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.
Effect of the pH, molar ratio of Cu(II)/EDTA, concentration of Cu(II)-EDTA and ionic strength on the photocatalytic oxidation(PCO) of Cu(II)-EDTA in solar light was studied in this work. Experimental results in this work were compared with previous results obtained with UV-lamp. In the kinetics, Cu(II)-EDTA decomposition was favorable below neutral pH. The removal of Cu(II) and DOC was favorable as $TiO_2$ dosage increased. The initial rate for the decomplexation of Cu(II)-EDTA linearly increased as the concentration of Cu(II)-EDTA increased. The removal of Cu(II) and DOC was not much affected by variation of ionic strength with $NaClO_4$ as a background ion while much reduction was observed in the presence of background ions having higher formal charges. The removal trend of Cu(II) and DOC with variation of ionic strength and concentration of Cu(II)-EDTA in solar light was similar with that in UV light. Variation of the molar ratio of Cu(II)/EDTA showed a negligible effect on the removal of both Cu(II) and DOC. However, removal of both Cu(II) and DOC was two-times greater than that previous results obtained with UV light.
Nguyen, Thanh Nhan;Nguyen, Hoang Phuc;Kim, Tae-Ho;Lee, Soo Wohn
한국재료학회지
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제28권1호
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pp.68-74
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2018
Cobalt-incorporated zeolitic imidazolate framework ZIF-8 was synthesized by a simple one-pot synthesis method at room temperature. Powder X-ray diffraction patterns and energy dispersive X-ray spectrum confirmed the formation of the bimetallic Co/Zn-ZIF structure. UV-Vis diffuse reflectance spectra revealed that the bimetallic ZIF had a lower HOMO-LUMO gap compared with ZIF-8 due to the charge transfer process from organic ligands to cobalt centers. A hydrolytic stability test showed that Co/Zn-ZIF is very robust in aqueous solution - the most important criterion for any material to be applied in photodegradation. The photocatalytic efficiency of the synthesized samples was investigated over the Indigo Carmine (IC) dye degradation under solar simulated irradiation. Cobalt incorporated ZIF-8 exhibited high efficiency over a wide range of pH and initial concentration. The degradation followed through three distinct stages: a slow initial stage, followed by an accelerated stage and completed with a decelerated stage. Moreover, the photocatalytic performance of the synthesized samples was highly improved in alkaline environment rather than in acidic or neutral environments, which may have been because in high pH medium, the increased concentration of hydroxyl ion facilitated the formation of hydroxyl radicals, a reactive species responsible for the breaking of the Indigo Carmine structure. Thus, Co/Zn-ZIF is a promising and green material for solving the environmental pollution caused by textile industries.
Kim, Sun-Jae;chang-Joo choi;Park, Soon-Dong;Hwang, Jong-Sun;Han, Byung-Sung
Transactions on Electrical and Electronic Materials
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제2권2호
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pp.37-41
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2001
Photo catalytic characteristics of nano-sized TiO$_2$ powder with rutile phase produced using homogeneous precipitation process at low temperatures (HPPLT) were compared with those of commercial P-25 powder by Degussa Co. The TiO$_2$ powder by HPPLT showed very higher photoactivity in the removal rate, showing lower pH values in the solution, than the P-25 powder when eliminating metal ions such as Pb and Cu from aqueous metal-EDTA solutions. This can be inferred the more rapid photo-oxidation or -reduction of metal ions from the aqueous solution, together with relatively higher efficiencies in the use of electron-hole pair formed on the surface of TiO$_2$ particle, under UV light irradiation. Also, in the view of the TiO$_2$ particle morphology, compared to the well-dispersed spherical P-25 particle, the agglomerated TiO$_2$ particle by HPPL T consists of acicular typed primary particle with the thickness ranged of 3∼7 nm, which would be more effective to the photocatalytic reactions without electron-hole recombination on the surface of the TiO$_2$ particle under the UV light irradiation. It is, therefore, thought that the higher photo activity of the rutile TiO$_2$ powder by HPPLT in the aqueous solutions resulted from having its higher specific surface area as well as acicular shape primary particle with very thin thickness.
