KR20120052609A - Water-soluble magnetic nanoparticles functionalized with photosensitizer and the use therof - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A magnetic nanoparticle which is conjugated with photosensitizer by covalent bond is provided to improve decomposition efficiency and to completely remove toxic organic materials. CONSTITUTION: A magnetic nanoparticle has a photosensitizer which generates reactive oxygen on the surface. The photosensitizer is a compound of chemical formula 1. The photosensitizer is conjugated on the surface of the magnetic nanoparticles. A method for modifying the surface of the magnetic nanoparticles comprises a step of reacting the photosensitizer which generates active oxygen.

Description

광감응분자가 도입된 수용성 자성 나노입자 및 이의 용도{Water-soluble magnetic nanoparticles functionalized with photosensitizer and the use therof}Water-soluble magnetic nanoparticles functionalized with photosensitizer and the use therof}

본 발명은 유독성 유기물질을 분해할 수 있는 광촉매로 사용가능하고, 광촉매의 회수 및 재사용이 용이한 자외선 및 가시광 영역에서 활성산소를 발생하는 광감응분자가 공유적으로 결합된 자성 나노입자 및 이의 용도에 관한 것이다.
The present invention can be used as a photocatalyst capable of decomposing toxic organic substances, magnetic nanoparticles covalently coupled with photosensitive molecules generating active oxygen in the ultraviolet and visible region, which are easy to recover and reuse the photocatalyst, and uses thereof. It is about.

최근 수십 년간, 염소화 화합물에 의한 폐수 및 지하수를 정제하기 위한 노력이 있어왔다. 염소화 유기 화합물 중 클로로페놀은 목재방부제, 농약, 제초제, 살충제, 및 살균제용 화합물에 널리 사용되어 왔다. 또한, 심지어 그들은 제지공장의 폐기물에도 존재한다. 클로로페놀은 독성이 있고, 거의 생분해되지 않으며, 환경에서 제거하기 어렵다. 따라서, 클로로페놀은 주요 환경 오염원 중 하나가 되었으며, US EPA에서 주요 오염원으로 선정하였다. 인간과 동물 생체에 대한 그들의 독성으로 인해 안전한 배출을 위해 폐수에서 이들 화합물의 농도에 대한 엄격한 제한이 점차 부과되고 있다. 그러므로, 2,4,6-트리클로로페놀 및 펜타클로로페놀 등의 클로로페놀의 안전하고 완전한 폐기를 위한 획기적이고 저렴한 방법을 찾는 것이 매우 중요하다.In recent decades, efforts have been made to purify wastewater and groundwater by chlorinated compounds. Chlorophenol among chlorinated organic compounds has been widely used in compounds for wood preservatives, pesticides, herbicides, insecticides, and fungicides. Also, they are present in the paper mill waste. Chlorophenol is toxic, hardly biodegradable and difficult to remove from the environment. Thus, chlorophenol has become one of the major environmental pollutants and has been selected by the US EPA as a major pollutant. Due to their toxicity to human and animal organisms, strict limits on the concentration of these compounds in wastewater are increasingly imposed for safe discharge. Therefore, it is very important to find innovative and inexpensive methods for the safe and complete disposal of chlorophenols such as 2,4,6-trichlorophenol and pentachlorophenol.

클로로페놀을 제거하기 위해 활성화된 탄소 흡수, 소각, 막 여과, 이온 교환, 전기화학적 산화 및 생물학적 분해 등의 몇몇 물리적, 화학적 및 생물학적 기술들이 적용되었다. 이러한 기술들은 제거 효율이 미량 수준에서 현저하게 감소하는 단점이 있다. 게다가, 이러한 기술들은 처리 비용이 비싸고 2차 오염 가능성이 있다. Several physical, chemical and biological techniques have been applied to remove chlorophenol, such as activated carbon uptake, incineration, membrane filtration, ion exchange, electrochemical oxidation and biodegradation. These techniques have the disadvantage that the removal efficiency is significantly reduced at trace levels. In addition, these techniques are expensive to process and potentially secondary pollution.

발전된 산화 공정인 광촉매적 산화는 클로로페놀의 분해를 위한 저렴한 기술들 중 하나이다. 광촉매적 산화의 주요 원리는 유기 오염원들을 위한 주요 산화제인 활성 산소종의 형성에 있다. 활성 산소종은 물에서 유기 오염원들을 공격하고 그들을 이산화탄소와 물과 무기산으로 전환한다. 그러나, 이 광촉매적 산화 방법은 재사용을 위한 상기 이용된 촉매들의 분리 및 회수에 한계가 있다. Photocatalytic oxidation, an advanced oxidation process, is one of the inexpensive techniques for the decomposition of chlorophenols. The main principle of photocatalytic oxidation lies in the formation of reactive oxygen species, which is the main oxidant for organic pollutants. Free radical species attack organic pollutants in water and convert them into carbon dioxide, water and inorganic acids. However, this photocatalytic oxidation method is limited in the separation and recovery of the catalysts used for reuse.

한편, 광감응분자를 이용하여 클로로페놀을 분해하는 기술로, 광감응분자를 이용한 클로로페놀과 디메틸페놀과 같은 유독성 분자의 광분해에 대한 연구가 수행되었으나, 이는 단순히 광감응분자와 유독성 분자와의 광분해 반응에 대한 국지적인 연구 결과에 불과하였다(Photochem. Photobiol. Sci. 2005, 4, 617-624). 또한, 표면적이 매우 큰 메조기공성 실리카 나노입자에 광감응분자를 도입하고 트리클로로페놀의 광산화 반응에 대한 연구를 수행했으나, 이는 광분해제의 회수나 재사용에 어려움이 있다(Chem. Mater. 2007, 19, 1452-1458). 폴리아크릴아마이드를 기반으로 만든 매우 작은 유기나노입자에 광감응분자를 도입하고 활성산소의 생성효율을 확인하고 광동역학적 치료제로의 가능성을 타진하는 연구를 수행한 바 있고(Angew. Chem. Int. Ed. 2007, 46, 2224-2227), 나노 펜톤시스템(nano-fenton system)으로 사용 가능한 자성 나노입자/고분자 코어-셀 나노입자를 이용한 폐수 처리제의 제조 방법에 관한 연구가 보고된 바 있으나, 이것은 강력한 광산화반응이 아니고 과산화수소를 필요로 하는 반응으로 부산물의 생성가능성이 있다(대한민국 공개특허 제2010-0078936호).On the other hand, as a technique for decomposing chlorophenol using photosensitive molecules, research on photodegradation of toxic molecules such as chlorophenol and dimethylphenol using photosensitive molecules has been conducted, but this is simply photodegradation between photosensitive molecules and toxic molecules. It was only a local study of the reaction ( Photochem. Photobiol. Sci . 2005, 4, 617-624). In addition, photosensitive molecules were introduced into mesoporous silica nanoparticles having a very large surface area, and a study on the photooxidation reaction of trichlorophenol was performed, but it is difficult to recover or reuse the photodegradant ( Chem. Mater . 2007, 19, 1452-1458). Research has been carried out to introduce photosensitive molecules into very small organic nanoparticles based on polyacrylamide, to confirm the production efficiency of free radicals, and to explore the potential as photodynamic therapeutic agents ( Angew. Chem. Int . Ed. 2007, 46, 2224-2227), a study on the preparation of wastewater treatment using magnetic nanoparticles / polymeric core-cell nanoparticles that can be used as a nano-fenton system has been reported. There is a possibility of the formation of by-products as a reaction requiring hydrogen peroxide rather than a photooxidation reaction (Korean Patent Publication No. 2010-0078936).

따라서, 강력한 광산화반응을 통해 유독성 유기물질을 부산물 없이 완전히 분해할 수 있고, 광촉매의 회수 및 재사용이 용이한 개선된 광촉매의 개발이 요구되는 실정이다.
Therefore, it is necessary to develop an improved photocatalyst capable of completely decomposing toxic organic substances without by-products through powerful photooxidation reactions and easily recovering and reusing photocatalysts.

본 발명의 목적은 강력한 광산화반응을 통해 부산물 없이 유독성 유기물질을 분해할 수 있고, 회수 및 재사용이 용이한 개선된 광촉매를 제공하는 것이다.
It is an object of the present invention to provide an improved photocatalyst which is capable of decomposing toxic organic substances without by-products through a strong photooxidation reaction and which is easy to recover and reuse.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 자외선과 가시광 영역에서 활성산소를 발생하는 광감응분자가 표면에 결합되어 있는 자성 나노입자를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a magnetic nanoparticle in which a photosensitive molecule that generates active oxygen in the ultraviolet and visible light region is bonded to the surface.

한 가지 실시예에 있어서, 상기 광감응분자는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물일 수 있다:In one embodiment, the photosensitive molecule may be a compound represented by the following formula (1):

[화학식 1][Formula 1]

Figure pat00001

Figure pat00001

상기 식에서,Where

M은 7족 내지 12족의 전이금속을 나타내고,M represents a transition metal of Groups 7 to 12,

R1 및 R4는 각각 독립적으로 카르복실기로 치환된 C5-12 아릴 또는 5 내지 12환원의 헤테로아릴이고, R 1 and R 4 are each independently C 5-12 aryl or 5-12 reduced heteroaryl substituted with a carboxyl group,

R2 및 R3는 각각 독립적으로 R 2 and R 3 are each independently

수소; Hydrogen;

C1-6 알킬; C1-6 알콕시; 아민; 및 니트로 및 C1-6 알콕시로 이루어진 그룹 중에서 선택된 하나 이상의 치환기로 치환되거나 비치환된 벤질로 이루어진 그룹 중에서 선택된 하나 이상의 치환기로 치환되거나 비치환된 C5-12 아릴; 또는 C 1-6 alkyl; C 1-6 alkoxy; Amines; And C 5-12 aryl unsubstituted or substituted with one or more substituents selected from the group consisting of benzyl unsubstituted or substituted with one or more substituents selected from the group consisting of nitro and C 1-6 alkoxy; or

C1-6 알킬; C1-6 알콕시; 아민; 및 니트로 및 C1-6 알콕시로 이루어진 그룹 중에서 선택된 하나 이상의 치환기로 치환되거나 비치환된 벤질로 이루어진 그룹 중에서 선택된 하나 이상의 치환기로 치환되거나 비치환된 5 내지 12환원의 헤테로아릴을 나타내거나, C 1-6 alkyl; C 1-6 alkoxy; Amines; And 5-12 membered heteroaryl unsubstituted or substituted with one or more substituents selected from the group consisting of benzyl unsubstituted or substituted with one or more substituents selected from the group consisting of nitro and C 1-6 alkoxy,

카르복실기로 치환된 C5-12 아릴 또는 5 내지 12환원의 헤테로아릴을 나타낸다.
C 5-12 aryl or 5-12 reduced heteroaryl substituted by carboxyl group.

본 발명은 또한 자성 나노입자 및 자외선과 가시광 영역에서 활성산소를 발생하는 광감응분자를 반응시키는 단계를 포함하는 자성 나노입자의 표면 개질 방법을 제공한다.
The present invention also provides a method for surface modification of magnetic nanoparticles comprising the step of reacting the magnetic nanoparticles and photosensitive molecules generating active oxygen in the ultraviolet and visible region.

본 발명은 또한 본 발명에 따른 표면이 개질된 자성 나노입자를 포함하는 광촉매를 제공한다.
The present invention also provides a photocatalyst comprising the surface-modified magnetic nanoparticles according to the present invention.

본 발명은 또한 자석을 이용하여 본 발명의 광촉매를 회수하는 방법을 제공한다.
The present invention also provides a method of recovering the photocatalyst of the present invention using a magnet.

본 발명은 또한 자외선 또는 가시광선 하에서 본 발명의 광촉매 및 폐수를 반응시키는 단계를 포함하는 폐수 정화 방법을 제공한다.
The present invention also provides a wastewater purification method comprising the step of reacting the photocatalyst and wastewater of the present invention under ultraviolet or visible light.

본 발명의 광기능성 자성 나노입자는 다른 조건 없이 빛을 이용하여 반응을 개시하여 종전의 광촉매제에 비해 분해효율을 향상하고, 자성 나노입자의 거대한 표면적과 자기적 특성을 이용한 회수 및 재사용이 용이하며, 광감응분자를 이용한 강력한 광산화반응을 통해 클로로페놀 뿐만 아니라 다른 많은 종류의 유독성 유기물질을 완전히 제거할 수 있다.
The photofunctional magnetic nanoparticles of the present invention start the reaction using light without any other conditions to improve the decomposition efficiency compared to the conventional photocatalyst, and easy to recover and reuse using the huge surface area and magnetic properties of the magnetic nanoparticles. In addition, powerful photo-oxidation reactions using photosensitive molecules can completely remove not only chlorophenol but also many other toxic organic substances.

