KR20050067150A - 광촉매 재료와 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 고활성의 광촉매 기능을 갖고, 자외선 조사 시의 특유의 냄새의 발생을 저감할 수 있는 광촉매 재료의 제조방법에 관한 것이다. 본 방법은, 비금속이 아직 표면에 담지되어 있지 않은 상태의 광촉매 재료(원 광촉매 재료)를 얻는 원 광촉매 재료 제작 공정(P1)과, 공정 P1에 의해 얻어진 원 광촉매 재료의 표면에 비금속 미립자를 담지하는 비귀금속 담지 공정(P3)에 의해, 비금속이 담지된 광촉매 재료를 제조한다. 비금속 담지 공정(P3)은 광석출법에 의해, 원 광촉매 재료를 비금속 화합물 용액에 침지하는 용액 처리 공정(P31)과, 공정 P31에 있어서 비금속이 담지된 광촉매 재료에 자외광을 조사하는 자외선 처리 공정(P32)과, 공정 P32에 의해 처리된 광촉매 재료를 건조하는 건조 공정(P33)으로 구성한다.
Description
본 발명은 광촉매 재료와 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 저비용으로 고활성의 광촉매 기능을 발휘할 수 있으며, 자외선 조사 시에 발생하는 특유의 냄새를 저감할 수 있는 산화물 광촉매 재료와 그 제조방법에 관한 것이다.
산화 티탄으로 대표되는 산화물 광촉매는, 그 밴드 갭 이상의 에너지를 가지는 파장의 광을 조사하면, 광 여기에 의해 전도대에 전자를 생성하고 가전자대에 정공을 생성하여 그들의 강력한 환원력이나 산화력에 의해, 광촉매에 접촉하게 되는 유기물이나 질소 산화물을 물이나 탄산 가스 등에 분해하는 것이며, 방오(防汚), 방취, 항균 기능 등을 가지고 있다. 관계되는 기능을 이용한 환경 정화 방법, 장치가 여러 가지 제공되어 왔지만, 환경 정화 방법의 새로운 고성능화 및 고효율화를 도모하기 위해서는, 산화물 광촉매 자체의 광촉매 기능의 고활성화가 요구된다. 한편으로는, 산화물 광촉매 재료의 취급성이나, 환경 정화 장치로의 장착이 용이한 것이 요구되며, 따라서, 광촉매 기능과 취급성의 양쪽을 향상시키는 것이 중요하다.
특히 분말상태 산화물 광촉매에 있어서의 상술한 바와 같은 과제를 해결하기 위해, 일본 특허공개 평8-266910호 등에 개시되는 진공 증착법, 일본 특허공개 평8-309204호 등에 개시되는 스퍼터링법, 일본 특허공개 평7-100378호 등에 개시되는 졸-겔(sol-gel)법 등, 수많은 산화물 광촉매의 제작 기술이 제안되고 있지만, 광촉매 기능의 고활성화라고 하는 점에서는, 만족스러운 것을 얻을 수는 없었다.
또, 광촉매체의 표면 상태를 제어하는 기술로서 일본 특허공개 평9-57912호 등이 개시되어 있다. 이들은 산화 규소막을 다공질로 형성하거나 산화 티탄막이나 유리 기판에 미세 가공을 실시하여 표면상에 요철을 설치하고, 광촉매가 노출하는 표면의 면적을 증대시켜 광촉매 기능을 향상시킨다고 하는 것 등이지만, 반드시 현저한 향상은 달성할 수 없었다. 또, 기판의 가공, 막의 가공, 기초층의 삽입 등 비용면에서도 문제가 있었다.
또, 광촉매체 표층부를 구성하는 결정을 제어하는 기술로서 일본 특허공개 평 2000-288403호에서는, 결정입자를 타원형 또는 반타원형으로 함으로써 광촉매체의 노출하는 표면적이 증가하여, 광촉매 기능이 향상한다고 하고 있지만, 반드시 현저한 기능 향상은 인정되지 않고, 보다 고활성의 광촉매 기능을 가지며 취급성이 뛰어난 산화물 광촉매가 요구되고 있다.
그러한 상황 하에서, 본원 발명자들은 결정 형상의 제어에 의한 산화물 광촉매의 고활성화에 주목하여, 화학적 증착법(CVD법), 물리적 증착법(PVD법) 등의 각종 제법, 및 유기 금속 화합물 또는 무기 금속 화합물을 이용한 졸-겔법에 의한 산화물 광촉매의 제작에 대해 열심히 검토하였다. 그 결과, CVD법 또는 PVD법 등의 각종 제법에 의해 제작한 결정핵을 유기 금속 화합물 또는 무기 금속 화합물로 이루어지는 졸 용액 내에 넣거나, 해당 결정핵에 졸 용액을 도포하고, 고체화, 열처리하여, 산화 티탄 결정을 해당 결정핵으로부터 성장시키는 방법을 찾아냈다. 그리고, 해당 결정핵으로부터 성장시킨 산화 티탄 결정의 결정 형상이 기둥 모양 결정을 이루고, 그 결정 내부가 중공 구조를 이루는, 기둥 모양 중공 구조의 결정(이하 「기둥 모양 중공 결정」이라고도 한다)으로 함으로써, 고활성의 광촉매 기능을 얻을 수 있는 것을 밝혀냈다. 그리고, 이 발견에 근거하여 신규한 광촉매 재료를 발명하여, 개시하였다 (문헌 l: 일본 특허공개 2002-253975호, 문헌2: 일본 특허공개 2002-253964호). 이 기둥 모양 중공 구조를 가지는 산화 티탄 결정에 의한 광촉매 재료는, 광촉매 재료 담지체의 표면에 고정되기 위한 기부와, 해당 기부로부터 신장하는, 중공의 기둥 모양 구조인 기둥 모양 중공 구조를 취하는 광촉매 결정체로 주로 구성되어 있어, 예를 들어 유리, 금속, 세라믹스 또는 그물눈 모양 구조를 가지는 섬유 등의 각종의 기판 등의 광촉매 재료 담지체 상에 담지되는, 결정핵 등의 기부로부터 기둥 모양 중공 구조의 산화 티탄 결정이 성장하고 있는 구조를 갖는다(문헌 1, 2). 여기서 기둥 모양의 결정이란, 각주, 원기둥 모양 등의 결정 형상, 또는 분기한 나뭇가지 모양의 결정 형상, 기둥 모양 결정이 복수개 성장하는 도중에 융합한 형상 등을 모두 포함한 총칭이다.
얻어진 광촉매 재료는, 담지체인 기재에 고착하고 있기 때문에, 분말상태 광촉매와 같은 비산의 문제를 해결할 수 있었다. 또, 농도 20 ppm의 아세트알데히드 가스를 1 ppm 이하로까지 감소시키는데 필요한 시간은, 분말상태 광촉매와 비교하여 약50%가 되고, 아세트알데히드 가스 분해 속도가 약 2배로 되는 등, 광촉매로서 지극히 고활성이며, 대기 정화 시스템 등 그 실용화에도 매우 유효한 것을 얻을 수 있었다.
도 1은 본 발명의 광촉매 재료의 외관을 나타내는 개념도이다.
도 2는 본 발명의 기둥 모양 중공 구조를 가지는 산화 티탄 결정에 의한 광촉매 재료의 외관을 나타내는 개념도이다.
도 3은 광석출법에 의한 본 발명의 광촉매 재료 제조방법에 대해서, 그 구성을 나타내는 흐름도이다.
도 4는 도 3 등에 있어서의 원 광촉매 재료 제작 공정의 구성의 일례로서, 기둥 모양 중공 구조를 가지는 원 광촉매 재료의 제조 공정을 나타내는 흐름도이다.
도 5는 습식법에 의한 본 발명의 광촉매 재료 제조방법에 대해서, 그 구성을 나타내는 흐름도이다.
도 6은 CVD법에 의한 본 발명의 광촉매 재료 제조방법에 대해서, 그 구성을 나타내는 흐름도이다.
도 7은 SPD법에 의한 본 발명의 광촉매 재료 제조방법에 대해서, 그 구성을 나타내는 흐름도이다.
도 8은 환원제 사용에 의한 본 발명의 광촉매 재료 제조방법에 대해서, 그 구성을 나타내는 흐름도이다.
도 9는 PVD법에 의한 본 발명의 광촉매 재료 제조방법에 대해서, 그 구성을 나타내는 흐름도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
1 : 광촉매 재료 담지체 2 : 기부(결정핵)
3 : 광촉매 결정체(기둥 모양 구조의 산화 티탄 결정)
4 : 금속 또는 금속 화합물의 미립자
5: 비금속 또는 비금속 화합물 미립자
8, 10 : 광촉매 재료 18, 20 : 광촉매체
P1 : 원 광촉매 재료 제작 공정
P3 : 비금속 담지 공정(광석출법)
P31 : 용액 처리 공정 P32 : 자외선 조사 공정
P33 : 건조 공정 P5 : 비금속 담지 공정(습식법)
P51 : 용액 처리 공정 P52 : 건조 공정
P53 : 열처리 공정 P54 : 환원 공정
P6 : 비금속 담지 공정(CVD법) P7 : 비금속 담지 공정(SPD법)
P8 : 비금속 담지 공정(환원제 사용)
P81 : 용액 처리 공정 P82 : 환원제 첨가 공정
P83 : 건조 공정 P9 : 비금속 담지 공정(PVD법)
41 : 겔화 공정 42 : 고체화 공정
43 : 열처리 공정 S1 : 결정핵
S2 : 졸 용액 M3 : 광촉매 재료의 원형
M4 : 고체화한 원형 M5 : 원 광촉매 재료
그러나, 종래에 예를 볼 수 없는 지극히 고활성을 나타내는 고도의 실용 성을 갖춘 광촉매 재료를 얻을 수 있게 되자, 새로운 과제가 나타났다. 그것은, 산화 티탄 표면으로부터 어떤 특유의 냄새가 발생하는 것이다. 이 냄새는, 종래의 분말상태 산화 티탄에서도 마찬가지로 발생하는 것이 실험에 의해 확인되었기 때문에, 산화 티탄 표면에 흡착된 어떠한 물질이 광촉매 작용에 의해 산화 또는 환원되어 발생하고 있는 것으로, 광촉매 특유의 것이라고도 생각된다. 또, 이 냄새는 산화 티탄 광촉매에 자외선을 조사하고 있을 때는 항상 발생하고 있고, 특히 자외선을 조사한 직후에는 꽤 강한 냄새를 발생하는 것도 분명해졌다. 한편, 환경 정화 장치의 성능을 향상시켜, 그 이용 범위를 확대하기 위해서는, 새로운 광촉매를 고성능화해 가는 것이 지극히 중요하다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는, 보다 높은 분해 성능을 가짐과 동시에, 자외선 조사 시에 발생하는 특유의 냄새를 저감할 수 있는 산화물 광촉매 재료와 그 제조방법을 제공하는 것이다. 본원 발명자들은 상기 과제에 대해 열심히 검토한 결과, 금속 또는 그 화합물을 담지한 광촉매 재료로 함으로써 해결할 수 있는 것을 찾아내어, 본 발명의 완성에 이르렀다. 즉, 본원에서 특허 청구되는 발명은 이하와 같다.
