A modified sol-gel method and $N_2$-plasma treatment were used to prepare bulk and surface doped N-$TiO_2$, respectively. XRD, TEM, UV-vis spectroscopy, $N_2$ adsorption, Elemental Analyzer, Photoluminescence, and XP spectra were used to characterize the prepared $TiO_2$ samples. The N doping did not change the phase composition and particle sizes of $TiO_2$ samples, but increased the visible light absorption. The photocatalytic activities were tested in the degradation of an aqueous solution of a reactive dyestuff, methylene blue, under visible light. The photocatalytic activity of surface doped N-$TiO_2$ prepared by $N_2$-plasma was much higher than that of bulk doped N-$TiO_2$ prepared by sol-gel method. The possible mechanism for the photocatalysis was proposed.
This study focuses on improving the photocatalytic degradation efficiency by synthesizing a TiO2/WO3 composite. Given the environmental significance of photocatalysis and the limitations posed by TiO2's large bandgap and high electron recombination rate, we explored doping, surface modification, and synthesis strategies. The composite was created using a ball mill process and heat treatment, analyzed with field emission scanning electron microscope, high resolution X-ray diffraction, Raman microscope, and UV-Vis/NIR spectrometer to examine its morphology, composition and absorbance. We found that incorporating WO3 into the TiO2 lattice forms a Wx-Ti1-x-O2 solution, with optimal WO3 content reducing the band gap and enhancing sterilization efficiency by inhibiting the anatasese to rutile transition. This contributes to the field by offering a way to overcome TiO2's limitations and improve photocatalytic performance.
Ji, Byung Chul;Bae, Sang Su;Rabbani, Mohammad Mahbub;Yeum, Jeong Hyun
한국염색가공학회지
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제25권2호
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pp.94-101
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2013
Poly(acrylonitrile) (PAN) nanofibers containing different amounts of titanium dioxide ($TiO_2$) have been prepared by electrospinning technique. Photocatalytic activity of these electrospun PAN/$TiO_2$ nanofibers and the effect of $TiO_2$ content on the photocatalytic efficiency of PAN/$TiO_2$ nanofibers have been evaluated by monitoring the photodecomposition of fluorescein dye, rhodamine B and methylene blue under UV irradiation with respect to irradiation time. Moreover, the effect of hydrogen peroxide ($H_2O_2$) on the photocatalytic behavior of PAN/$TiO_2$ nanofibers has also been investigated. The results showed that PAN/$TiO_2$ nanofibers are effective photocatalyst and their photocatalytic efficiency increases with the increase of $TiO_2$ content in the PAN/$TiO_2$ nanofibers. It is also observed that the presence of $H_2O_2$ significantly enhances the photocatalytic ability of PAN/$TiO_2$ nanofibers. The morphology and the photocatalytic behavior of the PAN/$TiO_2$ nanofibers containing different amounts of $TiO_2$ nanoparticles have been investigated by field-emission scanning electron microscopy (FE-SEM) and UV/Visible spectroscopy, respectively.
The photodegradation and by-products of the gaseous toluene with $TiO_2$ (P25) and short-wavelength UV ($UV_{254+185nm}$) radiation were studied. The toluene was decomposed and mineralized efficiently owed to the synergistic effect of photochemical oxidation in the gas phase and photocatalytic oxidation on the $TiO_2$ surface. The toluene by the $UV_{254+185nm}$ photoirradiated $TiO_2$ were mainly mineralized $CO_2$ and CO, but some water-soluble organic intermediates were also formed under severe reaction conditions. The ozone and secondary organic aerosol were produced as undesirable by-products. It was found that wet scrubber was useful as post-treatment to remove water-soluble organic intermediates. Excess ozone could be easily removed by means of a $MnO_2$ ozone-decomposition catalyst. It was also observed that the $MnO_2$ catalyst could decompose organic compounds by using oxygen reactive species formed in process of ozone decomposition.
Photocatalytic reaction using $TiO_2$ thin film was applied for the inactivation of coliform bacteria and the degradation of formic acid. UV processes coupled with and without $TiO_2$ were tested for the river water samples. It took 5 and 15 minutes, respectively, to obtain 99% destruction of coliform bacteria in the total coliform test, which demonstrated the effectiveness of the photocatalytic reaction. Complete degradation of formic acid determined by TOC analysis was observed in 20 minutes by ozone/photocatalysis, while formic acid was degraded as little as about 20% during the first 100 minutes by ozone treatment alone. When ozone was supplied to the $TiO_2/UV$ system, however, it provided a synergetic effect for the degradation of formic acid.
Pitch-binded activated carbon fiber(ACF)/$TiO_2$ composite photocatalysts were prepared by Carbon Tetra Chloride (CTC) solvent mixing method with different mixing ratios of anatase to ACF. The result of the textural surface properties demonstrated that there is a slight increase in the Brunauer, Emmett and Teller (BET) surface area of composites with an increase of the amount of ACF. The surfaces structure morphologies of the composites were observed using an Scanning Electron Microscope (SEM). In the XRD patterns for all ACF/$TiO_2$ composites, the diffraction peaks showed the formation of anatase crystallites. The EDX spectra showed the presence of C, O and Si with strong Ti peaks. Most of these samples were richer in carbon and major Ti metal than any other elements. From the photo-decomposition results, the excellent activity of the ACF/$TiO_2$ composites between c/$c_0$ for methylene blue and UV irradiation time could be attributed to both the effects of the photocatalysis of the supported $TiO_2$ and adsorptivity of activated carbon fiber and another carbon derived from pitch.
