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수열합성법에 의한 광촉매 제조 및 Brilliant Blue FCF 분해 성능
Preparation of Photocatalysts by Hydrothermal Precipitation Method and Their Photocatalytic Performance of Brilliant Blue FCF 원문보기

Korean chemical engineering research = 화학공학, v.54 no.2, 2016년, pp.152 - 156  

김석현 (부경대학교 화학공학과) ,  정상구 (부경대학교 화학공학과) ,  나석은 (부경대학교 화학공학과) ,  구수진 (부경대학교 방위과학연구소) ,  주창식 (부경대학교 화학공학과)

초록
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Brilliant blue FCF에 대한 분해 특성이 우수한 광촉매를 제조하는 연구를 수행하였다. 먼저 전구체인 titanium (IV) sulfate와 zinc acetate에 침전제로 각각 NaOH, $NH_4OH$를 첨가하여 비교적 낮은 온도와 상압에서 중간상 형성 없이 1단계의 수열합성법으로 $TiO_2$와 ZnO를 제조하였다. $TiO_2$의 경우 제조과정에 양이온성 계면활성제인 CTAB을 첨가하여 제조하기도 하였다. 제조된 $TiO_2$와 ZnO의 결정성, 입자크기, 흡광도 등과 같은 물리적 특성을 확인하기 위해 XRD, Zeta-potential meter, DRS 등을 사용하여 분석하였다. 광촉매적 특성을 확인하기 위해 회분식 반응장치를 이용하여 UV 조사 하에서 brilliant blue FCF의 광분해 특성을 조사하였다. CTAB을 첨가하지 않은 경우, $TiO_2$가 ZnO보다 입자가 작고 흡광도와 광촉매 반응의 초기속도가 큰 것을 확인할 수 있었다. 그리고 동일한 제조조건에서 CTAB을 전구체인 $Ti(SO_4)_2$ 농도의 1/10 첨가하여 제조한 $TiO_2$는 CTAB을 첨가하지 않은 것보다 brilliant blue FCF의 최종 제거율이 약 15% 정도 우수하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Experimental research on the preparation of photocatalyst for the decomposition of brilliant blue FCF ($C_{37}H_{31}O_9N_2S_3Na_2$) was performed. $TiO_2$ and ZnO powders were prepared from titanium (IV) sulfate and zinc acetate at low reaction temperature and atmospheric press...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • TiO2가 ZnO보다 광촉매로서의 성능이 우수한 것으로 판단된 이러한 결과를 바탕으로, 계면활성제 CTAB을 사용하여 TiO2의 물성을 개선하는 연구를 수행하였다.
  • 본 연구에서는 TiO2의 광촉매 성능을 증진시킬 목적으로, TiO2의 수열합성 과정에 계면활성제 CTAB을 첨가하여 입자들의 응집을 억제시켜 광촉매의 비표면적과 흡광도를 조절하는 실험을수행하였다. 이를 통하여 생성되는 TiO2의 brilliant blue FCF에 대한 광분해 성능도 조사하였다.
  • 본 연구에서는 brilliant blue FCF에 대한 광분해 성능이 우수한 광촉매를 제조하는 공정을 개발할 목적으로 titanium (IV) sulfate (Ti(SO4)2)와 zinc acetate (Zn(CH3COO)2)를 전구체로 사용하여 비교적 낮은 온도와 상압에서 수열합성법으로 TiO2와 ZnO를 제조하였고, 제조된 TiO2와 ZnO의 물리적 특성을 조사하였다. 그리고 계면활성제(CTAB)을 첨가하여 TiO2를 제조하여 계면활성제의 첨가가 생성되는 입자의 물성에 미치는 영향을 조사하였으며, brilliant blue FCF 광분해 실험을 통하여 광촉매 성능을 비교 검토하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
광촉매 제조법에는 무엇이 있는가? 광촉매는 sol-gel법, microemulsion법, 열증착법, 수열합성법, 화학기상증착법, 기상법, solventhemal법, 침전제적하법, 고분자 첨가법 등과 같은 다양한 방법으로 제조될 수 있다. 이들 제조방법 중에서 수열합성법은 비정질 형태의 전구체를 고온, 고압에서 가열하여 입자의 응집 없이 일정한 결정상을 얻을 수 있는 장점을 가지고 있어, 광촉매 제조에 많이 활용되고 있다.
본 연구에서 제조한 광촉매들의 brilliant blue FCF에 대한 광분해 성능 실험에서 TiO2의 경우 CTAB을 첨가했을 때 성능이 올라간 이유는? 050 M 첨가하여 제조하면 brilliant blue FCF에 대한 광분해 성능이약 15% 정도 향상되는 것으로 나타나있다. 이러한 결과는 광촉매 제조과정에 첨가된 CTAB이 침전되는 입자의 응집을 방해함으로써 생성되는 광촉매의 입자크기를 감소시켜 비표면적을 증가시킬 뿐 아니라 흡광도도 증가시켜 광촉매 성능을 향상시킨 것으로 판단된다.
광촉매 반응을 이용하는 수처리 방법의 장점은? 광촉매 반응을 이용하는 수처리 방법은 수중에서 오염물질을 직접 분해 처리하는 고도 산화처리 기술의 일종으로, 2차 오염물질의 생성이 거의 없어 공정이 비교적 간단하다. 더욱이 독성이 강하고, 생물학적으로 저항성이 강한 유기화합물들을 효과적으로 처리할 수 있다는 장점도 가지고 있다[4]. 뿐만 아니라 상온 및 상압에서 처리가 가능하고, 온도, pH, 오염물의 농도 등의 영향도 적어 처리조건의 제약이 거의 없다[5].
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참고문헌 (12)

