관형 알루미나 정밀여과와 광촉매 코팅 폴리프로필렌 구의 혼성 수처리: 질소 역세척 주기와 시간의 영향 Hybrid Water Treatment of Tubular Alumina MF and Polypropylene Beads Coated with Photocatalyst: Effect of Nitrogen Back-flushing Period and Time원문보기
관형 알루미나 정밀여과와 이산화티타늄광촉매 코팅 PP (polypropylene) 구의 혼성공정에서 질소 역세척 주기(FT)와 시간(BT)의 영향을 막오염에 의한 저항($R_f$) 및 투과선속(J), 총여과부피($V_T$)의 관점에서 광촉매 첨가 PES (polyethersulfone)구를 사용한 기존 결과와 비교하였다. 일반적인 역세척 방법인 공기가 아닌 질소로 역세척을 한 이유는 공기에 포함된 산소에 의해 수질분석에 영향을 줄 가능성을 최소화하기 위한 것이다. FT가 짧아질수록 $R_f$는 감소하고, J와 $V_T$는 증가하였다. 용존유기물의 평균 처리효율은 82.0%로 PES 구 결과의 78.0% 보다 높았다. 이러한 결과는 광촉매 코팅 PP 구가 광촉매 첨가 PES 구 보다 효과적으로 용존유기물을 제거한다는 것을 의미한다. BT가 길어질수록 최종 $R_f$는 감소하고 최종 J는 증가하였지만, $V_T$는 BT 15초에서 최대값을 보였다. 탁도의 평균 처리효율은 BT 변화에 따라 특별한 경향을 보이지 않았다. BT가 6초에서 30초로 증가함에 따라 용존유기물의 처리효율은 11.8% 증가하여, PES 구의 결과보다 다소 크게 증가하였다.
관형 알루미나 정밀여과와 이산화티타늄 광촉매 코팅 PP (polypropylene) 구의 혼성공정에서 질소 역세척 주기(FT)와 시간(BT)의 영향을 막오염에 의한 저항($R_f$) 및 투과선속(J), 총여과부피($V_T$)의 관점에서 광촉매 첨가 PES (polyethersulfone)구를 사용한 기존 결과와 비교하였다. 일반적인 역세척 방법인 공기가 아닌 질소로 역세척을 한 이유는 공기에 포함된 산소에 의해 수질분석에 영향을 줄 가능성을 최소화하기 위한 것이다. FT가 짧아질수록 $R_f$는 감소하고, J와 $V_T$는 증가하였다. 용존유기물의 평균 처리효율은 82.0%로 PES 구 결과의 78.0% 보다 높았다. 이러한 결과는 광촉매 코팅 PP 구가 광촉매 첨가 PES 구 보다 효과적으로 용존유기물을 제거한다는 것을 의미한다. BT가 길어질수록 최종 $R_f$는 감소하고 최종 J는 증가하였지만, $V_T$는 BT 15초에서 최대값을 보였다. 탁도의 평균 처리효율은 BT 변화에 따라 특별한 경향을 보이지 않았다. BT가 6초에서 30초로 증가함에 따라 용존유기물의 처리효율은 11.8% 증가하여, PES 구의 결과보다 다소 크게 증가하였다.
The effect of $N_2$ back-flushing period (FT) and time (BT) was compared with the previous result used PES (polyethersulfone) beads loaded with titanium dioxide photocatalyst in hybrid process of alumina microfiltration and PP (polypropylene) beads coated with photocatalyst in viewpoints ...
