• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2014년도 제46회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.167.2-167.2
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• 2014

In this work, ZnO shell on mesoporous $SiO_2$ ($ZnO/SiO_2$) was prepared by atomic layer deposition (ALD). Diethylzinc (DEZ) and $H_2O$ were used as precursor of ZnO shell. $ZnO/SiO_2$ sample was characterized by X-ray diffraction (XRD), N2 sorption isotherms, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), Scanning electron microscopy (SEM) and Fourier-transform infrared spectroscopy (FT-IR). $ZnO/SiO_2$ showed higher adsorption capacity of MB than that of bare mesoporous $SiO_2$ and the adsorption capacities of $ZnO/SiO_2$ could be regenerated by UV exposure through the photocatalytic degradation of the adsorbed MB. This system could be used for removing organic dye from water by adsorption and reused after saturation of adsorption due to its photocatalytic regeneration.

• Environmental Engineering Research
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• 제20권2호
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• pp.181-189
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• 2015

A composite material was tested to eliminate phenol in aqueous solution combining adsorption on activated carbon and photocatalysis with $TiO_2$ in two different ways. A first implementation involved a sequential process with a loop reactor. The aim was to reuse this material as adsorbent several times with in situ photocatalytic regeneration. This process alternated a step of adsorption in the dark and a step of photocatalytic oxidation under UV irradiation with or without $H_2O_2$. Without $H_2O_2$, the composite material was poorly regenerated due to the accumulation of phenol and intermediates in the solution and on $TiO_2$ particles. In presence of $H_2O_2$, the regeneration of the composite material was clearly enhanced. After five consecutive adsorption runs, the amount of eliminated phenol was twice the maximum adsorption capacity. The phenol degradation could be described by a pseudo first-order kinetic model where constants were much higher with $H_2O_2$ (about tenfold) due to additional ${\bullet}OH$ radicals. The second implementation was in a continuous process as with a fixed bed reactor where adsorption and photocatalysis occurred simultaneously. The results were promising as a steady state was reached indicating stabilized behavior for both adsorption and photocatalysis.

• Rapid Communication in Photoscience
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• 제2권2호
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• pp.42-45
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• 2013

Natural photosynthesis utilizes solar energy to convert carbon dioxide and water to energy-rich carbohydrates. Substantial use of sunlight to meet world energy demands requires energy storage in useful fuels via chemical bonds because sunlight is intermittent. Artificial photosynthesis research focuses the fundamental natural process to design solar energy conversion systems. Nicotinamide adenine dinucleotide ($NAD^+$) and $NADP^+$ are ubiquitous as electron transporters in biological systems. Enzymatic, chemical, and electrochemical methods have been reported for NADH regeneration. As photochemical systems, visible light-driven catalytic activity of NADH regeneration was carried out using platinum nanoparticles, molecular rhodium and cobalt complexes in the presence of triethanolamine as a sacrificial electron donor. Pt nanoparticles showed photochemical NADH regeneration activity without additional visible light collector molecules, demonstrating that both photoactivating and catalytic activities exist together in Pt nanoparticles. The NADH regeneration of the Pt nanoparticle system was not interfered with the reduction of $O_2$. Molecular cobalt complexes containing dimethylglyoxime ligands also transfer their hydrides to $NAD^+$ with photoactivation of eosin Y in the presence of TEOA. In this photocatalytic reaction, the $NAD^+$ reduction process competed with a proton reduction.

• 대한환경공학회지
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• 제31권11호
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• pp.965-974
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• 2009

본 연구는 가시광선 조건에서 질소 및 황 도핑 $TiO_2$를 활용하여 악취유발 황화유기화합물질의 분해능을 평가하고, 광촉매 분해시 발생하는 촉매 비활성화와 비활성화된 촉매의 재생에 대해 조사하였다. 적외선 분광법을 이용하여 촉매 표면의 특성을 조사하였다. 가시광선을 이용한 광촉매 기술이 낮은 농도의 황화 이메틸(0.039 ppm)과 이황화 이메틸 (0.027 ppm)은 97% 이상의 높은 효율로 처리할 수 있으나, 촉매 비활성으로 인해 높은 농도(황화 이메틸, 7.8 ppm 및 이황화 이메틸, 5.4 ppm)에 대해서는 광촉매 공정 시간 5시간만에 처리 효율이 황화 이메틸은 84% 그리고 이황화 이메틸은 23%까지 매우 낮게 나타났다. 황화 이메틸에 비하여 황 원소가 하나 더 결합된 이황화 이메틸의 광촉매 분해시 촉매가 빠르게 비활성화되었다. 높은 유입 농도 조건에서 이황화 이메틸 또는 황화 이메틸의 광촉매 반응기의 출구 농도가 유 입농도와 비슷하거나, $CO_2$의 생성률이 제로에 가깝거나, FTIR 스펙트럼 상에서 촉매 표면의 비활성을 유발하는 황 이온 화합물의 피크들이 강하게 나타나, 촉매의 비활성화를 확인하였다. 광촉매 반응기의 유출구에서의 최대 $CO_2$ 농도인 8 ppm에 대해서 황화 이메틸의 광물화 효율을 계산한 결과 144%로서 100%를 초과한 것으로 나타났다. 건조-공기 및 습윤-공기 재생 방법에 비해 고온 소성에 의한 촉매의 재생효율이 높게(이황화 이메틸, 53% 그리고 황화 이메틸, 58%) 나타났으나, 이 또한 촉매 비활성을 유발시키는 황 이온 화합물과 같은 부산물들을 완전히 제거되지는 못하는 것으로 확인되었다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제59권4호
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• pp.584-595
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• 2021

