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KR100594634B1 - Synthesizing Process for Advanced Photocatalytic Titanium Dioxide Composited Nanopowders - Google Patents

Synthesizing Process for Advanced Photocatalytic Titanium Dioxide Composited Nanopowders Download PDF

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KR100594634B1
KR100594634B1 KR1020030035938A KR20030035938A KR100594634B1 KR 100594634 B1 KR100594634 B1 KR 100594634B1 KR 1020030035938 A KR1020030035938 A KR 1020030035938A KR 20030035938 A KR20030035938 A KR 20030035938A KR 100594634 B1 KR100594634 B1 KR 100594634B1
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titanium dioxide
chloride
titanium
phase
aqueous solution
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김선재
황두선
이남희
전치중
이은구
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김선재
(주)에이엠티기술
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Abstract

본 발명은 광활성이 기존의 촉매보다 2배∼4배 향상된 고활성 광촉매 이산화티탄계 복합 분말의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a high activity photocatalyst-based titanium dioxide composite powder having 2 to 4 times improved photoactivity than conventional catalysts.

본 발명은 사염화티탄 원액에 증류수를 첨가한 티타닐클로라이드 수용액과, 상기 티타닐클로라이드 수용액의 티타늄과 치환되는 금속 원소를 포함하는 금속 화합물을 준비하는 단계; 상기 티타닐클로라이드 수용액과 금속화합물을 혼합하여 혼합 수용액을 얻는 단계; 상기 혼합 수용액을 침전 반응시켜 침전물을 얻는 단계; 상기 침전물에 중화제를 혼합하여 중화 반응시켜 이산화티탄계 복합물을 얻는 단계; 상기 이산화티탄계 복합물을 세척 및 여과 후 건조하여 이산화티탄계 복합 분말을 얻는 단계로 이루어진다.The present invention comprises the steps of preparing a metal compound containing a titanyl chloride aqueous solution in which distilled water is added to the titanium tetrachloride stock solution and a metal element substituted with titanium in the titanyl chloride aqueous solution; Mixing the titanyl chloride aqueous solution with a metal compound to obtain a mixed aqueous solution; Precipitating the mixed aqueous solution to obtain a precipitate; Mixing the neutralizing agent with the precipitate to neutralize the reaction to obtain a titanium dioxide-based composite; The titanium dioxide composite is washed, filtered and dried to obtain a titanium dioxide composite powder.

이산화티탄, 광활성, 촉매, 전이 금속 원소, 밴드갭 에너지Titanium dioxide, photoactive, catalyst, transition metal element, bandgap energy

Description

고활성 광촉매 이산화티탄계 복합 분말의 제조 방법{Synthesizing Process for Advanced Photocatalytic Titanium Dioxide Composited Nanopowders}Synthesizing Process for Advanced Photocatalytic Titanium Dioxide Composited Nanopowders

도 1은 전이금속원소가 담지된 이산화티탄 분말의 X-선 회절시험 결과로, (a)는 순수한 루틸상 이산화티탄분말이며, (b)는 염화지르코늄(+4), (c)는 염화니켈(+2), (d)는 염화구리(+2), (e)는 염화철(+3), (f)는 염화알루미늄(+3), (g)는 염화니오비움(+5)이 담지된 이산화티탄 분말이며, 여기서 R은 루틸상의 특성피크이며, A는 아나타제상의 특성피크를 나타낸다.1 is an X-ray diffraction test result of titanium dioxide powder loaded with transition metal element, (a) is pure rutile titanium dioxide powder, (b) is zirconium chloride (+4), (c) is nickel chloride (+2) and (d) are copper chloride (+2), (e) is iron chloride (+3), (f) is aluminum chloride (+3), and (g) is niobium chloride (+5). Titanium dioxide powder, wherein R is the characteristic peak of the rutile phase, and A is the characteristic peak of the anatase phase.

도 2는 4-chloropenol의 광촉매 분해실험 결과이며, 여기서 P-25는 상용분말, HPPLT는 저온균일침전법으로 제조된 분말, HPPLT-Ni, Cu, Fe는 염화니켈(+2), 염화구리(+2), 염화철(+3)이 담지된 이산화티탄 분말을 나타낸다.2 is a result of photocatalytic decomposition of 4-chloropenol, wherein P-25 is a commercial powder, HPPLT is a powder prepared by low temperature homogeneous precipitation, HPPLT-Ni, Cu, Fe is nickel chloride (+2), copper chloride ( +2) and titanium dioxide powder carrying iron chloride (+3).

도 3은 염화니켈을 담지시킨 후 침전 온도에 따른 결정상의 변화를 나타낸 결과이며, 여기서 R은 루틸상의 특성피크이며, A는 아나타제상의 특성피크를 나타낸다.3 is a result showing the change in the crystal phase with the precipitation temperature after supporting nickel chloride, where R is the characteristic peak of the rutile phase, A represents the characteristic peak of the anatase phase.

본 발명은 고활성 광촉매 이산화티탄계 복합 분말의 제조 방법에 관한 것으 로, 보다 상세하게는 광활성이 기존의 촉매보다 2배∼4배 향상된 고활성 광촉매 이산화티탄계 복합 분말의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a high active photocatalyst titanium dioxide composite powder, and more particularly, to a method for preparing a high active photocatalyst titanium dioxide composite powder having 2 to 4 times greater photoactivity than a conventional catalyst.

최근 태양에너지와 같은 무공해 에너지원을 구동력으로 광촉매를 이용한 고도산화처리기술(AOP : Advanced Oxidation Process)로 환경오염 유기물을 분해하여 무해한 이산화탄소(CO2)와 수증기(H2O)로 변화시키려고 하는 연구가 활발히 진행 중에 있다.Recently, a study to change environmental pollutants into harmless carbon dioxide (CO 2 ) and water vapor (H 2 O) by decomposing environmentally polluted organic materials by using Advanced Oxidation Process (AOP) using photocatalyst as the driving force. Is actively underway.

광촉매는 환경오염 유기물을 상온에서 완전히 분해하기 위해 필요한 파장대의 태양광을 흡수하여 빛에너지에 의해 화학 반응을 유발할 수 있는 보조물로서 처리 효율이 높고 반응장치가 비교적 간단하며 경제적 타당성이 우수하고 생성물이 환경에 심각한 문제를 야기하지 않는 등의 이점이 있다.Photocatalyst is an auxiliary material that can induce chemical reaction by light energy by absorbing sunlight in the wavelength range required to completely decompose environmental pollutants at room temperature, and has high processing efficiency, relatively simple reaction equipment, excellent economic feasibility, and product is environmental This does not cause serious problems.

따라서 유해한 환경오염 유기물들의 분해 및 처리와 금속 이온들의 회수에 광촉매를 이용에 대한 관심이 집중되고 있으며 물의 정수, 물의 분해에 의한 수소제조, 폐수처리, 각종 탈취 및 살균 등의 다양한 산업 분야에 효과적으로 사용될 수 있다.Therefore, attention has been focused on the use of photocatalysts for the decomposition and treatment of harmful environmental pollutants and the recovery of metal ions and can be effectively used in various industrial fields such as water purification, hydrogen production by water decomposition, wastewater treatment, various deodorization and sterilization Can be.

