TiO₂광촉매에 의한 페놀 폐수 처리 및 첨가제의 영향

Abstract

Sunlight is the origin of our whole energy and we always use it in many ways. If it is available to use sunlight to treat contaminated wastewater, we can operate treatment systems more efficiently. Phenolic compounds in wastewater is complex degradation process and difficulty in treatment because of difficulty of the exact reaction pathways. If they income drinking water for chlorine disinfection they forms chlorophenol which have much more harmful to ecosystem. Many people studies treatment method of phenol degradation. But the process of oxidation degradation is not known. In this paper the result of laboratory scale photocatalytic reaction using TiO₂ as photocatalyst to remove phenol. This study focus on possibility of phenol degradation with photocatalystic methods. The three objects: first possibility of UV photolysis, second additional effect of TiO₂ and third additional effect of some ions was investigated. The UV lamp used UV-C for the strongly effect. The Degussa P25 TiO₂ as photocatalyst was application. The removal rate of phenol by TiO₂ photocatalysis was higher than by UV illumination and by TiO₂ adsorption, therefore it was complied that TiO₂ photocatalysis was more practical method for treating phenol in water. As the concentration of phenol was higher, the removal efficient of phenol was higher. The fact was found that while the pH was very important factor, the temperature have any effect on the degradation of phenol. The removal rate of phenol generally increased with increase of TiO₂ dosage. But the optimal dosage was 0.2% TiO₂. In case of 10 mg L^-1phenol with 0.1% TiO₂, after about 150 min all phenol was degradation. Because the hydrogen peroxide acts electron acceptor and scavenger, the effect of it was tested. It was found that effect of not catalyst as but as scavenger. The influence of cation such as Fe(III), Cr(VI), Ce(IV) addition was investigated. In addition of Fe(III) was very efficient. However in addition of Cl^- and Cr(VI) was shown harmful effects. The Ce(IV) was not shown oxidation effect, significantly. From this research, phenol oxidation degradation with photocatalyst was usefulness. Moreover in addition some ions was very efficient. So we found that knowledge and pre-experiment for material was required. ; 폐수중의 페놀류 화합물은 난분해성 유기물질로 처리하기가 쉽지 않을 뿐 아니라 염소소독을 주로 사용하는 우리나라의 경우 상수원수에 유입되어 클로로페놀을 형성할 경우의 피해는 심각하여 여러 방면으로의 처리방법이 연구되지만 그 중간생성물이나 정확한 처리경로가 확실히 밝혀지고 있지 않다. 이에 본 연구에서는 UV만을 조사하는 광분해의 경우 페놀 분해 가능성과 광촉매를 첨가할 경우 및 산화제 첨가 효과에 대한 연구를 수행하였다. UV는 가장 강력한 UV-C를 사용하였으며 광촉매로는 연구에 가장 많이 사용되고 있는 Degussa P25를 사용하였다. 먼저 UV 단독의 페놀 광분해와 TiO₂ 단독의 흡착반응 그리고 UV/TiO₂를 병행하여 페놀 산화 경향을 알아보았을 때 TiO₂에 의한 흡착보다는 UV를 사용한 광분해가, 그리고 이 둘의 단독보다는 두 가지를 병행했을 경우에 페놀 산화 효과가 월등히 우수함을 확인할 수 있었다. 보편적으로 페놀용액 10 mg L-1에 0.1(w/v)% TiO₂를 적용할 경우 약 150분이면 페놀 산화가 완전히 일어남을 알 수 있었다. 페놀의 농도가 낮아지고 광촉매의 양이 많을수록 페놀의 제거율이 높아졌고 pH는 pH 9일 때 최적으로 보였으며 온도의 영향은 미미하였다. 전자수용체와 스캐빈저로서의 작용으로 산화에 도움이 되기도 하고 역작용을 하기도 하는 것으로도 알려진 과산화수소의 첨가에 대한 실험을 수행하여 스캐빈저로서의 역할은 확인할 수 있었으나 촉매역할을 확인하진 못하였다. 이는 빛의 세기가 충분하지 못하였던 이유로 사료되었다. 또한 Fe(III), Cr(VI), Ce(IV), Cl^- 등의 첨가제를 첨가였을 경우 페놀 산화에 미치는 영향을 알아보았을 경우 Fe(III)은 매우 효과적인 것으로 확인되었으나 Cr(VI)의 경우는 예상외의 역작용을 보였다. Ce(IV)은 Ce(III)에 오존 처리하여 Ce(IV)으로 만들어서 산화제로 사용하였으나 그 효과는 미미하였다. 또한 Cl^-의 경우 촉매독으로 작용함을 확인하였다. 본 연구의 결과, 페놀을 광촉매를 사용하여 산화처리하는 것은 매우 효과적인 것으로 판단되며 산화제를 촉매로 사용할 경우 더 빠른 시간에 효과를 볼 수 있었다. 그러나 촉매로 작용하는 것과 촉매독으로 작용하는 것, 그리고 역작용을 보이는 것이 있으므로 첨가제에 대한 지식이 선행되어야 할 것으로 사료되었다.