발암성 물질로 알려진 1,4-dioxane과 원자력발전소 폐수에 함유된 에탄올아민은 미생물에 의해서 분해가 되기 어렵고, 기존의 폐수처리 방법으로는 처리가 곤란한 난분해성 유기물질이다. 고도산화공정은 산화력이 강력한 OH 라디칼을 생성시켜 난분해성 유기물질을 분해하는 방법이지만, 분해가 어려운 유기성 폐수나 원자력발전소 폐수 등을 처리하기에는 한계가 있으며, 더욱 고효율의 분해 공정 연구가 필요한 실정이다. 본 연구에서는 액상 플라즈마와 ...
발암성 물질로 알려진 1,4-dioxane과 원자력발전소 폐수에 함유된 에탄올아민은 미생물에 의해서 분해가 되기 어렵고, 기존의 폐수처리 방법으로는 처리가 곤란한 난분해성 유기물질이다. 고도산화공정은 산화력이 강력한 OH 라디칼을 생성시켜 난분해성 유기물질을 분해하는 방법이지만, 분해가 어려운 유기성 폐수나 원자력발전소 폐수 등을 처리하기에는 한계가 있으며, 더욱 고효율의 분해 공정 연구가 필요한 실정이다. 본 연구에서는 액상 플라즈마와 광촉매를 융합 접목하여 난분해성 유기물질의 강력한 분해 처리 및 이산화탄소 배출이 없어 친환경적이고 경제적인 새로운 수소 제조 방법을 제시하였다. 이와 함께 액상 플라즈마에서 발생하는 광원의 특성을 최대한 활용하기 위하여 개질된 가시광 반응 광촉매를 제조 적용하였고, 난분해성 유기물질의 분해와 수소 생성 효율 향상을 연구하였다. 액상 플라즈마에서 발생하는 광원의 특성은 자외선에서 가시광선에 걸친 넓은 범위 파장의 빛을 방출하고 있으며, 다양한 활성종이 생성되었다. 액상 플라즈마 방전 시 발생하는 광원을 분석하여 광촉매의 광분해 및 활성종에 의한 물의 광화학적 분해로 수소 생산 적용 가능성을 고찰하였다. 활성종은 에탄올아민, 에탄올, 아세트알데하이드 수용액에서 강도가 증가하였다. 농도가 증가할수록 활성종의 강도도 상승하였으나 일정 농도 이상에서는 오히려 감소하였다. 가시광에서 광활성을 나타낼 수 있는 개질 광촉매를 제조하였다. Ni/TiO2 광촉매는 anatase 형으로 Ni이 TiO2 표면에 작은 입자로 분산되어 점착되었고, N/Ni/TiO2 광촉매의 모든 화학 성분이 구성되어 있었다. Ni/TiO2, N/Ni/TiO2 광촉매의 bandgap이 각각 3.0 eV 및 2.4 eV이고, Ni 및 N/Ni가 TiO2에 도핑이 잘 되었음을 확인하였다. CaTiO3, SrAl2O4, BiFeO3페로브스카이트 광촉매는 합성이 잘 되었고, CaTiO3와 SrAl2O4 광촉매의 bandgap은 3.0 eV이고 BiFeO3의 bandgap은 2.2 eV이다. 액상 플라즈마와 광촉매를 융합한 반응기에서 난분해성 유기물질이 분해되었다. 에탄올아민 수용액은 농도가 높은 조건보다 낮은 조건에서 분해가 잘 되었다. Ni/TiO2 및 CaTiO3, SrAl2O4 광촉매가 TiO2 광촉매보다는 에탄올아민의 분해가 잘 되었다. 1,4-dioxane은 광촉매가 없는 조건에서 액상 플라즈마 반응시간이 경과 되면서 점차 분해되는 경향이 나타났다. 또한, N/Ni/TiO2 광촉매가 TiO2 광촉매보다 분해속도가 향상되었다. BiFeO3 광반응에 의한 1,4-dioxane의 분해 결과 낮은 초기 농도에서 분해가 잘 되었으며, TiO2 광촉매보다는 BiFeO3 광촉매에서 분해속도가 향상되었다. 에탄올아민, 1,4-dioxane, 에탄올 및 아세트알데하이드의 분해와 동시에 수소가 생성되었다. 수소 생성은 물의 광촉매 분해에 기인 되며, 수소 생성량은 유기 중간체의 분해와 같은 추가 생성으로 현저하게 증가하였다. 수소 생성은 방전 시간이 경과하면서 증가했으며, TiO2 광촉매보다 개질된 Ni/TiO2 CaTiO3, SrAl2O4, N/Ni/TiO2, Ni/CaTiO3 광촉매에서 높은 수소 생성률을 보였다.
