KR20230140290A - Carbon nitride-titanium oxide composite for reducing nitrogen oxides and a method for producing the same - Google Patents

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KR20230140290A
KR20230140290A KR1020220039244A KR20220039244A KR20230140290A KR 20230140290 A KR20230140290 A KR 20230140290A KR 1020220039244 A KR1020220039244 A KR 1020220039244A KR 20220039244 A KR20220039244 A KR 20220039244A KR 20230140290 A KR20230140290 A KR 20230140290A
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이태규
김홍식
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Abstract

본 발명의 일 실시 예는 질소산화물 저감용 탄소질화물-티탄산화물 복합체 및 이의 제조방법을 제공한다. 상기 질소산화물 저감용 탄소질화물-티탄산화물 복합체는 층간 구조를 가지는 흑연질의 탄소질화물; 및 상기 탄소질화물의 표면을 덮도록 위치하는 티탄산화물을 포함하되, 상기 티탄산화물은 구형의 입자로서 아나테이즈(anatase)상과 루틸(rutile)상이 동시에 존재하는 2상 구조이다.One embodiment of the present invention provides a carbon nitride-titanium oxide composite for reducing nitrogen oxides and a method for manufacturing the same. The carbon nitride-titanium oxide composite for reducing nitrogen oxides includes a graphite carbon nitride having an interlayer structure; and titanium oxide positioned to cover the surface of the carbon nitride, wherein the titanium oxide is a spherical particle and has a two-phase structure in which an anatase phase and a rutile phase exist simultaneously.

Description

질소산화물 저감용 탄소질화물-티탄산화물 복합체 및 이의 제조방법{Carbon nitride-titanium oxide composite for reducing nitrogen oxides and a method for producing the same}Carbon nitride-titanium oxide composite for reducing nitrogen oxides and a method for producing the same {Carbon nitride-titanium oxide composite for reducing nitrogen oxides and a method for producing the same}

본 발명은 질소산화물 저감용 탄소질화물-티탄산화물 복합체 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 탄소질화물과 티탄산화물의 물리적인 혼합만으로 높은 가시광 흡수율을 가지고, 높은 질소산화물 제거율을 가지는 탄소질화물-티탄산화물 복합체를 제공한다.The present invention relates to a carbon nitride-titanium oxide composite for reducing nitrogen oxides and a method for manufacturing the same. More specifically, the present invention relates to a carbon nitride-titanium oxide composite having a high visible light absorption rate and a high nitrogen oxide removal rate only by physically mixing carbon nitride and titanium oxide. A titanium oxide complex is provided.

현재 인류가 에너지를 만들어내는 수단은 주로 석유 및 석탄 등의 화석연료를 기반으로 하는 화력발전이다. 일반적으로 화력발전소 및 내연기관 자동차 등에서 탄소기반 연료를 연소하게 되면 배기가스가 공기 중의 질소와 고온에서 반응하여 기체상의 질소산화물이 생성된다. 이러한 기체 상의 질소 산화물은 자외선에 의해 습기 및 기타 휘발성 유기화합물과 반응하여 산성비 및 광화학 스모그를 생성하고, 환경 및 인체에 치명적인 영향을 끼친다. 이 심각성을 인식하고 대기오염물질 배출에 대한 규제가 점차 강화되고 있다. 따라서 대기 중의 질소산화물의 저감에 대한 해결책이 필요하다.Currently, humanity's means of generating energy is thermal power generation, which is mainly based on fossil fuels such as oil and coal. In general, when carbon-based fuel is burned in thermal power plants and internal combustion engine vehicles, exhaust gas reacts with nitrogen in the air at high temperature to generate gaseous nitrogen oxides. These gaseous nitrogen oxides react with moisture and other volatile organic compounds due to ultraviolet rays, producing acid rain and photochemical smog, and have fatal effects on the environment and human body. Recognizing this seriousness, regulations on air pollutant emissions are gradually being strengthened. Therefore, a solution to reduce nitrogen oxides in the atmosphere is needed.

최근 대기오염이 심해짐에 따라 질소산화물을 제거하는 기술이 더욱 주목을 받고 있으며, 이를 위해 다양한 기술이 개발되고 있다. 현재까지는 (i) 흡착, 또는 흡수에 의한 제거 방법과 (ii) 파괴에 의한 제거 방법이 있다. 흡착, 또는 흡수를 통한 제거 방법은 흡착 또는 흡수된 물질에 대한 후처리가 필요하며 2차 오염물질을 생성한다. 파괴에 의한 제거 방법은 직접 분해, 선택적 촉매/비촉매 환원, 플라즈마 보조 촉매 환원과 같은 다양한 방식을 가지고 있다. 그러나 대부분 낮은 농도에서의 질소산화물 제거에 효과적이며, 복잡한 공정이 추가되거나 많은 에너지를 요구한다.Recently, as air pollution has worsened, technology to remove nitrogen oxides has been receiving more attention, and various technologies are being developed for this purpose. To date, there are two methods: (i) removal method by adsorption or absorption and (ii) removal method by destruction. Removal methods through adsorption or absorption require post-treatment of the adsorbed or absorbed material and generate secondary pollutants. Removal methods by destruction include various methods such as direct decomposition, selective catalytic/non-catalytic reduction, and plasma-assisted catalytic reduction. However, it is mostly effective in removing nitrogen oxides at low concentrations, and requires additional complicated processes or a lot of energy.

이에 따라, 최근 태양에너지를 사용할 수 있는 광촉매를 이용한 질소산화물 저감기술은 태양에너지를 통해 생성된 전자 및 정공과의 반응을 통해 기체상의 질소산화물을 질산염으로 산화시켜 공기 중의 질소산화물을 저감한다.Accordingly, the recent nitrogen oxide reduction technology using photocatalysts that can use solar energy reduces nitrogen oxides in the air by oxidizing gaseous nitrogen oxides to nitrate through a reaction with electrons and holes generated through solar energy.

상기 질소산화물 저감 방법은 공정 구성이 간단하고, 사용이 용이하며, 태양에너지를 통해 질소산화물을 제거하기 때문에 많은 에너지를 필요로 하지 않고, 공정 비용이 매우 저렴해 유망한 질소산화물 제거방법으로 고려되고 있다. 그 중에서도 이산화티타늄은 질소산화물 제거를 위한 광촉매 산화 활성 물질로 널리 사용된다. 하지만 상기 이산화티타늄은 넓은 밴드갭(3.20 eV)으로 인해 가시광을 흡수할 수 없어 실제 태양빛 하에서의 질소산화물 제거 성능이 제한되는 단점이 있다. The nitrogen oxide reduction method has a simple process structure, is easy to use, does not require a lot of energy because nitrogen oxides are removed through solar energy, and the process cost is very low, so it is considered a promising nitrogen oxide removal method. . Among them, titanium dioxide is widely used as a photocatalytic oxidation active material for nitrogen oxide removal. However, titanium dioxide has the disadvantage of being unable to absorb visible light due to its wide bandgap (3.20 eV), which limits its nitrogen oxide removal performance under actual sunlight.

따라서, 질소산화물을 저감하기 위한 공정 및 물질 개발을 위한 여전히 많은 도전 과제가 남아 있다.Therefore, many challenges still remain for the development of processes and materials for reducing nitrogen oxides.

대한민국 등록특허 제 10-1348547 호Republic of Korea Patent No. 10-1348547

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 질소산화물 저감용 탄소질화물-티탄산화물 복합체 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다. The technical problem to be achieved by the present invention is to provide a carbon nitride-titanium oxide composite for reducing nitrogen oxides and a method for manufacturing the same.

상기 질소산화물 저감용 탄소질화물-티탄산화물 복합체는 물리적인 혼합에 의한 간단한 공정으로 제조 할 수 있으며, 기존의 광촉매보다 높은 가시광 흡수율을 갖고, 광 생성된 전자-정공의 효율적인 분리가 가능한 광촉매를 제공하는 것을 목적으로 한다.The carbon nitride-titanium oxide complex for reducing nitrogen oxides can be manufactured in a simple process by physical mixing, has a higher visible light absorption rate than existing photocatalysts, and provides a photocatalyst capable of efficient separation of photogenerated electrons and holes. The purpose is to

이를 이용해 기존의 광촉매에 비해 많은 양의 질소산화물 제거가 가능한 탄소질화물-티탄산화물 복합체를 제공하는 것을 목적으로 한다.Using this, the purpose is to provide a carbon nitride-titanium oxide complex that can remove a large amount of nitrogen oxides compared to existing photocatalysts.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention is not limited to the technical problem mentioned above, and other technical problems not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the description below. There will be.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예는 질소산화물 저감용 탄소질화물-티탄산화물 복합체를 제공한다.In order to achieve the above technical problem, an embodiment of the present invention provides a carbon nitride-titanium oxide composite for reducing nitrogen oxides.

