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마이크로 에멀젼 상태에서 전기분해법을 이용한 독성물질 분해 연구
Decomposition of Toxic Chemicals in Microemulsion by Electrolytic Oxidation Method 원문보기

청정기술 = Clean technology, v.14 no.3 = no.42, 2008년, pp.218 - 223  

심성현 (수원대학교 화학과) ,  전병철 (수원대학교 신소재공학과) ,  정용찬 (수원대학교 화학과)

초록
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마이크로 에멀젼 수용액에 분산된 반응성 유기화합물전기분해를 통하여 얻을 수 있는 수산화이온 및 수소이온을 이용하여 가수분해시키고, 분해속도를 비교하는 실험을 수행하였다. 반응물질로 사용된 p-nitrophenylacetate (PNPA)의 가수분해로부터 발생하는 p-nitrophenoxide 농도 변화에 따른 흡광도 변화를 이용하여 분해속도를 얻을 수 있었다. 자체 조립한 전기분해 장치를 이용하여 전압, 반응온도, 반응물질 양에 따른 분해속도 변화를 관찰하였다. 마이크로 에멀젼 사용으로 인하여 반응물질 용해도를 증가시킬 수 있으며, 전기분해법 사용으로 인하여 반응속도 조절이 용이하며, 유지비용이 저렴하고, 기존 화학물질 투여방법에 비해 소모되는 시약 보충 및 반응 후 부산물 처리 등의 과정이 수월하다. 유기물질 분해에 대한 메커니즘 및 수처리 분야 응용에 대하여 토의하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Decomposition of reactive organic compound dispersed in microemulsion media by hydroxide ions and proton ions generated during electrolysis was tried and the half-lifes for decomposition were compared. Absorbance of p-nitrophenoxide produced from the decomposition of p-nitrophenylacetate (PNPA) was ...

