(A+만점레포트)[화공생물공학실험] 5. 광촉매 이용 반응속도 상수 측정(예비)

소개

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목차

1. 실험 목표

2. 실험 원리

3. 시약 조사 & 실험 기구 및 방법
3.1 시약
3.2 실험 기구 및 방법

4. 실험 시 주의사항

본문내용

1. 실험 목표
TiO2광촉매를 이용한 유기물 분해 반응의 메커니즘을 이해하고 반응특성을 분석한다. 이 과정을 통해 구한 미지 시료의 농도를 이용하여 반응속도 상수와 반응 차수를 구하는 방법을 익힌다.

2. 실험 원리
촉매란 자기자신은 변화하지 않으면서 다른 물질의 화학반응을 촉진 또는 지연시키는 물질로, 광촉매란 빛을 받아 촉매 반응을 일으키는 물질을 일컫는다. 즉, 빛을 에너지 원으로 촉매반응(산화, 환원반응)을 촉진시켜 각종 세균 및 오염물질을 분해시켜주는 반도체 물질을 의미한다. 반도체 등의 분말을 용액에 넣어, 그 밴드갭 이상의 에너지 광을 조사하면, 마이너스 전하를 갖는 전자(e-)와 플러스 전하를 갖는 정공(h+)이 생성되는데, 강한 환원 또는 산화 작용에 의해 용액중의 이온종이나 분자종을 분해하는 등 다양한 반응을 일으킨다.
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 아나타제와루타일상의 TiO2가 상업적으로 널리 활용된다. 그림 3에서 볼 수 있듯이 아나타제와루타일상 TiO2는 밴드갭 에너지가 각각 3.2 eV와 3.0 eV로써, 파장이 400nm 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.
광촉매이산화티나타늄은 빛을 받으면 친수성 기능을 갖는 물질이 되는데..

<중 략>

참고자료

· “화공생물공학실험”, 동국대학교 화공생물공학과, 2024, pp.23-25
· Chun-Hsing Wu et. at. lnd. Eng. Chem. Res. 2006, 45, 6450-6457
· Dingwangchen et. at. Volume 32, lssue 11, November 1998, Pages 3223-3234
· “유기화학”, 유기화학교재연구회, 자유아카데미, 2011, pp.16
· “광촉매기술”, 김영백, 2004, pp.21-24
· “광촉매의 원리, 종류, 특성(성능) 및 개발현황”, 최원용 외 1인, pp.1-3
· “광촉매”, 고병열 외 4인, 한국과학기술정보연구원, 2002, pp.10-13
· 시약 정보: 안전보건공단( https://msds.kosha.or.kr/MSDSInfo/kcic/msdssearchMsds.do )