Iron-loaded activated carbon fibers (Fe-ACF) supported titanium dioxide ($TiO_2$) photocatalyst (Fe-ACF/$TiO_2$) was synthesized using a sol-gel method. Three different types of Fe-ACF/$TiO_2$ were obtained by treatment with different precursor of Fe, and characterized using BET, SEM, XRD and EDX analysis. The photocatalytic activity of Fe-ACF/$TiO_2$ was investigated by the degradation of Rhodamine B (Rh.B) solution under UV irradiation. From the experimental results, it was revealed that Fe-ACF/$TiO_2$ composites show considerable photocatalytic ability for the removal of Rh.B by comparing non-treated ACF/$TiO_2$ composites. And photo-Fenton reaction with Fe element was incoordinately influenced due to different precursor of Fe. It clearly indicates that Fe-ACF/$TiO_2$ composites prepared using $FeCl_3$ provided the highest photo-Fenton activity, then, which was affected by pH changes on the degradation of Rh.B.
The removal of turbidity from $TiO_2$ wastewater by an electrocoagulation/flotation process was studied in a batch reactor. The response surface methodology (RSM) was applied to evaluate the simple and combined effects of the three main independent parameters, current, NaCl dosage and initial pH of the $TiO_2$ solution on the turbidity removal efficiency, and to optimize the operating conditions of the treatment process. The reaction of electrocoagulation/flotation was modeled by use of the Box-Behnken method, which was used for the fitting of a 2nd order response surface model. The application of RSM yielded the following regression equation, which is an empirical relationship between the turbidity removal efficiency of $TiO_2$ wastewater and test variables in uncoded unit: Turbidity removal (%)=69.76+59.76Current+11.98NaCl+4.67pH+5.00Current${\times}$pH-160.11$Current^2-0.34pH^2$. The optimum current, NaCl dosage and pH of the $TiO_2$ solution to reach maximum removal rates were found to be 0.186 A, 0.161 g/l and 7.599, respectively. This study clearly showed that response surface methodology was one of the most suitable method to optimize the operating conditions for maximizing the turbidity removal. Graphical response surface and contour plots were used to locate the optimum point.
Kim, Da-Eun;Lee, Yong-Ho;Kim, Dae-Won;Pak, Dae-Won
Journal of the Korean Applied Science and Technology
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v.34
no.2
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pp.349-356
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2017
OH radical generation is one of the common method to evaluate photocatalytic activity. In many of previous studies, only the UV(Ultraviolet) light was applied to test photocatalytic ability of $TiO_2$ nanotubes by studying probe compound(4-Chlorobenzoic acid) concentration change in solution. Also, $TiO_2$ nanotubes were found to show some electrochemical characteristics when the flow of electric current was applied. In this study, the flow of electric current and UV light were applied at the same time to determine whether electrochemical characteristics of $TiO_2$ nanotube plate can give synergetic effect on the photocatalytic activity. $TiO_2$ nanotube was grown on Ti by anodic oxidation to create $TiO_2$ nanotube plate which can be used as a photocatalyst and a electrode that can undergo AOP(Advanced Oxidation Process) for water treatment. Probe compound solution was prepared using 4-chlorobenzoic acid and $H_2O$ as a solvent. NaCl was added to give conductivity to work as electrolyte. As a result, enough level of electric current flow was found to give synergetic photocatalytic effect which can be used for efficient AOP water treatment method.
Kim, Jung-Kon;Jung, Hyo-Ki;Son, Joo-Young;Kim, Si-Wouk
KSBB Journal
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v.23
no.1
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pp.83-89
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2008
Food wastewater derived from the three-stage methane fermentation system developed in this lab contained high concentration organic substances. The organic wastewater should be treated through advanced wastewater treatment system to satisfy the "Permissible Pollutant Discharge Standard of Korea". In order to treat the organic wastewater efficiently, several optimum operation conditions of a modified $UV/TiO_{2}$ photocatalytic system have been investigated. In the first process, wastewater was pre-treated with $FeCl_{3}$. The optimum pH and coagulant concentration were 4.0 and 2000mg/L, respectively. Through this process, 52.6% of CODcr was removed. The second process was $UV-TiO_{2}$ photocatalytic reaction. The optimum operation conditions for the system were as follows: UV lamp wavelength, 254 nm; wastewater temperature, $40^{\circ}C$; pH 8.0; and air flow rate, 40L/min, respectively. Through the above two combined processes, 69.7% of T-N and 70.9% of CODcr contained in the wastewater were removed.
