[논문]VOCs 광촉매 분해용 <tex>$TiO_2$</tex>촉매제조 및 성능평가

이승범; 이재동; 박윤신

문제 정의

따라서 본 연구에서는 용해력이 우수한 propylene oxide와 1, 2-epoxybutane을 사용하여 가수분해 및 중합을 조절하므로서 TiOz 습윤젤을 만들고, 초임계 건조공정을 이용하여 비표면적이 넓은 Tift 에어로젤을 제조하여 각각의 물성특성을 살펴보았다. 또한 최적의 TiOs 에어로젤 제조공정으로 제조된 광촉매를 이용하여 기존의 상용화된 촉매와의 VOCs 제거공정에서의 성능특성을 비교하고자 하였다.
또한 최적의 TiOs 에어로젤 제조공정으로 제조된 광촉매를 이용하여 기존의 상용화된 촉매와의 VOCs 제거공정에서의 성능특성을 비교하고자 하였다.
본 연구에서는 기존 상용화된 광촉매인 Degus- sa P-25 촉매와 제조된 TiCfe 에어로젤 (titania- PO, titania-EB)의 광촉매 분해효과를 비교하기 위해 유입농도에 따른 광분해 반응을 수행하였다. 광촉매 분해를 수행한 유기용매는 benzene, toluene, m-xyrene (BTX) 이고, BTX의 유입농도는 각각 50, 100, 200 ppmv, 수분의 양은 lOOOmg/irF으로 일정하게 유지하였다.
본 연구에서는 non-alkoxide 습윤젤을 초임계 건조공정으로 건조하여 제조된 TiCfe 에어로젤의 BTX에 대한 광촉매 분해성능을 평가하였다.

제안 방법

사용하였다. 전구체와 용매로 사용된 methanol을 혼합한 후 1 시간 동안 교반하였으며, epoxide를 첨가하여 vor- tex가 완전히 사라질 때까지 반응하여 TiOs 습윤 젤을 제조하였다. 공기를 차단시켜 숙성시킨 습윤 젤을 초임계 건조 반응기에 넣고 이산화탄소를 흘리면서 젤에 함유된 용매를 완전히 제거시켜 에어로젤을 제조하였다.
초임계 건조공정을 통해 얻어진 TiCe 에어로젤은 400 ~800℃로 소성시킨 후 산소분위기 하에서 2시간 열처리하여 결정구조를 관찰하였다.
기상 VOCs의 광분해를 위한 광촉매 반응기는 pyrex 재질로 제작하여 사용하였으며*, glass bead 에 TiO2를 코팅하여 충진할 수 있는 형태의 반응기를 사용하였다. 실험에 사용된 TiOz는 meth- anol에 분산시켜 슬러리 상태로 만든 후, 직경 4 mm의 glass bead에 코팅하여 200℃ 에서 2시간 동안 소성시켜 반응기에 장착하였다.
반응기에 유입되는 공기와 산소는 각각 mass flowmeter (Bronkhorst F-201C)를 사용하여 300 rng/n?으로 제어, 공급하였으며, -OH radical의 생성을 원활하게 하기 위해 초순수를 lOOOmg/n? 로 공급하였다. VOCs의 유입농도는 각각 50, 100, 200ppmv로 변화시키면서 실험하였다.
이 방법은 고순도, 고균질의 제품을 얻을 수 있으며, 대부분의 공정이 저온에서 이루어지기 때문에 제조경비 절감이 가능하고, 액상제조법이기 때문에 생산성이 높고, film 등의 여러 형태로 제조가 가능한 유연성을 갖는다. 솔-젤공정에 의해 제조된 습율젤을 건조하기 위해서 젤의 수축과 균열을 방지하기 위해 기-액 계면을 가지지 않는 초임계 건조공정을 이용하였다. 솔-젤공정에서 널리 사용되는 전구체는 금속 alkoxide이며, 이는 가수분해와 중합반응을 이용하여 나노크기의 금속산화물의 젤을 형성할 수 있으나 가격이 고가이며, 습기, 열 빛에 민감하여 저장에 어려움이 있다4.
수분의 양에 따른 솔-젤공정의 특성변화를 알아보기 위해 초순수를 전구체 1 mol 당 0~10mol까지 변화시켜 실험을 수행하였다. 먼저 전구체와 용매인 methanol을 1 mol당 30mol로 혼합하여 1시간 동안 교반시킨 후 초순수를 변량 첨가한다.
따라서 수분의 양을 전구체 1mol당 2mol로 고정시킨 후 epoxide의 양을 l~10mol의 범위로 변화 시켜 최적 epoxide 첨가량을 알아보았다. Epoxide 로 propylene oxide (PO), 1, 2-epoxybutane (EB) 을 사용하였으며, 전구체 1mol당 3mol 이하의 범위에서는 epoxide가 전구체의 가수분해와 중합반응을 촉진시키지 못해 젤이 형성되지 않았다.
2~4에 나타내었다. 본 실험에서는 반응 후 생성물을 기체 크로마토그래피와 on-line으로 연결하여 피크의 크기의 비로 전환율을 계산하였다.
5에 나타내었다. BTX의 유입농도는 저농도인 50 ppmv로 유지하였으며, 소성 온도는 400, 600, &XTC로 변화시켜 실험을 수행하였다.
광촉매로는 TiQ가 가장 널리 사용되고 있으며, 선행연구를 통해 상용화된 TiQ 광촉매를 이용하여 VOCs의 분해공정으로의 적용 가능성을 평가하였다. 실험 결과 유입농도, 수분의 양, 촉매의 양과 체류시간에 따라 VOCs의 완전산화 가능성을 확인하였다3).

