[논문]Cu wire 촉매를 이용한 촉매습식과산화공정에 의한 1,4-다이옥산의 분해

이동근; 김둘선

doi:10.7464/ksct.2016.22.4.281

초록
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난분해성 1,4-다이옥산을 분해시키기 위하여 촉매습식과산화반응에 활성적인 Cu wire촉매를 사용하였다. Cu wire 촉매를 사용함으로써 1,4-다이옥산의 완전한 분해가 가능하였으나, 분해된 1,4-다이옥산은 완전 무기화($CO_2$와 $H_2O$로 전환)되지 못하고 중간생성물인 ethylene glycol diformate, oxalic acid, formic acid, formaldehyde, acetaldehyde 등으로 전환되었다. 1,4-다이옥산이 분해되어 없어짐에 따라 formaldehyde와 oxalic acid가 점진적으로 나타나기 시작하여 증가하다가 최고농도를 보인 후 다시 감소하였다. 이들 두 중간체의 최고농도 도달시점에 acetaldehyde의 농도가 급격히 증가하여 최고농도를 보인 후 다시 감소하였다. 이들 세가지 중간물질의 감소와 함께 ethylene glycol diformate, formic acid가 생성되기 시작하여 그 농도가 점진적으로 증가하였다. 이들은 연속적인 과정을 통해 생성되었다. Cu wire 촉매는 반응이 진행되는 동안 활성이 떨어지지 않고 매우 안정적이었다.

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Cu wire catalyst was highly reactive toward catalytic wet peroxide oxidation of the highly refractory 1,4-dioxane. While complete removal of 1,4-dioxane could be achieved with the catalyst, the removed 1,4-dioxane could not totally mineralized into $CO_2$ and $H_2O$. In accorda...

Cu wire catalyst was highly reactive toward catalytic wet peroxide oxidation of the highly refractory 1,4-dioxane. While complete removal of 1,4-dioxane could be achieved with the catalyst, the removed 1,4-dioxane could not totally mineralized into $CO_2$ and $H_2O$. In accordance with the disappearance of 1,4-dioxane, formaldehyde and oxalic acid were formed gradually with reaction time and they went through maxima. At around the time of maximum concentrations of these two intermediates acetaldehyde concentration was increased drastically and showed maximum value. With the disappearance of these three intermediates, formic acid together with ethylene glycol diformate began to increase gradually. The Cu wire catalyst was proved also to be highly stable against deactivation during the reaction.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 촉매로서 Cu wire를 사용한 1,4-다이옥산의촉매습식과산화 공정을 회분식 반응기에서 수행하였고 이들 촉매의 성능에 대해서 조사하였다.

제안 방법

1,4-다이옥산의 비촉매산화 정도를 알아보기 위하여 1기압,80 ℃에서 촉매와 H2O2를 사용하지 않고 습식산화를 수행하였다. 1,4-다이옥산 용액의 초기농도는 780 mg L^-1로 하였다.

대상 데이터

1,4-다이옥산의 촉매습식산화를 1 L용량의 회분식 반응기에서 수행하였고 Cu wire를 촉매로 사용되었다. 780 mg L-1 농도의 1,4-다이옥산은 10 g Cu wire와 200 mM H2O2을 사용하여 30분 이내에 완전히 제거되었다.
초기 1,4-다이옥산 농도 780 mg L^-1로 제조된 1,4-다이옥산 용액 500 mL를 촉매습식과 산화공정에 사용하였다. 액상시료는 채취한 즉시 여과한 후 잔존하는 1,4-다이옥산과 중간물질(주로 ethylene glycol diformate (EGDF), carboxylic acid, aldehyde) 및 총유기탄소(TOC)를 분석하였다.

데이터처리

액상시료는 채취한 즉시 여과한 후 잔존하는 1,4-다이옥산과 중간물질(주로 ethylene glycol diformate (EGDF), carboxylic acid, aldehyde) 및 총유기탄소(TOC)를 분석하였다. 1,4-다이옥산은 MSD(Agilent Technologies 5973N) 검출기를 사용한 GC (AgilentTechnologies 6890N)로 분석하였다. EGDF는 GC/FID (AgilentTechnologies 6890N)을 사용하여 분석하였다.

성능/효과

H2O2의 초기농도를 20 mM로 하였을 때 초기 1,4-다이옥산 농도의 약 70%가 반응시간 90분까지 남아 있었으나 250 mM를 사용하였을 때는 1,4-다이옥산의 완전한 제거가 단지 20분에 일어났다. 1,4-다이옥산을 완전히 제거하기 위해서는 H2O2 산화제의 충분한 공급이 반드시 필요하다는 것을 알 수 있었다.
일차적으로는 주로 form aldehyde 및 oxalic acid가 생성되는 것으로 판단되며 oxalic acid는 추가로 acetaldehyde로 전환되는 것으로 생각된다. Cu wire 촉매는 반응 동안 활성이 떨어지지 않고 매우 안정적인 것을 알 수 있었다
이것은 1,4-다이옥산이 CO2와 H2O로 완전히 산화되지 않고 산화분해에 매우 안정적인 다른 형태의 중간물질로 전환이 되어 완전한 분해가 일어나지 않기 때문인 것으로 여겨진다. 주요 중간생성물은 ethylene glycol diformate (EGDF), oxalic acid, formic acid, formaldehyde,acetaldehyde인 것으로 관찰되었다. 1,4-다이옥산이 분해되면서 formaldehyde 생성이 두드러졌다.

