Lee Nam-Hee;Jung Sang-Chul;Sun Il-Sik;Cho Duk-Ho;Shin Seung-han;Kim Sun-Jae
Korean Journal of Materials Research
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v.14
no.6
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pp.407-412
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2004
Photo decomposition of gas phase benzene by $TiO_2$ thin films chemically deposited on alumina balls were investigated under UV irradiation. Photo decomposition rates were measured in real time during the reaction using a photo ionization detector, which ionizes C-H bonding of benzene molecules and then converts into volatile organic compounds (VOCs) concentrations. From the measuring results, the VOCs concentration increased instantly when IN irradiated because C-H bonds of benzene molecules strongly absorbed on the surface of $TiO_2$ films before the IN irradiation was destroyed by photo decomposition. After that, the VOCs concentration decreased with increasing surface area of $TiO_2$ and reaction time under the IN irradiation. At the optimal conditions for the photo decomposition of gas phase benzene, the reaction rate of the photo decomposition for high concentrations (over 60 ppm) was slow but that of relatively low concentration (under 60 ppm) was fast, due to limited surface area of $TiO_2$ thin films for the reaction. Thus, it is concluded that the photo decomposition rate was mainly affected by the surface area of $TiO_2$ or absorption reaction.
Decomposition of ozone at room temperature was investigated comparatively with commercial monolithic ozone decomposition catalyst (ODC, $MnO_2$) and monolithic photo catalyst ($TiO_2$). The effects of residence time, UV (ultraviolet) light dependence and ozone concentration on the conversion was presented. UV ray was irradiated using BLB (black light blue) lamp ($315{\sim}400$ nm), supplied with a constant intensity in the reactor. The concentration of ozone in the square-shape reactor can be controlled by combining the DBD (dielectric barrier discharge) reactor with an AC high voltage supply system. The catalytic performance, in presence of UV irradiation did not show significant changes for $MnO_2$ catalyst. $TiO_2$ catalyst was the different case, which showed higher decomposition activity in presence of UV irradiation. Deactivation of catalyst detected by real-time ozone monitor for 120 hours with a constant inlet ozone concentration.
Journal of Korean Society for Atmospheric Environment
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v.21
no.4
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pp.431-438
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2005
In order to apply the photocatalytic decomposition of aromatic VOCs, adsorbent prepared from MSWI fly ash was coated by $TiO_2$ solution to endow with photo-catalytic function. The effects of coating number, existence of light source and the type of $TiO_2$ solution used for coating were examined. Adsorbent coated with amorphous $TiO_2$ solution showed higher adsorptivity than adsorbent coated with crystal $TiO_2$ solution. Without light source, breakthrough curve of photo -catalyst absorbent for VOCs removal was similar to that of absorbent made from MSWI fly ash. On the other hand, breakthrough time was enlarged with light source and total removal efficiency of benzene and toluene was also increased. It can be explained as photo-decomposition effect of $TiO_2$ photo-catalyst. Total removal efficiency of benzene and toluene was increased according to the increase of coating number with light source. It was due to the effect of adsorption and photo reaction of photo-catalytic adsorbent. But total removal efficiency of benzene was lower than that of toluene. Because benzene was removed more effectively than toluene by adsorption, but photo - decomposition effect oi toluene was more high than benzene.
Photo-decomposition experiments to produce hydrogen from organic compound such as alcohols and organic acids were investigated using the Korean natural ilmenite, which was used as ore itself as well as the calcined in vacuum. The decomposition activities of alcohol on ore (30-60 mesh) which was not calcined did not decrease even if it was repeatedly used. But crushed ore which had newly formed ilmenite surface revealed enhanced activities. The ilmenite powder calcined in vacuum showed 3-8 times higher activies than the ore powder itself and also the decomposition activity of formic acid was much higher than that of alcohols.