또한 차세대 에너지원인 광감응형 태양전지에 있어서 10%를 넘는 높은 변환효율이 얻어지는 것은 두 가지 주된 이유에 근거하는데, 하나는 태양광을 효과적으로 흡수하고, 이에 따른 반도체로의 전자 주입 속도가 아주 빠른 고효율 광증감 현상이다. 또, 다른 하나는 TiO2 전극을 다공질화하여 표면에 흡착된 광 증감제의 양이 대폭 증가되기 때문이다.In addition, high conversion efficiency of more than 10% is obtained for photosensitive solar cells, which are the next generation energy sources. One of them is based on two main reasons, one that absorbs sunlight effectively and the electron injection rate into the semiconductor is very high. It is a photosensitive phenomenon. The other is because the amount of the photosensitizer adsorbed on the surface of the TiO 2 electrode is made porous.

태양전지의 최대 광기전력(ΔV)은 TiO2 반도체의 페르미 준위와 전해질의 산화 환원 전위와의 차이로 결정된다. 그러므로, 태양전지의 발생 전압을 상승시킬 필요가 있는데, Si 전지의 경우에는 이러한 가능성이 거의 없으나, 광감응형 전지는 TiO2 물질을 제조할 때에 제 3의 금속 원소를 첨가하여 복합 담지화 하거나, TiO2 격자 내의 Ti를 다른 금속 원소로 치환하여 반도체 내의 페르미 준위를 변화시켜 전지의 단위 전압 상승효과를 기대할 수도 있다.The maximum photovoltaic power (ΔV) of the solar cell is determined by the difference between the Fermi level of the TiO 2 semiconductor and the redox potential of the electrolyte. Therefore, it is necessary to increase the generated voltage of the solar cell. In the case of Si cells, this possibility is hardly possible. However, in the photosensitive cell, when the TiO 2 material is prepared, a complex metal is supported by adding a third metal element, It is also possible to expect the unit voltage increase effect of the battery by changing the Fermi level in the semiconductor by replacing Ti in the TiO 2 lattice with another metal element.

따라서, 본 발명은 이러한 종래 기술의 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 그 목적은 전이 금속 원소를 함유한 염화지르코늄(+4), 염화니켈(+2), 염화구리(+2), 염화철(+3), 염화알루미늄(+3), 염화니오비움(+5) 등과 같은 금속 염화물과 티타닐클로라이드 수용액을 혼합하여 전이 금속 원소가 담지 또는 복합된 이산화티탄 나노분말을 제조하는 것과 이 분말을 통해 광활성 특성이 기존의 분말에 비해 2∼4배 이상 향상된 루틸상, 루틸 또는 아나타제 혼합상 또는 아나타제상의 이산화티탄계 광촉매 분말을 제조할 수 있는 고활성 광촉매 이산화티탄계 복합 분말의 제조 방법을 제공하는데 있다.Accordingly, the present invention has been made in view of the problems of the prior art, and its object is to include zirconium chloride (+4), nickel chloride (+2), copper chloride (+2) and iron chloride (+ 3), titanium chloride nanopowder supported or complexed with a transition metal element by mixing a metal chloride such as aluminum chloride (+3) and niobium chloride (+5) with an aqueous solution of titanyl chloride, and photoactive through the powder The present invention provides a method for producing a highly active photocatalyst-titanium dioxide-based composite powder capable of producing a titanium dioxide-based photocatalyst powder having a rutile phase, a rutile or anatase mixed phase, or an anatase phase improved two to four times more than a conventional powder.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 (a) 사염화티탄 원액에 증류수를 첨가한 티타닐클로라이드 수용액과, 상기 티타닐클로라이드 수용액의 티타늄과 치환되는 금속 원소를 포함하는 금속 화합물을 준비하는 단계; (b) 상기 티타닐클로 라이드 수용액과 금속화합물을 혼합하여 혼합 수용액을 얻는 단계; (c) 상기 혼합 수용액을 침전 반응시켜 침전물을 얻는 단계; (d) 상기 침전물에 중화제를 혼합하여 중화 반응시켜 이산화티탄계 복합물을 얻는 단계; (e) 상기 이산화티탄계 복합물을 세척 및 여과 후 건조하여 이산화티탄계 복합 분말을 얻는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고활성 광촉매 이산화티탄계 복합 분말의 제조 방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention comprises the steps of: (a) preparing a metal compound comprising a titanyl chloride aqueous solution in which distilled water is added to the titanium tetrachloride stock solution and a metal element substituted with titanium of the titanyl chloride aqueous solution; (b) mixing the titanyl chloride solution and a metal compound to obtain a mixed solution; (c) precipitating the mixed aqueous solution to obtain a precipitate; (d) neutralizing the mixture by mixing the neutralizing agent with the precipitate to obtain a titanium dioxide-based composite; (e) providing a method for producing a high activity photocatalyst-based titanium dioxide composite powder comprising the step of obtaining a titanium dioxide composite powder by washing and drying the titanium dioxide composite after filtration.

상기 금속 화합물의 금속 원소는 전이 금속 원소이며, 염화물, 질화물, 수화물 등의 상태로 혼합되는데, 예를 들어, AlCl3, NiCl2, FeCl3, NbCl 2, ZrCl4, CuCl2 등이 사용된다.The metal element of the metal compound is a transition metal element and is mixed in the state of chloride, nitride, hydrate, etc. For example, AlCl 3 , NiCl 2 , FeCl 3 , NbCl 2 , ZrCl 4 , CuCl 2, and the like are used.

상기 이산화티탄계 복합 분말에 포함된 금속 원소의 함량은 0.01∼2mol%이며, 상기 금속 원소의 함량이 상기와 같이 포함되면 이산화티탄계 분말의 아나타제상과 루틸상의 부피 비율이 10/90∼40/60으로 조성된다.The content of the metal element contained in the titanium dioxide-based composite powder is 0.01 to 2 mol%, and when the content of the metal element is included as described above, the volume ratio of the anatase phase and the rutile phase of the titanium dioxide-based powder is 10/90 to 40 /. It is composed of 60.

상기 금속 원소 즉, 전이 금속 원소를 첨가하지 않았을 경우 저온 균일 침전법으로 제조할 때 저온에서 일차 입자가 침상형인 100%의 루틸상이 형성된다. 이러한 이유는 합성 과정에서 입자와 입자사이의 모세관 압력이 작용하여 생성되는데 전이 금속을 첨가하였을 경우 이러한 현상을 억제하는 현상이 나타나 루틸상의 침상입자가 아닌 구형의 아나타제상이 생성되는 것이다.When the metal element, that is, the transition metal element is not added, a rutile phase of 100% having a needle-like primary particle is formed at low temperature when prepared by low temperature homogeneous precipitation. The reason for this is that the capillary pressure between the particles is generated during the synthesis process. When the transition metal is added, the phenomenon is suppressed, and spherical anatase phase is formed instead of the rutile acicular particles.

따라서, 금속 원소의 함량이 증가하면 핵생성 과정과 성장 과정에서 이종의 금속 원소의 영향으로 인하여 입자의 성장을 억제시키게 되며 이러한 결과로 입자 형태의 변형 또는 결정상의 변화를 일으킬 수 있는 것이다.Therefore, when the content of the metal element is increased, the growth of the particles is suppressed due to the influence of heterogeneous metal elements in the nucleation process and the growth process, and as a result, the deformation of the particle shape or the change of the crystal phase may occur.

그리고, 상기 금속 원소의 함량이 2mol%를 넘어설 경우 합성된 이산화티탄계 분말의 형태가 Ti1-xMxO2의 치환 상태가 아닌 TiO2-M xOx(상기 M은 치환된 금속) 형태의 복합물을 형성하고, 0.01mol% 이하가 되면 치환된 금속 원소의 영향에 따른 결정상의 변화 즉 아나타제 또는 루틸 또는 루틸-아나타제 혼합상과 같은 상변화 특성을 변화시킬 수 없는 분량이므로 상기 금속 원소의 비율을 0.01∼2mol%로 한정하였다.And, when the content of the metal element exceeds 2 mol%, the form of the synthesized titanium dioxide-based powder is not TiO 2 -M x O x substituted state of Ti 1-x M x O 2 (wherein M is a substituted metal ) To form a composite of less than 0.01 mol%, the amount of change in the crystal phase according to the influence of the substituted metal element, that is, the amount that cannot change the phase change characteristics such as anatase or rutile or rutile-anatase mixed phase The ratio was limited to 0.01 to 2 mol%.

