광촉매에 의한 염료의 제거 반응에 관한 연구 이종호. 오한준. 장재명. 지충수 한서대학교 화학과 한서대학교 재료공학과 국민대학교 금속재료공학부 Study on the destruction of dyes by photocatalyst J.H.Lee. H.J.Oh*. J.M.Jang**. C.S.Chi** Dept. of Chemistry, Hanseo University, Seosan, 352-820, Korea * Dept. of Materials Engineering, Hanseo University, Seosan, 352-820, Korea ** School of Metallurgical and Materials Engineering,Kookmin University,Seoul, 136-702, Korea The TiO2 films for photocatalyst were synthesized by anodic oxidation and the specimens were prepared in H2SO4, H2SO4+H2O, H2SO4+H3PO4 and H2SO4+H3PO4+H2O2 solutions at 140V, 180V, and 220V respectively. Anatase-type TiO2 has been observed from most of the layers formed in H2SO4+H3PO4+H2O2. However the addition of H2O2 to the solution has not affected the crystallinity of the film and photocatalytic efficiency, but accelerated the growth of layer. The destruction time of aniline blue was decreased on TiO2 film obtained in acidic eletrolytes and higher applied voltage. It has been shown that the reasonable photocatalytic efficiencies of TiO2 were observed at anodic film in H2SO4+H3PO4+H2O2 solutions at 180V. key words : anodizing, TiO2, photocatalyst, dye 1. 서 론 현재 유기 화합물에 의한 수자원의 오염을 제거하기 위한 다양한 방법들이 제안되어 활용되거나 연구중이며, 그러한 방법 중에서 최근 주목을 받는 방법이 광촉매를 사용하여 폐수처리를 하는 방법이다. 최근의 연구결과에 따르면 광촉매를 이용하여 염색 공장1, 제지 공업2,, 세척업3 분야 등에서 활용 가능하며, 생물학적으로 쉽게 분해가 되지 않는 유기 오염 물질들이 매우 경제적이며 부작용이 없이 분해됨이 확인 되었다. 또한 여러 광촉매 물질들 중에서 TiO2가 매우 안정한 물질이며, 산화력이 강한 장점외에 태양광에 의해서도 쉽게 환원4되는 장점을 지녔기 때문에 현재 TiO2에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 하지만 현재 사용되고 있는 방법은 TiO2를 코팅하거나, 슬럿지 형태로 혼합하여 반응 시킴으로서 가공성 및 재활용면에서 단점 및 사용상의 문제점이 수반되고 있다. 따라서 본 연구에서는 사용상의 제약에 대한 문제점을 극복하기 위하여 전기화학적 방법인 양극 산화법을 사용하여 TiO2를 제조하였으며, 제조 조건 즉, 전해액 및 인가전압의 차이에 의한 TiO2의 광촉매 특성을 염료의 분해 반응을 통하여 비교 고찰해 보았다. 2. 실험 방법 산화피막을 제조하기 위해 순수한 티타늄 금속판(순도 99.6%, 두께 300 m)을 30×70mm(W×T)의 크기로 제작하였으며, 소재 표면의 이물질을 제거하기 위한 전처리로 40% 노르말 헥산 용액에서 6분간 탈지 시킨 후 증류수로 세척하고 더운 공기로 충분히 건조 시킨 다음 양극 산화 피막 처리를 하였다. 또한 양극 산화 피막 제작을 위한 전해액으로는 1.5M 황산 용액, 0.3M 과산화수소 용액, 0.3M 인산 용액을 산화 조건에 따라 혼합하여 사용하였으며, 양극 산화는 140V, 180V, 220V의 전압을 이용하여 산화 피막을 제작하였다. 이때 음극으로는 스테인레스 스틸(STS306)이 사용되었으며, 극간 거리는 6cm로 고정 시켰으며 전류밀도는 30mA/cm2로 정전류를 공급하여 일정 전압까지 도달 시킨 후 정전압 방식으로 온도 조절 및 용액을 교반할 수 있는 항온 전해조에서 30분간 양극 산화를 실시 하였다. 양극 산화를 통해 생성된 산화 피막의 결정 구조를 확인하기 위하여 X-선 회절 분석기(Philips, Model PW1710)를 사용하여 thin film 방법으로 측정하였으며, 입사각을 1.5도(degree)로 2 가 20도에서 80도 사이에서 결과를 관찰하였다. 또한 광촉매 반응은 빛이 조사된 표면부에서 진행되므로 양극 산화된 표면층의 표면 상태, 특히 전체 면적 중에서 실제로 빛과 직접 접촉될 수 있는 표면부의 비율 정도가 광촉매 반응에 미치는 영향이 크므로 표면층의 관찰을 위하여 주사전자 현미경( SEM/EDS, Model JSM5410/EDS )을 통하여 표면 형태 및 기공의 모양 변화를 관찰하였으며 시편의 표면적과 표면부 기공 내부의 빛을 받을 수 없는 부분과의 비율 조사를 위해 SEM 사진을 통한 Image analyser(Image pro-plus, Mediacybernetics)를 실시하였다. 위와 같은 여러 전해액 및 인가전압 차이에 의해 제조된 TiO2의 광촉매 특성은 염료(ani