[논문]이산화납 전극 제조 시 전기화학적 증착인자가 수산화라디칼 발생에 미치는 영향

심수진; 윤제용

doi:10.4491/ksee.2016.38.12.647

이산화납 전극 제조 시 전기화학적 증착인자가 수산화라디칼 발생에 미치는 영향
Effects of Electrodeposition Parameters on Electrochemical Hydroxyl Radical Evolution of PbO2 Electrode 원문보기

대한환경공학회지 = Journal of Korean Society of Environmental Engineers, v.38 no.12, 2016년, pp.647 - 655

심수진 (서울대학교 아시아에너지환경지속가능발전연구소) , 윤제용 (서울대학교 아시아에너지환경지속가능발전연구소)

초록
AI-Helper

Lead dioxide ($PbO_2$)는 전기화학적 고도산화공정(electrochemical advanced oxidation process, EAOP)에서 hydroxyl radical ($^{\bullet}OH$) 발생에 기반한 유기오염물 분해에 효과적인 전극물질이다. $PbO_2$ 전극의 대표적인 제조방법인 전기화학적 증착법(electrodeposition)의 주요 인자로는 전류/전압세기, 온도, 반응시간, Pb(II)의 농도, 전해질 종류 및 농도가 있다. 본 연구에서는 $Ti/PbO_2$ 산화전극을 전기화학적 증착법을 통해 전류인가 시간, 전류밀도, 온도, $HNO_3$ 전해질 농도를 각각 조절하여 제조하였고, $^{\bullet}OH$ 검출물질인 p-Nitrosodimethylaniline (RNO)의 전기화학적 탈색 측면에서 $^{\bullet}OH$ 발생에 대한 $PbO_2$ 증착인자의 영향을 조사하였다. 주요 결과로, $PbO_2$의 $^{\bullet}OH$ 발생 성능은 $PbO_2$ 증착과정에서 대체로 전류인가 시간이 길어질수록(1-90 min), 전류밀도가 감소할수록($0.5-50mA/cm^2$), 증착온도가 증가할수록($5-65^{\circ}C$), $HNO_3$ 전해질 농도(0.01-1.0 M)가 감소할수록 향상되었다. 특히, 0.01 M의 낮은 $HNO_3$ 농도 상에서 $20mA/cm^2$ 전류를 10분 이상 인가하여 증착시킨 $PbO_2$에서$^{\bullet}OH$ 발생이 가장 촉진되었다. RNO 탈색속도 측면에서 가장 성능이 좋은 $PbO_2$와 저조한 $PbO_2$ 사이에 최대 41% 정도 차이가 나타났다. $PbO_2$의$^{\bullet}OH$ 발생 성능을 결정짓는 특성으로 $PbO_2$ 층 전도도, Ti 기판 산화, $PbO_2$ 결정크기를 고려한 결과, $PbO_2$ 층의 전도도 및 Ti 기판의 산화가 $^{\bullet}OH$ 발생에 주요하게 영향을 미치는 것으로 확인되었다. $PbO_2$ 층의 전도도 향상과 Ti 표면 산화 억제로 인한 $Ti/PbO_2$ 계면에서 전도도 향상이 $^{\bullet}OH$ 발생을 촉진시키는 효과를 가져왔다. 그리고 일부 전극에서는 표면에서 $PbO_2$ 결정 크기 증가가 $^{\bullet}OH$ 발생을 저감시키는 역할을 하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Lead dioxide ($PbO_2$) is an electrode material that is effective for organic pollutant degradation based on hydroxyl radical ($^{\bullet}OH$) attack. Representative parameters for $PbO_2$ electrodeposition are summarized to current, temperature, reaction time, concentration of Pb(II) and electrolyte agent. In this study, $Ti/PbO_2$ electrodes were fabricated by electrodeposition method under controlled reaction time, current density, temperature, concentration of $HNO_3$ electrolyte. Effects of deposition parameters on $^{\bullet}OH$ evolution were investigated in terms of electrochemical bleaching of p-Nitrosodimethylaniline (RNO). As major results, the $^{\bullet}OH$ evolution was promoted at the $PbO_2$ that was deposited in longer reaction time (1-90 min), lower current density ($0.5-50mA/cm^2$), higher temperature ($5-65^{\circ}C$) and lower $HNO_3$ concentration (0.01-1.0 M). Especially, the $PbO_2$ which was deposited in 0.01 M of lowest $HNO_3$ concentration by applying $20mA/cm^2$ for above 10 min was most effective on $^{\bullet}OH$ evolution. The performance gap between $PbO_2$s that was best and worst in $^{\bullet}OH$ evolution was about 41%. Among the properties of $PbO_2$ related on $^{\bullet}OH$ evolution performance, conductivity of $Ti/PbO_2$ significantly influenced on $^{\bullet}OH$ evolution. The increase in conductivity promoted $^{\bullet}OH$ evolution. In addition, the increase in crystal size of $PbO_2$ interfered $^{\bullet}OH$ evolution at surface of some $PbO_2$ deposits.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

본 연구에서는 전기화학적 증착법으로 Ti/PbO₂ 산화전극을 제조하였고, 제조과정에서 전류인가 시간, 전류밀도, 온도, HNO₃전해질 농도와 같은 증착인자 조절이 ･OH 검출물질인 p-Nitrosodimethylaniline (RNO)의 전기화학적 탈색에 미치는 영향을 조사하였다.
예를 들어,25℃ 항온 조건에서 증착된 PbO2 전극에서 k_obs가 상온(23 ±2℃)에서 증착된 PbO₂에 비해 23% 떨어졌다. 이러한 현상의 원인에 대해서는 ･OH 발생에 영향을 미치는 PbO₂ 특성에 대한 차후 파트에서 더 고찰해보고자 한다.

