KR20130103731A - 광촉매 기능을 구비하는 유리 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 광촉매 작용을 구비하는 저가의 물질에 관한 것이다. 광촉매는 그 조성에 실리콘 이산화물을 포함하는 유리 섬유를 할로겐 처리를 하는 것에 의해 획득된다. 용융된 석영, 소다라임 유리, 비알칼리 유리, 또는 보로실리케이트 유리가 유리용으로 사용될 수 있다. 불화수소산, 염화수소산, 및 브롬수소산이 할로겐산으로 사용될 수 있으나, 불화수소산이 가장 바람직하다. 형태는 미립자, 섬유 또는 시트 형상일 수 있다. 유리는 자외선광이 아닌 가시광선으로도 광촉매 작용을 나타내며 또한 발수 효과를 나타낸다. 본 발명에 따른 유리는 유기 물질을 분해할 수 있으며 판 형태는 빌딩용 창유리로 사용되거나 차량 및 다른 운송 수단을 위한 창유리로 사용된다. 섬유 형태는 공기 흡입 및 배출 장치에서 필터로 사용된다.
Description
본 발명은 넓은 파장 범위의 광에 반응하여 유해한 유기 물질을 분해하고 효과적으로 유해한 유기 물질을 무해한 것으로 변화시킬 수 있는 광촉매 물질과 그 응용으로 광촉매 물질을 사용하여 형성된 필터에 관한 것이다.
광촉매 반응은 광 조사로 인해 진행하는 반응이며, 이 반응은 고에너지가 적용될 때에만 야기되며, 광촉매 물질로서는, 티타늄 이산화물, 아연 산화물, 카드뮴 황화물, 및 텅스텐 산화물과 같은 소위 반도체 촉매, 및 루테늄 비피리딘 착물(ruthenium bipyridyl complex)과 같은 금속 착물이 알려져 있다.
이들 물질 중에 티타늄 이산화물이 가장 안정적이고 거의 생물학적 독성을 나타내지 않아서, 여러 화학 반응에 그리고 환경적 정화를 위한 광촉매로서 널리 사용된다.
이 광촉매에 400nm 부근의 근 자외선 광이 조사되면, 충만대(filled band)에 존재하는 전자가 전도대에 있도록 여기되어 전하 분리 구조를 야기하여, 수산화물 라디칼(hydroxide radical) 또는 초과산화물 음이온(superoxide anion)이 이렇게 야기된 전하 위치에 생성되고 그 강력한 산화 작용이 유기할로겐 화합물과 NOx와 같은 환경 오염물을 분해한다.
반도체 생산 시설, 수술실, 의약 생산 시설과 같은 의료 시설, 또는 식품 생산 시설의 위치에서 공기 흡입 장치에서, 또는 원자력 시설을 위한 공기 배출 장치에서, 유리 섬유로 형성된 HEPA 필터(High Efficiency Particulate Air filter)가 사용된다.
JIS에 따르면, HEPA 필터는 "정격 공기 전달시 0.3μm의 입자 직경을 가지는 입자에 대하여 99.97% 이상의 입자 수집 효율을 구비하고 초기 손실이 245Pa 이하인 성능을 구비하는 공기 필터"이다.
HEPA 필터에서, 필터 부분은 일반적으로 수 십 μm 공극이 필터 부분에 존재하도록 약 10%의 충전 비율(packing ratio)로 1 내지 10μm 이하의 직경을 구비하는 유리 섬유로 충전된다.
공급/배출 공기에서, 입자들이 HEPA 필터에 의해 수집되는 0.3μm 이상의 입자 직경을 가지는 입자에 더하여, 여러 액체 또는 기체 유기 물질이 존재하고 이들 물질은 HEPA 필터에 의해 제거될 수 없다.
HEPA 필터에 의해 제거될 수 없는 입자 등이 공기가 공급되는 위치에서 유해할 때, 이 유해한 물질은 다른 수단을 사용하여 무해한 것으로 변화되고, 이는 공기 흡입 및 배출 장치를 복잡하게 하고 비용을 증가시킨다.
많은 경우에, 유리 섬유는 HEPA 필터를 포함하는 필터에 사용된다.
