본 연구는 실제 2차 처리수에서 미량 잔류 의약물질의 제거를 위한 TiO2 기반 광촉매 산화기법의 적용성을 입증하기 위하여 수행되었다. 다양한 수질 성상의 2차 처리수에서 acetaminophen과 carbamazepine의 광촉매 산화분해 속도는 광원의 종류와 대상 의약물질의 초기농도에 관계없이 유기용존물질 (DOC)의 농도와 역의 상관관계를 나타내었다. 이를 통해 2차 처리수에 존재하는 유기물질은 광촉매 ...
본 연구는 실제 2차 처리수에서 미량 잔류 의약물질의 제거를 위한 TiO2 기반 광촉매 산화기법의 적용성을 입증하기 위하여 수행되었다. 다양한 수질 성상의 2차 처리수에서 acetaminophen과 carbamazepine의 광촉매 산화분해 속도는 광원의 종류와 대상 의약물질의 초기농도에 관계없이 유기용존물질 (DOC)의 농도와 역의 상관관계를 나타내었다. 이를 통해 2차 처리수에 존재하는 유기물질은 광촉매 산화 반응에 있어 대상 의약물질의 분해 속도를 저해시키는 요소임을 확인하였다.
TiO2/UV-A, TiO2/UV-C, 그리고 H2O2/UV-C 시스템을 이용한 대상 의약물질 (acetaminophen, caffeine, cimetidine, propranolol, 그리고 sulfamethoxazole)의 제거를 속도론적으로 비교하였을 때, 균일계 산화기법인 H2O2/UV-C보다 불균일계 산화기법인 TiO2 기반 광촉매 산화기법에서 용존유기물질의 농도 증가에 따라 의약물질의 분해 속도가 크게 감소하였다. 이에 대한 원인은 (1) OH 라디칼의 quenching, (2) 광촉매의 광활성 감쇄 이 두 가지로 생각해 볼 수 있다. 2차 처리수에서 표면 개질한 TiO2를 사용한 의약물질의 광분해실험 결과, TiO2의 표면 개질은 모든 의약물질의 분해 속도를 가속화 하였다.
예를 들어, acetaminophen과 cimetidine의 분해 속도는 표면 개질한 Pt/TiO2를 이용하였을 때 크게 증가하였고, propranolol의 분해 속도는 SiOx/TiO2를 이용하였을 때 크게 증가하였다. 가시광 조건에서 Ptd-TiO2와 Pt/WO3를 이용한 의약물질의 산화분해속도는 2차 처리수에서 상당히 저해되었다. 그러나 2차 처리수에서 의약물질의 광촉매 분해 속도 (특히, acetaminophen)는 Pt/WO3가 직접적인 전하 이동이 주로 발생하는 Ptd-TiO2보다 더 저해를 받았다.
본 연구는 실제 2차 처리수에서 미량 잔류 의약물질의 제거를 위한 TiO2 기반 광촉매 산화기법의 적용성을 입증하기 위하여 수행되었다. 다양한 수질 성상의 2차 처리수에서 acetaminophen과 carbamazepine의 광촉매 산화분해 속도는 광원의 종류와 대상 의약물질의 초기농도에 관계없이 유기용존물질 (DOC)의 농도와 역의 상관관계를 나타내었다. 이를 통해 2차 처리수에 존재하는 유기물질은 광촉매 산화 반응에 있어 대상 의약물질의 분해 속도를 저해시키는 요소임을 확인하였다.
TiO2/UV-A, TiO2/UV-C, 그리고 H2O2/UV-C 시스템을 이용한 대상 의약물질 (acetaminophen, caffeine, cimetidine, propranolol, 그리고 sulfamethoxazole)의 제거를 속도론적으로 비교하였을 때, 균일계 산화기법인 H2O2/UV-C보다 불균일계 산화기법인 TiO2 기반 광촉매 산화기법에서 용존유기물질의 농도 증가에 따라 의약물질의 분해 속도가 크게 감소하였다. 이에 대한 원인은 (1) OH 라디칼의 quenching, (2) 광촉매의 광활성 감쇄 이 두 가지로 생각해 볼 수 있다. 2차 처리수에서 표면 개질한 TiO2를 사용한 의약물질의 광분해실험 결과, TiO2의 표면 개질은 모든 의약물질의 분해 속도를 가속화 하였다.