제안 방법

20 mA/cm2 전류를 0.5 M Pb(NO3)2을 포함한 상온(23 ± 2℃)의 0.1 M HNO3 전해질 상에서 10분동안 인가하는 것을 Ti/PbO2 제조의 기준 증착조건으로 설정하였고, 이로부터 전류인가 시간(1-90 min), 온도(5-65℃),HNO3 전해질 농도(0.01-1.0 M) 증착인자를 각각 조절하여 제조하였다.
21) 그리고 전극의 전도도는 PbO₂ 코팅층의 전도도와 Ti기판 산화로 인한 Ti-PbO₂ 계면에서의 저항 두 가지 측면에서 살펴보았다.
PbO₂ 표면에 대한 RNO의 물질전달한계(mass transport limitation)를 최소화하기 위하여 RNO를 포함한 전해질을 1,000 rpm으로 교반시켰다. 50 mA/cm² 전류 조건은 기존 연구에서 PbO₂의 유기물질 산화능이 명백하게 관찰된 결과에 기반하여 선정하였다.^{6,10~13,19,30~32)}
PbO₂ 전극을 이용한 전기화학적 물 분해 과정에서 전극으로부터 Pb 용출여부를 평가하기 위하여, Pb 최소 검출한계가0.07 ng/L인 유도결합 플라즈마 질량분석기(ICP-MS, ELAN6100, Perkin-Elmer, USA)를 이용하여 전기화학적 RNO 탈색 실험에서 전류인가 후에 전해질 용액 내의 Pb 농도를 측정하였다.
PbO2 층 전도도는 four-point probe system (Mode systems Co. Korea)으로 측정하였고, 증착량은 저울(Explorer®, OhausUSA)로 측정한 Ti 기판 무게와 증착 후 Ti/PbO2 무게 차이를 통해 도출하였다.
UK)로 Ti 기판 표면의 산화정도를 평가하였다. Ti 기판 표면 상의 산소량을 측정하기 위하여 증착을 마친 Ti/PbO₂ 전극에 외부힘을 가하여 PbO₂층을 탈착시켰고, PbO₂ 층이 완전히 떨어져 Pb가 검출되지 않는 지점에서 산소량(at%)을 측정하였다.
전극을 제조하였으며, ･OH 검출물질인 RNO의 전기화학적 탈색 측면에서 증착인자 영향을 조사하였다. 또한 PbO₂전극 성능에 영향을 미치는 것으로 알려져 있는PbO₂ 층의 전도도, Ti 기판에서의 산화층 형성, PbO₂의 결정크기와 같은 PbO₂ 특성과 ･OH 발생 간의 상관관계에 대해서 고찰하였다.
주사전자현미경(SEM, JSM-6701F, JEOL Japan)은 각 전극의 표면형태를 분석하기 위하여 사용되었다. 또한, SEM에 장착된 에너지분광검출기(EDS, INCA Energy, Oxford Instruments Analytical Ltd. UK)로 Ti 기판 표면의 산화정도를 평가하였다. Ti 기판 표면 상의 산소량을 측정하기 위하여 증착을 마친 Ti/PbO₂ 전극에 외부힘을 가하여 PbO₂층을 탈착시켰고, PbO₂ 층이 완전히 떨어져 Pb가 검출되지 않는 지점에서 산소량(at%)을 측정하였다.
모든 PbO₂ 전극은 정전류 조건의 전기화학적 증착법으로 제조하였고, HNO₃ 전해질 상에서 전류인가 시간, 전류밀도, 온도, HNO₃전해질 농도 증착인자를 각각 조절하여 제작하였다. PbO₂ 증착에 앞서, 기판으로 사용한 Ti 호일(30 mm× 20 mm × 0.
본 연구에서는 전기화학적 증착법으로 전류인가 시간, 전류밀도, 온도, HNO₃ 전해질 농도로 구성된 증착인자를 조절하여 PbO₂ 전극을 제조하였으며, ･OH 검출물질인 RNO의 전기화학적 탈색 측면에서 증착인자 영향을 조사하였다. 또한 PbO₂전극 성능에 영향을 미치는 것으로 알려져 있는PbO₂ 층의 전도도, Ti 기판에서의 산화층 형성, PbO₂의 결정크기와 같은 PbO₂ 특성과 ･OH 발생 간의 상관관계에 대해서 고찰하였다.
상온(23 ± 2℃)의 2 × 10-5M RNO를 포함한 0.2 M KH2PO4 (pH 7.1)의 전해질에 50mA/cm2의 전류를 600초 동안 인가하면서 반응시간에 따라 채취한 RNO 시료의 흡광도를 UV spectrophotometer(Hewlett- Packard 8453, USA)로 측정하였다.
전극 분석방법으로 먼저 PbO₂의 결정구조는 X-선 회절분석기(XRD, D-MAX2500-PC, Rigaku Co. Japan)를 이용하여 분석하였다. PbO₂ 전극의 실제표면적을 나타내는 결정크기는 도출된 XRD 분석 결과에서 가장 강도가 높은 피크에 대해 다음 Scherrer 식을 적용하여 계산하였다(식 (1)).
전기화학적 증착법으로 제조한 PbO₂의 ･OH 발생 성능에 영향을 미치는 전극 특성으로 PbO₂의 전기촉매적 활성 차이를 가져오는 것으로 알려진 전극의 전도도와 실제표면적측면에서 증착인자와 RNO 탈색 간의 상관관계를 살펴보았다.²¹⁾ 그리고 전극의 전도도는 PbO₂ 코팅층의 전도도와 Ti기판 산화로 인한 Ti-PbO₂ 계면에서의 저항 두 가지 측면에서 살펴보았다.
전기화학적 증착법으로 제조한 Ti/PbO₂ 전극의 ･OH 발생성능은 p-Nitrosodimethylaniline (RNO)의 전기화학적 탈색을 통해 평가하였다. RNO는 ･OH의 지표물질(probe compound)로 널리 적용되어온 물질로, 440 nm의 가시광 영역에서 강한 흡수대역을 보인다.
25 mm)는 600# 사포로 연마한 후, 끓는 10%oxalic acid에서 5분 동안 에칭시켰다. 전처리를 거친 Ti 호일은 증류수로 세척하고 질소 가스로 건조시킨 뒤, Ti 기판의 한쪽 면에만 PbO₂가 증착되도록 한쪽 면을 에폭시 레진으로 실링하였다. PbO₂ 증착은 무격막 전기화학셀(V = 100mL)에서 수행되었다.

