KR20140048371A - Self rotating photocatalytic water treatment apparatus by immobilized nanotubular tio2 on ti substrate - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a water treatment device in which a nanotube type catalyst fixed to a titanium support rotates alone. The purpose of the present invention is to provide a water treatment device in which a nanotube type catalyst fixed to a titanium support rotates alone so that excellent photochemical reaction is performed in a reactor by using, as a medium, a nanotube structured titania (TiO_2) optical catalyst, which is autonomously grown on the surface of a mesh type titanium (Ti) support through anodizing and heat treatment, so as to overcome the weaknesses of a particle type optical catalyst reacting system. The water treatment device in which a nanotube type catalyst fixed to a titanium support rotates alone according to the present invention comprises: an optical reactor of which the top and bottom sides of one side surface connect with an outlet pipe path and an inlet pipe path, respectively, and which includes a housing having a cylindrical shape of which the top part is opened; an optical catalyst installed inside the housing to be able to rotate with a rotation means as a medium and in which a nanotube titania is formed, which is obtained as the surface of a mesh type metal titanium support is anodized and integrated; a water tank in which hexavalent chromium and aqueous solution having an adjusted concentration of hydrogen ions, which are needed to react the optical catalyst, are stored and which connects with the housing through the outlet pipe path and the inlet pipe path; and a light source part irradiating ultraviolet rays to the side of the optical reactor so that the ultraviolet rays react with the optical catalyst and the hexavalent chromium is reduced.

Description

티타늄 지지체에 고정화된 나노튜브형 광촉매가 자체 회전하는 수처리장치{Self Rotating Photocatalytic Water Treatment Apparatus by Immobilized Nanotubular TiO2 on Ti substrate}      BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a nanotube-type photocatalyst immobilized on a titanium support,

본 발명은 티타늄 지지체에 고정화된 나노튜브형 광촉매가 자체 회전하는 수처리장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 메쉬형 티타늄에 광활성을 갖는 나노튜브 광촉매가 일정한 배열로 자체 성장되어 고정화된 상태에서 수리적 모멘텀을 이용한 자체 회전을 통해 우수한 광화학 반응이 이루어질 수 한 티타늄 지지체에 고정화된 나노튜브형 광촉매가 자체 회전하는 수처리장치에 관한 것이다.The present invention relates to a water treatment apparatus in which a nanotube type photocatalyst immobilized on a titanium support rotates by itself, and more particularly, to a water treatment apparatus in which a nanotube photocatalyst having optical activity is grown on a mesh type titanium by self- And a nanotube type photocatalyst immobilized on a titanium support capable of performing an excellent photochemical reaction through self rotation.

일반적으로, 광촉매는 다양한 산업분야에 소재로서 널리 활용되고 있는 물질로서, 에너지 및 환경분야에서 촉매로서 그 활용성이 높은 물질 중 하나로 알려져 있다.      In general, the photocatalyst is a material widely used as a material in various industrial fields, and is known as one of materials having high utility as a catalyst in energy and environment.

특히, 최근에 부각되고 있는 온실가스로 인한 지구온난화 및 화석에너지 고갈에 따른 신재생에너지기술 개발 중 미래의 에너지원으로 부각되는 수소에너지 생산기술은 전세계적인 공통 관심사이며, 이들 기술 분야 중 광화학수소 제조는 온실가스의 발생 없이 수소를 제조할 있는 청정한 에너지 생산기술로 알려져 있으며, 상기 광촉매는 이때 활용되는 촉매로 많이 알려져 있다.      In particular, hydrogen energy production technology, which is emerging as a future energy source in the development of new and renewable energy technologies due to global warming and fossil energy depletion due to recently emerging greenhouse gases, is a global concern, and photochemical hydrogen production is one of these technologies. Is known as a clean energy production technology that can produce hydrogen without the generation of greenhouse gases, the photocatalyst is known as a catalyst utilized at this time.

또한, 대기오염 뿐 아니라 물부족을 포함한 환경오염으로 인한 물의 재이용 및 고도처리의 관심이 증가됨에 따라 자외선과 결합된 조합공정에서 환경정화용 촉매로서의 활용성도 높아지고 있고 있는 실정이다.       In addition, as the interest of water reuse and advanced treatment due to environmental pollution including not only air pollution but also water shortage is increased, utilization as an environmental purification catalyst in combination process combined with ultraviolet rays is also increasing.

한편, 종래 수처리 분야에서는 빛에너지(자외선)와 파우더 형태의 광촉매를 사용하여 오염물질을 산화 또는 환원 처리할 수 있는 기술로 고급산화기술(Advanced oxidation processes, AOPs)의 한분야인 TiO2/UV 기술이 널리 알려져 있는데, 상술한 기술은 주로 유기성 오염물질과의 높은 반응속도를 나타내는 장점이 있기는 하나, 반응 후 사용 가능한 촉매를 폐기하거나 회수하기 위해 여과과정 등에 의한 2차 공정을 필요로 하는 문제점과 함께 슬러리형 반응의 경우 광촉매의 양이 필요이상 주입되어야 하는 비경제적인 문제점이 있다.Meanwhile, in the conventional water treatment field, TiO 2 / UV technology, which is one of the advanced oxidation processes (AOPs), is used to oxidize or reduce pollutants using light energy (ultraviolet rays) and powder type photocatalysts. Although it is widely known, the above-mentioned technique has an advantage of showing a high reaction rate with organic pollutants, but it requires a secondary process such as a filtration process in order to discard or recover a catalyst that can be used after the reaction. In the case of slurry type reaction, there is an uneconomic problem that the amount of photocatalyst should be injected more than necessary.

상기 문제점을 극복하기 위하여 지지체 등에 고정화를 위한 다양한 시도가 있었으나 탈리가 일어나는 2차적인 문제점이 동반되어 실용화 단계에는 이르지 못하고 있는 실정이다.      In order to overcome the above problems, there have been various attempts for immobilization of the support, etc., but it is a situation that the secondary problem of detachment is accompanied, and thus, the practical stage has not been reached.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 개선하기 위하여 창안된 것으로, 그 목적은 입자 형태의 광촉매 반응시스템의 단점 극복을 위해 양극산화 및 열처리를 통하여 메쉬형 티타늄(Ti) 지지체 표면에 자체성장한 나노튜브 구조의 티타니아(TiO2) 광촉매를 매개로 반응기 내에서 우수한 광화학 반응이 이루어질 수 있도록 한 티타늄 지지체에 고정화된 나노튜브형 광촉매가 자체 회전하는 수처리장치를 제공함에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to overcome the above-mentioned problems of the prior art, and it is an object of the present invention to provide a photocatalytic reaction system, And a nanotube type photocatalyst immobilized on a titanium support for allowing an excellent photochemical reaction in a reactor to pass through a grown nanotube-structured TiO 2 photocatalyst.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 티타늄 지지체에 고정화된 나노튜브형 광촉매가 자체 회전하는 수처리장치는, 일측면의 상.하부 측에 유출관로 및 유입관로가 각각 연결되며, 상부가 개방된 원통형상의 하우징을 포함하는 광반응기와; 상기 하우징의 내부에 회전수단을 매개로 회전가능하게 설치되되, 메쉬형태의 금속 티타늄 지지체 표면이 양극산화되어 일체화된 나노튜브 티타니아가 형성된 광촉매와; 상기 광촉매의 반응에 필요한 6가 크롬 및 수소이온농도가 조절된 수용액이 저장되어 상기 유출관로 및 유입관로를 통해 하우징에 연결되는 수조와; 상기 광반응기 측에 자외선을 조사하여 자외선과 광촉매가 반응하면서 6가 크롬이 환원처리 되도록 하는 광원부를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.      According to an aspect of the present invention, there is provided a water treatment apparatus in which a nanotube type photocatalyst immobilized on a titanium support rotates by self-rotation, comprising: an outlet pipe and an inlet pipe connected to upper and lower sides of one side, A photoreactor including a cylindrical housing; A photocatalyst which is rotatably installed inside the housing via a rotating means, wherein the surface of the metal titanium support in the form of a mesh is anodized to form an integrated nanotube titania; A water tank in which an aqueous solution having a controlled concentration of hexavalent chromium and hydrogen ions necessary for the reaction of the photocatalyst is stored and connected to the housing through the outflow conduit and the inflow conduit; And a light source unit for irradiating ultraviolet rays to the photoreactor side and allowing the ultraviolet ray and the photocatalyst to react and reduce the hexavalent chromium.

