KR20120134506A - Surface-modified photocatalyst and method of preparing same - Google Patents

Surface-modified photocatalyst and method of preparing same Download PDF

Info

Publication number
KR20120134506A
KR20120134506A KR1020110053436A KR20110053436A KR20120134506A KR 20120134506 A KR20120134506 A KR 20120134506A KR 1020110053436 A KR1020110053436 A KR 1020110053436A KR 20110053436 A KR20110053436 A KR 20110053436A KR 20120134506 A KR20120134506 A KR 20120134506A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
photocatalyst
titanium dioxide
noble metal
modified photocatalyst
heat treatment
Prior art date
Application number
KR1020110053436A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
최원용
김정원
Original Assignee
포항공과대학교 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 포항공과대학교 산학협력단 filed Critical 포항공과대학교 산학협력단
Priority to KR1020110053436A priority Critical patent/KR20120134506A/en
Publication of KR20120134506A publication Critical patent/KR20120134506A/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J27/00Catalysts comprising the elements or compounds of halogens, sulfur, selenium, tellurium, phosphorus or nitrogen; Catalysts comprising carbon compounds
    • B01J27/14Phosphorus; Compounds thereof
    • B01J27/16Phosphorus; Compounds thereof containing oxygen, i.e. acids, anhydrides and their derivates with N, S, B or halogens without carriers or on carriers based on C, Si, Al or Zr; also salts of Si, Al and Zr
    • B01J27/18Phosphorus; Compounds thereof containing oxygen, i.e. acids, anhydrides and their derivates with N, S, B or halogens without carriers or on carriers based on C, Si, Al or Zr; also salts of Si, Al and Zr with metals other than Al or Zr
    • 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
    • B01J37/00Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/02Impregnation, coating or precipitation
    • 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
    • B01J37/08Heat treatment
    • 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

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Abstract

PURPOSE: A surface reformed photo catalyst and a manufacturing method of the same are provided to increase stability and efficiently decompose pollutants. CONSTITUTION: A surface reformed photo catalyst includes noble metal supported titanium dioxide, and phosphate group combined on the surface of the titanium dioxide. A manufacturing method of the photo catalyst includes the following steps: titanium dioxide liquid is mixed with a noble metal containing precursor; the mixture is reduced to manufacture the noble metal supported titanium dioxide; the noble metal supported titanium dioxide is added into a phosphoric acid solution; and the resultant product is thermally treated. The noble metal is Pt, Pd, Ru, Au, Ag, Ni, Cu, or the combination of the same. [Reference numerals] (AA) Comparative embodiment 1; (BB) Comparative embodiment 2; (CC) Comparative embodiment 3; (DD) Embodiment 1; (E1,E2,E3) UV irradiation time(min)

Description

표면개질된 광촉매 및 이의 제조 방법{SURFACE-MODIFIED PHOTOCATALYST AND METHOD OF PREPARING SAME}SURFACE-MODIFIED PHOTOCATALYST AND METHOD OF PREPARING SAME

본 발명은 표면개질된 광촉매 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to surface modified photocatalysts and methods for their preparation.

일정 에너지 이상의 빛이 조사되었을 때, 전자가 여기되어 전자와 정공을 생성하는 물질을 반도체라 하며 이들 중에서도, 촉매적 활성을 나타내는 물질을 광촉매라 한다.When light with a predetermined energy or more is irradiated, a material that excites electrons to generate electrons and holes is called a semiconductor, and among these, a material that exhibits catalytic activity is called a photocatalyst.

이러한 광촉매는 에너지를 생성시키거나, 오염된 물을 정화시키는데 사용되고 있다. 특히, 이러한 광촉매는 기존의 미생물이 제거할 수 없는 다양한 생물학적 난분해성 물질을 분해할 수 있는 것으로 알려져 왔다. 또한 광촉매는 반영구적으로 사용이 가능할 뿐만 아니라 대부분의 유기물을 산화시켜 이산화탄소와 물로 분해하므로 2차 오염이 적고 표백 및 악취제거에도 효과적이다. 이에 따라 광촉매를 이용한 친환경적 폐수처리방법에 대한 연구가 다양하게 이루어지고 있다. These photocatalysts are used to generate energy or to clean contaminated water. In particular, such photocatalysts have been known to be able to decompose various biologically degradable substances that existing microorganisms cannot remove. In addition, the photocatalyst can be used semi-permanently and oxidizes most organic matters and decomposes them into carbon dioxide and water, so there is little secondary pollution and is effective for removing bleach and odor. Accordingly, various studies on environmentally friendly wastewater treatment methods using photocatalysts have been made.

광촉매를 이용한 폐수처리방법은 광촉매의 밴드갭(band gap) 이상의 에너지를 갖는 빛을 조사시키면, 광촉매 표면에서 전자와 정공이 발생하게 된다. 에너지적으로 여기된 전자는 수중의 용존 산소와 반응하고, 동시에 광촉매 표면의 정공은 물이나 OH-를 산화시켜 산화력이 큰 OH 라디칼을 형성하게 되는데, 결과로 형성된 OH 라디칼에 의해 유해한 유기물질이 분해되게 된다.In the wastewater treatment method using a photocatalyst, when light having energy above the band gap of the photocatalyst is irradiated, electrons and holes are generated on the surface of the photocatalyst. Energy energized electrons react with dissolved oxygen in water, and at the same time, holes on the surface of the photocatalyst oxidize water or OH - to form oxidizing OH radicals, and the resulting OH radicals decompose harmful organic substances. Will be.

상기 광촉매로 이산화티타늄이 자외선 조사 하에 활성이 매우 우수하고, 안정하며, 무독성이고, 저렴하므로, 오염된 물의 정화를 위한 실용적인 광촉매로 널리 연구되고 있다. The photocatalyst has been widely studied as a practical photocatalyst for the purification of contaminated water because titanium dioxide is very active, stable, non-toxic and inexpensive under ultraviolet irradiation.

이러한 이산화티타늄은 자외선 조사 하에서 여기된 전자와 정공을 생성하고, 오염 물질들은 이렇게 생성된 정공에 의해 분해되거나, 정공과 물(또는 OH-)과의 반응에 의해 생성된 OH 라디칼에 의해 분해된다. Titanium dioxide produces electrons and holes excited under ultraviolet irradiation, and contaminants are decomposed by the holes thus produced, or by OH radicals produced by the reaction of holes with water (or OH ).

광촉매 활성은 비표면적, 표면 전하, 결정성, 표면 결정면, 입자 사이즈, 표면 작용기 밀도 및 격자 결함과 같은 TiO2의 물성에 의해 영향을 받게 된다. 특히, 광촉매 반응은 대부분 표면에서 일어나므로, TiO2의 표면 특성은 광촉매 반응동력학(photocatalytic reaction kinetics), 메커니즘 및 효율을 결정하는 중요한 요인이다. Photocatalytic activity is affected by the properties of TiO 2 such as specific surface area, surface charge, crystallinity, surface crystalline surface, particle size, surface functional group density and lattice defects. In particular, since most photocatalytic reactions occur at the surface, the surface properties of TiO 2 are important factors in determining photocatalytic reaction kinetics, mechanisms and efficiencies.

이에 TiO2의 특성을 개선하기 위하여, 특히 광촉매 효율(오염물질 분해 효율)을 증가시키기 위하여, 폴리머 코팅, 금속 증착, 음이온 복합화(anion complexation), 및 실리카와 하이드리드화 등의 다양한 방식으로 TiO2의 표면을 개질하기 위한 연구가 시도되어왔다. In order to improve the properties of TiO 2 , in particular to increase the photocatalytic efficiency (contaminant decomposition efficiency), TiO 2 is used in various ways such as polymer coating, metal deposition, anion complexation, and silica and hydride. Research has been attempted to modify the surface of.

본 발명은 오염물질 분해 효율이 우수하고, 안정성이 우수한 표면개질된 광촉매를 제공하는 것이다.The present invention is to provide a surface-modified photocatalyst having excellent contaminant decomposition efficiency and excellent stability.

본 발명은 또한, 상기 광촉매의 제조 방법을 제공하는 것이다.The present invention also provides a method for producing the photocatalyst.

본 발명의 일 구현예는 귀금속이 담지된 이산화티타늄(TiO2); 및 상기 이산화티타늄 표면에 결합된 인산기(PO4 3-)를 포함하는 표면 개질된 광촉매를 제공한다.One embodiment of the present invention is a titanium dioxide (TiO 2 ) loaded with a precious metal; And it provides a surface-modified photocatalyst comprising a phosphate group (PO 4 3- ) bonded to the titanium dioxide surface.

상기 광촉매는 XPS 측정시 P 2p 스펙트럼과 귀금속에 기인한 스펙트럼을 가질 수 있다. The photocatalyst may have a P 2p spectrum and a spectrum due to a noble metal at the time of XPS measurement.

상기 광촉매에서, P/Ti 원자 비율은 0.01 내지 0.5일 수 있다. 또한 상기 광촉매에서, P/Ti 원자 비율은 0.05 내지 0.2일 수도 있다.In the photocatalyst, the P / Ti atomic ratio may be 0.01 to 0.5. Further, in the photocatalyst, the P / Ti atomic ratio may be 0.05 to 0.2.

상기 귀금속의 담지량은 이산화티타늄 100 중량부에 대하여 0.1 내지 10 중량부일 수 있다. 또한, 상기 귀금속의 담지량은 이산화티타늄 100 중량부에 대하여 0.5 내지1.5 중량부일 수도 있다.The amount of the precious metal supported may be 0.1 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of titanium dioxide. The amount of the precious metal supported may be 0.5 to 1.5 parts by weight based on 100 parts by weight of titanium dioxide.

상기 귀금속은 Pt, Pd, Ru, Au, Ag, Ni, Cu 또는 이들의 조합일 수 있다.The precious metal may be Pt, Pd, Ru, Au, Ag, Ni, Cu or a combination thereof.

상기 광촉매는 폐수 처리용 광촉매, 공기 청정기용 광촉매, 대기 정화용 광촉매, 용수 정화용 광촉매, 악취 제거용 광촉매 및 항균용 광촉매로 이루어진 군에서 선택되는 광촉매로 사용될 수 있다.The photocatalyst may be used as a photocatalyst selected from the group consisting of a photocatalyst for wastewater treatment, a photocatalyst for an air purifier, a photocatalyst for purifying air, a photocatalyst for purifying water, a photocatalyst for removing odors, and a photocatalyst for antibacterial activity.

본 발명의 다른 일 구현예는 이산화티타늄 액과 귀금속 함유 전구체를 혼합하고; 상기 혼합물을 환원시켜 귀금속이 담지된 이산화티타늄을 제조하고; 상기 귀금속이 담지된 이산화티타늄을 인산 용액에 첨가하고; 얻어진 생성물을 열처리하는 공정을 포함하는 표면 개질된 광촉매의 제조 방법을 제공한다.Another embodiment of the present invention is to mix the titanium dioxide liquid and the noble metal containing precursor; Reducing the mixture to prepare titanium dioxide carrying precious metals; Adding titanium dioxide carrying the noble metal to the phosphoric acid solution; It provides a method for producing a surface-modified photocatalyst comprising the step of heat-treating the obtained product.

상기 환원은 광담지법으로 실시할 수 있다. The reduction can be carried out by a light supporting method.

