양극산화를 통한 광촉매 제조 및 전해질 용액의 영향

소개글

양극산화를 통한 광촉매 제조 및 전해질 용액의 영향에 대한 보고서 자료입니다.

목차

실험제목

실험방법

이론적배경

실험방법

결과및고찰

참고문헌

본문내용

접촉]
▶Anatase 와 Rutile 비교
구분
Anatase
Rutile
색
흑갈색, 노랑, 파랑
검정, 붉은갈색(굵은결정)
노랑(얇은결정)
투명도
불투명
투명
결정
Tetragonal
tetragonal
경도
5.6 ~ 6
6 ~ 6.5
줄무늬색
흰색
갈색
비중
3.8 ~ 3.9
4.2
Band gap
에너지 수)
3.23eV
3.02eV
사용처
광촉매재료
백색도료, 안료
(8) 광촉매의 장점
물 성
요 건
▶ 거의 모든 유기오염물질을 완전 분해
시킴
▶ 수처리와 가스처리 시스템에 모두
적용 가능
▶ 상온, 상압 조건에서 작동
▶ 광촉매()가 값싸고 대량생산됨
▶ 공정이 안전하고(유독 산화제 불필요)
간단함
▶ 태양광 사용이 가능(lact < 388 nm)
▶ 낮은 광 효율
▶ 가시광선에서 비활성()
▶ 대용량 처리시스템에는 부적합
▶ 슬러리상 수처리에서는 광촉매 분리
회수 공정 필요
▶ 다양한 광촉매 고정화 기술개발 필요
▶ 인공 광원 사용시 관리비용 증대
▶ 전체 광촉매 표면적에 균등한 빛조사 어려움
(9) 양극산화법에 의한 제조
(10) 분말형 광촉매와 액상 졸형 광촉매의 비교
구 분
Powder
Sol
사용방법
액에 분산시켜 슬러리로 상태로 사용
기재에 코팅시키거나 Sol로 사용
사용처
폐수처리, 대기정화, 항균제
폐수처리, 탈취 항균 시스템
대기오염 방지 시스템
방오 시스템
자외선 차단제, 김서림 방지제
장점
가격이 저렴
공급 안정적
광활성이 코팅형에 비해 우수
코팅 후 투명도 유지
사용 및 유지 보수 용이
다양한 응용 분야, 시스템에 적용이 쉬움
단점
기재에 코팅 시 Binder 필요
투명도 감소[백색 착색]
slurry로 사용시 분리공정이 필요
각종 소재와 혼합 성형시 기재의
부식 발생
기술적 장벽이 높아 제조에 어려움
타 액과 혼합시 침전 발생
가격이 고가임
4. 실험방법
(1) 시편수세 (아세톤에 ultra sonic cleaning) 20min
(2) Chemical cleaning
HF (20ml) + HNO3 (100ml) + 탈이온수 (380ml) 30s
(3) 전해질을 달리하여 시편을 양극 산화한다.
0.3M H2SO4
0.6M H2SO4
0.9M H2SO4
0.6M H2SO4 + 0.3M H3PO4
<실험 조건> 30min(180V , 30mA /㎠ , 30℃)
(4) 결과 분석 (SEM, XRD)
5. 결과 및 고찰
제조된 광촉매(산화티탄)의 SEM사진을 비교해보면 알 수 있듯이, 광촉매 제조과정에서 전해질은 광촉매의 기공막 형태에 많은 영향을 준다. 물론 이전 실험인 양극산화를 통해 알 수 있듯이 전해질 뿐 만 아니라 전압과 전류밀도에 따라 표면 기공막의 생성과 성장은 영향을 받는다. 실험결과를 분석해 보면 황산농도의 증가에 따라 기공밀도는 감소하고, 견고한 산화 티탄막이 생성된다. 황산에 인산을 첨가한 전해질 용액에서 성장한 산화티탄은 더욱 견고하게 생성되는 것을 알 수 있다. 광촉매의 반응은 산화티탄의 표면에서 일어나는 반응이므로, 표면상태는 광촉매의 특성을 결정한다. 기공밀도가 높아 표면적이 넓은 0.3M 황산의 산화티탄은 다른 전해질에서 제조된 시편보다 상대적으로 넓은 표면적을 갖는다. 그러므로 광촉매로써 보다 효과적인 반응을 할 것이다. 하지만 SEM사진을 보면 알 수 있듯이.기공밀도는 높으나 기공이 고르지 못하고 견고하지가 못하기 때문에 강도와 내마모성이 떨이지게 된다. 이는 광촉매로 사용하기에 단점으로 작용한다. 산화 티탄막이 쉽게 파손되어 광촉매로써 수명이 단축된다. 반면에 0.9M 황산에서 제조된 산화티탄은 기공밀도는 낮지만 좀 더 견고하고 규칙적인 기공을 갖는다. 다시말해 광촉매를 제조할때는 전해질용액과 전류, 전압, 시간을 이용해 가장 이상적인(높은 내구력을 지니면서 치밀한 기공막을 형성하는) 산화티탄막을 형성시키는 것이 매우 중요하다. 또한 전해질 용액에서 황산에 인산을 첨가시킨 실험결과를 보면 알 수 있듯이.인산이 전해질에 첨가되면 보다 큰 기공을 지닌 막으로 생성되는데, 0.9M의 황산보다 견고한 산화티탄막이 성장한다. 이것은 기공밀도가 낮아 표면적이 다른 시편들 보다 적기 때문에 광촉매의 반응에는 효율이 떨어지지만 견고한 막으로 성장하기 때문에 내구성이 뛰어난 산화티탄막이 된다. 이러한 광촉매 제조는 양극산화를 통한 것이기 때문에 실험과정중에 시간에 따른 전류밀도(Current density)의 변화로 산화 티탄막의 성장을 유추 할 수 있다. 알루미늄 양극산화와 마찬가지로 산화티탄의 기공 또한 전압의 조절로 조절할 수 있다. 전압조절을 이용해 원하는 성질을 지닌 산화피막을 얻을 수 있다. 그리하여 용도에 적합한 광촉매를 제조 할 수 있다.지금까지 두가지 주제를 갖고 한학기간 시행한 표면공학 실험은 표면공학의 이론들을 실제로 직접 실험함으로써 학습효과를 높이는 계기가 되었다. 비단 실험뿐 아니라 책으로만 보아오던 전자현미경(TEM과 SEM)을 통해 시편을 직접 관찰하는 기회가 될 수있었다. 마지막으로 한 학기동안 알찬 실험을 준비해 주신 지충수 교수님과 실험과정에서 여러모로 가르쳐주신 표면공학 실험실의 우수한 실험 조교님들에게 감사드립니다.
6. 참고문헌
[1] 지충수 , 광촉매 TiO2 의 특성 및 제조방법과 전망 , 대한금속재료학회, 재료마당 (2002)
[2] J.-H. Lee, C.-S. Chi , Characteristics of Photocatalytic Titania Fabricated by Anodization (2005)
[3]T. Burakowski, T. Wierzchon Surface Engineering of Metals: Principles,Equipment, Technologies(1999)
[4] Benpeng Jiang, Materials Chemistry and Physics, Volume 92, Issues 2-3, 15 August (2005),
[5] http://enfect.co.kr/purification/principle.htm
[6] http://www.solarteche.com/sub/sub2/frame2.htm
[7] 이홍로, “표면공학”

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양극산화,   광촉매,   광촉매 제조,   표면공학