[논문]나노영가철/활성탄 입자전극과 과황산을 이용한 3차원 전기화학적 산화공정

민동준; 김철용; 안준영; 조수빈; 황인성

doi:10.7857/jsge.2018.23.6.104

나노영가철/활성탄 입자전극과 과황산을 이용한 3차원 전기화학적 산화공정
Three-dimensional Electrochemical Oxidation process using Nanosized Zero-valent Iron/Activated carbon as Particle electrode and Persulfate 원문보기

지하수토양환경 = Journal of soil and groundwater environment, v.23 no.6, 2018년, pp.104 - 113

민동준 (부산대학교 사회환경시스템공학과) , 김철용 (부산대학교 사회환경시스템공학과) , 안준영 (부산대학교 사회환경시스템공학과) , 조수빈 (부산대학교 사회환경시스템공학과) , 황인성 (부산대학교 사회환경시스템공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

A three-dimensional electrochemical process using nanosized zero-valent iron (NZVI)/activated carbon (AC) particle electrode and persulfate (PS) was developed for oxidizing pollutants. X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy with energy dispersive spectroscopy (SEM-EDS), and Brunauer-Emmett-Teller (BET) surface area analysis were performed to characterize particle electrode. XRD and SEM-EDS analysis confirmed that NZVI was impregnated on the surface of AC. Compared with the conventional two-dimensional electrochemical process, the three-dimensional particle electrode process achieved three times higher efficiency in phenol removal. The system with current density of $5mA/cm^2$ exhibited the highest phenol removal efficiency among the systems employing 1, 5, and $10mA/cm^2$. The removal efficiency of phenol increased as the Fe contents in the particle electrode increased. The particle electrode achieved more than 70% of phenol removal until it was reused for three times. The sulfate radical played a predominant role in phenol removal according to the radical scavenging test.

주제어

표/그림 (8)

그림 Fig. 1. XRD patterns of particle electrode (NZVI/AC).
그림 Fig. 2. SEM images of (a) AC, (b) NZVI/AC and (c) EDS analysis result of particle electrode (NZVI/AC).
그림 Fig. 3. Electrochemical degradation of phenol using particle electrode (phenol: 100 mg/L, persulfate: 2000 mg/L, NZVI/AC: 500 mg/L, Fe loading: 1%, EC: 5 mA/cm², Na₂SO₄: 50 mM, initial pH: 3, temperature: 25℃).
표 Table 1. BET surface area, pore volume and pore size of the particle electrode (NZVI/AC)
그림 Fig. 4. Effect of current density on phenol degradation by particle electrode and persulfate (phenol: 100 mg/L, persulfate: 2000 mg/L, NZVI/AC: 500 mg/L, Fe loading: 0.2%, Na₂SO₄: 50 mM, initial pH: 3, temperature: 25℃).
그림 Fig. 5. Effect of Fe loading on (a) degradation of phenol and (b) decomposition of persulfate by particle electrode (phenol: 100 mg/L, persulfate: 2000 mg/L, NZVI/AC: 500 mg/L, Fe loading: 1%, EC: 5 mA/cm², Na₂SO₄: 50 mM, initial pH: 3, temperature: 25℃).
그림 Fig. 6. Reusability test for particle electrode and evolution of total dissolved iron (phenol: 100 mg/L, persulfate: 2000 mg/L, NZVI/AC: 500 mg/L, Fe loading: 1%, EC: 5 mA/cm², Na₂SO₄: 50 mM, initial pH: 3, temperature: 25℃).
그림 Fig. 7. Degradation of phenol in the presence of different radical scavengers ([radical scavenger]/[phenol]=100/1, persulfate: 2000 mg/L, NZVI/AC: 500 mg/L, Fe loading: 1%, EC: 5 mA/cm², Na₂SO₄: 50 mM, initial pH: 3, temperature: 25℃).

AI 본문요약
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문제 정의

그리고 입자전극/과황산의 영향인자로 전류밀도, 철 함량에 따른 페놀제거 경향을 분석하였다. 나노영가철이 담지된 입자전극과 나노영가철이 없는 입자전극의 재사용 가능성을 평가하였다. 마지막으로 반응에 참여하는 라디칼 종류 규명과 기여도를 평가하기 위해 라디칼스케빈저 실험이 수행되었다.