유리 섬유는 주로 실리콘 이산화물로 구성되고 실리콘 이산화물은 안정적인 물질이고 낮은 화학적 작용을 구비하여 유해한 물질을 비유해한 것으로 변화시키는 촉매 작용을 나타내는 것으로 기대할 수 없다.
안정적인 물질인 실리콘 이산화물에 화학적 작용을 부여하는 방법으로서, 거의 순수한 실리콘 이산화물 결정인 합성 석영의 미세 입자들을 광촉매 능력을 가지는 불화수소산(HF)과 같은 할로겐 산으로 처리하는 일부 방법이 제안되었다.
WO2005/089941, JP-A-2006-511175, JP-A-2007-098205, JP-A-2007-098206 및 JP-A-2007-307430호는 티타늄 이산화물 대신 사용되는 저가이고 안정적인 실리콘 이산화물(SiO2)의 순수 석영인 합성 석영의 미세 입자들을 불화수소산(HF)으로 처리하는 광촉매 능력을 개시한다.
JP-A-2007-098205호는 천연 석영 또는 합성 석영이 미립자 무기 또는 유기 물질에 지지되는 광촉매 물질을 개시한다.
JP-A-2004-290747 및 JP-A-2004-290748호는 시트 형태, 미립자 형태, 분말 형태, 블록 형태, 또는 섬유 형태의 석영(실리콘 이산화물) 유리가 사용되고 이를 불화수소산, 염화수소산 또는 브롬수소산으로 할로겐 처리하는 광촉매 물질을 개시한다.
JP-A-2007-098206호는 천연 실리카, 합성 실리카, 융합 석영 또는 실리카 졸과 같은 미립자 실리콘 이산화물이 사용되고 그 미세 입자들을 불화수소산으로 할로겐화 처리하는 광촉매 물질을 개시한다.
이 공개 문헌은 천연 실리카, 합성 실리카, 융합 석영, 실리카 졸 등이 미립자 무기 또는 유기 물질에서 지지되는 광촉매 물질을 더 개시한다.
JP-A-2007-098205호는 천연 석영 또는 합성 석영이 사용되고 그 미세 입자들을 불화수소산으로 할로겐화 처리하는 광촉매 물질을 개시한다.
이 공개 문헌은 미립자 무기 또는 유기 물질에서 지지되는 광촉매 물질을 더 개시한다.
JP-A-2007-098206호는 천연 실리카, 합성 실리카, 융합 석영 또는 실리카 졸과 같은 미립자 실리콘 이산화물이 사용되고 그 미세 입자들을 불화수소산으로 할로겐화 처리하는 광촉매 물질을 개시한다.
이 공개 문헌은 미립자 무기 또는 유기 물질에서 지지되는 광촉매 물질을 더 개시한다.
JP-A-2007-307430호는 합성 석영의 미세 입자들이 미립자 무기 또는 유기 물질에서 지지되는 광촉매 물질을 개시한다.
본 발명의 목적은 저가의 광촉매 물질을 획득하는 것이다.
본 발명의 목적은 미세 입자 형태가 아닌 형태를 가지는 광촉매를 획득하는 것이다.
본 발명의 목적은 자외선 광이 아닌 광을 사용할 수 있는 광촉매를 획득하는 것이다.
본 발명의 목적은 광촉매 작용을 가지는 필터를 획득하는 것이다.
본 발명의 목적은 광촉매 작용을 가지는 필터를 사용하는 공기 흡입 및 배출 장치를 획득하는 것이다.
본 발명자는 광촉매 작용이 소다라임 유리(soda-lime glass), 비알칼리 유리 및 보로실리케이트 유리를 포함하는 실리콘 이산화물 함유 물질이 불화수소산으로 처리된 물질로부터 획득될 수 있다는 것을 발견하였다.
본 발명자는 광촉매 작용이 소다라임유리, 비알칼리 유리, 및 보로실리케이트 유리를 포함하는 실리콘 이산화물 함유 물질이 불화수소산으로 처리된 물질로부터 획득될 수 있다는 것을 발견하였다.