The effect of $N_2$ back-flushing period (FT) and time (BT) was compared with the previous result used PES (polyethersulfone) beads loaded with titanium dioxide photocatalyst in hybrid process of alumina microfiltration and PP (polypropylene) beads coated with photocatalyst in viewpoints of membrane fouling resistance ($R_f$), permeate flux (J), and total permeate volume ($V_T$). The reason of nitrogen back-washing instead of the general air back-washing method is to minimize the possible effect of oxygen included in air on water quality analysis. As decreasing FT, $R_f$ decreased and J and $V_T$ increased. Treatment efficiency of dissolved organic matters (DOM) was 82.0%, which was the higher than 78.0% of the PES beads result. This means that PP beads coated with photocatalyst was the more effective than PES beads loaded with photo-catalyst in the DOM removal. As increasing BT, the final $R_f$ decreased and the final J increased, but $V_T$ was the maximum at BT 15 sec. The average treatment efficiency of turbidity did not have any trend as changing BT. As BT increasing from 6 sec to 30 sec, the treatment efficiency of DOM increased 11.8%, which was a little higher than the result of PES beads.
The effect of $N_2$ back-flushing period (FT) and time (BT) was compared with the previous result used PES (polyethersulfone) beads loaded with titanium dioxide photocatalyst in hybrid process of alumina microfiltration and PP (polypropylene) beads coated with photocatalyst in viewpoints of membrane fouling resistance ($R_f$), permeate flux (J), and total permeate volume ($V_T$). The reason of nitrogen back-washing instead of the general air back-washing method is to minimize the possible effect of oxygen included in air on water quality analysis. As decreasing FT, $R_f$ decreased and J and $V_T$ increased. Treatment efficiency of dissolved organic matters (DOM) was 82.0%, which was the higher than 78.0% of the PES beads result. This means that PP beads coated with photocatalyst was the more effective than PES beads loaded with photo-catalyst in the DOM removal. As increasing BT, the final $R_f$ decreased and the final J increased, but $V_T$ was the maximum at BT 15 sec. The average treatment efficiency of turbidity did not have any trend as changing BT. As BT increasing from 6 sec to 30 sec, the treatment efficiency of DOM increased 11.8%, which was a little higher than the result of PES beads.
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문제 정의
본 연구에서는 고도정수처리를 위하여 탁질 제거를 위한 관형 알루미나 정밀여과와 용존유기물 제거를 위한 이산화티타늄 광촉매를 코팅한 PP 구를 하나의 막 모듈로 구성하여, 카올린과 휴믹산의 모사용액을 대상으로 질소 역세척 주기 및 시간에 따른 막여과 인자와 처리효율을 알아 본 결과, 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
본 연구에서는 탁도 유발물질의 효율적인 제거를 위한 관형 알루미나 정밀여과막과 용존유기물을 처리를 위한 광촉매 코팅 PP 구를 하나의 모듈형태로 구성하여, 휴믹산과 카올린의 농도가 일정한 조건에서 질소 역세척 주기(filtration period, FT)와 시간(back-flusing time, BT)을 변화시키면서 막오염과 처리효율에 미치는 영향을 고찰하였다. 또한, 본 연구팀에서 동일한 알루미나 정밀여과막과 광촉매 첨가 PES (polyethersulfone)구를 사용하여 질소 역세척 조건의 영향을 고찰한 결과[21]와 비교하였다.
제안 방법
0°C로 일정하게 하였다. FT의 영향 실험에서는 BT를 10초로 고정하고 FT를 6, 8, 10, 12, 14분으로 변화시켰고, BT 영향 실험에서는 FT를 10분으로 고정하고 BT를 6, 10, 15, 20, 30초로 변화시켰다.
5 g/L, 모사용액은 카올린 농도를 30 mg/L, 휴믹산의 농도 10 mg/L로 일정하게 유지하고, 질소 역세척 주기(FT)와 시간(BT)를 변화시키면서 최적 운전조건에 대하여 알아보았다. 각 조건에서 180분 여과하는 동안 막오염에 의한 저항(Rf) 및 투과 선속(J), 무차원화한 투과선속(J/J0), 총여과부피(VT)의 변화를 살펴보았다. 모든 실험에서 막간압력차(TMP)는 1.