상기 광반응기에 구비되는 회전수단은, 상기 하우징의 입구 측에 설치되어 상기 수조로부터 유입되는 수용액을 통해 회전력을 인가받는 임펠러와, 상기 임펠러 중앙에 수직으로 고정 설치되며 다수 개의 광촉매가 부착 설치되는 회전축 및, 상기 회전축의 상단을 지지하는 회전체 고정부로 구성하는 것이 바람직하다.      The rotating means provided in the photoreactor may include an impeller which is installed at an inlet side of the housing and receives a rotational force through an aqueous solution introduced from the water tank and a rotating shaft which is vertically fixed to the center of the impeller, And a rotating body fixing part for supporting the upper end of the rotating shaft.

상기 회전축에는 메쉬형태의 금속 티타늄 지지체 표면에 부착된 광촉매가 2 내지 8개 설치되는 것이 바람직하고, 또한 상기 임펠러의 일정 지점에는 반사테이프가 부착됨과 아울러, 반응기의 하우징 측에는 회전속도측정기가 설치되어, 이를 매개로 상기 회전축에 부착된 광촉매의 회전속도를 검출하도록 구성하는 것이 바람직하다.      Preferably, the rotary shaft is provided with 2 to 8 photocatalysts attached to the surface of the metallic titanium support in the form of a mesh, a reflection tape is attached to a certain point of the impeller, a rotation speed meter is installed on the housing side of the reactor, And the rotation speed of the photocatalyst attached to the rotating shaft is preferably detected through this.

상기 수조로부터 광반응기 측으로 수용액이 공급되는 유입부 측에는 유량 조절을 위한 펌프 및 유량계가 구비되어, 상기 광반응기 측으로 공급되는 유량 조절을 통해 상기 회전수단의 회전속도 및 수리적 체류시간(HRT)를 변화시킬 수 있도록 하는 것이 바람직하다.      A pump for controlling the flow rate and a flow meter are provided on the inflow portion side from which the aqueous solution is supplied from the water tank to the photoreactor side so that the rotational speed and the hydraulic retention time HRT of the rotating means are changed by controlling the flow rate supplied to the photoreactor side .

상기 수조 측에는 냉각수의 순환을 통해 수용액의 온도를 유지하기 위한 온도조절부가 연결 설치되도록 하는 것이 바람직하다.      It is preferable that a temperature control unit for maintaining the temperature of the aqueous solution through the circulation of the cooling water is connected to the water tank.

상기에서 설명한 바와 같이 이루어진 본 발명에 따르면, 양극산화를 통하여 티타늄 메쉬(Ti mesh)에 고정되어 제조된 광촉매를 매개로 수중 오염물질중 대표적인 발암물질로 알려진 6가 크롬을 대상처리물질로 하여 종래의 슬러리형 광촉매반응 후 촉매의 회수 또는 코팅시 탈리되는 제반 문제점을 해결할 수 있는 효과가 있게 된다.According to the present invention as described above, hexavalent chromium, which is known as a typical carcinogen in water, is treated as an object to be treated through a photocatalyst prepared by fixing to a titanium mesh through anodization, It is possible to solve all the problems of elimination of the catalyst after the slurry-type photocatalytic reaction or removal of the catalyst.

또한, 오염물질을 포함한 물이 광반응기로 공급되는 유입부에 유체의 모멘텀을 이용하여 공급유량에 따라 광촉매가 고정화된 티타늄 메쉬 회전축이 자체 회전되도록 하므로서, 광반응기 내부에서 반응물의 균일한 혼합에 필요한 별도의 에너지 공급이 필요치 않게 되며, 이와 동시에 광흡수를 통하여 전자/정공 등의 전하쌍을 생성하는 광촉매의 고유 특성을 유지하며 광에너지를 더욱 효과적으로 이용하기 위한 나노튜브형 광촉매가 고정되어 있어 입자의 고정화 또는 입자의 회수 등의 문제없이 광화학적 산화/환원 반응을 안정적으로 일으킬 수 있는 효과가 있게 된다.In addition, by using the momentum of the fluid in the inlet portion where the water containing the pollutant is supplied to the photoreactor, the titanium mesh rotation shaft having the photocatalyst immobilized therein is rotated according to the supply flow rate, The nanotube-type photocatalyst for fixing the unique characteristics of the photocatalyst that generates charge / charge pairs such as electrons / holes through optical absorption and fixing the nanotube-type photocatalyst for more effective use of the light energy, Or the photochemical oxidation / reduction reaction can be stably caused without any problem such as the recovery of particles.

그리고, 크기별 제작이 용이하여 광에너지의 단위면적 및 단위시간당 광에너지의 효율을 극대화시켜 광활성이 높으며 오염물질 처리가 경제적인 반응장치를 제공할 수 있음과 아울러, 양극산화를 통해 티타늄판에 고정화된 나노튜브형 광촉매의 활성을 더욱 효과적으로 이용하기 위해 여러 개의 메쉬형 티타늄판을 회전축에 고정하여 회전시킴으로 인해 메쉬의 공극을 통과한 광에너지를 더욱 효율적으로 이용할 수 있는 효과도 있다.In addition, it is possible to provide a reaction device which is easy to manufacture by size and maximizes the efficiency of light energy per unit area and unit time of light energy, and has high optical activity and economical treatment of contaminants, In order to more effectively utilize the activity of the nanotube type photocatalyst, there is an effect that the light energy passing through the pores of the mesh can be used more efficiently by rotating the plurality of mesh-type titanium plates fixed on the rotating shaft.

또한, 광촉매가 부착된 회전수단의 회전속도 변화에 따라 반응기 내부에서의 체류시간(또는 반응시간)의 조절이 용이하여 회전 속도에 따라 오염물의 처리효율에 변화를 줄 수 있는 장점도 아울러 갖게 된다. In addition, it is also easy to control the residence time (or reaction time) in the reactor in accordance with the change in the rotational speed of the rotating means with the photocatalyst has the advantage that can change the treatment efficiency of the pollutant according to the rotational speed.

