Titanium was oxidized with oxygen plasma and calcinated with rapid thermal annealing for degradation of humic acid dissolved in water. Titania photocatalytic plate was produced by titanium surface oxidized with oxygen plasma by Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition(PECVD). RF-power and deposition condition is controlled under 100 W, 150 W, 300 W and 500 W. Treatment time was controlled by 5 min and 10 min. The film properties were evaluated by the X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) and X-Ray Diffraction (XRD). From the experimental results, we found the optimal condition of titania film which exhibited good performance. Moreover photocatalytic capacity was about twice better than thermal spray titania film, and also as good as titania powder.
The Electron/Hole Pair is generated when the activation energy produced by ultraviolet ray illuminates to the semiconductor and OH- ion produced by water photocleavage reacts with positive Hole. As a results, OH radical acting as strong oxidant is generated and then Photocatalytic oxidation reaction occurs. The photocatalytic oxidation can oxidate the non-degradable and hazardous organic substances such as pesticides and aromatic materials easier, safer and shorter than conventional water treatment process. So in this study, many factors influencing the oxidation of chlorophenols, such as inorganic electrolytes addition, change of oxygen and nitrogen atmosphere, temperature, pH, oxygen concentration, chlorophenol concentration, were throughly examined. According to the experiments observations, it is founded that the rate of chlorophenol oxidation follows a first-order reaction and the modified Langmuir-Hinshelwood relationship. And the photocatalytic oxidation occurs only when activation energy acting as Electron/Hole generation, oxygen acting as electron acceptor to prevent Electron/Hole recombination, $TiO_2$ powder acting as photocatalyst are present. The effects of variation of dissolved oxygen concentration, temperature and inorganic electrolytes concentration on 2-chlorophenol oxidation are negligible. And the lower the organic concentration, the higher the oxidation efficiency becomes. Therefore, the photocatalytic oxidation is much effective to oxidation of hazardous substances at very low concentration. The oxidation is effective in the range of 0.1 g/L-10 g/L of $TiO_2$. Finally when the ultra-violet ray is illuminated to $TiO_2$, the surface characteristics of $TiO_2$ change and Adsorption/Desorption reaction on $TiO_2$ surface occurs.
최근 산화아연 나노입자의 물리-화학적 특성을 이용하여 다양한 분야에 응용하는 연구가 많이 진행되고 있다. 본 연구에서는 산화아연 나노입자의 산화-환원 반응을 이용하여 광촉매의 응용 연구를 진행하였다. 이러한 산화아연 광촉매는 산화티타늄 광촉매에 비하여 물 용매에서의 $Zn(OH)_2$를 형성하여 광촉매 활성을 감소시키는 단점을 가지고 있다. 따라서 본 연구에서는 분무 열분해 방법을 이용하여 산화아연 나노입자를 합성하고 이렇게 합성된 산화아연 나노입자의 물에 대한 안정성 연구를 진행하였다. 그 결과 1일 동안 물 용매 처리를 한 산화아연 나노입자의 표면에 molecular $H_2O$의 증가로 인하여 광촉매 효율이 증가하는 결과를 나타내었으며 본 연구에서 합성된 산화아연 나노입자가 물 용매에서 안정하다는 결과를 도출하였다.
Zinc oxide (ZnO) is a direct band gap semiconductor with 3.37 eV, which has in a hexagonal wurtzite structure. ZnO is a good candidate for a photocatalyst because it has physical and chemical stability, high oxidative properties, and absorbs of ultraviolet light. During ZnO is irradiated by UV light, redox (reduction and oxidation) reactions will occur on the ZnO surface, generating the radicals O2- and OH. These two powerful oxidizing agents have been proven to be effective in decomposition of harmful organic materials, converting them into CO2 and H2O. Therefore, we assume that oxygen on the surface of ZnO is a very important factor in the photocatalytic activities of ZnO nanoparticles. Recently, ZnO nanoparticles are studied in various application fields by many researchers. Photocatalyst research is progressing much in various application fields. But the ZnO nanoparticles have disadvantage that is unstable in water in comparison titanium dioxide (TiO2). The Zn(OH)2 was formed at the ZnO surface and ZnO become inactive as a photocatalyst when ZnO is present in the solution. Therefore, we prepared synthesized ZnO nanoaprticles that were immersed in the water and dried in the oven. After that, we measured photocatalytic activities of prepared samples and find the cause of their phtocatalytic activity changes. The characterization of ZnO nanoparticles were analyzed by Scanning Electron Microscopy (SEM), X-ray diffraction (XRD) and BET test. Also we defined the photocatalytic activity of ZnO nanoparticles using UV-VIS Spectroscopy. And we explained changing of photocatalytic activity after the water treatment using X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS).
