환경소재용 TiO2계 복합 나노 분말 제조 및 특성 평가 : Preparation and Characterization of TiO2-based Composite Nanoparticles as Environmental Materials
- 발행기관 서강대학교 대학원
- 지도교수 최정우
- 발행년도 2007
- 학위수여년월 2007. 8
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 화학공학
- 식별자(기타) 000000104261
- 본문언어 한국어
목차
대상물질로서 TiO2, TiO2-Fe, TiO2-V, TiO2-Fe-V를 선정하여 화염분무열분해 공정에 의해 환경소재용 TiO2계 복합 나노 분말을 제조하였으며, 생성된 분말의 특성 평가 실험을 수행하였다. 분말 제조시 주요 변수로서 반응물질인 티타늄, 철, 바나듐 금속화합물의 농도, 그리고 반응온도에 영향을 미치는 수소가스의 유량을 선택하였다. 생성된 분말의 물성은 TEM, BET, XRD, UV-Vis Spectrophotometer를 사용하여 분석하였다. 반응용액 내 티타늄의 농도가 증가하거나 수소가스의 유량이 감소함에 따라 평균 일차 입자 직경은 증가하였다. 티타늄에 철 또는 바나듐을 일정량 주입하여 생성한 TiO2계 이성분 나노 분말의 평균 입자 직경은 20 nm 이하였으며, 티타늄에 철과 바나듐을 일정량 주입하여 생성한 TiO2계 삼성분 나노 분말의 평균 입자 직경은 25 nm 이하였다. 순수한 TiO2의 경우 아나타제 상의 결정형을 보인 반면, 티타늄-철 분말의 경우 철의 주입량이 증가함에 따라 TiO2의 결정형이 아나타제 상에서 루타일 상으로 변화하였다. 하지만, 티타늄-바나듐 분말의 경우 바나듐 성분의 주입량이 증가하여도 결정형의 변화는 나타나지 않았다. 순수한 TiO2 분말은 자외선 영역에서만 광흡수 특성을 보였으나, TiO2계 이성분 나노 분말의 경우에는 광흡수 작용범위가 자외선 영역에서 가시광선 영역까지 확대되는 것을 확인하였다. TiO2계 삼성분 분말의 경우 광흡수의 작용 범위가 이성분 분말의 경우보다 더욱 확대되었다. 가시광선 영역에서 향상된 광흡수 특성을 나타낸 삼성분 나노 분말을 이용하여 휘발성유기화합물(VOCs)의 분해 특성을 확인한 결과, 자외선 및 가시광선 영역 모두에서 분해하는 특성을 나타내었다. 이와 같은 결과로부터 화염분무열분해 공정에서의 TiO2 나노 분말 합성 경로의 예측 및 입자의 형성과 성장 과정을 제안할 수 있었으며, 가시광원 하에서도 광흡수 특성 및 VOCs 분해 특성을 나타내는 환경소재용 TiO2계 복합 나노 분말을 제조하였다.
목차
Preparation and characterization of TiO2 composite nanoparticles as environmental materials were investigated. TiO2, TiO2-Fe, TiO2-V, TiO2-Fe-V nanoparticles were synthesized by flame spray pyrolysis process. Concentrations of precursor solutions and flow rate of hydrogen gas that affected a flame temperature were selected as process variables. Properties of as-prepared particles were characterized by Transmission Electron Microscope, BET method, X-ray diffractometer and UV-Vis spectrophotometer. As concentration of titanium in precursor solution increased and flow rate of hydrogen gas decreased, average diameter of a primary particle increased through the experiments. Particle diameters of either iron or vanadium doped binary TiO2 nanoparticles were less than 20 nm. On the other hand average partcle diameter of both iron and vanadium doped ternary TiO2 nanoparticles were less than 25 nm. Only the anatage peak was found on bare titania. In case of iron doped titania particles, iron was incorporated into the titania lattice and promoted the phase transformation of the anatase to the rutile phase. With an increase in the iron dopant concentration, a decrease in the crystal size of the resultant titania particles was observed, along with a phase transformation to the amorphous state. But, in the event of vanadium doped titania nanoparticles that is not occurred transformation of phase, despite of vanadium increased. Bare titania nanoparticles absorb only UV ranged rays whereas binary composition nanoparticles absorb not only UV rays but also visible rays. Furthermore quantity of visible rays which the ternary composite TiO2 nanoparticles absorb was increased. At the result of VOCs decomposition with ternary titania nanoparticles which exhibit the improved absorption under visible rays, that showed decomposition of VOCs under both UV and visible rays. From these results, the synthetic route of TiO2 nanoparticles in the flame spray pyrolysis was estimated and a mechanism for the particle formation and growth was suggested. Then TiO2 composite nanoparticles could be synthesized as prospective an environmental material which is operating up to range of visible rays.
