광촉매 종류 및 혼입률에 따른 효율적 광촉매 콘크리트의 제조 방법에 관한 연구

박기준,박정준,곽종원,김성욱 한국구조물진단유지관리공학회 2019 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.23 No.4

In this study, we evaluated the mechanical properties and nitrogen oxides removal characteristics according to the type and incorporationrate of the photocatalyst and investigated the method of separated placement for the production of economical and efficient photocatalyst concrete. Asa result, when the photocatalyst incorporation rate was 5%, the highest compressive strength and elastic modulus were measured. As a result of evaluatingthe nitrogen oxides removal performance by the photocatalytic reaction, as the photocatalyst incorporation rate increased, the nitrogen oxide removalrate increased. At this time, the nitrogen oxides removal performance of photocatalyst P-25 was better than the NP-A. In consideration of economicefficiency, we have provided a method of separated placement for casting a constant thickness of concrete surface with photocatalyst concrete andevaluated the integrated performance at this time. As a result, it appears to be equal to or higher than mechanical performance and durability performanceas compared with Plain, and it is judged that the integrated behavior is satisfied. 본 연구에서 광촉매 종류 및 혼입율에 따른 역학적 특성 및 질소산화물 제거 특성을 평가하였고 보다 경제적이고 효율적인 광촉매콘크리트 제조를 위해 분할 타설하는 방법에 대해 검토하였다. 그 결과 광촉매 혼입률이 5%일 때 가장 높은 압축강도와 탄성계수가 측정되었다. 광촉매 반응에 의한 질소산화물 제거 성능평가 결과 광촉매 혼입률이 증가함에 따라 질소산화물 제거율이 증가하였다. 이때 광촉매 P-25의질소산화물 제거성능은 NP-A보다 우수하였다. 경제성을 고려하여 콘크리트 표면의 일정 두께를 광촉매 콘크리트로 타설하는 분할 타설 방안을 제안하였고, 이때의 일체화 성능을 평가하였다. 그 결과 역학적 성능 및 내구성능이 Plain에 비해 동등 이상으로 나타나 일체화 거동을 만족하는 것으로 판단된다.

회전광촉매 시스템에 의한 폐수처리

정호진(Chung Ho Jin) 대한토목학회 2009 대한토목학회논문집 B Vol.29 No.5B

광촉매에 의한 수처리 방법은 수중에서 오염물질을 직접분해 처리하며 난분해성 유기물 또는 무기물의 분해가 용이하다. 특히 2차 오염물질의 생성이 거의 없는 것이 가장 큰 장점이라 할 수 있다. 하지만 광촉매 형태에 따라 여러 문제가 발생한다. 회전 광촉매 형태는 기존의 문제를 최소화시키고 회전원판법을 적용하여 고도산화처리가 가능하다. 회전광촉매 반응기의 적용을 위해서는 여러 가지 설계와 운전인자 및 특성에 대한 고찰이 필요하다. 본 연구에서는 회전 광촉매를 TiO₂ 고정화 작업으로 회전원판법에 적합하게 제작하였다. 이를 이용하여 회전 광촉매 반응에 의한 폐수처리를 수행하기 위한 운전인자들을 도출하였다. 회전 광촉매 TiO₂ 함량은 최대 70%가 한계로 나타났다. TiO₂ 함유량이 증가할수록 처리효율도 지속적으로 증가되고 있다. 적절한 회전 광촉매는 R4로 TiO₂ 함유량 36.8% 이다. 자외선 세기가 증가 할수록 TCODcr의 분해효과는 지속적으로 증가 된다. 다만 적절한 광원의 세기는 경제성을 고려해서 판단하여야 한다. 회전 광촉매의 회전속도가 증가할수록 처리효율은 향상된다. UV lamp를 반응조에 침지시키지 않을 때 회전 굉촉매 수심변화는 수심이 50%, 30%, 10%, 70%, 100% 순으로 처리효율이 높게 나왔다. 본 실험을 바탕으로 태양광에서도 유기물을 처리할 수 있는 시스템을 개발에 바탕이 될 것이라 판단한다. The wastewater treatment by photocatalyst decomposes pollutants directly in water, and it is easy to decompose indecomposable organics and inorganic. and Especially, it has an advantage that there is no secondary production of pollutants. However, there will be many problems which are generated depending on the type of photocatalyst. The type of rotating photocatalyst minimizes previous problems, and advanced oxidation processes is possible by the application of rotating disc method. The consideration of the characteristics about various designs and operation factors is needed for the application of rotating photocatalyst system. In this study, rotating photocatalyst was manufactured for rotating disc method by fixing of TiO₂. The operation factors were derived for the wastewater treatment by the reaction of rotating photocatalyst. The contained quantity of TiO₂ was limited about 70%. The more the contained quantity of TiO₂ was increased, the more the treatment rate was continually increased. The optimum rotating photocatalyst was R4, and the contained quantity of TiO₂ was 36.8%. The more the exposed amount of UV is increased, the more the decomposition effect of TCODcr was continually increased. However, the adequate strength of light source must be determined by the consideration of economical efficiency. The more the speed of rotating photocatalyst is increased, the more treatment efficiency was increased. When UV lamp was not submerged in reactor, the wastewater treatment was efficient in the order of the depth of water 50%, 30%, 10%, 70%, 100%. This study is a basic research for the development of a system which treats organics in solar light.