대상 데이터

PbO2 전극은 working geometric area 기준 6 cm2 (20 mm × 30 mm)의 산화전극으로 사용되었고, 환원전극으로는 같은 크기의 SUS 316을 사용하였다.
PbO₂ 증착은 무격막 전기화학셀(V = 100mL)에서 수행되었다. Ti 기판은 산화전극으로, 스테인레스스틸(SUS316)은 환원전극으로 각각 적용하였고, 두 전극간거리는 2.5 cm였다. 20 mA/cm² 전류를 0.
본 실험에 사용된 모든 시약(Sigma-Aldrich Co. USA)은 reagent grade 등급 이상으로 추가 정제 없이 사용하였다.PbO₂ 증착 및 산화제 발생을 위한 전해질 용액은 Millipore purification system (Mili-Q Direct 8, USA)을 통해 정제된 증류수를 이용하여 제조하였다.
증착을 마친 Ti/PbO₂ 전극들은 증류수로 세척한 뒤, 질소가스로 건조시켰다. 전류 인가에는 Laboratory DC powersupply (UDP-150I, Unicorn Tech Co., Korea)를 사용하였고, 온도 조절에는 항온조(Model RW-2025G, JEIO TECH,Korea)를 사용하였다.
제조된 Ti/PbO₂전극의 전기화학적 RNO 탈색은 100 mL의 산화전극 영역과 50 mL의 환원전극 영역이 Nafion 117양이온 교환막(Sigma-Aldrich Co., USA)으로 나뉘어진 격막셀에서 조사되었다. PbO₂ 전극은 working geometric area 기준 6 cm² (20 mm × 30 mm)의 산화전극으로 사용되었고, 환원전극으로는 같은 크기의 SUS 316을 사용하였다.

이론/모형

Japan)를 이용하여 분석하였다. PbO₂ 전극의 실제표면적을 나타내는 결정크기는 도출된 XRD 분석 결과에서 가장 강도가 높은 피크에 대해 다음 Scherrer 식을 적용하여 계산하였다(식 (1)).
5는 ･OH 발생에 대한 PbO₂ 실제표면적의 영향을 알아보기 위하여, PbO₂결정크기와 RNO 탈색의 k_obs의 상관관계를 증착인자 별로 나타낸 것이다. PbO₂의 결정크기는 실험방법에 명시한 바와 같이 Fig. 1의 XRD 분석결과로부터 관찰된 가장 강도가 높은 피크에 대해서 Scherrer 식을 적용하여 계산하였다(식 (1)). PbO₂ 결정크기는 전기화학 반응에 참여하는 실제 표면적, 즉 활성지점 수를 결정짓는 인자로써, 결정크기가 작아질수록 PbO₂ 층의 구조가 조밀하게 형성되고 실제표면적이 증가하여 전극의 전기촉매적 활성이 향상되는 효과를 가져온다.
주사전자현미경(SEM, JSM-6701F, JEOL Japan)은 각 전극의 표면형태를 분석하기 위하여 사용되었다. 또한, SEM에 장착된 에너지분광검출기(EDS, INCA Energy, Oxford Instruments Analytical Ltd.

