C,N 뭐

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 5716(2023) 이 기사 인용

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복합오염물질은 강과 바다에 배출 및 축적되고 있으므로 오염물질을 효율적으로 해결하기 위해서는 결합된 전략이 필요합니다. 효율적인 오일/물 분리 및 가시광선 구동 염료 광분해를 실현할 수 있는 C,N 공동 도핑된 TiO2 중공 나노섬유 코팅 스테인레스 스틸 메쉬로 여러 오염 물질을 처리하는 새로운 방법이 제안되었습니다. 폴리(디비닐벤젠-co-비닐벤젠 클로라이드), P(DVB-co-VBC), 나노섬유는 메쉬 프레임워크의 침전 양이온 중합에 의해 생성된 후 N 도핑을 위한 트리에틸아민에 의한 4차화에 의해 생성됩니다. 그런 다음 TiO2는 테트라부틸 티타네이트의 현장 졸-겔 공정을 통해 고분자 나노섬유에 코팅됩니다. C,N 공동 도핑된 TiO2 중공 나노섬유로 코팅된 기능성 메쉬는 질소 분위기 하에서 하소 후에 얻어집니다. 결과 메쉬는 오일/물 분리에 유망한 초친수성/수중 초소유성을 보여줍니다. 더 중요한 것은 C,N 공동 도핑된 TiO2 중공 나노섬유가 메쉬에 가시광선 하에서 염료에 대한 높은 광분해 능력을 부여한다는 것입니다. 이 작업은 폐수 처리에 잠재적으로 적용할 수 있는 저렴하면서도 고성능 다기능 메쉬를 그립니다.

복잡한 오염물질을 함유한 폐수의 분리 및 처리는 산업 및 환경 과학에서 항상 다루기 힘든 문제입니다. 섬유, 광업, 식품, 석유, 금속/철강 산업, 해양 운송에서 배출되는 유출된 기름은 전 세계적으로 심각한 생태학적 재앙을 초래했습니다1,2,3,4. 유출된 기름에 대한 정화 기술이 시급히 필요하므로 연구자들은 유성 폐수 처리를 위한 효율적인 전략을 개발해야 합니다. 초습윤 물질을 기반으로 한 물리적 오일/물 분리는 에너지 소비가 적고 효율성이 높기 때문에 널리 연구되어 왔습니다5,6,7. 초소수성/초친수성 필터 또는 흡수제는 물을 막고 오일을 통과시키거나 흡수하여 오일/물 분리에 가장 많이 사용됩니다8,9,10,11,12. 그러나 이러한 초소수성/초친수성 표면은 유성 폐수에서 점성이 높은 오일(예: 원유)을 분리할 때 쉽게 오염되고 차단됩니다.

이 문제를 해결하기 위해 두 가지 주요 전략이 제안되었습니다. 일부 연구자들은 외부 열원(예: 줄 가열13,14,15, 광열 변환14,16,17,18, 전자기 유도19,20)을 사용하여 주변 원유의 점도를 낮추려고 시도했습니다. 또 다른 전략은 더 많은 관심을 받을 만한 초친수성/수중 초소유성 멤브레인을 제조하는 것이었습니다21. 물은 초친수성/수중 초소수성 막을 통과할 수 있지만 기름은 반발되어 막이 오염되는 것을 방지합니다. 초친수성/수중 초친수성 표면을 달성하기 위해 막 또는 프레임워크는 일반적으로 하이드로겔 네트워크22,23, 고분자 전해질 사슬24,25, 양쪽성 이온 폴리머26,27, 친수성 다당류28,29 등으로 코팅됩니다. 친수성 그룹을 포함하는 대부분의 무기 나노입자로서, 초친수성/수중 초소유성 표면을 제작하기 위해 막이나 뼈대 위에서 코팅되거나 현장에서 성장했습니다. 예를 들어, 초친수성/수중 초소수성 표면을 갖는 무기 복합막은 금속 산화물 나노 입자(예: SiO230,31, ZnO32, TiO233,34,35, NiO36, WO3@Cu(OH)237, ZnO@Cu2O38, CuWO4)로부터 제조되었습니다. @Cu2O39), 금속 나노입자(예: Ag40,41, Ni42, Cu43), Zeolite44, MXene35,45 및 MOF46,47. 또한, 일부 무기 기능성 성분은 광촉매 활성을 나타내어 복잡한 오염물질로 폐수를 정화할 수 있습니다.

위에서 언급한 바와 같이 폐수는 구성성분이 복잡하여 다단계 처리가 필요하다. 수용성 오염물질은 물리적 분리로 쉽게 처리할 수 없습니다. 따라서 무기나노입자를 이용한 다기능막이 유용하게 사용될 수 있다. 그 중, 광촉매를 탑재한 초친수성/수중 초소수성 막은 기름/물 혼합물을 분리할 수 있을 뿐만 아니라 물 속의 염료와 같은 오염물질의 분해를 실현할 수 있어 폭넓은 응용 가능성을 가지고 있습니다. 그러나 대부분의 무기 나노입자의 본질적인 넓은 밴드 갭으로 인해 그들은 UV 광 조사에서만 수용성 오염물질의 광촉매 분해를 실현했습니다. 가시광선 조사 하에서 오염물질의 광분해를 구현하는 것은 어렵습니다. 대안적으로, 가시광선 조사 하에서 광분해는 낮은 밴드 갭 나노입자(예: CuWO4@Cu2O39)를 사용하거나 높은 금속 전도성 캐리어(예: 산화 그래핀34,50, 질화 탄소51,52, MXene35)를 사용하여 금속 산화물 반도체의 밴드 갭을 낮추는 방법으로 달성되었습니다. ,45,53,54 및 금속 황화물55,56,57,58). 그러나 이러한 전략은 일반적으로 독성과 복잡한 과정으로 인해 중금속이 필요합니다. 저렴한 가격으로 가시광선 광촉매를 얻기 위해 금속 산화물 반도체, 특히 TiO2 기반 나노 물질에 낮은 밴드 갭을 위한 하이브리드 원자가 도핑되었습니다59,60,61,62,63. C,N 공동 도핑된 TiO2는 특히 더 나은 가시광선 촉매 활성을 나타냅니다64,65,66. 가시광선 광촉매 활성과 초습윤 특성을 동시에 갖춘 TiO2 기반 막을 제조하는 것이 가능해야 합니다.