본 발명의 일 실시 예에 따른 상기 질소산화물 저감용 탄소질화물-티탄산화물 복합체는, 층간 구조를 가지는 흑연질의 탄소질화물; 및 상기 탄소질화물의 표면을 덮도록 위치하는 티탄산화물을 포함하되, 상기 티탄산화물은 구형의 입자로서 아나테이즈(anatase)상과 루틸(rutile)상이 동시에 존재하는 2상 구조일 수 있다.The carbon nitride-titanium oxide composite for reducing nitrogen oxides according to an embodiment of the present invention includes graphite carbon nitride having an interlayer structure; and titanium oxide positioned to cover the surface of the carbon nitride, wherein the titanium oxide is a spherical particle and may have a two-phase structure in which an anatase phase and a rutile phase exist simultaneously.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 티탄산화물과 탄소질화물의 중량 비율은 9:1 내지 1:9일 수 있다. Additionally, according to one embodiment of the present invention, the weight ratio of titanium oxide and carbon nitride may be 9:1 to 1:9.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 탄소질화물은 방향족 트리아진 고리를 포함하는 흑연질의 2차원 적층구조 화합물일 수 있다. Additionally, according to an embodiment of the present invention, the carbon nitride may be a graphite two-dimensional layered structure compound containing an aromatic triazine ring.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 탄소질화물의 층간 거리는 0.3nm 내지 0.35 nm일 수 있다. Additionally, according to an embodiment of the present invention, the interlayer distance of the carbon nitride may be 0.3 nm to 0.35 nm.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 티탄산화물은 20nm 내지 30 nm 직경의 구형의 입자일 수 있다. Additionally, according to one embodiment of the present invention, the titanium oxide may be spherical particles with a diameter of 20 nm to 30 nm.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 질소산화물 저감용 탄소질화물-티탄산화물 복합체는 200nm 내지 500nm 파장의 빛을 흡수할 수 있다. Additionally, according to one embodiment of the present invention, the carbon nitride-titanium oxide composite for reducing nitrogen oxides can absorb light with a wavelength of 200 nm to 500 nm.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 실시예는 질소산화물 저감용 탄소질화물-티탄산화물 복합체의 제조방법을 제공한다.In order to achieve the above technical problem, another embodiment of the present invention provides a method for manufacturing a carbon nitride-titanium oxide composite for reducing nitrogen oxides.

본 발명의 일 실시 예에 따른 상기 질소산화물 저감용 탄소질화물-티탄산화물 복합체의 제조방법은, 층간 구조를 갖는 흑연질의 탄소질화물 및 구형 입자의 티탄산화물을 준비하는 단계;및 상기 탄소질화물 및 티탄산화물을 물리적으로 혼합하여 탄소질화물-티탄산화물 복합체를 형성하는 단계를 포함할 수 있다. The method for producing the carbon nitride-titanium oxide composite for reducing nitrogen oxides according to an embodiment of the present invention includes preparing graphite carbon nitride and spherical particle titanium oxide having an interlayer structure; and the carbon nitride and titanium oxide It may include physically mixing to form a carbon nitride-titanium oxide complex.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 탄소질화물 및 티탄산화물의 중량 비율은 9:1 내지 1:9 일 수 있다.Additionally, according to one embodiment of the present invention, the weight ratio of the carbon nitride and titanium oxide may be 9:1 to 1:9.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 탄소질화물-티탄산화물 복합체를 형성하는 단계에서, 상기 탄소질화물-티탄산화물 복합체는 상기 탄소질화물과 상기 티탄산화물을 분말 혼합공정 또는 용액 혼합공정을 수행하여 제조할 수 있다. In addition, according to one embodiment of the present invention, in the step of forming the carbon nitride-titanium oxide complex, the carbon nitride-titanium oxide complex is prepared by performing a powder mixing process or a solution mixing process of the carbon nitride and the titanium oxide. It can be manufactured.

본 발명의 일 실시 예에 따른 질소산화물 저감용 탄소질화물-티탄산화물 복합체는 가시광선 영역에서 높은 광 효율을 나타내고, 광 여기된 전자-정공 쌍의 분리 효율을 높일 수 있으므로 질소산화물 저감 성능을 향상 시킬 수 있는 효과가 있다.The carbon nitride-titanium oxide composite for reducing nitrogen oxides according to an embodiment of the present invention exhibits high light efficiency in the visible light region and can increase the separation efficiency of photoexcited electron-hole pairs, thereby improving nitrogen oxide reduction performance. There is a possible effect.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 질소산화물 저감용 탄소질화물-티탄산화물 복합체는 입자를 물리적 혼합하여 간단히 제조할 수 있는 효과가 있다. In addition, the carbon nitride-titanium oxide composite for reducing nitrogen oxides according to an embodiment of the present invention has the effect of being simply manufactured by physically mixing particles.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The effects of the present invention are not limited to the effects described above, and should be understood to include all effects that can be inferred from the configuration of the invention described in the detailed description or claims of the present invention.

도1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 탄소질화물-티탄산화물 복합체의 주사전자현미경(Scanning electron microscope) 이미지이다.
도2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 탄소질화물-티탄산화물 복합체(CN10, CN20, CN30), 이산화티탄(TiO2) 및 탄소질화물(CN)의 (a) X-선 회절분석 패턴 및 (b) 푸리에 변환 적외선 분광 분석 스펙트럼이다.
도3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 탄소질화물-티탄산화물 복합체(CN10, CN20, CN30), 이산화티타늄(TiO2) 및 탄소질화물(CN)의 DRS-UV/Vis 스펙트라 그래프이다.
도4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 탄소질화물-티탄산화물 복합체의 형광등 조사 하에서의 질소산화물 제거 성능을 확인 할 수 있는 그래프이다.
도5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 탄소질화물-티탄산화물 복합체의 자외선 조사 하에서의 질소산화물 제거 성능을 확인 할 수 있는 그래프이다.
도6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 탄소질화물-티탄산화물 복합체의 형광등 혹은 자외선 조사 하에서의 밴드갭 및 질소산화물 제거 반응의 메커니즘을 나타내는 모식도이다.
도7은 실험에 사용된 광원의 파장((a) 자외선, (b) 형광등)을 확인 할 수 있는 방출 스펙트럼 그래프이다.
도8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 탄소질화물-티탄산화물 복합체의 형광등 조사하에서의 투입 물질에 따른 질소산화물 제거 성능을 나타내는 그래프이다.
도 9은 본 발명의 일 실시 예에 따른 탄소질화물-티탄산화물 복합체의 형광등 조사하에서의 이산화티타늄 차이에 따른 질소산화물 제거 성능을 나타내는 그래프이다.
도10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 탄소질화물-티탄산화물 복합체의 형광등 조사하에서의 제조방법에 따른 질소산화물 제거 성능을 나타내는 그래프이다.
도11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 CN20 및 CN20-350의 DRS-UV-vis 스펙트라이다.
도12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 형광등 혹은 자외선 조사 하에서의 탄소질화물-티탄산화물 복합체의 질소산화물 제거 메커니즘을 나타내는 모식도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시 예에 따른 탄소질화물-티탄산화물 복합체의 제조방법을 나타내는 순서도이다.
Figure 1 is a scanning electron microscope image of a carbon nitride-titanium oxide composite according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 shows ( a ) ) Fourier transform infrared spectroscopic analysis spectrum.
Figure 3 is a DRS-UV/Vis spectra graph of carbon nitride-titanium oxide complex (CN10, CN20, CN30), titanium dioxide (TiO 2 ), and carbon nitride (CN) according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is a graph showing the nitrogen oxide removal performance of the carbon nitride-titanium oxide composite under fluorescent light irradiation according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 is a graph confirming the nitrogen oxide removal performance of the carbon nitride-titanium oxide composite under ultraviolet irradiation according to an embodiment of the present invention.
Figure 6 is a schematic diagram showing the band gap and mechanism of nitrogen oxide removal reaction of a carbon nitride-titanium oxide composite under fluorescent light or ultraviolet ray irradiation according to an embodiment of the present invention.
Figure 7 is an emission spectrum graph showing the wavelength of the light source used in the experiment ((a) ultraviolet rays, (b) fluorescent lamps).
Figure 8 is a graph showing the nitrogen oxide removal performance of the carbon nitride-titanium oxide composite according to the input material under fluorescent lamp irradiation according to an embodiment of the present invention.
Figure 9 is a graph showing the nitrogen oxide removal performance of the carbon nitride-titanium oxide composite according to the difference in titanium dioxide under fluorescent lamp irradiation according to an embodiment of the present invention.
Figure 10 is a graph showing the nitrogen oxide removal performance of the carbon nitride-titanium oxide composite according to the manufacturing method under fluorescent lamp irradiation according to an embodiment of the present invention.
Figure 11 is a DRS-UV-vis spectrum of CN20 and CN20-350 according to an embodiment of the present invention.
Figure 12 is a schematic diagram showing the nitrogen oxide removal mechanism of the carbon nitride-titanium oxide composite under fluorescent lamp or ultraviolet ray irradiation according to an embodiment of the present invention.
Figure 13 is a flowchart showing a method of manufacturing a carbon nitride-titanium oxide composite according to an embodiment of the present invention.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to the attached drawings. However, the present invention may be implemented in various different forms and, therefore, is not limited to the embodiments described herein. In order to clearly explain the present invention in the drawings, parts that are not related to the description are omitted, and similar parts are given similar reference numerals throughout the specification.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part is said to be "connected (connected, contacted, combined)" with another part, this means not only "directly connected" but also "indirectly connected" with another member in between. "Includes cases where it is. In addition, when a part is said to “include” a certain component, this does not mean that other components are excluded, but that other components can be added, unless specifically stated to the contrary.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used herein are only used to describe specific embodiments and are not intended to limit the invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, terms such as “comprise” or “have” are intended to indicate the presence of features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but are not intended to indicate the presence of one or more other features. It should be understood that this does not exclude in advance the possibility of the existence or addition of elements, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings.

본 발명의 일 실시 예에 따른 질소산화물 저감용 탄소질화물-티탄산화물 복합체를 설명한다.A carbon nitride-titanium oxide composite for reducing nitrogen oxides according to an embodiment of the present invention will be described.