도 1은 본 발명에 따른 티타늄 지지체에 고정화된 나노튜브형 광촉매가 자체 회전하는 수처리장치의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 도면이고,
도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 티타늄 지지체에 고정화된 나노튜브형 광촉매가 자체 회전하는 수처리장치에 구비되는 광반응기의 구성을 나타내는 사시도 및 분리사시도이며,
도 3은 본 발명에 따른 티타늄 지지체에 고정화된 나노튜브형 광촉매가 자체 회전하는 수처리장치에 적용되는 메쉬형 티타늄 지지체상에 자체성장한 나노튜브 TiO2 광촉매의 전자현미경(SEM) 분석상태를 나타내는 도면이고,
도 4는 본 발명에 따른 티타늄 지지체에 고정화된 나노튜브형 광촉매가 자체 회전하는 수처리장치에 적용되는 메쉬형 티타늄 지지체상에 자체성장한 나노튜브 TiO2 광촉매의 X선 회절분석법(XRD) 분석상태를 나타내는 도면이며,
도 5는 본 발명에 따른 티타늄 지지체에 고정화된 나노튜브형 광촉매가 자체 회전하는 수처리장치에 적용되는 메쉬형 티타늄 지지체상에 자체성장한 나노튜브 TiO2 광촉매의 pH별 표면전하값(zeta potential) 추이도이고,
도 6은 본 발명에 따른 티타늄 지지체에 고정화된 나노튜브형 광촉매가 자체 회전하는 수처리장치의 회전속도에 따른 유입유량 및 HRT 변화 추이도이며,
도 7은 본 발명에 따른 티타늄 지지체에 고정화된 나노튜브형 광촉매가 자체 회전하는 수처리장치의 회전속도에 따른 6가 크롬의 환원효율 변화 추이도이고,
도 8은 본 발명에 따른 티타늄 지지체에 고정화된 나노튜브형 광촉매가 자체 회전하는 수처리장치에 적용되는 메쉬형 티타늄 지지체상에 자체성장한 나노튜브 TiO2 광촉매의 부착 개수에 따른 6가 크롬 환원 변화 추이도이다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a view schematically showing the overall structure of a water treatment apparatus in which a nanotube type photocatalyst immobilized on a titanium support according to the present invention rotates,
FIG. 2A and FIG. 2B are a perspective view and an exploded perspective view showing the structure of a photoreactor provided in a water treatment apparatus in which a nanotube type photocatalyst immobilized on a titanium support according to the present invention rotates,
FIG. 3 is a view showing an electron microscope (SEM) analysis state of a self-grown nanotube TiO 2 photocatalyst on a mesh type titanium support applied to a water treatment apparatus in which a nanotube type photocatalyst immobilized on a titanium support according to the present invention is self-
FIG. 4 is an X-ray diffraction (XRD) analysis diagram of a self-growing nanotube TiO 2 photocatalyst on a mesh-type titanium support applied to a water treatment apparatus in which a nanotubular photocatalyst immobilized on a titanium support according to the present invention is rotated Lt;
FIG. 5 is a graph showing a zeta potential value of a self-grown nanotube TiO 2 photocatalyst on a mesh type titanium support applied to a self-rotating water treatment apparatus immersed in a nanotube type photocatalyst immobilized on a titanium support according to the present invention ,
FIG. 6 is a graph showing changes in inflow flow rate and HRT according to the rotation speed of a water treatment apparatus in which a nanotube type photocatalyst immobilized on a titanium support according to the present invention rotates itself,
FIG. 7 is a graph showing a change in the reduction efficiency of hexavalent chromium according to the rotation speed of the water treatment apparatus in which the nanotube type photocatalyst immobilized on the titanium support according to the present invention rotates.
8 is a graph showing a change in hexavalent chromium reduction depending on the number of adhered nanotubes TiO 2 photocatalyst on a mesh type titanium support applied to a water treatment apparatus in which a nanotube type photocatalyst immobilized on a titanium support according to the present invention is rotated .

이하, 상기한 바와 같이 구성된 본 발명에 대해 첨부도면을 참조하여 실시예에 따른 장치의 구조 및 동작과정을 상세히 설명한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the structure and operation of an apparatus according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 따른 티타늄 지지체에 고정화된 나노튜브형 광촉매가 자체 회전하는 수처리장치의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 도면, 도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 티타늄 지지체에 고정화된 나노튜브형 광촉매가 자체 회전하는 수처리장치에 구비되는 광반응기의 구성을 나타내는 사시도 및 분리사시도이다.      The present invention relates to a nanotube type photocatalyst immobilized on a titanium support, and more particularly, to a nanotube type photocatalyst immobilized on a titanium support, A perspective view and an exploded perspective view showing the structure of a photoreactor provided in a rotating water treatment apparatus.

먼저, 본 발명에 따른 티타늄 지지체에 고정화된 나노튜브형 광촉매가 자체 회전하는 수처리장치는, 광촉매(15)가 고정화된 메쉬형 티타늄이 광반응기(1) 중앙의 회전축(13)에 장착되며, 상기 회전축(13) 하부에 설치된 임펠러(회전판)(14)와 오염물질이 용존된 유체와 수직방향을 이루는 반응기 입구(11)에서 공급되는 유속에 의한 모멘텀으로 자체회전과 교반이 동시에 이루어지도록 구현된다.       First, in the water treatment apparatus in which the nanotube type photocatalyst immobilized on the titanium support according to the present invention rotates, the mesh type titanium immobilized with the photocatalyst 15 is mounted on the rotation axis 13 at the center of the photocatalytic reactor 1, (Rotation plate) 14 installed at the lower part of the reactor 13 and the momentum due to the flow rate supplied from the reactor inlet 11 perpendicular to the fluid in which the pollutant is dissolved.

이를 위해, 본 발명에 따른 티타늄 지지체에 고정화된 나노튜브형 광촉매가 자체 회전하는 수처리장치는, 메쉬형태의 금속 티타늄 지지체 표면이 양극산화되어 일체화된 나노튜브 티타니아가 형성된 광촉매(15)와; 상기 광촉매(15)의 반응에 필요한 6가 크롬 및 수소이온농도가 조절된 수용액이 저장되는 수조(2)와; 원통형상을 갖는 하우징(10) 및 덮개(16)를 포함하며 이루어져, 그 내부에 상기 광촉매(15)가 회전수단을 매개로 자체 회전이 가능한 상태로 설치되며, 하우징(10) 일측의 상.하부에 각각 구비된 반응기 출구(12) 및 반응기 입구(11)를 통해 상기 수조(2)와 연결된 광반응기(1) 및; 상기 광반응기(1) 측에 자외선을 조사하여 자외선과 광촉매(15)가 반응하면서 6가 크롬이 환원처리 되도록 하는 광원부(7) 등을 포함하여 구성된다.      To this end, the water treatment apparatus in which the nanotube type photocatalyst immobilized on the titanium support according to the present invention rotates itself comprises: a photocatalyst 15 on which the nanotube titania is formed by the anodic oxidation of the surface of the metal titanium support in mesh form; A water tank (2) storing an aqueous solution in which hexavalent chromium and hydrogen ion concentrations necessary for the reaction of the photocatalyst (15) are stored; The photocatalyst 15 is installed inside the housing 10 in such a manner that the photocatalyst 15 can rotate by itself. The housing 10 has a cylindrical shape and a lid 16, (1) connected to the water tank (2) through a reactor outlet (12) and a reactor inlet (11), respectively; And a light source unit 7 for irradiating ultraviolet rays to the photocatalyst 1 and allowing the ultraviolet rays to react with the photocatalyst 15 to reduce hexavalent chromium.

또, 상기 수조(2) 측에는 냉각수의 순환을 통해 상기 수조 내 수용액의 온도를 유지하기 위한 온도조절부(3)가 추가로 연결 설치되어 구성된다.      In addition, the water tank (2) side is configured to be further connected to the temperature control unit (3) for maintaining the temperature of the aqueous solution in the water tank through the circulation of the cooling water.

본 발명은 광촉매 산화물인 티타니아를 금속 지지체의 표면에 고정화시켜 일체화하되, 티타니아가 튜브의 형상으로 지지체의 표면에 밀집하여 생성 결합되도록 함에 기술적 특징이 있으며, 메쉬형 광촉매(15)를 자체회전 및 교반시켜 이용함으로써 효율이 우수한 반응장치를 만들 수 있게 되는바, 우선 튜브형 광촉매에 대하여 살펴보면 다음과 같다.      The present invention is characterized in that titania, which is a photocatalyst oxide, is immobilized on a surface of a metal support to integrate the same, and the titania is densely formed on the surface of a support in the form of a tube to form a bond. And thus a reaction device having excellent efficiency can be made. First, a tubular photocatalyst will be described as follows.