도 1은 본 발명의 광기능성 자성 나노입자의 제조과정을 나타낸 것이다.
도 2는 마그네타이트 나노입자(a) 및 본 발명의 광기능성 자성 나노입자(b)의 TEM 사진도이고, 이들의 내부 사진은 각 나노입자의 고해상도 TEM 사진도이며, (c)는 마그네타이트 나노입자의 입자 크기 분포에 대한 막대그래프이고, (d)는 마그네타이트 나노입자의 XRD 패턴을 나타낸 것이다.
도 3은 표면 개질 전 후 본 발명의 자성 나노입자의 용해도를 나타낸 것으로, (a)는 헥산에서의 합성 나노입자이고, (b)는 물에서의 t-PtCP로 개질된 나노입자이며, (c)는 외부 자기장의 존재 하에서 t-PtCP로 개질된 나노입자이다.
도 4는 마그네타이트 나노입자 및 본 발명의 광기능성 자성 나노입자의 실온 자성 이력현상 루프를 나타낸 것이다.
도 5는 t-PtCP 및 본 발명의 광기능성 자성 나노입자의 FT-IR 스펙트럼을 나타낸 것이다.
도 6은 THF에서 t-PtCP 및 본 발명의 광기능성 자성 나노입자의 흡수 스펙트럼(a) 및 방출 스펙트럼(b, 여기 파장: 510nm)을 나타낸 것이다.
도 7은 표준물질인 H2TPP(a), t-PtCP(b) 및 본 발명의 광기능성 자성 나노입자(c)로부터 단일항 산소의 이완에 의한 인광 붕괴를 나타낸 것으로, 인광 시그널은 THF 용액에서 1270 nm에서 검출되며, 단일 지수기로 맞추었다(실선).
도 8은 510nm 레이저 빔을 조사하여 THF 용액에서 광여기된 본 발명의 광기능성 자성 나노입자의 존재 하에서 DPBF의 반응 시간에 따른 UV-Vis 스펙트럼을 나타낸 것으로, 내부 도면은 THF에서 H2TPP (a) 및 분산된 본 발명의 광기능성 자성 나노입자(b)에 대한 조사 시간 별 435 nm 에서 DPBF의 흡수 흡광도이다.
도 9는 본 발명의 광기능성 자성 나노입자를 사용하여 광촉매적 반응 시간에 따른 pH10의 2,4,6-TCP 수용액의 흡수 스펙트럼 변화를 나타낸 것으로, 내부 도면은 조사 시간 별 2,4,6-TCP의 반응 흡광도(C) 및 초기 흡광도(Co) 간의 변화율이다.
Figure 1 shows the manufacturing process of the optical functional magnetic nanoparticles of the present invention.
Figure 2 is a TEM photograph of the magnetite nanoparticles (a) and the photofunctional magnetic nanoparticles (b) of the present invention, the internal photograph thereof is a high-resolution TEM photograph of each nanoparticle, (c) is a magnetite nanoparticles Histogram for particle size distribution, (d) shows the XRD pattern of magnetite nanoparticles.
Figure 3 shows the solubility of the magnetic nanoparticles of the present invention before and after surface modification, (a) are synthetic nanoparticles in hexane, (b) are nanoparticles modified with t-PtCP in water, (c ) Is a nanoparticle modified with t-PtCP in the presence of an external magnetic field.
Figure 4 shows the room temperature magnetic hysteresis loop of the magnetite nanoparticles and the photofunctional magnetic nanoparticles of the present invention.
Figure 5 shows the FT-IR spectrum of t-PtCP and photofunctional magnetic nanoparticles of the present invention.
Figure 6 shows the absorption spectrum (a) and emission spectrum (b, excitation wavelength: 510 nm) of t-PtCP and the photofunctional magnetic nanoparticles of the present invention in THF.
7 shows phosphorescent decay by relaxation of singlet oxygen from standard H 2 TPP (a), t-PtCP (b) and the photofunctional magnetic nanoparticles (c) of the present invention. At 1270 nm and fitted to a single exponent (solid line).
FIG. 8 shows UV-Vis spectra according to reaction time of DPBF in the presence of photofunctional magnetic nanoparticles photoexcited in THF solution by irradiating a 510 nm laser beam, and an internal view shows H 2 TPP (a And absorption absorbance of DPBF at 435 nm per irradiation time for the dispersed photofunctional magnetic nanoparticles (b) of the present invention.
Figure 9 shows the change in absorption spectrum of 2,4,6-TCP aqueous solution of pH 10 according to the photocatalytic reaction time using the photo-functional magnetic nanoparticles of the present invention, the internal view is 2,4,6- by irradiation time The rate of change between the reaction absorbance (C) and the initial absorbance (Co) of TCP.

이하, 본 발명의 구성을 구체적으로 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, the structure of this invention is demonstrated concretely.

본 발명은 자외선과 가시광 영역에서 활성산소를 발생하는 광감응분자가 표면에 결합되어 있는 자성 나노입자에 관한 것이다.The present invention relates to magnetic nanoparticles in which photosensitive molecules that generate free radicals in the ultraviolet and visible light regions are bonded to the surface.

본 발명의 자성 나노입자는 단일항 산소를 고 효율로 발생하는 광감응분자가 나노입자의 표면에 화학적으로 결합되어 있는 것을 특징으로 한다. 바람직하게는, 에스테리피케이션, 이민 반응, 배위결합 등의 공유결합을 통해 결합될 수 있다.Magnetic nanoparticles of the present invention is characterized in that the photosensitive molecules that generate singlet oxygen with high efficiency are chemically bonded to the surface of the nanoparticles. Preferably, it may be bound through covalent bonds such as asterislation, imine reaction, coordination bond, and the like.

상기 광감응분자는 자외선과 가시광 영역에서 활성산소를 발생할 수 있고, 말단 기능기가 표면 착화 구조를 갖는 자성 나노입자의 표면에 있는 금속 이온과 공유결합할 수 있는 것이라면 특별히 제한하지는 않는다.The photosensitive molecule is not particularly limited as long as it can generate free radicals in the ultraviolet and visible region, and the terminal functional group can covalently bond with metal ions on the surface of the magnetic nanoparticle having the surface complex structure.

바람직하게는, 상기 광감응분자는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물일 수 있다:Preferably, the photosensitive molecules may be a compound represented by the following formula (1):

[화학식 1][Formula 1]

Figure pat00002

Figure pat00002

상기 식에서,Where

M은 7족 내지 12족의 전이금속을 나타내고,M represents a transition metal of Groups 7 to 12,

R1 및 R4는 각각 독립적으로 카르복실기로 치환된 C5-12 아릴 또는 5 내지 12환원의 헤테로아릴이고, R 1 and R 4 are each independently C 5-12 aryl or 5-12 reduced heteroaryl substituted with a carboxyl group,

R2 및 R3는 각각 독립적으로 R 2 and R 3 are each independently

수소; Hydrogen;

C1-6 알킬; C1-6 알콕시; 아민; 및 니트로 및 C1-6 알콕시로 이루어진 그룹 중에서 선택된 하나 이상의 치환기로 치환되거나 비치환된 벤질로 이루어진 그룹 중에서 선택된 하나 이상의 치환기로 치환되거나 비치환된 C5-12 아릴; 또는C 1-6 alkyl; C 1-6 alkoxy; Amines; And C 5-12 aryl unsubstituted or substituted with one or more substituents selected from the group consisting of benzyl unsubstituted or substituted with one or more substituents selected from the group consisting of nitro and C 1-6 alkoxy; or

C1-6 알킬; C1-6 알콕시; 아민; 및 니트로 및 C1-6 알콕시로 이루어진 그룹 중에서 선택된 하나 이상의 치환기로 치환되거나 비치환된 벤질로 이루어진 그룹 중에서 선택된 하나 이상의 치환기로 치환되거나 비치환된 5 내지 12환원의 헤테로아릴을 나타내거나, C 1-6 alkyl; C 1-6 alkoxy; Amines; And 5-12 membered heteroaryl unsubstituted or substituted with one or more substituents selected from the group consisting of benzyl unsubstituted or substituted with one or more substituents selected from the group consisting of nitro and C 1-6 alkoxy,

카르복실기로 치환된 C5-12 아릴 또는 5 내지 12환원의 헤테로아릴을 나타낸다.C 5-12 aryl or 5-12 reduced heteroaryl substituted by carboxyl group.

본 발명의 화합물의 치환체 정의에 사용된 용어는 하기와 같다.The terms used in the substituent definitions of the compounds of the present invention are as follows.

"알킬"은 다른 기재가 없는 한, 탄소수 1 내지 30의 직쇄 또는 분지쇄 또는 고리형의 포화 탄화수소를 가리킨다. C1-30 알킬기의 예는 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 펜틸, 헥실, 헵틸, 옥틸, 노닐, 데실, 이소프로필, 이소부틸, sec-부틸 및 tert-부틸, 이소펜틸, 네오펜틸, 이소헥실, 이소헵틸, 이소옥틸, 이소노닐 및 이소데실이 포함되나, 이들에 제한되지 않는다. 또한 상기 알킬은 "시클로알킬"을 포함한다. 상기 시클로알킬은 다른 기재가 없는 한, 탄소수 3 내지 12의 비방향족, 포화 탄화 수소환으로서 단일환 및 융합환을 포함한다. C3-12 시클로알킬의 대표적 예는 시클로프로필, 시클로부틸, 시클로펜틸, 시클로헥실, 시클로헵틸 및 시클로옥틸이 포함되나, 이들에 제한되지 않는다."Alkyl" refers to a straight or branched chain or cyclic saturated hydrocarbon having 1 to 30 carbon atoms unless otherwise stated. Examples of C 1-30 alkyl groups are methyl, ethyl, propyl, butyl, pentyl, hexyl, heptyl, octyl, nonyl, decyl, isopropyl, isobutyl, sec-butyl and tert-butyl, isopentyl, neopentyl, isohexyl , Isoheptyl, isooctyl, isononyl and isodedecyl, but is not limited thereto. The alkyl also includes "cycloalkyl". The cycloalkyl includes a monocyclic and fused ring as a non-aromatic, saturated hydrocarbon ring having 3 to 12 carbon atoms, unless otherwise specified. Representative examples of C 3-12 cycloalkyl include, but are not limited to, cyclopropyl, cyclobutyl, cyclopentyl, cyclohexyl, cycloheptyl and cyclooctyl.

"알콕시"는 다른 기재가 없는 한, 상기 탄소수 1 내지 6, 예를 들어 탄소수 1 내지 4의 알킬기가 산소원자와 결합한 것을 나타낸다. C1-4 알콕시기의 예는 메톡시, 에톡시, 프로폭시, 및 부톡시가 포함되나, 이들에 제한되지 않는다."Alkoxy" means an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, such as 1 to 4 carbon atoms, bonded to an oxygen atom unless otherwise specified. Examples of C 1-4 alkoxy groups include, but are not limited to, methoxy, ethoxy, propoxy, and butoxy.

"아릴"은 다른 기재가 없는 한, 5 내지 12-환원의 방향족 고리화합물을 가리킨다. 아릴기의 예로는 페닐, 비페닐, 나프틸 및 안트라세닐을 포함하나, 이들에 제한되지 않는다."Aryl" refers to 5 to 12-reduced aromatic cyclic compounds unless otherwise stated. Examples of aryl groups include, but are not limited to, phenyl, biphenyl, naphthyl and anthracenyl.

"헤테로아릴"은 다른 기재가 없는 한, 질소, 산소, 또는 황 원자를 하나 이상 포함하는 5 내지 12-환원의 방향족 고리화합물을 가리킨다. 헤테로아릴기의 예로는 피리디닐, 피리다지닐, 피리미딜, 피라질, 트리아지닐, 피롤릴, 피라졸릴, 이미다졸릴 등을 포함하나, 이들에 제한되지 않는다. "Heteroaryl" refers to a 5 to 12-reduced aromatic cyclic compound containing at least one nitrogen, oxygen, or sulfur atom, unless otherwise noted. Examples of heteroaryl groups include, but are not limited to, pyridinyl, pyridazinyl, pyrimidyl, pyrazyl, triazinyl, pyrrolyl, pyrazolyl, imidazolyl, and the like.

상기 화학식 1의 화합물은 구체적으로Compound of Formula 1 is specifically

M은 Mn, Fe, Ru, Co, Rh, Ni, Pd, Pt, Cu 또는 Zn를 나타내고,M represents Mn, Fe, Ru, Co, Rh, Ni, Pd, Pt, Cu or Zn,

R1 및 R4는 카르복실기로 치환된 페닐 또는 피리디닐이고, R 1 and R 4 are phenyl or pyridinyl substituted with a carboxyl group,

R2 및 R3는 각각 독립적으로 R 2 and R 3 are each independently

아민으로 치환되거나 비치환된 페닐; 또는 Phenyl unsubstituted or substituted with amines; or

C1-4 알킬; 또는 니트로 및 C1-4 알콕시로 이루어진 그룹 중에서 선택된 하나 이상의 치환기로 치환되거나 비치환된 벤질로 치환되거나 비치환된 피리디닐을 나타내거나, C 1-4 alkyl; Or pyridinyl unsubstituted or substituted with benzyl unsubstituted or substituted with one or more substituents selected from the group consisting of nitro and C 1-4 alkoxy,

카르복실기로 치환된 페닐 또는 피리디닐을 나타낼 수 있다.
Phenyl or pyridinyl substituted with a carboxyl group.