본 발명의 일 실시 예에 따른 질소산화물 저감용 탄소질화물-티탄산화물 복합체는 층간 구조를 가지는 흑연질의 탄소질화물; 및 상기 탄소질화물의 표면을 덮도록 위치하는 티탄산화물을 포함하되, 상기 티탄산화물은 구형의 입자로서 아나테이즈(anatase)상과 루틸(rutile)상이 동시에 존재하는 2상 구조인 것을 특징으로 한다.The carbon nitride-titanium oxide composite for reducing nitrogen oxides according to an embodiment of the present invention includes graphite carbon nitride having an interlayer structure; and titanium oxide positioned to cover the surface of the carbon nitride, wherein the titanium oxide is a spherical particle and has a two-phase structure in which an anatase phase and a rutile phase exist simultaneously.

일반적으로 상용화된 이산화티타늄은 넓은 밴드갭을 가지므로 자외선영역에서만 사용될 수 있으며, 전하의 재결합도가 높아 제한된 질소산화물 제거 성능을 보인다.Generally, commercially available titanium dioxide has a wide bandgap, so it can only be used in the ultraviolet region, and has a high degree of charge recombination, showing limited nitrogen oxide removal performance.

반면에, 본 발명의 일 실시 예에 따른 질소산화물 저감용 탄소질화물-티탄산화물 복합체는 티탄산화물과 탄소질화물이 결합된 형태로서 기존의 이산화티타늄에 비해 우수한 광흡수율과 질소산화물 제거 성능을 나타낼 수 있다.On the other hand, the carbon nitride-titanium oxide composite for reducing nitrogen oxides according to an embodiment of the present invention is a combination of titanium oxide and carbon nitride, and can exhibit superior light absorption and nitrogen oxide removal performance compared to existing titanium dioxide. .

이때, 본 발명의 일 실시 예에 따른 상기 티탄산화물과 탄소질화물의 중량 비율은 9:1 내지 1:9 일 수 있다. At this time, the weight ratio of titanium oxide and carbon nitride according to an embodiment of the present invention may be 9:1 to 1:9.

이때, 본 발명의 일 실시 예에 따른 상기 티탄산화물과 탄소질화물의 중량 비율은 바람직하게는 9:1 내지 5:5 일 수 있다. At this time, the weight ratio of titanium oxide and carbon nitride according to an embodiment of the present invention may preferably be 9:1 to 5:5.

상기 티탄산화물과 탄소질화물의 중량비율이 9:1 내지 5:5인 이유는 상기 탄소질화물(CN)의 함량이 10wt% 이하인 경우 질산염 이온 선택도가 낮아지는 문제가 있을 수 있고, 상기 탄소질화물(CN)의 함량이 50wt% 이상인 경우 일산화질소 제거 효율이 떨어지는 문제가 있을 수 있기 때문이다.The reason why the weight ratio of titanium oxide and carbon nitride is 9:1 to 5:5 is that when the content of carbon nitride (CN) is 10 wt% or less, there may be a problem of lowering the nitrate ion selectivity, and the carbon nitride ( This is because if the content of CN) is more than 50wt%, there may be a problem of reduced nitrogen monoxide removal efficiency.

상기 티탄산화물과 탄소질화물 함량에 따른 질소산화물 제거 성능에 대하여는 하기 실험예에서 구체적으로 후술한다.The nitrogen oxide removal performance according to the titanium oxide and carbon nitride content will be described in detail later in the experimental examples below.

이때, 상기 탄소질화물은 방향족 트리아진 고리를 포함하는 흑연질의 2차원 적층구조 고분자일 수 있다.At this time, the carbon nitride may be a graphite two-dimensional layered polymer containing an aromatic triazine ring.

예를 들면, 상기 탄소질화물은 melon, poly(triazine imide) 또는 poly(heptazine imide) 일 수 있다.For example, the carbon nitride may be melon, poly(triazine imide), or poly(heptazine imide).

상기 탄소질화물의 방향족 트리아진 고리는 고리 안에 세 개의 질소 원자를 가진 불포화 6원자 복소 고리 화합물로서 반도체 성질을 가지고 있으며, 2.73 eV의 밴드갭을 가지고 최대 응답 파장이 450nm 인 것이 특징이다.The aromatic triazine ring of the carbon nitride is an unsaturated 6-membered heterocyclic compound with three nitrogen atoms in the ring and has semiconductor properties. It has a band gap of 2.73 eV and a maximum response wavelength of 450 nm.

본 명세서에서 흑연질 탄소질화물이란 방향족 트리아진 고리를 포함하는 2차원 적층구조를 가지는 탄소질화물을 의미할 수 있다.In this specification, graphitic carbon nitride may mean carbon nitride having a two-dimensional layered structure including an aromatic triazine ring.

이때, 상기 탄소질화물의 층간 거리는 0.3 nm 내지 0.35 nm일 수 있다.At this time, the interlayer distance of the carbon nitride may be 0.3 nm to 0.35 nm.

이때, 2차원 적층 구조를 가진 탄소질화물을 광촉매의 구성 물질로 사용하는 경우 질산염 선택도를 높이는 효과가 있을 수 있다.At this time, when carbon nitride with a two-dimensional layered structure is used as a constituent material of the photocatalyst, it may have the effect of increasing nitrate selectivity.

따라서, 상기 탄소질화물과 티탄산화물을 혼성화 하는 경우, 탄소질화물- 티탄산화물 복합체의 밴드갭의 변화 없이 각각의 물질의 특성이 발현되므로 시너지효과를 일으켜 가시광 영역에서 광 흡수율을 높일 수 있고, 질소산화물의 제거효율이 증가 될 수 있다.Therefore, when the carbon nitride and titanium oxide are hybridized, the characteristics of each material are expressed without changing the band gap of the carbon nitride-titanium oxide complex, thereby creating a synergistic effect and increasing the light absorption rate in the visible light region, and the nitrogen oxide Removal efficiency can be increased.

자세한 탄소질화물- 티탄산화물 복합체의 질소산화물 제거 매커니즘은 하기 실험예에서 후술한다. The detailed nitrogen oxide removal mechanism of the carbon nitride-titanium oxide composite is described later in the experimental examples below.

또한, 본 발명에서 상기 티탄산화물은 이산화티타늄(TiO2) 에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. Additionally, in the present invention, the titanium oxide may include one or more types selected from titanium dioxide (TiO 2 ).

상술한 티탄산화물은 일산화탄소 제거율이 높은 특성이 있는 물질 일 수 있다.The titanium oxide described above may be a material with a high carbon monoxide removal rate.

이때, 상기 티탄산화물은 아나테이즈(anatase) 상과 루틸(rutile)상이 동시에 존재하는 2상 구조일 수 있으며, 상기 아나테이즈(anatase) 상과 루틸(rutile)상이 동시에 존재하는 2상 구조는 단상 구조에 비해 높은 활성을 가지는 특성이 있고 루틸상은 가시광에서 활성도가 높아, 질소산화물 제거 효율이 높은 효과가 있을 수 있다.At this time, the titanium oxide may have a two-phase structure in which an anatase phase and a rutile phase exist simultaneously, and the two-phase structure in which an anatase phase and a rutile phase exist simultaneously is It has the characteristic of having higher activity compared to single-phase structures, and the rutile phase has high activity in visible light, which can result in high nitrogen oxide removal efficiency.

또한, 상기 티탄산화물은 20nm 내지 30nm 크기의 구형의 입자일 수 있다.Additionally, the titanium oxide may be spherical particles with a size of 20 nm to 30 nm.

상기 티탄산화물의 입자의 크기가 20nm 내지 30nm 인 이유는 상기 티탄산화물의 입자의 크기가 20nm 이하인 경우 공정에서 다루기 어려운 문제가 있을 수 있고, 상기 티탄산화물의 입자의 크기가 30nm 이상인 경우 나노 입자에 비해 접촉하는 계면이 줄어 탄소 질화물에 의한 상승효과가 낮아지는 문제가 있을 수 있다.The reason why the size of the titanium oxide particles is 20 nm to 30 nm is that if the size of the titanium oxide particles is 20 nm or less, there may be problems that are difficult to handle in the process, and if the size of the titanium oxide particles is 30 nm or more, compared to nanoparticles. There may be a problem that the synergistic effect due to carbon nitride is lowered as the contact interface is reduced.

또한, 상기 질소산화물 저감용 탄소질화물-티탄산화물 복합체는 200nm 내지 500nm 파장의 빛을 흡수할 수 있다.In addition, the carbon nitride-titanium oxide composite for reducing nitrogen oxides can absorb light with a wavelength of 200 nm to 500 nm.

상기 200nm 내지 500nm 파장의 빛을 흡수함으로써, 빛의 자외선뿐만 아니라 가시광선 파장의 빛을 흡수 할 수 있으므로, 광 흡수율이 증가할 수 있고, 이에 따른 질소산화물의 제거 효율이 증가할 수 있다.By absorbing light with a wavelength of 200 nm to 500 nm, not only ultraviolet rays of light but also visible light wavelengths can be absorbed, and thus the light absorption rate can be increased, and thus the removal efficiency of nitrogen oxides can be increased.

또한, 탄소질화물-티탄산화물 복합체의 질소산화물 제거 공정 중 티탄산화물에서 발생하는 중간생성물이 탄소질화물에서 반응하여 질소산화물 제거 효율이 증가할 수 있다. In addition, during the nitrogen oxide removal process of the carbon nitride-titanium oxide complex, intermediate products generated from titanium oxide react with carbon nitride, thereby increasing nitrogen oxide removal efficiency.