대상 데이터

솔-젤 반응 공정에서 사용된 시약은 전구체로 titanium(IV) chloride를 사용하였으며, epoxide로 propylene oxide, 1, 2-epoxybutane을 사용하였다. 전구체와 용매로 사용된 methanol을 혼합한 후 1 시간 동안 교반하였으며, epoxide를 첨가하여 vor- tex가 완전히 사라질 때까지 반응하여 TiOs 습윤 젤을 제조하였다.
실험에 사용된 TiOz는 meth- anol에 분산시켜 슬러리 상태로 만든 후, 직경 4 mm의 glass bead에 코팅하여 200℃ 에서 2시간 동안 소성시켜 반응기에 장착하였다. 또한 실험에 사용된 UV lamp는 Sankyo Denkd사의 blacklight (BLB, F40T10, 40W)< 사용하였으며, 파장범위는 300-400 nm, 최대 방출피크는 352 -360 nm이다. 반응기에 유입되는 공기와 산소는 각각 mass flowmeter (Bronkhorst F-201C)를 사용하여 300 rng/n?으로 제어, 공급하였으며, -OH radical의 생성을 원활하게 하기 위해 초순수를 lOOOmg/n? 로 공급하였다.
초순수를 첨가한 후 30분간 더 교반하고 epoxide 6 mol 을 첨가하여 습윤젤을 제조하였다. 제조된 습윤 젤은 초임계 건조공정에 의해 건조시켜 TiO₂ 에어로젤을 제조하였다.
Epoxide 로 propylene oxide (PO), 1, 2-epoxybutane (EB) 을 사용하였으며, 전구체 1mol당 3mol 이하의 범위에서는 epoxide가 전구체의 가수분해와 중합반응을 촉진시키지 못해 젤이 형성되지 않았다. 제조된 TiCfe 에어로젤의 비표면적과 기공부피 측정을 통해 epoxide의 양이 6 mol일 경우 가장 우수한 특성을 나타내었다.
솔-젤공정에서 널리 사용되는 전구체는 금속 alkoxide이며, 이는 가수분해와 중합반응을 이용하여 나노크기의 금속산화물의 젤을 형성할 수 있으나 가격이 고가이며, 습기, 열 빛에 민감하여 저장에 어려움이 있다4. 따라서 본 연구에서는 non-alkoxide를 사용하여 습윤젤을 제조하였다.