상기 화학식 1의 화합물은 보다 구체적으로The compound of Formula 1 is more specifically

M은 Ni, Pd, 또는 Pt를 나타내고,M represents Ni, Pd, or Pt,

R1 및 R4는 카르복실기로 치환된 페닐 또는 피리디닐이고,R 1 and R 4 are phenyl or pyridinyl substituted with a carboxyl group,

R2 및 R3는 각각 독립적으로 R 2 and R 3 are each independently

아민으로 치환되거나 비치환된 페닐; 또는 Phenyl unsubstituted or substituted with amines; or

C1-4 알킬; 또는 니트로 및 C1-4 알콕시로 이루어진 그룹 중에서 선택된 하나 이상의 치환기로 치환되거나 비치환된 벤질로 치환되거나 비치환된 피리디닐을 나타낼 수 있다.
C 1-4 alkyl; Or pyridinyl unsubstituted or substituted with benzyl unsubstituted or substituted with one or more substituents selected from the group consisting of nitro and C 1-4 alkoxy.

상기 화학식 1의 화합물은 보다 구체적으로 The compound of Formula 1 is more specifically

R1 및 R4

Figure pat00003
이고, R 1 and R 4
Figure pat00003
ego,

R2 및 R3는 각각 독립적으로

Figure pat00004
,
Figure pat00005
,
Figure pat00006
,
Figure pat00007
,
Figure pat00008
,
Figure pat00009
, 또는
Figure pat00010
를 나타낼 수 있다.
R 2 and R 3 are each independently
Figure pat00004
,
Figure pat00005
,
Figure pat00006
,
Figure pat00007
,
Figure pat00008
,
Figure pat00009
, or
Figure pat00010
Can be represented.

상기 화학식 1의 화합물은 가장 구체적으로The compound of Formula 1 is most specifically

M은 Pt를 나타내고,M represents Pt,

R1 및 R4는 카르복실기로 치환된 페닐이고,R 1 and R 4 are phenyl substituted with a carboxyl group,

R2 및 R3는 페닐을 나타낼 수 있다.R 2 and R 3 may represent phenyl.

상기 화학식 1의 화합물의 광물리학적 특성은 다음과 같다.The photophysical properties of the compound of Formula 1 are as follows.

상기 화학식 1의 화합물은 자외선 영역에서 B 밴드, 및 가시광선 영역에서 Q 밴드를 나타내며, 상기 Q 밴드는 510nm 및 538nm에서 2개의 피크를 나타낸다. 상기 화합물의 형광 스펙트럼은 관찰되지 않으며, 인광 스펙트럼은 660 nm 및 725 nm에서 피크를 나타낸다.The compound of Formula 1 exhibits a B band in the ultraviolet region and a Q band in the visible region, and the Q band exhibits two peaks at 510 nm and 538 nm. No fluorescence spectra of this compound were observed, and the phosphorescence spectra showed peaks at 660 nm and 725 nm.

또한, 통기 조건 하에서 단일항 산소의 양자 수율은 0.65±0.05로 측정되며, 이러한 높은 수치는 높은 효율의 3중항 산소와, 3중항 상태에서 바닥상태의 3중항 산소로의 효율적인 에너지 전달 과정을 통해 생기는 것으로 사료된다.
In addition, the quantum yield of singlet oxygen under aeration conditions is measured to be 0.65 ± 0.05, and this high value is achieved by efficient energy transfer from triplet oxygen to ground triplet oxygen in triplet state. It is considered to be.

본 발명의 표면이 개질된 광기능성 자성 나노입자는 표면 개질 전의 자성 나노입자의 형태 및 결정 구조 면에서 유의적인 차이는 없다. 즉, 구형을 나타내고, 평균 입자 크기는 약 4 내지 6 nm이며, 단결정 구조를 나타낸다.The photofunctional magnetic nanoparticles with surface modification of the present invention have no significant difference in terms of morphology and crystal structure of the magnetic nanoparticles before surface modification. That is, it shows a spherical shape, the average particle size is about 4 to 6 nm, and shows a single crystal structure.

본 발명의 표면이 개질된 광기능성 자성 나노입자는 자성 나노입자의 금속 이온과 광감응분자의 기능기가 공유적으로 결합된 상태로서, In the surface-modified magnetic nanoparticles of the present invention, the metal ions of the magnetic nanoparticles and the functional groups of the photosensitive molecules are covalently bound to each other.

한 가지 실시예에 따르면, 광감응분자인 t-PtCP의 IR 스펙트럼에서, 1689 cm-1에서 카르보닐 이중결합(υc=O)의 스트레칭 진동수에 해당하는 강한 피크와 1421 cm-1 에서 탄소-산소 단일결합(υc-O) 의 스트레칭 진동수에 해당하는 피크, 1290 cm-1에서 수산화기의 결합변형에(υc-OH) 의한 피크가 관찰된다. 이러한 특성 피크들은 t-PtCP 광감응분자가 양성자를 포함한 카르복실기를 포함하고 있음을 제시한다. 표면 개질 후, t-PtCP 광감응분자의 카르복실기의 존재를 나타내는 특성피크들은 사라지고, 1559 cm-1에서 카르복시산(carboxylate COO-)의 비대칭 신축진동 모드와 1408 cm-1에서 카르복시산의 대칭 신축진동 모드의 새로운 밴드가 생성된다. 따라서, 표면이 개질된 광기능성 자성 나노입자는 자성 나노입자의 표면에 디카르복실산이 결합한 상태임을 알 수 있다.According to one embodiment, in the IR spectrum of the photosensitive molecule, t-PtCP, a strong peak corresponding to the stretching frequency of the carbonyl double bond (υ c = O ) at 1689 cm −1 and carbon—at 1421 cm −1 Oxygen Single Bond (υ cO ) Peak corresponding to the stretching frequency of, at the binding strain of the hydroxyl group at 1290 cm -1c-OH ) Peaks are observed. These characteristic peaks suggest that the t-PtCP photosensitive molecule contains a carboxyl group including a proton. After surface modification, the characteristic peaks indicating the presence of the carboxyl groups of the t-PtCP photosensitive molecules disappear, and the asymmetric stretching mode of carboxylate COO at 1559 cm −1 and the symmetric stretching mode of carboxylic acid at 1408 cm −1 A new band is created. Therefore, it can be seen that the surface-modified photo-functional magnetic nanoparticles have a dicarboxylic acid bonded to the surface of the magnetic nanoparticles.

본 발명의 표면 개질된 광기능성 자성 나노입자의 광물리학적 특성을 보면, 광기능성 자성 나노입자의 흡수 스펙트럼은 광감응분자의 것과 동일하다.In view of the photophysical properties of the surface modified photofunctional magnetic nanoparticles of the present invention, the absorption spectrum of the photofunctional magnetic nanoparticles is the same as that of the photosensitive molecules.

한 가지 실시예에 있어서, 400nm에서 피크는 t-PtCP의 Soret 밴드이고 Q 밴드의 피크는 510nm 및 538nm에 위치해 있다. 408nm의 여기 파장에서, t-PtCP는 660nm 및 725nm에 있는 2개의 강한 방출 피크를 생성하며, 광기능성 자성 나노입자는 651nm 및 715nm에서 약간 푸른색으로 이동된 피크를 나타낸다. 푸른색의 이동된 피크는 t-PtCP 및 자성 나노입자의 표면 간의 강한 결합으로 인한 것이다.In one embodiment, the peak at 400 nm is the Soret band of t-PtCP and the peaks of the Q band are located at 510 nm and 538 nm. At an excitation wavelength of 408 nm, t-PtCP produces two strong emission peaks at 660 nm and 725 nm, while the photofunctional magnetic nanoparticles show a slightly blue shifted peak at 651 nm and 715 nm. The shifted peak in blue is due to the strong binding between t-PtCP and the surface of the magnetic nanoparticles.

한 가지 실시예에 있어서, 표면 개질된 광기능성 자성 나노입자의 단일항 산소의 수명은 20 ㎲ 이하이며, 단일항 산소의 양자수율은 0.47±0.03이다.In one embodiment, the lifetime of the singlet oxygen of the surface modified photofunctional magnetic nanoparticles is 20 kPa or less, and the quantum yield of the singlet oxygen is 0.47 ± 0.03.

또한, 표면 개질 전의 자성 나노입자는 입자 상에 갖는 구조안정화제의 종류에 따라 물 또는 유기용매에서 분산될 수 있으며, 표면 개질된 자성 나노입자는 나노입자 상에 있는 구조안정화제가 광감응분자로 대부분 치환되어 용매 분산특성이 달라질 수 있다. 바람직하게는, 본 발명의 표면이 개질된 광기능성 자성 나노입자는 물 분산성을 갖는 것을 특징으로 한다.In addition, the magnetic nanoparticles before the surface modification may be dispersed in water or an organic solvent depending on the type of the structural stabilizer on the particles, the surface-modified magnetic nanoparticles are mostly photosensitive molecules of the structural stabilizer on the nanoparticles Substitution may vary the solvent dispersion. Preferably, the photofunctional magnetic nanoparticles whose surface is modified are characterized as having water dispersibility.

또한, 본 발명의 표면이 개질된 광기능성 자성 나노입자는 포화자화값이 28.5 emu/g인 초상자성 특성을 가지고 있다.In addition, the surface-modified photo-functional magnetic nanoparticles of the present invention have superparamagnetic properties with a saturation magnetization value of 28.5 emu / g.

또한, 본 발명의 표면이 개질된 광기능성 자성 나노입자는 자성 매체, 예를 들어 자석을 통해 간단히 회수가 가능하다.In addition, the surface-modified photo-functional magnetic nanoparticles of the present invention can be easily recovered through a magnetic medium, for example, a magnet.

한 가지 실시예에 있어서, 표면이 개질된 광기능성 자성 나노입자가 함유된 큐벳의 바깥쪽에서 자석을 접촉시키면 자석쪽으로 나노입자가 수집되고, 수집된 입자들은 적당히 진탕을 하면 물에 다시 분산될 수 있어 본 발명의 표면이 개질된 광기능성 자성 나노입자를 광촉매로 이용 시 회수가 용이하고, 특히 2차 오염 가능성이 없어 재사용이 가능하다.In one embodiment, contacting a magnet from the outside of a cuvette containing a surface-modified photo-functional magnetic nanoparticle collects the nanoparticle toward the magnet, and the collected particles can be dispersed again in water with moderate shaking. When the surface-modified photo-functional magnetic nanoparticles of the present invention are used as a photocatalyst, recovery is easy, and in particular, there is no possibility of secondary contamination, and thus reuse is possible.

또한, 본 발명의 표면이 개질된 광기능성 자성 나노입자는 고수율의 단일항 산소를 발생하므로 단일항 산소와의 광산화분해반응이 가능한 화합물, 예를 들어, 자외선, 또는 가시광선 하에서 2,4,6-트리클로로페놀, 펜타클로로페놀 등의 클로로페놀을 포함하는 염소화 화합물; 또는 페놀, 다이옥신 계열의 환경호르몬, 또는 염료류 등의 방향족 고리를 갖는 환경유해물질을 효과적으로 분해할 수 있다.In addition, the surface-modified photo-functional magnetic nanoparticles of the present invention generates a high yield of singlet oxygen, which is capable of photocatalytic decomposition with singlet oxygen, for example, 2,4, under visible light or ultraviolet light. Chlorinated compounds including chlorophenols such as 6-trichlorophenol and pentachlorophenol; Alternatively, it is possible to effectively decompose environmentally harmful substances having aromatic rings, such as phenol, dioxin-based environmental hormones, or dyes.

한 가지 실시예에 따르면, 가시광선 조사 시 본 발명의 표면이 개질된 광기능성 자성 나노입자는 2,4,6-트리클로로페놀을 분해하여 흡수 스펙트럼 측정 결과 2,4,6-트리클로로페놀에 해당하는 피크는 점차 감소하고 분해 산물인 2,4-디클로로벤조퀴논에 해당하는 피크는 점차 증가하는 경향을 나타낸다.
According to one embodiment, the photofunctional magnetic nanoparticles of the surface-modified the present invention upon visible light irradiation decomposes 2,4,6-trichlorophenol to absorb 2,4,6-trichlorophenol The corresponding peak gradually decreases and the peak corresponding to the decomposition product 2,4-dichlorobenzoquinone tends to increase gradually.

본 발명은 또한 자성 나노입자 및 자외선과 가시광 영역에서 활성산소를 발생하는 광감응분자를 반응시키는 단계를 포함하는 자성 나노입자의 표면 개질 방법에 관한 것이다.The present invention also relates to a method for surface modification of magnetic nanoparticles comprising reacting magnetic nanoparticles and photosensitive molecules that generate free radicals in the ultraviolet and visible region.

본 발명의 자성 나노입자의 표면 개질 방법은 자성 나노입자와 광감응분자 용액을 혼합하여 실온에서 교반하는 간단한 공정을 통해 수행될 수 있다.The surface modification method of the magnetic nanoparticles of the present invention may be performed through a simple process of mixing the magnetic nanoparticles and the photosensitive molecular solution and stirring them at room temperature.

상기 자성 나노입자는 Ni, Co, Fe, MFexOy, 또는 FePt 등의 합금으로 제조된 것일 수 있으나, 이에 특별히 제한하는 것은 아니다.The magnetic nanoparticles may be made of an alloy such as Ni, Co, Fe, MFe x O y , or FePt, but is not particularly limited thereto.

