the method for total organic ca rbon analysis employing
TRANSCRIPT
![Page 1: The method for total organic ca rbon analysis employing](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022071006/62c887f75280db6717401a46/html5/thumbnails/1.jpg)
320 J. Sens. Sci. Technol. Vol. 30, No. 5, 2021
Journal of Sensor Science and Technology
Vol. 30, No. 5 (2021) pp. 320-325
http://dx.doi.org/10.46670/JSST.2021.30.5.320
pISSN 1225-5475/eISSN 2093-7563
์ด์ฐํํฐํ๋ ๊ด์ด๋งค๋ฅผ ์ด์ฉํ ์ด์ ๊ธฐํ์ ๋ถ์๋ฐฉ๋ฒ
๋ฐ๋ฒ๊ทผ1 ยท ๊น์ฑ๋ฏธ1
ยท ์ด์์ง1 ยท ๋ฐฑ์ข ํ1
ยท ์ ์ ํฌ1,+
The method for total organic carbon analysis employing TiO2 photocatalyst
Buem Keun Park1, Sung Mi Kim
1, Young-Jin Lee
1, Jong-Hoo Paik
1, and Jeong Hee Shin
1,+
Abstract
Biochemical oxygen demand (BOD) and chemical oxygen demand (COD) methods are conventional analytical methods to analyze
water quality. Both of these methods are technically indirect measurement methods, require complicated preconditions, and are time-
consuming. On the other hand, the total organic carbon (TOC) method is a direct and fast measurement method which is more intuitive
and accurate than the BOD and COD methods. However, general TOC analysis methods involve complicated processes and high power
consumption owing to the process of phase transition from liquid to gas by a high-temperature heater. Furthermore, periodic con-
sumables are also required for the removal of inorganic carbon (IC). Titanium dioxide (TiO2) is one of the most suitable photocatalysts
for simple processes. Its usage involves low power consumption because it only reacts with the organic carbon (OC) without the require-
ment of any other reagents and extra processes. We investigated a TiO2 photocatalyst-based TOC analysis for simple and affordable
products. TiO2-coated fiber substrate maintained under carbon included water was exposed to ultraviolet (UV) radiation of wavelength
365 nm. This method is suitable for the real-time monitoring of water pollution because of its fast reaction time. Its linear property is
also sufficient to match the real value.
Keywords : Total organic carbon, TiO2, Photocatalyst, Gas sensors, Spray coating, Water quality analyze.
1. ์ ๋ก
๊ธฐ์กด์ ์์ง ๋ถ์์ ๋ฌผ์์ ์ ๊ธฐ ํํฉ๋ฌผ๋ค์ ๊ฐ๋ณ์ ์ผ๋ก ๋ค
๋ฃจ๊ธฐ ์ด๋ ค์ ์ํํ์ ์ฐ์์๊ตฌ๋ (Biochemical oxygen demand,
BOD), ํํ์ ์ฐ์์๊ตฌ๋ (Chemical oxygen demand, COD)๋ฅผ
ํตํด ์ ๊ธฐ๋ฌผ ํจ๋์ ๊ฐ์ ์ ์ผ๋ก ๋ํ๋ด๊ณ ์๋ค [1,2]. BOD๋