주제어

AI 본문요약
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제안 방법

  • 마이크로에멀젼 용액 (100 ml)을 상기 반응기에 넣고 일정온도에서 전기분해 반응이 일어나도록 하는데, 안정화를 위해 5 분간 계속 가스 발생이 일어나도록 하였 다. 0.5 ml PNPA 용액을 마이크로피펫을 이용하여 마이크로에 멀젼 용액 에 투입 함으로서 반응이 시 작되 며 , 이 시 점 을 기 준으로 30초 간격으로 0.1 ml 씩 마이크로에멀젼 용액을 채취하여 5 분 간 총 10회 채취하였다. 채취된 용액은 각각 다른 test tube에 담 고, 각각의 용액은 2 ml pH=8.
  • 마이크로에멀젼 용액 (100 ml)을 상기 반응기에 넣고 일정온도에서 전기분해 반응이 일어나도록 하는데, 안정화를 위해 5 분간 계속 가스 발생이 일어나도록 하였 다. 0.5 ml PNPA 용액을 마이크로피펫을 이용하여 마이크로에 멀젼 용액 에 투입 함으로서 반응이 시 작되 며 , 이 시 점 을 기 준으로 30초 간격으로 0.1 ml 씩 마이크로에멀젼 용액을 채취하여 5 분 간 총 10회 채취하였다. 채취된 용액은 각각 다른 test tube에 담 고, 각각의 용액은 2 ml pH=8.
  • 시 간대별 흡광도 변화 그래프를 이 용하여 전기분해 반응의 반감기를 결정하였다. 반응조건 변화를 위해 전압은 3, 5, 10, 20, 30 V로 각각 조절 하였고, 반응온도는 25°C 및 45。心에서 각각 측 정 하였으며, 마지 막으로 PNPA 농도를 2 배, 4 배 증가시 켰을 때 분해속도의 변화를 관찰하였다.
  • 같은 조건에서 반응온도를45°C로 올렸을 때 반응속도 변화를 관찰하였다 (Figure 5). 반응온도가 20°C 증가되 었으나 25°C 같 은 전압에 비해 반감기는 큰 변화가 없었다.
  • 같은 조건에서 반응온도를45°C로 올렸을 때 반응속도 변화를 관찰하였다 (Figure 5). 반응온도가 20°C 증가되 었으나 25°C 같 은 전압에 비해 반감기는 큰 변화가 없었다.
  • 2 Ohm인 초순수를 제조하였다. 마이 크로 에멀젼 용액은 초순수, Hexane (Duksan Chemical), Sodium dodecylsulfate (SDS, TCI,Japan), n-Butanol (대정 화금)로 구 성되어있으며, 이들의 균일한 혼합을 위해 Sonicator (새한 Cleaner)를 사용하여 투명한 용액이 되도록 하였다. 마이크로에 멀젼 용액의 표면장력은 표면장력계 (Fisher Tensiomat 21)를 이용하여 측정하였고, 마이크로에멀젼 용액의 표면장력은 29.
  • 마이크로에멀젼 상태에서 PNPA 분해시 일단 온도를 25°C로 반감기는 30 초 (25°C)에서 75 초 (45。0)로 다소 증가하였고, 20 고정 하고, 전압을 3, 5, 10, 20, 30 V 로 증가함에 따라 분해속도 변화를 관찰하였다. 이 중에서 대표적으로 5, 10, 20 V를 가해주 었을 때 분해과정을 Figure 4에 나타내었다.
  • 마이크로에멀젼 상태에서 PNPA 분해시 일단 온도를 25°C로 반감기는 30 초 (25°C)에서 75 초 (45。0)로 다소 증가하였고, 20 고정 하고, 전압을 3, 5, 10, 20, 30 V 로 증가함에 따라 분해속도 변화를 관찰하였다. 이 중에서 대표적으로 5, 10, 20 V를 가해주 었을 때 분해과정을 Figure 4에 나타내었다.
  • 마지막으로 온도 (25°C)와 전압 (10 V)을 고정하고, PNPA 양 을 4 배 증가시 켰을 때 반웅속도 변화를 관찰 하였다 (Figure 6). PNPA 양이 증가하더라도, 과량의 수산화이온 및 수소이온이 존재하므로 반응속도가 크게 줄지는 않으나, 일반적으로 PNPA7} 과량인 경우 PNPA가 전극 주변으로 이동하는 속도가 제한적이 므로 이 에 영 향을 받아 초기 에는 전극 주변의 PNPA가 바로 분해 되어 흡광도 증가가 급격히 일어나고 이후에는 PNPA가 전극 주 위로 이동하는 시 간이 소요되므로 흡광도 증가가 서서 히 관찰된 다.
  • 마지막으로 온도 (25°C)와 전압 (10 V)을 고정하고, PNPA 양 을 4 배 증가시 켰을 때 반웅속도 변화를 관찰 하였다 (Figure 6). PNPA 양이 증가하더라도, 과량의 수산화이온 및 수소이온이 존재하므로 반응속도가 크게 줄지는 않으나, 일반적으로 PNPA7} 과량인 경우 PNPA가 전극 주변으로 이동하는 속도가 제한적이 므로 이 에 영 향을 받아 초기 에는 전극 주변의 PNPA가 바로 분해 되어 흡광도 증가가 급격히 일어나고 이후에는 PNPA가 전극 주 위로 이동하는 시 간이 소요되므로 흡광도 증가가 서서 히 관찰된 다.
  • 반응조건 변화를 위해 전압은 3, 5, 10, 20, 30 V로 각각 조절 하였고, 반응온도는 25°C 및 45°C에서 각각 측정 하였으며, 마지 막으로 PNPA 농도를 2 배, 4 배 증가시 켰을때 분해속도의 변화를 관찰하였다.
  • [11]이 보고한 역삼투 방법 등이 알려 져 있다. 본 연구에서는 반응성 유기화합물을 마이크로에멀젼에 분 산시킨 후 전기분해법을 이용하여 신속하고, 효과적으로, 친환 경 적으로 분해시 키는 방법을 시도하였다. 마이크로에 멀젼의 장 점은 유기 화학물질의 용해도를 높일 수 있어서, 대용량 분해과 정에 적합하다는 점이다.
  • [11]이 보고한 역삼투 방법 등이 알려 져 있다. 본 연구에서는 반응성 유기화합물을 마이크로에멀젼에 분 산시킨 후 전기분해법을 이용하여 신속하고, 효과적으로, 친환 경 적으로 분해시 키는 방법을 시도하였다. 마이크로에 멀젼의 장 점은 유기 화학물질의 용해도를 높일 수 있어서, 대용량 분해과 정에 적합하다는 점이다.
