[논문]광촉매 시스템을 이용한 <tex>$TiO_2$</tex> 코팅비드의 광분해 활성

박성애; 도영웅; 하진욱

광촉매 시스템을 이용한 $TiO_2$ 코팅비드의 광분해 활성
Photoactivity of $TiO_2$-coated Bead for Organic Contaminants in Photocatalytic System 원문보기

본 연구는 광촉매를 이용, 수용액내 유기오염물질 분해 성능을 비교하여 난분해성 오염물질을 분해하는 최적의 조건을 찾는 것으로 반응기 내부의 광원의 파장에 따른 세기와 광촉매 물질의 상태에 따라 고찰하였다. 그 결과, $500^{\circ}C$에서 30동안 소성한 실리카 비드가 가장 뛰어난 반응성을 나타냄을 알 수 있었다.

The purpose of this study is to compare degrading performance of organic contaminants in aqueous solution using photocatalyst and find an optimal condition for decomposing non-degradable matters. The parameters of this research is light intensity and state of photocatalytic material within reactor. The results showed that Type 3 (terms of plastic beads : $500^{\circ}C$, 3hr) has the greatest reactivity.

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문제 정의

광촉매의 빛의 세기에 변화를 주어 어떠한 영향을 주는지 고찰하였다. UV 램프 A형(352nm)과 C형(253.
본 연구에서는 광촉매 TiO₂를 이용하여 수용액 내 유기오염물질을 분해하는 최적의 조건을 찾는 실험을 하였다.
본 연구에서는 광촉매 기술을 적용하여 각종 난분해성물질에 대한 분해 제거 가능성을 검토하고 여러 가지 형태의 TiO₂ 광촉매 코팅을 이용한 산화반응을 비교 분석하여 분해 제거를 위한 최적의 운전조건을 도출하고자 한다.

제안 방법

고찰하였다. UV 램프 A형(352nm)과 C형(253.7nm) 을 사용하여 분해 효율을 고찰하였다. 사용한 UV 램프는 각 파장별로 4W램프 4개를 사용하였다.
가장 높은 효율을 보여준 실리카비드의 코팅 조건에 따른 비표면적을 BET를 이용하여 측정하였다. 코팅 조건은 표 2와 같다.
그림 4에서 실리카비드에서는 다른 비드들과 달리 빠른 분해능이 나타나 주 실험으로 확정하여, 비드에 TiO₂ 의 소성조건을 달리한 화이트겔 1형, 2형, 3형의 세 비드를 사용하여 분해 효율을 관찰하였다. 화이트겔 1형은 500℃동안 Ihr, 2형은 400'C에서 3hr, 3형은 500℃에서 3hr에서 소성하였다.
비드의 양은 초기 30g에서 양을 늘려 100g까지 투입해본 결과, 100g 투입 시 2시간 이내에 분해가 완료되는 것으로 나타나 그를 기준으로 하여 DATA를 작성하였다.
비드의 형태는 구형을 하고 있으며, 외부관으로의 유출을 막기 위해 정체된 실험을 하였다. 순환모터를 통하는 유입 부와 유출부의 입구에 방수장치를 설치한다.
실험의 정확성을 위하여 채취된 용액을 육안으로 관찰하기 보다는 흡광도 기기를 이용하여 농도를 측정해서 분해 정도를 수치화함으로써 비교 관찰을 더욱 정확히 하고자 한다. 메틸렌 블루의 측정 범위는 650nm이다.
알루미늄·유리·실리카 비드(화이트겔 1. 화이트겔 2·화이트겔3) 다섯 가지의 비드를 동일한 실험 조건에서 비드의 교체만으로 유기물의 분해 성능을 확인하여 고찰하였다.