태양광을 활용한 물분해 수소생산용 광촉매재료

김정현(Jung Hyeun Kim) 한국청정기술학회 2013 청정기술 Vol.19 No.3

미래의 무한?청정 에너지원으로 고려되고 있는 태양에너지를 활용하여 수소를 생산할 수 있는 광촉매재료에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 총설에서는 태양광을 이용한 물분해 수소생산용 광촉매재료들에 대하여 알아보고, 현재까지 보고된 다양한 광촉매재료의 특성들을 검토하고자 한다. 또한, 다양한 광촉매재료를 활용하여 수소생산 효율을 높이기 위해서 시행되었던 촉매재료 개질 방법들을 통하여 향후 지속적으로 진행될 연구방향을 모색해 보고자 한다. 각각의 광촉매재료들이 활성을 가질 수 있는 빛의 영역을 알아보고, 광촉매 작용에 필수적인 광원, 광밀도, 파장영역 등의 중요성에 대해서도 토론한다. Researches on developing photocatalyst materials for hydrogen production from solar water splitting attract great attentions due to the unlimited and clean characteristics of the solar energy. In this review, photocatalysts used for hydrogen production from the solar water splitting are discussed in terms of material characteristics. In addition, various modification techniques applied to the photocatalysts for improving hydrogen production efficiency are summarized. Finally, light characteristics such as intensity, illumination density and wavelength cutoff are also discussed for the importance of hydrogen production rate.

