선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 반면 대기압유전체배리어방전(atmospheric pressure dielectric barrier discharge; APDBD)은 고체 표면의 유기오염물을 효과적으로 세정할 수 있을 뿐만 아니라 환경유해물질의 생성이 거의 없어 환경 친화적이다.10,11) 따라서 본 연구에서는 산화분해력이 매우 강하고 친수성을 띠고 있어 수용액에서 매우 효과적인 촉매특성을 보이는 대표적인 광촉매인 TiO2 분말을 대상으로 표면오염과 세정에 따른 광분해 특성을 평가하고자 하였다. APDBD를 이용한 표면처리 및 세정처리 된 TiO2 분말을 반복적으로 사용하여 수용액의 유기오염물의 분해 거동을 평가하였다.
제안 방법
- 7에 나타낸 광분해반응의 ln(Co/C)와 광분해시간과의 관계를 나타낸 것이다. 1차 광분해반응 후 회수한 분말을 APDBD 세정처리한 후 2차 광분해반응의 결과도 같이 도시하였다. 그림에서 알 수 있듯이 APDBD 표면처리된 TiO2 분말을 이용한 1차 광분해반응 속도상수는 0.
- 광분해는총 4회를 실시하였다. 1회부터 3회까지 매회 광분해처리 후 용액으로부터 TiO2 분말을 회수하여 APDBD 세정처리를 하고 다음 광분해처리에 재사용하였다. TiO2 분말에 의한 흡착 영향을 배제하기 위하여 Fig.
- 배리어유전체로는 100 × 100 × 2 mm 알루미나를 사용하였으며 구리박판을 두 개의 알루미나 판 한 면에 부착하여 고전압 및 접지 전극으로 하였다. APDBD가 형성되는 두 알루미나 판 사이의 간격은 1 mm로 유지하였으며, 하부 알루미나 판 위에 오염된 TiO2 분말을 얇게 펼쳐 놓았다. APDBD는 30 kHz 교류 전원을 사용하여 4 kV의 전압에서 발생시켰다.
- 10,11) 따라서 본 연구에서는 산화분해력이 매우 강하고 친수성을 띠고 있어 수용액에서 매우 효과적인 촉매특성을 보이는 대표적인 광촉매인 TiO2 분말을 대상으로 표면오염과 세정에 따른 광분해 특성을 평가하고자 하였다. APDBD를 이용한 표면처리 및 세정처리 된 TiO2 분말을 반복적으로 사용하여 수용액의 유기오염물의 분해 거동을 평가하였다.
- 005로 일정하게 공급하였다. APDBD세정처리는 5분씩 4회 처리하였으며, 매회 처리 후 TiO2분말을 잘 섞어준 후 다시 얇게 펼쳐 분말의 표면이APDBD에 잘 노출될 수 있도록 하였다. 세정 처리된 TiO2분말 90 mg을 이용하여 1차와 동일한 조건에서 2차 MB수용액의 광분해 정화를 실시하고 같은 방법으로 오염된 TiO2를 회수하고 세정하였다.
- TiO2 광촉매의 광분해 효율 향상과 촉매의 재사용을 위하여 APDBD를 이용하여 MB로 오염된 광촉매 분말 표면을 세정하고 그 광분해 특성을 평가하였다. APDBD세정 처리된 TiO2는 초기 TiO2 보다 MB 흡착 특성이 우수하였다.
- 1회부터 3회까지 매회 광분해처리 후 용액으로부터 TiO2 분말을 회수하여 APDBD 세정처리를 하고 다음 광분해처리에 재사용하였다. TiO2 분말에 의한 흡착 영향을 배제하기 위하여 Fig. 3에 나타낸 흡착 후 MB 농도를 초기농도(C0)로 하여 광분해 시간에 따른 농도변화를 정규화 하였다. 그림에 나타낸 바와 같이 TiO2 분말을 최초로 사용한 경우보다 APDBD를 이용하여 세정 후 재사용한 경우가 더 빠르게 용액중의 MB 농도를 감소시켰으며, 4시간 후 잔류 MB의양도 적음을 알 수 있다.
