Korean Chem. Eng. Res., 53(6), 755-761 (2015) http://dx.doi.org/10.9713/kcer.2015.53.6.755 PISSN 0304-128X, EISSN 2233-9558 UVLED 광원을이용한광촉매 VOC 제거특성평가시온도에따른농도변화에관한연구 문지연 이규상 김선민 전자부품연구원에너지나노소재연구센터 13509 경기도성남시분당구새나리로 25 (2015 년 2 월 17 일접수, 2015 년 4 월 14 일수정본접수, 2015 년 4 월 17 일채택 ) A Study of the Temperature Dependency for Photocatalytic VOC Degradation Chamber Test Under UVLED Irradiations Jiyeon Moon, Kyusang Lee and Seonmin Kim Energy Nano Materials Research Center, Korea Electronics Technology Institute, 25 Saenari-ro, Bundang-gu, Seongnam-si, Gyeonggi-do 13509 Korea (Received 17 February 2015; Received in revised form 14 April 2015; accepted 17 April 2015) 요 약 광촉매의 VOC 제거특성평가에관한최근의연구는온도변화가거의없는상태에서실시되었다. 온도변화를적게하기위해광량이높은 UVLED 를챔버위부에배치하게되면광촉매와의거리가멀어져그만큼효율이감소할수밖에없으며광촉매의효율향상을위해서는광원과광촉매의거리를가까이해야할필요가있다. 본연구에서는 UVLED 광원과광촉매와의거리를가까이두어온도가변하는 VOC 제거시스템을제작하였다. 광촉매로는자외선광원에서반응하는상용 TiO 2 와 vanadium 이온을도핑시킨 TiO 2 를사용하였으며제작된챔버를이용하여광촉매효율을평가하였다. VOC 제거평가시테스트전후온도는약 20 o C 상승하여 UVLED 광원에의해변화된온도로 VOC 의농도를보정하여온도에따른 VOC 제거효율변화를확인하였다. 보정전후의제거효율을비교하면 43~46% 의차이를보였다. 챔버내온도상승이 p-xylene 의농도변화에큰영향을주며이를보정하여광촉매의 VOC 제거효율을평가할필요가있음을확인할수있었다. Abstract Photocatalytic VOCs removal test in gas phase is generally performed by placing the light source on the outside due to maintaining a constant temperature inside the test chamber. The distance between light source and photocatalysts is importantin the VOC degradation test since the intensity of light is rapidly decreased as the distance farther. Especially, for the choice of light source as UVLED, this issue is more critical because UVLED light source emits lots of heat and it is hard to measure the exact concentration of VOCs due to changed temperature in the test chamber. In this study, we modified VOC removal test chamber base on the protocol of air cleaner test and evaluated the efficiency of photocatalystunder UVLED irradiation. Photocatalystsof two different samples (commercial TiO 2 and the synthesized vanadium doped TiO 2 ) weretested for the p-xylene degradation in