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Urea를 탄/질소원으로 사용한 탄/질소함유 메타티탄산 가시광 광촉매 제조 및 특성평가

Preparation of a carbon/nitrogen-included metatitanic acid from urea as a visible-light photocatalyst and evaluation of its performances.

  • 어지선 (Jiseon Eo, 강릉원주대학교 일반대학원)

초록/요약

메타티탄산(metatitanic acid, MTA)은 수화된 형태의 TiO2 (H3TiO3)이며, 고기공성 및 고비표면적 특성을 갖는다. MTA는 TiO2 생산과정 중의 중간 생성물이기 때문에 가격이 저렴하다는 장점도 갖는다. 본 연구에서는 (1) 볼밀링 공정을 통해 탄/질소원인 urea를 고기공성 MTA에 함유시킨 후 열처리를 함으로써 가시광 감응형 탄/질소 함유 MTA 광촉매를 제조하였으며, (2) 탄/질소 함유 MTA의 수중 유기물 분해 능력을 평가하고, (3) 제조된 분말이 나타내는 E. Coli 박테리아 살균 능력을 평가하였다. MTA 분말을 Urea수용액과 함께 볼밀링 한 후 질소분위기에서 열처리한 결과 MTA 내에 탄/질소가 성공적으로 함유되었음을 XPS 분석을 통해 확인하였으다. 제조된 분말이 가시광 조사하에서 수용액 중 Rhodamine B 염료를 분해하는 능력을 평가한 결과 원시(bare) MTA보다 월등히 우수함을 확인하였다. 또한 원시 MTA와 탄/질소 함유 MTA의 E. Coli 살균능력을 평가한 결과, 3시간동안 105 CFU/ml 농도의 E. Coli 수용액을 살균하는 능력은 원시 MTA가 탄/질소 함유 MTA보다 103배 많은 E. Coli를 살균하였으며, 24시간 동안 Soil 10 g에 접종된 108 CFU/ml농도의 E. Coli를 살균하는 능력 또한 원시 MTA가 탄/질소 함유 MTA보다 10배 우수하였다. 이는 원시 MTA표면이 나타내는 낮은 pH 특성 때문인 것으로 분석되었다.

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목차

- 목 차 -

제 1 장 서론 1

제 2 장 이론적 배경 4

제 2-1 절 TiO2 가시광 광촉매 4
제 2-1-1 절 TiO2 광촉매 특징 4
제 2-1-2 절 TiO2 광촉매 도핑 6
제 2-1-2-1 절 전이금속 도핑 7
제 2-1-2-2 절 비금속 도핑 8
제 2-1-3 절 흡광도(absorbance) 분석법 9
제 2-1-4 절 밴드갭 에너지 측정법 10
제 2-2 절 광촉매에 의한 E. Coli 살균 13

제 3 장 실험방법 15

제 3-1 절 탄/질소 함유 MTA제조 및 유기물 분해 평가 15
제 3-1-1 절 탄/질소 함유 MTA제조 15
제 3-1-2 절 제조된 분말의 수중 유기물 분해 평가 16

제 3-2 절 가시광 조사 하에서 제조된 분말과 원시 MTA분말의 E. Coli용액 살균효과 17
제 3-2-1 절 E. Coli의 배양을 위한 액체배지 제조 및 E. Coli 배양 17
제 3-2-2 절 원시 MTA 분말 및 C/N-MTA 분말이 나타내는 E. Coli 살균효과 평가 18
제 3-2-3 절 원시 E. Coli용액 농도에 따른 원시 MTA 분말의 살균효과 평가 19

제 3-3 절 원시 MTA 분말의 soil에 접종된 E. Coli 살균효과 평가 20
제 3-3-1 절 Soil시료 준비 20
제 3-3-2 절 Soil시료에 E. Coli 접종 및 배양 21
제 3-3-3 절 E. Coli로 오염된 soil에 대한 원시 MTA분말의 E. Coli 살균효과 평가 21

제 4 장 결과 및 고찰 22

제 4-1 절 Urea의 TG-DTA 분석 22

제 4-2 절 제조된 분말의 특성분석 24
제 4-2-1 절 제조된 분말의 결정상 및 결정크기 분석 24
제 4-2-2 절 제조된 분말의 비표면적 분석 28
제 4-2-3 절 제조된 분말의 흡광도 분석 30
제 4-2-4 절 제조된 분말의 XPS 분석 30
제 4-2-5 절 제조된 분말의 밴드갭 에너지 측정 43

제 4-3 절 제조된 분말의 가시광하에서의 Rh B 분해성능 분석 44

제 4-4 절 제조된 분말의 E. Coli 살균능력 평가 51
제 4-4-1 절 배양된 E. Coli의 계수 51
제 4-4-2 절 C/N-MTA 분말과 원시 MTA 분말의 E. Coli용액 살균성능 평가 52
제 4-4-3 절 105 CFU/ml농도의 E. Coli용액에 대한 원시 MTA 분말 투입 양에 따른 살균성능 평가 53
제 4-4-4 절 E. Coli 농도에 따른 용액에 대한 원시 MTA 분말의 살균성능 평가 57

제 4-5 절 E. Coli로 오염된 soil에 대한 원시 MTA의 살균성능 평가 59


제 5 장 결론 62

제 6 장 참고문헌 65

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