본 발명자는 광촉매 작용이 소다라임 유리, 비알칼리 유리, 및 보로실리케이트 유리를 포함하는 실리콘 이산화물 함유 물질이 할로겐산으로 처리된 물질로부터 획득될 수 있다는 것을 발견하였다.
본 발명자는 미세 입자 형태와는 다른 시트 형태 또는 섬유 형태의 물질이 할로겐 산으로 처리되지 않은 실리콘 이산화물 함유 물질에 기초하여 광촉매 작용을 가진다는 것을 발견하였다.
본 발명자는 창유리에 사용되는 것과 같은 소다라임 유리가 불화수소산으로 처리된 물질이 광촉매 작용을 가진다는 것을 발견하였다.
상기 발견에 따라 본 발명자는 하기 언급된 배열을 제공한다.
본 명세서에서 상기 발견에 기초하여 본 발명의 전술된 목적을 달성하는 수단으로 할로겐 산으로 처리된 소다라임 유리 물질이 광촉매로 제공된다.
본 명세서에서 이하 수단이 상기 목적을 달성하기 위해 제공된다.
할로겐 산으로 처리된 소다라임 유리인 광촉매 물질.
할로겐 산으로 처리된 유리 섬유인 광촉매 물질.
할로겐 산으로 처리된 유리 섬유를 포함하는 광촉매 작용을 구비하는 필터.
할로겐 산으로 처리된 소다라임 유리 섬유를 포함하는 광촉매 작용을 구비하는 필터를 사용하는 공기 흡입 및 배출 장치.
추가적인 특정 배열은 다음과 같다.
(1) 실리콘 이산화물과는 다른 성분을 포함하는 유리는 할로겐 산으로 처리된 광촉매 작용을 구비하는 유리.
(2) 상기 (1)에 있어서, 상기 실리콘 이산화물과는 다른 성분을 포함하는 유리는 소다라임 유리인 광촉매 작용을 구비하는 유리.
(3) 상기 (1)에 있어서, 상기 실리콘 이산화물과는 다른 성분을 포함하는 유리는 비알칼리 유리인 광촉매 작용을 구비하는 유리.
(4) 상기 (1)에 있어서, 상기 실리콘 이산화물과는 다른 성분을 포함하는 유리는 보로실리케이트 유리인 광촉매 작용을 구비하는 유리.
(5) 상기 (1)에 있어서, 상기 할로겐 산은 불화수소산인 광촉매 작용을 구비하는 유리.
(6) 상기 (1)에 있어서, 상기 할로겐 산은 염화수소산인 광촉매 작용을 구비하는 유리.
(7) 상기 (1)에 있어서, 상기 할로겐 산은 브롬수소산인 광촉매 작용을 구비하는 유리.
(8) 상기 (1)에 있어서, 상기 유리는 미립자 물질인 광촉매 작용을 구비하는 유리.
(9) 상기 (1)에 있어서, 상기 유리는 섬유 물질인 광촉매 작용을 구비하는 유리.
(9) 상기 (1)에 있어서, 상기 유리는 시트 형태 물질인 광촉매 작용을 구비하는 유리.
(10) 할로겐 산으로 처리된 실리콘 이산화물 성분을 포함하는 유리는 섬유 구성으로 형성된 것인 필터.
(11) 실리콘 이산화물 성분을 포함하는 유리를 할로겐 산으로 처리하는 것에 의해 획득된 유리 구성으로 형성된 필터를 사용하는 공기 흡입 및 배출 장치.
전술된 수단에 의하여, 이하 효과가 획득될 수 있다.
할로겐 산으로 처리된 소다라임 유리는 광이 조사될 때 유기 오염물을 분해한다.
직물 또는 부직물을 형성할 때 할로겐산으로 처리된 유리 섬유로부터 광촉매 작용을 구비하는 필터가 획득될 수 있다.
할로겐 산으로 처리된 소다라임 유리 판은 자외선이나 가시광선이 조사될 때 유기 물질을 분해한다.
나아가, 할로겐산으로 처리된 소다라임 유리 판은 유리판의 표면이 평활하고 투명할 때에도 촉매 작용을 나타낸다.
