독성, 잔류성, 생물축적성, 장거리 이동성의 문제가 있는 난분해성 염소계유기화합물인 PCBs(Polychlorinated biphenyls)의 화학적 탈염소화법 중 SDMA(sodium bis(2-methoxyethoxy)aluminum hydride)와 촉매를 이용하는 방법이 비교적 빠른 반응시간과 높은 제거율을 나타낸다고 보고되고 있다. 그러나 기존 연구자들은 PCBs 표준물질만을 이용하여 연구함으로써 실제 절연유에 포함되어 있는 PCBs 탈염소화 정도는 파악할 수 없었으며 PCBs 이성질체별 정성, 정량 분석의 어려움으로 인해 PCBs 분해효율 파악에 있어 peak의 총 면적을 이용하거나 PCBs ...
독성, 잔류성, 생물축적성, 장거리 이동성의 문제가 있는 난분해성 염소계유기화합물인 PCBs(Polychlorinated biphenyls)의 화학적 탈염소화법 중 SDMA(sodium bis(2-methoxyethoxy)aluminum hydride)와 촉매를 이용하는 방법이 비교적 빠른 반응시간과 높은 제거율을 나타낸다고 보고되고 있다. 그러나 기존 연구자들은 PCBs 표준물질만을 이용하여 연구함으로써 실제 절연유에 포함되어 있는 PCBs 탈염소화 정도는 파악할 수 없었으며 PCBs 이성질체별 정성, 정량 분석의 어려움으로 인해 PCBs 분해효율 파악에 있어 peak의 총 면적을 이용하거나 PCBs 동족체의 농도만을 이용하여 정확한 PCBs 분해정도를 확인하기 어려운 실정이다.
이에 본 연구에서는 GC/ECD와 CP-Sil 8CB 컬럼을 이용하여 PCBs 이성질체의 분석 특성을 파악하고 SDMA와 촉매(cobalt)를 이용한 탈염소화 반응 시 PCBs를 포함하는 절연유를 대상으로 반응제의 주입량에 따른 PCBs의 이성질체 거동특성을 파악해 보았다.
실험은 실제 절연유 시료를 회분식 반응 장치를 이용하여 toluene에 절연유 시료를 희석한 후 반응온도를 110℃로 하여 수행하였으며 A(SDMA:5ml, Co:0.1mg), B(SDMA:5ml, Co:0.8mg), C(SDMA:40ml, Co:0.1mg) 로 나누어 실험하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
1) 컬럼내 체류시간은 고염화물 일수록 커지는 경향이 있으며 염소치환 개수가 같은 경우 para, meta, ortho 위치순으로 증가하는 경향을 나타냈다. PCBs 이성질체의 RRF값은 고염화물 일수록 증가하는 경향을 나타냈다.
2) 반응시간 60분에서의 분해효율은 실험 A, B, C가 각각 56.0%, 67.3%, 74.2%이고 표준편차는 약 9.2%로 큰 차이는 보이지 않았다. 하지만 반응 초반부인 5분에서의 분해효율은 실험 A, B, C가 각각 13.8%, 30.5%, 61.3%로 PCBs 탈염소화 반응은 반응제의 주입량에 따라 초반에 급격한 반응을 보이는 것으로 판단된다.
3) A, B, C 실험별 PCBs 동족체의 거동특성을 파악한 결과 mono, di, tri-chlorobiphenyl에 대하여 반응제 주입량에 따른 차이를 확인할 수 있었으며 이는 저염화 PCBs가 단계적 탈염소화 반응의 반응경로에서 말단부위에 있기 때문이라고 판단된다.
4) 실험 A, B, C에서 모두 biphenyl과 PCBs 이성질체 농도의 합이 일정한 값을 나타내지는 않은 것으로 확인됐다. 이는 탈염소화 반응의 최종산물이라 생각되었던 biphenyl이 dicyclohexyl, cyclohexylbenzene과 불용성의 무정형 중합체로 전환되었기 때문이라 판단된다.
