스퍼터링 TiO2 담체를 이용한 광촉매 산화 연구

Abstract

본 연구에서는 현재 전자산업 발전에 따른 공업용수 부족이라는 문제점을 해결하기 위하여, 폐수처리 재이용 기술 중 고도산화기술인 UV/광촉매 산화기술을 통한 유기물질의 효과적인 제거에 주목하였다. 광촉매의 고정화는 PVD (Physical Vapor Deposition)법의 일종인 Sputtering 원리를 토대로 제조된 NAP (Nano Attached Process) 장치를 이용하였고, 세라믹 중공비드 지지체 표면 위에 광촉매를 고정화한 담체를 제조하여 수중에 잔류하는 대표적인 유기물질의 제거가능성을 확인하고자 하였다. 광촉매 산화기술은 광촉매에 자외선을 조사하면 형성되는 OH Radical의 강력한 산화력을 이용하여 유기물질 등을 환경적으로 무해한 CO2와 H2O로 산화․분해시키는 수처리 기술이다. 이때 사용되는 광촉매로는 SnO2, TiO2, WO3 및 ZnO 등이 있다. TiO2의 경우는 인체에 무해하며, 반영구적으로 사용할 수 있기 때문에 고정할 광촉매로 선정 하였고, 광촉매 담체의 지지체는 강도적인 측면, 광촉매 활성에 따른 안전성 및 유동과 비표면적을 고려하여 Micro Size의 구형 세라믹 중공비드를 선택하였다. 광촉매 고정방법으로 사용된 NAP 장치는 낮은 진공도에서 플라즈마를 발생시켜 이온화한 아르곤 가스를 가속하여 Titanium Target에 충돌시켜 Titanium 원자를 분출시킨다. Titanium 원자는 배럴내부의 임펠러를 이용하여 세라믹 중공비드를 교반해 줌으로써 3차원 구조입자 표면 위에 고정하는 방법을 채택하였다. NAP 장치 가동 중 산소를 주입하여 고순도의 비결정 산화막을 형성하였고, Titanium-Peroxy gel법으로 비결정의 산화막을 Anatase phase로 전환시켰다. UV/광촉매 담체의 제거 효율을 관찰하기 위해 저농도 유기물질을 GC/MS로 분석한 결과, 대표적인 유기물질 6종(Acetone, Acetonitrile, Acetaldehyde, Ethanol, Methanol, Isopropyl alcohol) 모두 60분 경과시 90% 이상의 제거율을 보였다. 분해실험 결과로 판단할 때 NAP 장치와 Titanium-Peroxy gel법을 이용하여 제조된 광촉매 담체는 저농도 유기물질 제거에 효과적일 것으로 판단되며, 실제 재이용 고도산화 공정에서도 활용될 수 있다고 사료된다.