Nano-technology is a super microscopic technology to deal with structures of 100 nm or smaller. This technology also involves the developing of $TiO_2$ materials or $TiO_2$ devices within that size. The aim of the present paper is to synthesize $WO_x$ doped nano-$TiO_2$ by the Sonochemistry method and to evaluate the effect of different percentages (0.5-5 wt%) of tungsten oxide load on $TiO_2$ in methylene blue (MB) elimination. The samples were characterized using such different techniques as X-ray diffraction (XRD), TEM, SEM, and UV-VIS absorption spectra. The photo-catalytic activity of tungsten oxide doped $TiO_2$ was evaluated through the elimination of methylene blue using UV-irradiation (315-400nm). The best result was found with 5 wt% $WO_x$ doped $TiO_2$. It has been confirmed that $WO_x-TiO_2$ could be excited by visible light (E<3.2 eV) and that the recombination rate of electrons/holes in $WO_x-TiO_2$ declined due to the existence of $WO_x$ doped in $TiO_2$.
Anatase $TiO_2$thin films as a photocatalyst were prepared by the reactive magnetron sputtering process. The $TiO_2$thin films were deposited on Si substrates under the various conditions : oxygen partial pressure, working pressure, sputtering time, and D.C. power. The photocatalystic degradation of $TiO_2$thin film have been studied to examine the contribution of surface morphology and crystallinity. The thin films with a good crystallinity or a rough surface showed a high photocatalytic degradation rate on phenol and E.coli 078 experiment. Compared with that of only UV radiation, the photocatalytic efficiency of $TiO_2$thin film under the UV radiation and the $O_2$ flow increased. We found that the crystallity and the morphology were the important factors on the photocatalytic efficiency of TiO$_2$thin film.
Photocatalytic degradation of chlorpyrifos and diazinon, which are extensively used as an organophosphorous pesticide in the agriculture field, has been investigated with UV-radiated TiO$_2$ in aqueous phase. Photodegradation rate was increased with increasing pH of the solution. The removal efficiencies of chlorpyrifos and diazinon were 100% after 200 min in pH 9. Photodegradation followed a pseudo-first-order reaction. The rate constants of chlorpyrifos and diazinon were 0.0160min$\^$-1/ and 0.0180min$\^$-1/, respectively. NO$_3$$\^$-/, PO$_4$$\^$3-/, SO$_4$$\^$2-/ and Cl$\^$-/ were found as end products on the photocatalytic degradation of chlorpyrifos and diazinon with TiO$_2$/UV.
In this study, combined effect of airflow rate, $TiO_2$ concentration, solution pH and $Ca^{+2}$ addition on HA (humic acid) fouling in submerged, photocatalytic hollow-fiber microfiltraiton was investigated systematically. Results showed that UV irradiation alone without $TiO_2$ nanoparticles could reduce HA fouling by 40% higher than the fouling obtained without UV irradiation. Compared to the HA fouling without UV irradiation and $TiO_2$ nanoparticles, the HA fouling reduction was about 25% higher only after the addition of $TiO_2$ nanoparticles. Both adsorptive and hydrophilic properties of $TiO_2$ nanoparticles for the HA can be involved in mitigating membrane fouling. It was also found that the aeration itself had lowest effect on fouling mitigation while the HA fouling was affected significantly by solution pH. Transient behavior of zeta potential at different solution pHs suggested that electrostatic interactions between HA and $TiO_2$ nanoparticles should improve photocatalytic efficiency on HA fouling. $TiO_2$ concentration was observed to be more important factor than airflow rate to reduce HA fouling, implying that surface reactivity on $TiO_2$ naoparticles should be important fouling mitigation mechanisms in submerged, photocatalyic microfiltraiton. This was further supported by investigating the effect of $Ca^{+2}$ addition on fouling mitigation. At higher pH (= 10), addition of $Ca^{+2}$ can play an important role in bridging between HA and $TiO_2$ nanoparticles and increasing surface reactivity on nanoparticles, thereby reducing membrane fouling.
Photodecomposition behaviors of volatile organic compounds (VOCs ; benzene, toluene, ethylbenzene and xylenes) over UV irradiation and UV irradiation with $TiO_2$ powder catalyst were studied and the extent of degradation were also investigated under various reaction conditions. The reactions were conducted in a quartz annular reactor equipped with a medium pressure mercury lamp. As a result, the extents of degradation were 92% for toluene and ethylbenzene, 83% for benzene, and 82% for xylenes under UV irradiation. And they were 92% for toluene, 82% for xylene and ethylbenzene, and 53% for benzene under UV irradiation with $TiO_2$ powder. Analyses of reacted samples by FID-gas chromatograph with Purge & Trap concentrator and GC-MS indicated that the aromatics formed many intermediates.
The characteristics of photocatalytic decomposition of dye waste water by titanium dioxide was studied in a batch reactor under constant strength of ultra-violet ray. The decomposition rate of methyl orange by TiO$_2$ was pseudo-first order, anatase type TiO$_2$ was more effective than rutile type below the dosage of 5g. The decomposition rate was increased with decreasing initial pH, increasing reaction temperature and oxidant concentration. The decomposition rate of water soluble dyes was decreased in order of rhodamine B>eosin Y>methyl orange.