상기 귀금속 함유 전구체는 Pt, Pd, Ru, Au, Ag, Ni, Cu 또는 이들의 조합인 귀금속을 함유하는 화합물일 수 있다.The precious metal-containing precursor may be a compound containing a precious metal which is Pt, Pd, Ru, Au, Ag, Ni, Cu, or a combination thereof.

상기 열처리 공정은 50 내지 1000 ℃에서 1분 내지 10 시간 동안 실시할 수 있다.The heat treatment process may be carried out at 50 to 1000 ℃ for 1 minute to 10 hours.

기타 본 발명의 구현예들의 구체적인 사항은 이하의 상세한 설명에 포함되어 있다.Other specific details of embodiments of the present invention are included in the following detailed description.

본 발명은 오염물질 분해 효율과 안정성이 높은 표면개질된 광촉매를 제공한다.The present invention provides a surface modified photocatalyst having high contaminant decomposition efficiency and stability.

도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 광촉매의 오염물질 분해 메커니즘의 일 예를 나타낸 도면.
도 2는 종래 광촉매의 오염물질 분해 메커니즘의 일 예를 나타낸 도면.
도 3은 실시예 2 및 비교예 1, 3, 5의 광촉매의 XPS(X-ray photoelectron spectroscopy) 스펙트럼을 측정하여 나타낸 그래프.
도 4는 실시예 1의 광촉매의 에너지-여과 투과형 전자현미경(EFTEM) 및 고해상도 투과형 전자현미경(HRTEM) 사진.
도 5는 실시예 1 및 비교예 1 내지 3의 광촉매의 표면 전하를 측정하여 나타낸 그래프.
도 6은 실시예 1 및 비교예 1 내지 3의 광촉매의 자외선 조사 시간에 따른 7-하이드록시큐마린의 형광 방출 강도를 측정하여 나타낸 그래프.
도 7은 실시예 1 및 비교예 1 내지 3의 광촉매의 광전류량을 측정하여 나타낸 그래프.
도 8은 다양한 pH 조건 하에서, 실시예 1 및 비교예 1 내지 3의 광촉매의 자외선 조사 시간에 따른 2,4-디클로로페녹시 아세트산의 분해율을 측정하여 나타낸 그래프.
도 9는 다양한 pH 조건 하에서, 실시예 1 및 비교예 1 내지 3의 광촉매의 자외선 조사 시간에 따른 2,4-디클로로페놀의 생성율을 측정하여 나타낸 그래프.
도 10은 다양한 pH 조건 하에서, 실시예 1 및 비교예 1 내지 3의 광촉매의 자외선 조사 시간에 따른 염소 생성율을 측정하여 나타낸 그래프.
도 11은 실시예 1 및 비교예 4의 광촉매의 pH 안정성을 측정하여 나타낸 그래프.
도 12는 실시예 1 및 비교예 3의 광촉매의 4-클로로페놀의 분해능을 측정하여 나타낸 그래프.
1 is a view showing an example of a contaminant decomposition mechanism of the photocatalyst according to an embodiment of the present invention.
2 is a view showing an example of a contaminant decomposition mechanism of a conventional photocatalyst.
Figure 3 is a graph showing the measurement of the XPS (X-ray photoelectron spectroscopy) spectrum of the photocatalyst of Example 2 and Comparative Examples 1, 3, 5.
4 is an energy-filtration transmission electron microscope (EFTEM) and a high resolution transmission electron microscope (HRTEM) photograph of the photocatalyst of Example 1. FIG.
FIG. 5 is a graph showing surface charges of photocatalysts of Example 1 and Comparative Examples 1 to 3;
FIG. 6 is a graph showing the fluorescence emission intensity of 7-hydroxycumarin according to ultraviolet irradiation time of the photocatalysts of Example 1 and Comparative Examples 1 to 3. FIG.
Figure 7 is a graph showing the measurement of the photocurrent amount of the photocatalyst of Example 1 and Comparative Examples 1 to 3.
8 is a graph showing the decomposition rate of 2,4-dichlorophenoxy acetic acid according to the ultraviolet irradiation time of the photocatalysts of Example 1 and Comparative Examples 1 to 3 under various pH conditions.
Figure 9 is a graph showing the measurement of the production rate of 2,4-dichlorophenol according to the ultraviolet irradiation time of the photocatalyst of Example 1 and Comparative Examples 1 to 3 under various pH conditions.
10 is a graph showing the measurement of the chlorine production rate according to the ultraviolet irradiation time of the photocatalyst of Example 1 and Comparative Examples 1 to 3 under various pH conditions.
11 is a graph showing the pH stability of the photocatalysts of Example 1 and Comparative Example 4;
12 is a graph showing the resolution of 4-chlorophenol in the photocatalysts of Example 1 and Comparative Example 3;

이하, 본 발명의 구현예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. However, this is presented as an example, by which the present invention is not limited and the present invention is defined only by the scope of the claims to be described later.

본 발명은 인산 흡착 및 귀금속 담지의 다른 표면 개질 방법 두 가지를 조합하여 표면을 개질한 광촉매에 관한 것이다. 본 발명의 광촉매는 귀금속이 담지된 이산화티타늄(TiO2); 및 상기 이산화티타늄 표면에 결합된 인산기(PO4 3-)를 포함하는 표면 개질된 광촉매이다. The present invention relates to a photocatalyst whose surface is modified by combining two methods of phosphoric acid adsorption and other surface modification methods for supporting precious metals. Photocatalyst of the present invention is a titanium dioxide (TiO 2 ) loaded with a precious metal; And a phosphoric acid group (PO 4 3- ) bonded to the titanium dioxide surface.

상기 광촉매는 XPS(X-ray photoelectron spectroscopy) 측정시 P 2p 스펙트럼 및 귀금속에 기인한 스펙트럼을 갖는 것이다. 귀금속에 기인한 스펙트럼은 귀금속이 Pt인 경우에는 Pt 4f 스펙트럼, Au인 경우에는 Au 4f 스펙트럼, Ag인 경우에는, Ag 3d 스펙트럼, Pd인 경우에는 Pd 3d 스펙트럼, Ru인 경우에는 Ru 3d, Cu인 경우에는 Cu 2p 스펙트럼, Ni인 경우에는 Ni 2p 스펙트럼일 수 있다.The photocatalyst is one having a P 2p spectrum and a spectrum due to a noble metal in X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) measurement. The spectra attributable to the precious metals are Pt 4f spectra for Pt, Au 4f spectra for Au, Ag 3d spectra for Ag, Pd 3d spectra for Pd, Ru 3d and Cu for Ru In the case of Cu 2p spectrum, Ni may be Ni 2p spectrum.

상기 표면에 결합된 인산기는 이산화티타늄 표면에 흡착된 OH 라디칼보다 산화력이 큰 이동성 OH 라디칼(mobile OH radical)을 발생시키는 역할을 한다. The phosphate group bound to the surface serves to generate a mobile OH radical having a greater oxidizing power than the OH radical adsorbed on the titanium dioxide surface.

본 발명의 광촉매에서, P/Ti 원자비율은 0.01 내지 0.5일 수 있고, 0.05 내지 0.2가 바람직하다. P/Ti 원자비율이 상기 범위에 포함되는 경우, 보다 우수한 광효율(광활성)을 나타낼 수 있다.In the photocatalyst of the present invention, the P / Ti atomic ratio may be 0.01 to 0.5, with 0.05 to 0.2 being preferred. When the P / Ti atomic ratio is included in the above range, it is possible to exhibit better light efficiency (photoactivity).

상기 귀금속의 담지량은 이산화티타늄 100 중량부에 대하여 0.1 내지 10 중량부일 수 있고, 0.5 내지 1.5 중량부가 바람직하다. 상기 귀금속의 담지량이 상기 범위에 포함되는 경우, 보다 우수한 광효율(광활성)을 나타낼 수 있다.The amount of the precious metal supported may be 0.1 to 10 parts by weight, and 0.5 to 1.5 parts by weight based on 100 parts by weight of titanium dioxide. When the supported amount of the noble metal is included in the above range, it may exhibit more excellent light efficiency (photo activity).

상기 이산화티타늄으로는 통상의 이산화티타늄 또는 Deggusa P-25(Degussa Corp.사제), Hombikat UV 100 (Sachtleben Chemie GmbH) 등 상업적으로 입수 가능한 것을 사용할 수 있다. As the titanium dioxide, commercially available titanium dioxide or a commercially available one such as Deggusa P-25 (manufactured by Degussa Corp.) or Hombikat UV 100 (Sachtleben Chemie GmbH) can be used.

상기 귀금속으로는 Pt, Pd, Ru, Au, Ag, Ni, Cu 또는 이들의 조합을 사용할 수 있다.Pt, Pd, Ru, Au, Ag, Ni, Cu or a combination thereof may be used as the noble metal.

상기 구성을 갖는 본 발명의 일 구현예에 따른 광촉매는, 표면에 담지된 백금에 의해 여기된 전자를 산소로 빠르게 전달할 수 있어 정공과의 재결합을 억제할 수 있고, 또한 표면에 결합된 인산기에 의해 산화력이 큰 이동성 OH 라디칼을 주로 발생시킬 수 있어, 보다 향상된 오염물질 분해 효율을 나타낸다. 또한, 표면에 결합된 인산기에 의해 오염물질의 흡착이 방지되어 정공과의 반응에 의한 독성이 강한 분해 부산물의 생성을 억제할 수 있다. 아울러, 인산기가 이산화티타늄에 강하게 결합되어 있어, 광촉매는 매우 높은 pH 안정성을 나타낼 수 있다. 만약 인산기 대신에 불소가 결합되는 경우에는 그 결합력이 인산기에 비해 약하여 pH 안정성이 다소 저하될 우려가 있다. Photocatalyst according to an embodiment of the present invention having the above configuration, it is possible to quickly transfer the electrons excited by the platinum supported on the surface to oxygen to suppress recombination with holes, and also by the phosphate group bonded to the surface Highly oxidizing, mobile OH radicals can be generated mainly, resulting in improved pollutant degradation efficiency. In addition, the adsorption of contaminants may be prevented by the phosphate group bound to the surface, thereby suppressing the generation of highly toxic decomposition by-products caused by reaction with holes. In addition, since the phosphate group is strongly bound to titanium dioxide, the photocatalyst may exhibit very high pH stability. If fluorine is bonded instead of the phosphate group, the binding force is weaker than that of the phosphate group, and there is a concern that the pH stability is slightly lowered.

이와 같은 본 발명의 일 구현예에 따른 광촉매는 폐수 처리용, 공기 청정기용, 대기 정화용, 용수 정화용, 악취 제거용 또는 항균용 광촉매로도 사용될 수 있으며, 특히 환경오염물질로 알려진 폐놀계 화합물(phenolic compound)을 포함하는 폐수 처리에 적용시 우수한 분해 효율을 나타낸다.Such a photocatalyst according to an embodiment of the present invention can be used as a wastewater treatment, air purifier, air purification, water purification, odor removal or antibacterial photocatalyst, in particular phenolic compounds known as environmental pollutants (phenolic It shows good decomposition efficiency when applied to wastewater treatment containing compounds.