본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 질소산화물 저감용 탄소질화물-티탄산화물 복합체의 제조방법에 대해서 설명한다.A method for manufacturing a carbon nitride-titanium oxide composite for reducing nitrogen oxides according to another embodiment of the present invention will be described.

상기 질소산화물 저감용 탄소질화물-티탄산화물 복합체의 제조방법은 층간 구조를 갖는 흑연질의 탄소질화물 및 구형 입자의 티탄산화물을 준비하는 단계;및 상기 탄소질화물 및 티탄산화물을 물리적으로 혼합하여 탄소질화물-티탄산화물 복합체를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.The method of manufacturing the carbon nitride-titanium oxide composite for reducing nitrogen oxides includes preparing graphite carbon nitride having an interlayer structure and titanium oxide having spherical particles; and physically mixing the carbon nitride and titanium oxide to form carbon nitride-titanium. It may include forming an oxide complex.

첫째 단계에서, 층간 구조를 갖는 흑연질의 탄소질화물 및 구형 입자의 티탄산화물을 준비하는 단계를 포함할 수 있다. (S100)In the first step, it may include preparing graphite carbon nitride and spherical particle titanium oxide having an interlayer structure. (S100)

상기 층간 구조를 갖는 흑연질의 탄소질화물은 방향족 트리아진 고리를 포함하는 흑연질의 2차원 적층구조 화합물이다.The graphitic carbon nitride having the interlayer structure is a graphitic two-dimensional layered structure compound containing an aromatic triazine ring.

본 발명에서는 층간 구조를 갖는 흑연질의 탄소질화물로서 예를 들어, 상기 층간 구조를 갖는 흑연질의 탄소질화물을 제조하는 방법은 트리사이오사이뉴릭 산을 초음파처리를 수행하여 디메틸 설폭사이드에 용해하는 단계; 상기 용액을 물과 혼합하는 단계; 여과하고 세척한 후 건조하는 단계;및 건조된 분말을 소성하는 단계를 수행하여 흑연질의 탄소질화물(tri-s-triazine)을 제조할 수 있다.In the present invention, the graphitic carbon nitride having an interlayer structure, for example, a method of producing the graphitic carbon nitride having an interlayer structure includes the steps of dissolving trithiosynuric acid in dimethyl sulfoxide by performing ultrasonic treatment; mixing the solution with water; Graphite carbon nitride (tri-s-triazine) can be produced by performing the steps of filtering, washing, and drying; and calcining the dried powder.

또한, 상기 구형 입자의 티탄산화물은 이산화티타늄(TiO2)일 수 있다.Additionally, the titanium oxide of the spherical particles may be titanium dioxide (TiO 2 ).

둘째 단계에서, 상기 탄소질화물 및 티탄산화물을 물리적으로 혼합하여 탄소질화물-티탄산화물 복합체를 형성하는 단계를 포함할 수 있다. (S200)In the second step, it may include physically mixing the carbon nitride and titanium oxide to form a carbon nitride-titanium oxide complex. (S200)

상기 탄소질화물과 티탄산화물이 혼합되는 중량 비율은 1:9 내지 9:1 일 수 있고, 바람직하게는 상기 탄소질화물과 티탄산화물이 혼합되는 중량비율이 1:9 내지 5:5 일 수 있다. The weight ratio of the carbon nitride and titanium oxide may be 1:9 to 9:1, and preferably the weight ratio of the carbon nitride and titanium oxide may be 1:9 to 5:5.

또한, 상기 탄소질화물-티탄산화물 복합체는 상기 탄소질화물과 상기 티탄산화물을 막자사발에서 혼합하는 공정 또는 용액에서 혼합하는 공정을 수행하여 제조할 수 있다. Additionally, the carbon nitride-titanium oxide complex can be manufactured by performing a process of mixing the carbon nitride and the titanium oxide in a mortar or a process of mixing them in a solution.

상기 막자사발에서 혼합하는 공정, 또는 용액에서 혼합하는 공정은 물리적인 혼합을 하는 공정으로서 탄소질화물과 티탄산화물이 접촉되어 복합체를 형성할 수 있도록 할 수 있다.The mixing process in a mortar or a mixing process in a solution is a physical mixing process that allows carbon nitride and titanium oxide to come into contact to form a composite.

이때, 상기 용액에서 혼합하는 공정은 용매에서 어떤 반응을 일으키지 않고, 탄소질화물(CN)과 티탄산화물(TiO2)를 분산하고 교반시켜 물리적인 혼합 방법으로 혼성체를 제조할 수 있습니다.At this time, the mixing process in the solution does not cause any reaction in the solvent, and the hybrid can be produced by physical mixing by dispersing and stirring carbon nitride (CN) and titanium oxide (TiO 2 ).

따라서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 탄소질화물-티탄산화물 복합체의 제조방법은 물리적인 혼합만으로 간단히 제조될 수 있으며 특정 비율로 제조되어 탄소질화물-티탄산화물 복합체의 질소산화물 저감 성능이 증가되는 효과가 있다.Therefore, the manufacturing method of the carbon nitride-titanium oxide composite according to an embodiment of the present invention can be simply manufactured by physical mixing, and is manufactured at a specific ratio, so that the nitrogen oxide reduction performance of the carbon nitride-titanium oxide composite is increased. there is.

제조예Manufacturing example

먼저, 티탄산화물과 탄소질화물을 준비하기 위하여,First, to prepare titanium oxide and carbon nitride,

상기 티탄산화물로서 이산화티타늄으로서(TiO2) 상용화된 Degussa사의 P25를 사용하였다.As the titanium oxide, P25 from Degussa, a commercially available titanium dioxide (TiO 2 ), was used.

또한, 탄소질화물로서 흑연질 탄소질화물(CN)을 제조하는 방법은 하기와 같다.In addition, the method for producing graphite carbon nitride (CN) as carbon nitride is as follows.

트리사이오사이뉴릭 산(tri-thiocyanuric acid, Sigma-Aldrich, USA; 95.0%)를 초음파처리를 통해 10mL의 디메틸 설폭사이드(Dimethyl sulfoxide, Daejung, Korea, 99.5%)에 용해하여 용액을 제조하는 단계; 상기 용액을 20 ml의 물(H2O)과 혼합하는 단계; 상기 물(H2O)과 혼합된 용액을 1시간 뒤에 여과하고 물로 세척한 후 80°C에서 건조하는 단계;및 상기 건조된 분말은 분당 2.3°C의 승온 속도로 질소 분위기에서 4시간 동안 550°C의 관로에서 소성하여 흑연질 탄소질화물(CN)을 제조하는 단계를 포함한다.Preparing a solution by dissolving tri-thiocyanuric acid (Sigma-Aldrich, USA; 95.0%) in 10 mL of dimethyl sulfoxide (Daejung, Korea, 99.5%) through sonication. ; Mixing the solution with 20 ml of water (H 2 O); Filtering the solution mixed with water (H 2 O) after 1 hour, washing with water, and drying at 80°C; And the dried powder was heated to 550°C for 4 hours in a nitrogen atmosphere at a temperature increase rate of 2.3°C per minute. It includes the step of producing graphitic carbon nitride (CN) by firing in a pipe at °C.

다음으로, 80mg (80wt%) 이산화티타늄(TiO2) 및 20mg (20wt%) 흑연질 탄소질화물(CN)을 막자사발에 투입 후 혼합하는 공정을 수행하여 흑연질 탄소질화물-이산화티타늄 복합체를 형성하였다.Next, 80 mg (80 wt%) titanium dioxide (TiO 2 ) and 20 mg (20 wt%) graphite carbon nitride (CN) were added to a mortar and mixed to form a graphite carbon nitride-titanium dioxide complex. .

실시예Example

본 명세서에서는 탄소질화물-티탄산화물 복합체 각각을 TiO2 대비 CN의 양이 30wt% 인 경우 CN30, TiO2 대비 CN의 양이 20wt% 인 경우 CN20, TiO2 대비 CN의 양이 10wt% 인 경우 CN10 로 나타내었고, CN은 순수한 흑연질 탄소질화물, TiO2는 순수한 이산화티타늄을 나타낸다.In this specification, each carbon nitride-titanium oxide composite is referred to as CN30 when the amount of CN compared to TiO 2 is 30 wt%, CN20 when the amount of CN compared to TiO 2 is 20 wt%, and CN10 when the amount of CN compared to TiO 2 is 10 wt%. CN represents pure graphitic carbon nitride, and TiO 2 represents pure titanium dioxide.

도 1 내지 도 2를 참조하여 탄소질화물-티탄산화물 복합체의 구조특성에 대해 설명한다. Structural characteristics of the carbon nitride-titanium oxide composite will be described with reference to FIGS. 1 and 2.

도1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 탄소질화물-티탄산화물 복합체의 주사전자현미경(Scanning electron microscope) 이미지이다.Figure 1 is a scanning electron microscope image of a carbon nitride-titanium oxide composite according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 상기 주사전자현미경(Scanning electron microscope) 이미지에서 이산화티타늄(TiO2)은 약 30 nm 크기의 매우 작은 구형 입자인 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 1, it can be seen from the scanning electron microscope image that titanium dioxide (TiO 2 ) is a very small spherical particle with a size of about 30 nm.

또한, 도1 (c 내지 d)을 참조하면, 상기 제조예의 흑연질 탄소질화물-이산화티타늄 복합체(CN/TiO2)의 경우, 상대적으로 크기가 큰 CN 표면을 TiO2가 뒤덮고 있는 모습을 확인할 수 있다.In addition, referring to Figure 1 (c to d), in the case of the graphite carbon nitride-titanium dioxide composite (CN/TiO 2 ) of the above production example, it can be seen that TiO 2 covers the relatively large surface of CN. there is.