제안 방법

요오드 이온의 산화에 의한 발색이 완료된 후 400 nm에서 자외선-가시광선 분광광도계(Optizen 3220UV, Mecasys)를 이용하여 흡광도를 측정하였다. 2가철과 총 용존 철은 각각 1,10-phenanthroline(99%, Junsei)을 사용하여 510 nm에서 자외선-가시광선 분광광도계를 이용하여 흡광도를 측정하였다. 2가철은 구연산나트륨(99%, Junsei) 1% 수용액 5 ml에 시료 0.
Cu Kα radiation(λ = 1.5418 Å)을 광원으로 사용하였으며 측정간격은 1o로 하여 10o and 90o까지 분석하였다.
5 cm)가 되도록 하였다. PTFE(polytetrafluoroethylene) 재질의 날이 장착된 교반기를 이용하여 60 rpm으로 교반하면서 입자전극 500 mg/L를 투입하면서 산화반응을 개시하였다. 전류공급장치(MK3005D, MK Power)를 작동하여 실험에 따라 전류밀도를 1, 5, 10mA/cm² 중 한 값으로 유지하도록 하였다.
5 ml을 아세트산 6M과 수산화나트륨 5M을 1:1 비율로 섞어 만든 아세트산나트륨으로 완충된 수용액에 넣고 수산화나트륨(97%,Kanto)으로 pH를 3으로 조정한다. 그 후 총 용존 철 측정방법과 동일하게 측정하였다(Xu et al., 2015; Agustina et al., 2015).
대표적인 지하수 오염물질인 페놀을 대상오염물질로 선정하였으며 2차원 전극과 3차원 전극의 분해효율을 비교하였다. 그리고 입자전극/과황산의 영향인자로 전류밀도, 철 함량에 따른 페놀제거 경향을 분석하였다. 나노영가철이 담지된 입자전극과 나노영가철이 없는 입자전극의 재사용 가능성을 평가하였다.
나노영가철을 담지한 활성탄 입자전극, 전류, 과황산 이온 세 가지 요소를 적용하여 페놀의 전기화학적 산화공정을 평가하였다. 2차원 전기화학적 공정보다 입자전극을 이용한 전기화학적 공정이 3배 높은 제거효율을 보였으며 24시간 이내에 95%의 페놀을 제거하였다.
형상학적 특성을 파악하기 위해 주사전자현미경(SUPRA40VP, ZEISS)을 이용하였으며 입자전극 표면의 화학적 조성을 에너지 분산형 분광기(EDAX, AMETEK)를 사용하여 측정하였다. 나노영가철이 없는 입자 전극과 나노영가철이 담지된 입자전극의 비표면적과 공극 부피 그리고 공극 크기를 77 K에서 질소 흡착을 이용하여 측정하였다(ASAP 2020, Micromeritics Instrument Corps.).
입자전극으로 활성탄에 나노영가철을 담지시킨 점은 두 가지 불균질 촉매를 하나의 매개로 활용가능하고 지속적인 2가철을 공급할 수 있는 장점을 나타낼 것으로 기대되었다. 대표적인 지하수 오염물질인 페놀을 대상오염물질로 선정하였으며 2차원 전극과 3차원 전극의 분해효율을 비교하였다. 그리고 입자전극/과황산의 영향인자로 전류밀도, 철 함량에 따른 페놀제거 경향을 분석하였다.
나노영가철이 담지된 입자전극과 나노영가철이 없는 입자전극의 재사용 가능성을 평가하였다. 마지막으로 반응에 참여하는 라디칼 종류 규명과 기여도를 평가하기 위해 라디칼스케빈저 실험이 수행되었다.
반응기 덮개에 티타늄/산화이리듐(Ti/IrO2)과 스테인리스스틸(stainless steel)을 설치하여 각각 산화전극과 환원전극으로 활용하였으며, 전극이 수용액에 잠기는 면적은 9cm2(2 cm × 4.5 cm)가 되도록 하였다.
본 연구는 앞서 언급한 활성탄, 나노영가철, 과황산, 전기화학적 공정의 장점들을 결합하여 나노영가철이 담지된 활성탄을 입자전극으로 사용하고 과황산을 산화제로 사용하는 입자전극/과황산 전기화학적 산화공정을 시험하였다. 입자전극으로 활성탄에 나노영가철을 담지시킨 점은 두 가지 불균질 촉매를 하나의 매개로 활용가능하고 지속적인 2가철을 공급할 수 있는 장점을 나타낼 것으로 기대되었다.