(1) 광촉매 재료 담지체에 담지하여 광촉매체를 구성하기 위한 광촉매 재료로서, 해당 광촉매 재료에는 금속 또는 금속 화합물 중의 적어도 어느 한 쪽의 미립자가 담지되어 있는 것을 특징으로 하는, 광촉매 재료.
(2) 광촉매 재료 담지체에 담지하여 광촉매체를 구성하기 위한 광촉매 재료로서, 해당 광촉매 재료에는 비금속(卑金屬) 또는 비금속(卑金屬) 화합물 중의 적어도 어느 한 쪽의 미립자가 담지되어 있는 것을 특징으로 하는, 광촉매 재료.
(3) 광촉매 재료 담지체에 담지하여 광촉매체를 구성하기 위한 광촉매 재료로서, 해당 광촉매 재료에는 비금속 및 그 비금속의 화합물 양쪽의 미립자가 혼재하여 담지되어 있는 것을 특징으로 하는, 광촉매 재료.
(4) 상기 광촉매가 산화 티탄이며, 상기 비금속 또는 비금속 화합물은 Cu, Fe, Ni, Zn, Co, V, Zr, Mn, Sn, Cr, W, Mo, Nb, Ta 또는 이들의 화합물 중 적어도 1종인 것을 특징으로 하는, (2) 또는 (3)의 광촉매 재료.
(5) 상기 광촉매 재료는, 광촉매 재료 담지체의 표면에 고정되기 위한 기부, 또는 광촉매 재료 담지체의 표면에 고정되어 있는 기부와, 해당 기부로부터 신장하는 기둥 모양의 광촉매 결정체로 이루어지는 광촉매 재료인 것을 특징으로 하는, (2) 내지 (4) 중 어느 하나의 광촉매 재료.
(6) 상기 광촉매 재료가, 상기 기부는 결정핵 등으로 이루어지고, 상기 기둥 모양의 광촉매 결정체는 그 내부가 중공의 기둥 모양 구조를 취하는 것을 특징으로 하는, (5)의 광촉매 재료.
(7) 상기 광촉매 결정체 내부에 광촉매 미립자로 이루어지는 구조가 존재하고 있는 것을 특징으로 하는, (6)의 광촉매 재료.
(8) (2) 내지 (7) 중 어느 하나의 광촉매 재료로서, 촉매 담지 면적이 75 mm × 75 mm의 광촉매 재료 담지체 상에 담지된 담지량 약 0.l g의 광촉매를 이용하여 이루어지는 해당 광촉매 재료를 이용하여 아세트알데히드 가스를 분해시켰을 경우에, 용적 20ℓ(리터)의 유리제 용기 중의 아세트알데히드 가스 농도를 20 ppm 이상 1 ppm 이하로 하기 위한 소요 시간이 5분 이상 10분 이하인 것을 특징으로 하는, 광촉매 재료.
(9) 광촉매 재료 담지체와, 해당 광촉매 재료 담지체 상에 담지된 (2) 내지 (8) 중 어느 하나의 광촉매 재료로 이루어지는 광촉매체.
(10) 비금속 또는 그 화합물이 담지되어 있지 않은 광촉매 재료(이하, 「원(原) 광촉매 재료」라고 한다)를 얻는 원 광촉매 재료 제작 공정과, 얻어진 원 광촉매 재료의 표면에 비금속 또는 그 화합물 미립자를 담지하기 위한 비금속 담지 공정으로 이루어지는 광촉매 재료 제조방법에 있어서, 해당 비금속 담지 공정은, 원 광촉매 재료에 비금속 화합물 용액을 이용한 침지 또는 도포 등의 처리를 실시하는 용액 처리 공정과, 해당 용액 처리 공정으로 처리된 광촉매 재료에 자외광을 조사함으로써 비금속 또는 그 화합물을 원 광촉매 재료의 표면에 환원 석출시켜 담지하는 자외선 처리 공정을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는, 광촉매 재료 제조방법.
(11) 비금속 또는 그 화합물이 담지되어 있지 않은 광촉매 재료를 얻는 원 광촉매 재료 제작 공정과, 얻어진 원 광촉매 재료의 표면에 비금속 또는 그 화합물 미립자를 담지하기 위한 비금속 담지 공정으로 이루어지는 광촉매 재료 제조방법에 있어서, 해당 비금속 담지 공정은, 원 광촉매 재료에 비금속 화합물 용액을 이용한 침지 또는 도포 등의 처리를 실시하는 용액 처리 공정과, 해당 용액 처리 공정으로 처리된 광촉매 재료를 건조하는 건조 공정과, 해당 건조 공정으로 처리된 광촉매 재료를 열처리하는 열처리 공정을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는, 광촉매 재료 제조방법.
(12) 상기 열처리 공정의 후에, 상기 광촉매 재료 표면에 담지된 산화 상태의 비금속 미립자를 환원하기 위한 환원 공정을 제공하는 것을 특징으로 하는 (11)의 광촉매 재료 제조방법.
(13) 비금속 또는 그 화합물이 담지되어 있지 않은 광촉매 재료를 얻는 원 광촉매 재료 제작 공정과, 얻어진 원 광촉매 재료의 표면에 비금속 또는 그 화합물 미립자를 담지하기 위한 비금속 담지 공정으로 이루어지는 광촉매 재료 제조방법에 있어서, 해당 비금속 담지 공정은, 열CVD법, 플라즈마 CVD법 또는 그 외의 화학적 증착법에 의해 원 광촉매 재료의 표면에 비금속 또는 그 화합물 미립자를 담지시키는 화학적 증착 공정인 것을 특징으로 하는, 광촉매 재료 제조방법.
(14) 비금속 또는 그 화합물이 담지되어 있지 않은 광촉매 재료를 얻는 원 광촉매 재료 제작 공정과, 얻어진 원 광촉매 재료의 표면에 비금속 또는 그 화합물 미립자를 담지하기 위한 비금속 담지 공정으로 이루어지는 광촉매 재료 제조방법에 있어서, 해당 비금속 담지 공정은, 비금속 화합물 용액을 가열한 원 광촉매 재료 표면에 분무함으로써 열분해하며, 이것에 의해 비금속 또는 그 화합물을 원 광촉매 재료의 표면에 담지하는 분무 열분해 공정인 것을 특징으로 하는, 광촉매 재료 제조방법.
(15) 비금속 또는 그 화합물이 담지되어 있지 않은 광촉매 재료를 얻는 원 광촉매 재료 제작 공정과, 얻어진 원 광촉매 재료의 표면에 비금속 또는 그 화합물 미립자를 담지하기 위한 비금속 담지 공정으로 이루어지는 광촉매 재료 제조방법에 있어서, 해당 비금속 담지 공정은, 원 광촉매 재료에 비금속 화합물 용액을 이용한 침지 또는 도포 등의 처리를 실시하는 용액 처리 공정과, 해당 용액 처리 공정으로 처리된 광촉매 재료에 환원제를 첨가함으로써 비금속 또는 그 화합물을 원 광촉매 재료의 표면에 석출시키는 환원제 첨가 공정을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는, 광촉매 재료 제조방법.
(16) 비금속 또는 그 화합물이 담지되어 있지 않은 광촉매 재료를 얻는 원 광촉매 재료 제작 공정과, 얻어진 원 광촉매 재료의 표면에 비금속 또는 그 화합물 미립자를 담지하기 위한 비금속 담지 공정으로 이루어지는 광촉매 재료 제조방법에 있어서, 해당 비금속 담지 공정은, 스퍼터링법, 진공 증착법, 또는 그 외의 물리적 증착법에 의해 원 광촉매 재료의 표면에 비금속 또는 그 화합물 미립자를 원 광촉매 재료의 표면에 담지시키는 물리적 증착 공정인 것을 특징으로 하는, 광촉매 재료 제조방법.
즉, 본 발명은, 광촉매 재료, 특히 본원 발명자들이 이미 제안한 기둥 모양 중공 구조를 가지는 산화 티탄 광촉매 결정으로 이루어지는 광촉매 재료의 표면에 금속, 또는 그 화합물의 미립자를 담지시킴으로써, 저비용으로 분해 성능을 대폭적으로 향상시켜, 한층 더 자외선 조사시의 특유의 냄새의 발생을 저감, 혹은 그 발생을 없앨 수 있다고 하는 것으로, 이용되는 금속 등은, 비금속 또는 그 화합물, 혹은 귀금속(貴金屬) 또는 그 화합물이라도 된다.
상기 산화 티탄 광촉매 결정은, 유기 금속 화합물 또는 무기 금속 화합물의 졸 용액 내에 결정핵을 넣거나, 결정핵에 졸 용액을 도포하고, 고체화, 열처리하여 해당 결정핵으로부터 성장시키는 것을 특징으로 한다. 기둥 모양 중공 구조를 가지는 산화 티탄 결정 자체도 이미 매우 고활성이지만, 이것에 금속 또는 그 화합물의 미립자를 담지시킴으로써 한층 더 그 활성을 향상시킬 수 있어 아세트알데히드 등의 유기 유해 물질의 분해 효율을, 상기 기둥 모양 중공 구조를 가지는 광촉매 재료와 비교하여 약 2배, 혹은 그 이상으로까지, 종래의 분말상태 광촉매와 비교하면 약 4배로까지, 대폭적으로 향상시킬 수 있다.