또한, 첨가되는 금속 원소의 함량이 증가하면 아나타제상의 형성이 더욱 많아져 전체적으로는 상변화율이 증가된다. 그러나 첨가원소의 함량이 계속 증가하여 아나타제상과 루틸상의 비율이 40/60을 넘게 되면, 비표면적이 구형의 입자보다 큰 루틸상의 입자들이 줄어들게 되며, 구형의 아나타제상의 입자들이 많아진다. 따라서 표면 반응이 주가 되는 촉매 활성이 감소하게 되어 결과적으로는 광촉매효율을 감소시키는 결과를 초래한다.In addition, when the content of the added metal element is increased, the formation of the anatase phase is increased, and the overall phase change rate is increased. However, if the content of the additive element continues to increase, and the ratio of the anatase phase to the rutile phase exceeds 40/60, the rutile phase particles having a specific surface area larger than the spherical particles decrease, and the spherical anatase phase particles increase. Therefore, the catalytic activity, which is mainly the surface reaction, is reduced, resulting in a decrease in the photocatalytic efficiency.

상기 (c) 단계는 테플론 재질의 오토클레이브에서 처리되는 것이 바람직하며, 15∼150℃ 범위 내의 일정 온도로 2∼20시간 동안 균일 침전시킨다.The step (c) is preferably treated in an autoclave of Teflon material, it is uniformly precipitated for 2 to 20 hours at a constant temperature within the range of 15 ~ 150 ℃.

이 때, 상대적으로 저온인 50∼100℃ 온도 범위에서 Al, Zr, Ni의 경우를 제외한 다른 전이금속을 도핑한 경우 100%의 루틸상을 얻을 수 있으며, 이 범위에서는 아나타제상과 루틸상의 자유로운 상변화를 전이금속의 양을 조절함으로써 상변화를 조절할 수 있다.At this time, when doping other transition metals except Al, Zr, and Ni in the relatively low temperature range of 50 to 100 ° C, a rutile phase of 100% can be obtained. In this range, the free phase of the anatase and rutile phases is obtained. The change in phase can be controlled by controlling the amount of transition metal.

그리고, 상대적으로 고온인 100∼150℃ 온도 범위에서는 전이금속을 첨가하지 않았을 경우에도 아나타제상이 형성되므로 100%의 루틸상을 얻을 수 없지만, 아나타제상과 루틸상의 양을 조절할 수 있다.In the relatively high temperature range of 100 to 150 ° C., even when no transition metal is added, an anatase phase is formed, so that a rutile phase of 100% cannot be obtained, but the amount of the anatase phase and the rutile phase can be adjusted.

상기 중화제는 암모니아 수용액 또는 수산화나트륨 수용액 중 어느 하나를 사용하는데, 상기 중화제가 0.1M 이하이면 원활한 중화 반응이 이루어지지 않고, 0.7M 이상이면 중화 반응이 급격하게 이루어지는 문제점이 있으므로, 0.1∼0.7M의 중화제를 사용하는 것이 바람직하다.The neutralizing agent may be any one of an aqueous ammonia solution or an aqueous sodium hydroxide solution. If the neutralizing agent is 0.1 M or less, a smooth neutralization reaction may not be performed. Preference is given to using neutralizing agents.

상기 티타닐클로라이드 수용액은 사염화티탄에 증류수를 첨가하여 Ti4+ 이온의 농도가 1.5몰 이상인 고농도 티타닐클로라이드 수용액을 1차로 제조한 후에, 상기 고농도 티타닐클로라이드 수용액에 증류수를 첨가하여 Ti4+ 이온의 농도가 0.2∼1.2몰이 되도록 희석한 저농도 티타닐클로라이드 수용액을 사용한다.The titanyl chloride aqueous solution is prepared by first adding distilled water to titanium tetrachloride to prepare a high concentration titanyl chloride aqueous solution having a concentration of Ti 4+ ions 1.5 mol or more, and then adding distilled water to the high concentration titanyl chloride aqueous solution to form Ti 4+ ions. A low concentration of titanyl chloride aqueous solution diluted to 0.2 to 1.2 mol is used.

상기 (e) 단계의 세척 및 여과 단계는 중화된 침전물에 포함된 Cl- 이온 및 Na+ 이온의 제거를 위한 것으로, 증류수를 이용하는 것이 바람직하다.The washing and filtration steps of step (e) are for removing Cl ions and Na + ions contained in the neutralized precipitate, and it is preferable to use distilled water.

또한, 상기 (e) 단계의 건조 처리는 30∼150℃ 이하에서 10∼40시간 건조시키는 것이 바람직하다. 즉, 30℃에서는 건조시간이 많이 걸리는 단점이 있으며, 150℃ 이상에서는 응집이 심하게 되거나 상이 아나타제상에서 루틸상으로 상변화가 되는 현상이 나타나는 문제점이 있다. 물론, 감압 증발시킬 경우 30℃에서도 건조가 가능하다.In addition, the drying treatment of the step (e) is preferably dried for 10 to 40 hours at 30 ~ 150 ℃ or less. That is, there is a disadvantage in that the drying takes a lot of time at 30 ℃, there is a problem in that agglomeration is severe at 150 ℃ or more or the phase changes from the anatase phase to the rutile phase. Of course, when evaporated under reduced pressure it is possible to dry even at 30 ℃.

상기 과정을 보다 상세하게 설명하면, 먼저 사염화티타늄 원액에 증류수를 얼린 얼음 또는 얼음물을 첨가하여 1.5M 이상의 티타닐클로라이드 안정한 수용액을 제조하는 단계로, 이 단계는 본 출원인의 특허 제277164호, 제2852105호, 제350226호에 이미 명시하였다. 이를 자세히 설명하면 먼저 고순도의 사염화티타늄 원액에 증류수를 얼린 얼음 또는 얼음물을 떨어뜨려 중간 단계로서 사염화티타늄을 노랗고 단단하게 제조한 다음 여기에 다시 물을 더 첨가하고 녹여서 티타늄 이온 농도가 1.5M 이상이 되는 안정하고 투명한 티타닐클로라이드 수용액으로 제조하고, 이 것의 침전을 위한 반응의 출발 물질로서 상온에서 보관한다.In more detail, the first step is to prepare a stable aqueous solution of titanyl chloride of 1.5M or more by adding ice or ice water frozen in distilled water to titanium tetrachloride stock solution, this step is the applicant's patent No. 277164, 2852105 Already specified in heading 350.226. To explain this in detail, first, distilled iced ice or ice water was added to a high purity titanium tetrachloride solution to prepare titanium tetrachloride yellow and hard as an intermediate step, and then water was further added and dissolved to give a titanium ion concentration of 1.5M or more. Prepared as a stable, transparent aqueous solution of titanylchloride, and stored at room temperature as starting material for the reaction for precipitation thereof.

