Rhodamine B(RhB) 폐수의 색도와 COD 제거를 위해 $O_3$, $UV/TiO_2$, $O_3/UV$ 및 $O_3/UV/TiO_2$ 공정과 같은 고급산화법의 영향을 연구하였다. 오존 공정의 경우 오존 농도가 높을수록 탈색속도가 높아졌으며, $UV/TiO_2$와 $O_3/UV/TiO_2$ 공정의 최적 $TiO_2$ 농도는 0.4 g/L 였다. $O_3/UV$ 공정은 오존 공정에 비해 초기 탈색속도상수가 높고 탈색종결시간도 줄어드는 것으로 나타났다. 실험에 적용한 공정의 초기 탈색속도상수의 순서는 $O_3/UV/TiO_2>O_3/UV>O_3>UV/TiO_2$로 나타났다. 모든 공정의 탈색속도가 COD로 표시한 무기화 속도보다 빠르고, COD는 처리에 시간이 더 소요되는 것으로 나타났다. COD 제거속도는 $O_3/UV/TiO_2>O_3/UV>UV/TiO_2{\geqq}O_3$의 순서로 나타났다. 네 공정 중에서 광촉매와 오존 공정을 조합한 $O_3/UV/TiO_2$ 공정이 염료 폐수와 같은 폐수의 색도와 COD 제거에 적절한 것으로 나타났다.
A multilayer tower-type photoreactor, in which $TiO_2$-coated glass-tubes were installed, was used to measure the vapor-phase BTEX removal efficiencies by ozone oxidation ($O_3$/UV), photocatalytic oxidation ($TiO_2$/UV) and the combination of ozone and photocatalytic oxidation ($O_3/TiO_2$/UV) process, respectively. The experiments were conducted under various relative humidities, temperatures, ozone concentrations, gas flow rates and BTEX concentrations. As a result, the BTEX removal efficiency and the oxidation rate by $O_3/TiO_2$/UV system were highest, compared to $O_3$/UV and $TiO_2$/UV system. The $O_3/TiO_2$/UV system accelerated the low oxidation rate of low-concentration organic compounds and removed organic compounds to a large extent in a fixed volume of reactor in a short time. Therefore, $O_3/TiO_2$/UV system as a superimposed oxidation technology was developed to efficiently and economically treat refractory VOCs. Also, this study demonstrated feasibility of a technology to scale up a photoreactor from lab-scale to pilot-scale, which uses (i) a separated light-source chamber and a light distribution system, (ii) catalyst fixing to glass-tube media, and (iii) unit connection in series and/or parallel. The experimental results from $O_3/TiO_2$/UV system showed that (i) the highest BTEX removal efficiencies were obtained under relative humidity ranging from 50 to 55% and temperature ranging from 40 to $50^{\circ}C$, and (ii) the removal efficiencies linearly increased with ozone dosage and decreased with gas flow rate. When applying Langmuir-Hinshelwood model to $TiO_2$/UV and $O_3/TiO_2$/UV system, reaction rate constant for $O_3/TiO_2$/UV system was larger than that for $TiO_2$/UV system, however, it was found that adsorption constant for $O_3/TiO_2$/UV system was smaller than that for $TiO_2$/UV system due to competitive adsorption between organics and ozone.
The degradation of Rhodamine B (RhB) in water was investigated in laboratory-scale experiments, using five advanced oxidation Processes (AOPs) $UV/H_2O_2$, lenten, photo-lenten, $UV/TiO_2,\;UV/TiO_2/H_2O_2$. The photodegradation experiments were carried out in a fluidized bed photoreactor equipped with an immersed 32 W UV-C lamp as light source. initial decolorization rate and COD removal efficiency were evaluated and compared. The results obtained showed that the initial decolorization rate constant was quite different for each oxidation process. The relative order of decolorization was: photo-fenton > $UV/TiO_2/H_2O_2$ > fenton > $UV/H_2O_2$ > $UV/TiO_2$ > UV > $H_2O_2$. The relative order of COD removal was different from decolorization: photo-fenten ${\fallingdotseq}$$UV/TiO_2/H_2O_2\;>\;UV/TiO_2\;>\;fenton\;>\;UV/H_2O_2$. The Photo-lenten and $UV/TiO_2/H_2O_2$ processes seem to be appropriate for decolorization and COD removal of dye wastewater.