본 발명의 일 구현예에 따른 광촉매가 오염물질을 분해하는 메커니즘을, 2,4-디클로로페녹시 아세트산 오염물질을 예로 들어 도 1에 나타내었다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 오염물질은 광촉매의 인산기에 의해 흡착이 제한되고, 이 광촉매에 빛이 조사되면, 발생되는 여기된 전자는 백금에 의해 산소로 빠르게 전달되고, 정공과 물이 반응하여, 이동성이 큰 OH 라디칼이 형성되고, 이 OH 라디칼은 2,4-디클로로페녹시 아세트산의 벤젠 링을 공격함으로써, 독성이 강한, 부산물인 2,4-디클로로페놀 생성을 억제할 수 있다. A mechanism for decomposing contaminants by a photocatalyst according to an embodiment of the present invention is shown in FIG. 1 using 2,4-dichlorophenoxy acetic acid contaminants as an example. As shown in Fig. 1, the pollutant is limited to adsorption by the phosphate group of the photocatalyst, and when light is irradiated to the photocatalyst, the generated electrons are rapidly transferred to oxygen by platinum, and the hole and water react, The highly mobile OH radicals are formed, and these OH radicals can attack the benzene ring of 2,4-dichlorophenoxy acetic acid, thereby suppressing the generation of 2,4-dichlorophenol, which is a by-product of high toxicity.

이에 반하여, Pt가 담지되고, 인산기가 결합되지 않은 광촉매의 오염물질 분해 메커니즘은 도 2에 나타낸 것과 같이, 2,4-디클로로페녹시 아세트산이 광촉매의 Ti와 직접 결합하고 있고, 정공에 의해 아세트산 부분이 산화됨으로써, 독성이 강한 2,4-디클로로페놀을 형성한다. On the contrary, the contaminant decomposition mechanism of the photocatalyst with Pt and without phosphate bond is 2,4-dichlorophenoxy acetic acid directly bonds with Ti of the photocatalyst, as shown in FIG. By this oxidation, highly toxic 2,4-dichlorophenol is formed.

본 발명의 다른 일 구현예는 상술한 구성을 갖는 광촉매의 제조 방법을 제공하는 것이다. 상기 제조 방법은 광담지법 또는 열적인 방법으로 실시할 수 있다.Another embodiment of the present invention is to provide a method for producing a photocatalyst having the above-described configuration. The manufacturing method can be carried out by a light supporting method or a thermal method.

광담지법에 의한 제조 방법은 이산화티타늄 액과 귀금속 함유 전구체를 혼합하고; 상기 혼합물을 환원시켜 귀금속이 표면에 담지된 이산화티타늄을 제조하고; 상기 귀금속이 표면에 담지된 이산화티타늄을 인산 용액에 첨가하고; 얻어진 생성물을 열처리하는 공정을 포함한다. 이하, 각 공정에 대하여 자세하게 설명하도록 한다.The manufacturing method by the optical support method mixes titanium dioxide liquid and a noble metal containing precursor; Reducing the mixture to prepare titanium dioxide having a precious metal supported on its surface; Adding titanium dioxide having the precious metal supported on the surface thereof to a phosphoric acid solution; The process of heat-processing the obtained product is included. Hereinafter, each process is explained in full detail.

먼저 이산화티타늄 액과 귀금속 함유 전구체를 혼합한다. 이때, 귀금속 함유 전구체의 사용량은 최종 제조되는 광촉매 중에서의 귀금속의 담지량이 이산화티타늄 100 중량부에 대하여 0.1 내지 10 중량부, 좋게는 0.5 내지 1.5 중량부가 되는 양으로 사용하는 것이 적절하다. 상기 이산화티타늄 액에서 용매로는 물을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 이산화티타늄 액의 농도는 적절하게 조절할 수 있다.First, the titanium dioxide liquid and the noble metal-containing precursor are mixed. At this time, the amount of the noble metal-containing precursor is suitably used in an amount such that the supported amount of the noble metal in the final photocatalyst is 0.1 to 10 parts by weight, preferably 0.5 to 1.5 parts by weight based on 100 parts by weight of titanium dioxide. Water may be used as the solvent in the titanium dioxide liquid, but is not limited thereto. In addition, the concentration of the titanium dioxide liquid can be appropriately adjusted.

상기 귀금속 함유 전구체로는 Pt, Pd, Ru, Au, Ag, Ni, Cu 또는 이들의 조합인 귀금속을 함유하는 화합물을 사용할 수 있으며, 그 예로 염화백금산(chloroplatinic acid, H2PtCl6), 염화팔라듐(palladium chloride, PdCl2), 염화루테늄(Ruthenium chloride, RuCl3), 염화금산(chloroauric acid, HAuCl4). 질산은(silver nitrate, AgNO3), 염화니켈(Nickel chloride, NiCl2), 염화구리(copper chloride, CuCl2), 또는 이들의 조합을 들 수 있다. As the noble metal-containing precursor, a compound containing a noble metal such as Pt, Pd, Ru, Au, Ag, Ni, Cu, or a combination thereof may be used. For example, chloroplatinic acid (H 2 PtCl 6 ), palladium chloride (palladium chloride, PdCl 2 ), ruthenium chloride (RuCl 3 ), chloroauric acid (HAuCl 4 ). Silver nitrate (AgNO 3 ), nickel chloride (Nickel chloride, NiCl 2 ), copper chloride (CuCl 2 ), or a combination thereof.

이어서, 상기 혼합물을 환원시킨다. 이 환원 공정은 광담지법(photodeposition method)으로 실시할 수 있다.The mixture is then reduced. This reduction step can be carried out by a photodeposition method.

상기 광담지법은 전자 주게(electron donor) 물질을 더욱 사용하여 실시할 수 있다. 상기 전자 주게 물질로는 메탄올, 에탄올, 유기산 또는 이들의 조합을 사용할 수 있다. 전자 주게 물질의 사용량은, 0.01 내지 10 M일 수 있다. 또한, 상기 광담지법은 빛을 조사하면서 실시하는 것으로서, 이때 사용할 수 있는 빛은 수은 램프, Xe-arc 램프 등을 들 수 있다.The photosupporting method can be carried out by further using an electron donor material. As the electron donor material, methanol, ethanol, an organic acid or a combination thereof may be used. The amount of the electron donor material used may be 0.01 to 10 M. In addition, the optical support method is carried out while irradiating light, the light that can be used may be a mercury lamp, Xe-arc lamp and the like.

상기 환원 공정으로, 백금 전구체는 백금으로 환원되면서 이산화티타늄 표면에 담지된다. In the reduction process, the platinum precursor is supported on the surface of titanium dioxide while being reduced to platinum.

이어서, 상기 공정으로 제조된 백금이 담지된 이산화티타늄을, 인산 용액에 첨가한다. 상기 인산 용액은 인산 수용액일 수 있고, 인산 용액의 농도는 0.001 내지 1M이 적절하다. Subsequently, titanium dioxide supported by platinum prepared in the above step is added to the phosphoric acid solution. The phosphoric acid solution may be an aqueous phosphoric acid solution, and the concentration of the phosphoric acid solution is appropriately 0.001 to 1M.

상기 얻어진 생성물을 열처리를 실시한다. 이 열처리 공정에 따라, 이산화타티늄 표면에 인산기의 결합이 강화되어, 본 발명의 일 구현예에 따른 광촉매가 제조된다.The obtained product is subjected to heat treatment. According to this heat treatment step, the binding of the phosphate group to the titanium dioxide surface is strengthened, thereby preparing a photocatalyst according to one embodiment of the present invention.

상기 열처리 공정은 50 내지 1000℃에서 1분 내지 10 시간 동안 실시할 수 있다. 상기 열처리 공정은 상기 온도 범위 및 상기 시간 동안 실시하는 경우, 표면 인산기의 결합이 강화되는 장점을 얻을 수 있다.The heat treatment process may be carried out at 50 to 1000 ℃ for 1 minute to 10 hours. When the heat treatment process is performed during the temperature range and the time, it is possible to obtain an advantage that the bonding of the surface phosphate groups is enhanced.

본 발명의 광촉매를 제조하는 방법 중, 열적인 방법은 이산화티타늄 액과 귀금속 함유 전구체를 혼합하고 상기 혼합물을 열처리하는 공정을 포함한다. 이때, 이산화티타늄 액, 귀금속 함유 전구체와, 이들의 혼합비 등은 상기 광담지법과 동일하므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다. Among the methods for producing the photocatalyst of the present invention, the thermal method includes a step of mixing a titanium dioxide liquid and a noble metal-containing precursor and heat treating the mixture. At this time, the titanium dioxide liquid, the noble metal-containing precursor and the mixing ratio thereof are the same as those of the above optical supporting method, a detailed description thereof will be omitted.

상기 열처리 공정은, 환원제로 수소를 주입하면서 200 내지 1000℃에서 10분 내지 10 시간 동안 실시할 수 있다. 상기 열처리 공정은 상기 온도 범위 및 상기 시간 동안 실시하는 경우, 표면의 귀금속 이온이 환원되어 이산화티타늄 표면에 담지된다.The heat treatment process may be performed for 10 minutes to 10 hours at 200 to 1000 ℃ while injecting hydrogen into the reducing agent. When the heat treatment process is performed during the temperature range and the time, the precious metal ions on the surface are reduced and supported on the titanium dioxide surface.

본 발명의 광촉매 제조 방법은, 공정이 간단하고 경제적인 방법으로, 광촉매 활성이 우수한 광촉매를 제조할 수 있다. The photocatalyst production method of the present invention can produce a photocatalyst having excellent photocatalytic activity in a simple and economical process.

기타 본 발명의 구현예들의 구체적인 사항은 이하의 상세한 설명에 포함되어 있다.Other specific details of embodiments of the present invention are included in the following detailed description.

본 발명의 제조 방법으로 제조된 광촉매는 우수한 오염물질 분해 효율을 나타내므로 폐수 처리에 유용하게 사용할 수 있다.Since the photocatalyst prepared by the production method of the present invention shows excellent pollutant decomposition efficiency, it can be usefully used for wastewater treatment.

이하 본 발명의 구체적인 실시예들을 제시한다. 다만, 하기에 기재된 실시예들은 본 발명을 구체적으로 예시하거나 설명하기 위한 것에 불과하며, 이로서 본 발명이 제한되어서는 아니된다.Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described. However, the embodiments described below are only intended to illustrate or explain the present invention, and thus the present invention should not be limited thereto.

(실시예 1)(Example 1)

0.0005 중량% 농도의 TiO2 수성 현탁액(Degussa P25)과 염화백금산(H2PtCl6, 12.2M)을, 전자 주게 물질인 메탄올(1M) 존재 하에서 혼합하고, 이 혼합물에, 200-W 수은 램프를 사용하여, 자외선을 30분간 조사하였다. TiO 2 aqueous suspension (Degussa P25) and chloroplatinic acid (H 2 PtCl 6 , 12.2M) at a concentration of 0.0005% by weight were mixed in the presence of an electron donor, methanol (1M), to which a 200-W mercury lamp was added. UV light was irradiated for 30 minutes.

조사 공정을 실시한 후, 여과 및 수세 공정을 실시하여 Pt/TiO2 분말을 얻었다. 유도 결합 플라즈마 원자 방출 분광기(inductively coupled plasma-atomic emission spectroscopy: ICP-AES, Spectro)를 이용하여 Pt 담지량을 측정한 결과, TiO2 100 중량부에, 약 0.5 중량부였었다. After performing the irradiation step, the filtration and washing steps were carried out to obtain Pt / TiO 2 powder. The Pt loading was measured using an inductively coupled plasma-atomic emission spectroscopy (ICP-AES, Spectro), and it was about 0.5 parts by weight to 100 parts by weight of TiO 2 .

