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- 매 광분해 실험 후 채를 사용하여 TiO2/PE 입자를 회수한 후 건조하여 다음 광분해 실험에 사용하였다. 그림 5는 3회의 광분해 실험 전(a) 과 후(b), TiO2/PE 입자의 표면을 SEM으로 이미지화한 것이다. 광분해 실험을 반복할수록 PE 표면에 남아 있는 TiO2 입자의 양은 감소한 것을 보여주고 있다.
제안 방법
- 광촉매가 반응액에 잘 분산되도록 하였다. TiO2 광촉매의 광분해 효율을 분석하기 위한 공정 변수로서 초기 페놀 및 톨루엔 농도, TiO2가 코팅된 PE(TiO2/PE) 입자량 등을 고려하였다. 광분해 반응 후 페놀 및 톨루엔의 농도는 UV/Vis(HP 89513A) 분광분석을 사용하여 측정하였다.
- 입자를 광촉매로 사용하여 페놀 및 톨루엔의 광분해 효율을 공정 변수 변화에 따라 체계적으로 분석하였다. TiO2 입자의 회수를 위해 hybridizer를 사용하여 polyethylene (PE) 표면에 TiO2 입자를 코팅한 후 광분해 특성을 분석하였다.
- 각각의 실험 시작단계에서 발생할 수 있는 문제점을 최소화하기 위해 반응기를 가동한 후 불꽃이 안정한 상태에 도달한 다음 나노 TiO2 미립자를 제조하였다. 제조된 TiO2 미립자들은 실험장치 상부에 설치된 입자 포집장치에 포집된다[10].
- TiO2 광촉매의 광분해 효율을 분석하기 위한 공정 변수로서 초기 페놀 및 톨루엔 농도, TiO2가 코팅된 PE(TiO2/PE) 입자량 등을 고려하였다. 광분해 반응 후 페놀 및 톨루엔의 농도는 UV/Vis(HP 89513A) 분광분석을 사용하여 측정하였다.
- 나노 TiO2 광촉매의 회수를 쉽게 하기 위해 hybridization system을 사용하여 TiO2 광촉매를 PE 표면에 코팅하였다. 광분해 실험의 공정 변수로서 페놀과 토루엔의 농도, TiO2/PE 입자량을 고려하였다.
- 입자를 광촉매로 사용하여 페놀과 톨루엔의 광분해 효율을 공정 변수 변화에 따라 분석하였다. 나노 TiO2 광촉매의 회수를 쉽게 하기 위해 hybridization system을 사용하여 TiO2 광촉매를 PE 표면에 코팅하였다. 광분해 실험의 공정 변수로서 페놀과 토루엔의 농도, TiO2/PE 입자량을 고려하였다.
- 동일 TiO2./PE 입자를 여러 번의 광분해 실험에 사용하였을 때 매 광분해 실험 후 TiO2/PE 입자의 광분해 효율을 측정하였다. 매 광분해 실험 후 채를 사용하여 TiO2/PE 입자를 회수한 후 건조하여 다음 광분해 실험에 사용하였다.
- 매 실험마다 교반기를 사용하여 TiO2 광촉매가 반응액에 잘 분산되도록 하였다. TiO2 광촉매의 광분해 효율을 분석하기 위한 공정 변수로서 초기 페놀 및 톨루엔 농도, TiO2가 코팅된 PE(TiO2/PE) 입자량 등을 고려하였다.
- 본 연구에서는 기상법 중 확산형 화염 반응기에서 제조된 TiO2 입자를 광촉매로 사용하여 페놀 및 톨루엔의 광분해 효율을 공정 변수 변화에 따라 체계적으로 분석하였다. TiO2 입자의 회수를 위해 hybridizer를 사용하여 polyethylene (PE) 표면에 TiO2 입자를 코팅한 후 광분해 특성을 분석하였다.
- hybridizer에서 rotor가 고속으로 회전하면 rotor와 cylinder 사이에서는 압축력, 충격력, 원심력 등의 물리적인 힘이 작용하고 이 힘들에 의해 PE 표면에 TiO2 입자가 코팅된다. 본 연구에서는 모입자(PE)와 자입자(TiO2)의 비를 100:3.4 비율로 하고 hybridizer의 rotor 회전속도를 5000 rpm, 코팅 시간을 5분으로 하였다.
- 본 연구에서는 확산 불꽃 반응기에서 제조된 초미세 TiO2 입자를 광촉매로 사용하여 페놀과 톨루엔의 광분해 효율을 공정 변수 변화에 따라 분석하였다. 나노 TiO2 광촉매의 회수를 쉽게 하기 위해 hybridization system을 사용하여 TiO2 광촉매를 PE 표면에 코팅하였다.