- 8 × 10−4mol/L) MB 수용액 150 ml와 90 mg의 TiO2 분말을 250ml 비커에 넣고 메탈램프를 비커 상부에 설치하였다. TiO2 분말을 넣고 광원 없이 교반하여 10초 후에 5 ml를 추출하여 초기 MB의 TiO2 분말 표면 흡착 특성을 평가하였다. 이 후 메탈램프를 광원으로 사용하여 광분해를 실시하였으며 1시간 간격으로 총 4시간까지 각각 용액 5 ml를 추출하여 광분해 정도를 측정하였다.
- 3에 나타내었다. 광원이 없는 상태에서 TiO2 분말을 넣고 10초간 교반한 후에 용액을 추출하여 농도를 측정하였다. 표면상태에 따른 초기 흡착특성을 보기위하여 10초의 짧은 시간동안 교반 후 용액을 추출하였다.
- APDBD세정처리는 5분씩 4회 처리하였으며, 매회 처리 후 TiO2분말을 잘 섞어준 후 다시 얇게 펼쳐 분말의 표면이APDBD에 잘 노출될 수 있도록 하였다. 세정 처리된 TiO2분말 90 mg을 이용하여 1차와 동일한 조건에서 2차 MB수용액의 광분해 정화를 실시하고 같은 방법으로 오염된 TiO2를 회수하고 세정하였다. 세정에 따른 TiO2 분말의 MB 분해 특성을 평가하고자 총 3회의 세정 및 4회의 광분해를 진행하였다.
- 세정 처리된 TiO2분말 90 mg을 이용하여 1차와 동일한 조건에서 2차 MB수용액의 광분해 정화를 실시하고 같은 방법으로 오염된 TiO2를 회수하고 세정하였다. 세정에 따른 TiO2 분말의 MB 분해 특성을 평가하고자 총 3회의 세정 및 4회의 광분해를 진행하였다. 이 과정을 Fig.
- TiO2 분말을 넣고 광원 없이 교반하여 10초 후에 5 ml를 추출하여 초기 MB의 TiO2 분말 표면 흡착 특성을 평가하였다. 이 후 메탈램프를 광원으로 사용하여 광분해를 실시하였으며 1시간 간격으로 총 4시간까지 각각 용액 5 ml를 추출하여 광분해 정도를 측정하였다. 추출된 용액들은 원심분리처리 후 UV-VIS 분광광도계(Shimadzu사, UV-3600)를 이용하여 흡수스펙트럼을 측정하고 664nm 피크를 이용하여 MB의 분해정도를 평가하였다.
- 전계방출형주사전자현미경(FE-SEM, Hitachi SU5000))을 이용하여 MB에 의한 오염 전후 및 APDBD 처리 전후 TiO2 분말의 표면형상을 측정하였다.
- 이 후 메탈램프를 광원으로 사용하여 광분해를 실시하였으며 1시간 간격으로 총 4시간까지 각각 용액 5 ml를 추출하여 광분해 정도를 측정하였다. 추출된 용액들은 원심분리처리 후 UV-VIS 분광광도계(Shimadzu사, UV-3600)를 이용하여 흡수스펙트럼을 측정하고 664nm 피크를 이용하여 MB의 분해정도를 평가하였다.
- 거름종이로 회수 되지 않은 TiO2는 에탄올을 증발시킨 후 회수하였다. 회수된 오염상태의 TiO2는 He/O2 APDBD를 이용하여 오염물의 세정을 진행하였다. Fig.
대상 데이터
- TiO2 분말을 이용한 MB 수용액의 광분해 광원으로는 400 W 메탈할라이드램프(Philips MH400 Cu)를 사용하였다. 외부의 광원이 차단된 조건에서 25 mg/L (2.
- 배리어유전체로는 100 × 100 × 2 mm 알루미나를 사용하였으며 구리박판을 두 개의 알루미나 판 한 면에 부착하여 고전압 및 접지 전극으로 하였다.
- 연구에서는 광촉매로서 anatase상과 rutile상이 혼합된 Degussa P25 TiO2를 사용하였다. 25 mg/L 농도 메틸렌블루(MB) 수용액 150 ml에 90 mg의 TiO2 넣고 4시간동안 교반하며 광분해한 후 MB로 오염된 TiO2를 회수하였다.
