KR101830575B1 - Ag-ZnFe2O4@rGO Nanocomposite Photocatalyst for Efficient Treatment of Organic Wastes under Ultraviolet and Visible Light and the Preparation Method Thereof - Google Patents

Ag-ZnFe2O4@rGO Nanocomposite Photocatalyst for Efficient Treatment of Organic Wastes under Ultraviolet and Visible Light and the Preparation Method Thereof Download PDF

Info

Publication number
KR101830575B1
KR101830575B1 KR1020170029964A KR20170029964A KR101830575B1 KR 101830575 B1 KR101830575 B1 KR 101830575B1 KR 1020170029964 A KR1020170029964 A KR 1020170029964A KR 20170029964 A KR20170029964 A KR 20170029964A KR 101830575 B1 KR101830575 B1 KR 101830575B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
znfe
rgo
nanoparticles
photocatalyst
nanocomposite
Prior art date
Application number
KR1020170029964A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
심재진
후세인암르후세인마디
Original Assignee
영남대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 영남대학교 산학협력단 filed Critical 영남대학교 산학협력단
Priority to KR1020170029964A priority Critical patent/KR101830575B1/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101830575B1 publication Critical patent/KR101830575B1/en

Links

Images

Classifications

    • B01J35/004
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J35/00Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
    • B01J35/30Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
    • B01J35/39Photocatalytic properties
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J21/00Catalysts comprising the elements, oxides, or hydroxides of magnesium, boron, aluminium, carbon, silicon, titanium, zirconium, or hafnium
    • B01J21/18Carbon
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/70Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper
    • B01J23/76Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper combined with metals, oxides or hydroxides provided for in groups B01J23/02 - B01J23/36
    • B01J23/80Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper combined with metals, oxides or hydroxides provided for in groups B01J23/02 - B01J23/36 with zinc, cadmium or mercury
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/70Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper
    • B01J23/89Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper combined with noble metals
    • B01J23/8906Iron and noble metals
    • B01J35/0006
    • B01J35/023
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J35/00Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
    • B01J35/19Catalysts containing parts with different compositions
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J35/00Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
    • B01J35/40Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by dimensions, e.g. grain size
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J37/00Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/0009Use of binding agents; Moulding; Pressing; Powdering; Granulating; Addition of materials ameliorating the mechanical properties of the product catalyst
    • B01J37/0018Addition of a binding agent or of material, later completely removed among others as result of heat treatment, leaching or washing,(e.g. forming of pores; protective layer, desintegrating by heat)
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J37/00Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/009Preparation by separation, e.g. by filtration, decantation, screening
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J37/00Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/16Reducing
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J37/00Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/34Irradiation by, or application of, electric, magnetic or wave energy, e.g. ultrasonic waves ; Ionic sputtering; Flame or plasma spraying; Particle radiation
    • B01J37/341Irradiation by, or application of, electric, magnetic or wave energy, e.g. ultrasonic waves ; Ionic sputtering; Flame or plasma spraying; Particle radiation making use of electric or magnetic fields, wave energy or particle radiation
    • B01J37/343Irradiation by, or application of, electric, magnetic or wave energy, e.g. ultrasonic waves ; Ionic sputtering; Flame or plasma spraying; Particle radiation making use of electric or magnetic fields, wave energy or particle radiation of ultrasonic wave energy
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J37/00Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/34Irradiation by, or application of, electric, magnetic or wave energy, e.g. ultrasonic waves ; Ionic sputtering; Flame or plasma spraying; Particle radiation
    • B01J37/341Irradiation by, or application of, electric, magnetic or wave energy, e.g. ultrasonic waves ; Ionic sputtering; Flame or plasma spraying; Particle radiation making use of electric or magnetic fields, wave energy or particle radiation
    • B01J37/344Irradiation by, or application of, electric, magnetic or wave energy, e.g. ultrasonic waves ; Ionic sputtering; Flame or plasma spraying; Particle radiation making use of electric or magnetic fields, wave energy or particle radiation of electromagnetic wave energy
    • B01J37/346Irradiation by, or application of, electric, magnetic or wave energy, e.g. ultrasonic waves ; Ionic sputtering; Flame or plasma spraying; Particle radiation making use of electric or magnetic fields, wave energy or particle radiation of electromagnetic wave energy of microwave energy

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Abstract

The present invention relates to Ag-ZnFe_2O_4@rGO nanocomposite photocatalyst capable of treating organic wastes effectively under UV light and visible light, and a preparation method of the same. More specifically, the present invention provides Ag-ZnFe_2O_4@rGO nanocomposite photocatalyst which comprises: reduced graphene oxide (rGO); and zinc ferrite (hereinafter referred to as ′ZnFe_2O_4′) nanoparticles and silver (Ag) nanoparticles attached to the rGO. The Ag-ZnFe_2O_4@rGO nanocomposite photocatalyst and the preparation method according to the present invention have effects of reducing aggregation of nanoparticles through a synergistic effect among Ag nanoparticles, ZnFe_2O_4 nanoparticles, and rGO, and enlarging the surface area of the catalyst, thereby causing better absorption under both UV light and visible light. Thus, the Ag-ZnFe_2O_4@rGO nanocomposite photocatalyst shows a high photocatalytic activity with respect to decomposition of various dyes including MB, RhB, and MO.

Description

자외선과 가시광선에서 효과적으로 유기 폐기물을 처리할 수 있는 Ag-ZnFe2O4@rGO 나노복합체 광촉매 및 이의 제조방법{Ag-ZnFe2O4@rGO Nanocomposite Photocatalyst for Efficient Treatment of Organic Wastes under Ultraviolet and Visible Light and the Preparation Method Thereof}(Ag-ZnFe2O4 @ rGO Nanocomposite Photocatalyst for Efficient Treatment of Organic Wastes under Ultraviolet and Visible Light and the Preparation Method Thereof) which can efficiently treat organic wastes in ultraviolet and visible light,

본 발명은 우수한 흡착특성을 가지며, 다양한 염료인 메틸렌블루 (methylene blue; 이하 'MB'), 로다민 B(rhodamine B; 이하 'RhB') 및 메틸오렌지(methyl orange; 이하 'MO')의 분해에 대한 높은 광촉매 활성을 나타낼 수 있는, 자외선과 가시광선에서 효과적으로 유기폐기물을 처리할 수 있는 Ag-ZnFe2O4@환원된 산화그래핀(reduced graphene oxide; 이하 'rGO') 나노복합체 광촉매(이하 'Ag-ZnFe2O4@rGO 나노복합체 광촉매'라 함) 및 이의 제조방법에 관한 것이다.Disclosure of Invention Technical Problem The present invention relates to a dye-sensitized solar cell having excellent adsorption characteristics and capable of decomposing various dyes such as methylene blue (MB), rhodamine B (RhB) and methyl orange (MO) (Hereinafter referred to as " rGO ") nanocomposite photocatalyst (hereinafter referred to as " Ag-ZnFe 2 O 4 ") capable of effectively treating organic wastes in ultraviolet and visible light, &Quot; Ag-ZnFe 2 O 4 @rGO nanocomposite photocatalyst ") and a method for producing the same.

섬유 및 염색 산업에서 나오는 유기염료 유출물 및 염료는 적절한 처리 없이 각 생산현장에서 배출되는 가장 큰 오염군 중 하나이다.Organic dye effluents and dyes from the textile and dyeing industries are one of the largest pollutants emitted from each production site without proper treatment.

폐수처리를 위해 기존의 생물학적, 물리적 및 화학적 방법이 확립되었지만, 이 경우 오염물질은 액상(liquid phase)에서 고상(solid phase)으로만 변화하며, 결과물인 슬러지를 정화하기 위해서는 추가 처리가 필요하다. 또한 매우 낮은 농도의 오염물질은 여전히 폐수로부터 제거하기가 어려운 실정이다.Conventional biological, physical and chemical methods for wastewater treatment have been established, but in this case the pollutant only changes from the liquid phase to the solid phase and further treatment is needed to purify the resulting sludge. Also, very low concentrations of pollutants are still difficult to remove from the wastewater.

따라서 상기 문제점을 해결하기 위해 제안된 고도산화공정(Advanced oxidation processes; 이하 'AOPs')은 물과 공기로부터 광범위한 유기오염물질을 제거하는데 사용되어 왔다.Therefore, the advanced oxidation processes (AOPs) proposed to solve the above problems have been used to remove a wide range of organic pollutants from water and air.

이런 관점에서 볼 때, 이종 광촉매반응(heterogeneous photocatalysis)은 유기오염물질의 분해에서의 잠재적인 응용 가능성 때문에 가장 유력한 AOPs 중의 하나로 간주되고 있다.In this respect, heterogeneous photocatalysis is considered one of the most potent AOPs because of its potential applicability in the degradation of organic pollutants.

지금까지 이산화티타늄(TiO2), 산화아연(ZnO) 및 이산화주석(SnO2)과 같은 반도체(semiconductors)가 광촉매(photocatalysts)로서 광범위하게 연구되어 왔으나, 이러한 반도체들은 넓은 띠틈(band gap)(3.0 내지 3.8 eV)을 가지기 때문에 가시광 조사 하에서 광촉매활성이 제한되는 문제점이 있다. 그러나 많은 스피넬형 산화물(spinel-type oxides)은 가시광 영역에서 광촉매 활성을 나타내고 있다.Although semiconductors such as titanium dioxide (TiO 2 ), zinc oxide (ZnO) and tin dioxide (SnO 2 ) have been extensively studied as photocatalysts, these semiconductors have a wide band gap (3.0 To 3.8 eV), there is a problem that the photocatalytic activity is limited under visible light irradiation. However, many spinel-type oxides exhibit photocatalytic activity in the visible region.

이 스피넬 산화물 중에서 스피넬 아연페라이트(이하'ZnFe2O4')는 좁은 띠틈(1.9 eV), 낮은 독성, 천연적인 풍부함, 현탁액으로부터 자성(magnetic) 분리를 위한 탁월한 강자성 특성 및 친환경성으로 인하여 가시광 영역에서의 광촉매작용을 위한 잠재적인 후보로 평가받고 있다.Among these spinel oxides, spinel zinc ferrite (hereinafter referred to as 'ZnFe 2 O 4 ') has a narrow band gap (1.9 eV), low toxicity, natural richness, excellent ferromagnetic property for magnetic separation from suspension, Is a potential candidate for photocatalytic action in the environment.

최근 2단계 합성법을 사용하여 ZnFe2O4 나노입자를 제조하고, 가시광선 조사 하에서 H2O2의 분해에 의해 반응성이 높은 OH· 라디칼을 생성함에 의해서 오렌지 Ⅱ(Orange Ⅱ) 염료를 분해하는 광촉매활성을 평가하는 연구가 Cai등에 의해 발표되었다.Recently, ZnFe 2 O 4 A study was conducted by Cai et al. To evaluate the photocatalytic activity of orange Ⅱ (orange Ⅱ) dyes by producing nanoparticles and producing highly reactive OH radicals by decomposition of H 2 O 2 under visible light irradiation .

그러나 순수한 ZnFe2O4의 낮은 원자가띠 전위(valence-band potential) 및 이에 수반된 열악한 광전자전환 성질 때문에 광에 의해 발생된 전자-정공 쌍의 빠른 재결합이 일어나므로 Orange Ⅱ는 순수한 ZnFe2O4에 의해 분해될 수 없다는 문제점이 있었다.However, due to the low valence-band potential of pure ZnFe 2 O 4 and the accompanying poor photo-electron conversion properties, rapid recombination of electron-hole pairs generated by light occurs, so Orange II is a pure ZnFe 2 O 4 There is a problem in that it can not be disassembled.

본 발명에서는 상기 언급한 문제를 해결하고 우수한 성능을 달성하기 위해 새로운 경로를 개발하였다.In the present invention, a new path has been developed in order to solve the above-mentioned problems and achieve excellent performance.

그래핀은 큰 표면적, 좋은 기계적 유연성, 높은 화학적 안정성 및 독특한 전자 특성과 같은 매력적인 성질들을 가지고 있다. 그래핀은 촉매의 개선된 흡착력, 나노입자의 비응집(non-aggregation), 확대된 광흡수 범위 및 광발생된 전자-정공 쌍의 현저하게 적은 재결합 때문에 층 표면상에 나노입자를 고정시켜 효율적인 그래핀계 나노복합체 광촉매를 만들기 위한 이상적인 기질로 간주되고 있다. Graphene has attractive properties such as large surface area, good mechanical flexibility, high chemical stability and unique electronic properties. Graphene fixes nanoparticles on the surface of the layer due to the enhanced adsorptivity of the catalyst, the non-aggregation of the nanoparticles, the increased optical absorption range and the significantly less recombination of the photogenerated electron-hole pairs, It is regarded as an ideal substrate for making pin-based nanocomposite photocatalyst.

더욱이 은(이하 'Ag') 나노입자는 표면플라즈몬공명(surface plasmon resonance; 이하 'SPR') 때문에 강하게 가시광선을 흡수한다. Ag 나노입자는 광발생된 전자-정공 쌍의 전하 분리를 용이하게 하는 전자싱크(electron sink)로 작용하여 나노복합체 광촉매활성을 향상시킨다.Furthermore, silver (Ag) nanoparticles strongly absorb visible light due to surface plasmon resonance (SPR). Ag nanoparticles act as an electron sink to facilitate the charge separation of the photogenerated electron-hole pairs, thereby improving the photocatalytic activity of the nanocomposite.

다양한 금속 페라이트-그래핀 나노복합체 광촉매가 보고되고 있다. Yao 등은 과산화일황산(peroxymonosulfate)가 존재할 때 가시광선 하에서 Orange Ⅱ의 자성 ZnFe2O4-그래핀 나노복합체 광촉매 상에서의 분해를 통해 나노복합체촉매의 활성을 평가하였다. 또한 Fu와 Wang은 ZnFe2O4-그래핀 나노복합체를 합성하고 H2O2의 존재 하에서 가시광선을 조사하여 메틸렌블루(methylene blue; 이하 'MB')를 제거하는 연구를 수행하였다. Zu 등은 전통적인 습식 함침기술을 사용하여 Ag/MFe2O4 촉매(M = Zn, Cu, Co 및 Ni)를 제조하고, 가시광선 조사 하에서 4-클로로페놀(4-chlorophenol)의 광분해반응을 수행하였다.Various metal ferrite-graphene nanocomposite photocatalysts have been reported. Yao et al. Evaluated the activity of nanocomposite catalysts through the decomposition of orange Ⅱ on photocatalysts of magnetic ZnFe 2 O 4 - graphene nanocomposite under visible light when peroxymonosulfate was present. Fu and Wang also studied the synthesis of ZnFe 2 O 4 - graphene nanocomposites and the removal of methylene blue (MB) by irradiating visible light in the presence of H 2 O 2 . Zu et al. Prepared a Ag / MFe 2 O 4 catalyst (M = Zn, Cu, Co and Ni) using conventional wet impregnation techniques and performed photolysis reaction of 4-chlorophenol under visible light irradiation Respectively.

마이크로웨이브-보조 합성법은 나노복합체 광촉매 제조를 위한 매력적인 방법으로 간주되고 있다. 마이크로웨이브는 분자의 쌍극자를 여기시켜 회전과 진동을 강화시켜 분자 사이의 마찰을 증가시키고, 이에 의해 발생되는 열을 전체 반응기 내에서 균일하고 신속하게 분산시킨다. 따라서 마이크로웨이브-보조 제조방법의 반응메카니즘은 기존의 가열 방법보다 분자구조 및 특성에 더 밀접한 관련이 있다.Microwave-assisted synthesis is regarded as an attractive method for nanocomposite photocatalyst production. Microwaves excite molecular dipoles to enhance rotation and vibration to increase friction between molecules, and to dissipate the heat generated thereby uniformly and rapidly throughout the reactor. Thus, the reaction mechanism of the microwave-assisted manufacturing method is more closely related to the molecular structure and properties than the conventional heating method.

ZnFe2O4-그래핀, rGO/Ag3PO4 및 그래핀-TiO2 나노복합체와 같은 고도로 단분산된 산화물 나노입자 등이 마이크로웨이브 방법을 통해 제조되었다. 마이크로웨이브 조사 하에서 산화그래핀(graphene oxide: GO)의 부피가 팽창되었고, 열분해 공정으로부터 다량의 가스 방출이 관찰되었다. 열분해 반응 후 높은 산소함량을 가진 GO는 열분해된 산화그래핀으로 변환되었고, 마이크로파 조사 하에서 탈산소화가 이루어졌다. 마이크로웨이브 가열은 사용되는 에너지 측면에서 보다 효율적이고, 합성에 더 적은 시간이 소요되며, 반응기 내에서 균일한 고온을 제공하므로, 15-35 nm 크기의 입자들이 제조된다.Highly monodisperse oxide nanoparticles such as ZnFe 2 O 4 -grapein, rGO / Ag 3 PO 4 and graphene-TiO 2 nanocomposites have been produced through the microwave method. Under microwave irradiation, the volume of graphene oxide (GO) expanded and a large amount of gas evolution was observed from the pyrolysis process. After pyrolysis reaction, GO with high oxygen content was converted into pyrogenic graphene oxide and deoxidized under microwave irradiation. Microwave heating is more efficient in terms of energy used, takes less time to synthesize, and provides homogeneous high temperatures in the reactor, producing particles of 15-35 nm size.

