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

Abstract

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.