WO2018092945A1

WO2018092945A1 - 비스무스 바나데이트 광촉매 및 그 제조방법

Info

Publication number: WO2018092945A1
Application number: PCT/KR2016/013320
Authority: WO
Inventors: 이수완; 챠비랄레그미; 김태호
Original assignee: 선문대학교 산학협력단
Priority date: 2016-11-18
Filing date: 2016-11-18
Publication date: 2018-05-24

Abstract

본 발명은 조류제거에 효과가 있는 가시광 반응형 광촉매 및 그의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 니켈이 도핑된 비스무스 바나데이트(BiVO₄)로 이루어진 조류제거용 가시광 반응형 광촉매 및 그의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명의 니켈이 도핑된 비스무스바나데이트 광촉매는 니켈이 도핑되지 않은 비스무스 바나데이트에 비해 조류제거 효과가 뛰어나고, 이부프로펜과 같은 의약폐기물의 분해에도 효과가 있음을 확인하였다.

Description

비스무스 바나데이트 광촉매 및 그 제조방법

본 발명은 조류제거에 효과가 있는 가시광 반응형 광촉매 및 그의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 니켈이 도핑된 비스무스 바나데이트(BiVO₄)로 이루어진 조류제거용 가시광 반응형 광촉매 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.

최근 환경오염은 전 세계적으로 문제가 되고 있으며, 다수의 감염은 오염된 물과 공기에 의한 것으로 알려지고 있다. 이와 관련하여, 호소 및 바다 등에 발생하는 녹조류, 적조류 및 남조류를 포함하는 조류는 수질오염에 의한 부영양화로 인해 급격히 증가하여 탈산소화 및 독성물질 발생을 일으키고 있으며, 이러한 독성물질들은 어패류를 비롯한 수중생물에 축적되어 연관된 먹이사슬에도 큰 영향을 미치고 있어 그 대책이 필요하다.

이러한 조류를 감소시키거나 조절하는 기술에 대한 필요성이 갈수록 증대되고 있으며, 이와 관련하여 종래에는 화학약품을 기반으로 한 살조제 등을 이용하였으나 이차적인 피해 등이 보고되고 있고, 근본적인 대책이 아닌 일시적인 효과만 있는 것으로 알려지고 있다. 따라서, 환경적인 오염 등의 문제가 없으면서도 근본적으로 조류를 감소시키거나 제거할 수 있는 기술에 대한 필요성이 더욱 커지게 되었다.

광촉매(photocatalyst)는 밴드갭 에너지 이상의 에너지를 갖는 빛을 받으면 가전자대(valence band)에서 전도대(conduction band)로 전자를 여기시켜서 전도대에는 전자를 형성하고 가전자대에는 정공을 형성하며, 형성된 전자와 정공이 광촉매의 표면으로 확산하여 산화, 환원 반응에 참여한다.

광촉매 반응은 태양 에너지를 이용하여 물을 직접 광분해하여 차세대의 대체 에너지원인 수소를 생산하는데 사용될 수 있으며, 휘발성 유기화합물(VOCs), 각종 악취, 폐수, 난분해성 오염물질 및 환경 호르몬의 분해, 세균, 박테리아의 살균 등에 사용될 수 있다.

종래에 광촉매를 사용하여 적조 및 녹조를 억제하기 위한 기술들이 일부 공개되었으며 하기와 같다.

한국등록특허 제0690932호에서는 이산화티탄(TiO₂)으로 된 광촉매에 은 또는 동 분말을 혼합하여 만들어진 혼합액을 다공질의 바이오 스톤 표면에 코팅하여 형성되는 녹조 및 적조 제거제에 있어서, 상기 바이오 스톤은 부피비로 입상의 다포유리 50~99%와, 난분해성 또는 기숙성된 유기물 1~50%을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 녹조 및 적조 제거제를 개시하고 있다.

또한, 한국공개특허 제2004-0010791호에서는 이산화티탄(TiO₂), 이산화규소(SiO₂), 산화마그네슘(MgO)을 주성분으로 하고 탄소분말, 광물입자를 보조제로 포함하는 녹조퇴치물질을 개시하고 있다.

