Applied Chemistry for Engineering (공업화학)

The Korean Society of Industrial and Engineering Chemistry (한국공업화학회)
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Methylene Blue Photodegradation Properties of Anatase/brookite Hybrid TiO2 Photocatalyst Prepared with Different Acid Catalysts

산 촉매에 따른 아나타제/브루카이트 혼성형 TiO2 광촉매의 메틸렌블루 광분해특성

  • Yun, Seok-Min (Department of Fine Chemical Engineering Applied Chemistry, Chungnam National University) ;
  • Kim, Jinhoon (Department of Fine Chemical Engineering Applied Chemistry, Chungnam National University) ;
  • Jeong, Euigyung (Department of Fine Chemical Engineering Applied Chemistry, Chungnam National University) ;
  • Im, Ji Sun (Department of Fine Chemical Engineering Applied Chemistry, Chungnam National University) ;
  • Lee, Young-Seak (Department of Fine Chemical Engineering Applied Chemistry, Chungnam National University)
  • 윤석민 (충남대학교 공과대학 정밀응용화학과) ;
  • 김진훈 (충남대학교 공과대학 정밀응용화학과) ;
  • 정의경 (충남대학교 공과대학 정밀응용화학과) ;
  • 임지선 (충남대학교 공과대학 정밀응용화학과) ;
  • 이영석 (충남대학교 공과대학 정밀응용화학과)
  • Received : 2010.07.10
  • Accepted : 2010.08.27
  • Published : 2011.02.10
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Abstract

In this study, anatase/brookite hybrid $TiO_2$ was prepared using different acid catalysts and microwave to improve photodegradation of organic pollutants. The methylene blue photodegradation properties of the prepared photocatalysts with different particle/crystal size and brookite fractions were investigated. Surface characteristics and particle sizes of anatase/brookite hybrid $TiO_2$ were evaluated using scanning electron microscopy (SEM) and laser diffraction particle size analyzer, respectively and crystal structures were investigated with X-ray diffraction (XRD). Methylene blue photodegradation properties were evaluated with UV-vis spectrophotometer. Anatase and anatase/brookite hybrid $TiO_2$ had less than 500 nm size of clusters and the average particle size of $6.66{\sim}6.85{\mu}m$, suggesting that types of acid catalysts did not affect the size. XRD of the prepared $TiO_2$ showed that the photocatalysts had anatase/brookite hybrid crystal structure and applying microwave did not change their crystal structure. Photodegradation of methylene blue with the prepared photocatalyst did not increased proportionally to the fraction of brookite and the crystal size and decreased when brookite fraction and the crystal size increased further. Anatase/brookite hybrid $TiO_2$ with brookite fraction of 9.4% and crystal size of 4.53 nm shows the best photodegradation activity of methylene blue.

본 연구에서는 난분해성 유기물질의 광분해능을 증가시키고자 다양한 산 촉매 및 마이크로웨이브법으로 아나타제/브루카이트 혼성형 $TiO_2$ 광촉매를 제조하였다. 또한 그에 따른 입자 및 결정크기와 브루카이트 분율에 따른 메틸렌블루의 광분해특성을 고찰하였다. 아나타제/브루카이트 혼성형 $TiO_2$ 광촉매의 표면특성 및 입자크기는 주사전자현미경과 레이저회절 입도분석기를 통하여 평가하였고, 결정구조는 X선 회절장치를 통하여 확인하였다. 메틸렌블루의 광분해 특성은 자외선 가시광선 분광광도계를 통하여 확인하였다. 주사전자현미경과 레이저회절 입도분석결과로부터 아나타제 및 아나타제/브루카이트 혼성형 $TiO_2$ 광촉매는 약 500 nm 이하의 클러스터 형태의 입자크기 나타내었고, 평균입자 크기는 $6.66{\sim}6.85{\mu}m$로 산 촉매 종류에 의한 영향은 크지 않음을 알 수 있었다. 산 촉매의 종류 및 마이크로웨이브법으로 제조된 $TiO_2$ 광촉매는 XRD 분석결과로부터 아나타제/브루카이트 혼성형 결정구조를 나타내었고 그 결정구조는 마이크로웨이브 조사시간의 증가에 따라서 변화하지 않았다. 메틸렌블루의 광분해능 실험결과로부터 광분해능은 브루카이트 분율 및 결정크기에 비례하지 않았으며, 브루카이트 분율 및 결정크기가 적정치 이상이 되면 오히려 촉매활성이 저하되는 경향성을 나타내었다. 본 연구결과에서는 브루카이트 분율 및 결정크기가 9.4%, 4.53 nm인 아나타제/브루카이트 혼성형 $TiO_2$ 광촉매가 가장 우수한 광분해능을 나타내었다.

Keywords

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