관형 세라믹 정밀여과막(NCMT-7231) 및 TiO2 혼성 공정에서 최적운전조건을 알아보기 위해 TiO2 광촉매 구의 농도를 55.5 g/L, 모사용액은 카올린 농도를 30 mg/L, 휴믹산의 농도 10 mg/L로 일정하게 유지하고, 질소 역세척 주기(FT)와 시간(BT)를 변화시키면서 최적 운전조건에 대하여 알아보았다. 각 조건에서 180분 여과하는 동안 막오염에 의한 저항(Rf) 및 투과 선속(J), 무차원화한 투과선속(J/J0), 총여과부피(VT)의 변화를 살펴보았다.
그 다음 막 모듈에서 세라믹 분리막을 탈착 후 550°C에서 30분간 강열한 다음, 15% 질산 수용액과 0.25 N 수산화나트륨 수용액에 각각 1일 및 3시간 동안 화학 세정을 실시하였다.
본 연구에서는 탁도 유발물질의 효율적인 제거를 위한 관형 알루미나 정밀여과막과 용존유기물을 처리를 위한 광촉매 코팅 PP 구를 하나의 모듈형태로 구성하여, 휴믹산과 카올린의 농도가 일정한 조건에서 질소 역세척 주기(filtration period, FT)와 시간(back-flusing time, BT)을 변화시키면서 막오염과 처리효율에 미치는 영향을 고찰하였다. 또한, 본 연구팀에서 동일한 알루미나 정밀여과막과 광촉매 첨가 PES (polyethersulfone)구를 사용하여 질소 역세척 조건의 영향을 고찰한 결과[21]와 비교하였다. 일반적인 역세척 방법인 공기가 아닌 질소로 역세척을 한 이유는 공기에 포함된 산소에 의해 수질분석에 영향을 줄 가능성을 최소화하기 위한 것이다.
분리막의 유량은 유량계(RMB-85D, Dwyer)로 측정하고, 입구와 출구부에 각각 6 bar까지 측정할 수 있는 압력계를 설치하여 막 내에서 압력차를 측정하였다. 본 여과장치는 위쪽 지지체를 조정이 가능하게 설치하여, 막 모듈의 크기가 다른 경우에도 쉽게 장착하여 실험할 수 있도록 하였다. 역세척 효과에 대한 실험을 위하여 투과액 배출구와 질소 투입구에 각각 솔레노이드 밸브(Solenoid valve : CKD, Japan)를 설치하였고, 막 투과압력에 관계없이 역세척 동안 막의 내부 압력을 일정하게 유지시키기 위하여 막의 우회관을 솔레노이드 밸브를 장착하였다.
)에 의해 공급탱크 내부의 원수가 막 모듈 안으로 원수가 유입되고, 펌프 우회관을 설치하여 분리막에서 유량과 압력을 조절할 수 있도록 하였다. 분리막의 유량은 유량계(RMB-85D, Dwyer)로 측정하고, 입구와 출구부에 각각 6 bar까지 측정할 수 있는 압력계를 설치하여 막 내에서 압력차를 측정하였다. 본 여과장치는 위쪽 지지체를 조정이 가능하게 설치하여, 막 모듈의 크기가 다른 경우에도 쉽게 장착하여 실험할 수 있도록 하였다.
새로운 운전 조건에서 실험하기 전에 막을 모듈에 설치하고, 1차 증류수로 운전하면서 투과량을 측정하여 초기 투과부피의 ± 5% 범위 이내로 회복되었는지 확인한 후 다음 실험을 진행하였다[27].
본 여과장치는 위쪽 지지체를 조정이 가능하게 설치하여, 막 모듈의 크기가 다른 경우에도 쉽게 장착하여 실험할 수 있도록 하였다. 역세척 효과에 대한 실험을 위하여 투과액 배출구와 질소 투입구에 각각 솔레노이드 밸브(Solenoid valve : CKD, Japan)를 설치하였고, 막 투과압력에 관계없이 역세척 동안 막의 내부 압력을 일정하게 유지시키기 위하여 막의 우회관을 솔레노이드 밸브를 장착하였다. 이들 세 개의 솔레노이드 밸브는 모두 하나의 시간 제어계(Twin timer : Omron, Japan)에 연결 부착되어 밸브의 개⋅폐가 동시에 일어난다.
