[논문]오존 용존율을 높인 전기-페록손 공정을 이용한 아세트아미노펜 분해

이훈희; 박영식; 김동석

문제 정의

과산화수소를 안정적으로 발생시키기 위하여 전기화학적 방법을 사용하여 과산화수소를 반응기 내에서 생성하여 오존과 반응하여 OH 라디칼을 생성시키는 Electro-peroxone 공정을 이용하여 의약물질의 분해 효율을 증가시킬 수 있다. 본 연구에서는 기존에 연구된 Electro-peroxone 공정에 오존발생장치에서 발생하는 오존을 액체 순환펌프를 이용하여 혼합시키고 3구 노즐을 이용하여 반응기 내에 분사하여 오존의 용해율을 높여 기존 공정보다 오존의 사용량을 줄이고 분해효율을 높여서 전기-페록손 공정의 적용가능성 평가하는 것이 본 연구의 목적이다.

제안 방법

05 M Na₂SO₄ 조건으로 실험을 실시하였고, 노즐종류는 산기관을 비롯하여 6종류의 노즐을 사용하였다. 아세트아미노펜의 농도 분석은 High performance liquid chromatography 를 사용하여 측정하였으며 분석 칼럼은 LiChroCART 250-4 LiChrospher 100 RP-18 column을 사용하였다. 오븐 온도는 40℃, 검출기 파장은 248 nm, 이동상은 30%의 메탄올, 70%의 초순수를 사용했으며 유입 유량은 0.
아세트아미노펜의 농도 분석은 High performance liquid chromatography 를 사용하여 측정하였으며 분석 칼럼은 LiChroCART 250-4 LiChrospher 100 RP-18 column을 사용하였다. 오븐 온도는 40℃, 검출기 파장은 248 nm, 이동상은 30%의 메탄올, 70%의 초순수를 사용했으며 유입 유량은 0.5 mL/min인 조건하에서 분석을 실시하였다.

대상 데이터

Electro-peroxone 실험 장치는 전기분해장치와 오존발생장치로 구성되어 있으며, 반응기 내의 전기분해 장치는 전극과 DC supply 장치로 구성되어 있고, 전극은 DSA(Dimensionally Stable Anode) 전극을 사용하였으며, 전극의 크기는 5×5 cm 이고, 전극 간격은 5 ㎜이었다.
Electro-peroxone 실험 장치는 전기분해장치와 오존발생장치로 구성되어 있으며, 반응기 내의 전기분해 장치는 전극과 DC supply 장치로 구성되어 있고, 전극은 DSA(Dimensionally Stable Anode) 전극을 사용하였으며, 전극의 크기는 5×5 cm 이고, 전극 간격은 5 ㎜이었다. 반응용액 1 L, 아세트아미노펜 농도 10 mg/L, 전해질 0.05 M Na₂SO₄ 조건으로 실험을 실시하였고, 노즐종류는 산기관을 비롯하여 6종류의 노즐을 사용하였다. 아세트아미노펜의 농도 분석은 High performance liquid chromatography 를 사용하여 측정하였으며 분석 칼럼은 LiChroCART 250-4 LiChrospher 100 RP-18 column을 사용하였다.

성능/효과

75 A의 전압에서 약 6분 정도에서 100% 분해가 완료되어 최대 효율을 보였다. 경제성을 평가하기 위하여 실험에 사용된 전력을 기존 electro-peroxone 공정과 비교하면 총 사용된 전력이 약 30% 감소하여 오존 용존율을 높인 electro-peroxone 성능이 우수한 것으로 나타났다.
실험 결과 3구 노즐의 아세트아미노펜 분해효율이 35%로 다른 노즐보다 아세트아미노펜 분해효율이 약 5% 더 높은 것으로 나타났다. 순환액체 유량 변경 실험에서는 1914 mL/min에서 분해효율이 35%로 나타났고 더 높은 순환유량에서도 분해효율은 변함이 없었다.
순환액체 유량 변경 실험에서는 1914 mL/min에서 분해효율이 35%로 나타났고 더 높은 순환유량에서도 분해효율은 변함이 없었다. 오존 유량 변경 실험에서는 유량이 높아질수록 분해효율이 높게 나타났으며 1.5 L/min 유량에서 약 25%의 분해효율을 나타내었다. 오존기체와 순환액체가 만나는 지점과 노즐까지의 거리 변경 실험에서는 2 m의 관 길이에서 65%의 분해효율을 얻었고, 관이 2 m보다 길어지면 분해효율이 떨어지는 것으로 나타났다.
5 L/min 유량에서 약 25%의 분해효율을 나타내었다. 오존기체와 순환액체가 만나는 지점과 노즐까지의 거리 변경 실험에서는 2 m의 관 길이에서 65%의 분해효율을 얻었고, 관이 2 m보다 길어지면 분해효율이 떨어지는 것으로 나타났다. 전극을 추가한 electro-peroxone 공정에서 0.
오존기체와 순환액체가 만나는 지점과 노즐까지의 거리 변경 실험에서는 2 m의 관 길이에서 65%의 분해효율을 얻었고, 관이 2 m보다 길어지면 분해효율이 떨어지는 것으로 나타났다. 전극을 추가한 electro-peroxone 공정에서 0.75 A의 전압에서 약 6분 정도에서 100% 분해가 완료되어 최대 효율을 보였다. 경제성을 평가하기 위하여 실험에 사용된 전력을 기존 electro-peroxone 공정과 비교하면 총 사용된 전력이 약 30% 감소하여 오존 용존율을 높인 electro-peroxone 성능이 우수한 것으로 나타났다.

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