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문제 정의
- 본 실험에서 광촉매 P-25를 알루미늄 금속판에 코팅 하여 IPA 분해 활성을 고찰한 결과, . 다음과 같은 결론을 유추해 낼 수 있었다.
제안 방법
- 광분해 실험은 석영재질의 원통형 반응기 안에 광촉매가 코팅된 알루미늄 금속판 4개(2.5x10cm)를 설치한 후 반응기의 시료 출입구를 통하여 IPA를 290ppm의 농도로 주입하여 확산이 다 일어나 평형상태가 되면 UV lamp를 켜고 광촉매 분해 반응실험을 수행하였다. 이때 반응기 내부의 온도는 25℃ 로 일정하게 유지하였다.
- 광분해 장치는 그림 2와 같이 광원 (Sanky。 Denki, 8W, BLB UV lamp, 2EA), 실린더형 반응기 (730ml, cylinder cell type), 온도조절기, 기체 크로마토그래피 (GC: Young Rin, Column: HP~1, 30m x 0.321mm x 0.25 皿 60℃ to 325℃, Oven Temp. 30℃ , Injector Temp. 150℃, Detector Temp. 20 0℃), 운반 기체(Na/Oz/Hz), 검출기(FID)와 분석용 소프트웨어(Autochro 2000)가 설치된 PC, 반사판 및 냉각팬으로 구성하였다.
- 광촉매의 양에 따른 IPA(430ppm)의 분해 효율을 알아보기 위하여 반응에 사용되는 양을 바꾸면서 IPA 분해 효율을 고찰하였다. 알루미늄 금속판 위에 P-25의 양을 0.
- 무기복합)를 질량비로 1: 1: 7 배합하여 2시간 동안 볼 밀(Ball Mill)하여 코팅액을 제조하였다(그림 1). 또한 세 개의 바인더 중 부착력과 분해 효율이 모두 우수한 바인더를 선택하여 TiO2(P-25)와 바인더의 질량비를 바꾸어 가며 제조하였다.
- 사용한 IPA와 잔여 IPA의 정량 분석을 위하여 GC(영린기기, M600D GCX 사용하였다. 반응기 내부에 시료를 매 5분마다 0.5i 戒씩 채취하여 주입, IPA의 잔여 농도를 측정하였다.
- 본 연구에서 VOC물질 중에서도 알코올 관능 기가 포함된 사슬형태의 비교적 간단한 분자인 이소프로필 알코올(Isopropyl Alcohol, IPA)을 모델로 선정하여 금속판상에 광촉매를 코팅하여 코팅조건에 따른 IPA의 광분해 특성을 고찰하였다.
- 앞의 실험에서 코팅된 알루미늄 금속판의 IPA 분해 효율이 가장 우수한 유기계 바인더 (A-9540)를 사용하여 P-25와 바인더 비율에 따른 IPA분해 효율을 고찰하였다. 유기계 바인더와 P-25를 10: 10, 8.
- 고찰하였다. 유기계 바인더와 P-25를 10: 10, 8.3: 10, 6.6: 10, 5: 10, 3.3: 10, 1.6: 10비율로 바꾸어 실험을 수행하였다. 각각의 비율로 코팅되어진 알루미늄 금속판 표면 상태는 모두 깨끗하였고 부착력도 우수하였다.
-
2.1 TiO2 코팅
코팅액은 선택된 TiO2, 희석제로 MEK와 바인더 (무기계, 유기계, 유.무기복합)를 질량비로 1: 1: 7 배합하여 2시간 동안 볼 밀(Ball Mill)하여 코팅액을 제조하였다(그림 1). 또한 세 개의 바인더 중 부착력과 분해 효율이 모두 우수한 바인더를 선택하여 TiO2(P-25)와 바인더의 질량비를 바꾸어 가며 제조하였다.
데이터처리
- 6: 10으로 배합된 코팅액으로 코팅한 알루미늄 금속판에서 IPA 분해 효율이 가장 우수한 것을 알 수 있었다. 본 연구에서 P-25와 배합한 코팅액과 상용화된 타사(A사, B사) 광촉매 제품과의 광분해 실험을 수행, 그 결과를 그림 7에 비교하였다.
성능/효과
- 1. 무기계 바인더(Silica Sol)인 KR-400, 유·무기복합 바인더(Silane)인 TMOS, 유기계 바인더(Polyol) 인 A-9540를 사용하여 코팅한 알루미늄 금속판의 표면상은 모두 깨끗하였고 부착력은 무기계 바인더를 제외한 바인더에서 우수한 것으로 나왔다. 또한 IPA 분해 효율은 무기계 바인더 < 유.
- 3. 상용화된 타사(A사, B사) 제품과의 성능 비교 결과, 본 연구에서 사용한 바인더(A-9540): P-25의 비율을 1: 6로 배합하여 코팅한 알루미늄 판의 IPA 분해 효율이 가장 우수하였다.
- 6: 10비율로 바꾸어 실험을 수행하였다. 각각의 비율로 코팅되어진 알루미늄 금속판 표면 상태는 모두 깨끗하였고 부착력도 우수하였다. 유기계 바인더와 P-25의 비율에 따른 광분해 실험결과를 그림 6에 나타내었다.
- 유기계 바인더와 P-25의 비율에 따른 광분해 실험결과를 그림 6에 나타내었다. 결과에서 보듯이 유기계 바인더와 P-25의 비율이 1.6: 10일 때 IPA 분해 효율이 가장 우수하였는데, 이는 알루미늄 금속판 표면에 코팅된 광촉매가 UV를 받아 활성을 일으킬 때 바인더로 인한 활성저해 요인이 줄었기 때문인 것으로 생각된다.
- 광분해 효율을 보면 무기계 바인더를 사용한 경우 다른 종류의 바인더와는 다르게 낮았으며 한편 유기계 바인더를 사용한 경우, IPA 분해 효율이 매우 우수하였고, 유무기 복합 바인더를 사용하여 코팅한 알루미늄판의 IPA 분해 효율 또한 우수하였다.
- 유.무기복합 바인더와 P-25의 비율을 10: 10, 8.3: 10, 6.6: 10, 5: 10, 3.3: 10, 1.6: 10으로 바꾸어 광분해 실험을 수행한 결과, 1.6:10일 때 IPA 분해효율이 가장 우수하였다.
- 상용화된 타사 제품과의 성능 비교 결과, 본 연구에서 사용한 바인더(A-9540): P-25의 비율을 1: 6로 배합하여 코팅한 알루미늄 판의 IPA 분해 효율이 가장 우수하였다.
- 분해 효율을 고찰하였다. 알루미늄 금속판 위에 P-25의 양을 0.01g, 0.02g, 0.03g으로 변화하며 IPA 광분해 실험을 한 결과 그림 3에서 보듯이 촉매의 양이 많을수록 활성이 증가하는 것을 볼 수 있었다. 한편, 촉매의 양이 0.
- 무기 복합 바인더 (Silane)인 TMOS, 유기계 바인더 (Polyol) 인 A-9540의 사용에 따른 IPA 분해 효율의 차이를 비 교하여 그림 5에 나타내었다. 코팅액은 바인 더 : P-25: MEK을 질량비로 1: 1: 7 배합하여 제조하였으며 부착력은 무기계 바인더보다 유기계 바인더를 사용하였을 때가 우수하였다.
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