금속 및 비금속을 공동 도핑한 g-C3N4 나노 광촉매의 제조와 성능 평가

Abstract

과학 기술의 발달과 급격한 산업화로 산업 폐수와 같은 오염물질의 발생량이 증가하고 있다. 화학물질의 종류와 사용량의 증가로 인해 환경오염에 대한 심각성은 날로 커지고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 다양한 방법들이 개발되고 있으며, 본 연구에서는 광촉매를 이용하여 오염물질을 처리하는 방법에 대해 연구하였다. 광촉매는 주로 낮은 파장에서 반응 시킬 때 효과적이지만, 본 연구에서는 무한하고 무해한 자원인 태양광을 이용하기 위하여 가시광선 영역에서 반응 할 수 있는 광촉매를 합성하였다. 본 연구에서는 Melamine과 Urea를 이용하여 g-C3N4 파우더를 합성하였다. Boron과 Cesium을 doping한 광촉매를 합성하고 각각의 합성된 광촉매들을 다양한 분석 장비를 이용하여 물리·화학적 특성을 분석하였다. 이 광촉매들을 가시광선 하에서 Rhodamine B(로다민 B)의 광분해 실험을 통해 유기물 분해 효율을 비교하였다. 먼저, Urea와 Melamine에 Boric acid와 Cesium chloride의 첨가 양을 다르게 하여 500℃에서 3시간, 550℃에서 3시간을 소성시켜 g-C3N4 Bulk 파우더를 합성하였다. 이 후 다시 500℃에서 2시간을 소성시켜 g-C3N4 Nanosheets 파우더를 합성하였다. 제조된 광촉매들의 특성분석을 주사 전자 현미경(SEM), 비표면적 분석(BET), X선 회절장치(XRD), 흡수분광법(UV-Vis spectrophotometer), 광 발광 분광법(PL spectroscopy) 등을 사용하여 분석하였다. 합성된 광촉매들을 Rhodamine B 수용액의 광분해 실험을 통해 가시광선 하에서의 광 활성을 확인하였다. 용액의 색깔과 UV-vis 흡광도 분석으로 반응 전 후의 흡수 스펙트럼을 측정하여 농도와 효율을 비교하여 Boron과 Cesium이 co-doping된 sample의 Rhodamine B 제거 효율이 가장 높음을 규명하였다.| In this study, g-C3N4 powder was synthesized using melamine and urea. photocatalysts were synthesized with boron and cesium doping and each photocatalysts were analyzed physical and chemical properties using various equipment. The nano structures, surface area and optical properties of synthesized photocatalysts were characterized by SEM, BET, XRD, UV-Vis spectrophotometer and PL spectroscopy. Compared efficiency of each photocatalysts through photodegradation experiment of Rodamine B solution under visible light and confirmed their light activity. UV-vis absorbance analysis measured the absorption spectrum before and after the reaction and compared each photocatalyst. Compared the concentration and remove efficiency and determined sample with co-dopped Boron and Cesium have the highest Rodamine B removal efficiency.