대상 데이터

비드의 종류에는 유리비드, 알루미늄 비드, 실리카비드 화이트겔 1. 2·3형을 사용하였다. 화이트겔 1형은 500℃에서 Ihr, 2형은 4001에서 3hr, 3형은 500℃ 에서 3hr동안 각각 소성하였다.
먼저 광원의 세기가 광촉매 반응에 어떠한 영향을 미치는지 알아보는 실험1에서는 파장대가 다른 UV 램프 A(352nm)형과 C(253.7nm)형을 사용하였다. 실험에서는 파장대가 낮은 UV 램프 C형이 반응에 더 효과적인 것으로 나타났다.
7nm) 을 사용하여 분해 효율을 고찰하였다. 사용한 UV 램프는 각 파장별로 4W램프 4개를 사용하였다.
실험을 통하여 파장대와 에너지가 반비례관계인 것도 재확인할 수 있었다. 실험2에서는 직경 1mm의 구형 비드를 사용하여 실험하였으며, 이 비 드는 금속판과 달 리 넓은 접촉면을 가지고 있기에 실험에 효과적이라고 생각한다. 비드의 종류에는 유리비드, 알루미늄 비드, 실리카비드 화이트겔 1.
30분마다 용액을 채취하며 실험 종료 후, SIMAZU사의 UV-2450 UV-vis를 사용하여 흡광도를 측정한다. 측정 파장은 650nm이다. rpm 100으로 외부로부터 반응기로 유입된 용액이 육안으로 보기에 투명할 때까지 계속 채취한다.
30분마다 용액을 채취하며 실험 종료 후, SIMAZU사의 UV-2450 UV-vis를 사용하여 흡광도를 측정한다. 측정 파장은 650nm이다. rpm 100으로 외부로부터 반응기로 유입된 용액이 육안으로 보기에 투명할 때까지 계속 채취한다.
한국에너지 기술연구원에서 공급받은 TiO₂ 졸에서 일정 조건에서 소성한 지름 1mm의 원형 비드를 이용해 금속판에 비해 넓은 접촉 면적을 통한 광분해 실험을 하였다. 비드의 양은 초기 30g에서 양을 늘려 100g까지 투입해본 결과, 100g 투입 시 2시간 이내에 분해가 완료되는 것으로 나타나 그를 기준으로 하여 DATA를 작성하였다.

성능/효과

가장 높은 효율을 보여준 실리카비드의 코팅 조건에 따른 비표면적을 BET를 이용하여 측정하였다’ 코팅 조건과 비표면적과의 관계를 살펴보면 bubbler의 온도와 주입되는 산소의 양, 전구체의 양, 반응시간이 증가할수록 비 표면적이 감소하는 것을 볼 수 있었다.
7nm)형을 사용하였다. 실험에서는 파장대가 낮은 UV 램프 C형이 반응에 더 효과적인 것으로 나타났다. 실험을 통하여 파장대와 에너지가 반비례관계인 것도 재확인할 수 있었다.
실험에서는 파장대가 낮은 UV 램프 C형이 반응에 더 효과적인 것으로 나타났다. 실험을 통하여 파장대와 에너지가 반비례관계인 것도 재확인할 수 있었다. 실험2에서는 직경 1mm의 구형 비드를 사용하여 실험하였으며, 이 비 드는 금속판과 달 리 넓은 접촉면을 가지고 있기에 실험에 효과적이라고 생각한다.
화이트겔 1형은 500℃동안 Ihr, 2형은 400'C에서 3hr, 3형은 500℃에서 3hr에서 소성하였다. 실험을 통해서 Ti6의 소성 조건이 반응속도에 영향을 미치는 것을 알 수 있다.
화이트겔 1형은 500℃에서 Ihr, 2형은 4001에서 3hr, 3형은 500℃ 에서 3hr동안 각각 소성하였다. 이 세 가지비드 중 알루미늄 비드와 유리비드는 반응성이 전혀 나타나지 않았다’ 이 중 실리카 비드에 코팅 된 화이트겔 1·2·3형만이 반응성을 나타냈으며 실험 결과 500℃에서 3hr동안 소성한 3형이 가장 좋은 반응성을 나타내는 것을 알 수 있었다.
총 5가지 코팅된 비드를 사용하는 실험으로 비드는 금속판보다 넓은 접촉면을 가지고 있으며, 파우더 형태의 P-25와 달리 청소와 회수가 유리한 장점이 있다. 비드의 형태는 구형을 하고 있으며, 외부관으로의 유출을 막기 위해 정체된 실험을 하였다.

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