태양 빛은 대표적으로 자외선, 가시광선, 적외선의 파장이 있다. 태양 빛의 파장 280~400 nm은 자외선에 해당되며 자외선 중 UV-A(320~400 nm), UV-B(280~320 nm)만이 지표면에 도달하고, 빛의 파장 380~780 nm은 가시광선이며 태양의 광은 가시광역의 450 nm 부근에서 최대이다. TiO₂는 3.2 eV의 넓은 밴드갭을 가지고 있어 흡수하는 영역이 380 nm 이하이다. 이 자외선 영역은 태양 광 전체의 3% 밖에 되지 않으며, 반면에 가시광선 영역은 약 52% 정도를 차지하고 있다.

종래에 광촉매로서로 폭넓게 사용되고 있는 이산화티탄(TiO₂)은 유기물 및 물을 분해하는데 우수한 특성을 나타내고 있다. 그러나 이산화티탄(TiO₂)은 태양광의 3% 정도를 포함하는 자외선 영역에서만 광촉매 반응을 일으킨다. 따라서 광촉매 기술을 효과적으로 활용하기 위하여는 태양광의 약 조류제거에 우수한 효과가 있는 광촉매 재료의 개발이 필요하다.

본 발명의 목적은 기존의 가시광 흡수율이 높은 비스무스 바나데이트에 니켈을 도핑하여, 조류 제거 기능이 향상된 광촉매 및 그의 제조방법을 제공하는데 목적이 있다. 본 발명의 또 다른 목적은 조류 제거 기능을 갖는 니켈이 도핑된 비스무스 바나데이트 광촉매를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 광촉매는 조류제거용 가시광 반응형 광촉매로서, 니켈이 도핑된 비스무스바나데이트를 포함하며,상기 비스무스바나데이트에 도핑된 니켈의 무게비는 0.5 내지 3.0 wt% 범위인 비스무스바나데이트 광촉매로 달성된다.

상기 니켈이 도핑된 비스무스바나데이트는 XRD 분석에서 28.75 내지 29.75°범위에서 (121)면에 대응하는 회절피크(2θ)를 적어도 하나 포함할 수 있다.

상기 니켈이 도핑된 비스무스바나데이트는 단사정계-정방정계 헤테로구조의 결정구조를 포함할 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 또 다른 방법으로서, 상기 비스무스바나데이트 광촉매를 포함하는 조류 제거제로서 달성된다.

상기 목적을 달성하기 위한 또 다른 방법으로서, 상기 비스무스바나데이트 광촉매를 포함하는 조류 제거용 코팅 조성물로서 달성된다.

상기 목적을 달성하기 위한 또 다른 방법으로서, 본 발명의 광촉매는 의약폐용액 분해용 가시광 반응형 광촉매로서, 니켈이 도핑된 비스무스바나데이트를 포함하며, 상기 비스무스바나데이트에 도핑된 니켈의 무게비는 0.5 내지 3.0 wt% 범위인 비스무스바나데이트 광촉매로서 달성된다.

상기 의약폐용액은 이부프로펜을 포함할 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 또 다른 방법으로서, 본 발명의 조류제거용 가시광 반응형 광촉매를 제조하는 방법으로서, Bi(NO₃)₃.5H₂O 를 용해시켜 제1용액을 만드는 단계, NH₄VO₃ 를 용해시켜 제2용액을 만드는 단계, 상기 제1용액과 상기 제2용액을 혼합하여 혼합용액을 마련하는 단계, 상기 혼합용액에 NiCl₂.6H₂O를 첨가하여 제3용액을 만드는 단계, 상기 제3용액에 마이크로파를 조사하여 수열합성을 하는 단계를 포함하는 니켈이 도핑된 비스무스바나데이트 광촉매 제조방법에 의해 달성된다.

상기 제2용액을 만드는 단계에서 NiCl₂.6H₂O이 첨가되는 양은, 상기 수열합성 이후 제조된 비스무스바나데이트에 니켈이 무게비로 0.5 내지 3.0 wt% 포함되도록 할 수 있다.