또한 ZnFe2O4 나노입자의 자기적 성질은 나노복합체 광촉매를 공정으로부터 보다 쉽게 분리할 수 있게 해 주므로 처리 과정에서 환경오염을 피할 수 있으며, Ag 나노입자의 존재는 자외선 및 가시광선 영역에서 광발생된 전자-정공 쌍의 재결합을 방지하고 분리를 향상시킴으로 인해 유기화합물의 분해속도를 가속화시킬 수 있다.In addition, the magnetic properties of ZnFe 2 O 4 nanoparticles allow the nanocomposite photocatalyst to be more easily separated from the process, thus avoiding environmental contamination during processing, and the presence of Ag nanoparticles can result in light generation in the ultraviolet and visible regions Hole pairs can be prevented and the decomposition rate of the organic compound can be accelerated by improving the separation.

따라서 GO와 ZnFe2O4 나노입자 및 Ag 나노입자를 이용하여 높은 광촉매 안정성과 확장성을 가질 수 있는 나노복합체 광촉매를 개발하는 것이 필요하여 본 발명에서 이를 완성하였다.Therefore, it is necessary to develop a nanocomposite photocatalyst capable of having high photocatalyst stability and expandability by using GO, ZnFe 2 O 4 nanoparticles and Ag nanoparticles, thus completing the present invention.

대한민국 등록특허 제1683059호Korea Patent No. 1683059

본 발명의 목적은 계면활성제 또는 템플리트를 사용하지 않으며, 저온과 단시간 내에 마이크로웨이브를 이용한 간단한 단일용기 수열합성법을 통하여, MB, RhB 및 MO 등의 염료의 분해에 대한 높은 광촉매 활성을 가지며, 자성으로 인하여 분리가 가능하여 재사용성이 뛰어난, 자외선과 가시광선에서 효과적으로 유기폐기물을 처리할 수 있는 Ag-ZnFe2O4@rGO 나노복합체 광촉매 및 이의 제조방법을 제공하는 데에 있다.It is an object of the present invention to provide a photocatalyst having high photocatalytic activity for decomposing dyes such as MB, RhB and MO through a simple single container hydrothermal synthesis using a microwave at a low temperature and in a short time without using a surfactant or a template, ZnFe 2 O 4 @rGO nanocomposite photocatalyst capable of effectively separating organic wastes from ultraviolet rays and visible rays and having excellent reusability, and a method for manufacturing the same.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 rGO; 및 rGO 상에 부착된 ZnFe2O4 나노입자 및 은(Ag) 나노입자;를 포함하는, Ag-ZnFe2O4@rGO 나노복합체 광촉매를 제공한다. In order to achieve the above object, And Ag-ZnFe 2 O 4 @rGO nanocomposite photocatalyst comprising ZnFe 2 O 4 nanoparticles and silver (Ag) nanoparticles attached on rGO.

또한 본 발명은 철 전구체 및 아연 전구체를 탈이온수에 용해시켜 제1혼합용액을 준비하는 단계; GO를 탈이온수에 분산시키고 초음파 처리하여 GO 분산액을 준비하는 단계; 상기 제1혼합용액을 GO 분산액에 첨가하고 교반하여 제2혼합용액을 준비하는 단계; 상기 제2혼합용액에 은 전구체를 첨가하고 교반하여 제3혼합용액을 준비하는 단계; 상기 제3혼합용액에 환원제를 첨가하고 교반하여 현탁액을 준비하는 단계; 상기 현탁액에 마이크로웨이브를 조사하여 가열한 후 실온으로 냉각시키고 원심분리하여 rGO에 부착된 ZnFe2O4 나노입자 및 Ag 나노입자를 포함하는 나노복합체를 수집하는 단계; 및 상기 수집된 나노복합체를 세척한 후 진공건조시켜 rGO에 부착된 ZnFe2O4 나노입자 및 Ag 나노입자를 포함하는 나노복합체 광촉매를 제조하는 단계;를 포함하는, Ag-ZnFe2O4@rGO 나노복합체 광촉매 제조방법을 제공한다.The present invention also provides a method for preparing a ferroelectric film, comprising: preparing a first mixed solution by dissolving an iron precursor and a zinc precursor in deionized water; Dispersing the GO in deionized water and sonicating to prepare a GO dispersion; Adding the first mixed solution to the GO dispersion and stirring to prepare a second mixed solution; Adding a silver precursor to the second mixed solution and stirring to prepare a third mixed solution; Adding a reducing agent to the third mixed solution and stirring to prepare a suspension; The suspension is irradiated with microwaves, heated, cooled to room temperature, and centrifuged to collect nanocomposites containing ZnFe 2 O 4 nanoparticles and Ag nanoparticles attached to rGO. And preparing a nanocomposite photocatalyst comprising ZnFe 2 O 4 nanoparticles and Ag nanoparticles adhered to rGO by washing the collected nanocomposite and vacuum drying the nanocomposite, wherein Ag-ZnFe 2 O 4 @rGO A nanocomposite photocatalyst production method is provided.

본 발명에 따른 자외선과 가시광선에서 효과적으로 유기 폐기물을 처리할 수 있는 Ag-ZnFe2O4@rGO 나노복합체 광촉매 및 이의 제조방법은 Ag 나노입자, ZnFe2O4 나노입자 및 rGO 사이의 시너지 효과를 통해 나노입자들의 응집을 감소시키고, 촉매의 표면적을 증가시켜 자외선(UV light)과 가시광선(visible light) 모두에서 더 나은 흡수를 유도하고, 광발생된 전자-정공 쌍의 재결합을 방지하고 이들의 분리를 향상시킴으로써 다양한 염료인 MB, RhB 및 MO의 분해에 대한 높은 광촉매 활성을 나타낼 수 있는 효과가 있다.The Ag-ZnFe 2 O 4 @rGO nanocomposite photocatalyst capable of effectively treating organic wastes in ultraviolet and visible light according to the present invention and its manufacturing method can produce a synergistic effect between Ag nanoparticles, ZnFe 2 O 4 nanoparticles and rGO To reduce aggregation of nanoparticles and increase the surface area of the catalyst to induce better absorption in both UV light and visible light and to prevent recombination of photogenerated electron- By enhancing the separation, there is an effect of exhibiting high photocatalytic activity against decomposition of various dyes MB, RhB and MO.

도 1은 짧은 시간 동안의 마이크로웨이브-보조 자기조립합성법에 의한 Ag-ZnFe2O4@rGO 나노복합체 광촉매의 제조과정을 나타낸 개략도;
도 2는 비교예 1에 따라 제조된 순수한 ZnFe2O4 나노입자 광촉매(a), 비교예 2에 따라 제조된 ZnFe2O4@rGO 나노복합체 광촉매(b), 그리고 실시예 1에 따라 제조된 Ag-ZnFe2O4@rGO 나노복합체 광촉매(c)의 XRD 패턴을 나타낸 도면;
도 3은 실시예 1에 따라 제조된 Ag-ZnFe2O4@rGO 나노복합체 광촉매의 FE-SEM 이미지(a 및 b) 및 TEM 이미지(c), 삽도는 고분해능 TEM 이미지를 나타낸 도면;
도 4는 실시예 1에 따라 제조된 Ag-ZnFe2O4@rGO 나노복합체 광촉매의 XPS 스펙트럼을 나타낸 것으로서, 탐사스캔(a), Zn 2p(b), Fe 2p(c), Ag 3d(d), O 1s(e) 및 C 1s(f) 에너지 영역을 나타낸 도면;
도 5는 GO의 C 1s XPS 스펙트럼을 나타낸 도면;
도 6은 GO 및 실시예 1에 따라 제조된 Ag-ZnFe2O4@rGO 나노복합체 광촉매의 FT-IR 스펙트럼(a) 및 라만 스펙트럼(b)을 나타낸 도면;
도 7은 실시예 1에 따라 제조된 Ag-ZnFe2O4@rGO 나노복합체 광촉매의 N2 흡착-탈착 등온선. 삽도는 공극크기 분포를 나타낸 도면;
도 8은 공기 및 질소 분위기에서 실시예 1에 따라 제조된 Ag-ZnFe2O4@rGO 나노복합체 광촉매의 TGA 및 DSC 곡선을 나타낸 도면;
도 9는 비교예 1에 따라 제조된 ZnFe2O4 나노입자 광촉매, 비교예 2에 따라 제조된 ZnFe2O4@rGO 나노복합체 광촉매 및 실시예 1에 따라 제조된 Ag-ZnFe2O4@rGO 나노복합체 광촉매의 UV-vis 흡수 스펙트럼(a) 및 EIS 스펙트럼 (b); 실시예 1 내지 실시예 4에 따라 제조된 Ag-ZnFe2O4@rGO 나노복합체 광촉매의 UV-vis 흡수 스펙트럼 (c) 및 EIS 스펙트럼 (d)을 나타낸 도면;
도 10은 비교예 1에 따라 제조된 ZnFe2O4 나노입자 광촉매, 비교예 2에 따라 제조된 ZnFe2O4@rGO 나노복합체 광촉매, 실시예 1에 따라 제조된 Ag-ZnFe2O4@rGO 나노복합체 광촉매 상에서의 UV(λ = 365 nm)에 의한 MB(20 ppm)의 분해, 그리고 실시예 1에 따라 제조된 Ag-ZnFe2O4@rGO 나노복합체 광촉매 상에서, 비교를 목적으로 한, 가시광(λ> 420 nm)에 의한 MB(20 ppm)의 분해를 나타낸 도면;
도 11은 실시예 1에 따라 제조된 Ag-ZnFe2O4@rGO 나노복합체 광촉매를 사용한 자외선(a) 및 가시광선(b) 하에서의 MB의 광촉매 분해 비교 도면(삽도: 실시예 1에 따라 제조된 Ag-ZnFe2O4@rGO 나노복합체 광촉매가 자성에 의해 쉽게 분리됨을 나타낸 도면);
도 12는 실시예 1 내지 실시예 4에 따라 제조된 Ag-ZnFe2O4@rGO 나노복합체 광촉매에 대한 MB의 흡착(a) 및 광촉매 분해성능(b)의 변화를 나타낸 도면;
도 13은 실시예 1에 따라 제조된 Ag-ZnFe2O4@rGO 나노복합체 광촉매를 사용하여 10 ppm의 3가지 염료 (MO, RhB 및 MB) 수용액의 UV(a) 및 가시광선(b)에 의한 분해를 나타낸 도면;
도 14는 실시예 1에 따라 제조된 Ag-ZnFe2O4@rGO 나노복합체 광촉매에 의한 MB, RhB 및 MO(모두 수용액 10 ppm 존재)의 자외선 및 가시광선 하에서의 광분해에 대한 유사 일차속도상수(k)를 나타낸 도면;
도 15는 실시예 1에 따라 제조된 Ag-ZnFe2O4@rGO 나노복합체 광촉매(0.5 g cat L- 1)의, 40 W UV 램프(λ = 365nm)를 사용한 MB(20 ppm)의 광분해에서의, 재사용성 테스트를 나타낸 도면;
도 16은 실시예 1에 따라 제조된 Ag-ZnFe2O4@rGO 나노복합체 광촉매의 광분해 반응 동안 각각 p-벤조퀴논(p-benzoquinone; 이하 'BZQ'), 중탄산나트륨(sodium bicarbonate: 이하 'NaHCO3'), 그리고 이소프로필알코올(isopropyl alcohol: 이하 'IPA')에 의한 반응종인 초산화기(superoxide radical: ·O2 -), 정공(hVB +) 및 수산기(·OH)의 포집(trapping)을 나타낸 도면; 및
도 17은 UV 또는 가시광선 조사 하에서 실시예 1에 따라 제조된 Ag-ZnFe2O4@rGO 나노복합체 광촉매의 MB 분해 메커니즘을 나타낸 개략도이다.
FIG. 1 is a schematic view showing a process for producing Ag-ZnFe 2 O 4 @rGO nanocomposite photocatalyst by a microwave-assisted self-assembly synthesis method for a short time;
Figure 2 is prepared according to comparative example 1 The pure ZnFe 2 O 4 nanoparticles photocatalyst (a), comparing a ZnFe 2 O 4 @rGO photocatalytic nanocomposite (b) prepared according to Example 2 prepared in accordance with, and in Example 1 X-ray diffraction pattern of Ag-ZnFe 2 O 4 @rGO nanocomposite photocatalyst (c);
FIG. 3 is an FE-SEM image (a and b) and a TEM image (c) of a Ag-ZnFe 2 O 4 @rGO nanocomposite photocatalyst prepared according to Example 1, and a high-resolution TEM image of FIG.
FIG. 4 shows XPS spectra of the Ag-ZnFe 2 O 4 @rGO nanocomposite photocatalyst prepared according to Example 1. The XPS spectrum of the Ag-ZnFe 2 O 4 @rGO nanocomposite photocatalyst prepared according to Example 1 is shown in FIG. ), O 1s (e) and C 1s (f) energy regions;
5 shows a C 1s XPS spectrum of GO;
6 shows FT-IR spectra (a) and Raman spectrum (b) of the GO and the Ag-ZnFe 2 O 4 @rGO nanocomposite photocatalyst prepared according to Example 1;
7 is a N 2 adsorption-desorption isotherm of an Ag-ZnFe 2 O 4 @rGO nanocomposite photocatalyst prepared according to Example 1. FIG. The drawing shows a pore size distribution;
8 is a graph showing the TGA and DSC curves of the Ag-ZnFe 2 O 4 @rGO nanocomposite photocatalyst prepared according to Example 1 in air and nitrogen atmosphere;
FIG. 9 is a graph showing the relationship between the ZnFe 2 O 4 nanoparticle photocatalyst prepared according to Comparative Example 1, the ZnFe 2 O 4 @rGO nanocomposite photocatalyst prepared according to Comparative Example 2, and the Ag-ZnFe 2 O 4 @rGO UV-vis absorption spectrum (a) and EIS spectrum (b) of the nanocomposite photocatalyst; UV absorption spectrum (c) and EIS spectrum (d) of the Ag-ZnFe 2 O 4 @rGO nanocomposite photocatalyst prepared according to Examples 1 to 4 ;
FIG. 10 is a graph showing the relationship between the ZnFe 2 O 4 nanoparticle photocatalyst prepared according to Comparative Example 1, the ZnFe 2 O 4 @rGO nanocomposite photocatalyst prepared according to Comparative Example 2, the Ag-ZnFe 2 O 4 @rGO Decomposition of MB (20 ppm) by UV (? = 365 nm) on a nanocomposite photocatalyst, and decomposition of visible light for comparison purposes on the Ag-ZnFe 2 O 4 @rGO nanocomposite photocatalyst prepared according to Example 1 gt; (20 ppm) < / RTI >
Fig. 11 is a comparative diagram (comparative diagram of photocatalytic decomposition of MB under ultraviolet (a) and visible light (b) using Ag-ZnFe 2 O 4 @rGO nanocomposite photocatalyst prepared according to Example 1 Ag-ZnFe 2 O 4 @rGO nanocomposite photocatalyst is easily separated by magnetism);
12 is a graph showing changes in adsorption (a) and photocatalytic degradation performance (b) of MB on the Ag-ZnFe 2 O 4 @rGO nanocomposite photocatalyst prepared according to Examples 1 to 4 ;
13 is a graph showing changes in UV (a) and visible light (b) of an aqueous solution of three dyes (MO, RhB and MB) at 10 ppm using Ag-ZnFe 2 O 4 @rGO nanocomposite photocatalyst prepared according to Example 1 ≪ / RTI >
14 is a graph showing the similar primary rate constants (k (k)) for photodegradation of ultraviolet and visible light of MB, RhB and MO (all in an aqueous solution of 10 ppm) by Ag-ZnFe 2 O 4 @rGO nanocomposite photocatalyst prepared according to Example 1 FIG.
15 shows the photolysis of MB (20 ppm) of a Ag-ZnFe 2 O 4 @rGO nanocomposite photocatalyst (0.5 g cat L - 1 ) prepared according to Example 1 using a 40 W UV lamp (λ = 365 nm) Of a reusability test;
16 is a graph showing the results of photocatalytic decomposition of Ag-ZnFe 2 O 4 @rGO nanocomposite photocatalyst prepared according to Example 1 using p-benzoquinone (BZQ), sodium bicarbonate (NaHCO 3) collecting (trapping) of a), the hole (h VB +) and hydroxyl (· OH) - · O 2 : 3 '), and isopropyl alcohol (isopropyl alcohol: hereinafter' IPA ') reaction species acetate weapon (superoxide radical by Fig. And
17 is a schematic view showing the MB decomposition mechanism of the Ag-ZnFe 2 O 4 @rGO nanocomposite photocatalyst prepared according to Example 1 under UV or visible light irradiation.