N-TiO2 광촉매의 제조와 광촉매 활성 검토

강영구,신기석,안성환,함현식 한국유화학회 2012 한국응용과학기술학회지 Vol.29 No.3

가시광선에 감응하는 광촉매를 제조하기 위하여 TiO2에 질소(N)를 도핑하여 N-TiO2를 제조하였다. 제조한 광촉매의 결정성, 입자 형상 및 도핑 상태는 XRD, FE-SEM 및 XPS를 이용하여 조사하였다. 제조한 광촉매의 활성 평가는 메틸렌블루의 광분해로 조사하였다. 제조한 광촉매는 anatase type이었으며, pH가 높을수록 결정화도가 향상되었다. 제조한 광촉매의 입자 크기는 pH 2.0에서 5.42 nm, pH 4.7에서 5.99 nm, pH 9.0에서 7.58 nm로, 입자 크기는 pH가 증가 할수록 약간씩 증가하였다. 광촉매의 활성은 결정화도에 비례하였다. TiO2에 N를 도핑하여 제조한 N-TiO2가 가시광선 하에서도 활성을 나타냈다. TiO2에 도핑한 N는 격자 속에 존재하는 것이 아니라 표면에 존재하였다. Visible-light-responding photocatalysts, N-TiO2, were prepared by nitrogen doping onto TiO2. The crystalline structure and morphology, doping state of the prepared photocatalysts were characterized by XRD, FE-SEM, and XPS. The activity of the prepared photocatalysts was examined by the decomposition of methyleneblue. The prepared catalysts were anatase type and the crystallinity was increased with pH. The particle sizes of the prepared catalysts were 5.42, 5.99, 7.58 nm at pH 2.2, 4.7, 9.0, respectively. The particle sizes of the prepared catalysts were slightly increased with pH. The activity of the photocatalysts was directly proportional to the crystallinity of the catalysts. N-TiO2 prepared by nitrogen doping onto TiO2 showed activity under visible light. The doped nitrogen was located not in the lattice but on the surface.

이산화티탄 광촉매의 효율적 적용을 위한 LEFC 블록 제작에 관한 연구

김병일,오상근,서승훈 한국구조물진단유지관리공학회 2019 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.23 No.6

Recently, the level of fine dust and ultrafine dust has reached its highest level, threatening the public's health. If the air purifier was not operated indoors, natural ventilation would not be possible. In this study, photocatalyst is applied to building materials to purify air in a passive manner. In order to use photocatalyst for LEFC(Light Emotion Friendly Concrete), it is necessary to secure self-consolidating capability. Therefore, self-consolidating performance was evaluated by slump test, J-ring test and L-box test with UHPC materials applied. Based on these results, the mixture proportion was determined, and the mechanical performance was evaluated by compressive and flexural tests. Concrete blocks were constructed with a fabrication method that improved the existing process of making LEFC. Also, the concrete block was emptied as a way to reduce the use of expensive photocatalyst. Finally, in order to identify the distribution of TiO2, an EDS analysis was performed. 본 연구에서는 빛 감성친화형 콘크리트에 광촉매를 적용하여 대기질 및 실내공기질을 개선하기 위한 LEFC 블록을 개발하고자 하였다. LEFC에 광촉매를 적용하게 되면 자외선 입사면 반대편에서도 투과로 인한 자외선이 존재하여 광촉매가 반응함으로써 일반 건축 자재를 적용한 경우보다 광촉매 반응효율이 크게 상승한다. 따라서 광촉매를 LEFC에 적용하기 위해 슬럼프, J-ring, L-box 테스트를 통한 자기충전성능을 평가하여 최적 배합을 결정하였고, 압축 및 휨 강도 시험을 통해 역학성능을 평가하였다. 그리고 TiO2 분포도를 확인하기 위해 SEM과 EDS 분석을 실시하였다. ALC골재와 단열재 적용으로 광촉매 사용량을 줄이고 단위중량을 감소시키는 방안을 활용하여 광촉매 효율을 증가시키는 빛투과 콘크리트 블록을 제작하였고, 향후 건조수축 등의 문제점 개선 및 NOx 제거 실험을 통한 LEFC 블록 성능 평가를 진행하고자 한다.

FBCVD 법으로 제조한 TiO₂ 광촉매의 활성

김경환 ( Kyoung-hwan Kim ),김유봉 ( Yu-bong Kim ),이승용 ( Seung-young Lee ),박재현 ( Jae-hyeon Park ),임진영 ( Jin-young Lim ),정상철 ( Sang-chul Jung ) 한국환경기술학회 2008 한국환경기술학회지 Vol.9 No.1