A UVC photo-Fenton advanced oxidation process (AOP) was studied to develop a process for the decomposition of oxalic acid waste generated in the chemical decontamination of nuclear power plants. The oxalate decomposition behavior was investigated by using a UVC photo-Fenton reactor system with a recirculation tank. The effects of the three operational variables-UVC irradiation, H2O2 and Fenton reagent-on the oxalate decomposition behavior were experimentally studied, and the behavior of the decomposition product, CO2, was observed. UVC irradiation of oxalate resulted in vigorous CO2 bubbling, and the irradiation dose was thought to be a rate-determining variable. Based on the above results, the oxalate decomposition kinetics were investigated from the viewpoint of radical formation, propagation, and termination reactions. The proposed UVC irradiation density model, expressed by the first-order reaction of oxalate with the same amount of H2O2 consumption, satisfactorily predicted the oxalate decomposition behavior, irrespective of the circulate rate in the reactor system within the experimental range.
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.
Nano-TiO$_2$ photocatalytic coatings were deposited on the stainless steel 304(50$\times$70$\times$3mm) by the APS(Atmospheric Plasma Spraying). Photocatlytic reaction was tested in MB(methylene blue) aqueous solution. For applying nano-TiO$_2$ powders by thermal spray, the starting nano-TiO$_2$ powder with 100% anatase crystalline was agglomerated by spray drying. Plasma second gas(H$_2$) flow rate and spraying distance were used as principal process parameters which are known to control heat enthalpy(heat input). The relationship between process parameters and the characteristics of microstructure such as the anatase phase fraction and grain size of the TiO$_2$ coatings were investigated. The photo-decomposition efficiency of TiO$_2$ coatings was evaluated by the kinetics of MB aqueous solution decomposition. It was found that the TiO$_2$ coating with a lower heat input condition had a higher anatase fraction, smaller anatase grain size and a better photo-decomposition efficiency.
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.
$N_2$ doped $TiO_2$ nano-sized powder was prepared using a DC arc plasma jet and investigated with XRD, BET, SEM, TEM, and photo-catalytic decomposition. Recently the research interest about the nano-sized $TiO_2$ powder has been increased to improve its photo-catalytic activity for the removal of environmental pollutants. Nitrogen gas, reacting gas, and titanium tetrachloride ($TiCl_4$) were used as the raw materials and injected into the plasma reactor to synthesize the $N_2$ doped $TiO_2$ power. The particle size and XRD peaks of the synthesized powder were analyzed as a function of the flow rate of the nitrogen gas. Also, the characteristics of the photo-catalytic decomposition using the prepared powder were studied. For comparing the photo-catalytic decomposition performance of $TiO_2$ powder with that of $TiO_2$ coating, $TiO_2$ thin films were prepared by the spin coating and the pulsed laser deposition. For the results of the acetaldehyde decomposition, the photo-catalytic activity of $TiO_{2-x}N_x$ powder was higher than that of the pure $TiO_2$ powder in the visible light region. For the methylene blue decomposition, the decomposition efficiency of $TiO_2$ powder was also higher than that of $TiO_2$ film.
The effects of initial concentration of dissolved oxygen content, Cu(II) and EDTA in an aqueous Cu(II)-EDTA solution on $TiO_2$ photo-oxidation of EDTA were investigated using $TiO_2$ (Degussa P-25) and UV irradiation at $20{\circ}C$. In the presence of dissolved oxygen and/or Cu(II) the photo-oxidation rates of EDTA were enhanced. The rates linearly increased in the range of initial Cu(II) concentration below 1.79 mM, while abode this concentration those were kept constant. The trend or the EDTA photo-oxidation rates appeared to be akin to the Langmuir-Hinshelwood equation farm and the k values calculated were 0.05 mM/min for the free-EDTA system, and 0.17 mM/min far the Cu(II)-EDTA system. These meant the aqueous EDTA decomposition was enhanced due to weakening of the intra-molecular bond strength of EDTA by complexation with Cu(II) added. It was concluded the decomposition of aqueous EDTA by $TiO_2$ photo-oxidation was maximum in the presence of dissolved oxygen supplied by air purging and of Cu(II) with its concentration for 1:1 Cu(II)-EDTA complexation ratio.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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