Carbon graphite-TiO2 성형물을 이용한 광전기촉매 산화의 개미산 분해특성 조사
Degradation Characteristics of HCOOH by Photoelectrocatalytic Oxidation using Carbon graphite-TiO2 Composite
- 발행기관 아주대학교
- 발행년도 2006
- 학위수여년월 2006. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 환경공학과
- 본문언어 한국어
초록/요약
기존의 광촉매 산화방법의 단점을 극복하기 위한 방법으로 주목받고 있는 광전기촉매 산화방법을 이용하여 formic acid 분해특성을 조사하였다. 이를 위하여 carbon graphite와 TiO2를 혼합하여 광전기촉매 산화용 composite을 제조하였으며, 그 물성을 평가하였다. 또한 광촉매 산화반응과 광전기촉매 산화반응에 영향을 미치는 기초인자의 변화에 따른 formic acid 분해특성과 kinetics을 조사하였다. 최적 binder 선정을 위하여 다양한 binder를 이용하여 그 물성과 formic acid 분해특성을 조사한 결과, polyethylene과 HCl 도핑한 polyaniline을 혼합한 binder가 가장 적합한 것으로 조사되었다. 광전기촉매 산화용 carbon graphite-TiO2 composite의 제조에 중요한 요소 중 하나인 carbon graphite와 TiO2 의 혼합비율은 다양한 혼합 비율로 carbon graphite-TiO2 composite을 제조하여 그 물성과 formic acid 분해특성을 조사한 결과, carbon graphite와 TiO2의 비율을 1 : 1로 선정하는 것이 가장 효율적인 것으로 판단되었다. 제조된 carbon graphite-TiO2 composite을 이용하여 formic acid의 분해특성을 조사한 결과, pH 3부근, UV light intensity 2.0 mW/cm2, 전위차 1V에서 가장 높은 분해효율을 나타내는 것으로 조사되었다. Carbon graphite-TiO2 composite을 이용하여 formic acid의 분해 kinetic을 조사한 결과, 산소를 폭기시킨 경우 광전기촉매 산화반응(k = 7.17 × 10-5 sec-1)이 광촉매 산화반응(k = 6.68 × 10-5 sec-1) 에 비하여 반응속도 면에서 우월하였다. 이상의 결과로 Carbon graphite-TiO2 composite을 사용한 광전기촉매 산화방법은 기존의 광촉매 산화방법의 단점인 입자상 광촉매의 회수 문제와 고정화된 광촉매의 저효율문제를 보완함으로서 비용적인 측면과 효율적인 측면 및 반응속도 면에서 효과적인 방법인 것으로 결론지을 수 있었다.
more초록/요약
Degradation charateristics of formic acid were investigated by photoelectrocatalytic oxidation and photocatalytic oxidation in order to whether photoelectrocatalytic oxidation could solved the defects of photocatalytic oxidation. For this purpose, carbon graphite-TiO2 composite was manufactured using carbon graphite and titanium dioxide and analyzed physical properties. The effects of various parameter such as binder, carbon graphite/TiO2 ratio, pH, UV light intensity and applied potential were investigated. Carbon graphite-TiO2 composite, which was manufacture by polyethylene and HCl HCl doped polyaniline mixed binder showed the highest formic acid degradation. The highest degradation efficiency of formic acid observed at carbon graphite/TiO2 ratio 1 : 1. The optimum condition of formic acid degradation by photoelectrocatalytic oxidation were pH 3, UV light intensity 2.0 mW/cm2 and applied potential 1.0 V. Degradation rate of formic acid by photoelectrocatalytic oxidation(k = 7.17 × 10-5 sec-1) higher than that of photocatalytic oxidation(k = 6.68 × 10-5 sec-1). From these results, it can concluded that photoelectrocatalytic oxidation was improved the efficiency of photocatalytic oxidation.
