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태양광/$TiO_2$ 광산화를 이용한 Cu(II)-EDTA의 제거
Treatment of Cu(II)-EDTA using Solar/$TiO_2$ Photocatalysis

신인수   (관동대학교 토목.환경학부UU0000185  ); 이승목   (관동대학교 토목.환경학부UU0000185  ); 양재규   (LG 환경연구원  ); 신원태   (해양수산부CC0188616  );
  • 초록

    본 연구에서는 인공 UV lamp의 대체에너지로 무한한 청정에너지인 태양광을 광원으로 이용하여 Cu(II)-EDTA 제거를 위한 광촉매 산화반응을 실시하였다. Cu(II)-EDTA의 광촉매 산화반응의 효율에 관한 연구를 위해 집광반사판의 형태, 집광반사판의 입사각, 광세기, 유량, 반응면적, $H_2O_2$ 의 효율, 그리고 광촉매 형태의 변화에 따라 실시하였다. Cu(II)와 DOC 제거율은 평판형의 집광반사판보다 반구형의 집광반사판 사용시 높게 나타났으며, 반사판의 각도를 $38^{\circ}$ 까지 증가시킬수록 제거속도 및 제거율이 각각 증가였다. $TiO_2$ 분말시스템은 $TiO_2$ 코팅 시스템보다 Cu(II)와 DOC 제거율에 있어서 약 4배 이상의 큰 제거율을 나타내어서 제거효율에 있어서는 우수한 것으로 조사되었다. Cu(II)와 DOC 모두 자외선 세기가 높은 맑은 날( $0.372{\sim}2.265\;mW/cm^2$ )에 제거효율이 가장 좋은 것으로 나타났는데, Cu(II)의 경우 흐린날( $0.038{\sim}1.129\;mW/cm^2$ 에 비하여 약 3배, DOC의 경우 약 2배의 높은 제거율이 나타나서 광세기가 양자수율에 직접적으로 영향을 미침을 알 수 있었다. Cu(II)가 제거되는 경향은 반응기의 면적이 클수록 증가하였으며, 유량변동에는 비슷한 경향을 보였지만 일정유량 이상에서는 방해요인이 되는 것으로 나타났다. 코팅된 $TiO_2$ 를 광촉매로 사용하였을 때 $H_2O_2$ 농도증가에 따라 Cu(II)의 제거효율은 크게 증가하였지만 분말형 $TiO_2$ 사용시에는 이에 비해 $H_2O_2$ 주입효과가 크게 나타나지 않았다.


    Photocatalytic oxidation of Cu(II)-EDTA has been studied using solar/ $TiO_2$ photocatalysis as an energy source. Photocatalysis efficiency on the treatment of Cu(II)-EDTA was investigated using different types of solar collectors as well as by variation of the angles of solar collector solar light intensities, flow rates, and areas of solar collector. effect of $H_2O_2$ and types of $TiO_2$ catalyst on the treatment of Cu(II)-EDTA was also investigated. Removal of Cu(II) and DOC was favorable with a hemispherical collector than with a flat collector Removal of Cu(II) and DOC increased with increasing angles of solar collector up to $38^{\circ}$ . Slurry type $TiO_2$ showed four-times higher removal efficiency than immobilized type $TiO_2$ . Removal of both Cu(II) and DOC at a clear sky of solar light intensity ranging from 0.372 to $2.265\;mW/cm^2$ was greater than removal at a cloudy day of solar light intensity ranging from 0.038 to $1.129\;mW/cm^2$ . From the result of this research that the removal efficiency of Cu(II) and DOC increased as the solar light intensity increased, it can be inferred that quantum yield in the destruction of Cu(II)-EDTA may directly related with the solar light intensity. Removal of Cu(II) increased as increasing the area of solar collector and was similar at lower flow rates white removal of Cu(II) was interfered at higher flow rates. When immobilized $TiO_2$ was used, removal efficiency of Cu(II) increased in the presence of $H_2O_2$ while negligible effect was found in the use of $TiO_2$ slurry.


  • 주제어

    광촉매 .   태양에너지.  