상기 광촉매(15)는, 양극산화 반응을 통하여 광촉매 물질인 튜브형 티타니아가 지지체로서의 금속 티타늄(Ti) 표면에 일체형으로 생성 결합된 구조이다. 이때, 각 티타니아 튜브의 중공축은 지지체 표면과 직각을 이루게 되면서 외부를 향하여 개방된다. 즉, 본 발명의 일체형 광촉매는, 금속 지지체의 표면에 전이금속 산화물층인 티타니아 튜브들이 밀집 배열된 상태로 적층 결합된 구조로서, 수용액의 조건에 따라 산화 또는 환원 반응을 일으킬 수 있게 된다.      The photocatalyst 15 is a structure in which tubular titania as a photocatalyst material is integrally bonded to the surface of metallic titanium (Ti) as a support through an anodic oxidation reaction. At this time, the hollow shaft of each titania tube is opened to the outside while being perpendicular to the surface of the support. That is, the integrated photocatalyst of the present invention is a structure in which titania tubes, which are transition metal oxide layers, are laminated on a surface of a metal support in a densely packed state, and oxidation or reduction reaction can be caused according to conditions of an aqueous solution.

상기와 같은 본 발명의 광촉매가 고정화된 자체회전형 광반응장치에 있어서, 메쉬형 광촉매는, 티타늄 등과 같은 전도성 금속 지지체를 세제로 세척하는 단계와; 불화암모늄(NH4F), 물(H2O) 및 에틸렌글리콜(C2H6O2) 혼합전해질 내에서 구리 또는 철 코일 또는 포일을 상대 전극인 음극으로 하여 양극인 티타늄 메쉬 표면을 산화시키는 단계와; 분위기 가스와 처리온도의 조절이 가능한 로(furnance)에서 산화 대상인 지지체의 단위 표면적당 산소를 분당 350~450 ml씩 공급하면서 400~500℃에서 열처리하는 단계 등의 순차적 과정들에 의해 제조된다.In the self-rotation type photoreaction device of the present invention, the mesh type photocatalyst may include a step of washing a conductive metal support, such as titanium, with a detergent; A copper or iron coil or foil is used as a counter electrode in a mixed electrolyte of ammonium fluoride (NH 4 F), water (H 2 O) and ethylene glycol (C 2 H 6 O 2 ) ; And a step of heat-treating at 400 to 500 ° C. while supplying oxygen per unit surface area of the support to be oxidized in an amount of 350 to 450 ml per minute in a furnace capable of controlling the atmospheric gas and the treatment temperature.

상기와 같은 본 발명 일체형 광촉매를 제조하는 각 단계를 자세히 살펴보면, 지지체를 탈지처리하게 되는 세척 단계에서는 지지체의 표면에 묻어있는 기름이나 각종 오염물이 분리 제거되는바, 일반 세제를 사용할 수도 있고, 증기 탈지나 용제 또는 알카리 세정 등 그 외의 다양한 방법들이 적용될 수도 있다.      As described above, the steps of manufacturing the integrated photocatalyst according to the present invention will be described in detail. In the cleaning step in which the support is degreased, the oil and various contaminants deposited on the surface of the support are separated and removed. Various other methods such as washing with solvent or alkali may be applied.

상기 양극 산화를 위한 전해질은, 총 전해질 100중량부에 대하여 1 내지 3 중량부의 불화암모늄(NH4F)과 2 내지 4 중량부의 물(H2O) 및 93 내지 97 중량부의 에틸렌글리콜(C2H6O2)로 이루어진 혼합 전해질에서 구리 또는 철을 상대전극인 음극으로 하여 양극인 메쉬형태의 티타늄 지지체를 산화시키는 과정에 의해 이루어진다.The electrolyte for the anodic oxidation may include 1 to 3 parts by weight of ammonium fluoride (NH 4 F), 2 to 4 parts by weight of water (H 2 O) and 93 to 97 parts by weight of ethylene glycol (C 2 H 6 O 2 ) is oxidized by using copper or iron as a counter electrode as a negative electrode to oxidize the titanium support in the form of a mesh.

이때, 불화암모늄의 함량이 1 중량부에 미치지 못하면 튜브형 산화막의 형성이 어렵게 되고, 3 중량부를 초과하면 튜브형 산화막이 불균일한 형태로 변형되고 만다. 또 물의 함량이 2 중량부에 미치지 못하면 불화암모늄 용해가 어렵게 되고 4 중량부를 초과하면 전해질의 점도가 낮아져 양극산화의 속도가 변할 수 있다. 그리고 에틸렌글리콜의 경우 93 중량부에 미치지 못하면 산화물의 에칭속도가 빨라지게 되고 97 중량부를 초과하면 긴 산화물 형태의 튜브생성이 어렵게 된다.      At this time, if the content of ammonium fluoride is less than 1 part by weight, it is difficult to form a tubular oxide film, and when it exceeds 3 parts by weight, the tubular oxide film is deformed into a non-uniform form. In addition, if the water content is less than 2 parts by weight, ammonium fluoride is difficult to dissolve. When the content is more than 4 parts by weight, the viscosity of the electrolyte may be lowered, thereby changing the rate of anodization. If ethylene glycol is less than 93 parts by weight, the etching rate of the oxide is increased, and if it exceeds 97 parts by weight, it is difficult to form a long oxide tube.

양극 산화단계에서 두 전극에 인가되는 전압을 45~55V 범위로 하는 것이 적합한데, 전압이 45V에 미치지 못하면 산화물의 생성이 불규칙해지고, 55V를 초과하게 되면 산화물층의 탈리가 초래되기 때문으로서, 양극 산화에 소요되는 시간은 대략 0.5시간 정도 소용된다. 또한, 상기 양극 산화 후에 실시되는 열처리는, 양극 산화에 의해 형성된 무정형의 산화물층을 아나타제 구조로 결정화하기 위한 과정으로서, 열처리 온도가 400℃에 미치지 못하면 아나타제 구조로의 결정화가 어려우며, 500℃를 초과하는 경우에는 루타일 구조가 생성될 수 있다. 이와 같이 열처리온도에 의해 생성된 결정은 오염물질 처리효율을 좌우하며 아나타제 구조의 결정이 주로 존재시 6가 크롬환원 환원효율이 우수하다.       In the anodic oxidation step, it is appropriate to set the voltage applied to the two electrodes in the range of 45 to 55 V. When the voltage does not reach 45 V, the generation of oxide becomes irregular, and when the voltage exceeds 55 V, the oxide layer is desorbed. The time required for oxidation is about 0.5 hours. In addition, the heat treatment performed after the anodic oxidation is a process for crystallizing the amorphous oxide layer formed by the anodic oxidation into an anatase structure, and if the heat treatment temperature is less than 400 ° C., crystallization into the anatase structure is difficult and exceeds 500 ° C. In this case, a rutile structure may be generated. As such, the crystals produced by the heat treatment temperature influence the treatment efficiency of pollutants, and the hexavalent chromium reduction reduction efficiency is excellent when the crystals of the anatase structure are present.

이때, 열처리 시 산화분위기를 형성시키기 위하여 공급되는 지지체의 단위 표면적당 산소의 양이 350 ml/min에 미치지 못하면 산화물층이 형성되는 시간이 길어지게 됨은 물론, 산화물층이 불안정하게 형성될 수가 있고, 450 ml/min를 초과하는 경우에는 그 이상의 효과를 볼 수 없다. 그리고, 열처리 시간의 경우에는, 산소 공급량, 열처리 온도, 지지체의 표면적 등에 따라 변화하게 되는바, 대체적으로는 1~3 시간 정도 소요된다.      At this time, if the amount of oxygen per unit surface area of the support supplied to form the oxidation atmosphere during heat treatment does not reach 350 ml / min, the time for forming the oxide layer may be long, and the oxide layer may be unstable. If the amount exceeds 450 ml / min, no further effect is seen. And, in the case of the heat treatment time, it changes depending on the oxygen supply amount, the heat treatment temperature, the surface area of the support, etc., and generally takes about 1 to 3 hours.