반응에 의해 생성되는 티타닐클로라이드는 사염화티타늄보다 물에 대해 상당히 안정하여, 반응이 끝난 후 안정화를 시키고 농도를 1.5M 이상으로 하면 상온에서 안정한 보관용액으로서 존재할 수 있다. 만약, 반응의 출발 물질을 제조하기 위해 물과 사염화티타늄의 양을 부피 분율(%)로서 사용한다면 티타늄 이온의 농도가 1.5M 이상인 티타닐클로라이드 수용액의 제조과정 중에 증기압이 높아져 사염화티타늄의 손실이 커지므로, 반응 물질의 양을 정확히 조절할 수 없고 제조의 재현성이 떨어져 최종 산물의 수득률을 예측하는 것이 어렵다. 따라서, 본 발명에서는 첨가되는 물의 양을 정량적인 양보다 적게 넣어서 반응을 진행시켜 안정한 티타닐클로라이드 수용액을 먼저 제조한 후, 그 수용액에서의 티타늄 이온의 농도를 정량 분석하여 정확한 출발 농도를 얻음으로써 수득률 계산을 용이하게 하여 발명의 재현성을 유지할 수 있게 하였다.The titanyl chloride produced by the reaction is considerably more stable with respect to water than titanium tetrachloride, and may be present as a stable storage solution at room temperature if it is stabilized after the reaction is completed and the concentration is 1.5M or more. If the amount of water and titanium tetrachloride is used as the volume fraction (%) to prepare the starting material of the reaction, the vapor pressure increases during the preparation of the aqueous solution of titanyl chloride having a concentration of titanium ions of 1.5 M or more, resulting in a large loss of titanium tetrachloride. Therefore, it is difficult to accurately predict the yield of the final product because the amount of reactant cannot be precisely controlled and the reproducibility of the preparation is poor. Therefore, in the present invention, the amount of water added is less than the quantitative amount to proceed with the reaction to prepare a stable titanyl chloride aqueous solution first, and then by quantitatively analyzing the concentration of titanium ions in the aqueous solution to obtain an accurate starting concentration The calculations were made easy to maintain the reproducibility of the invention.

티타닐클로라이드 수용액에 다시 증류수를 첨가하여 수용액의 농도가 0.2∼1.2M 범위로 희석하는 단계로 본 발명에 의한 희석방법을 사용하더라도 티타닐클로라이드 수용액에서 티타늄 이온의 농도가 1.2M 보다 높으면 100℃ 이하의 온도에서는 10일 이상 반응시켜도 결정성의 침전이 전혀 일어나지 않고, 티타늄 이온의 농도가 0.2M 미만이면 이산화티탄 침전체의 핵은 많이 생성되지만 동일 반응시간 내에 핵의 성장이 진행되지 않아 형성된 입자의 크기가 0.05㎛ 이하로 되어 반응 용액이 뿌옇게 변할 뿐 더 크게 성장하지 않기 때문에 상용 여과지와 원심분리기를 통해 얻을 수 있는 수득률이 30% 이하로 그 수득률이 낮아진다.Distilled water is added to the titanyl chloride solution again to dilute the concentration of the aqueous solution in the range of 0.2 to 1.2 M. Even when the dilution method according to the present invention is used, if the concentration of titanium ions in the aqueous titanyl chloride solution is higher than 1.2 M, it is 100 ° C. or less. Crystallization does not occur at all when reacted for 10 days or more, and if the concentration of titanium ions is less than 0.2M, many nuclei of titanium dioxide precipitates are produced, but the nucleus growth does not proceed within the same reaction time. Since the reaction solution becomes cloudy at 0.05 탆 or less and does not grow larger, the yield obtained through commercial filter paper and centrifuge is 30% or lower, and the yield is lowered.

따라서 수용액의 농도가 0.2∼1.2M 범위로 희석된 티타닐클로라이드 수용액에 금속 이온을 공급할 수 있는 염화물, 질화물, 수산화물 형태의 분말상 또는 용액상의 물질을 미량 첨가하여 자력교반기 위에서 충분히 교반한다.Therefore, a small amount of a powder or solution in the form of chloride, nitride, or hydroxide, which can supply metal ions, to the titanyl chloride solution diluted in the range of 0.2 to 1.2 M, is sufficiently stirred on a magnetic stirrer.

상기 금속 이온을 공급해 주는 염화물, 질화물, 수산화물 형태의 분말상 또는 용액상의 물질에 포함된 금속 이온은 전이 금속 원소 계열인데, 전이 금속 원소를 사용하는 이유를 다음과 같이 설명한다.The metal ions contained in the chloride or nitride, hydroxide, or powder form of the material supplying the metal ions are transition metal elements, and the reason for using the transition metal elements will be described as follows.

TiO2 광촉매는 반도성 물질로 밴드갭 에너지(Band-gab energy)가 ∼3.0eV이기 때문에 380nm 이하의 파장을 가지는 빛을 조사해 주면 광산화(Photo-oxidation), 광환원(Photo-reduction) 및 친수화반응(Hydrophilic reaction)을 일으킨다.TiO 2 photocatalyst is a semiconducting material, and because band-gap energy is ~ 3.0eV, photo-oxidation, photo-reduction and hydrophilization can be achieved by irradiating light with wavelength below 380nm. Causes a Hydrophilic reaction.

이러한 광촉매 반응은 환경친화적 정화기술로서 유해유기물(VOCs)의 무해화, 환경 호르몬 분해 제거, 수용액 중의 중금속 제거, 대기 중의 NOx, SOx 제거, 항균 및 살균, 탈취 등에 환경 부분과 김서림 방지, 방오 기능 및 자정 작용(Self-cleaning)등 기능성 부분에 활용되고 있다.This photocatalytic reaction is an environmentally-friendly purification technology that prevents harmful effects of organic matter (VOCs), removes environmental hormonal decomposition, removes heavy metals in aqueous solutions, removes NO x , SO x from air, antibacterial and sterilization, and deodorizes. It is used for functional parts such as function and self-cleaning.

(1) 산화 및 환원 반응(1) Oxidation and Reduction

광촉매에 의하여 일어나는 산화 및 환원 반응의 메커니즘(Mechanism)은 광조사에 의해 VB(Valence band)와 CB(Conduction band)에 각각 정공(h+)과 여기전자(e-)가 형성되고 이들과 대기 중의 물과 산소가 반응하여 수산화라디칼(OH)과 활성산소(O2-)를 형성하여 이들의 높은 반응성에 의하여 수산화라디칼은 강력한 산화 반응을 일으키며, 활성산소는 환원 반응을 일으킨다.Mechanisms of oxidation and reduction reactions caused by photocatalysts form holes (h + ) and excitation electrons (e ) in VB (Valence band) and CB (Conduction band) by light irradiation, respectively. Water and oxygen react to form radicals (OH) and free radicals (O 2- ), and radicals cause strong oxidation reactions due to their high reactivity, and free radicals cause reduction reactions.

(2) 친수화 반응(2) hydrophilization reaction

광조사에 의한 표면 친수화 반응(Hydrophilic reaction)의 메커니즘은 광조사에 의해 생성되는 산소 결핍(Oxygen vacancy) 자리나, 흡착된 유기물이 광산화 분해하여 제거된 표면에 수분이 흡착되어 친수성이 나타난다.The mechanism of the surface hydrophilic reaction by light irradiation is that the oxygen deficiency (oxygen vacancy) sites generated by light irradiation, or the water is adsorbed on the surface removed by the photocatalytic decomposition of the adsorbed organic matter appears hydrophilicity.

(3) 유기 오염 물질 분해(3) decomposition of organic pollutants

광촉매의 강력한 산화력은 기존의 연소 산화법, 오존 산화법, 펜톤 산화법 등의 방법으로 처리가 어려운 유기 오염 물질을 분해하여 무해화 하는데 적합하다. 그리고 악취 등의 제거에도 활용이 가능하다.The strong oxidizing power of the photocatalyst is suitable for decomposing and harming organic pollutants that are difficult to treat by conventional combustion oxidation, ozone oxidation, and fenton oxidation. It can also be used to remove odors.