광촉매 작용의 측정을 위하여, 기본 광촉매 작용이 메틸렌 블루(methylene blue)를 사용하여 테스트하는 것에 의해 측정되었으며, 실제 광촉매 작용은 시크 하우스 신드롬(sick house syndrome)을 야기하는 물질 중 하나인 아세트알데히드에 대한 분해 테스트에 의해 측정되었다.
<메틸렌 블루를 사용한 테스트>
이 테스트는 다음과 같이 수행되었다.
샘플이 세척되고 건조된 후에 수성 메틸렌 블루 용액에 침지되고, 24시간 동안 블랙 소다라임(black light)로부터 300 내지 400nm의 파장을 가지는 자외선 광으로 조사되었고, 조사 전 및 후에 메틸렌 블루 사이에 664nm의 파장을 가지는 광에 대하여 흡광도(absorbance)의 변화로부터 수성 메틸렌 블루 용액의 페이딩 비율(fading ratio)이 결정되었다.
나아가, 수성 용액에서 샘플은 24시간 동안 어두운 곳에 배치되었고 샘플 위 메틸렌 블루의 흡착 비율(adsorption ratio)이 결정되었다.
메틸렌 블루의 수성 용액으로서, 수성 용액이 0.01mmol/L 농도를 가지도록 최종 용액 볼륨 100mL를 만들기 위하여 메틸렌 블루 트리하이드레이트(MW = 374) 0.0374g에 순수(purified water)를 추가하는 것에 의해 획득된 수성 메틸렌 블루 용액 5mL에 순수 495mL를 추가하는 것에 의해 획득된 것이 사용되었다.
페이딩 비율은 폴리스티렌 용기에 포함된 메틸렌 블루 시약 20mL에 샘플을 놓아두고 24시간 동안 암실에서 블랙 소다라임로부터 300 내지 400nm의 파장을 가지는 자외선 광으로 시약을 조사하며 조사 전 및 후에 메틸렌 블루 시약 사이에 664nm의 파장을 가지는 광에 대하여 흡광도의 변화를 측정하는 것에 의해 결정되었다.
흡광도의 측정 결과에 기초하여, 메틸렌 블루 시약의 페이딩 비율(%)은 하기에 나타난 램버트-비어의 방정식(Labmert-Beer's equation)을 사용하여 계산하고 샘플에 대한 메틸렌 블루 시약의 분해율을 획득하는 것에 의해 결정되었다.
100 - Abs (24h)/Abs (0 h) × 100 = 페이딩 비율(%).
Abs (24h)는 24시간 동안 조사 후의 흡광도 비율이고,
Abs (0h)는 조사 전의 흡광도 비율이다.
나아가, 흡광도의 변화를 체크하기 위하여, 시약에서 샘플은 24시간 동안 암실에 배치되었고, 샘플 위 메틸렌 블루의 흡착 비율(%)이 측정되었으며, 진짜 촉매 작용으로 고려되는 페이딩 비율과 흡착 비율 사이의 차이(%)가 계산에 의하여 결정되었다.
<아세트알데히드 분해 테스트>
아세트알데히드 분해 테스트가 다음과 같이 수행되었다.
샘플이 세척되고 건조된 후, 농도가 5.0ppm이고 가스 흐름 율이 1.0L/분인 아세트알데히드 분위기에 놓이고, 단위 시간당 분해되는 아세트알데히드의 양과 아세트알데히드의 분해로 인해 단위 시간당 생성된 이산화탄소의 양을 측정하기 위해 블랙 소다라임로부터 300내지 400nm의 파장을 가지는 자외선 광이 조사되었다.
실시예 1, 2, 및 3에서, 결정질 석영 대신에 광촉매로서 비결정질 유리를 사용하는 예가 설명된다.
실시예 1
<소다라임 유리 입자>
실시예 1에서, 광촉매로서 소다라임 유리 입자를 사용하는 예가 설명된다.
샘플 1은 함량이 1% 미만인 성분은 제외하고 SiO2 71.9%, CaO 7.8%, Al2O3 1.7%, MgO 4.0% 및 Na2O 13.3%인 기본 조성을 구비하는 일반적으로 사용되는 소다라임 유리로부터 형성된 유리 섬유를 10% 농도를 가지는 불화수소산의 수성 용액에 5분 동안 침지하고, 최종 유리 섬유를 세척하고 이를 건조시켜, 건조된 유리 섬유를 0.2mm의 입자 직경을 가지는 입자들로 분쇄하는 것에 의해 획득된다.
