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Understanding the Mechanism of Photocatalytic Reaction

Understanding the Mechanism of Photocatalytic Reaction:Degradation of Methylene Blue by TiO2 Nanoparticles1.실험 결과Beer-lambert law사용A(흡광도):єbcє:몰흡광계수 b:cell의 길이 c:농도є :95000dm3/(mol*cm)=95000/(M*cm) ;1dm3=1La. Anatase 25nm그림1. Anatase 25nm or Rutile을 촉매로 썼을때의 spectrum표1. Anatase 25nm시간(min)메틸렌 블루 흡광도Anatase25nm흡광도메틸렌블루 흡광도- Anatase 25nm흡광도몰흡광 계수(L/mol*cm)메틸렌 블루농도(M)ln(메틸렌블루농도)00.866781.0010*10-20.85677950009.02*10-6-11.62100.933020.179000.75405950007.95*10-6-11.74200.965130.291850.67328950007.09*10-6-11.86300.878480.286620.59186950006.23*10-6-11.99400.662960.208050.45491950004.79*10-6-12.25500.460711.2828*10-20.44789950004.71*10-6-12.27600.394748.6570*10-30.38608950004.06*10-6-12.41700.352602.4543*10-20.32806950003.45*10-6-12.58800.298881.3037*10-20.28584950003.01*10-6-12.71•계산메틸렌 블루 농도(M)= (메틸렌블루 흡광도- Anatase 25nm흡광도)/(메틸렌블루 몰흡광 계수*1cm(cell의 길이))-t=0메틸렌 블루 농도(M)=0.85677/{(95000L/mol*cm)*1cm}=9.02*10-6Mln(메틸렌 블루 농도)=ln(9.02*10-6)=-11.62t=10메틸렌 블루 농도(M)=0.75405/{(95000L/mol*cm)*1cm}=7.95렌 블루 흡광도Anatase45μm흡광도메틸렌블루 흡광도- Anatase 45μm흡광도몰흡광 계수(L/mol*cm)메틸렌 블루농도(M)ln(메틸렌블루농도)00.58294-4.2809*10-20.6257950006.59*10-6-11.93300.47849-4.0473*10-20.5190950005.46*10-6-12.12600.36371-2.5755*10-20.3895950004.1*10-6-12.40900.25827-3.9121*10-20.2974950003.13*10-6-12.671200.16468-2.9630*10-20.1943950002.05*10-6-13.101500.11395-3.0180*10-20.1441950001.52*10-6-13.401807.8191*10-2-2.9865*10-20.1081950001.14*10-6-13.682105.6381*10-2-2.5481*10-20.0819950008.62*10-7-13.962402.7779*10-2-2.0925*10-20.0487950005.12*10-7-14.48•계산메틸렌 블루 농도(M)= (메틸렌블루 흡광도- Anatase 45μm흡광도)/(메틸렌블루 몰흡광 계수*1cm(cell의 길이))-t=0메틸렌 블루 농도(M)=0.6257/{(95000L/mol*cm)*1cm}=6.59*10-6Mln(메틸렌 블루 농도)=ln(6.59*10-6)=-11.93t=30메틸렌 블루 농도(M)=0.5190/{(95000L/mol*cm)*1cm}=5.46*10-6Mln(5.46*10-6)=-12.12t=60메틸렌 블루 농도(M)=0.3895/{(95000L/mol*cm)*1cm}=4.1*10-6Mln(4.1*10-6)=-12.40t=90메틸렌 블루 농도(M)=0.2974/{(95000L/mol*cm)*1cm}=3.13*10-6Mln(3.13*10-6)=-12.67t=120메틸렌 블루 농도(M)=0.1943/{(95000L/mol*cm)*1cm}=2.05*10-6Mln(2.05*10-6)=-13.10t=150메틸렌 908.5187*10-25.1755*10-20.03343950003.51*10-7-14.861001.798301.82670-0.0284950002.98*10-7-15.02•계산메틸렌 블루 농도(M)= (메틸렌블루 흡광도- Rutile흡광도)/(메틸렌블루 몰흡광 계수*1cm(cell의 길이))-t=10메틸렌 블루 농도(M)=0.59485/{(95000L/mol*cm)*1cm}=6.26*10-6Mln(메틸렌 블루 농도)=ln(6.26*10-6)=-11.98t=30메틸렌 블루 농도(M)=0.51636/{(95000L/mol*cm)*1cm}=5.44*10-6Mln(5.44*10-6)=-12.12t=40메틸렌 블루 농도(M)=0.32541/{(95000L/mol*cm)*1cm}=3.43*10-6Mln(3.43*10-6)=-12.58t=60메틸렌 블루 농도(M)=0.25662/{(95000L/mol*cm)*1cm}=2.70*10-6Mln(2.70*10-6)=-12.82t=70메틸렌 블루 농도(M)=0.18055/{(95000L/mol*cm)*1cm}=1.9*10-6Mln(1.9*10-6)=-13.17t=80메틸렌 블루 농도(M)=0.08064/{(95000L/mol*cm)*1cm}=8.48*10-7Mln(8.48*10-7)=-13.98t=90메틸렌 블루 농도(M)=0.03343/{(95000L/mol*cm)*1cm}=3.51*10-7Mln(3.51*10-7)=-14.86t=100메틸렌 블루 농도(M)=-0.0284/{(95000L/mol*cm)*1cm}=2.98*10-7ln(2.98*10-7)=-15.02그림6. Rutile x축:시간(min) y축:ln(메틸렌 블루 농도)→Rutile의 경우도 마찬가지로 직선형의 그래프로 1차반응임을 알 수있다.