In this research, we compared the COD removal efficiencies of titanium dioxide ($TiO_2$) thin films coated on the surfaces of borosilicate glass that prepared by three different numbers of coating layer; i) 3 layers ii) 4 layers and iii) 5 layers by sol-gel method. All of the prepared $TiO_2$ thin films consisted of pure anatase crystalline structure with grain sizes in the range 20-250 nm. The calculated optical band gaps of the $TiO_2$ thin films were 3.24. The total apparent surface area per total weight of $TiO_2$ thin films were 4.74, 3.86 and $2.79m^2g^{-1}$ for 3, 4 and 5 layers coating, respectively. The kinetics of the photodegradation reactions of COD under UVA light source were described by the Langmuir-Hinshelwood (L-H) kinetic model. The specific rates of the photodegradation of $TiO_2$ thin films at 3 layers coating was $1.40{\times}10^{-4}min^{-1}mW^{-1}$, while for the 4 layers coating and the 5 layers coating were $1.50{\times}10^{-4}$ and $4.60{\times}10^{-4}min^{-1}mW^{-1}$, respectively. The photocatalytic performance of COD degradation was higher with smaller grain size, higher surface area and narrow optical band gaps. Moreover, the numbers of coating layer on substrate also have great influence for kinetic of COD removal.
Nguyen, Thi Mai Tho;Bui, The Huy;Dang, Nguyen Nha Khanh;Ho, Nguyen Nhat Ha;Vu, Quang Huy;Ngo, Thi Tuong Vy;Do, Manh Huy;Duong, Phuoc Dat;Nguyen, Thi Kim Phuong
Korean Journal of Chemical Engineering
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제35권12호
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pp.2442-2451
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2018
Novel highly active visible-light photocatalysts in the form of zinc bismuth oxide ($ZnBi_2O_4$) and graphite hybrid composites were prepared by coupling via a co-precipitation method followed by calcination at $450^{\circ}C$. The asprepared $ZnBi_2O_4$-graphite hybrid composites were tested for the degradation of rhodamine B (RhB) solutions under visible-light irradiation. The existence of strong electronic coupling between the two components within the $ZnBi_2O_4$-graphite heterostructure suppressed the photogenerated recombination of electrons and holes to a remarkable extent. The prepared composite exhibited excellent photocatalytic activity, leading to more than 93% of RhB degradation at an initial concentration of $50mg{\cdot}L^{-1}$ with 1.0 g catalyst per liter in 150 min. The excellent visible-light photocatalytic mineralization of $ZnBi_2O_4-1.0graphite$ in comparison with pristine $ZnBi_2O_4$ could be attributed to synergetic effects, charge transfer between $ZnBi_2O_4$ and graphite, and the separation efficiency of the photogenerated electrons and holes. The photo-induced $h^+$ and the superoxide anion were the major active species responsible for the photodegradation process. The results demonstrate the feasibility of $ZnBi_2O_4-1.0graphite$ as a potential heterogeneous photocatalyst for environmental remediation.
Photocatalysis using UV light and catalysts is an attractive low temperature and non-energy- intensive method for remediation of a wide range of chemical contaminants like chloroform (CF). Recently development of environmental friendly and sustainable catalytic systems is needed before such catalysts can be routinely applied to large-scale remediation or drinking water treatment. Titanium dioxide is a candidate material, since it is stable, highly reactive, and inexpensive. Diatoms are photosynthetic, single-celled algae that make a microscale silica shell with nano scale features. These diatoms have an ability to biologically fabricate $TiO_2$ nanoparticles into this shell in a process that parallels nanoscale silica mineralization. We cultivated diatoms, metabolically deposited titanium into the shell by using a two-stage photobioreactor and used this biogenic $TiO_2$ to this study. In this study we evaluated how effectively biogenic $TiO_2$ nanoparticles transform CF compared with chemically-synthesized $TiO_2$ nanoparticlesthe and effect of pretreatment of diatom-produced $TiO_2$ nanoparticles on photocatalytic transformation of CF. The rate of CF transformation by diatom-$TiO_2$ particles is a factor of 3 slower than chemically-synthesized one and chloride ion production was also co-related with CF transformation, and 79~91% of CF mineralization was observed in two $TiO_2$ particles. And the period of sonication and mass transfer due to particle size, evaluated by difference of oxygen tention does not affect on the CF transformation. Based on the XRD analysis we conclude that slower CF transformation by diatom-$TiO_2$ might be due to incomplete annealing to the anatase form.