๊ธฐ์กด ์์ง ๋ถ์ ํญ๋ชฉ์์ ๊ฐ์ฅ ๊ธฐ๋ณธ์ ์ธ ๋ฐฉ๋ฒ์ผ๋ก ํธ๊ธฐ์ฑ ๋ฏธ์
๋ฌผ์ด ์ผ์ ๊ธฐ๊ฐ ๋ฌผ์์ ์๋ ์ ๊ธฐ๋ฌผ์ ๋ถํดํ ๋ ์ฌ์ฉํ๋ ์ฐ
์์ ์์ ๊ณ์ฐํ์ฌ ๋ฌผ์ ์ ๊ธฐ๋ฌผ์ ์ ๋ํํ๋ค. BOD์ ๊ฒฝ์ฐ ์
๋ฃ๋ฅผ 5์ผ ๋์ ๋ฐฉ์นํ์ฌ ์ธก์ ํ๊ธฐ์ ๋ง์ ์๊ฐ์ด ์์๋๋ฉฐ ์ด
๋ฐ ๋ฐฉ์์ ์ค์๊ฐ ์์ง ์ค์ผ ๋ถ์์ ์ ํฉํ์ง ์๋ค [3,4]. COD
๋ ๊ธฐ์กด์ BOD์ ๊ฐ์ด ์์ง์ ํ๊ฐํ๋ ์ฃผ์ ํญ๋ชฉ์ผ๋ก ์ฌ์ฉ๋
์๋ค. COD์ ๊ฒฝ์ฐ ๊ฐ์ฐ์ธ ํฉ์ฐ(Sulfuric acid, H2SO4)๊ณผ ์ฐํ
์ ์ธ ๊ณผ๋ง๊ฐ์ฐ์นผ๋ฅจ(Potassium permanganate, KMnO4), ์คํฌ๋กฌ
์ฐ์นผ๋ฅจ(Potassium dichromate, K2Cr2O7)์ ์ฌ์ฉํ์ฌ ๋ฌผ์ ์ฐํ
์ํค๊ณ ์๋น๋๋ ์ฐํ์ ์ ์์ ์ฐ์๋์ผ๋ก ํ์ฐํ๋ ๋ถ์ ๋ฐฉ
๋ฒ์ด๋ค [5]. ์ด๋ฐ ๋ฐฉ์์ ๋ฌผ์์ ํฌํจ๋ ์ ๊ธฐ๋ฌผ์ง์ด ๋ฏธ์๋ฌผ์ ๋
๋ถํด์ฑ์ธ ํน์ฑ์ ๊ฐ์ง๊ฑฐ๋, ์๋ฌผํ์ ์ผ๋ก ์์ ํ ๋ถํด๊ฐ ๊ฐ๋ฅํ
๊ฑฐ๋, ์ ๊ธฐ๋ฌผ์ ์ฑ์ฅ์ด๋ ํ๋์ ๋ฐฉํดํ๋ ๋ฌผ์ง์ ํฌํจํ๋ ๊ฒฝ
์ฐ ์ค์ ๊ฐ๋ณด๋ค ๋ฎ์ ์ธก์ ๊ฐ์ ์ป๊ฒ ๋๋ค. ์ด๋ฌํ ๋ฌธ์ ๋ค๋ก ์ธ
ํด ์ง์ ์ ์ผ๋ก ๋ฌผ์์ ์ ๊ธฐํํฉ๋ฌผ์ ์ธก์ ํ๋ ์ด ์ ๊ธฐํ์ (Total
organic carbon, TOC) ๋ถ์์ ํตํ ๋ฐฉ๋ฒ์ด ๊ธฐ์กด์ ๋ฐฉ๋ฒ๋ค๋ณด๋ค
์์ง ์ค์ผ ๋ถ์์ ๋ ์ ํฉํ ๋ฐฉ์์ด๋ค. ๊ธฐ์กด์ TOC ๋ถ์์ ์ด
ํ์์์ ๋ฌด๊ธฐ๋ฌผ์ ์ ๊ฑฐํ์ฌ ์ธก์ ํ๋ ๊ฐ๊ฐ๋ฒ (Total carbon -
Inorganic carbon, TC โ IC)๊ณผ ์ ๊ฑฐ ๋ถ๊ฐ๋ฅํ ์ ๊ธฐํ์๋ฅผ ์ธก์
ํ๋ ๋น์ ํ์ฑ์ ๊ธฐํ์ (Nonpurgeable organic carbon, NPOC)
์ธก์ ๋ฒ์ด ์๋ค [6]. ์ผ๋ฐ์ ์ผ๋ก ๋ฌด๊ธฐํ์๋ฅผ ์ ์ธํ๊ธฐ ์ํด์๋
์ธ์ฐ(Phosphoric Acid)์ ๊ฐ์ ์ฐ์ ์ฌ์ฉํ์ฌ ์ ๊ฑฐํ๋ค. ๋ํ
TOC ๋ถ์์ ์ํด ์ฌ์ฉํ๋ ์ฅ๋น๋ ๊ณ ์จ์ฐ์๋ฐฉ์, ๊ณ ์จ์ด๋งค์ฐ์
๋ฐฉ์์ผ๋ก ์ด์ฐํํ์(Carbon Dioxide, CO2)๋ฅผ ๋ฐ์์ํค๊ธฐ ๋๋ฌธ
์ 680oC์ด์์ ๊ณ ์จ์ ์ฌ์ฉํ๊ธฐ ๋๋ฌธ์ ๋ง์ ์๋์ง๊ฐ ํ์ํ
๋ค [7]. ์ด๋ฐ ๋ฌธ์ ์ ์ผ๋ก ์ธํด ์์ฉํ ๋์ด ์๋ TOC ๋ถ์๊ธฐ๋ค
์ ๊ฒฝ์ฐ ์ฌ๋ฌ ๋ถ๋ถ์ ํํธ๋ก ๋๋๋ฉฐ ์ด์ ๋ฐ๋ผ ์ฅ๋น์ ์ฌ์ด์ฆ
๊ฐ ์ปค์ง๊ณ ๊ฐ๊ฒฉ์ด ์ฌ๋ผ๊ฐ๋ ๋ฌธ์ ๊ฐ ์๋ค. ๊ทธ๋ฆฌ๊ณ ๋ง์ ์๋์ง๊ฐ
1ํ๊ตญ์ธ๋ผ๋ฏน๊ธฐ์ ์ ์ ์์ตํฉ๋ณธ๋ถ(Electronic Convergence Division,Korea Institute of Ceramic Engineering & Technology), Jinju 52851, Korea+Corresponding author: [email protected]
(Received: Sep. 3, 2021, Revised: Sep. 12, 2021, Accepted: Sep. 15, 2021)
This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative
Commons Attribution Non-Commercial License(https://creativecommons.org/
licenses/by-nc/3.0/) which permits unrestricted non-commercial use, distribution,
and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.
![Page 2: The method for total organic ca rbon analysis employing](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022071006/62c887f75280db6717401a46/html5/thumbnails/2.jpg)
The method for total organic carbon analysis employing TiO2 photocatalyst
321 J. Sens. Sci. Technol. Vol. 30, No. 5, 2021
ํ์ํ๊ธฐ์ ์ค์๊ฐ ๋ชจ๋ํฐ๋ง์ ์ํ ์จ๋ผ์ธ ์ฅ๋น๋ก์์ ๋ฌธ์ ๊ฐ ์๋ค.