이하, 본 발명인 자외선과 가시광선에서 효과적으로 유기폐기물을 처리할 수 있는 Ag-ZnFe2O4@rGO 나노복합체 광촉매 및 이의 제조방법을 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, Ag-ZnFe 2 O 4 @rGO nanocomposite photocatalyst capable of effectively treating organic wastes in ultraviolet rays and visible rays according to the present invention and a method for producing the same will be described in detail.

본 발명의 발명자들은 저온, 마이크로웨이브-보조, 자기조립침전법을 이용하여 Ag 나노입자, ZnFe2O4 나노입자 및 rGO 사이의 시너지 효과를 통해 나노입자들의 응집을 감소시키고, 촉매의 표면적을 증가시켜 자외선(UV light)과 가시광선(visible light) 모두에서 더 나은 흡수를 유도하고, 광발생된 전자-정공 쌍의 재결합을 방지하고 이들의 분리를 향상시킴으로써 MB, RhB 및 MO 등의 다양한 염료의 분해에 대한 높은 광촉매 활성을 나타낼 수 있음을 밝혀내어 본 발명을 완성하였다.The inventors of the present invention have found that by synergy between Ag nanoparticles, ZnFe 2 O 4 nanoparticles, and rGO by using a low temperature, microwave assisted, self-assembly precipitation method, the agglomeration of nanoparticles is reduced and the surface area of the catalyst is increased To induce better absorption in both UV light and visible light, to prevent recombination of photogenerated electron-hole pairs, and to improve their separation, thereby to improve the separation of various dyes such as MB, RhB and MO And can exhibit high photocatalytic activity against decomposition. The present invention has been completed based on this finding.

본 발명은 rGO; 및 rGO 상에 부착된 ZnFe2O4 나노입자 및 은(Ag) 나노입자;를 포함하는, Ag-ZnFe2O4@rGO 나노복합체 광촉매를 제공한다.The present invention relates to rGO; And Ag-ZnFe 2 O 4 @rGO nanocomposite photocatalyst comprising ZnFe 2 O 4 nanoparticles and silver (Ag) nanoparticles attached on rGO.

상기 ZnFe2O4 나노입자는 평균직경이 10 내지 20 nm일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.The ZnFe 2 O 4 nanoparticles may have an average diameter of 10 to 20 nm, but are not limited thereto.

상기 Ag 나노입자는 평균직경이 30 내지 40 nm일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.The Ag nanoparticles may have an average diameter of 30 to 40 nm, but are not limited thereto.

상기 나노복합체 광촉매는 55 내지 65 중량%의 ZnFe2O4 나노입자, 20 내지 30 중량%의 Ag 나노입자 및 10 내지 20 중량%의 rGO로 이루어진 것일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.The nanocomposite photocatalyst may be composed of 55 to 65 wt% of ZnFe 2 O 4 nanoparticles, 20 to 30 wt% of Ag nanoparticles, and 10 to 20 wt% of rGO, but is not limited thereto.

또한 본 발명은 철 전구체 및 아연 전구체를 탈이온수에 용해시켜 제1혼합용액을 준비하는 단계; GO를 탈이온수에 분산시키고 초음파 처리하여 GO 분산액을 준비하는 단계; 상기 제1혼합용액을 GO 분산액에 첨가하고 교반하여 제2혼합용액을 준비하는 단계; 상기 제2혼합용액에 은 전구체를 첨가하고 교반하여 제3혼합용액을 준비하는 단계; 상기 제3혼합용액에 환원제를 첨가하고 교반하여 현탁액을 준비하는 단계; 상기 현탁액에 마이크로웨이브를 조사하여 가열한 후 실온으로 냉각시키고 원심분리하여 rGO에 부착된 ZnFe2O4 나노입자 및 Ag 나노입자를 포함하는 나노복합체를 수집하는 단계; 및 상기 수집된 나노복합체를 세척한 후 진공건조시켜 rGO에 부착된 ZnFe2O4 나노입자 및 Ag 나노입자를 포함하는 나노복합체 광촉매를 제조하는 단계;를 포함하는 Ag-ZnFe2O4@rGO 나노복합체 광촉매 제조방법을 제공한다.The present invention also provides a method for preparing a ferroelectric film, comprising: preparing a first mixed solution by dissolving an iron precursor and a zinc precursor in deionized water; Dispersing the GO in deionized water and sonicating to prepare a GO dispersion; Adding the first mixed solution to the GO dispersion and stirring to prepare a second mixed solution; Adding a silver precursor to the second mixed solution and stirring to prepare a third mixed solution; Adding a reducing agent to the third mixed solution and stirring to prepare a suspension; The suspension is irradiated with microwaves, heated, cooled to room temperature, and centrifuged to collect nanocomposites containing ZnFe 2 O 4 nanoparticles and Ag nanoparticles attached to rGO. And preparing a nanocomposite photocatalyst comprising ZnFe 2 O 4 nanoparticles and Ag nanoparticles adhered to rGO by washing the collected nanocomposite and washing the nanocomposite with Ag-ZnFe 2 O 4 @rGO nano A method for producing a composite photocatalyst is provided.

상기 철 전구체는 질산제2철(ferric nitrate nonahydrate: Fe(NO3)3), 염화제1철(ferrous chloride: FeCl2), 염화제2철(ferric choloride: FeCl3), 황산제1철(ferrous sulfate: FeSO4), 황산제2철(ferric sulfate: Fe2(SO4)3) 및 초산제1철(ferrous acetate: Fe(CO2CH3)2)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.The iron precursor may be selected from the group consisting of ferric nitrate nonahydrate (Fe (NO 3 ) 3 ), ferrous chloride (FeCl 2 ), ferric chororide (FeCl 3 ) ferrous sulfate: FeSO 4 , ferric sulfate: Fe 2 (SO 4 ) 3 and ferrous acetate: Fe (CO 2 CH 3 ) 2 ) But is not limited thereto.

상기 아연 전구체는 아세트산아연(zinc acetate: Zn(CH3COOH)2), 황산아연(zinc sulfate: ZnSO4), 염화아연(zinc chloride: ZnCl2), 질산아연(zinc nitrate: Zn(NO3)2), 브롬화아연(zinc bromide: ZnBr2) 및 요오드화아연(zinc iodide: ZnI2)으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.Wherein the zinc precursor is zinc acetate (zinc acetate: Zn (CH 3 COOH) 2), zinc sulfate (zinc sulfate: ZnSO 4), zinc chloride (zinc chloride: ZnCl 2), zinc nitrate (zinc nitrate: Zn (NO 3 ) 2 ), zinc bromide (ZnBr 2 ) and zinc iodide (ZnI 2 ), but the present invention is not limited thereto.

상기 제1혼합용액을 준비하는 단계는 철 전구체 및 아연 전구체를 1 : (0.5 ~ 3)의 몰비로 탈이온수에 용해시켜 준비할 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.The step of preparing the first mixed solution may be prepared by dissolving the iron precursor and the zinc precursor in deionized water in a molar ratio of 1: 0.5 to 3, but is not limited thereto.

상기 GO 분산액은 0.2 내지 3 mg/㎖의 농도일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.The GO dispersion may have a concentration of 0.2 to 3 mg / ml, but is not limited thereto.

상기 은 전구체는 질산은(silver nitrate: AgNO3), 황산은(silver sulfate: Ag2SO4), 초산은(silver acetate: AgCOOCH3), 염화은(silver chloride: AgCl) 및 탄산은(silver carbonate: Ag2CO3)으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.Wherein the precursor is silver nitrate (silver nitrate: AgNO 3), silver sulfate (silver sulfate: Ag 2 SO 4 ), acetic acid (silver acetate: AgCOOCH 3), silver chloride (silver chloride: AgCl) and carbonate (silver carbonate: Ag 2 CO 3 ), but is not limited thereto.

상기 환원제는 하이드라진(hydrazine: N2H4), 수소화붕소나트륨(sodium boro hydride: NaBH4), 에틸렌글라이콜(ethylene glycol: C2H4(OH)2), 티오요소(thiourea: (NH2)2CS) 및 이산화티오요소(thiourea dioxide: (NH)(NH2)CSO2H)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.The reducing agent is selected from the group consisting of hydrazine (N 2 H 4 ), sodium borohydride (NaBH 4 ), ethylene glycol (C 2 H 4 (OH) 2 ), thiourea 2 ) 2 CS) and thiourea dioxide (NH 3) (NH 2 ) CSO 2 H), but the present invention is not limited thereto.

상기 rGO에 부착된 ZnFe2O4 나노입자 및 Ag 나노입자를 포함하는 나노복합체 를 수집하는 단계는 현탁액에 50 내지 400 W의 마이크로웨이브를 조사하여 60 내지 150℃로 가열한 후 3 내지 20분 동안 온도를 유지한 후 실온으로 냉각시키고 원심분리할 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.In the step of collecting the nanocomposite comprising ZnFe 2 O 4 nanoparticles and Ag nanoparticles attached to the rGO, the suspension is irradiated with a microwave of 50 to 400 W, heated to 60 to 150 ° C, and then irradiated for 3 to 20 minutes The temperature may be maintained, then cooled to room temperature and centrifuged, but is not limited thereto.

상기 rGO에 부착된 ZnFe2O4 나노입자 및 Ag 나노입자를 포함하는 나노복합체 광촉매를 제조하는 단계는 수집된 나노복합체를 세척한 후 20 내지 100℃에서 30분 내지 5시간 동안 진공건조시킬 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.The step of preparing the nanocomposite photocatalyst including the ZnFe 2 O 4 nanoparticles and the Ag nanoparticles attached to the rGO may be performed by washing the collected nanocomposite and then vacuum drying at 20 to 100 ° C for 30 minutes to 5 hours , But is not limited thereto.

이하, 하기 실시예에 의해 본 발명인 자외선과 가시광선에서 효과적으로 유기 폐기물을 처리할 수 있는 Ag-ZnFe2O4@rGO 나노복합체 광촉매 및 이의 제조방법을 보다 상세하게 설명한다. 다만, 이러한 실시예에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, Ag-ZnFe 2 O 4 @rGO nanocomposite photocatalyst capable of effectively treating organic wastes in ultraviolet and visible light according to the present invention will be described in more detail with reference to the following examples. However, the present invention is not limited by these examples.

<실시예 1> Ag-ZnFe&Lt; Example 1 > Ag-ZnFe 22 OO 44 @rGO 나노복합체 광촉매 합성@rGO nanocomposite photocatalyst synthesis

Alfa Aesar에서 구입한 모든 시약은 분석 등급이며, 추가적인 정제 없이 받은 그대로 사용하였다.All reagents purchased from Alfa Aesar are analytical grade and used as received without further purification.

Tour 방법에 따라 산성 조건 하에서 흑연분말의 산화에 의해 GO를 합성하였다.GO was synthesized by oxidation of graphite powder under acidic conditions according to Tour method.

본 발명인 Ag-ZnFe2O4@rGO 나노복합체 광촉매는 저온, 마이크로웨이브-보조, 자기조립 침전법으로 합성되었다.The Ag-ZnFe 2 O 4 @rGO nanocomposite photocatalyst of the present invention was synthesized by a low-temperature, microwave-assisted, self-assembly precipitation method.

도 1은 Ag-ZnFe2O4@rGO 나노복합체 광촉매의 합성메커니즘을 나타내고 있다.Figure 1 shows the synthesis mechanism of Ag-ZnFe 2 O 4 @rGO nanocomposite photocatalyst.

2 mmol의 FeCl3·6H2O과 1 mmol의 Zn(CH3COOH)2·2H2O를 탈이온수 10 ㎖에 용해시켜 제1혼합용액을 준비하였고, 또한 80 mg의 GO(이하 'G80')를 60 ㎖의 탈이온수에 분산시키고 1시간 동안 초음파 처리하여 GO 분산액을 준비하였다.The first mixed solution was prepared by dissolving 2 mmol of FeCl 3 .6H 2 O and 1 mmol of Zn (CH 3 COOH) 2 .2H 2 O in 10 ml of deionized water. Then, 80 mg of GO (hereinafter referred to as 'G80' ) Was dispersed in 60 ml of deionized water and ultrasonicated for 1 hour to prepare a GO dispersion.

Fe3+와 Zn2+를 함유한 제1혼합용액을 GO 분산액에 첨가하고 30분 동안 교반하여 제2혼합용액을 준비하였다.A first mixed solution containing Fe 3+ and Zn 2+ was added to the GO dispersion and stirred for 30 minutes to prepare a second mixed solution.

이어서 제2혼합용액에 0.1 M의 AgNO3 10 ㎖를 첨가하고 30분 동안 교반하여 제3혼합용액을 준비하였다.Next, 10 ml of 0.1 M AgNO 3 was added to the second mixed solution, and the mixture was stirred for 30 minutes to prepare a third mixed solution.

제3혼합용액에 5 M의 N2H4·H2O 4 ㎖를 첨가하고 30분 동안 교반하여 현탁액을 준비하였다.To the third mixed solution, 5 ml of N 2 H 4 .H 2 O 4 ml was added and stirred for 30 minutes to prepare a suspension.

생성된 현탁액을 2.45 GHz 마이크로웨이브 반응기(CEM Discover)로 옮겨 대기압 하에서 100℃(150 W)로 가열하고 10분 동안 온도를 유지한 후 실온으로 냉각시켰다.The resulting suspension was transferred to a 2.45 GHz microwave reactor (CEM Discover), heated to 100 &lt; 0 &gt; C (150 W) at atmospheric pressure, held at temperature for 10 minutes and then cooled to room temperature.

최종적으로 샘플을 원심 분리하여 수집하고 탈이온수 및 무수 에탄올로 반복적으로 세척한 후, 60℃에서 2시간 동안 진공오븐에서 건조시켜 Ag-ZnFe2O4@rGO 나노복합체 광촉매를 제조하였다.Finally, the sample was collected by centrifugation, repeatedly washed with deionized water and anhydrous ethanol, and then dried in a vacuum oven at 60 ° C for 2 hours to prepare an Ag-ZnFe 2 O 4 @rGO nanocomposite photocatalyst.

<실시예 2> Ag-ZnFe&Lt; Example 2 > Ag-ZnFe 22 OO 44 @rGO 나노복합체 광촉매 합성@rGO nanocomposite photocatalyst synthesis

20 mg의 GO(이하 'G20')를 이용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 조건으로 Ag-ZnFe2O4@rGO 나노복합체 광촉매를 제조하였다.Ag-ZnFe 2 O 4 @rGO nanocomposite photocatalyst was prepared under the same conditions as in Example 1, except that 20 mg of GO (hereinafter referred to as 'G20') was used.

<실시예 3> Ag-ZnFe&Lt; Example 3 > Ag-ZnFe 22 OO 44 @rGO 나노복합체 광촉매 합성@rGO nanocomposite photocatalyst synthesis

40 mg의 GO(이하 'G40')를 이용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 조건으로 Ag-ZnFe2O4@rGO 나노복합체 광촉매를 제조하였다.Ag-ZnFe 2 O 4 @rGO nanocomposite photocatalyst was prepared under the same conditions as in Example 1, except that 40 mg of GO (hereinafter referred to as 'G40') was used.

<실시예 4> Ag-ZnFe&Lt; Example 4 > Ag-ZnFe 22 OO 44 @rGO 나노복합체 광촉매 합성@rGO nanocomposite photocatalyst synthesis

100 mg의 GO(이하 'G100')를 이용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 조건으로 Ag-ZnFe2O4@rGO 나노복합체 광촉매를 제조하였다.Ag-ZnFe 2 O 4 @rGO nanocomposite photocatalyst was prepared under the same conditions as in Example 1 except that 100 mg of GO (hereinafter referred to as 'G100') was used.

<비교예 1> 순수한 ZnFe&Lt; Comparative Example 1 > Pure ZnFe 22 OO 4 4 나노입자 광촉매 제조Manufacture of nanoparticle photocatalyst

AgNO3와 GO를 첨가하지 않고 상기 실시예 1과 동일한 조건으로 ZnFe2O4 나노입자 광촉매를 제조하였다.A ZnFe 2 O 4 nanoparticle photocatalyst was prepared under the same conditions as in Example 1 without adding AgNO 3 and GO.

<비교예 2> ZnFe&Lt; Comparative Example 2 > ZnFe 22 OO 44 @rGO 나노복합체 광촉매 제조@ rGO nanocomposite photocatalyst manufacture

AgNO3를 첨가하지 않고 상기 실시예 1과 동일한 조건으로 ZnFe2O4@rGO 나노복합체 광촉매를 제조하였다.A ZnFe 2 O 4 @rGO nanocomposite photocatalyst was prepared under the same conditions as in Example 1 without adding AgNO 3 .