성능/효과

먼저 전류인가 시간을 조절하여 증착시킨 PbO₂의 표면구조를 살펴보면(Fig. 2(a)), Ti 기판 표면상에 PbO₂ 입자의 형성과 확산을 거쳐 전류를 인가한지 10분 후에 완전한 PbO₂ 층이 형성되었고, 그 이후로 90분까지 결정이 성장하여 PbO₂ 입자 크기가 증가하였다. 이 과정에서 증착시간 90분까지 PbO₂의 증착량은 131.
의 ･OH 발생을 저감시켰다. 0.5-20 mA/cm²에서 증착한 PbO₂ 전극들 사이에서는 k_obs값들 사이에 큰 차이가 없었던 반면에 50mA/cm²에서 제조한 PbO₂에서 k_obs값이 30% 가량 감소하였다.
1,2) 전기화학적 산화제발생에는 전극물질, 전해질 조성, pH, 온도, 전기화학 셀 구조 등 전기화학 시스템 내에서 여러 가지 영향인자들이 영향을 미친다. 특히 전극물질은 산화제 종류와 산화제와의상호작용, 그리고 그로 인한 유기오염물질 분해 및 살균 성능을 결정짓는 가장 중요한 인자로 알려져 왔다.
전극 활성물질 층의 전도도 증가는 층 내에서의 전자 전달(electron transfer)을 원활히 함으로써 전기촉매적 활성을 향상시키는 역할을 한다.²¹⁾ 증착인자에 따라서는 PbO₂의 전도도-k_obs의 추세선(fitting curve)에 기울기 차이가 발생함을 확인할 수 있었다.온도를 조절하여 제조한 PbO₂에서는 RNO 탈색에 대한PbO₂ 전도도의 영향이 상대적으로 떨어지는 것으로 나타났다.
이러한 반응속도 경향은 RNO 탈색반응이 PbO₂ 표면 상에서 일어났기 때문에 나타난 것으로 해석할 수 있다.³⁴⁾ RNO 탈색반응이 PbO₂표면에서 일어나는 경우에 PbO₂표면에 접촉할 수 있는 RNO 분자 수가 일정하므로, RNO의 농도가 증가해도 반응속도에 영향을 주지 않고 영차반응으로 나타난다. 즉 영차반응에서 일차반응으로 전환은 RNO농도가 높은 반응 초기에는 PbO₂ 표면에서의 활성점(activesite)이 RNO로 포화상태를 이루다가, RNO 농도가 감소하면서 발생한 것으로 해석할 수 있다.
7,8) 전기화학적으로 발생된 ･OH의 강한 산화력에 기반하여 PbO₂전극은 다양한 수중 유기오염물질에 대해 강력한 분해 성능을 가진다.^6,9~19)수처리용 전극물질로써 PbO₂는 독성문제를 가지고 있으나, 효과적인 유기물 산화와 함께 경제성, 간편한 제조과정, 높은 전도성과 화학적 안정성, 높은 산소발생과 전압과 같은 이점으로 꾸준히 연구되어 왔다.
PbO₂의 증착과정에서 전류인가 시간이 길어질수록(1-9min), 전류밀도가 낮아질수록(0.5-50 mA/cm²), 온도가 높아질수록(5-65℃), HNO₃ 전해질 농도가 감소할수록(0.01-1.0M) PbO₂의 ･OH 발생에 의한 RNO 탈색이 촉진되었다. 특히, 0.
01 M의 낮은 HNO₃ 전해질 농도 상에서 20 mA/cm²전류를 10분 이상 인가하여 제조한 PbO₂의 RNO 탈색 속도가 가장 높게 나타났다. RNO 탈색 속도가 가장 빠른 전극과 느린 PbO₂ 전극 사이에 성능 차이는 약 41% 정도로 확인되었다. 전기화학적 증착법으로 제조한 Ti/PbO₂ 전극의 ･OH 발생 성능은 전극의 전도도와 밀접한 관련성을 보여, PbO₂ 층의 전도성이 증가하고 Ti 기판의 산화작용이 억제될수록 RNO 탈색이 촉진되었다.
RNO 탈색을 위한 전류인가가 종료된 후 전해질 용액에 대하여 ICP-MS로 Pb 용출농도를 분석한 결과, 최소 검출한계인 0.07 ng/L 상에서는 Pb가 검출되지 않았다. RNO가 탈색되는 과정 동안에는 PbO₂의 안정성을 확인하였지만 600초의 짧은 전류인가 시간이었기에, 향후 PbO₂ 전극의 실제적용을 위해서는 장기적인 안정성이 재평가되어야 할 것이다.
XRD 패턴에서 나타난 피크 중 대부분이 β상 PbO2의 피크와 일치하였으며, 강도가 가장 강한 주요 회절피크도 모두 β상으로 나타났다.
33px;">2의 표면적 감소가 반영된 결과인 것으로 해석할 수 있다. 결과적으로 증착온도의 증가에 따른 PbO₂표면적의 현저한 감소는 다른 증착인자와 비교하여 전반적으로 ･OH 발생 촉진을 둔화시키는 결과를 가져온 것으로 사료된다(Table 1).
그리고 증착온도에 따른 O3 발생 성능 증가는 PbO2의 XRD 분석 결과, β-PbO2 결정구조의 발달에 의한 것으로 해석되었다.
먼저, 증착시간이 길어짐에 따라 한계범위 내에서 RNO탈색속도가 빨라졌다. 증착시간 5-10분을 기점으로 RNO 탈색 속도가 약 30% 상승하였고, 그 이후로는 증착시간이 길어져도 k_obs에 큰 변화가 나타나지 않았다.
