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광촉매를 이용한 수질 정화 연구

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by

규태 박

on 20 November 2015

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Transcript of 광촉매를 이용한 수질 정화 연구

목차
탐구 설계
문헌 조사
정미애 박규태 서민성 정지수 차재구
낙동고등학교 R&E팀
탐구 결과
활용 방안
구형
광촉매를 이용한 수질 정화 연구
1. 동기 2. 연구목적
3. 문헌조사 4. 탐구설계
5. 탐구결과 6. 결과분석
7. 한계 및 문제점 8. 활용방안
9. 소감
연구 목적
1. 낙동강 수질조사
2. 광촉매를 이용한 수질정화
광촉매의 원리
이산화 티타늄
광촉매 효율에 영향을 미치는 요인
가설 설정
1. 낙동강 수질조사
2. 광촉매를 활용한 수질정화 작용
낙동강 수질조사
육안관찰
DO (용존산소량)
COD (화학적 산소요구량)
탁도측정
pH 측정
광촉매를 이용한 수질정화 작용
광촉매 판 제작
낙동강 수질정화 작용
DO
COD
탁도측정
pH 측정
여과형
한계 및 문제점
1. 낙동강의 제한된 영역에서 강물 소량 채취

2. 기상 상황 → 낙동강의 전반적인 수질 파악에 한계

3. 수치 측정이나 자료 분석에서 오차의 발생 가능성

결과 분석
느낀점 및 배운점
감사합니다!!
녹조 현상이 심한 낙동강 수질을 광촉매를 활용하여 정화
낙동강 물은 증류수에 비하여 DO는 낮고, COD, 탁도는 높을 것이다. 그리고 pH는 7에서 약간 벗어나 있을 것이다.
광촉매의 반응을 일으킨 낙동강 물이 기존의 낙동강 물보다 COD, DO가 개선 될 것이며, 탁도가 낮아져 더 맑아 질 것이다.

1시간동안 정화작용을 한 낙동강물이 30분동안 정화작용을 한 것 보다 COD와 탁도는 더 낮아지고, DO는 높아질 것이다.
광촉매란?
실험에 사용된 광촉매
빛을 에너지원으로 하여 촉매반응을 촉진시켜 각종 세균 및 오염물질을 분해시켜주는 반도체 물질


매장량풍부
내구성, 내산성, 내염기성

산화력이 높음

화학적,생물학적 안정
인체무해
증류수 : 깨끗하며 아무것도 있지 않았다.
낙동강 물 : 육안으로 보아도 초록빛 녹조가 둥둥 떠다녔다.
증류수의 DO : 8
낙동강의 DO : 8
증류수의 COD : 4
낙동강의 COD : 15
증류수의 탁도 : 10.3
낙동강의 탁도 : 77.0
낙동강의 pH : 7.14
증류수의 pH : 6.93
광촉매 정화반응을 30분 동안 행한 후의
DO : 8
광촉매 정화반응을 60분 동안 행한 후의
DO : 8
광촉매 정화반응을
30분 동안 행한 후의
COD : 12
광촉매 정화반응을 60분 동안 행한 후의
COD : 8
광촉매 정화반응을
30분 동안 행한 후의
탁도 : 47.2
광촉매 정화반응을 60분 동안 행한 후의
탁도 : 44.2
광촉매 정화반응을
30분 동안 행한 후의
pH : 6.90
광촉매 정화반응을
60분 동안 행한 후의
pH : 6.81
'광촉매를 활용한 수질 개선' 실험을 통해 LED램프의 시간에 따른 광촉매 효과를 알아볼 수 있었고 시간이 길수록 광촉매를 통한 수질 개선 효과가 더욱 크게 나타나는 것을 알 수 있었다.
'낙동강의 수질조사' 과정을 통하여 낙동강물의 수질이 우리가 예상하였던 대로 좋지 않은 것을 확인할 수 있었으며, 광촉매를 활용한 수질정화 작용이 필요하다는 것을 알 수 있었다.
광촉매판을 acid red 44로 염색시킨다.
1.실험을 진행하는 과정에서 서로 의견을 이야기하고 더 나은 방향으로 연구를 진행하기 위해 서로 토의하는 자세를 배울 수 있었다.

2. 실험을 수행하기 위해 조원들 모두가 친구들의 보조 역할을 자처하면서 협동심과 공동체 의식, 배려심도 기를 수 있었다.

3. 직접 낙동강 물을 채취하는 과정에서 강물의 오염상태를 실질적으로 알게 되면서 환경오염의 심각성과 생태계의 위험성을 절실히 느낄 수 있었다.
취수한 낙동강 물을 현미경으로 관찰하고,
낙동강 물의 DO, COD, 탁도, pH를 측정한다.


1. 비커에 담은 낙동강 물에 이산화 티타늄 판을 넣고 하나는 30분간 다른 하나는 1시간동안 광촉매 반응을 일으키게 한다.

2. 광촉매 반응 후 정화된 정도를 알아보기 위해 앞의 방법과 같이 측정한다.

4. 결정성
빛이 통과하는 재료를 이용하여 구를 만들고 구표면의 50%에 이산화 티타늄을 코팅 시킨 후 애씨드 44를 염색시킨다.

구를 대량으로 제작하여 낙동강의 녹조가 시작되는 부분에 띄운다.
강물을 여과시켜 녹조를 농축 시킬 수 있는 여과기계를 만든다.

그러한 기계를 선박 형식으로 만들거나 선박에 장착시킨다. 녹조가 발생한 지역에 띄우고, 강물을 여과시켜 녹조를 농축 시킨다.
농축 시킨 녹조를 광촉매를 이용해 완전 분해시킨다.
탐구 동기
여러 매체에 의해
지속가능한 사회
의 실현과 환경보전기술이 요즘 각광받는 이슈임을 알게된 와중에 녹조에의한 낙동강의 오염을 접했고,
광촉매를 이용해 낙동강의 수질을 정화 시킬 수 있지 않을까 하는 호기심이 생겨 이 탐구를 하게 되었다.
광촉매의 원리
1 빛을 받으면 전자,정공형성

2 전자,정공 각각 표면으로가 산소,수산기와 결합

3 매우 강력한 산화력가진 하이드록시라디칼, 슈퍼 옥사이드 음이온 생성

4 유기물 산화, 분해
경제적!

뛰어난 분해력!
2차공해 X!
2. 광촉매의 종류
3. 비표면적
1. 빛의파장
광촉매 = 반도체!

밴드갭 에너지 이상의 에너지 필요!

짧은파장 = 고에너지

따라서 광촉매 활성에는 일정한짧기 이상으로 짧은 파장의 빛이 필요!
몇가지 조건을 충족시키는 물질 이어야한다.

1. 빛에 의한 활성이있으며 빛에 의한 부식이 없는 물질

2.빛 이외에는 반응이 일어나지 않는 물질
= 화학적, 생물학적 비활성

광촉매반응 = 반응장소가 촉매표면에 한정
광촉매 활성 = 반응물질의 표면에 대한 흡착 특성에 좌우
광촉매 활성향상
전자와 정공 = 서로 재결합 가능
광촉매의 결정성이 우수
전자와 정공의 표면 확산 부드러움, 재결합 방지 촉진



시키고 나아가 환경을 보전할 수 있는 방안을 찾아본다.
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