본 연구에서는 수용액 내의 오염물질 분해를 위하여 개발한 광촉매가 코팅된 실리카 비드의 광분해반응 사용에 따른 활성저하 문제를 해결하기 위하여 반응에 사용한 비드의 활성을 향상시킬 수 있는 재생 방법에 관한 실험을 수행하였다. 비드의 재생방법으로 표면 세정법을 선택하였으며, 세정액으로는 물(증류수), 계면활성제, 아세톤, 에탄올의 세정력이 서로 다른 4종의 용액을 사용하였다. 재생 과정은 서로 다른 4종의 세정액으로 반응에 사용하여 활성이 떨어진 비드를 세정한 후, 소성온도를 $100^{\circ}C$, $200^{\circ}C$, $300^{\circ}C$로 달리하여 30분간 처리하였다. 재생 처리과정은 각 1~3회 반복 수행하였으며, 서로 다른 조건에서 재생된 비드의 활성은 수용액 내의 methylene blue 광분해율로 측정하였다. 연구결과, 재생한 비드의 활성은 아세톤으로 세정한 후, $100^{\circ}C$에서 30분간 소성하였을 때 가장 우수한 것으로 나타났다.
본 연구에서는 수용액 내의 오염물질 분해를 위하여 개발한 광촉매가 코팅된 실리카 비드의 광분해반응 사용에 따른 활성저하 문제를 해결하기 위하여 반응에 사용한 비드의 활성을 향상시킬 수 있는 재생 방법에 관한 실험을 수행하였다. 비드의 재생방법으로 표면 세정법을 선택하였으며, 세정액으로는 물(증류수), 계면활성제, 아세톤, 에탄올의 세정력이 서로 다른 4종의 용액을 사용하였다. 재생 과정은 서로 다른 4종의 세정액으로 반응에 사용하여 활성이 떨어진 비드를 세정한 후, 소성온도를 $100^{\circ}C$, $200^{\circ}C$, $300^{\circ}C$로 달리하여 30분간 처리하였다. 재생 처리과정은 각 1~3회 반복 수행하였으며, 서로 다른 조건에서 재생된 비드의 활성은 수용액 내의 methylene blue 광분해율로 측정하였다. 연구결과, 재생한 비드의 활성은 아세톤으로 세정한 후, $100^{\circ}C$에서 30분간 소성하였을 때 가장 우수한 것으로 나타났다.
In this study, recycling methods of nano $TiO_2$-coated silica-bead were conducted in order to solve a deactivation problem of bead that had been invented for decomposition of pollutants in aqueous solution. Surface cleansing was selected as the recycling method for used beads. The surfac...
In this study, recycling methods of nano $TiO_2$-coated silica-bead were conducted in order to solve a deactivation problem of bead that had been invented for decomposition of pollutants in aqueous solution. Surface cleansing was selected as the recycling method for used beads. The surface cleansing was done with four different solutions such as distilled water, surfactant, acetone, and ethyl alcohol(ethanol). The recycling process consists of cleansing and calcination. After cleaning the used (deactivated) beads, calcination was done at $100^{\circ}C$, $200^{\circ}C$ and $300^{\circ}C$ for 30 minutes, respectively. This process was repeated three times. The activity of the recycled bead was measured by photo-degradation of methylene blue. The result shows that acetone cleansing and calcination at $100^{\circ}C$ for 30 minutes was the most efficient recycling method.
In this study, recycling methods of nano $TiO_2$-coated silica-bead were conducted in order to solve a deactivation problem of bead that had been invented for decomposition of pollutants in aqueous solution. Surface cleansing was selected as the recycling method for used beads. The surface cleansing was done with four different solutions such as distilled water, surfactant, acetone, and ethyl alcohol(ethanol). The recycling process consists of cleansing and calcination. After cleaning the used (deactivated) beads, calcination was done at $100^{\circ}C$, $200^{\circ}C$ and $300^{\circ}C$ for 30 minutes, respectively. This process was repeated three times. The activity of the recycled bead was measured by photo-degradation of methylene blue. The result shows that acetone cleansing and calcination at $100^{\circ}C$ for 30 minutes was the most efficient recycling method.
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문제 정의
본 연구에서는 수용액 내의 오염물질 분해를 위하여 개발한 광촉매가 코팅된 실리카 비드의 광분해반응 사용에 따른 활성저하 문제를 해결하기 위하여 반응에 사용한 비드의 활성을 향상시킬 수 있는 재생 방법(세정액, 소성온도, 재생 횟수)에 관한 연구를 수행하였다.
수용액 내 오염물질 분해에 사용한 광촉매가 코팅된 실리카 비드의 활성저하 문제를 해결하기 위하여 수행한 재생연구를 통하여 다음과 같은 결과를 얻을 수 있었다.
제안 방법
Aldrich Chemical Co.) 전구체를 1～3㎜ 크기의 실리카 비드에 분산 코팅한 후 500℃ 3시간 동안 열처리하여 광촉매 코팅 비드를 제작하였다[5-8].
반응기의 부피는 1024㎖ 이었으며 직사각형의 아크릴 재질로 제작하였고, 광원이 조사되는 윗면은 광원부로부터 조사되는 광흡수율을 최대로 하기 위하여 석영으로 제작하였다. 광원부에는 Sankyo Denki사(일본) UV-C 램프와 광반사체를 설치하였다.