4(b)는 증착과정에서 Ti 기판 산화로 인한 Ti-PbO₂ 계면의 전도도 저감이 ･OH 발생에 미치는 영향을 증착 후 Ti기판 표면에 생성된 산소량(at%)과 RNO 탈색의 k_obs(M s^-1)의 관계로 나타내고 있다. 모든 PbO₂ 증착인자 상에서 Ti기판 표면의 산화로 산소량이 증가할수록 k_obs가 감소하는 양상이 나타났다. Ti 기판의 산화로 형성된 TiO₂는 전자전도(electron conduction)의 장애물인 저항으로 작용하고 전기화학 반응을 제한하여 전극 활성을 저감시키는 대표적인 특성이다.
1에서 모든 PbO₂ 전극 중에 60℃에서 제조한 PbO₂에서 β-PbO₂ 결정구조의 발달이 가장 두드러졌음에도 불구하고, RNO 탈색 속도는 중간 정도에 속하기 때문이다. 오히려 온도를 조절하여 증착한 PbO₂전극들은 전반적으로 전류인가 시간, 전류밀도, HNO₃ 전해질 농도를 조절하여 제조한 PbO₂ 전극들과 비교하여 k_obs가 떨어지는 것으로 나타났다. 예를 들어,25℃ 항온 조건에서 증착된 PbO2 전극에서 k_obs가 상온(23 ±2℃)에서 증착된 PbO₂에 비해 23% 떨어졌다.
²¹⁾ 증착인자에 따라서는 PbO₂의 전도도-k_obs의 추세선(fitting curve)에 기울기 차이가 발생함을 확인할 수 있었다.온도를 조절하여 제조한 PbO₂에서는 RNO 탈색에 대한PbO₂ 전도도의 영향이 상대적으로 떨어지는 것으로 나타났다. 이러한 결과는 PbO₂ 전극 활성에 영향을 미칠 수 있는 또 다른 특성인 전극 실제표면적의 영향이 복합적으로 반영된 결과일 것으로 추정되며, 이에 대해서는 Fig.
관계에서는 기호들이 무작위하게 흩어져 결정크기의 영향이 있다고 보기 어렵다. 온도와 HNO₃ 전해질 농도를 조절하여 증착한 PbO₂에서는 결정크기 증가와 함께 k_obs가 명확하게 증가하여, 기존에 알려져 있는 결정크기-전극활성 관계와 반대되는 결과를 보였다. 특히 온도를 조절하여 증착한 PbO₂ 간에 결정 크기 차이가 최대 20 nm 정도로 가장 크게 나타났고, 그로 인하여 증착온도 증가와 함께 전극 표면에서 PbO₂ 입자크기의 현저한 증가를 관찰할 수 있었다(Fig.
RNO 탈색 속도가 가장 빠른 전극과 느린 PbO₂ 전극 사이에 성능 차이는 약 41% 정도로 확인되었다. 전기화학적 증착법으로 제조한 Ti/PbO₂ 전극의 ･OH 발생 성능은 전극의 전도도와 밀접한 관련성을 보여, PbO₂ 층의 전도성이 증가하고 Ti 기판의 산화작용이 억제될수록 RNO 탈색이 촉진되었다. 또한, 일부 전극에서는 PbO₂ 결정크기의 현저한 증가로 인한 실제표면적 저감이 ･OH 발생을 저하시키는 작용을 하였다.
먼저, 증착시간이 길어짐에 따라 한계범위 내에서 RNO탈색속도가 빨라졌다. 증착시간 5-10분을 기점으로 RNO 탈색 속도가 약 30% 상승하였고, 그 이후로는 증착시간이 길어져도 k_obs에 큰 변화가 나타나지 않았다. 앞선 표면구조 및 증착량 변화(Fig.
증착온도에 대해서는 5-65℃까지 온도를 증가시킴에 따라PbO₂의 k_obs값이 꾸준히 증가하였고, PbO₂의 k_obs 사이에 최대 25% 차이가 나타났다. 이러한 결과는 전기화학적으로 발생한 ･OH이 O₂와의 반응을 통해 O₃로 전환된다는 전제하에,³⁸⁾ 증착온도 증가가 PbO₂의 O₃ 발생효율 촉진을 가져온다고 보고한 Velichenko 등²⁵⁾의 연구결과와 일치한다.
5 mg/cm²로 일정하게 증가하였다. 증착온도와 HNO₃ 전해질 농도 측면에서는 온도가 증가할수록, HNO₃ 전해질 농도가 감소할수록 PbO₂입자 크기가 확연하게 증가하는 것으로 나타났다(Fig. 2(c),2(d)).
증착인자 조절 하에 증착시킨 PbO2의 XRD분석 결과, 모든 PbO2에서 주로 β상으로 이루어진 α + β 혼합 결정구조가 나타났다.
온도와 HNO₃ 전해질 농도를 조절하여 증착한 PbO₂에서는 결정크기 증가와 함께 k_obs가 명확하게 증가하여, 기존에 알려져 있는 결정크기-전극활성 관계와 반대되는 결과를 보였다. 특히 온도를 조절하여 증착한 PbO₂ 간에 결정 크기 차이가 최대 20 nm 정도로 가장 크게 나타났고, 그로 인하여 증착온도 증가와 함께 전극 표면에서 PbO₂ 입자크기의 현저한 증가를 관찰할 수 있었다(Fig. 2). 앞서 Fig.
0M) PbO₂의 ･OH 발생에 의한 RNO 탈색이 촉진되었다. 특히, 0.01 M의 낮은 HNO₃ 전해질 농도 상에서 20 mA/cm²전류를 10분 이상 인가하여 제조한 PbO₂의 RNO 탈색 속도가 가장 높게 나타났다. RNO 탈색 속도가 가장 빠른 전극과 느린 PbO₂ 전극 사이에 성능 차이는 약 41% 정도로 확인되었다.
특히, 전기화학적 증착으로 제조한 모든 PbO2를 통틀어 0.01 M HNO3 상에서 증착한 PbO2에서 5.1 × 10-8 M s-1로 가장 높은 kobs를 보였다.