์ด๋ฌํ ๋ฌธ์ ์ ์ ํด๊ฒฐํ๊ธฐ ์ํด ์ฌ์ ๊ธฐํ์ ์ด์ฐํํฐํ๋
(Titanium dioxide, TiO2)์ ์ฝํ ํ์ฌ ์์ธ์ (Ultraviolet ray, UV)
์ ์กฐ์ฌํ์ฌ ๊ด์ด๋งค ๋ฐ์(Photocatalyst)์ ํ์ฉํ ์๋ก์ด TOC
๋ถ์ ๋ฐฉ๋ฒ์ ๊ฐ๋ฐํ๋ค [8,9]. ์๋ก์ด TOC ๋ถ์ ๋ฐฉ๋ฒ์ ๊ธฐ์กด์
TOC ๋ถ์ ๋ฐฉ๋ฒ๋ค์ ๊ณผ๋ ๋ค๋ฅด๊ฒ ๋ฌด๊ธฐํ์ ์ ๊ฑฐ๋ฅผ ์ํ ์ฐ ์ฌ
์ฉ๊ณผ ๊ณ ์จ์ ์ฌ์ฉ์ด ๋ถํ์ํ๊ฒ ๋๋ค. ์ด๋ฐ ๋ฐฉ์์ด ๋น ์ง๊ฒ ๋๋ฉด
๊ธฐ์กด์ TOC ๋ถ์ ์ฅ๋น์ ๋นํด ๊ฐ๋จํ ๊ตฌ์กฐ๋ก ๊ตฌ์ฑ์ด ๊ฐ๋ฅํ์ฌ
๋ถํผ๊ฐ ์์ ์ฅ๋น๋ก ์ ์ํ ์ ์๋ค. ๋ํ ๊ธฐ์กด์ ๋ฉฐ์น ์ฉ ๊ฑธ๋ฆฌ
๋ ์์ง ๋ถ์์ ๋น ๋ฅธ ์๊ฐ์ ์ธก์ ์ด ๊ฐ๋ฅํ๊ฒ ๋๋ค. ์ฅ๋น๊ฐ ์
์์ง๊ณ ์๋ชจ ์๋์ง๊ฐ ์์์ง๋ฉฐ ์ธก์ ์๊ฐ์ด ์งง๊ฒ ๋๋ฉด ๊ธฐ์กด์
์ฅ๋น๋ก๋ ๋ถ๊ฐ๋ฅํ ์ค์๊ฐ ์์ง ๋ถ์์ด ๊ฐ๋ฅํ ์ฅ์น๋ก ๊ฐ๋ฐ์ด
๊ฐ๋ฅํ๋ค.
2. ์ฐ๊ตฌ ๋ฐฉ๋ฒ
2.1 ์์ค ์ ๊ธฐํ์ ๋ถ์์ ์ํ CO2 ๋ฐ์์ฉ TiO2 ๊ด
์ด๋งค ๋ฐ์
TOC๋ฅผ ๋ถ์ํ๊ธฐ ์ํด์๋ ๋ฌผ์์ ์ ๊ธฐํ์๋ฅผ CO2 ๊ฐ์ค๋ก ์
ํ์์ผ์ผํ๋ค. CO2 ๊ฐ์ค๋ฐ์์ ์ํด TiO2์ ๊ด์ด๋งค ๋ฐ์์ ์ฌ
์ฉํ๋ค. TiO2๋ ๊ด์ด๋งค๋ฐ์์ ์ผ์ผํค๋ ๊ฐ์ฅ ๋ํ์ ์ธ ๋ฌผ์ง๋ก์
ํํ์ ์ผ๋ก ์์ ํ๊ณ ์ทจ๊ธ์ด ์ฉ์ดํ์ฌ ๋๊ธฐ์ค์ผ๊ณผ ์์ง์ค์ผ ๊ฐ
์ ํ๊ฒฝ์ค์ผ์ผ๋ก ์ธํ ๋ฌธ์ ๊ฐ ์ฌ๊ฐํด์ง๋ฉฐ ๊ด์ด๋งค๋ฅผ ์ด์ฉํ ๋ค
์ํ ์ฐ๊ตฌ๊ฐ ์ด๋ฃจ์ด์ก๋ค [10]. ๋ํ ๋ค์ํ ๊ด์ด๋งค๋ฐ์ ๋ฌผ์ง ์ค
ํ๊ฒฝ์ค์ผ๋ฌผ์ง์ ๋ถํด์ ํ์ํ ๊ฒ์ ์ ๋๋(Conduction band,
CB)์ ๋์ด๊ฐ ์์์ ์์ฑ ์ ์๋ณด๋ค ํฐ ๊ฒ์ด ํจ๊ณผ์ ์ด๋ฉฐ TiO2
์ ๊ฒฝ์ฐ CB์ ๋์ด๊ฐ ์์์ ์์ฑ ์ ์๋ณด๋ค ๋์ ์ค์ผ๋ฌผ์ง์
์ฒ๋ฆฌ์ ์ ํฉํ๋ค [10]. TiO2์ ํน์ ํ์ฅ ์ดํ ํ์ฅ์ ๋น์ ์กฐ์ฌ
ํด์ฃผ๋ฉด TiO2 ํ๋ฉด์์ ์ ์(e-)์ ์ ๊ณต(h+)์ด ์์ฑ๋์ด ์๋์ ๊ฐ
์ด ๋ฐ์์ ํ๋ค [11].
๊ด์ด๋งค ๋ฐ์์ผ๋ก ์์ฑ๋๋ OHยท๋ ์ ๊ธฐํ์ํํฉ๋ฌผ์ CO2๋ก
์ฐํ์ํค๋ ๊ฐ๋ ฅํ ์ฐํ์ ์ด๋ค.