<실험예 1> Ag-ZnFe&Lt; Experimental Example 1 > Ag-ZnFe 22 OO 44 @rGO 나노복합체 광촉매의 상 구조 및 형태 분석Analysis and morphology of @rGO nanocomposite photocatalyst

상기 실시예 1에 따라 제조된 Ag-ZnFe2O4@rGO 나노복합체의 상 구조 및 형태를 분석하기 위해, X선 회절분석(X-ray diffraction; 이하'XRD')은 Cu Kα 조사를 이용한 X선 회절분석기(PANalytical, X'Pert-PRO MPD)를 이용하였으며, 전계방사 주사전자현미경 분석(field-emission scanning electron microscopy; 이하 'FE-SEM')은 전계방사 주사전자현미경(Hitachi, S-4800)을 이용하였으며, 투과전자현미경 분석(Transmission Electron Microscope; 이하 'TEM')은 투과전자현미경(Philips, CM-200)을 200 kV로 가속하여 관찰하였고, 푸리에변환적외선분광분석(Fourier transform infrared spectroscopy; 이하 'FT-IR')은 FT-IR 분광분석기(Bio-Rad, Excalibur Series FTS 3000)을 이용하였고, 라만분광분석(Raman spectroscopy)은 라만분광기(HORIBA, XploRA plus)를 이용하였고, X선 광전자분광분석(X-ray photoelectron spectroscopy; 이하 'XPS')은 시료의 표면 성분을 조사하기 위해 Al Kα 단색광 조사(monochromatized radiation)를 이용한 XPS(KRATOS, AXIS Nova)로 각각 분석하였다.X-ray diffraction (hereinafter, referred to as 'XRD') was performed using X-ray diffraction (XRD) using Cu Kα irradiation in order to analyze the phase structure and morphology of the Ag-ZnFe 2 O 4 @rGO nanocomposite prepared in Example 1 Field-emission scanning electron microscopy (hereinafter, referred to as 'FE-SEM') was performed using a field emission scanning electron microscope (Hitachi, S-4800 Transmission Electron Microscope (TEM) was observed at 200 kV using a transmission electron microscope (Philips, CM-200). Fourier transform infrared spectroscopy (Fourier transform infrared spectroscopy) was used. Raman spectroscopy was performed using a Raman spectroscope (HORIBA, XploRA plus), and X-ray photoelectron spectroscopy (FT-IR) was performed using an FT-IR spectroscopic analyzer (Bio- Rad, Excalibur Series FTS 3000) X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) Monochromatic Al Kα were analyzed by irradiation (monochromatized radiation) an XPS (KRATOS, AXIS Nova) with for use.

도 2는 비교예 1에 따라 제조된 순수한 ZnFe2O4 나노입자 광촉매, 비교예 2에 따라 제조된 ZnFe2O4@rGO 나노복합체 광촉매 및 실시예 1에 따라 제조된 Ag-ZnFe2O4@rGO 나노복합체 광촉매의 XRD 패턴을 나타내고 있다.FIG. 2 is a graph showing the relationship between the pure ZnFe 2 O 4 nanoparticle photocatalyst prepared according to Comparative Example 1, the ZnFe 2 O 4 @rGO nanocomposite photocatalyst prepared according to Comparative Example 2 and the Ag-ZnFe 2 O 4 @ The XRD pattern of the rGO nanocomposite photocatalyst is shown.

이러한 XRD 패턴의 경우, 스피넬 ZnFe2O4(JCPDS 22-1012)의 (220), (311), (400), (422), (511) 및 (440) 결정면에 해당하는 30.1, 35.3, 43.0, 53.5, 56.3 및 62.4˚ 2θ에서 피크가 관찰되었다.In the case of such an XRD pattern, 30.1, 35.3, 43.0 (corresponding to (220), (311), (400), (422), (511) and (440) crystal faces of spinel ZnFe 2 O 4 , 53.5, 56.3 and 62.4 [deg.] 2 [theta].

ZnFe2O4@rGO 나노복합체 광촉매의 경우, 18-22˚ 2θ에서 추가적인 약한 넓은 피크가 관찰되었으며, 이는 rGO와 관련이 있다.For the ZnFe 2 O 4 @rGO nanocomposite photocatalyst, an additional weak broad peak was observed at 18-22 ° 2θ, which is associated with rGO.

순수한 rGO는 18-25˚ 2θ 범위에서 특징적인 피크(002)를 나타내지만, Ag-ZnFe2O4@rGO 나노복합체 광촉매에서 rGO에 대한 XRD 피크는 검출되지 않았다.The pure rGO showed a characteristic peak (002) in the 18-25 ° 2θ range, but no XRD peak for rGO was detected in the Ag-ZnFe 2 O 4 @rGO nanocomposite photocatalyst.

rGO는 스페이서(spacer)로서, Ag 나노입자 및 ZnFe2O4 나노입자를 부착시켜 환원 후에 rGO 박판의 재응집(restacking)을 효과적으로 최소화시킨다.rGO is a spacer, which attaches Ag nanoparticles and ZnFe 2 O 4 nanoparticles to effectively minimize restacking of the rGO thin sheet after reduction.

또한, Ag-ZnFe2O4@rGO 나노복합체 광촉매에서 Ag 나노입자(JCPDS 04-0783)의 (111), (200), (220) 및 (311) 결정면에 해당하는 38.12, 44.28, 64.43 및 77.47˚ 2θ에서 추가적인 XRD 피크가 할당되었다.In addition, in the Ag-ZnFe 2 O 4 @rGO nanocomposite photocatalyst, 38.12, 44.28, 64.43 and 77.47 corresponding to the (111), (200), (220) and (311) crystal faces of the Ag nanoparticles (JCPDS 04-0783) An additional XRD peak was assigned at ˚ 2θ.

도 3(a) 내지 도 3(c)는 실시예 1에 따라 제조된 Ag-ZnFe2O4@rGO 나노복합체 광촉매의 FE-SEM 이미지 및 TEM 이미지를 나타내고 있다.3 (a) to 3 (c) show FE-SEM images and TEM images of the Ag-ZnFe 2 O 4 @rGO nanocomposite photocatalyst prepared according to Example 1. FIG.

도 3(b) 및 도 3(c)는 ZnFe2O4 나노입자 및 Ag 나노입자의 크기가 대략 10 내지 20 nm 및 30 내지 40 nm임을 보여준다. FIGS. 3 (b) and 3 (c) show that the sizes of ZnFe 2 O 4 nanoparticles and Ag nanoparticles are approximately 10 to 20 nm and 30 to 40 nm.

이것은 ZnFe2O4 나노입자와 유연한 층상 그래핀 박판 사이의 상호 작용이 결정성 ZnFe2O4 나노입자의 응집을 어느 정도 제한할 수 있음을 의미한다.This means that the interaction between the ZnFe 2 O 4 nanoparticles and the flexible layered graphene sheet can limit the aggregation of crystalline ZnFe 2 O 4 nanoparticles to some extent.

도 3(c)는 ZnFe2O4 나노입자와 Ag 나노입자가 큰 rGO 박판의 표면에 부착된 광촉매의 본질적인 하이브리드 구조를 TEM 이미지로 나타낸 도면이다.3 (c) is a TEM image showing an essential hybrid structure of a photocatalyst adhered to the surface of a large rGO thin plate with ZnFe 2 O 4 nanoparticles and Ag nanoparticles.

실시예 1에 따라 제조된 Ag-ZnFe2O4@rGO 나노복합체 광촉매의 고분해능 TEM(high-resolution TEM; 이하 'HRTEM') 이미지(도 3(c)의 오른쪽 상단 삽도 참조)는 큰 Ag 나노입자(검정색)와 인접한 보다 작은 ZnFe2O4 입자(회색)를 명확하게 나타내고 있다.A high-resolution TEM (hereinafter referred to as HRTEM) image of the Ag-ZnFe 2 O 4 @rGO nanocomposite photocatalyst prepared according to Example 1 (refer to the upper right diagram of FIG. 3 (c) (Black) and the smaller ZnFe 2 O 4 particles (gray) adjacent to it.

rGO의 가장자리와 ZnFe2O4 나노입자 및 Ag 나노입자의 구조는 고배율의 TEM 이미지에서 명확하게 관찰할 수 있었다.The structures of rGO edge, ZnFe 2 O 4 nanoparticles and Ag nanoparticles were clearly observed in high magnification TEM images.

ZnFe2O4 나노입자, Ag 나노입자 및 그래핀 박판 간의 강한 상호작용으로 빠른 전자전달이 가능하므로 Ag-ZnFe2O4@rGO 나노복합체 광촉매는 효율적인 화학특성을 제공할 수 있다.Ag-ZnFe 2 O 4 @rGO nanocomposite photocatalyst can provide efficient chemical properties because of strong interaction between ZnFe 2 O 4 nanoparticles, Ag nanoparticles and graphene sheets.

도 4는 Ag-ZnFe2O4@rGO 나노복합체 광촉매의 표면 화학조성 및 전자상태를 XPS 스펙트럼으로 나타내고 있다.FIG. 4 shows the surface chemical composition and electronic state of the Ag-ZnFe 2 O 4 @rGO nanocomposite photocatalyst by XPS spectrum.

도 4(a)의 탐사스펙트럼(survey spectra)은 Zn 2p, Fe 2p, Ag 3d, O 1s 및 C 1s 에너지 영역의 존재를 나타냈다.The survey spectra of FIG. 4 (a) showed the presence of Zn 2p, Fe 2p, Ag 3d, O 1s and C 1s energy regions.

도 4(b)는 고분해능 Zn 2p 스펙트럼을 나타낸 것으로서, 1044.8 eV 및 1021.7 eV를 중심으로 두 개의 주요한 피팅 피크(fitting peaks)를 보여주는데, 이는 Zn 2p1/2 및 Zn 2p3/2에 할당되어 ZnFe2O4에서 Zn(Ⅱ)의 산화상태를 나타낸다.4 (b) shows a high-resolution Zn 2p spectrum showing two major fitting peaks centered at 1044.8 eV and 1021.7 eV, assigned to Zn 2p 1/2 and Zn 2p 3/2 , 2 O 4 shows the oxidation state of Zn (II).

도 4(c)의 Fe 2p 스펙트럼을 보면, Fe 2p3/2의 결합 에너지는 713.1 eV 및 711.4 eV를 나타냈는데, 이는 각각 사면체 위치(tetrahedral site) 및 팔면체 위치(octahedral site)에 해당한다. 반면에, 725.6 eV의 결합 에너지 피크는 Fe 2p1/2와 부합하며, 두 개의 쉐이크업 위성(shakeup satellite) 신호(719.3 eV 및 732.8 eV)는 Ag-ZnFe2O4@rGO 나노복합체 광촉매에서 ZnFe2O4에 오로지 Fe3+ (Fe2+ 부재)만이 존재함을 시사한다. 이러한 분석을 통해 ZnFe2O4에서 Fe(Ⅲ) 산화 상태를 확인하였다.In the Fe 2p spectrum of FIG. 4 (c), the binding energies of Fe 2p 3/2 were 713.1 eV and 711.4 eV, respectively, which correspond to the tetrahedral site and the octahedral site, respectively. On the other hand, the binding energy peak at 725.6 eV corresponds to Fe 2p 1/2, and two shakeup satellite signals (719.3 eV and 732.8 eV) were observed in the Ag-ZnFe 2 O 4 @rGO nanocomposite photocatalyst with ZnFe Suggesting that only Fe 3+ (Fe 2+ element) exists in 2 O 4 . The oxidation state of Fe (III) in ZnFe 2 O 4 was confirmed by this analysis.

도 4(d)의 Ag 3d의 고분해능 XPS 스펙트럼은 Ag 3d5/2 및 Ag 3d3/2를 나타내고 있으며, 이 2개의 피크는 각각 368.1 eV 및 374.1 eV의 결합에너지를 나타낸다. 도표를 보면, Ag 3d 이중선의 간격이 6.0 eV인데, 이것은 Ag-ZnFe2O4@rGO 나노복합체 광촉매에서 금속 Ag의 형성을 나타낸다. Ag 나노입자의 화학적 상태를 잘 이해하기 위해 Ag 3d 피크의 상세한 역회선분리(deconvolution)가 수행되었다. Ag 및 AgO에 대한 Ag 3d5/2 핵심수준(core level)의 결합에너지는 각각 368.4 eV 및 367.6 eV였다. 역회선분리 분석에 따르면, Ag 나노입자의 약 65.7%가 Ag0(금속) 상태에 있었던 반면, 약 33.4%는 Ag+ 화학적 상태에 있었다.The high-resolution XPS spectrum of Ag 3d in Fig. 4 (d) shows Ag 3d 5/2 and Ag 3d 3/2 , and these two peaks exhibit binding energies of 368.1 eV and 374.1 eV, respectively. In the diagram, the spacing of the Ag 3d double lines is 6.0 eV, which indicates the formation of metallic Ag in the Ag-ZnFe 2 O 4 @rGO nanocomposite photocatalyst. Detailed deconvolution of the Ag 3d peak was performed to better understand the chemical nature of the Ag nanoparticles. The binding energies of Ag 3d 5/2 core levels for Ag and AgO were 368.4 eV and 367.6 eV, respectively. According to reverse-line separation analysis, about 65.7% of the Ag nanoparticles were in the Ag 0 (metal) state, while about 33.4% were in the Ag + chemical state.

도 4(e)의 O 1s 스펙트럼은 530.4, 531.8 및 532.8 eV에서 3개의 상이한 피크로 역회선분리될 수 있었고, 530.4 eV의 O 1s 결합 에너지는 Fe 및 Zn와 결합하는 격자 산소(Fe-O 및 Zn-O로 표기된)에 할당되었다. 또한, 531.8 eV 및 532.8 eV의 결합 에너지를 갖는 피크들은 각각 O2 - ads 및 O- ads와 같은 표면 흡수된 산소류 및 그래핀의 C 원자와 결합된 잔류 산소 함유기(C-O 및 C=O)에 할당되었다. Ag-ZnFe2O4@rGO 나노복합체 광촉매 표면에 화학흡착된 산소는 산화반응에서 가장 중요한 역할을 하는 활성산소이다.The O1s spectrum of Figure 4 (e) could be inversely separated at 530.4, 531.8, and 532.8 eV to three different peaks, and the O1s binding energy of 530.4 eV was due to lattice oxygen (Fe-O and 0.0 &gt; Zn-O). &Lt; / RTI &gt; Also, the peaks with binding energies of 531.8 eV and 532.8 eV, respectively, have surface absorbed oxygen species such as O 2 - ads and O - ads and residual oxygen containing groups (CO and C = O) bonded with C atoms of graphene, . Ag-ZnFe 2 O 4 @rGO nanocomposite Oxygen chemically adsorbed on the photocatalyst surface is the most active oxygen in the oxidation reaction.

아울러 XPS로부터 rGO의 환원 정도를 확인하였다. The degree of reduction of rGO from XPS was also confirmed.

도 4(f)는 각각 Ag-ZnFe2O4@rGO 나노복합체 광촉매 및 GO의 전형적인 C 1s XPS 스펙트럼을 나타내고 있다. FIG. 4 (f) shows a typical C 1s XPS spectrum of Ag-ZnFe 2 O 4 @rGO nanocomposite photocatalyst and GO, respectively.

원래 GO의 C 1s 신호에 대한 피크는 여러 개의 신호로 역회선분리되었고, 이들은 각각 284.7 eV에서 산소가 포함되지 않은 C-C 및 C=C 결합, 285.6 eV에서 에폭시 및 수산기를 나타내는 C-O 결합, 287.4 eV에서 C=O 결합, 그리고 288.9 eV에서 카르복실레이트를 나타내는 O-C=O 결합을 나타낸다.The peaks for the C 1s signal of the original GO were inverted to multiple signals, which were 284.7 eV each for CC and C = C bonds without oxygen, 285.4 eV for CO and 287.4 eV, 287.4 eV C = O bonds, and OC = O bonds representing carboxylates at 288.9 eV.

도 4(f)와 도 5를 비교하여 보면 C-O 및 C=O의 피크 강도가 상당히 감소하는 반면, C-C 및 C=C 결합의 피크 강도는 GO와 비교하여 현저하게 증가하였다. Comparing FIG. 4 (f) with FIG. 5, the peak intensities of C-C and C = C bond significantly decreased while the peak intensities of C-C and C = O bond significantly decreased.

GO의 환원 정도는 XPS 결과를 기반으로 계산되었다.The degree of reduction of GO was calculated based on XPS results.

산소를 함유하는 탄소(C-O, C=O 및 O-C=O 등)의 함량은 GO에서는 87.4%였으나 나노복합체 광촉매에서는 69.8%로 감소하였는데, 이는 마이크로웨이브 조사 하에서 GO가 rGO로 환원되었음을 나타낸다.The content of oxygen-containing carbon (C-O, C = O, and O-C = O) was 87.4% in GO but decreased to 69.8% in nanocomposite photocatalyst, indicating that GO was reduced to rGO under microwave irradiation.

