열적 산화법을 이용한 나노 구조 TiO2 합성

Abstract

최근 산업사회의 발달과 계속적인 공업화에 따른 에너지 고갈 문제 및 대기오염, 수질오염 등의 환경오염 문제의 해결은 국내뿐 아니라 전세계적으로 중요한 문제점으로 떠오르고 있다. 현재 일반적으로 사용하고 있는 오염물질 처리법으로는 호기성, 혐기성 세균 등의 미생물을 이용한 생물학적 처리 방법과 여과, 침전, 흡착 등을 사용하는 물리적 처리 방법이 있다. 그러나, 이러한 기존의 방법은 고가의 시설 투자비와 후처리 물질의 발생 등 문제가 있다. 이에 최근에는 빛 에너지를 이용한 광촉매 산화를 이용하여 오염물질을 제거하는 방법이 많은 관심의 대상이 되고 있다. 그 중에서도 대표적인 광촉매 물질로 이산화티타늄(TiO2)이 가장 각광받고 있다. TiO2는 표면에 자외선 영역의 빛이 조사되게 되면 주위의 물이나 산소 등과의 반응으로 높은 산화력을 가지는 OH 라디칼을 형성하고 이를 이용해 유기물을 산화시켜 분해한다. 이러한 반응은 TiO2의 표면에서 일어나기 때문에 반응물과 TiO2의 접촉면 증가는 TiO2의 특성 향상에 큰 영향을 미치며, 이에 TiO2의 비표면적 증가가 필요하다. 최근에는 비표면적 증가를 위해 나노 리본, 나노 로드, 나노 튜브 등의 나노 구조의 TiO2를 합성하고자 하는 연구가 계속 되고 있다. 여러 TiO2 나노 구조물 제조 방법 중 열적 산화법(thermal oxidation)은 촉매나 형판(template)을 도입하지 않고 분말 또는 모재 표면에 단일 단계로 간단하게 TiO2 합성이 가능하다는 장점이 있다. 하지만 Ti의 경우 산소와의 친화도가 높기 때문에 나노 구조 TiO2 합성을 위해서는 산소 양의 제어가 필수적이다. 따라서 본 연구에서는 Ti 분말 표면에 산소를 포함하는 액체 중 하나인 에탄올의 열분해를 이용해 열적 산화법(thermal oxidation)을 진행하여 비표면적이 넓은 나노 구조 TiO2를 합성하고자 하였다. Ti 분말은 표면개질을 위해 HCl을 이용해 표면개질을 진행하였으며 에탄올을 이용하여 나노 구조 TiO2을 합성하였다. 광촉매 특성 평가는 대표적인 유기 용액인 methylene blue 용액의 농도 변화를 통해 확인 하였으며 대조군으로 전 세계적으로 가장 많이 사용되고 있는 광촉매인 Degussa P25를 사용하였다.