Photocatalytic reduction of hexavalent chromium (Cr(VI)) in ferric-tartrate system under irradiation of visible light was investigated. Effects of light resources, initial pH value and initial concentration of various reactants on Cr(VI) photocatalytic reduction were studied. Photoreaction kinetics was discussed and a possible photochemical pathway was proposed. The results indicate that Fe(III)-tartrate system is able to rapidly and effectively photocatalytically reduce Cr(VI) utilizing visible light. Initial pH variations resulte in the concentration changes of Fe(III)-tartrate complex in this system, and pH at 3.0 is optimal for Cr(VI) photocatalytic reduction. Efficiency of Cr(VI) photocatalytic reduction increases with increasing initial concentrations of Cr(VI), Fe(III) and tartrate. Kinetics analysis indicates that initial Fe(III) concentration affects Cr(VI) photoreduction most significantly.
본 연구에서는 광촉매담지 실리카담체 카트리지를 장착한 광촉매반응기시스템을 활용하여 악취 가스인 황화수소 및 휘발성유기화합물(VOC)인 에탄올 및 톨루엔이 함유된 폐가스처리를 수행하고, 그 연구결과를 상용 광촉매담지 부직포필터 카트리지를 장착한 광촉매반응기시스템을 활용한 연구결과와 비교 및 평가하였다. 광촉매담지 실리카담체 카트리지를 장착한 광촉매반응기시스템의 경우는 1단계 운전에서 에탄올 및 톨루엔의 제거율은 각각 80% 및 20% 값을 계속 유지하였으나, 에탄올의 제거율은 톨루엔과 다르게 점점 떨어져서 1단계 끝에는 제거율 40% 값을 보였다. 한편 황화수소의 제거율은 100%에서 90%로 감소하였다. 에탄올의 제거율은 2단계 운전에서 10% 값을 보여서 더욱 감소하였으나, 황화수소 및 톨루엔 제거효율은 처리대상 폐가스의 톨루엔 부하가 4배로 급격히 증가하였음에도 불구하고 제거효율이 각각 90% 및 20% 값을 그대로 유지하였다. 3단계 운전은 알루미늄 코팅된 반사막필름을 광촉매반응기에 사용한 결과로서, 에탄올 및 톨루엔의 제거율은 각각 약 5%가 증가한 15% 및 25%의 제거율을 보였다. 한편 광촉매담지 부직포필터 카트리지를 장착한 광촉매반응기시스템의 에탄올, 황화수소 및 톨루엔 제거율은 1단계 운전에서 각각 10%, 97% 및 100% 값을 유지하였다. 그러나 2단계 운전에서 에탄올, 황화수소 및 톨루엔 제거율은 각각 5%, 95% 및 2~3% 미만의 제거율을 보여서 에탄올과 황화수소는 제거율이 약간 저하되었으나 톨루엔의 경우에는 완전 제거에서 급락하였다. 또한 에탄올, 황화수소 및 톨루엔 모든 경우에서 반사막필름의 효과를 전혀 보지 못하였다. 따라서 상용 광촉매담지 부직포필터 카트리지를 장착한 광촉매반응기시스템에서 에탄올, 황화수소 및 톨루엔 제거는 부직포필터의 혐수성 VOC에 대한 흡착능에 주로 기인하였고, 광촉매 활성에 의한 제거는 광촉매담지 실리카담체 카트리지를 장착한 광촉매반응기시스템보다 훨씬 미미하였다.
Ji, Byung Chul;Bae, Sang Su;Rabbani, Mohammad Mahbub;Yeum, Jeong Hyun
한국염색가공학회지
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제25권2호
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pp.94-101
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2013
Poly(acrylonitrile) (PAN) nanofibers containing different amounts of titanium dioxide ($TiO_2$) have been prepared by electrospinning technique. Photocatalytic activity of these electrospun PAN/$TiO_2$ nanofibers and the effect of $TiO_2$ content on the photocatalytic efficiency of PAN/$TiO_2$ nanofibers have been evaluated by monitoring the photodecomposition of fluorescein dye, rhodamine B and methylene blue under UV irradiation with respect to irradiation time. Moreover, the effect of hydrogen peroxide ($H_2O_2$) on the photocatalytic behavior of PAN/$TiO_2$ nanofibers has also been investigated. The results showed that PAN/$TiO_2$ nanofibers are effective photocatalyst and their photocatalytic efficiency increases with the increase of $TiO_2$ content in the PAN/$TiO_2$ nanofibers. It is also observed that the presence of $H_2O_2$ significantly enhances the photocatalytic ability of PAN/$TiO_2$ nanofibers. The morphology and the photocatalytic behavior of the PAN/$TiO_2$ nanofibers containing different amounts of $TiO_2$ nanoparticles have been investigated by field-emission scanning electron microscopy (FE-SEM) and UV/Visible spectroscopy, respectively.