성능/효과

비해 빨리 이루어져 시간이 지날수록 젤에서 빠져나오는 용매의 양이 증가하였으며, 젤의 형태도 단단해지지 않았다. 또한 젤의 형성 시간은 첨가한 수분의 양이 많아질수록 짧아졌지만, 젤의 색깔은 점점 불투명한 흰색으로 변화하는 것을 확인하였다. 이는 젤이 빨리 형성되거나 너무 느리게 형성될 경우 침전이 생기며, 유동성이 지닌 젤이 형성되는 것을 알 수 있었다.
Epoxide 로 propylene oxide (PO), 1, 2-epoxybutane (EB) 을 사용하였으며, 전구체 1mol당 3mol 이하의 범위에서는 epoxide가 전구체의 가수분해와 중합반응을 촉진시키지 못해 젤이 형성되지 않았다. 제조된 TiCfe 에어로젤의 비표면적과 기공부피 측정을 통해 epoxide의 양이 6 mol일 경우 가장 우수한 특성을 나타내었다.
Hennezel 등6)의 연구에 따르면 반응초기에는 -OH radical이 benzene보다 toluene과 m-xylene의 치환기와 더 잘 반응하지만 benzene 고리의 경우에는 OH group의 공급량에 따라 반응정도가 결정된다고 보고하였다. 따라서 본 연구에서의 결과에서처럼 일정한 수분의 양을 주입할 경우 -OH radical의 생성은 거의 일정하기 때문에 benzene의 전환율이 다른 방향족 화합물에 비해 크게 나타난 것으로 사료된다.
따라서 촉매활성을 일정하게 유지하기 위해서는 연속적인 수분공급이 필요하게 된다. 본 연구 결과에서도 수분공급 여부에 따라 시간이 지남에 따라 전환율이 차이가 크게 나타남을 알 수 있었다. 반응초기에는 광촉매 표면에 부착되어 있는 수분의 영향으로 전환율의 큰 차이가 측정되지 않았으나 반응이 진행됨에 따라 수분의 공급이 없는 경우에는 전환율이 증가하지 못함을 알 수 있었다.
1. 초임계 건조공정을 통해 기공의 수축이 없고 비 표면적이 넓은 우수한 TiO₂ 에어로젤을 제조할 수 있었으며, 최적 전구체 : propylene oxide :수분의 비는 몰비로 1:6:2인 것을 알 수 있었다.
2. BTX의 광촉매 분해특성 결과 제조된 tita- nia-PO 촉매의 활성이 가장 우수하였으며, 소성 온도 600℃에서 가장 뛰어난 광촉매 구조를 확인할 수 있었다.
3. 연속적인 수분공급을 할 경우 BTX의 분해공정으로 본 연구에서의 TiOz 광촉매 분해공정을 추천할 수 있었다.

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증

[국내논문] VOCs 광촉매 분해용 $TiO_2$촉매제조 및 성능평가
Performance Test of $TiO_2$ Catalyst in VOCs Photocatalytic Degradation 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

Keyword

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

성능/효과

참고문헌 (7)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

활용도 분석정보

활용도 Top5 논문

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

연합인증

[국내논문] VOCs 광촉매 분해용 $TiO_2$촉매제조 및 성능평가 Performance Test of $TiO_2$ Catalyst in VOCs Photocatalytic Degradation 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

Keyword

AI 본문요약 엑셀 다운로드 AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

성능/효과

참고문헌 (7)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

박윤신 (2)

활용도 분석정보

활용도 Top5 논문 더보기

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

[국내논문] VOCs 광촉매 분해용 $TiO_2$촉매제조 및 성능평가
Performance Test of $TiO_2$ Catalyst in VOCs Photocatalytic Degradation 원문보기

AI 본문요약
AI-Helper

활용도 Top5 논문