5) 실험 C에서 촉매(cobalt) 비활성화 속도상수가 A, B에 비해 수배 큰 것으로 산정 되었고, 실험 A, B, C에서 반응시간 60분의 PCBs 제거율이 큰 차이가 없는 것으로 미루어 보아 PCBs 탈염소화 반응 시 상당량의 SDMA는 PCBs와 결합되어 있는 염소원자와 반응하기 전에 촉매(cobalt)등 다른 물질과 반응하는 것으로 판단된다.
주요어 : PCB, 절연유, 탈염소화, SDMA, Runge-Kutta
PCBs(polychlorinated biphenyls) are non-degradable substances that have problems because of their toxicity, persistency, bioaccumulation, long-range transport potential. There exist various chemical treatment of PCBs. Among these, using SDMA(sodium bis(2-methoxyet hoxy)aluminum hydride) and catalyst(Co) have been reported to have rapid reaction time and high efficiency.
Previous researchers have, however, applied only PCBs standard material and used peak pattern method for quantitative and qualitative analysis.
In this study, analysis characteristics to PCBs were investigated by GC/ECD and CP-Sil 8CB column and PCBs isomer behaviors were tested by adding SDMA, catalyst(Co).
Experiments were conducted to compare three different load conditions(A(SDMA : 5ml, Co 0.1mg), B(SDMA : 5ml, Co 0.8mg), C(SDMA : 40ml, Co 0.1mg)) by using simple batch reactor.
The experimental result could be summarized as follows
1) Retentiontime and RRF of PCBs increased as having much chlorine number and retention time increased as para > meta > ortho position.
2) Removal efficiency of A, B, C was 56.0%, 67.3%, 74.2% respectively at 60 minute. However, removal efficiency of A, B, C was 13.8%, 30.5%, 61.3% respectively at 5 minute. These results are considered that dechlorination was generated rapidly in early stage.
3) Behavior of mono, di, tri-chlorobiphenyl was PCB isomer behavior was different as experimental conditions. These results are considered that having low chlorine PCBs were terminal position of dechlorination reaction pathway.
4) Sum of concentration about biphenyl, PCBs isomer was not indicated same value for all experiments. These results are considered that biphenyl converted into dicyclohexyl, cyclohexylbenzene and insoluble amorphous materials.
5) Deactivate reaction constant of catalyst for experiment C was bigger several times than A, B. Moreover, removal efficiency of PCBs at 60 minute is no large difference between all experiments. These results are considered that a large amount of SDMA reacted with catalyst and mineraloil, etc.
Key words : PCB, transformer oil, dechlorination, SDMA, Runge-Kutta
독성, 잔류성, 생물축적성, 장거리 이동성의 문제가 있는 난분해성 염소계유기화합물인 PCBs(Polychlorinated biphenyls)의 화학적 탈염소화법 중 SDMA(sodium bis(2-methoxyethoxy)aluminum hydride)와 촉매를 이용하는 방법이 비교적 빠른 반응시간과 높은 제거율을 나타낸다고 보고되고 있다. 그러나 기존 연구자들은 PCBs 표준물질만을 이용하여 연구함으로써 실제 절연유에 포함되어 있는 PCBs 탈염소화 정도는 파악할 수 없었으며 PCBs 이성질체별 정성, 정량 분석의 어려움으로 인해 PCBs 분해효율 파악에 있어 peak의 총 면적을 이용하거나 PCBs 동족체의 농도만을 이용하여 정확한 PCBs 분해정도를 확인하기 어려운 실정이다.
이에 본 연구에서는 GC/ECD와 CP-Sil 8CB 컬럼을 이용하여 PCBs 이성질체의 분석 특성을 파악하고 SDMA와 촉매(cobalt)를 이용한 탈염소화 반응 시 PCBs를 포함하는 절연유를 대상으로 반응제의 주입량에 따른 PCBs의 이성질체 거동특성을 파악해 보았다.
실험은 실제 절연유 시료를 회분식 반응 장치를 이용하여 toluene에 절연유 시료를 희석한 후 반응온도를 110℃로 하여 수행하였으며 A(SDMA:5ml, Co:0.1mg), B(SDMA:5ml, Co:0.8mg), C(SDMA:40ml, Co:0.1mg) 로 나누어 실험하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
1) 컬럼내 체류시간은 고염화물 일수록 커지는 경향이 있으며 염소치환 개수가 같은 경우 para, meta, ortho 위치순으로 증가하는 경향을 나타냈다. PCBs 이성질체의 RRF값은 고염화물 일수록 증가하는 경향을 나타냈다.