유기염소화합물 및 페놀류 (트리클로로에틸렌 등)Organochlorine compounds and phenols (such as trichloroethylene)

환경호르몬류 (다이옥신, 비스페놀, 노닐페놀, 에스트라디올 등)Environmental hormones (dioxin, bisphenol, nonylphenol, estradiol, etc.)

유해 VOCs 류 (아세트알데히드, 포름알데히드, 톨루엔 등)Hazardous VOCs (Acetaldehyde, Formaldehyde, Toluene, etc.)

악취 가스 (황화수소, 티올류, 아민류 등)Odor gas (hydrogen sulfide, thiols, amines, etc.)

기타 탈취가 요구되는 냄새(담배냄새 등)Other smells that require deodorization (tobacco smell, etc.)

(4) 대기 오염 물질 분해(4) decomposition of air pollutants

자동차 배기가스, 소각로, 발전소 등에서 배출되어 대기오염의 원인이 되는 질소산화물(NOx), 황산화물(SOx)을 광산화 반응을 통하여 산의 형태로 회수 및 처리가 용이하게 해준다.Nitrogen oxides (NO x ) and sulfur oxides (SO x ), which are emitted from automobile exhaust gas, incinerators and power plants and cause air pollution, are easily recovered and processed in the form of acid through a photooxidation reaction.

(5) 자정(Self-Cleaning)(5) Self-Cleaning

스스로 오염을 제거하여 깨끗한 표면을 유지하는 기능으로 광촉매의 표면 친수반응에 의하여 오염물질이 부유와 광산화반응에 의한 분해에 의하여 효능이 나타난다.Its function is to maintain the clean surface by removing the contamination by itself, and the effect is shown by the decomposition of the pollutants by the floating and photooxidation reactions by the surface hydrophilic reaction of the photocatalyst.

적용분야 : 건축물 내 외장재, 도로자재, 터널조명등 및 옥외조명등, 간판 등Applicable field: Building exterior materials, road materials, tunnel lighting, outdoor lighting, signage, etc.

(6) 항균 및 살균 기능(6) antibacterial and antiseptic function

광촉매 반응에 의하여 형성되는 수산화라디칼의 강한 산화력에 의하여 표면의 박테리아, 세균을 죽일 수 있다. 이런 강한 산화력은 항균, 살균뿐만 아니라 세균의 잔해 및 독소까지 분해하므로 은(Ag)이나 구리(Cu)등의 다른 항균제에는 없는 다양하고 우수한 특성을 나타낸다.Bacteria and bacteria on the surface can be killed by the strong oxidizing power of the radicals formed by the photocatalytic reaction. This strong oxidizing power decomposes not only antibacterial and sterilization but also debris and toxins of bacteria, and thus shows various and excellent characteristics that other antibacterial agents such as silver (Ag) and copper (Cu) do not have.

적용분야 : 병원, 주방 및 각종 위생기기 등Application area: hospital, kitchen and various sanitary equipment

상기와 같은 광활성 특징을 가지는 이산화티탄(TiO2)은 밴드갭 에너지가 3.0 ∼3.2eV이기 때문에 광활성을 발현하기 위해서는 400nm 이하의 파장을 가지는 자외선이 조사되어야 한다.Titanium dioxide (TiO 2 ) having the photoactive characteristics as described above has a bandgap energy of 3.0 to 3.2 eV, and thus ultraviolet light having a wavelength of 400 nm or less must be irradiated to express photoactive activity.

그런데, 태양광이나 인공광에는 자외선보다는 파장이 긴 가시광선이 현저하게 많이 포함되어 있다. 따라서 가시광 파장 대역의 광선 활용을 위해서는 TiO2의 밴드갭 에너지를 낮추어 줄 필요성이 있다.By the way, sunlight or artificial light contains remarkably many visible rays with a longer wavelength than ultraviolet rays. Therefore, it is necessary to lower the bandgap energy of TiO 2 in order to utilize light in the visible light wavelength band.

따라서, 자외선보다 파장이 긴 가시광선 영역의 광선을 흡수하여 광활성을 발현할 수 있도록 밴드갭 에너지가 낮은 물질이 필요하다.Therefore, a material having a low bandgap energy is required to absorb light in a visible light region having a wavelength longer than that of ultraviolet light and to express photoactivity.

본 발명은 이산화티탄계 분말의 구조에서 양이온이 존재하는 격자 내의 Ti 자리를 다른 금속원소로 치환하면, 이산화티탄의 기본 성질을 변화시켜 밴드갭 에너지를 이산화티탄의 밴드갭보다 낮출 수 있는 물질로써 전이 금속 원소를 사용한 것이다.In the present invention, when the Ti site in the lattice in which the cation exists in the structure of the titanium dioxide-based powder is replaced with another metal element, the basic property of the titanium dioxide is changed to transfer the band gap energy to a material that can lower the band gap energy than the band gap of the titanium dioxide. A metal element is used.

상기와 같이 티타닐클로라이드 수용액과 전이 금속 원소가 포함된 금속 화합물을 혼합한 상태에서 침전 반응시키면 이산화티탄이 결정화되면서 티타늄의 일부 자리에 전이 금속 원소가 대체되어 결정화되기 때문에 결과적으로 밴드갭 에너지를 낮추어 주는 결과를 초래하고, 이는 광활성을 향상시키는 효과를 발생한다.Precipitation reaction in the state in which the aqueous titanyl chloride solution and the metal compound containing the transition metal element are mixed as described above results in lowering the bandgap energy because the titanium dioxide is crystallized and the transition metal element is replaced and crystallized at a part of the titanium. Giving results, which has the effect of enhancing photoactivity.

참고로, 실험적으로 귀금속 원소인 Pt 또는 Ag 등을 첨가하여 분말을 합성하였지만 특성평가 결과 전이 금속 원소를 첨가한 경우보다 좋지 않은 결과를 나타내었다.For reference, the powder was synthesized experimentally by the addition of precious metal elements such as Pt or Ag, but the characteristics evaluation resulted in a worse result than the addition of the transition metal element.

그리고 본 발명의 실시예에서는 전이 금속을 공급할 수 있는 화합물로 염화 물을 사용하였는데, 이 외에도 Ti의 격자를 치환할 수 있는 금속 이온이 공급 가능한 다른 화합물 즉, 질화물, 수화물 등과 그 외의 다른 화합물을 사용할 수 있다.In the embodiment of the present invention, chloride was used as a compound capable of supplying a transition metal. In addition, other compounds capable of supplying metal ions capable of substituting a lattice of Ti, ie, nitrides, hydrates, and the like, may be used. Can be.

상기와 같은 특징을 가지고 있는 전이 금속 원소를 포함하는 금속 화합물과 티타닐클로라이드 수용액을 혼합하여, 15∼150℃ 범위 내의 일정 온도로 2∼20시간 동안 유지시켜 침전 반응을 수행한다.A metal compound containing a transition metal element having the above characteristics and a titanyl chloride aqueous solution are mixed and maintained at a predetermined temperature within a range of 15 to 150 ° C. for 2 to 20 hours to perform a precipitation reaction.

