I UV - ’nα 시스템을 이용한 Rh

AppliedChemis 따，

Vol.12,No.1,May 2008,117-120

Microwave

I UV - ’nα 시스템을 이용한 Rh

B의 분해

Rhodamine B’s decomposition that use Microwave / UV - Ti02 system

길밑경， 김경환， 김유봉， 정정조， 라덕관， 정상철f

순천대학교 환경공학과

L 서 론

현대 사회에서 환경오염물질을 정화하기 위하여 여러 가지 재료와 기술들이 다양한 형 태로 이용되고 있다. 최근 환경 및 위생분야에서 신 재료로서 광촉매의 이용 가능성이 크게 대두되고 있어， 국내에서도 광촉매에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다 1).2)

몇몇 논문에서 Ti02 광촉매에 마이크로파 방전 무전극 램프를 광원으로서 사용하여 연구한 결과 환경적인 부분에서 광화학법 중 벚 광원으로써 실용 가능성이 보고되고 있다.3) Ti02 광촉매를 이용하여 광이 수반된 오염물질의 분해 반응의 효율은 UV ^광과 마이크로파 조사를 결합 시켰을 시 향상되었다 4)

본 연구는 기존의 국내에서 진행된 Ti02 광촉매 처리방식인 유기 금속화합물이나 할 로겐 화합물을 휘발시키며 가열로 속에서 분해하여 기질에 산화티탄 막을 형성하는 CVD(Chemical Vaper Deposition) 법으로 제조된 Ti02 광촉매를 이용하여 Microwave를 조사한 광촉매 효율 평가하기 위해 Rhodamine B 를 대상물질로 하고 Microwave 세기， 순환속도， 산화보조가스와 과산화수소첨가를 대상으로 각각 분해실험을 통해 그 효율을 평가 하고자 한다.

2. 실 험

I) 실험장치 및 재료

본 실험은 화학기상중착장치(Chemical Vapor Deposition : CVD)법으로 제조한 Alumina 8mm Ball을 사용하여 분해대상물질인 Rhodamine B (Junsei Chemical Co.) 를 분해실험 하였다. 아래 Fig.l 에 실험에서 사용된 Microwave 조사 장치 를 나타내었다. 전체적 장치의 구성은 전자레인지， Microwave 전력공급장치， 램 프， 펌프， 냉각장치， 옹도계로 이루어져있다. Microwave 조사 장치는 한국 고주 파 응용기기에서 제작 하였으며， 전자레인지의 용량은 27L이며 6port(내경 :130 ， 외경:19 0), Microwave 전력 공급 장치는 크기: 가로 470 x 깊이 550 x 높。1235

, 60Hz, 최대 IkW 이다.

Microwave Irradiation eO'Jipment

High Frequency PowerGenerator

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Fig.l. Schmatic of the microwave and UV simultane illumination device

E-mail address:cnineI412@nate.com

117

118 김민영·김경환·김유봉·정정조·라덕관·정상철

2) _{실험 방법}

Ti02 광촉매 볼을 이용하여 Rhodamine B 수용액 700mL(농도 2mg/L)로 펌프를 이용 전자레인지를 통과하여 순환되며 냉각장치를 이용하여 약 25t 로 일정하게 유지시킨다. Rhodamine B 수용액은 전자레인지 내부에서 마이크로파기 uv 램프 에 둘러싸인 석영관을 통과하연서 Microwave 와 uv를 동시에 조사 받게 된다.

본 연구를 수행하기 위하여 Biochrom사에서 구입한 분광광도계를 이용하여 파장 550 nm에서 흡광도를 측정하여 평가하였다.

3. 결과 및 고찰

I) Microwave 세 기 에 따른 분해

Ti~ 광촉매 코팅 볼을 Microwave와 uv를 동시 조사장치 (Fig.l)를 이 용하여 실험 을 하였으며 순환속도 300mL. Rhodamine B _{700mL의 조건에서 수용액을} Microwave의 세기에 따른 분해효율에 대한 실험결과를 아래 Fig. 2 _{에 나타내었다.}

실험결과 Microwave의 세기 O갔W， O.4kW, 0.6kW, 0.8kW 에서 각각 실험한 결과 Microwaveλi]7]7} 강해질수록 Rhodamine B의 분해효율이 증가함을 알 수 있다.

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Fig.2. Thefirst-Qrder abate ofRhc뼈rn’ neB in microW<lve power intensity(kW) on photocatalytic벼)I

2) 순환속도에 따른 분해효울

Rhodamine B 수용액의 순환속도에 따른 분해효율 실험은 Microwave O.4kW,

Rhodamine B 700mL 의 조건에서 순환속도를 각각 변화시킨 결과 아래 Fig. 3 _에

나타내었다. 순환속도 200mLlmin, 300mLlmin, 400mLlmin 에서 각각 실험한 결과

Rhodamine B 분해효율은 순환속도가 증가할수록 향상됨을 보여주었다. 이는 순

환속도가 증가함에 따라 반응기내의 시료와 촉매표면과의 접촉기회가 중가하기 때문으로 사료된다.