정수처리의 대상이 되는 자연산 유기물 중 상당 부분을 차지하는 휴믹물질과 탁도를 유발하는 점토성 무기물과 같은 미세 무기 입자를 모사하기 위하여 카올린과 휴믹산을 사용하였다. 모사용액은 카올린(Koline, Sigma Aldrich)과 휴믹산(Humic acid sodium salt, Aldrich) 일정량을 증류수에 녹여 일정한 농도로 조제하여 사용하였다[25,26].
최적 BT 운전조건을 알아보기 위해 카올린과 휴믹산의 농도를 30 mg/L, 10 mg/L로 준비한 모사용액을 대상으로, TiO2 광촉매 코팅 PP 구의 농도를 55.5 g/L, 질소역세척 주기(FT)를 10분으로 고정시킨 조건에서 BT를 NBF, 6, 10, 15, 20, 30초로 각각 변화시키면서 그 영향을 고찰하였다. BT 변화에 따른 Rf와 J/J0를 Fig.
최적 FT 조건을 알아보기 위하여 모사용액은 카올린과 휴믹산의 농도를 각각 30 mg/L와 10 mg/L로 준비한 후, TiO2 광촉매 코팅 PP 구의 농도를 55.5 g/L로, BT를 10초로 고정하고, FT는 NBF, 6, 8, 10, 12, 14분으로 변화시키면서 그 영향을 살펴보았다. FT 변화에 따른 막오염에 의한 저항(Rf)과 무차원화한 투과선속(J/J0)을 Fig.
혼성모듈을 통한 탁질 및 용존유기물의 처리효율을 알아보기 위하여 공급수 및 처리수의 수질을 분석하였으며, 실험장치의 운전 후 30분 간격으로 공급탱크와 처리수 라인에서 시료를 채취하였다. 탁도(turbidity)는 turbidity meter (2100N, Hash, U.S.A)를 사용하여 직접 측정하였다. 휴믹산과 같은 용존유기물의 지표로 사용되는 UV254 흡광도[28]는 UV spectrophotometer (GENESYS 10 UV, Thermo, U.
)와 연결하여 온도를 20°C로 일정하게 유지하였다. 펌프(Procon, Standex Co.)에 의해 공급탱크 내부의 원수가 막 모듈 안으로 원수가 유입되고, 펌프 우회관을 설치하여 분리막에서 유량과 압력을 조절할 수 있도록 하였다. 분리막의 유량은 유량계(RMB-85D, Dwyer)로 측정하고, 입구와 출구부에 각각 6 bar까지 측정할 수 있는 압력계를 설치하여 막 내에서 압력차를 측정하였다.
혼성모듈을 통한 탁질 및 용존유기물의 처리효율을 알아보기 위하여 공급수 및 처리수의 수질을 분석하였으며, 실험장치의 운전 후 30분 간격으로 공급탱크와 처리수 라인에서 시료를 채취하였다. 탁도(turbidity)는 turbidity meter (2100N, Hash, U.
A)를 사용하여 직접 측정하였다. 휴믹산과 같은 용존유기물의 지표로 사용되는 UV254 흡광도[28]는 UV spectrophotometer (GENESYS 10 UV, Thermo, U.S.A)를 이용하여 측정하였다.
대상 데이터
정수처리의 대상이 되는 자연산 유기물 중 상당 부분을 차지하는 휴믹물질과 탁도를 유발하는 점토성 무기물과 같은 미세 무기 입자를 모사하기 위하여 카올린과 휴믹산을 사용하였다. 모사용액은 카올린(Koline, Sigma Aldrich)과 휴믹산(Humic acid sodium salt, Aldrich) 일정량을 증류수에 녹여 일정한 농도로 조제하여 사용하였다[25,26].
본 연구에서 사용한 관형 알루미나 정밀여과막(NCMT-7231)은 관형(tubular type)으로 α-alumina 지지층에 같은 재질인 α-alumina로 코팅한 것이며, 나노기공소재 (주)에서 구입하였다.