이렇게 획득된 유리 샘플은 수성 메틸렌 블루 용액에 침지되고 70시간 동안 가시광선으로 조사되거나 70시간 동안 암실에 배치되었다. 최종 샘플에서 광선으로 조사되거나 암실에 배치되기 전 및 후 사이에 메틸렌 블루의 페이딩 비율이 결정되었다.
불화수소산으로 처리된 샘플 1에 대하여, 메틸렌 블루의 페이딩 비율은 42%이었다.
불화수소산으로 처리되지 않은 샘플 1에 대하여, 메틸렌 블루의 페이딩 비율은 22%이었다.
상기 데이터로부터 명백한 바와 같이, 샘플 1에서 소다라임 유리는 불화수소산으로 처리되지 않았을 때 메틸렌 블루의 페이딩에 효과적이고 불화수소산으로 처리되었을 때에는 더 효과적이다.
실시예 2
<비알칼리 유리>
샘플 2는 그 함량이 1% 미만인 성분을 제외하고 SiO2 55.0%, CaO 23.0%, Al2O3 14.2% 및 B2O3 6.2%인 기본 조성을 포함하는 비알칼리 유리이다.
불화수소산으로 처리된 샘플 2에 대하여, 메틸렌 블루의 페이딩 비율은 42%이었다.
불화수소산으로 처리되지 않은 샘플 2에 대하여, 메틸렌 블루의 페이딩 비율은 16%이었다.
상기 데이터로부터 명백한 바와 같이, 샘플 2에서 비알칼리 유리는 불화수소산으로 처리되지 않았을 때 메틸렌 블루의 페이딩에 효과적이고, 불화수소산으로 처리되었을 때 더 효과적이다.
실시예 3
<보로실리케이트 유리>
샘플 3은 그 함량이 1% 미만인 성분을 제외하고 SiO2 33.0%, CaO 6.8%, Al2O3 1.3%, B2O3 37.4%, MgO 5.5%, 및 Na2O 16.0%인 기본 조성을 가지는 보로실리케이트 유리이다.
불화수소산으로 처리된 샘플 3에 대하여, 메틸렌 블루의 페이딩 비율은 26%이었다.
불화수소산으로 처리되지 않은 샘플 3에 대하여, 메틸렌 블루의 페이딩 비율은 16%이었다.
상기 데이터로부터 명백한 바와 같이, 샘플 3에서, 보로실리케이트 유리는 불화수소산으로 처리되지 않았을 때, 메틸렌 블루의 변색 비율(discoloration ratio)에 효과적이고 불화수소산으로 처리되었을 때 더 효과적이다.
실시예 4
<유리 섬유>
미립자 유리 대신에 섬유 유리를 사용하는 광촉매가 설명된다.
<메틸렌 블루를 사용하는 테스트>
유리 섬유를 사용하는 페이딩 비율은 석영 유리 용기에 포함된 메틸렌 블루 시약 100mL에 불화수소산으로 처리된 유리 섬유 1g를 배치하고 24시간 동안 형광 라이트(fluorescent light)로부터 가시광선을 시약에 조사하고, 조사 전 및 후에 664nm의 파장을 가지는 광에 대하여 메틸렌 블루 시약의 흡광도를 측정하는 것에 의해 결정되었다.
흡광도의 측정 결과에 기초하여, 메틸렌 블루 시약의 페이딩 비율(%)은 전술된 램버트-비어 방정식을 사용하여 계산하고, 샘플에 대한 메틸렌 블루 시약의 분해 비율을 획득하는 것에 의해 결정되었다.
샘플 4는 그 함량이 1% 미만인 성분을 제외하고 SiO2 71.9%, CaO 7.8%, Al2O3 1.7%, MgO 4.0%, 및 Na2O 13.3%인 기본 조성을 가지는 일반적으로 사용되는 소다라임 유리에 포함된 일반적인 유리 섬유인 소다라임 유리 섬유를 0.05%, 0.1%, 0.5% 또는 1%의 농도를 가지는 불화수소산의 수성 용액에 5분 동안 침지하고, 최종 유리 섬유를 세척하고 이를 건조시켜 획득된다.