3에 나타내었다. 비교를 위하여 입자전극, 과황산, 전류를 각각 적용한 공정과 2가지 요소를 적용한 공정, 그리고 0가철이 담지되지 않은 활성탄을 이용한 공정의 페놀 제거 결과도 같이 나타내었다. 이에 따라 나노영가철이 담지된 입자전극의 경우 나노영가철이 없는 입자전극보다 10% 정도 낮은 제거효율을 나타냈다.
입자전극을 이용한 페놀의 연속제거 가능성을 평가하기 위해 4회 회분식 실험을 연속으로 실시하였다. 실험순서와 조건은 위와 동일하게 수행하되 1회 실험이 종료된 이후 나노영가철이 담지된 입자전극과 나노영가철이 없는 입자전극을 수거하여 각각 동일한 조건의 회분식 실험에 재사용하였다.
25 ml를 더하여 교반후 25분간 정치하였다. 요오드 이온의 산화에 의한 발색이 완료된 후 400 nm에서 자외선-가시광선 분광광도계(Optizen 3220UV, Mecasys)를 이용하여 흡광도를 측정하였다. 2가철과 총 용존 철은 각각 1,10-phenanthroline(99%, Junsei)을 사용하여 510 nm에서 자외선-가시광선 분광광도계를 이용하여 흡광도를 측정하였다.
입자전극을 이용한 페놀의 연속제거 가능성을 평가하기 위해 4회 회분식 실험을 연속으로 실시하였다. 실험순서와 조건은 위와 동일하게 수행하되 1회 실험이 종료된 이후 나노영가철이 담지된 입자전극과 나노영가철이 없는 입자전극을 수거하여 각각 동일한 조건의 회분식 실험에 재사용하였다.
PTFE(polytetrafluoroethylene) 재질의 날이 장착된 교반기를 이용하여 60 rpm으로 교반하면서 입자전극 500 mg/L를 투입하면서 산화반응을 개시하였다. 전류공급장치(MK3005D, MK Power)를 작동하여 실험에 따라 전류밀도를 1, 5, 10mA/cm² 중 한 값으로 유지하도록 하였다. 실온(23 ± 2^oC)에서 모든 반응은 pH를 완충하지 않았으며 초기 pH는 3.
전류밀도가 페놀 분해에 미치는 영향을 확인하기 위해 전류공급장치를 이용하여 설정된 전류밀도를 유지하도록 하였다. 철 농도에 따른 페놀 분해영향을 밝히기 위해 황산제일철의 농도를 달리하여 합성한 입자전극을 사용하였다.
전류밀도가 페놀 분해에 미치는 영향을 확인하기 위해 전류공급장치를 이용하여 설정된 전류밀도를 유지하도록 하였다. 철 농도에 따른 페놀 분해영향을 밝히기 위해 황산제일철의 농도를 달리하여 합성한 입자전극을 사용하였다.
페놀 농도는 자외선검출기(SPD-20A, Shimadzu)와 C18컬럼(Poroshell 120, Agilent)을 장착한 액체크로마토그래프를 이용하여 측정하였다. 이동상은 아세트산(99.
페놀 농도와 과황산 이온 농도 그리고 용존 철 이온 농도 측정을 위해 시료 2 ml를 채취하였으며 반응종결을 위해 즉시 에탄올(99.5%, Junsei)을 투여하였다. 반응종결 후 0.
페놀분해에 대한 라디칼 기여도를 규명하기 위해 라디칼 칭 실험을 실시하였다. Tert-Butyl alcohol(98%,Samchun)과 메탄올(99.
5418 Å)을 광원으로 사용하였으며 측정간격은 1^o로 하여 10^o and 90^o까지 분석하였다. 형상학적 특성을 파악하기 위해 주사전자현미경(SUPRA40VP, ZEISS)을 이용하였으며 입자전극 표면의 화학적 조성을 에너지 분산형 분광기(EDAX, AMETEK)를 사용하여 측정하였다. 나노영가철이 없는 입자 전극과 나노영가철이 담지된 입자전극의 비표면적과 공극 부피 그리고 공극 크기를 77 K에서 질소 흡착을 이용하여 측정하였다(ASAP 2020, Micromeritics Instrument Corps.
활성탄 입자전극 표면에 담지된 나노영가철의 광물학적 특성을 규명하기 위해 X'pert PRO-MRD (한국기초과학연구원)를 이용하여 X선 회절 분석(X-ray Diffraction, XRD)을 실시하였다.

