[논문]Ferrate(VI)를 이용한 퍼클로로에틸렌의 분해특성 연구

김일규

doi:10.11001/jksww.2015.29.1.039

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The degradation characteristics of perchloroethylene by ferrate(VI) oxidation have been studied. The degradation efficiency of perchloroethylene in aqueous solution was investigated at various values of ferrate(VI) dosage, pH, initial concentration of perchloroethylene and aqueous solution temperatu...

The degradation characteristics of perchloroethylene by ferrate(VI) oxidation have been studied. The degradation efficiency of perchloroethylene in aqueous solution was investigated at various values of ferrate(VI) dosage, pH, initial concentration of perchloroethylene and aqueous solution temperature. GC-ECD has been used to analyze the changes of perchloroethylene concentration. The optimum conditions of perchloroethylene degradation were obtained at pH 7.0 and $25^{\circ}C$ of aqueous solution temperature. Also, the experimental results showed that perchloroethylene removal efficiency increased with the decrease of initial concentration of perchloroethylene. Lastly intermediate products were identified by GC-MS techniques. Trichloroethylene and chloroform were identified as reaction intermediates.

주제어

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문제 정의

따라서 본 연구에서는 새롭고 효율적이며 환경 친화적 산화제인 ferrate(VI)를 이용하여 perchloroethylene의 분해특성에 대해 알아보고 그에 따른 ferrate(VI)의 성능을 확인하여 수처리 기술로서 perchloroethylene 처리에 적용성을 알아보고자 한다. 사용된 ferrate(VI)는 습식산화법에 의해 직접 합성한 ferrate(VI)이며, 본 연구의 영향인자로는 ferrate(VI)의 주입량, pH 조건, 대상물질의 초기농도, 수용액의 온도가 고려되었다.

제안 방법

4 mL를 취해서 2 mL septa vial에 주입한 뒤 vortex mixer를 이용하여 1분간 격렬하게 흔들어 액상에 있는 perchloroethylene를 기체상태로 휘발시킨 다음 vial의 head space부분에 있는 기체를 100 ㎕ 취해서 빠르게 GC-ECD에 주입하였다. Perchloroethylene의 농도를 분석하기 위해서 Rxi-5ms(RESTEK사, 0.25 mm×30 m×0.25 ㎛)와 전자포획검출기(Electron Capture Detector(ECD))가 장착된 Agilent Technologies사 GC/ECD를 사용하여 분석하였다. 주입구의 온도는 250°C로, 검출기의 온도는 280°C로 유지시켰으며, 오븐의 온도프로그램은 초기 50°C에서 1분 지속되다가 10°C/min의 속도로 150°C까지 상승한 다음, holding time 없이 바로 20°C/min의 속도로 250°C까지 상승한 다음 종료하도록 조정하였다.
사용된 ferrate(VI)는 습식산화법에 의해 직접 합성한 ferrate(VI)이며, 본 연구의 영향인자로는 ferrate(VI)의 주입량, pH 조건, 대상물질의 초기농도, 수용액의 온도가 고려되었다. perchloroethylene 분석은 GC/ECD로 실시되었고 마지막으로 perchloroethylene의 분해경로에 대한 연구를 위해 중간생성물에 대한 분석은 GC/MS를 통해 진행되었다.
perchloroethylene 수용액의 pH가 분해효율에 미치는 영향을 알아보기 위하여 ferrate(VI)의 주입량을 29 mg/L로 되게 고정하고, 반응기 내의 pH를 각각 3, 7, 11로 유지하면서 실험을 진행하였다.
999%) 기체를 이용하였으며 시료는 주입구에 직접 2 ㎕를 주입(direct injection method)하였다. 그리고 적절한 범위 내에서, 다양한 농도를 가지는 perchlorothylene 표준용액을 제조하여 미리 작성된 검량선과 retention time 정보를 통하여 perchlorothylene의 농도를 분석하였다.
본 연구에서는 ferrate(VI)을 이용하여 수중에서의 perchloroethylene의 분해·제거에 대한 특성을 연구하여 가장 효과적인 처리 방법을 찾고자 하였으며, 다음과 같은 결과를 얻었다.
액상 perchloroethylene의 ferrate(VI)에 의한 분해 중간생성물을 알아보기 위한 실험을 수행하였다. perchloroethylene 반응용액을 일정한 시간 간격으로 30mL씩 취해서 purge and trap을 이용해서 반응용액에 있는 물질들을 흡착튜브에 흡착시킨 뒤 자동 열탈착 주입장치를 이용해서 GC-MS로 주입하였다.