샘플 4에 대하여, 12 내지 23%의 메틸렌 블루의 페이딩 비율이 획득되었다.
불화수소산으로 침지되지 않은 동일한 소다라임 유리 섬유에 대하여, 메틸렌 블루의 페이딩 비율은 7%이다.
실시예5
<유리 판>
미립자 또는 섬유 유리 대신에 시트로 형성된 유리를 사용하는 광촉매가 설명된다.
실시예 5에서, 전술된 소다라임 유리의 유리 판을 사용하는 예가 설명된다.
1mm의 두께를 가지는 소다라임 유리 판이 30×30mm2으로 절단되었고, 절단된 시트는 각각 상이한 시간 기간 동안 상이한 농도를 가지는 불화수소산 용액에 침지되었으며, 이후 물로 세척되고 건조되어 테스트 시료가 획득되었다.
처리를 위해 상이한 시간 기간 동안 상이한 농도를 가지는 불화수소산 용액으로 처리된 테스트 시료인 샘플 5 내지 14에 대하여, 페이딩 비율(%), 흡착 비율(%), 및 차이(%)는 하기에 제시된다.
샘플 5는 5분 동안 5%의 농도를 가지는 불화수소산에 침지하는 것에 의해 처리된 시료이다.
샘플 5에 대해 페이딩 비율은 15%이었고, 흡착 비율은 15%이었으며, 차이는 0%이었다.
샘플 6은 5분 동안 10%의 농도를 가지는 불화수소산에 침지하는 것에 의해 처리된 시료이다.
샘플 6에 대해, 페이딩 비율은 14%이었고, 흡착 비율은 15% 이었으며, 차이는 -1%이었다.
샘플 7은 5분 동안 1%의 농도를 가지는 불화수소산에 침지하는 것에 의해 처리된 시료이다.
샘플 7에 대해, 페이딩 비율은 16%이었고, 흡착 비율은 15%이었으며, 차이는 1%이었다.
샘플 8은 10분 동안 10%의 농도를 가지는 불화수소산에 침지하는 것에 의해 처리된 시료이다.
샘플 8에 대해, 페이딩 비율은 21%이었고, 흡착 비율은 16%이었으며, 차이는 5%이었다.
샘플 9는 5분 동안 20%의 농도를 가지는 불화수소산에 침지하는 것에 의해 처리된 시료이다.
샘플 9에 대해 페이딩 비율은 19%이었고, 흡착 비율은 14%이었으며, 차이는 5%이었다.
샘플 5 내지 샘플 9에 대해 페이딩 비율, 흡착 비율, 및 그 차이를 관찰하였다. 그 결과, 21%의 페이딩 비율과 16%의 흡착 비율을 가지는 샘플 8과, 19%의 페이딩 비율과 14%의 흡착 비율을 가지는 샘플 9가 유용하다는 것이 발견되었다.
처리 조건을 더 체크하기 위하여, 샘플 10 내지 샘플 14가 침지 처리를 위해 변화된 시간 동안 고정된 농도(20%)를 가지는 불화수소산의 조건 하에서 준비되었다. 준비된 샘플에 대해 유사하게 측정이 수행되었다.
샘플 10은 15분 동안 불화수소산에 침지하는 것에 의해 처리된 시료이다.
샘플 10에 대해 페이딩 비율은 22%이었고, 흡착 비율은 11%이었으며, 차이는 11%이었다.
샘플 11은 15분 동안 불화수소산에 침지하는 것에 의해 처리된 시료이다.
샘플 11에 대해, 페이딩 비율은 13%이었고, 흡착 비율은 5%이었으며, 차이는 8%이었다.
샘플 12는 샘플 7에서와 동일한 방식으로 15분 동안 불화수소산에 침지하는 것에 의해 처리된 시료이다.
샘플 12에 대해 페이딩 비율은 샘플 7에서와 동일한 13%이었으나, 흡착 비율은 11%만큼 컸고, 그 차이는 2%이었다.