Ag-ZnFe2O4@rGO 나노복합체 광촉매 중 Ag의 양은 ICP-AES에 의해 대략 25 중량%로 정량되었다.The amount of Ag in the Ag-ZnFe 2 O 4 @rGO nanocomposite photocatalyst was quantified to about 25 wt% by ICP-AES.

많은 양의 Ag입자들을 부착시킬 수 있었던 이유는 GO 박판의 산소 함유기가 Ag 나노입자의 부착점(anchor point)으로 작용하였기 때문이다.The reason why a large amount of Ag particles can be attached is because the oxygen-containing group of the GO thin plate acted as an anchor point of the Ag nanoparticles.

도 6(a)는 GO 표면상의 산소 함유기의 환원에 대한 증거를 확인하기 위한 GO 및 Ag-ZnFe2O4@rGO 나노복합체 광촉매의 FT-IR 스펙트럼을 나타낸다.Figure 6 (a) shows the FT-IR spectrum of GO and Ag-ZnFe 2 O 4 @rGO nanocomposite photocatalyst to confirm evidence of reduction of oxygen-containing groups on the GO surface.

GO의 FT-IR 스펙트럼에서, GO 상의 산소 함유기의 특성 피크, 즉 COOH기의 C=O 신축진동(stretching vibration) (1721.04 cm-1), COOH기의 O-H 변형진동(deformation vibration) (1625.31 cm-1), 3차 C-OH의 O-H 변형진동 (1398.49 cm-1) 및 에폭시기의 C-O 신축진동(1056.81 cm-1)이 관찰되었다.In the FT-IR spectrum of the GO, the characteristic peak of the oxygen-containing group on the GO, namely the C = O stretching vibration (1721.04 cm -1 ) of the COOH group and the OH vibration deformation (1625.31 cm -1 ), the OH strain vibration (1398.49 cm -1 ) of the tertiary C-OH and the CO stretching vibration (1056.81 cm -1 ) of the epoxy group were observed.

또한, 3100에서 3700 cm-1 에 이르는 넓은 범위의 넓은 흡수피크는 O-H 신축 진동에 기인한 것이다.Also, the wide absorption peak over a wide range from 3100 to 3700 cm -1 is due to OH stretching vibration.

한편, 마이크로웨이브-보조 수열반응 후, C=O에 대한 피크는 사라지고, O-H 및 C=O의 피크 강도는 감소하였다. 이는 GO의 부분적인 환원, 즉 산소 함유기가 제거되어 나노복합체 광촉매에서 rGO가 형성되었음을 나타낸다.On the other hand, after the microwave-assisted hydrothermal reaction, the peak for C = O disappeared and the peak intensity for O-H and C = O decreased. This indicates that the partial reduction of the GO, that is, the removal of oxygen-containing groups, resulted in the formation of rGO in the nanocomposite photocatalyst.

또한, Ag-ZnFe2O4@rGO 나노복합체 광촉매의 스펙트럼에서의 두 개의 강한 흡수 피크는 낮은 주파수(약 570.9 cm-1 및 416.6 cm-1)에서 나타났고, 각각 Fe-O 결합과 Zn-O 결합의 신축진동에 할당되었다.In addition, two strong absorption peaks in the spectrum of the Ag-ZnFe 2 O 4 @rGO nanocomposite photocatalysts were observed at low frequencies (about 570.9 cm -1 and 416.6 cm -1 ), and Fe-O bonds and Zn-O Lt; / RTI &gt;

도 6(b)는 GO 및 Ag-ZnFe2O4@rGO 나노복합체 광촉매의 라만스펙트럼을 나타낸 것으로서, 두 개의 특징적인 피크는 탄소재료의 결함(defect)과 무질서(disorder)에서 비롯된 약 1350 cm-1(D-밴드)의 피크와 sp2-결합된 탄소 원자의 진동에 기인한 1589 cm-1(G-밴드) 피크이다.Figure 6 (b) is shown as GO, and a Raman spectrum of the Ag-ZnFe 2 O 4 @rGO photocatalytic nanocomposite, two characteristic peaks are derived from the defect of a carbon material (defect) and disorder (disorder) of about 1350 cm - 1 (D-band) and 1589 cm -1 (G-band) peak due to the oscillation of the sp 2 -bonded carbon atom.

Ag-ZnFe2O4@rGO 나노복합체 광촉매에 대한 피크강도비(ID/IG = 1.102)가 GO에 대한 강도비(ID/IG = 0.906) 보다 크게 나타난 것은 sp2 도메인(sp2 domains)의 평균 크기 감소 및 무질서 및 결합 정도의 증가에 기인한 것이다.Ag-ZnFe 2 O 4 @rGO peak intensity ratio of the photocatalytic nanocomposite (I D / I G = 1.102 ) is shown larger than the intensity ratio (I D / I G = 0.906 ) for the GO sp 2 domain (sp 2 domains) and an increase in disorder and degree of association.

ID/IG 비의 증가를 통해 GO가 탈산소화되어 rGO로 환원되었음을 확인하였다.It was confirmed that GO was deoxidized and reduced to rGO by increasing the I D / I G ratio.

Ag-ZnFe2O4@rGO 나노복합체 광촉매의 경우, 라만스펙트럼은 ZnFe2O4/그래핀 나노복합체 광촉매에 대한 이전 연구와 일치하는 낮은 주파수 영역(660 cm-1)에서 하나의 피크를 나타내고 있다.In the case of the Ag-ZnFe 2 O 4 @rGO nanocomposite photocatalyst, the Raman spectrum exhibits one peak in the low frequency region (660 cm -1 ) consistent with previous studies on the ZnFe 2 O 4 / graphene nanocomposite photocatalyst .

<실험예 2> Ag-ZnFeExperimental Example 2 Ag-ZnFe 22 OO 44 @rGO 나노복합체 광촉매의 BET 표면적 및 기공 크기 분포 분석Analysis of BET surface area and pore size distribution of @rGO nanocomposite photocatalyst

-196℃에서, 질소 흡착-탈착기(Micromeritics 3Flex Surface Characterization Analyzer, Micromeritics Instruments)를 이용하여 실시예 1 내지 실시예 4에 따라 제조된 Ag-ZnFe2O4@rGO 나노복합체 광촉매의 브루나우어-에메트-텔러(Brunauer-Emmett-Teller; 이하 'BET') 비표면적(BET specific surface area; 이하 'SBET') 및 공극크기분포(pore-size distribution; 이하 'PSD')를 조사하였다.Zn-Fe 2 O 4 @rGO nanocomposite photocatalyst prepared according to Examples 1 to 4 using a nitrogen adsorption-desorbing machine (Micromeritics 3Flex Surface Characterization Analyzer, Micromeritics Instruments) at -196 ° C. (BET) specific surface area (hereinafter referred to as 'SBET') and a pore-size distribution (hereinafter referred to as 'PSD').

흡착-탈착실험 전에, 실시예 1에 따라 제조된 Ag-ZnFe2O4@rGO 나노복합체 광촉매를 180℃에서 12시간 동안 탈기(degassed)시켰다.Before the adsorption-desorption experiment, the Ag-ZnFe 2 O 4 @rGO nanocomposite photocatalyst prepared according to Example 1 was degassed at 180 ° C for 12 hours.

SBET는 BET방정식을 적용하여 얻었으며, PSD는 바렛-조이너-하렌다(Barrett-Joyner-Halenda; 이하 'BJH') 방법을 사용하여 얻었다.SBET was obtained by applying the BET equation and PSD was obtained using the Barrett-Joyner-Halenda (BJH) method.

실시예 1에 따라 제조된 Ag-ZnFe2O4@rGO 나노복합체 광촉매의 열중량분석(Thermogravimetric analysis; 이하 'TGA') 및 시차주사열량측정법(differential scanning calorimetry; 이하 'DSC')는 10 K/min의 가열속도로 공기 및 질소 분위기에서 열중량분석기(TA Instruments SDT Q600 thermogravimetric analyzer)로 수행하였다.Thermogravimetric analysis (TGA) and differential scanning calorimetry (DSC) of the Ag-ZnFe 2 O 4 @rGO nanocomposite photocatalyst prepared according to Example 1 were carried out at 10 K / min with a thermogravimetric analyzer (TA Instruments SDT Q600 thermogravimetric analyzer) in an air and nitrogen atmosphere.

Ag-ZnFe2O4@rGO 나노복합체 광촉매의 Ag 함량을 분석하기 위해, 유도결합플라즈마 원자방출분광법(inductively coupled plasma-atomic emission spectrometry, ICP-AES, PerkinElmer)을 이용하였다.In order to analyze the Ag content of Ag-ZnFe 2 O 4 @rGO nanocomposite photocatalyst, inductively coupled plasma-atomic emission spectrometry (ICP-AES, PerkinElmer) was used.

도 7을 참조하면, Ag-ZnFe2O4@rGO의 N2 흡착-탈착 등온선과 이에 상응하는 PSD를 나타내고 있다.Referring to FIG. 7, the N 2 adsorption-desorption isotherm of Ag-ZnFe 2 O 4 @rGO and the corresponding PSD are shown.

IUPAC 분류에 따르면, Ag-ZnFe2O4@rGO 나노복합체 광촉매는 다공성임을 보여주는 IV 타입 등온선을 나타낸다.According to the IUPAC classification, the Ag-ZnFe 2 O 4 @rGO nanocomposite photocatalyst exhibits an IV isotherm showing porosity.

히스테리시스 루프(hysteresis loop)의 형상은 H2 유형이며, 슬릿형 기공 구조를 형성한다.The shape of the hysteresis loop is H2 type and forms a slit-like pore structure.

Ag-ZnFe2O4@rGO 나노복합체 광촉매의 SBET는 178.77 m2/g으로 계산되었다.The SBET of the Ag-ZnFe 2 O 4 @rGO nanocomposite photocatalyst was calculated to be 178.77 m 2 / g.

도 7의 삽도는 Ag-ZnFe2O4@rGO 나노복합체 광촉매에 해당하는 BJH 및 PSD를 나타내고 있고, 약 3.6 nm에서 날카로운 최대값을 나타내며(표 1 참조), Ag-ZnFe2O4@rGO 나노복합체 광촉매가 다공성임을 확인할 수 있다.7 shows BJH and PSD corresponding to the Ag-ZnFe 2 O 4 @rGO nanocomposite photocatalyst and shows a sharp maximum value at about 3.6 nm (see Table 1), and Ag-ZnFe 2 O 4 @rGO nano It can be confirmed that the composite photocatalyst is porous.

광촉매반응(photocatalytic reaction) 중에, 더 큰 표면적을 통해 더 많은 흡착/반응공간이 제공될 수 있으며, 이는 광촉매활성의 향상에 기여할 수 있다.During the photocatalytic reaction, more adsorption / reaction space can be provided through the larger surface area, which can contribute to the improvement of the photocatalytic activity.

도 8은 공기 중에서 20 내지 120℃와 250 내지 400℃의 두 온도 범위에서 19%의 총 중량손실을 갖는 TGA 프로파일로부터 두 가지 분명한 중량손실을 나타내고 있고, 상기 두 가지 분명한 중량손실은, 흡착된 물의 손실(3.8 중량%)과 그래핀의 연소(15.2 중량%)를 나타낸다.Figure 8 shows two apparent weight losses from a TGA profile with a total weight loss of 19% in the air between 20 and 120 &lt; 0 &gt; C and two temperature ranges of 250-400 DEG C, Loss (3.8 wt%) and combustion of graphene (15.2 wt%).

이를 토대로, rGO 함량은 Ag-ZnFe2O4@rGO 나노복합체 광촉매의 약 15.2 중량%로 추정되었다.Based on this, the rGO content was estimated to be about 15.2 wt% of the Ag-ZnFe 2 O 4 @rGO nanocomposite photocatalyst.

또한, 320℃에서 강한 발열 피크가 DSC 곡선에서 관찰되었으며, 이는 탄소 골격의 연소 및 분해에 할당되었다.In addition, a strong exothermic peak at 320 ° C was observed in the DSC curve, which was assigned to the combustion and decomposition of the carbon skeleton.

질소 흐름 하에서, Ag-ZnFe2O4@rGO 나노복합체 광촉매는 800℃까지 급격한 중량 손실 없이 높은 열안정성을 나타냈다.Under nitrogen flow, the Ag-ZnFe 2 O 4 @rGO nanocomposite photocatalyst showed high thermal stability without rapid weight loss up to 800 ° C.

이것은 이미 알려진 것처럼 질소 분위기 하에서의 그래핀 자체의 열적 거동과 일치한다.This is consistent with the thermal behavior of graphene itself under a nitrogen atmosphere as already known.

<< 실험예Experimental Example 3> UV- 3> UV- visvis 분광학( Spectroscopy ( UV-visUV-vis spectroscopy) 분석 spectroscopy analysis

UV-vis-NIR 분광광도계(Varian Cary 5000)를 사용하여 실시예 1 내지 실시예 4에 따라 제조된 Ag-ZnFe2O4@rGO 나노복합체 광촉매의 UV-vis 확산반사스펙트럼(diffuse reflectance spectra; 이하 'DRS')을 얻었다.UV-vis diffuse reflectance spectra (hereinafter referred to as &quot; UV-vis diffuse reflectance spectra &quot;) of Ag-ZnFe 2 O 4 @rGO nanocomposite photocatalyst prepared according to Examples 1 to 4 using a UV-vis-NIR spectrophotometer (Varian Cary 5000) 'DRS').

도 9(a)는 비교예 1에 따라 제조된 ZnFe2O4 나노입자 광촉매, 비교예 2에 따라 제조된 ZnFe2O4@rGO 나노복합체 광촉매 및 실시예 1 내지 실시예 4에 따라 제조된 Ag-ZnFe2O4@rGO 나노복합체 광촉매의 UV-vis 흡수스펙트럼을 나타내고 있다.FIG. 9 (a) shows the ZnFe 2 O 4 nanoparticle photocatalyst prepared according to Comparative Example 1, the ZnFe 2 O 4 @rGO nanocomposite photocatalyst prepared according to Comparative Example 2, and the Ag prepared according to Examples 1 to 4 -ZnFe 2 O 4 @rGO nanocomposite photocatalyst.

순수한 ZnFe2O4 나노입자는 약 700 nm에서 흡수단(absorption edge)을 갖는 가시 영역에서 넓은 흡수를 나타냈고, 이는 약 1.9 eV의 띠틈에 해당한다.Pure ZnFe 2 O 4 nanoparticles exhibited broad absorption in the visible region with an absorption edge at about 700 nm, which corresponds to a band gap of about 1.9 eV.

rGO의 도입을 통해 Ag-ZnFe2O4@rGO 나노복합체 광촉매의 흡광도 세기가 상당히 증가하였다.The absorption of Ag-ZnFe 2 O 4 @rGO nanocomposite photocatalyst was significantly increased by the introduction of rGO.

Ag-ZnFe2O4@rGO 나노복합체 광촉매에 대한 가시광선 흡수의 증가는 Ag 나노입자의 SPR 효과뿐만 아니라 rGO의 바탕흡착(background absorption)에 의해 주로 야기된다.Ag-ZnFe 2 O 4 @rGO Nanocomposites The increase in visible absorption of photocatalysts is mainly caused by the background absorption of rGO as well as the effect of the Ag nanoparticles on the SPR.

반면에, 도 9(c)를 참조하면, rGO 함량이 증가함에 따라 흡수띠의 말단 위치에는 거의 변화가 없으며, 이는 rGO의 도입이 ZnFe2O4의 띠틈에 거의 영향을 미치지 않음을 의미한다.On the other hand, referring to FIG. 9 (c), as the rGO content increases, there is almost no change in the end position of the absorption band, which means that the introduction of rGO has little effect on the band gap of ZnFe 2 O 4 .

<실험예 4> 전기화학적 임피던스 스펙트럼 (EIS) 및 광전류 응답분석EXPERIMENTAL EXAMPLE 4 Electrochemical Impedance Spectrum (EIS) and Photocurrent Response Analysis

전기화학임피던스분광법(Electrochemical impedance spectroscopy; 이하 'EIS')은 Autolab PGSTAT302 N (Metrohm) 기기를 사용하여 종래의 3-전극 셀 시스템에서 수행되었다.Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) was performed in a conventional three-electrode cell system using an Autolab PGSTAT 302 N (Metrohm) instrument.

작동전극은 불소-산화 주석(fluorine-tin oxide; 이하 'FTO') 유리(활성 영역 1 cm2)에 활물질(비교예 1에 따라 제조된 ZnFe2O4 나노입자 광촉매, 비교예 2에 따라 제조된 ZnFe2O4@rGO 나노복합체 광촉매 또는 실시예 1에 따라 제조된 Ag-ZnFe2O4@rGO 나노복합체 광촉매)를 드롭-캐스팅(drop-casting) 법으로 부착하여 제조하였다.The working electrode was prepared by adding an active material (ZnFe 2 O 4 nanoparticle photocatalyst prepared according to Comparative Example 1, prepared according to Comparative Example 2 ) to a fluorine-tin oxide (FTO) glass (active region 1 cm 2 ) (ZnFe 2 O 4 @rGO nanocomposite photocatalyst or Ag-ZnFe 2 O 4 @rGO nanocomposite photocatalyst prepared according to Example 1) was prepared by drop-casting.

