Abstract
The photodegradation efficiency of formic acid on $TiO_2$ photocatalytic membranes was investigated. A new titania membrane reactors for purification of water combining microfiltration with photocatalytic degradation of organic compounds were developed. Titania membrane tubes(average pore size of $0.2\mu m$) were prepared by the slip casting, and porous thin films of $TiO_2$ were formed on the tube surface by the sol-gel process to increase the surface area, and consequently to increase photodegradation efficiency of organic compounds. The UV light with the wavelength of 365 nm was used as a light source for photocatalytic reactions. The photodegradation efficiency of the organic compounds was strongly dependent on the flux of the solution, the microstructure of the membrane (sol pH), and the amount of $O_2$ supplied. The effects of the primary oxidant such as $H_2O_2$ and dopants such as $Nb_2O_5$ on the photodegradation efficiency were also investigated. The results showed that more than 80% of formic acid could be degraded using membrane coated with a $TiO_2$ sol of pH 1.45. The photodegradation efficiency could be improved by about 20% when adding $H_2O_2$ in feed solution or doping $TiO_2$ membranes with $Fe_2O_3$.
광촉매 $TiO_2$ 막에 의한 formic acid의 광분해 효율이 연구되었다. 막반응기는 용액의 정밀여과(micro-filtration)는 물론 유기물의 광분해를 동시에 수행할 수 있도록 다공성 $TiO_2$ 튜브 (평균기공: $0.2{\mu}m$)를 이용한 새로운 타입으로 개발되었으며 광원으로는 365 nm 파장을 갖는 UV를 사용하였다. 또한 반응기의 광분해 효율을 증진시키기 위하여 슬립케스팅법으로 제조한 $TiO_2$ 튜브표면을 $TiO_2$ 졸로 코팅하였다. $TiO_2$ 막 반응기의 분해효율은 용액의 투과량(flux), 막의 미세구조(졸의 pH), 공급산소량, $H_2O_2$와 같은 1차 산화제(primary oxidants)의 첨가 그리고 $Nb_2O_5$와 같은 물질의 도핑(doping)에 매우 민감함을 알 수 있었다. 최적의 광분해 반응조건에서 formic acid의 산화효율은 pH가 1.45인 $TiO_2$ 졸로 코팅한 막 반응기를 사용했을때 80% 이상이었다. Formic acid 용액에 1차 산화제 $H_2O_2$를 첨가하거나 막을 $Fe_2O_3$로 도핑함으로써 산화효율은 최고 20%까지 증가시킬 수 있었다.