the closed chamber system and compared with each other in order to exclude any experimental uncertainties. During the VOC removal test, VOC concentrations were monitored and corrected at regular time intervals because the temperature in the chamber increases ~20 o C due tothe heat of UVLED. The results showed that theconversion ratio of p-xylene has 40~43% difference before and after the temperature correction.based on those results, we conclude that the VOC concentration correction must be required for the VOC removal test in a closed chamber system under UVLED light source and obtained the corrected efficiencies of various photocatlysts. Key words: VOC, Photocatalyst, UVLED, Degradation, Calibration To whom correspondence should be addressed. E-mail: ksunmin@keti.re.kr 이논문은서울대학교김화용교수님의정년을기념하여투고되었습니다. This is an Open-Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (http://creativecommons.org/licenses/bync/3.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited. 755
756 문지연 이규상 김선민 1. 서론 휘발성유기화합물 (Volatile Organic Compounds, VOCs) 은대기중에휘발되어악취나오존을발생시키는탄화수소화합물을일컫는말로, 피부접촉이나호흡기흡입을통해신경계에장애를일으키는발암물질이다. VOCs로는벤젠이나포름알데히드, 톨루엔, 자일렌, 에틸렌, 아세트알데히드등이있다. 이들 VOCs는대개의경우낮은농도에서도악취를유발하며, 화합물자체로서도환경및인체에직접적으로유해하거나대기중에서광화학반응에참여하여광화학산화물등 2차오염물질을생성하기도한다. 또한, 휘발성유기화합물은성층권의오존층을파괴하여지구온난화를가속시키고있다 [1]. 미국환경청 (U.S. Environmental Protection Agency, EPA) 은유해대기오염물질로써 189가지물질을지정하였으며, 이중 97가지물질이 VOCs 계열이다. 1990년에제정된 Clean Air Act는향후 8년에걸쳐유해대기오염물질의유출을 90%, VOCs의 70% 를줄일것을요구하였다. 환경규제를위해서는 VOCs의저감과제거가필수적이며이에대해많은연구가진행되고있다 [2,3]. 현재 VOCs를제거하는방법으로는연소법 [4], 흡착법 [5], 생물여과 [6], 광촉매산화법등이있으나경제적이고환경친화적인측면을고려하면광촉매산화법이가장이상적인방법으로평가되고있다 [7]. 광촉매재료로사용되는금속화합물중대표적인물질로는 TiO 2 (anatase), TiO 2 (rutile), ZnO, ZnS, CdS, ZrO 2, InTaO 4 등이있으며반응조건과활성정도를비교하였을때 UV 광원하에서광촉매효율이가장좋은물질은 TiO 2 이다 [8,9]. 광촉매를이용한 VOC 제거시험챔버는주로 UV lamp 를이용하여온도변화가거의없거나 UVLED를사용하는경우에는챔버외부에배치하여온도가상승하지않도록제작이되어 VOC 제거시험을실시하는연구가보고되었다 [10-13]. 하지만광원과광촉매시료의거리가멀어지면광량이급격히낮아져광촉매효율이감소하고이경우높은광량을가진 UVLED를사용하더라도챔버외부에배치가되면광촉매시료와거리가멀어져광촉매의효율을극대화할수없게된다. 그래서광촉매의효율을증대시키고실험시편차를줄이기위해서는높은광량의광원을시료와가깝게배치시켜야할필요가있다 [14]. 