이어서, 얻어진 Pt/TiO2 분말 0.1g을 인산 수용액(Sigma-Aldrich, 농도: 30mM, 사용량: 100mL)에 분산시키고, 이 분산액을 5시간 동안 교반하였다. 교반 생성물을 여과하여, 여과물을 얻고 이 여과물을 100℃ 오븐에서 1.5시간 동안 건조한 후, 300℃에서 1시간 동안 열처리하였다. Subsequently, 0.1 g of the obtained Pt / TiO 2 powder was dispersed in an aqueous solution of phosphoric acid (Sigma-Aldrich, concentration: 30 mM, usage: 100 mL), and the dispersion was stirred for 5 hours. The stirred product was filtered to give a filtrate, which was dried for 1.5 hours in a 100 ° C. oven and then heat treated at 300 ° C. for 1 hour.

열처리 생성물을 증류수로 완전하게 세척하여 약하게 결합된 인산 음이온을 제거하여, 인산기가 표면에 결합된 Pt/TiO2 광촉매를 제조하였다.The heat treatment product was washed thoroughly with distilled water to remove weakly bound phosphate anions, thereby preparing a Pt / TiO 2 photocatalyst having a phosphate group bound to the surface.

(실시예 2)(Example 2)

농도가 5mM인 인산 수용액을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하여 인산기가 표면에 결합된 Pt/TiO2 광촉매를 제조하였다.A Pt / TiO 2 photocatalyst having a phosphate group bonded to the surface thereof was prepared in the same manner as in Example 1, except that a phosphoric acid aqueous solution having a concentration of 5 mM was used.

(실시예 3)(Example 3)

농도가 100mM인 인산 수용액을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하여 인산기가 표면에 결합된 Pt/TiO2 광촉매를 제조하였다.A Pt / TiO 2 photocatalyst was prepared in the same manner as in Example 1 except that a phosphoric acid aqueous solution having a concentration of 100 mM was used.

(실시예 4)(Example 4)

열처리 공정을 100℃에서 실시한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하여 인산기가 표면에 결합된 Pt/TiO2 광촉매를 제조하였다.A Pt / TiO 2 photocatalyst having a phosphate group bonded to the surface thereof was prepared in the same manner as in Example 1 except that the heat treatment was performed at 100 ° C.

(실시예 5)(Example 5)

열처리 공정을 100℃에서 실시한 것을 제외하고는 상기 실시예 3과 동일하게 실시하여 인산기가 표면에 결합된 Pt/TiO2 광촉매를 제조하였다.A Pt / TiO 2 photocatalyst having a phosphate group bonded to the surface thereof was prepared in the same manner as in Example 3 except that the heat treatment was performed at 100 ° C.

(비교예 1)(Comparative Example 1)

TiO2를 광촉매로 사용하였다.TiO 2 was used as the photocatalyst.

(비교예 2)(Comparative Example 2)

TiO2 분말 0.1g을 인산 수용액(Sigma-Aldrich, 30mM, 100mL)에 분산시키고, 이 분산액을 5시간 동안 교반하였다. 교반 생성물을 여과하여, 여과물을 얻고 이 여과물을 100℃ 오븐에서 1.5시간 동안 건조한 후, 300℃에서 1시간 동안 열처리하였다. 0.1 g of TiO 2 powder was dispersed in an aqueous solution of phosphoric acid (Sigma-Aldrich, 30 mM, 100 mL), and the dispersion was stirred for 5 hours. The stirred product was filtered to give a filtrate, which was dried for 1.5 hours in a 100 ° C. oven and then heat treated at 300 ° C. for 1 hour.

열처리 생성물을 증류수로 완전하게 세척하여 약하게 결합된 인산 음이온을 제거하여, 인산기가 표면에 결합된 TiO2 광촉매를 제조하였다.The heat treatment product was thoroughly washed with distilled water to remove weakly bound phosphate anions, thereby preparing a TiO 2 photocatalyst having a phosphate group bound to the surface.

(비교예 3)(Comparative Example 3)

상기 실시예 1에서 제조된 Pt/TiO2 분말을 광촉매로 사용하였다.Pt / TiO 2 powder prepared in Example 1 was used as a photocatalyst.

(비교예 4)(Comparative Example 4)

인산 대신에 플루오르화 나트륨을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하여, 불소기가 표면에 결합된 Pt/TiO2 광촉매를 제조하였다.A Pt / TiO 2 photocatalyst having a fluorine group bonded to the surface thereof was prepared in the same manner as in Example 1 except that sodium fluoride was used instead of phosphoric acid.

(비교예 5)(Comparative Example 5)

농도가 5mM인 인산 수용액을 사용한 것을 제외하고는 상기 비교예 2와 동일하게 실시하여 인산기가 표면에 결합된 TiO2 광촉매를 제조하였다.A TiO 2 photocatalyst having a phosphoric acid group bonded to the surface thereof was prepared in the same manner as in Comparative Example 2 except that a phosphoric acid aqueous solution having a concentration of 5 mM was used.

(비교예 6)(Comparative Example 6)

농도가 100mM인 인산 수용액을 사용한 것을 제외하고는 상기 비교예 2와 동일하게 실시하여 인산기가 표면에 결합된 TiO2 광촉매를 제조하였다.A TiO 2 photocatalyst having a phosphoric acid group bonded to the surface thereof was prepared in the same manner as in Comparative Example 2 except that a phosphoric acid aqueous solution having a concentration of 100 mM was used.

* 물성 측정* Physical property measurement

1) 표면 원자 조성 측정1) Measurement of surface atomic composition

상기 실시예 2 및 비교예 1, 3, 5의 광촉매의 표면 원자 조성을, 광원(excitation source)을 Mg Kα선을 사용하여 X-선 광전자 스펙트로스코피(XPS, Kratos, XSAM 800pci)로 측정하였다. 그 결과를 도 3의 (a), (d), (b) 및 (c)에 각각 나타내었다. 도 3에 나타낸 것과 같이, 실시예 2의 광촉매는 133.5eV 결합에너지의 P 2p 스펙트럼이 얻어졌으며, 이는 TiO2 표면에 결합된 인산기에 해당하는 것이고, 또한 Pt 4f의 에너지 밴드는 TiO2 표면에 담지된 Pt0에 해당하는 것이다. 이 결과로부터, 실시예 2의 광촉매는 Pt가 담지되어 있고, 인산기가 결합되어 있음을 알 수 있다.
Surface atomic compositions of the photocatalysts of Example 2 and Comparative Examples 1, 3, and 5 were measured by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS, Kratos, XSAM 800 pci) using Mg Kα light as an excitation source. The results are shown in Figs. 3 (a), (d), (b) and (c), respectively. As shown in FIG. 3, the photocatalyst of Example 2 obtained a P 2p spectrum of 133.5 eV binding energy, which corresponds to a phosphate group bonded to the TiO 2 surface, and the energy band of Pt 4f was supported on the TiO 2 surface. Corresponds to Pt 0 . From this result, it can be seen that the photocatalyst of Example 2 is supported by Pt and that a phosphate group is bonded.

2) 에너지-여과 투과형 전자현미경(energy-filtered transmission electron microscope: EFTEM) 및 고해상도 투과형 전자현미경(high-resolution transmission electron microscope: HRTEM) 측정2) Energy-filtered transmission electron microscope (EFTEM) and high-resolution transmission electron microscope (HRTEM) measurements

상기 실시예 1에 따라 제조된 광촉매의 원소 분석을 오메가 에너지 필터(Cs로 보정된 JEM-2200FS 현미경)가 장착된 에너지-여과된 투과형 전자 현미경(energy-filtered transmission electron microscope: EFTEM)으로 측정하였다. 그 측정 결과 중, 제로-로스 여과 이미지(zero-loss filtering image) 결과를 도 4의 (a)에 나타내었고, Ti, O 및 P의 원소 맵핑(elemental mapping)을 도 4의 (b), (c) 및 (d)에 각각 나타내었다. 또한, 고해상도 투과형 전자현미경 사진을 도 4의 (e)에 나타내었다. 도 4에 나타낸 것과 같이, P 원소는 TiO2 표면에 잘 확산되어 있으며(도 4의 (d)), Pt 원소는 약 2-4nm 크기의 클러스터로서 존재함을 알 수 있다(도 4의 (e)).
Elemental analysis of the photocatalyst prepared according to Example 1 was measured with an energy-filtered transmission electron microscope (EFTEM) equipped with an omega energy filter (JEM-2200FS microscope calibrated with Cs). Among the measurement results, a zero-loss filtering image result is shown in FIG. 4A, and elemental mapping of Ti, O, and P is shown in FIGS. 4B and 4B. c) and (d), respectively. In addition, a high-resolution transmission electron microscope photograph is shown in Fig. 4E. As shown in FIG. 4, the P element is well dispersed on the TiO 2 surface (FIG. 4D), and the Pt element is present as a cluster having a size of about 2-4 nm (FIG. 4E). )).

3) 표면 전하 측정3) Surface charge measurement

상기 실시예 1 및 비교예 1 내지 3의 광촉매의 표면 전하를 알아보기 위하여, 상기 광촉매 0.0003g을 물에 첨가하여 수성 현탁액을 제조하고, 이 수성 현탁액의 제타 전위를 전기영동 광산란 광도계(electrophoretic light scattering spectrophotometer, ELS 8000, Otsuka)를 사용하여, pH를 변화시키면서 측정하였다. 그 결과를 도 5에 나타내었다. 도 5에 나타낸 것과 같이, 비교예 1의 광촉매의 제로 제타 전위 점(PZZP)은 약 pH 6.5에서 얻어졌으며, 이는 문헌상 값과 일치하는 결과이다. 아울러, Pt가 담지된 비교예 3의 광촉매의 경우, 비교예 1의 광촉매 제로 제타 전위점과 거의 유사한 pH 값에서 얻어졌음을 알 수 있다. 이에 반하여, 실시예 1 및 비교예 2의 광촉매의 PZZP는 pH 약 5.0으로 현저하게 저하된 값에서 얻어졌음을 알 수 있다.
In order to determine the surface charges of the photocatalysts of Example 1 and Comparative Examples 1 to 3, 0.0003 g of the photocatalyst was added to water to prepare an aqueous suspension, and the zeta potential of the aqueous suspension was electrophoretic light scattering photoelectron. Spectrophotometer, ELS 8000, Otsuka) was used to measure the pH change. The results are shown in Fig. As shown in FIG. 5, the zero zeta potential point (PZZP) of the photocatalyst of Comparative Example 1 was obtained at about pH 6.5, which is consistent with the literature values. In addition, it can be seen that the photocatalyst of Comparative Example 3 on which Pt was loaded was obtained at a pH value substantially similar to the zeta potential point as the photocatalyst of Comparative Example 1. On the contrary, it can be seen that the PZZPs of the photocatalysts of Example 1 and Comparative Example 2 were obtained at a value significantly lowered to pH about 5.0.

4) P/Ti 원자 비율 측정4) P / Ti atomic ratio measurement

상기 실시예 1 내지 5, 및 비교예 1 내지 3의 광촉매에 포함된 P와 Ti의 원자%를 XPS로 측정하여, 그 결과로부터 P/Ti 원자비율을 계산하여, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.The atomic% of P and Ti contained in the photocatalysts of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 3 was measured by XPS, and the P / Ti atomic ratio was calculated from the results, and the results are shown in Table 1 below. It was.