대상 데이터

과황산 이온 측정은 요오드 적정법으로 측정한다. 5% 탄산수소나트륨(99%, Junsei)으로 완충한 1:1 요오드화칼륨(99.5%,Junsei) 수용액을 발색시약으로 사용하며 탈이온수 8.75ml에 발색시약 1 ml 그리고 시료 0.25 ml를 더하여 교반후 25분간 정치하였다. 요오드 이온의 산화에 의한 발색이 완료된 후 400 nm에서 자외선-가시광선 분광광도계(Optizen 3220UV, Mecasys)를 이용하여 흡광도를 측정하였다.
페놀분해에 대한 라디칼 기여도를 규명하기 위해 라디칼 칭 실험을 실시하였다. Tert-Butyl alcohol(98%,Samchun)과 메탄올(99.9%, J.T.BAKER)은 입자전극/과황산 공정에서 라디칼 기여도를 규명하기 위해 사용되었다. Thao et al.
페놀 농도는 자외선검출기(SPD-20A, Shimadzu)와 C18컬럼(Poroshell 120, Agilent)을 장착한 액체크로마토그래프를 이용하여 측정하였다. 이동상은 아세트산(99.7%,J.T.BAKER) 0.5%과 메탄올(99.9%, J.T.BAKER) 20%의 혼합 수용액을 사용하였고 0.15 ml/min의 유량으로 운전하였다. 페놀은 275 nm 파장에서 검출하였다.
1 ml로 발색시켰다. 총 용존 철은 구연산나트륨과 hydroxylamine hydrochloride(99%, SigmaAldrich) 모두 1% 농도로 된 수용액 5 ml에 시료와 발색시약을 가하였다.
활성탄(SLC-100, 삼천리활성탄주식회사)은 체를 쳐서 2mm 이상 크기만 사용하였다. 활성탄을 사용하기 전 표면불순물을 제거하기 위해 탈이온수로 반복하여 세척하고 105oC에서 24시간 건조였다.

이론/모형

페놀은 275 nm 파장에서 검출하였다. 과황산 이온 측정은 요오드 적정법으로 측정한다. 5% 탄산수소나트륨(99%, Junsei)으로 완충한 1:1 요오드화칼륨(99.
활성탄을 사용하기 전 표면불순물을 제거하기 위해 탈이온수로 반복하여 세척하고 105oC에서 24시간 건조였다. 활성탄 표면에 담지된 나노 영가철은 강환원제인 수소화붕소나트륨(98%, Samchun)을 이용하여 2가철을 영가철로 환원되는 액상환원법으로 합성하였는데(Tseng et al., 2011), 그 방법은 아래와 같다.

