[논문]TiO<tex>$_2$</tex>를 이용한 메틸메르캅탄의 광촉매 분해메커니즘

이병대; 이진식; 김영찬

doi:10.12925/jkocs.2007.24.3.11

TiO$_2$를 이용한 메틸메르캅탄의 광촉매 분해메커니즘
Photocatalytic Degradation Mechanism of Methyl Mercaptan using $TiO_2$ 원문보기

한국유화학회지 = Journal of oil & applied science, v.24 no.3 = no.68, 2007년, pp.296 - 300

이병대 (위덕대학교 보건학부) , 이진식 (위덕대학교 외식산업학부) , 김영찬 (중부대학교 화장품과학과)

Abstract ▼ AI-Helper

This paper presents applicability of photocatalytic decomposition of methyl mercaptan using $TiO_2$. A quartz reactor was used in order to elucidate reaction pathway in photocatalytic decomposition of methyl mercaptan. Experimental results showed that more than 99.9% of methyl mercaptan was decomposed within 30 minutes. It was found that the photocatalytic decomposition of methyl mercaptan followed pseudo first order and its reaction coefficient was $0.05min^{-1}$ During 30 minutes in the photocatalytic reaction, the concentration of methyl mercaptan, dimethyl disulfide, $SO_2$, $H_2SO_4$, COS, $H_2S$ were determined. These results showed that 64% of methyl mercaptan were compensated for the increase in sulfur after 30 minutes through the mineralization. The proposed main photocatalytic decomposition pathway of methyl mercaptan was methyl $mercaptan{\rightarrow}dimethyl$ $disulfide{\rightarrow}SO_2{\rightarrow}H_2SO_4$.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 대표적인 냄새물질인 메틸 메르캅탄을 대상물질로 한 광촉매 분해실험을 수행하여 광촉매 분해경로 및 분해생성물의 황 수지를 평가하였다.

제안 방법

메틸메르캅탄의 광촉매 분해 중간생성물 및 최종생성물을 분석하기 위해 GC-FPD를 사용하였고, 표준물질과의 체류시간 비교 및 spike test실시하여 생성물을 정성하고 정량분석을 하였다. 반응기 내부 표면에 잔존하는 성분들을 추출하기 위해 벤젠 10mL를 첨가한 후 교반 시켰다 (4hr, 180rpm).
반응기 내부 표면에 잔존하는 성분들을 추출하기 위해 벤젠 10mL를 첨가한 후 교반 시켰다 (4hr, 180rpm). 메틸메르캅탄이 분해되면 최종적으로 무기물이 되므로 광촉매 반응종료 후 반응기에 열수를 주입하여 무기물을 세정한 후 이온크로마토그래피(IC 7000E, Ycogawa) 로 분석하였다.
반응기 내의 메틸메르캅탄 농도를 정량하기 위해 그림 1의 반응기 표면의 여러 시료 채취 구로 가스를 채취하여 형광검출기가 장착된 가스크로마토그래피로(GC-FPD, GC-14B Shimazu) 로 분석하였다. GC분석 시 칼럼은 3.
반응기내의 메틸메르캅탄 농도가 lOOuL/L가되 도록 일정량의 5,000uL/L 의 메틸메르캅탄 표준가스를 진공 상태의 반응기에 주입하였다. 반응기 내의 메틸메르캅탄 농도를 정량하기 위해 그림 1의 반응기 표면의 여러 시료 채취 구로 가스를 채취하여 형광검출기가 장착된 가스크로마토그래피로(GC-FPD, GC-14B Shimazu) 로 분석하였다.

대상 데이터

1). 광원은 기존의 문헌을 참고하여 자외선램프(주 파장 254nm, GLC-241 형 Funakoshi ) 를 석영관에 넣어서 사용하였다 [13-14],
본 연구에 사용한 시약은 메틸메르캅탄, 벤젠, 이황화탄소(C&), 황산나트륨, 수산화나트륨, 70 wt% 메탄슬폰산수용액 (CH₃SO₃H)이며 정량분석을 위한 표준가스로는 2011L/L 및 5, 000u L/L 이 황화디메틸(DMDS), 2011L/L의 이산화황 (SO?)을 사용하였다. 반응기는 용적이 1L이며 유리로 제작하였고 내면에는 TiQz가 코팅되어있다(Fig.

성능/효과

또한 Fig. 2(b)로부터 메틸 메르캅탄의 광촉매 분해속도가 1차 반응을 따르고 반응속도 상수가 0.05min '으로 조사되어 메틸 메르캅탄이 광촉매에 의해 효과적으로 분해됨을 알 수 있었다.
1. 자외선 조사 직후 급격하게 메틸 메르캅탄이 분해 되었고 30분 후에는 100% 분해되었다.
2. 메틸메르캅탄 반응속도는 0.05minT으로 조사 되어, 광촉매 처리에 의해 메틸 메르캅탄이 효과적으로 분해 됨이 입증 되었다.
3. 메틸메르캅탄의 광촉매 분해 생성물로 H2S, SO2 그리고 dimethyl disulfide가 확인 되었다.
4. 메틸메르캅탄의 주 광촉매 분해경로는 메틸 메르캅탄 _->DMDStSC)2-W2SO₄ 인 것으로 판명 되었다.
메틸메르캅탄의 광촉매분해 경로를 명확히 하기 위해, DMDS를 출발물질로 하여 광촉매분해를 실시한 결과, SO₂, H₂S, CH₃SO₃H가 생성함이 확인 되었다. 그러나 COS로 보이는 피크는 보이지 않았다.
자외선 조사 개시 5분후 메틸메르캅탄이 약 40% 제거 되었고, 18 분 후에는 97% 제거되고, 30분 이후에는 100% 제거 되었다. 이러한 결과로부터 30분이라는 짧은 시간에 냄새물질을 100% 제거 할 수 있음을 알 수 있었다. 또한 Fig.
최종 생성물인 SQf는 반응시간이 경과함에 따라 증가하였다. 총 황 수지를 보면 반응개시 후 6분에 가장 낮은 황 수지를 보임으로써 이 시간대에 다른 반응 중간생성물이 존재함이 추측 되었으나, 본 연구에서는 검출되지 않았다. 6분 이후에는 황 수지가 점차 증가하여 30 분에는 75%까지 황 수지가 파악 되었다.

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