본 연구에서 사용한 광촉매는 강원대 연구팀[24]이 회전 플라즈마 반응기(rotating plaza reactor)에서 4 ∼ 6 mm 직경의 PP (polypropylene) 구(bead)에 TiO2 분말을 플라즈마 화학증착(chemical vapor deposition, CVD) 공정으로 코팅한 것을 사용하였고, 파장 254 nm의 UV lamp (G8T5/S, Sankyo, Japan) 8 W 두 개를 분리막 모듈 외부에 설치하였다.
이론/모형
잘 알려진 직렬 여과저항 모델(Resistance-in-series model)[22]을 사용하여, 실험 결과로부터 압력차를 추진력으로 하는 막분리 공정에서 발생하는 여과저항과 투과 선속 (J)을 계산하였다.
성능/효과
1) 질소 역세척 주기(FT)가 짧아질수록 막오염은 감소하고, 초기투과선속으로 무차원화한 투과선속과 총여과부피는 증가하였다. 이러한 결과는 동일한 알루미나 정밀여과막과 광촉매 첨가 PES 구를 사용하여 질소 FT의 영향을 고찰한 결과[21]와 일치하는 것이다.
2) 기존 결과[21]와 같이 뚜렷하지 않지만 역세척 없는 NBF를 제외하고 FT가 짧아질수록 탁도 처리율이 증가하는 경향을 보였다. 이러한 결과는 역세척이 자주 수행되어 광촉매 표면의 세척이 효과적으로 일어나, 광촉매에 의한 흡착이 증가하기 때문이다.
3) 질소 역세척 시간(BT)이 길어질수록 최종 막오염은 감소하고 최종 투과선속은 증가하였지만, 총여과부피는 BT 15초에서 최대값을 보였고 NBF에서 최소값을 나타냈다. 반면에 광촉매 첨가 PES 구를 사용한 결과[21]에서는 BT가 길어질수록 막오염은 감소하고 투과선속이 증가하여, 최대 BT 30초에서 최대 총여과부피를 보였다.
4) 탁도의 평균 처리효율은 BT 변화에 따라 특별한 경향을 보이지 않았으나, PES 구를 사용한 결과[21]에서는 최대 BT 30초에서 최대 탁도 처리효율을 나타냈다. NBF에서 용존유기물의 처리효율이 88.
081 cm-1의 범위로 나타났다. 탁도의 처리효율과는 다르게 NBF에서 용존유기물의 처리효율이 88.3%로 가장 높게 나타났지만, BT가 길어질수록 용존유기물의 처리효율이 증가하였다. 이러한 결과는 PES 구를 사용한 결과[21]과 정확히 일치하는 것이다.
BT가 가장 짧은 6초에서 Rf가 가장 높게 유지되었고 J/J0은 가장 낮게 지속되었다. PES 구를 사용한 결과[21]에서 BT가 증가할수록 Rf는 감소하고 J/J0은 증가하였던 것과는 상이한 결과다. 이러한 결과는 광촉매 코팅 PP 구를 사용한 본 연구에서 BT 15초인 조건에서 180분 운전하는 동안 질소 역세척에 의해 막오염이 가장 효과적으로 억제되었기 때문인 것으로 판단된다.
85 L보다 다소 작지만, FT가 증가할수록 기존 결과[21]에 비하여 VT값은 급격하게 감소하였다. Rf,180값과 J180, VT측면에서 볼 때, 본 실험에서 최적의 운전조건은 PES 구를 사용한 결과[21]와 동일하게 FT 6분으로 역세척을 자주 수행하는 것이 막 오염 억제에 적합하다.
Table 2를 보면, 공급수의 평균 탁도는 37.8 ∼ 43.2 NTU로 기존 결과[21]와 유사하지만, 처리수의 평균 탁도는 0.25 ∼ 0.86 NTU로 기존 결과[21]의 0.904∼1.473 NTU보다 낮아서, 탁도의 전체 평균 처리효율은 98.8%로 PES 구를 사용한 결과[21] 97.8%보다 다소 높게 나타났다.