성능/효과

입자전극은 총 4회까지 재사용 되었으며 양 공정의 4회차 페놀제거효율이 비슷한 것으로 볼 때 입자전극의 재사용 횟수는 3회가 적합한 것으로 도출되었다. 1% 철 함량 입자전극/과황산 공정의 1회차 페놀 제거효율은 0% 철 함량 입자전극/과황산 공정의 페놀제거효율보다 낮은 것으로 나타났다. 하지만 1% 철 함량 입자전극/과황산 공정은 0% 철 함량 입자전극/과황산 공정보다 평균 페놀제거 효율이 10% 높은 결과를 보인다.
철의 함량을 최대 1%까지 입자전극에 증량하였으며 철 함량에 따른 과황산 이온 활성화는 큰 변화가 없는 것으로 나타났다. 1% 철 함량 입자전극의 적합한 재사용 횟수는 3회로 도출되었으며 0% 철 함량입자전극에 비해 평균 10% 높은 제거효율을 보였다. 라디칼 메커니즘 규명결과 황산 라디칼이 하이드록실 라디칼보다 높은 페놀 제거 기여도를 보였으며 두 라디칼의 기여도의 합은 전극표면의 직접산화 기여도와 비슷한 결과를 나타냈다.
5a는 입자전극 표면의 철 함량변화에 따른 페놀분해 경향을 나타낸다. 24시간 동안 0.3%, 0.5%, 1%, 0% 철 함량 순서로 75%, 87%, 91%, 93%의 페놀분해효율을 보인다. 유사1차반응 속도상수 또한 페놀분해 경향과동일하게 0.
나노영가철을 담지한 활성탄 입자전극, 전류, 과황산 이온 세 가지 요소를 적용하여 페놀의 전기화학적 산화공정을 평가하였다. 2차원 전기화학적 공정보다 입자전극을 이용한 전기화학적 공정이 3배 높은 제거효율을 보였으며 24시간 이내에 95%의 페놀을 제거하였다. 입자전극/과황산 공정에서 전류밀도 5 mA/cm²에서 가장 높은 제거효율을 나타냈으며 산화전극에서 산소발생과 같은 부반응로 인해 높은 전류밀도에서는 오히려 제거효율이 저하되는 것으로 나타났다.
이는 나노영가철이 활성탄에 담지되면서 활성탄의 비표면적이 감소된 것(Table 1)이 원인인 것으로 설명할 수 있다. 2차원 전기화학적 분해(EC)를 통해 페놀은 24시간 이내에 30% 분해효율을 보였다. 전기화학적/과황산(EC/PS) 공정에서는 2차원 전극(EC)의 분해효율보다 3배 높은 분해효율(90%)을 보였다.
7에서 대상오염물질보다 더 빠르게 반응하는 라디칼 스케빈저를 첨가하여 라디칼 메커니즘을 규명하였다. 과황산 이온이 모두 소모되는 반응시작 6시간에서 TBA가 첨가된 공정이 메탄올이 첨가된 공정보다 페놀제거 효율이 더 높음을 보여준다. 그리고 종말시점인 24시간에서도 페놀제거 효율이 TBA가 첨가된 공정에서 메탄올이 첨가된 공정보다 높은 것을 확인할 수 있다.
과황산 이온이 모두 소모되는 반응시작 6시간에서 TBA가 첨가된 공정이 메탄올이 첨가된 공정보다 페놀제거 효율이 더 높음을 보여준다. 그리고 종말시점인 24시간에서도 페놀제거 효율이 TBA가 첨가된 공정에서 메탄올이 첨가된 공정보다 높은 것을 확인할 수 있다. 이는 과황산이온의 활성화로 생성된 황산 라디칼로 오염물질을 제거하는 이전 연구결과와 일치함을 나타낸다(Yang et al.
1% 철 함량 입자전극의 적합한 재사용 횟수는 3회로 도출되었으며 0% 철 함량입자전극에 비해 평균 10% 높은 제거효율을 보였다. 라디칼 메커니즘 규명결과 황산 라디칼이 하이드록실 라디칼보다 높은 페놀 제거 기여도를 보였으며 두 라디칼의 기여도의 합은 전극표면의 직접산화 기여도와 비슷한 결과를 나타냈다. 본 연구에서 나타난 입자전극/과황산 공정을 이용하여 전류밀도, 철 함량 등의 인자조절을 통해 지하수 오염물질인 페놀을 효율적으로 제거할 수 있을 것으로 판단된다.
2c는 EDS 분석결과로 입자전극 표면의 화학적 구성성분을 나타낸다. 분석결과 6.40 keV과 0.50.7 keV에서 철의 피크를 확인할 수 있었으며 탄소 61.7%, 산소 19.3%, 철 14.4%로 구성된 것으로 나타났다. 이를 통해 활성탄 표면에 철이 담지된 것을 추측할 수 있다.
산출결과 SO4·-는 약 26% 그리고 ·OH는 약 20%로 나타났다.