상술한 바와 같은 제조과정을 통해 완성된 나노튜브가 형성된 광촉매(15)를 광반응기(1)에 설치하는 방식에 따라 6가 크롬의 반응효율은 달라지게 된다. 티타니움 메쉬에 의해 제조된 광촉매(15)의 경우 회전축(13)을 중심으로 2 내지 8개의 날개 형태로 설치가 가능하여 회전속도에 따라 6가 크롬의 반응효율을 달리할 수 있다. 이는 동일한 반응기 면적에서 메쉬의 공극을 통과한 빛이 효과적으로 광촉매가 형성된 부분과 접촉을 하여 반응효율이 증가하기 때문이며 회전속도(10 내지 150 rpm)에 따라 변화가 현저하게 나타났다. 회전속도 10 rpm 이하에서는 6가 크롬의 반응시 필요한 광촉매와 빛의 이용이 효과적이지 못하며 90 rpm 이상에서는 반응효율이 95 % 이상으로 높게 나타났다.      The reaction efficiency of hexavalent chromium varies according to the method of installing the photocatalyst 15 having the nanotubes formed through the manufacturing process as described above in the photoreactor 1. In the case of the photocatalyst 15 produced by the titanium mesh, it is possible to install the photocatalyst 15 in the form of two to eight wings around the rotation axis 13, so that the reaction efficiency of hexavalent chromium can be varied depending on the rotation speed. This is because the light passing through the pores of the mesh in the same reactor area effectively contacts the portion where the photocatalyst is formed and the reaction efficiency is increased, and the change is remarkable according to the rotation speed (10 to 150 rpm). At a rotation speed of less than 10 rpm, the use of photocatalyst and light required for the reaction of hexavalent chromium was not effective and the reaction efficiency was more than 95% at 90 rpm or more.

상기와 같은 과정에 의해 적정한 광감응 능력을 보유한 튜브형 산화물층을 티타늄 표면에 생성시킬 수 있게 되는바, 지지체인 티타늄 표면에 형성된 산화물층은 태양광이나 자외선 또는 일부 가시광선을 받아 전자를 발생시키는 역할을 하게 되는 것이다.      Through the above process, it is possible to produce a tubular oxide layer having proper photoresist on the surface of titanium. The oxide layer formed on the surface of titanium as a support generates electrons by receiving sunlight, ultraviolet rays, or some visible light. Will be.

한편, 상기 하우징(10) 및 커버(16)를 포함하여 구성된 광반응기(1) 내부에 구비되는 회전수단은 상기 하우징(10)의 반응기 입구(11) 측에 설치되어 상기 수조(2)로부터 유입되는 수용액을 통해 회전력을 인가받는 임펠러(14), 상기 임펠러(14) 중앙에 수직으로 고정 설치되며 다수 개의 광촉매(15)가 부착 설치되는 회전축(13), 상기 회전축(13)의 상단을 지지하는 회전체 고정부(18)를 포함하여 구성되며, 상기 회전축(13)에는 메쉬형태의 금속 티타늄 지지체 표면에 부착된 광촉매(15)가 대략 2 내지 8개 부착됨과 아울러, 상기 회전축(13)은 대략 10 내지 150[rpm]의 속도로 회전되도록 이루어짐이 바람직하다.      The rotating means provided in the photoreactor 1 including the housing 10 and the cover 16 is installed on the reactor inlet 11 side of the housing 10 and is connected to the inlet A rotating shaft 13 vertically fixed to the center of the impeller 14 and attached with a plurality of photocatalysts 15 mounted thereon and a rotating shaft 13 supporting the upper end of the rotating shaft 13, The rotating shaft 13 is provided with approximately 2 to 8 photocatalysts 15 attached to the surface of a metallic titanium support in the form of a mesh, And is rotated at a speed of 10 to 150 [rpm].

또한, 상기 임펠러(14)의 일정 지점에는 반사테이프(17)가 부착되며, 상기 광반응기(1)의 하우징(10) 측에는 상기 반사테이프(17)의 위치를 검출함에 따라 임펠러(14)의 회전속도를 검출하는 회전속도측정기(6)가 설치되어 구성된다.      In addition, a reflective tape 17 is attached to a predetermined point of the impeller 14, and rotation of the impeller 14 is detected by detecting the position of the reflective tape 17 on the housing 10 side of the photoreactor 1. Rotational speed measuring device 6 for detecting the speed is provided.

그리고, 상기 수조(2)로부터 상기 광반응기(1) 측으로 수용액이 공급되는 유입부 측에는 유량 조절을 위한 펌프(14) 및 유량계(5)가 설치되어 구성되며, 이를 통해 상기 광반응기(1) 측으로 공급되는 유량 조절을 통해 상기 회전수단의 회전속도 및 수리적 체류시간(HRT)를 변화시킬 수 있게 된다.      A pump 14 and a flow meter 5 for controlling the flow rate are provided on the inlet side of the water tank 2 from which the aqueous solution is supplied to the photocatalytic reactor 1, The rotational speed and the hydraulic retention time (HRT) of the rotating means can be changed through the supplied flow rate control.

즉, 상기 광촉매(15)의 회전속도는 상기 광반응기(1) 내부로 유입되는 유체의 속도에 종속되는 바 그 회전속도에 따른 공급유량을 측정하고 광반응기의 유효부피와 공급유량에 따른 수리적 체류시간(Hydraulic retention time, HRT)을 하기의 [계산식 1]을 통해 계산할 수가 있게 된다.
That is, the rotational speed of the photocatalyst 15 is dependent on the velocity of the fluid flowing into the photoreactor 1 to measure the supply flow rate according to the rotational speed and to maintain the hydraulic volume according to the effective volume and supply flow rate of the photoreactor. The hydraulic retention time (HRT) can be calculated by the following [Equation 1].

[계산식 1]      [Equation 1]

HRT = 반응기 유효면적 / 유입유량
HRT = effective area of reactor / flow rate

상기 광촉매(15)가 부착된 회전축(13)은 상기 수조(2)로부터의 공급유량이 증가할 경우 회전속도가 증가하게 되며 공급유량이 감소할 경우 회전속도가 감소하는 비례적인 관계가 있게 되는 반면, 수리적 체류시간(HRT)는 이와 반대의 경향이 나타나는바, 광촉매(15)와 오염물질이 표면에서 반응하기 위한 최적의 체류시간을 찾는 것이 바람직하다.      The rotating shaft 13 to which the photocatalyst 15 is attached has a proportional relationship in which the rotational speed increases when the supply flow rate from the water tank 2 increases and the rotational speed decreases when the supply flow rate decreases (HRT) of the photocatalyst 15 and the optimum retention time for the photocatalyst 15 to react on the surface are desirable.