본 발명은 가시광을 흡수할 수 있는 니켈이 도핑된 비스무스 바나데이트 광촉매를 제공함으로써 우리 식수원과 수자원 및 수생물에 심각한 위험을 야기하는 녹조 및 적조를 포함하는 조류를 태양광 조사 하에 효과적으로 제거할 수 있으며, 의약적 폐기물의 제거에도 효과적이다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 XRD 분석 결과를 나타낸 그래프이다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 확산-반사 스펙트럼 그래프이다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 밴드갭 에너지를 나타낸 그래프이다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 FE-SEM 사진이다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 라만 스펙트럼 그래프이다.

도 6은 본 발명의 실시예에 가시광 투사 시간에 따른 녹조 생존율을 나타낸 것이다.

도 7은 본 발명의 실시예에 가시광 투사 시간에 따른 적조 생존율을 나타낸 것이다.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 가시광 투사 시간에 따른 IBP 변화량을 나타낸 그래프이다.

이하 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.

첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일 예에 불과하므로 본 발명의 사상이 첨부된 도면에 한정되는 것은 아니다.

본 발명은 Ni² ⁺:BiVO₄로 표시되는 화합물로서, 이를 포함하는 광촉매 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 더 자세하게는 니켈(Ni² ⁺)이 도핑된 비스무스 바나데이트(BiVO₄)를 포함하는 조류제거 기능이 개선된 가시광 반응형 광촉매 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

종래의 많은 연구를 통해 BiVO₄는 좁은 밴드갭 에너지(2.4eV)에 의해 효과적으로 가시광 반응이 가능하며, 무독성과 안정성을 갖는 광촉매로서 주목을 받아왔다. 비스무스 바나데이트는 3 종류의 결정상을 갖는데, 이는 각각 단사정계 회중석(scheelite) 구조, 정방정계 지르콘 구조 및 정방정계 회중석 구조이다. 이중에서 단사정계 회중석구조가 광촉매 활성이 가장 우수하다. 그러나 단사정계 회중석구조결정상은 낮은 계면 전하 이동속도 및 광유도 전자 공공 쌍의 높은 재조합 등과 같은 한계를 갖고 있다. 종래부터 이러한 문제를 해결하기 위해 전이금속과 같은 외래물질을 도핑하려는 시도가 있었다.

비스무스 바나데이트는 광촉매 특성을 이용하여 여러 염료나 유기 오염물 및 공기오염물을 제거하기 위한 응용은 보고되고 있으나, 박테리아의 비활성이나 조류의 비활성 성능에 대해서는 알려지지 않았다. 본 발명에서는 비스무스 바나데이트의 조류제거 효과에 대해 연구하던 중 본 발명에 의해 제조된 비스무스 바나데이트가 조류제거에 효과적이며, 의약 폐기물로서 또 다른 심각한 수생 생태계 위험물질인 IBP(이부프로펜)의 감소에도 효과적인 것을 확인하였다.

본 발명에서의 광촉매 제조는 다음의 단계를 포함하여 제조된다.

a) Bi(NO₃)₃.5H₂O 를 용해시켜 제1용액을 만드는 단계;

b) NH₄VO₃를 용해시켜 제2용액을 만드는 단계;

c) 상기 제1용액과 상기 제2용액을 혼합하여 혼합용액을 마련하는 단계;

d) 상기 혼합용액에 NiCl₂.6H₂O를 첨가하여 제3용액을 만드는 단계;

e) 상기 제3용액에 마이크로파를 조사하여 수열합성을 하는 단계.

f) 상기 수열합성된 제3용액을 건조 및 하소하는 단계 등을 추가로 포함할 수 있다.

상기 제2용액을 만드는 단계에서 NiCl₂.6H₂O이 첨가되는 양은, 상기 수열합성 이후 제조된 비스무스바나데이트에 니켈이 무게비로 0.5 내지 3.0 wt% 포함되도록 한다.

