Sol-gel법 TiO2 담체를 이용한 광촉매 산화 연구

Abstract

본 연구에서는 산업의 발전으로 인한 공업용수 사용의 증가와 수자원 고갈의 문제에 대응하기 위하여, 고도산화처리 기술 중 한 가지인 UV (Ultraviolet ray)/광촉매 산화를 이용한 폐수 재이용 기술에 주목하였다. 광촉매의 고정화는 Sol-gel법을 이용하였고, 광촉매 고정화 담체의 유기물질 제거 실험을 통해 재이용 공정에서의 활용 가능성을 확인하고자 하였다. UV/광촉매를 이용한 고도산화처리 방법은 광촉매 표면에 UV를 조사하여 발생되는 OH radical을 통해 수중의 오염물질을 제거하는 방법이다. UV/광촉매 기술은 추가 약품 투입이 없고 슬러지 및 2차 오염원이 발생하지 않아 친환경적인 공정으로 부각되고 있으며, 난분해성 물질 제거의 유망 기술로 각광받고 있다. UV/광촉매 공정에서 광촉매가 nm 크기의 분말 형태로 이용될 경우에는 넓은 비표면적으로 인해 높은 처리 효율을 보이나, 미세한 입자에 의한 빛의 산란현상과 광촉매의 분리 및 회수가 어렵다는 한계를 가지고 있어 지지체에 광촉매를 고정시킨 광촉매 담체에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 현재까지 연구결과에 의하면 mm 크기의 광촉매 담체의 경우에는 낮은 비표면적으로 인하여 분말 형태에 비해 처리효율이 낮으며, 더욱이 유기계 접착제를 이용하여 고정시킨 경우는 담체의 안정성에 대한 검증이 충분하다고 볼 수 없는 상황이다. 이에 본 연구에서는 Sol-gel법을 이용하여 μm 크기의 무기계 중공비드 표면에 광촉매 성능이 가장 뛰어난 물질로 알려진 TiO2를 고정하고자 하였다. 광분해 효율이 가장 우수한 담체를 제조하기 위하여 물, 전구체, 합성 시간, 용매 pH, 중공비드 첨가량 및 소성 조건의 비교 실험을 수행하였으며, 각각의 유기물질 제거 실험을 통해 최적화된 광촉매 담체의 합성 방법을 확립하였다. 유기물질 제거 실험은 전자폐수 재이용 시 문제가 될 수 있는 저분자 유기물질 중에 IPA (Isopropyl alcohol)를 대상으로 실시하였으며, 실험 결과는 10 ppm에서 2 hrs 반응 시 최대 26%의 제거율을 나타내었다. 본 연구 결과를 통하여 분리 및 회수가 용이하고 광촉매 산화반응에 안정성을 가지는 무기계 광촉매 담체를 개발하였으며, 이를 이용한 수처리 기술은 폐수 재이용 추가처리 공정에 활용될 수 있을 것으로 사료된다.