VO2/g-C3N4 광촉매 합성 및 가시광선 조사 하에서의 수중 유기물 광분해 특성분석 연구 :Synthesis and characterization of VO2/g-C3N4 and its application for photocatalytic removal of pharmaceutical from water under visible light irradiation

박민경

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자료유형: 학위논문

저자정보: 박민경 (울산대학교, 울산대학교 대학원)

지도교수: 이병규

발행연도: 2022

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이용수21

이 논문의 연구 히스토리 (2)

2022

VO2/g-C3N4 광촉매 합성 및 가시광선 조사 하에서의 수중 유기물 광분해 특성분석 연구

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산업의 빠른 성장에 따라 폐수 속의 다양한 난분해성 유기물질을 친환경적이고 지속가능한 방법으로 제거하는 기술에 대해 다양하게 연구되고 있다. 광촉매 기술은 난분해성 유기 오염물 및 Bio-aerosol을 효과적으로 제어하는 기술로, 부가 장치 없이 빛에너지를 사용하여 화학에너지로 전환하는 기술로써 환경오염 문제를 해결하기 위한 그린 에너지 기술로 각광을 받고 있다. 본 연구에서 합성한 광촉매인 VO2/g-C3N4를 사용하여 가시광선 하에서 난분해성 염료물질과 항생제 수용액에 대한 광분해 효율을 분석한다. 기존의 광촉매가 가지고 있는 문제를 개선한 본 연구의 광촉매가 가시광선 하에서 효과적인 광분해능을 가지고 있는지 분석하여 효과적으로 유기오염물을 제거하는 것을 목적으로 한다.
본 연구에서는 Cyanuric acid, Melamine와 Thiourea를 이용하여 supramolecular을 만들고 Metal Hetero 접합 기술을 사용하여 Vanadium을 heterojunction한 VO2/g-C3N4 광촉매를 합성하였다. 합성된 광촉매들의 물리화학적 특성 분석을 진행하였으며, 가시광선 하에서 Rhodamine B와 Tetracycline 수용액을 사용한 광분해 실험을 통해 광분해능을 분석하였다.
3가지 전구체 (Cyanuric acid, Melamine, Thiourea)를 이용한 supramolecular에 Vanadium을 Heterojunction하여 VO2/g-C3N4 광촉매를 합성하였다.
합성된 광촉매는 XRD(X-ray Powder diffraction), XPS(X-ray Photoelectron Spectroscopy), FE-SEM(Field-Emission Scanning Electron Microscopy) 및 TGA(Thermogravimetric Analysis) 등을 사용하여 합성 결과 및 특성을 확인하였다.
또한 합성된 VO2/g-C3N4 광촉매를 가시광선 조사 하에서 Rhodamine B와 Tetracycline 수용액을 광분해 반응 연구를 진행하였다. 그 결과, Rh.B에 대한 광촉매 활성이 10분 이내에 최대 100%까지 상당히 향상되었다. TC는 가시광선 조사 30분 이내에 대부분 분해되었다. 이는 VO2/g-C3N4 광촉매가 가시광선 아래에서 활성화되며, 유기물질 제거에 효과적으로 적용될 수 있음으로 연구된다.

차 례
국문요약
목차
1. 서론 1
2. 이론적 배경 3
2.1 고도산화공정(AOPs) 3
2.2 광촉매 이론 5
2.2.1 TiO2 광촉매 9
2.2.2 g-C3N4 (Graphitic carbon nitride) 10
2.2.3 기존 광촉매의 한계 13
2.3 광촉매 수정기술 14
2.3.1 supramolecular 14
2.3.2 Metal Heterojunction 15
2.3.2.1 Vanadium 15
2.4 유기물질 17
2.4.1 Rhodamine B 17
2.4.2 Tetracycline 18
2.5 연구목적 20
3. 연구방법 21
3.1 연구재료 21
3.2 Vanadium을 이용한 광촉매 합성 22
3.3 광촉매의 특성 분석 24
3.3.1 XRD(X-ray Diffractometry) 분석 24
3.3.2 XPS 분석 24
3.3.3 TGA 분석 24
3.3.4 FE-SEM 분석 25
3.3.5 Elemental Mapping 분석 25
3.4 가시광선 하에서 유기물질 분해 26
4. 연구결과 및 고찰 27
4.1 광촉매의 특성 분석 27
4.1.1 XRD(X-ray Diffractometry) 분석 27
4.1.2 XPS 분석 29
4.1.3 TGA 분석 30
4.1.4 FE-SEM 분석 31
4.1.5 Elemental Mapping 분석 33
4.1.6 Tauc plots 35
4.2 광분해 활성능 결과 37
4.2.1 반응 시간에 따른 광촉매의 Rh B 제거 농도 37
4.2.2 반응 시간에 따른 광촉매의 TC 제거 농도 39
4.3 Scavenger Test 41
4.4 LC-MS 분석 43
5. 결론 44
참고문헌 45

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