합성 카본질화물 광촉매를 이용한 가시광선하에서 오염물질 제거 :Synthesis and modification of carbon nitride material and its application in removing contaminants under visible light irradiation

윤설화

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자료유형: 학위논문

저자정보: 윤설화 (울산대학교, 울산대학교 대학원)

지도교수: 이병규

발행연도: 2021

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이용수31

이 논문의 연구 히스토리 (2)

2021

합성 카본질화물 광촉매를 이용한 가시광선하에서 오염물질 제거

윤설화 건설환경공학과 2021.01 학위논문

2020

합성 카본질화물의 광촉매를 이용한 가시광선 하에서 오염물질 제거

윤설화 , 밀라드 조르샤바니 , 이병규 한국대기환경학회 학술대회논문집 2020.10 학술대회자료

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전 세계적으로 다양한 산업이 성장하였으며 이로 인해 폐수 속에는 살충제, 의약품, 화장품과 같은 난분해성 유기화학물질들이 포함되어 있다. 난분해성 유기화합물질을 제거하기 위해 다양한 방법의 제거 기술이 개발되어지고 있는데, 그 중 가시광선 반응형 광촉매을 이용하여 난분해성 유기물에 대한 처리 효율성에 대해 연구되어지고 있다. 본 연구에서는 합성한 광촉매인 W-g-C3N4(W/CN-SUP)을 이용하여 Rh B과 TC 수용액을 가시광선하에서 광분해 효율을 조사한다. 전자와 정공의 재결합문제점을 해결할 수 있게 디자인된 합성된 광촉매가 가시광선 하에서 광분해를 할 수 있는지 확인하여 효과적으로 오염물질을 제거하는 것을 목적으로 둔다.
본 연구에서는 Precursors로써 Melamine, Cyanuric acid와 Thiourea를 이용하여 supramolecular를 만든 후에 Tungsten Oxide를 이용하여 헤테로 접합을 하여 W-g-C3N4 광촉매를 합성하였다. 그 후 다양한 분석 장비를 이용하여 물리/화학적 특성을 분석하였으며, 가시광선하에서 Rh B와 TC 수용액의 각각 농도는 12ppm, 20ppm이며 양은 15ml로 준비하여 광분해 실험을 통해 광활성도를 확인하였다.
먼저, 각각 2g의 Melamine, Cyanuric acid, Thiourea를 이용하였다. 그리고 만들어진 3가지 전구체로 만든 supramolecular에 Tungsten Oxide를 접합하여 540℃에서 4시간 소성시켜 W-g-C3N4(W/CN-SUP)를 합성하였다.
합성된 광촉매는 주사 전자 현미경(SEM), EDS, X선 회절장치(XRD), TGA, TEM, LC-MS와 같은 다양한 분석 장비를 이용하여 구조 및 합성 결과를 확인하였다.
합성된 W-g-C3N4을 Rh B와 TC 수용액으로 가시광선하에서 광분해 반응을 수행하였다. Rh B는 가시광선 조사 8분 동안 약 100%가 분해되었다. TC는 가시광선 조사 15분 이내에 80%이상 분해가 된 것을 확인하였다. 이로써 W-g-C3N4는 유기성 물질의 제거에 매우 효과적으로 활용할 수 있음을 확인하였다.

#광촉매 #카본질화물 #텅스텐 옥사이드 #헤테로 접합

1 서론 1
2. 이론적 배경 3
2.1 광촉매의 이론과 메커니즘 3
2.2 TiO2 광촉매의 한계 7
2.2.1 TiO2의 구조와 특징 7
2.2.2 TiO2 광촉매의 한계 8
2.3 g-C3N4 (Graphitic carbon nitride) 9
2.3.1 g-C3N4 9
2.3.2 g-C3N4의 구조 9
2.3.3 g-C3N4의 장점 14
2.3.4 g-C3N4의 한계점 15
2.3.5 초분자형 고분자(Supramolecular) 17
2.4 Tungsten oxide (WO3) 18
2.5 염료 19
2.5.1 Rhodamine B (Rh B) 20
2.5.1.1 Rh B의 용도 20
2.6 항생제 21
2.6.1 Tetracycline (TC) 21
2.6.1.1 TC의 용도 22
2.7 연구목적 23
3. 연구방법 24
3.1 연구재료 24
3.2 WO3을 이용한 광촉매 합성 24
3.3 촉매의 특성분석 26
3.2.1 SEM 분석 26
3.2.2 HR-TEM(고분해능 투과전자현미경) 27
3.2.3 EDS Spectra 28
3.2.4 Elemental Mapping 28
3.2.5 XRD (X-ray Diffractometry) 30
3.2.6 TGA(Thermogravimetric Analysis) 31
3.2.7 LC-MS 32
3.4 가시광선 하에서 광촉매 분해 33
4. 연구결과 및 고찰 34
4.1 광촉매 합성 34
4.2 광촉매의 특성 분석 35
4.2.1 SEM 분석 35
4.2.2 HR-TEM 분석 36
4.2.3 EDS Spectra 분석 37
4.2.4 Elemental Mapping 분석 38
4.2.5 XRD (X-ray Diffractometry) 분석 40
4.2.6 TGA(Thermogravimetric Analysis) 분석 42
4.3 광분해 활성 43
4.3.1 합성된 광촉매의 반응 시간에 따른 Rh B제거 농도 43
4.3.2 합성된 광촉매의 반응 시간에 따른 TC 제거 농도 46
4.4 광분해 중간체 확인 (LC-MS 분석 이용) 49
5. 결론 51
참고문헌 52

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