  • 마이크로에멀젼 수용액의 조성은 증류수, Hexane, Sodium dodecylsufate (SDS), 그리 고 Butanol로 구성 되 어 있다. 상기 조 성 외 양이온성 계면활성제를 포함하는 90% Borate buffer, 4.5 % Cetyltrimethylammonium bromide (CTAB), 4.5 % N-MethyIpyrrolidone (NMP), 1 % Toluene 으로 구성 된 양이 온성 마이크로에멀젼, 그리고 25 % 증류수, 50 % Sodium bis(2-ethylhexyl) sulfosuccinate (AOT), 2.5 % Isooctane을 포함하는 중성 마이크로에멀젼을 시도하였으나, 분해 반응속도 가낮아서 선정하지 않았다. 음이온성 계면활성제를 포함한아래 조성 에서는, 특정 성분비 에 따라 균일한 혼합 용액을 얻을 수 있 으므로, Table 1 에 나타난 바와 같은 대표 조성을 일단 찾아내 었 다.
  • 마이크로에멀젼 수용액의 조성은 증류수, Hexane, Sodium dodecylsufate (SDS), 그리 고 Butanol로 구성 되 어 있다. 상기 조 성 외 양이온성 계면활성제를 포함하는 90% Borate buffer, 4.5 % Cetyltrimethylammonium bromide (CTAB), 4.5 % N-MethyIpyrrolidone (NMP), 1 % Toluene 으로 구성 된 양이 온성 마이크로에멀젼, 그리고 25 % 증류수, 50 % Sodium bis(2-ethylhexyl) sulfosuccinate (AOT), 2.5 % Isooctane을 포함하는 중성 마이크로에멀젼을 시도하였으나, 분해 반응속도 가낮아서 선정하지 않았다. 음이온성 계면활성제를 포함한아래 조성 에서는, 특정 성분비 에 따라 균일한 혼합 용액을 얻을 수 있 으므로, Table 1 에 나타난 바와 같은 대표 조성을 일단 찾아내 었 다.
  • 묽힌 용액은 vortex mixing 후에, 400 nm에서 흡광도를 측정하 였다. 시 간대별 흡광도 변화 그래프를 이 용하여 전기분해 반응의 반감기를 결정하였다. 반응조건 변화를 위해 전압은 3, 5, 10, 20, 30 V로 각각 조절 하였고, 반응온도는 25°C 및 45。心에서 각각 측 정 하였으며, 마지 막으로 PNPA 농도를 2 배, 4 배 증가시 켰을 때 분해속도의 변화를 관찰하였다.
  • 전기분해 장치는 정류기 (ModelJR-1110,JeongWoo Electric), 전압계 (Model SK-103, 서 광), 전류계 (Model SK-104, 서광), 코일형 태의 백금전극 (간극 1 cm)으로 구성되어 있다. 음극에서 발행하는 수소, 양극에서 발생하는 산소는 배기구를 통하여 배출 되도록 하였고, 시료 채취도 할 수 있게 하였다. 전기분해가 일어 나는 반응기 는 250 ml 둥근바닥 플라스크로서 반응기 아래 부분 은 water jacket를 갖추고 있으며 외부의 순환 항온조에 의 해 25OC 또는 45°C로 유지되도록 하였다.
  • 전기분해 장치는 정류기 (ModelJR-1110,JeongWoo Electric), 전압계 (Model SK-103, 서 광), 전류계 (Model SK-104, 서광), 코일형 태의 백금전극 (간극 1 cm)으로 구성되어 있다. 음극에서 발행하는 수소, 양극에서 발생하는 산소는 배기구를 통하여 배출 되도록 하였고, 시료 채취도 할 수 있게 하였다. 전기분해가 일어 나는 반응기 는 250 ml 둥근바닥 플라스크로서 반응기 아래 부분 은 water jacket를 갖추고 있으며 외부의 순환 항온조에 의 해 25OC 또는 45°C로 유지되도록 하였다.
  • 음이온성 계면활성제를 포함한아래 조성 에서는, 특정 성분비 에 따라 균일한 혼합 용액을 얻을 수 있 으므로, Table 1 에 나타난 바와 같은 대표 조성을 일단 찾아내 었 다. 이 중에서 PNPA 용해시 균일한 수용액을 얻을 수 있는 2 번 조성을 선정하여 분해반응에 이용하였다.
  • 음이온성 계면활성제를 포함한아래 조성 에서는, 특정 성분비 에 따라 균일한 혼합 용액을 얻을 수 있 으므로, Table 1 에 나타난 바와 같은 대표 조성을 일단 찾아내 었 다. 이 중에서 PNPA 용해시 균일한 수용액을 얻을 수 있는 2 번 조성을 선정하여 분해반응에 이용하였다.
  • 02 M phosphate buffer (Na2HPO«, NaH2PC>4, Duksan Chemical)를 사용하였다. 전기분해과정은 diode-array 검출기를 갖춘 UV-VIS 분광광도계 (Hewlett Packard 8453)를 이용하여 400 nm에서 검 출되 는 pmitrophenoxide의 흡광도를 측정 하여 관찰하였다.
  • 02 M phosphate buffer (Na2HPO«, NaH2PC>4, Duksan Chemical)를 사용하였다. 전기분해과정은 diode-array 검출기를 갖춘 UV-VIS 분광광도계 (Hewlett Packard 8453)를 이용하여 400 nm에서 검 출되 는 pmitrophenoxide의 흡광도를 측정 하여 관찰하였다.
  • 12 M 농도로 Acetonitrile (CH3CN)에 녹 여 사용하였다. 증류기 (JisicoJ-WD)를 통해 제조된 1차 증류수 를 Water purification system (Younglin AQ-Max-Ultra 370) 을 이 용하여 저 항 18.2 Ohm인 초순수를 제조하였다. 마이 크로 에멀젼 용액은 초순수, Hexane (Duksan Chemical), Sodium dodecylsulfate (SDS, TCI,Japan), n-Butanol (대정 화금)로 구 성되어있으며, 이들의 균일한 혼합을 위해 Sonicator (새한 Cleaner)를 사용하여 투명한 용액이 되도록 하였다.
  • 12 M 농도로 Acetonitrile (CH3CN)에 녹 여 사용하였다. 증류기 (JisicoJ-WD)를 통해 제조된 1차 증류수 를 Water purification system (Younglin AQ-Max-Ultra 370) 을 이 용하여 저 항 18.2 Ohm인 초순수를 제조하였다. 마이 크로 에멀젼 용액은 초순수, Hexane (Duksan Chemical), Sodium dodecylsulfate (SDS, TCI,Japan), n-Butanol (대정 화금)로 구 성되어있으며, 이들의 균일한 혼합을 위해 Sonicator (새한 Cleaner)를 사용하여 투명한 용액이 되도록 하였다.