대상 데이터

본 연구에서는 습식산화법을 이용하여 직접 ferrate(VI)를 제조하여 실험에 사용하였다. 냉장 보관된 NaOCl(Junsei Chemical Co.
주입구의 온도는 250°C로, 검출기의 온도는 280°C로 유지시켰으며, 오븐의 온도프로그램은 초기 50°C에서 1분 지속되다가 10°C/min의 속도로 150°C까지 상승한 다음, holding time 없이 바로 20°C/min의 속도로 250°C까지 상승한 다음 종료하도록 조정하였다. 운반 기체는 일정 유량으로 흐르는 초고순도 질소(99.999%) 기체를 이용하였으며 시료는 주입구에 직접 2 ㎕를 주입(direct injection method)하였다. 그리고 적절한 범위 내에서, 다양한 농도를 가지는 perchlorothylene 표준용액을 제조하여 미리 작성된 검량선과 retention time 정보를 통하여 perchlorothylene의 농도를 분석하였다.

데이터처리

그 다음 12°C/min의 속도로 180°C까지 상승한 후 7분 동안 지속 되게 하고, 다시 15°C/min의 속도로 230°C까지 상승한 후 종료하도록 조정하였다. 각 물질들에 대한 mass spectrum은 NIST(National Institute of Science and Technology)와 WILEY의 데이터베이스를 비교하여 중간생성물을 분석하였다.

성능/효과

1) Ferrate(VI)의 주입량이 증가할수록 일반적으로 분해율이 증가하였으며, 본 실험조건에서는 ferrate(VI) 주입 농도가 58 mg/L일 때, 78%로 가장 높은 분해율을 얻을 수 있었다.
2) Ferrate(VI)에 의한 perchloroethylene 분해 반응은 pH 7.0에서 가장 효율이 좋았으며, 따라서 perchloroethylene를 처리할 때는 중성 조건에서 효율적인 분해처리를 할 수 있을 것으로 판단된다.
3) Perchloroethylene 분해율이 가장 높았던 pH 7.0에서 ferrate(VI) 주입농도를 29 mg/L로 하여, perchloroethylene 초기농도를 0.1 ppm에서 1 ppm까지 증가시켰을 때, 초기농도가 감소할수록 perchloroethylene의 분해율이 증가하였다.
4) Ferrate(VI)로 인한 perchloroethylene 분해 반응에서 수용액의 온도변화에 따른 분해율의 차이를 알아보기 위하여 perchloroethylene 수용액의 온도를 10°C, 25°C, 40°C, 50°C로 각각 조절하였을 때, 수용액의 온도가 25°C이었을 때 가장 높은 분해율을 보였다.
5) Ferrate(VI)에 의한 perchloroethylene의 중간생성물로는, 정성분석을 통해 trichloroethylene과 chloroform이 확인되었다.
6) Ferrate(VI)를 이용한 perchloroethylene의 분해는 비교적 적은 양으로 강한 산화력을 보였으며 짧은 시간 안에 대부분의 분해반응이 종결되었다. 하지만 효과적인 산화제임에도 불구하고 실제 오염물질 처리 공정에의 적용은 미미한 상태이며 따라서 간편하고 경제적으로 제조할 수 있고 오염물질 처리 공정에 효율적으로 적용할 수 있는 방법이 개발된다면 매우 효과적인 오염물질 처리 공정으로 사용될 것으로 예상된다.

후속연구

6) Ferrate(VI)를 이용한 perchloroethylene의 분해는 비교적 적은 양으로 강한 산화력을 보였으며 짧은 시간 안에 대부분의 분해반응이 종결되었다. 하지만 효과적인 산화제임에도 불구하고 실제 오염물질 처리 공정에의 적용은 미미한 상태이며 따라서 간편하고 경제적으로 제조할 수 있고 오염물질 처리 공정에 효율적으로 적용할 수 있는 방법이 개발된다면 매우 효과적인 오염물질 처리 공정으로 사용될 것으로 예상된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	페레이트(ferrate, Fe(VI)) 산화기술의 장점은?	이러한 선택성이 있는 산화기술로는 페레이트(ferrate, Fe(VI)) 산화기술이 있다. 이 기술은 산화 선택성이 탁월할 뿐만 아니라 산화반응을 일으키기 위해 사용되는 반응물질들과 그 산화 생성물이 유해성이 없거나 낮아, 환경친화적 산화기술로 가능성이 높게 평가되고 있다.
	공업폐수는 어떤 악영향을 끼치는가?	특히 우리나라에서는 화학 공장을 비롯하여 기계 및 반도체공장에서는 많은 양의 독성물질을 배출하고 있는데 이러한 공업폐수는 가정폐수와 비교하여 몇 가지 다른 특성을 지니고 있다. 시장의수요에 따라 인공적으로 생산된 수많은 유기화합물이 다량으로 포함되어 배출되는 공업폐수는 난분해성 물질을 포함하여 자연생태계에 오래 잔류하면서 생태계파괴를 초래할 뿐 아니라 인간과 접하게 되면 공중보건에도 악영향을 미친다.
	OH 라디칼의 단점은?	그러나 OH 라디칼은 매우 강력한 산화제로 많은유기 오염 화합물을 완전히 산화시킬 수 있지만, 반응성이 선택적이지 못하다는 단점이 지적되었다. 즉, 강력한 산화력을 가지는 OH 라디칼은 산화반응을 의도하는 화학물질과의 반응보다도 물속에 존재하는 배경 화합물들 또는 OH 라디칼을 생성시키는데 투입된 반응물질과의 불필요한 반응으로 산화반응의 전체적인 효율을 저하시키게 된다.