이론/모형
- 3에 나타낸 초기 흡착 후 MB 농도이며, C는 시간 t에서의 농도이다. 광촉매를 이용한 광분해반응은 개략적으로 의사일차(pseudo-first-order) 속도론 모델을 따르며, 겉보기 반응속도 상수는 Fig. 5에 나타낸 바와 같이 ln(Co/C)와 광분해시간 그래프의 기울기 값에 해당된다. 광분해반응의 가장 큰 속도상수는 0.
성능/효과
- 광분해와 APDBD 세정 횟수가 증가됨에 따라 광분해반응 겉보기속도상수가 점차 감소하였으나 4회의 광분해반응까지는 초기보다 10 % 이상 큰 값을 보였다. APDBD 표면처리는 TiO2 분말의 표면을 활성화시켜 단시간 내에 효과적으로 수용액 중의 MB를 흡착시킬 수 있었다. 또한 초기부터 APDBD로 활성화 처리된 TiO2 분말을 이용한 경우 광분해반응 겉보기속도상수가 0.
- 24h−1에 비하여 30 % 이상 향상되었다. 광분해와 APDBD 세정 횟수가 증가됨에 따라 광분해반응 겉보기속도상수가 점차 감소하였으나 4회의 광분해반응까지는 초기보다 10 % 이상 큰 값을 보였다. APDBD 표면처리는 TiO2 분말의 표면을 활성화시켜 단시간 내에 효과적으로 수용액 중의 MB를 흡착시킬 수 있었다.
- 즉, MB에 의한 오염이나 APDBD에 의한 세정이 TiO2 분말의 표면상태를 주사전자현미경으로 관찰할 수 있는 범주의 변화가 아님을 알 수 있다. 그러나 초기 TiO2 분말은 백색인 반면 광분해처리 후 오염된 분말은 군청색에 가까운 짙은 파랑색이며, APDBD처리 후에는 옅은 하늘색으로 MB의 오염진행과 세정처리가 되었음을 직관적으로는 관찰할 수 있었다. 일반적으로 산소가 존재하는 APDBD는 유기오염물의 세정에 폭넓게 활용되고 있으며, 산화물 표면에 −OH 기능기를 형성하는 것으로 잘 알려져 있다.
- APDBD세정 처리된 TiO2는 초기 TiO2 보다 MB 흡착 특성이 우수하였다. 또한 세정 처리된 TiO2분말을 이용한 광분해반응 겉보기속도상수는 0.32h−1로 초기 TiO2 분말의 0.24h−1에 비하여 30 % 이상 향상되었다. 광분해와 APDBD 세정 횟수가 증가됨에 따라 광분해반응 겉보기속도상수가 점차 감소하였으나 4회의 광분해반응까지는 초기보다 10 % 이상 큰 값을 보였다.
- APDBD 표면처리는 TiO2 분말의 표면을 활성화시켜 단시간 내에 효과적으로 수용액 중의 MB를 흡착시킬 수 있었다. 또한 초기부터 APDBD로 활성화 처리된 TiO2 분말을 이용한 경우 광분해반응 겉보기속도상수가 0.66h−1으로 175 % 향상된 결과를 보였다. 따라서 APDBD 세정 및 표면처리가 광촉매의 재활용 및 광분해특성을 향상시킬 수 있는 환경 친화적 방법으로 기대된다.
- 6 %의 감소만을 보였다. 이상의 흡착특성으로부터 APDBD 처리에 의해 오염된 TiO2 분말 표면에 흡착된 MB의 제거 및 TiO2 분말 표면상태가 MB의 흡착이 용이한 상태로 되었음을 알 수 있다.
후속연구
- 66h−1으로 175 % 향상된 결과를 보였다. 따라서 APDBD 세정 및 표면처리가 광촉매의 재활용 및 광분해특성을 향상시킬 수 있는 환경 친화적 방법으로 기대된다.
- 10,14,15) 따라서 APDBD 표면처리 및 세정처리는TiO2 분말 표면형상 변화는 주지 않으며 단지 산소활성종을 이용하여 유기물인 MB를 분해제거 하고, −OH와 같은 친수성기능기를 표면에 형성하는 것으로 사료된다. 보다 명확한 표면 활성상태 및 기능기 형성의 규명을 위해서는 추가적인 표면분석이 진행되어야 할 것이다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.