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광촉매 활용 8 – 잡균이나 곰팡이의 번식을 방지한다.
산화티탄에 빛을 쪼였을 때 생성되는 OH 라디칼의 산화력은 아주 강력하여 균 세포내의 코엔자임 A 등 보효소나 호흡 작용에 관여하는 효소를 파괴하여, 균이나 곰팡이의 번식을 막을 수 있다.
산화티탄 광촉매는 기존의 항균제와 다른 성질이 있다. 1) 기존 항균제는 약효성분을 방출하여 균의 발육을 저지하거나 죽였는데, 산화티탄 광촉매는 산화티탄에 빛이 쪽여져야만 항균작용이 나타난다.
그러나 빛에 의해 생기는 OH 라디칼 등의 활성산소는 수명이 짧아서, 균이 산화티탄 근처에 오지 않으면 항균효과를 발휘하지 못한다. 산화티탄이 기재나 바인더에 묻혀 있으면, 빛이 닿기 어렵고 균도 접근하기 어려워서 항균 효과가 낮다. 2) 항균성을 나타내는 산화티탄은 치약이나 화장품에도 사용되는 식품첨가물로서 그 자체는 독성이 없는 안전 무해한 물질이다. 3) 산화티탄은 광촉매로서 작용할 뿐 자기 자신은 변하지 않으므로 원리적으로는 반영구적으로 사용할 수 있으며, 빛이 있으면 효과가 반영구적으로 지속된다. 4) 산화티탄에 빛이 쪼여졌을 때 생성되는 OH 라디칼은 거의 모든 유기물을 분해하여 탄산가스 등 무독성 물질로 바꿀 수 있다.
따라서 산화티탄은 항균, 항곰팡이 기능 뿐 아니라 균이나 곰팡이의 먹이가 되는 유기물을 분해하여 성장도 억제하며, 동시에 균이나 곰팡이가 내놓는 독소도 분해한다. 또 산화티탄은 암세포의 파괴나 환경오염의 정화 분야에도 응용할 있다.
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광촉매 활용 9 – 과일이나 곡물을 오래 보존한다.
과일을 보관할 때 썩은 과일이 하나라도 섞여 있으면 과일이 훨씬 빨리 썩는다. 곡물을 보관할 때도 같은 현상을 볼 수 있다. 썩은 과일에서 나오는 노화촉진 가스인 에틸렌이 다른 과일의 숙성과 노화를 촉진시켜 더 빨리 부패한다.
노화촉진 가스를 제거하여 부패를 억제하기 위하여 과일이나 곡물을 냉장 보관하여 생리 활동을 지연시켜 노화촉진 가스의 발생을 억제하고 있으나, 발생한 노화촉진 가스를 없애지는 못하므로 처리 효과가 크지 않았다. 광촉매를 사용하여 에틸렌을 이산화탄소와 물로 산화 제거하면 노화촉진 가스를 없애는 것이 되므로 과일이나 곡물을 오래 보관할 수 있다.
농산물을 수송하는 냉장 트럭에 광촉매를 사용한 예도 있다. 광촉매를 이용하면 에틸렌의 산화 제거 뿐 아니라 창고내의 세균과 곰팡이의 번식을 방지하고 냄새를 없앨 수 있어 농산물의 신선도를 유지하는 동시에 생산자가 창고 내에서 쾌적하게 작업에 임할 수 있다. 이 외에도 종묘나 구근의 보존, 시금치나 파 등의 황변 방지에도 광촉매를 사용한다.
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광촉매 활용 10 – 물이끼의 부착을 막는다.
어항, 용수로, 해안벽 등에 물이끼나 녹조가 끼면 보기 좋지 않다. 어항의 안 쪽에 이끼가 생기면 안에 들어있는 금붕어가 보이지 않아 어항으로서 의미가 없어진다. 광촉매를 어항 벽에 바르면 이끼의 번식을 억제하므로 어항 내부가 잘 보이고 깨끗한 상태가 오래 유지된다. 광촉매에 빛이 쪼여졌을 때 생서되는 OH 라디칼에 의한 이끼의 번식억제 효과와 먹이가 되는 유기물의 분해 제거 효과 때문으로 생각된다. 이끼류는 여름철에 많이 생기지만, 여름철에는 태양광도 풍부하여 광촉매의 효과가 커지기 때문에 오히려 이끼류 제거에는 더욱 효과적이다.
광촉매를 이용하면 물때의 발생을 억제하고 이와 같은 사고도 미연에 방지할 수 있어 안심하고 물놀이를 할 수 있다. 특히 옥외 풀장 주변은 태양광 조사량이 많기 때문에 광촉매의 효과를 이용하기 좋은 조건이다. 광촉매 표면의 OH 라디칼의 물때 분해 효과와 물때를 발생하는 미생물의 번식을 억제하는 효과의 상승작용으로 광촉매에 의한 물때 방지 효과는 극대화된다.