๋ํ TiO2๋ ๋ฐ์ด๋ ์ด๊ท ๋ ฅ์ ๊ฐ์ง๊ณ ์์ด ๋ ์ฑ ๋ฌผ์ง๊ณผ ๋๋ถ
ํด์ฑ ์ ๊ธฐํํฉ๋ฌผ์ ๋ถ๊ฐ๊ฐ ๊ฐ๋ฅํ๋ค. ๋น์ ์ํด ์๊ธฐ ์์ ์ด ๋ณ
ํ์ง ์์ ๋ด๊ตฌ์ฑ๊ณผ ๋ด๋ง๋ชจ์ฑ์ด ๋ฐ์ด๋๊ธฐ ๋๋ฌธ์ ๋ฐ์๊ตฌ์ ์ผ๋ก
์ฌ์ฉ์ด ๊ฐ๋ฅํ๋ค [12].
2.1 TiO2 ๊ด์ด๋งค ๊ธฐํ ์ ์
์ฌ์ ๊ธฐํ์ ์คํ๋ ์ด ์ฝํ ์ ์ํด ์ฝํ ์ฉ์ก์ ๋ง๋ค์ด ์ฃผ์ด์ผ
ํ๋ค. ํ ํธ๋ผ์ํธ ๊ท์ฐ์ผ ๊ด๋ฌผ(Tetraethyl orthosilicate, TEOS),
์ํ์ฌ(Ethanol), ์ง์ฐ(Nitricacid, HNO3), ํด๋ฆฌ์ํธ๋ ๊ธ๋ฆฌ์ฝ
Fig. 1. Conventional TOC methods.
Fig. 2. TiO2 photocatalyst reaction.
Fig. 3. Manufacture of coating solution for spray coating.
![Page 3: The method for total organic ca rbon analysis employing](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022071006/62c887f75280db6717401a46/html5/thumbnails/3.jpg)
Buem Keun Park, Sung Mi Kim, Young-Jin Lee, Jong-Hoo Paik, and Jeong Hee Shin
J. Sens. Sci. Technol. Vol. 30, No. 5, 2021 322
(Polyethyleneglycol, PEG)์ ์์ด ๋ฐ์ธ๋ ์ฉ์ก์ ๋ง๋ค์ด์ค๋ค
[13]. ๋ง๋ค์ด์ง ๋ฐ์ธ๋ ์ฉ์ก์ TiO2(Degussa, p25)์ ๋ฃ์ด ์ฝํ
์ฉ์ก์ ๋ง๋ค์ด์ค๋ค. ๋ฐ์ธ๋ ์ฉ์ก์ 10%, 50%, 100% ๋๋๋ก ์
ํ์ฌ์ ํฌ์์ ํ์ฌ ์คํ ํ์์ผ๋ฉฐ ๋ฐ์ธ๋ ๋๋๋ณ๋ก 1 wt%, 2
wt%, 3 wt%, 4 wt%, 5 wt%์ TiO2 ๋ถ๋ง์ ๋ฃ์ด ์ฝํ ์ฉ์ก์
์ ์กฐํ์๋ค.
์์์ ์ ์ํ ์ฝํ ์ฉ์ก์ ์ฌ์ ๊ธฐํ์ ์คํ๋ ์ด ์ฝํ ์ ํ
์๋ค. ์ฌ์ ๊ธฐํ์ ํด๋ฆฌํ๋กํ๋ (Polypropylene, PP) ์์ฌ๋ก ์ด
๋ฃจ์ด์ง ์ฌ์ ๊ธฐํ์ ์ฌ์ฉํ์๋ค.
2.3 ๊ด์ด๋งค ๋ฐ์ ํจ์จ ๋น๊ต ๋ฐฉ๋ฒ
์ ์ํ TiO2 ์ฝํ ๊ธฐํ์ 6 W, 365 nm์ UV light(VL-4.L,
VILBER)๋ฅผ 4.5 cm์ ๊ฑฐ๋ฆฌ์์ ์กฐ์ฌํ์ฌ ๊ด์ด๋งค ๋ฐ์ ํจ์จ์
๋น๊ตํ์๋ค. ๋ฐ์ ํจ์จ ๋น๊ต์๋ pH ์ง์์ฝ์ค ํ๋์ธ ๋ฉํธ๋ ๋
(Methly red, MR)๊ฐ ์ฌ์ฉ ๋์๋ค [14]. MR๋ ์ฉ์ก์ 0.1 mM๋ก
ํฌ์ ์์ผ ์ฌ์ฉํ์์ผ๋ฉฐ ์ค์ MR์ ์์์ด ๋ณํํ๋ ๊ฒ์ ๋ณด
์์ผ๋ฉฐ ํน์ ํ์ฅ(500 nm)์์์ ํก๊ด๋ ๋น๊ต๋ฅผ ํตํด ๊ด์ด๋งค ๋ฐ
์ ํจ์จ์ ๋น๊ตํ์๋ค. ํก๊ด๋ ๋น๊ต๋ UV/VIS/NIR Spectrophoto
Meter (V-570, JAS.CO)๋ฅผ ํตํด ๋ถ์ํ์๋ค.
์ฌ์ ๊ธฐํ์ ์ฝํ ์ฌ๋ถ๋ ๊ดํํ๋ฏธ๊ฒฝ(Optical microscope, BX51,
OLYMPUS)์ ํตํด ํ์ธํ์๋ค.