Ag/AgCl 전극 및 백금(Pt) 전극을 기준전극 및 상대전극으로 각각 사용하였으며, 또한 5 mM K3[Fe(CN)6]에 0.1 M KCl이 포함되어 있는 전해액을 사용하였다.An Ag / AgCl electrode and a platinum (Pt) electrode were used as a reference electrode and a counter electrode, respectively, and an electrolyte solution containing 0.1 M KCl in 5 mM K 3 [Fe (CN) 6 ] was used.

25 mV/s의 스캔속도로 0 V에서 0.6 V 사이의 전위창(potential window)에서 EIS 측정을 수행하였고, 샘플의 임피던스 스펙트럼은 100 kHz 내지 0.01 Hz의 주파수 범위에서 기록되었다.EIS measurements were made at a potential window of 0 V to 0.6 V at a scan rate of 25 mV / s and the impedance spectrum of the samples was recorded in the frequency range of 100 kHz to 0.01 Hz.

광전류는 Autolab PGSTAT302 N (Metrohm) 기기로 측정하였다.Photocurrent was measured with an Autolab PGSTAT302 N (Metrohm) instrument.

작동전극은 FTO 유리(활성 영역 0.5 cm2)에 활물질(비교예 1에 따라 제조된 ZnFe2O4 나노입자 광촉매, 또는 실시예 1 내지 실시예 4에 따라 제조된 Ag-ZnFe2O4@rGO 나노복합체 광촉매)을 드롭-캐스팅(drop-casting)법으로 부착하여 제조하였으며, 10 W UV 램프(λ = 254nm)를 광원으로 사용하였다.The working electrode was an active material (ZnFe 2 O 4 nanoparticle photocatalyst prepared according to Comparative Example 1, or Ag-ZnFe 2 O 4 @rGO 2 prepared according to Examples 1 to 4 ) to FTO glass (active area 0.5 cm 2 ) Nanocomposite photocatalyst) was prepared by drop-casting method and a 10 W UV lamp (λ = 254 nm) was used as the light source.

그래핀은 전자 받개(electron acceptor)와 전자전달 통로로 작용하여 광발생된 전자의 분리와 이동을 촉진시키는 중요한 역할을 수행한다.Graphene acts as an electron acceptor and an electron transfer path, and plays an important role in promoting the separation and migration of the generated electrons.

도 9(b)를 참조하면, EIS선도의 반원이 환원된 산화그래핀 및 Ag 나노입자의 도입에 따라 더 작아지며, 이는 고체 계면-층 저항 및 표면에서의 전하이동 저항의 감소를 나타낸다.Referring to Fig. 9 (b), the semicircle of the EIS diagram becomes smaller with the introduction of reduced graphene and Ag nanoparticles, which exhibit solid interface-layer resistance and reduced charge transfer resistance at the surface.

전반적으로, 나노복합체 광촉매 내의 그래핀의 전자 수용 및 전달 특성은 전하 재결합의 억제에 기여할 수 있어서 더 빠른 광촉매반응속도가 얻어진다.Overall, the electron acceptance and transfer characteristics of graphene in the nanocomposite photocatalyst can contribute to the suppression of charge recombination, resulting in a faster photocatalytic reaction rate.

G80 및 G100의 EIS 나이퀴스트선도(도 9(d) 참조)는 훨씬 작은 반원을 나타내어 Ag-ZnFe2O4@rGO 나노복합체 광촉매의 전하이동저항이 상당히 감소함을 나타낸다.The EIS Nyquist plot of G80 and G100 (see Figure 9 (d)) shows a much smaller semicircle, indicating that the charge transfer resistance of the Ag-ZnFe 2 O 4 @rGO nanocomposite photocatalyst is significantly reduced.

G80은 가장 작은 반원을 보여 주기 때문에, 최상의 전하 이동을 위한 최적의 GO 함량은 80 mg임을 알 수 있다.Since G80 shows the smallest semicircle, it can be seen that the optimal GO content for the best charge transfer is 80 mg.

G100의 높은 전하이동저항은 내부에서부터 나노복합체 표면으로 광발생된 전자의 이동을 방해하는 광발생된 전자 및 정공에 대한 새로운 재결합 중심으로 작용할 수 있는 rGO의 과도한 첨가에 기인한다.The high charge transfer resistance of G100 is due to the excessive addition of rGO, which can act as a new recombination center for photogenerated electrons and holes that interfere with the movement of photogenerated electrons from the inside to the nanocomposite surface.

또한, 검정색 rGO의 과도한 투입은 촉매 표면의 활성 부위를 차폐하고, 반응 용액을 통과하는 빛의 강도를 감소시킨다.Also, excessive introduction of black rGO shields the active site of the catalyst surface and reduces the intensity of light passing through the reaction solution.

몇 차례의 온-오프 사이클을 통해 FTO 전극에 부착한 후 비교예 1에 따라 제조된 순수한 ZnFe2O4 나노입자 광촉매 및 실시예 1에 따라 제조된 Ag-ZnFe2O4@rGO 나노복합체 광촉매에 대해 광전류 측정을 수행하였다.After attaching to the FTO electrode through several on-off cycles, the pure ZnFe 2 O 4 nanoparticle photocatalyst prepared according to Comparative Example 1 and the Ag-ZnFe 2 O 4 @rGO nanocomposite photocatalyst prepared according to Example 1 Photocurrent measurement was performed.

UV 광 조사 및 암흑 하에서, 0.5 M Na2SO4 수용액 및 0 V(vs. SCE)의 전위에서 광전류 과도응답(photocurrent transient response)을 측정하였다.Photocurrent transient response was measured under UV light irradiation and in the dark at potentials of 0.5 M Na 2 SO 4 aqueous solution and 0 V (vs SCE).

Ag-ZnFe2O4@rGO 나노복합체 광촉매가 부착된 전극(190 nA)의 광전류는 순수한 ZnFe2O4 나노입자가 부착된 전극(24 nA)의 광전류보다 약 8배 더 높았으며, 이는 Ag 나노입자, ZnFe2O4 나노입자 및 그래핀 박판 간의 전자 상호작용의 결과로서, 광발생된 전자 및 정공의 분리효율이 현저히 향상되었음을 나타낸다.The photocurrent of the electrode with Ag-ZnFe 2 O 4 @rGO nanocomposite photocatalyst (190 nA) was about 8 times higher than that of the electrode with pure ZnFe 2 O 4 nanoparticles (24 nA) The efficiency of separation of the photo-generated electrons and holes is remarkably improved as a result of the electron interaction between the particles, the ZnFe 2 O 4 nanoparticles and the graphene thin plate.

<실험예 5> Ag-ZnFeExperimental Example 5 Ag-ZnFe 22 OO 44 @rGO 나노복합체 광촉매 활성 및 안정성 분석@ rGO Nanocomposite Photocatalytic Activity and Stability Analysis

UV 및 가시광선 조사 하에서 MB의 Ag-ZnFe2O4@rGO 나노복합체 광촉매 분해를 통해 Ag-ZnFe2O4@rGO 나노복합체 광촉매 활성을 평가하였다.Photocatalytic activity of Ag-ZnFe 2 O 4 @rGO nanocomposite was evaluated by photocatalytic decomposition of Ag-ZnFe 2 O 4 @rGO nanocomposite of MB under UV and visible light irradiation.

반응은 광반응기에서 약 25℃의 온도로 수행되었으며, 25 mg의 Ag-ZnFe2O4@rGO 나노복합체 광촉매를 50 ㎖의 MB 수용액(20 ppm)에 분산시킨 다음, 흡착-탈착 평형을 달성하도록 암흑 상태에서 30분 동안 교반하였다.The reaction was carried out at a temperature of about 25 ° C in a photoreactor and 25 mg of Ag-ZnFe 2 O 4 @rGO nanocomposite photocatalyst was dispersed in 50 ml of MB aqueous solution (20 ppm) and then adsorbed-desorption equilibrium was achieved And stirred for 30 minutes in the dark state.

광반응에는 40 W UV 램프(UV 광원, λ = 365 nm) 및 400 W 오버헤드 프로젝터 램프(overhead projector lamp; 이하 'OHP')(가시광 광원, λ> 420 nm)를 사용하였다.A 40 W UV lamp (UV light source,? = 365 nm) and an overhead projector lamp (OHP) (visible light source,?> 420 nm) were used for the photoreaction.

미리 정해진 시간 간격으로, 반응액으로부터 3 ㎖의 액체를 빼내어 원심분리기(13000 rpm, 10분)로 분리하였다.At a predetermined time interval, 3 ml of the liquid was taken out from the reaction liquid and separated by a centrifuge (13000 rpm, 10 minutes).

유기오염물질의 분해에 대한 예로서 수득된 샘플의 보편성을 검토하기 위해, 특히 다양한 유형의 염료인 MB, RhB 및 MO 수용액(10 ppm) 50 ㎖에 대해 동일한 세트의 절차를 별도로 수행하였다.To investigate the universality of the samples obtained as an example for the degradation of organic pollutants, the same set of procedures was performed separately, especially for 50 ml of MB, RhB and MO aqueous solutions (10 ppm), which are various types of dyes.

용액 중의 MB, RhB 및 MO의 농도는 각각 663, 553 및 460 nm의 파장에서 UV-vis 분광광도계로 측정하였다.The concentrations of MB, RhB and MO in the solution were measured with a UV-vis spectrophotometer at wavelengths of 663, 553 and 460 nm, respectively.

MB는 광촉매분해의 모델 오염원이며 섬유 폐수의 대표적인 유기염료이다.MB is a model source of photocatalytic decomposition and a representative organic dye of textile wastewater.

도 10 및 도 11로부터, UV 조사 하에 비교예 1에 따라 제조된 순수한 ZnFe2O4 나노입자 광촉매를 이용하였고, 30분 후 MB는 약 9 % 분해되었다.10 and 11, a pure ZnFe 2 O 4 nanoparticle photocatalyst prepared according to Comparative Example 1 under UV irradiation was used, and MB was decomposed by about 9% after 30 minutes.

반면에, ZnFe2O4 나노입자의 광촉매 활성은 rGO의 도입으로 30분 후에 85%까지 현저하게 향상되었다.On the other hand, the photocatalytic activity of ZnFe 2 O 4 nanoparticles was remarkably improved to 85% after 30 minutes by the introduction of rGO.

유사하게, ZnFe2O4@rGO 나노복합체 광촉매에 Ag 나노입자를 도입함으로써, UV 및 가시광선 조사 하에 Ag 나노입자의 SPR 효과로 인하여 MB의 분해율이 99.8% 까지 향상되었다.Similarly, by introducing Ag nanoparticles into the ZnFe 2 O 4 @rGO nanocomposite photocatalyst, the degradation rate of MB was improved to 99.8% due to the SPR effect of Ag nanoparticles under UV and visible light irradiation.

Ag 나노입자의 비촉매 특성(specific catalytic properties)은 Ag 나노입자의 크기 및 그래핀 박판 상에 분산 정도와 직접 관련이 있다.The specific catalytic properties of Ag nanoparticles are directly related to the size of the Ag nanoparticles and the degree of dispersion on the graphene sheet.

Ag 투여량의 영향이 연구되었다.The effect of Ag dose was studied.

구체적으로, 0.1 M AgNO3의 양이 10 ㎖까지 증가함에 따라 광촉매 활성이 증가하지만, AgNO3 용액을 더 첨가할 경우 Ag 나노입자가 큰 입자로 응집되기 때문에 광촉매 활성이 감소한다.Specifically, when the amount of 0.1 M AgNO 3 is increased to 10 ㎖, the photocatalytic activity is increased. However, when the AgNO 3 solution is further added, the photocatalytic activity decreases because the Ag nanoparticles aggregate into larger particles.

Ag-ZnFe2O4@rGO 나노복합체 광촉매는 rGO 함량이 증가함에 따라 흡착 특성이 증가함을 나타냈다(도 12(a) 참조).The Ag-ZnFe 2 O 4 @rGO nanocomposite photocatalyst showed an increase in adsorption characteristics with increasing rGO content (see FIG. 12 (a)).

흡착하는 동안 염료 분자는 벌크 용액에서 나노복합체 광촉매 표면으로 이동하였으며, MB와 그래핀 박판의 방향족 영역 간의 π-π 접합을 통해 오프셋 대면 배향으로 흡착되었다.During the adsorption, the dye molecules migrated from the bulk solution to the surface of the nanocomposite photocatalyst and adsorbed in the offset-plane orientation through the π-π bond between MB and the aromatic region of the graphene sheet.

도 12(b)는 UV 조사 하에서 광분해 과정 동안의 MB의 농도 변화를 나타내고 있다.FIG. 12 (b) shows the change in the concentration of MB during the photolysis process under UV irradiation.

UV 조사하는 동안, 광여기된 전자는 그래핀 층 사이에서 빠르게 주입될 수 있고, 그래핀층의 표면 상에 흡착된 O2 분자와 반응하여 ·O2 - 라디칼을 생성할 수 있다.While UV irradiation, the light excited electrons is yes may be rapidly injected between the pin layer, well react with the adsorbed O 2 molecules on the surface of the pinned layer · O 2 - it may generate a radical.

이러한 방식으로, 준비된 나노복합체 광촉매는 더 많은 초산화 음이온뿐만 아니라 더 많은 전자 및 정공을 생성할 수 있다.In this way, prepared nanocomposite photocatalysts can generate more electrons and holes as well as more superoxide anions.

·O2 - 라디칼에 의해 염료는 H2O, CO2 및 기타 무기물로 산화될 수 있다.O 2 - radicals cause the dye to be oxidized to H 2 O, CO 2 and other minerals.

전자이동에 의해 Ag-ZnFe2O4@rGO 나노복합체 광촉매에서 전하 재조합이 억제되어 광촉매 특성의 효율이 크게 향상된다.Electron transfer inhibits charge recombination in the Ag-ZnFe 2 O 4 @rGO nanocomposite photocatalyst, thus greatly improving the photocatalytic property efficiency.

본 발명에서 사용된 파라미터를 적용하여, rGO 함량이 약 15.2 중량%(G80) 일 때 광촉매 성능은 최대로서 30분 동안 UV 조사 하에서 약 99.8%로 측정되었다.Applying the parameters used in the present invention, the photocatalytic performance was measured to be about 99.8% under UV irradiation for a maximum of 30 minutes when the rGO content was about 15.2 wt% (G80).

도 13(a) 및 도 13(b)는 다양한 유형의 염료(MB, RhB 및 MO)의 광분해에 대해 실시예 1에 따라 제조된 Ag-ZnFe2O4@rGO 나노복합체 광촉매의 보편성을 나타내고 있다.13 (a) and 13 (b) show the universality of the Ag-ZnFe 2 O 4 @rGO nanocomposite photocatalyst prepared according to Example 1 for the photolysis of various types of dyes (MB, RhB and MO) .

플롯 농도 대 시간은 UV 하에서 Ag-ZnFe2O4@rGO 나노복합체 광촉매를 사용하면 가시광선 하에서 Ag-ZnFe2O4@rGO 나노복합체 광촉매를 사용하는 것과 비교하여 더 빨리 염료를 제거할 수 있음을 나타내고 있다.Plot concentration versus time indicates that using Ag-ZnFe 2 O 4 @rGO nanocomposite photocatalyst under UV can remove dyes faster than using Ag-ZnFe 2 O 4 @rGO nanocomposite photocatalyst under visible light Respectively.

MB는 UV 및 가시광선 하에서 각각 15분 및 30분 이내에 완전히 분해될 수 있다.MB can be completely decomposed in 15 minutes and 30 minutes under UV and visible light, respectively.

30분간의 UV 조사 후에 RhB는 95.5% 분해되었고, MO는 77% 분해되었다.RhB was degraded by 95.5% and MO was decomposed by 77% after 30 minutes of UV irradiation.

또한, 30분간의 가시광선 조사 후에 RhB 및 MO가 각각 약 95%, 72% 분해되었다.Also, RhB and MO were decomposed by about 95% and 72%, respectively, after 30 minutes of visible light irradiation.

Ag-ZnFe2O4@rGO 나노복합체 광촉매는 음이온성 염료(MO)보다 양이온성 염료(MB 및 RhB)에 대해 우수한 광촉매 분해성능을 나타냈다.Ag-ZnFe 2 O 4 @rGO nanocomposite photocatalyst showed better photocatalytic decomposition performance for cationic dyes (MB and RhB) than anionic dyes (MO).

이는 양이온성 염료가 음이온성 염료보다 음으로 하전된 나노복합체 광촉매에 흡착되기가 훨씬 용이하기 때문이다.This is because cationic dyes are much easier to adsorb onto nanocomposite photocatalysts that are negatively charged than anionic dyes.