또한, 도1 (e) 를 참조하면, 탄소질화물(CN)의 비율이 커질수록 겉표면으로 드러난 탄소질화물(CN)이 더 많이 나타내는 것을 확인 할 수 있다. Additionally, referring to Figure 1 (e), it can be seen that as the ratio of carbon nitride (CN) increases, more carbon nitride (CN) appears on the surface.

도2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 탄소질화물-티탄산화물 복합체(CN10, CN20, CN30), 이산화티탄(TiO2) 및 탄소질화물(CN)의 (a) X-선 회절분석 패턴 및 (b) 푸리에 변환 적외선 분광분석 스펙트럼이다.Figure 2 shows ( a ) ) Fourier transform infrared spectroscopic analysis spectrum.

상기 도 2(a)를 참조하면, X-선 회절분석(X-ray diffraction) 에서 TiO2는 아나테이즈(anatase)상과 루틸(rutile)상을 모두 가지고 있는 2상 구조를 가지고 있으며, 비교군으로 제조된 탄소질화물(CN)은 0.33 nm (27.4°)의 층간 거리를 가진 흑연질의 탄소질화물임을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 2(a), in X-ray diffraction analysis, TiO 2 has a two-phase structure having both an anatase phase and a rutile phase, and compared It can be confirmed that the carbon nitride (CN) prepared as a group is a graphitic carbon nitride with an interlayer distance of 0.33 nm (27.4°).

또한, 탄소질화물-티탄산화물 복합체 피크의 경우, 이산화티타늄TiO2 피크와 유사한 양상을 보이며, 탄소질화물의 특성 패턴이 잘 보이지 않는데, 그 이유는 높은 결정성을 가지는 TiO2의 피크 강도보다 무정형의 탄소질화물(CN) 피크 강도가 낮아 관측이 어렵기 때문이다.In addition, in the case of the carbon nitride-titanium oxide complex peak, it shows a similar pattern to the titanium dioxide TiO 2 peak, and the characteristic pattern of carbon nitride is not clearly visible. This is because the peak intensity of amorphous carbon is higher than the peak intensity of TiO 2 , which has high crystallinity. This is because the nitride (CN) peak intensity is low, making observation difficult.

도 2(b)를 참조하면, 푸리에 변환 적외선 분광분석 (Fourier-Transform Infrared spectroscopy)에서, TiO2와 탄소질화물-티탄산화물 복합체(CN10, CN20, CN30)의 경우, 650-800 cm-1 범위에서 관찰되는 피크는 Ti-O 및 O-Ti-O 결합에 대한 흡수 피크를 나타낸다.Referring to Figure 2(b), in Fourier-Transform Infrared spectroscopy, in the case of TiO 2 and carbon nitride-titanium oxide complexes (CN10, CN20, CN30), in the range of 650-800 cm -1 The observed peaks represent absorption peaks for Ti-O and O-Ti-O bonds.

또한, 탄소질화물(CN)과 탄소질화물-티탄산화물 복합체(CN10, CN20, CN30)의 경우 1200-1600 cm-1 범위에서 보이는 피크는 모두 탄소질화물(CN)의 탄소와 질소로 이루어진 방향족 트리아진 고리의 신축진동에 의한 특징이다. In addition, in the case of carbon nitride (CN) and carbon nitride-titanium oxide complexes (CN10, CN20, CN30), all peaks visible in the range of 1200-1600 cm -1 are aromatic triazine rings composed of carbon and nitrogen of carbon nitride (CN). It is a characteristic caused by stretching vibration.

또한, 3000-3600 cm-1 범위에서 보이는 피크는 탄소질화물에 남아있는 중합되지 않은 N-H 결합의 신축 진동 또는 기공구조 속으로 흡착된 물 분자의 O-H 결합을 나타낸다.Additionally, the peak visible in the range of 3000-3600 cm -1 represents the stretching vibration of the unpolymerized NH bond remaining in the carbon nitride or the OH bond of the water molecule adsorbed into the pore structure.

도 3을 참조하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 탄소질화물-티탄산화물 복합체의 광학적 특성에 대해서 설명한다.Referring to FIG. 3, the optical properties of the carbon nitride-titanium oxide composite according to an embodiment of the present invention will be described.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 탄소질화물-티탄산화물 복합체(CN10, CN20, CN30), 이산화티타늄(TiO2) 및 탄소질화물(CN)의 DRS-UV/Vis 스펙트라 그래프이다.Figure 3 is a DRS-UV/Vis spectra graph of carbon nitride-titanium oxide complex (CN10, CN20, CN30), titanium dioxide (TiO 2 ), and carbon nitride (CN) according to an embodiment of the present invention.

도 3의 상단을 참조하면, 이산화티타늄(TiO2)은 흰색의 입자인 반면 어두운 노란색인 탄소질화물(CN)과 혼성체를 형성하여 탄소질화물(CN) 함량이 증가할 수록 경우 색이 점점 어두운 노란색으로 변하는 것을 확인 할 수 있다.Referring to the top of FIG. 3, titanium dioxide (TiO 2 ) is a white particle, but forms a hybrid with dark yellow carbon nitride (CN), so as the carbon nitride (CN) content increases, the color gradually becomes darker yellow. You can see that it changes to .

또한, 도 3의 자외선-가시광 확산 반사율 분광분석(Diffuse reflectance spectroscopy-Ultraviolet/Visible)에서, 400 nm이상의 빛에 대한 흡광도가 제한되는 TiO2에 비해 탄소질화물-티탄산화물 복합체의 탄소질화물(CN) 함량이 증가함에 따라 가시광선 영역(380nm ~780nm)의 흡광도가 증가하는 것을 확인할 수 있다.In addition, in the ultraviolet-visible diffuse reflectance spectroscopy (Ultraviolet/Visible) of FIG. 3, the carbon nitride (CN) content of the carbon nitride-titanium oxide composite compared to TiO 2 , which has limited absorbance to light above 400 nm. It can be seen that as this increases, the absorbance in the visible light region (380 nm to 780 nm) increases.

이를 통해 탄소질화물(CN)과 이산화티타늄(TiO2)의 혼성화가 가시광선의 흡수율을 향상시킬 수 있는 것을 확인 할 수 있다.Through this, it can be confirmed that hybridization of carbon nitride (CN) and titanium dioxide (TiO 2 ) can improve the absorption rate of visible light.

도 4를 참조하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 탄소질화물-티탄산화물 복합체의 질소산화물 제거 성능에 대해서 설명한다.Referring to FIG. 4, the nitrogen oxide removal performance of the carbon nitride-titanium oxide composite according to an embodiment of the present invention will be described.

도4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 탄소질화물-티탄산화물 복합체의 형광등 조사 하에서의 질소산화물 제거 성능을 확인 할 수 있는 그래프이다.Figure 4 is a graph showing the nitrogen oxide removal performance of the carbon nitride-titanium oxide composite under fluorescent light irradiation according to an embodiment of the present invention.

하기 표 1 은, 형광등 파장 영역 (365-700 nm, 6000±300 lux)의 빛 조사 하에서 이산화티타늄(TiO2)과 탄소질화물(CN) 및 본 발명의 일 실시 예에 따른 탄소질화물-티탄산화물 복합체(CN10, CN20, CN30)의 일산화질소(NO) 제거 효율, 이산화질소(NO2) 생성 효율, 질소산화물(NOx) 제거 효율, 질산염 이온(NO3 -) 선택도를 나타냈다.Table 1 below shows titanium dioxide (TiO 2 ), carbon nitride (CN), and the carbon nitride-titanium oxide complex according to an embodiment of the present invention under light irradiation in the fluorescent lamp wavelength range (365-700 nm, 6000 ± 300 lux). (CN10, CN20, CN30) showed nitrogen monoxide (NO) removal efficiency, nitrogen dioxide (NO 2 ) generation efficiency, nitrogen oxide (NOx) removal efficiency, and nitrate ion (NO 3 - ) selectivity.

SampleSample NO removal
(%)
NO removal
(%)
NO2 generation
(%)
NO 2 generation
(%)
NOx removal
(%)
No x removal
(%)
NO3 - selectivity
(%)
NO 3 - selectivity
(%)
TiO2 TiO 2 32.7932.79 15.9815.98 16.8116.81 51.2751.27 CN10CN10 43.7243.72 24.3824.38 19.3419.34 44.2444.24 CN20CN20 50.4450.44 26.1826.18 24.2724.27 48.1248.12 CN30CN30 29.0429.04 15.7515.75 13.3013.30 45.8045.80 CNCN 12.1912.19 3.193.19 9.09.0 73.8373.83 Bulk g-CNBulk g-CN 4.984.98 3.143.14 1.831.83 36.7536.75

도 4 와 표 1을 참고하며, 이산화티타늄(TiO2)의 경우, 32.79%의 NO 제거 효율과 16.81%의 NOx 제거 효율을 보이고, 탄소질화물(CN)의 경우, 12.19%의 NO 제거 효율과 9.0%의 NOx 제거 효율을 보는 것을 확인 할 수 있다.탄소질화물-티탄산화물 복합체(CN10, CN20, CN30)의 경우 비율에 따라 산술적인 평균 제거효율 이상의 상승효과를 보이며 구체적인 수치는 후술하기로 한다.Referring to Figure 4 and Table 1, in the case of titanium dioxide (TiO 2 ), it shows a NO removal efficiency of 32.79% and a NOx removal efficiency of 16.81%, and in the case of carbon nitride (CN), it shows a NO removal efficiency of 12.19% and a NOx removal efficiency of 9.0%. It can be confirmed that the NOx removal efficiency is %. In the case of carbon nitride-titanium oxide complexes (CN10, CN20, CN30), depending on the ratio, an increase effect exceeds the arithmetic average removal efficiency, and specific values will be described later.