이 때, 침전이 일어나기 위해서는 어느 정도 시간이 걸리는데, 이 것은 침전반응에 활성화 장벽이 있다는 것을 의미한다. 따라서, 물을 첨가하여 OH- 이온의 공급원을 제공하고 침전 온도에서 유지시키면 활성화 장벽을 넘으면서 가수분해와 동시에 일어나는 결정화에 의해 산성도가 증가하면서 침전반응이 일어난다. 이 때, 첨가되는 금속 원소의 차이에 따라 일차입자가 균일하게 응집하여 이루어진 이산화티탄 이차입자는 침전 반응 온도를 증가시킴에 따라 크기 0.005∼0.5㎛의 단분산구로서 균일한 크기분포를 갖는 루틸상 또는 아나타제-루틸 혼합상 또는 아나타제상의 이산화티탄 초미립 분말이 생성된다.At this time, it takes some time for the precipitation to occur, which means that there is an activation barrier in the precipitation reaction. Thus, the addition of water provides a source of OH ions and maintains at the precipitation temperature, causing precipitation with increasing acidity by crystallization coinciding with hydrolysis while crossing the activation barrier. At this time, the titanium dioxide secondary particles formed by agglomerating the primary particles uniformly according to the difference of the metal elements added are rutile phase having a uniform size distribution as a monodispersion sphere having a size of 0.005 to 0.5 μm as the precipitation reaction temperature is increased. Or a superfine titanium dioxide powder of anatase-rutile mixed phase or anatase phase is produced.

다음은 침전체를 중화시키는 단계로 수산화나트륨 수용액 또는 암모니아수를 이용하여 중화시킨다.Next, neutralize the precipitate by using an aqueous sodium hydroxide solution or ammonia water.

중화 후 침전체에 존재하는 Cl- 및 Na+ 이온의 효과적인 제거를 위해 감압 필터를 이용하여 여과 및 세척 한 후, 150℃ 이하의 온도에서 건조시킨다. 이 때, 건조 온도가 높을 때에는 광활성이 감소하므로 낮은 건조 온도가 요구된다.After neutralization it is filtered and washed with a reduced pressure filter for effective removal of Cl and Na + ions present in the precipitate, followed by drying at a temperature below 150 ° C. At this time, when the drying temperature is high, since photoactivity decreases, a low drying temperature is required.

상기와 같이 이루어지는 본 발명의 특징을 설명하기 위하여 아래와 같이 각 실시예별로 실험하고, 그에 따른 특징을 설명하였다.In order to explain the features of the present invention made as described above, the experiments were performed for each embodiment as described below, and the features thereof were described.

1. 제 1실시예1. First embodiment

티타닐클로라이드 수용액을 얻기 위해서 사염화티타늄 원액과 증류수를 혼합하였다. 이 반응 결과로 나오는 반응열을 낮추기 위해서 0℃이하의 온도에서 적당량의 증류수를 천천히 첨가하여 티타늄 농도가 1.5M 이상(바람직하게는 4.7M)이 되도록 한 다음, 교반하여 상온에서 안정 상태를 유지하는 고농도 티타닐클로라이드 수용액을 얻었다. 상기 고농도 티타닐클로라이드 수용액에 증류수를 다시 가하여 티타늄 이온의 농도가 0.67M인 저농도의 티타닐클로라이드 수용액으로 희석한다.The titanium tetrachloride stock solution and distilled water were mixed to obtain an aqueous titanyl chloride solution. In order to lower the heat of reaction resulting from this reaction, an appropriate amount of distilled water is slowly added at a temperature of 0 ° C. or lower so that the titanium concentration is 1.5M or more (preferably 4.7M), followed by stirring to maintain a stable state at room temperature. A titanyl chloride aqueous solution was obtained. Distilled water is added to the high concentration of titanyl chloride solution and diluted with a low concentration of titanyl chloride solution having a concentration of titanium ions of 0.67M.

그리고, 티타늄의 이온 반경과 비슷한 양이온 반경을 갖는 금속염화물인 염화구리(+2), 염화철(+3), 그리고 염화니오비움(+5)을 0.01M 첨가하여 약 20분간 교반한 다음 100℃로 유지된 욕조에 반응 용기를 넣어 4시간 동안 침전 반응을 수행한 후에 중화제로 중화시켜서 금속이온이 첨가된 이산화티탄 분말을 얻었다.Then, copper chloride (+2), iron chloride (+3), and niobium chloride (+5), which are metal chlorides having a cation radius similar to that of titanium, were added to 0.01 M, stirred for about 20 minutes, and then stirred at 100 ° C. The reaction vessel was placed in a maintained bath, followed by precipitation for 4 hours, and then neutralized with a neutralizing agent to obtain titanium dioxide powder to which metal ions were added.

이 때, 복합화된 이산화티탄 분말상에 존재하는 금속 원소의 농도를 유도결합플라즈마로 분석한 결과 염화구리(+2)가 담지된 경우 0.05mol%, 염화철(+3)이 담지된 경우 1.33mol%, 염화니오비움(+5)이 담지된 경우 0.23mol%의 금속원소 함량을 나타내었다.At this time, the concentration of the metal element present on the composite titanium dioxide powder was analyzed by inductively coupled plasma, and 0.05 mol% of copper chloride (+2) was supported, 1.33 mol% of iron chloride (+3), When niobium chloride (+5) was loaded, the metal element content of 0.23 mol% was shown.

얻어진 이산화티탄의 단분산구는 투과전자현미경으로 관찰한 결과 10nm 이하의 일차 입자로 이루어진 비구형인 밤송이 모양의 입자가 관찰되었으며, 주사전자현미경으로 관찰한 결과, 입자전체의 크기는 0.2∼0.4㎛의 범위였으며, X선 회절시험결과, 루틸의 결정상을 얻을 수 있었다(도 1의 (d), (e), (g)).Monodisperse spheres of the obtained titanium dioxide were observed by transmission electron microscopy, and non-spherical chestnut-shaped particles composed of primary particles of 10 nm or less were observed. As a result of the scanning electron microscopy, the total particle size ranged from 0.2 to 0.4 μm. As a result of X-ray diffraction, rutile crystal phases were obtained ((d), (e), and (g) of FIG. 1).

2. 제 2실시예2. Second Embodiment

제 1실시예에서 제조한 티타늄 이온의 농도가 0.67M인 티타닐클로라이드에 티타늄 이온 반경보다 매우 큰 양이온 반경을 갖는 금속염화물인 염화지르코늄(+4)을 0.01M 첨가하여 약 20분간 교반한 다음 100℃로 유지된 욕조에 반응 용기를 넣어 4시간 동안 침전 반응을 수행한 후에 중화제로 중화시켜서 금속염화물이 첨가된 이산화티탄 분말을 얻었다.To titanium titanate chloride having a concentration of 0.67M prepared in Example 1, 0.01M of zirconium chloride (+4), a metal chloride having a cation radius that is much larger than the titanium ion radius, was stirred for about 20 minutes, and then stirred. The reaction vessel was placed in a bath kept at 0 ° C., followed by precipitation for 4 hours, and then neutralized with a neutralizing agent to obtain titanium dioxide powder to which metal chloride was added.

제 1실시예와 마찬가지로 복합화된 이산화티탄 분말상에 존재하는 금속 원소의 농도를 유도결합플라즈마로 분석한 결과 염화지르코늄(+4)이 담지된 경우 1.47mol%의 함량을 나타내었다. 얻어진 이산화티탄을 투과전자현미경으로 관찰한 결과, 5nm 이하의 구형의 입자형상을 가지고 있었으며, 주사전자현미경으로 관찰한 결과, 다수의 구형 입자들이 뭉쳐있는 형태로 관찰되었으며, X선 회절시험결과, 아나타제의 결정상을 얻을 수 있었다(도 1의 (b)).As in the first embodiment, the concentration of the metal element present on the composite titanium dioxide powder was analyzed by inductively coupled plasma, and the content of 1.47 mol% was indicated when zirconium chloride (+4) was supported. As a result of observing the obtained titanium dioxide by transmission electron microscopy, it had a spherical particle shape of 5 nm or less, and by scanning electron microscopy, it was observed that a large number of spherical particles were agglomerated, X-ray diffraction test, anatase The crystal phase of was obtained (FIG. 1 (b)).

