광촉매 상에서의 Tetramethylammonium 이온의 분해 메카니즘 연구

국문 초록 (Abstract)

Tetramethylammonium hydroxide (TMAH)를 TiO₂ 광촉매를 이용하여 분해시켰다. TMAH는 반도체 생산공정 중 현상액으로 쓰이고 있으며 독성이 있고 질소를 함유하고 있어 수계에 배출되었을 때 부영 양화를 비롯한 여러 문제를 일으키는 난분해성 물질이다. TMAH가 자외선 조사 하의 TiO₂ 표면에서 분해되면서 methyl group이 하나씩 차례로 떨어진 형태인 trimethylammonium, dimethylammonium, monomethyl ammonium, ammonium 이온이 형성되는 demethylation 반응이 주로 일어나는 것을 중간생성물 분석을 통해 확인하였다. 그리고 이러한 분해메커니즘은 pH에 따라 크게 달라지는데, 낮은 pH에서는 OH 라디칼이 주로 methyl group에 있는 C-H 결합 만을 공격하는데 반하여 높은 pH에서는 중간생성물의 질소에 있는 비공유 전자쌍을 공격하기도 한다. 그에 따라 낮은 pH에서는 ammonium 이온이 주요 생성물인 반면, 높은 pH에서는 Nitrite과 Nitrate이 주요 생성물이 된다. 또한, 전 pH영역에 걸쳐서 양전하를 띠고 있는 TMAH의 분해에서 t-butylalmhol가 낮은 pH에서는 강한 방해작용을 하고 높은 pH에서는 약한 방해작용을 하는 것을 확인하였는데 이는 TiO₂ 표면에서 생기는 OH 라디칼이 표면에서 뿐만 아니라 용액상까지 어느 정도 확산하여 용액 상에 있는 물질을 분해시킬 수 있다는 것을 말해준다.