more목차
목 차
표 목 차 1
그림목차 1
국문요약 1
제 1 장 서론 1
제 2 장 이론적 고찰 4
제 1 절 광촉매 연구의 배경 4
제 2 절 TiO2 광촉매 산화 6
1. TiO2 광촉매의 특성 및 산화메커니즘 6
2. TiO2 광촉매 산화에 영향을 미치는 인자 12
제 3 절 광전기촉매 산화 14
제 3 장 실험장치 및 방법 17
제 1 절 Carbon graphite-TiO2 composite의 제조 17
제 2 절 Photoelectrocatalytic oxidation reactor 20
제 3 절 Carbon graphite-TiO2 composite을 이용한 formic acid 분해 22
제 4 장 결과 및 고찰 24
제 1 절 Carbon graphite-TiO2 composite의 제조 24
1. 최적 binder 선정 24
2. Carbon graphite와 TiO2의 최적 혼합비율 선정 32
제 2 절 광전기촉매 산화에 의한 Formic acid의 분해특성 36
1. pH 변화에 따른 formic acid의 분해특성 36
2. Applied potential(전위차) 변화에 따른 formic acid의 분해특성 39
3. UV light intensity에 따른 formic acid의 분해특성 41
4. 산소존재 유무에 따른 formic acid의 분해특성 43
5. 반응시간에 따른 formic acid의 분해특성 45
제 3 절 광전기촉매 산화에 의한 Kinetics 연구 46
제 4 절 제조한 Carbon graphite-TiO2 composite의 formic acid 분해 반 응 후 물성변화 48
1. Resistance 48
2. Formic acid 분해특성 50
3. 반응 후 carbon graphite-TiO2 composite의 SEM/EDX 분석결과 51
제 5 장 결론 54
참 고 문 헌 57
Abstract 63
List of Figures
Figure 1. Simplified TiO2 photocatalytic mechanism. 8
Figure 2. Energy-level diagram showing the CB and VB edge position of various semiconductors at pH 0 along with selected redox potentials 10
Figure 3. Simplified of fixed TiO2 photoelectrocatalytic oxidation mechnism 16
Figure 4. Manufacturing method of carbon graphite-TiO2 composite 19
Figure 5. Carbon graphite-TiO2 composite for photoelectrocatalytic oxidation 19
Figure 6. Photo reactor system 21
Figure 7. Contact angle results of carbon graphite-TiO2 composite at various binder 25
Figure 8. XRD pattern and DRS-UV results of carbon graphite-TiO2 composite at various binder 28
Figure 9. SEM images of the carbon graphite-TiO2 composite at various binder 29
Figure 10. Degradation of formic acid using carbon graphite-TiO2 composite at various binder 31
Figure 11. XRD pattern(a) and DRS-UV results(b) of carbon graphite-TiO2 composite at various carbon graphite/TiO2 ratio 34
Figure 12. Conductivity and removed amount of HCOOH at various carbon graphite/TiO2 ratio by photoelectrocatalytic oxidation 35
Figure 13. Effect of pH on formic acid degradation 38
Figure 14. Effect of applied potential on formic acid degradation 40
Figure 15. Effect of UV light intensity on formic acid degradation 42
Figure 16. Effect of oxygen existence on formic acid degradation 44
Figure 17. Effect of reaction time on formic acid degradation 45
Figure 18. Degradation kinetics of formic acid by photoelectrocatalytic and photocatalytic oxidation 47
Figure 19. Change of resistance on repetition of formic acid degradation 49
Figure 20. Result of repetition experiments on formic acid degradation 50
Figure 21. SEM image of carbon graphite-TiO2 composite before formic acid degradation 51
Figure 22. SEM image of carbon graphite-TiO2 composite after formic acid degradation at various reaction time 52
List of Tables
Table 1. Experimental condition of photocatalytic oxidation and photo-electrocatalytic oxidation 23
Table 2. SEM/EDX results of carbon graphite-TiO2 composite at various binder 30
Table 3. k value of photoelectrocatalytic and photocatalytic oxidation 47
Table 4. SEM/EDX results of carbon graphite-TiO2 composite after formic acid degradation at various reaction time 53