본 연구는 지표수에서 휴믹산을 포함한 중금속을 제거하기 위해 $UV/TiO_2/H_2O_2$ 공정을 적용하여 각 실험인자에 대한 처리효율을 실험적으로 검토하였다. 휴믹산과 중금속을 제거하는데 있어 $UV/TiO_2/H_2O_2$ 공정은 $UV/TiO_2$ 공정보다 훨씬 더 높은 제거효율을 보여 주었다. $TiO_2$ 주입량과 UV 세기를 증가시킴에 따라 휴믹산과 중금속 제거율은 증가했다. 그러나 0.3 g/L 이상의 $TiO_2$ 주입량에서는 제거율이 감소했다. 산화제로 사용된 과산화수소의 첨가는 휴믹산과 중금속 제거에 있어 긍정적인 효과를 보여주었으며 특히 50 mg/L의 과산화수소 농도에서 가장 좋은 제거효율을 나타내었다.
상온에서 고품질의 $TiO_2$ 박막을 제조하기 위하여 titanium isopropoxide [Ti(OCH$(CH_3)_2)_4$, TIP]와 $H_2O$을 이용한 자외선 활성화 원자층 증착(UV-enhanced atomic layer deposition: UV-ALD) 기술을 개발하였다. UV-ALD 기술은 상온에서 자체제어 표면 반응(self-limitting surface reaction)을 통해 균일하고 고품위 등방 특성을 갖는 순수한 $TiO_2$ 박막 증착이 가능하였다. ALD 반응 시 조사되는 자외선은 Si 기질 위에 우수한 접착력을 가지는 고품질의 $TiO_2$ 박막을 얻는데 효과적이었다. UV-ALD 기술은 높은 단차비(aspect ratio)를 가지는 trench 기질 위에 균일한 $TiO_2$ 박막을 증착하는 데에 적용되었다.
The photodegradations of pyrene, chrysene and benzo[a]pyrene that were similar in structure among polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) were investigated with a low-pressure mercury lamp(the wavelength of 253.7 nm and UV output of 1.35${\times}$10$\^$-3/J/s). The optimum concentrations of TiO$_2$ and H$_2$O$_2$ on the photodegradation of pyrene, chrysene and benzo[a]pyrene were 1 g/L and 1.5${\times}$10$\^$-3/ M, respectively. By these optimum concentrations, their rates increased with increasing the concentration of TiO$_2$ and H$_2$O$_2$ because the amounts of OH radical formed increased, but for the higher concentrations than the optimum, their rates decreased with increasing those concentrations because the white turbidity phenomena occurs in case of TiO$_2$ and H$_2$O$_2$ acts as an OH radical inhibitor. The photodegradation rates among the photodegradation processes such as UV, UV/TiO$_2$, UV/H$_2$O$_2$, and UV/H$_2$O$_2$/TiO$_2$ decreased in the following sequences.: UV/H$_2$O$_2$/TiO$_2$> UV/H$_2$O$_2$> UV/TiO$_2$> UV.
Khan, Mohammad Mansoob;Kalathil, Shafeer;Lee, Jin-Tae;Cho, Moo-Hwan
Bulletin of the Korean Chemical Society
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제33권5호
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pp.1753-1758
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2012
A novel, efficient and controlled protocol for the synthesis and enhanced photocatalytic activity of $Au@TiO_2$ nanocomposite is developed. $TiO_2$ (P25) was pretreated by employing UV light (${\lambda}$ = 254 nm) and the pretreated $TiO_2$ was uniformly decorated by gold nanoparticles (AuNPs) in presence of sodium citrate and UV light. UV pretreatment makes the $TiO_2$ activated, as electrons were accumulated within the $TiO_2$ in the conduction band. These accumulated electrons facilitate the formation of AuNPs which were of very small size (2-5 nm), similar morphology and uniformly deposited at $TiO_2$ surface. It leads to formation of stable and crystalline $Au@TiO_2$ nanocomposites. The rapidity (13 hours), monodispersity, smaller nanocomposites and easy separation make this protocol highly significant in the area of nanocomposites syntheses. As-synthesized nanocomposites were characterized by TEM, HRTEM, TEM-EDX, SAED, XRD, UV-visible spectrophotometer and zeta potential. Dye degradation experiments of methyl orange show that type I ($Au@TiO_2$ nanocomposites in which $TiO_2$ was pretreated with UV light) has enhanced photocatalytic activity in comparison to type II ($Au@TiO_2$ nanocomposites in which $TiO_2$ was not pretreated with UV light) and $TiO_2$ (P25). This shows that pretreatment of $TiO_2$ provides type I a better catalytic activity.