즉, 본 발명과 관련되는 대표적인 산화물 광촉매 재료의 하나는, 결정핵으로부터 성장시킨 기둥 모양 중공 구조를 갖는 산화 티탄 결정으로서, 그 표면에, 예를 들어 Cu 등의 비금속 또는 그 화합물의 미립자를 담지시킨 것이며, 그 담지는, 비금속 또는 그 화합물 담지 전의 광촉매 재료에, 광석출법, 습식법, PVD법, CVD법, 분무 열분해법(SPD법) 등의 방법에 의해 비금속 등을 담지시킴으로써 행한다.
본 발명에 있어서, 광촉매 결정의 형상이 기둥 모양이란, 각주(角柱) 모양, 원기둥 모양, 막대 모양, 그 외 기둥 모양의 입체 구조를 취하는 것을 모두 포함하며, 또 해당 기둥 모양 결정은 연직 방향으로 곧게 신장하는 것, 경사상으로 신장하는 것, 만곡하면서 신장하는 것, 가지 모양으로 분기하여 신장하는 것, 기둥 모양 결정이 복수개 성장하여 도중에 융합한 것 등을 포함한다.
결정핵은 스퍼터링법, 진공 증착법 등의 PVD법, 또는 CVD 법으로 제작한 결정핵 뿐만 아니라, 그 종류는 단결정, 다결정체, 그 외를 넓게 이용할 수 있다. 또, 결정핵으로서는, 통상의 화학반응으로 보여지는 것처럼 분명하게 핵으로 인정받지 못한 것, 예를 들어 기판상의 상처 등을 핵의 대체물로 하는 것도 가능하다. 기둥 모양 결정 구조는, 결정핵 상에 하나 이상의 기둥 모양 결정을 성장시켜, 결정핵과 그 위에 성장시키는 기둥 모양 결정이 동일 방위로 성장하고, 전형적인 것으로는 기둥 모양 결정의 내부는 중공 구조를 가지고 있는 것을 특징으로 한다. 기둥 모양 결정 구조를 가지는 광촉매는, 종래의 다른 결정 형상을 가지는 것에 비해 분해 대상물과의 접촉 효율이 좋고, 분해 성능이 비약적으로 향상한다.
또한, 본원 발명자들은 앞서, 본 발명과는 별도로, 기둥 모양 중공 결정의 외벽부를 건식 에칭이나 습식 에칭 등의 방법을 이용하여 일부 제거하여, 광촉매 미립자로 이루어지는 구조를 포함하는 중공 구조로 되어 있는 내부를 외부에 노출시키는 기술에 의해, 외벽부를 제거하지 않은 기둥 모양 중공 결정과 비교하여 분해 성능을 높이는 방법을, 비공지의 특허출원에서 제안하였다(일본 특허출원 2001-392804호). 이 방법과 본 발명의 귀금속 미립자 담지의 기둥 모양 중공 결정 광촉매 재료의 제조방법을 병용함으로써, 그 상승효과에 의해서, 한층 더 광촉매 재료의 분해 성능을 높일 수 있다.
이 경우, 상기 기둥 모양 중공 결정의 중공 내부 구조를 외부에 노출시키는 방법으로서는, 건식 에칭 방법, 습식 에칭 방법, 기계적 방법이 유효하다. 건식 에칭 방법에는 물리적 에칭 방법과 화학적 에칭 방법이 있다. 물리적 에칭 방법으로서는 이온 에칭법, 플라즈마 에칭법 등이 있고, 화학적 에칭 방법으로서는 가스 에칭법 등이 있다. 습식 에칭 방법은, 강무기산, 강산화제, 불화물 등을 기초적인 조성으로서 포함하는 에칭 용액을 이용하는 것이다. 또한, 기계적 방법이란, 기둥 모양 중공 결정을 연마함으로써 중공 내부 구조를 표면에 노출시키는 방법이다. 이러한 방법에 의해, 기둥 모양 중공 결정의 외벽부가 일부 제거되어 중공 내부 구조가 외부에 노출하여, 고활성의 광촉매 기능을 얻을 수 있다.
또, 기둥 모양 중공의 산화 티탄 결정 제작 공정에 있어서, 15℃/분∼10 5℃/분, 또는 20℃/분∼100℃/분의 온도상승 속도로 열처리함으로써 결정 형성에 크게 기여하는 열전도 속도가 상승하고, 기둥 모양 구조의 외벽부를 구성하는 결정의 결정 밀도가 낮아짐으로써 기둥 모양 중공 결정의 중공 내부 구조가 노출하여, 광촉매 기능 고활성화를 달성할 수도 있다.
본 발명의 「비금속 담지 공정」이란, 원 광촉매 재료에 비금속, 또는 그 화합물의 미립자를 담지하는 공정을 말한다.
이하, 본 발명을 도면에 의해 더욱 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 광촉매 재료의 외관을 나타내는 개념도이다. 도면에 있어서, 본 광촉매 재료(8)는 예를 들어, 유리, 금속, 세라믹스 또는 그물눈 모양 구조를 가지는 섬유 등의 각종의 기판 등의 광촉매 재료 담지체(1)에 담지하여 광촉매체(18)를 구성하기 위한 광촉매 재료(8)이며, 해당 광촉매 재료(8)에는 금속 또는 금속 화합물의 적어도 어느 한 쪽의 미립자(4)가 담지되어 있는 것을 주된 구성으로 한다. 도면은 개념도이며, 특히 광촉매 재료(8)에 대한 금속 또는 그 화합물의 미립자(4)의 크기는 강조되고, 또 그 분포 상태도 개념적으로 나타나 있다.
도면에 있어서, 미립자(4)로서는, (a) 특정의 금속의 미립자만의 경우, (b) 특정의 금속의 산화물 등의 화합물만의 경우, (c) 특정의 금속 단체(單體) 및 그 금속의 산화물 등의 화합물의 경우가 포함되고, 그 외 다른 종류의 금속, 다른 종류의 금속 화합물이 모든 혼합 상태로 혼재하고 있는 경우도 포함한다. 따라서, 예를 들어 (c)의 경우의 예로서 Pt와 그 염화물인 PtCl2의 각 미립자의 양쪽이 혼재하여 담지되어 있는 경우도, 본 발명의 양태로서 포함된다.
도면에 있어서, 본 발명의 광촉매 재료(8)는, 광촉매 재료 담지체(1)에 담지하여 광촉매체(18)를 구성하는 것이며, 해당 광촉매 재료(8)에는 비금속 또는 비금속 화합물의 적어도 어느 한 쪽의 미립자(4)가 담지되어 있는 구성으로 할 수 있다. 따라서, 미립자(4)로서는 예를 들어, Cu만을 담지하는 것도, 그 산화물인 CuO만을 담지하는 것도, 혹은 그 양쪽을 혼재시켜 담지할 수도 있다.
도면에 있어서, 본 발명의 광촉매 재료(8)는, 광촉매 재료 담지체(1)에 담지하여 광촉매체(18)를 구성하는 것이며, 해당 광촉매 재료(8)에는 비금속, 및 그 비금속의 화합물 양쪽의 미립자(4)가 혼재하여 담지되어 있는 구성으로 할 수 있다. 또, 해당 광촉매로서는 산화 티탄을 이용하고, 해당 비금속 등으로서는 Cu, Fe, Ni, Zn, Co, V, Zr, Mn, Sn , Cr, W, Mo, Nb, Ta 또는 이들의 화합물 중 적어도 1종을 이용할 수 있다. 따르서, 예컨대, 미립자(4)로서 Cu 및 그 산화물인 CuO의 양쪽이 혼재하여 담지되는 구성을 취할 수 있다. 또, 예를 들어, Ni 및 V2O5와 같이, 다른 원소의 단체(單體) 및 화합물을 임의로 조합하여 담지시키는 것도 가능하다.
도 1에 있어서, 상술한 본 발명의 각 광촉매 재료(8)는 예를 들어, 유리, 금속, 세라믹스 또는 그물눈 모양 구조를 가지는 섬유 등의 각종의 기판 등의 광촉매 재료 담지체(1)상에 담지됨으로써, 취급하기 쉬운 형태의 광촉매체(18)를 구성할 수 있다.
도면에 있어서, 본 발명의 광촉매 재료(8)는, 광촉매 재료 담지체(1)의 표면에 고정되어 있고, 그 표면에는 Cu 등의 금속 등의 미립자(4)가 담지된 상태가 되어 있다. 이와 같이, 금속 등의 미립자(4)가 담지된 구성을 취함으로써 본 광촉매 재료(8)는, 광촉매 효과를 얻기 위해 자외선에 의해 광 여기를 행할 때, 그 자외선 조사에 의한 특유의 냄새의 발생이 저감되거나, 냄새의 발생이 없어진다. 냄새 발생을 저감하는 효과는, Pt 등의 귀금속을 이용했을 경우에도 유효하게 인정되지만, Cu 등의 비금속 또는 이들의 화합물에 의해서, 보다 현저하게 작용시킬 수 있다.
또, 금속 등의 미립자(4)는, 그 입자직경이 보다 작아지도록 구성함으로써, 아세트알데히드 등의 유기 유해 물질의 분해가 촉진되어 분해 성능이 향상한다.
도 2는 본 발명의 기둥 모양 중공 구조를 가지는 산화 티탄 결정에 의한 광촉매 재료의 외관을 나타내는 개념도이다. 도면에 있어서, 본 광촉매 재료(10)는, 광촉매 재료 담지체(1)의 표면에 고정되기 위한, 또는 광촉매 재료 담지체(1)의 표면에 고정되어 있는 기부(2)와, 해당 기부(2)로부터 신장하는 기둥 모양의 광촉매 결정체(3)로 이루어지고, 유리, 금속, 세라믹스 또는 그물눈 모양 구조를 가지는 섬유 등의 각종의 기판 등의 광촉매 재료 담지체(1)에 담지하여 광촉매체(20)를 구성하는 것이며, 해당 광촉매 재료(10)에는 비금속 또는 비금속 화합물 중 적어도 어느 한 쪽의 미립자(5)가 담지되어 있는 것을 주된 구성으로 한다. 도면은 개념도이며, 특히 광촉매 재료(10)에 대한 비금속 또는 그 화합물의 미립자(5)의 크기는 강조되고, 또 그 분포 상태도 개념적으로 나타나 있다.
