메탄올 기반 폐수의 광촉매 산화를 위한 질소 도핑 TiO2/Fe2O3 나노구조체 제작

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 4431(2023) 이 기사 인용

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열화학 또는 광화학을 사용하여 불균일 촉매 표면에서 흔히 발생하는 중요한 산업 공정은 메탄올 기반 폐수를 포름알데히드로 산화시키는 데 도움이 될 수 있습니다. 티타니아 기반 광촉매는 빛 에너지가 있는 경우 광촉매 산화 공정을 위한 신뢰할 수 있고 저렴한 촉매 물질이기 때문에 과학자들로부터 많은 관심을 끌었습니다. 이 연구에서는 n-TiO2@α-Fe2O3 복합 광촉매와 적철광(α-Fe2O3) 나노큐브를 생산하기 위한 간단한 열수 방법이 수행되었습니다. 제조된 복합 광촉매의 n-TiO2 비율을 조절하여 질소가 도핑된 티타니아가 제조된 물질의 광촉매 특성에 미치는 영향을 조사하였다. 준비된 재료는 투과전자현미경(TEM), 주사전자현미경(SEM), X선 회절(XRD), 에너지 분산형 X선(EDX), X선 광전자 분광법과 같은 일반적인 물리화학적 방법을 사용하여 철저히 특성화되었습니다( 구조에 대해 자세히 알아보기 위해 XPS), 물리흡착(BET) 등을 통해 얻은 결과는 질소가 도핑된 티타니아가 메탄올 광산화에 대해 비도핑된 티타니아보다 성능이 우수하다는 것을 보여주었습니다. 표면에 질소가 첨가된 티타니아를 첨가하면 적철석과 결합된 메탄올의 광산화 속도가 훨씬 더 향상되었습니다. 폐수 내 농도를 시뮬레이션하기 위해 수용액에서 메탄올의 광산화가 발생했습니다. 3시간 후 n-TiO2@α-Fe2O3 광촉매의 4중량%가 가장 높은 HCHO 생성률을 나타냈습니다.

AOP(Advanced Oxidation Process)를 사용하여 방향족 화합물, 석유 기반 물질, 염소화 탄화수소, 살충제, 살충제, 휘발성 유기 화합물(VOC), 염료 및 기타 유기 물질과 같은 수질 오염 물질을 제거하는 것은 환경 친화적인 방법입니다1. 그들은 주로 수산기 라디칼과 같은 활성 산소종의 생산에 의존하기 때문에 수명이 짧습니다. 결과적으로 이들은 다양한 화학종과 신속하고 적극적으로 상호작용하며, 그 중 다수는 분해가 어렵습니다1. 또한, AOP는 난분해성 유기 오염물질의 농도를 효과적으로 감소시킬 수 있는 유망 기술로 다양한 종류의 폐수 처리에 사용되어 왔으며, 생성된 이산화탄소, 물, 생분해성 유기물 등의 산화 생성물은 열역학적으로 안정적입니다. 다른 전통적인 접근 방식보다 우수합니다.2. AOP에는 광촉매가 햇빛을 수확하는 데 중요한 광촉매 과정이 포함되어 있습니다3,4. 그런 다음 다양한 태양 스펙트럼 범위가 있는 경우 이러한 광촉매는 환경 오염 및 에너지 위기3,4와 관련된 문제를 해결하는 데 성공적으로 사용되었습니다.

유기 화합물의 CO2로의 광촉매 산화에 관한 수많은 연구가5) 수행되었습니다. 최근 환경 응용을 위해 많은 새로운 나노입자가 제조되었습니다. 동시에 가장 인기 있는 나노촉매와 광촉매는 티타늄(TiO2)입니다. 왜냐하면 티타늄(TiO2)은 다양한 반응 설정에서 쉽게 이용 가능하고 안정적이기 때문입니다7. UV 광에 의해서만 트리거되는 것은 TiO2의 가장 큰 단점 중 하나입니다. 적은 에너지로 태양복사와 가시광선을 이용할 수 있는 광촉매를 갖는 것이 바람직하다. 밴드 갭 에너지가 2.8eV인 산화텅스텐(WO3)은 청색광(500nm)에 의해 광활성화될 수 있으며 광촉매로서 TiO2를 대체하기에 적합합니다. 모든 광촉매와 마찬가지로 촉매 속도를 높이려면 전자와 정공의 전하 분리를 향상시켜야 합니다. 충분한 에너지를 가진 빛은 WO38,9 및 TiO2와 같은 금속 산화물 광촉매에 흡수되어 밴드 갭 여기를 일으키고 촉매 반응을 담당하는 반응성 전자(e-)와 정공(h+)이 생성됩니다10.