후속연구

이상의 중간물질 생성거동을 살펴볼 때 1,4-다이옥산은 formaldehyde, oxalic acid 및 acetaldehyde로 전환되는 것으로 판단되고 반응시간이 경과할수록 이들을 EGDF 및 formic acid로 점진적으로 전환되는 것으로 믿어진다. 보다 상세한 1,4-다이옥산의 분해경로를 파악하기 위해서는 이들 중간물질을 이용한 별도의 분해실험이 필요할 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	촉매습식산화공정은 무엇인가?	생물학적 폐수처리법의 대안으로써 촉매습식산화공정은 폐수 속에 함유되어 있는 다량의 유기오염물질을 제거하는 수많은 연구의 주제가 되어 왔다[1-7]. 촉매습식산화공정는 폐수 속의 유기물질이 촉매의 표면에서 산소(산소의 공급원으로서 주로 공기를 사용)와 반응하는 액상 산화공정이다. 촉매를 사용하게 되면 촉매를 사용하지 않는 비촉매습식산화공정의 반응조건을 완화시킬 수 있다. 그러나 촉매를 사용하는 촉매습식산화공정도 여전히 높은 온도(150 ℃ 이상)와 높은 압력(1-5 MPa)의 반응조건이 요구된다.
	균일촉매는 어떤 것이 있고, 이들은 유기오염물질에 대해 어떤 반응을 일으키는가?	이전의 논문에서, 구리촉매는 H2O2를히드록실 라디칼(HO )로의 분해를 촉진시키는 활성이 높은 촉매인 것으로 증명되었다[9]. 질산화구리(Copper nitrate), 염화구리(Copper chloride), 황산구리(Copper sulfate) 등의 균일촉매는 폐수중의 유기오염물질을 이산화탄소와 물로 완전 산화시키는 반응에 매우 효과적이다. 그러나 처리수를 방류하기 전에 구리 양이온을 제거하기 위한 분리공정이 추가적으로 필요하게 된다.
	촉매습식과산화공정의 반응조건은 어떤 장점을 가져오는가?	촉매습식과산화공정은 과산화수소의 산화능력이 분자산소보다 더 강하기 때문에 촉매습식산화공정보다 더욱 효과적인 산화공정이 될 수 있다. 더구나 반응조건은 과산화수소가 산화제로 사용될 때 80 ℃, 1기압으로 더욱 낮아지게 되어[8,9], 에너지를 대량 소비하지 않고도 상당량의 오염물질을 처리할 수 있다. 이전의 논문에서, 구리촉매는 H2O2를히드록실 라디칼(HO )로의 분해를 촉진시키는 활성이 높은 촉매인 것으로 증명되었다[9].

참고문헌 (12)

Luck, F., "A Review of Industrial Catalytic Wet Air Oxidation Processes," Catal. Today, 27, 195-202 (1996).

상세보기
Levec, J., and Pintar, A., "Catalytic Oxidation of Aqueous Solutions of Organics. An Effective Method for Removal of Toxic Pollutants from Waste Waters," Catal. Today, 24, 51-58 (1995).

상세보기
Pintar, A., and Levec, J., "Catalytic Oxidation of Organics in Aqueous Solutions: I. Kinetics of Phenol Oxidation," J. Catal., 135, 345-357 (1992).

상세보기
Gallezot, P., Laurain, N., and Isnard, P., "Catalytic Wet-air Oxidation of Carboxylic Acids on Carbon-Supported Platinum," Appl. Catal. B: Environ., 9, L11-L17 (1996).

상세보기
Duprez, D., Delanoe, F., Barbier, J., Isnard, P., and Blanchard, G., "Catalytic Oxidation of Organic Compounds in Aqueous Media," Catal. Today, 29, 317-322 (1996).

상세보기
Lee, D.-K., and Kim, D.-S, "Catalytic Wet Air Oxidation of Carboxylic Acids at Atmospheric Pressure," Catal. Today, 63, 249-255 (2000).

상세보기
Mishra, V. S., Mahajani, V. V., Joshi, J. B., "Wet Air Oxidation," Ind. Eng. Chem. Res., 34(1), 2-48 (1995).

상세보기
Nerud, F., Baldrian, P., Gabriel, J., and Ogbeifun, D., "Decolorization of Synthetic Dyes by the Fenton Reagent and the Cu/Pyridine/ $H_2O_2$ System," Chemosphere, 44, 957-961 (2001).

상세보기
Lee, D.-K., Kim, D.-S., and Kim, S.-C., "Catalytic Wet Oxidation of Reactive Dyes in Water," Stud. Surf. Sci. Catal., 133, 297 (2001).
Sargent, E. P., and Grady, E. M., "Spin Trapping of Radicals Formed during Radiolysis of Aqueous Solutions. Direct Electron Spin Resonance Observations," Can. J. Chem., 54, 275 (1976).

상세보기
Eisenberg, G., "Colorimetric Determination of Hydrogen Peroxide," Ind. Eng. Chem. Anal. Ed., 15(5), 327-328 (1943).

상세보기
Lin, S. H., and Wu, Y. F., "Catalytic Wet Air Oxidation of Phenolic Wastewaters," Environ. Technol., 17, 175 (1996).

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