2) 반응시간 60분에서의 분해효율은 실험 A, B, C가 각각 56.0%, 67.3%, 74.2%이고 표준편차는 약 9.2%로 큰 차이는 보이지 않았다. 하지만 반응 초반부인 5분에서의 분해효율은 실험 A, B, C가 각각 13.8%, 30.5%, 61.3%로 PCBs 탈염소화 반응은 반응제의 주입량에 따라 초반에 급격한 반응을 보이는 것으로 판단된다.
3) A, B, C 실험별 PCBs 동족체의 거동특성을 파악한 결과 mono, di, tri-chlorobiphenyl에 대하여 반응제 주입량에 따른 차이를 확인할 수 있었으며 이는 저염화 PCBs가 단계적 탈염소화 반응의 반응경로에서 말단부위에 있기 때문이라고 판단된다.
4) 실험 A, B, C에서 모두 biphenyl과 PCBs 이성질체 농도의 합이 일정한 값을 나타내지는 않은 것으로 확인됐다. 이는 탈염소화 반응의 최종산물이라 생각되었던 biphenyl이 dicyclohexyl, cyclohexylbenzene과 불용성의 무정형 중합체로 전환되었기 때문이라 판단된다.
5) 실험 C에서 촉매(cobalt) 비활성화 속도상수가 A, B에 비해 수배 큰 것으로 산정 되었고, 실험 A, B, C에서 반응시간 60분의 PCBs 제거율이 큰 차이가 없는 것으로 미루어 보아 PCBs 탈염소화 반응 시 상당량의 SDMA는 PCBs와 결합되어 있는 염소원자와 반응하기 전에 촉매(cobalt)등 다른 물질과 반응하는 것으로 판단된다.
주요어 : PCB, 절연유, 탈염소화, SDMA, Runge-Kutta
PCBs(polychlorinated biphenyls) are non-degradable substances that have problems because of their toxicity, persistency, bioaccumulation, long-range transport potential. There exist various chemical treatment of PCBs. Among these, using SDMA(sodium bis(2-methoxyet hoxy)aluminum hydride) and catalyst(Co) have been reported to have rapid reaction time and high efficiency.
Previous researchers have, however, applied only PCBs standard material and used peak pattern method for quantitative and qualitative analysis.
In this study, analysis characteristics to PCBs were investigated by GC/ECD and CP-Sil 8CB column and PCBs isomer behaviors were tested by adding SDMA, catalyst(Co).
Experiments were conducted to compare three different load conditions(A(SDMA : 5ml, Co 0.1mg), B(SDMA : 5ml, Co 0.8mg), C(SDMA : 40ml, Co 0.1mg)) by using simple batch reactor.
The experimental result could be summarized as follows
1) Retention time and RRF of PCBs increased as having much chlorine number and retention time increased as para > meta > ortho position.
2) Removal efficiency of A, B, C was 56.0%, 67.3%, 74.2% respectively at 60 minute. However, removal efficiency of A, B, C was 13.8%, 30.5%, 61.3% respectively at 5 minute. These results are considered that dechlorination was generated rapidly in early stage.
3) Behavior of mono, di, tri-chlorobiphenyl was PCB isomer behavior was different as experimental conditions. These results are considered that having low chlorine PCBs were terminal position of dechlorination reaction pathway.
4) Sum of concentration about biphenyl, PCBs isomer was not indicated same value for all experiments. These results are considered that biphenyl converted into dicyclohexyl, cyclohexylbenzene and insoluble amorphous materials.
5) Deactivate reaction constant of catalyst for experiment C was bigger several times than A, B. Moreover, removal efficiency of PCBs at 60 minute is no large difference between all experiments. These results are considered that a large amount of SDMA reacted with catalyst and mineraloil, etc.
Key words : PCB, transformer oil, dechlorination, SDMA, Runge-Kutta
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.