따라서, 미립자(5)로서는, 예를 들어 상술한 바와 같이 Cu만을 담지하는 것도, 그 산화물인 CuO만을 담지하는 것도, 혹은 그 양쪽을 혼재시켜 담지할 수도 있다.
도면에 있어서, 본 발명의 광촉매 재료(8)에 담지되는 금속 등의 미립자(4)는, 비금속 또는 비금속 화합물의 미립자로 할 수 있다. 또, 해당 광촉매로서는 산화 티탄을 이용하고, 해당 비금속 등으로서는 Cu, Fe, Ni, Zn, Co, V, Zr, Mn 또는 이들의 화합물 중 적어도 1종을 이용할 수 있다. 즉, 본 발명의 광촉매 재료(10)는 예를 들어, 해당 광촉매 재료 담지체(1)상에 담지되는, 결정핵 등의 기부(2)로부터 기둥 모양 구조의 산화 티탄 결정이 광촉매 결정체(3)로서 성장하고, 해당 기부(2) 및 해당 광촉매 결정체(3)의 표면에는 Cu 등의 귀금속 미립자(5)가 담지되어 있는 구조를 가진다.
도면에 있어서, 본 광촉매 재료(10)는, 상기 기부(2)가 결정핵 등으로 이루어지고, 상기 광촉매 결정체(3)는, 중공의 기둥 모양 구조(이하 「기둥 모양 중공 구조」라고도 한다)를 취하는 것으로 할 수 있으며, 또 해당 광촉매 결정체(3) 내부에는, 도시하지 않은 광촉매 입자로 이루어지는 구조(6)(이하 「결정입자」라고도 한다)가 존재하고 있는 구성으로 할 수 있다.
상기 결정핵으로서는, 스퍼터링법, 진공 증착법 등의 PVD법, 또는 CVD법으로 제작한 결정핵 뿐만 아니라, 그 종류는 단결정, 다결정체, 분말체, 세라믹스, 금속의 열산화막, 양극 산화막의 어느 것이라도 이용할 수 있다. 또, 결정핵으로서는, 통상의 화학반응에서 보여지는 바와 같이, 분명하게 핵으로 인정받지 못한 것, 예를 들어 기판상의 상처, 이물의 돌기 등과 같이, 기판 상에 있고 기판과는 상위한 상태를 가지는 부분을 핵의 대체물로 하는 것도 가능이다. 기둥 모양 결정 구조는, 결정핵상에 하나 이상의 기둥 모양 결정을 성장시켜, 결정핵과 그 위에 성장시키는 기둥 모양 결정이 동일 방위로 성장하여, 전형적인 것으로는 기둥 모양 결정의 내부는 중공 구조로 되어 있는 것을 특징으로 한다.
도 2에 있어서, 상술한 본 발명의 각 광촉매 재료(10)는 예를 들어, 유리, 금속, 세라믹스 또는 그물눈 모양 구조를 가지는 섬유 등의 각종의 기판 등의 광촉매 재료 담지체(1)상에 담지됨으로써, 취급하기 쉬운 형태의 광촉매체(20)를 구성할 수 있다.
도 2에 있어서, 본 발명의 광촉매 재료(10)는, 기부(2)에 있어서 광촉매 재료 담지체(1)의 표면에 고정되어 있고, 해당 기부(2)로부터 신장하는 광촉매 결정체(3) 및 해당 기부(2)의 표면에는 Cu 등의 비금속 등의 미립자(5)가 담지된 상태로 되어 있다. 광촉매 결정체(3)는 기둥 모양 구조를 취함으로써 그 표면적이 증대하고 있어, 이미 광촉매 기능이 고활성으로 되어 있지만, 그 표면에 비금속 등의 미립자(5)가 담지되어 있음으로써, 아세트알데히드 등의 유기 유해 물질의 분해 효율은 한층 더 높아져, 비금속 등의 미립자를 담지하지 않는 경우와 비교하여, 약 2배의 분해 효율을 얻을 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 광촉매 재료(10)에 있어서는, 촉매 담지 면적이 75 mm × 75 mm인 광촉매 재료 담지체 상에 담지된 담지량 약 0.1 g의 광촉매를 이용하여 이루어지는 해당 광촉매 재료(10)를 이용하여 아세트알데히드 가스를 분해시켰을 경우에, 용적 20ℓ의 유리제 용기 중의 아세트알데히드 가스 농도를 20 ppm 이상 1 ppm 이하로 하기 위한 소요 시간을 10분 이하, 또 구성에 따라서는 6분까지 단축할 수 있다.
본 발명과 관련되는 기둥 모양 중공 구조 산화 티탄에 의한 광촉매 재료에서는 비록 비금속 등의 미립자를 담지하지 않는 경우에도, 종래의 분말상태 광촉매에서는 약 30 분을 필요로 하는 바, 15분 정도로 1 ppm 이하의 농도에 도달하기 때문에, 해당 조건에서의 분해 효율은 약 2배를 나타내며, 상당한 분해 성능 향상을 달성하지만 , 비금속 등 미립자를 담지한 본 발명은 이것을 한층 더 상회하는 분해 성능을 나타낸다. 즉, 상기 조건에서 본 발명의 광촉매 재료를 종래의 분말상태 광촉매와 비교하면, 분해 소요 시간은 약 1/4에서 1/5 정도까지 단축되어 약 4배∼5배의 분해 효율을 얻을 수 있어 대폭적으로 분해 성능이 향상한다.
또, 비금속 등의 미립자(5)는, 그 입자직경이 보다 작아지도록 구성함으로써, 아세트알데히드 등의 유기 유해 물질의 분해가 촉진되어, 분해 성능이 향상한다.
산화 티탄 광촉매에 금속 등 미립자를 담지함으로써 광촉매 기능이 고활성으로 되는 것은, 광촉매로의 여기 광의 흡수에 의해 전도대로 여기된 여기 전자가 금속 등 미립자 상에 모아져 풀(pool)되고, 동시에 정공이 광촉매 표면에 흡착하고 있는 유기 유해 물질을 향해 이동함으로써, 강제적으로 전자-정공쌍의 재결합 확률이 감소하는 상태가 형성되기 때문이다. 즉, 전자-정공쌍의 전하 분리 상태의 형성에 의해 이러한 재결합이 억제되고, 주위의 산소 및 정공에 의한 광촉매 반응 및 유기 유해 물질의 산화 분해가 촉진되어, 광촉매 활성의 고감도화가 달성된다.
또, 도면에 있어서, 본 광촉매 재료(10)는, 금속 등의 미립자(5)가 담지된 구성을 취함으로써 광촉매 효과를 얻기 때문에, 자외선에 의해서 광 여기를 행할 때, 그 자외선 조사에 의한 특유의 냄새의 발생이 저감되거나 냄새의 발생이 없어진다. 냄새 발생을 저감하는 효과는, Pt 등의 귀금속을 이용했을 경우에도 유효하게 인정되지만, Cu 등의 비금속 또는 이들의 화합물에 의해서, 보다 현저하게 작용시킬 수 있다.
도 3은 본 발명의 광촉매 재료 제조방법의 하나로서 광석출법을 이용한 제조방법에 대해서, 그 구성을 나타내는 흐름도이다. 도면에 있어서, 본 발명의 제조방법은, 비금속 등이 담지되어 있지 않은 광촉매 재료를 얻는 원 광촉매 재료 제작 공정(P1)과, 얻어진 광촉매 재료의 표면에 비금속등 미립자를 담지하기 위한 비금속 담지 공정(P3)으로 이루어지고, 해당 비금속 담지 공정(P3)은, 광촉매 재료에 비금속 화합물 용액을 이용한 침지 또는 도포 등의 처리를 실시하는 용액 처리 공정(P31)과, 해당 용액 처리 공정(P31)으로 처리된 광촉매 재료에 자외광을 조사함으로써 비금속 등을 원 광촉매 재료의 표면에 환원 석출시켜 담지하는 자외선 처리 공정(P32)을 구비하여 구성된다.
도면에 있어서, 해당 자외선 처리 공정(P32)의 후에는, 해당 공정 P32에 의해 비금속 등이 담지된 광촉매 재료를 건조시키기 위한 건조 공정(P33)을 추가로 제공할 수 있다.
도면에 있어서, 본 발명의 광석출법을 이용한 광촉매 재료 제조방법에서는, 원 광촉매 재료 제작 공정(P1)에 있어서 비금속 등이 아직 표면에 담지되어 있지 않은 상태의 광촉매 재료(원 광촉매 재료)를 얻을 수 있고, 그 다음에 비금속 담지 공정(P3)에 있어서 해당 공정 P1에 의해 얻어진 원 광촉매 재료의 표면에, 비금속 등의 미립자가 담지되지만, 해당 비금속 담지 공정(P3) 중 용액 처리 공정(P31)에 의해, 해당 원 광촉매 재료에 비금속 화합물 용액을 이용한 침지 또는 도포 등의 처리가 실시되며, 그 다음에 자외선 처리 공정(P32)에 의해, 해당 용액 처리 공정(P31)으로 처리된 광촉매 재료에 자외광이 조사되어 비금속 등이 광촉매 재료의 표면에 환원 석출하여 담지된다. 더욱이 건조 공정(P33)에 의해, 비금속 등이 담지된 광촉매 재료가 건조되어 본 발명의 비금속 등 미립자가 담지된 광촉매 재료가 제조된다.
상기 자외선 처리 공정(P32)을 거침으로써, 상기 용액 처리 공정(P31)에 의해 광촉매 재료 표면에 담지된 산화 상태의 비금속 등 미립자는 환원되어 유해 유기물질의 분해 효율을 높여 광촉매 기능을 고성능화할 수 있다. 또, 자외선 조사 시의 특유의 냄새의 발생을 저감, 혹은 그 발생을 없앨 수 있다.