3. ๊ฒฐ๊ณผ ๋ฐ ๊ณ ์ฐฐ
3.1 TiO2 ๊ด์ด๋งค ๊ธฐํ์ ๊ด์ด๋งค ๋ฐ์
10%, 50%, 100% ๋ฐ์ธ๋๋๋์ 1-5 wt%๊น์ง 1 wt% ๋น์จ๋ก
TiO2๋ฅผ ๋ฃ์ด ์ ์ํ ์ฝํ ์ฉ์ก์ผ๋ก ๊ด์ด๋งค ๋ฐ์ ํจ์จ์ ๋น๊ตํ
์๋ค. ์๋ Fig. 7์ ์ฌ์ ๊ธฐํ์ TiO2๋ฅผ ์ฝํ ํ ๋ค MR ์ฉ์ก์
๊ธฐํ์ ๋ฃ๊ณ UV light๋ฅผ ์กฐ์ฌํ์ฌ ๊ด์ด๋งค ๋ฐ์์ ์ํจ ์ฌ์ง์ด๋ค.
3.2 TiO2 ๋๋์ ๋ฐ๋ฅธ ๊ด์ด๋งค ํจ์จ
์๊ฐ์ ๋ฐ๋ฅธ ์ฝํ ์ฉ์ก ๋ด์ TiO2 ๋๋๋ณ ์ฐจ์ด์ ๋ฐ๋ฅธ ๊ด์ด๋งค
ํจ์จ์ ๋น๊ตํด ๋ณด์๋ค. ํฌ์ํ์ง ์์ TP ๋ฐ์ธ๋๋ฅผ ์ฌ์ฉ ํ์
Fig. 4. TiO2 coating solution used fiber substrate coating.
Fig. 5. Photocatalytic method TOC measurement.
Fig. 6. Optical microscope image of substrate (a) before coating, (b)
after coating.
![Page 4: The method for total organic ca rbon analysis employing](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022071006/62c887f75280db6717401a46/html5/thumbnails/4.jpg)
The method for total organic carbon analysis employing TiO2 photocatalyst
323 J. Sens. Sci. Technol. Vol. 30, No. 5, 2021
์ผ๋ฉฐ TiO2 ๋๋๋ฅผ 1-5 wt%๋ฅผ ๋ฃ์ด์ ์ ์ํ์๋ค. 5 wt% ์ด์
์ ๊ฒฝ์ฐ ๋ฐ์ธ๋์ TiO2 ๋ถ๋ง์ด ์ ์ฒด ๊ต๋ฐ๋์ง ์์๋ค. ๊ด์ด๋งค
ํจ์จ์ ๋น๊ตํ์์ ๋ 1-2 wt% ๋์ ๊ฒฝ์ฐ ๋ณด๋ค 3 wt% ์ด์์ด
๋ค์ด๊ฐ์ ๋๋ถํฐ๋ ๋ ์ข์ ํจ์จ์ ๋ณด์๋ค. ๋ฐ์ ์๊ฐ ๋ํ ๊ธฐ
์กด์ ์์ง๋ถ์ ๋ฐฉ์๋ค์ ๋นํด 1hr ์ด๋ด์ ๋๋ถ๋ถ์ MR๊ฐ ๋ถํด
๋๋ ๊ฒ์ ํ์ธํ์ผ๋ฉฐ ๊ธฐ์กด ๋ฐฉ์์ ๋นํด 100๋ฐฐ ์ด์ ๋น ๋ฅธ ์๊ฐ
์ ๋ถ์์ด ๊ฐ๋ฅํ๋ค. 0.5 hr๊น์ง ๊ด์ด๋งค ํจ์จ์ ๋ณด์์ ๋ 3 wt%
์ TiO2๊ฐ ๋ค์ด๊ฐ์ ๋๊ฐ ๊ฐ์ฅ ์ข์ ํจ์จ์ ๋ณด์์ผ๋ฉฐ 3 wt%์ด
์์ TiO2๋ฅผ ์ฌ์ฉํ์์๋ ํฌ๊ฒ ํจ์จ์ด ์์นํ์ง ์์ 3 wt%
๊ฐ ์ต์ ์ ์กฐ๊ฑด์ด๋ผ ํ๋จํ๊ณ ์ดํ์ ์คํ์ 3 wt%๋ก ์งํํ์๋ค.
3.3 ๋ฐ์ธ๋ ๋๋ ๋ณํ์ ๋ฐ๋ฅธ ๊ด์ด๋งค ํจ์จ
์ฝํ ์ฉ์ก ๋ด์ TiO2๋ฅผ 3 wt%๋ฅผ ๊ณ ์ ํ์ฌ ๋ฐ์ธ๋ ๋๋ 100%
์ 50%, 10%๋ก ํฌ์ํ์ฌ ์ฝํ ํ์๋ค. ๋ฐ์ธ๋๋ฅผ ํฌ์ํด์ ์ฌ์ฉ
์ ํฌ์ํ์ง ์์ ๊ฒ ๋ณด๋ค 1 hr ์ด์ ์ ์งง์ ์๊ฐ์์ ๊ด์ด๋งค์
๋ฐ์ ํจ์จ์ด ๋ฎ์์ง๋ ๊ฒ์ด ํ์ธ๋์๋ค. 10%, 50%๋ก ํฌ์์ ํ
์์ ๋ ํฌ์ ์ ์ ๋นํด ์งง์ ์๊ฐ์์์ ๋ฐ์ ํจ์จ์ ๋ฎ์์ผ
๋ 1.5 hr ์ด์์ ๊ธด ์๊ฐ์ผ๋ก ๊ฐ์๋ก ํฌ์ํ ๋ฐ์ธ๋๋ฅผ ์ฌ์ฉํ
์์ ๋ ๊ด์ด๋งค ๋ฐ์ ํจ์จ์ด ์ข์์ง๋ ๊ฒ์ ํ์ธํ๋ค. ์ด ๊ฒฐ๊ณผ
๋ ๋์ผํ wt%์ TiO2๋ฅผ ์ฝํ ํ ์ ๋ฐ์ธ๋์ ๋๋๊ฐ ๋์์ง์
๋ก ์ฝํ ๋๋ TiO2์ ์์ด ๋ง์ ์ง๋ ๊ฒ์ผ๋ก ํ๋จํ ์ ์๋ค.