The removal efficiency of organic compounds and the toxicity evaluation of microorganism have been studied in dye wastewater treatment using $UV/TiO_2$ and $UV/H_2O_2$ photooxidation system. Sample waters tested in this work were raw dye wastewater and dye wastewater treated in $UV/TiO_2$ and $UV/H_2O_2$ photooxidation system respectively. Total organic carbon(TOC) removal rate was 50% in $UV/TiO_2$ process and 80% in $UV/H_2O_2$ process. It has been investigated with colony counting agar method and paper disk method whether the type of treatment process has affected the microorganism growth. In the raw wastewater, more than four types of microorganisms have survived. But, little of microorganisms were alive at TOC removal rate of 50% in $UV/TiO_2$ system. In contrast to that, two types of microorganisms were found at TOC removal rate of 80% in $UV/H_2O_2$ system.
분말 TiO$_2$를 코팅한 전극은 전기저항으로 인해 0.5 A 이상의 전류를 인가할 수 없었으며, 1 A를 적용하였을 때 60분의 반응시간 후 최종 RhB 농도를 측정한 결과 Ru/Ti 전극의 RhB 농도 감소 가장 큰 것으로 나타났고, Ru/Ti > Ti > SG-TiO$_2$ > Th-TiO$_2$로 나타났다. 전기분해 공정만 적용한 경우 RhB 농도 감소의 순서는 Ru/Ti = Ti > SG-TiO$_2$ > Th-TiO$_2$ 전극의 순서로 나타났다. UV만 적용한 경우 RhB 제거는 작았으며, Ti와 Ru/Ti 전극은 UV만 적용한 경우와 RhB 제거농도가 비슷하였는데 이는 전극 표면에서 광촉매 반응이 일어나지 않는다는 것을 의미한다. 반면 TiO$_2$를 전극 표면에 형성하거나 코팅한 전극은 UV만 적용한 경우보다 RhB 농도가 낮게 나타났고, TiO$_2$가 형성되거나 코팅된 전극은 P-TiO$_2$ > Th-TiO$_2$ > SG-TiO$_2$의 순서로 나타났으나 차이는 크지 않았다. 광전기촉매 공정에서 시너지 효과가 거의 없는 것은 전극 표면에 코팅되거나 형성된 TiO$_2$의 양이 적고 광촉매 반응에 의한 분해 정도가 낮아 전자-정공의 재결합 감소효과가 적기 때문인 것으로 사료되었다. Th-TiO$_2$와 SG-TiO$_2$ 전극의 경우 전해질로 Na$_2$SO$_4$를 사용한 경우의 RhB 농도가 NaCl을 사용한 경우보다 RhB 낮게 나타났으나, Ti와 Ru/Ti 전극의 경우는 반대 현상이 나타났다. 이와 같은 결과는 광촉매 반응이 높은 Th-TiO$_2$와 SG-TiO$_2$ 전극에서의 Cl$^-$의 광촉매 반응 저해현상이 높게 나타났기 때문이라고 사료되었다. 반면 DSA 전극인 Ti와 Ru/Ti 전극의 경우 광촉매 반응이 거의 나타나지 않기 때문에 주반응인 전기분해 반응에서의 촉진 반응이 지배적이기 때문에 Th-TiO$_2$와 SG-TiO$_2$ 전극과는 정 반대의 현상이 나타났다고 사료되었다. 전기/UV 공정에서는 최적 전류는 0.75 A, NaCl 투입량은 0.5 g/L로 나타났으며, 최적 UV램프 전력은 16 W인 것으로 나타났다.
In order to treat the dyeing wastewater, the $UV/TiO_2/H_2O_2$ system was investigated, and proper pretreatment methods were examined to reduce the load on the system considering economical and technical efficiency. The results of this study were as follows: 1. $UV/TiO_2/H_2O_2$ system with pretreatment process was adopted, the result of Chemical coagulation and pH control units was $pH{\;}11{\;}{\rightarrow}{\;}coagulation{\;}{\rightarrow}{\;}pH{\;}4$ and the optimum dosage of $FeCl_3$ was $600mg/{\ell}$. 2. Proper dosage of $TiO_2$ in the $UV/TiO_2/H_2O_2$ system with pretreatment process was $2g/{\ell}$ and $H_2O_2$ was $1000mg/{\ell}$, UV contact time was 20min to get $200mg/{\ell}$ of $COD_{Cr}$.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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