Abstract
The oxidation/degradation efficiency of formic acid through the photoelectrochemical reaction has been investigated as a basic research in order to develope the process for degrading toxic organic compounds dissolved in water. A $TiO_{2}$ photoelectro-membrane reactor for purification of water, in which filtration as well as photoelectrocatalytic oxidation of organic compounds could be carried out simultaneously, was developed. Porous $SnO_{2}$ tubes prepared by slip casting and commercial porous stainless steel tubes, being electrically conductive, were used as not only supports but also working electrodes. The UV light with the wavelength of 365 nm was applied as a light source for photocatalytic reactions. The photoelectrocatatytic composite membranes were prepared by coating the support surface with the $TiO_{2}$ sol of pH 1.45. The oxidation efficiency of formic acid increased with the reaction time and the applied voltage, but was almost independent of the solution flux. The results showed that more than 90% of formic acid could he dograded at 27V using the $TiO_{2}$/stainless steel composite membrane, while about 77% in case of the $TiO_{2}/SnO_{2}$ Composite membrane. It was also concluded that the oxidation efficiencies of formic acid could be significantly improved by about 6~7 times by the photoelectrochemical reaction in comparison with those by the photocatalytic reaction only.
반도성 세라믹 광촉매 막 반응기(membrane reactor)에 의한 난분해성 유독 유기물질의 효율적인 분해공정을 개발하기 위한 기초 연구로서 $TiO_{2}$ 광촉매 막의 전기화학 반응에 의한 개미산(formic acid)의 산화/분해 효율성에 대해 연구하였다. 막 반응기는 용액의 여과(filtration)와 광전기화학 반응에 의한 유기물의 광분해를 동시에 수행할 수 있도록 제작되었다. 복합막의 담체임과 동시에 전극의 역할을 할 수 있는 전기 전도성 $SnO_{2}$ 또는 stainless steel 다공성 튜브상에 pH가 1.45인 $TiO_{2}$ 졸을 졸-겔 침지 코팅하여 광촉매 복합막을 제조하였으며 광원으로는 365 nm 파장을 갖는 UV를 사용하였다. $TiO_{2}$ 광촉매 막의 전기화학 반응에 의한 개미산의 산화효율은 전극에 걸어주는 전압과 반응시간에 따라 증가하였으나 투과량(flux)에는 거의 무관하였다. $TiO_{2}/SnO_{2}$ 복합막을 사용한 경우 외부 전압을 27V 걸어주었을때 77% 정도의 산화효율을 얻을 수 있었으며 $TiO_{2}$/stainless steel 복합막에서는 90% 이상이었다. 광촉매 전기화학 반응을 이용함으로써 높은 투과량하에서도 개미산의 산화효율을 단순한 $TiO_{2}$ 광촉매 반응에서 보다 6~7배 가량 증진시킬 수 있었다.