A+, 학과수석-광촉매이용 반응속도 측정 결과보고서

소개

학과수석, 평점 4.5 , 실험과목 A+ 작성자입니다.

Band gap energy, radical 등에 대해 자세히 이론을 추가했으며 분석했습니다.

목차

1. 실험방법
2. 실험결과
3. 고찰
4. 추가 이론
5. 참고 문헌

본문내용

실험 방법
1.제조 된 10 ppm 농도의 methylene blue solution을 석영 비커에 200 ml 옮긴다.
2.석영 비커에 0.5 g의 TiO2를 첨가하고 마그네틱 스터러를 이용하여 5 min 동안 300 rpm으로 분산시킨다.
3.5분간 분산시킨 ②의 용액에 자외선을 조사한다.
4.자외선 조사 후 10분 간격으로 시료를 1.5 ml 분취하며 이를 60분(1시간)동안 진행한다.
5.분취한 시료를 10min 동안 10000 rpm으로 원심분리.
6.증류수를 베이스라인으로 세팅하고 663 nm에서의 UV/Vis 흡광도를 측정한다.

<중 략>

▶광촉매의 유기물 분해 반응 메커니즘
TiO2 광촉매에 의한 분해 메커니즘은 다음과 같다. TiO2에 200~300nm정도의 자외선을 조사하게 되면 전자가 Valence band에서 Conduction band로 전이하게 되면서 표면의 물분자와 반응한다. 이 때 OH- 라디칼이 생성되거나 직접적으로 유기물과 반응하여 라디칼을 형성한다. 라디칼은 분자오비탈에 불안정하게 홀전자로 존재하여 반응성이 매우 크다. 따라서 강한 산화력을 갖게 되고 유기물을 산화시킨다. 본 실험에서 생성된 라디칼은 methylene blue 시약을 산화시킨다.

▶ 반응 속도식
화학반응에서 반응 속도 법칙은 반응 속도를 반응물의 농도 또는 압력을 상수인자로 표현한 것으로 다음과 같이 나타낸다.
r=k[A]x[B]y
이 때, [A]와 [B]는 물질 A와 B의 농도를 나타낸다(보통 리터 당 몰(몰 농도, M)을 사용한다). 지수 x와 y는 각각 A와 B에 대한 부분적 반응 차수이고, 전체 반응 차수는 지수들의 합이다. 지수는 보통 자연수이지만, 0이나 분수, 혹은 음수도 쓸 수 있다. 상수 k는 반응의 속도 상수, 또는 반응 계수로 단위는 ‘1/시간’을 가진다. 그 값은 온도나, 이온 강도, 흡착면의 표면적, 혹은 광 조사와 같은 조건에 의해 결정된다.
반응 차수를 결정하는 방법은 초기 속도 방법과 적분법으로 구할 수 있다.

참고자료

· 동국대학교 화공생물공학과, “화공생물공학실험”, 2019, p13-15
· Ko BY외 3명, Photocatalyst, Daejeon: KISTI, 2002, p. 5-6
· 김유봉 외 5인, “마이크로웨이브가 부가된 광촉매에 의한 메틸렌블루의 분해”, 순천대학 교 환경공학과, 2008, pp. 817~822
· H. Scott Fogler, “핵심 화학반응공학”, Pearson, 2010