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On-Site 난분해성유기물 TiO₂ 광촉매 처리기술

Photo-Cat^® Water / Air Treatment

● TiO₂ 광촉매반응 (TiO₂ Photocatalysis) 원리

TiO₂ 광촉매 반응은 상온/상압 상태에서 광(光)활성화시킨 현탁액(Slurry) 상태의 TiO₂ 촉매를 이용한 산화 / 환원반응에 의해 난분해성 유기화합물을 파괴하는 공정이다.

TiO₂의 활성화를 위해 높은 열에너지를 필요로 하지 않고 낮은 에너지의 빛에너지만을 이용할 뿐이다. 기존의 AOP 에서는 OH Radical 만을 생성시켜 이용하는데 반하여, 이 방법은 OH Radical 은 물론 더 강력한 파괴력을 갖는 Superoxide Radical 을 생성하여 유기화합물의 분자를 깨뜨린다. 이때 광자(photon) 한 개로 상기한 2개의 radical을 만드는 것이다.

자외선의 전체 스펙트럼은 반도체성질 촉매의 전도대내로 전자를 만들고 촉매의 표면에서는 양전하를 띠는 정공을 만들어 촉매를 활성화시킴으로써 4 가지의 유기물분해(파괴) 경로(산화/환원 반응)가 있다.

유기물 분해 경로

① Superoxide radical & ② Hydroxyl radical

산소의 환원 및 물분자/ hydroxyl 이온의 산화에 의해 생성된 2가지 형태의 radical이 유기물을 산화시킨다.

③ Photo-generated hole

양전하 정공에서 흡착된 유기물을 직접 산화시키며, 이에 의한 산화력은 hydroxyl radical에 비해 15 % 정도 더 강력하다.

④ Conduction band electron

전도대 내의 전자에 의한 환원반응으로 유기물을 분해한다. 이 반응경로는 특히 hydroxyl radical에 저항성이 있는 Refractive compounds 분해에 매우 효과적이다. [예: TNT 오염폐수의 처리에서 1,3,5- trinitrobenzene (TNB)]

위의 4가지 유기물분해 경로는 모두 TiO₂ 표면에서 이루어지며, 빛에너지는 촉매의 활성화에 필요한 에너지원으로만 이용된다. 유기물 분해과정상 부산물이 생기지 않으며 지속적인 처리효율을 유지할 수 있다.

아래의 표에 의하면 TiO₂ 광촉매 반응에서 생성된 산화재의 유기물 분해능이 뛰어남을 알 수 있다.

산화재의 산화력 비교

산 화 재 Oxidizing Species	상대적 산화력 Relative Oxidative Power
Photo-Generated Hole on TiO₂	2.35
Fluorine	2.23
Hydroxyl Radical	2.05
Atomic Oxygen	1.78
Ozone	1.52
Hydrogen Peroxide	1.31
Permanganate	1.24
Hypochlorous Acid	1.10
Chlorine	1.00

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