실시예 1

우선 5 mmol Bi(NO₃)₃.5H₂O를 20ml의 4M HNO₃에 용해시켜 제1용액을 만든다. 다른 용기에 5 mmol의 NH₄VO₃를 20ml의 4M NaOH에 용해시켜 제2용액을 만든다. 각각의 용액은 완전히 용해되도록 30분간 스티어링한다. 제2용액을 제1용액에 조금씩 부어 혼합하여 혼합용액을 만든다. 혼합용액에 Ni의 첨가량이 각각 0.5wt%, 1wt%, 및 3wt%가 되도록 NiCl₂.6H₂O를 첨가한다. 혼합용액은 마이크로파 처리를 위한 테플론 라인 용기 내에서 30분간 스티어링한다. 이후 혼합물을 180℃에서 3시간 동안 가열한다. 얻어진 황색 침전물은 증류수와 에탄올을 이용하여 여러 번 세정과 건조(80℃)를 반복한다. 건조된 샘플은 200℃에서 2시간 동안 하소를 한다. 니켈이 도핑되지 않은 샘플도 위와 유사한 공정을 통하여 제조하였다. 각 샘플코드에 따른 조성과 특성은 표 1에 나타내었다.

표 1

각 샘플코드 및 샘플코드에 따른 조성, 결정특성 및 밴드갭 에너지

샘플코드	조성	결정성(FWHM)	결정립크기(nm)	격자면 간격(A^o)	밴드갭에너지(eV)
BVO	BiVO₄	0.4151	25.2	3.1307	2.43
BVO-Ni0.5	BiVO₄-0.5wt%Ni	0.3255	34.7	3.1033	2.37
BVO-Ni1	BiVO₄-1wt%Ni	0.3280	34.5	3.1085	2.36
BVO-Ni3	BiVO₄-3wt%Ni	0.3544	31.1	3.083	2.38

도 1은 상기 각 샘플들에 대한 XRD 분석 결과를 나타낸 그래프이다. 도 1의 (a)는 본 발명에서의 각 샘플들에 대한 회절 피크를 나타내었다. 4개의 샘플들은 모두 단사정계 회중석 구조에 대응하는 19^o, 35^o, 및 47^o회절피크를 나타내었다. 니켈이 도핑된 비스무스 바나데이트에서는 추가적으로 정방정계 상에 대한 회절피크가 나타남을 확인하였다. 니켈이 도핑된 비스무스바나데이트에서 정방정계 상이 나타난 것은 니켈 이온에 의해 비스무스 이온이 치환된 것에 기인한 것으로 판단된다. 이러한 단사정계-정방정계 헤테로구조(heterostructure)는 광유도 전하 캐리어의 이동이 좋아지도록 하는 효과가 있으며, 이로 인해 광촉매 특성이 향상된다.

니켈이 도핑된 비스무스바나데이트 샘플들에서는 모두 니켈이 도핑되지 않은 비스무스 바나데이트(BVO)에 비해 더 강한 (121) 결정면 피크가 나타났다. 그러나 강도는 도펀트 농도가 증가함에 따라 감소하는 것으로 확인되었다. 반면에 (040) 결정면 피크는 도펀트 농도가 증가함에 따라 증가하는 것으로 나타났으며, 각 샘플의 결정화도가 증가하였음을 나타내고 있다. 각 샘플의 (040)면 대비 (121)면에 대한 피크의 강도를 도 1의 (c)에 나타냈다. 모든 샘플에서 니켈이나 니켈 산화물(NiO)에 대한 피크는 관찰되지 않았으며, 이는 도펀트 이온 농도가 충분히 낮았기 때문으로 보인다. 니켈이 도핑된 비스무스 바나데이트 샘플들에서 (120) 면에 대한 피크(2θ)가 28.75^o내지29.75^o범위에 존재하는 것을 확인하였다. 니켈이 도핑되지 않은 비스무스바나데이트에 비해 도펀트 농도가 증가함에 따라 조금씩 회절피크가 그래프 상에서 우측으로 이동하는 경향을 나타내었는데, 이는 니켈이 비스무스 바나데이트의 결정격자를 변형시키기 때문이다. Bi⁺³ 이온은 Ni⁺² 이온에 의해 치환되기 때문인데, 니켈이온에 비해 비스무스 이온이 크기 때문에 니켈이온으로 치환된 격자의 변형이 발생한다. 니켈 도핑량이 증가할수록 (121) 면 회절피크가 넓어지는 것을 발견하였는데, 표 1에서 나타낸 바와 같이 FWHM이 증가되는 것에 대응하여 결정립 크기는 점차적으로 감소하는 것을 나타낸다. 결과적으로, 니켈이 도핑된 비스무스바나데이트 샘플들에서 결정립 크기가 작아질수록 광생성 캐리어들의 이동 시간을 감소시키게 하고 전자-공공 쌍의 분리 효율을 증가시키기기 때문에 광 흡수 능력이 증가하며, 광촉매 활성이 증가하는 것으로 확인되었다.