비드의 재생방법으로 표면 세정법을 선택하였으며, 세정액으로는 증류수, 계면활성제, 아세톤, 에탄올의 세정력이 서로 다른 4종의 용액을 사용하였다. 재생 과정은 서로 다른 4종의 세정액으로 반응에 사용하여 활성이 떨어진 비드를 세정한 후, 소성온도를 100℃, 200℃, 300℃로 달리하여 30분간 처리하였다.
재생 비드의 소성을 위한 500℃까지 승온이 가능한 전기소성로(Hwa Sueng, 국산)와 methylene blue의 농도측정을 위한 UV-VIS spectrophotometer (UV-2450, SHIMADZU, 일본)를 사용하였다.
재생 처리과정은 각 1～3회 반복 수행하였으며 서로 다른 조건에서 재생된 비드의 활성은 수용액 내의 methylene blue 광분해율로 측정하였다.
제작한 코팅 비드의 광분해 활성도는 농도 20ppm의 methylene blue 수용액의 광분해율로 측정하였다.[9]
대상 데이터
반응기의 부피는 1024㎖ 이었으며 직사각형의 아크릴 재질로 제작하였고, 광원이 조사되는 윗면은 광원부로부터 조사되는 광흡수율을 최대로 하기 위하여 석영으로 제작하였다. 광원부에는 Sankyo Denki사(일본) UV-C 램프와 광반사체를 설치하였다.
광촉매가 코팅된 실리카 비드(세인테크, 국산)는 FB-CVD(fluidized bed chemical vapor deposition) 공정 을 사용하여 제조하였다.
본 연구에 사용한 시약 중 아세톤과 에탄올은 SK chemical, 계면활성제는 CJ Lion, methylene blue는 덕산 이화학 제품을 사용하였고 증류수는 Pure-GD(휴먼과학) 증류장치를 이용하여 제조하였다.
비드의 재생방법으로 표면 세정법을 선택하였으며, 세정액으로는 증류수, 계면활성제, 아세톤, 에탄올의 세정력이 서로 다른 4종의 용액을 사용하였다. 재생 과정은 서로 다른 4종의 세정액으로 반응에 사용하여 활성이 떨어진 비드를 세정한 후, 소성온도를 100℃, 200℃, 300℃로 달리하여 30분간 처리하였다.
성능/효과
1. 반응에 사용한 광촉매가 코팅된 실리카 비드의 methylene blue 수용액의 광분해율은 아세톤, 에탄올, 물(증류수), 계면활성제 순으로 나타났으며, 이 중 아세톤을 사용하였을 때 다른 세정액에 비하여 높은 광활성을 보였다.
2. 소성온도가 높아질수록 코팅 비드의 표면 손상이 많았으며, methylene blue 수용액의 광활성도도 낮아졌다. 또한 비드의 코팅 표면 손상 및 파손으로 인하여 재생 횟수가 증가할수록 광활성이 좋지 않았다.
3. 재생한 비드의 활성은 아세톤으로 세정한 후, 100℃에서 30분간 소성하였을 때 가장 우수한 것으로 나타났으며, 1～3회 세정한 후에도 재생한 비드의 활성도 차이가 거의 없었다.
결과에서 볼 수 있듯이 아세톤으로 세정한 경우 다른 세정액을 사용한 경우보다 광분해 활성도가 우수함을 알 수 있었다.
소성온도가 높아질수록 코팅 비드의 표면 손상이 많았으며, methylene blue 수용액의 광활성도도 낮아졌다. 또한 비드의 코팅 표면 손상 및 파손으로 인하여 재생 횟수가 증가할수록 광활성이 좋지 않았다.
실험결과에서 볼 수 있듯이 활성도가 전반적으로 매우 낮았으며, 소성온도나 재생 횟수 변화에 따른 활성도 변화가 거의 나타나지 않았다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
광분해 반응시스템은 무엇으로 구성되어 있는가?
광분해 반응시스템 그림 2은 반응기, 반사체, 광원, KTC 사의 순환펌프로 구성하였다.
광촉매가 코팅된 실리카 비드의 제작과정은 어떻게 되는가?
FB-CVD 공정에서는 TTIP(titanium tetra iso-propoxide, Ti[OCH(CH3)2]4 Aldrich Chemical Co.) 전구체를 1～3㎜ 크기의 실리카 비드에 분산 코팅한 후 500℃ 3시간 동안 열처리하여 광촉매 코팅 비드를 제작하였다[5-8].
TiO2를 이용한 광촉매 처리기술은 환경관련 어떠한 성능을 가지고 있는가?
TiO2를 이용한 광촉매 처리기술은 1990년대 초부터 주목을 받아왔으며, 이 기술은 대기와 수중의 유기오염물질을 무기화 하는데 뛰어난 효능을 가지고 있다[1-4]. 액상보다 기상오염물질 처리에 우수한 효능을 보이는 이 기술은 최근에는 수중 유기오염물질 처리, 방오, 항균, 자외선 차단, 수소생성 등 다양한 분야로 그 활용영역을 넓히고 있다.
참고문헌 (9)
K. I. Zamaraev, M. I. Khramov, V. N. Parmon: Catal. Rev. Vol. 35, pp. 617, 1994.
박성애, 도영웅, 하진욱, "광분해 시스템을 이용한 수용액내 유기물질의 광분해 연구", 한국공업학회 응용화학, Vol. 11, No. 2, pp. 465-468, 2007.
T. Sano, N. Negishi, K. Uchino, J. Tanaka, S. Matsuzaka, K. Takeuchi; J. Photochem. Photobol A: Chem. Vol. 160, pp. 93, 2003.
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