61 L를 보였다. 따라서 PES 구를 사용한 결과[21]과는 다르게 본 연구에서는 BT 15초가 막오염 억제를 위한 최적운전 조건임을 알 수 있었다.
이러한 결과는 동일한 알루미나 정밀여과막과 광촉매 첨가 PES 구를 사용하여 질소 FT의 영향을 고찰한 결과[21]와 일치하는 것이다. 따라서 역세척을 자주 수행하는 것이 막오염을 감소시키고 투과선속을 높게 유지시키는데 효과적임을 알 수 있었다.
074 cm-1로 기존 결과[21]보다 다소 높은 값을 나타내었다. 따라서 용존유기물의 평균 처리효율은 82.0%로 기존 결과[21]의 78.0% 보다 4.0% 높았다. 이러한 결과는 플라즈마 화학증착 방법으로 광촉매를 PP 구 표면에 코팅한 구가 구 표면에 단층으로 코팅되어 있기 때문에 상역전 방법으로 광촉매를 첨가한 PES 구 보다 효과적으로 용존유기물을 제거할 수 있다는 것을 알 수 있었다.
이러한 결과는 PES 구를 사용한 결과[21]과 정확히 일치하는 것이다. 또한 BT가 6초에서 30초로 증가함에 따라 용존유기물의 처리효율은 11.8% 증가하여, 기존 결과[21]에서 10.7% 증가한 것에 비하면 다소 크게 증가하였다. 이러한 결과도 역시 질소 역세척을 길게 수행할수록 광촉매 코팅 PP 구 표면의 세척이 효과적으로 일어나 유기물의 흡착 및 광산화가 증가하였기 때문으로 판단된다.
모든 실험에서 막간압력차(TMP)는 1.80 bar, 질소 역세척 압력은 2.50 bar, 유입유량은 1.0 L/min, 공급수의 온도는 20 ± 1.0°C로 일정하게 하였다.
이러한 결과는 플라즈마 화학증착 방법으로 광촉매를 PP 구 표면에 코팅한 구가 구 표면에 단층으로 코팅되어 있기 때문에 상역전 방법으로 광촉매를 첨가한 PES 구 보다 효과적으로 용존유기물을 제거할 수 있다는 것을 알 수 있었다. 본 연구결과에서는 PES 구를 사용한 결과[21]과는 다르게 FT 변화에 따라 용존유기물의 처리효율이 뚜렷한 경향을 보이지 않았고, FT 14분에서 89.2%로 가장 높은 용존유기물 처리효율을 보였다.
반대로 역세척이 진행되지 않은 NBF에서 막오염의 급격한 증가로 최대 Rf와 최소의 J를 나타내어, 동일한 알루미나 정밀여과막과 광촉매 첨가 PES 구를 사용하여 질소 역세척 조건의 영향을 고찰한 결과[21]와 경향이 일치한다. 이러한 결과는 FT가 짧을수록, 즉 역세척이 자주 시행될수록, 분리막 표면에서 일어나는 카올린과 휴믹물질의 케이크(cake) 누적현상을 완화시키고 탈착시켜 막오염을 감소시킨 것으로 판단된다. 광촉매 첨가 PES 구를 사용한 기존 결과[21]과 동일하게 FT가 짧아질수록 Rf,180값이 감소하였으며, J180과 총여과부피(VT)는 증가하였다.
FT 6분일 때 J180값은 596 L/m2hr으로 PES 구를 사용한 결과[21]에서 373 L/m2hr보다 크지만, NBF 조건에서는 69 L/m2hr로 PES 구를 사용한 결과[21]의 265 L/m2hr와 비교하면 FT가 증가할수록 투과선속이 급격하게 감소하였다. 이러한 결과는 본 연구에서 사용한 알루미나 분리막의 내경이 8 mm로 기존 결과[21]의 10 mm보다 작기 때문에 FT가 증가할수록 막오염이 급격하게 진행된 것으로 판단된다. FT 6분에서 VT값은 6.
