수용액 내 염료 제거를 위한 기능화된 메조포러스 실리카
Functionalized Mesoporous Silica for the Removal of Dye in Water
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초록
본 연구에서는 실리카 전구체로 Tetraethyl orthosilicate (TEOS)를 사용하고 주형으로 트리블럭공중합체(P123)를 사용하여 산성 조건에서 자기조립과 수열합성 과정을 거쳐서 잘 배열된 육방체 구조의 메조세공 배열구조를 가지는 나노다공성 실리카 물질(Surfactant-extracted SBA-15)을 합성하였다. 표면적과 세공 직경은 각각 681.6 m2/g와 84.2 Å이었다. 한편, 포스트-합성 방법(post-synthesis method)을 이용하여세공표면에 (3-triethoxysilyl)propylsuccinic anhydride (TESPSA)을 그래프팅(grafting) 시키고 염산 수용액을 처리하여 카르복실기가 개질된 SBA-15 (COOH-SBA-15)를 합성하였다. 카르복실기가 개질된 메조포러스 실리카는 잘 배열된 세공구조(p6mm)를 잘 유지하였다. COOH-SBA-15의 표면적과 세공 직경은 각각557.7 m2/g와 72.8 Å으로 감소하였다. COOH-SBA-15를 흡착제로 사용하여 양이온 염료인 Methyleneblue (MB)와 음이온 염료인 Methyl orange (MO)의 흡착 특성을 연구하였다. 세공표면에 카르복실기가 개질됨에 따라 음이온성 세공표면 특성을 가지는 COOH-SBA-15는 양이온성 염료인 MB에 대해 매우 우수한 흡착능을 보여주었다. 10 min 동안의 짧은 흡착시간 후 MB 수용액의 자외선/가시광선(UV-vis) 스펙트라의 세기는흡착제로 처리하기전의 MB 수용액과 비교하여 약 76배 감소하였다. 흡착시간 90 min 후에는 약 350배 감소하였다. COOH-SBA-15 흡착제는 수용액 내 MB 제거를 위한 우수한 흡착제로 기대된다.
Abstract
In this study, surfactant-extracted SBA-15, a nanoporous silica material with a well-ordered hexagonalmesopore array structure, was synthesized through self-assembly and hydrothermal synthesis using tetraethylorthosilicate (TEOS) as a silica source and a triblock copolymer (P123) as a template under acidic conditions. Thesurface area and pore diameter were 681.6 m2/g and 84.2 Å, respectively. Subsequently, (3-triethoxysilyl)propylsuccinicanhydride (TESPSA) was grafted onto the surface using a post-synthesis method, and carboxyl-modified SBA-15(COOH-SBA-15) was synthesized by treating it with aqueous hydrochloric acid. The carboxyl-modified mesoporoussilica maintained a well-ordered pore structure (p6mm). The surface area and pore diameter of COOH-SBA-15 werereduced to 557.7 m2/g and 72.8Å, respectively. The adsorption characteristics of cationic dye Methylene blue (MB) andanionic dye Methyl orange (MO) were studied using COOH-SBA-15 as an adsorbent. COOH-SBA-15, which hasanionic pore surface characteristics as the carboxyl group was modified on the pore surface, showed excellentadsorption capacity for the cationic dye MB. After a short adsorption time of 10 min, the intensity of the UV-visible(UV-vis) spectrum of the MB aqueous solution decreased by about 76 times compared to that of the MB aqueoussolution before treatment with the adsorbent. After 90 min, the decrease was about 350 times. The COOH-SBA-15adsorbent is expected to be an excellent adsorbent for the removal of MB from aqueous solutions.