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문제 정의
- 본 연구는 기존의 전기분해반응에서 연구되었던 용해성 전극인 철 전극에서 철 이온이 용출되므로 여기에 과산화수소를 투입하면 펜톤-유사 반응이 될 수 있다고 판단하여 철 전극에 의한 직접 산화 공정인 전기분해 공정과 전극에서 용출되는 철 이온과 과산화수소의 펜톤-유사 반응을 결합한 전기 펜 톤-유사 반응에 의한 발암성 염료인 Rhodamine B(RhB) 처리에 대한 기초연구를 수행하였다
- 본 연구는 용해성 전극인 철 전극을 이용하고 과산화수소를 투입한 전기 펜톤-유사 반응을 이용하여 발암성 염료인 Rhodamine B(RhB) 처리에 대한기초연구를 수행한 결과는 다음과 같다.
제안 방법
- 전극을 전극 반응기에 장착하고 반응시켰으며 반응한 RhB 용액은 전극 반응기 양쪽에서 순환 반응기로 자유낙하로 공급하였으며, 순환 반응기는 펌프를 이용하여 전극 반응기 하부로 폐수를 공급하여 순환되도록 하였으며, 고른 순환을 위하여 에어펌프를 사용하여 1 L/min의 공기를 주입하였다. 순환 반응기의 온도를 20±2℃ 로 유지하기 위하여 아이스 볼을 투입하여 온도를 조절하였다. 전극은 63 mm x 115 mm 이고 두께가 1 mm인 철 전극과 두께가 0.
- 구하기 쉽기 때문에 많이 이용된다'지. 양극을 철로 고정하고 음극을 철, 알루미늄 및 스테인리스 스틸로, 양극과 음극 모두를 알루미늄으로 바꾸어 RhB 농도 변화를 고찰하여 Fig. 4에 나타내었다. 그림에서 보듯이 양극과 음극 모두 철 전극을 사용한 것이 RhB 농도 감소가 가장 높았으며 양극을 철 전극으로 음극을 다른 전극으로 사용한 경우는 처리 효율 차이가 크지 않았다.
- 철 전극의 모양을 모양은 같지만 평판형(전극 면적, 72.5 cn?)과 2 mm(60.1 cm2) 와 6 mm(61.2 cm2)의구멍이 일정하게 뚫린 전극을 이용하여 전극의 모양이 RhB 농도 감소에 미치는 영향을 Fig. 5에서 고찰하였다.
대상 데이터
- 사용하였다. 반응의 촉진을 위하여 30% 과산화수소수 5 mmol을 투입하여 실험하였다.
- 실험에 사용한 반응기는 전극 반응기와 순환 반응기로 구성된 순환식 회분반응기로 아크릴로 제작하였으며, 2 L의 반응용적을 가졌다. 전극을 전극 반응기에 장착하고 반응시켰으며 반응한 RhB 용액은 전극 반응기 양쪽에서 순환 반응기로 자유낙하로 공급하였으며, 순환 반응기는 펌프를 이용하여 전극 반응기 하부로 폐수를 공급하여 순환되도록 하였으며, 고른 순환을 위하여 에어펌프를 사용하여 1 L/min의 공기를 주입하였다.
- 순환 반응기의 온도를 20±2℃ 로 유지하기 위하여 아이스 볼을 투입하여 온도를 조절하였다. 전극은 63 mm x 115 mm 이고 두께가 1 mm인 철 전극과 두께가 0.5 mm인 알루미늄 및 스테인리스 전극을 사용하였다. 철 전극은 평판형과 2, 6 mm의.
- 5 mm인 알루미늄 및 스테인리스 전극을 사용하였다. 철 전극은 평판형과 2, 6 mm의. 구멍 이 뚫전극을.
성능/효과
- Fig. 4에서 压。2를 투입하지 않고 Al(+)-Al(-) 전극을 이용한 경우 30분경과 후 RhB 농도는 3.5 mgg로나타났고, 压6를 투입하지 않고 Fe(+)-Fe(-)를 이용한 Fig. 9의 30분 후 RhB 농도는 2.46 mg/L로 나타나 처리율이 각각 30.4%와 51.1%로 나타나 H2O2를 투입하지 않고 순수 전기분해만 이용하였을 경우 Fe(+)-Fe(-) 전극 시스템이 Al(+)-Al(-) 시스템에 비하여 더 높은 처리율을 얻을 수 있었다.
- 6%의 제거율을 얻었다. 95 %이상의 처리율을 얻기 위해서는 H2O2가 7.5 mmol 이상 첨가되어야 하지만 12.5 mmol 첨가시 초기 반응속도와 최종 RhB농도가 조금 증가되어 펜 톤 반응에서 높은 H2O2 농도에서 관찰되는 scavenging 효과가 나타나는 것으로 사료되었다.
- NaCl 첨가는 전력 소모를 줄여주는 역할을 하는 것으로 나타났고, 같은 전력량에서 NaCl의 첨가량이 증가하여 전류가 증가할수록 초기 반응 속도가 증가하는 것으로 나타났으나 30분의 반응시간 후 최종 RhB 농도는 유사한 것으로 나타났다. 철 전극만을 이용하여 전기분해 반응만을 이용하는 경우보다 压。2를 첨가하여 전기분해 + 전기 펜톤-유사 반응을 이용하는 것이 RhB의 탈색에 유리하다고 사료되 었다.
