고정화 TiO2 광촉매를 이용한 내분비 교란물질 bisphenol-A의 분해

이종민, 류천수, 김춘일, 김문선, 김병우

성균관대학교 화학공학과

Photocatalytic Degradation of An Endocrine Disruptor Bisphenol-A with Immobilized TiO2 System

Jong-Min Lee, Chun-Soo Ryu, Chun-Il Kim,

Moon-Sun Kim, Byung-Woo Kim

Department of Chemical Engineering, Sungkyunkwan University

서론

최근 각종 화합물의 생태계 및 인체에 미치는 악영향에 대한 지속적인 연구가 진행되면서 많은 사실들이 밝혀지고 있다. 그중 인간의 산업활동에 의해 발생된 화합물 중 생물체내의 호르몬과 유사한 물질이 인체 내 정상적인 생리작용을 교란한다는 사실이 확인되었는데, 이를 내분비 장애물질(endocrine disruptor) 혹은 환경호르몬이라 부르고 있다. 이중에서 페놀, bisphenol-A, dibutylphthalate 등이 대표적인 내분비계장애물질로서 사회적 문제로 크게 대두되고 있다. Bisphenol-A는 페놀과 아세톤을 촉매의 존재하에 축합 반응하여 얻어지는 백색의 결정 고체로서 폴리카보네이트, 페닐릭, 폴리에스테르, 기타 수지에 원료로 이용되고 있으며, 한 분자의 말단에 반응성이 우수한 두 개의 hydroxyl group을 가지고  있어 분자량이 큰 고분자 화합물의 원료로 사용한다.

본 실험에서는 여러 가지 binder를 첨가한 Degussa P-25의 TiO2 용액을 pyrex glass tube 표면에 coating하여 UV를 조사하며 bisphenol-A의 분해능을 평가하고자 하였다.

이론

광촉매의 산화반응은 일정한 band-gap 이상의 에너지를 갖는 파장대의 빛이 조사되었을 때 여기되어 생성되는 정공(h+)과 전자(e-)에 의해 H2O, O2, H2O2 등이 강력한 산화력을 가진 hydroxyl radical을 생성하게 되고, 이것이 촉매입자 표면에 흡착되는 난분해성 물질들을 산화, CO2, H2O, HCl 등의 무해한 물질로 분해시킨다.

실험

광촉매는 TiO2 (P-25, Degussa Gmblt Germany)를 사용하였고,  Organic binder와 disperser를 첨가시킨 TiO2 용액과 inorganic binder를 이용한dip-coating 방법을 사용하였다. Bisphenol-A(98.5%, Aldrich)는 초기농도 100ppm으로 실험하였으며, 30분 간격으로 sampling하였다. 분석은 EPA method에 따라 GC(HP6890, electron capture detector)에 의해 이루어졌다.

pyrex glass tube 표면상 고정화된 광촉매반응기는 Figure.1.과 같으며 광원은 6W BLB lamp(Black Light Blue, Sankyo Denki, Japan)를 사용하였으며 주파장인 352-368nm를 monochromator(404VM, Acton Research Co., MA, U. S. A.)를 사용해서 측정하였다.전체 반응기는 1.5L 부피의 아크릴 재질의 반응기에 cooling jacket을 장착한 형태로 사용하였다.

Figure 1. Schematic diagram of a photocatalytic reactor with TiO2 immobilized on the pyrex glass tube

결과

Organic Binder(PVDF)로 고정화한 TiO2의 광분해성을 조사하기 위해 Methyl Orange(M.O)를 온도에 따라 분해한 결과 1500C에서 가장 높게 나왔으며 (Fig. 2.) Figure 3은 TiO2를 고정화하기 위한 Inorganic binder SiO2의 SEM image이다.

Figure 2. Effect of temperature on the degradation rate

with an organic binder (PVDF : Polyvinyl de fluorine) ratio

Figure 3. SEM image of an inorganic binder SiO2

in the absence of TiO2 by a sol-gel method

TiO2 solution의 조성을 변화시켜가며 coating의 안정성과 분해능의 변화를 해석하였으며, 이에 따른 quantum yield를 계산 하였다.

참고문헌

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