Preparation and Characterization of Electrospun PAN/TiO2 Fiber Mat by Electron Beam Irradiation

Abstract: In this study, PAN/$TiO_2$ fiber mats were fabricated from polyacrylonitrile (PAN) and titanium(IV) butoxide ($Ti(OBu)_4$) by an electrospinning method with various solution concentrations, applied voltages and solution flow rates. The fiber mats were irradiated with an electron beam to induce structural crosslinking and enhance photocatalytic activity. As a result, uniform and bead-free fibers without pits or cracks on surface were obtained at 5 wt% of $Ti(OBu)_4$ solution with 15 kV and 0.02 mL/min flow rate. The PAN/$TiO_2$ fiber mats were irradiated with an electron beam of 1.14 MeV acceleration voltage, 4 mA of current and $1{\times}10^4kGy$. Electron beam irradiation was enhanced the photocatalytic activity of PAN/$TiO_2$ nano fiber mat. The photocatalytic activity of the PAN/$TiO_2$ fiber mat was analyzed by degradation of methylene blue and volatile organic compounds.

전자선 조사에 의한 PAN/TiO2 전기방사 나노섬유 제조 및 특성분석

본 연구에서는 전자선 조사가 PAN/$TiO_2$ 나노섬유의 광촉매 활성에 미치는 영향을 평가하고자 하였다. PAN/$TiO_2$ 나노섬유는 polyacrylonitrile (PAN)과 titanium(IV) butoxide ($Ti(OBu)_4$)를 출발원료로 하여 다양한 고분자 용액 농도, 전기장 세기, 고분자 용액의 공급속도 등의 조건하에서 전기방사하여 얻을 수 있었다. Titanium(IV) butoxide 농도가 증가함에 따라 방사물은 비드 형태에서 섬유상으로 변화하였으며, 전기장의 세기가 증가함에 따라 섬유의 직경은 감소하였다. 제조된 나노섬유는 가교결합을 유도하고 광촉매 활성을 향상시키고자 전자선 가속기를 이용해 조사되었다. 전자선 조사 후 메틸렌 블루 용액과의 반응에서 시료의 광촉매 활성은 반응 3시간 후 조사하지 않은 시료에 비해 175%의 높은 광분해 특성을 보였으며, 휘발성 유기용매에 대한 높은 분해특성을 나타내었다.