본 연구에서는 유동층화학기상증착법을 이용하여 여러 가지 기재에 TiO₂ 막을 코팅시켜 광촉매 비드를 제조하여 메틸렌블루 분해 실험을 통하여 그 활성을 평가하였다. 같은 기재를 사용할 경우 크기가 작은 광촉매 bead가 광분해 활성이 우수하였으나, 크기가 작은 지름 1mm의 silica gel은 TiO₂ 막이 탈착되는 문제점을 가지고 있었다. 유속 증가에 의한 반응표면적의 증가로 인해 분해반응속도는 커지며, TiO₂ 광촉매 코팅 막의 기재로는 silica gel이 glass bead보다 우수하였다. 광촉매 bead는 사용 횟수가 늘어날수록 코팅 두께가 얇아지고 탈착되어 활성이 낮아졌으며, 기존의 CVD법으로 제조한 광촉매가 FBCVD법으로 제조한 것보다 비표면적이 커 광촉매 활성이 우수하였다. In this study, TiO₂ photocatalyst deposited beads were prepared by fluidized bed chemical vapor deposition (FBCVD) under various substrates, and photocatalytic activity was evaluated the photocatalytic decomposition of methylene blue. When the same substrates are used, smaller photocatalytic beads have better photocatalytic activity, but for silica gels, small one (Φ1mm) has a problem such as desorption of TiO₂ films. Because reacting surface areas increase as flow rate does, degradation rate is higher and silica gels are superior to glass beads as a substrate of photocatalyst coating. As more frequently used, photocatalyst beads coating film is getting thinner and desorbs so that its activity becomes lower. The photocatalysts prepared by conventional CVD have larger specific surface areas and so show better activity than the one prepared by FBCVD.

전도성 광촉매를 이용한 콘크리트 블록의 대기중 질소산화물 저감에 관한 연구

배근국,조인숙,안용식 한국건설순환자원학회 2023 한국건설순환자원학회 논문집 Vol.11 No.4

The use of TiO2 photocatalyst in the production of concrete blocks for the purpose of nitrogen oxide reduction is an issue of controversy due to the conflicting evidence on its effectiveness. Efforts have been made to reduce the level of nitrogen oxides in the environment by using of titanium dioxide (TiO2). This study examined the effect of incorporating activated carbon into concrete blocks on the reduction of nitrogen oxides released into the atmosphere and the durability of the blocks. The efficiency of photocatalyst was enhanced through the addition of a surrounding conductive substance. The addition of activated carbon resulted in a significant increase in the electrical conductivity of photocatalytic blocks and improved durability. The cement mixture using 5 % TiO2 and 15 % activated carbon exhibited the optimal mixing ratio for the purpose of nitrogen oxide removal. The effect of the addition of conductive carbon to the photocatalytic blocks was discussed with the results of conductivity, flexural and comprssive strength and nitrogen oxide removal test. The relationship between the addition of conductive carbon to the photocatalytic blocks and its resulting effects have been studied by several tests, including conductivity, flexural and compressive strength, and nitrogen oxide removal. 본 연구에서는 전도성 재료를 혼입한 광촉매 보도블록을 제조하여 질소산화물 제거율에 미치는 영향을 살펴보고 내구성이향상된 블록을 제조하고자 하였다. 광촉매와 전도성 재료인 활성탄소를 혼입시 광촉매 효율이 향상되었으며 전도성 광촉매콘크리트 블록의 경우 광촉매 콘크리트 블록보다 질소산화물 제거율이 2.5배 정도 향상되었다. 전도성 광촉매 시험편의 질소산화물 제거율이 높게 나타난 것은 전도성 재료인 활성탄소의 영향으로 TiO2 광분해로 인한 광전류가 많이 발생한 영향으로볼 수 있으며 광촉매 시험편과 전도성 광촉매 시험편의 질소산화물 제거율 실험결과와 광전류 시험결과를 비교 분석하였다.