0% 철 함량 입자전극/과황산 공정에서 활성탄 표면에 산소작용기들이 1% 철 함량 입자전극/과황산 공정보다 더 많이 생성되어 페놀제거효율이 낮아진 것으로 추측된다. 이로 인해 결과를 바탕으로 입자전극/과황산 공정을 연속적인 페놀제거공정에 적용 가능성을 확인하였다.
단기적으로는 0% 철 함량 입자전극/과황산 공정이 1% 철 함량 입자전극/과황산 공정보다 제거효율이 높지만 장기적으로는 반대의 결과를 보인다. 이를 통해 1% 철 함량 입자전극/과황산 공정이 0% 철 함량 입자전극/과황산 공정보다 더 우수한 공정으로 판단된다. 이 현상에 대한 원인으로는 앞서 언급한 입자전극 표면에 오염물질 제거저해 산소작용기가 생성과 관련 있을 것으로 판단된다.
입자전극 공정(EC/NZVI/AC)에서 95%의 분해효율을 보이며 입자전극/과황산 공정(EC/NZVI/AC/PS)은 오히려 분해효율이 5% 감소한 90%의 분해효율을 보였다. 입자전극 공정(EC/NZVI/AC)과 입자 전극/과황산 공정(EC/NZVI/AC/PS)의 분해효율은 2차원 전기화학적 분해효율(EC)에 비해 각각 3.2배 그리고 3배 높은 효율을 보인다. 활성탄에 전류가 가해지면 활성탄 표면이 분극화되어 전하를 띠는 미소전극으로 바뀌게 된다.
이는 입자전극 주입량과 과 황산 이온 농도 변화를 통해 분해효율을 향상 시킬 수 있는 가능성을 나타낸다. 입자전극 공정(EC/NZVI/AC)에서 95%의 분해효율을 보이며 입자전극/과황산 공정(EC/NZVI/AC/PS)은 오히려 분해효율이 5% 감소한 90%의 분해효율을 보였다. 입자전극 공정(EC/NZVI/AC)과 입자 전극/과황산 공정(EC/NZVI/AC/PS)의 분해효율은 2차원 전기화학적 분해효율(EC)에 비해 각각 3.
2차원 전기화학적 공정보다 입자전극을 이용한 전기화학적 공정이 3배 높은 제거효율을 보였으며 24시간 이내에 95%의 페놀을 제거하였다. 입자전극/과황산 공정에서 전류밀도 5 mA/cm²에서 가장 높은 제거효율을 나타냈으며 산화전극에서 산소발생과 같은 부반응로 인해 높은 전류밀도에서는 오히려 제거효율이 저하되는 것으로 나타났다. 철의 함량을 최대 1%까지 입자전극에 증량하였으며 철 함량에 따른 과황산 이온 활성화는 큰 변화가 없는 것으로 나타났다.
6는 입자전극/과황산 공정을 통해 페놀의 연속제거 공정에서 입자전극의 재사용 가능성 평가결과를 나타낸다. 입자전극은 총 4회까지 재사용 되었으며 양 공정의 4회차 페놀제거효율이 비슷한 것으로 볼 때 입자전극의 재사용 횟수는 3회가 적합한 것으로 도출되었다. 1% 철 함량 입자전극/과황산 공정의 1회차 페놀 제거효율은 0% 철 함량 입자전극/과황산 공정의 페놀제거효율보다 낮은 것으로 나타났다.
2차원 전기화학적 분해(EC)를 통해 페놀은 24시간 이내에 30% 분해효율을 보였다. 전기화학적/과황산(EC/PS) 공정에서는 2차원 전극(EC)의 분해효율보다 3배 높은 분해효율(90%)을 보였다. 전기화학적/과황산 공정(EC/PS)과 입자전극/과황산(EC/NZVI/AC/PS) 공정을 비교해보면 비슷한 분해효율을 보인다.
입자전극/과황산 공정에서 전류밀도 5 mA/cm²에서 가장 높은 제거효율을 나타냈으며 산화전극에서 산소발생과 같은 부반응로 인해 높은 전류밀도에서는 오히려 제거효율이 저하되는 것으로 나타났다. 철의 함량을 최대 1%까지 입자전극에 증량하였으며 철 함량에 따른 과황산 이온 활성화는 큰 변화가 없는 것으로 나타났다. 1% 철 함량 입자전극의 적합한 재사용 횟수는 3회로 도출되었으며 0% 철 함량입자전극에 비해 평균 10% 높은 제거효율을 보였다.
, 2017). 특히 전류밀도에 비례하여 페놀분해 효율이 증가하는 것이 아니라 특정 전류 밀도(5 mA/cm²)에서 페놀분해 효율이 최대로 나타났다. 높은 전류밀도가 가해진 전기화학적 공정에서는 Ti/IrO₂와 같이 낮은 산소발생전위를 가진 산화전극에서 산소가 발생하게 된다.