H3PO4 농도(mM)H 3 PO 4 concentration (mM) 열처리 온도(℃)Heat treatment temperature (캜) P(원자%)P (atomic%) Ti(원자%)Ti (atomic%) P/Ti 원자비율P / Ti atomic ratio 비교예 1Comparative Example 1 00 -- -- 26.226.2 -- 비교예 2Comparative Example 2 3030 300300 3.43.4 23.223.2 0.150.15 비교예 3Comparative Example 3 00 -- -- 25.725.7 -- 실시예 2Example 2 55 300300 1.91.9 24.224.2 0.080.08 실시예 1Example 1 3030 300300 3.43.4 23.023.0 0.150.15 실시예 3 Example 3 100100 300300 4.04.0 22.022.0 0.180.18 실시예 4Example 4 3030 100100 1.51.5 24.824.8 0.060.06 실시예 5Example 5 100100 100100 2.42.4 24.324.3 0.100.10

상기 표 1에 나타낸 것과 같이, 광촉매의 표면에 존재하는 P/Ti 원자비율은 사용하는 인산의 농도가 증가하거나, 열처리 온도가 증가할수록 증가함을 알 수 있다. 이는, 열처리 공정이 인산 음이온과 TiO2 표면에 존재하는 하이드록실기 사이의 화학 결합(하기 반응식 1, >는 TiO2 표면을 의미함)을 강하게 만들기 때문이다. As shown in Table 1, it can be seen that the P / Ti atomic ratio present on the surface of the photocatalyst increases as the concentration of phosphoric acid used or the heat treatment temperature increases. This is because the heat treatment process strengthens the chemical bond between the phosphate anion and the hydroxyl group present on the TiO 2 surface (Scheme 1,> means the TiO 2 surface).

[반응식 1][Reaction Scheme 1]

> Ti-OH + HOPO3 2- → Ti-O-PO3 2- + H2O
> Ti-OH + HOPO 3 2- → Ti-O-PO 3 2- + H 2 O

* 촉매 활성 측정* Catalytic activity measurement

1) 페놀성 화합물 분해도 측정1) Degradation of Phenolic Compounds

석영 윈도우가 있는 원통형 파이렉스 반응기(30mL)에서, 상기 실시예 1 내지 3과, 비교예 1 내지 3, 5와 6의 광촉매를 약 0.5g/L의 농도로 증류수에 분산시켜 현탁액을 제조하였다.In a cylindrical Pyrex reactor (30 mL) with a quartz window, the photocatalysts of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3, 5 and 6 were dispersed in distilled water at a concentration of about 0.5 g / L to prepare a suspension.

상기 현탁액에 4-클로로페놀(4-CP) 300M 및 비스페놀 에이(BPA) 200M을 하기 표 2에 나타낸 조건으로 첨가하고, HClO4(5M)를 사용하여 pH를 3.0으로 조정하였다. 이어서, pH가 조정된 혼합액을 30분간 교반하여, 광촉매에 4-클로로페놀 및 비스페놀 에이의 흡착 평형이 이루어지게 하였다. To the suspension was added 4-chlorophenol (4-CP) 300M and bisphenol A (BPA) 200M under the conditions shown in Table 2 below, and the pH was adjusted to 3.0 using HClO 4 (5M). Subsequently, the pH-adjusted mixture was stirred for 30 minutes, so that the adsorption equilibrium of 4-chlorophenol and bisphenol A was achieved in the photocatalyst.

이어서, 평형화된 혼합액에, 300-W Xe 아크 램프(Oriel)을 광원으로 사용하여, 빛 빔을 10-cm IR 물 필터와 컷오프 필터(λ > 320nm)를 통과시켜, 상기 평형화된 혼합액이 함유된 원통형 파이렉스 반응기에 포커싱시켰다. 즉, 결과적으로, λ > 320nm인 자외선을 조사하였다. The equilibrated mixture was then passed through a 10-cm IR water filter and a cutoff filter (λ> 320 nm) using a 300-W Xe arc lamp (Oriel) as the light source, containing the equilibrated mixture Focused in a cylindrical Pyrex reactor. That is, as a result, ultraviolet rays with lambda> 320 nm were irradiated.

조사된 자외선의 입사 광선 강도(320nm < λ < 500nm)를, 페리옥살레이트 악티노미트리(ferrioxalate actinometery)를 사용하여 측정한 결과, 약 2.8 X 10-3 einstein min-1L-1이었다.The incident light intensity (320 nm <lambda <500 nm) of the irradiated ultraviolet rays was measured using a ferrioxalate actinometery, and found to be about 2.8 X 10 -3 einstein min -1 L -1 .

상기 반응기를 오픈하여 용해된 O2(dioxygen)가 결핍되는 것을 방지하고, 조사 공정 중에 마그네틱 교반을 실시하였다. 조사 공정 동안 시료 분획을 반응기로부터 꺼내어 0.45-㎛ 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 필터(Miillipore)로 여과시켜 광촉매 입자를 제거하였다.The reactor was opened to prevent the lack of dissolved O 2 (dioxygen), and magnetic stirring was performed during the irradiation process. Sample fractions were removed from the reactor during the irradiation process and filtered through a 0.45-μm polytetrafluoroethylene (PTFE) filter (Miillipore) to remove photocatalyst particles.

또한, t-부틸 알코올(OH 라디칼 스캐벤저) 사용에 따른 효과를 알아보기 위하여, 상기 현탁액에 t-부틸 알코올을 하기 표 2에 나타낸 조건으로 첨가한 실험도 실시하였다. In addition, to examine the effects of using t-butyl alcohol (OH radical scavenger), an experiment was also performed in which t-butyl alcohol was added to the suspension under the conditions shown in Table 2 below.

모든 실험에서 4-클로로페놀의 분해로 인한 클로라이드가 형성되었음이 확인되었다. In all experiments it was found that chloride was formed due to the decomposition of 4-chlorophenol.

측정한 분해도, 즉 광촉매 분해 활성도를 상대 속도(krel=k(촉매)/k(비교예 1 촉매)로 계산하여 하기 표 2에 나타내었다. The decomposition degree measured, that is, photocatalytic decomposition activity was calculated by the relative speed ( krel = k (catalyst) / k (Comparative Example 1 catalyst)) and is shown in Table 2 below.

촉매catalyst 인산 농도(mM)Phosphoric Acid Concentration (mM) t-부틸알코올 첨가량(mM)t-butyl alcohol addition amount (mM) krel(4-CP) krel (4-CP) krel(BPA) krel (BPA) 비교예 1Comparative Example 1 00 00 1.01.0 1.01.0 비교예 5Comparative Example 5 55 00 1.21.2 -- 비교예 2Comparative Example 2 3030 00 1.31.3 2.02.0 비교예 6Comparative Example 6 100100 00 0.90.9 -- 비교예 3Comparative Example 3 00 00 1.11.1 1.51.5 비교예 3Comparative Example 3 00 1010 0.70.7 1.01.0 실시예 2Example 2 55 00 2.72.7 -- 실시예 1Example 1 3030 00 3.23.2 4.94.9 실시예 1Example 1 3030 1010 0.60.6 1.01.0 실시예 3Example 3 100100 00 2.92.9 --

상기 표 2에 나타낸 것과 같이, 실시예 1, 2 및 3의 광촉매가 비교예 1, 2, 3, 5 및 6의 광촉매보다 매우 우수한 활성을 나타냄을 알 수 있다.As shown in Table 2 above, It can be seen that the photocatalysts of Examples 1, 2, and 3 show much better activity than those of Comparative Examples 1, 2, 3, 5, and 6.

이를 보다 자세히 알아보면, 상기 표 2에, 비교예 2의 광촉매의 4-CP 및 BPA의 분해에 대한 상대 속도(krel) 값은 각각 1.3과 2.0이었으며, 비교예 3의 경우는 각각 1.1과 1.5였으며, 실시예1의 경우는 각각 3.2와 4.9로 나타났음을 알 수 있다.In more detail, in Table 2, the relative rate ( krel ) values for decomposition of 4-CP and BPA of the photocatalyst of Comparative Example 2 were 1.3 and 2.0, respectively, and in Comparative Example 3 were 1.1 and 1.5, respectively. In the case of Example 1, it can be seen that 3.2 and 4.9, respectively.

이러한 결과로부터 백금과 인산으로 표면 개질된 광촉매가, 백금으로만 표면 개질된 광촉매와, 인산으로만 표면 개질된 광촉매보다 광촉매 효율이 향상됨을 알 수 있고, 또한 그 향상되는 정도가, 백금으로만 표면 개질된 광촉매와 인산으로만 표면 개질된 광촉매의 효과를 합한 것보다 우수한, 즉 시너지 효과가 있음을 알 수 있다.From these results, it can be seen that the photocatalyst surface-modified with platinum and phosphoric acid improves the photocatalyst efficiency more than the photocatalyst surface-modified only with platinum and the photocatalytic surface-modified only with phosphoric acid. It can be seen that there is a synergy effect that is superior to the sum of the effects of the modified photocatalyst and the surface modified photocatalyst only with phosphoric acid.

아울러, 하이드록실 라디칼 스캐밴저인 t-부틸 알코올의 첨가에 따른 효과는 비교예 3과 실시예 1의 광촉매에서 다르게 영향을 미침을 알 수 있다. 즉, 상기 표 2에 나타낸 것과 같이, 실시예 1의 광촉매에 t-부틸 알코올을 첨가한 경우 4-CP 및 BPA의 광촉매 분해능이 현저하게 저하되었으나(4-CP: krel이 3.2에서 0.6으로 저하, BPA: krel이 4.9에서 1.0으로 저하, 약 80% 감소), 비교예 3의 경우, 상대적으로 적게 감소되었다(4-CP: krel이 1.1에서 0.7로 저하, BPA: krel이 1.5에서 1.0으로 저하, 약 35% 감소). 이러한 결과는 OH 라디칼의 역할이 비교예 3의 광촉매보다, 실시예 1의 광촉매에서, 페놀성 화합물을 분해하는 데 중요한 역할을 하기 때문으로 생각된다.
In addition, it can be seen that the effect of the addition of the hydroxyl radical scavenger t-butyl alcohol has a different effect in the photocatalysts of Comparative Example 3 and Example 1. That is, as shown in Table 2, when the t-butyl alcohol was added to the photocatalyst of Example 1, the photocatalytic resolution of 4-CP and BPA was significantly decreased (4-CP: krel decreased from 3.2 to 0.6, BPA: krel decreased from 4.9 to 1.0, reduced by about 80%), and in Comparative Example 3, relatively small (4-CP: krel decreased from 1.1 to 0.7, BPA: krel decreased from 1.5 to 1.0, About 35% reduction). This result is considered to be because the role of the OH radical plays an important role in decomposing the phenolic compound in the photocatalyst of Example 1, rather than the photocatalyst of Comparative Example 3.

2) OH 라디칼 생성 측정2) OH radical generation measurement

석영 윈도우가 있는 원통형 파이렉스 반응기(30mL)에서, 상기 실시예 1과 비교예 1 내지 3의 광촉매를 약 0.5g/L의 농도로 증류수에 분산시켜 현탁액을 제조하였다. 이 현탁액에 큐마린 1mM을 첨가하고, HClO4(5M)를 사용하여 pH를 3.0으로 조정하였다. In a cylindrical Pyrex reactor (30 mL) with a quartz window, the photocatalysts of Example 1 and Comparative Examples 1 to 3 were dispersed in distilled water at a concentration of about 0.5 g / L to prepare a suspension. 1 mM of cumarin was added to this suspension, and the pH was adjusted to 3.0 using HClO 4 (5M).