또한, RhB 분자의 보다 크고 복잡한 구조 때문에 RhB의 광촉매 분해활성은 MB보다 작았다.In addition, the photocatalytic activity of RhB was smaller than that of MB because of the larger and more complex structure of RhB molecules.

MB의 광촉매 분해반응속도는 유사 일차거동(pseudo-first-order behavior)을 따른다.The photocatalytic decomposition rate of MB follows a pseudo-first-order behavior.

25℃에서 UV 및 가시광선조사 하에서 MB, RhB 및 MO의 광촉매 분해에 대한 속도 상수(k)는 하기 수학식 1을 사용하여 계산할 수 있다.The rate constant (k) for photocatalytic decomposition of MB, RhB and MO under UV and visible light irradiation at 25 ° C can be calculated using the following equation (1).

[수학식 1][Equation 1]

Figure 112017023544729-pat00001
Figure 112017023544729-pat00001

상기 k는 겉보기 반응속도상수(apparent rate constant), C0는 흡착-탈착 평형 후 오염물질의 초기농도이며, Ct는 UV 및 가시광선 조사 하에 일정한 시간 간격으로 수집된 용액 내 오염물질의 잔류농도이다.Where k is the apparent rate constant, C 0 is the initial concentration of the contaminant after adsorption-desorption equilibrium, C t is the residual concentration of the contaminant in the solution collected at constant time intervals under UV and visible light irradiation to be.

도 14는 UV 및 가시광선 하에서 Ag-ZnFe2O4@rGO 나노복합체 광촉매를 사용한 10 ppm의 MB, RhB 및 MO의 광분해에 대한 유사일차속도상수를 나타낸다.Figure 14 shows a similar primary rate constant for photodegradation of 10 ppm MB, RhB and MO using Ag-ZnFe 2 O 4 @rGO nanocomposite photocatalyst under UV and visible light.

계산된 값들 중에서 UV 조사 하의 MB 분해속도상수가 가장 높아서(k = 0.415 min-1) 가시광선을 조사한 경우에 비해 2.3배 높게 나타났다.Among the calculated values, the MB decomposition rate constant under UV irradiation was the highest (k = 0.415 min -1 ), 2.3 times higher than the case of visible light irradiation.

<실험예 6> 재사용성 테스트 분석Experimental Example 6 Analysis of Reusability Test

샘플의 광촉매 안정성 및 재사용성을 조사하기 위해, 상기 언급한 광촉매활성을 MB 수용액(20 ppm)을 사용하여 5회 반복하여 측정하였다.In order to investigate the photocatalyst stability and reusability of the sample, the aforementioned photocatalytic activity was repeatedly measured five times using MB aqueous solution (20 ppm).

각 사이클 후, 처리된 MB 용액으로부터 사용된 광촉매를 분리하고, 탈이온수로 세척하고, 오븐에서 건조시키고, 다음 광분해사이클에 이를 다시 사용하였다.After each cycle, the used photocatalyst was separated from the treated MB solution, washed with deionized water, dried in an oven and again used for the next photolytic cycle.

광촉매분해는 유사 일차속도식(pseudo-first-order kinetics)을 따르며, 이는 상기 수학식 1로 표현된다.Photocatalytic decomposition follows pseudo-first-order kinetics, which is expressed in Equation (1) above.

광촉매 메커니즘을 더 자세히 조사하기 위해, MB 염료의 광분해에 관여하는 지배적인 반응종을 결정하기 위한 포집(trapping)실험을 수행하였다.To further investigate the photocatalytic mechanism, trapping experiments were conducted to determine the dominant reactive species involved in photodecomposition of MB dyes.

포집실험은 포착제(scavenger)화합물, 즉 0.001 M p-벤조퀴논 (p-benzoquinone; 이하 'BZQ'), 0.1M 이소프로필알코올(isopropyl alcohol; 이하 'IPA') 또는 0.1 M 중탄산나트륨(sodium bicarbonate; 이하 'NaHCO3')의 첨가를 제외하고는 광촉매활성 측정과 유사하게 수행하였다. The capture experiments were carried out using scavenger compounds such as 0.001 M p-benzoquinone (BZQ), 0.1 M isopropyl alcohol (IPA) or 0.1 M sodium bicarbonate , &Lt; / RTI &gt; NaHCO 3 &apos;). &Lt; / RTI &gt;

광촉매 활성뿐만 아니라, 광촉매 안정성은 실용적인 응용분야에서 촉매의 사용을 결정하는 또 다른 중요한 요소이다.In addition to photocatalytic activity, photocatalytic stability is another important factor in determining the use of catalysts in practical applications.

Ag-ZnFe2O4@rGO 나노복합체 광촉매의 자성을 이용한 반복적인 광촉매실험을 통해 Ag-ZnFe2O4@rGO 나노복합체의 광촉매 안정성을 분석하였다.Through repeated tests using the photocatalyst of the magnetic Ag-ZnFe 2 O 4 @rGO photocatalytic nanocomposite was analyzed photocatalytic stability of Ag-ZnFe 2 O 4 @rGO nanocomposite.

도 15는 Ag-ZnFe2O4@rGO 나노복합체 광촉매는 5회 사용 후에 광촉매 분해효율이 별로 감소하지 않았음을 나타내고 있다.FIG. 15 shows that the photocatalytic decomposition efficiency of Ag-ZnFe 2 O 4 @rGO nanocomposite photocatalyst did not decrease much after 5 times of use.

이는 장시간 동안 Ag-ZnFe2O4@rGO 나노복합체 광촉매를 사용할 수 있는 가능성이 있음을 보여준다.This shows the possibility of using Ag-ZnFe 2 O 4 @rGO nanocomposite photocatalyst for a long time.

Ag-ZnFe2O4@rGO 나노복합체 광촉매의 구조는 촉매의 FE-SEM 및 TEM 이미지에서 보듯이 상대적으로 안정한 상태를 유지했다.The structure of the Ag-ZnFe 2 O 4 @rGO nanocomposite photocatalyst maintained a relatively stable state as shown by FE-SEM and TEM images of the catalyst.

사용된 Ag-ZnFe2O4@rGO 나노복합체 광촉매의 FT-IR 스펙트럼은 새로운 촉매와 유사한 특성 흡수띠를 나타냈다.The FT-IR spectrum of the Ag-ZnFe 2 O 4 @rGO nanocomposite photocatalyst used showed a characteristic absorption band similar to the new catalyst.

유일한 차이는 1000 내지 1300 cm-1의 범위에서 관찰되었으며, 이는 사용된 촉매의 표면에 일부 유기물질이 침전함에 의한 것임을 알 수 있다.The only difference was observed in the range of 1000 to 1300 cm -1 , which is due to the precipitation of some organic material on the surface of the catalyst used.

마찬가지로 5회 사용 후에 사용한 Ag-ZnFe2O4@rGO 나노복합체 광촉매의 회절 패턴은 새로운 나노복합체 광촉매의 회절 패턴과 현격한 차이를 보이지 않았다.Likewise, the diffraction pattern of the Ag-ZnFe 2 O 4 @rGO nanocomposite photocatalyst used after the fifth use showed no significant difference from the diffraction pattern of the new nanocomposite photocatalyst.

이러한 결과를 통해 본 발명의 Ag-ZnFe2O4@rGO 나노복합체 광촉매의 우수한 장기간 안정성과 재사용성을 확인하였다.From these results, it was confirmed that the Ag-ZnFe 2 O 4 @rGO nanocomposite photocatalyst of the present invention has excellent long-term stability and reusability.

<실험예 7> 광촉매 반응 메커니즘 분석<Experimental Example 7> Analysis of photocatalytic reaction mechanism

광촉매 메커니즘을 이해하기 위해서는 광촉매반응 과정에서 주요 활성 산화제가 확인되어야 한다.To understand the photocatalytic mechanism, the main active oxidant should be identified in the photocatalytic reaction.

광촉매반응에서 생성된 산화제는 포집 또는 포착(scavenging) 시약의 추가를 통해 측정할 수 있다.The oxidant produced in the photocatalytic reaction can be measured by addition of a scavenging reagent.

수산기(-OH), 정공(hVB +) 및 초산화기(·O2 -)의 포착제로는 이소프로필알코올(IPA), NaHCO3 및 p-벤조퀴논(BZQ)이 각각 사용되었다.Isopropyl alcohol (IPA), NaHCO 3 and p-benzoquinone (BZQ) were used as trapping agents for hydroxyl group (-OH), hole (h VB + ) and acetic acid group (O 2 - ).

도 16은 광촉매시스템에서 NaHCO3(0.1 M) 또는 BZQ(0.001 M)을 첨가한 후에 MB의 분해가 감속됨을 나타내고 있는데, 이는 UV 조사 하에서 정공(hVB +) 및 초산화기(·O2 -)가 MB의 산화에 관여하는 주요 활성종이라는 것을 의미한다.16 shows that decomposition of MB is decelerated after addition of NaHCO 3 (0.1 M) or BZQ (0.001 M) in a photocatalytic system, which shows that the hole (h VB + ) and the pyrogenic acid (O 2 - Is the major active species involved in the oxidation of MB.

또한 IPA(0.1 M)의 첨가는 MB 분해에 무시할 만한 영향밖에 미치지 못하였다.Addition of IPA (0.1 M) had negligible effect on MB decomposition.

이것은 수산기(-OH)가 광촉매 반응에 매우 작은 기여를 한다는 것을 나타낸다.This indicates that the hydroxyl group (-OH) makes a very small contribution to the photocatalytic reaction.

상기 결과를 바탕으로, 제조된 Ag-ZnFe2O4@rGO 나노복합체 상에서 증진된 광촉매활성 반응기구가 다음과 같이 제안되었다 (도 17 참조).Based on the above results, the mechanism of the photocatalytic activity enhanced on the prepared Ag-ZnFe 2 O 4 @rGO nanocomposite was proposed as follows (refer to FIG. 17).

[화학식 1][Chemical Formula 1]

Figure 112017023544729-pat00002
Figure 112017023544729-pat00002

[화학식 2](2)

Figure 112017023544729-pat00003
Figure 112017023544729-pat00003

[화학식 3](3)

Figure 112017023544729-pat00004
Figure 112017023544729-pat00004

[화학식 4][Chemical Formula 4]

Figure 112017023544729-pat00005
Figure 112017023544729-pat00005

[화학식 5][Chemical Formula 5]

Figure 112017023544729-pat00006
Figure 112017023544729-pat00006

[화학식 6][Chemical Formula 6]

Figure 112017023544729-pat00007
Figure 112017023544729-pat00007

[화학식 7](7)

Figure 112017023544729-pat00008
Figure 112017023544729-pat00008

Ag-ZnFe2O4@rGO 나노복합체 광촉매에 유기화합물 수용액(예 : MB 염료)의 존재 하에 UV 또는 가시광선을 조사하면 ZnFe2O4 나노입자가 광자에 의해 여기되어 전자-정공 쌍이 생성된다(화학식 1 참조).Ag-ZnFe 2 O 4 @rGO Nanocomposite When UV or visible light is irradiated to a photocatalyst in the presence of an organic compound aqueous solution (eg MB dye), ZnFe 2 O 4 nanoparticles are excited by photons to form electron-hole pairs (1)).

광발생된 전자는 ZnFe2O4 나노입자의 전도대(conduction band; 이하 'CB')에서 그래핀 나노박판의 표면으로 쉽게 이동할 수있다. 왜냐하면 그래핀(-0.75V 대 표준수소전극(normal hydrogen electrode; 이하 'NHE'))의 전도대는 ZnFe2O4 나노입자의 CB(-1.54V vs NHE)보다 더 큰 양의 값을 띠기(positive) 때문이다(화학식 2 참조).The photogenerated electrons can easily migrate from the conduction band (CB) of ZnFe 2 O 4 nanoparticles to the surface of graphene nanotubes. This is because the conduction band of graphene (-0.75 V vs. normal hydrogen electrode (NHE ')) is larger than CB (-1.54 V vs NHE) of ZnFe 2 O 4 nanoparticles ) (See Chemical Formula 2).

동시에 Ag 나노입자는 SPR 효과로 인해 빛을 흡수하고 전자를 생성할 수 있으며, ZnFe2O4 나노입자보다 더 작은 음의 값을 띤(negative) 그래핀의 CB 하단 때문에 Ag 나노입자 상의 플라즈몬 유도전자는 ZnFe2O4 나노입자 대신 그래핀의 CB로 흐를 수 있고(화학식 3 참조), Ag 나노입자는 ZnFe2O4 나노입자의 CB로부터 전자를 받아들여 전하분리를 향상시킬 수 있다. At the same time, the Ag nanoparticles can absorb light and generate electrons due to the SPR effect. Due to the lower CB of negative graphene, which is smaller than ZnFe 2 O 4 nanoparticles, the plasmon- Can flow into CB of graphene instead of ZnFe 2 O 4 nanoparticles (see Formula 3), and Ag nanoparticles can accept electrons from CB of ZnFe 2 O 4 nanoparticles to improve charge separation.

ZnFe2O4 나노입자 상의 CB 전자 일부가 양전위 Ag+ 나노입자로 이동하는 경향으로 인하여 일부 Ag+ 나노입자가 Ag 나노입자로 변화한다(화학식 4 참조). 반면, 다른 전자는 물의 O2에 의해 제거되어 초산화(superoxide) 음이온 라디칼을 생성하고(화학식 5 참조), 유기염료인 MB와 주요 활성종인 초산화기(·O2 -)와 반응한다(화학식 6).Some Ag + nanoparticles change to Ag nanoparticles due to the tendency of the CB electrons on the ZnFe 2 O 4 nanoparticles to migrate to positive Ag + nanoparticles (see Chemical Formula 4). On the other hand, other electrons are removed by O 2 in water to form a superoxide anion radical (see Chemical Formula 5), and react with an organic dye MB and a main activating species (O 2 - ) (Chemical Formula 6 ).

또한, ZnFe2O4 나노입자의 원자가 띠(valence band; 이하 'VB')에서 반응성 정공은 MB를 직접 산화시킬 수 있는데, 이는 ZnFe2O4 나노입자의 VB의 전위(0.38V vs. NHE)가 표면의 흡착된 H2O를 산화시켜 ·OH를 발생하는 데에 필요한 전위(E·OH/H2O = 2.87 V vs. NHE)보다 더 큰 음의 값을 가지기 때문이다(화학식 7).Also, ZnFe 2 O 4 the valence band of the nanoparticles; there reactive in (valence band than 'VB') holes can be oxidized directly to the MB, which ZnFe 2 O 4 of the electric potential VB of the nanoparticles (0.38V vs. NHE) (E · OH / H 2 O = 2.87 V vs. NHE) required to generate OH by oxidizing the adsorbed H 2 O on the surface (Formula 7).

결과적으로, 광발생된 전하 운반체의 분리효율은 나노복합체 광촉매의 계면에서 효과적으로 개선되어 광촉매반응에 더 많은 정공을 참여시킬 수 있다.As a result, the efficiency of the photo-generated charge carriers can be effectively improved at the interface of the nanocomposite photocatalyst, allowing more holes to participate in the photocatalytic reaction.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.While the present invention has been described with reference to the exemplary embodiments and the drawings, it is to be understood that the present invention is not limited thereto and that various changes and modifications will be apparent to those skilled in the art. It is to be understood that various modifications and changes may be made without departing from the scope of the appended claims.

