졸-겔 방법을 사용하여 Fe-ACF/$TiO_2$ 복합체 광촉매를 제조하였다. 여러 가지 철 전구체를 사용하여 세가지 Fe-ACF/$TiO_2$ 복합체를 제조하고 BET, SEM, XRD 및 EDX를 사용하여 특성화 하였다. UV 조사에서 Rh.B 용액의 분해에 의거하여 Fe-ACF/$TiO_2$ 복합체의 광촉매 특성을 파악 하였다. 실험 결과로부터, Fe-ACF/$TiO_2$ 복합체는 ACF/$TiO_2$ 복합체 보다 Rh.B의 제거 효과가 더 우수함을 나타내었다. 또한 여러 가지 Fe 전구체 사용으로 인한 Fe 원소의 포토-펜톤 효과는 다르게 나타났다. $FeCl_3$을 사용하여 제조된 Fe-ACF/$TiO_2$ 복합체는 가장 우수한 포토-펜톤 효과를 나타내었고, pH 변화에 의존하여 Rh.B 용액 분해에 대하여 영향을 주었다.
Methylene blue (MB) was degraded by $TiO_2$ and ZnO deposited on an activated carbon fiber (ACF) surface under UV light. The ACF/$TiO_2$ and ACF/ZnO composites were characterized by BET, SEM, XRD, and EDX. The BET surface area was related to the adsorption capacity for composites. The SEM results showed that titanium dioxide and zinc oxide are distributed on the ACF surface. The XRD results showed that the ACF/$TiO_2$ and ACF/ZnO composites contained a unique anatase structure for $TiO_2$ and a typical hexagonal phase for ZnO respectively. These EDX spectra showed the presence of peaks of Ti element on ACF/$TiO_2$ composite and peaks of Zn element on the ACF/ZnO composite. The blank experiments for either illuminating the MB solution or the suspension containing ACF/$TiO_2$ or ACF/ZnO in the dark showed that both illumination and the catalyst were necessary for the mineralization of organic dye. Additionally, the ACF/$TiO_2$ composites proved to be efficient photocatalysts due to degradation of MB at higher reaction rates. The addition of an oxidant $([NH_4]_2S_2O_8)$ led to an increase of the degradation rate of MB for ACF/$TiO_2$ and ACF/ZnO composites.
철 화합물을 처리한 활성탄소섬유(Fe-ACF)를 사용하여 Fe-활성탄소섬유/$TiO_2$ (Fe-ACF/$TiO_2$) 복합체 촉매를 제조하였다. 또한, Fe-ACF/$TiO_2$ 복합체 촉매는 BET, SEM, XRD 와 EDX 기기를 사용하여 특성화하였다. BET 표면적은 각각의 복합체들에 대한 흡착 특성과 관계 있음을 나타내었다. SEM 결과는 ACF의 표면상에 Fe 화합물과 이산화 티탄이 분포해 있음을 나타내었다. XRD 결과는 Fe-ACF/$TiO_2$ 복합체가 철 중간체 화합물과 함께 아나타제 구조를 가지고 있음을 나타내었다. EDX 결과는 Fe-ACF/$TiO_2$ 복합체내에 C, O, Ti와 Fe 피크의 존재를 보였다. 광촉매 분해 효과로부터, 이들 복합체에 의한 유기염료의 분해를 관찰 하였다. 다른 분해 효과는 Fe의 포토-펜톤 반응의 탓으로 여겨진다. 즉 Fe-ACF/$TiO_2$의 복합적인 반응은 MB 분해에 대한 강력한 포토-펜톤 반응을 생성한 것으로 여겨진다.
The photocatalysts of Fe-ACF/$TiO_2$ compositeswere prepared by the sol-gel method and characterized by BET, XRD, SEM, and EDX. It showed that the BET surface area was related to adsorption capacity for each composite. The SEM results showed that ferric compound and titanium dioxide were distributed on the surfaces of ACF. The XRD results showed that Fe-ACF/$TiO_2$ composite only contained an anatase structure with a Fe mediated compound. EDX results showed the presence of C, O, and Ti with Fe peaks in Fe-ACF/$TiO_2$ composites. From the photocataytic degradation effect, $TiO_2$ on activated carbon fiber surface modified with Fe (Fe-ACF/$TiO_2$) could work in the photo-Fenton process. It was revealed that the photo-Fenton reaction gives considerable photocatalytic ability for the decomposition of methylene blue (MB) compared to non-treated ACF/$TiO_2$, and the photo-Fenton reaction was improved by the addition of $H_2O_2$. It was proved that the decomposition of MB under UV (365 nm) irradiation in the presence of $H_2O_2$ predominantly accelerated the oxidation of $Fe^{2+}$ to $Fe^{3+}$ and produced a high concentration of OH radicals.
