광촉매와 수질오염

소개글

광촉매와 수질오염에 대한 보고서 자료입니다.

목차

Ⅰ.서 론
Ⅱ. 본 론
1. 광촉매
1. 1 광족매의 정의
1. 2 광족매의 메카니즘
2. 1수질오염
2.1 수처리를 위한 다공성 딤체에 고정화된 광촉매 제조
2.1.1 제조공정
2.2 고정화 광촉매 반응 장치도
2.3 고정화 광촉매 활성
2.4 고정화 광촉매의 수처리 응용
Ⅲ. 결 론
참고문헌

본문내용

1. Lab 반응장치]

[그림 2. Pilot Plant 외관]

[그림 3. Pilot Plant 반응기]

2.3. 고정화 광촉매 활성
다공성 세라믹 담체에 고정화된 광촉매의 수처리 활성 능력을 기존의 분말형 광촉매 (P-25, Degussa), 오존처리와 비교하였다. 실험에 사용되어진 원수로는 일반 제지 공장에서 염색하기 위해 사용되어지는 난분해성 물질인 아조 계열의 염료 Orange-G를 15mg/L의 농도로 사용하였다. 이 난분해성 물질의 분해반응은 1차 반응 속도식을 따라 진행되는 것으로 보고되고 있으므로 흡광도를 이용하여 염료농도를 Orangr-G의 최대 흡수 파장인 480nm에서 측정한 후 선형회귀법을 통하여 일차 분해속도 상수 k값을 구하였다. 분말형 광촉매의 양은 1000mg, 주입된 오존의 양은 1L/min, 고정화 광촉매는 20g을 사용하였다.

[그림 4. 고정화 광촉배 활성비교]

결과에서 볼 수 있듯이 오존의 분해 능력은 광촉매의 분해능력과 비교해 볼 때 현저히 떨어짐을 나타내고 있으며, 분말형태의 광촉매와 고정화 광촉매의 처리수 분해능력은 거의 유사한 속도상수 값을 나타내고 있다.
그림. 5은 연속반응 결과로서 HRT(Hydraulic Retention Time) 에 따른 pH, TOC(Total organic carbon), OD(Optical Density) 그리고 분해 생성물의 농도 변화를 보여주고 있다. HRT에 따른 분해 생성물의 농도가 증가하는 이유는 난분해성 물질인 Orange-G의 결합이 깨어지기 때문이며 동시에 처리수의 색도는 투명하게 변하게 된다.

[그림 5. HRT에 따른 pH, TOC, OD, 분해생성물 농도분포]

2.4. 고정화 광촉매의 수처리 응용
다공성 세라믹 담체에 고정화된 광촉매는 분말형태의 광촉매를 이용한 수처리 시스템과 수처리 효율면에서 유사한 성능을 나타냄으로써, 수처리 시스템 적용시 다양한 장점을 나타낸다.
첫번째로 담체의 고정화시 담체 표면 electric charge를 이용한 화학적 결합으로 인하여 수처리 시스템의 운전시 발생되어지는 광촉매 간의 응집현상을 제거 할 수 있다. 두 번째로 고정화 담체가 다공성 구조를 이루고 있으므로, air에 의한 활발한 유동 현상을 나타낼 수 있다. 이에 따라 UV광에 의한 활성 표면적이 증대된다. 세 번째로 수처리 시스템의 광촉매 회수ㆍ분리는 간단한 mesh 설치로 가능하며 광촉매 자체는 견고하고 강하게 고정화 되어있어 광촉매 손실 없이 장시간 고효율의 수처리 능력을 나타낼 수 있다. 고정화 광촉매를 이용한 수처리 시스템의 장점은 다음과 같다.
- 고정화 담체에 의한 광촉매 회수 분리 용이
- 연속 대용량의 수처리 시스템 가능
- 다공성 담체가 air에 의한 활발한 유동 발생
- 비표면적 확대에 의한 UV 에너지의 최대 흡수
- 빠른 반응시간과 고효율 처리
- 투자비 및 운전비 절감
- 시스템 운전의 간소화, 자동화
- 난분해성 폐수의 효율적 처리

Ⅲ. 결 론
수질 분야에서도 광촉매는 는 제조방법이 단순하고 원료가 풍부하여 경제적이며 안정적으로 공급이 가능하여 선진국의 경우 정부 주도로 연구개발이 수행되어지고 있으며 민간투자 중심으로 일상생활 용품 등의 적용에 많은 노력이 기울여 지고 있다. 현재 국내에서도 활발한 연구개발이 이루어지고, 이를 이용한 시장도 형성되고 있으나, 아직까지는 괄목할만한 성과를 이루고 있지 못하고 있는 실정이다. 현재 이루어지고 있는 개발기술은 다공성 담체에 이산화티탄 광촉매를 강하게 고정화함으로써 기존의 분말상태 수처리 효율을 유지하면서, 다양한 분야의 수처리에 적용이 가능한 신기술로 현재 유기물 합성시 발생되는 다양한 공정수 및 축산 폐수에 적용, 사업을 추진중에 있다.
광촉매 중에서도 우리가 눈여겨 보고 있는 것이 이산화티타늄(TiO₂)이다. 이는 반영구적으로 사용가능하며 유기물 분해기능에의한 자체정화가 가능한 재료이다. 또한 2차오염물질이 전혀 없어 효율을 향상시킬 수 있다. 광촉매를 환경에 본격적으로 도입한 것은 불과 몇 년 되지는 않지만 지속적인 투자와 연구가 지속된다면 우리의 환경문제를 보다 저렴한 가격으로 해결 할 수 있으며 환경을 훼손하는 기술의 개발이 아닌 환경을 위한 기술의 개발로 거듭날 수 있을 것이다.
참 고 문 헌
한국과학재단지정 환경공학연구정보센터
환경물환경학회
알기 쉬운 광촉매 이야기
환경공학개론
(주)한국광촉매협회 - http://www.akp.or.kr/
KIST생체대사연구센터

키워드

광촉매,   수처리,   고정화,   수질오염,   처리기술