VO2/g-C3N4 광촉매는 세 가지 전구체(시아누르산, 멜라민, 티오우레아)를 사용하여 초분자에 바나듐의 헤테로접합을 통해 합성되었습니다. 또한, 합성된 VO2/g-C3N4 광촉매와 Rhodamine B 및 테트라사이클린 수용액의 광분해 반응을 가시광선 조사 하에서 연구하였다.
서론
이론적 배경
- 고도산화공정(AOPs)
- 광촉매 이론
- 광촉매 수정기술
- 유기오염물질 .1 Rhodamine B
- 연구목적
첨단산화기술 중 하나인 광촉매 기술은 빛에너지를 이용하여 전기적, 화학적 에너지를 얻는 연구이다. 광촉매 기술은 현재 에너지 전환 방법으로 광범위하게 연구되고 있습니다. 반도체 광촉매는 빛 에너지로 촉매작용을 합니다.
광촉매 기술은 다양한 분야에 적용됩니다. 광촉매 기술은 항균, 탈취 분야에도 적용된다. 이는 활성종의 광환원 반응을 통해 바이러스 및 악취 오염물질의 흡착 및 분해가 가능하기 때문이다[18]. 또한, 수소발생 연구의 중요성이 대두되고 있습니다.
첨단 산화 기술 중 활발하게 연구가 진행되고 있는 기술 중 하나는 이산화티타늄(TiO2) 광촉매를 사용하는 것이다. TiO2는 균일한 다상으로 Brookite(pantitanium), Anatase(anatase) 및 Rutile(rutile)의 세 가지 구조를 가지고 있습니다. (그림 5) 일반적으로 아나타제 구조는 루틸 및 브루카이트 구조에 비해 광촉매 활성이 우수하다고 합니다. 알려져 있다[15]. 따라서 순수한 g-C3N4의 광촉매 효율을 향상시키기 위한 다양한 연구가 진행되고 있다.
가시광선 하에서 활성화되는 광촉매의 효율을 높이기 위해 다양한 개질 기술이 개발되어 적용되고 있다.
연구방법 1 연구재료
Vanadium을 이용한 광촉매 합성
가시광선 하에서 활성화될 수 있는 g-C3N4를 합성하기 위해 시아누르산, 멜라민, 티오우레아의 세 가지 전구체를 사용하여 합성을 수행하였다. 이후, 최적의 조건에서 금속 이종접합을 위해 바나듐의 첨가량을 달리하면서 최적의 바나듐 첨가량을 조사하여 최종적으로 광촉매를 합성하였다. 충분히 교반한 후 증류수에 녹인 물질을 오토클레이브에 넣고 충분히 혼합될 수 있도록 30분간 교반한다.
이때 얻은 초분자를 관상로에서 540℃에서 3시간 동안 열소성한 후 내부에 N2가스를 채워 산화를 방지한다. 그 후 암모늄 메타바나데이트 0.05g을 교반하면서 첨가한 후 초음파 분쇄기를 이용하여 1시간 이상 잘 혼합하였다. 1시간이 지난 후 다시 믹서를 이용하여 24시간 이상 혼합한 후 잘 섞어주세요.
공정이 완료된 후 원심분리를 통해 고형물만 얻은 후 오븐에서 80°C로 완전히 건조시킵니다. 그런 다음 건조된 분말을 그릇이 달린 막대로 갈아서 냄비에 넣고 뚜껑을 덮은 다음 댐퍼가 있는 화로에 넣고 540 °C에서 3시간 동안 소성했습니다.
광촉매의 특성분석
FE-SEM은 FE(Field Emission) 전자총에서 가속된 전자빔을 주사하여 시료 표면에서 발생하는 2차 전자, 후방 산란 전자, X선 등의 신호를 검출하여 확대하여 표시하거나 기록하는 장치입니다. 음극선 관의 이미지. 주로 광학현미경을 사용하여 시료의 형상과 미세구조를 관찰하는 것보다 획득된 이미지의 초점 심도가 2배 이상 향상됩니다. 본 실험에서는 합성된 광촉매의 결정 구조, 표면 형태 및 구성 요소를 관찰하기 위해 사용되었다.
Elemental Mapping은 샘플 내 요소의 분포를 이미지로 보여줍니다. 샘플 표면의 다양한 원소 분포를 육안으로 식별할 수 있으며 개별 원자를 구별할 수 있습니다. 소재 고유의 X선 에너지를 통해 함유된 원소의 종류와 분포를 시각화합니다.
본 실험에서는 합성된 광촉매의 원소 분포를 확인하기 위해 사용하였다.
가시광선 하에서 유기물질 분해
광분해 활성능 결과
대조군으로는 광촉매를 첨가하지 않고 BCN과 CN을 사용하였다. 광촉매의 흡착 가능성을 확인하기 위해 암조건에서 60분간 교반하였다. 이때, 농도 변화는 광촉매의 흡착에 의한 것으로, 합성된 광촉매의 흡착능이 대조군에 비해 더 큰 것을 확인할 수 있다.
또한, 암실에서 20분 후에도 동일한 농도가 유지되어 광촉매의 흡착능력이 일정하게 유지된다. 합성된 광촉매의 경우, 빛을 조사한 후 10분 이내에 Rhodamine B의 대부분이 분해되었다. 이를 통해 합성된 광촉매가 대조군에 비해 가장 좋은 광해상도를 가짐을 확인하였고, 흡착능력이 커져 표면적이 더 넓어졌음을 알 수 있었다.
광촉매와 테트라사이클린의 흡착 가능성을 확인하기 위해 암조건에서 60분간 교반하였다. 합성된 광촉매의 경우, 빛을 조사한 후 30분 이내에 대부분의 테트라사이클린이 분해되었다.
Scavenger Test
LC-MS 분석
결론
본 연구를 통해 VO2/g-C3N4. 광촉매를 합성하여 기존의 광촉매가 충분히 개선되었음을 확인하였다. Mishra, 흑연질탄소(g-C3N4) 나노복합체: 환경 오염 복구를 위한 가시광 구동 광촉매의 새롭고 흥미로운 세대, 응용 촉매 B: 환경, Vol.
22] Milad jourshabani, Byeong-Kyu Lee, Zahra Shariatinia, From traditional strategies to Z-scheme configuration in graphitic carbon nitride photocatalysts: recent progress and future challenges, Applied Catalysis B: Environment, vol 25] Xue Lu Wang, Hua Gui Yang Nem preparation of high-yield graphitic carbon nitride with a large surface area using bifunctional urea for enhanced photocatalytic performance, Applied Catalysis B: Environmental, 205, p. 33] Zhenwei Han, Nan Wang, Hai Fan, Shiyun Ai "Ag nanoparticles loaded on porous graphitic carbon nitride with improved photocatalytic activity for the degradation of phenol"Z.
Synthesis and characterization of VO2/g-C3N4 and its application to underwater photocatalytic removal of pharmaceuticals. The VO2/g-C3N4 photocatalyst was then applied to remove Rhodamine B (RhB) and Tetracycline (TC) in aqueous solution under visible light irradiation.
![Fig 5. The crystal structure of TiO 2 [19]](https://thumb-ap.123doks.com/thumbv2/123dokinfo/10454361.0/19.892.152.734.215.953/fig-5-crystal-structure-tio-2-19.webp)
![Fig 6. The crystal structure of C 3 N 4 [22]](https://thumb-ap.123doks.com/thumbv2/123dokinfo/10454361.0/20.892.299.605.721.974/fig-6-crystal-structure-c-3-n-22.webp)