가시광선하에서 CdS와 CdZnS/ZnO 광촉매를 이용한 로다민 B, 메틸 오렌지 및 메틸렌 블루의 광분해 반응

전현웅(Hyun Woong Jeon),정민교(Min Gyo Jeong),안병윤(Byeong Yun An),홍민성(Min Seong Hong),성상혁(Sang Hyeok Seong),이근대(Gun Dae Lee) 한국청정기술학회 2020 청정기술 Vol.26 No.4

본 연구에서는 단순 침전법으로 제조한 CdS 및 CdZnS/ZnO 광촉매를 이용하여 가시광선하에서 로다민 B, 메틸 오렌지 및 메틸렌 블루 등에 대한 광분해 반응 연구를 수행하였다. 특히 염료와 광촉매의 물리화학적 성질이 전체 광촉매 반응의 반응 경로에 미치는 영향에 대해 중점을 두고 검토하였다. X선 회절분석법, UV-vis 확산반사 분광법 그리고 X선 광전자 분광분석법 등을 이용하여 제조된 촉매들의 물리화학적 특성을 분석하였다. CdS 및 CdZnS/ZnO 광촉매 모두 자외선뿐만 아니라 가시광선 영역에 있어서도 우수한 광흡수 특성을 나타내었다. 메틸 오렌지의 경우에는 CdS 및 CdZnS/ZnO 각각의 광촉매 상에서 동일한 반응기구를 통해 반응이 진행되는 반면, 로다민 B 및 메틸렌 블루는 각각의 광촉매 상에서 서로 다른 반응 경로를 통해 광분해 반응이 진행되는 것으로 나타났다. 특히 메틸렌 블루의 광분해 반응을 보면, CdZnS/ZnO 광촉매 상에서는 주로 단일분자 형태로 전체 반응이 진행되지만, CdS 상에서는 반응 초기부터 이량체를 형성하였다. 이와 같은 결과들은 CdS 및 CdZnS/ZnO 각각의 반도체 광촉매들의 전도대의 띠끝 전위 차이와 염료들의 흡착 특성 차이에 기인한 것으로 판단된다. In this study, the photocatalytic degradation of rhodamine B (RhB), methyl orange (MO) and methylene blue (MB) was carried out under visible light irradiation using CdS and CdZnS/ZnO photocatalysts prepared by a simple precipitation method. This study focused on examining the effect of physicochemical properties of dye and photocatalyst on the reaction pathway of photocatalytic degradation. The prepared photocatalysts were characterized by XRD, UV-vis DRS and XPS. Both the CdS and CdZnS/ZnO photocatalysts exhibit an excellent absorption in the visible light and the UV light regions. It was observed that the photocatalytic degradation of MO proceeds via the same reaction mechanism on both the CdS and CdZnS/ZnO photocatalysts. However, the photocatalytic degradation of RhB and MB was found to proceed through a different reaction pathway on the CdS and CdZnS/ZnO catalysts. It is interesting to note that MB dimer was formed on the CdS catalyst at the beginning of the photocatalytic reaction, while the MB monomer was degraded during the overall photocatalytic reaction on CdZnS/ZnO. The above results may be mainly ascribed to the difference of band edge potential of the conduction band in the CdS and CdZnS/ZnO semiconductors and the adsorption property of dye on the catalysts.