상기 자성 나노입자의 제조방법은 특별히 제한하지는 않으며, 예를 들어, J. Am. Chem. Soc. 2004. 126, p273에 기재된 방법으로 제조할 수 있다.The manufacturing method of the magnetic nanoparticles is not particularly limited, for example, J. Am. Chem. Soc . 2004. 126, p273.

상기 광감응분자는 자외선과 가시광 영역, 특히 장파장 영역에서 활성산소를 발생할 수 있고, 말단 기능기가 표면 착화 구조를 갖는 자성 나노입자의 표면에 있는 금속 이온과 공유결합할 수 있는 것이라면 특별히 제한하지는 않는다. 바람직하게는, 상기 화학식 1의 화합물을 사용할 수 있다.The photosensitive molecule is not particularly limited as long as it can generate free radicals in the ultraviolet and visible region, particularly in the long wavelength region, and the terminal functional group can covalently bond with metal ions on the surface of the magnetic nanoparticle having the surface complex structure. Preferably, the compound of Formula 1 may be used.

상기 화학식 1의 화합물의 제조방법은Method for preparing a compound of Formula 1

하기 화학식 2로 표시되는 포르피린 화합물 및 금속 전구체를 혼합하여 하기 화학식 3의 화합물을 제조하는 단계; 및Preparing a compound of Formula 3 by mixing a porphyrin compound represented by Formula 2 and a metal precursor; And

상기 화학식 3의 화합물의 CO2CH3기를 카르복실기로 치환하여 화학식 1의 화합물을 제조하는 단계를 포함할 수 있다:It may include the step of preparing a compound of Formula 1 by substituting a carboxyl group CO 2 CH 3 group of the compound of Formula 3:

[화학식 2][Formula 2]

Figure pat00011

Figure pat00011

[화학식 3](3)

Figure pat00012

Figure pat00012

[화학식 1][Formula 1]

Figure pat00013

Figure pat00013

상기 식에서,Where

M은 7족 내지 12족의 전이금속을 나타내고,M represents a transition metal of Groups 7 to 12,

R1 및 R4는 각각 독립적으로 카르복실기로 치환된 C5-12 아릴 또는 5 내지 12환원의 헤테로아릴이고, R 1 and R 4 are each independently C 5-12 aryl or 5-12 reduced heteroaryl substituted with a carboxyl group,

R2 및 R3는 각각 독립적으로 R 2 and R 3 are each independently

수소; Hydrogen;

C1-6 알킬; C1-6 알콕시; 아민; 및 니트로 및 C1-6 알콕시로 이루어진 그룹 중에서 선택된 하나 이상의 치환기로 치환되거나 비치환된 벤질로 이루어진 그룹 중에서 선택된 하나 이상의 치환기로 치환되거나 비치환된 C5-12 아릴; 또는 C 1-6 alkyl; C 1-6 alkoxy; Amines; And C 5-12 aryl unsubstituted or substituted with one or more substituents selected from the group consisting of benzyl unsubstituted or substituted with one or more substituents selected from the group consisting of nitro and C 1-6 alkoxy; or

C1-6 알킬; C1-6 알콕시; 아민; 및 니트로 및 C1-6 알콕시로 이루어진 그룹 중에서 선택된 하나 이상의 치환기로 치환되거나 비치환된 벤질로 이루어진 그룹 중에서 선택된 하나 이상의 치환기로 치환되거나 비치환된 5 내지 12환원의 헤테로아릴을 나타내거나, C 1-6 alkyl; C 1-6 alkoxy; Amines; And 5-12 membered heteroaryl unsubstituted or substituted with one or more substituents selected from the group consisting of benzyl unsubstituted or substituted with one or more substituents selected from the group consisting of nitro and C 1-6 alkoxy,

카르복실기로 치환된 C5-12 아릴 또는 5 내지 12환원의 헤테로아릴을 나타내며, C 5-12 aryl or 5-12 reduced heteroaryl substituted by carboxyl group,

Ar은 C5-12 아릴렌 또는 5 내지 12환원의 헤테로아릴렌을 나타낸다.
Ar represents C 5-12 arylene or 5-12 reduced heteroarylene.

이하, 본 발명에 따른 상기 화학식 1의 화합물의 제조방법의 각 단계를 구체적으로 설명한다.Hereinafter, each step of the method for preparing the compound of Formula 1 according to the present invention will be described in detail.

본 발명에 따른 화학식 3의 화합물을 제조하는 단계는 용매 하에서 상기 화학식 2의 화합물 및 금속 전구체를 혼합하여 상기 화학식 2의 화합물의 중심에 금속이 위치하도록 변형하여 구조적 안정성을 제공하는 단계이다.The preparing of the compound of Formula 3 according to the present invention is a step of providing structural stability by mixing the compound of Formula 2 and the metal precursor in a solvent so that the metal is positioned at the center of the compound of Formula 2.

상기 화학식 2의 화합물은 촉매 및 용매 하에서 하기 화학식 4 내지 6으로 표시되는 화합물을 혼합하여 제조할 수 있다:The compound of Formula 2 may be prepared by mixing a compound represented by Formula 4 to 6 under a catalyst and a solvent:

[화학식 4][Formula 4]

Figure pat00014

Figure pat00014

[화학식 5][Chemical Formula 5]

Figure pat00015

Figure pat00015

[화학식 6][Formula 6]

Figure pat00016

Figure pat00016

상기 식에서,Where

Ar은 C5-12 아릴렌 또는 5 내지 12환원의 헤테로아릴렌을 나타내고,Ar represents C 5-12 arylene or 5-12 reduced heteroarylene,

R은 수소; R is hydrogen;

C1-6 알킬; C1-6 알콕시; 아민; 및 니트로 및 C1-6 알콕시로 이루어진 그룹 중에서 선택된 하나 이상의 치환기로 치환되거나 비치환된 벤질로 이루어진 그룹 중에서 선택된 하나 이상의 치환기로 치환되거나 비치환된 C5-12 아릴; 또는 C 1-6 alkyl; C 1-6 alkoxy; Amines; And C 5-12 aryl unsubstituted or substituted with one or more substituents selected from the group consisting of benzyl unsubstituted or substituted with one or more substituents selected from the group consisting of nitro and C 1-6 alkoxy; or

C1-6 알킬; C1-6 알콕시; 아민; 및 니트로 및 C1-6 알콕시로 이루어진 그룹 중에서 선택된 하나 이상의 치환기로 치환되거나 비치환된 벤질로 이루어진 그룹 중에서 선택된 하나 이상의 치환기로 치환되거나 비치환된 5 내지 12환원의 헤테로아릴을 나타내거나, C 1-6 alkyl; C 1-6 alkoxy; Amines; And 5-12 membered heteroaryl unsubstituted or substituted with one or more substituents selected from the group consisting of benzyl unsubstituted or substituted with one or more substituents selected from the group consisting of nitro and C 1-6 alkoxy,

카르복실기로 치환된 C5-12 아릴 또는 5 내지 12환원의 헤테로아릴을 나타낸다.C 5-12 aryl or 5-12 reduced heteroaryl substituted by carboxyl group.

상기 촉매로 2,3-dichloro-5,6-dicyano-1,4-benzoquinone(DDQ) 등을 사용할 수 있으나, 이에 특별히 제한하는 것은 아니다. 2,3-dichloro-5,6-dicyano-1,4-benzoquinone (DDQ) may be used as the catalyst, but is not particularly limited thereto.

상기 용매로 BF3?OEt2 등을 사용할 수 있으나, 이에 특별히 제한하는 것은 아니다. BF 3 ~ OEt 2 may be used as the solvent, but is not particularly limited thereto.

한 가지 실시예에 있어서, 본 발명에 따른 화학식 2의 화합물은 메틸-4-포밀벤조에이트, 벤즈알데히드 및 피롤을 BF3?OEt2 용액에서 농축한 후 촉매로 2,3-dichloro-5,6-dicyano-1,4-benzoquinone(DDQ)를 첨가하여 상기 혼합물을 반응시킴으로써 제조할 수 있다.In one embodiment, the compound of formula 2 according to the present invention is concentrated in a BF 3 ? OEt 2 solution of methyl-4-formylbenzoate, benzaldehyde and pyrrole, and then catalyzed by 2,3-dichloro-5,6- It can be prepared by reacting the mixture by adding dicyano-1,4-benzoquinone (DDQ).

상기 화학식 2의 화합물 및 금속 전구체를 용매로 현탁하고, 질소가스로 퍼지하고 가열한 후 환류시켜 화학식 3의 화합물을 제조할 수 있다. The compound of Formula 2 and the metal precursor may be suspended in a solvent, purged with nitrogen gas, heated and refluxed to prepare a compound of Formula 3.

상기 용매로 벤조나이트릴 등을 등을 사용할 수 있으나, 이에 특별히 제한하는 것은 아니다. Benzenitrile and the like may be used as the solvent, but is not particularly limited thereto.

상기 금속 전구체로 PtCl2, PtCl4, PtCl, PtCl3, PtO, 또는 PtO2 등을 사용할 수 있으나, 이에 특별히 제한하는 것은 아니다. PtCl 2 , PtCl 4 , PtCl, PtCl 3 , PtO, or PtO 2 may be used as the metal precursor, but is not particularly limited thereto.

상기 가열 조건은 상온 내지 200℃에서 실시할 수 있으나, 이에 특별히 제한하는 것은 아니다.The heating conditions may be carried out at room temperature to 200 ℃, but is not particularly limited thereto.

상기 환류는 질소가스 하에서 실시할 수 있으며 유리염기가 남아있지 않을 때까지 실시하는 것이 좋다.
The reflux may be carried out under nitrogen gas and may be carried out until no free base remains.

본 발명에 따른 제조방법의 상기 화학식 3의 화합물의 말단기 치환은 CO2CH3기를 카르복실기로 치환하여 친수성을 부여함으로써 나노-벌크 구조체에 에스테르화 또는 이민 반응을 통해 공유결합할 수 있도록 하는 단계이다. Terminal group substitution of the compound of Formula 3 of the preparation method according to the present invention is a step of allowing the CO 2 CH 3 group to be covalently bonded to the nano-bulk structure by esterification or imine reaction by imparting hydrophilicity .

상기 카르복실기로의 치환은 화학식 3의 화합물 및 KOH를 테트라하이드로퓨란(THF), 에탄올 및 물의 혼합용액과 혼합한 후, 상기 혼합물을 산성화시켜 실시할 수 있다.Substitution of the carboxyl group may be performed by mixing the compound of Formula 3 and KOH with a mixed solution of tetrahydrofuran (THF), ethanol and water, and then acidifying the mixture.

상기 테트라하이드로퓨란(THF), 에탄올 및 물은 1:1:0.05 내지 1:1:0.5의 중량비로 혼합할 수 있으나, 이에 특별히 제한하는 것은 아니다.The tetrahydrofuran (THF), ethanol and water may be mixed in a weight ratio of 1: 1: 0.05 to 1: 1: 0.5, but is not particularly limited thereto.

일 예에 따르면, 카르복실기로의 치환은 화학식 3의 화합물 및 KOH를 테트라하이드로퓨란(THF), 에탄올 및 물의 혼합용액과 혼합한 후, 환류시키고, 상기 혼합물을 실온으로 냉각시켜 HCl로 산성화시켜 실시할 수 있다.According to one embodiment, the substitution with a carboxyl group may be carried out by mixing the compound of Formula 3 and KOH with a mixed solution of tetrahydrofuran (THF), ethanol and water, refluxing, cooling the mixture to room temperature and acidifying with HCl. Can be.

상기와 같은 본 발명에 따른 제조방법의 일 예를 도시하면 하기 반응식 1과 같다.An example of the preparation method according to the present invention as described above is shown in Scheme 1 below.

[반응식 1]Scheme 1

Figure pat00017

Figure pat00017

본 발명은 또한 본 발명에 따른 표면이 개질된 자성 나노입자를 포함하는 광촉매에 관한 것이다.The invention also relates to a photocatalyst comprising the surface-modified magnetic nanoparticles according to the invention.

본 발명의 표면이 개질된 광기능성 자성 나노입자는 자외선, 또는 가시광선 조사 하에서 고수율의 단일항 산소를 발생할 수 있는 광감응분자를 포함하고 있어 단일항 산소와의 광산화분해반응이 가능한 화합물을 광산화분해반응을 통해 완전히 제거할 수 있다.The photofunctional magnetic nanoparticles whose surface has been modified include photosensitive molecules capable of generating high yields of singlet oxygen under UV or visible light, thereby photooxidizing compounds capable of photocatalytic decomposition with singlet oxygen. It can be completely removed through the decomposition reaction.

따라서, 단일항 산소와의 광산화분해반응이 가능한 화합물, 예를 들어, 염소화 화합물, 또는 방향족 고리를 갖는 환경유해물질을 효과적으로 분해하는 광촉매적 활성을 가지는 것을 특징으로 한다.Therefore, it is characterized by having a photocatalytic activity that effectively decomposes a compound capable of photocatalytic reaction with singlet oxygen, for example, a chlorinated compound, or an environmentally harmful substance having an aromatic ring.