In this study, we prepared Fe-activated carbon fiber(ACF)/$TiO_2$ composites with titanium (VI) n-butoxide (TNB) as the titanium source for ACF pre-treated with iron compounds through the impregnation method. In terms of textural surface properties, the composites demonstrate a slight decrease in the BET surface area of the samples and an increase in the amount of iron compounds treated. The surface morphology of the Fe-ACF/$TiO_2$ composites was characterized by means of SEM. The composites have a porous texture with homogenous compositions of Fe and titanium dioxide distributed on the sample surfaces. The phase formation and structural transition of the iron compounds and titanium dioxide were observed in X-ray diffraction patterns of the Fe-ACF/$TiO_2$ composites. The chemical composition of the Fe-ACF/$TiO_2$ composites, which was investigated with EDX shows strong peaks for the C, O, Fe and Ti elements. The photo degradation results confirm that the Fe-ACF/$TiO_2$ composites show excellent removal activity for the COD in piggery waste due to photocatalysis of the supported $TiO_2$, radical reaction by Fe species, and the adsorptivity and absorptivity of ACF.
Nickel oxide-doped ACF and $TiO_2$ composites (NiO/ACF/$TiO_2$) were prepared by a sol-gel method. The composite obtained was characterized by BET surface area measurements, X-ray diffraction, transmission electron microscopy and energy dispersive X-ray analysis. A methylene blue (MB) solution under visible light irradiation was used to determine their photocatalytic activity. Excellent photocatalytic degradation of the MB solution was observed using the $TiO_2$, Ti-ACF and NiO/ACF/$TiO_2$ composite under visible light.
In this paper, non-treated ACF (Activated Carbon Fiber) /$TiO_2$ and Zn-treated ACF/$TiO_2$ were prepared. The prepared composites were characterized in terms of their structural crystallinity, elemental identification and photocatalytic activity. XRD patterns of the composites showed that the non-treated ACF/$TiO_2$ composite contained only typical single and clear anatase forms while the Zn-treated ACF/$TiO_2$ contained a mixed anatase and rutile phase with a unique ZnO peak. SEM results show that the titanium complex particles are uniformly distributed on and around the fiber and that the titanium complex particles are more regularly distributed on and around the ACF surfaces upon an increase of the $ZnCl_2$ concentration. These EDX spectra show the presence of peaks from the C, O and Ti elements. Moreover, peaks of the Zn element were observed in the Zn-treated ACF/$TiO_2$ composites. The prominent photocatalytic activity of the Zn-treated ACF/$TiO_2$ can be attributed to the three different effects of photo-degradation: doping, absorptivity by an electron transfer, and adsorptivity of porous ACFs between the Zn-$TiO_2$ and Zn-ACF.
Photocatalytic degradation of methylene blue (MB) in aqueous solution was investigated using $TiO_2$ coated on various acid modified activated carbon fiber (ACF). The ACFs/$TiO_2$ composites were prepared from titanium n-butoxide (TNB) as titanium precursor and various acid modified ACFs. The prepared samples are heat treated at 973 K. Then the ACF/$TiO_2$ composites were characterized by scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction (XRD), energy dispersive X-ray analysis (EDX). Moreover, photocatalytic degradation of MB by the ACF/$TiO_2$ composites was determined under UV irradiation. The results shows that the photocatalytic activity of ACF/$TiO_2$ composites ($AT1{\sim}AT4$) prepared with TNB and various acid modified ACF was much better than that of ACF/$TiO_2$ composite (AT) prepared with TNB and non-acid modified ACF, and the effects improved with order of sample AT3 > AT4 > AT1 > AT2.
본 논문에서 Fe-활성탄소 섬유(ACF)/$TiO_2$ 복합체 광촉매를 졸-겔 방법에 의하여 제조하였다. 합성된 광촉매는 UV조사하에서 MB용액의 광분해에 사용되었다. BET 데이터는 Fe와 Ti의 여러 가지 농도를 가지고 처리된 ACF의 표면에서 흡착 특성을 보여준다. SEM 사진에서 보여지는 것처럼, 철 혼합물과 $TiO_2$는 ACF 표면에 활착되어 있음을 나타내었다. X선 분말 회절법으로부터 얻어진 결과는 복합체로부터 FeO+$TiO_2$, Anatase 및 Rutile 구조의 결정상을 나타내었다. 원소분석을 위한 EDX spectra는 Fe와 함께 C, O, Ti의 peak들이 존재함을 나타내었다. MB 분해에 대한 활성은 $TiO_2$의 광분해와 Fe의 photo-Fenton 효과로 인해 전자/hole쌍 반응으로부터 파생된 -OH 라디칼들에 의한 것으로 여겨진다.
[ $TiO_2$ ]ACF composites were prepared by the electrochemical method with Titanium (IV) n-butoxide (TNB) electrolyte under different electrochemical operation time. The BET surface area for $TiO_2$/ACF composites decrease with the increase of electrochemical operation time. There is a single crystal structure which is anatase in all of the samples from the data of XRD. The SEM micrphotographs of $TiO_2$/ACF composites show that the $TiO_2$ particles were well mixed with the ACF. There are O and P with strong C and Ti peaks in all samples from EDX results, and it also shows that a decrease of the C content with a increasing of Ti content with increasing of the electrochemical operation time in the over all composites. DSC cures show that the exothermic peak of all composites at $560^{\circ}C$ represents the transformation heat of amorphous parts to anatase phase and the discontinuous grain growth of the transformed anatase particles. Finally, the excellent photoactivity of $TiO_2$/ACF composites (especially, ACFT10) could be attributed that the decrease of concentration of MB can be concluded to be much faster for the adsorption by ACF than for photocatalytic decomposition by $TiO_2$.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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