Claims (13)

환원된 산화그래핀(reduced graphene oxide; 이하 'rGO'); 및
상기 rGO 상에 부착된 아연페라이트(이하'ZnFe2O4') 나노입자 및 은(Ag) 나노입자;
를 포함하고,
상기 Ag 나노입자는,
평균직경이 30 내지 40 nm이고,
나노복합체 광촉매는,
55 내지 65 중량%의 ZnFe2O4 나노입자, 20 내지 30 중량%의 Ag 나노입자 및 10 내지 20 중량%의 rGO로 이루어진 것을 특징으로 하는, Ag-ZnFe2O4@rGO 나노복합체 광촉매.
Reduced graphene oxide (hereinafter 'rGO'); And
Zinc ferrite (hereinafter referred to as 'ZnFe 2 O 4 ') nanoparticles and silver (Ag) nanoparticles attached to the rGO;
Lt; / RTI &gt;
The Ag nano-
An average diameter of 30 to 40 nm,
The nanocomposite photocatalyst,
Ag-ZnFe 2 O 4 @rGO nanocomposite photocatalyst, characterized in that it consists of 55 to 65 wt% of ZnFe 2 O 4 nanoparticles, 20 to 30 wt% of Ag nanoparticles and 10 to 20 wt% of rGO.
청구항 1에 있어서,
상기 ZnFe2O4 나노입자는,
평균직경이 10 내지 20 nm인 것을 특징으로 하는, Ag-ZnFe2O4@rGO 나노복합체 광촉매.
The method according to claim 1,
The ZnFe 2 O 4 nano-
Ag-ZnFe 2 O 4 @rGO nanocomposite photocatalyst characterized by an average diameter of 10 to 20 nm.
삭제delete 삭제delete 철 전구체 및 아연 전구체를 탈이온수에 용해시켜 제1혼합용액을 준비하는 단계;
산화그래핀을 탈이온수에 분산시키고 초음파 처리하여 GO 분산액을 준비하는 단계;
상기 제1혼합용액을 GO 분산액에 첨가하고 교반하여 제2혼합용액을 준비하는 단계;
상기 제2혼합용액에 은 전구체를 첨가하고 교반하여 제3혼합용액을 준비하는 단계;
상기 제3혼합용액에 환원제를 첨가하고 교반하여 현탁액을 준비하는 단계;
상기 현탁액에 50 내지 400 W의 마이크로웨이브를 조사하여 60 내지 150℃로 가열한 후 3 내지 20분 동안 온도를 유지한 후 실온으로 냉각시키고 원심분리하여 rGO에 부착된 ZnFe2O4 나노입자 및 Ag 나노입자를 포함하는 나노복합체를 수집하는 단계; 및
상기 수집된 나노복합체를 세척한 후 진공건조시켜 rGO에 부착된 ZnFe2O4 나노입자 및 Ag 나노입자를 포함하는 나노복합체 광촉매를 제조하는 단계;
를 포함하는, Ag-ZnFe2O4@rGO 나노복합체 광촉매 제조방법.
Preparing a first mixed solution by dissolving an iron precursor and a zinc precursor in deionized water;
Dispersing the oxidized graphene in deionized water and subjecting it to ultrasonic treatment to prepare a GO dispersion;
Adding the first mixed solution to the GO dispersion and stirring to prepare a second mixed solution;
Adding a silver precursor to the second mixed solution and stirring to prepare a third mixed solution;
Adding a reducing agent to the third mixed solution and stirring to prepare a suspension;
The suspension was irradiated with a microwave of 50 to 400 W, heated to 60 to 150 ° C., maintained at the temperature for 3 to 20 minutes, cooled to room temperature, and centrifuged to obtain rGO-attached ZnFe 2 O 4 nanoparticles and Ag Collecting a nanocomposite comprising nanoparticles; And
Washing the collected nanocomposite and vacuum drying to prepare a nanocomposite photocatalyst comprising ZnFe 2 O 4 nanoparticles and Ag nanoparticles attached to rGO;
, Ag-ZnFe 2 O 4 @rGO photocatalytic nanocomposite production method comprising a.
청구항 5에 있어서,
상기 철 전구체는,
질산제2철(ferric nitrate nonahydrate: Fe(NO3)3), 염화제1철(ferrous chloride: FeCl2), 염화제2철(ferric choloride: FeCl3), 황산제1철(ferrous sulfate: FeSO4), 황산제2철(ferric sulfate: Fe2(SO4)3) 및 초산제1철(ferrous acetate: Fe(CO2CH3)2)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는, Ag-ZnFe2O4@rGO 나노복합체 광촉매 제조방법.
The method of claim 5,
The iron precursor,
Ferric nitrate nonahydrate (Fe (NO 3 ) 3 ), ferrous chloride (FeCl 2 ), ferric chororide (FeCl 3 ), ferrous sulfate 4 ), ferric sulfate (Fe 2 (SO 4 ) 3 ) and ferrous acetate (Fe (CO 2 CH 3 ) 2 ) Ag-ZnFe 2 O 4 @rGO nanocomposite photocatalyst production method.
청구항 5에 있어서,
상기 아연 전구체는,
아세트산아연(zinc acetate: Zn(CH3COOH)2), 황산아연(zinc sulfate: ZnSO4), 염화아연(zinc chloride: ZnCl2), 질산아연(zinc nitrate: Zn(NO3)2), 브롬화아연(zinc bromide: ZnBr2) 및 요오드화아연(zinc iodide: ZnI2)으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는, Ag-ZnFe2O4@rGO 나노복합체 광촉매 제조방법.
The method of claim 5,
Wherein the zinc precursor
Acid zinc (zinc acetate: Zn (CH 3 COOH) 2), zinc sulfate (zinc sulfate: ZnSO 4), zinc chloride (zinc chloride: ZnCl 2), zinc nitrate (zinc nitrate: Zn (NO 3 ) 2), bromide ZnFe 2 O 4 @rGO nanocomposite photocatalyst characterized in that it is selected from the group consisting of zinc bromide (ZnBr 2 ) and zinc iodide (ZnI 2 ).
청구항 5에 있어서,
상기 제1혼합용액을 준비하는 단계는,
철 전구체 및 아연 전구체를 1 : (0.5 ~ 3)의 몰비로 탈이온수에 용해시켜 준비하는 것을 특징으로 하는, Ag-ZnFe2O4@rGO 나노복합체 광촉매 제조방법.
The method of claim 5,
Wherein the step of preparing the first mixed solution comprises:
ZnFe 2 O 4 @rGO nanocomposite photocatalyst is prepared by dissolving an iron precursor and a zinc precursor in deionized water at a molar ratio of 1: (0.5 to 3).
청구항 5에 있어서,
상기 GO 분산액은,
0.2 내지 3 mg/㎖의 농도인 것을 특징으로 하는, Ag-ZnFe2O4@rGO 나노복합체 광촉매 제조방법.
The method of claim 5,
The GO dispersion may contain,
Wherein the Ag-ZnFe 2 O 4 @rGO nanocomposite photocatalyst has a concentration of 0.2 to 3 mg / ml.
청구항 5에 있어서,
상기 은 전구체는,
질산은(silver nitrate: AgNO3), 황산은(silver sulfate: Ag2SO4), 초산은(silver acetate: AgCOOCH3), 염화은(silver chloride: AgCl) 및 탄산은(silver carbonate: Ag2CO3)으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는, Ag-ZnFe2O4@rGO 나노복합체 광촉매 제조방법.
The method of claim 5,
The silver precursor,
Silver nitrate (AgNO 3 ), silver sulfate (Ag 2 SO 4 ), silver acetate (AgCOOCH 3 ), silver chloride (AgCl) and silver carbonate (Ag 2 CO 3 ) Wherein the Ag-ZnFe 2 O 4 @rGO nanocomposite photocatalyst is selected from the group consisting of Ag-ZnFe 2 O 4 and rGO nanocomposite.
청구항 5에 있어서,
상기 환원제는,
하이드라진(hydrazine: N2H4), 수소화붕소나트륨(sodium boro hydride: NaBH4), 에틸렌글라이콜(ethylene glycol: C2H4(OH)2), 티오요소(thiourea: (NH2)2CS) 및 이산화티오요소(thiourea dioxide: (NH)(NH2)CSO2H)으로 이루어진 군에서 선택된 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는, Ag-ZnFe2O4@rGO 나노복합체 광촉매 제조방법.
The method of claim 5,
The reducing agent,
Hydrazine (hydrazine: N 2 H 4) , sodium borohydride (sodium boro hydride: NaBH 4) , ethylene glycol (ethylene glycol: C 2 H 4 (OH) 2), thiourea (thiourea: (NH 2) 2 CS) and thiourea dioxide ((NH) (NH 2 ) CSO 2 H). 2. The method according to claim 1, wherein the Ag-ZnFe 2 O 4 @rGO nanocomposite photocatalyst is selected from the group consisting of:
삭제delete 청구항 5에 있어서,
상기 rGO에 부착된 ZnFe2O4 나노입자 및 Ag 나노입자를 포함하는 나노복합체 광촉매를 제조하는 단계는,
수집된 나노복합체를 세척한 후 20 내지 100℃에서 30분 내지 5시간 동안 진공건조시키는 것을 특징으로 하는, Ag-ZnFe2O4@rGO 나노복합체 광촉매 제조방법.
The method of claim 5,
The step of preparing the nanocomposite photocatalyst including the ZnFe 2 O 4 nanoparticles and the Ag nanoparticles attached to the rGO,
Wherein the collected nanocomposite is washed and then vacuum-dried at 20 to 100 ° C for 30 minutes to 5 hours to prepare a Ag-ZnFe 2 O 4 @rGO nanocomposite photocatalyst.
KR1020170029964A 2017-03-09 2017-03-09 Ag-ZnFe2O4@rGO Nanocomposite Photocatalyst for Efficient Treatment of Organic Wastes under Ultraviolet and Visible Light and the Preparation Method Thereof KR101830575B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170029964A KR101830575B1 (en) 2017-03-09 2017-03-09 Ag-ZnFe2O4@rGO Nanocomposite Photocatalyst for Efficient Treatment of Organic Wastes under Ultraviolet and Visible Light and the Preparation Method Thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170029964A KR101830575B1 (en) 2017-03-09 2017-03-09 Ag-ZnFe2O4@rGO Nanocomposite Photocatalyst for Efficient Treatment of Organic Wastes under Ultraviolet and Visible Light and the Preparation Method Thereof

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101830575B1 true KR101830575B1 (en) 2018-03-29

Family

ID=61907305

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170029964A KR101830575B1 (en) 2017-03-09 2017-03-09 Ag-ZnFe2O4@rGO Nanocomposite Photocatalyst for Efficient Treatment of Organic Wastes under Ultraviolet and Visible Light and the Preparation Method Thereof

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101830575B1 (en)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109300709A (en) * 2018-10-31 2019-02-01 江苏美淼环保科技有限公司 The preparation method and electrode of hydrophily multilayered structure capacitive deionization electrode
CN109850874A (en) * 2019-03-12 2019-06-07 扬州大学 A kind of ZnFe2O4Hollow ball-RGO composite material and preparation method
CN109876815A (en) * 2019-04-15 2019-06-14 江西科技师范大学 Graphene/ZnFe2O4 composite visible light catalyst and preparation method thereof
KR20200099858A (en) 2019-02-15 2020-08-25 영남대학교 산학협력단 Synthetic method of zinc iron oxide on graphene and its photocatalytic activity under sunlight irradation
CN113426461A (en) * 2021-06-24 2021-09-24 兰州交通大学 Preparation method of silver-doped polycrystalline zinc ferrite photocatalytic nano material
CN114082410A (en) * 2021-11-01 2022-02-25 佛山市高明佛水供水有限公司 SERS substrate based on novel composite material and preparation method thereof
CN117160544A (en) * 2023-09-04 2023-12-05 山东金阳光医药包装有限公司 Three-dimensional ordered macroporous composite photocatalyst based on titanium dioxide and application of three-dimensional ordered macroporous composite photocatalyst in medicine package material

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
F.A. Jumeri 외 7, Microwave synthesis of magnetically separable ZnFe2O4-reduced graphene oxide for wastewater treatment, Ceramics International, Vol.40, pp.7057-7065(2013.12.17.)
Lei Liu 외 6, Ultrahigh cycling stability and rate capability of ZnFe2O4@graphene hybrid anode prepared through a facile syn-graphenization strategy, New J. Chem., Vol.40, pp.3139-3146(2016.02.02.)
Nirina Khadgi 외 6, Enhanced Photocatalytic Degradation of 17a-Ethinylestradiol Exhibited by Multifunctional ZnFe2O4-Ag/rGO Nanocomposite Under Visible Light, Photochemistry and Photobiology, Vol.92, p

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109300709A (en) * 2018-10-31 2019-02-01 江苏美淼环保科技有限公司 The preparation method and electrode of hydrophily multilayered structure capacitive deionization electrode
CN109300709B (en) * 2018-10-31 2020-04-21 江苏美淼环保科技有限公司 Preparation method of hydrophilic multilayer structure capacitive deionization electrode and electrode
KR20200099858A (en) 2019-02-15 2020-08-25 영남대학교 산학협력단 Synthetic method of zinc iron oxide on graphene and its photocatalytic activity under sunlight irradation
CN109850874A (en) * 2019-03-12 2019-06-07 扬州大学 A kind of ZnFe2O4Hollow ball-RGO composite material and preparation method
CN109850874B (en) * 2019-03-12 2022-03-22 扬州大学 ZnFe2O4Hollow sphere-RGO composite material and preparation method thereof
CN109876815A (en) * 2019-04-15 2019-06-14 江西科技师范大学 Graphene/ZnFe2O4 composite visible light catalyst and preparation method thereof
CN109876815B (en) * 2019-04-15 2022-04-22 江西科技师范大学 graphene/ZnFe 2O4 composite visible-light-driven photocatalyst and preparation method thereof
CN113426461A (en) * 2021-06-24 2021-09-24 兰州交通大学 Preparation method of silver-doped polycrystalline zinc ferrite photocatalytic nano material
CN113426461B (en) * 2021-06-24 2022-05-31 兰州交通大学 Preparation method of silver-doped polycrystalline zinc ferrite photocatalytic nano material
CN114082410A (en) * 2021-11-01 2022-02-25 佛山市高明佛水供水有限公司 SERS substrate based on novel composite material and preparation method thereof
CN114082410B (en) * 2021-11-01 2024-02-06 佛山市高明佛水供水有限公司 SERS substrate based on composite material and preparation method thereof
CN117160544A (en) * 2023-09-04 2023-12-05 山东金阳光医药包装有限公司 Three-dimensional ordered macroporous composite photocatalyst based on titanium dioxide and application of three-dimensional ordered macroporous composite photocatalyst in medicine package material

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101830575B1 (en) Ag-ZnFe2O4@rGO Nanocomposite Photocatalyst for Efficient Treatment of Organic Wastes under Ultraviolet and Visible Light and the Preparation Method Thereof
Mady et al. Facile microwave-assisted green synthesis of Ag-ZnFe2O4@ rGO nanocomposites for efficient removal of organic dyes under UV-and visible-light irradiation
Liang et al. Highly dispersed bismuth oxide quantum dots/graphite carbon nitride nanosheets heterojunctions for visible light photocatalytic redox degradation of environmental pollutants
Guo et al. A novel α-Fe2O3@ g-C3N4 catalyst: synthesis derived from Fe-based MOF and its superior photo-Fenton performance
Yao et al. Magnetic core–shell CuFe2O4@ C3N4 hybrids for visible light photocatalysis of Orange II
Zhu et al. Intercalation effect of attapulgite in g-C3N4 modified with Fe3O4 quantum dots to enhance photocatalytic activity for removing 2-mercaptobenzothiazole under visible light
Jia et al. Au nanoparticles enhanced Z-scheme Au-CoFe2O4/MoS2 visible light photocatalyst with magnetic retrievability
Yuan et al. Enhanced photocatalytic H 2 evolution over noble-metal-free NiS cocatalyst modified CdS nanorods/gC 3 N 4 heterojunctions
Li et al. Z-scheme electronic transfer of quantum-sized α-Fe2O3 modified g-C3N4 hybrids for enhanced photocatalytic hydrogen production
Fu et al. Ag/gC 3 N 4 catalyst with superior catalytic performance for the degradation of dyes: a borohydride-generated superoxide radical approach
Ge et al. Synthesis and characterization of composite visible light active photocatalysts MoS2–g-C3N4 with enhanced hydrogen evolution activity
Xie et al. Sn 4+ self-doped hollow cubic SnS as an efficient visible-light photocatalyst for Cr (vi) reduction and detoxification of cyanide
Ming et al. Large scale electrochemical synthesis of high quality carbon nanodots and their photocatalytic property
Zhou et al. Facile preparation and enhanced photocatalytic H2-production activity of Cu (OH) 2 nanospheres modified porous g-C3N4
Liu et al. Facile synthesis and enhanced visible-light photocatalytic activity of graphitic carbon nitride decorated with ultrafine Fe 2 O 3 nanoparticles
Fan et al. Single-site nickel-grafted anatase TiO2 for hydrogen production: Toward understanding the nature of visible-light photocatalysis
Cao et al. Synthesis of novel Cu2O/BiOCl heterojunction nanocomposites and their enhanced photocatalytic activity under visible light
Ghane et al. Combustion synthesis of g-C3N4/Fe2O3 nanocomposite for superior photoelectrochemical catalytic performance
Zhou et al. Fabrication of walnut-like BiVO4@ Bi2S3 heterojunction for efficient visible photocatalytic reduction of Cr (VI)
Yang et al. Enhanced photocatalytic activities of visible-light driven green synthesis in water and environmental remediation on Au/Bi 2 WO 6 hybrid nanostructures
Liang et al. Synthesis of N-doped graphene-functionalized Zn 1.231 Ge 0.689 N 1.218 O 0.782 solid solution as a photocatalyst for CO 2 reduction and oxidation of benzyl alcohol under visible-light irradiation
Wu et al. Acidification of potassium bismuthate for enhanced visible-light photocatalytic degradation ability: an effective strategy for regulating the abilities of adsorption, oxidation, and photocatalysis
Sedghi et al. A novel & effective visible light-driven TiO 2/magnetic porous graphene oxide nanocomposite for the degradation of dye pollutants
Deonikar et al. Growth study of hierarchical Ag 3 PO 4/LaCO 3 OH heterostructures and their efficient photocatalytic activity for RhB degradation
Yu et al. Synergistic effect of rare earth metal Sm oxides and Co 1− x S on sheet structure MoS 2 for photocatalytic hydrogen evolution

Legal Events

Date Code Title Description
GRNT Written decision to grant