도 4는 도 3에 있어서의 원 광촉매 재료 제작 공정(P1)의 구성의 일례로서, 기둥 모양 중공 구조를 가지는 원 광촉매 재료의 제조 공정을 나타내는 흐름도이다. 도 4에 있어서, 기둥 모양 중공 구조를 가지는 원 광촉매 재료의 제조 공정은, 광촉매 재료의 기부로 하기 위한 결정핵(S1)을, 유기 금속 화합물 또는 무기 금속 화합물을 포함하는 졸 용액(S2)에 침지하거나, 광촉매 재료의 기부로 하기 위한 결정핵(S1)에 유기 금속 화합물 또는 무기 금속 화합물을 포함하는 졸 용액(S2)을 도포하여, 겔화에 의한 광촉매 재료의 원형(M3)을 얻기 위한 겔화 공정(41)과, 해당 겔화 공정(41)에 의해 얻어진 해당 원형(M3)을 건조하여 고체화하고, 고체화한 원형(M4)을 얻기 위한 고체화 공정(42)과, 해당 고체화한 원형(M4)을 열처리하여, 기둥 모양 구조 또는 기둥 모양 중공 구조를 취하는 광촉매 결정체를 가지는 원 광촉매 재료(M5)를 얻기 위한 열처리 공정(43)으로 주로 구성된다.
도면에 있어서, 겔화 공정(41)에 의해, 광촉매 재료의 기부로 하기 위한 결정핵(S1)은, 유기 금속 화합물 또는 무기 금속 화합물을 포함한 졸 용액(S2)에 침지되거나, 광촉매 재료의 기부로 하기 위한 결정핵(S1)에 유기 금속 화합물 또는 무기 금속 화합물을 포함하는 졸 용액(S2)이 도포되어, 겔화에 의한 광촉매 재료의 원형(M3)이 얻어지며, 그 다음에 고체화 공정(42)에 의해, 해당 겔화 공정(41)에서 얻어진 해당 원형(M3)은 건조되어 고체화하고, 고체화한 원형(M4)이 얻어지며, 그 다음에 열처리 공정(43)에 의해, 해당 고체화한 원형(M4)은 열처리되어, 기둥 모양 구조 또는 기둥 모양 중공 구조를 취하는 광촉매 결정체를 가지는 원 광촉매 재료(M5)를 얻을 수 있다.
도 5는 습식법에 의한 본 발명의 광촉매 재료 제조방법에 대해서, 그 구성을 나타내는 흐름도이다. 도면에 있어서, 본 제조방법은, 비금속 등이 담지되어 있지 않은 광촉매 재료를 얻는 원 광촉매 재료 제작 공정(P1)과, 해당 공정 P1에서 얻어진 원 광촉매 재료의 표면에 비금속 등 미립자를 담지하기 위한 비금속 담지 공정(P5)으로 이루어지며, 해당 비금속 담지 공정(P5)은, 원 광촉매 재료에 비금속 화합물 용액을 이용한 침지 또는 도포 등의 처리를 실시하는 용액 처리 공정(P51)과, 해당 용액 처리 공정(P51)으로 처리된 광촉매 재료를 건조하는 건조 공정(P52)과, 해당 건조 공정(P52)으로 처리된 광촉매 재료를 열처리하는 열처리 공정(P53)을 구비하여 구성된다.
도면에 있어서, 본 제조방법에서는, 상기 열처리 공정(P53)의 후에, 상기 광촉매 재료 표면에 담지된 산화 상태의 비금속 미립자를 환원하기 위한 환원 공정(P54)을 제공할 수 있다. 상기 원 광촉매 재료 제작 공정(P1)으로서, 전술한 도 4에 나타내는 공정을 거침으로써, 기둥 모양 중공 구조를 가지는 광촉매 재료를 제작하여, 이것을 원 광촉매 재료로 할 수 있다.
도면에 있어서, 습식법에 의한 본 발명의 광촉매 재료 제조방법에서는, 원 광촉매 재료 제작 공정(P1)에 있어서 비금속 등이 아직 표면에 담지되어 있지 않은 상태의 광촉매 재료가 얻어지고, 그 다음에 비금속 담지 공정(P5)에 있어서 해당 공정 P1에 의해 얻어진 원 광촉매 재료의 표면에, 비금속 등의 미립자가 담지되지만, 해당 비금속 담지 공정(P5) 중에, 용액 처리 공정(P51)에 의해 원 광촉매 재료에 비금속 화합물 용액을 이용한 침지 또는 도포 등의 처리가 실시되며, 그 다음에 건조 공정(P52)에 의해 해당 용액 처리 공정(P51)으로 처리된 광촉매 재료가 건조되고, 그 다음에 열처리 공정(P53)에 의해 해당 건조 공정(P52)으로 처리된 광촉매 재료가 열처리되어, 본 발명의 비금속 등 미립자가 담지된 광촉매 재료가 제조된다. 즉, 유해 유기물질의 분해 효율을 높여 광촉매 기능을 고성능화할 수 있다. 또, 자외선 조사 시의 특유의 냄새의 발생을 저감할 수 있거나, 그 발생이 없는 광촉매 재료로 할 수 있다.
도면에 있어서, 본 제조방법에서는, 상기 열처리 공정(P53)의 후에 제공되는 환원 공정(P54)에 의해, 상기 광촉매 재료 표면에 담지된 산화 상태의 비금속 미립자가 환원된다.
도 6은 CVD법에 의한 본 발명의 광촉매 재료 제조방법에 대해서, 그 구성을 나타내는 흐름도이다. 도면에 있어서, 본 제조방법은, 원 광촉매 재료를 얻는 원 광촉매 재료 제작 공정(P1)과, 해당 공정 P1에 의해 얻어진 원 광촉매 재료의 표면에 비금속 등 미립자를 담지하기 위한 비금속 담지 공정(P6)으로 이루어지며, 해당 비금속 담지 공정(P6)은, 열CVD법, 플라즈마 CVD법 또는 그 외의 화학적 증착법에 의해 원 광촉매 재료의 표면에 비금속 등 미립자를 담지시키는 화학적 증착 공정인 구성을 취한다. 해당 원 광촉매 재료 제작 공정(P1)으로서 전술한 도 4에 나타내는 공정을 거침으로써, 기둥 모양 중공 구조를 가지는 광촉매 재료를 제작하여, 이것을 원 광촉매 재료로 할 수 있다.
도면에 있어서, CVD법에 의한 본 발명의 광촉매 재료 제조방법에서는, 원 광촉매 재료 제작 공정(P1)에 있어서 원 광촉매 재료가 얻어지고, 그 다음에 비금속 담지 공정(P6)에 있어서 해당 공정 P1에 의해 얻어진 원 광촉매 재료의 표면에, 비금속 등의 미립자가 담지되지만, 해당 비금속 담지 공정(P6)인 화학적 증착 공정에 의해, 원 광촉매 재료의 표면에 비금속 등 미립자가 담지되어 본 발명의 비금속 등 미립자가 담지된 광촉매 재료가 제조된다.
도 7은 SPD법에 의한 본 발명의 광촉매 재료 제조방법에 대해서, 그 구성을 나타내는 흐름도이다. 도면에 있어서, 본 제조방법은, 원 광촉매 재료를 얻는 원 광촉매 재료 제작 공정(P1)과, 얻어진 원 광촉매 재료의 표면에 비금속 등 미립자를 담지하기 위한 비금속 담지 공정(P7)으로 이루어지며, 해당 비금속 담지 공정(P7)은, 비금속 화합물 용액을 가열한 광촉매 재료 표면에 분무함으로써 열분해하여, 이것에 의해 비금속 등을 원 광촉매 재료의 표면에 담지하는 분무 열분해 공정인 구성을 취한다.
도면에 있어서, SPD법에 의한 본 발명의 광촉매 재료 제조방법에서는, 원 광촉매 재료 제작 공정(P1)에 있어서 원 광촉매 재료가 얻어지고, 그 다음에 비금속 담지 공정(P7)에 의해, 가열한 광촉매 재료 표면에 비금속 화합물 용액이 분무되어 이것이 열분해하며, 이것에 의해 비금속 등이 원 광촉매 재료의 표면에 담지되어 본 발명의 비금속 등 미립자가 담지된 광촉매 재료가 제조된다.
도 8은, 환원제 사용에 의한 본 발명의 광촉매 재료 제조방법에 대해서, 그 구성을 나타내는 흐름도이다. 도면에 있어서, 본 제조방법은, 원 광촉매 재료를 얻는 원 광촉매 재료 제작 공정(P1)과, 얻어진 원 광촉매 재료의 표면에 비금속 등 미립자를 담지하기 위한 비금속 담지 공정(P8)으로 이루어지며, 해당 비금속 담지 공정(P8)은 광촉매 재료에 비금속 화합물 용액을 이용한 침지 또는 도포 등의 처리를 실시하는 용액 처리 공정(P81)과, 해당 용액 처리 공정(P81)으로 처리된 광촉매 재료에 환원제를 첨가함으로써 비금속 등을 원 광촉매 재료의 표면에 석출시키는 환원제 첨가 공정(P82)을 구비하여 구성된다. 해당 환원제 첨가 공정(P82)의 후에는, 해당 공정 P82에 의해 처리된 광촉매 재료를 건조하기 위한 건조 공정(P83)을 제공할 수 있다.
도면에 있어서, 환원제 사용에 의한 본 발명의 광촉매 재료 제조방법에서는, 원 광촉매 재료 제작 공정(P1)에 있어서 원 광촉매 재료가 얻어지고, 그 다음에 비금속 담지 공정(P8)중의 용액 처리 공정(P81)에 의해 원 광촉매 재료에 비금속 화합물 용액을 이용한 침지 또는 도포 등의 처리가 실시되며, 그 다음에 환원제 첨가 공정(P82)에 의해 해당 용액 처리 공정(P81)으로 처리된 광촉매 재료에 환원제가 첨가되어 비금속 등이 원 광촉매 재료의 표면에 석출하여 담지되고, 본 발명의 비금속 등 미립자가 담지된 광촉매 재료가 제조된다. 건조 공정(P83)을 제공한 경우, 해당 환원제 첨가 공정(P82)에 의해 처리된 광촉매 재료가 건조되어 본 발명의 비금속 등 미립자가 담지된 광촉매 재료가 된다.