본연구에서는 UVLED를사용하여온도가변하는 VOC 제거시스템을제작하고광촉매로는자외선광원에서반응하는상용 TiO 2 와졸-겔법으로제조된 vanadium 이온을도핑시킨 TiO 2 를사용하였다. 광촉매시료는 field emission scanning electron microscope, X-ray diffractometer, 비표면적분석기와 UV-vis spectrophotometer로분석을하여물성을조사하였고 methylene blue(mb) 수용액을이용하여유기물제거특성을확인하였다. 제작된 VOC 제거시스템을사용하여상용 TiO 2 와 vanadium 이온이도핑된 TiO 2 의 p-xylene 제거효율을평가하였다. UVLED 사용으로인한챔버내온도상승이주는농도변화는 Antoine equation을이용하여보정하였으며 p-xylene 제거효율을온도보정전후로비교하여 VOC 제거특성평가시온도의영향을평가하였다. ethyl alcohol(etoh, 99.9%, Duk San Pure Chemicals Inc.) 용매에증류수, hydrochloric acid(hcl, 37%, J. T. Baker) 가혼합된용액과 vanadylacetylacetonate(vo(acac) 2, 98%, Sigma-Aldrich) 를첨가한후 1시간동안교반시켰다. 그후글로브박스 (800P, I-Nexus Inc.) 내에서 titanium tetraisopropoxide(ttip, 97%, Sigma-Aldrich) 를첨가하였으며이때, 사용되는시약의 Ti와 V의 molar ratio(v/ti) 는 11% 로하였다. 이용액을 1시간동안교반한후 80 o C에서건조시켰고, 전기로 (SJ-MF-4, 대성환경ENG) 를이용하여 450 o C에서소성함으로써 V- TiO 2 광촉매를제조하였다. 2-2. 광촉매물성및특성평가제조된 V-TiO 2 의표면상태이미지와결정형상은 field emission scanning electron microscope(fe-sem, S-4300SE, Hitachi) 를이용하여관찰하였으며비표면적분석기 (BET, BELSORP-max, MP) 를사용하여상용 TiO 2 와 V-TiO 2 의비표면적을비교하였다. 광촉매시료의결정구조를관찰하기위해 X-ray diffractometer(xrd, D8 Advance, Bruker) 를사용하여 2θ=20~80 o 범위에서측정하였다. 금속이온도핑에따른촉매의광학적특성을알아보기위해 UV-vis spectrophotometer(v-670, Jasco Inc.) 로 diffuse reflectance spectra를측정하였다. 상용촉매와제조된촉매의광분해특성평가를위해약 10 ppm 농도의 methylene blue(mb, Sigma-Aldrich) 수용액에광촉매시료를 0.1 g씩첨가하여광촉매활성도평가실험을하였다 [15]. 광촉매가섞인 MB 수용액은 200 rpm으로교반을유지하였으며광원으로는 Xenon 램프 (66902, Newport) 를사용하였다. 그리고광조사를시작하여광조사후 40분까지매 10분간격으로시료를분취하여 UV-vis spectrophotometer로 660 nm 파장에서의흡광도를측정하였다. 2-3. VOC 제거시스템제작및평가방법기체상의 VOC 제거효율은 Fig. 1과같은실험장치를제작하여평가하였다. 챔버의크기는 60 30 40(cm) 으로제작하였고소재는투명한 polymethylacylate를사용하였다. 내부에는알루미늄으로제작되어분말형광촉매를고정시킬수있는샘플홀더와 UVLED를광촉매상단에고정시켜놓을수있는받침대를설치하였다. 내부기체의교반및순환과주입된 VOC 농도를균일하게유지하기위해서뒷면과좌측면에 fan을직교되도록설치하였다. VOC 제거특성평가전에제작된챔버가완전히밀폐가되는지를확인하기위해 gas를주입하여가압이되는상태에서챔버의모서리와연결된라인에비눗물을떨어뜨려 leak를확인하였다. 그리고 VOC 제거테스트실시하기전에사용되는 UVLED(NC4U133A, 365 nm, 2. 실험 2-1. 광촉매제조상용이산화티탄광촉매와비교를위하여졸-겔법을사용하여 vanadium 이온이도핑된 TiO 2 촉매를제조하였다. 입자형촉매제작은 Fig. 1. Schematic diagram of the flow chamber system for degradation of VOCs.
