화염 에어로졸 반응기를 이용한 화염 에어로졸 반응기를 이용한 TiOTiO22 광촉매의 제조광촉매의 제조Manufacturing of PhotoCatalytic - TiO2 by a Flame Aerosol Reactor

장한권 , 장혁상영남대학교 환경공학과 환경에어로졸공학 연구실

Introduction

휘발성 유기화합물과 질소산화물의 환경학적 문제점 대두

휘발성유기화합물의 효과적인 제어방법으로서 UV-

광학촉매전환기법이 널리 사용

촉매가 가지는 비표면적이 촉매의 성능을 지배

촉매분말의 형상제어를 통한 촉매성능 개선가능

화염 에어로졸 반응기를 이용한 형상제어된 촉매분말 제조

광산란법과 전자현미경을 이용한 촉매분말의 형상제어기법을 연구

Experimental Conditions

Methane Feed Rate 300 ㎤/min

Air Feed Rate 3000 ㎤/min

Molar Equivalence Ratio 0.95

N2 Feed Rate through TiCl4 bubbler 60 ㎤/min

Isothermal Chamber Temperature 2.8 C

Schematic of Experimental Systems

Schematic of a Premixed Flat Flame Burner Schematic of Reactants Supply

Axial Direction: Z

Radial Direction: r

Capillary Tube(Stainless Steel, I.D: 0.85 mm, O.D: 1.1 mm)

Flat Flame Front

?26mm

Prefiltered AirCH4

TiCl4

Cooling Water Bath

TiCl4 Bubbler

Mass Flow Controller

Nitrogen

Methane

Air

Isothermal Chamber

Burner

Schematic of Light Scattering Measurement System

1

2

3

4

5

78910

11

6

12

13

14

1. He-Ne Laser

2. Chopper3. Rotator4. Burner5. Axial Control Motor6. Angular Control Motor7. Slits8. Polarizer9. Laser Line Filter10. Photomultiplier Tube11. High voltage Supplier12. Beam Trap13. Lock-in Amplifier14. Data Acquisition System

Temperature Variation

Centerline temperature variation as a function of axial distance, z, at r = 0 mm

Axial Distance (mm)

0 10 20 30 40 50 60

Tem

pera

ture

(K)

1000

1100

1200

1300

1400

1500

1600

Radial temperature variationat different axial locations.

Radial Distance (mm)

-14 -12 -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 12 14

Tem

pera

ture

(K)

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600z = 5mm z = 10mm z = 15mm z = 20mm z = 25mm z = 30mm z = 35mm z = 40mm z = 45mm z = 50mm

EDX Analysis on the Generated Particles

q (cm-1)

105

SF

(q

) (A

rbitr

ary

Un

it)

0.1

1

10z=5mm z=10mm z=20mm z=30mm z=40mm z=50mm z=60mm

Df = 2.83 (z=5mm)

Df = 1.92 (z=10mm)

Df = 1.42 (z=20mm)

Df = 1.29 (z=30mm)

Df = 1.40 (z=40mm)

Df = 1.31 (z=50mm)

Df = 1.27 (z=60mm)

Angular Scattering Intensities from the Titania Particles

Micrographs of Flame Generated Titania Particles

Z = 1 mm, x10000 Z = 2 mm, x10000 Z = 3 mm, x10000 Z = 4 mm, x10000 Z = 5 mm, x10000

Z = 1 mm, x50000 Z = 2 mm, x50000 Z = 3 mm, x50000 Z = 4 mm, x50000 Z = 5 mm, x50000

Micrographs of Flame Generated Titania Particles

Z = 10 mm, x50000 Z = 20 mm, x50000 Z = 30 mm, x50000 Z = 40 mm, x50000 Z = 50 mm, x50000

Z = 10 mm, x10000 Z = 20 mm, x10000 Z = 30 mm, x10000 Z = 40 mm, x10000 Z = 50 mm, x10000

Micrographs of Flame Generated Silica Particles

Z = 1 mm, x10000 Z = 2 mm, x10000 Z = 3 mm, x10000 Z = 4 mm, x10000 Z = 5 mm, x10000

Z = 1 mm, x50000 Z = 2 mm, x50000 Z = 3 mm, x50000 Z = 4 mm, x50000 Z = 5 mm, x50000

Micrographs of Flame Generated Silica Particles

Z = 10 mm, x10000 Z = 20 mm, x10000 Z = 30 mm, x10000 Z = 40 mm, x10000 Z = 50 mm, x10000

Z = 10 mm, x50000 Z = 20 mm, x50000 Z = 30 mm, x50000 Z = 40 mm, x50000 Z = 50 mm, x50000

Conclusions and Further Works

결론 화염 에어로졸 반응기를 이용한 TiO2 광촉매의 제조 화염 에어로졸 반응기 출구에서부터 높이에 따른 입자의 크기가

증가하는 것을 관찰 입자의 성장은 생성초기에 대부분 일어나고 , 후반부에서는

입자크기변화에는 큰 변화가 없음 생성된 TiO2 입자들은 SiO2 입자에 비해 응체 형성이 잘 이루어지지

않음을 관찰

향후과제 초음파응집과 전하응집과 같은 외력에 의한 광촉매의 형상제어 형상제어된 광촉매의 비표면적과 응체의 프랙탈수의 관계 도출