후속연구

07 ng/L 상에서는 Pb가 검출되지 않았다. RNO가 탈색되는 과정 동안에는 PbO₂의 안정성을 확인하였지만 600초의 짧은 전류인가 시간이었기에, 향후 PbO₂ 전극의 실제적용을 위해서는 장기적인 안정성이 재평가되어야 할 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	대표적인 EAOP용 전극으로 무엇이 있는가?	특히 전극물질은 산화제 종류와 산화제와의상호작용, 그리고 그로 인한 유기오염물질 분해 및 살균 성능을 결정짓는 가장 중요한 인자로 알려져 왔다.3,4) 대표적인 EAOP용 전극으로는 ruthenium oxide (RuO2), iridiumoxide (IrO2), tin oxide (SnO2), PbO2, 보론도핑다이아몬드(boron-doped diamond, BDD) 등이 있으며, 이러한 전극들은 크게 염소계열 산화제 발생 전극과 물 분해를 통한 활성산소종 발생 전극으로 분류할 수 있다.4)
	PbO2의 전기화학적 증착법은 무엇인가?	PbO2 전극의 제조법에는 크게 열분해법(thermal decomposition),전기화학적 증착법(electrodeposition)이 있으며, 이중에 전기화학적 증착법이 주로 사용되어오고 있다.20) PbO2의 전기화학적 증착법은 반응조에 산화전극으로 적용한 금속 기판 상에 Pb(II) 이온을 포함한 용액에서 전기화학 반응을 통해 PbO2를 코팅하는 방법이다.21) 증착과정에 관여하는 주요인자로는 Pb(II) 농도와 전해질 종류 및 농도, 전압/전류 세기, pH, 온도 등이 있다.
	PbO2 층에 물리화학적 특성 변화를 가져오는 인자는 무엇인가?	20) PbO2의 전기화학적 증착법은 반응조에 산화전극으로 적용한 금속 기판 상에 Pb(II) 이온을 포함한 용액에서 전기화학 반응을 통해 PbO2를 코팅하는 방법이다.21) 증착과정에 관여하는 주요인자로는 Pb(II) 농도와 전해질 종류 및 농도, 전압/전류 세기, pH, 온도 등이 있다. 증착과정에서 인자 조절은 PbO2 층에 물리화학적 특성 변화를 가져온다.

참고문헌 (43)

Jeong, J., Kim, J. Y. and Yoon, J., "The Role of Reactive Oxygen Species in the Electrochemical Inactivation of Microorganisms," Environ. Sci. Technol., 40(19), 6117-6122 (2006).

상세보기
Martinez-Huitle, C. A. and Ferro, S., "Electrochemical oxidation of organic pollutants for the wastewater treatment: direct and indirect processes," Chem. Soc. Rev., 35(12), 1324-1340 (2006).

상세보기
Jeong, J., Kim, C. and Yoon, J., "The effect of electrode material on the generation of oxidants and microbial inactivation in the electrochemical disinfection processes," Water Res., 43(4), 895-901(2009).

상세보기
Panizza, M. and Cerisola, G., "Direct And Mediated Anodic Oxidation of Organic Pollutants," Chem. Rev., 109(12), 6541-6569(2009).

