소개글
"흡수장치(액분산형, 가스분산형) 종류"에 대한 내용입니다.
목차
1. 산화타이타늄 광촉매에 의한 분자의 분해
1.1. 서론
1.2. 실험이론
1.2.1. 산화타이타늄(TiO2) 광촉매
1.2.2. 말라카이트 그린 염료
1.3. 실험방법
1.3.1. 실험장치 및 기구
1.3.2. 실험시약
1.3.3. 실험절차
1.4. 참고문헌
2. 기초 연료전지 실험
2.1. 초록
2.2. 이론적 배경
2.2.1. 연료전지의 원리
2.2.2. 화력발전과 연료전지 비교
2.2.3. 연료전지 종류
2.2.4. MEA의 구성요소
2.2.4.1. 고분자 전해질막
2.2.4.2. 촉매층
2.2.4.3. 기체확산층
2.2.5. MEA 제조법
2.3. 실험장치 및 실험방법
2.4. 실험결과
2.5. 결론
2.6. 고찰
3. 참고 문헌
본문내용
1. 산화타이타늄 광촉매에 의한 분자의 분해
1.1. 서론
넓은 띠간격 반도체의 광촉매적 역할을 이해하고, 산화타이타늄 콜로이드를 광촉매로 써서 유해한 염료 분자인 말라카이트 그린을 분해할 때, 그 과정을 가시광선 흡수 스펙트럼이 사라지는 것을 관찰하면서 추적하고자 한다. 산화타이타늄(TiO2)은 다양한 응용성을 띤 반도체로, 흰색 페인트의 주요 원료이자 화장품 제조에도 중요한 역할을 한다. 특히 TiO2는 넓은 띠간격을 가진 반도체로 360nm 이하의 파장을 잘 흡수하여 전도띠에 전자와 가전자띠에 정공을 생성시킨다. 이렇게 생성된 전자와 정공은 주위의 흡착된 분자들에 산화환원 반응을 유발하는 광촉매 활성을 보인다. 이러한 TiO2의 광촉매적 역할은 태양열을 이용한 전기에너지 생성, 광합성, 유해 물질 정화 등에 응용될 수 있다. 이번 실험에서는 TiO2 콜로이드를 광촉매로 사용하여 말라카이트 그린 염료가 분해되는 과정을 자외선-가시광선 흡수 스펙트럼의 변화로 관찰하고자 한다.
1.2. 실험이론
1.2.1. 산화타이타늄(TiO2) 광촉매
산화타이타늄(TiO2)은 다양한 응용성을 띤 반도체이다. 흰색 페인트의 주요 원료로서 1991년 한해를 기준으로 할 때 연간 3000만 톤이나 생산되기도 하였으며, 그 외에 화장품을 제조하는 데에도 중요한 역할을 한다. 또한 TiO2는 띠간격이 약 3.2eV에 달하는 넓은 띠간격 반도체 부류에 속하여 360nm 이하의 파장을 잘 흡수한다. 흡수된 빛은 전도띠에 전자(electron)와 가전자띠에 정공(hole)을 생성시켜, 이들은 주위의 흡착된 분자들에 산화환원 반응을 유발한다. 이러한 TiO2의 광촉매적 역할은 태양열을 이용한 전기에너지 생성, 광합성, 혹은 유해한 무기물질의 정화 등을 위해 응용할 수 있는 가능성을 보여 주며 현재 많은 연구가 추진되고 있다. 이번 실험에서 사용하는 TiO2는 지름이 약 20nm정도에 불과한 미세한 입자들이다. 이러한 미세한 입자들은 양자구슬(quantum dot), 나노입자(nanoparticle), 콜로이드(colloid) 등으로 불려 오고 있다. 이러한 미세입자가 수용액에서 어떤 역할을 할 때 흔히 콜로이드라고 한다. 그러므로 이를 TiO2 콜로이드라고 하겠다. 입자의 크기가 매우 작으면 그만큼 표면적이 커지므로 광촉매 활성이 커질 것으로 기대할 수 있다. TiO2는 anatase, rutile, brooklite의 세 가지 상 구조를 가질 수 있다. 이 중에서 brooklite 구조는 극심한 온도와 압력에서만 존재하므로 일반적인 조건하에서는 rutile 구조와 anatase 구조를 띤다. TiO2의 광촉매적 활성은 anatase 구조를 갖는 것이 더 우수하다고 알려져 있다. TiO2 콜로이드는 합성하는 방법에 따라 그 입자 크기와 구조가 다를 수 있는데, 이번 실험에서는 독일의 Degussa 사에서 오래 전에 개발하여 페인트나 화장품의 원료로서 생산되어 온 P-25 TiO2를 사용할 것이다. P-25는 개발한 상품명에 해당하는데 주로 anatase 구조로 되어 있으며 입자의 크기는 대략 20nm 정도라고 한다. 수용액상에서 TiO2의 광촉매 반응을 유발시킬 때 H2O는 정공을 중화시키는 역할을 하며, 이때 발생한 산소는 전자를 잡게 된다. 산소가 녹아 있는 수용액에서 일어나는 여러 라디칼 발생 메커니즘에 대해서 참고문헌에서 논의된 바 있으며, 이를 간추리면 다음과 같다.