예를 들어, acetaminophen과 cimetidine의 분해 속도는 표면 개질한 Pt/TiO2를 이용하였을 때 크게 증가하였고, propranolol의 분해 속도는 SiOx/TiO2를 이용하였을 때 크게 증가하였다. 가시광 조건에서 Ptd-TiO2와 Pt/WO3를 이용한 의약물질의 산화분해속도는 2차 처리수에서 상당히 저해되었다. 그러나 2차 처리수에서 의약물질의 광촉매 분해 속도 (특히, acetaminophen)는 Pt/WO3가 직접적인 전하 이동이 주로 발생하는 Ptd-TiO2보다 더 저해를 받았다.
We herein demonstrate potential application of TiO2-mediated photocatalysis for oxidative treatment of pharmaceutical micropollutants in real secondary wastewater effluents (SWEs). Photolytic experiments using SWEs with various water quality parameters showed an inverse correlation between kinetic r...
We herein demonstrate potential application of TiO2-mediated photocatalysis for oxidative treatment of pharmaceutical micropollutants in real secondary wastewater effluents (SWEs). Photolytic experiments using SWEs with various water quality parameters showed an inverse correlation between kinetic rates of photocatalytic degradation of acetaminophen and carbamazepine and concentration of dissolved organic carbon (DOC), regardless of the type of applied light source and initial pharmaceutical dose. The critical role of organic matter in the quenching behavior of SWE was further suggested based on the evaluation of photocatalytic performance as a function of the concentrations of effluent-derived background constituents. Kinetic comparison of the photocatalytic removal of trace levels of pharmaceuticals including acetaminophen, caffeine, cimetidine, propranolol, and sulfamethoxazole) in the systems of TiO2/UV-A, TiO2/UV-C, and H2O2/UV-C implied that heterogeneous processes underwent a more drastic reduction in treatment performance with the increase of initial DOC dose; this result indicates dual functions of organic matter in the scavenging activity of an effluent matrix: (1) OH radical (∙OH) quenching and (2) active-site coverage. Surface modifications of TiO2 led to the accelerated photocatalytic oxidation of all the tested pharmaceuticals in SWEs. For instance, whereas surface loading of platinum nanoparticles caused preferential oxidation of acetaminophen and cimetidine on the relevant catalyst surface, silica-modified TiO2 surface significantly favored photocatalytic treatment of propranolol. Visible light sensitized oxidation of pharmaceuticals using doped TiO2 and platinum-deposited WO3 (as visible light active semiconductors) was substantially retarded in the presence of the effluent matrices in most cases. However, photocatalytic pharmaceutical degradation (especially, acetaminophen) on Pt-doped TiO2 in which direct charge transfer predominantly occurs, was much less hindered in SWEs than that on Pt-deposited WO3 in which OH-mediated reaction route primarily achieves oxidative degradation.
We herein demonstrate potential application of TiO2-mediated photocatalysis for oxidative treatment of pharmaceutical micropollutants in real secondary wastewater effluents (SWEs). Photolytic experiments using SWEs with various water quality parameters showed an inverse correlation between kinetic rates of photocatalytic degradation of acetaminophen and carbamazepine and concentration of dissolved organic carbon (DOC), regardless of the type of applied light source and initial pharmaceutical dose. The critical role of organic matter in the quenching behavior of SWE was further suggested based on the evaluation of photocatalytic performance as a function of the concentrations of effluent-derived background constituents. Kinetic comparison of the photocatalytic removal of trace levels of pharmaceuticals including acetaminophen, caffeine, cimetidine, propranolol, and sulfamethoxazole) in the systems of TiO2/UV-A, TiO2/UV-C, and H2O2/UV-C implied that heterogeneous processes underwent a more drastic reduction in treatment performance with the increase of initial DOC dose; this result indicates dual functions of organic matter in the scavenging activity of an effluent matrix: (1) OH radical (∙OH) quenching and (2) active-site coverage. Surface modifications of TiO2 led to the accelerated photocatalytic oxidation of all the tested pharmaceuticals in SWEs. For instance, whereas surface loading of platinum nanoparticles caused preferential oxidation of acetaminophen and cimetidine on the relevant catalyst surface, silica-modified TiO2 surface significantly favored photocatalytic treatment of propranolol. Visible light sensitized oxidation of pharmaceuticals using doped TiO2 and platinum-deposited WO3 (as visible light active semiconductors) was substantially retarded in the presence of the effluent matrices in most cases. However, photocatalytic pharmaceutical degradation (especially, acetaminophen) on Pt-doped TiO2 in which direct charge transfer predominantly occurs, was much less hindered in SWEs than that on Pt-deposited WO3 in which OH-mediated reaction route primarily achieves oxidative degradation.
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