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광촉매 활용 11 – 김서림 방지
평평한 판 위에 물을 한 방울 떨어트리면 물방울이 생긴다. 판과 물방울이 만드는 각도를 물의 접촉각이라 한다. 물의 접촉각은 판의 재질에 따라 달라서 판이 친수 성질이면 접촉각이 작아지고, 소수성이나 발수성이면 접촉각이 커진다. 산화티탄은 물에 대한 접촉각이 거의 0도로 초친수성이다. 그래서 산화티탄 막에 물을 떨어트리면 얇은 물의 막이 만들져 표면을 고르게 덮는다.
그러나 기름때 등 소수성 물질이 산화티탄 표면에 묻어 있으면 표면은 소수성이 되어 물의 접촉각이 커져 물이 퍼지지 않으므로 물방울이 만들어진다. 작은 물방울이 표면에 맺혀서 흐려진 상태를 김이 서린다고 한다. 그러나 산화티탄 막에 빛을 쪼이면 광촉매 작용으로 기름때가 분해되어 제거되므로 원래의 초친수성이 회복되어 김이 서리지 않는다. 산화티탄 투명 박막 광촉매를 만들어 물의 접촉각을 측정하면 1도 이하로 낮아 초친수성을 보인다.
산화티탄 막의 이러한 기능을 이용하여 김서림 방지 거울, 유리창, 헬멧 커버 등이 개발되었고, 김서림 방지용 코팅액도 제품화되었다. 광촉매를 코팅한 김서림 방지 필름이나 자동차 백미러 등도 판매되고 있으며, 도로의 가드레일이나 빌딩의 유리창에 응용하는 연구도 진행 중이다.
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광촉매 활용 12 – 셀프크리닝 재료
광촉매를 사용하면 유기물을 분해할 수 있어 더러운 오염 물질을 스스로 제거하는 셀프크리닝 재료를 만들 수 있다. 조금씩 끼는 기름때나 담배 진의 제거에 효과가 커서 창호지의 황변 방지에 효과적이다. 건물 외벽에 산화티탄 광촉매를 바르면 때가 모두 분해 되지 않아도 산화티탄 광촉매와 접촉하고 있는 부분의 때만 분해되어도 산화티탄이 초친수성이므로 빗물에 의해 때가 벗겨져 씻겨나간다. 건물 외벽은 기름때 같은 유기물 뿐 아니라 모래나 먼지 등의 무기물도 붙어 지저분해진다. 광촉매는 무기물을 직접 분해하지는 못하나 무기물이 벽에 붙어 있도록 접착제 역할을 하는 유기물을 분해하므로 무기물때도 빗물에 의해 씻겨내려 셀프크리닝이 가능해진다.
이런 광촉매 작용을 이용하여 건축자재, 건물 외벽 재료, 유리창 등에 광촉매가 사용된다. 이외 여러 제품에도 셀프크리닝 기능을 부여하기 위해 광촉매를 적용하며, 이를 위한 도료와 필름 등 소재가 시판되고 있다. 큰 건물의 외벽에 끼는 때를 청소하는 비용을 줄일 수 있다.
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광촉매 활용 13 – 눈 쌓임 방지
겨울철에 전선이나 전화선에 눈이 쌓여 눈 무게로 선이 끊어지는 사고가 자주 발생한다. 눈이 많이 쌓인 사고현장을 찾아가 보수하는 작업이 매우 힘들기 때문에 전선의 절단을 방지하는 방법을 찾으려 애쓰고 있다.
테프론은 발수성 물질로 물이 묻지 않고 그냥 떨어진다. 발수성 테프론 표면을 울퉁불퉁하게 만들면 발수성이 더욱 강화되어 초발수성이 되어 물방울이 맺히지 않고 굴러 떨어진다. 전선이나 전화선을 이처럼 초발수성 테프론으로 피복하면, 눈이 쌓이지 않아 절단사고를 막을 수 있다. 그러나 테프론에 때가 끼면 친수성으로 바뀌어 눈이 쌓이게 되어 전선 절단 방지 효과가 없어진다. 테프론에 아주 소량의 산화티탄 광촉매를 넣으면 산화티탄 광촉매가 때를 분해하여 테프론의 초발수성을 지속시켜주므로 눈 쌓임 방지 기능이 계속 유지된다.
산화티탄 광촉매를 이용한 눈 쌓임 방지 기술은 전선이나 전화선 뿐 아니라, 위성 안테나, TV 안테나, 지붕 등 여러 곳에 활용된다. 눈이 많아 내리는 곳에서는 눈을 치우지 않아 많은 눈이 지붕에 쌓이면 집이 무너질 수 있으며, 눈 치우기는 중노동으로 매우 힘든 일이다. 눈 쌓임을 막기 위해 지붕에 산화티탄 광촉매가 들어 있는 테프론을 바르면 눈 무게 때문에 집이 무너지는 것을 막을 수 있다.
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참고글
광촉매란 무엇인가
광촉매를 적용한 재료 (1)
광촉매를 적용한 재료 (2)
광촉매 활용 (1)