도 2는 본 발명의 각 샘플들에 대한 확산-반사 스펙트럼 그래프를 나타낸 것이다. 니켈이 도핑되지 않은 비스무스 바나데이트(BVO)의 흡수밴드는 UV 영역에서 510 nm 까지 나타났으며, 니켈이 도핑된 비스무스바나데이트 샘플들에서는 니켈의 농도가 증가할수록 흡수밴드가 적색영역으로 조금씩 이동하는 것으로 나타났다. 도 3에서와 같이 니켈이 도핑되지 않은 비스무스 바나데이트(BVO)에 비해 니켈이 도핑된 비스무스바나데이트에서 밴드갭 에너지가 더 좁게 나타났다. 밴드갭 에너지가 좁아질수록 밸런스 밴드로부터 컨덕션 밴드로의 전자 여기에 의한 가시광 흡수 효율이 증가하는 것으로 알려지고 있다. 따라서 도 3에서와 같이 니켈 도핑량이 증가할수록 밴드갭 에너지가 좁게 나타나고 있어, 니켈 도핑량이 증가할수록 가시광 흡수가 증가할 것으로 기대할 수 있다.

도 4에서는 본 발명의 각 샘플들의 분말 형상에 대해 나타내었다. 니켈의 첨가량만 다르게 했을 뿐 각 샘플들의 제조공정이 유사하게 진행되었으므로, 각 사진에 나타난 형상의 차이는 니켈 도핑에 따른 변화로 인지할 수 있다. 니켈이 도핑되지 않은 비스무스 바나데이트(BVO)는 벌레(worm) 모양의 형상을 하고 있으며, 입자간 응집이 불균일하게 나타났고, 형상도 불균일하게 나타났으며, 입자크기는 대략 1.5㎛ 이었다. 이에 비해 니켈이 0.5 wt% 도핑된 비스무스바나데이트(BVO-Ni0.5)에서는 막대(rod) 모양의 형상이 나타났으며 그 길이가 4㎛ 까지인 것도 확인되었다. 니켈이 1 wt% 도핑된 비스무스바나데이트(BVO-Ni1)에서는 막대모양 입자와 더불어 일부 시트 형상의 입자가 나타났다. 니켈이 3 wt% 도핑된 비스무스바나데이트(BVO-Ni3)에서는 대부분 시트형상의 입자였다. 합성 중 입자는 각기 다른 방향, 다른 속도로 성장한다. 그림 1의 (c)에 나타난 바와 같이 121/040 강도 비는 니켈 도핑 양이 증가함에 따라 감소하는 것을 나타내고 있다. 니켈이 도핑되지 않은 비스무스 바나데이트(BVO)에서는 (121) 결정면 성장속도가 (040) 결정면 성장속도에 비해 빠르기 때문에 벌레 형상으로 남는 것으로 보인다. 니켈이 도핑된 비스무스바나데이트에서는 니켈 도핑량이 증가함에 따라 (040) 결정면 성장속도가 빠르게 되고 이로 인해 입자 형상이 달라지게 되는 것으로 판단된다.