상세보기
Cao, J., Zhao, H., Cao, F., Zhang, J. and Cao, C., "Electrocatalytic degradation of 4-chlorophenol on F-doped $PbO_2$ anodes," Electrochim. Acta., 54(9), 2595-2602(2009).

상세보기
Martinez-Huitle, C. A., Quiroz, M. A., Comninellis, C., Ferro, S. and Battisti, A. D., "Electrochemical incineration of chloranilic acid using $Ti/IrO_2$ , Pb/ $PbO_2$ and Si/BDD electrodes," Electrochim. Acta., 50(4), 949-956(2004).

상세보기
Babak, A. A., Amadelli, R., De Battisti, A., Fateev, V. N., "Influence of anions on oxygen/ozone evolution on $PbO_2$ /spe and $PbO_2$ /Ti electrodes in neutral pH media," Electrochim. Acta., 39(11-12), 1597-1602(1994).

상세보기
Da Silva, L. M., De Faria, L. A. and Boodts, J. F. C., "Green processes for environmental application Electrochemical ozone production," Pure. Appl. Chem., 73(12), 1871-1884(2001).

상세보기
Aquino, J. M., Pereira, G. F., Rocha-Filho, R. C., Bocchi, N. and Biaggio, S. R., "Electrochemical degradation of a real textile effluent using boron-doped diamond or ${\beta}-PbO_2$ as anode," J. Hazard. Mater., 192(3), 1275-1282(2011).

상세보기
Ciriaco, L., Anjo, C., Correia, J., Pacheco, M. J. and Lopes, A., "Electrochemical degradation of Ibuprofen on Ti/Pt/ $PbO_2$ and Si/BDD electrodes," Electrochim. Acta., 54(5), 1464-1472(2009).

상세보기
Flox, C., Arias, C., Brillas, E. and Savall, A., "Groenen-Serrano, K., Electrochemical incineration of cresols: A comparative study between $PbO_2$ and boron-doped diamond anodes," Chemosphere., 74(10), 1340-1347(2009).

상세보기
Gherardini, L., Michaud, P. A., Panizza, M., Comninellis, C. and Vatistas, N., "Electrochemical Oxidation of 4-Chlorophenol for Wastewater Treatment: Definition of Normalized Current Efficiency ( $\Phi$ )," J. Electrochem. Soc., 148(6), D78-D82(2001).

상세보기
Hmani, E., Chaabane Elaoud, S., Samet, Y. and Abdelhedi, R., "Electrochemical degradation of waters containing OToluidine on $PbO_2$ and BDD anodes," J. Hazard. Mater., 170(2-3), 928-933(2009).

상세보기
Martinez-Huitle, C. A., De Battisti, A., Ferro, S., Reyna, S., Cerro-Lopez, M. and Quiro, M. A., "Removal of the Pesticide Methamidophos from Aqueous Solutions by Electrooxidation using Pb/ $PbO_2$ , $Ti/SnO_2$ , and Si/BDD Electrodes," Environ. Sci. Technol., 42(18), 6929-6935(2008).

상세보기
Panizza, M. and Cerisola, G., "Influence of anode material on the electrochemical oxidation of 2-naphthol: Part 1. Cyclic voltammetry and potential step experiments," Electrochim. Acta., 48(23), 3491-3497(2003).

상세보기
Panizza, M., Cerisola, G., "Electrochemical Oxidation as a Final Treatment of Synthetic Tannery Wastewater," Environ. Sci. Technol., 38(20), 5470-5475(2004).

상세보기
Panizza, M. and Cerisola, G., "Electrochemical Degradation of Methyl Red Using BDD and $PbO_2$ Anodes," Ind. Eng. Chem. Res., 47(18), 6816-6820(2008).

상세보기
Sires, I., Brillas, E., Cerisola, G. and Panizza, M., "Comparative depollution of mecoprop aqueous solutions by electrochemical incineration using BDD and $PbO_2$ as high oxidation power anodes," J. Electroanal. Chem., 613(2), 151-159(2008).

상세보기
Zhu, X., Tong, M., Shi, S., Zhao, H. and Ni, J., "Essential Explanation of the Strong Mineralization Performance of Boron-Doped Diamond Electrodes," Environ. Sci. Technol., 42(13), 4914-4920(2008).

상세보기
Carr, J. P. and Hampson, N. A., "Lead dioxide electrode," Chem. Rev., 72(6), 679-703(1972).

상세보기
Li, X., Pletcher, D. and Walsh, F. C., "Electrodeposited lead dioxide coatings," Chem. Soc. Rev., 40(7), 3879-3894(2011).

상세보기
Mohd, Y. and Pletcher, D., "The Influence of Deposition Conditions and Dopant Ions on the Structure, Activity, and Stability of Lead Dioxide Anode Coatings," J. Electrochem. Soc., 152(6), D97-D102(2005).

상세보기
Munichandraiah, N., "Physicochemical properties of electrodeposited ${\beta}$ - lead dioxide: Effect of deposition current density," J. Appl. Electrochem., 22(9), 825-829(1992).