한 가지 실시예에 따르면, 가시광선 조사 시 본 발명의 표면이 개질된 광기능성 자성 나노입자는 2,4,6-트리클로로페놀을 분해하여 흡수 스펙트럼 측정 결과 2,4,6-트리클로로페놀에 해당하는 피크는 점차 감소하고 분해 산물인 2,4-디클로로벤조퀴논에 해당하는 피크는 점차 증가하는 경향을 나타낸다.
According to one embodiment, the photofunctional magnetic nanoparticles of the surface-modified the present invention upon visible light irradiation decomposes 2,4,6-trichlorophenol to absorb 2,4,6-trichlorophenol The corresponding peak gradually decreases and the peak corresponding to the decomposition product 2,4-dichlorobenzoquinone tends to increase gradually.

본 발명은 또한 자석을 이용하여 본 발명의 광촉매를 회수하는 방법에 관한 것이다.The present invention also relates to a method for recovering the photocatalyst of the present invention using a magnet.

본 발명의 표면이 개질된 광기능성 자성 나노입자는 자성 매체, 예를 들어 자석을 통해 간단히 회수가 가능하다.The photofunctional magnetic nanoparticles whose surface is modified can be easily recovered through a magnetic medium, for example, a magnet.

한 가지 실시예에 있어서, 표면이 개질된 광기능성 자성 나노입자가 함유된 큐벳의 바깥쪽에서 자석을 접촉시키면 자석쪽으로 나노입자가 수집되고, 수집된 입자들은 적당히 진탕을 하면 물에 다시 분산될 수 있어 본 발명의 표면이 개질된 광기능성 자성 나노입자를 광촉매로 이용 시 회수와 재사용이 용이할 수 있다.
In one embodiment, contacting a magnet from the outside of a cuvette containing a surface-modified photo-functional magnetic nanoparticle collects the nanoparticle toward the magnet, and the collected particles can be dispersed again in water with moderate shaking. When the surface-modified photofunctional magnetic nanoparticles of the present invention are used as a photocatalyst, recovery and reuse may be easy.

본 발명은 또한 자외선 또는 가시광선 하에서 본 발명의 광촉매 및 폐수를 반응시키는 단계를 포함하는 폐수 정화 방법에 관한 것이다.The present invention also relates to a wastewater purification method comprising the step of reacting the photocatalyst and wastewater of the present invention under ultraviolet or visible light.

본 발명의 광촉매는 다른 조건 없이 빛을 이용하여 광감응분자의 강력한 광산화반응을 개시하여 폐수 내에 존재하는 유독성 물질을 완전히 제거할 수 있다.The photocatalyst of the present invention can completely remove the toxic substances present in the wastewater by initiating a strong photooxidation reaction of the photosensitive molecules using light without other conditions.

보다 구체적으로, 본 발명의 광촉매는 고수율의 단일항 산소를 발생할 수 있는 광감응분자를 포함하고 있어 단일항 산소와의 광산화분해반응이 가능한 화합물, 예를 들어, 2,4,6-트리클로로페놀, 펜타클로로페놀 등의 클로로페놀을 포함하는 염소화 화합물; 또는 페놀, 다이옥신 계열의 환경호르몬, 또는 염료류 등의 방향족 고리를 갖는 환경유해물질을 광산화분해반응을 통해 완전히 제거할 수 있다.More specifically, the photocatalyst of the present invention includes a photosensitive molecule capable of generating a high yield of singlet oxygen, which is capable of photocatalytic reaction with singlet oxygen, for example, 2,4,6-trichloro Chlorinated compounds containing chlorophenols such as phenol and pentachlorophenol; Alternatively, environmentally harmful substances having aromatic rings, such as phenols, dioxins-based environmental hormones, or dyes, may be completely removed through photocatalytic decomposition.

상기 광촉매는 자석을 통해 간단히 회수할 수 있으며, 회수한 광촉매는 물에 잘 분산되어 재사용이 용이하므로 매우 적은 비용으로 유해성 환경오염물질을 제거할 수 있다.
The photocatalyst can be easily recovered through a magnet, and the recovered photocatalyst can be easily dispersed and reused in water to remove harmful environmental pollutants at a very low cost.

이하, 본 발명에 따르는 실시예 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하나, 본 발명의 범위가 하기 제시된 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples of the present invention, but the scope of the present invention is not limited by the following Examples.

<제조예 1> 1,5-bisphenyl-10,20-bis(4-Methoxycarbonylphenyl)-porphyrin [FB-Por]의 합성Preparation Example 1 Synthesis of 1,5-bisphenyl-10,20-bis (4-Methoxycarbonylphenyl) -porphyrin [FB-Por]

메틸-4-포밀벤조에이트 (Fluka, 1.5 g, 9.137 mmol), 벤즈알데히드 (0.97 g, 9.147 mmol) 및 피롤(1.27 mL, 18.26 mmol)을 혼합하여 BF3?OEt2 (1.39 mL, 10.96 mmol)를 포함한 클로로포름 (913 mL)에서 실온에서 1시간 동안 농축하였다. 그 후, DDQ (6.22 g, 27.41 mmol)를 부가하였다. 혼합물을 실온에서 1시간 동안 교반한 후, 감압을 통해 용매를 제거하였다. 잔류물을 CHCl3 에 녹이고, 쇼트 실리카 컬럼을 통과시켜 반응 혼합물로부터 비포르피린계 화합물을 제거하였다. 상기 혼합물은 2차 컬럼(실리카, CHCl3)으로 정제하여 FB-por 화합물을 얻었다(86 mg, 1.4 %).Methyl-4-formylbenzoate (Fluka, 1.5 g, 9.137 mmol), benzaldehyde (0.97 g, 9.147 mmol) and pyrrole (1.27 mL, 18.26 mmol) were mixed to prepare BF 3 -OEt 2 (1.39 mL, 10.96 mmol). Concentrated chloroform (913 mL) at room temperature for 1 hour. Then DDQ (6.22 g, 27.41 mmol) was added. The mixture was stirred at rt for 1 h and then the solvent was removed via reduced pressure. The residue was taken up in CHCl 3 and passed through a short silica column to remove non-porphyrin based compounds from the reaction mixture. The mixture was purified by secondary column (silica, CHCl 3 ) to give FB-por compound (86 mg, 1.4%).

1H-NMR :(CDCl3, 300 MHz) [ppm] : δ8.87-8.81 (m, 8H, β-pyrrole), 8.46-8.43 (d, 4H, Ar-H), 8.32-8.29 (d, 4H, Ar-H), 8.29-8.23 (d, 4H, Ar-H), 7.78-7.61 (d, 4H, Ar-H), 4.12 (s, 6H, -OCH3), -2.78 (s, 2H, -NH); 1 H-NMR: (CDCl 3 , 300 MHz) [ppm]: δ 8.87-8.81 (m, 8H, β-pyrrole), 8.46-8.43 (d, 4H, Ar-H), 8.32-8.29 (d, 4H, Ar-H), 8.29-8.23 (d, 4H, Ar-H), 7.78-7.61 (d, 4H, Ar-H), 4.12 (s, 6H, -OCH 3 ), -2.78 (s, 2H , -NH);

FT-IR (KBr pellet, cm-1): 1720 (ester, C=O), 3315 (amine, -NH : ); FT-IR (KBr pellet, cm −1 ): 1720 (ester, C═O), 3315 (amine, —NH :);

FAB-MS (m/z): Calcd. C48H34N4O4 730.81, Found 731.0
FAB-MS (m / z): Calcd. C 48 H 34 N 4 O 4 730.81, Found 731.0

<제조예 2> [5,15-bisphenyl-10,20-bis(4-methoxycarbonylphenyl)-porphyrin] Platinum [Pt(II)-por] 합성Preparation Example 2 Synthesis of [5,15-bisphenyl-10,20-bis (4-methoxycarbonylphenyl) -porphyrin] Platinum [Pt (II) -por]

FB-por (0.5 g, 0.68 mmol) 및 PtCl2 (0.46 g, 1.71 mmol)를 벤조나이트릴 무수물에 현탁하였다. 상기 혼합물을 질소가스로 퍼지하고 160℃까지 서서히 가열하였다. TLC에서 전개시켰을 때 유리 염기가 남아있지 않을 때까지 질소가스 하에서 환류시켰다. 상기 혼합물을 실온에서 냉각하고 용매는 진공 증류하여 제거하였다. 최종 산물을 완전히 건조시키고, 컬럼(실리카, CH2Cl2)에서 정제하여 Pt(II)-por 화합물을 얻었다(400 mg, 86 %).FB-por (0.5 g, 0.68 mmol) and PtCl 2 (0.46 g, 1.71 mmol) were suspended in benzonitrile anhydride. The mixture was purged with nitrogen gas and heated slowly to 160 ° C. When developed in TLC, the mixture was refluxed under nitrogen gas until no free base remained. The mixture was cooled at room temperature and the solvent was removed by vacuum distillation. The final product was dried completely and purified on column (silica, CH 2 Cl 2 ) to give Pt (II) -por compound (400 mg, 86%).

1H-NMR :(CDCl3, 300 MHz) [ppm] : 8.78-8.68 (m, 8H, β-pyrrole), 8.43-8.41 (d, 4H, Ar-H), 8.25-8.22 (d, 4H, Ar-H), 8.15-8.12 (d, 4H, Ar-H), 7.75-7.31 (d, 4H, Ar-H), 4.10 (s, 6H, -OCH3); 1 H-NMR: (CDCl 3 , 300 MHz) [ppm]: 8.78-8.68 (m, 8H, β-pyrrole), 8.43-8.41 (d, 4H, Ar-H), 8.25-8.22 (d, 4H, Ar-H), 8.15-8.12 (d, 4H, Ar-H), 7.75-7.31 (d, 4H, Ar-H), 4.10 (s, 6H, -OCH 3 );

FT-IR (KBr pellet, cm-1): 1720 (ester, C=O); FT-IR (KBr pellet, cm −1 ): 1720 (ester, C═O);

FAB-MS (m/z): Calcd. C48H32N4O4Pt 923.87, Found 924.0
FAB-MS (m / z): Calcd. C 48 H 32 N 4 O 4 Pt 923.87, Found 924.0

<제조예 3> [5,15-bisphenyl-10,20-bis(4-carboxyphenyl)-porphyrin]Platinum [Pt(II)-por-COOH]의 합성Preparation Example 3 Synthesis of [5,15-bisphenyl-10,20-bis (4-carboxyphenyl) -porphyrin] Platinum [Pt (II) -por-COOH]

Pt(II)-Por (0.6 g, 0.65 mmol) 및 KOH (0.36 g, 6.49 mmol)를 THF-EtOH-H2O (1:1:0.1, 부피비, 50 mL)에 녹이고, 상기 용액을 12시간 동안 환류시켰다. 상기 혼합물을 실온에서 냉각시키고, HCl로 중화시켰다. 그 후 CH2Cl2로 추출하였다. 유기 상은 소듐 바이카보네이트 수용액으로 세척하고, 소듐 설페이트로 건조시켰다. 용매를 제거하여 Pt(II)-por-COOH를 얻었다 (500 mg, 85.9 %).Pt (II) -Por (0.6 g, 0.65 mmol) and KOH (0.36 g, 6.49 mmol) are dissolved in THF-EtOH-H 2 O (1: 1: 0.1, volume ratio, 50 mL) and the solution is 12 h. Reflux for a while. The mixture was cooled to room temperature and neutralized with HCl. Then extracted with CH 2 Cl 2 . The organic phase was washed with aqueous sodium bicarbonate solution and dried over sodium sulfate. Solvent was removed to give Pt (II) -por-COOH (500 mg, 85.9%).

1H-NMR :(DMSO, 300 MHz) [ppm] : 8.74 (s, 8H, β-pyrrole), 8.37-8.34 (d, 4H, Ar-H), 8.30-8.27 (d, 4H, Ar-H), 8.17-8.15 (d, 4H, Ar-H), 7.82-7.80 (d, 4H, Ar-H); 1 H-NMR: (DMSO, 300 MHz) [ppm]: 8.74 (s, 8H, β-pyrrole), 8.37-8.34 (d, 4H, Ar-H), 8.30-8.27 (d, 4H, Ar-H ), 8.17-8.15 (d, 4H, Ar-H), 7.82-7.80 (d, 4H, Ar-H);

FT-IR (KBr pellet, cm-1) : 1690 (carboxylic acid, C=O), 2400-3400 (carboxylic acid, -COOH); FT-IR (KBr pellet, cm -1 ): 1690 (carboxylic acid, C = O), 2400-3400 (carboxylic acid, -COOH);

FAB-MS (m/z): Calcd. C46H28N4O4 Pt 895.82, Found 896.0
FAB-MS (m / z): Calcd. C 46 H 28 N 4 O 4 Pt 895.82, Found 896.0

<실시예 1> 광기능성 자성 나노입자의 제조Example 1 Preparation of Photofunctional Magnetic Nanoparticles

이미 보고된 유사한 방법을 적용하여 올레일아민이 덮여있는 마그네타이트(Fe3O4) 나노입자를 제조하였다(J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 273). Fe(acac)3, 1,2-헥사데칸디올, 올레일아민 및 페닐 에테르를 혼합하고 질소가스 하에서 자기적으로 교반하였다. 혼합용액은 200℃에서 30분 동안 가열하고, 질소 분위기 하에서 같은 온도에서 추가로 30분 동안 환류시켰다. 짙은 갈색 혼합물 용액을 실온에서 냉각시켰다. 대기 상태 하에서, 상기 혼합물에 에탄올을 부가하였다. 검은색 화합물이 침전되고 원심분리를 통해 분리하였다. 헥산으로 재분산시켰다. A similar method previously reported was applied to prepare magnetite (Fe 3 O 4 ) nanoparticles covered with oleylamine ( J. Am. Chem. Soc. 2004, 126 , 273). Fe (acac) 3 , 1,2-hexadecanediol, oleylamine and phenyl ether were mixed and magnetically stirred under nitrogen gas. The mixed solution was heated at 200 ° C. for 30 minutes and refluxed for an additional 30 minutes at the same temperature under a nitrogen atmosphere. The dark brown mixture solution was cooled at room temperature. Under atmospheric conditions, ethanol was added to the mixture. Black compound precipitated and was separated by centrifugation. Redispersed with hexane.