광촉매 페인트와 UV 램프의 NOx(질소산화물) 농도 변화 Mock-up 실험

송용우,김민영,김미연,박진철 대한설비공학회 2019 설비공학 논문집 Vol.31 No.9

The objective of this study was to confirm the effect of nitrogen oxide reduction, which is a representative precursor of Particulate Matter in paint containing TiO2 (Titanic Oxide) photocatalyst. For photochemical reaction, A mock-up experiment using UV lamp was performed. TiO2 photocatalytic paint was applied to plaster board, which is a typical indoor finishing material. The concentration of nitrogen oxide was confirmed by changing UV lamp ON/OFF and UV lamp luminance. As a result, it was confirmed that the concentration reduction of TiO2 photocatalysts was changed based on the amount of light by reducing the concentration of nitrogen oxides by photochemical reaction. However, there was no proportional change in the concentration of nitrogen oxides as the amount of light increased. 본 연구는 미세먼지의 2차 오염물질 저감을 위한 TiO2를 혼합한 광촉매 페인트와 UV 램프에 따른 NOx 농도 변화를 Mock-up 실험을 통해 실시한 것으로 그 연구결과를 요약하면 다음과 같다. 첫째, 산화티탄(TiO2)을 활용한 광촉매는 자외선과의 광반응을 통하여 2차 오염물질 발생을 감소시킬 수 있는 대표적인 물질로 알려져 있다. 그러나, 실내인 경우 자외선 도입이 어렵고 광원도 약하여 지금까지 사용이 쉽지 않은 형편이었다. 최근 기술의 발달로 대표적인 건축 자재 중 페인트에 광촉매를 혼합한 재료가 NOx 농도를 감소한다고 하는데 아직까지 검증되지 않은 상황이다. 둘째 본 연구에서 Mock up 실험을 통하여 광촉매 페인트가 도포된 밀폐된 실내에서 UV 램프 ON/OFF에 따른 NOx 농도 변화를 확인한 결과 UV램프 ON 상태가 OFF 상태에 비해 약 11.87%(3회 평균 값) 정도 NOx 농도가 감소되는 것을 확인하였다. 셋째, 광촉매 페인트가 도포된 벽면에 UV 램프 광량크기를 2배, 4배, 6배로 증가하면서 질소산화물(NOx) 농도변화를 측정한 결과 광량의 증가에 따라 NOx 농도 저감이 비례하진 않는 것으로 나타났다. 그러나, UV 램프의 광량이 약 0.25 mW/cm2보다 2배인 0.5 mW/cm2에서 가장 높은 절감율(3회 평균 18.6%)을 나타내고 있었다. 또한, 마찬가지로 광촉매 페인트에서 UV 램프가동시(ON)에 램프비가동시(OFF) 보다 질소산화물(NOx) 농도는 15.44%~18.60% 저감되고 있음을 확인하였다. 추후 광촉매페인트의 면적과 UV 램프 광량의 크기에 따른 질소산화물(NOx) 농도 변화에 대한 세부 후속연구가 더 필요한 것으로 사료된다.

광촉매-분산 실리카 함침 콘크리트의 내구성 및 정화성능 평가

김혁중,김영기,권성준 한국구조물진단유지관리공학회 2018 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.22 No.5

콘크리트는 장기간 사용환경에 노출되면서 다양한 표면열화과정을 거친다. 실리케이트 기반 함침제는 콘크리트 표면에 적용되어 불용성 수화물을 형성하는데, 이 과정에서 다양한 공학적 장점을 기대할 수 있다. 본 연구는 분산형 실리케이트를 사용하여 표면의 내구성능을 강화하고 이후 광촉매를 분무함으로서 표면 함침된 콘크리트의 자기정화능력을 평가하는 것이다. 이를 위해 실리케이트 함침 콘크리트에 대하여 압축강도 뿐 아니라, 흡수성, 건조 수축, 염소이온저항성, 황산저항성, 동결융해 저항성 등과 같은 내구성 실험이 수행되었다. 또한 아세트 알데이드 및 메틸렌블루 반응 평가를 통하여 독성카스의 제거와 자기정화성능을 평가하였다. 실리케이트 함침 후 광촉매 도포를 함으로서 광촉매의 부착성을 확보할 수 있었으며, 콘크리트의 내구성 개선과 광촉매 고유의 정화성능을 유지할 수 있었다. Concrete undergoes various deterioration on surface. Impregnant with silicate is usually applied to concrete surface and forms insoluble hydrates, which can provide many engineering advantages. In the work, concrete impregnated with colloidal silicate is used for durability enhancement in surface and self-clearing performance is evaluated with photocatalyst-TiO2 spraying. For the work, various tests are performed both for strength evaluation and durability evaluation such as absorption ratio, drying shrinkage, chloride penetration, sulfate resistance, and freezing/ thawing action. Furthermore, removal and self-clearing performance are evaluated with Acetaldehyde decomposition and Methylene blue decolorization. Through silicate impregnation and photocatalyst spraying, the impregnated concrete can have not only durability enhance but also self-clearing performance.