To build a highly active photocatalytic system with high efficiency and low cast of TiO2, we report a facile hydrothermal technique to synthesize Ag2Se-nanoparticle-modified TiO2 composites. The physical characteristics of these samples are analyzed by X-ray diffraction, scanning electron microscopy with energy dispersive X-ray analysis, transmission electron microscopy and BET analysis. The XRD and TEM results show us that TiO2 is coupled with small sized Ag2Se nanoplate, which has an average grain size of about 30 nm in diameter. The agglomeration of Ag2Se nanoparticles is improved by the hydrothermal process, with dispersion improvement of the Ag2Se@TiO2 nanocomposite. Texbrite BA-L is selected as a simulated dye to study the photodegradation behavior of as-prepared samples under visible light radiation. A significant enhancement of about two times the photodegradation rate is observed for the Ag2Se@TiO2 nanocomposite compared with the control sample P25 and as-prepared TiO2. Long-term stability of Ag2Se@TiO2 is observed via ten iterations of recycling experiments under visible light irradiation.
지난 수 년간 본 연구팀은 새로운 티탄염 응집제를 이용하여 폐수를 응집한 후 생산된 슬러지에서 산화티탄을 생산하는 연구를 진행하였다. 티탄염의 응집 효율은 일반적으로 많이 사용되는 철염과 알루미늄염 응집제와 비슷하였으며 슬러지를 소성하여 제조한 산화티탄은 상용 산화티탄보다 더 넓은 표면적과 높은 광촉매 활성을 나타내었다. 산화티탄의 광촉매 활성 향상과 pH를 높이기 위해 응집보조제로서 철, 알루미늄, 칼슘을 사용하여 광촉매 활성이 높은 Fe, Al, Ca 도핑 산화티탄을 제조하였다. 이 기술의 실제 적용 가능성을 확인하기 위하여 염색폐수 파일럿 장치에 적용한 결과, 우수한 유기물 제거 능력과 빠른 응집체 형성이 확인되었다. 염색폐수 슬러지에서 제조한 산화티탄은 높은 유기물 제거 광촉매 활성과 물 광분해에 의해 수소를 생성하였다. 티탄염 응집제와 슬러지에서 제조한 산화티탄의 독성을 D. magna로 조사한 결과, 낮은 독성을 확인할 수 있었다. 이 총설은 미래의 슬러지 재활용 기술로 높은 적용 가능성을 가지는 티탄염으로 제조한 산화티탄의 특성을 체계적으로 정리하였다.
반도성 세라믹 광촉매 막 반응기(membrane reactor)에 의한 난분해성 유독 유기물질의 효율적인 분해공정을 개발하기 위한 기초 연구로서 $TiO_{2}$ 광촉매 막의 전기화학 반응에 의한 개미산(formic acid)의 산화/분해 효율성에 대해 연구하였다. 막 반응기는 용액의 여과(filtration)와 광전기화학 반응에 의한 유기물의 광분해를 동시에 수행할 수 있도록 제작되었다. 복합막의 담체임과 동시에 전극의 역할을 할 수 있는 전기 전도성 $SnO_{2}$ 또는 stainless steel 다공성 튜브상에 pH가 1.45인 $TiO_{2}$ 졸을 졸-겔 침지 코팅하여 광촉매 복합막을 제조하였으며 광원으로는 365 nm 파장을 갖는 UV를 사용하였다. $TiO_{2}$ 광촉매 막의 전기화학 반응에 의한 개미산의 산화효율은 전극에 걸어주는 전압과 반응시간에 따라 증가하였으나 투과량(flux)에는 거의 무관하였다. $TiO_{2}/SnO_{2}$ 복합막을 사용한 경우 외부 전압을 27V 걸어주었을때 77% 정도의 산화효율을 얻을 수 있었으며 $TiO_{2}$/stainless steel 복합막에서는 90% 이상이었다. 광촉매 전기화학 반응을 이용함으로써 높은 투과량하에서도 개미산의 산화효율을 단순한 $TiO_{2}$ 광촉매 반응에서 보다 6~7배 가량 증진시킬 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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