다음으로, 침전된 자성 나노입자(1.5 mg)를 t-PtCP/THF (1.8×10-2 mM) 용액과 혼합하였다. 상기 혼합용액은 실온에서 24시간 동안 저었다. 반응이 종결된 후 산물은 THF 용액으로 몇 번 세척하였다. 자성 나노입자에 결합된 t-PtCP의 농도는 t-PtCP의 Q 밴드에 해당하는 510nm에서 특징적인 흡수 피크의 흡광도를 측정하여 검출하였다.
Next, the precipitated magnetic nanoparticles (1.5 mg) were mixed with a t-PtCP / THF (1.8 × 10 −2 mM) solution. The mixed solution was stirred for 24 hours at room temperature. After the reaction was completed the product was washed several times with THF solution. The concentration of t-PtCP bound to the magnetic nanoparticles was detected by measuring the absorbance of the characteristic absorption peak at 510 nm corresponding to the Q band of t-PtCP.

<실험예 1> 광기능성 자성 나노입자의 특성 규명Experimental Example 1 Characterization of Photofunctional Magnetic Nanoparticles

광기능성 자성 나노입자의 크기 및 형태를 측정하기 위해 투과전자현미경(TEM, JEOL JEM-2100F)을 사용하였다. 복합체 나노입자의 결정 특성 및 나노구조는 Cu Kα 래디에이션 상에서 작동하는 X-선 회절계(XRD, PANalytical, X` Pert Pro MPD)를 사용하여 조사하였다. 실온에서 H = 10 kOe까지 자기장 루프에 대한 자화(magnetization)를 측정하기 위해 vibrating sample magnetometry (VSM, Lakeshore 7300)를 사용하였다. 적외선 스펙트럼은 PerkinElmer FT-IR spectrum 100 spectrometer를 사용하여 얻었다. IR 측정을 위해, 시료를 막자사발에서 분쇄하고 압착된 웨이퍼의 형태로 제조하였다(KBr 에서 ca. 1% 시료). 흡수 및 방출 스펙트럼은 각각 UV-Vis 스펙트로포토미터(Hitachi, U-2800) 및 스펙트로플루오로미터(Hitachi, F-4500)에서 얻었다.A transmission electron microscope (TEM, JEOL JEM-2100F) was used to measure the size and shape of the photofunctional magnetic nanoparticles. Crystalline properties and nanostructures of the composite nanoparticles were investigated using an X-ray diffractometer (XRD, PANalytical, X 'Pert Pro MPD) operating on Cu Kα radiation. Vibrating sample magnetometry (VSM, Lakeshore 7300) was used to measure the magnetization of the magnetic field loop at room temperature to H = 10 kOe. Infrared spectra were obtained using a PerkinElmer FT-IR spectrum 100 spectrometer. For IR measurements, samples were ground in a mortar and prepared in the form of compressed wafers (ca. 1% samples in KBr). Absorption and emission spectra were obtained on UV-Vis spectrophotometers (Hitachi, U-2800) and spectrofluorometers (Hitachi, F-4500), respectively.

도 1에 도시된 바와 같이, 광감응분자인 t-PtCP 를 사용한 자성 나노입자의 표면 개질을 통해 광기능성 자성 나노입자를 제조하였다. t-PtCP의 말단 카르복실기는 표면 착화 구조를 갖는 자성 나노입자의 표면에 있는 Fe 이온과 화학적으로 결합한다. As shown in FIG. 1, photofunctional magnetic nanoparticles were prepared through surface modification of magnetic nanoparticles using t-PtCP, which is a photosensitive molecule. The terminal carboxyl group of t-PtCP chemically bonds with Fe ions on the surface of the magnetic nanoparticle having the surface complex structure.

자성 나노입자와 광기능성 자성 나노입자의 형태 및 결정 구조는 TEM 및 XRD를 사용하여 조사하였다. 자성 나노입자와 광기능성 자성 나노입자는 둘 다 구형이며, TEM 그리드 상에 잘 분산되어 있다(도 2a 및 b). 표면 개질 후 그들의 크기 및 형태에 있어서 유의한 변화는 없었다. The morphology and crystal structure of magnetic nanoparticles and photofunctional magnetic nanoparticles were investigated using TEM and XRD. Both magnetic nanoparticles and photofunctional magnetic nanoparticles are spherical and are well dispersed on the TEM grid (FIGS. 2A and B). There was no significant change in their size and shape after surface modification.

도 2c는 자성 나노입자의 크기 분포에 대한 막대그래프를 나타낸 것으로, TEM 마이크로그래프의 다른 영역에서 300개의 입자들을 사용하여 평가하였다. 평균 입자 크기는 5.2±0.4 nm로 균일한 크기를 나타냈다. 고해상도 TEM 사진을 보면, 나노입자 둘 다 단결정 상태를 나타냈다 (도 2a 및 2b의 내부 사진도 참조). 두 이웃하는 면 간 거리는 대략 2.98Å이며, 역 스피넬 구조인 마그네타이트 나노입자의 (220) 면 간 거리와 일치하였다.2C shows a histogram of the size distribution of magnetic nanoparticles, which was evaluated using 300 particles in different regions of the TEM micrograph. The average particle size showed a uniform size of 5.2 ± 0.4 nm. In the high resolution TEM photographs, both nanoparticles showed a single crystal state (see also the internal photographs of FIGS. 2A and 2B). The distance between two neighboring planes is approximately 2.98 mm 3, which is consistent with the distance between the (220) planes of the magnetite nanoparticles of inverse spinel structure.

마그네타이트 나노입자의 분말 XRD 패턴 결과(도 2d), 강한 Bragg 반사 피크(2q= 30.0, 35.6, 43.3, 53.7, 57.0, 62.8°)는 표준 Fe3O4 분말 회절 데이터 (JCPDS, card 19-0629)로부터 그들의 밀러 지수((220), (311), (400), (422), (511), 및 (440))를 통해 표시되며, 큐빅 형태의 역-스피넬 구조의 마그네타이트 결정의 특징적인 피크였다. Scherrer 방정식으로부터 추정된 5.0nm 의 평균 입자 직경은 TEM 사진의 통계적 분석에 의해 측정된 수치와 일치하였다. 이는 각각의 개별 입자가 단결정임을 의미하는 것이다. Scherrer 방정식은 하기 식으로 쓸 수 있다. Powder XRD pattern results of magnetite nanoparticles (FIG. 2D), strong Bragg reflection peaks (2q = 30.0, 35.6, 43.3, 53.7, 57.0, 62.8 °) show standard Fe 3 O 4 powder diffraction data (JCPDS, card 19-0629) From their Miller indices (220), (311), (400), (422), (511), and (440), they were characteristic peaks of magnetite crystals of cubic form of inverse spinel structure. . The average particle diameter of 5.0 nm estimated from the Scherrer equation was consistent with the value measured by statistical analysis of the TEM photograph. This means that each individual particle is a single crystal. The Scherrer equation can be written as

Figure pat00018
Figure pat00018

상기 식에서, λ는 사용된 파장이고, B는 2θ 스케일에서 라디안에서 측정된 반치폭(full width at half maximum, FWHM)이고, θB는 측정된 hkl 피크에 대한 Bragg 각을 뜻한다.Where λ is the wavelength used, B is the full width at half maximum (FWHM) measured in radians on the 2θ scale, and θ B is the Bragg angle with respect to the measured hkl peak.

도 3은 t-PtCP와의 표면 개질 반응 전과 후 자성 나노입자의 용해성을 나타낸 것으로, 개질 반응 전 마그네타이트 나노입자는 입자 상에서 구조안정화제로 작용하는 올레일아민기가 있어 헥산에 잘 분산되어 있다(도 3a). 반면, 표면 개질된 광기능성 자성 나노입자는 단지 물에서만 분산되고, 헥산과 물처럼 상하층이 상분리된다(도 3b).Figure 3 shows the solubility of the magnetic nanoparticles before and after the surface modification with t-PtCP, the magnetite nanoparticles before the modification reaction is well dispersed in hexane because there is an oleylamine group acting as a structural stabilizer on the particles (Fig. 3a) . On the other hand, surface-modified photofunctional magnetic nanoparticles are dispersed only in water, and the upper and lower layers are phase separated like hexane and water (FIG. 3B).

상기 결과는 광기능성 나노입자의 물 분산성은 나노입자 상의 올레일아민이 t-PtCP로 대부분 치환되었음을 의미하는 것이다. The results indicate that the water dispersibility of the photofunctional nanoparticles is that most of the oleylamine on the nanoparticles is substituted with t-PtCP.

도 3c에서와 같이, 광기능성 자성 나노입자는 큐벳의 바깥 표면에서 자석으로 수집한다. 외부의 자석을 제거하면, 수집된 입자들은 적당히 진탕을 하면 물에 다시 분산된다.
As in Figure 3c, the photofunctional magnetic nanoparticles are collected by magnets on the outer surface of the cuvette. When the external magnets are removed, the collected particles are dispersed again in water with moderate shaking.

마그네타이트 나노입자 및 광기능성 자성 나노입자의 자성 특성들은 실온에서 VSM을 사용하여 측정하였다.Magnetic properties of magnetite nanoparticles and photofunctional magnetic nanoparticles were measured using VSM at room temperature.

도 4에 나타난 바와 같이, 자화 곡선은 최대 자기장에서조차 이력 현상과 잔류 자화가 없음을 나타내며, 이는 나노입자의 초상자성(superparamagnetic) 특성을 의미한다. 마그네타이트 나노입자는 32.2 emu/g 의 고포화자화값을 나타내는 반면, 표면 개질된 광기능성 자성 나노입자의 고포화자화값은 28.5 emu/g였다. 포화자화값의 차이는 나노입자의 표면에 화학적으로 결합된 t-PtCP 분자의 반자성 제공에 따른 것이다.
As shown in FIG. 4, the magnetization curve indicates no hysteresis and no residual magnetization even at the maximum magnetic field, which means the superparamagnetic properties of the nanoparticles. The magnetite nanoparticles showed a high saturation value of 32.2 emu / g, while the high saturation value of the surface modified photofunctional magnetic nanoparticles was 28.5 emu / g. The difference in saturation magnetization is due to the diamagnetic provision of t-PtCP molecules chemically bound to the surface of the nanoparticles.

다음으로, 카르복실기와 금속 이온 간의 결합을 확인하기 위해, t-PtCP 및 광기능성 자성 나노입자의 FT-IR 스펙트럼을 측정하였다.Next, in order to confirm the binding between the carboxyl group and the metal ion, the FT-IR spectrum of the t-PtCP and the photofunctional magnetic nanoparticles was measured.

도 5에 나타난 바와 같이, 광기능성 나노입자의 주요 피크 위치는 t-PtCP의 주 피크와 상당히 일치하였다. 이는 t-PtCP 분자는 THF 용매에 의해 몇 번 세척한 후에도 광기능성 자성 나노입자의 표면에 존재한다는 것을 의미한다. As shown in Figure 5, the major peak position of the photofunctional nanoparticles was in good agreement with the main peak of t-PtCP. This means that the t-PtCP molecule is present on the surface of the photofunctional magnetic nanoparticles even after several washings with a THF solvent.

t-PtCP IR 스펙트럼에서, 1689 cm-1에서 카르보닐 이중결합(υc=O)의 스트레칭 진동수에 해당하는 강한 피크와 1421 cm-1 에서 탄소-산소 단일결합(υc-O) 의 스트레칭 진동수에 해당하는 피크, 1290 cm-1에서 수산화기의 결합변형에(υc-OH) 의한 피크 가 관찰된다. 이러한 특성 피크들은 t-PtCP 광감응분자가 양성자를 포함한 카르복실 그룹을 포함하고 있음을 제시한다. 표면 개질 후, t-PtCP 광감응분자의 카르복실 그룹의 존재를 나타내는 특성피크들은 사라지고, 1559 cm-1에서 카르복시산(carboxylate COO-)의 비대칭 신축진동 모드와 1408 cm-1에서 카르복시산의 대칭 신축진동 모드의 새로운 밴드가 생성된다. 이들 관찰을 기초로 하여, FT-IR은 입자 표면에 함량에 따른 정량적인 정보를 제공할 수는 없지만, 마그네타이트 나노입자의 표면에 디카르복실산이 결합한다고 결론 내렸다.
In the t-PtCP IR spectrum, a strong peak corresponding to the stretching frequency of the carbonyl double bond (υ c = O ) at 1689 cm −1 and a carbon-oxygen single bond (υ cO ) at 1421 cm −1 Peak corresponding to the stretching frequency of, at the binding strain of the hydroxyl group at 1290 cm -1c-OH ) Peaks are observed. These characteristic peaks suggest that the t-PtCP photosensitive molecule contains a carboxyl group containing a proton. After surface modification, the characteristic peaks indicating the presence of the carboxyl group of the t-PtCP photosensitive molecule disappeared, the asymmetric stretching mode of the carboxylate COO at 1559 cm −1 and the symmetric stretching of the carboxylic acid at 1408 cm −1 A new band of modes is created. Based on these observations, it was concluded that FT-IR could not provide quantitative information by content on the particle surface, but bound dicarboxylic acid to the surface of magnetite nanoparticles.