대상 데이터

  • 2 Ohm인 초순수를 제조하였다. 마이 크로 에멀젼 용액은 초순수, Hexane (Duksan Chemical), Sodium dodecylsulfate (SDS, TCI,Japan), n-Butanol (대정 화금)로 구 성되어있으며, 이들의 균일한 혼합을 위해 Sonicator (새한 Cleaner)를 사용하여 투명한 용액이 되도록 하였다. 마이크로에 멀젼 용액의 표면장력은 표면장력계 (Fisher Tensiomat 21)를 이용하여 측정하였고, 마이크로에멀젼 용액의 표면장력은 29.
  • 일반적으로 전기분해법은 가수분해 및 산화과정을동시에 진행할수 있어서 기타방법에 비해 처리효과 가 높다. 본 연구에서 사용된 전기분해 대상물질은 분해과정을 흡광도 변화로 추적 할 수 있는 p-nitrophenylacetate (PNPA)를 선정하였다 (Figure !)•
  • 일반적으로 전기분해법은 가수분해 및 산화과정을동시에 진행할수 있어서 기타방법에 비해 처리효과 가 높다. 본 연구에서 사용된 전기분해 대상물질은 분해과정을 흡광도 변화로 추적 할 수 있는 p-nitrophenylacetate (PNPA)를 선정하였다 (Figure !)•
  • 1. 재료 및 실험조건 전기분해 대상물질인/>Nitrophenylacetate (PNPA)는Aldrich 제품을 이용하였고, 0.12 M 농도로 Acetonitrile (CH3CN)에 녹 여 사용하였다. 증류기 (JisicoJ-WD)를 통해 제조된 1차 증류수 를 Water purification system (Younglin AQ-Max-Ultra 370) 을 이 용하여 저 항 18.
  • 1. 재료 및 실험조건 전기분해 대상물질인/>Nitrophenylacetate (PNPA)는Aldrich 제품을 이용하였고, 0.12 M 농도로 Acetonitrile (CH3CN)에 녹 여 사용하였다. 증류기 (JisicoJ-WD)를 통해 제조된 1차 증류수 를 Water purification system (Younglin AQ-Max-Ultra 370) 을 이 용하여 저 항 18.
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