도 5에서는 본 발명에서의 각 샘플들에 대한 라만 스펙트럼 분석결과를 나타낸 것이다. 821.5 cm^-1의 밴드는 대칭적 V-O 스트레칭 모드에 의한 것이며, 716.9 cm^- ¹ 의 밴드는 반대칭적 V-O 스트레칭 모드에 의한 것이다. 364.4 cm^- ¹와 326.4cm^-1 부근의 밴드는 각각 대칭적 V-O 밴딩 모드와 반대칭적 V-O 밴딩 모드에 대한 것이다. 도 5에서의 각 샘플들에 대한 그래프에 의해 니켈 도핑량이 증가함에 따라 821.5 cm^-1의 밴드 강도가 감소함을 확인할 수 있다. VO₄ 정방정 구조의 약한 변형에 의한 것으로 볼 수 있는데, 이 역시 니켈 양이온이 비스무스 양이온 자리를 치환하기 때문으로 볼 수 있으며, 결과적으로 격자 내 산소 결핍이 발생한다. 이러한 산소 결핍은 또한 광촉매 활성의 증가를 가져오는 것으로 알려지고 있다.

본 발명에서의 광촉매가 조류 제거 성능이 개선되었는지를 확인하기 위하여 녹조와 적조에 대해 각각 가시광 조사 하에서의 비활성 정도를 측정하였고, 이에 대한 결과를 도 6과 도 7에 나타냈다. 녹조 제거 성능 측정(도 6)에 사용한 녹조는 클라미도모나스 푸사틸라(Chlamydomonas pulsatilla)였으며, 적조 제거 성능 측정(도 7)에 사용한 적조는 암피디움 카르테레(Amphidinium Carterae)였다. 도 6과 도 7의 각 그래프는 각 샘플들에 의해 조류가 비활성화되는 비율을 60분간 가시광을 조사하며 측정한 결과이다. 도 6에서 나타냈듯이, 니켈이 도핑되지 않은 비스무스 바나데이트(BVO) 샘플에서는 녹조가 60% 가량 감소하는 것으로 나타난 반면, 니켈이 1 wt% 도핑된 비스무스바나데이트(BVO-Ni1)를 이용한 샘플에서는 70%까지 감소하는 것으로 나타났다. 도 7에서의 적조 제거 실험에서는 니켈이 1 wt% 도핑된 비스무스바나데이트(BVO-Ni1)를 이용한 샘플에서 90%까지 감소하는 것으로 나타났다. 광촉매가 없는 상황과의 비교를 위해 각 조류 제거 실험에서 광촉매 없이 가시광만 투과(Light)한 결과와 광촉매도 가시광 투과도 없는 상태(Dark)에서의 결과와 비교하였다. 광촉매가 없는 상황에서는 조류 감소 변화가 크지 않은 것으로 나타났다.

도 8에서는 본 발명의 각 샘플들을 이용한 이부푸로펜(IBP)의 분해 실험을 한 결과를 나타낸 것이다. 실험 조건은 본 발명의 조류 제거 측정 실험과 유사하게 진행하였으며, 각 환경에서 최대 180분간 진행하였다. 도 8의 (a)는 시간에 따른 이부프로펜의 감소비율을 나타낸 것이며, (b)는 반복 실험을 통해 광촉매 활성이 반복적 실험에도 유지되는지를 나타낸 것이다.

도 8의 (a)에 나타난 바와 같이 니켈이 도핑되지 않은 비스무스 바나데이트(BVO)에서는 180분이 지난 이후 대략 50%의 분해가 진행된 것으로 나타났다. 이에 비해 모든 니켈이 도핑된 비스무스바나데이트 샘플들에서는 니켈이 도핑되지 않은 비스무스 바나데이트(BVO)에 비해 180분 실험 진행 이후 더 많이 분해가 된 것을 확인할 수 있었다. 특히, 니켈이 1 wt% 도핑된 비스무스바나데이트(BVO-Ni1)에서 가장 이부프로펜의 분해가 활발하게 나타났는데, 180분 이후 대략 80% 정도 분해된 것으로 확인되었다. 도 8의 (b)에 나타낸 바와 같이 니켈이 1 wt% 도핑된 비스무스바나데이트(BVO-Ni1)를 이용하여 이부프로펜의 분해에 대한 반복 실험을 진행한 경우에도 각각의 분해 성능은 비교적 일정하게 나타나는 것으로 확인되어, 이부프로펜의 분해에 의해 니켈이 도핑된 비스무스바나데이트의 광촉매 활성이 감소되지 않는 것으로 확인되었다.