  1. Lee, M. S., Ju, C. S., Lee, G. D. and Hong, S. S., "Effect of the Water/ Surfactant Molar Ratio (W0) on Synthesis of Nanosized $TiO_2/SiO_2$ by W/O Microemulsion and Their Photocatalytic Activity," Korean J. chem. Eng., 41(4), 432-438(2003). 

  2. Chang, H., Ma, J., Zhao, Z. and Qi, L., "Hydrothermal Preparation of Uniform Nanosize Rutile and Anatase Particle," Chem. Mater., 7, 663-671(1995). 

  3. Peng, T., Zhao, D., Dai, K., Shi, W. and Hirao, K., "Synthesis of Titanium Dioxide Nanoparticles with Mesoporous Anatase Wall and High Photocatalytic Activity," J. Phys. Chem. B 109, 4947- 4952(2005). 

  4. Palmisano, L., Augugliaro, V., Schiavello, M. and Sclafani, A., "Influence of Acid-base Properties on Photocatalytic and Photochemical Processes," J. Mol. Catal., 56, 284(1989). 

  5. Ollis, D. F., Pelizzetti, E. and Serpone, E., "Destruction of Water Contaminates," Environ. Sci. Technol., 25(9), 1523(1991). 

  6. Chen, K., Li, J., Wang, W., Zhan,g Y., Wang, X. and Su, H., "Effect of Surfactants on Microstructure and Photocatalytic Activity of $TiO_2$ Nanoparticles Prepared by the Hydrothermal Method," Mat. Sci. in Semiconductor Processing 15, 20-28(2012). 

  7. Jung, M. W. and Kwak, Y. J., "Synthesis and Photoactivity of $SnO_2$ - Doped Anatase-Type $TiO_2$ Powder via Polymerization-Complex Route," J. Korean Ind. Eng. Chem. 17(5), 561-564(2006). 

  8. Liao, D. L. and Liao, B. Q., "Shape, Size and Photocatalytic Activity Control of $TiO_2$ Nanoparticles with Surfactants," J.Photochemistry and Photobiology A: Chemistry 187, 363-369(2007). 

  9. Jeong, S. G., Na, S. E., Kim, S. Y. and Ju, C. S., "Preparation of Zinc Oxide by Hydrothermal Precipitation Method And Their Photocatalytic Characterization," Korean J. Chem. Eng., 50(5), 808-814(2012). 

  10. Kim, S. H., Na, S. E., Kim, S. S., Kim, S. Y. and Ju, C. S., "The Effect of Additives on the Preparation of Nanosized $TiO_2$ Particles," Korean J. Chem. Eng., 51(4), 195-202(2013). 

  11. Na, S. E., Jeong, S. G., Jeong, G. S., Kim, S. Y. and Ju, C. S., "Preparation of Zinc Oxide by Hydrothermal Precipitation And Degradation of Tartrazine," Korea Chem. Eng. Res., 49(6), 752-757(2011). 

  12. Liao, D. L. and Liao, B. Q., "Shape, Size and Photocatalytic Activity Control of $TiO_2$ Nanoparticles with Surfactants," J. Photochemistry and Photobiology A: Chemistry 187, 363-369(2007). 

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