예를 들어, 탄소질화물-티탄산화물 복합체(CN10)의 경우, 이산화티타늄과 탄소질화물(CN) 의 비율이 9:1임을 고려하면, 30.73%의 NO 제거 효율과 16.03%의 NOx 제거 효율을 보일 것으로 예상되나, 실험 결과 탄소질화물-티탄산화물 복합체 (CN10) 샘플은 43.72%의 NO 제거 효율과 19.34%의 NOx 제거 효율을 보인다.For example, in the case of carbon nitride-titanium oxide composite (CN10), considering that the ratio of titanium dioxide and carbon nitride (CN) is 9:1, it is expected to show a NOx removal efficiency of 30.73% and a NOx removal efficiency of 16.03%. As expected, the experimental results show that the carbon nitride-titanium oxide composite (CN10) sample shows a NO removal efficiency of 43.72% and a NOx removal efficiency of 19.34%.

즉, 이산화티타늄(TiO2)와 탄소질화물(CN)으로 복합체를 구성하였을 경우 질소산화물 제거효과가 증가하는 것을 알 수 있다.In other words, it can be seen that the nitrogen oxide removal effect increases when a composite is composed of titanium dioxide (TiO 2 ) and carbon nitride (CN).

또한, 이산화티타늄(TiO2)와 탄소질화물(CN)이 8:2의 비율로 복합체를 구성할 경우 50.44%의 NO 제거 효율과 24.27%의 NOx 제거 효율을 나타내는 것을 확인 할 수 있다.In addition, it can be confirmed that when titanium dioxide (TiO 2 ) and carbon nitride (CN) form a composite at a ratio of 8:2, the NO removal efficiency is 50.44% and the NOx removal efficiency is 24.27%.

이를 통해 이산화티타늄(TiO2)와 탄소질화물(CN)을 8:2의 비율로 제조한 혼성체의 경우 매우 큰 상승 효과를 보이며, 가장 우수한 질소산화물 제거 성능을 나타낼 수 있다.Through this, a hybrid product made of titanium dioxide (TiO 2 ) and carbon nitride (CN) at a ratio of 8:2 shows a very large synergistic effect and can exhibit the best nitrogen oxide removal performance.

이때, DCDA (Dicyandiamide)를 550°C 에서 소성한 Bulk g-CN의 경우, 탄소질화물(CN)에 비해 낮은 NO 제거 효율, 높은 NO2 생성 효율을 나타낸다. 따라서 Bulk g-CN이 아닌 탄소질화물(CN)을 채택하여 혼성체를 제조하였다.At this time, Bulk g-CN, which is made by calcining DCDA (Dicyandiamide) at 550°C, shows lower NO removal efficiency and higher NO 2 generation efficiency compared to carbon nitride (CN). Therefore, carbon nitride (CN) rather than bulk g-CN was used to prepare the hybrid.

도 5를 참조하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 탄소질화물-티탄산화물 복합체의 자외선 조사 하에서 질소산화물 제거 성능에 대해서 설명한다.Referring to FIG. 5, the nitrogen oxide removal performance of the carbon nitride-titanium oxide composite under ultraviolet ray irradiation according to an embodiment of the present invention will be described.

도5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 탄소질화물-티탄산화물 복합체의 자외선 조사 하에서의 질소산화물 제거 성능을 확인 할 수 있는 그래프이다.Figure 5 is a graph confirming the nitrogen oxide removal performance of the carbon nitride-titanium oxide composite under ultraviolet irradiation according to an embodiment of the present invention.

표 2 는 자외선 영역(300-400 nm, 6000±300 lux)의 빛 조사 하에서 비교군인 이산화티타늄(TiO2)와 탄소질화물(CN) 및 탄소질화물-티탄산화물 복합체의 일산화질소(NO) 제거 효율, 이산화질소(NO2) 생성 효율, 질소산화물(NOx) 제거 효율, 질산염 이온(NO3 -) 선택도를 나타냈다.Table 2 shows the nitrogen monoxide (NO) removal efficiency of the comparative titanium dioxide (TiO 2 ), carbon nitride (CN), and carbon nitride-titanium oxide composite under light irradiation in the ultraviolet region (300-400 nm, 6000±300 lux), It showed nitrogen dioxide (NO 2 ) production efficiency, nitrogen oxide (NOx) removal efficiency, and nitrate ion (NO 3 - ) selectivity.

SampleSample NO removal
(%)
NO removal
(%)
NO2 generation
(%)
NO 2 generation
(%)
NOx removal
(%)
No x removal
(%)
NO3 - selectivity
(%)
NO 3 - selectivity
(%)
TiO2 TiO 2 58.8858.88 29.4829.48 29.429.4 49.9349.93 CN10CN10 62.6562.65 22.0122.01 40.3440.34 64.3964.39 CN20CN20 68.0168.01 17.2917.29 50.7250.72 74.5874.58 CN30CN30 62.7862.78 33.9533.95 28.8328.83 45.9245.92 CNCN 24.324.3 9.969.96 14.3414.34 59.0159.01

도 5와 표 2를 참조하면, 이산화티타늄(TiO2) 뿐만 아니라 탄소질화물-티탄산화물 복합체(CN10, CN20, CN30) 도 높은 NO 제거 효율을 보여줄 수 있다. 이때, 상기 탄소질화물-티탄산화물 복합체(CN20)는 가장 높은 NOx 제거 효율을 나타내는 것을 확인 할 수 있다.Referring to FIG. 5 and Table 2, not only titanium dioxide (TiO 2 ) but also carbon nitride-titanium oxide complexes (CN10, CN20, CN30) can show high NO removal efficiency. At this time, it can be confirmed that the carbon nitride-titanium oxide composite (CN20) exhibits the highest NOx removal efficiency.

상기 탄소질화물-티탄산화물 복합체(CN20)의 경우 NO 제거 효율이 증가하고, NO2 생성의 억제가 증가되기 때문에 가장 높은 NOX 제거 효율을 나타낼 수 있다. The carbon nitride-titanium oxide composite (CN20) can exhibit the highest NO

도 6내지 도 7을 참조하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 빛에 따른 탄소질화물-티탄산화물 복합체의 질소 제거 반응 메커니즘에 대해서 설명한다.With reference to FIGS. 6 and 7, the nitrogen removal reaction mechanism of the carbon nitride-titanium oxide composite according to light according to an embodiment of the present invention will be described.

도6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 탄소질화물-티탄산화물 복합체의 형광등 혹은 자외선 조사 하에서의 밴드갭 및 질소산화물 제거 반응의 메커니즘을 나타내는 모식도이다. Figure 6 is a schematic diagram showing the band gap and mechanism of nitrogen oxide removal reaction of a carbon nitride-titanium oxide composite under fluorescent light or ultraviolet ray irradiation according to an embodiment of the present invention.

도7은 실험에 사용된 광원의 파장((a) 자외선, (b) 형광등)을 확인 할 수 있는 방출 스펙트럼 그래프이다. Figure 7 is an emission spectrum graph showing the wavelength of the light source used in the experiment ((a) ultraviolet rays, (b) fluorescent lamps).

먼저, 도 7(a) (자외선) 를 참조하면, 300nm 내지 400nm 사이의 파장에서 피크가 검출되는 것을 확인 할 수 있으며, 도 7(b) (형광등)을 참조하면, 365nm 내지 700nm 의 넓은 파장 범위에서 피크를 나타내는 것을 확인 할 수 있다.First, referring to Figure 7(a) (ultraviolet light), it can be seen that the peak is detected at a wavelength between 300nm and 400nm, and referring to Figure 7(b) (fluorescent light), a wide wavelength range of 365nm to 700nm is observed. It can be seen that the peak appears in .

상기 도 6을 참조하면, 자외선 혹은 형광등 조사 하에서는 탄소질화물(CN)과 이산화티타늄(TiO2) 모두 원자가띠(VB)에서 전도띠(CB)로 전자(e-)가 여기되고 원자가띠(VB)에 정공(h+)이 형성되는 것을 확인 할 수 있다.Referring to FIG. 6, under ultraviolet rays or fluorescent light irradiation, electrons (e-) are excited from the valence band (VB) to the conduction band (CB) in both carbon nitride (CN) and titanium dioxide (TiO 2 ), and the valence band (VB) is excited. It can be confirmed that holes (h+) are formed in .

또한, 이산화티타늄(TiO2)에서 전도띠(CB)의 전자는 O2 라디칼을 형성하게 되고 O2 라디칼은 NO와 만나 NO3 -를 형성한다(①). 그리고 이산화티타늄(TiO2)의 원자가띠(VB)에 생성된 정공은 OH 라디칼을 형성하여 NO와 만나 HNO2를 형성하게 된다(②).Additionally, in titanium dioxide (TiO 2 ), electrons in the conduction band (CB) form O 2 radicals, and the O 2 radicals meet NO to form NO 3 - (①). And the hole created in the valence band (VB) of titanium dioxide (TiO 2 ) forms an OH radical that meets NO to form HNO 2 (②).

