Details

Autor(en) / Beteiligte

• 윤우석
• Woo Sug Yoon
• 설용건
• Yong Gun Shul
• 주현규
• Hyun Ku Joo
• 전명석
• Myung Seok Jeon
• 이태규
• Tai Kyu Lee

Titel

공업화학 촉매 / 반응공학 / 나노크기의 Fe/Ti 혼합광촉매의 제조 및 가시광선 활용 타당성 조사

Ist Teil von

• 화학공학, 2000-08, Vol.38 (4), p.451

Ort / Verlag

한국화학공학회

Erscheinungsjahr

2000

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Quelle

Free E-Journal (出版社公開部分のみ）

Beschreibungen/Notizen

• 본 실험에서는 광촉매의 빛의 흡수파장을 가시광선 영역으로 이동시키고, 효율을 향상시키기 위하여 Fe^(3+)를 2.5-99.5 ㏖%의 농도범위로 TiO₂에 첨가한 혼합광촉매인 Fe/Ti를 제조하였다. 제조한 Fe/Ti 혼합광촉매의 특성을 UV/VIS, TEM-EDP, XRD, EDAX, 그리고 XPS를 사용하여 관찰하였으며, dichloroacetic acid(DCA)의 광분해 반응속도와 actinometry를 통한 빛의 세기(2.68 μE/sec)측정을 통하여 농도별 혼합광촉매의 photonic efficiency를 조사하였다. TEM-EDP와 XRD pattern의 관찰결과, 입자의 지름이 약 4 ㎚인 anatase TiO₂임을 확인하였으며. Fe^(3+)의 첨가량이 증가할수록 Fe/Ti의 빛의 흡수파장 onset이 순수 TiO₂와 비교하여 red-shift되는 것이 밝혀졌다(10% Fe/Ti의 경우 순수TiO₂보다 약 0.5eV감소). EDAX결과로부터 제조된 혼합광촉매가 이론적인 Fe 농도와 근사함을 확인하였으며, XPS로 Fe(III)의 존재를 관찰할 수 있었다. Photonic efficiency는 본 실험조건하에서 10 ㏖% Fe/Ti의 경우 0.22로 최대이었는데, 이는 다양한 혼합광촉매에서 공통적으로 나타나는 경향으로 dopant의 함유량이 증가할수록 점진적으로 전자트랩 효과에 의하여 광촉매 효율이 상승하다가, 적정농도 이상이 첨가되는 경우에는 오히려 전자/정공 트랩장소간의 거리 감소와 띠에너지 감소로 인하여 전자-정공의 재결합이 촉진되기 때문이다. 또한 가시광선의 DCA 광화학반응에의 활용정도를 cut-off filter를 사용하여 조사하였다. 385 ㎚ cut-off 필터를 사용하였을 경우 순수 TiO₂는 분해반응을 유발하지 않았으나, 10 ㏖% Fe/Ti의 경우에는 320 ㎚ cut-off 필터를 사용한 순수 TiO₂정도의 분해 속도를 보여주었다. 이 결과로부터, 제조된 Fe/Ti 혼합광촉매의 400 ㎚부근 흡수가 광활성을 지닌 띠에너지 전이흡수이며, 이를 이용하여 유기물질을 분해할 수 있다는 결론을 얻었다. In this study, iron-doped TiO₂(Fe/Ti) mixed oxide nanoparticles were prepared with the Fe^(3+) content varying from 2.5 up to 99.5 ㏖% to shift the absorption onset into the visible part, and to enhance the efficiency by retarding the e^--h^+ recombination. While they were characterized by UV/VIS, TEM-EDP, XRD, EDAX, and XPS, photonic efficiency was also investigated with the degradation rate of dichloroacetate (DCA) and light intensity measured by actinometry (2.68μE/sec). TEM-EDP and XRD showed that particles were in the form of anatase with the diameter of ca. 4 ㎚. Appreciable red-shift in UV/VIS absorption spectra was observed with the addition of Fe, starting UV/VIS absorption in the case of 10% Fe/Ti at around 0.5 eV less than in nano-sized pure TiO₂(around 3.42 eV). EDAX verified that the amount of Fe in the prepared mixed oxides was obtained as wished, and XPS revealed that Fe(III) existed in TiO₂lattice. Measured photonic efficiency turned out to be increased up to 0.22 at 10 ㏖% Mo, and then decreased as Fe content kept increasing higher than that. This was explained by the changing prevailing phenomena - electron trapping and recombination - as the amount of dopant increased. While photocatalytic decomposition of DCA was not taken place with pure TiO₂ using a 385 ㎚ cut-off filter, DCA degradation rate with 10% Fe/Ti was the same as that with pure TiO₂with a 320 ㎚ cut-off filter under the same experimental conditions. From this result, it was concluded that the absorption of light around 400 ㎚ was for the bandgap transition and could be used to degrade the contaminated organics.