이어서, 얻어진 혼합액에 300-W Xe 아크 램프(Oriel)을 광원으로 사용하여, 빛 빔을 10-cm IR 물 필터와 컷오프 필터(λ > 320nm)를 통과시켜, 상기 혼합액이 함유된 원통형 파이렉스 반응기에 포커싱시켰다. 즉, 결과적으로, λ > 320nm인 자외선을 조사하였다. Subsequently, using a 300-W Xe arc lamp (Oriel) as a light source, the light beam was passed through a 10-cm IR water filter and a cutoff filter (λ> 320 nm) to the resulting mixture, and into the cylindrical Pyrex reactor containing the mixture. Focused. That is, as a result, ultraviolet rays with lambda> 320 nm were irradiated.

조사된 자외선의 입사 광선 강도(320nm < λ < 500nm)를, 페리옥살레이트 악티노미트리(ferrioxalate actinometery)를 사용하여 측정한 결과, 약 2.8 X 10-3 einstein min-1L-1이었다.The incident light intensity (320 nm <lambda <500 nm) of the irradiated ultraviolet rays was measured using a ferrioxalate actinometery, and found to be about 2.8 X 10 -3 einstein min -1 L -1 .

상기 반응기를 오픈하여 용해된 O2(dioxygen)가 결핍되는 것을 방지하고, 조사 공정 중에 마그네틱 교반을 실시하였다. 조사 공정 동안 시료 분획을 반응기로부터 꺼내어 0.45-㎛ 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 필터(Miillipore)로 여과시켜 광촉매 입자를 제거하였다.The reactor was opened to prevent deficiency of dissolved O 2 (dioxygen) and magnetic stirring was performed during the irradiation process. Sample fractions were removed from the reactor during the irradiation process and filtered through a 0.45-μm polytetrafluoroethylene (PTFE) filter (Miillipore) to remove photocatalyst particles.

상기 자외선 조사에 따라, 큐마린은 7-하이드록시큐마린으로 변환되었으며, 이렇게 생성된 7-하이드록시큐마린의 형광 방출 강도를 스펙트로플루오로미터(Shimadzu RF-5301)를 사용하여 측정하였다. According to the ultraviolet irradiation, the cumin was converted to 7-hydroxycumarin, and the fluorescence emission intensity of the 7-hydroxycumarin thus produced was measured using a spectrofluorometer (Shimadzu RF-5301).

이 실험은 TiO2에 결합된 인산기와 Pt가 OH 라디칼 생성을 촉진함을 알아보기 위한 것이다. 즉, 광촉매는 광반응에 의하여 정공과 물(또는 OH-)이 반응함으로써 OH 라디칼을 생성하고, 이러한 OH 라디칼이 혼합된 큐마린과 반응하여 7-하이드록시큐마린을 형성하므로, 7-하이드록시큐마린이 많이 생성될수록 OH 라디칼을 많이 형성함을 알 수 있는 것이다.This experiment is to find out that phosphate group and Pt bonded to TiO 2 promote OH radical generation. That is, the photocatalyst generates OH radicals by reacting holes and water (or OH ) by a photoreaction, and reacts with cumin mixed with these OH radicals to form 7-hydroxycumarin, thus 7-hydroxy It is understood that the more the sycumarin is produced, the more OH radicals are formed.

그 결과를 도 6에 나타내었다. 도 6에 나타낸 것과 같이, 인산기가 결합된 비교예 2와 백금이 담지된 비교예 3의 광촉매는, 비교예 1 에 비하여 방출 강도가 다소 향상되었다. 또한, 인산기가 결합되고, 백금이 담지된 실시예 1은 비교예 2와 3에 비하여 현저하게 향상된, 즉 약 4배 이상의 방출 강도를 나타냄을 알 수 있다. 이 결과로부터, 인산기만 결합시키거나 백금만 담지하는 것보다, 인산기 결합과 백금 담지를 함께 실시하는 경우, OH 라디칼 형성 효과가 매우 증가함을 알 수 있다.
The results are shown in Fig. As shown in FIG. 6, the photocatalyst of Comparative Example 2 in which a phosphate group was bonded and Comparative Example 3, in which platinum was supported, had a somewhat improved emission intensity compared to Comparative Example 1. In addition, it can be seen that Example 1, in which a phosphate group is bonded and platinum is supported, is markedly improved, that is, exhibits about 4 times or more emission intensity compared to Comparative Examples 2 and 3. From this result, it can be seen that the OH radical formation effect is greatly increased when phosphate bonds and platinum support are carried out together, rather than only phosphate groups or platinum alone.

3) 광전류량 측정3) Measurement of photocurrent

상기 실시예 1 및 비교예 1 내지 3의 광촉매의 광전류량을 측정하여 그 결과를 도 7에 나타내었다. 광전류량 측정 실험은 다음과 같이 실시하였다. 광촉매를 약 0.5g/L의 농도로 증류수에 분산시켜 현탁액을 제조하고, 불활성 Pt 전극플레이트(1 X 1㎠)를 침지하여 작동 전극을 제조하였다. The photocurrent amounts of the photocatalysts of Example 1 and Comparative Examples 1 to 3 were measured, and the results are shown in FIG. 7. The photocurrent measurement experiment was performed as follows. A photocatalyst was dispersed in distilled water at a concentration of about 0.5 g / L to prepare a suspension, and a working electrode was prepared by immersing an inert Pt electrode plate (1 × 1 cm 2).

상기 작동 전극, 흑연 로드 대극 및 Hg/Hg2Cl2/KCl 참조전극을 사용하는 3전극 시스템을 갖는 광전기화학 전지를 제조하였다. 이때, 전해액으로 0.1M LiClO4를 물에 용해시켜 제조된 수용액에 FeCl3?6H2O 0.5mM을 전자셔틀(electron shuttle, Fe3+/Fe2+, 전자를 반도체 복합체로부터 Pt 전극플레이트로 이동시키는 역할을 함)로 첨가하고, 4-클로로페놀 200μM을 전자 주게 물질로 첨가한, pH 2.0인 것을 사용하였다. A photoelectrochemical cell having a three-electrode system using the working electrode, graphite rod counter electrode and Hg / Hg 2 Cl 2 / KCl reference electrode was prepared. At this time, in an aqueous solution prepared by dissolving 0.1M LiClO 4 in water as an electrolyte, 0.5 mM of FeCl 3 -6H 2 O was transferred to an electron shuttle (Fe 3+ / Fe 2+) and electrons from the semiconductor composite to the Pt electrode plate. And a pH of 2.0, in which 200 µM of 4-chlorophenol was added as an electron donor material.

컴퓨터에 연결된, 일정전위 전해 장치(potentiostat, EG&G 263 A2)를 사용하여, 상기 광전기화학 전지에, Fe3+/Fe2+ 커플(+0.53VSCE)의 환원 전위보다, 양 전위인 전위(+0.7VSCE)를 인가하고, 현탁액에 질소 가스를 연속적으로 퍼징하면서, λ > 320nm의 자외선을 조사하면서 광전류를 측정하였다. 그 결과를 도 7에 나타내었다. Connected to the computer, constant potential electrolysis device (potentiostat, EG & G 263 A2) and, in the photoelectric chemical cells, Fe 3+ / Fe 2+ couple (+ 0.53V SCE) than the reduction potential, a positive potential of the potential of the use of (+ 0.7 V SCE ) was applied, and the photocurrent was measured while irradiating λ> 320 nm ultraviolet rays while continuously purging nitrogen gas into the suspension. The results are shown in Fig.

도 7에 나타낸 것과 같이, 비교예 1의 광촉매에 비하여 실시예 1 및 비교예 3의 광촉매는 향상된 광전류량을 나타냄을 알 수 있고, 특히 실시예 1이 가장 향상된 광전류량을 나타냄을 알 수 있다. 이에 반하여, 비교예 2의 광촉매는 비교예 1의 광촉매보다도 저하된 광전류량을 나타냄을 알 수 있다. 이 결과로부터 인산기는 Pt와 같이 전자 전달 속도를 향상시키지 못하지만 인산기와 Pt가 함께 있을 때에는 Pt보다 전자 전달 속도가 향상되고, 이러한 결과는 표 2에 나타낸 결과와 유사하다.
As shown in FIG. 7, it can be seen that the photocatalysts of Example 1 and Comparative Example 3 exhibited an improved photocurrent amount compared to the photocatalyst of Comparative Example 1, and in particular, Example 1 exhibited the most improved photocurrent amount. On the contrary, it can be seen that the photocatalyst of Comparative Example 2 exhibited a lower amount of photocurrent than that of Comparative Example 1. From this result, the phosphate group does not improve the electron transfer rate like Pt, but when the phosphate group and Pt are together, the electron transfer rate is improved than that of Pt, and these results are similar to the results shown in Table 2.

4) 다양한 pH에서 광촉매 분해 효율 측정4) Determination of photocatalytic degradation efficiency at various pH

석영 윈도우가 있는 원통형 파이렉스 반응기(30mL)에서, 상기 실시예 1 및 비교예 1 내지 3의 광촉매를 약 0.5g/L의 농도로 증류수에 분산시켜 현탁액을 제조하였다. 이 현탁액에 2,4-디클로로페녹시 아세트산(2,4-D, Sigma) 500M 을 첨가하였다. 얻어진 용액의 pH를 3.0, 6.5 및 11.0으로 HClO4(5M) 또는 NaOH(5M)를 사용하여 각각 조정하였다. 이어서, pH가 조정된 혼합액을 30분간 교반하여, 광촉매에 2,4-디클로로페녹시 아세트산의 흡착 평형이 이루어지게 하였다.In a cylindrical Pyrex reactor (30 mL) with a quartz window, the photocatalysts of Example 1 and Comparative Examples 1-3 were dispersed in distilled water at a concentration of about 0.5 g / L to prepare a suspension. 500 M of 2,4-dichlorophenoxy acetic acid (2,4-D, Sigma) was added to this suspension. The pH of the resulting solution was adjusted to 3.0, 6.5 and 11.0 using HClO 4 (5M) or NaOH (5M), respectively. Subsequently, the pH-adjusted mixed solution was stirred for 30 minutes, so that the adsorption equilibrium of 2,4-dichlorophenoxy acetic acid was achieved in the photocatalyst.

이어서, 평형화된 혼합액에 300-W Xe 아크 램프(Oriel)을 광원으로 사용하여, 빛 빔을 10-cm IR 물 필터와 컷오프 필터(λ > 320nm)를 통과시켜, 상기 평형화된 혼합액이 함유된 원통형 파이렉스 반응기에 포커싱시켰다. 즉, 결과적으로, λ> 320nm인 자외선을 조사하였다. Subsequently, using a 300-W Xe arc lamp (Oriel) as the light source in the equilibrated mixture, a light beam was passed through a 10-cm IR water filter and a cutoff filter (λ> 320 nm) to form a cylindrical container containing the equilibrated mixture. Focused in a Pyrex reactor. That is, as a result, ultraviolet rays having a lambda> 320 nm were irradiated.