UVLED 광원을 이용한 광촉매 VOC 제거 특성 평가시 온도에 따른 농도 변화에 관한 연구 757 Nichia)의 광량을versatile laser power/energy meter(nova II 7Z01550, OphirOptronics Solutions Ltd.)를 이용하여 확인하고 시간과 거리에 따른 UVLED의 광량 변화를 측정하였다. 밀폐 상태 확인과 UVLED의 광량 측정을 하고 난 후 VOC 제거 특성 평가를 시작하며 평가 방법은 다음과 같다. 광촉매 시료를 담은 샘플 홀더와 UVLED(30 EA)를 챔 버내에 위치하도록 넣고 대상 VOC 물질인 p-xylene (98.5%, Junsei Chemical Co.)이 담긴 gas washer를 공기를 carrier gas로 이용하여 챔버에 주입되도록 하였다. 챔버 내 p-xylene의 농도는 VOC 측정기 (Mini RAE 3000, RAE Systems)를 이용하여 농도가 ~10 ppm에 도 달하였을 때 gas의 주입을 멈춘 뒤 챔버를 밀폐시키고 광조사를 시 작하였다. 광조사는 60분간 진행하였고 매 10분 간격으로 p-xylene 의 농도를 확인하였다. 3. 결과 및 토론 상용 TiO2와 졸-겔법으로 제조된 V-TiO2 입자의 크기 및 morphology 분석을 위하여 FE-SEM을 사용하여 확인하였다. Fig. 2(a,b)의 SEM 이미지를 통해 상용 TiO2는 20~50 nm 크기를 갖는 구형의 입자들이 Fig. 3. Comparison of XRD patterns for commercial TiO2 and VTiO2. 포도송이와 같이 뭉쳐서(agglomerate 형상) 이루어져 있는 것을 확 인하였으며, Fig. 2(c,d)의 V-TiO2는 형상이 비슷한 10 nm 크기의 입 자들이 고르게 분포되어 있으며 이 입자들이 뭉쳐서 판상형 결정체를 이루고 있음을 알 수 있었다. 이러한 표면 특성을 통해 입자크기는 V-TiO2가 좀 더 적으나 전체 입자의 표면적은 상용 TiO2가 좀 더 우 세할 것으로 예상되었다. FE-SEM 이미지를 통해 알아본 시료들의 형태와 입자 크기에 따른 비표면적을 확인하기 위해 BET 분석을 하여 Table 1에 나타내었다. 상용 TiO2의 비표면적은 55.6 m2/g로 V-TiO2의 46.8 m2/g 비표면적 보다 큰 것을 알 수 있다. V-TiO2의 입자 크기가 더 작음에도 불구하 고 비표면적이 작은 이유는 입자들의 뭉침 때문이라 생각된다. FESEM 이미지를 통해 V-TiO2 시료가 상용 TiO2에 비하여 입자의 크 기는 작지만 뭉침이 심한 것으로 보였으며 이것이 비표면적에 큰 영 향을 준 것으로 보인다. 상용 TiO2와 제조된 V-TiO2입자들의 결정구조 및 결정성을 알아 Fig. 2. SEM images and morphology of (a), (b) TiO2 particle and (c), (d) V-TiO2 prepared by sol-gel method. Table 1. BET specific surface areas of pure and doped TiO2 Sample Commercial TiO2 V-TiO2 2-1 As,BET (m g ) 55.6 46.8 보기 위하여 XRD를 측정하였다. Fig. 3은 두 광촉매 입자들의 20o 에서 80o까지의 XRD 패턴이다. 상용 TiO2의 주 peak들은 anatase와 rutile 상의 피크와 일치하였다. Vanadium 이온이 치환된 V-TiO2의 경우에도 peak의 위치가 상용 TiO2의 peak 위치와 거의 동일하게 나 타나있다. 이는 titanium 이온의 자리에 vanadium 이온이 위치하더 라도 이들의 크기가 비슷하여 TiO2의 격자 구조에 큰 영향을 주지 않음을 뜻한다. 