3.4 TiO2 ๊ธฐํ์ ์ฌ์ฉํ CO2 ๋ฐ์
๊ตญ๋ด ํ์์ฒ๋ฆฌ์์ค ์ ์ ์์ ๊ฒฝ์ฐ 50 ppm ์ ํ์ TOC๋ฅผ ๋ณด
์ธ๋ค [15]. ํํ์ฐ์์์นผ๋ฅจ(potassium hydrogen phthalate)์ ์ฌ
์ฉํ์ฌ 1,000 ppm Total Carbon(TC) ํ์ค๋ฌผ์ง์ ์ ์ํ๊ณ ์ฆ
๋ฅ์์ ํฌ์ํ์ฌ 50 ppm์ TC ํ์ค๋ฌผ์ง์ ์ ์ํ์๋ค [15].
10 ml์ ํฌ์ํ ํ์ค๋ฌผ์ง์ ์ฌ์ฉํ์๋ค. ๊ด์ด๋งค ๋ฐ์์ ํตํด CO2
๋ฅผ ๋ฐ์ ์์ผฐ์ผ๋ฉฐ CO2 ์ธก์ ์ SCD-30(Sensirion) ์ผ์๋ก ์ธก์
ํ์๋ค. ๊ด์ด๋งค ๋ฐ์์ ์ํด CO2๊ฐ ๊พธ์คํ ๋ฐ์ํ๋ ๊ฒ์ ํ์ธ
ํ์์ผ๋ฉฐ ์ด๋ TiO2๊ฐ ์ฝํ ๋ ๊ธฐํ์ด ๋ฌผ์์ ์๋ ์ ๊ธฐํ์๋ฌผ
์ง์ ๊ณ์ ๋ถํดํ์ฌ CO2๊ฐ ๋ฐ์ํ๋ ๊ฒ์ด๋ผ ํ๋จํ์์ผ๋ฉฐ ์ด๋
์ค์ ์ค์ผ์์ ๋ํ TOC ๋ถ์์์์ ์ฌ์ฉ์ด ๊ฐ๋ฅํจ์ ๋ํ๋
๋ค. Fig. 10์ TC ํ์ค๋ฌผ์ง์ ๋๋๋ณ๋ก ๊ด์ด๋งค ๋ฐ์์ ์์ผ ๋ฐ
์ํ๋ CO2๋๋๋ฅผ ์ธก์ ํ ๊ฒ์ด๋ค. 25 ppm ์ด์์ ๊ฒฝ์ฐ ๊ด์ด๋งค
๋ฐ์์ผ๋ก ๋ฐ์ํ๋ CO2์ ๋๋ ์ธก์ ์ผ๋ก ์ ํ์ ์ธ ์์น์ ๋ณด์ด
๋ ๊ฒ์ผ๋ก ์ธก์ ๋์๋ค. ํ์ง๋ง 50 ppm์ดํ์ ๋๋์์๋ ๊ทธ ์ด
์๋๋์ ๋ฌผ์์์๋ ๋ฌ๋ฆฌ CO2 ๋๋์ ์์น์ด ์ํํ์ง ์์
์ค์ ์ฉ์๋ ๋ฌด๋ฆฌ๊ฐ ์์๊ฒ์ผ๋ก ํ๋จ๋๋ค. ์ ๋๋์์๋ ๋ฌผ์์
ํฌํจ๋ ์ ๊ธฐํ์๋ฅผ ๋ถํดํ์ฌ ๋ฐ์ํ๋ CO2์ ์ ๊ธฐ๋ฌผ
(Polypropylene)์ด ํฌํจ๋ ๊ธฐํ์์ ๋ฐ์ํ๋ CO2๊ฐ ์ธก์ ๊ฐ์
์ํฅ์ ๋ฏธ์ณ ์ ๋ขฐ์ฑ์ด ๋จ์ด์ง๋ ๊ฒ์ผ๋ก ํ๋จํ์๋ค. ์ถํ ์ ๊ธฐ
๋ฌผ์ด ํฌํจ๋์ง ์์ ๊ธฐํ์ผ๋ก ์ถ๊ฐ ์คํ์ ํ์ฌ ๊ธฐํ์์ ๋ฐ์
Fig. 7. Real time decomposition of methyl red during photocatalytic
reaction with time.
Fig. 8. Comparison of photocatalyst efficiency by TiO2 concentration
over time.
Fig. 9. Comparison of photocatalyst efficiency according to binder
concentration.