조사된 자외선의 입사 광선 강도(320nm < λ< 500nm)를, 페리옥살레이트 악티노미트리(ferrioxalate actinometery)를 사용하여 측정한 결과, 약 2.8 X 10-3 einstein min-1L-1이었다.The incident light intensity (320 nm <lambda <500 nm) of the irradiated ultraviolet rays was measured using a ferrioxalate actinometery, and found to be about 2.8 X 10 -3 einstein min -1 L -1 .

상기 반응기를 오픈하여 용해된 O2(dioxygen)가 결핍되는 것을 방지하고, 조사 공정 중에 마그네틱 교반을 실시하였다. 조사 공정 동안 시료 분획을 반응기로부터 꺼내어 0.45-㎛ 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 필터(Miillipore)로 여과시켜 광촉매 입자를 제거하였다.The reactor was opened to prevent the lack of dissolved O 2 (dioxygen), and magnetic stirring was performed during the irradiation process. Sample fractions were removed from the reactor during the irradiation process and filtered through a 0.45-μm polytetrafluoroethylene (PTFE) filter (Miillipore) to remove photocatalyst particles.

상기 실험에 따른 2,4-디클로페녹시 아세트산(2,4-D)의 분해도를 측정하여, 그 결과를 도 8의 (a), (b) 및 (c)에 각각 나타내었다. 또한, 분해 반응에서 발생되는 중간 생성물인 2,4-디클로로페놀(2,4-DCP) 생성량을 pH 3.0, 6.5 및 11.0에서 측정하여 그 결과를 도 9의 (d), (e) 및 (f)에 각각 나타내었다. The decomposition degree of 2,4-diclophenoxy acetic acid (2,4-D) according to the experiment was measured, and the results are shown in FIGS. 8A, 8B, and 8C, respectively. In addition, the amount of 2,4-dichlorophenol (2,4-DCP), which is an intermediate product generated in the decomposition reaction, was measured at pH 3.0, 6.5, and 11.0, and the results are shown in FIGS. 9 (d), (e), and (f). ), Respectively.

아울러, 반응 생성물인 클로라이드의 생성량을 pH 3.0, 6.5 및 11.0에서 측정하여 그 결과를 도 10의 (g), (h) 및 (i)에 각각 나타내었다.In addition, the amount of chloride produced as a reaction product was measured at pH 3.0, 6.5, and 11.0, and the results are shown in FIGS. 10 (g), (h), and (i), respectively.

도 8의 (a), (b) 및 (c)를 보면, 실시예 1의 광촉매가 pH 6.5 및 11에서 2,4-디클로로페녹시 아세트산을 분해하는 효율이 가장 우수함을 알 수 있다. Referring to (a), (b) and (c) of FIG. 8, it can be seen that the photocatalyst of Example 1 has the best efficiency of decomposing 2,4-dichlorophenoxy acetic acid at pH 6.5 and 11.

또한, 도 9의 (d), (e) 및 (f)에 나타낸 것과 같이, 실시예 1의 광촉매는 중간 생성물이며, 독성 물질인 2,4-디클로로페놀을 비교예 1 내지 3의 광촉매보다 작게 형성시킴을 알 수 있다. 아울러, 도 10의 (g), (h) 및 (i)에 나타낸 것과 같이, 실시예 1의 광촉매는 분해생성물인 클로라이드를 비교예 1 내지 3의 광촉매보다 많이 형성시킴을 알 수 있다. 이는 비교예 1과 3의 광촉매는 도 2에 나타낸 것과 같이, 2,4-디클로로페녹시 아세트산의 카르복실기를 주로 분해시키기 때문에, 클로라이드 생성율이 다소 낮은 반면, 실시예 1의 광촉매는 2,4-디클로로페녹시 아세트산의 벤젠링을 주로 분해하기에 클로라이드의 생성율이 높은 것으로 보인다. 또한, 비교예 2의 광촉매도 2,4-디클로로페녹시 아세트산의 벤젠링을 주로 분해하지만 여기된 전자의 전달이 빠르지 않기 때문에 클로라이드 생성율이 낮은 것으로 보인다.
In addition, as shown in (d), (e) and (f) of FIG. 9, the photocatalyst of Example 1 is an intermediate product, and the toxic substance 2,4-dichlorophenol is made smaller than the photocatalysts of Comparative Examples 1 to 3. It can be seen that. In addition, as shown in (g), (h) and (i) of Figure 10, it can be seen that the photocatalyst of Example 1 forms more chloride than the photocatalysts of Comparative Examples 1 to 3 decomposition products. This is because the photocatalysts of Comparative Examples 1 and 3 mainly degrade the carboxyl groups of 2,4-dichlorophenoxy acetic acid, as shown in FIG. The production rate of chloride appears to be high because it mainly decomposes the benzene ring of phenoxy acetic acid. The photocatalyst of Comparative Example 2 also decomposes the benzene ring of 2,4-dichlorophenoxy acetic acid mainly but appears to have a low chloride production rate because the transfer of excited electrons is not fast.

5) pH 안정성5) pH stability

상기 실시예 1 및 비교예 4의 광촉매 0.15g을 pH가 3.0, 4.5, 6.5, 9.0 및 11로 조정된 물 300ml에 첨가하고, 3시간 동안 교반하여 인산기 및 불소기가 탈착되도록 하였다. 이어서, 여과 및 건조를 실시하였다. 건조 생성물의 P와 Ti의 원자% 및, F와 Ti 원자%를 XPS로 측정하여, 그 결과로부터 P/Ti와 F/Ti 원자비율을 얻었다. 또한, 인산기 및 불소기를 탈착시키기 전의 표면개질 이산화티타늄의 P와 Ti의 원자%, 및 F와 Ti 원자%를 XPS로 측정하여, 그 결과로부터 (P/Ti)0(또는 (F/Ti)0)를 얻었다. 0.15 g of the photocatalysts of Example 1 and Comparative Example 4 were added to 300 ml of water adjusted to pH 3.0, 4.5, 6.5, 9.0 and 11, and stirred for 3 hours to desorb the phosphoric acid group and the fluorine group. Subsequently, filtration and drying were performed. The atomic% of P and Ti and the atomic% of F and Ti of the dried product were measured by XPS to obtain P / Ti and F / Ti atomic ratios. In addition, the atomic% of P and Ti and the atomic% of F and Ti of the surface-modified titanium dioxide before desorption of the phosphate group and the fluorine group were measured by XPS, and from the result, (P / Ti) 0 (or (F / Ti) 0 )

얻어진 결과들로부터 (P/Ti)/(P/Ti)0와, (F/Ti)/(F/Ti)0를 계산하여, 각각(P/Ti)r와 (F/Ti)r로 도 11에 나타내었다. 도 11에 나타낸 것과 같이, 실시예 1의 광촉매는 pH 11까지도 안정한 반면, 비교예 4의 광촉매는 pH가 증가할수록, 표면 불소의 양이 저하되기 시작하여 pH 11에서는 완전하게 표면 불소가 탈착되었다. 이 결과는 이산화티타늄 표면에 결합된 불소 음이온은 염기 조건에서 쉽게 떨어지는 반면, 인산기는 염기 조건에서도 잘 결합되어 있기 때문이다.
From the results obtained, (P / Ti) / (P / Ti) 0 and (F / Ti) / (F / Ti) 0 are calculated and plotted as (P / Ti) r and (F / Ti) r, respectively. 11 is shown. As shown in FIG. 11, the photocatalyst of Example 1 was stable up to pH 11, while the photocatalyst of Comparative Example 4 began to decrease in the amount of surface fluorine as the pH was increased, and surface fluorine was completely desorbed at pH 11. This result is because the fluorine anion bound to the titanium dioxide surface easily falls under the basic condition, while the phosphate group is well bound under the basic condition.

6) 광안정성 측정6) Light stability measurement

석영 윈도우가 있는 원통형 파이렉스 반응기(30mL)에서, 상기 실시예 1 및 비교예 3의 광촉매를 약0.5g/L의 농도로 증류수에 분산시켜 현탁액을 제조하였다. 이 현탁액에 4-클로로페놀(4-CP) 300M를 첨가하고, HClO4(5M)를 사용하여 pH를 3.0으로 조정하였다. 이어서 pH가 조정된 혼합액을 30분간 교반하여, 광촉매에 4-클로로페놀의 흡착 평형이 이루어지게 하였다.In a cylindrical Pyrex reactor (30 mL) with a quartz window, suspensions were prepared by dispersing the photocatalysts of Example 1 and Comparative Example 3 in distilled water at a concentration of about 0.5 g / L. 300M of 4-chlorophenol (4-CP) was added to this suspension, and the pH was adjusted to 3.0 using HClO 4 (5M). Subsequently, the pH-adjusted mixture was stirred for 30 minutes, so that the adsorption equilibrium of 4-chlorophenol on the photocatalyst was achieved.

이어서, 평형화된 혼합액에 300-W Xe 아크 램프(Oriel)을 광원으로 사용하여, 빛 빔을 10-cm IR 물 필터와 컷오프 필터(λ > 320nm)를 통과시켜, 상기 평형화된 혼합액이 함유된 원통형 파이렉스 반응기에 포커싱시켰다. 즉, 결과적으로, λ > 320nm인 자외선을 조사하였다. Subsequently, using a 300-W Xe arc lamp (Oriel) as the light source in the equilibrated mixture, a light beam was passed through a 10-cm IR water filter and a cutoff filter (λ> 320 nm) to form a cylindrical container containing the equilibrated mixture. Focused in a Pyrex reactor. That is, as a result, ultraviolet rays with lambda> 320 nm were irradiated.

조사된 자외선의 입사 광선 강도(320nm < λ < 500nm)를, 페리옥살레이트 악티노미트리(ferrioxalate actinometery)를 사용하여 측정한 결과, 약 2.8 X 10-3 einstein min-1L-1이었다.The incident light intensity (320 nm <lambda <500 nm) of the irradiated ultraviolet rays was measured using a ferrioxalate actinometery, and found to be about 2.8 X 10 -3 einstein min -1 L -1 .

상기 반응기를 오픈하여 용해된 O2(dioxygen)가 결핍되는 것을 방지하고, 조사 공정 중에 마그네틱 교반을 실시하였다. 조사 공정 동안 시료 분획을 반응기로부터 꺼내어 0.45-㎛ 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 필터(Miillipore)로 여과시켜 광촉매 입자를 제거하였다.The reactor was opened to prevent the lack of dissolved O 2 (dioxygen), and magnetic stirring was performed during the irradiation process. Sample fractions were removed from the reactor during the irradiation process and filtered through a 0.45-μm polytetrafluoroethylene (PTFE) filter (Miillipore) to remove photocatalyst particles.

상기 방법으로, 4-클로로페놀의 분해도를 측정하였다(1 사이클). In this way, the degree of decomposition of 4-chlorophenol was measured (1 cycle).

이 공정을 4 사이클 반복하여 실시하였으며, 각 사이클마다 4-클로로페놀(4-CP) 300M를 첨가하고, 이 현탁액을 30분간 교반하여, 광촉매에서 4-클로로페놀의 흡착 평형이 되도록 하였다. This process was repeated 4 cycles, 4-M chlorophenol (4-CP) 300M was added for each cycle, and this suspension was stirred for 30 minutes, and the adsorption equilibrium of 4-chlorophenol in a photocatalyst was carried out.

