광촉매에 의한 염료의 제거 반응에 관한 연구 -TiO2의 광촉매 작용에 미치는 전자수용체의 영향- 이종호. 홍태기. 오한준*. 장재명**. 지충수** 한서대학교 화학과 * 한서대학교 재료공학과 ** 국민대학교 금속재료공학부 Study on the Destruction of Dyes by Photocatalyst -Effect of electron acceptors for photocatalytic properties of TiO2- J.H.Lee. T.K.Hong. 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 초록 광촉매 특성을 지닌 TiO2 피막을 인가 전압 180 V에서 양극산화법을 이용하여 제조하고, 염료의 분해 반응을 통하여 그 효율에 대하여 실험하였다. 또한 광촉매 작용에 미치는 과산화수소, 황산암모늄 그리고 브롬화칼륨 등 전자수용체들의 영향을 고찰해보았다. 염료수용액에 KBrO3와 H2O2를 첨가하여 광분해 실험을 한 결과 광촉매의 효율성이 매우 높게 나타났으나, (NH4)2S2O8을 첨가한 경우는 오히려 분해 효율이 현저히 감소됨을 알 수 있었다. Abstract The TiO2 films for photocatalytic reaction were synthesized by anodizing process and the photocatalytic efficiencies of anodized TiO2 were evaluated by the degradation rate of aniline blue. The effects of electron acceptors such as potassium bromate, hydrogen peroxide and ammonium persulfate on the TiO2 photocatalytic degradation of aniline blue were examined. The results have shown that KBrO3 and H2O2 have markedly improved the degradation rate of aniline blue. But (NH4)2S2O8 has significantly inhibited the degradation rate. Key words : Electron acceptor, Photocatalyst, TiO2 1.서론 인간의 생활에 편리함을 주기위해 만들어진 수많은 화합물들 중에 상당수가 오히려 인류의 생존을 위협하는 환경오염 물질로 작용하게 되었음은 누구나 다 아는 사실이다. 따라서 심각한 환경문제를 해결하려는 인류의 노력은 다양한 과학기술을 활용하게 되었으며 그러한 다양한 방법중에서 1970년대 후반부터 알려져 폐수처리에 있어서 가장 획기적인 방법으로 주목을 받는 분야가 광촉매 기술을 사용하는 것이다. 광촉매 기술이란 태양 에너지를 이용하여 에너지원을 얻거나 또는 인간에게 유해한 오염물질을 분해시키는 분야의 기술로서 현재까지 보고된 바에 의하면 광촉매 반응에 사용할 수 있는 반도체 물질은 TiO2 , ZnO , ZrO2 ,V2O3 등이며 조건 및 활성을 고려해 볼 때 TiO2가 대표적인 물질로 부각되어 현재 많은 연구결과가 발표되고 있다.1-2 현재까지 밝혀진 광촉매 반응을 구체적으로 살펴보면 TiO2의 표면에 400nm이하의 빛이 조사되면 (1)식에 나타난 바와 같이 빛에 의하여 TiO2 내 TiO2 h e-CB h+VB (1) 부에 전자(e-CB)와 정공(h+VB)이 발생되고 표면에서 산화 환원 반응이 진행되어 반응성이 큰 hydroxyl radical( OH)이 형성되므로서 주위의 오염 물질들을 분해시키는 것으로 알려져 있다.(2∼5) h+VB H2O OH H+ (2) h+VB OH- OH (3) e-CB O2 O2 - (4) 2O2 - 2H2O 2 OH 2OH- O2 (5) 그러나 실제로 광촉매를 사용한 폐수처리 과정에서 나타나는 문제점들이 있는데 그중 하나는 TiO2를 박막의 형태로 사용하기 때문에 촉매의 회수가 곤란하다는 것과 그보다 개량된 방법으로 코팅에 의한 막형태로 사용되나 가공성과 밀착성 등의 문제로 효율적인 광촉매 사용이 제약을 받고 있다는 것이다. 또한 광촉매 반응이 진행되는 동안 전자와 정공의 재결합 반응으로 인한 에너지의 낭비가 수반되므로서 촉매의 효율성이 떨어지는 문제점이 나타남으로서 , 이러한 현상을 극복하기 위한 방법으로 전자수용체를 첨가하여3-5 촉매반응을 촉진시키려는 연구가 시도되고 있다. 따라서 본 연구실에서는 사용형태의 문제점을 극복하기 위하여 전기화학적 방법인 양극 산화법을 사용하여 기지 Ti 금속 표면에 광촉매용 TiO2 피막을 제조하였으며, 제조된 TiO2의 광촉매반응에 미치는 H2O2 , (NH4)2S