하지만 V-TiO2는 상용 TiO2에 비하여 rutile 상의 peak intensity가 작은 것을 볼 수 있다. Rutile 상은 열처리 온도가 높을 수록 증가하는 것으로 알려져 있으며, V-TiO2 제조 시에 적용 된 450 oc의 열처리 온도는 rutile 상의 비율이 높아지기엔 낮은 온 도이기 때문에 제조된 V-TiO2의 경우에는 rutile 상의 비율이 낮은 것 으로 판단된다[16]. Vanadium 이온의 도핑에 따른 촉매의 광학적 특성을 비교하기 위해 적분구가 장착된 UV-Vis spectrophotometer로 분석을 하였다. Fig. 4(a)는 파장에 따른 absorbance 값을 나타낸 것이며 350 nm 이상의 파장 영역대에서 상용 TiO2보다 제조된 V-TiO2의 광 흡수도가 높은 것을 알 수 있었다. Kubelka-Munk function[17]에서 energy 값은 hc/λ (h: 플랑크 상수, c: 빛의 속도, λ: 파장)로 치환할 수 있으며 파장과 각 파장에 따른 reflectance 값을 이용하여 Fig. 4(b) 그래프에 나타내 었다. Fig. 4(b)에서 검은색 점선으로 나타낸 것과 같이 흡수단 부근 에 직선 구간의 접선이 밴드갭 에너지이다[18]. 상용 TiO2 시료의 밴 드갭은 약 3.3 ev이고 V-TiO2 시료의 밴드갭은 2.7 ev인 것을 도출 하였으며, TiO2에 금속 이온인 vanadium이 도핑되어 peak가 red-shift 된 것을 확인할 수 있었다. 특히, 도핑된 시료의 경우 가시광 흡수도가 상대적으로 높아 별도의 vanadium 화합물도 함께 생성된 것이 아닌 지 의심이 되었으나 XRD 데이터상에서는 별도의 물질을 확인할 수 없었다. 2 (1 R) 2 α = ------------------ E 2 R 2 (1) (R=Reflectance, %, E=Energy, ev)
758 문지연 이규상 김선민 Fig. 4. (a) Absorbance data (b) Kubelka-Munk plot of TiO 2 and V-TiO 2. Fig. 5. Comparison of photocatalytic activities of TiO 2 and V-TiO 2 on the degradation of MB solution under xenon light for different times. 물성측정결과, 상용 TiO 2 와 V-TiO 2 의입자형상은둥근모양으로같았지만 V-TiO 2 의입자크기가 TiO 2 보다작았다. 하지만입자들의뭉침으로인하여 V-TiO 2 는 TiO 2 에비하여상대적으로작은비표면 적을가진것을알수있었다. 결정구조는거의비슷하였으나 V- TiO 2 는상용 TiO 2 보다 rutile 상의비율이낮은것으로보였다. Vanadium 이온이도핑됨으로인하여 TiO 2 보다 V-TiO 2 시료가낮은밴드갭에너지를갖는다는것을확인하였다. 광촉매소재의유기물분해특성을통해촉매활성화를평가하였다. 유기물은앞서언급된 MB를사용하였으며상용 TiO 2 와 vanadium 이온이도핑된 TiO 2 의 MB 제거특성결과를 Fig. 5에나타내었다. MB 수용액의농도를 xenon light 조사시간에따라측정하였고 MB 제거특성평가를통해액체상에서의광촉매활성도를비교할수있었다. 광조사 40분후, 상용 TiO 2 는 MB를약 48% 제거하였으며 V- TiO 2 는약 98% 의 MB를제거하였다. 제조된 V-TiO 2 광촉매가상용 TiO 2 보다낮은비표면적을갖지만뛰어난활성도를가지며, 이는 vanadium 이온이 TiO 2 에도핑됨으로써 TiO 2 가흡수하지못하는 365 nm 이상의장파장대의영역의빛을흡수하기때문에전파장대의빛이나오는 xenon light를 MB 제거특성평가에서사용하였을때광분해성능이향상된것으로판단된다. VOCs 제거특성평가에앞서서사용되는 UVLED 광원의특성평가를진행하였다. Fig. 6은VOC 제거효율평가를실시하기전에테스트에사용되는 UVLED의광조사특성을나타낸그래프이다. Fig. 6의 (a) 는거리에따른 UVLED의광량변화그래프이고, UVLED와 Fig. 6. Intensity of 365 nm UVLED according to (a) distances and (b) times.