도 9는 PVD법에 의한 본 발명의 광촉매 재료 제조방법에 대해서, 그 구성을 나타내는 흐름도이다. 도면에 있어서, 본 제조방법은, 원 광촉매 재료를 얻는 원 광촉매 재료 제작 공정(P1)과, 얻어진 원 광촉매 재료의 표면에 비금속 등 미립자를 담지하기 위한 비금속 담지 공정(P9)으로 이루어지며, 해당 비금속 담지 공정(P9)은, 스퍼터링법, 진공 증착법, 또는 그 외의 PVD법에 의해 원 광촉매 재료의 표면에 비금속 등 미립자를 원 광촉매 재료의 표면에 담지시키는 물리적 증착 공정인 구성을 취한다.
도면에 있어서, PVD법에 관한 본 발명의 광촉매 재료 제조방법에서는, 원 광촉매 재료 제작 공정(P1)에 있어서 원 광촉매 재료가 얻어지고, 그 다음에 비금속 담지 공정(P9)에 있어서, 스퍼터링법, 진공 증착법 또는 그 외의 PVD법에 의해 원 광촉매 재료의 표면에 비금속 등 미립자가 원 광촉매 재료의 표면에 담지되어, 본 발명의 비금속등 미립자가 담지된 광촉매 재료가 제조된다.
본 발명의 제조방법에 의해 광촉매 재료에 Cu를 담지하는 구체예에 대해서, 상술한 습식법, PVD법 및 광석출법에 의한 각 공정의 예를 설명한다. 습식법에서는, 이미 개발되어 있는 기둥 모양 산화 티탄 광촉매로 기록되는 원 광촉매 재료는, 질산동 수용액(Cu(NO3)2·3H2O)에 침지되고, 그 다음에 150℃로 60분간 건조되며, 그 다음에 대기중에 있어서 420℃로 120분간 열처리되고, 그 다음에 선택적으로 450℃ 분위기중에서 120분간 수소 환원 처리되어, Cu 담지 기둥 모양 산화 티탄 광촉매가 제작된다. 이것은, 출발 원료인 기둥 모양 산화 티탄 광촉매에 비해, 약 2배의 분해 성능을 나타내는 것과 함께, 광촉매 반응 시에 발생하는 특유의 냄새가 저감된다.
한편 PVD법에서는, 기둥 모양 산화 티탄 광촉매는 스퍼터법에 의해 Cu 미립자가 담지되어, Cu 담지 기둥 모양 산화 티탄 광촉매가 제작된다. 이것은 출발 원료인 기둥 모양 산화 티탄 광촉매에 비해, 약 2배의 분해 성능을 나타내는 것과 함께, 광촉매 반응 시에 발생하는 특유의 냄새가 저감된다.
광석출법에 의해 Cu를 담지시킨 기둥 모양 구조 광촉매 재료를 제작하는 방법의 일례에 대해서 상세하게 설명한다.
< 1 > 이미 개발되어 있는 기둥 모양 산화 티탄 광촉매로 기록되는 원 광촉매 재료의 제작, 즉, 결정핵, 기둥 모양 중공 산화 티탄광촉매의 제작
중성 세제, 이소프로필 알콜, 순수한 물로 세정 처리를 실시한 무알칼리 유리, 또는 실리카 섬유 필터(아드반테크제품 QR-100)를 기판으로서 이용하여, 그 기판 표면에 있어서, 유기 금속 화합물로 이루어지는 졸 용액 내에 결정핵을 넣거나, 결정핵에 졸 용액을 도포하여, 고체화, 열처리를 실시함으로써, 결정핵 상에 기둥 모양 중공 구조를 가지는 산화 티탄 결정을 형성하고, 각각 산화 티탄 기판, 또는 산화 티탄 필터로 한다. 촉매 담지 면적은 75 mm × 75 mm로 하고, 산화 티탄 담지량은 약 0.l g으로 한다. 또한, 이하에 있어서도, 같은 촉매 담지 면적 및 산화 티탄 담지량으로 한다.
유기 금속 화합물로 이루어지는 졸 용액의 조정 방법예로서는, 부탄디올: 35 g, H2O: 0.4 g, 질산: 0.5 g을 혼합하여 용액으로 하고, 이 용액에 티타늄 테트라이소프로폭시드(TTIP) 5 g을 교반하면서 적하(滴下)하며, 그 후 4시간 상온에서 교반하여 졸 용액을 얻는다.
이와 같이 하여 얻어지는 졸 용액 내에, 각종 제작법에 의해 제작한 결정핵을 침지하거나, 각종 제작법에 의해 산화 티탄 기판, 또는 산화 티탄 필터 상에 제작한 결정핵에 상기와 같이 하여 얻어지는 졸 용액을 도포하여, 건조 고체화, 열처리를 실시함으로써, 결정핵 상에 산화 티탄 결정을 형성한다. 고체화는 건조기 내에서 도달 온도 150℃∼200℃, 유지 시간 2시간의 조건에서 행한다. 열처리는 전기로 내에서 온도상승 속도 10℃/분, 도달 온도 500℃∼600℃, 유지 시간 2시간의 조건에서 행한다.
각종 제작법에 의한 결정핵의 제작 중, SPD법에 의한 산화 티탄 결정막의 제작 방법은, 본원 발명자들에 의한 비공지의 특허출원(일본 특허출원 2001-181969호 등)에 나타나고 있는 방법에 따라, 다음과 같이 제조한다. 즉, 원료액은, TTIP에 아세틸 아세톤(Hacac라고 한다)을 mol비(Hacac/TTIP) 1.0으로 첨가하고, 이것을 이소프로필 알콜로 희석하여, 교반함으로써 제조한다. 분무 열분해(SPD) 장치((주) 메이크제품 YKⅡ)에 의한 성막 조건은, 분무 압력 0.3 MPa, 분무량 1.0 ㎖/초, 분무 시간 0.5 ㎖/회, 기판 온도 450℃, 분무 회수 200회로 행한다. SPD법에 의해 제작한 산화 티탄 결정막은, 주사형 전자현미경(SEM)에 의한 표면 관찰에 의해, 크기 30 nm∼100 nm의 결정으로 구성되는 산화 티탄 결정막을, 본 발명의 원 광촉매 재료로서 얻을 수 있다.
< 2 > 비금속의 담지 < 그 1 > 담지하는 비금속의 원료 용액
Cu 화합물로서 질산동 삼수화물을 이용하는 경우, 이것을 물로 희석하여, 농도를 2 × 1O-5 mol/ℓ로 조제하여 질산동 수용액으로 한다. 또한, 이것에 환원제로서 에탄올을 1O wt% 첨가하여, Cu 원료 용액으로 한다. 질산동 수용액 농도는 2 ×1O-6 mol/ℓ 정도 이상의 것으로부터 이용할 수 있다. 용액 농도가 낮을수록, 광촉매 재료의 표면에 담지시키는 금속의 입자 직경을 미립자화할 수 있어 광촉매 성능의 향상을 기대할 수 있다.
< 3 > 비금속의 담지 < 그 2 > 광석출 공정
Cu 원료 용액 내에 산화 티탄 필터 등을 침지하고, 그 위쪽으로부터 자외선을 조사한다. 이 조작으로 Cu 원료 용액중의 Cu 이온은 광촉매의 환원 작용에 의해 환원되어 Cu가 되어, 산화 티탄 표면에 석출한다. 침지 처리가 아니라, 스프레이법 등으로 산화 티탄 표면에 Cu 원료 용액을 도포한 후, 자외선을 조사하여 Cu를 담지시켜도 된다.
< 4 > 비금속의 담지 < 그 3 > 건조 공정
산화 티탄 필터에 Cu를 담지한 후, 순수한 물로 세정하고, 광촉매 재료를 150℃로 1시간 건조한다.
이상의 공정에 의해 Cu 미립자가 담지되어 Cu 담지 기둥 모양 산화 티탄 광촉매가 제작된다. 이것은, 출발 원료인 기둥 모양 산화 티탄 광촉매에 비해, 약 2배의 분해 성능을 나타내는 것과 함께, 광촉매 반응 시에 발생하는 특유의 냄새가 저감된다.
실시예
이하, 실시예와 비교예에 의한 시험 결과에 대해 설명하지만, 본 발명은 이하의 실시예로 한정되는 것은 아니다.
표 1에, 아래와 같은 각 실시예 및 비교예의 제작 방법 등을 정리하여 기재한다.
| 산화 티탄 광촉매의 종류 | 비금속 담지 처리의 유무 및 담지방법 | |
| 실시예 1 | 기둥 모양 중공 산화 티탄 광촉매 | 광석출법Cu원료 용액에 침지→블랙 라이트 조사→건조(150℃, 1hr) |
| 실시예 2 | 기둥 모양 중공 산화 티탄 광촉매 | 습식법질산동 수용액에 침지→건조(150℃ 1hr)→열처리(450℃ 1hr 대기중)→환원 처리(450℃ 2hr H2-Ar분위기중) |
| 실시예 3 | 기둥 모양 중공 산화 티탄 광촉매 | 물리적 증착법스퍼터링법에서 Cu 담지 |
| 비교예 1 | 기둥 모양 중공 산화 티탄 광촉매 | Cu 담지안함 |
| 비교예 2 | 분말상태 산화 티탄 광촉매 | Cu 담지안함 |
< 실시예 1 광석출법에 의한 Cu 담지 광촉매 재료 >
상술한 광석출법에 의해, 기둥 모양 중공 산화 티탄 광촉매 재료에 Cu를 담지시켜, 산화 티탄 필터를 제작하였다. 얻어진 광촉매 재료는, SEM 관찰에 의해 산화 티탄 결정 표면에 입자직경 1∼50 nm의 Cu 미립자가 담지되어 있는 것이 확인되었다.