0% 높았다. 이러한 결과는 플라즈마 화학증착 방법으로 광촉매를 PP 구 표면에 코팅한 구가 구 표면에 단층으로 코팅되어 있기 때문에 상역전 방법으로 광촉매를 첨가한 PES 구 보다 효과적으로 용존유기물을 제거할 수 있다는 것을 알 수 있었다. 본 연구결과에서는 PES 구를 사용한 결과[21]과는 다르게 FT 변화에 따라 용존유기물의 처리효율이 뚜렷한 경향을 보이지 않았고, FT 14분에서 89.
0% 높았다. 이러한 결과는 플라즈마 화학증착 방법으로 광촉매를 PP 구 표면에 코팅한 구가 구 표면에 단층으로 코팅되어 있기 때문에 상역전 방법으로 광촉매를 첨가한 PES 구 보다 효과적으로 용존유기물을 제거할 수 있다는 것을 알 수 있었다. 본 연구결과에서는 PES 구를 사용한 결과[21]과는 다르게 FT 변화에 따라 용존유기물의 처리효율이 뚜렷한 경향을 보이지 않았고, FT 14분에서 89.
081 cm-1의 범위로 나타났다. 탁도의 처리효율과는 다르게 NBF에서 용존유기물의 처리효율이 88.3%로 가장 높게 나타났지만, BT가 길어질수록 용존유기물의 처리효율이 증가하였다. 이러한 결과는 PES 구를 사용한 결과[21]과 정확히 일치하는 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
이산화티타늄(TiO2) 광촉매를 이용한 기술의 주된 반응 메커니즘은?
고도정수처리 방법 중 하나인 이산화티타늄(TiO2) 광촉매를 이용한 기술의 주된 반응 메커니즘은 광촉매에 빛에너지로 사용되는 자외선(UV)을 조사하면, 광촉매가 빛에너지를 흡수하고, 조사한 빛의 파장에 의해 전자(e-)가 전위대(conduction band, CB)로 전도된다. 이로 인해 생성된 양공(hole, h+)은 수중 수산화이온과 반응하여 OH 라디칼을 생성하고, 전도된 전자는 용존산소와 반응한 후 몇 단계 반응을 거쳐 OH 라디칼을 생성한다. 생성된 OH 라디칼이 결과적으로 다양한 형태의 오염물을 산화시키는 것으로 알려져 있다[8]. 광촉매 반응을 통한 처리효율은 광촉매의 입자 크기나 비표면적, 오염물질의 특성, 농도나 반응조의 구성 등에 따라 결과가 다양하게 나타난다.
광촉매를 이용한 처리기술은 무엇에 탁월한가?
광촉매를 이용한 처리기술은 오염된 폐수 및 정수처리 과정에서 난분해성 유기물을 처리하는데 효과적인 방법으로 인식되고[1,2], 유기염소화합물이나 중금속, 미생물 및 NOX와 같은 다양한 오염물을 제거하는데 탁월한 것으로 알려져 있다[3]. 수십 년 전부터 고도정수처리를 위한 정밀여과(MF) 및 한외여과(UF), 나노여과(NF), 역삼투(RO)에 대한 연구[4,5]가 주목을 받고 있으며, 광촉매와 분리막이 하나의 공정으로 이루어진 혼성공정에 대한 연구가 지속적으로 진행 중이다[6,7].
폴란드의 광촉매와 분리막을 이용한 수처리 연구 동향은 어떠한가?
독일 Warnecke 연구팀에서는 PAN 정밀여과막에 광촉매를 고정화한 광촉매 분리막을 사용하여 폐수 중 용존 오염물질을 분해하는 연구를 발표하였다[13]. 폴란드 Karakulski 연구팀은 한외여과 및 광촉매 혼성 공정으로 배 밑 부분에 고인 물(bilge water)의 기름 성분을 제거하는 연구를 진행하였다[14]. 독일 W.
참고문헌 (28)
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