[논문]유기 염료 분해를 위한 CuO가 부착된 탄소나노튜브 제조 및 특성 연구

김지당; 최현철

doi:10.5012/jkcs.2022.66.3.251

유기 염료 분해를 위한 CuO가 부착된 탄소나노튜브 제조 및 특성 연구
Preparation and Characterization of CuO-Decorated Carbon Nanotubes for Photocatalytic Degradation of Organic Dyes 원문보기

대한화학회지 = Journal of the Korean Chemical Society, v.66 no.3, 2022년, pp.251 - 255

김지당 (전남대학교 화학과) , 최현철 (전남대학교 화학과)

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주제어

표/그림 (6)

그림 Figure 1. FT-IR spectra of CNT, CNT-COOH, and CNT-CuO.
그림 Figure 2. TEM image of CNT-CuO, with its corresponding EDX spectrum (inset).
그림 Figure 3. (a) Powder XRD patterns of CNT, CNT-CuO, reference CuO (JCPDS No. 41-0254). (b) XPS survey spectra of CNT and CNT-CuO.
그림 Figure 4. UV-visible spectra of different photocatalysts under visible light. The degradation of (a) MB and (b) MO using CuO powder as photocatalyst. The spectra of (c) MB and (d) MO using CNT-CuO as photocatalyst.
그림 Figure 5. Representative Nyquist plots of CuO and CNT-CuO recorded in 10 ppm of MO and MB solution at 0.2 V_SCE, respectively.
그림 Figure 6. (a) Photodegradation of MB and MO in the presence of different quencher agents. (b) Possible photocatalysis mechanism for CNT-CuO.

AI 본문요약
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제안 방법

CNT-CuO 광촉매 활성은 두가지 유기 염료(MB, MO)에 대해 다양한 촉매양과 농도 등에 대해 최적화 조건을 먼저 확인 하였다. 확인된 최적화 조건을 바탕으로 염료 수용액 30 mL에 CNT-CuO 시료를 투입하여 광촉매 효능을 관찰하였다.
확인된 최적화 조건을 바탕으로 염료 수용액 30 mL에 CNT-CuO 시료를 투입하여 광촉매 효능을 관찰하였다. UV 파장에 의한 광촉매 가능성을 최소화하기 위해 제논 램프에 UV와 IR 흡수 필터가 부착된 태양광 simulator (output wavelength: 350 - 1,000 nm)를 이용하여 광촉매 실험을 진행하였다. 모든 광촉매 실험을 수행하기 전에 흡착에 의한 실험 오차를 최소화하기 위해 암실에서 1시간 동안 실험 용액을 교반한 후 실험을 진행하였다.
제조한 CNT-CuO의 광촉매 활성은 10 ppm MB와 MO 수용액을 각각 준비한 후 30 mg의 CNT-CuO 광촉매를 투입한 후 측정하였다. 광촉매 실험 중 흡착에 의한 영향을 배제하기 위해 염료 용액에 광촉매를 주입한 후 암실에서 1시간 동안 교반하여 염료와 광촉매 간의 흡착 평형을 유도한 후 광촉매 효능을 측정하였다. 비교 물질로 사용한 상용의 CuO 분말의 경우, 10 ppm의 MB와 MO 두 수용액에서 24시간 동안 가시광 빛을 입사하였을 때 각각 2.
제조한 CNT-CuO의 광촉매 활성은 10 ppm MB와 MO 수용액을 각각 준비한 후 30 mg의 CNT-CuO 광촉매를 투입한 후 측정하였다. 광촉매 실험 중 흡착에 의한 영향을 배제하기 위해 염료 용액에 광촉매를 주입한 후 암실에서 1시간 동안 교반하여 염료와 광촉매 간의 흡착 평형을 유도한 후 광촉매 효능을 측정하였다.
본 연구에서는 thiol로 표면개질한 CNT 표면에 CuO 입자를 균일하게 부착시킨 CNT-CuO 나노 복합체를 제조하였다. 제조한 나노 복합체는 다양한 분석 방법들을 이용하여 미세 구조를 분석하였으며, 티아진(tiazine)계 염료인 메틸렌 블루(methylene blue, MB)와 아조(azo)계 염료인 메틸 오렌지(methyl orange, MO)를 이용하여 광촉매 분해 효능과 재사용 여부 등을 상업적으로 판매되는 CuO 분말과 비교 연구하였다. 최적 조건에서 MB와 MO용액은 CNT-CuO의 존재 하에 약 30분 이내에 완전히 분해되었으며, 여러 번의 재사용도 가능함을 확인할 수 있었다.
CNT-CuO 광촉매 활성은 두가지 유기 염료(MB, MO)에 대해 다양한 촉매양과 농도 등에 대해 최적화 조건을 먼저 확인 하였다. 확인된 최적화 조건을 바탕으로 염료 수용액 30 mL에 CNT-CuO 시료를 투입하여 광촉매 효능을 관찰하였다. UV 파장에 의한 광촉매 가능성을 최소화하기 위해 제논 램프에 UV와 IR 흡수 필터가 부착된 태양광 simulator (output wavelength: 350 - 1,000 nm)를 이용하여 광촉매 실험을 진행하였다.

