터, 액적의 완벽한 건조가 이루어지고 유기물의 분해가 일어날 수 있는 일정 온도 이상으로만 반응기의 온도가 유지된다면, 수득된 티타니아 분말은 모두 구형의 형상을 가짐을 확인할 수 있다.A titania powder was prepared according to the same method as Example 1, except that 100% TTIP was used as a raw material of titania, and the drying and heat treatment processes were performed at 800 ° C., and a SEM photograph of the obtained powder surface was shown. 7 is shown. From the titania powder shown in FIGS. 5 (Comparative Example 2) and FIG. 7 showing a similar morphology, if the temperature of the reactor is maintained only above a certain temperature at which complete droplet drying and decomposition of organic matter can be obtained, It can be seen that all the titania powders have a spherical shape.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 구형 티타니아 분말의 제조방법은 분무열분해법에 의한 티타니아 분말의 제조에 있어서 티타니아의 원료로서 발연 티타니아와 TTIP 또는 금속산화물을 적절한 비율로 혼합 사용함으로써 완벽한 구형의 형상을 가지면서 치밀한 구조를 가지는 다공성의 티타니아 분말의 제조가 가능하며, 이에 따라 제조된 티타니아 분말은 분말들간의 응집이 전혀 없고 분말의 크기가 서브마이크론에서 수마이크론으로 균일하며 높은 표면적으로 가지므로 광촉매, 백색 안료, 화장품 원료 등 다양한 분야에 광범위하게 적용될 수 있다.As described above, the method for producing the spherical titania powder according to the present invention is a perfect spherical shape by using a mixture of fuming titania and TTIP or a metal oxide in an appropriate ratio as a raw material of titania in the production of titania powder by spray pyrolysis. It is possible to prepare a porous titania powder having a dense structure, and thus the titania powder produced is free from agglomeration between the powders and has a uniform and high surface area from submicrons to several microns. It can be widely applied to various fields such as pigments and cosmetic raw materials.
도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른, 티타니아 원료로서 발연 티타니아(fumed titania)와 티타늄 이소프로폭사이드(TTIP)의 중량비가 75:25로 혼합되어 제조된 티타니아 분말의 전자현미경 사진이고;1 is an electron micrograph of a titania powder prepared by mixing a weight ratio of fumed titania and titanium isopropoxide (TTIP) as a titania material according to Example 1 of 75:25;
도 2 및 도 3은 각각 본 발명의 실시예 2 및 3에 따른, 티타니아 원료로서 발연 티타니아와 TTIP의 중량비가 각각 50:50 및 25:75로 혼합되어 제조된 티타니아 분말의 전자현미경 사진이고;2 and 3 are electron micrographs of titania powders prepared by mixing the weight ratio of fumed titania and TTIP as 50:50 and 25:75, respectively, as titania raw materials according to Examples 2 and 3 of the present invention;
도 4a 및 4b는 본 발명의 비교예 1에 따른, 티타니아 원료로서 발연 티타니아만을 사용하여 제조된 티타니아 분말의 전자현미경 사진이고;4A and 4B are electron micrographs of titania powders prepared using only fuming titania as titania raw materials according to Comparative Example 1 of the present invention;
도 5는 본 발명의 비교예 2에 따른, 티타니아 원료로서 TTIP만을 사용하여 제조된 티타니아 분말의 전자현미경 사진이고;FIG. 5 is an electron micrograph of a titania powder prepared using only TTIP as a titania raw material according to Comparative Example 2 of the present invention; FIG.
도 6은 본 발명의 실시예 4에 따른, 티타니아 원료로서 발연 티타니아와 산화아연(ZnO)의 중량비가 75:25로 혼합되어 제조된 구형 티타니아/금속산화물 (TiO2/ZnO) 분말의 전자현미경 사진이고;6 is an electron micrograph of a spherical titania / metal oxide (TiO 2 / ZnO) powder prepared by mixing a weight ratio of fumed titania and zinc oxide (ZnO) as 75:25 as a titania raw material according to Example 4 of the present invention. ego;
도 7은 본 발명의 비교예 3에 따른, 티타니아 원료로서 TTIP만을 사용하여 반응기의 온도가 800℃에서 제조된 티타니아 분말의 전자현미경 사진이다.7 is an electron micrograph of a titania powder prepared at 800 ° C. using only TTIP as a titania raw material according to Comparative Example 3 of the present invention.
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