UVLED 광원을이용한광촉매 VOC 제거특성평가시온도에따른농도변화에관한연구 759 광량측정기를 0, 5, 10, 15, 20 cm 간격으로거리를두어측정하였다. UVLED와광량측정기를밀착시켰을때는 38 mw/cm 2 이었으며간격이멀어짐에따라광량이급격히감소하는것을확인할수있었다. Fig. 6의 (b) 는시간에따른 UVLED의광량변화그래프이며, VOC 제거테스트시 UVLED와시료의거리에맞춰 UVLED와광량측정기의간격을 2 cm으로고정하였고 60분간광조사를하여매 10분간격으로측정하였다. 시간에따른 UVLED의광량은 60분간약 29 mw/cm 2 으로유지되는것을확인할수있었고그편차는 5% 이내였다. 이를통해 VOCs 제거평가테스트를챔버에서진행하는동안광원의조사세기는시간에영향을받지아니하고거리에의존함을확인할수있었다. 다만, 챔버내의온도상승에따른 UVLED 광특성변화는정량하기어려워이부분은고려하지않았다. 상기의광원특성을바탕으로미리제작한 closed system을이용하여두가지광촉매소재에대한 VOCs 제거특성평가를진행하였다. Fig. 7은 UVLED를이용한챔버에서 VOC 제거효율을평가한결과를나타낸것이다. 상용 TiO 2 는챔버내의 p-xylene의농도를 60분동안 4.1 ppm 감소시켜초기농도대비약 36% 의 p-xylene을제거하였다. V-TiO 2 시료의경우에는 p-xylene의농도를 60분동안 5.0 ppm 감소시켜초기농도대비약 43% 제거하여제조된 V-TiO 2 가상용 TiO 2 에비하여높은활성도를보였다. 하지만광조사 30분부터 p-xylene의농도가상승하는것으로나타났다. 이것은변화된온도의영향으로 Fig. 7. Photocatalytic effect of TiO 2 and V-TiO 2 before correction. p-xylene의농도가높게측정이된것으로보였다. Fig. 8은 TiO 2 와 V-TiO 2 시료를각각사용하여 VOC 제거평가시에챔버내부의온도변화그래프이며온도가약 22 o C 이상상승한것을알수있다. 이러한온도상승은쳄버내의 VOCs 농도측정시서로다른온도에서측정된온도를비교하게되어제거효율평가에부정확성을불러일으킨다. 특히휘발성이높은 VOC 물질일수록이오차는증가하게되며이를보완하기위한농도보정이요구될것으로판단하였다. 본연구에서는 UVLED 사용으로인한챔버내온도상승이 p-xylene의농도에주는영향을줄이고자 Antoine equation[19] 을이용하여온도상승에따른농도변화를보정하였다. log 10 P=A ------------ B (2) C+ T (P: vapor pressure, mmhg, T: temperature, o C, A, B and C: componentspecific constants) Antoine equation에의하면증기압은온도에연관된식임을알수있다. 각각의온도에서포화증기압은온도에의존하므로테스트초기의온도가도중에변화하는점을고려하여온도상승에의한농도를보정할수있다. 측정된 p-xylene의농도는측정시의온도에비례하기때문에초기온도 (T 0 ) 를기준으로보정이되어야각온도에서의농도를상대적으로비교할수있다. p-xylene 의 A, B, C 값은각각 6.99052, 1453.43, 215.307이며, 변화된온도에따른증기압을보정하여 p-xylene의정확한농도를계산할수있게된다. 보정후의결과는 Fig. 9에나타난결과와같다. 상용 TiO 2 는 p- xylene의농도를 9.3 ppm 감소시켰으며초기농도대비 82% 감소하였고 V-TiO 2 는 10.0 ppm의 p-xylene을제거하여초기농도대비 86% 가감소하였다. 보정전과는다르게 60분의평가시간동안농도가계속해서감소하였음을확인할수있었으며 V-TiO 2 시료가상용 TiO 2 에비하여높은활성도를나타냄을알수있었다. 이결과는수용액상에서광촉매특성비교평가를수행한 Fig. 5에나타난촉매특성과일치함을확인하였다. UVLED 를사용한 VOC 제거특성평가시, 온도변화에따른측정데이터보정이필요함을본연구를통해확인할수있었으며광촉매시료의종류에따라보정전과후의값을비교한결과를 Fig. 10에나타내었다. 보정전, 후로 p-xylene 제거효율이 TiO 2 는 46%, V- Fig. 8. Changes of temperature during VOC decomposition test. Fig. 9. Photocatalytic effect of TiO 2 and V-TiO 2 after correction using Antoine equation.