상술한 바와 같은 본 발명에 따른 티타늄 지지체에 고정화된 나노튜브형 광촉매가 자체 회전하는 수처리장치는, 석영재질로 이루어진 광반응기(1) 내부에 금속 티타늄 메쉬 지지체 표면을 양극 산화하여 자체 성장한 나노튜브형 광촉매(15)가 회전축(13)에 부착되어 내장된 상태에서, 오염물질인 6가 크롬 및 수소이온농도가 조절된 수용액이 저장된 수조(2)로부터의 유체 공급 및 광원부(7)로부터의 자외선 조사에 따라, 광촉매(15)의 위치하여 광화학반응이 일어날 수 있도록 구성되며, 또한 상기 광반응기(1)의 반응기 입구(11)에 공급되는 유체의 유량에 따라 임펠러(14) 측에 전달되는 수리적 모멘텀 변화로 광촉매(15)의 회전속도가 변화될 수 있도록 구성된다.      The water treatment apparatus in which the nanotube type photocatalyst immobilized on the titanium support according to the present invention rotates itself comprises a nanotube type photocatalyst which is self-grown by anodizing the surface of the metal titanium mesh support in the quartz optical reactor (1) 15) is attached to the rotating shaft (13) and embedded therein, the fluid supply from the water tank (2) storing the aqueous solution in which the concentration of hexavalent chromium and the hydrogen ion is contaminant is stored, and the irradiation of ultraviolet rays from the light source And the photocatalyst 15 is positioned so that a photochemical reaction can take place and a change in the hydraulic momentum transmitted to the impeller 14 depending on the flow rate of the fluid supplied to the reactor inlet 11 of the photoreactor 1 So that the rotation speed of the photocatalyst 15 can be changed.

이때, 상기 종래의 장치에 적용되는 광촉매는 파우더상태의 TiO2 또는 광활성을 높이기 위해 귀금속(Pt 등)이 포함된 광촉매, 인디움주석산화물(InSn oxide) 또는 불화주석산화물(FSn oxide) 등과 같은 이온전도성 산화막에 TiO2, ZnO, WO3 등의 광촉매 입자가 코팅된 물질인데 비하여, 본 발명의 수처리 장치에서는 회전형 광활성 나노튜브 광촉매(15)가 광반응기(1)에 내장된 상태에서 오염물질이 포함된 수용액이 채워지게 되며, 광원부(7)로부터 빛이 조사되면서 광화학적반응이 진행되게 되는 것이다.At this time, the photocatalyst applied to the conventional apparatus is a photocatalyst including powdered TiO 2 or a photocatalyst containing a noble metal (Pt or the like) to increase photoactivity, an ion such as indium tin oxide (InSn oxide) or tin oxide (FSn oxide) The conductive oxide film is coated with photocatalyst particles such as TiO 2 , ZnO, and WO 3. In contrast, in the water treatment apparatus of the present invention, when the rotatable photoactive nanotube photocatalyst 15 is embedded in the photoreactor 1, And the photochemical reaction proceeds as light is irradiated from the light source unit 7.

그리고, 6가 크롬의 환원 효율은 수용액의 수소이온농도, 초기 6가 크롬 농도, 제조된 고정형 또는 회전형 광촉매의 크기, 열처리 온도별로 상당한 차이가 발생할 수 있는데, 태양광 또는 자외선이 광촉매 표면에 비춰질 때, 광촉매 내 VB준위에 있던 전자가 여기(excited)되어 CB에 전자(e-) 및 VB에 정공(h+)을 연속적으로 발생시키는 전하쌍 발생원(전자공급원, electron donor)의 역할을 하게 되는바, 이 때 하기의 식과 같이 물의 정공과 반응하여 산소로 산화되고, 전자와의 반응으로 독성이 강한 6가 크롬은 독성이 약한 3가 크롬으로 환원될 수 있는 것이다.The reduction efficiency of hexavalent chromium may vary considerably depending on the hydrogen ion concentration of the aqueous solution, the initial hexavalent chromium concentration, the size of the fixed or rotatable photocatalyst produced, and the heat treatment temperature. However, sunlight or ultraviolet light is reflected on the surface of the photocatalyst The electrons in the VB state in the photocatalyst are excited to serve as a charge pair source (electron donor) that continuously generates electron (e - ) and hole (h + ) in CB At this time, as shown in the following equation, hexavalent chromium, which is reacted with holes of water to be oxidized to oxygen and is highly toxic by the reaction with electrons, can be reduced to trivalent chromium with a low toxicity.

[화학식 1]      [Chemical Formula 1]

TiO2 (빛)→ e-+h+ TiO 2 (light) → e - + h +

[화학식 2]      (2)

CrO4 2-+8H++3e-→ Cr3++4H2OCrO 4 2- + 8H + + 3e - ? Cr 3+ + 4H 2 O

[화학식 3]      (3)

2H2O→O2+4H++4e- 2H 2 O - > O 2 + 4H + + 4e -

[화학식 4]      [Chemical Formula 4]

4CrO4 2-+20H+→4Cr3++10H2O+3O2
4CrO 4 2- + 20H + → 4Cr 3+ + 10H 2 O + 3O 2

이어, 상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 작용에 대해 도를 참조하여 설명하면 다음과 같다.      Next, the operation of the present invention as described above will be described with reference to the drawings.

상술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 티타늄 지지체에 고정화된 나노튜브형 광촉매가 자체 회전하는 수처리장치의 작용 효과에 대해 다음의 실시예들을 통해 살펴보면 다음과 같다.
The nanotubular-type photocatalyst immobilized on the titanium support according to the present invention constructed as described above will have the following advantages over the self-rotating water treatment apparatus.

실시예 1Example 1

메쉬형 티타늄(Ti, 10cm x 10cm, 공극율 20%)에 혼합전해질(0.3M NH3F+2% H2O+Ethylene glycol)을 이용하여 50 V에서 양극산화(전해질 온도 25℃ 유지)한 후 산소 분위기 400 ㎖/min에서 2시간 450℃ 열처리한 나노튜브형 TiO2가 자체성장한 광촉매를 표면을 전자현미경(SEM)으로 분석한 결과는 도 3에 도시된 바와 같다. Mesh titanium Electrolyte (0.3M NH 3 F + H 2 O + 2% Ethylene glycol) oxide in the positive electrode 5 0 V used (maintaining the electrolyte temperature 25 ℃) in (Ti, 10cm x 10cm, porosity 20%) a FIG. 3 shows the result of analyzing the surface of the photocatalyst of nanotubular TiO 2 self-grown at 450 ° C. for 2 hours at 400 ml / min in an oxygen atmosphere, by the electron microscope (SEM).

양극산화된 티타늄 메쉬상에 전반적으로 균일한 나노튜브 TiO2가 형성된 것을 확인하기 위하여 5부분(A~E)으로 구분한 후 각각을 전자현미경으로 분석한 결과에서 볼 수 있듯이 메쉬형 티나늄상에 나노튜브 형태의 TiO2가 균일한 배열로 자체 성장되어 있으며 직경은 약 55~60nm, 두께는 약 10~20nm, 길이는 약 6.5~7.0um의 특징으로 보이고 있다.In order to confirm that the uniform nanotubes TiO 2 are formed on the anodized titanium mesh, it is divided into five parts (A to E) and then analyzed by electron microscope. The tube-shaped TiO 2 is self-growing in a uniform arrangement and has a diameter of about 55 to 60 nm, a thickness of about 10 to 20 nm, and a length of about 6.5 to 7.0 μm.

도 4는 상기의 제조된 나노튜브 TiO2 표면의 X선 회절분석(XRD) 결과로서, 양극산화된 티타늄 메쉬를 상중하 3부분(I~III)으로 구분하여 각각을 분석한 결과 TiO2 고유결정 구조인 아나타제(anatase)가 검출되었으며 티타늄 금속(Ti)도 함께 검출되는 것을 알 수 있다.Figure 4 is an X-ray diffraction (XRD) results of the nanotubes TiO2 surface preparation of the above, the resulting TiO 2 unique crystal structure was analyzed and each separated by sangjungha three portions (I ~ III) an anodized titanium mesh Anatase was detected and titanium metal (Ti) was also detected.

또, 도 5는 제조된 상기의 나노튜브 TiO2 표면의 제타 포텐셜(zeta potential)을 측정한 결과로서, 나노튜브 TiO2 광촉매 표면의 제타 포텐셜 값은 수용액의 pH가 산성의 조건 특히 3인 경우 양의 값(positive charge)을 가지며 pH 5~9인 경우 음의 값(negative charge)을 갖는 것으로 나타났다. In addition, Figure 5 when a measurement of the zeta potential (zeta potential) of the nanotube TiO 2 surface of the produced the result, nanotube TiO 2 zeta potential value of the photocatalytic surface is the pH of the aqueous solution in particular three conditions of the acid amount (Positive charge) and a negative charge (pH 5 ~ 9).