본 연구에서는 교대로 운전되는 두 개의 UV/광촉매 반응기로 구성된 폐가스 처리시스템의 운전단계와 단계별 광촉매의 비활성화의 상관관계를 사용된 광촉매에 대한 기기분석을 통하여 규명하였다. 선행연구[Lee와 Lim, Korean Chem. Eng. Research, 59(4), 574-583 (2021)]의 광촉매 반응기 시스템 운전에 사용되지 않은 광촉매를 담지한 다공성 SiO₂ 담체(A4), 1회 운전하는 동안 사용되고 재생을 경험하지 않은 광촉매를 담지한 다공성 SiO₂ 담체(A1), 2회 운전에 사용되고 1회 재생된 광촉매를 담지한 다공성 SiO₂ 담체(A2) 및 3회 운전에 사용되고 2회 재생된 광촉매를 담지한 다공성 SiO₂ 담체(A3)와, 1차 재생(AD1) 또는 3차 재생(AD3)된 광촉매를 담지한 다공성 SiO₂ 담체에 대한 BET 분석, SEM, XPS, SEM-EDS 및 FTIR 분석 등을 수행하여, 광촉매를 담지한 다공성 SiO₂ 담체의 비활성화 및 재생 특성을 포함하는 특성 분석을 수행하였다. 그 결과로서, 3회 이상의 여러 번 재생을 수행하는 광촉매의 적정 재생 온도를 200℃ 미만으로 도출하였다. 이러한 광촉매의 적정 재생 온도는 BET 분석결과에서 도출된 기공에 흡착된 에탄올 산화분해 중간생성물의 대부분이 완전 분해가 되어 기공이 재생되는 재생 온도와 거의 일치하였다. 특히, XPS 분석 결과는, 선행 연구[Lee와 Lim, Korean Chem. Eng. Research, 59(4), 574-583 (2021)]에서 광촉매 반응기의 첫 번째 운전 후에 광촉매의 미세한 비활성화가 발생하였음을 나타내었다. 또한, XPS 분석 결과는, 선행연구[Lee와 Lim, Korean Chem. Eng. Research, 59(4), 574-583 (2021)]에서 광촉매 반응기의 두 번째 운전에서 비교적 큰 광촉매의 비활성화가 발생하여 첫번째 운전성능보다 약 5%만큼 못 미치는 에탄올과 황화수소 각각의 제거효율을 초래하였으나, 세 번째 운전에서의 에탄올과 황화수소의 제거효율은 두 번째 운전에서의 에탄올과 황화수소의 제거효율 실험 결과와 거의 비슷하였다는 연구 결과와 일치하였다. 한편, AD3를 사용하여 선행연구[Lee와 Lim, Korean Chem. Eng. Research, 59(4), 574-583 (2021)]에서와 같은 광촉매 반응기의 네 번째 운전을 수행할 것을 가정하면, 두 번째 운전에서보다 더 큰 광촉매의 비가역적 비활성화의 발생으로 인하여 에탄올과 황화수소 제거효율이 가장 크게 저하되리라 예상되었다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제59권4호
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• pp.574-583
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• 2021

광촉매 재생을 통하여 교대로 운전되는, TiO₂-anatase 광촉매를 담지한 다공성 SiO₂ 담체를 충전한 두 개의 환형 UV/광촉매 반응기(유효 부피: 1.5 L) 중에서, 광촉매 활성이 재생된 하나는 32 일/회 동안 운전시키고 광촉매가 비활성화된 다른 하나는 15 W UV-A 광원을 켠 상태에서 100 ℃의 고온 공기에 의하여 광촉매를 재생시키면서, 에탄올(100 ppmv)과 황화수소(10 ppmv)를 동시 함유하는 3 L/min 유량의 폐가스를 교대로 처리하는 광촉매반응기 시스템의 지속적 운전을 수행하였다. 교대로 운전되는 광촉매반응기 시스템(A)의 에탄올 제거 거동으로서, 광촉매 반응기 시스템의 첫 번째, 두 번째 및 세 번째 운전의 정상 상태에서의 에탄올 제거효율 값은 각각 약 60, 55 및 54%를 유지하였다. 한편 광촉매반응기 시스템(A)의 황화수소의 제거효율 거동은, 각 운전 횟수에서 에탄올 제거효율의 거동과 다르게, 시간이 지남에 따라서 황화수소 제거효율의 감소 및 더 낮은 정상상태 도달의 반복적인 추세를 보였다. 그럼에도 불구하고 황화수소 제거에 있어서 각 운전 기간이 경과한 후에 황화수소 제거효율 값은 첫 번째, 두 번째 및 세 번째 운전 후에 각각 약 80, 75 및 73%를 유지하여서 에탄올 제거효율 값인 약 60, 55 및 54%보다 각각 약 20, 20 및 19%만큼 높았다. 따라서 다공성 SiO₂ 광촉매 담체의 흡착을 가역적 비활성화로 간주하고 흡착을 포함한 광촉매의 가역적 비활성화에 의한 제거효율 감소분이 재생 후 사용 횟수에 무관하게 일정하다고 가정할 때에, 사용 횟수가 세 번째에서 광촉매의 비가역적 비활성화에 따른 에탄올 및 황화수소 제거효율 감소분의, 직전 사용 횟수보다 증가 폭은 각각 약 1 및 2%로써 사용 횟수가 두 번째인 경우의 각각 약 5 및 5%보다 미미하거나 더 적어졌다. 한편 교대로 운전되는 다른 환형 광촉매반응기 시스템에서도 환형 광촉매반응기 시스템의 추세와 거의 동일하게 관찰되었다.