A selected halogenated organic contaminant, monochlorophenol was successfully degraded by photocatalytic reaction in a circulating batch system. The photocatalytic degradation in most cases follows first-order kinetics. The photocatalytic reaction rate increased in the $TiO_2$ dosage range of 0.1 g/L to 0.4 g/L, then decreased with further increase of the dosage. Also the degradation rate increased over the range of the retention time from 0.49 min. to 0.94 min., then decreased with further increase of the retention time in the circulating batch reactor. The photocatalytic activity was enhanced by addition of metal impurities, platinum(Pt) and palladium(Pd) onto the photocatalysts. The photocatalytic degradation rate increased with the increase of Pt and Pd in the content range of 0 to 2wt %, then decreased with further increase of the metal contents. Therefore the metal loading to $TiO_2$ influence the degradation rate of a halogenated organic compound by acting as electron traps, consequently reducing the electron/positive hole pair recombination rate.
저온 플라즈마 반응과 광촉매 반응을 복합적으로 사용하여 휘발성 유기화합물(Volatile Organic Compounds)의 일종인 고농도(1000 ppm) 톨루엔의 분해에 대한 연구를 수행하였다. 사용된 촉매는 균일한 기공크기를 갖는 hexagonal 형태의 Mn-Ti-MCM-41 촉매로서, 수열 합성법으로 합성하였고, XRD, XPS, TEM, BET/ICP, $NH_3$/Toluene-TPD 등의 특성 분석을 통해서 톨루엔의 분해반응에 적절한 촉매임을 확인할 수 있었다. 상온($20^{\circ}C$)에서 반응을 실시하였고, 반응기에 인가된 전압은 9.0 kV로 고정하였다. 실험결과, 플라즈마 단독 시스템에서 톨루엔의 분해반응을 실시하였을 때 광촉매 단독 시스템에서 보다 40% 이상 활성이 향상되었다. 그러나 플라즈마 단독 시스템에서는 페놀, $C_2{\sim}C_4$의 알켄류 등의 부생성물의 발생량이 증가하였다. 한편, 플라즈마-광촉매 복합 시스템에서 톨루엔의 분해를 실시하였을 경우, 부생성물의 발생량이 현저하게 줄어들었다. 한편, 플라즈마-광촉매 복합 시스템에서 톨루엔의 분해를 실시하였을 경우, 부생성물의 발생량이 현저하게 줄어들었다. 특히, Mn5mol%-Ti-MCM-41 촉매를 사용하였을 경우 분해된 톨루엔의 농도 800 ppm 중에서 $CO_2$로의 전환율은 43.9%로 다른 촉매들에 비해 가장 높은 선택도를 보였다. 이는 플라즈마-광촉매 복합 시스템이 톨루엔의 분해 반응에 있어서 광촉매 반응이나 플라즈마 단독 반응에 비해 효과적임을 알 수 있었다.
The photocatalytic degradation of TCE using solar energy in POFR was studied. The use of solar energy was investigated in plastic optica fiber photocatalytic reactor (POFR). In POFR, the main parameters of photocatalytic degradation of TCE were lihgt intensity, thickness of $TiO_2$-coated film on plastic fiber core, the same of total $TiO_2$-coated surface area with changed length. We studied the apparent photonic efficiency and photocatalytic degradation rate of TCE in POFR. The apparent photonic efficiency of various light intensities was decreased by an incresed intensities. The photocatalytic activities of $TiO_2$-coated optical fiber reactor system depended on the coating thickness, and total clad-stripped surface area of POF. Photocatalytic degradation of trichloroethylene ($C_2HCl_3$, TCE) in the gas-phase was elucidated by using $TiO_2$-coated plastic optical fiber reactor. In TCE degradation, in-situ FTIR measurement resulted in mineralization into $CO_2$.