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Fig.3. Thefirst-order abate ofRhodamine B degradation in various flow(mUmin) on the photocatalytic벼\I

3) 산화보조가스 첨가에 따른 분해

산화보조가스가 Ti02 광촉매 반웅에서 미치는 영향에 대한 실험은 Microwave세기 O.4kW, 순환속도 3。이nL 조건에서 산화보조가스인 ~， N2, Air 를 각각 1000mL 주입 하여 실험한 결과를 Fig.4 에 나타내었다. 그 결과 분해효융은 ~ > Air> 무첨가

> N2 순으로 나타났다. 즉， 02를 포함한 가스는 분해에 상당한 도움이 되며， 반면에

웅용화학， 제 12 권 제 1호， 2008

MicrowaveIUV-TiOz시스템을 이용한 뻐JOd없nine B의 분해 119

질소와 같이 산소를 포함하지 않은 가스는 분해에 방해가 된다는 것을 알 수 있다.

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Fig.4. Thefirst-{)fQ::ra뼈teofRhoφmineBdegradati이1 in flow 1αXl( mUmin) of the0" N" Air on the photocatalytic ball

4) 02 첨가량에 따른 분해

산화보조가스중 분해효울이 가장 높은 02를 첨가량에 따라 Microwave 세기

O.4kW, _순환속도 300mL 조건에서 각각 500mLlmin, IOOOmLlmin, 1500mLlmin를 주입한 결과를 Fig. 5 에 나타내었다. 그 결과 O2^{의 첨가량이 증가하면 중가할수} 록 Rhodamine B의 분해효융이 중가하였다.

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Fig.5. The first-ordera벼IeofRhodamine B degradation at0, added q떠ntlη(mL) on the photocatalytic ball

5) 과산화수소 첨 가량에 따른 분해

아래 Fig.6 에서는 광촉매 볼을 이용하여 Rhodamine B 수용액에 과산화수소를 첨

가하지 않은 것과 과산화수소 5mL, IOmL, 15mL를 각각 첨가하여 실험한 결과를 나타내었다. 과산화수소를 첨가한 경우 과산화수소를 첨가하지 않았을 때보다 그 효율이 크게 향상되 었으며， 과산화수소 첨 가량이 증가 할수록 Rhodamine B의 분 해효율이 증가 되었다. 이로써， 과산화수소와 마이크로파띠 V는 Ti02 광촉매에 동 시사용 하였을 때 그 효율이 매우 중가함을 나타냈다. 마이크로파이V가 Ti02 _광 촉매 표면에 OH radical 생성 반응을 중대시 킴으로서 에lodamine B _{분해가 향상된} 다는 것을 알 수 있다.

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Fig.6. The first-order abate ofRhodamine B degradation at H

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6) 각 실험조건에서 속도상수 비교

Table. I. 에 Ti02 광촉매 코팅볼을 Microwav잉uv를 동시 조사하여 Rhodamine B

Applied Chetnistry,Vol.12,No.1,2뼈

120 김민영·김경환·깅유봉·정정조·라덕관·정상철

를 분해실험한 결과를 통하여 반응 속도상수를 구하여 나타내었다.

Table I. Rate constant ∞mparison on the ball

oxygen flow change

[mL/때 n]

mμ

%

%-때 떼 뼈-Mm 짜 α-mM

mM

때-5 m 퍼

Rate constants k

hnin ']

0.0여4

0.0047

O.이)6()

0.0077 0.0039 0.0046 0.0050 0.0037 0.0050 0.0053 0.0047

0.00않 O.α)6 1

0.025 0.031 0.043

Parameters Conditions

Microwave intensity [kW]

eirc 비ating fluid velocity

[mL/rnin]

Addition amount of assistance Gas

[l아lOmL/min]

Addition amount of H:D2

r

4. _결론

I) Ti02 광촉매 볼에 Microwave 세기에 따른 에lOdamine B 수용액의 분해실험 결과，

0.8kW에서， 가장 높은 분해 효융을 나타내었다.

2) Ti02 광촉매 볼에 마이 크로파IUV를 동시 조사하여 순환속도에 따른 Rhodamine B 수용액의 분해실험결과 순환속도가 증가할수록 분해 능력이 향상펌을 보여주 고 있다

3) 광촉매를 이용하여 유기물을 산화분해 시키는 반웅에서는 산소가 펼요하다는 것이 많은 연구를 통해 확인되었다 5) 본 연구에서도 Rhodamine B 수용액에 마이크로파IUV를 동시 조사하면서 산소， 질소， 공기를 각각 첨가하여 실험을 비교 하였을 때 산소 주입 시 분해율이 가장 높았으며 실험결과

oz

4) 산화보조가스중 가장 효율이 높은 O2를 첨가량에 따라 실험한결과， 02 첨가량이 많 을수록 분해효율은 높게 나타났다.

5) 마이크로파끼JV를 동시 조사하면서 과산화수소를 첨가하였을때， 과산화수소량이 많아질수록 높은 제거 효융을 나타내었다.

참고문헌

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웅용화학， 제 12권 제 l 호，2{뼈