Photocatalytic comparison of stainless steel nanotube plate and mesh in aqueous organic compounds degradation

Abstract

Changes in photocatalysts and the development of highly oxidized processes are rapidly progressing. Photocatalyst development using stainless steel plates and mesh, which are commonly used due to their low unit cost, was carried out. The anodization method is mainly used in aluminum as a method for surface modification. However, in this research, stainless steel was used for modified the surface. Iron (Fe) and chromium (Cr), which are the main components of stainless steel, are generated on the surface of iron oxide and (Fe2O3) chromium oxide (Cr2O3) when anodized. These two oxidized components served as photocatalysts using the z-scheme. When two oxides are generated, nanopores are formed on the surface, and the specific surface area is maximized with a size of about 70-100 nm. The surface of stainless steel nanotubes (SSNT) and nanostructures stainless steel mesh (SSMNF) were confirmed using SEM, and the ratio of elements was determined through EDS. Iron and chromium oxides were confirmed in more detail through XRD and XPS analysis. The specific surface area of the photocatalysts was used by BET analysis, and the specific surface area of SSMNF, an improved technology, was about 11.5 times higher than SSNT. The photocatalytic degradation test was conducted by selecting a total of 4 types of 12 organic compounds. The developed photocatalyst SSMNF showed superior performance than the existing technology SSNT. Above all, SSMNF showed a degradation rate of at least 1.15 times to up to 36.1 times higher when the degradation rate, per unit weight, and per unit area was derived. However, when the two photocatalysts were tested for reuse, it was confirmed that the effect of SSMNF gradually decreased, and in terms of persistence, SSNT produced better results. |광촉매의 변화와 고도산화공정의 개발은 빠르게 진해되고 있다. 단가가 저렴하여 대중적으로 쓰이는 스테인리스 스틸 판과 망을 이용한 광촉매 개발을 진행 하였다. 양극산화 공법은 표면 개질의 위한 방법으로 주로 알류미늄에 쓰이나 본 연구에서는 스테인리스 스틸을 이용하여 진행하였다. 스테인리스의 주 재료인 철과 (Fe) 크롬은 (Cr) 양극산화시 철 산화물과 (Fe2O3) 크롬 산화물이 (Cr2O3) 표면에 생성되어 z-scheme을 이용한 광촉매 역할을 하게된다. 두 산화물이 생성 되었을 때 표면에는 나노기공이 생기며 그 사이즈는 약 70 ~ 100 nm로 비표면적을 극대화 하였다. 나노 구조를 띈 스테인리스 스틸 나노튜브와 (SSNT) 스테인리스 스틸 나노구조 망의 (SSMNF) 표면은 SEM을 이용하여 확인 하였고, EDS를 통하여 원소의 비율을 알아내었다. XRD와 XPS 분석을 통하여 철과 크롬 산화물의 보다 상세하게 확인하였다. 광촉매의 비표면적은 BET 분석을 이용하였으며 향상된 기술인 SSMNF의 비표면적이 약 11.5배 가량 높은 수치를 나타내었다. 광촉매 분해 실험은 총 4종류의 12가지 유기오염물질을 선정하여 진행하였다. 개발된 광촉매인 SSMNF는 기존 기술인 SSNT보다 뛰어난 성능을 보였다. 무엇보다, 분해 속도, 단위 무게, 단위 면적 및 단위 부피당 분해율을 도출했을 때 SSMNF는 최소 1.15배에서 최대 36.1배 높은 분해율을 보였다. 하지만 두 광촉매의 재사용 실험을 진행하였을땐 SSMNF의 효과가 점점 떨어지는 것을 확인하였으며 지속성으로 보았을땐 SSNT가 더 좋은 결과를 도출해내었다.