참고문헌 (19)

Carr, J. D., Kelter, P. B., Tabatabai, A., Spichal, D., Erickson, J., McLaughin, C. W. (1985) "Properties of ferrate(VI) in aqueous solution : an alternative oxidant in wastewater treatment." Proc. Conf. Water Chlorin. Chem. Environ. Impact Health Effects, 5, pp. 1285-1298.
Coute N., Ortego J. D. Jr., Richardson J. T., Twigg M. V. (1998) "Catalytic steam reforming of chlorocarbons: trichloroethane, trichloroethylene and perchloroethylene", Applied Catalysis B: Environmental, 19, pp. 175-187.

상세보기
Elizabeth C. B. and Kim F. (1999) "Kinetics of the Transformation of Trichloroethylene and Tetrachloroehylene by Iron Sulfide", Environ. Sci. Technol., 33(12), pp. 2021-2027.

상세보기
Hager S., Bauer R., Kudielka G. (2000) "Photocatalytic oxidation of gaseous chlorinated organics over titanium dioxide", Chemosphere, 41, pp. 1219-1225.

상세보기
Jeong H., Kim H, Hayes K. (2007) "Reductive Dechlorination Pathways of Tetrachloroethylene and Trichloroethylene and Subsequent Transformation of their Dechlorination Products by Mackinawite(FeS) in the Presence of metals", Environ. Sci. Technol., 41(22), pp. 7736-7743.

상세보기
Kang M., Lee JH, Lee SH, Chung CH, Yoon KJ, Ogino K., Miyata S. and Choung SJ (2003) "Preparation of TiO2 film by the MOCVD method and analysis for decomposition of trichloroethylene using in situ FT-IR spectroscopy", J. Molecular Catalysis A: Chem., 193, pp. 273-783.

상세보기
Kim HW (2007) "Treatment of wastewater containing Cyanide and Cu(II)-EDTA with ferrate", master thesis of Kwandong University.
Kim HW, Kim BK, Yi SM, Yang JK, Kim HW, Kwon JA, Lim HS (2008) "Treatment of wastewater containing Cu(II)-EDTA using Ferrate in sequencing batch scale system", KSEE, 30(7), pp. 728-734.
Lee YH, Cho M, Yoon JY (2003) "Water treatment applications of Ferrate as an environmental friendly alternative oxidant and coagulant", JEHT, 2003, 12.
Lee YH, Zimmermann S. G., Kieu A. T., von Gunten U. (2009) "Ferrate(Fe(VI)) application for municipal wastewater treatment: a novel process for simultaneous micropollutant oxidation and phosphate removal. Environ. Sci. Technol. 43(10) pp. 3831-3838.

상세보기
Lim MH, Kim MJ (2007) "Removal of Natural Organic Matter using Potassium ferrate(VI)", KSEE conference, 29(12), pp. 1337-1344.
Macova Z., Bouzek K., Hives J., Sharma V. K., Terryn R. J., Baum J. C. (2009) "Research progress in the electrochemical synthesis of ferrate(VI).", Electrochimica Acta. 54. pp. 2673-2683.

상세보기
Park GS, Kim EJ, Kim HW, Lee SH, Yoo MJ (2006) "Comparison between ozone and ferrate in oxidizing nonylphenol", KSEE conference, pp. 329-335.
Sharma V. K. (2002), "Potassium ferrate(VI): an environmentally friendly oxidant ", Advances in Environmental Research, 6(2), pp. 143-156.

상세보기
Svanks, T. (1976) "Oxidation of ammonia in water by and ferratees(VI) and(IV)", The ohio state university.
Vogelpohl A. (2000) "Abstracts of 2nd International Conference on Oxidation Technologies for Water and wastewater treatment", CUTEC-Institut GmbH. pp. 15-22.
Yan Y. E., Schwartz F. W. (2000) "Kinetics and Mechanisms for TCE Oxidation by Permanganate", Environ. Sci. Technol., 34(12), pp. 2535-2541.

상세보기
Yang B., Ying G., Zhang L., Zhou L., Liu S., Fang Y. (2011) "Kinetic modeling and reaction mechanism of ferrate(IV) oxidation f benzotriazoles", Wat. Res., 45, pp. 2261-2269.

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Yoon JY, Choi WY (2006) "Mechanistic study of water pollutants degradation using Ferrate and Polyoxometalate(POM) as a green alternative oxidant", Korean Research Foundation Report

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