후속연구

라디칼 메커니즘 규명결과 황산 라디칼이 하이드록실 라디칼보다 높은 페놀 제거 기여도를 보였으며 두 라디칼의 기여도의 합은 전극표면의 직접산화 기여도와 비슷한 결과를 나타냈다. 본 연구에서 나타난 입자전극/과황산 공정을 이용하여 전류밀도, 철 함량 등의 인자조절을 통해 지하수 오염물질인 페놀을 효율적으로 제거할 수 있을 것으로 판단된다.
본 연구는 앞서 언급한 활성탄, 나노영가철, 과황산, 전기화학적 공정의 장점들을 결합하여 나노영가철이 담지된 활성탄을 입자전극으로 사용하고 과황산을 산화제로 사용하는 입자전극/과황산 전기화학적 산화공정을 시험하였다. 입자전극으로 활성탄에 나노영가철을 담지시킨 점은 두 가지 불균질 촉매를 하나의 매개로 활용가능하고 지속적인 2가철을 공급할 수 있는 장점을 나타낼 것으로 기대되었다. 대표적인 지하수 오염물질인 페놀을 대상오염물질로 선정하였으며 2차원 전극과 3차원 전극의 분해효율을 비교하였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	폐수처리 분야에서 강력한 산화제로 주목 받은 것은?	과황산(persulfate) 이온은 폐수처리 분야에서 강력한 산화제로 주목을 받아왔다(Wac awek, et al., 2017).
	황산 라디칼은 과황산 이온과 비교하여 어떤 차이를 나타내는가?	이를 극복하기 위해 여러 가지 방법을 이용하여 과황산 이온을 황산 라디칼로 활성화 시켜 오염물질을 제거하는 연구가 진행되고 있다. 황산 라디칼은 과황산 이온보다 비교적 높은 산화환원전위(Eh = 2.80 V)를 나타내며 유기오염물질과 빠르게 반응한다. 과황산 이온을 활성화 시키는 여러 가지 방법 중 식(5)와 같이 전이금속을 이용한 활성화 방법이 널리 연구되었다.
	오염된 지하수와 산업폐수의 전기화학적 공정이 산업현장에 적용하기에 어려움이 있는 이유는?	그리고 전기화학적 공정은 일반적으로 처리제를 필요로 하지 않고 폐기물을 생성하지 않는 장점이 있다(Radjenovic and Sedlak, 2015). 이러한 장점에도 불구하고 전극의 짧은 수명과 낮은 전류효율과 같은 단점으로 인해 산업현장에 적용하기에 어려움이 있다. 특히 오염물질의 농도가 낮을 경우 물질의 반응속도가 저하되고 전류효율이 감소한다. 이러한 문제들을 해결하기 위해 기존의 2차원 전극에 비해 넓은 비표면적을 나타내는 3차원 전극을 활용한 전기화학적 공정에 관한 연구가 진행되고 있다(Zhu, et al.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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