  • 참고문헌 (14)

    1. Davis, A. P. and Green, D. L., 'Photocatalytic oxidation of Cadmium-EDTA with titanium dioxide,' Environ. Sci. Technol., 33(4), 609-617(1999) 
    2. Yang, J. K. and Davis, A. P., 'Photocatalytic oxidation of Cu(II)-EDTA with illuminated Ti02: Kinetics,' Environ. Sci. Technol., 34(17), 3789-3795(2000) 
    3. Cho, I. H., Kim, H. Y., Zoh, K. D., and Lee, H. K. 'A study on the removal of toxic metal-EDTA complex using solar Iight/$TiO_2$ system,' Water Sci. Technol.: Water Supply, 2(1), 299-304(2002b) 
    4. Ahmed, S. and Ollis, D. F., 'Solar photoassisted catalytic decomposition of the chlorinated hydrocarbons trichloroethylene and trichloromethane,' Solar Energy, 32(5), 597-601(1984) 
    5. Boston, J. R., 'The photochemical conversion and storage of solar energy: an historical perspective,' Solar Eng. Mat. Solar Cells, 38, 543-554(1995) 
    6. Yang, J. K. and Davis, A. P., 'Photocatalytic oxidation of Cu(II)-EDTA with illuminated TiO2: Mechanisms,' Environ. Sci. Technol., 34(17), 3796-3801(2000) 
    7. Cho, I. H., Moon, I. Y., Chung, M. H., Lee, H. K., and Zoh, K. D. 'Disinfection effects on E. coli using $TiO_2$/UV and solar light system,' Water Sci. Technol.: Water Supply, 2(1), 181-190(2002a) 
    8. 오정무, '태양에너지 이용에 관한 현황 및 전망,' 화학공학, 18(14), 301-307(1980) 
    9. 신인수, 최봉종, 이승목, 양재규, '$TiO_2$ 광촉매반응을 이용한 구리함유 폐수처리 연구,' 대한환경공학회지, 25(10), 1225-1232(2003) 
    10. Alfanoa, O. M., Bahnemann, D., Cassano, A. E., Dillert, D., and Goslich, R., 'Photocatalysis in water environments using artificial and solar light,' Catal. Today, 58, 199-230(2000) 
    11. Thomas, H. M., Abhaya, K. D., and Melissa, F., 'Oxidation of metal-EDTA complex by $TiO_2$ photocatalysis,' Environ. Sci. Technol., 31(12), 3457-3481(1997) 
    12. Jean, M, H., Jean, D., Pierre, P., Sixto, M., and Blanco, J., '$TiO_2-based$ solar photocatalytic detoxification of water containing organic pollutants: Case studies of 2,4-dichlorophenoxyacetic acid(2,4-D) and of benzofuran,' Appl. Catal., B: Environmental, 17, 15-23(1988) 
    13. Cho, I. H., Kim, H. Y., and Zoh, K. D. 'Detoxification of trichlchloroethylene(TCE) using solar light/$TiO_2$, in a UV concentrating radiation system,' J. Water Environ. Technol., 1(1), 37-42(2003) 
    14. Chang, W. and Lin, W. Y. 'Bactericidal activity of $TiO_2$ photocatalyst in aqueous media: Toward a solar-assisted water disinfection system,' Environ. Sci. Technol., 28(5), 934 - 938(1994) 
  • 이 논문을 인용한 문헌 (2)

    1. Yang, Jae-Kyu ; Choi, Bong-Jong ; Lee, Seung-Mok 2005. "Recovery of Copper, Reuse of $TiO_2$, and Assessment of Acute Toxicity in the Photocatalytic Oxidation of Cu(II)-EDTA" 대한환경공학회지 = Journal of Korean Society of Environmental Engineers, 27(8): 844~851     
    2. Kim, Dong-Seog ; Park, Young-Seek 2006. "A Study on the Optimization of Reflector for Reactor Using Solar $Light/TiO_2$" 韓國環境保健學會誌 = Journal of environmental health sciences, 32(4): 373~380     

 저자의 다른 논문

  • 신인수 (4)

    1. 2004 "UV/TiO2 광촉매반응에 의한 페놀의 분해 특성" 水質保全 = Journal of Korean Society on Water Quality 20 (5): 488~493    
    2. 2005 "광산화 공정을 이용한 Cu-EDTA 처리 - 인공 자외선램프와 태양광의 처리경향 비교 -" 水質保全 = Journal of Korean Society on Water Quality 21 (1): 66~72    
  • Lee, Seung-Mok (46)

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