대상 데이터

본 연구에서는 thiol로 표면개질한 CNT 표면에 CuO 입자를 균일하게 부착시킨 CNT-CuO 나노 복합체를 제조하였다. 제조한 나노 복합체는 다양한 분석 방법들을 이용하여 미세 구조를 분석하였으며, 티아진(tiazine)계 염료인 메틸렌 블루(methylene blue, MB)와 아조(azo)계 염료인 메틸 오렌지(methyl orange, MO)를 이용하여 광촉매 분해 효능과 재사용 여부 등을 상업적으로 판매되는 CuO 분말과 비교 연구하였다.

이론/모형

41-0254)과 동일함을 확인할 수 있었다. CNT-CuO에 존재하는 CuO 나노 입자의 함량은 X-선 광전자 분광법(X-ray photoelectron spectroscopy, XPS)으로 측정하였으며, 그 결과를 Fig. 3(b)에 나타내었다.

성능/효과

Fig. 2는 CNT-CuO의 TEM(transmission electron microscopy) 이미지로, 수많은 나노 입자들이 CNT 표면에 균일하게 부착되었음을 확인할 수 있었다. 부착된 나노 입자의 평균 크기는 4.
2는 CNT-CuO의 TEM(transmission electron microscopy) 이미지로, 수많은 나노 입자들이 CNT 표면에 균일하게 부착되었음을 확인할 수 있었다. 부착된 나노 입자의 평균 크기는 4.7 nm며, 탄소(C), 산소(O), 구리(Cu) 성분 이외의 다른 원소는 EDX 분석에서 검출되지 않았다.
5%다. 이상의 분석 결과를 종합해 보면 CNT 표면에 4.7 nm의 크기를 가진 tenorite 구조의 CuO가 약 9.5%의 원자수 비율로 균일하게 분포되어 있음을 확인할 수 있다.
제조한 나노 복합체는 다양한 분석 방법들을 이용하여 미세 구조를 분석하였으며, 티아진(tiazine)계 염료인 메틸렌 블루(methylene blue, MB)와 아조(azo)계 염료인 메틸 오렌지(methyl orange, MO)를 이용하여 광촉매 분해 효능과 재사용 여부 등을 상업적으로 판매되는 CuO 분말과 비교 연구하였다. 최적 조건에서 MB와 MO용액은 CNT-CuO의 존재 하에 약 30분 이내에 완전히 분해되었으며, 여러 번의 재사용도 가능함을 확인할 수 있었다. 이는 지지체로 사용한 CNT가 전자 전달체 역할을 하여 CuO 내의 전자-정공간의 재결합 반응을 효과적으로 억제하며, 또한 매우 작은 크기를 가진 CuO 나노 입자간의 응집을 방지하여 CuO 광촉매의 활성 효율이 증가된 것으로 해석된다.
4(a)와 (b)). 하지만 CNT-CuO를 광촉매로 사용할 경우 가시광 조사 30분 이내에 MB와 MO가 초기 농도 대비 각각 96.29와 90.20% 감소함을 확인할 수 있었다(Fig. 4(c)와 (d)).

후속연구

이를 광촉매 반응에 응용할 경우, CNT는 CuO내의 전자와 정공간의 재결합 반응을 억제할 수 있으며, 이를 통해 표면에 더 많은 radical을 생성할 수 있기 때문에 CuO의 광촉매 효율을 증가시킬 수 있다. 이는 다른 종류의 금속산화물 광촉매에도 쉽게 적용할 수 있을 것으로 기대된다.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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