![Page 5: The method for total organic ca rbon analysis employing](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022071006/62c887f75280db6717401a46/html5/thumbnails/5.jpg)
Buem Keun Park, Sung Mi Kim, Young-Jin Lee, Jong-Hoo Paik, and Jeong Hee Shin
J. Sens. Sci. Technol. Vol. 30, No. 5, 2021 324
ํ๋ CO2 ๋๋๊ฐ TOC ์ธก์ ์ ๋ฏธ์น๋ ์ํฅ์ ํ๋จํด ๋ณด์์ผ ํ
๊ฒ์ผ๋ก ํ๋จํ์๋ค. ๊ทธ๋ฆฌ๊ณ 50 ppm ์ด์์ ํ์ค๋ฌผ์ง์ ์ฌ์ฉํ
์ฌ ์ธก์ ํ CO2๋๋๋ 10 ๋ถ์ ๋ฐ์์ผ๋ก ์ฃผ์ ํ ํ์ค๋ฌผ์ง์ ppm
๊ณผ ๊ฐ์ ๋๋์ CO2 ๋๋๊ฐ ๋ฐ์ํ๋ ๊ฒ์ผ๋ก ํ์ธํ์๋ค. ๋ํ
์ผ์์ ๊ฒฝ์ฐ ์ ํ์ฑ์ด ์ค์ํ๋ฐ TiO2 ๊ด์ด๋งค ๋ฐฉ์์ ์ฌ์ฉํ ๊ฒฝ
์ฐ CO2 ๋๋์ ์ฆ๊ฐ๋์ด ํ์ค๋ฌผ์ง์ ๋๋๊ฐ ์์นํจ์ ๋ฐ๋ผ ๋
์ ๊ธฐ์ธ๊ธฐ๋ฅผ ๊ฐ์ง๋ฉฐ ์ ํ์ ์ผ๋ก ์์นํจ์ผ๋ก ์์น๊ธฐ์ธ๊ธฐ๋ฅผ ๊ณ์ฐ
ํ์ฌ ์ฃผ์ ๋ ์๋ฃ์ TOC ๋๋๋ฅผ ์ธก์ ํ ์ ์๋ค. ๊ธฐ์กด์ ๋ฐฉ์
์ ๋นํด ๋น ๋ฅธ ์ธก์ ์ด ๊ฐ๋ฅํ ๊ฒ์ผ๋ก ์ค์๊ฐ ๋ชจ๋ํฐ๋ง ์ฅ๋น ์
์์ ์ ํฉํ ๊ฒ์ด๋ผ ํ๋จ๋๋ค.
4. ๊ฒฐ ๋ก
๋ณธ ๋ ผ๋ฌธ์์๋ ์ฌ์ ๊ธฐํ์ TiO2๋ฅผ ์ฝํ ํ์ฌ ๊ด์ด๋งค ๋ฐ์์ ์ด
์ฉํ๋ TOC ๋ถ์ ๋ฐฉ๋ฒ์ ์ ์ํ์๋ค. MR์ ๋ถํด๋ฅผ ํตํ ํก๊ด
๋ ๊ฐ์๋ ๋ณํ์ ๋ฐ๋ฅธ ๊ด์ด๋งค ๋ฐ์ ํจ์จ์ ํ์ธํ์๋ค. ๊ด์ด๋งค
๋ฐ์ ํจ์จ์ 3 wt%์ TiO2 ๋ถ๋ง์ด ๋ค์ด๊ฐ ํฌ์ํ์ง ์์ TP
๋ฐ์ธ๋๋ฅผ ์ฌ์ฉํ์์ ๋ 1hr ์ด๋ด์ ์งง์ ์๊ฐ์์์ ๋ฐ์ ํจ
์จ์ด ๊ฐ์ฅ ์ข์์ผ๋ฉฐ ๋ฐ์์๊ฐ์ 1 hr ์ด์์ผ๋ก ํ ๋๋ ๋ฐ์ธ๋
๋ฅผ ํฌ์ํด์ ์ฝํ ํ ์ ๋ ์ข์ ํจ์จ์ ๋ํ๋๋ค. ์ค์ ๋ก ํ์
์ฒ๋ฆฌ์ฅ์ ์ ์ ์์ ์ ์ฌํ ๋๋์ TC ํ์ค๋ฌผ์ง์ ์ ์ํ์ฌ ๊ด
์ด๋งค ๋ฐฉ์ TOC ๋ถ์๊ธฐํ์ ์ฌ์ฉํ์ฌ TOC ๋ถ์์ ํด ๋ณด์์
๋ 10 ๋ถ์ ์๊ฐ์ด ์ง๋๋ฉด ์ ์ํ ๋๋์ ๋์ผํ ์์ CO2๊ฐ
๋ฐ์ํ๋ ๊ฒ์ ํ์ธํ์์ผ๋ฉฐ ๋ฐ์ํ๋ CO2 ๋๋๋ ์๋ฃ ๋ฌผ์ง์
TOC๋๋๊ฐ ์ฆ๊ฐํจ์ ๋ฐ๋ผ ๋ ๊ฐํ๋ฅธ ๊ธฐ์ธ๊ธฐ๋ก ์์นํ๋ ๋ชจ์ต
์ ๋ณด์๋ค. CO2 ๋๋์ ์์น์ด ์ ํ์ ์ผ๋ก ์์นํจ์ผ๋ก ์ผ์๋ก
์ ์ฉํ๊ธฐ์ ์ ํฉํ๋ค ํ๋จ๋๋ค. ์ด๋ก ์ธํด ์ ์ํ ๋ถ์ ๋ฐฉ๋ฒ์
์๋ ๊ธฐ์กด์ ์ฌ์ฉ๋๋ ์ฐ์ฑ ์ฌ์ฉ ๋ถ๋ถ์ด ์ ๊ฑฐ ๋์์ผ๋ฉฐ ๊ธฐ์กด์
์ฌ์ฉํ๋ ๋ฐฉ์๋ณด๋ค ์งง์ ์๊ฐ์์ ๋ถ์์ด ๊ฐ๋ฅํ๋ค๋ ์ฅ์ ์ด ์
๋ค. ์ฐ์ฑ ์ฌ์ฉ์ ์ ๊ฑฐ์ ์งง์ ์๊ฐ, ๋ฎ์ ์๋์ง ์๋ชจ๋ก ์๋ก์ด
์ฅ๋น์ ์ ์์ ํจ์จ์ ์ธ ๋ฐฉ๋ฒ์ด ๋ ๊ฒ์ด๋ผ ์ถ์ธก๋๋ค.
