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Clean Technology, Vol.18, No.4, 419-425, December, 2012
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Photocatalysis of Sub-ppm-level Isopropyl Alcohol by Plug-flow Reactor Coated with Nonmetal Elements Irradiated with Visible Light
Wan-Kuen Jo†
  • Department of Environmental Engineering, Kyungpook National University, 1370 Sankeok-dong, Buk-gu, Daegu 702-701, Korea
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초록
본 연구는 황 원소와 질소 원소가 도핑된 이산화티타늄의 특성을 조사하고 8-와트(W) 일반 램프와 가시광선 영역의 발광 다이오드 조사 조건에서 낮은 농도수준의 가스상 이소프로필 알코올(isopropyl alcohol, IPA)의 광촉매적 분해능에 대하여 조사하였다. 또한, 이소프로필 알코올의 광촉매 분해시 발생되는 아세톤의 생성에 대해서도 조사하였다. 황 원소와 질소 원소가 도핑된 이산화티타늄의 표면 조사결과, 두 촉매들은 가시광선 조사(visible light-emitting-diodes, LEDs)에 의해 효율적으로 활성화될 수 있는 것으로 나타났다. 두 촉매 모두에 대하여, 공기 유량이 감소함에 따라 이소프로필 알코올의 제거 효율이 증가하는 것으로 나타났다. 황 도핑 촉매의 경우, 유량이 0.1 L min^(-1)일 때 이소프로필 알코올 제거효율이 거의 100%로 나타난 반면에 유량이 2.0 L min^(-1)일 때 이소프로필 알코올 제거효율은 39%로 나타났다. 질소 도핑 촉매의 경우에는, 유량이 0.1 L min^(-1)일 때 이소프로필 알코올 제거효율이 거의 100%로 나타난 반면에 유량이 2.0 L min-1일 때 이소프로필 알코올 제거효율은 90% 이상으로 나타났다. 이소프로필 알코올 제거 효율과는 달리, 유량 감소에 따라 아세톤 생성율은 감소하는 것으로 나타났다. 결과적으로, 아세톤 생성을 최소화하고 이소프로필 알코올 제거 효율을 높이기 위해서는 질소 도핑 촉매를 낮은 유량 조건에서 작동시키는 것이 나은 것으로 나타났다. 또한, 이소프로필 알코올 제거를 위해 가시광선 조사 발광 다이오드보다 8-와트 일반램프가 효율적인 것으로 나타났다.
This work explored the characteristics and the photocatalytic activities of S element-doped TiO2 (S-TiO2) and N element-doped TiO2 (N-TiO2) for the decomposition of gas-phase isopropyl alcohol (IPA) at sub-ppm concentrations, using a plug-flow reactor irradiated by 8-W daylight lamp or visible light-emitting-diodes (LEDs). In addition, the generation yield of acetone during photocatalytic processes for IPA at sub-ppm levels was examined. The surface characteristics of prepared S- and N-TiO2 photocatalysts were analyzed to indicate that they could be effectively activated by visible-light irradiation. Regarding both types of photocatalysts, the cleaning efficiency of IPA increased as the air flow rate (AFR) was decreased. The average cleaning efficiency determined via the S-TiO2 system for the AFR of 2.0 L min^(-1) was 39%, whereas it was close to 100% for the AFR of 0.1 L min^(-1). Regarding the N-TiO2 system, the average cleaning efficiency for the AFR of 2.0 L min^(-1) was above 90%, whereas it was still close to 100% for the AFR of 0.1 L min^(-1). In contrast to the cleaning efficiencies of IPA, both types of photocatalysts revealed a decreasing trend in the generation yields of acetone with decreasing the AFR. Consequently, the N-TiO2 system was preferred for cleaning of sub-ppm IPA to S-TiO2 system and should be operated under low AFR conditions to minimize the acetone generation. In addition, 8-W daylight lamp exhibited higher cleaning efficiency of IPA than for visible LEDs.
Keywords:N-doped;S-doped;Air flow rate;Acetone generation;Light-emitting-diode
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