발암성 물질로 알려진 1,4-dioxane과 원자력발전소 폐수에 함유된 에탄올아민은 미생물에 의해서 분해가 되기 어렵고, 기존의 폐수처리 방법으로는 처리가 곤란한 난분해성 유기물질이다. 고도산화공정은 산화력이 강력한 OH 라디칼을 생성시켜 난분해성 유기물질을 분해하는 방법이지만, 분해가 어려운 유기성 폐수나 원자력발전소 폐수 등을 처리하기에는 한계가 있으며, 더욱 고효율의 분해 공정 연구가 필요한 실정이다. 본 연구에서는 액상 플라즈마와 광촉매를 융합 접목하여 난분해성 유기물질의 강력한 분해 처리 및 이산화탄소 배출이 없어 친환경적이고 경제적인 새로운 수소 제조 방법을 제시하였다. 이와 함께 액상 플라즈마에서 발생하는 광원의 특성을 최대한 활용하기 위하여 개질된 가시광 반응 광촉매를 제조 적용하였고, 난분해성 유기물질의 분해와 수소 생성 효율 향상을 연구하였다. 액상 플라즈마에서 발생하는 광원의 특성은 자외선에서 가시광선에 걸친 넓은 범위 파장의 빛을 방출하고 있으며, 다양한 활성종이 생성되었다. 액상 플라즈마 방전 시 발생하는 광원을 분석하여 광촉매의 광분해 및 활성종에 의한 물의 광화학적 분해로 수소 생산 적용 가능성을 고찰하였다. 활성종은 에탄올아민, 에탄올, 아세트알데하이드 수용액에서 강도가 증가하였다. 농도가 증가할수록 활성종의 강도도 상승하였으나 일정 농도 이상에서는 오히려 감소하였다. 가시광에서 광활성을 나타낼 수 있는 개질 광촉매를 제조하였다. Ni/TiO2 광촉매는 anatase 형으로 Ni이 TiO2 표면에 작은 입자로 분산되어 점착되었고, N/Ni/TiO2 광촉매의 모든 화학 성분이 구성되어 있었다. Ni/TiO2, N/Ni/TiO2 광촉매의 bandgap이 각각 3.0 eV 및 2.4 eV이고, Ni 및 N/Ni가 TiO2에 도핑이 잘 되었음을 확인하였다. CaTiO3, SrAl2O4, BiFeO3 페로브스카이트 광촉매는 합성이 잘 되었고, CaTiO3와 SrAl2O4 광촉매의 bandgap은 3.0 eV이고 BiFeO3의 bandgap은 2.2 eV이다. 액상 플라즈마와 광촉매를 융합한 반응기에서 난분해성 유기물질이 분해되었다. 에탄올아민 수용액은 농도가 높은 조건보다 낮은 조건에서 분해가 잘 되었다. Ni/TiO2 및 CaTiO3, SrAl2O4 광촉매가 TiO2 광촉매보다는 에탄올아민의 분해가 잘 되었다. 1,4-dioxane은 광촉매가 없는 조건에서 액상 플라즈마 반응시간이 경과 되면서 점차 분해되는 경향이 나타났다. 또한, N/Ni/TiO2 광촉매가 TiO2 광촉매보다 분해속도가 향상되었다. BiFeO3 광반응에 의한 1,4-dioxane의 분해 결과 낮은 초기 농도에서 분해가 잘 되었으며, TiO2 광촉매보다는 BiFeO3 광촉매에서 분해속도가 향상되었다. 에탄올아민, 1,4-dioxane, 에탄올 및 아세트알데하이드의 분해와 동시에 수소가 생성되었다. 수소 생성은 물의 광촉매 분해에 기인 되며, 수소 생성량은 유기 중간체의 분해와 같은 추가 생성으로 현저하게 증가하였다. 수소 생성은 방전 시간이 경과하면서 증가했으며, TiO2 광촉매보다 개질된 Ni/TiO2 CaTiO3, SrAl2O4, N/Ni/TiO2, Ni/CaTiO3 광촉매에서 높은 수소 생성률을 보였다.
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