식1. =k[A] ; [A]:농도 k:속도 상수식2.ln[A]=-kt+ln[A0] ; t:시간 [A0]:초기 농도 ,직선형태를 갖는 1차 반응 그래프k:-기울기k(속도상수)=0.0358 s-1d.brookite그림7. Brook97*10-6Mln(5.97*10-6)=-12.03t=8메틸렌 블루 농도(M)=0.5065/{(95000L/mol*cm)*1cm}=5.33*10-6Mln(5,33*10-6)=-12.14t=10메틸렌 블루 농도(M)=0.4429/{(95000L/mol*cm)*1cm}=4.66*10-6Mln(4.66*10-6)=-12.28t=12메틸렌 블루 농도(M)=0.4017/{(95000L/mol*cm)*1cm}=4.23*10-6Mln(4.23*10-6)=-12.37t=14메틸렌 블루 농도(M)=0.3435/{(95000L/mol*cm)*1cm}=3.62*10-6ln(3.62*10-6)=-12.53t=16메틸렌 블루 농도(M)=0.2984/{(95000L/mol*cm)*1cm}=3.14*10-6ln(3.14*10-6)=-12.67t=18메틸렌 블루 농도(M)=0.2465/{(95000L/mol*cm)*1cm}=2.59*10-6ln(2.59*10-6)=-12.86t=20메틸렌 블루 농도(M)=0.1989/{(95000L/mol*cm)*1cm}=2.09*10-6ln(2.09*10-6)=-13.08그림8. brookite x축:시간(min) y축:ln(메틸렌 블루 농도)→brookite의 경우도 첫번째 결과처리한 anatase25nm와 마찬가지로 직선형의 그래프로 1차반응임을 알 수있다.식1. =k[A] ; [A]:농도 k:속도 상수식2.ln[A]=-kt+ln[A0] ; t:시간 [A0]:초기 농도 ,직선형의 1차 반응 그래프k:-기울기k(속도상수)=0.0622 s-1e.P25그림9. Brookite를 촉매로 썼을때의 spectrum시간(min)메틸렌 블루 흡광도P25흡광도메틸렌블루 흡광도- P25흡광도몰흡광 계수(L/mol*cm)메틸렌 블루농도(M)ln(메틸렌블루농도)10.764011.1179*10-20.7528950007.92*10-6-11.7420.740421.2954*10-20.7275950007.66*10-6-11.7730.665941.6090*10-20.64999500}=1.93*10-6ln(1.93*10-6)=-13.16t=9메틸렌 블루 농도(M)=0.1286/{(95000L/mol*cm)*1cm}=1.35*10-6ln(1.35*10-6)=-13.52t=10메틸렌 블루 농도(M)=0.0339/{(95000L/mol*cm)*1cm}=3.56*10-7ln(3.56*10-7)=-14.85그림10. P25 x축:시간(min) y축:ln(메틸렌 블루 농도)→P25의 경우도 직선형의 그래프로 1차반응임을 알 수있다..식1. =k[A] ; [A]:농도 k:속도 상수식2.ln[A]=-kt+ln[A0] ; t:시간 [A0]:초기 농도 ,식을통해 직선형의 1차 반응 그래프 확인k:-기울기k(속도상수)=0.2978 s-1→1차반응의 속도식은 rate=k[A]로 농도와 속도상수k에 의존한다는 것을 알 수 있다.각 촉매를 사용하였을때의 속도상수를 이용하여 반응의 속도를 비교해보고 이값을 이론값 과 비교해보면 다음과 같다.Anatase25nmAnatase45μmRutileBrookiteP25k(속도상수, s-1)0.01380.63370.03580.06220.2978실험값51432이론값415322.고찰이번실험은 여러종류의 TiO2 나노입자를 사용하여 각각 메틸렌 블루를 분해시키켜 광촉매 반응의 메커니즘을 이해해보는 실험이었다. TiO2의 입자의 크기와 결정상태에 따라 광촉매 반응이 달라지는데 이를 중점으로 실험 결과를 고찰해 보려고한다. 실험의 결과로 anatase45μm가 가장 반응속도가 빨랐는데 이는 결정상태에 따른 band gap의 크기만 고려하면다면 band gap이 클경우가 광촉매 속 전자가 빛을 받아 들떴을 때 더 큰에너지를 갖게되어 주변분자들을 산화-환원시켜 더 많은 라디칼을 생성할수있기 때문에 더 높은 광촉매적 효율을 갖게 되므로 band gap이 더 큰 P25와 brookite의 반응속도가 더 빨랐으어한다. 하지만 결과적으로 anatase 45μm 가 반응속도가 더 빨랐는데 이는 광촉매반응이 일종의 흡착반응의 원리로 입자크기가 작을.

자연과학| 2022.05.23| 17페이지| 2,500원| 조회(142)

흡광도, 물리화학실험, Photocatalytic react

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