얻어진 분말과 금속염화물을 넣지 않는 분말의 입자형상과 결정상의 형태를 비교 분석한 결과, 양이온 반경이 티타늄 이온반경보다 매우 큰 경우 입자형상과 결정상은 비구형인 밤송이 모양의 루틸상에서 구형의 아나타제상으로의 상변화가 일어났다.As a result of comparative analysis of the particle shape and the crystal form of the powder obtained and the powder without metal chloride, when the cation radius is much larger than the titanium ion radius, the particle shape and the crystal phase are from the spherical chestnut-shaped rutile to the spherical anatase phase. A phase change occurred.

3. 제 3실시예3. Third embodiment

제 1실시예에서 제조한 티타늄 이온의 농도가 0.67M인 티타닐클로라이드에 티타늄 이온 반경보다 매우 작은 양이온 반경을 갖는 금속염화물인 염화알루미늄(+3)과 염화니켈(+2)을 0.01M 첨가하여 약 20분간 교반한 다음 100℃ 로 유지된 욕조에 반응용기를 넣어 4시간 동안 침전 반응을 수행한 후에 중화제로 중화시켜서 금속염화물이 첨가된 이산화티탄 분말을 얻었다.To the titanyl chloride having a concentration of 0.67M of titanium ions prepared in Example 1, 0.01M of aluminum chloride (+3) and nickel chloride (+2), which are metal chlorides having a cation radius very smaller than that of titanium ions, were added After stirring for about 20 minutes, the reaction vessel was placed in a bath kept at 100 ° C., followed by precipitation for 4 hours, and then neutralized with a neutralizing agent to obtain a titanium dioxide powder to which metal chloride was added.

이 때, 복합화된 이산화티탄 분말상에 존재하는 금속원소의 농도를 유도결합플라즈마로 분석한 결과 염화알루미늄(+3)이 담지된 경우 0.17mol%, 염화니켈(+2)이 담지된 경우 0.12mol%의 함량을 나타내었다. 얻어진 이산화티탄을 투과전자현미경으로 관찰한 결과, 침상형 주위에 구형의 입자들이 둘러싸여 있는 것으로 관찰되었고, 주사전자현미경으로 관찰한 결과, 구형상의 밤송이가 약간 찌그러진 형상으로 관찰되어졌다. X선 회절시험결과, 주상이 아나타제상인 결정을 얻을 수 있었다(도 1의 (c), (f)).At this time, the concentration of the metal element present on the composite titanium dioxide powder was analyzed by inductively coupled plasma. As a result, 0.17 mol% when aluminum chloride (+3) was supported and 0.12 mol% when nickel chloride (+2) was supported. The content of is shown. As a result of observing the obtained titanium dioxide with a transmission electron microscope, it was observed that spherical particles were enclosed around the needle shape, and when observed with a scanning electron microscope, the spherical chestnut was slightly distorted. As a result of the X-ray diffraction test, crystals in which the main phase was the anatase phase were obtained (Figs. 1 (c) and (f)).

얻어진 분말과 금속염화물을 넣지 않는 분말과 입자형상과 결정상의 형태를 비교 분석한 결과, 양이온 반경이 티타늄 이온반경보다 매우 작은 경우 입자형상과 결정상은 비구형인 밤송이 모양의 루틸상과 구형의 아나타제상이 관찰됨으로 인하여 루틸상에서 아나타제상으로의 상변화가 진행되는 것을 관찰할 수 있었다.As a result of comparative analysis of the obtained powder, powder without metal chloride, particle shape and crystalline phase, when the cation radius is very small than the titanium ion radius, the particle shape and crystal phase are non-spherical chestnut-shaped rutile and spherical anatase phase. As a result, the phase change from the rutile phase to the anatase phase was observed.

4. 제 4실시예4. Fourth embodiment

제 1실시예 또는 제 2실시예, 제 3실시예에서 준비된 시료를 이용하여 1mM의 4-chloropenol 분해 실험을 실시하였다. 이 때, TiO2 입자 표면에서의 균일한 표면반응을 위해 암실 또는 암상태에서 5분 정도 초음파를 이용해 분산시킨다. 또한 분산성 유지를 위해 마그네틱 바를 이용하여 교반을 시킨다. 광반응시키기 바로 전단계로 흡착된 4-chlorophenol의 농도를 측정하기 위해 0.2㎛ 여과기를 이용하여 TiO2 입자를 거른 다음 얻어진 용액을 샘플링 한다.1 mM 4-chloropenol degradation experiment was conducted using the samples prepared in Example 1, 2, and 3. At this time, for uniform surface reaction on the surface of TiO 2 particles, it is dispersed using ultrasonic waves for about 5 minutes in the dark or dark. It is also stirred using a magnetic bar to maintain dispersibility. In order to measure the concentration of 4-chlorophenol adsorbed just before the photoreaction, the TiO 2 particles were filtered using a 0.2 μm filter, and the resulting solution was sampled.

광원의 파장이 250∼400nm인 램프를 이용하여 시료를 광반응시키고, 이 때 샘플링은 30분 간격으로 하여 최종적으로 TOC(total organic carbon)측정을 하였다. 분석된 TOC 결과는 도 2에 나타내었다. 도 2에서 보는 바와 같이, 니켈이 담지된 분말의 경우 상용 분말인 P-25보다 광분해 효율이 4배 정도 증가하였다.Samples were photoreacted using a lamp having a wavelength of 250-400 nm as a light source. At this time, sampling was performed every 30 minutes, and finally, TOC (total organic carbon) measurement was performed. The analyzed TOC results are shown in FIG. 2. As shown in FIG. 2, the nickel-supported powder increased photodegradation efficiency by four times compared to commercial powder P-25.

5. 제 5실시예5. Fifth Embodiment

고활성 광촉매 분말을 제조하기 위해 제 1∼3실시예와 같은 방법으로 염화니켈(+2)을 0.01M 첨가한 후 침전온도를 65℃, 75℃, 85℃, 95℃ 그리고 100℃로 변화시킨 후 온도 변화에 따른 결정 특성을 관찰하였다(도 3). 85℃ 이하의 저온에서는 루틸상의 결정상만이 관찰된 데 반하여, 95℃ 이상의 온도에서는 루틸상과 아나타제의 혼합상이 형성되었음을 알 수 있다. 이는 루틸상의 밤송이 형태 입자 주위에 구형의 아나타제상이 생성되는 것으로 설명되어질 수 있다. 온도 변화에 따른 아나타제상의 생성 정도는 각 상의 메인피크의 적분강도에 따라 0∼40%의 부피비율을 갖는다. 또한 유도결합플라즈마를 이용한 니켈 원소에 대한 함량 분석 결과 침전 온도가 증가할수록 니켈 원소에 대한 함량이 증가하였으며, 이는 온도에 따른 이산화티탄에 대한 니켈이온의 용해도가 증가되었기 때문이다.To prepare a highly active photocatalyst powder, 0.01M of nickel chloride (+2) was added in the same manner as in the first to third embodiments, and the precipitation temperature was changed to 65 ° C, 75 ° C, 85 ° C, 95 ° C and 100 ° C. After observing the crystal properties with the temperature change (Fig. 3). Only the rutile phase crystal phase was observed at a low temperature of 85 ° C. or lower, whereas a mixed phase of the rutile phase and anatase was formed at a temperature of 95 ° C. or higher. This may be explained by the formation of a spherical anatase phase around the rut-shaped bald form particles. The degree of formation of the anatase phase according to the temperature change has a volume ratio of 0 to 40% depending on the integral strength of the main peak of each phase. In addition, as a result of analyzing the content of nickel element using inductively coupled plasma, the content of nickel element increased with increasing precipitation temperature, because the solubility of nickel ion in titanium dioxide increased with temperature.