Photocatalytic oxidations of benzene gas using the closed system (batch reactor) were induced to determine its by-products and investigate the effect of humidity and oxygen concentration on their generation. The study was able to identify 11 gaseous by-products: 2-methylpropene, acetaldehyde, acetone, pentane, methylcyclobutane, methylcyclopentane, cyclohexane, 2,3-dimethylbutane, 2-methylpentane, 3-methylpentane, and hexane. All the by-products were saturated hydrocarbons, which are less toxic than benzene and were probably formed through hydrogenation reaction on the photocatalytic surface. The photocatalytic oxidation of benzene under higher humidity produced less by-products. However, the amount of acetone released increased with higher humidity and oxygen concentration.
This study introduces a method to eliminate formaldehyde and benzene, toluene from indoor air by means of a photocatalytic oxidation reaction. In the method introduced, for the good performance of the reaction, the effect and interactions of the $TiO_2$ catalyst and ultraviolet in photocatalytic degradation on the reaction area, dosages of catalysts, humidity and light should be precisely examined and controled. Experiments has been carried out under various intensities of UV light and initial concentrations of formaldehyde, benzene and toluene to investigate the removal efficiency of the pollutants. Reactors in the experiments consist of an annular type Pyrex glass flow reactor and an 11W germicidal lamp. Results of the experiments showed reduction of formaldehyde, benzene and toluene in ultraviolet $/TiO_2/$ activated carbon processes (photooxidation-photocatalytic oxidation-adsorption processes), from 98% to 90%, from 98% to 93% and from 99% to 97% respectively. Form the results we can get a conclusion that a ultraviolet/Tio2/activated carbon system used in the method introduced is a powerful one for th treatment of formaldehyde, benzene and toluene of indoor spaces.
In this research, the photocatalytic degradation of benzothiophene in $TiO_2$ aqueous suspension has been studied. $TiO_2$ photocatalysts are prepared by a sol-gel method. The dominant anatase-structure on $TiO_2$ particles is observed after calcining the $TiO_2$ gel at $500^{\circ}C$ for 1hr. Photocatalysts with various transition metals (Nd, Pd and Pt) loading are tested to evaluate the effect of transition metal impurities on photodegradation. The photocatalytic degradation in most cases follows first-order kinetics. The maximum photodegradation efficiency is obtained with $TiO_2$ dosage of 0.4g/L. The photodegradation efficiency with Pt-$TiO_2$ is higher than pure $TiO_2$ powder. The optimal content value of Pt is 0.5wt.%. Also we investigate the applicability of $H_2O_2$ to increase the efficiency of the $TiO_2$ photocatalytic degradation of benzothiophene. The optimal concentration of $H_2O_2$ is 0.05. The effect of pH is investigated; we obtain the maximum photodegradation efficiency at pH 9. Hydroxy-benzothiophenes and dihydroxy-benzothiophenes are identified as reaction intermediates. It is proposed that benzothiophene is oxidized by OH radical to sequentially form hydroxyl-benzothiophenes, dihydroxybenzothiophenes, and benzothiophenedione.
본 연구는 고효율의 광촉매 제조와 그것의 환경적 응용에 관한 것이다. 가시광 영역에서도 $TiO_2$와 유사한 빛 흡수와 광분해속도를 갖는 나노 광촉매를 제조하였고, 낮은 온도에서도 활성 높은 rutile상이 형성하는 $TiO_2$ 광촉매를 제조하여 $SiO_2$위에 분산시켰다 또한, 광촉매에 적용 가능한 바인더와 안정한 $TiO_2$ 광촉매 졸을 제조하였다. 이와같은 물질들은 자외선/가시광선 분광광도계, X선 회절분석기, SEM, 광촉매활성 측정과 $TiO_2$ 코팅 표면의 물성으로 평가하였다. 이 결과들은 공기정화를 위하여 POF나 금속판을 이용하는 효율적인 광촉매 시스템에 적용 할 수 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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