๊ฐ์ฌ์ ๊ธ
๋ณธ ์ฐ๊ตฌ๋ 2020๋ ๋ ํ๊ฒฝ๋ถ ํ๊ฒฝ๊ธฐ์ ๊ฐ๋ฐ์ฌ์ โ์ํ์๋ ํ
์ ๊ธฐ์ ๊ฐ๋ฐ์ฌ์ (No. RE202001418)โ์ ์ง์์ ๋ฐ์ ์ํ๋์๋ค.
REFERENCES
[1] J. A. Aziz and T. H. Y. Tebbutt, โSignificance of COD,
BOD and TOC correlations in kinetic models of biological
oxidationโ, Wat. Res., Vol. 14, No. 4, pp. 319-324, 1980.
[2] A. H. Lee and H. Nikraz, โBOD:COD Ratio as an Indicator
for Pollutants Leaching from Landfillโ, Journal of Clean
Fig. 10. Result of CO2 generation during photocatalytic reaction by
TC reference material concentration (a) 25 ppm, (b) 50
ppm, (c) 75 ppm, and (d) 100 ppm.
![Page 6: The method for total organic ca rbon analysis employing](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022071006/62c887f75280db6717401a46/html5/thumbnails/6.jpg)
The method for total organic carbon analysis employing TiO2 photocatalyst
325 J. Sens. Sci. Technol. Vol. 30, No. 5, 2021
Energy Technologies, Vol. 2, No. 3, pp. 263-266, 2014.
[3] J. K. Kim, J. C. Jung, and T. J. Kim, โA Study on Mea-
surement of Biochemical Oxygen Demand of Livestock
Wastewaterโ, Journal of Applied Micromagnetic Energy,
Vol. 3, No. 1, pp. 7-11, 2005.
[4] S. Jouanneau, L. Recoules, M. J. Durand, A. Boukabache,
V. Picot, Y. Primault, A. Lakel, M. Sengelin, B. Barillon,
and G. Thouand, โMethods for assessing biochemical oxy-
gen demand (BOD): A reviewโ, Wat. Res., Vol. 49, pp. 62-
82, 2014.
[5] D. Mamais, D. Jenkins, and P. Prrr, โA rapid physical-
chemical method for the determination of readily biode-
gradable soluble COD in municipal wastewaterโ, Wat. Res.,
Vol. 27, No. 1, pp. 195-197, 1993.
[6] G. Visco, L. Campanella, and V. Nobili, โOrganic carbons
and TOC in waters: an overview of the international norm
for its measurementsโ, Microchemical Journal, Vol. 79, No.
1-2, pp. 185-191, 2005.
[7] T. J. Kehoe, โDetermining TOC in watersโ, Environmental
Science & Technology, Vol. 11, No. 2, pp. 137-139, 1977.
[8] S. Ortelli, A. L. Costa, and M. Dondi, โTiO2 Nanosols
Applied Directly on Textiles Using Different Purification
Treatmentsโ, Materials, Vol. 8, No. 11, pp. 7988-7996,
2015.
[9] M. M. Rashid, B. Simoncic, and B. Tomsic, โRecent
advances in TiO2-functionalized textile surfacesโ, Surfaces
and Interfaces, Vol. 22, pp. 1-71, 2021.
[10] R. Daghrir, P. Drogui, and D. Robert, โModified TiO2 For
Environmental Photocatalytic Applications: A Reviewโ,
Industrial & Engineering Chemistry Research, Vol. 52, No.
10, pp. 3581-3599, 2013.
[11] J. Schneider, M. Matsuoka, M. Takeuchi, J. Zhang, Y. Hori-
uchi, M. Anpo, and D. W. Bahnemann, โUnderstanding
TiO2 Photocatalysis: Mechanisms and Materialsโ, Chem-
ical reviews, Vol. 114, No. 19, pp. 9919-9986, 2014.
[12] K. Nakata and A. Fujishima, โTiO2 photocatalysis: Design
and applicationsโ, Journal of photochemistry and photo-
biology C: Photochemistry Reviews, Vol. 13, No. 3, pp.
169-189, 2012.
[13] J. Y. Kim, J. S. Lee, J. H. Hwang, T. Y. Lim, M. J. Lee, S.
K. Hyun, and J. H. Kim, โFabrication of Hydrophobic Anti-
Reflection Coating Film by Using Sol-gel Methodโ, Korean
Journal of Materials Research, Vol. 24, No. 12, pp. 689-
693, 2014.
[14] S. D. Kim, D. G. Jung, S. Y. Kwon, Y. C. Choi, J. Y. Lee,
S. M. Koo, and S. H. Kong, โTotal Organic Carbon Anal-
ysis Chip Based on Photocatalytic Reactionโ, J. Sens. Sci.
Technol., Vol. 29, No. 2, pp. 128-132, 2020.
[15] Y. B. Cho, Y. K. Oh, D. C. Shin, and C. H. Park, โDis-
tribution of Total Organic Carbon and Correlations between
Organic Matters of Sewage Treatment Plantsโ, Journal of
the Korean Society for Environmental Analysis, Vol. 17, No.
4, pp. 207-214, 2014.