도 6(a)는 광기능성 자성 나노입자의 흡수 스펙트럼이 THF에서 t-PtCP의 것과 동일한 특성을 가짐을 나타낸다. 400nm에서 피크는 t-PtCP의 Soret 밴드이고 Q 밴드의 피크는 510nm 및 538nm에 위치해 있다. 408nm의 여기 파장에서, t-PtCP는 660nm 및 725nm에 있는 2개의 강한 방출 피크를 생산하며, 광기능성 자성 나노입자는 651nm 및 715nm에서 약간 푸른색으로 이동된 피크를 나타낸다. 푸른색 이동된 피크는 t-PtCP 및 자성 나노입자의 표면 간의 강한 결합으로 인한 것으로 생각하였다.
6 (a) shows that the absorption spectrum of the photofunctional magnetic nanoparticles has the same characteristics as that of t-PtCP in THF. At 400 nm the peak is the Soret band of t-PtCP and the Q band peaks are located at 510 nm and 538 nm. At an excitation wavelength of 408 nm, t-PtCP produces two strong emission peaks at 660 nm and 725 nm, while the photofunctional magnetic nanoparticles show a slightly blue shifted peak at 651 nm and 715 nm. The blue shifted peak was thought to be due to the strong binding between t-PtCP and the surface of the magnetic nanoparticles.

<실험예 2> 광기능성 자성 나노입자에 의해 발생된 단일항 산소의 직접 검출Experimental Example 2 Direct Detection of Singlet Oxygen Generated by Photofunctional Magnetic Nanoparticles

나노입자에 결합된 광여기된 t-PtCP로부터 방출되는 인광을 직접 검출하여 광기능성 자성 나노입자로부터 단일항 산소 발생을 확인하였다. Phosphorescence emitted from the photoexcited t-PtCP bound to the nanoparticles was directly detected to confirm the generation of singlet oxygen from the photofunctional magnetic nanoparticles.

단일항 산소의 양자 수율 (φΔ(1O2)) 및 이의 수명은 1270 nm에서 근적외선 인광 방출 피크를 검출하여 측정하였다. 인광 시그널은 컷-오프를 통과하는 여기 빔(< 1000 nm, CVI) 과 간섭 필터(1270 nm, spectrogon)에 대한 수직 각도에서 게르마늄 포토다이오드(EG&G, Judson) 를 사용하여 수집하였다. 여기 소스로 Nd-YAG pumped OPO 레이저 (B. M. Industries, OP901-355, 5 ns FWHM pulse)를 사용하였다. 500MHz 디지털 오실로스코프에 의해 수집된 시그널은 데이터 분석을 위해 전달하였다. 시간 별 단일항 산소 인광 시그널은 도 7에 나타내었다. The quantum yield of singlet oxygen (φ Δ ( 1 O 2 )) and its lifetime were determined by detecting near infrared phosphorescence emission peaks at 1270 nm. Phosphorescent signals were collected using germanium photodiodes (EG & G, Judson) at normal angles to the excitation beam (<1000 nm, CVI) and the interference filter (1270 nm, spectrogon) passing through the cut-off. Nd-YAG pumped OPO laser (BM Industries, OP901-355, 5 ns FWHM pulse) was used as the excitation source. The signal collected by the 500 MHz digital oscilloscope was passed for data analysis. The singlet oxygen phosphorescent signal over time is shown in FIG. 7.

도 7에 나타난 바와 같이, THF 용액에서 H2TPP, t-PtCP, 및 결합된 t-PtCP의 단일항 산소의 수명은 모두 ~20㎲였으며, 이는 문헌상에 기록된 값과 일치하였다. As shown in FIG. 7, the lifetime of the singlet oxygen of H 2 TPP, t-PtCP, and bound t-PtCP in THF solution was all ˜20 μs, which is consistent with the values reported in the literature.

THF 용액에서 시료와 표준물질인 H2TPP에 대해 1270nm에서 인광 강도를 비교하여 시료의 단일항 산소의 양자수율(φΔ)을 측정하였다. 광기능성 자성 나노입자의 단일항 산소 양자수율은 0.47±0.03인 것으로 평가되었으며, 반면 t-PtCP는 0.65±0.05인 것으로 평가되었다. 0.65에 비해 낮은 0.47의 φΔ 값은 용액에서 유리 분자보다는 나노입자의 표면에 결합된 더 많이 존재하는 t-PtCP 분자들 간의 폐쇄된 접촉으로 인한 것 같다. 높은 거주밀도로 결합된 분자들간의 그러한 상호작용과 자성 나노입자에 결합되어 생기는 t-PtCP 분자들의 제한은 방출 밴드의 스펙트럼 이동과 단일항 산소의 적은 발생 탓인 것으로 생각되었다. 또한, 광감응분자들의 응집된 형태와 실리카 매트릭스에 결합된 광감응분자들이 보고된 바 있다.
The quantum yield (φ Δ ) of singlet oxygen of the sample was measured by comparing the phosphorescence intensity at 1270 nm with respect to the sample and H 2 TPP as a standard in THF solution. Singlet oxygen quantum yield of photofunctional magnetic nanoparticles was estimated to be 0.47 ± 0.03, whereas t-PtCP was estimated to be 0.65 ± 0.05. The low φ Δ value of 0.47 compared to 0.65 is likely due to the closed contact between more existing t-PtCP molecules bound to the surface of the nanoparticles than the free molecules in solution. Such interactions between molecules with high dense densities and the limitation of t-PtCP molecules due to binding to magnetic nanoparticles were thought to be due to the spectral shift of the emission band and the low occurrence of singlet oxygen. In addition, the aggregated form of photosensitive molecules and photosensitive molecules bound to the silica matrix have been reported.

<실험예 3> 단일항 산소의 간접 측정Experimental Example 3 Indirect Measurement of Singlet Oxygen

용액으로의 단일항 산소의 방출효율을 평가하기 위해, DPBF의 분해 방법을 사용하였다. 특이 단일항 산소 소광제(quencher)로서, DPBF는 점차 단일항 산소와의 1,4-고리첨가 반응을 겪어 엔도페록사이드를 형성한다. 그 후 1,2-디벤조일벤젠의 비가역적 산물로 분해된다. 그러므로 단일항 산소의 방출량은 435nm에서 DPBF 흡수의 광학밀도에서의 감소를 관찰하여 모니터링할 수 있다. In order to evaluate the release efficiency of singlet oxygen into solution, the decomposition method of DPBF was used. As a specific singlet oxygen quencher, DPBF gradually undergoes a 1,4-cyclic reaction with singlet oxygen to form endoperoxides. It is then decomposed into an irreversible product of 1,2-dibenzoylbenzene. Therefore, the emission of singlet oxygen can be monitored by observing a decrease in optical density of DPBF absorption at 435 nm.

광기능성 자성 나노입자 또는 표준 물질인 5, 10, 15, 20-테트라페닐-21H, 23H-포르핀(H2TPP) (1.42×10-5 M) 및 DPBF (1.0×10-5 M)를 함유하는 THF 용액 3.5 mL 앨리쿼트를 암흑 상태에서 1cm 쿼츠 셀에 주입하였다. 상기 실험은 나노세컨드로 펄스된 Nd-YAG pumped OPO 레이저를 사용하여 레이저 광선(λ=510 nm, 7.5 mW/cm2)을 시료에 조사하여 실시하였다. 5, 10, 15, 20-tetraphenyl-21H, 23H-porphine (H 2 TPP) (1.42 × 10 -5 M) and DPBF (1.0 × 10 -5 M) 3.5 mL aliquots containing THF solution were injected into 1 cm quartz cells in the dark. The experiment was performed by irradiating a sample with a laser beam (λ = 510 nm, 7.5 mW / cm 2 ) using a nanosecond pulsed Nd-YAG pumped OPO laser.

DPBF의 광분해는 435nm에서 흡수 피크의 흡광도를 기록하여 모니터링하였다. 흡광도 변화는 조사 시간 별로 측정하였다. 광기능성 자성 나노입자의 단일항 산소 방출 효율(ηΔ)은 표준물질인 THF에서 H2TPP 용액을 사용하여 하기 식에 따라 측정하였다.Photolysis of DPBF was monitored by recording the absorbance of the absorption peak at 435 nm. Absorbance change was measured for each irradiation time. Singlet oxygen emission efficiency (η Δ ) of the photofunctional magnetic nanoparticles was measured according to the following equation using a H 2 TPP solution in THF standard.

Figure pat00019
Figure pat00019

상기 식에서, t H2TPP 는 유리 H2TPP/THF 용액과의 광촉매적 분해 반응 동안 DPBF의 흡수 피크에서 감소에 대한 첫 번째 지수적 붕괴의 시간 상수이고, t particle 는 THF 용액에서 광기능성 자성 나노입자의 존재 하에서 DPBF의 흡수 감소에 대한 상술한 바와 같은 시간 상수를 뜻하고, φH2TPP 는 0.62인 것으로 제공되는 THF 용액에서 유리 H2TPP 의 단일항 산소 양자 수율을 의미한다. Where t H2TPP is the time constant of the first exponential decay to decrease in the absorption peak of DPBF during the photocatalytic decomposition reaction with free H 2 TPP / THF solution, and t particle is the time In the presence of the mean time constant as described above for the reduction of absorption of DPBF, φ H2TPP refers to the singlet oxygen quantum yield of free H 2 TPP in THF solution provided to be 0.62.

도 8은 광기능성 자성 나노입자의 존재 하에서 THF에서 DPBF의 흡수 피크의 흡광도 변화를 도시한 것으로, 510nm에서 레이저 조사 하에서 반응 시간 의존적이다. 광기능성 자성 나노입자로부터 단일항 산소의 방출 효율(ηΔ)은 0.42±0.04인 것으로 측정되었고, 인광의 직접 검출에 의해 평가된 단일항 산소 양자 수율과 매우 유사하다.
Figure 8 shows the change in absorbance of the absorption peak of DPBF in THF in the presence of photofunctional magnetic nanoparticles, which is reaction time dependent under laser irradiation at 510 nm. The release efficiency (η Δ ) of singlet oxygen from the photofunctional magnetic nanoparticles was determined to be 0.42 ± 0.04, very similar to the singlet oxygen quantum yield evaluated by direct detection of phosphorescence.

<실시예 2> 광기능성 자성 나노입자를 이용한 광촉매 반응Example 2 Photocatalytic Reaction Using Photofunctional Magnetic Nanoparticles

폐수 정제에 대한 적용 가능성을 체크하기 위해, Xe 램프의 가시광선 조사(> 450 nm) 하에서 pH10의 2,4,6-TCP 수용액의 광촉매적 산화 반응을 통해 상기 실시예 1에서 제조한 광기능성 자성 나노입자의 광촉매적 활성을 평가하였다. To check the applicability to wastewater purification, the photofunctional magnetic material prepared in Example 1 was subjected to photocatalytic oxidation of a 2,4,6-TCP aqueous solution at pH 10 under visible light irradiation (> 450 nm) of an Xe lamp. The photocatalytic activity of the nanoparticles was evaluated.

구체적으로, 2,4,6-TCP의 광촉매적 분해 실험은 광기능성 자성 나노입자가 현탁된 수용액에서 가시광선을 조사하여 실시하였다. 현탁 용액은 10mg의 광기능성 자성 나노입자를 20mL의 2,4,6-TCP 수용액에 부가하여 초기 농도가 7.5×10-5 M이 되도록 제조하였다. 가시광선을 조사하기 전에 혼합 용액은 암흑 상태에서 1시간 동안 자석으로 교반하여 평형 상태를 유지하였다. 가시광선 조사 전 30분 동안 현탁 용액에 공기를 주입하였다. 조사 광원으로 Xe 램프 (150 W, Abet Technologies, USA)를 사용하였다. 자외선 광선을 제거하기 위해 450 nm 글래스 컷 오프 필터를 사용하여 Q 밴드만이 조사될 수 있도록 하였다. 상기 UV 컷 오프는 또한 UV 광선 조사로부터 2,4,6-TCP의 직접적인 광분해를 억제한다. 조사 20분 마다 UV-vis 스펙트로포토미터로 시료의 흡수 스펙트럼을 관찰하였다. Specifically, the photocatalytic decomposition experiment of 2,4,6-TCP was performed by irradiating visible light in an aqueous solution in which the photofunctional magnetic nanoparticles were suspended. The suspension solution was prepared by adding 10 mg of photo-functional magnetic nanoparticles to 20 mL of 2,4,6-TCP aqueous solution so as to have an initial concentration of 7.5 × 10 −5 M. Before irradiating visible light, the mixed solution was kept in equilibrium by stirring with a magnet for 1 hour in the dark state. Air was injected into the suspension solution for 30 minutes before visible light irradiation. Xe lamp (150 W, Abet Technologies, USA) was used as the irradiation light source. A 450 nm glass cut off filter was used to remove ultraviolet light so that only the Q band could be irradiated. The UV cut off also inhibits direct photolysis of 2,4,6-TCP from UV light irradiation. Every 20 minutes of irradiation, the absorption spectrum of the sample was observed with a UV-vis spectrophotometer.