< 실시예 2 습식법에 의한 Cu 담지 광촉매 재료 >
질산동 삼수화물(Cu(NO3)2·3H2O 와코(Wako)순약제품 특급)을 증류수로 희석하여, 농도를 2 ×1O-5 mol/ℓ로 조제하였다. 질산동 수용액 내에, 산화 티탄 필터를 침지하여, 24시간 방치하였다. 이 조작에 의해 Cu는 산화 티탄 표면에 평형 흡착에 도달할 때까지 흡착되었다. 산화 티탄 필터에 Cu를 담지한 후, 이것을 순수한 물로 세정하였다. 그 후, 150℃로 1시간 건조시켜, 공기중에서 450℃로 2시간 열처리하였다. 공기중에서 열처리한 상태에서는, Cu 표면은 산화 상태에 있기 때문에, 이것을 수소 분위기중에서 환원하였다. 석영 유리관에 산화 티탄 필터를 충전하여, 450℃로 2시간, 10 vol% 수소-아르곤 혼합 가스로 환원 처리를 행하였다. 이와 같이 하여 얻어진 광촉매 재료는, SEM 관찰에 의해 기둥 모양 중공 산화 티탄 결정 표면에 입자직경 1∼50 nm의 Cu 미립자가 담지되어 있는 것이 확인되었다.
< 실시예 3 PVD법에 의한 Cu 담지 광촉매 재료 >
RF 마그네트론 스퍼터링 장치(일본 진공기술(주), SH-350EL-T06)를 이용한 스퍼터법에 의해 행하였다. 성막실 내에 기둥 모양 중공 구조의 산화 티탄 광촉매가 담지된 기판을 Cu 타겟에 대향시켜 설치하였다. 타겟은, 타겟 순도 99.99% 이상의 Cu 타겟을 이용하였다. 오일 회전 펌프에 의해 1O Pa까지 배기하였다. 그 후, 터보 분자 펌프로 배기를 행하여, 성막실 내를 소정의 진공도로 하였다. 그 다음에, 순도 99.999% 이상의 아르곤 가스를 도입하여 성막실 내를 아르곤 분위기로 하였다. 이 때, 소정의 아르곤 가스 압력(스퍼터 압력)이 되도록, 도입 가스 유량과 메인 밸브의 개폐도를 조절하였다. 그리고, 직류 전원에 의해 Cu 타겟에 전력을 인가하여 Cu의 스퍼터링을 행하여, 설치된 산화 티탄 기판을 회전 속도 3 rpm으로 회전시키면서, 그 표면에 Cu 미립자를 담지시켰다.
Cu막의 성막이 아니라 Cu 미립자의 담지가 목적이므로, 3분간의 단시간에 처리를 행하였다. 얻어진 광촉매 재료는 SEM 관찰에 의해, 기둥 모양 중공 구조의 산화 티탄 결정 표면에 입자직경 1∼50 nm 정도의 미립자가 담지되어 있는 것이 확인되었다.
< 비교예 1 >
상술한 Cu 미립자 담지 처리를 실시하지 않은 기둥 모양 중공 구조의 산화 티탄 기판을 비교예 1로 하였다.
< 비교예 2 >
시판하는 분말상태 광촉매 재료(일본 에어로졸 제품 P-25)를 비교예 2로 하였다. SEM를 이용한 표면 관찰에서는, 이것은 입자직경 20∼30 nm 정도의 산화 티탄 입자로 구성되어 있었다.
< 특성 평가방법 >
광촉매 기능의 평가로서 유해 물질인 아세트알데히드의 분해 시험을 실시하였다. 시험 방법은, 우선, 제작한 산화 티탄 광촉매체(촉매 담지 면적 75 mm × 75 mm, 산화 티탄 담지량 약 0.l g)를 용적 20 L의 유리제의 용기에 넣어 용기 내를 인공 공기로 치환한 후, 아세트알데히드 가스를 20 ppm이 되도록 용기 내에 주입하였다. 다음에, 파장 254 nm의 살균등을 산화 티탄 광촉매체에 조사하여, 용기 내의 아세트알데히드 농도가 1 ppm 이하가 될 때까지 필요한 시간을 가스 모니터로 측정하였다. 제작한 산화 티탄 광촉매체의 표면 관찰은, SEM에 의해 행하였다. 이용한 인공 공기(일본 산소(주) 제품)의 가스 조성은, 질소 78%, 산소 21%, 아르곤 0.9%, 탄산 가스(CO, CO2, CH4) O.O3%, 나머지는 수분이다.
자외선 조사 시의 특유의 냄새 발생의 유무는, 5명의 시험자에 의한 관능 평가로 행하였다. 특유의 냄새가 분명하게 발생한 것은 「있음」, 특유의 냄새가 완전히 인정받지 못했던 것은 「없음」, 「있음」만큼 현저하지는 않지만 어느 정도의 냄새가 인정된 것은 「약간 있음」으로 하고, 그 결과를 종합하여 판단하는 것으로 하였다.
표 2에 각 실시예 및 비교예에 있어서의 특성 평가 결과, 표 3에 관능 평가 결과를 나타낸다.
| 아세트알데히드 분해 시간(20 ppm→1 ppm 이하가 될 때까지의 시간) | 자외선 조사 시에 발생하는 냄새 | |
| 실시예 1 | 6분 | 없음 |
| 실시예 2 | 6분 | 없음 |
| 실시예 3 | 8분 | 없음 |
| 비교예 1 | 15분 | 있음 |
| 비교예 2 | 28분 | 있음 |
| 시험자 | A | B | C | D | E |
| 실시예 1 | 없음 | 없음 | 없음 | 없음 | 없음 |
| 실시예 2 | 없음 | 없음 | 없음 | 없음 | 없음 |
| 실시예 3 | 없음 | 없음 | 없음 | 없음 | 없음 |
| 비교예 1 | 있음 | 있음 | 있음 | 있음 | 있음 |
| 비교예 2 | 있음 | 있음 | 있음 | 있음 | 있음 |
표 2의 결과로부터 이하를 알 수 있다.
비교예 1은 높이 3000∼5000 nm, 폭 300∼500 nm의 기둥 모양 중공 결정인 광촉매 결정체로 이루어지는 집합체를 형성하고 있는 것이, SEM 관찰에 의해 확인되었다. 소정 용적 공간내에 있어서의 농도 20 ppm의 아세트알데히드 가스를 1 ppm 이하로 저감하는데 필요한 시간, 즉 아세트알데히드의 분해 시간(이하, 「아세트알데히드의 분해 시간」이라고 한다)은 15분간이며, 후술하는 비교예 2와 비교하여 약 1/2까지 분해 소요 시간이 단축되고 분해 효율은 약 2배까지 향상하여, 본 발명의 비금속 미립자 담지 기술을 적용하지 않은 단계의 것이어도, 이미 종래 기술보다 충분히 분해 성능이 높고, 고활성의 광촉매 기능을 갖는 것이 드러났다. 자외선을 조사한 바 TiO2 광촉매 특유의 냄새가 발생하였다.
분말상태의 광촉매 재료인 비교예 2는, 입자직경 20∼30 nm의 산화 티탄 입자가 다수 존재하고 있는 것이 SEM에 의해 확인되었다. 아세트알데히드의 분해 시간은 28분간이었다. 자외선을 조사한 바 TiO2 광촉매 특유의 냄새가 발생하였다.
상기 비교예 1 및 2에 대해, 실시예 1∼3은 기둥 모양 중공 구조를 가지는 산화 티탄 결정 광촉매 재료이며, 비금속 담지 처리를 실시함으로써, 기둥 모양 중공 구조의 산화 티탄 결정 광촉매의 표면에 입자직경 1∼50 nm의 Cu 미립자를 담지시킨 것이다. 이하에 각 실시예의 결과를 나타낸다.
실시예 1은, 광석출법에 의해 기둥 모양 중공 구조의 산화 티탄 광촉매에 Cu 미립자를 담지시킨 광촉매 재료이다. 얻어진 광촉매 재료는, 기둥 모양 중공 구조의 산화 티탄 결정 표면에 입자직경 1∼50 nm 정도의 Cu 미립자가 담지되어 있을 것으로 예상된다.
아세트알데히드의 분해 시간은 6분간이며, 비교예 2의 28분간과 비교하여 분해 시간은 1/4∼1/5까지 단축할 수 있고 분해 효율은 4∼5배 이상까지 향상하여, 종래 기술의 특성을 지극히 크게 개량할 수 있었다.
또, 비교예 1의 15분간과 비교해도 분해 시간은 약 2/5까지 단축할 수 있고 분해 효율은 약 2.5배까지 향상하여, 기둥 모양 중공 구조의 산화 티탄 광촉매 재료의 특성도 대폭적으로 개량할 수 있으며, 분해 성능이 매우 높고, 고활성의 광촉매 기능을 갖는 광촉매 재료인 것이 드러났다. 자외선을 조사한 바 TiO2 광촉매 특유의 냄새는 전혀 발생하지 않았다.
실시예 2는 환원 처리를 포함한 습식법에 의해 기둥 모양 중공 구조의 산화 티탄 광촉매에 Cu 미립자를 담지시킨 광촉매 재료이다. 얻어진 광촉매 재료는, 기둥 모양 중공 구조의 산화 티탄 결정 표면에 입자직경 1∼50 mn 정도의 Cu 미립자가 담지되어 있을 것으로 예상된다.
아세트알데히드의 분해 시간은 6분간이며, 비교예 2의 28분간과 비교하여 분해 시간은 1/4∼1/5까지 단축할 수 있고 분해 효율은 4∼5배 이상까지 향상하여, 종래 기술의 특성을 지극히 크게 개량할 수 있었다.
또, 비교예 1의 15분간과 비교해도 분해 시간은 약 2/5까지 단축할 수 있고 분해 효율은 약 2.5배까지 향상하여, 기둥 모양 중공 구조의 산화 티탄 광촉매 재료의 특성도 대폭적으로 개량할 수 있으며 매우 분해 성능이 높고, 고활성의 광촉매 기능을 갖는 광촉매 재료인 것이 드러났다. 자외선을 조사한 바 TiO2 광촉매 특유의 냄새는 전혀 발생하지 않았다.
실시예 3은, PVD법의 하나인 스퍼터법에 의해 기둥 모양 중공 구조의 산화 티탄 광촉매에 Cu 미립자를 담지시킨 광촉매 재료이다. 얻어진 광촉매 재료는, 기둥 모양 중공 구조의 산화 티탄 결정 표면에 입자직경 1∼50 nm정도의 Cu 미립자가 담지되어 있을 것으로 예상된다.
아세트알데히드의 분해 시간은 8분간이며, 비교예 2의 28분간과 비교하여 분해 시간은 1/3까지 단축할 수 있고 분해 효율은 3배 이상까지 향상하여, 종래 기술의 특성을 지극히 크게 개량할 수 있었다.