샘플 13은 20분 동안 불화수소산에 침지하는 것에 의해 처리된 시료이다.
샘플 13에 대해, 페이딩 비율은 15%이었고, 흡착 비율은 8%이었으며, 차이는 7%이었다.
여기서, 샘플 13은 로터스 효과(Lotus effect)인 것으로 추정되는 발수성을 나타낸다는 것이 주목된다.
샘플 14는 30분 동안 불화수소산에 침지하는 것에 의해 처리된 시료이다.
샘플 14에 대해 페이딩 비율은 2%만큼 작았으나, 흡착 비율은 0%이어서, 차이는 2%이었다.
동일한 조건 하에서 처리된 샘플 11 및 샘플 12는 상이한 흡착 비율을 나타내었다. 그리하여, 동일한 조건 하에서 처리된 샘플에서 변동을 체크하기 위하여, 준비된 샘플 15 내지 샘플 19는 농도 20% 및 침지 처리 시간 15분의 동일한 조건 하에서 처리되었다. 이 샘플 15 내지 샘플 19에서 페이딩 비율, 흡착 비율, 및 차이는 하기와 같다.
샘플 15에 대하여, 페이딩 비율은 22%이었고, 흡착 비율은 11%이었으며, 차이는 11%이었다.
샘플 16에 대하여, 페이딩 비율은 13%이었고, 흡착 비율은 5%이었으며, 차이는 8%이었다.
샘플 17에 대하여, 페이딩 비율은 13%이었고, 흡착 비율은 11%이었으며, 차이는 2%이었다.
샘플 18에 대하여, 페이딩 비율은 8%이었고, 흡착 비율은 6%이었으며, 차이는 2%이었다.
샘플 19에 대하여, 페이딩 비율은 8%이었고, 흡착 비율은 8%이었으며, 차이는 0%이었다.
이들 샘플에 변동은 있으나, 상기 제시된 샘플은 메틸렌 블루를 분해하는 촉매 작용을 가진다는 것이 명백하다.
<대조 예>
불화수소산으로 처리된 블루 유리판의 촉매 작용과 비해, 대조 샘플이 소다라임 유리 기판 위에 티타늄 이산화물을 도포하여 예추석(anatase) 유형 티타늄 이산화물을 형성하는 것에 의해 준비되었다. 대조 샘플에 대하여, 페이딩 비율은 29%이었고, 흡착 비율은 25%이었으며, 차이는 4%이었다.
<아세트알데히드 분해 테스트>
아세트알데히트 분해 테스트에 사용되는 샘플 20은 그 함량이 1% 미만인 성분을 제외하고 SiO2 71.9%, CaO 7.8%, Al2O3 1.7%, MgO 4.0%, 및 Na2O 13.3%인 기본 조성을 구비하고 실시예 1 내지 15에 사용된 것과 동일한 일반적으로 사용되는 소다라임 유리이다.
샘플 20은 샘플 10 내지 샘플 12에서와 동일한 방식으로 15분 동안 20%의 농도를 가지는 불화수소산에 1mm 두께를 가지는 소다라임 유리를 침지한 후, 최종 유리를 물로 세척하고 이를 건조시켜 유리를 50×100mm2로 절단하는 것에 의해 획득된 시료이다.
샘플 20에 대하여, 단위 시간당 분해된 아세트알데히드의 양은 0.98μmol/hour이었고, 단위 시간당 생성된 이산화탄소의 양은 1.38μmol.hour이었으며, 아세트알데히드 제거 비율은 7.11%이었고, 이산화탄소로의 전환 비율은 5%이었다.
상기 결과로부터 명백한 바와 같이 샘플 20에서 소다라임 유리는 아세트알데히드에 대해 실제 촉매 작용을 구비한다.
최종적으로, 일반적인 사용 조건 하에서 메틸렌 블루 페이딩을 얻기 위해, 샘플 20에서 소다라임 유리에 대한 조건과 동일한 조건 하에서 처리된 샘플 21에 형광 램프로부터 400 내지 710nm의 파장을 가지는 가시광선이 조사되었고, 이로부터 자외선 광이 6시간 동안 자외선 광 필터에 의해 제거되었다. 그 결과, 4%의 페이딩 비율이 획득되었다.