Microbiological treatment, chlorination, and ozonation are usually used for water treatment. However, there is weakness that these methods can't decompose and eliminate recalcitrant organic pollutants perfectly. It is possible to eliminate recalcitrant organic pollutants when photocatalysis of $TiO_2$ is used. In this study, the removal efficiencies of organic pollutants by using photocatalyst of $TiO_2$ in the slightly polluted golf club water hazard and a river were investigated. The amount of $TiO_2$ was divided into three categories of 1 g/L, 2 g/L and 4 g/L in order to investigate the adequate amount of $TiO_2$ and the removal efficiency. UV light was used as a light source for the reaction of photocatalyst. As a conclusion in this study, the efficiency of turbidity removal was increased in proportion to the amount of $TiO_2$ until 4 hours. After then the turbidity was gradually decreased. Finally, the optimum concentration of $TiO_2$ was 4 g/L. The efficiency of COD removal was increased in proportion to the amount of $TiO_2$ regardless of time.
본 연구에서는 광촉매 반응과 막분리 기술을 접목시킨 혼성 고도 정수처리 공정에서 소독 부산물의 전구체로 알려진 자연산 유기물을 효과적으로 제거하고자 하였고 다양한 운전 조건에서 시스템의 성능을 비교 평가하였다. 자연산 유기물은 흡입여과 방식의 분리막과 TiO$_2$ 광촉매를 이용하여 광분해하였을 때 광촉매 투입량의 증가에 따라 반응속도가 증가하였지만 과량의 촉매 주입시에는 반응 속도 향상에 오히려 부정적으로 작용하였다. 자연산 유기물을 보다 효과적으로 제거하기 위해 산화철 주입, TiO$_2$ 표면처리, 분리막 표면코팅을 시도하여 제거특성 및 운전에 따른 막여과 특성을 평가하였다. 산화철 주입은 초기에 흡착작용으로 인해 제거율 증가를 보였으나 반응이 진행됨에 따라 산화철 입자에 의한 광산란으로 광분해 효율이 오히려 감소되었다. 산화철 입자에 의한 광산란을 제어하고자 TiO$_2$ 표면을 광처리와 열처리 방법을 이용해 철을 직접 부착시킨 경우 긍정적인 효과를 얻지 못했다. 그러나 산화철로 막표면을 코팅하여 광산란 효과를 배제시킨 경우에는 향상된 결과를 보였다 막투과 플럭스 15 L/$m^2$-h에서 정밀여과를 수행하였을 때 TiO$_2$나 산화철에 의한 막오염은 거의 일어나지 않았고 안정된 막투과도를 나타내었다.
Lofrano, Giusy;Ozkal, Can Burak;Carotenuto, Maurizio;Meric, Sureyya
Advances in environmental research
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제7권3호
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pp.213-223
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2018
Continuous input into the aquatic ecosystem and persistent structures have created concern of antibiotics, primarily due to the potential for the development of antimicrobial resistance. Degradation kinetics and mineralization of vancomycin B (VAN-B) by photocatalysis using $TiO_2$ and ZnO nanoparticles was monitored at natural pH conditions. Photocatalysis (PC) efficiency was followed by means of UV absorbance, total organic carbon (TOC), and HPLC results to better monitor degradation of VAN-B itself. Experiments were run for two initial VAN-B concentrations ($20-50mgL^{-1}$) and using two catalysts $TiO_2$ and ZnO at different concentrations (0.1 and $0.5gL^{-1}$) in a multi-lamp batch reactor system (200 mL water volume). Furthermore, a set of toxicity tests with Daphnia magna was performed to evaluate the potential toxicity of oxidation by-products of VAN-B. Formation of intermediates such as chlorides and nitrates were monitored. A rapid VAN-B degradation was observed in ZnO-PC system (85% to 70% at 10 min), while total mineralization was observed to be relatively slower than $TiO_2-PC$ system (59% to 73% at 90 min). Treatment efficiency and mechanism of degradation directly affected the rate of transformation and by-products formation that gave rise to toxicity in the treated samples.
In this study, an expanded graphite-titanium oxide composite is developed from expanded graphite (EG) and titanium n-butoxide (TNB). EG is synthesized by chemical intercalation of natural graphite (NG) and rapid expansion at high temperature. TNB is used as the titanium source. The performances of the prepared EG-$TiO_2$ composite are characterized by BET surface area measurements, scan electron microscope (SEM), X-ray diffraction patterns (XRD) and energy dispersive X-ray analysis (EDX). The catalytic activities of the EG-$TiO_2$ composite are investigated by analysis of the degradation of methylene blue (MB) in aqueous solution under irradiation of UV light. Compared with the pristine $TiO_2$ and activity carbon-$TiO_2$ (AC-$TiO_2$) composite, the EG-$TiO_2$ composite shows very high efficiency against MB solution, and the EG could improve the photocatalytic effect of $TiO_2$ in the MB degradation reaction under the irradiation of UV light.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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