표 1은 각기 다른 이온 반경과 원자가를 갖는 담지 원소의 종류에 따른 상변화 특성과 유도결합플라즈마로 분석한 금속원소의 함량결과이다.Table 1 shows the results of the phase change characteristics and the content of metal elements analyzed by inductively coupled plasma according to the kinds of supported elements having different ionic radii and valences.

원소element 상 (Phase)Phase 밸런스스테이트에서의 이온 반경(pm)Ion radius at balance state (pm) 도핑 소스 (1.47mol%)Doping Source (1.47mol%) 결정상Crystal phase ICP 측정 결과(mol%)ICP measurement result (mol%) +2+2 +3+3 +4+4 +5+5 TiTi 루틸Rutile 61, 6861, 68 없음none 비구형Aspheric -- ZrZr 아나타제Anatase 72, 7972, 79 ZrCl2 ZrCl 2 구형rectangle 1.471.47 NiNi 루틸Rutile 6969 NiCl2 NiCl 2 비구형Aspheric 0.120.12 CuCu 루틸Rutile 7272 CuCl2 CuCl 2 비구형Aspheric 0.050.05 FeFe 루틸Rutile 6464 FeCl3 FeCl 3 비구형Aspheric 1.331.33 AlAl 아나타제Anatase 51, 5351, 53 AlCl3 AlCl 3 구형rectangle 0.170.17 NbNb 루틸Rutile 64, 6964, 69 NbCl5 NbCl 5 비구형Aspheric 0.230.23

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명은 루틸상 또는 아나타제-루틸혼합상 또는 아나타제상의 복합 분말을 쉽게 제조할 수 있으며, 복합원료로 사용된 금속 원소로 인하여 높은 광활성을 갖는 고품위의 광촉매 분말의 제조가 가능하다.The present invention made as described above can easily prepare a composite powder of rutile phase or anatase-rutile mixture phase or anatase phase, and can produce high quality photocatalyst powder having high photoactivity due to the metal element used as the composite raw material. .

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예를 예로 들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.In the above, the present invention has been illustrated and described with reference to specific preferred embodiments, but the present invention is not limited to the above-described embodiments and the general knowledge in the technical field to which the present invention pertains without departing from the spirit of the present invention. Various changes and modifications will be made by those who possess.

Claims (8)

(a) 사염화티탄 원액에 증류수를 첨가한 티타닐클로라이드 수용액과, 상기 티타닐클로라이드 수용액의 티타늄과 치환되는 Ni, Cu, Fe, Nb, Zr, Al 중 선택된 적어도 어느 하나의 염화물이나 질화물 또는 수화물을 포함하는 금속화합물을 준비하는 단계;(a) a titanyl chloride solution in which distilled water is added to the titanium tetrachloride stock solution, and at least one chloride, nitride, or hydrate selected from Ni, Cu, Fe, Nb, Zr, and Al substituted with titanium in the titanyl chloride solution; Preparing a metal compound comprising; (b1) 루틸상이 주가 되는 루틸 및 아나타제 혼합상의 이산화티탄 분말을 얻기 위해, 티타늄과의 이온 반경차가 상대적으로 작은 Cu, Fe, Nb 중 선택된 적어도 어느 하나의 염화물이나 질화물 또는 수화물을 포함하는 금속화합물과 상기 티타닐클로라이드 수용액을 혼합하는 단계,(b1) a metal compound containing at least one chloride, nitride, or hydrate selected from Cu, Fe, and Nb having a relatively small ionic radius difference with titanium to obtain a rutile and anatase mixed phase titanium dioxide powder mainly composed of a rutile phase; Mixing the titanyl chloride aqueous solution, (b2) 아나타제상이 주가 되는 루틸 및 아나타제 혼합상의 이산화티탄 분말을 얻기 위해, 티타늄과의 이온 반경차가 상대적으로 큰 Zr, Al, Ni 중 선택된 적어도 어느 하나의 염화물이나 질화물 또는 수화물을 포함하는 금속화합물과 상기 티타닐클로라이드 수용액을 혼합하는 단계 중 어느 한 단계를 통해 혼합 수용액을 얻는 단계;(b2) a metal compound containing at least one chloride, nitride, or hydrate selected from Zr, Al, and Ni having a relatively large difference in ionic radius from titanium, in order to obtain a titanium dioxide powder of rutile and anatase mixed phase mainly composed of an anatase phase; Obtaining a mixed aqueous solution through any one of mixing the aqueous titanyl chloride solution; (c) 상기 혼합 수용액을 침전 반응시켜 침전물을 얻는 단계;(c) precipitating the mixed aqueous solution to obtain a precipitate; (d) 상기 침전물에 중화제를 혼합하여 중화 반응시켜 이산화티탄계 복합물을 얻는 단계;(d) neutralizing the mixture by mixing a neutralizing agent with the precipitate to obtain a titanium dioxide-based composite; (e) 상기 이산화티탄계 복합물을 세척 및 여과 후 건조하여 이산화티탄계 복합 분말을 얻는 단계;(e) washing the titanium dioxide-based composite and drying it after filtration to obtain a titanium dioxide-based composite powder; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 고활성 광촉매 이산화티탄계 복합 분말의 제조 방법.Method for producing a high activity photocatalyst titanium dioxide composite powder comprising a. 삭제delete 삭제delete 제 1항에 있어서, 상기 금속 화합물은 AlCl3, NiCl2, FeCl3, NbCl2, ZrCl4, CuCl2 중 선택된 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 고활성 광촉매 이산화티탄계 복합 분말의 제조 방법.The method of claim 1, wherein the metal compound is at least one selected from AlCl 3 , NiCl 2 , FeCl 3 , NbCl 2 , ZrCl 4 , and CuCl 2 . 제 1항에 있어서, 상기 이산화티탄계 복합 분말에 포함된 금속 원소의 함량은 0.01∼2mol%인 것을 특징으로 하는 고활성 광촉매 이산화티탄계 복합 분말의 제조 방법.The method of producing a high active photocatalyst titanium dioxide composite powder according to claim 1, wherein the content of the metal element contained in the titanium dioxide composite powder is 0.01 to 2 mol%. 제 1항에 있어서, 상기 (c) 단계는 15∼150℃의 온도 범위에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 고활성 광촉매 이산화티탄계 복합 분말의 제조 방법.The method of claim 1, wherein the step (c) is performed at a temperature in the range of 15 to 150 ° C. 제 1항에 있어서, 상기 중화제는 0.1∼0.7M의 암모니아 수용액 또는 수산화나트륨 수용액 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 고활성 광촉매 이산화티탄계 복합 분말의 제조 방법.The method according to claim 1, wherein the neutralizing agent is any one of 0.1 to 0.7 M aqueous ammonia or sodium hydroxide solution. 제 1항에 있어서, 상기 (e) 단계의 세척은 증류수를 이용하여 세척하는 것을 특징으로 하는 고활성 광촉매 이산화티탄계 복합 분말의 제조 방법.The method of claim 1, wherein the washing of the step (e) is performed using distilled water.
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