이때 이산화티타늄(TiO2)에서 생성된 NO3 -는 이산화티타늄(TiO2) 표면의 Ti에 흡착되고, 흡착이 포화상태에 이르면 TiO2의 전도띠(CB)에서 형성되는 전자는 NO3 -를 생성하지 못하게 되어, 대신 NO2 생성 반응 중간에 형성되는 OH 라디칼을 OH 음이온으로 바꾸는 반응을 한다(③).At this time, NO 3 - generated from titanium dioxide (TiO 2 ) is adsorbed on Ti on the surface of titanium dioxide (TiO 2 ), and when the adsorption reaches saturation, the electrons formed in the conduction band (CB) of TiO 2 are converted to NO 3 - It cannot be produced, so instead a reaction is performed to change the OH radical formed during the NO 2 production reaction into an OH anion (③).

이로 인해 이산화티타늄(TiO2)이 단독으로 있을 때는 NO2 생성량이 많고 NO3 -의 선택도는 약 50% 인 반면에, 본 발명에서 제시하는 탄소질화물(CN)의 표면은 질소의 높은 전기음성도로 인해 표면이 부분 음전하를 띠게 되어 NO3 - 를 잘 흡착하지 않기 때문에, NO3 -를 생성하는 반응의 선택도가 높다. (자외선 약 60%, 형광등 약 70% 이상)For this reason, when titanium dioxide (TiO 2 ) is present alone, the amount of NO 2 produced is large and the selectivity of NO 3 - is about 50%, whereas the surface of carbon nitride (CN) presented in the present invention has a high electronegativity of nitrogen. Because the surface has a partial negative charge and does not adsorb NO 3 - well, the selectivity of the reaction to produce NO 3 - is high. (About 60% of ultraviolet rays, over 70% of fluorescent lights)

이때, 상기 NO3 -를 생성하는 반응의 선택도의 상승효과를 보이는 것은 이산화티타늄(TiO2)의 원자가띠(VB)에서 상기 도 6의 아래에 나타나 있는 반응 메커니즘을 통해 생성될 수 있는 전자가 탄소질화물(CN)의 원자가 띠(VB)에 있는 정공을 제거해 상대적으로 잘 소모되지 않는 탄소질화물(CN)의 정공을 효과적으로 제거하고, 이를 통해 광촉매적 환원반응을 통한 NO 및 NOx 제거 반응을 촉진시킬 수 있다.(④)At this time, the effect of increasing the selectivity of the reaction for producing NO 3 - is that electrons that can be generated through the reaction mechanism shown below in FIG. 6 in the valence band (VB) of titanium dioxide (TiO 2 ). By removing holes in the valence band (VB) of carbon nitride (CN), holes in carbon nitride (CN) that are relatively less consumed are effectively removed, thereby promoting NO and NOx removal reactions through photocatalytic reduction reactions. You can.(④)

따라서, 상기 이산화티타늄(TiO2)과 탄소질화물(CN)의 두 물질을 물리적 혼합해 제조한 이산화티타늄(TiO2)-탄소질화물(CN) 복합체의 경우 개별 물질의 성능을 뛰어넘은 상승효과를 보일 수 있다.Therefore, in the case of the titanium dioxide (TiO 2 )-carbon nitride (CN) composite manufactured by physically mixing the two materials of titanium dioxide (TiO 2 ) and carbon nitride (CN), it shows a synergistic effect that exceeds the performance of the individual materials. You can.

도 8내지 도 9를 참조하여, 본 발명의 일 실시 예의 탄소질화물-티탄산화물 복합체의 질소산화물 제거 성능에 대해서 설명한다.With reference to FIGS. 8 and 9, the nitrogen oxide removal performance of the carbon nitride-titanium oxide composite according to an embodiment of the present invention will be described.

도8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 탄소질화물-티탄산화물 복합체의 형광등 조사 하에서의 투입 물질에 따른 질소산화물 제거 성능을 나타내는 그래프이다.Figure 8 is a graph showing the nitrogen oxide removal performance of the carbon nitride-titanium oxide composite according to the input material under fluorescent lamp irradiation according to an embodiment of the present invention.

하기 표3은 형광등 조사 하에서 TiO2 및 TCA-550, TCA/TiO2 혼성체의 일산화질소(NO) 제거 효율, 이산화질소(NO2) 생성 효율, 질소산화물(NOx) 제거 효율, 질산염 이온(NO3 -) 선택도를 나타낸 표이다.Table 3 below shows the nitrogen monoxide (NO) removal efficiency, nitrogen dioxide (NO 2 ) generation efficiency, nitrogen oxide (NOx) removal efficiency, and nitrate ion (NO 3 - ) This is a table showing selectivity.

SampleSample NO removal
(%)
NO removal
(%)
NO2 generation
(%)
NO 2 generation
(%)
NOx removal
(%)
No x removal
(%)
NO3 - selectivity
(%)
NO 3 - selectivity
(%)
TiO2 TiO 2 32.7932.79 15.9815.98 16.8116.81 51.2751.27 TCA/TiO2-20TCA/TiO 2 -20 38.4838.48 20.2620.26 18.2218.22 47.3547.35 TCA-550TCA-550 10.6610.66 4.944.94 5.725.72 53.6653.66

상기 도 8 내지 표 3을 참조하면, TCA-550은 전구체인 TCA를 용액 공정 없이 분말 상태로 바로 소성하여 제조한 대조군이다.상기 TCA-550은 10.66%의 NO 제거 효율과, 4.94%의 NO2 생성 효율, 5.72%의 NOx 제거 효율을 나타낼 수 있다. Referring to Figures 8 to Table 3, TCA-550 is a control prepared by directly calcining the precursor TCA in powder form without a solution process. The TCA-550 has a NO removal efficiency of 10.66% and NO 2 of 4.94%. Generation efficiency and NOx removal efficiency of 5.72% can be shown.

특히 TCA-550은 탄소질화물(CN)에 비해 더 낮은 NO3 - 선택도를 보인다. TCA-550과 TiO2의 복합체를 제조한 경우 (TCA/TiO2-20 실험군, 이때 혼성체 중 TCA-550의 비율은 20%), 38.48%의 NO 제거 효율, 20.26%의 NO2 생성 효율, 18.22%의 NOx 제거 효율로 탄소질화물-티탄산화물 복합체(CN20)에 비해 전체적으로 더 낮은 광촉매 효율을 보인다.In particular, TCA-550 shows lower NO 3 - selectivity compared to carbon nitride (CN). When a composite of TCA-550 and TiO 2 was prepared (TCA/TiO 2 -20 experimental group, in this case, the proportion of TCA-550 in the hybrid was 20%), NO removal efficiency of 38.48%, NO 2 production efficiency of 20.26%, With a NOx removal efficiency of 18.22%, it shows an overall lower photocatalytic efficiency compared to carbon nitride-titanium oxide composite (CN20).

이를 통해, 최고 성능을 얻기 위해 탄소질화물(CN)의 역할이 중요한 것을 확인할 수 있다.Through this, it can be confirmed that the role of carbon nitride (CN) is important to obtain the best performance.

도 9은 본 발명의 일 실시 예에 따른 탄소질화물-티탄산화물 복합체의 형광등 조사 하에서의 이산화티타늄 차이에 따른 질소산화물 제거 성능을 나타내는 그래프이다.Figure 9 is a graph showing the nitrogen oxide removal performance of the carbon nitride-titanium oxide composite according to the difference in titanium dioxide under fluorescent lamp irradiation according to an embodiment of the present invention.

하기 표4는 형광등 조사 하에서 NP400로서 시판중인 이산화티타늄(TiO2), CN/NP20로서 탄소질화물-티탄산화물 복합체로서 NP400과 탄소질화물(CN)을 이용한 혼성체 및 탄소질화물(CN)의 일산화질소(NO) 제거 효율, 이산화질소(NO2) 생성 효율, 질소산화물(NOx) 제거 효율, 질산염 이온(NO3 -) 선택도를 나타낸 표이다.Table 4 below shows titanium dioxide (TiO 2 ) commercially available as NP400, a hybrid using NP400 and carbon nitride (CN) as a carbon nitride-titanium oxide complex as CN/NP20, and nitrogen monoxide (CN) of carbon nitride (CN) under fluorescent lamp irradiation. This table shows the NO) removal efficiency, nitrogen dioxide (NO 2 ) generation efficiency, nitrogen oxide (NOx) removal efficiency, and nitrate ion (NO 3 - ) selectivity.

SampleSample NO removal
(%)
NO removal
(%)
NO2 generation
(%)
NO 2 generation
(%)
NOx removal
(%)
No x removal
(%)
NO3 - selectivity
(%)
NO 3 - selectivity
(%)
NP400NP400 8.778.77 5.655.65 3.123.12 35.635.6 CN/NP20CN/NP20 14.5814.58 6.686.68 7.97.9 54.1854.18 CNCN 12.1912.19 3.193.19 9.09.0 73.8373.83

상기 도 9 내지 표4를 참조하면, NP400은 시판중인 이산화티타늄(TiO2) 제품으로서, 가시광에서 활성이 낮다고 알려진 아나테이스(Anatase)의 단상 구조를 가지는 대조군이다.상기 NP400은 8.77%의 NO 제거 효율과 5.65%의 NO2 생성 효율, 그리고 3.12%의 NOx 제거 효율을 보인다.Referring to Figures 9 to Table 4, NP400 is a commercially available titanium dioxide (TiO 2 ) product and is a control group having a single-phase structure of anatase, which is known to have low activity in visible light. The NP400 contains 8.77% NO. It shows removal efficiency, NO 2 generation efficiency of 5.65%, and NOx removal efficiency of 3.12%.