- 운반 기체(N2) 및 반응에 필요한 산소는 MFC(Mass Flow Controller)를 사용하여 반응기로 정량공급하였다. 액상 전구체의 공급량은 bubbler 온도에 대한 전구체의 포화 증기압의 변화를 이용하여 조절하였다. 운반기체에 포화된 전구체는 반응기까지 공급되는 동안 공급 tube에서 다시 액상으로 응축되는 것을 방지하기 위해 공급라인을 최대한 짧게 구성하며, 반응기 입구까지의 공급 tube의 온도가 bubbler 온도보다 높게 유지되도록 열선·을 사용하여 일정온도로 유지하였다.
- 운반 기체(N2), O2, 연료가스(도시가스)는 silica gel이 충진된 튜브로 통과시켜 수분을 제거한 후 사용하고, 액상 전구체는 운반 기체(N2)내에 포화되어 기체상태로 반응기내 화염 속으로 공급되도록 하였다. 운반 기체(N2) 및 반응에 필요한 산소는 MFC(Mass Flow Controller)를 사용하여 반응기로 정량공급하였다. 액상 전구체의 공급량은 bubbler 온도에 대한 전구체의 포화 증기압의 변화를 이용하여 조절하였다.
- 액상 전구체의 공급량은 bubbler 온도에 대한 전구체의 포화 증기압의 변화를 이용하여 조절하였다. 운반기체에 포화된 전구체는 반응기까지 공급되는 동안 공급 tube에서 다시 액상으로 응축되는 것을 방지하기 위해 공급라인을 최대한 짧게 구성하며, 반응기 입구까지의 공급 tube의 온도가 bubbler 온도보다 높게 유지되도록 열선·을 사용하여 일정온도로 유지하였다.
- 페놀과 톨루엔의 광분해 실험을 위해 초기 페놀과 톨루엔의 농도를 100에서 500 ppm까지 변화시켰고 TiO2./PE 입자의 양은 0.1에서 0.5g까지 변화시켰다. O2 공급량은 50 ml/min로 하였다.
대상 데이터
- 나노 TiO2 광촉매를 제조하기 위해 확산화염 반응기를 사용하였다. 확산화염 반응기는 5개의 동심원 구조로 이루어진다.
- 제조된 TiO2 미립자들은 실험장치 상부에 설치된 입자 포집장치에 포집된다[10]. 본 연구에서 확산화염 반응기를 사용하여 평균 입자 크기가 151.8 nm인 TiO2를 제조하였으며 제조된 TiO2 광촉매를 사용하여 페놀과 톨루엔의 광분해 실험하였다.
- 액상의 전구체를 일정한 농도로 공급하기 위해 bubbler를 이용하였다. 운반 기체(N2), O2, 연료가스(도시가스)는 silica gel이 충진된 튜브로 통과시켜 수분을 제거한 후 사용하고, 액상 전구체는 운반 기체(N2)내에 포화되어 기체상태로 반응기내 화염 속으로 공급되도록 하였다. 운반 기체(N2) 및 반응에 필요한 산소는 MFC(Mass Flow Controller)를 사용하여 반응기로 정량공급하였다.
성능/효과
- (1) TiO2 광촉매만을 사용한 페놀과 톨루엔의 광분해 효율이 TiO2/PE 입자를 사용했을 때보다 더 높게 나타났다.
- (2) 페놀과 톨루엔의 농도가 증가함에 따라 광분해되기 위한 시간은 증가하였다.
- (3) TiO2 광촉매가 톨루엔보다는 페놀의 광분해에 더 효과적이었다.
- (4) TiO2/PE 입자를 광분해 실험에 반복 사용한 결과 3차 반복이후에 일정한 경향의 분해효율을 얻었다.
- (5) TiO2/PE 입자량이 증가함에 따라 전체 광촉매의 표면적이 증가하여 페놀과 톨루엔의 광분해 속도는 증가하였다.
- 또한 TiO2/PE 입자를 사용한 광분해 실험의 반복회수가 증가함에 따라 PE 표면에서의 전체 TiO2의 양은 감소하여 전제 TiO2 광촉매의 표면적은 감소하므로 페놀의 광분해 효율이 감소하고 있다. 3차, 4차의 반복 실험 결과, 광분해 효율 차이는 3% 이하로 나타났다. 그림 6로부터 본 연구에서 제조한 TiO2/PE 입자를 광분해 실험에 여러 번 반복 사용할 수 있으며 모입자와 자입자간의 접착력을 높일 수 있다면 본 연구에서 제안한 방법이 효율적인 광촉매 제조에 활용될 수 있을 것으로 사료된다.
후속연구
- 3차, 4차의 반복 실험 결과, 광분해 효율 차이는 3% 이하로 나타났다. 그림 6로부터 본 연구에서 제조한 TiO2/PE 입자를 광분해 실험에 여러 번 반복 사용할 수 있으며 모입자와 자입자간의 접착력을 높일 수 있다면 본 연구에서 제안한 방법이 효율적인 광촉매 제조에 활용될 수 있을 것으로 사료된다.
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