• 대한환경공학회지
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• 제27권8호
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• pp.844-851
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• 2005

본 연구의 목적은 $TiO_2$를 이용한 Cu(II)-EDTA 광촉매 반응 후의 $TiO_2$를 재사용 흑은 재생함으로써 연속적인 광산화 반응에 적용할 수 있는 타당성을 조사하기 위해 총 8회에 걸친 연속 광산화반응에서의 구리 및 $TiO_2$의 회수율과 처리수내의 상대급성독성을 평가하였다. 순환형의 회분식 광산화반응장치를 사용하고 pH 6 조건에서 인공자외선 조사에 의한 $10^{-4}\;M$ Cu(II)-EDTA의 광촉매 산화반응을 실시하였으며 두가지의 $TiO_2$ 재이용방법을 사용하였다: i) 산세척하지 않고 $TiO_2$ 재이용, ii) 산세척 후의 $TiO_2$ 재이용. 산세척하지 않고 $TiO_2$ 재이용시, Cu(II)-EDTA의 분해속도상수($k'_{obs}$) 평균은 산세척 후의 $TiO_2$ 재이용시의 $k'_{obs}$ 평균값 보다 약 45% 적게 나타났다. 산세척 후 $TiO_2$를 재이용한 경우, 총 8회 재이용 실험 모두에서 180분 이후에는 거의 완전한 Cu(II)의 제거가 일어났지만 산세척하지 않고 $TiO_2$를 재이용하였을 때에는 총 5회 재이용시에 Cu(II)가 최소로 제거되었다. 두 재이용 방법 모두 총 8회에 걸친 $TiO_2$의 평균 회수율은 약 86%로 나타났으며 산세척시의 구리회수율은 67.9%가 되었다. 산세척 후의 $TiO_2$ 재이용시 반응시간 60분 까지의 초기 반응시간 대에는 처리수내의 상대독성이 급격히 감소하였지만 60분 이후에는 독성의 저감이 크게 감소하였다. 산세척 없이 $TiO_2$를 재이용하였을 때에는 상대독성의 경향은 용존 구리이온과 관계있는 것으로 나타났다. 본 연구를 통해 $TiO_2$ 및 구리를 회수하는 연속 순환공정을 적용함으로써 Cu(II)-EDTA의 효율적인 제거 가능성을 제안할 수 있었다.

• Ecology and Resilient Infrastructure
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• 제3권4호
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• pp.215-220
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• 2016

A new immobilization technique of nanoscale $TiO_2$ powder to expanded polystyrene (EPS) balls with temperature-controlled melting method was developed, and the photocatalytic activity of $TiO_2$ powder-embedded EPS balls were evaluated using methylene blue (MB) solution under ultraviolet irradiation (${\lambda}=254nm$). Based on the scanning electron microscope (SEM) images and associated energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX) analysis, the components of the intact EPS balls were mainly carbon and oxygen, whereas those of $TiO_2$-immobilized EPS balls were carbon, oxygen, and titanium, indicating that relatively homogenous patches of $TiO_2$ and glycerin film were coated on the surface of EPS balls. Based on the comparison of degradation efficiencies of MB between intact and $TiO_2$-immobilized EPS balls under UVC illumination, the degradation efficiencies of MB can be significantly improved using $TiO_2$-immobilized EPS balls, and surface reactions in heterogeneous photocatalysis were more dominant than photo-induced radical reactions in aqueous solutions. Thus, $TiO_2$-immobilized EPS balls were found to be an effective photocatalyst for photodegradation of organic compounds in aqueous solutions without further processes (i.e., separation, recycling, and regeneration of $TiO_2$ powder). Further study is in progress to evaluate the feasibility for usage of buoyant $TiO_2$-immobilized EPS to inhibit the excessive growth of algae in rivers and lakes.