도 9는 광기능성 자성 나노입자의 존재 하에서 조사 시간 별 2,4,6-TCP 의 광분해 정도를 나타낸 것으로, 스펙트럼 변화는 광촉매 반응이 계속될 때, 2,4,6-TCP 분자의 감소 및 2,4-디클로로벤조퀴논의 형성을 의미하며, 312 nm 및 273 nm에서 흡수 피크는 각각 2,4,6-TCP 및 2,4-디클로로벤조퀴논에 해당한다.
Figure 9 shows the degree of photolysis of 2,4,6-TCP by irradiation time in the presence of photofunctional magnetic nanoparticles, the spectral change is the decrease in 2,4,6-TCP molecules and 2 when the photocatalytic reaction continues Means the formation of, 4-dichlorobenzoquinone, the absorption peaks corresponding to 2,4,6-TCP and 2,4-dichlorobenzoquinone at 312 nm and 273 nm, respectively.

결론적으로, 간단한 개질 반응을 통해 t-PtCP가 도입된 자성 나노입자는 포화자화값이 28.5 emu/g인 초상자성 특성을 가지고 있고, 물에서 우수한 분산성과 안정성을 나타내며, 0.47±0.03 의 단일항 산소 양자 수율을 발생하며, 가시광선 여기에 의해 활성화된 재생가능한 광촉매로 사용하기에 충분하다. 광촉매 분해 실험을 통해 2,4,6-TCP가 효과적으로 분해되었고, 광기능성 자성 나노입자의 가시광선에 의해 활성화된 광촉매적 특성은 물에서 환경적 위험을 제거하기 위해 이용될 수 있고, 특히, 나노입자 복합체의 자성 특성은 2차 오염 가능성을 억제하면서 광촉매의 재사용을 제공할 수 있다. In conclusion, magnetic nanoparticles introduced with t-PtCP through a simple reforming reaction have superparamagnetic properties with a saturation magnetization of 28.5 emu / g, excellent dispersibility and stability in water, and a singlet oxygen of 0.47 ± 0.03. It produces a quantum yield and is sufficient for use as a renewable photocatalyst activated by visible light excitation. Photocatalytic decomposition experiments have effectively decomposed 2,4,6-TCP, and the photocatalytic properties activated by the visible light of the photofunctional magnetic nanoparticles can be used to eliminate environmental hazards in water, especially nano The magnetic properties of the particle composite can provide for reuse of the photocatalyst while suppressing the possibility of secondary contamination.

Claims (16)

자외선과 가시광 영역에서 활성산소를 발생하는 광감응분자가 표면에 결합되어 있는 자성 나노입자.
Magnetic nanoparticles in which photosensitive molecules that generate free radicals in the ultraviolet and visible region are bonded to the surface.
제1항에 있어서,
광감응분자는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물인 자성 나노입자:
[화학식 1]
Figure pat00020


상기 식에서,
M은 7족 내지 12족의 전이금속을 나타내고,
R1 및 R4는 각각 독립적으로 카르복실기로 치환된 C5-12 아릴 또는 5 내지 12환원의 헤테로아릴이고,
R2 및 R3는 각각 독립적으로
수소;
C1-6 알킬; C1-6 알콕시; 아민; 및 니트로 및 C1-6 알콕시로 이루어진 그룹 중에서 선택된 하나 이상의 치환기로 치환되거나 비치환된 벤질로 이루어진 그룹 중에서 선택된 하나 이상의 치환기로 치환되거나 비치환된 C5-12 아릴; 또는
C1-6 알킬; C1-6 알콕시; 아민; 및 니트로 및 C1-6 알콕시로 이루어진 그룹 중에서 선택된 하나 이상의 치환기로 치환되거나 비치환된 벤질로 이루어진 그룹 중에서 선택된 하나 이상의 치환기로 치환되거나 비치환된 5 내지 12환원의 헤테로아릴을 나타내거나,
카르복실기로 치환된 C5-12 아릴 또는 5 내지 12환원의 헤테로아릴을 나타낸다.
The method of claim 1,
The photosensitive molecule is a magnetic nanoparticle which is a compound represented by Formula 1 below:
[Formula 1]
Figure pat00020


Where
M represents a transition metal of Groups 7 to 12,
R 1 and R 4 are each independently C 5-12 aryl or 5-12 reduced heteroaryl substituted with a carboxyl group,
R 2 and R 3 are each independently
Hydrogen;
C 1-6 alkyl; C 1-6 alkoxy; Amines; And C 5-12 aryl unsubstituted or substituted with one or more substituents selected from the group consisting of benzyl unsubstituted or substituted with one or more substituents selected from the group consisting of nitro and C 1-6 alkoxy; or
C 1-6 alkyl; C 1-6 alkoxy; Amines; And 5-12 membered heteroaryl unsubstituted or substituted with one or more substituents selected from the group consisting of benzyl unsubstituted or substituted with one or more substituents selected from the group consisting of nitro and C 1-6 alkoxy,
C 5-12 aryl or 5-12 reduced heteroaryl substituted by carboxyl group.
제2항에 있어서,
M은 Mn, Fe, Ru, Co, Rh, Ni, Pd, Pt, Cu 또는 Zn를 나타내고,
R1 및 R4는 카르복실기로 치환된 페닐 또는 피리디닐이고,
R2 및 R3는 각각 독립적으로
아민으로 치환되거나 비치환된 페닐; 또는
C1-4 알킬; 또는 니트로 및 C1-4 알콕시로 이루어진 그룹 중에서 선택된 하나 이상의 치환기로 치환되거나 비치환된 벤질로 치환되거나 비치환된 피리디닐을 나타내거나,
카르복실기로 치환된 페닐 또는 피리디닐을 나타내는 자성 나노입자.
The method of claim 2,
M represents Mn, Fe, Ru, Co, Rh, Ni, Pd, Pt, Cu or Zn,
R 1 and R 4 are phenyl or pyridinyl substituted with a carboxyl group,
R 2 and R 3 are each independently
Phenyl unsubstituted or substituted with amines; or
C 1-4 alkyl; Or pyridinyl unsubstituted or substituted with benzyl unsubstituted or substituted with one or more substituents selected from the group consisting of nitro and C 1-4 alkoxy,
Magnetic nanoparticles representing phenyl or pyridinyl substituted with carboxyl groups.
제3항에 있어서,
M은 Ni, Pd, 또는 Pt를 나타내고,
R1 및 R4는 카르복실기로 치환된 페닐 또는 피리디닐이고,
R2 및 R3는 각각 독립적으로
아민으로 치환되거나 비치환된 페닐; 또는
C1-4 알킬; 또는 니트로 및 C1-4 알콕시로 이루어진 그룹 중에서 선택된 하나 이상의 치환기로 치환되거나 비치환된 벤질로 치환되거나 비치환된 피리디닐을 나타내는 자성 나노입자.
The method of claim 3,
M represents Ni, Pd, or Pt,
R 1 and R 4 are phenyl or pyridinyl substituted with a carboxyl group,
R 2 and R 3 are each independently
Phenyl unsubstituted or substituted with amines; or
C 1-4 alkyl; Or benzyl substituted or unsubstituted pyridinyl unsubstituted or substituted with one or more substituents selected from the group consisting of nitro and C 1-4 alkoxy.
제4항에 있어서,
R1 및 R4
Figure pat00021
이고,
R2 및 R3는 각각 독립적으로
Figure pat00022
,
Figure pat00023
,
Figure pat00024
,
Figure pat00025
,
Figure pat00026
,
Figure pat00027
, 또는
Figure pat00028
를 나타내는 자성 나노입자.
The method of claim 4, wherein
R 1 and R 4
Figure pat00021
ego,
R 2 and R 3 are each independently
Figure pat00022
,
Figure pat00023
,
Figure pat00024
,
Figure pat00025
,
Figure pat00026
,
Figure pat00027
, or
Figure pat00028
Magnetic nanoparticles representing.
제4항에 있어서,
M은 Pt를 나타내고,
R1 및 R4는 카르복실기로 치환된 페닐이고,
R2 및 R3는 페닐을 나타내는 자성 나노입자.
The method of claim 4, wherein
M represents Pt,
R 1 and R 4 are phenyl substituted with a carboxyl group,
R 2 and R 3 are magnetic nanoparticles representing phenyl.
제1항에 있어서,
광감응분자는 자성 나노입자의 표면에 공유결합되어 있는 자성 나노입자.
The method of claim 1,
Photosensitive molecules are magnetic nanoparticles that are covalently bonded to the surface of the magnetic nanoparticles.
제1항에 있어서,
자성 나노입자는 물 분산성을 갖는 자성 나노입자.
The method of claim 1,
Magnetic nanoparticles are magnetic nanoparticles having water dispersibility.
자성 나노입자 및 자외선과 가시광 영역에서 활성산소를 발생하는 광감응분자를 반응시키는 단계를 포함하는 자성 나노입자의 표면 개질 방법.
A method for surface modification of magnetic nanoparticles comprising the step of reacting the magnetic nanoparticles and photosensitive molecules generating active oxygen in the ultraviolet and visible region.
제9항에 있어서,
광감응분자는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물인 자성 나노입자의 표면 개질 방법:
[화학식 1]
Figure pat00029


상기 식에서,
M은 7족 내지 12족의 전이금속을 나타내고,
R1 및 R4는 각각 독립적으로 카르복실기로 치환된 C5-12 아릴 또는 5 내지 12환원의 헤테로아릴이고,
R2 및 R3는 각각 독립적으로
수소;
C1-6 알킬; C1-6 알콕시; 아민; 및 니트로 및 C1-6 알콕시로 이루어진 그룹 중에서 선택된 하나 이상의 치환기로 치환되거나 비치환된 벤질로 이루어진 그룹 중에서 선택된 하나 이상의 치환기로 치환되거나 비치환된 C5-12 아릴; 또는
C1-6 알킬; C1-6 알콕시; 아민; 및 니트로 및 C1-6 알콕시로 이루어진 그룹 중에서 선택된 하나 이상의 치환기로 치환되거나 비치환된 벤질로 이루어진 그룹 중에서 선택된 하나 이상의 치환기로 치환되거나 비치환된 5 내지 12환원의 헤테로아릴을 나타내거나,
카르복실기로 치환된 C5-12 아릴 또는 5 내지 12환원의 헤테로아릴을 나타낸다.
10. The method of claim 9,
The photosensitive molecule is a surface modification method of the magnetic nanoparticles, which is a compound represented by Formula 1 below:
[Formula 1]
Figure pat00029


Where
M represents a transition metal of Groups 7 to 12,
R 1 and R 4 are each independently C 5-12 aryl or 5-12 reduced heteroaryl substituted with a carboxyl group,
R 2 and R 3 are each independently
Hydrogen;
C 1-6 alkyl; C 1-6 alkoxy; Amines; And C 5-12 aryl unsubstituted or substituted with one or more substituents selected from the group consisting of benzyl unsubstituted or substituted with one or more substituents selected from the group consisting of nitro and C 1-6 alkoxy; or
C 1-6 alkyl; C 1-6 alkoxy; Amines; And 5-12 membered heteroaryl unsubstituted or substituted with one or more substituents selected from the group consisting of benzyl unsubstituted or substituted with one or more substituents selected from the group consisting of nitro and C 1-6 alkoxy,
C 5-12 aryl or 5-12 reduced heteroaryl substituted by carboxyl group.
제1항에 따른 표면이 개질된 자성 나노입자를 포함하는 광촉매.
A photocatalyst comprising the magnetic nanoparticles of which the surface according to claim 1 is modified.
자석을 이용하여 제11항의 광촉매를 회수하는 방법.
A method for recovering the photocatalyst of claim 11 using a magnet.
자외선 또는 가시광선 하에서 제11항의 광촉매 및 폐수를 반응시키는 단계를 포함하는 폐수 정화 방법.
A wastewater purification method comprising the step of reacting the photocatalyst of claim 11 and wastewater under ultraviolet light or visible light.
제13항에 있어서,
반응은 광촉매에 의한 염소화 화합물 또는 방향족 고리를 갖는 환경유해 물질의 광산화분해반응인 폐수 정화 방법.
The method of claim 13,
The reaction is a wastewater purification method in which the photocatalytic reaction of a chlorinated compound or an environmentally harmful substance having an aromatic ring by a photocatalyst is performed.
제14항에 있어서,
염소화 화합물은 클로로페놀을 포함하는 폐수 정화 방법.
The method of claim 14,
A method for purifying wastewater, wherein the chlorinated compound comprises chlorophenol.
제14항에 있어서,
방향족 고리를 갖는 환경유해물질은 페놀, 다이옥신 계열의 환경호르몬, 또는 염료류인 폐수 정화 방법.
The method of claim 14,
Environmentally harmful substances having aromatic rings are phenol, dioxin-based environmental hormones, or dyes.
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