또, 비교예 1의 15분간과 비교해도 분해 시간은 약 1/2까지 단축할 수 있고 분해 효율은 약 2배까지 향상하여, 기둥 모양 중공 구조의 산화 티탄 광촉매 재료의 특성도 대폭적으로 개량할 수 있으며 매우 분해 성능이 높고 고활성의 광촉매 기능을 갖는 광촉매 재료인 것이 드러났다. 자외선을 조사한 바 TiO2 광촉매 특유의 냄새는 전혀 발생하지 않았다.
실시예 1∼3에서는 Cu를 담지 비금속으로 했지만, 그 외에, Fe, Ni, Zn, Co, V, Zr, Mn을 광촉매의 표면에 담지시켜도, 광촉매 기능의 고활성화를 달성할 수 있는 것을 실험에 의해 확인이 되었다.
또, 실시예 1∼3에서는 광석출법, 습식법, 물리적 증착법을 이용하여 Cu를 담지하였지만, 이것들 이외에도 화학적 증착법, 분무 열분해법, 화학 석출법 등을 이용하여 Cu를 담지시켜도, 같은 효과를 얻을 수 있다. 이것은 실험에 의해 확인이 되었다.
또한, 특성의 평가는 아세트알데히드 뿐만이 아니라, 톨루엔, 크실렌, 스티렌, 트리메틸아민 등 다른 유기 화합물로도 행하여, 본 발명의 비금속 담지의 광촉매 재료는 이들에 있어서도 아세트알데히드의 경우와 같은 분해 성능, 고활성의 광촉매 기능을 갖는 것이 확인되었다.
본 발명에 관한 광촉매 재료 및 그 제조방법에 의하면, 이상과 같이 구성되어 있기 때문에, 지극히 고활성의 광촉매 기능을 달성할 수 있다. 특히, 비금속을 담지하는 방법에 의하면, 이것을 저비용으로 실현할 수 있다. 또, 광촉매 재료의 비산이나 탈락이 없어 취급이 용이하며, 환경 정화 장치 등에도 장착하기 쉽고, 제조 비용을 저감할 수 있다.
또, 이것에 덧붙여, 본 발명에 관한 광촉매 재료는, 자외선 조사 시에 발생하는 특유의 냄새를 저감할 수 있다.
그리고, 본 발명에 관한 광촉매 재료는, 지극히 고활성의 광촉매 기능에 의해, 청정기능, 항균 기능, 탈취 기능, 방오 기능 등에 있어서 현저한 효과를 가지며, 공기 청정기, 탈취기, 냉난방기 등의 각종 공기 조절 기기 또는 정수기나 수질 정화 기기 등의 환경 정화 장치에, 넓게 응용할 수 있다.
Claims (16)
- 광촉매 재료 담지체에 담지하여 광촉매체를 구성하기 위한 광촉매 재료로서, 해당 광촉매 재료에는 금속 또는 금속 화합물의 적어도 어느 한 쪽의 미립자가 담지되어 있는 것을 특징으로 하는 광촉매 재료.
- 광촉매 재료 담지체에 담지하여 광촉매체를 구성하기 위한 광촉매 재료로서, 해당 광촉매 재료에는 비금속 또는 비금속 화합물의 적어도 어느 한 쪽의 미립자가 담지되어 있는 것을 특징으로 하는 광촉매 재료.
- 광촉매 재료 담지체에 담지하여 광촉매체를 구성하기 위한 광촉매 재료로서, 해당 광촉매 재료에는 비금속 및 그 비금속의 화합물 양쪽의 미립자가 혼재하여 담지되어 있는 것을 특징으로 하는 광촉매 재료.
- 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,상기 광촉매는 산화 티탄이며, 상기 비금속 또는 비금속 화합물은 Cu, Fe, Ni, Zn, Co, V, Zr, Mn, Sn, Cr, W, Mo, Nb, Ta 또는 이들 화합물 중 적어도 1종인 것을 특징으로 하는 광촉매 재료.
- 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 광촉매 재료는, 광촉매 재료 담지체의 표면에 고정되기 위한 기부, 또는 광촉매 재료 담지체의 표면에 고정되어 있는 기부와, 해당 기부로부터 신장하는 기둥 모양의 광촉매 결정체로 이루어지는 광촉매 재료인 것을 특징으로 하는 광촉매 재료.
- 제 5 항에 있어서,상기 광촉매 재료가, 상기 기부는 결정핵 등으로 이루어지고, 상기 기둥 모양의 광촉매 결정체는 그 내부가 중공의 기둥 모양 구조를 취하는 것을 특징으로 하는 광촉매 재료.
- 제 6 항에 있어서,상기 광촉매 결정체 내부에 광촉매 미립자로 이루어지는 구조가 존재하고 있는 것을 특징으로 하는 광촉매 재료.
- 제 2 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,촉매 담지 면적이 75 mm × 75 mm인 광촉매 재료 담지체 상에 담지된 담지량 약 0.l g의 광촉매를 이용하여 이루어지는 해당 광촉매 재료를 이용하여 아세트알데히드 가스를 분해시켰을 경우에, 용적 20 리터의 유리제 용기 중의 아세트알데히드 가스 농도를 20 ppm 이상 1 ppm 이하로 하기 위한 소요 시간이 5분 이상 10분 이하인 것을 특징으로 하는 광촉매 재료.
- 광촉매 재료 담지체와, 해당 광촉매 재료 담지체 상에 담지된 청구항 2 내지 8 중 어느 한 항에 기재된 광촉매 재료로 이루어지는, 광촉매체.
- 비금속 또는 그 화합물이 담지되어 있지 않은 광촉매 재료(이하, 「원 광촉매 재료」라고 한다)를 얻는 원 광촉매 재료 제작 공정과, 얻어진 원 광촉매 재료의 표면에 비금속 또는 그 화합물 미립자를 담지하기 위한 비금속 담지 공정으로 이루어지는 광촉매 재료 제조방법에 있어서, 해당 비금속 담지 공정은, 원 광촉매 재료에 비금속 화합물 용액을 이용한 침지 또는 도포 등의 처리를 실시하는 용액 처리 공정과, 해당 용액 처리 공정으로 처리된 광촉매 재료에 자외광을 조사함으로써 비금속 또는 그 화합물을 원 광촉매 재료의 표면에 환원 석출시켜 담지하는 자외선 처리 공정을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 광촉매 재료 제조방법.
- 비금속 또는 그 화합물이 담지되어 있지 않은 광촉매 재료를 얻는 원 광촉매 재료 제작 공정과, 얻어진 원 광촉매 재료의 표면에 비금속 또는 그 화합물 미립자를 담지하기 위한 비금속 담지 공정으로 이루어지는 광촉매 재료 제조방법에 있어서, 해당 비금속 담지 공정은, 원 광촉매 재료에 비금속 화합물 용액을 이용한 침지 또는 도포 등의 처리를 실시하는 용액 처리 공정과, 해당 용액 처리 공정으로 처리된 광촉매 재료를 건조하는 건조 공정과, 해당 건조 공정으로 처리된 광촉매 재료를 열처리하는 열처리 공정을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 광촉매 재료 제조방법.
- 제 11 항에 있어서,상기 열처리 공정의 후에, 상기 광촉매 재료 표면에 담지된 산화 상태의 비금속 미립자를 환원하기 위한 환원 공정을 제공하는 것을 특징으로 하는 광촉매 재료 제조방법.
- 비금속 또는 그 화합물이 담지되어 있지 않은 광촉매 재료를 얻는 원 광촉매 재료 제작 공정과, 얻어진 원 광촉매 재료의 표면에 비금속 또는 그 화합물 미립자를 담지하기 위한 비금속 담지 공정으로 이루어지는 광촉매 재료 제조방법에 있어서, 해당 비금속 담지 공정은, 열CVD법, 플라즈마 CVD법 또는 그 외의 화학적 증착법에 의해 원 광촉매 재료의 표면에 비금속 또는 그 화합물 미립자를 담지시키는 화학적 증착 공정인 것을 특징으로 하는 광촉매 재료 제조방법.
- 비금속 또는 그 화합물이 담지되어 있지 않은 광촉매 재료를 얻는 원 광촉매 재료 제작 공정과, 얻어진 원 광촉매 재료의 표면에 비금속 또는 그 화합물 미립자를 담지하기 위한 비금속 담지 공정으로 이루어지는 광촉매 재료 제조방법에 있어서, 해당 비금속 담지 공정은, 비금속 화합물 용액을 가열한 원 광촉매 재료 표면에 분무함으로써 열분해하고, 이것에 의해 비금속 또는 그 화합물을 원 광촉매 재료의 표면에 담지하는 분무 열분해 공정인 것을 특징으로 하는 광촉매 재료 제조방법.
- 비금속 또는 그 화합물이 담지되어 있지 않은 광촉매 재료를 얻는 원 광촉매 재료 제작 공정과, 얻어진 원 광촉매 재료의 표면에 비금속 또는 그 화합물 미립자를 담지하기 위한 비금속 담지 공정으로 이루어지는 광촉매 재료 제조방법에 있어서, 해당 비금속 담지 공정은, 원 광촉매 재료에 비금속 화합물 용액을 이용한 침지 또는 도포 등의 처리를 실시하는 용액 처리 공정과, 해당 용액 처리 공정으로 처리된 광촉매 재료에 환원제를 첨가함으로써 비금속 또는 그 화합물을 원 광촉매 재료의 표면에 석출시키는 환원제 첨가 공정을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 광촉매 재료 제조방법.
- 비금속 또는 그 화합물이 담지되어 있지 않은 광촉매 재료를 얻는 원 광촉매 재료 제작 공정과, 얻어진 원 광촉매 재료의 표면에 비금속 또는 그 화합물 미립자를 담지하기 위한 비금속 담지 공정으로 이루어지는 광촉매 재료 제조방법에 있어서, 해당 비금속 담지 공정은, 스퍼터링법, 진공 증착법, 또는 그 외의 물리적 증착법에 의해 원 광촉매 재료의 표면에 비금속 또는 그 화합물 미립자를 원 광촉매 재료의 표면에 담지시키는 물리적 증착 공정인 것을 특징으로 하는 광촉매 재료 제조방법.
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