[논문]열적활성화된 과황산에 의한 염화페놀의 산화분해특성 연구

손지민; 권희원; 황인성; 김정진; 김영훈

doi:10.5322/jesi.2020.29.1.69

열적활성화된 과황산에 의한 염화페놀의 산화분해특성 연구
A Study on Oxidative Degradation of Chlorophenols by Heat Activated Persulfate 원문보기

Journal of environmental science international = 한국환경과학회지, v.29 no.1, 2020년, pp.69 - 77

손지민 (안동대학교 환경공학과) , 권희원 (안동대학교 환경공학과) , 황인성 (부산대학교 토목환경공학과) , 김정진 (안동대학교 지구환경과학과) , 김영훈 (안동대학교 환경공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

Oxidative degradation of phenol, three monochlorophenols (2-chlorophenol, 2-CP; 3-chlorophenol, 3-CP; 4-chlorophenol, 4-CP), four dichlorophenols (2,3-dichlorophenol, 2,3-DCP; 2,4-dichlorophenol, 2,4-DCP; 2,5-dichlorophenol, 2,5-DCP; 2,6-dichlorophenol, 2,6-DCP), and two trichlorophenols (2,4,5-trichlorophenol, 2,4,5-TCP; 2,4,6-trichlorophenol, 2,4,6-TCP) was conducted with heat activated persulfate. As the number of chlorinations increased, the reaction rate also increased. The reaction rate was relatively well fitted to the zero-order kinetic model, rather than the pseudo-first order kinetic model for the reactions at 60 ℃, which can be explained by insufficient activation of the persulfate at 60 ℃, and the oxidation reaction of 2,4,6-TCP at 70 ℃ was relatively well fitted to the pseudo-first order kinetic model. The oxidation reaction rate generally increased with increase of persulfate concentration in the solution. 2,6-dichloro-2,5-cyclohexadiene-1,4-dione was found as a degradation product in a GC/MS analysis. This compound is a non-aromatic compound, and one chlorine was removed. This result is similar to the result of previous studies. The current study proved that heat activated persulfate activation could be an alternative remediation technology for phenol and chlorophenols in soil and groundwater.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구에서는 난분해성인 염화페놀에 대하여 열적활성화된 과황산을 이용하여 산화분해특성을 평가 하였으며, 아울러 염화페놀의 화학적 구조에 따른 반응 성을 평가하기 위하여 페놀과 9종의 염화페놀류를 대상 으로 활성화 조건에 따른 산화분해특성을 분석하였다.

제안 방법

이 경우 산화반응의 속도를 증가시키기 위해서 활성화 온도를 높이는 것 이외에 과황산 주입량을 증가시켜 반응속도를 향상시킬 수 있다. 본 연구에서는 과황산의 농도에 따른 반응속도 향상효과를 확인하고자 페놀, 2-CP, 2,3-DCP를 대상으로 2.5-20 mM의 과황산을 주입하여 분해실험을 수행하였다. Fig.

대상 데이터

실험에 사용한 분해대상물질은 phenol(99%), 2-CP (99%), 3-CP(98%), 4-CP(99%), 2,3-DCP(98%), 2,4-DCP(99%), 2,5-DCP(98%), 2,6-DCP(99%), 2,4,5-TCP (98%), 2,4,6-TCP(98%)이며 모두 Sigma-Aldrich로부터 구입하였다. 과황산은 물에 높은 용해도를 가지는 과황산나트륨(≥98%, Sigma-Aldrich)을 사용하였으며, 분석용매로 n-hexane(95%, J.

성능/효과

1) 페놀 및 9종의 염화페놀류는 과황산의 열적활성화에 의해 수 시간 이내에 효과적으로 분해되는 것이 확인 되었다.
2) 염화페놀류의 경우 페놀에 비해 산화분해 속도가 증가되며, 치환된 염소의 수가 증가할수록 반응속도가 증가하는 경향이 있다. 60℃에서 활성화된 과황산에 의한 반응에서 반응속도는 유사일차반응보다 영차반응에 의해 보다 정확하게 설명되며 이는 온도가 낮을 때 활성 화반응이 느려 라디칼 등 반응성물질의 생산이 빠르지 않은 것이 원인으로 판단된다.
4) 분해산물에 대한 조사에서 1개의 염소가 제거되고, 방향성이 제거된 생성물인2,6-dichloro-2,5-cyclohexadiene -1,4-dione이 검출되었으며 이는 산화반응에 의한 산소 추가 및 탈염소반응을 증명하였다.
과황산에 의한 분해반응의 경우 반응속도는 반응용액에 존재하는 분해대상물질의 농도에 비례하는 유사1차반응으로 해석하는 것이 보통이나 본 연구의 결과를 유사1차반응과 영차반응에 모두 적용한 결과 Table 1과 같이 영차반응에 의해 보다 잘 설명되는 것을 알 수 있다. 영차반응을 적용할 경우 3-CP를 제외한 9종의 모든 페놀 및 염화페놀에서 결정계수(R²)가 0.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	염화페놀의 역할은?	염화페놀은 미국 환경보호청 및 유럽연합에서 지정한 주요한 오염물질에 속해 있으며 염화페놀은 염소 이온의 치환수와 부착위치에 따라서 19개의 동족체(3종의 일염화페놀, 6종의 이염화페놀, 6종의 삼염화페놀, 3종의 사염화페놀, 1종의 오염화페놀)를 가지고 있으며, 각각의 이성질체마다 독성 및 물리화학적 특성에 차이가 있다(ATSDR, 1999; Ryu, 2012). 염화페놀은 살충제, 살균제, 제초제의 원료로 사용되고 있으며, 방부제의 역할도 가능하다. 염화페놀의 체내 흡수경로는 노출경로에 따라 다양하다.
	페놀이란 무엇이며, 어떤 구조를 가지고 있는가?	난분해성 인공화합물 가운데 페놀은 다수의 유출사고를 통하여 많이 알려진 오염물질이다(ATSDR, 1999; Czaplicka, 2004). 페놀은 벤젠고리에 수산화기가 치환된 방향족 탄화수소이며, 염화페놀은 페놀에 염소이온이 치환된 구조를 가진다. 염화페놀은 미국 환경보호청 및 유럽연합에서 지정한 주요한 오염물질에 속해 있으며 염화페놀은 염소 이온의 치환수와 부착위치에 따라서 19개의 동족체(3종의 일염화페놀, 6종의 이염화페놀, 6종의 삼염화페놀, 3종의 사염화페놀, 1종의 오염화페놀)를 가지고 있으며, 각각의 이성질체마다 독성 및 물리화학적 특성에 차이가 있다(ATSDR, 1999; Ryu, 2012).
	과황산의 열적활성화반응의 문제점은?	과황산의 열적활성화반응은 이론적으로 과황산 분자로부터 2개의 라디칼을 생성하여 높은 활성화 효율을 가지며, 온도가 높을수록 빠른 활성화 반응에 의한 향상된 분해속도를 기대할 수 있다. 그러나 토양 및 지하수환경에 적용하는 경우, 높은 온도를 유지할수록 비용적 부담이 증대되며, 아울러 가해지는 열에 의한 2차 오염이 발생될 수 있다. 이 경우 산화반응의 속도를 증가시키기 위해서 활성화 온도를 높이는 것 이외에 과황산 주입량을 증가시켜 반응속도를 향상시킬 수 있다.

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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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