본 발명의 일 실시 예에 따른 탄소질화물-티탄산화물 복합체로서 NP400과 탄소질화물(CN)을 이용해 혼성체를 구성한 경우, 14.58%의 NO 제거 효율을 보이고, 6.68%의 NO2 생성 효율, 7.9%의 NOx 제거 효율을 확인할 수 있다. When the carbon nitride-titanium oxide composite according to an embodiment of the present invention is composed of a hybrid using NP400 and carbon nitride (CN), it shows a NO removal efficiency of 14.58%, a NO 2 production efficiency of 6.68%, and a NO 2 production efficiency of 7.9%. You can check the NOx removal efficiency.

도 10내지 도 12를 참조하여, 탄소질화물-티탄산화물 복합체 제조방법에 따른 질소산화물 제거 성능에 대해서 설명한다.Referring to FIGS. 10 to 12, nitrogen oxide removal performance according to the carbon nitride-titanium oxide composite manufacturing method will be described.

도10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 탄소질화물-티탄산화물 복합체의 형광등 조사하에서의 제조방법에 따른 질소산화물 제거 성능을 나타내는 그래프이다.Figure 10 is a graph showing the nitrogen oxide removal performance of the carbon nitride-titanium oxide composite according to the manufacturing method under fluorescent lamp irradiation according to an embodiment of the present invention.

도11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 CN20 및 CN20-350의 DRS-UV-vis 스펙트라이다.Figure 11 is a DRS-UV-vis spectrum of CN20 and CN20-350 according to an embodiment of the present invention.

도12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 형광등 혹은 자외선 조사 하에서의 탄소질화물-티탄산화물 복합체의 질소산화물 제거 메커니즘을 나타내는 모식도이다.Figure 12 is a schematic diagram showing the nitrogen oxide removal mechanism of the carbon nitride-titanium oxide composite under fluorescent lamp or ultraviolet ray irradiation according to an embodiment of the present invention.

더 균일하고 확실한 이종접합 구조를 가진 탄소질화물-티탄산화물 복합체를 제조하기 위해 제조된 탄소질화물-티탄산화물 복합체(CN20)를 질소 분위기에서 350℃로 소성하였다.In order to manufacture a carbon nitride-titanium oxide composite with a more uniform and reliable heterojunction structure, the prepared carbon nitride-titanium oxide composite (CN20) was fired at 350°C in a nitrogen atmosphere.

이를 소성 혼성체(CN20-350)라고 명명한다.This is named the calcination hybrid (CN20-350).

도 10을 참조하면, 상기 소성 혼성체(CN20-350)는 소성 전보다(CN20) 더 낮은 NO 제거 효율 및 NOx 제거 효율을 나타내는 것을 확인 할 수 있다.Referring to Figure 10, it can be seen that the calcinated hybrid material (CN20-350) exhibits lower NO removal efficiency and NOx removal efficiency than before calcination (CN20).

도 11을 참조하면, DRS-UV-vis 스펙트라를 통해 CN20-350의 450 nm 이상의 빛에 대한 흡수능이 크게 떨어지는 것을 확인할 수 있다.Referring to Figure 11, it can be seen through DRS-UV-vis spectra that the absorption ability of CN20-350 for light above 450 nm is greatly reduced.

또한, 소성 혼성체(CN20-350)가 이종접합 구조를 가지게 될 경우, 탄소질화물(CN)에서 전도띠(CB)의 전하가 더 낮은 전위를 가지는 TiO2의 전도띠(CB)로 이동하고, TiO2에서 원자가띠(VB)의 정공도 더 낮은 전위를 가지는 탄소질화물(CN)의 정공으로 이동하게 되면서 탄소질화물(CN)의 전도띠(CB)에서 생성되는 O2 라디칼과 TiO2의 원자가띠(VB)에서 생성되는 OH 라디칼이 줄어들어 NO 제거 성능이 떨어지게 될 수 있다.In addition, when the fired hybrid material (CN20-350) has a heterojunction structure, the charge of the conduction band (CB) from carbon nitride (CN) moves to the conduction band (CB) of TiO 2 , which has a lower potential, As the holes in the valence band (VB) of TiO 2 also move to the holes of carbon nitride (CN), which has a lower potential, O 2 radicals generated in the conduction band (CB) of carbon nitride (CN) and the valence band of TiO 2 As the OH radicals generated from (VB) are reduced, NO removal performance may be reduced.

따라서, 본 발명인 탄소질화물-티탄산화물 복합체는 소성하지 않은 상태의 물질이 NOx 제거 효율을 증가시킬 수 있는 것을 확인 할 수 있다.Therefore, it can be confirmed that the carbon nitride-titanium oxide composite of the present invention can increase the NOx removal efficiency of the unfired material.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.The description of the present invention described above is for illustrative purposes, and those skilled in the art will understand that the present invention can be easily modified into other specific forms without changing the technical idea or essential features of the present invention. will be. Therefore, the embodiments described above should be understood in all respects as illustrative and not restrictive. For example, each component described as single may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as distributed may also be implemented in a combined form.

본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is indicated by the patent claims described below, and all changes or modified forms derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be construed as being included in the scope of the present invention.

Claims (9)

층간 구조를 가지는 흑연질의 탄소질화물; 및
상기 탄소질화물의 표면을 덮도록 위치하는 티탄산화물을 포함하되,
상기 티탄산화물은 구형의 입자로서 아나테이즈(anatase)상과 루틸(rutile)상이 동시에 존재하는 2상 구조인 것을 특징으로 하는 질소산화물 저감용 탄소질화물-티탄산화물 복합체.
Graphite carbon nitride with an interlayer structure; and
Includes titanium oxide positioned to cover the surface of the carbon nitride,
The titanium oxide is a spherical particle and has a two-phase structure in which an anatase phase and a rutile phase exist simultaneously. A carbon nitride-titanium oxide complex for reducing nitrogen oxides.
제1항에 있어서,
상기 티탄산화물과 탄소질화물의 중량 비율은 9:1 내지 1:9 인 것을 특징으로 하는 질소산화물 저감용 탄소질화물-티탄산화물 복합체.
According to paragraph 1,
A carbon nitride-titanium oxide composite for reducing nitrogen oxides, characterized in that the weight ratio of the titanium oxide and carbon nitride is 9:1 to 1:9.
제1항에 있어서,
상기 탄소질화물은 방향족 트리아진 고리를 포함하는 흑연질의 2차원 적층구조 화합물인 것을 특징으로 하는 질소산화물 저감용 탄소질화물-티탄산화물 복합체.
According to paragraph 1,
The carbon nitride is a carbon nitride-titanium oxide composite for reducing nitrogen oxides, characterized in that the carbon nitride is a graphite two-dimensional layered structure compound containing an aromatic triazine ring.
제1항에 있어서,
상기 탄소질화물의 층간 거리는 0.30 nm 내지 0.35nm인 것을 특징으로 하는 질소산화물 저감용 탄소질화물-티탄산화물 복합체.
According to paragraph 1,
A carbon nitride-titanium oxide composite for reducing nitrogen oxides, characterized in that the interlayer distance of the carbon nitride is 0.30 nm to 0.35 nm.
제1항에 있어서,
상기 티탄산화물은 20nm 내지 30nm 직경의 구형의 입자인 것을 특징으로 하는 질소산화물 저감용 탄소질화물-티탄산화물 복합체.
According to paragraph 1,
A carbon nitride-titanium oxide composite for reducing nitrogen oxides, characterized in that the titanium oxide is a spherical particle with a diameter of 20 nm to 30 nm.
제1항에 있어서,
상기 질소산화물 저감용 탄소질화물-티탄산화물 복합체는 200nm 내지 500nm 파장의 빛을 흡수하는 것을 특징으로 하는 질소산화물 저감용 탄소질화물-티탄산화물 복합체.
According to paragraph 1,
The carbon nitride-titanium oxide complex for reducing nitrogen oxides is characterized in that it absorbs light with a wavelength of 200 nm to 500 nm.
층간 구조를 갖는 흑연질의 탄소질화물 및 구형 입자의 티탄산화물을 준비하는 단계;및
상기 탄소질화물 및 티탄산화물을 물리적으로 혼합하여 탄소질화물-티탄산화물 복합체를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 질소산화물 저감용 탄소질화물-티탄산화물 복합체의 제조방법.
Preparing graphitic carbon nitride and spherical particle titanium oxide having an interlayer structure; And
A method for producing a carbon nitride-titanium oxide composite for reducing nitrogen oxides, comprising the step of physically mixing the carbon nitride and titanium oxide to form a carbon nitride-titanium oxide composite.
제7항에 있어서,
상기 탄소질화물 및 티탄산화물의 중량 비율은 9:1 내지 1:9 인 것을 특징으로 하는 질소산화물 저감용 탄소질화물-티탄산화물 복합체의 제조방법.
In clause 7,
A method for producing a carbon nitride-titanium oxide composite for reducing nitrogen oxides, characterized in that the weight ratio of the carbon nitride and titanium oxide is 9:1 to 1:9.
제7항에 있어서,
상기 탄소질화물-티탄산화물 복합체를 형성하는 단계에서,
상기 탄소질화물-티탄산화물 복합체는 상기 탄소질화물과 상기 티탄산화물을 분말 혼합공정 또는 용액 혼합공정을 수행하여 제조하는 것을 특징으로 하는 질소산화물 저감용 탄소질화물-티탄산화물 복합체의 제조방법.
In clause 7,
In the step of forming the carbon nitride-titanium oxide complex,
The carbon nitride-titanium oxide composite is a method of producing a carbon nitride-titanium oxide composite for reducing nitrogen oxides, characterized in that the carbon nitride and the titanium oxide are manufactured by performing a powder mixing process or a solution mixing process.
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