본 발명에서 비스무스 바나데이트에 도핑되는 니켈의 무게비는 0.5 내지 3.0 wt% 범위인 것이 바람직한 것으로 나타났다. 니켈의 무게비가 0.5 wt%보다 적을 경우에는 니켈이 도핑되지 않은 비스무스 바나데이트와 유사한 결과를 나타내어 니켈 도핑에 의한 효과를 얻을 수 없는 것으로 확인되었고, 니켈의 무게비가 3.0 wt% 보다 많이 도핑할 경우 도핑이 되지 않는 니켈이나 니켈 산화물이 나타나며, 광촉매 활성도 니켈이 도핑되지 않은 비스무스 바나데이트에 비해 크게 개선되지 않는 것으로 나타났다. 더욱 바람직하게는 니켈의 무게비가 0.5 내지 1.0 wt% 일 경우에서 조류제거 성능 및 의약폐기물 용액의 분해 성능이 우수한 것으로 확인되었다.

이와 같이 본 발명의 니켈이 도핑된 비스무스바나데이트 광촉매는 니켈이 도핑되지 않은 비스무스 바나데이트에 비해 조류제거 효과가 뛰어나고, 이부프로펜과 같은 의약폐기물의 분해에도 효과가 있음을 확인하였다.

전술한 실시예들은 본 발명을 설명하기 위한 예시로서, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양하게 변형하여 본 발명을 실시하는 것이 가능할 것이므로, 본 발명의 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims

조류제거용 가시광 반응형 광촉매로서,

니켈이 도핑된 비스무스바나데이트를 포함하며,

상기 비스무스바나데이트에 도핑된 니켈의 무게비는 0.5 내지 3.0 wt% 범위인 것을 특징으로 하는 비스무스바나데이트 광촉매.
제1항에서,

상기 니켈이 도핑된 비스무스바나데이트는 XRD 분석에서 28.75 내지 29.75°범위에서 (121)면에 대응하는 회절피크(2θ)를 적어도 하나 포함하는 것을 특징으로 하는 비스무스바나데이트 광촉매.
제1항에서,

상기 니켈이 도핑된 비스무스바나데이트는 단사정계-정방정계 헤테로구조의 결정구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 비스무스바나데이트 광촉매.
제1항 내지 제3항의 비스무스바나데이트 광촉매를 포함하는 조류 제거제.
제1항 내지 제3항의 비스무스바나데이트 광촉매를 포함하는 조류 제거용 코팅 조성물.
의약폐용액 분해용 가시광 반응형 광촉매로서,

니켈이 도핑된 비스무스바나데이트를 포함하며,

상기 비스무스바나데이트에 도핑된 니켈의 무게비는 0.5 내지 3.0 wt% 범위인 것을 특징으로 하는 비스무스바나데이트 광촉매.
제6항에서,

상기 의약폐용액은 이부프로펜을 포함하는 것을 특징으로 하는 비스무스바나데이트 광촉매.
조류제거용 가시광 반응형 광촉매를 제조하는 방법으로서,

Bi(NO₃)₃.5H₂O 를 용해시켜 제1용액을 만드는 단계;

NH₄VO₃를 용해시켜 제2용액을 만드는 단계;

상기 제1용액과 상기 제2용액을 혼합하여 혼합용액을 마련하는 단계;

상기 혼합용액에 NiCl₂.6H₂O를 첨가하여 제3용액을 만드는 단계;

상기 제3용액에 마이크로파를 조사하여 수열합성을 하는 단계;를 포함하는 니켈이 도핑된 비스무스바나데이트 광촉매 제조방법.
제8항에서,

상기 제2용액을 만드는 단계에서 NiCl₂.6H₂O이 첨가되는 양은, 상기 수열합성 이후 제조된 비스무스바나데이트에 니켈이 무게비로 0.5 내지 3.0 wt% 포함되도록 하는 것을 특징으로 하는 니켈이 도핑된 비스무스바나데이트 광촉매 제조방법.