- 10에 나타내었다. 그림에서 보듯이 pH가 산성영역 으로 갈수록 초기 반응속도와 반응종결 시간이 빨라졌으며, 97% 이상의 제거율을 얻기 위해서는 pH 6이하에서, 5분 이내의 반응종결을 위해서는 pH 5이하에서 운전하여야 한다고 사료되 었다. 장 등°는 0가 철인 철 분말을 이용한 펜톤 유사 반응에서 Fe°의 Fe飪와 Fe3+ 이온으로의 부식 반응은 낮은 pH에서 촉진되어 반응이 빠르다고 보고한 결과와 비교할 때 낮은 영역에서의 pH는 양극 산화 반응에 의해 철 이온이 발생하는 외, 낮은 pH에서의 철 부식반응 촉진으로 인해 생성된 철 이온이 펜 톤 반응에 이용되기 때문에 낮은 pH에서 반응속도가 빠른 것으로 사료되었다.
- 4에 나타내었다. 그림에서 보듯이 양극과 음극 모두 철 전극을 사용한 것이 RhB 농도 감소가 가장 높았으며 양극을 철 전극으로 음극을 다른 전극으로 사용한 경우는 처리 효율 차이가 크지 않았다. 그러나 양극과 음극 모두 알루미늄 전극을 사용한 경우는 RhB 농도 감소가 낮게 나타났다.
- 그림에서 보듯이 평판형 전극보다는 2 mm와 6 mm의 구멍이 뚫린 전극을 사용하는 것이 평판형 전극을 사용하는 것보다 유리한 것으로 나타났으나 그 효과는 크지 않은 것으로 사료되었다.
- 처리, 김 .등'®과 같이 염색회사의 원 염색폐수 등과 같이 SS가 같이 존재하는 폐수의 전기응집을 같이 이용하는 공정에 적합한 공정으로 사료되었다.
- 871)으로 나타나 전극이 +-의한 쌍인 경우의 초기 반응속도상수가 가장 높게 나타났고 초기 반응속도상수의 순서는 +- > -+- = +-+- > +-+로 나타났다. 반면 반응종결 시 RhB 농도는 각각 0.256, 0.373, 0.336 및 0.406 mg/L로 나타나 4개 전극인 경우의 최종 RhB 농도가 가장 높게 나타났다.
- 차이는 크지 않았다. 반응초기 8분 동안의 반응 초기 속도식을 1차식으로 구한 초기 반응속도상수를 구한결과 전극이 2개일 경우 0.389 1/min (R2= 0.973), 3전극이고 전극 배열이 +-+인 경우는 0.297 1/min (居=0.967), -+-인 경우는 0.346 1/min (R2= 0.961), 4개인 경우는 0.346 1/min (R2=0.871)으로 나타나 전극이 +-의한 쌍인 경우의 초기 반응속도상수가 가장 높게 나타났고 초기 반응속도상수의 순서는 +- > -+- = +-+- > +-+로 나타났다. 반면 반응종결 시 RhB 농도는 각각 0.
- 상기의 결과와 전압 자료로 볼 때 전극의 개수가 증가하면 반응 면적은 증가하는 효과가 있지만 전체 전력은 전극 사이에 걸리는 전압이 적기 때문에 전기분해 효과가 감소한다고 사료되었다. 전극 배열이 +-+인 경우와 -+-인 경우를 비교하면 -+-가 +-+ 보다 초기 반응속도상수가 빠르고 반응 종결시 농도가 낮은 것으로 나타났다.
- 실험한 거의 모든 조건에서 반응시간 30분 동안 1.2-1.6 g/L의 철 슬러지가 발생하는 것으로 나타났으며, 철 전극을 사용할 경우의 양극에서 용출된 철슬러지를 펜톤-유사 반응에 이용되어 반응속도를촉진시키는 역할을 하지만 종래의 펜톤 공정과 같은 슬러지의 발생은 현장 적용 가능성을 고려할 경우 문제점이 발생할 것으로 사료되었다.
- 양극과 음극 모두 철 전극을 사용한 것이 RhB 농도가 감소가 가장 높았으며 전극 모양에 따른 RhB 농도 감소는 큰 차이를 보이지 않았다.
- pH가 산성 영 역으로 갈수록 초기반응속도와 반응종결 시간이 빨라졌으며, 97% 이상의 제거율을 얻기 위해서는 pH 6이하에서, 5분 이내의 반응종결을 위해서는 pH 5이하에서 운전하여야 한다고 사료되었다. 용해성 전극에 과산화수소를 투입한 전기 펜 톤-유사 반응은 RhB 처 리능은 우수하지만 발생하는 슬러지를 적절히 이용할 수 있는 전기분해-전기응집 공정에 사용하는 것이 적절한 것으로 사료되었다.
- 전극 간격을 1-3 cm로 변화시켜 RhB 농도감소를 고찰한 결과 전극간격에 따른 RhB 농도감소는 큰 차이를 보이지 않았으나 전력량을 감안하면 전극 간격이 좁을수록 유리하다고 사료되었다. 양극과 음극 모두 철 전극을 사용한 것이 RhB 농도가 감소가 가장 높았으며 전극 모양에 따른 RhB 농도 감소는 큰 차이를 보이지 않았다.
- 전극에 걸리는 전압을 살펴본 결과 2전극인 경우는 30 V, +-+인 경우는 17.4 V, -+-인 경우는 18.3 V, +-+-인 경우는 12.3 V의 전압이 걸리는 것으로 나타났다.
- 철 전극만을 이용하여 전기분해 반응만을 이용하는 경우보다 压6를 첨가하여 전기분해 + 펜톤-유사 반응을 이용하는 것이 唾의 탈색에 유리하다고 사료되었다. Fig.
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