상세보기
Sires, I., Low, C. T. J., Ponce-de-Leon, C. and Walsh, F. C., "The characterisation of $PbO_2$ -coated electrodes prepared from aqueous methanesulfonic acid under controlled deposition conditions," Electrochim. Acta., 55(6), 2163-2172(2010).

상세보기
Velichenko, A. B., Amadelli, R., Benedetti, A., Girenko, D. V., Kovalyov, S. V. and Danilov, F. I., "Electrosynthesis and Physicochemical Properties of $PbO_2$ Films," J. Electrochem. Soc., 149(9), C445-C449(2002).

상세보기
Comninellis, C., "Electrocatalysis in the electrochemical conversion/ combustion of organic pollutants for waste water treatment," Electrochim. Acta., 39(11-12), 1857-1862(1994).

상세보기
Wabner, D. and Grambow, C., "Reactive intermediates during oxindation of water lead dioxide and platinum electrodes," J. Electroanal. Chem. Interf. Electrochem., 195(1), 95-108 (1985).

상세보기
Muff, J., Bennedsen, L. R. and Sogaard, E. G., "Study of electrochemical bleaching of p-nitrosodimethylaniline and its role as hydroxyl radical probe compound," J. Appl. Electrochem., 41(5), 599-607(2011).

상세보기
Simonsen, M. E., Muff, J., Bennedsen, L. R., Kowalski, K. P. and Sogaard, E. G., "Photocatalytic bleaching of p-nitrosodimethylaniline and a comparison to the performance of other AOP technologies," J. Photoch. Photobio. A., 216(2-3), 244-249(2010).

상세보기
Andrade, L. S., Rocha-Filho, R. C., Bocchi, N., Biaggio, S. R., Iniesta, J., Garcia-Garcia, V. and Montiel, V., "Degradation of phenol using Co- and Co, F-doped $PbO_2$ anodes in electrochemical filter-press cells," J. Hazard. Mater., 153 (1-2), 252-260(2008).

상세보기
Lin, H., Niu, J., Xu, J., Huang, H., Li, D., Yue, Z. and Feng, C., "Highly Efficient and Mild Electrochemical Mineralization of Long-Chain Perfluorocarboxylic Acids (C9-C10) by $Ti/SnO_2-Sb-Ce$ , $Ti/SnO_2-Sb/Ce-PbO_2$ , and Ti/BDD Electrodes," Environ. Sci. Technol., 47(22), 13039-13046(2013).

상세보기
Weiss, E., Groenen-Serrano, K., Savall, A., "A comparison of electrochemical degradation of phenol on boron doped diamond and lead dioxide anodes," J. Appl. Electrochem., 38(3), 329-337(2008).

상세보기
Mindt, W., "Electrical Properties of Electrodeposited $PbO_2$ Films," J. Electrochem. Soc., 116(8), 1076-1080(1969).

상세보기
Lichtfouse, E., Schwarzbauer, J. and Robert, D., Environmental Chemistry for a Sustainable World: Volume 2: Remediation of Air and Water Pollution, 2012th edition, Springer Netherlands(2014).
Zumdahl, S. S., Zumdahl, S. A., Chemistry: Media Enhanced Edition, 7th ed, Cengage Learning, Boston(2009).
Li, S., Bejan, D., McDowell, M. S., and Bunce, N. J., "Mixed first and zero order kinetics in the electrooxidation of sulfamethoxazole at a boron-doped diamond (BDD) anode," J. Appl. Electrochem., 38(2), 151-159(2008).

상세보기
von Gunten, U., "Ozonation of drinking water: Part I. Oxidation kinetics and product formation," Water Res., 37(7), 1443-1467(2003).

상세보기
Michaud, P. A., Panizza, M., Ouattara, L., Diaco, T., Foti, G. and Comninellis, C., "Electrochemical oxidation of water on synthetic boron-doped diamond thin film anodes," J. Appl. Electrochem., 33(2), 151-154(2003).

상세보기
Shen, P. K. and Wei, X. L., "Morphologic study of electrochemically formed lead dioxide," Electrochim. Acta., 48(12), 1743-1747(2003).

상세보기
Yeo, I. H., Wen, S. and Mho, S. I., "Effect of Interfacial Oxides on the Electrochemical Activity of Lead Dioxide Film Electrodes on a Ti Substrate," Anal. Sci., 26(1), 39-44(2010).

상세보기
Chen, Q., Ai, S., Li, S., Xu, J., Yin, H. and Ma, Q., "Facile preparation of $PbO_2$ electrode for the electrochemical inactivation of microorganisms," Electrochem. Commun., 11(11), 2233-2236(2009).

상세보기
Liu, H., Liu, Y., Zhang, C. and Shen, R., "Electrocatalytic oxidation of nitrophenols in aqueous solution using modified $PbO_2$ electrodes," J. Appl. Electrochem., 38(1), 101-108(2008).

상세보기
Liu, Y. and Liu, H., "Comparative studies on the electrocatalytic properties of modified $PbO_2$ anodes," Electrochim. Acta., 53(16), 5077-5083(2008).

상세보기

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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