상기 결과로부터 명백한 바와 같이, 샘플 20에서 소다라임 유리는 아세트알데히드에 대해 실제 촉매 작용을 한다.
산업상 이용가능성
불화수소산으로 처리된 소다라임 유리는 광이 조사되었을 때 유기 물질을 분해하는 광촉매 작용을 나타낸다.
자외선 광으로 조사될 때에만 촉매 작용을 나타내는 티타늄 이산화물과는 달리, 할로겐 산으로 처리된 소다라임 유리는 가시광선이 조사될 때에도 촉매 작용을 나타내며 이리하여 극히 효과적이고 유용하다.
할로겐산으로 처리된 소다라임 유리 섬유로부터 직물 또는 부직물 섬유를 형성할 때 광촉매 작용을 하는 필터가 획득될 수 있다.
할로겐 산으로 처리된 유리 섬유로 형성된 필터를 사용하는 공기 흡입 및 배출 장치는 이로부터 유기 물질을 제거하는데 필요한 시설에서 유용하다.
본 출원에서 본 발명에 따라 할로겐산으로 처리된 소다라임 유리 판은 평활하고 투명하지만 광이 조사되었을 때 유기 물질을 분해하는 광촉매 작용을 나타낸다.
유리 판은 창유리에 사용될 수 있고, 공기와 접촉하는 측의 유리 판의 면은 공기에 포함된 유기 오염물을 분해하고 제거할 수 있으며, 내부 면은 시크 하우스 신드롬을 야기하는 물질, 부엌에 있는 오일 증기, 담배 연기 등인 아세트알데히드를 분해하고 제거할 수 있으며, 이에 따라 유리 판은 빌딩의 창 재료에 유용하다.
나아가, 자동차와 같은 차량의 창유리에 사용되었을 때 유리판은 차량의 외부 배출 가스에 포함된 유기 물질과 차량의 내부 여러 유기 물질을 분해하고 제거하는 기능을 할 것으로 기대된다.
나아가, 유리판은 로터스 효과인 것으로 추정되는 발수 효과를 더 구비하여, 발수 효과로 인한 자체 세정 효과를 나타낼 것으로 기대되며, 유리판은 외부 공기와 접촉하는 빌딩용 창유리와 차량과 같은 운송수단을 위한 창유리에 유용하다.
질소 산화물에 대하여 광촉매 작용은 정량적으로 측정되지는 않았지만 정성적으로는 인식된다.
Claims (12)
- 광촉매 작용을 구비하는 유리로서, 할로겐 산으로 처리된 실리콘 이산화물이 아닌 성분을 포함하는 유리인 것을 특징으로 하는 유리.
- 제 1 항에 있어서, 상기 유리는 소다라임 유리인 것을 특징으로 하는 유리.
- 제 1 항에 있어서, 상기 유리는 비알칼리 유리인 것을 특징으로 하는 유리.
- 제 1 항에 있어서, 상기 유리는 보로실리케이트 유리인 것을 특징으로 하는 유리.
- 제 1 항에 있어서, 상기 할로겐산은 불화수소산인 것을 특징으로 하는 유리.
- 제 1 항에 있어서, 상기 할로겐산은 염화수소산인 것을 특징으로 하는 유리.
- 제 1 항에 있어서, 상기 할로겐산은 브롬수소산인 것을 특징으로 하는 유리.
- 제 1 항에 있어서, 상기 유리는 미립자 물질인 것을 특징으로 하는 유리.
- 제 1 항에 있어서, 상기 유리는 섬유 물질인 것을 특징으로 하는 유리.
- 제 1 항에 있어서, 상기 유리는 시트 형상 물질인 것을 특징으로 하는 유리.
- 실리콘 이산화물을 포함하는 유리를 할로겐산으로 처리하는 것에 의해 획득된 섬유 물질로 형성된 필터.
- 실리콘 이산화물을 포함하는 유리를 할로겐 산으로 처리하는 것에 의해 획득된 섬유 물질로 형성된 필터를 사용하는 공기 흡입 및 배출 장치.
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