향상된 흡착

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 17054(2022) 이 기사 인용

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폐건전지와 처리되지 않은 항생제가 함유된 폐수를 환경으로 부적절하게 배출하는 것은 생태계 유지에 심각한 위협이 됩니다. 본 연구에서는 폐건전지 막대를 산화그래핀(GO) 전구체로 사용하는 생물환원 공정을 통해 환원그래핀옥사이드-ZnO(rGO-ZnO) 나노복합체의 합성을 달성하였다. 나노복합체는 과산화수소 존재 하에 290nm에서 클로람페니콜(CAP)의 자외선 광촉매 분해에 적용되었습니다. RGO-ZnO 나노복합체는 SEM, TEM, XRD, BET 및 FTIR로 특성화되었습니다. 나노복합체의 TEM 이미지는 거친 환원 그래핀 산화물 표면에 다분산된 준구형 산화아연을 나타냈습니다. XRD 패턴은 ZnO와 rGO의 날카롭고 눈에 띄는 결정질 우르츠광 육각형 상을 보여주었습니다. 나노복합체의 BET 표면적은 722m2/g이었으며 기공 크기는 2nm, 기공 부피는 0.4cc/g이었습니다. % 광 제거 효율은 조사 시간이 증가함에 따라 증가했지만 pH, 온도 및 CAP 농도가 높아지면 감소했습니다. 광촉매 흡착 과정은 다층 흡착 메커니즘을 나타내는 Freundlich 모델(R2 = 0.99)에 더 정확하게 들어맞았습니다. 나노복합체로 처리한 후 동물 방류수의 화학적 산소 요구량(COD) 수준이 92.74% 감소하여 실제 폐수 샘플에서 그 효과가 확인되었습니다.

수십 년 전 처음 발견된 이후 항생제는 질병 예방, 치료 및 성장 촉진 목적을 위해 인간과 동물 관리에 유용한 응용 분야를 발견했습니다1. 이러한 목적으로 사용되는 다양한 항생제에는 아지스로마이신, 클로람페니콜, 테트라사이클린, 스트렙토마이신 등이 있습니다. 그러나 최근에는 항생제와 그 잔류물이 생산 공장, 폐수 처리장, 병원, 매립지 등을 통해 환경에 유입되고 있습니다. 이제 그들은 환경 오염 물질의 중요한 그룹으로 등장했습니다2. 다양한 수준의 항생제 잔류물이 수생 및 육상 유기체에 수반되는 독성 영향과 함께 제약 및 농업 폐수에서 보고되었습니다2.

반도체 기반 균질/이종 광촉매, 초음파 촉매, 펜톤, 전기화학적 산화, 오존 처리 등과 같은 고급 산화 공정은 비용 효율성, 유기 및 무기 오염물질을 독성이 덜한 물질로 분해하는 시간과 능력3,4,5,6,7. 황화카드뮴(CdS), 황화아연(ZnS), 산화제2철(Fe2O3), 산화티타늄(TiO2), 산화아연(ZnO) 나노입자와 같은 반도체는 반응성 산화종의 생성을 통해 광환원 산화환원 반응에 대한 증감제로 작용할 수 있습니다. 하이드록실 라디칼, 과산화수소 및 과산화물 음이온을 포함합니다8.

산화 아연은 II-VI 화합물 반도체입니다. 이는 3.4eV의 밴드갭과 387nm의 파장을 가지며 전자기 스펙트럼9의 자외선(UV) 영역에서 여기될 수 있습니다. 산화아연 나노입자는 상대적으로 저렴한 생산 비용, 온화한 반응 조건10,11 등으로 인해 항균제, 가스 감지 응용 분야, 그리고 가장 중요하게는 광촉매 폐수 처리에 널리 사용되었습니다.

반대로, 반도체 광촉매에서 자주 직면하는 몇 가지 문제로는 좁은 흡수 범위, 광부식, 전자-정공 쌍의 재결합, 수성 매질에서의 광불안정성, 거대한 활성화 에너지를 필요로 하는 넓은 밴드 갭 등이 있습니다. 흑연 물질(환원된 그래핀 산화물)의 통합은 전자-정공 쌍의 재결합 방지, 반도체의 전하 운반체 수송 향상, 흡착 용량, 전도성 및 전반적인 광촉매 활성 개선에 효과적인 것으로 입증되었습니다13,14.