광전기촉매 산화와 광화학적 산화 혼성시스템에 의한 유기물 분해특성 조사
Degradation Characteristics of Organic Compounds by Hybrid Photoelectrocatalytic Oxidation and Photochemical Oxidation Process
초록/요약
세정폐수에 함유된 고농도의 유기물질을 처리하기 위한 방법으로 광전기촉매 산화방법과 광화학적 산화방법을 적용한 혼성 광산화처리 시스템을 개발하고자 하였다. 이를 위하여 광전기촉매 산화용 박막에 의한 formic acid 분해효율을 조사하여 최적조건을 도출하였고, 광화학적 산화방법을 이용하여 고농도의 유기물질의 처리효율을 조사하였으며 처리효율을 극대화 하기 위해 광전기촉매 산화와 광화학적 산화 혼성 시스템을 이용하여 유기물질의 분해특성을 조사하였다. 광전기촉매 산화용 박막을 이용하여 formic acid 분해특성을 조사한 결과 pH 3, applied potential 1.0V, UV intensity 2.0mV/㎠의 조건에서 formic acid 분해효율이 가장 높은 것으로 조사되었다. 처리 효율성 실험은 실제 세정폐수에 함유된 유기물질 농도를 고려하여 인공폐수(formic acid 2,700mg/L + citric acid 6,500mg/L)를 제조하여 각 광화학 산화방법에 적용하였다. 그 결과 Photo-Fenton 산화방법에 의한 유기물질의 처리효율이 가장 높은 것으로 조사되었다. 따라서 혼성 광산화시스템을 구성하기 위하여 각각의 case별로 비교한 결과 Photo-Fenton 산화, TiO₂ 광촉매 산화, UV/H₂O₂ 산화, PEC 순으로 나열한 공정에서의 유기물질의 분해효율이 가장 높은 것으로 조사되었다. 광전기촉매 산화와 광화학적 산화 혼성 시스템에 의한 유기물질의 분해 효율은 90%로 조사되었다. 결론적으로 세정폐수에 함유된 고농도의 유기물질을 처리시 광화학적 산화방법과 광전기촉매산화용 박막(Carbon graphite-TiO₂ composite, TiO₂ coated graphite plate)을 이용한 광전기촉매 산화방법을 조합한 혼성 광산화 시스템을 적용하여 유기물질의 처리효율을 극대화시킬 수 있었다.
more초록/요약
The purpose of this study is to develop treatment technology of organometallic complex in chemical washing wastewater by applying photoelectrocatalytic oxidation and photochemical oxidation process. Degradation characteristics of formic acid by various thin film catalysts such as carbon graphite-TiO₂ composite, TiO₂ coated graphite plate. The optimum condition of formic acid degradation by photoelectrocatalytic oxidation were pH 3, UV light intensity 2.0mW/cm2 and applied potential 1.0V. Photo-Fenton oxidation process showed the highest efficiency of decomposing organic compounds among the various oxidation processes tested. From these results, hybrid photooxidation process train can be formulated in the sequences of Photo-Fenton oxidation process, TiO₂ photocatalytic oxidation, UV/H₂O₂ oxidation and finally photoelectrocatalytic oxidation as a polishing treatment. Degradation effciency of organic compounds by hybrid photochemical oxidation and photoelectrocatalytic oxidation was up to 90%. From these results, the treatment efficiency of organics contained in the cleaning wastewater was maximized by applying the hybrid photooxidation process, which is the combination of photoelectrocatalytic oxidation and photochemical oxidation and it can be concluded that environmentally safe and cost effective treatment process for the removal of organics and heavy metals in chemical washing wastewater was developed.
more목차
Ⅰ. 서론 = 1
Ⅱ. 이론적 고찰 = 3
2.1. 화학세정폐수의 특성 = 3
2.2. 광화학적 산화방법(Photochemical oxidation Process) = 4
2.2.1. UV/H2O2 산화방법 = 4
2.2.2. TiO2 광촉매 산화방법 = 7
2.2.3. Photo-Fenton 산화방법 = 20
2.3. 광전기촉매 산화 방법(Photoelectrocatalytic Oxidation Process) = 27
Ⅲ. 실험 장치 및 방법 = 33
3.1. 실험장치 = 33
3.1.1. 광전기촉매 산화 반응기 = 33
3.1.2. 광화학적 산화 반응기 = 35
3.2. 실험방법 = 37
3.2.1. 광전기촉매 산화용 박막 제조 = 37
3.2.2. 광전기촉매 산화방법의 최적처리 조건 조사 = 41
3.2.3. 광화학적 산화방법에 의한 처리효율 평가 = 43
3.2.4. 광전기촉매 산화와 광화학적 산화 혼성 시스템의 최적화 = 45
Ⅳ. 결과 및 고찰 = 47
4.1. 광전기촉매 산화용 박막의 물성평가 = 47
4.1.1. Carbon graphite-TiO2 composite = 47
4.1.2. TiO2 coated graphite plate = 51
4.2. 광전기촉매 산화반응에 의한 formic acid 분해특성 = 54
4.2.1. pH 변화에 따른 formic acid의 분해특성 = 54
4.2.2. Potential(전위차) 변화에 따른 formic acid의 분해 특성 = 57
4.2.3. UV의 광도에 따른 formic acid의 분해특성 = 59
4.2.4. 산소 존재 유무에 따른 formic acid 분해특성 = 61
4.2.5. 과산화수소 주입량 변화에 따른 formic acid 분해특성 = 63
4.2.6. Metal ion 첨가에 따른 formic acid 분해특성 = 65
4.3. 광화학적 산화방법에 의한 처리효율 평가 = 67
4.3.1. UV/H2O2 산화 = 67
4.3.2. TiO2 광촉매 산화 = 69
4.3.3. Photo-Fenton 산화 = 74
4.4. 광전기촉매 산화와 광화학 산화 혼성시스템 구성 = 78
Ⅴ. 결론 = 80
참고문헌 = 82
Abstract = 87
