Analytical Science and Technology (분석과학)

The Korean Society of Analytical Sciences (한국분석과학회)
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The analysis for the HCl modification effect and formation of TiO2 on activated carbon fiber surface

활성탄소섬유 표면의 염산처리효과와 TiO2 형성에 관한 분석

  • Oh, Won-Chun (Department of Advanced Materials & Science Engineering, Hanseo University) ;
  • Han, Sang-Bum (Department of Advanced Materials & Science Engineering, Hanseo University) ;
  • Bae, Jang-Soon (Department of Industrial Chemistry, Dankook University)
  • 오원춘 (한서대학교 신소재공학과) ;
  • 한상범 (한서대학교 신소재공학과) ;
  • 배장순 (단국대학교 공업화학과)
  • Received : 2007.05.21
  • Accepted : 2007.07.11
  • Published : 2007.08.25
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Abstract

We have studied a method for the preparation of $ACF/TiO_2$ composites involving the penetrationof titanium n-butoxide (TNB) solution into activated carbon fiber. It was focused on the characterization of $TiO_2$ formed in prorous carbon was which increased with surface functional groups by hydrochloric acid treatment. The conversion of TNB to $TiO_2$ for the acid treatment effect must be important for the preparationof $ACF/TiO_2$ composites. From the characterization of surface properties, both the BET surface area and the total pore volume decreased as the distribution of $TiO_2$ on the activated carbon fiber surfaces after acid treatments.The changes in XRD pattern showed the typical anatase type on $ACF/TiO_2$ composite for the sample named FT, FT1 and FT2 treated with 0.05, 0.1 and 0.5 M, respectively. However, XRD patern of FT3 treated with 0.5M showed mixed amatase-rutile structure. According to the results of SEM micrographs, the titanium complexe particles were irregularly distributed around carbon. And some large clusters were found when an amount of acid treatment increased. The EDX results of $ACF/TiO_2$ composites showed the presence of C, O and P with strong Ti peaks. Finally, the excellent photocatalytic activity of the $ACF/TiO_2$ composites between relative concentration($c/c_o$) of MB (methylene blue) and UV irradiation time could be attributed to the both effects between photocatalysis of the formation of titania complexes and adsorptivity of the activated carbon fiber.

본 연구에서는 염산처리에 의하여 표면 개질된 활성탄소 섬유에 TNB (titanium n-butoxide) 용액을 침투시켜 $ACF/TiO_2$ 광촉매를 제조하였다. 염산 처리에 의하여 표면 기능기가 증가된 다공성 탄소에 형성된 $TiO_2$의 특성화에 연구의 관점을 두었다. TNB가 $TiO_2$로 변화되는 산처리 효과는 $ACF/TiO_2$ 광촉매제조에 상당히 중요한 요소임을 확인하였다. 표면 특성분석 결과로부터, BET 비표면적과 전체 동공부피는 산처리 양이 증가함에 따라 표면의 이산화티탄 화합물 형성과 함께 감소함을 나타내었다. 염산처리에 의해 형성된 $ACF/TiO_2$ 계에 대한 X-선 회절 변화로부터, 염산을 처리하지 않은 FT와 0.05, 0.1 M 처리된 FT1, FT2의 3가지 시료의 경우, 주요한 회절선의 피크는 아나타제의 결정상을 나타내었으며, 0.5M 처리된 FT3의 경우 아나타제와 루타일의 두 가지 형상이 나타났다. SEM 결과로부터, 전처리 하기전과 후에 활성탄소섬유 주변에 형성된 화합물들의 분포가 현저하게 다름을 알 수 있었으며, 이러한 현상은 산처리 효과의 우수성을 설명하고 있다. EDX 결과에 의하면, 모든 시료의 스펙트럼은 C, Ti와 O의 피크가 주요한 특징적 피크로 크게 나타났음을 보여 주고 있다. 마지막으로 MB (methylene blue)의 제거 효율에 근거하여, MB 농도 감소는 활성탄소섬유의 흡착효과와 $TiO_2$의 우수한 광분해 효과에 대한 두 가지 복합적인 결과로 설명할 수 있다.

Keywords

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