Comparison between photocatalysis (UV+$TiO_2$) and sonophotocatalysis (Sonication+UV+$TiO_2$) were performed in lab-scale experiments for the treatment of chloroform. The effect of operational parameters, i.e., initial chloroform concentration, $TiO_2$ concentration, UV light intensity and sonication time on the degradation rate of aqueous solution of chloroform has been examined. The optimal conditions for photocatalysis and sonophotocatalysis processes were determined: initial chloroform concentration was 25 mg/L, the concentration of $TiO_2$ was 200 mg/L and UV light intensity was $6.630 mW/cm^2$, respectively. The optimal sonication time on sonophotocatalysis process was 90 min. Under the optimal conditions, sonophotocatalysis was effective for inducing faster degradation of the chloroform.
This research uses the $TiO_2$/UV process to verify the most suitable condition and possibility to dispose dyeing wastewater that contains pigment and a large amount of pollutants. For this, this research has enforced experiments that compare photo adsorption, photolysis, and photo catalyst oxidation reaction, and also evaluated and analyzed the change of pH and $TiO_2$ dosage, irradiation rates of ultraviolet rays and the dosage change and injection method of $H_2O_2$. According to the results of the dyeing wastewater experiment of storehouse catalyst that uses the new form of $TiO_2$, the photo catalyst oxidation reaction proved to be more effective than photo adsorption and photolysis; 35%, 21% in the case of $TCOD_{cr}$ and 39%, 28% in the case of chromaticity. Taking into consideration the reaction time, amount of photo catalyst reaction and irradiation amount of ultraviolet rays, the decomposition efficiency of pH change proved to be most effective at pH 4. On the whole, the acidity area proved to be effective in dyeing water exclusion than neutral and alkalinity areas. Having evaluated the influence of $TiO_2$ dosage, not only does the decomposition efficiency continuously improve as the $TiO_2$ dosage increases but the shielding effect does not occur also when the $TiO_2$ is at a fixed state. The influence of ultraviolet irradiation amount concluded in the result that as the ultraviolet irradiation amount increases the decomposition efficiency continually increased, but in the case of chromaticity when the irradiation amount was higher than 37.8mW/cm2 the removal efficiency is slowed remarkably. The influence of $H_2O_2$ dosage evaluation reached the results that although the decomposition efficiency increases with the increase of $H_2O_2$ dosage, when above 150mg (total dosage: 1200mg) $H_2O_2$ consumes OH radical itself and reduces the decomposition efficiency. Also in the case of the $H_2O_2$ injection method rather than injecting in the whole amount of $H_2O_2$ (1200mg) needed at the beginning all at once, injecting divided quantities of $H_2O_2$ whenever the electric current density falls below 10mgfl reduces the wases of OH radical due to an excess of $H_2O_2$ and in tum heightens the decomposition efficiency.
The physicochemical properties of crystalline titanium dioxide nanoparticles (TiO2 NPs) were investigated by comparing amorphous (amTiO2), anatase (aTiO2), metaphase of anatase-rutile (arTiO2), and rutile (rTiO2) NPs, which were prepared at various calcination temperatures (100℃, 400℃, 600℃, and 900℃). X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM) analyses confirmed that the phase-transformed TiO2 had the characteristic features of crystallinity and average size. The surface chemical properties of the crystalline phases were different in the spectral analysis. As anatase transformed to the rutile phase, the band of the hydroxyl group at 3,600-3,100 cm-1 decreased gradually, as assessed using Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR). For ultraviolet-visible (UV-Vis) spectra, the maximum absorbance of anatase TiO2 NPs at 309 nm was blue-shifted to 290 nm at the rutile phase with reduced absorbance. Under the electric field of capillary electrophoresis (CE), TiO2 NPs in anatase migrated and detected as a broaden peak, whereas the rutile NPs did not. In addition, anatase showed the highest photocatalytic activity in an UV-irradiated dye degradation assay in the following order: aTiO2 > arTiO2 > rTiO2. Overall, the phases of TiO2 NPs showed characteristic physicochemical properties regarding size, surface chemical properties, UV absorbance, CE migration, and photocatalytic activity.
These experiments were conducted to evaluate the efficiency of the color removal treatment system of pig wastewater by $TiO_2$. The results obtained are summarized as follow : 1 The color removal efficiency of effluent of activated sludge process by $TiO_2$ level were 59.7 and 52.5% for 1.0 and 2.0g/$\ell$ at 360 minute of operation time, respectively. 2. The color of pig wastewater was changed from 655 color unit(cu) to 146cu of the wastewater treatment of pH 5 at 300 minute of operation time. 3. The $H_2O_2$ level for color removal showed at 200mg/$\ell$ and in that level, the color removal efficiency was 52.5%. 4. The color removal efficiency of 365nm UV intensity was 29.4%, but 254nm of UV intensity was higher(50.1%) than 365nm for color removal.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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