760 문지연 이규상 김선민 Fig. 10. Comparisons between before and after correction of photocatalytic acivity of (a) TiO 2 and (b) V-TiO 2. TiO 2 는 43% 증가하였고상용 TiO 2 와제조된 V-TiO 2 시료로실시한 VOC 제거테스트결과의보정전과후의그래프형태에서같은양상을볼수있다. 이로써 UVLED 사용으로인한챔버내온도상승이 p-xylene 제거효율계산시에영향을미치며이를보정한광촉매의 VOC 제거효율을평가해야함을확인할수있었다. 본연구를통해최근광촉매소재의평가에사용되는 UVLED 광원을사용할때, 광원자체에서발생하는온도를고려한농도측정이필요하며특히실시간농도측정시이러한부분을고려한 VOC 제거효율계산이요구됨을확인할수있었다. 본연구를통해다양한형태의광촉매소재에 UVLED 광원을이용한연구시활용되기를기대해본다. 4. 결론 최근다양한연구자들이 UVLED 광원을이용한광촉매소재의공기중정화에관한연구를진행중이다. 본연구에서는공기청정기특성평가시사용되는 closed chamber system 평가방법에서 UVLED를광원으로사용할경우발생할수있는온도변화에의한농도측정시오차를보정할수있는방법을제시하였다. 광촉매소재로는상용이산화티탄촉매와졸-겔법에의해 vanadium 이온이도핑된 TiO 2 를제조하였고기초물성분석을통해서형상, 입자크기, 광학적성질을측정하였다. 제조된 V-TiO 2 는구형의입자가뭉쳐있는형상을보였고뭉침에의해상용 TiO 2 보다비표면적이적음을확인하였으며, 상용 TiO 2 와제조된 V-TiO 2 는 anatase 상과 rutile 상이모두존재하였으며상용 TiO 2 보다 V-TiO 2 시료에서 rutile 상의비율이낮았다. V-TiO 2 시료는 360 nm보다장파장영역에서도흡광이일어났으며전영역에서 methylene blue의제거특성결과에서매우뛰어난활성도를나타냈다. 제작된밀폐형챔버에서상용 TiO 2 와 V-TiO 2 시료로 VOC 제거특성평가를수행한결과 VOC 제거효율은 30~40% 정도였으며온도는지속적으로상승함을확인하였다. 이는 UVLED 광원이조사중에발생하는열로인하여쳄버내의온도가상승하였으며이로인하여농도측정시포화증기압의증가로인한오차가발생함을추론할수있었다. 이점을고려하여농도측정시함께모니터링된온도를기반으로상대증기압 (partial pressure) 을계산하고이를바탕으로농도변화를측정한결과, 상용이산화티탄은 VOC 제거율이 ~83%, V-TiO 2 는 ~87% 정도나타냄을확인하였다. 상기의연구를바탕으로 UVLED와같이사용중열이발생하는광원을사용할경우 VOC 제거특성평가시온도에대한영향을고려해주어야함을확인할수있었다. 감 이논문은미래창조과학부 산업통상자원부가공동지원한 나노융합2020사업 (www.nanotech2020.org) 으로지원을받아수행된연구결과입니다 [ 과제명 : 금속산화물나노복합재를이용한일체형다기능공기질개선시스템개발 / 과제고유번호 : R201401710]. 사 References 1. Alberici, R. and Jardim, W., Photocatalytic Destruction of VOCs in the Gas-phase Using Titanium Dioxide, Appl. Catal. B: Environ., 14, 55-68(1997). 2. Liu, Y., Quan, X., Zhao, Y., Chen, S. and Zhao, H., Removal of Ternary VOCs in Air Streams at High Loads Using a Compost-based Biofilter, Biochem. Eng. J., 23, 85-95(2005). 3. Kim, H., Ogata, A. and Futamura, S., Complete Oxidation of Volatile Organic Compounds (VOCs) Using Plasma-driven Catalysis and Oxygen Plasma, International Journal of Plasma Environmental Science & Technology, 1(1), 46-51(2007). 4. Everaert, K. and Baeyens, J., Catalytic Combustion of Volatile Organic Compounds, J. Hazard. Mater. B, 109, 113-139(2004). 5. Das, D., Gaur, V. and Verma, N., Removal of Volatile Organic Compound by Activated Carbon Fiber, Carbon, 42, 2949-2962(2004). 6. Kumar, T., Rahul, Kumar, M. and Chandrajit, B., Biofiltration of Volatile Organic Compounds (VOCs) - An Overview, Research Journal of Chemical Sciences, 1(8), 83-92(2011). 7. Marira, A., Yeung, K., Lee, C., Yue, P. and Chan, C., Size Effects in Gas-phase Photo-oxidation of Trichloroethylene Using Nanometer-sized TiO 2 Catalysts, J. Catal., 192, 185-196(2000). 8. Kasuga, T., Hiramatsu, M., Hirano, M., Hoson, A. and Oyamada, K., Preparation of TiO 2 -cased Powders with High Photocatalytic Activities, J. Matet. Res., 12(3), 607-609(1997).
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