1.2.2. 말라카이트 그린 염료
말라카이트 그린은 일종의 트라이페닐메탄 계의 양이온성 염료로서 여러 가지 음이온과 결합한 염의 형태의 분말이다. 이 실험에 사용하는 말라카이트 그린은 옥살산 이온과 결합하여 이합체의 형태를 띤 옥살산 말라카이트 그린(F.W.=927.03g/몰)으로서 그 구조와 자외선-가시광선 스펙트럼은 그림 2와 같다. 특히, 610nm의 흡수띠를 이 실험에서 추적할 것이다. 이번 실험에서는 물에 약 10ppm 정도로 오염된 말라카이트 그린이 TiO2 콜로이드의 광촉매 효과에 의해 분해되어 얼마나 감소할 것인가를 추적할 것이다.
1.3. 실험방법
1.3.1. 실험장치 및 기구
가시광선 분광기는 크게 광원, 단색화 장치, 검출기로 구성되어 있다. 광원에는 텅스텐 램프, 중수소 아크 램프, 글로바, 헬륨-네온 레이저, 레이저 다이오드 등이 사용된다. 단색화 장치는 빛을 각 파장으로 분산시키고 선택된 파장을 시료 또는 검출기로 보낸다. 검출기는 광자 검출 시 발생하는 전기 신호를 이용하여 복사 세기를 측정한다. 분광기의 종류에는 홑살형과 겹살형이 있는데, 겹살형은 회전 거울을 이용해 시료와 기준의 빛을 교대로 측정할 수 있어 더 정확하다.
원심 분리기는 원심력을 이용해 시료를 분리하는 장치이다. 회전하는 로터에 시료 용기를 장착하여 분리를 수행한다. 저속, 고속, 초원심 분리기로 구분되며 분리 대상과 목적에 따라 적절한 기종을 선택한다.
수은 자외선 램프는 수은 증기를 전기적으로 들뜨게 하여 수은의 스펙트럼을 방사하는 광원이다. 수은 증기압에 따라 저압, 고압, 초고압 램프로 나뉜다. 입자 크기가 작아 표면적이 넓은 TiO2 콜로이드의 광촉매 활성을 측정하기 위해 사용된다.
1.3.2. 실험시약
① TiO2 (Degussa P-25)
화학식 TiO2이고 분자량은 79.866g/mol인 백색 고체 형태의 시약이다. 녹는점은 1843°C, 끓는점은 2972°C로 알려져 있다. 타이타늄의 산화물에는 Ⅱ, Ⅲ, Ⅳ 형태가 있는데, 이 중 산화타이타늄(Ⅳ)을 가리키는 경우가 많다. 이번 실험에서는 독일 Degussa사에서 개발한 P-25 타이타늄 이산화물을 사용한다. P-25는 주로 아나타제...
참고 자료
물리화학실험(2018)
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