In this study, flat-type photocatalytic reaction system is applied to reduce toxic hexavalent chromium (Cr(VI)) to trivalent chromium (Cr(III)) in aqueous solution under UV irradiation. To overcome the limitation of conventional photocatalysis, a novel approach toward photocatalytic system for reduction of hexavalent chromium including nanotubular $TiO_2$ (NTT) on two kinds of titanium substrates (foil and mesh) were established. In addition, modified Ti substrates were prepared by bending treatment to increase reaction efficiency of Cr(VI) in the flat-type photocatalytic reactor. For the fabrication of NTT on Ti substrates, Ti foil and mesh was anodized with mixed electrolytes ($NH_4F-H_2O-C_2H_6O_2$) and then annealed in ambient oxygen. The prepared NTT arrays were uniformly grown on two Ti substrates and surface property measurements were performed through SEM and XRD. Hydraulic retention time(HRT) and substrate type were significantly affected the Cr(VI) reduction. Hence, the photocatalytic Cr(VI) reduction was observed to be highest up to 95% at bended(modified) Ti mesh and lowest HRT. Especially, Ti mesh was more effective as NTT substrate in this research.
$TiO_2$-coated fly ash was synthesized by dropping method of coating agent in order to get $TiO_2$ coating layer with high photocatalytic activity on the surface of coal fly ash. The properties of the $TiO_2$ coating layer such as morphology, crystal structure, crystal size and photocatalytic activity were compared with those of the $TiO_2$-coated fly ash prepared by the traditional method of precipitation. $TiCl_4$ aqueous solution was used as a titanium stock solution and $NH_4HCO_3$ was used as a precipitant. The $TiO_2$ coating layer obtained by dropping method of coating agent was more uniform than that coated by precipitation. However, the crystal of $TiO_2$ coated by dropping method of coating agent was easy to grow by heat treatment because of the small primary particle size and bulky morphology, and its photocatalytic activity was consequently lower than that of the $TiO_2$ coated by precipitation. The $TiO_2$ coating layer obtained by both methods had a crystal structure of anatase, and the temperature of phase transformation into rutile was 90$0^{\circ}C$. The minimum crystal size of $TiO_2$ for the highest photocatalytic activity was found to be about 10nm.
여러 종류의 $TiO_2$를 사용하여 물 속에 녹아있는 시안이온의 광촉매 분해반응에 대한 연구를 수행하였다. 상용 $TiO_2$와 제조한 $TiO_2$의 시안이온 분해활성을 비교해 본 결과, anatase 결정구조를 가진, Aldrich사에서 구입한 상용 $TiO_2$의 활성이 가장 나빴던 것에 비하여 $Ti(OC_3H_7)_4$를 전구체로 사용하여 제조한 $TiO_2$가 가장 우수한 활성을 보였는데, 이는 본 연구에서 사용한 또다른 사용촉매인 Degussa사 $TiO_2$(P25)의 활성을 능가하는 것이었다. 이들 촉매의 반응성 차이는 $TiO_2$표면에 존재하는 산성 수산기와 염기성 수산기 양의 상대적인 비와 같은 촉매의 표면특성에 주로 기인하였다. 가장 우수한 활성을 보인 촉매의 제조 과정에서, 소성대신 환원처리를 하였을 때 더욱 향상된 촉매활성을 보였다.
본 연구에서는 $TiO_2$ nanotube 광촉매의 고도산화처리능을 비교하기 위해서 OH 라디칼 생성력을 평가하고자 하였다. 자외선 조사에 따른 Probe compound인 4-Chlorobenzoic acid (pCBA)의 농도 감소에 따라 OH radical 생성량을 산정하는 방법으로 광촉매 효율을 평가하였는데, $TiO_2$ nanotube 표면에서의 전자의 흐름을 원활하게 하기 위하여 전기적 에너지를 주었을 시 광촉매 효율의 증가 가능성 또한 확인하고자 자외선 조사 시 전류밀도를 인가하는 방법으로 실험을 진행하였다. 실험에 사용된 $TiO_2$ nanotube는 전극효과를 부여하기 위해 양극산화법으로 티타늄판을 이용하여 제조하였으며, pCBA 용액에는 전도도를 부여하기 위하여 NaCl을 첨가하여 전해질로 사용하였다. 정전류 정전압 조건하에서 자외선조사 실험을 진행하였으며, 전류가 흐르는 광촉매에 자외선 조사 시 OH 라디칼 생성량은 광촉매 없이 자외선만 조사하였을 때에 비해 약 5.6배, $TiO_2$ 광촉매와 함께 자외선을 조사하였을 보다 약 2.2배 증가하였다. 결과적으로 광촉매반응에 전기적 에너지를 부여하였을 시 시너지효과를 가져올 수 있는 가능성을 확인할 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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