[논문]과황산의 열적활성화 및 염소계용제의 산화분해

장하이롱; 권희원; 최정학; 김영훈

doi:10.5322/jesi.2017.26.11.1201

과황산의 열적활성화 및 염소계용제의 산화분해
Oxidation of Chloroethenes by Heat-Activated Persulfate 원문보기

Journal of environmental science international = 한국환경과학회지, v.26 no.11, 2017년, pp.1201 - 1208

장하이롱 (안동대학교 환경공학과) , 권희원 (안동대학교 환경공학과) , 최정학 (부산가톨릭대학교 환경공학과) , 김영훈 (안동대학교 환경공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

Oxidative degradation of chlorinated ethenes was carried out using heat-activated persulfate. The activation rate of persulfate was dependent on the temperature and the activation reaction rate could be explained based on the Arrhenius equation. The activation energy of persulfate was 19.3 kcal/mol under the assumption that the reaction between the sulfate radical and tricholoroethene (TCE) is very fast. Activation could be achieved at a moderate temperature, so that the adverse effects due to high temperature in the soil environment were mitigated. The reaction rate of TCE was directly proportional to the concentration of persulfate, indicating that the remediation rate can be controlled by the concentration of the injected persulfate. The solution was acidized after the oxidation, and this was dependent on the oxidation temperature. The consumption rate of persulfate was high in the presence of the target organic, but the self-decomposition rate became very low as the target was completely removed.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

수환경에서 활성화반응에 의해 생성되는 황산라디칼과 부가적으로 발생될 수 있는 활성종을 측정하여 정량하는 것은 매우 어렵다. 그러므로 본 연구에서는 토양・지하수환경에서 발견되는 가장 대표적인 독성유기물질인 TCE를 대상으로 분해반응을 일으켜 온도에 따른 과황산의 활성화 정도를 평가하고자 하였다. Fig.
또한 과황산의 주입량에 따른 분해효율을 비교 평가하였다. 종합적으로 토양환경에서 열적활성화법의 단점을 최소화하고 적용가능성을 살펴보았다.

제안 방법

염소의 치환정도에 따른 반응성을 비교하고, 온도에 따른 분해특성을 비교하였다. 또한 과황산의 주입량에 따른 분해효율을 비교 평가하였다. 종합적으로 토양환경에서 열적활성화법의 단점을 최소화하고 적용가능성을 살펴보았다.
본 연구에서는 과황산의 열적활성화법을 이용하여 가장 대표적인 염소계 유기물질인 PCE, TCE, DCE 등의 분해연구를 수행하였으며 일정한 조건에서 염소계에텐의 분해특성을 비교하였다. 염소의 치환정도에 따른 반응성을 비교하고, 온도에 따른 분해특성을 비교하였다.
본 연구에서는 과황산의 열적활성화법을 이용하여 가장 대표적인 염소계 유기물질인 PCE, TCE, DCE 등의 분해연구를 수행하였으며 일정한 조건에서 염소계에텐의 분해특성을 비교하였다. 염소의 치환정도에 따른 반응성을 비교하고, 온도에 따른 분해특성을 비교하였다. 또한 과황산의 주입량에 따른 분해효율을 비교 평가하였다.

대상 데이터

0%, ACS reagent), 그리고 3종의 이염화에텐(1,1-Dichloroethene, 99%, cis-1,2-Dichoroethene, 97%, trans-1,2-Dichoroethene, 98%)을 분해대상물질로 하여 실험을 수행하였으며 모두 시그마-알드리치로부터 구매하여 사용하였다. 과황산나트륨(Sodiumpersulfate, ≥98%, Reagent grade, Sigma-Aldrich)을 과황산 시약으로 사용하였으며, 용액 중 과황산 이온을 정량하기 위하여 요오드화칼륨(99.5%, Extra Pure, Daejung)과 탄화수소나트륨(99.0%~100.5%, Extra Pure, Daejung)을 이용하여 발색시약을 제조하였다. 사용된 모든 시약은 추가 정제 없이 사용되었으며, 실험용액은 1차 증류수를 이용하여 실험 전 제조하여 사용되었다.
본 연구에서는 삼염화에텐(Trichloroethene, ≥99.5%, ACS reagent), 사염화에텐(Tetrachloroethene, ≥99.0%, ACS reagent), 그리고 3종의 이염화에텐(1,1-Dichloroethene, 99%, cis-1,2-Dichoroethene, 97%, trans-1,2-Dichoroethene, 98%)을 분해대상물질로 하여 실험을 수행하였으며 모두 시그마-알드리치로부터 구매하여 사용하였다. 과황산나트륨(Sodiumpersulfate, ≥98%, Reagent grade, Sigma-Aldrich)을 과황산 시약으로 사용하였으며, 용액 중 과황산 이온을 정량하기 위하여 요오드화칼륨(99.

