폐 멜라민 수지의 재활용을 통한 개질된 g-C3N4 광촉매의 광촉매적 및 광전기화학적 성능 향상
Recycling of Waste Melamine-Formaldehyde Resin for Enhancing the Photocatalytic and Photoelectrochemical Performance of Modified g-C3N4 Photocatalysts
- 주제(키워드) 도움말 Photocatalyst , Photoelectrochemical
- 발행기관 국립강릉원주대학교 일반대학원
- 지도교수 도움말 강명종
- 발행년도 2025
- 학위수여년월 2026. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 도움말 일반대학원 화학과
- 세부분야 해당없음
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/kangnung/000000012330
- UCI I804:42001-000000012330
- 본문언어 영어
초록/요약 도움말
멜라민 수지는 우수한 기계적 강도와 뛰어난 열·화학적 안정성 및 낮은 비용을 바탕으로 식기, 조리도구, 건축자재 등 일상 생활 속 다양한 용도로 사용되는 열경화성 플라스틱이다. 그러나 폐 멜라민 수지는 재활용이 어렵고 자연 분해에 수백 년 이상이 소요되어 환경오염을 유발하는 문제로 지적되고 있다. 이에 따라 폐 멜라민 수지를 단순 폐기물이 아닌 새로운 자원으로 재활용하는 방안이 주목받고 있다. Graphitic carbon nitride (g-C3N4)는 Urea, Thiourea, Melamine 등 질소가 풍부한 전구체의 열처리를 통해 합성할 수 있는 유망한 광촉매 물질로, 뛰어난 내열성·화학적 안정성, 경제성을 가지며 가시광선 흡수 능력을 갖는다. 하지만 빠른 전자-정공 재결합, 낮은 전하 분리 효율 등으로 인한 한계로 인해 광촉매 성능 향상을 위한 개질이 요구된다. 본 연구에서는 g-C3N4의 이러한 한계를 보완하여 광촉매 성능을 향상시키기 위해 폐 멜라민 수지를 재활용하여 개질된 g-C3N4를 합성하고, 광촉매적 ·광전기화학적 특성을 체계적으로 평가하였다. 합성된 시료의 구조 및 화학적 특성은 SEM, EDS, IR, XRD,석을 통해 확인하였으며, UV–Vis, TRPL, 메틸 오렌지(MO) 광분해 실험을 수행하여 광촉매 활성을 평가하였다. 또한 LSV 및 EIS 분석을 통해 개질된 g-C3N4 광촉매 전극의 PEC 물 분해 성능을 조사하였다. 그 결과, 개질된 g-C3N4 광촉매 시료 중 MR15가 메틸 오렌지 광분해 실험과 광전기화학적 물 분해 반응 모두에서 가장 우수한 효율을 나타냈다. 이는 적정 비율의 폐 멜라민 수지의 첨가가 기존 g-C3N4의 전하 분리 향상 및 구조적 개질을 유도하여 광촉매적·광전기화학적 활성 향상에 효과적임을 의미한다. 본 연구는 폐 멜라민 수지의 새로운 재활용 가능성을 제시함과 동시에 개질된 g-C3N4 광촉매의 성능 향상을 위한 지속 가능한 활용 방안을 제시한다.
more초록/요약 도움말
Melamine-formaldehyde resin is a widely used thermosetting plastic known for its high mechanical strength, excellent chemical and thermal stability, and low cost. These properties enable its broad use in various daily applications, including tableware, cookware, and construction materials. However, waste melamine-formaldehyde resin is difficult to recycle and requires several centuries to decompose naturally, leading to significant environmental concerns. Consequently, recycling waste melamine-formaldehyde resin as a value-added resource has attracted increasing interest. Graphitic carbon nitride (g-C3N4) is a promising photocatalytic material synthesized through the thermal polymerization of nitrogen-rich precursors such as urea, thiourea, and melamine. It exhibits excellent thermal and chemical stability, economic advantages, and a suitable bandgap for visible-light absorption. Nevertheless, the photocatalytic performance of pristine g-C3N4 remains limited due to its rapid electron-hole recombination and low charge separation efficiency, which makes further modification necessary. In this study, waste melamine-formaldehyde resin was recycled a modifying additive to enhance the photocatalytic and photoelectrochemical performance of g-C3N4. The modified g-C3N4 samples were synthesized via a simple thermal method, and their structural and chemical characteristics were evaluated using SEM, EDS, IR, XRD and XPS. Photocatalytic activity was evaluated through UV–Vis spectroscopy, time-resolved photoluminescence (TRPL), and methyl orange (MO) photodegradation test, while photoelectrochemical (PEC) performance was assessed using linear sweep voltammetry (LSV) and electrochemical impedance spectroscopy (EIS). Among the prepared samples, MR15 photocatalyst exhibited the best performance in both the Methyl Orange photodegradation test and the PEC water-splitting reaction. These results demonstrate that incorporating an appropriate proportion of waste melamine-formaldehyde resin enhances the structural and electronic properties of g-C3N4, thereby improving its photocatalytic and photoelectrochemical efficiency. This study offers a sustainable strategy for recycling waste melamine-formaldehyde resin while advancing the development of high-performance modified g-C3N4 photocatalysts.
more목차 도움말
Ⅰ. Introduction 1
1. Research Background 1
2. Theoretic Background 4
Ⅱ. Experiment Section 16
1. Synthesis of Pure g-C3N4 and MR X Photocatalysts 16
2. Characterization 17
3. Photocatalytic Activity Test 18
4. Fabrication of Pure g-C3N4 and MR X Photocatalysts 19
5. Photoelectrochemical Measurements 20
Ⅲ. Results and Discussion 21
1. Structural and Morphology Analysis 21
2. Photocatalytic Performance 42
3. Photoelectrochemical Performance 47
Ⅳ. Conclusion 55
Reference 57
Publication 61
