[과 수석, 평점 4.5 자료 인증사진 첨부] 광촉매 이용 반응속도 상수 측정

소개

화공생물공학실험 과목에서 A+ 학점을 받은 레포트 입니다.
두 학기 모두 평균 평점 4.5받은 학생입니다.
레포트를 작성할 때, 참고문헌을 꼼꼼히 다 기록해놓아 참고하시면 큰 도움되실 것이라 생각합니다.

목차

1. Abstract

2. Introduction
가. 실험 목적
나. 실험 이론

3. Materials & Methods
가. 실험 기구 및 시약
나. 실험 방법

4. Results

5. Discussion

6. Conclusion

7. Reference

본문내용

1. Abstract
TiO2 광촉매를 이용한 유기물 분해 반응의 메커니즘을 이해하고 반응특성을 분석한다. 이 과정을 통해 구한 미지 시료의 농도를 이용하여 반응속도 상수와 반응 차수를 구하는 방법을 익힌다.

2. Introduction
광촉매 물질로는 TiO2, ZnO2, ZnO, SrTiO3, CdS, GaP, InP, GaAs, BaTiO3, KNbO3, Fe2O3, Ta2O5, WO3, SnO2, Bi2O3, NiO, Cu2O, SiO, SiO2 등이 있다. 이중 TiO2는 안정성과 저렴한 가격 등 이점을 가지고 있어 가장 많이 사용된다. TiO2는 아나타제(anatase), 루타일(rutile), 브루카이트(brookite) 등의 결정상 형태로 존재한다. 이 중에서 광촉매 활성이 높은 아나타제와 루타일상의 TiO2가 상업적으로 널리 활용된다. 아나타제와 루타일상 TiO2는 밴드갭 에너지가 각각 3.2 eV와 3.0 eV로써, 파장이 400 nm 이하인 자외선 영역에서 광촉매의 활성이 나타난다. 아래 그림과 같이 TiO2 표면에 밴드갭 에너지 이상의 빛 에너지가 조사되면 가전도대에 있는 전자가 전도대로 전이하면서, 전자(e-)와 정공(h+) 쌍이 생성된다. 가전도대에서 생성되는 정공은 산화반응에 기여하며, 표면에 흡착된 물 분자와 반응하여 하여 hydroxyl 라디칼(·OH)을 생성시키거나 직접 반응을 통하여 유기물을 산화시킨다. 전도대에서 생성되는 전자는 산소분자의 환원반응을 일으켜 superoxide 이온(·O2-)을 형성하고, 몇 단계의 반응을 통하여 hydroxyl 라디칼을 생성시킨다. 최종적으로 정공과 전자에 의해서 생성된 hydoxyl 라디칼에 의해 유기물이 이산화탄소와 물로 분해된다.

+ 추가이론
- 광촉매로서 TiO2의 특징
광촉매로는 ZnO, CdS, WO3, TiO2 등 다양한 물질이 광촉매로 사용되나, 여기서 TiO2의 활용이 가장 많다. TiO2는 유기용매, 산과 염기에 침식되지 않는 화학적 안정성을 가진다.

참고자료

· 박상진 외 3명, 『화공생물공학실험』, 2021-2, P. 23-25 (실험 강의 교재)
· Brown 외 5명, 화학교재연구회 옮김, 『일반화학』, 자유아카데미 제 14판 2019년 1월, P. 671-699
· 김유봉 외 5명, 『마이크로웨이브가 부가된 광촉매에 의한 메틸렌블루의 분해』, 대한환경공학회지 2008년도, vol.30, no.8, pp. 817-822 (6 pages)
· 이홍주·박유강·이승환·박정훈, 『제조방법에 따른 TiO2의 광촉매 특성 분석』, Korean chemical engineering research = 화학공학 v.56 no.2 , 2018년, pp.156-161
· 임상룡 외 2명, 『메틸렌블루 광촉매 분해반응에서 이산화티타늄 열처리 온도 영향』, 한국공업화학회 공업화학 제22권 제1호 2011년도 61 - 66(6 pages)
· Yu-Wen Chen and Yu-Hsuan Hsu, 『Effects of Reaction Temperature on the Photocatalytic Activity of TiO2 with Pd and Cu Cocatalysts』, Catalysts 2021, 11(8), 966
· 서인석, 광촉매 반응: 폐수처리에 유망한 기술, RESEAT, 2004-02
· 홍정수, 광촉매 기술을 활용한 환경 및 에너지 분야 응용 및 사례분석, 한국환경산업기술원, 국내 IP 환경동향보고