이와 같이 수용액과 접하는 나노튜브 광촉매의 표면이 수소이온농도(pH) 값이 낮은 산성조건에서 양의 값을 가지며 수중에서 음이온 상태(HCrO4 -/CrO4 2-, pKa=6.5)로 존재하는 6가 크롬은 전기적 친화력(electrostatic attraction)이 증가하여 환원반응시 효율이 증가하는 것으로 알려져 있고 이와 반대로 pH가 증가할 경우 음이온 상태의 6가 크롬과 표면전하가 음의 값으로 존재하는 광촉매의 특성상 전기적 반발력(electrostatic repulsion)이 반응효율을 감소시키는 것으로 알려져 있어 본 발명에서도 반응시 조건 설정에 있어 pH 3을 유지하도록 하였다.
Thus, the surface of the nanotube photocatalyst in contact with the aqueous solution has a positive value in the acidic condition where the pH value is low and exists in the anion state (HCrO 4 - / CrO 4 2- , pK a = 6.5) in water It is known that hexavalent chromium increases the efficiency of reduction reaction by increasing the electrostatic attraction. On the other hand, when the pH is increased, the characteristic of the photocatalyst having a negative value of hexavalent chromium and surface charge in the negative ion state, Since the electrostatic repulsion is known to reduce the reaction efficiency, the present invention maintains pH 3 in the reaction condition setting.

실시예 2Example 2

도 6은 본 발명에 따른 수처리장치의 광반응기 측으로의 공급유량에 따른 회전속도 및 체류시간의 상관관계를 요약한 실시예이다.      FIG. 6 is a view illustrating the relationship between the rotation speed and the residence time according to the supply flow rate to the photoreactor side of the water treatment apparatus according to the present invention.

1개당 10cm2 (2cm x 5cm) 면적의 광촉매 4개를 회전축에 고정한 후 펌프를 통하여 물의 유량을 달리하면 회전판에 가해지는 유체의 모멘텀을 달리할 수 있고 이에 따라 광반응기 내부에서의 체류시간(HRT)에 변화를 줄 수 있다. If the flow rate of the water through the pump after fixing four photocatalysts of 10 cm 2 (2 cm x 5 cm) per one is fixed on the rotating shaft, the momentum of the fluid applied to the rotating plate can be changed, ). ≪ / RTI >

도 6의 결과에서 볼 수 있듯이 메쉬의 회전속도가 10 내지 150 rpm으로 변화함에 따라 물의 공급유량은 1.12 내지 2.84 L/min까지 나타나며 상기 [계산식 1]에 의해 광반응기에서의 수리적 체류시간(HRT)은 약 6 내지 16초까지 차이를 나타낸다.       As can be seen from the results of FIG. 6, as the rotation speed of the mesh changes from 10 to 150 rpm, the water supply flow rate is from 1.12 to 2.84 L / min, and the water retention time (HRT) Shows a difference of about 6 to 16 seconds.

즉, 상기 광촉매의 회전속도가 낮을 경우 광반응기 내부에서의 물의 체류시간(HRT)은 증가하게 되며, 이와 반대로 회전속도가 높을 경우 물의 체류시간은 감소하는 경향을 볼 수 있으므로, 용도에 따라 체류시간 또는 회전속도에 따른 물과 오염물의 혼합을 조절할 수가 있게 된다.      That is, when the rotation speed of the photocatalyst is low, the residence time (HRT) of water in the photoreactor is increased. On the contrary, when the rotation speed is high, the residence time of the water tends to decrease. Or the mixing of water and contaminants according to the rotation speed can be controlled.

실시예 3Example 3

도 7는 상술한 실시예 2에서 기술한 반응장치의 수리적 조건하에서 대상물질로 6가 크롬(Cr(VI)) 2 mg/L를 초기농도로 자외선을 반응기에 조사하여 광화학반응을 실시한 결과이다.       FIG. 7 is a result of photochemical reaction by irradiating ultraviolet rays at an initial concentration of 2 mg / L of hexavalent chromium (Cr (VI)) as a target material under the conditions of the reaction apparatus described in Example 2 described above.

상기의 실시예 1에서 기술한 바와 같이 6가 크롬의 환원반응을 유도하기 위하여 용액의 수소이온농도(pH)는 3으로 맞추었고 다양한 회전속도 (10~150 rpm)에서 각각 4시간(240분)의 광화학반응을 실시하였다.       As described in Example 1 above, the hydrogen ion concentration (pH) of the solution was adjusted to 3 to induce the reduction reaction of hexavalent chromium. The hydrogen ion concentration (pH) of the solution was adjusted to 3, Photochemical reactions were carried out.

그 결과, 회전속도가 증가하면서 6가 크롬의 환원효율이 증가함을 보였고 90 rpm 또는 그 이상의 조건에서 높은 효율(95% 이상)을 보였다.       As a result, the reduction efficiency of hexavalent chromium increased with increasing rotational speed and showed high efficiency (over 95%) at 90 rpm or higher.

본 결과를 통하여, 회전속도가 증가함에 따라 반응기내에 혼합이 균일하게 이루어짐과 동시에 메쉬에 형성된 나노튜브 TiO2과 자외선과 반응이 효과적으로 이루어지는 조건임을 알 수 있고 낮은 회전속도(90 rpm 미만)에서는 상대적으로 환원효율이 낮음을 알 수 있었다. From these results, it can be seen that the mixing is uniform in the reactor as the rotation speed increases, and that the nanotube TiO 2 formed on the mesh reacts with the ultraviolet ray effectively. When the rotation speed is lower than 90 rpm, The reduction efficiency was low.

또한, 120~150 rpm에서는 90 rpm의 회전속도에서 반응보다 6가 크롬의 환원효율이 다소 낮을 결과를 보였으며 이는 혼합 및 자외선과 광촉매와의 반응에는 문제가 없으나 높은 회전속도에 따른 짧은 체류시간(HRT)으로 기인한 결과로 판단된다.
Also, at 120 ~ 150 rpm, the reduction efficiency of hexavalent chromium was slightly lower than that at 90 rpm, which is not a problem for mixing and reacting with ultraviolet light and photocatalyst. However, HRT).

실시예 4Example 4

도 8 은 상기의 실시예 3의 조건 중 6가 크롬 환원효율이 가장 높은 회전속도이 90rpm 하에서 나노튜브 TiO2 형성된 메쉬의 갯수를 달리하여 광화학반응을 실시한 결과이다. FIG. 8 shows the result of photochemical reaction in which the number of nanotubes TiO 2 formed meshes at different rotational ratios of 90 rpm, where the hexavalent chromium reduction efficiency is highest, among the conditions of Example 3.

상기의 반응조건과 모든 조건이 동일하며 회전축에 TiO2 메쉬의 개수가 2~8개를 부착함에 따라 TiO2 광촉매의 양과 자외선과 반응하는 면적이 증가한다. As the reaction condition is the same as all the conditions, the amount of TiO 2 photocatalyst and the area of reacting with ultraviolet light increases as 2 ~ 8 number of TiO 2 meshes are attached to the rotating shaft.

즉, TiO2 메쉬 4개를 부착한 상기의 실시에서 보다 TiO2 광촉매의 양은 약 0.5~2배의 차이를 보일 수 있다.       That is, the amount of the TiO2 photocatalyst may be about 0.5 to 2 times larger than in the above-described embodiment in which four TiO2 meshes are attached.

