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TCE의 분해를 위한 광촉매 산화반응조의 운전인자 도출에 관한 연구
Determination of Operational Parameters for TCE Degradation in Photocatalytic Oxidative Reactors

허준무   (㈜그린기술산업CC0174687  ); 전승렬   (㈜성지인터넷CC0099302  ); 김종수   (선문대학교 환경공학과UU0000751  );
  • 초록

    광촉매 산화반응으로 인한 난분해성 유기오염물질의 분해효율을 증가시키기 위하여 산화반응의 매개체인 $TiO_2$ 광촉매의 새로운 제조방법을 개발하였고, 이를 이용하여 TCE의 효과적인 분해를 위한 광촉매 산화반응조의 최적 운영인자를 도출하였다. $TiO_2$ 광촉매는 해교제(Davan-C 0.24 wt%)와 결합제(PVA 0.16 wt%)를 첨가하여 슬립 캐스팅 방법으로 제조하였다. 촉매의 특성 변화에 따른 실험결과로 TCE 수용액의 분해효율이 가장 좋은 촉매의 상태는 $TiO_2$ 코팅 횟수가 1회이고 $TiO_2$ 슬립의 두께가 1 mm인 촉매로 확인되었다. 촉매 사용시간에 따른 비교에서는 사용시간이 250 시간인 촉매가 새로이 제작하여 사용한 촉매의 TCE분해효율보다 20% 정도 감소되었다. 광촉매 산화반응조의 물리적 운영인자 도출을 위한 실험결과로 산소의 전처리와 재순환을 실시하면 그렇지 않은 경우보다 TCE 분해효율이 증가되었다. 촉매의 단위 표면적당 수용액의 부피비가 $1.47\;mL/cm^2$ 이하에서 높은 TCE 분해효율을 보였으며 UV 광량의 조절시 광량이 $225\;W/cm^2{\times}100$ 에서 75.8%의 최대 TCE 분해효율을 보였다. TCE의 초기 농도를 조절했을 경우에는 농도가 2 mg/L 이하인 경우에 TCE의 분해효율이 높았다. 따라서 본 연구에서 제시한 방법으로 제조한 촉매를 이용하여 적절한 UV 광량과 상기한 운영조건하에 광촉매 산화반응조를 운영한다면 정수 및 폐수에 함유된 난분해성 유기성 오염물질을 제거하기 위한 공정으로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.


    The objectives of this study are to manufacture an efficient $TiO_2$ , photocatalyst and to delineate optimum operational parameters for TCE (trichloroethylene) degradation in a photocatalytic oxidative reactor. The $TiO_2$ photocatalyst irradiated by 365 nm UV light is expected to increase degradation of TCE in solution by a series of photocatalytic oxidations in the reactor. A new membrane $TiO_2$ photocatalyst wns eventually developed by coating a mixture of Davan-C(0.24 wt%) and PVA(0.16 wt%) on the surface of slips using the slip-casting method. Results show that increase in the number of coating of $TiO_2$ sol on surface of photocatalysts and in the surface thickness improved the endurance and photocatalysts, but these physical modifications caused significant decrease in the overall degradation efficiency of TCE. Pre-aeration or recirculation of the influents to the reactors containing TCE increased degradation efficiency of TCE. The optimum operational conditions far the surface area of photocatalysts and UV light intensity appeared to be $1.47\;mL/cm^2$ and $225\;W/cm^2{\times}100$ , respectively, in the reactor. Based on the overall experimental results, the photocatalytic oxidation of TCE with the new membrane $TiO_2$ photocatalyst is found to be very effective under the operational conditions delineated in this study.


  • 주제어

    $TiO_2$ .   photocatalytic oxidation .   trichloroethylene.  

  • 참고문헌 (12)

    1. Gerischer, H. (1933) Photoelectrochemical catalysis of the oxidation of organic molecules by oxygen on small semiconductor particles with $TiO_2$, Electrochemical Acta38, 3-9 
    2. Matthews, R. W. (1986) Photo-oxidation of organic material in aqueous suspensions of titanium dioxide, Wat. Res. 20(5), 569-578 
    3. Childs, L. P. and Ollis, D. F. (1981) Photoassisted heterogeneous catalysis, J. of Catalysis 67, 35-48 
    4. Cunningham, J. and Peter, S. (1993) Initial rates of $TiO_2$ photocatalysed degradation of water pollutions : influences of adsorption, pH and photon-flux, In Photocatalytic purification and treatment of water and air, Elsevier Science Publisher, B. V., p.82-97 
    5. Matthews, R. W. (1988) Kinetic of photocatalytic oxidation of organic solutes over titanium dioxide, J. of Catalysis, 111, 246-272 
    6. Matthews, R. W. (1993) Photocatalysis in water purification, In Photocatalytic purification and treatment of water and air, Elsevier Science Publisher, B. V., p.67-81 
    7. Anderson, M. A., et al. (1992) Comparison of $TiO_2$ powder suspensions and $TiO_2$ ceramic membranes supported on glass as photocatalic system in reduction of chromiurn(VI), J. of Molecular Catalysis, 71, 57-68 
    8. Matthews, R. W. (1988) An adsorption water purification in-situ photocatalytic regeneration, J. of Catalysis, 113, 549-555 
    9. Ollis, D. F. (1985) Contaminant degradation in water, ES&T, 19, 480-484 
    10. Childs, L. P., Matthews, R. W. and Ollis, D. F. (1980) Is photocatlaysis catalytic?, J. of Catalysis 66, 383-390 
    11. Bruno, L., David, A. R. and Deborah, R. B. (1991) Ozone in water treatment : application and engineering, Lewis, New York 
    12. Suri, R. P. S. (1933) Heterogeneous photocatalytic oxidation of hazardous organic contaminants in Water, J. Water Environment Research, 65, 665-673 

 저자의 다른 논문

  • 허준무 (4)

    1. 2002 "음식물쓰레기 단독 퇴비화 및 음식물쓰레기와 하수 슬러지의 혼합 퇴비화에 따른 퇴비화시설의 운전특성" 한국환경위생학회지 = Korean journal of Environmental Health Society 28 (5): 86~92    
    2. 2004 "요인분석법을 이용한 광촉매 산화반응조의 최적 운영인자 도출" 한국환경농학회지 = Korean journal of environmental agriculture 23 (2): 85~91    
    3. 2009 "교차흐름식 모듈 충전 hybrid 혐기성여상의 기·액·고 분리능 및 슬러지보유능" 上下水道學會誌 = Journal of Korean Society of Water and Wastewater 23 (6): 769~778    
  • 김종수 (8)

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