초록
[ $TiO_2/UV$ ] system에서 azo dye 중 반응성 염료의 광촉매 산화분해에 대한 연구를 수행하였다. 광촉매 산화공정은 다양한 인자에 의해 영향을 받으며 이런 인자들의 산화반응에서 효과 및 특성을 파악하고 예측식 모형을 추정하기란 매우 힘든 작업이다. 따라서 본 연구는 실험계획법 중 박스-벤켄법(Box-Behnken method)을 이용하여 2인자 3수준의 실험디자인으로 최적의 산화조건을 찾기 위한 실험을 수행한 결과는 다음과 같다. 본 실험에서 색도 제거율($Y_1$)의 반응모형에 가장 크게 영향을 끼치는 항은 주 효과(선형효과)와 교차항으로 나타났고 그 중 $x_2$(dye concentration)가 가장 민감하게 반응모형에 영향을 받는 것으로 확인되었다. $COD_{Cr}(Y_2)$의 반응모형의 경우 $Y_1$의 모형과 마찬가지로 주 효과(선형효과) 및 교차항이 모델의 생성에 가장 중요한 모수로 작용하였지만 $Y_1$와 달리 $x_1(TiO_2)$ 및 $x_2$(dye concentration) 모두 반응 모형에서 민감하게 서로 상호작용하며 영향을 주었다. 최적의 산화조건을 찾기 위해 정준분석 중 능선분석을 수행한 결과 $Y_1:(X_1,\;X_2)$=(1.11 g/L, 51.2 mg/L), $Y_2:(X_1,\;X_2)$=(1.42 g/L, 72.83 mg/L)의 결과를 얻을 수 있었고 모형의 검증결과 매우 높은 신뢰성을 보였다.
The aim of our research was to apply experimental design methodology in the optimization of photocatalytic degradation of azo dye(Reactive orange 16). The reactions were mathematically described as a function of parameters amount of $TiO_2(x_1)$, and dye concentration($x_2$) being modeled by the use of the Box-Behnken method. The results show that the responses of color removal(%)($Y_1$) in photocatalysis of dyes were significantly affected by the synergistic effect of linear term of $TiO_2(x_1)$ and dye concentration($x_2$). Significant factors and synergistic effects for the $COD_{Cr}$, removal(%)($Y_2$) were the linear term of $TiO_2(x_1)$ and dye concentration($x_2$). However, the quadratic term of $TiO_2(x_1^2)$ and dye concentration($x_2^2$) had an antagonistic effect on $Y_1$ and $Y_2$ responses. Canonical analysis indicates that the stationary point was a saddle point for $Y_1$ and $Y_2$, respectively. The estimated ridge of maximum responses and optimal conditions for $Y_1:(X_1,\;X_2)$=(1.11 g/L, 51.2 mg/L) and $Y_2:(X_1,\;X_2)$=(1.42 g/L, 72.83 mg/L) using canonical analysis was 93% and 73%, respectively.