이론/모형

반응 용기를 충분히 교반하여 용액을 균질화한 뒤 항온수조(CT-HWB, Coretech)를 이용하여 열적활성화 반응을 유도하였다. 시료는 유리 실린지를 이용하여 분취하였으며, 헥산을 용매로 하여 액-액 추출법(Liquid-liquid extraction method)으로 추출하여 분석하였다.

성능/효과

1) 과황산은 선행연구에 의해 알려진 바와 같이 열에 의해 성공적으로 활성화되며 활성화 정도는 온도의 함수이다. 활성화반응은 비교적 낮은 온도에서도 가능하여 지하수-토양의 생태환경의 교란 등 부작용을 최소화하면서 활성화반응의 유도가 가능함을 증명하였다.
2) 연구된 5개의 염소계에텐에 대한 모두 유사 1차 반응이며, 반응속도는 가장 느린 것에 대하여 가장 빠른 경우 약 2.6배 이내이며 반응 시 용액의 pH는 모두 산성조건으로 변화하였다.
3) 산화공정에서 과황산의 농도에 대해 반응속도는 직선적으로 증가하며 과황산의 주입속도에 따라 복원속도가 조절될 수 있음을 보여주었다.
4) 과황산은 반응물질이 존재하는 경우에만 빠르게 소모되었으며, 분해대상물질이 존재하지 않을 경우 자분해 속도가 매우 느려 수시간-수일간 반응성을 유지할 수 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	열을 이용하는 활성화법의 장점은?	열을 이용하는 활성화법은 토양을 가열할 때 많은 에너지가 소요되며 열에 의한 토양의 생태환경에 악영향을 미칠 수 있는 한계점을 가진다. 그러나 활성화효율이 높고 온도를 조절하여 반응속도를 조절할 수 있다는 장점이 있으며, 비교적 낮은 온도에서의 활성화 반응을 통하여 토양환경의 열오염을 예방할 수 있다.
	ISCO의 특징은?	, 2011). ISCO는 생물학적 처리법에 비해 일반적으로 처리속도가 매우 빠르며, 우수한 분해효율을 보여준다. 국토가 좁고 인구밀도가 높아 오염토지의 신속한 복원이 요구되는 대한민국에서는 경제성을 가지는 기술로 평가될 수 있다. 석유계 유기물질 및 고독성 유기물질에도 폭넓게 적용 가능하여 다양한 오염물질에 의해 오염된 복합오염토양에 쉽게 적용할 수 있는 기술로 평가된다.
	ISCO의 산화제인 과망간산이 갖는 특징은?	, 2011), 각 산화제들은 토양・지하수환경에서 다양한 특성을 가지고 있다. 과망간산의 경우 토양환경에서 안정성이 매우 높아 쉽게 분해되지 않는 장점을 가지지만 비교적 낮은 반응성으로 인하여 처리가능 오염물질의 범위가 제한된다. 오폐수의 고도산화처리공법에 많은 적용사례가 있는 과산화수소/촉매(Fenton's reagent) 반응의 경우, 산화력이 매우 높은 수산화라디칼(HO •)을 생성하여 오염물질의 신속한 분해가 가능하며, 다양한 유기물질에 대한 넓은 적용성을 가지나, 토양에 존재하는 전이금속 또는 주입된 촉매와 반응하여 자분해(self-decomposition)되는 비율이 높아 경제적으로 불리하며 토양 깊이 존재하는 오염물질에 도달하기 어렵다(Jung and Hong, 2005).

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