그 결과를 도 12에 나타내었다. 도 12에 나타낸 것과 같이, 실시예 1 및 비교예 3의 광촉매는 여러 번 사용하여도 활성도가 거의 유지됨을 알 수 있다. The results are shown in FIG. As shown in FIG. 12, it can be seen that the photocatalysts of Example 1 and Comparative Example 3 have almost maintained their activity even after several uses .

본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. The present invention is not limited to the above embodiments, but may be manufactured in various forms, and a person skilled in the art to which the present invention pertains has another specific form without changing the essential features of the present invention. It will be appreciated that the present invention may be practiced as. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive.

Claims (14)

귀금속이 담지된 이산화티타늄(TiO2); 및
상기 이산화티타늄 표면에 결합된 인산기(PO4 3-)
를 포함하는 표면 개질된 광촉매.
Precious metal loaded titanium dioxide (TiO 2 ); And
Phosphoric acid group (PO 4 3- ) bonded to the titanium dioxide surface
Surface modified photocatalyst comprising a.
제1항에 있어서,
상기 광촉매는 XPS 측정시 P 2p 스펙트럼과 귀금속에 기인한 스펙트럼을 갖는 것인 표면 개질된 광촉매.
The method of claim 1,
Wherein said photocatalyst has a P 2p spectrum and a spectrum due to a noble metal upon XPS measurement.
제1항에 있어서,
상기 광촉매에서, P/Ti 원자 비율은 0.01 내지 0.5인 표면 개질된 광촉매.
The method of claim 1,
In the photocatalyst, the surface modified photocatalyst having a P / Ti atomic ratio of 0.01 to 0.5.
제1항에 있어서,
상기 광촉매에서, P/Ti 원자 비율은 0.05 내지 0.2인 표면 개질된 광촉매.
The method of claim 1,
In the photocatalyst, the surface modified photocatalyst having a P / Ti atomic ratio of 0.05 to 0.2.
제1항에 있어서,
상기 귀금속의 담지량은 이산화티타늄 100 중량부에 대하여 0.1 내지 10 중량부인 표면 개질된 광촉매.
The method of claim 1,
The amount of the precious metal supported is 0.1 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of titanium dioxide surface-modified photocatalyst.
제1항에 있어서,
상기 귀금속의 담지량은 이산화티타늄 100 중량부에 대하여 0.5 내지 1.5 중량부인 표면 개질된 광촉매.
The method of claim 1,
The supported amount of the noble metal is 0.5 to 1.5 parts by weight based on 100 parts by weight of titanium dioxide surface modified photocatalyst.
제1항에 있어서,
상기 귀금속은 Pt, Pd, Ru, Au, Ag, Ni, Cu 또는 이들의 조합인 표면 개질된 광촉매.
The method of claim 1,
The precious metal is Pt, Pd, Ru, Au, Ag, Ni, Cu or a combination thereof surface modified photocatalyst.
제1항에 있어서,
상기 광촉매는 폐수 처리용 광촉매, 공기 청정기용 광촉매, 대기 정화용 광촉매, 용수 정화용 광촉매, 악취 제거용 광촉매 및 항균용 광촉매로 이루어진 군에서 선택되는 광촉매로 사용되는 것인 광촉매.
The method of claim 1,
The photocatalyst is used as a photocatalyst selected from the group consisting of a photocatalyst for wastewater treatment, a photocatalyst for an air purifier, a photocatalyst for purifying air, a photocatalyst for purifying water, a photocatalyst for removing odors, and a photocatalyst for antibacterial activity.
이산화티타늄 액과 귀금속 함유 전구체를 혼합하고;
상기 혼합물을 환원시켜 귀금속이 담지된 이산화티타늄을 제조하고;
상기 귀금속이 담지된 이산화티타늄을 인산 용액에 첨가하고;
얻어진 생성물을 열처리하는
공정을 포함하는 표면 개질된 광촉매의 제조 방법.
Mixing titanium dioxide liquid with a noble metal-containing precursor;
Reducing the mixture to prepare titanium dioxide carrying precious metals;
Adding titanium dioxide carrying the noble metal to the phosphoric acid solution;
Heat treatment of the obtained product
A method of making a surface modified photocatalyst comprising a process.
제9항에 있어서,
상기 환원은 광담지법으로 실시하는 것인 표면 개질된 광촉매의 제조 방법.
10. The method of claim 9,
The reduction is a method of producing a surface-modified photocatalyst that is carried out by a photo supporting method.
제9항에 있어서,
상기 귀금속 함유 전구체는 Pt, Pd, Ru, Au, Ag, Ni, Cu 또는 이들의 조합인 귀금속을 함유하는 화합물인 표면 개질된 광촉매의 제조 방법.
10. The method of claim 9,
And the noble metal-containing precursor is a compound containing a noble metal which is Pt, Pd, Ru, Au, Ag, Ni, Cu or a combination thereof.
제9항에 있어서,
상기 열처리 공정은 50 내지 1000℃에서 1분 내지 10 시간 동안 실시하는 것인 표면 개질된 광촉매의 제조 방법.
10. The method of claim 9,
The heat treatment process is a method of producing a surface-modified photocatalyst that is carried out at 50 to 1000 ℃ for 1 minute to 10 hours.
이산화티타늄 액과 귀금속 함유 전구체를 혼합하고;
상기 혼합물을 열처리하는
공정을 포함하는 표면 개질된 광촉매의 제조 방법.
Mixing titanium dioxide liquid with a noble metal-containing precursor;
Heat treatment of the mixture
A method of making a surface modified photocatalyst comprising a process.
제13항에 있어서,
상기 열처리 공정은 환원제로 수소를 주입하면서 200 내지 1000℃에서 10분 내지 10 시간 동안 실시하는 것인 표면 개질된 광촉매의 제조 방법.
The method of claim 13,
The heat treatment process is a method of producing a surface-modified photocatalyst that is carried out for 10 minutes to 10 hours at 200 to 1000 ℃ while injecting hydrogen into the reducing agent.
KR1020110053436A 2011-06-02 2011-06-02 Surface-modified photocatalyst and method of preparing same KR20120134506A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110053436A KR20120134506A (en) 2011-06-02 2011-06-02 Surface-modified photocatalyst and method of preparing same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110053436A KR20120134506A (en) 2011-06-02 2011-06-02 Surface-modified photocatalyst and method of preparing same

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20120134506A true KR20120134506A (en) 2012-12-12

Family

ID=47902689

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020110053436A KR20120134506A (en) 2011-06-02 2011-06-02 Surface-modified photocatalyst and method of preparing same

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20120134506A (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170009566A (en) 2015-07-17 2017-01-25 포항공과대학교 산학협력단 Photocatalyst composite and method for treating wastewater using the same
CN114029057A (en) * 2021-12-06 2022-02-11 华东理工大学 Preparation method of catalyst for catalytic purification of chlorine-containing volatile organic compounds
KR20220082324A (en) * 2020-12-10 2022-06-17 주식회사 에어크린 Photocatalyst composite particle having antibacterial property, and duct for using the same, and method of fabricating of the same
CN117299232A (en) * 2023-09-26 2023-12-29 华北电力大学 Method for synthesizing hydroxyaldehyde by catalyzing dihydric alcohol and preparing hydrogen by coupling

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170009566A (en) 2015-07-17 2017-01-25 포항공과대학교 산학협력단 Photocatalyst composite and method for treating wastewater using the same
KR20220082324A (en) * 2020-12-10 2022-06-17 주식회사 에어크린 Photocatalyst composite particle having antibacterial property, and duct for using the same, and method of fabricating of the same
CN114029057A (en) * 2021-12-06 2022-02-11 华东理工大学 Preparation method of catalyst for catalytic purification of chlorine-containing volatile organic compounds
CN117299232A (en) * 2023-09-26 2023-12-29 华北电力大学 Method for synthesizing hydroxyaldehyde by catalyzing dihydric alcohol and preparing hydrogen by coupling
CN117299232B (en) * 2023-09-26 2024-04-19 华北电力大学 Method for synthesizing hydroxyaldehyde by catalyzing dihydric alcohol and preparing hydrogen by coupling

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Lei et al. Enhanced photoreduction of U (VI) on WO3 nanosheets by oxygen defect engineering
Saravanan et al. Mechanothermal synthesis of Ag/TiO2 for photocatalytic methyl orange degradation and hydrogen production
Fattahimoghaddam et al. Efficient photodegradation of rhodamine B and tetracycline over robust and green g-C3N4 nanostructures: supramolecular design
Cui et al. Fabrication of Ag-Ag2O/reduced TiO2 nanophotocatalyst and its enhanced visible light driven photocatalytic performance for degradation of diclofenac solution
Guo et al. Synthesis and characterization of Ag3PO4/LaCoO3 nanocomposite with superior mineralization potential for bisphenol A degradation under visible light
Jaafar et al. Visible-light photoactivity of plasmonic silver supported on mesoporous TiO2 nanoparticles (Ag-MTN) for enhanced degradation of 2-chlorophenol: Limitation of Ag-Ti interaction
Puga et al. Enhanced UV and visible light photocatalytic properties of synthesized AgBr/SnO2 composites
Chen et al. Semiconductor-mediated photodegradation of pollutants under visible-light irradiation
Ahmad et al. Highly efficient visible light driven photocatalytic activity of graphene and CNTs based Mg doped ZnO photocatalysts: A comparative study
CN104039450B (en) Light-catalysed metal oxide nano-material, pass through H2the purposes that the manufacture method that-plasma carries out processing, the debirs in water purify
JP5537858B2 (en) Photocatalyst material and method for producing the same
Viet et al. Noble metal-doped graphitic carbon nitride photocatalyst for enhancement photocatalytic decomposition of antibiotic pollutant in wastewater under visible light
Khan et al. Synthesis of environmentally encouraged, highly robust pollutants reduction 3-D system consisting of Ag/g-C3N4 and Cu-complex to degrade refractory pollutants
Bakry et al. Facile synthesis of amorphous zirconium phosphate graphitic carbon nitride composite and its high performance for photocatalytic degradation of indigo carmine dye in water
Xie et al. Simultaneous remediation of methylene blue and Cr (VI) by mesoporous BiVO4 photocatalyst under visible-light illumination
Katsumata et al. Dual Z-scheme heterojunction g-C3N4/Ag3PO4/AgBr photocatalyst with enhanced visible-light photocatalytic activity
Yu et al. The exploration of Ti/SnO2-Sb anode/air diffusion cathode/UV dual photoelectric catalytic coupling system for the biological harmless treatment of real antibiotic industrial wastewater
Andronic et al. Photocatalytic activity of defective black-titanium oxide photocatalysts towards pesticide degradation under UV/VIS irradiation
de la Flor et al. Synthesis and characterization of bimetallic TiO2/CNT/Pd-Cu for efficient remediation of endocrine disruptors under solar light
Yang et al. Synthesis of Bi 2 WO 6/Na-bentonite composites for photocatalytic oxidation of arsenic (iii) under simulated sunlight
KR20120134506A (en) Surface-modified photocatalyst and method of preparing same
Wang et al. Engineering bandgap structure of BiOCl nanoplates with oxygen vacancies for accelerated photocatalytic degradation of Rhodamine B
Owalude et al. Photocatalytic degradation of orange II dye via high pore volume polymorph zirconium-doped titania under visible light irradiation
RU2627496C1 (en) Method for producing photocatalizer based on a mechanoactivated powder of zinc oxide
Baluk et al. MOF/TiO 2 erythrocyte-like heterostructures decorated by noble metals for use in hydrogen photogeneration and pollutant photodegradation

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application