This study interrogated multi-layer heterojunction anodes were interrogated for potential applications to water treatment. The multi-layer anodes with outer layers of $SnO_2/Bi_2O_3$ and/or $TiO_2/Bi_2O_3$ onto $IrO_2/Ta_2O_5$ electrodes were prepared by thermal decomposition and characterized in terms of reactive chlorine species (RCS) generation in 50 mM NaCl solutions. The $IrO_2/Ta_2O_5$ layer on Ti substrate (Anode 1) primarily served as an electron shuttle. The current efficiency (CE) and energy efficiency (EE) for RCS generation were significantly enhanced by the further coating of $SnO_2/Bi_2O_3$ (Anode 2) and $TiO_2/Bi_2O_3$ (Anode 3) layers onto the Anode 1, despite moderate losses in electrical conductivity and active surface area. The CE of the Anode 3 was found to show the highest RCS generation rate, whereas the multi-junction architecture (Anode 4, sequential coating of $IrO_2/Ta_2O_5$, $SnO_2/Bi_2O_3$, and $TiO_2/Bi_2O_3$) showed marginal improvement. The microscopic observations indicated that the outer $TiO_2/Bi_2O_3$ could form a crack-free layer by an incorporation of anatase $TiO_2$ particles, potentially increasing the service life of the anode. The results of this study are expected to broaden the usage of dimensionally stable anodes in water treatment with an enhanced RCS generation and lifetime.
Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers
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v.24
no.3
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pp.14-19
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2010
Partial anodic oxidation of Ti-mesh with a wire diameter of ~200[${\mu}m$] produces self-aligned $TiO_2$ nanotube arrays (~50[${\mu}m$] in length) on Ti-mesh substrate. The electrolyte used for anodic oxidation was an ethylene glycol solution with an addition of 1.5 vol. % $H_2O$ and 0.2 wt. % $NH_4F$. A dye-sensitized solar cell utilizing the photoanode structure of $TiO_2$-nanotube/Ti-mesh was fabricated without a transparent conducting oxide (TCO) layer, in which Ti-mesh replaced the role of TCO. The 1.93[%] photoconversion efficiency was low, which can be attributed to both insufficient dye molecules attachment and limited electrolyte flow to dye molecules. The optimized nanotube diameter and length as well as the $TiCl_4$ treatment can improve cell performance.
As semitransparent dye-sensitized solar cells (DSSCs) have advanced to large-scale applications from lab-level research, the large-scale performance has attracted much attention. Modules of DSSCs have been investigated to optimize the efficiency as a $TiO_2$ systhesis temperature and a surface treatment of $TiCl_4$ aqueous solution. Essentially, these semitransparent modules have an extended structure with lab-scale works with the exception of the dimensions and methods for the series connection. The $5cm{\times}6.5cm$ modules have shown an efficiency of about 6% without a scattering layer. While the fill factors of modules depend on the width of each $TiO_2$ unit cell, they are much less dependent on the lengths of the unit cells.
The superstructured $Li_{4/3}Ti_{5/3}O_4$ was prepared by sol-gel process using a mixed solution of lithium acetate (LA) and titanium n-butoxide (TNB). The gel phase was obtained by adding ammonia water ($NH_4OH/TNB$ mole ratio of 0.35) and water ($H_2O/TNH$ mole ratio of 3.5) into the clear sol that was prepared after mixing TNB/LA mole ratio of 5/4 with AA/TNB mole raio of 0.125. It was found that the most suitable $Li_{4/3}Ti_{5/3}O_4$ was obtained by heat treatment of xerogel at $600^{\circ}C$ for 30 hrs. The synthesized $Li_{4/3}Ti_{5/3}O_4$ showed an initial discharge capacity of 174 mAh/g and the capacity loss of about 27.3% during 25 cycles in Li/1M $LiClO_4(in\;PC)/Li_{4/3}Ti_{5/3}O_4$ at current density of $0.15mA/cm^2$ and the voltage range of 0.5~3.0 V.
Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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2003.10a
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pp.134-135
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2003
The dental implant materials required good mechanical properties, such as fatigue strength, combined with a high resistance to corrosion. For increasing fatigue resistance and delaying onset of stress corrosion cracking, shot peening has been used for > 50 years to extend service life of metal components. However, there is no information on the electrochemical behavior of shot peened and hydroxyapatite(HA) coated Ti-6Al-4V alloys. To increase fatigue strength, good corrosion resistance, and biocompatibility, the electrochemical characteristics of Ti/TiN/HA coated and shot peened Ti-6Al-4V alloys by electron beam physical vapor deposition(EB-PVD) have been researched by various electrochemical method in 0.9%NaCl. Ti-6Al-4V alloys were prepared under the condition of hydrogen and vacuum arc furnace. The produced materials were quenched at 1000$^{\circ}C$ under high purity dried Ar atmosphere and were hold at 500$^{\circ}C$ for 2 hrs to achieve the fatigue strength(1140㎫) of materials. Ti-6Al-4V alloys were prepared under the condition of hydrogen and vacuum arc furnace. Shot peening(SP) and sand blasting treatment was carried out for 1, 5, and 10min. On the surface of Ti-6Al-4V alloys using the steel balls of 0.5mm and alumina sand of 40$\mu\textrm{m}$ size. Ti/TiN/HA multilayer coatings were carried out by using electron-beam deposition method(EB-PVD) as shown Fig. 1. Bulk Ti, powder TiN and hydroxyapatite were used as the source of the deposition materials. Electrons were accelerated by high voltage of 4.2kV with 80 - 120mA on the deposition materials at 350$^{\circ}C$ in 2.0 X 10-6 torr vacuum. Ti/TiN/HA multilayer coated surfaces and layers were investigated by SEM and XRD. A saturated calomel electrode as a reference electrode, and high density carbon electrode as a counter electrode, were set according to ASTM GS-87. The potentials were controlled at a scan rate of 100 mV/min. by a potentiostat (EG&G Co.273A) connected to a computer system. Electrochemical tests were used to investigate the electrochemical characteristics of Ti/TiN/HA coated and shot peened materials in 0.9% NaCl solution at 36.5$^{\circ}C$. After each electrochemical measurement, the corrosion surface of each sample was investigated by SEM.
Shon, Hokyong;Okour, Yousef;Saliby, Ibrahim El;Park, Jun;Cho, Dong-Lyun;Kim, Jong Beom;Park, Hee Ju;Kim, Jong-Ho
Applied Chemistry for Engineering
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v.20
no.3
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pp.241-250
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2009
During the past few years, titanium salts were investigated as alternative coagulants for the removal of organic matter of different molecular sizes in contaminated water. The flocculation efficiency of Ti-salt was comparable to those of $FeCl_3$ and $Al_2(SO_4)_3$ salts, commonly used coagulants. Incinerated sludge-$TiO_2$ showed higher surface area and photocatalytic activity than commercially available $TiO_2$. Metal-doped forms were produced by adding coagulant aids such as iron (Fe-), aluminium (Al-) and (Ca-) calcium salts during Ti-salt flocculation to increase pH. Ca- and Al- doped $TiO_2$ showed very high photocatalytic activity compared to Fe-doped $TiO_2$. When tested in a pilot scale plant for treatment of dye wastewater to check practical feasibility of the novel process, the removal ratio of the chemical oxygen demand was comparable to those of commonly used coagulants but the settling of sludge was faster. The $TiO_2$ generated after sludge incineration showed a high photocatalytic activity for degradation of volatile organic compounds and increased the rate of hydrogen production by water photosplitting. $TiCl_4$ coagulant and $TiO_2$ produced from different water sources with different concentrations had low acute toxicity compared to heavy metals and commercial $TiO_2$ when examined based on D. Magna mortality. This paper presents the production, characterisation and the photoactivity of $TiO_2$ produced from Ti-salt flocculated sludge. Different case studies are discussed to highlighted recent advances in this field.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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