도 8의 결과에서 볼 수 있듯이 2개의 TiO2 메쉬에서는 6가 크롬의 환원율이 현저히 감소됨을 볼 수 있고, TiO2 메쉬가 증가함에 따라 반응속도가 빨라지며 8개의 TiO2 메쉬를 이용한 경우 최종 2시간이내에 6가 크롬이 효과적으로 처리됨을 관찰할 수 있으며, 또한 반응기의 규모가 커질 경우 이에 따른 회전축의 직경이 커질 수 있어 넓은 유효면적의 TiO2 메쉬를 설치하여 효율을 증대할 수 있다고 판단된다.
As shown in the results of Figure 8 when the two TiO 2 mesh 6 that becomes the reduction rate of chromium significantly can see the decrease, the reaction rate is fast, as TiO 2, the mesh is increased by the 8 TiO 2 mesh final 2 hours And the diameter of the rotating shaft can be increased when the scale of the reactor is enlarged. Thus, it is considered that the efficiency can be increased by installing the TiO 2 mesh having a wide effective area.

한편, 본 발명에서 기재된 내용과 다른 변형된 실시예들이 돌출 된다고 하더라도 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안되며, 본 발명에 첨부된 청구범위 내에 속하게 됨은 물론이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the scope of the appended claims.

1. 광반응기, 10. 하우징,
11. 반응기 입구, 12. 반응기 출구,
13. 회전축, 14. 임펠러,
15. 광촉매, 16. 커버,
17. 반사테이프, 18. 회전체 고정부,
2. 수조, 3. 온도조절부,
4. 펌프, 5. 유량계,
6. 회전속도측정기, 7. 광원부.
Photoreactor, 10. housing,
11. reactor inlet, 12. reactor outlet,
13. axis of rotation, 14. impeller,
15. Photocatalyst, 16. Cover,
17. Reflective tape, 18. Rotor fixing part,
2. Water tank, 3. Temperature control unit,
4. pump, 5. flow meter,
6. Rotation speed meter, 7. Light source.

Claims (6)

일측면의 상.하부 측에 유출관로 및 유입관로가 각각 연결되며, 상부가 개방된 원통형상의 하우징(10)을 포함하는 광반응기(1)와;
상기 하우징(10)의 내부에 회전수단을 매개로 회전가능하게 설치되되, 메쉬형태의 금속 티타늄 지지체 표면이 양극산화되어 일체화된 나노튜브 티타니아가 형성된 광촉매(15)와;
상기 광촉매(15)의 반응에 필요한 6가 크롬 및 수소이온농도가 조절된 수용액이 저장되어 상기 유출관로 및 유입관로를 통해 하우징에 연결되는 수조(2)와;
상기 광반응기(1) 측에 자외선을 조사하여 자외선과 광촉매(15)가 반응하면서 6가 크롬이 환원처리 되도록 하는 광원부(7)를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 티타늄 지지체에 고정화된 나노튜브형 광촉매가 자체 회전하는 수처리장치.
An optical reactor (1) including an outlet pipe path and an inlet pipe connected to upper and lower sides of one side, respectively, and including a cylindrical housing 10 having an open top;
A photocatalyst 15 which is rotatably installed inside the housing 10 by means of a rotating means, wherein the surface of the metal titanium support in the form of a mesh is anodized to form an integrated nanotube titania;
A water tank 2 storing an aqueous solution having a controlled concentration of hexavalent chromium and hydrogen ions necessary for the reaction of the photocatalyst 15 and connected to the housing through the outflow conduit and the inflow conduit;
The nanotube-type photocatalyst immobilized on the titanium support, comprising a light source unit 7 for irradiating ultraviolet light to the photoreactor 1 and reacting the ultraviolet light with the photocatalyst 15 to reduce hexavalent chromium. Self-rotating water treatment device.
제 1항에 있어서,
상기 광반응기(1)에 구비되는 회전수단은,
상기 하우징(10)의 반응기 입구(11) 측에 설치되어 상기 수조(2)로부터 유입되는 수용액을 통해 회전력을 인가받는 임펠러(14)와,
상기 임펠러(14) 중앙에 수직으로 고정 설치되며 다수 개의 광촉매(15)가 부착 설치되는 회전축(13) 및,
상기 회전축(13)의 상단을 지지하는 회전체 고정부(18)로 구성됨을 특징으로 하는 티타늄 지지체에 고정화된 나노튜브형 광촉매가 자체 회전하는 수처리장치.
The method of claim 1,
Rotating means provided in the photoreactor 1,
An impeller 14 installed at the reactor inlet 11 side of the housing 10 and receiving rotational force through an aqueous solution flowing from the water tank 2;
A rotary shaft 13 fixedly installed at the center of the impeller 14 and having a plurality of photocatalysts 15 attached thereto;
The nanotube type photocatalyst immobilized on the titanium support is self-rotating water treatment apparatus, characterized in that consisting of a rotating body fixing part (18) for supporting the upper end of the rotating shaft (13).
제 2항에 있어서,
상기 회전축(13)에는 메쉬형태의 금속 티타늄 지지체 표면에 부착된 광촉매가 2 내지 8개 설치되는 것을 특징으로 하는 티타늄 지지체에 고정화된 나노튜브형 광촉매가 자체 회전하는 수처리장치.
3. The method of claim 2,
Wherein the rotating shaft (13) is provided with 2 to 8 photocatalysts attached to the surface of a metallic titanium support in the form of a mesh, wherein the nanotubular photocatalyst immobilized on the titanium support rotates by itself.
제 2항에 있어서,
상기 임펠러(14)의 일정 지점에는 반사테이프(17)가 부착됨과 아울러, 광반응기(1)의 하우징(10) 측에는 회전속도측정기(6)가 설치되어, 이를 매개로 상기 회전축(13)에 부착된 광촉매(15)의 회전속도를 검출하도록 구성됨을 특징으로 하는 티타늄 지지체에 고정화된 나노튜브형 광촉매가 자체 회전하는 수처리장치.
3. The method of claim 2,
A reflective tape 17 is attached to a certain point of the impeller 14, and a rotation speed measuring device 6 is installed at the housing 10 side of the photoreactor 1, and is attached to the rotation shaft 13 through this. Water treatment apparatus for self-rotating nanotube-type photocatalyst immobilized on a titanium support, characterized in that configured to detect the rotational speed of the photocatalyst 15.
제 1항에 있어서,
상기 수조(2)로부터 광반응기(1) 측으로 수용액이 공급되는 유입부 측에는 유량 조절을 위한 펌프(14) 및 유량계(5)가 구비되어, 상기 광반응기(1) 측으로 공급되는 유량 조절을 통해 상기 회전수단의 회전속도 및 수리적 체류시간(HRT)를 변화시킬 수 있도록 이루어진 것을 특징으로 하는 티타늄 지지체에 고정화된 나노튜브형 광촉매가 자체 회전하는 수처리장치.
The method of claim 1,
A pump 14 and a flow meter 5 for controlling the flow rate are provided on the inlet side of the water tank 2 from which the aqueous solution is supplied to the photoreactor 1, Wherein the rotating speed of the rotating means and the HRT are changed. The water treatment apparatus of claim 1, wherein the nanotubular photocatalyst is immobilized on the titanium support.
제 1항에 있어서,
상기 수조(2) 측에는 냉각수의 순환을 통해 수용액의 온도를 유지하기 위한 온도조절부(3)가 연결 설치됨을 특징으로 하는 티타늄 지지체에 고정화된 나노튜브형 광촉매가 자체 회전하는 수처리장치.
The method of claim 1,
Wherein the nanotube type photocatalyst immobilized on the titanium support rotates by itself, wherein a temperature regulating part (3) is connected to the water tank (2) side to maintain the temperature of the aqueous solution through the circulation of the cooling water.
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