[보고서]의약품(phamarceuticals)의 수체 내 광분해 메커니즘 및 고도산화공정을 이용한 처리 기술 연구

조경덕

[국가R&D연구보고서] 의약품(phamarceuticals)의 수체 내 광분해 메커니즘 및 고도산화공정을 이용한 처리 기술 연구
A Study on the Photodegradation of Pharmaceuticals in Water and the Treatment Technology using Advanced Oxidation Processes 원문보기

보고서 정보
주관연구기관	서울대학교 Seoul National University
연구책임자	조경덕
보고서유형	최종보고서
발행국가	대한민국
언어	한국어
발행년월	2010-04
과제시작연도	2009
주관부처	교육과학기술부
연구관리전문기관	한국연구재단 National Research Foundation of Korea
등록번호	TRKO201000013219
과제고유번호	1345105780
사업명	일반연구자지원
DB 구축일자	2013-04-18
키워드	의약품.고급산화법.광분해.광촉매분해.부산물.수처리.pharmaceutical.advanced oxidation process.photolysis.photocatalysis.byproducts.water treatment.

초록 ▼

본 연구의 목표는 물 환경을 오염시키는 생물학적으로 분해가 잘 안 되는 의약품(pharmaceuticals)
의 수체에서의 효과적인 처리를 위하여 처리 공정으로 광분해 공정이 접목된 AOP(고급산화공정)의
적용 가능성을 평가하여 실제 의약품의 처리시, 효과적인 처리방안을 제시하는 것으로서 다음의 연
구내용을 가짐.
1. 기존의 연구결과를 토대로 본 연구의 대상 의약품을 선정
2. 의약품의 광화학적 반응을 비교, 평가하기 위한 AOP 공정 선택하여 분해와 무기화에 대한 효율
을 평가
3. AOP 공정에서 발생하는 유기 및 무기 분해부산물들을 GC/MS, LC/MS/MS를 비롯한 기기를
이용한 정성, 정량 분석을 통한 의약품의 분해 부산물 측정, 무기화와 이온성 부산물의 결정
4. 효과적인 AOP 공정 기술의 확립을 통한 의약품의 수체 환경 중의 분해 메커니즘과 효과적인
처리공정의 제시

Abstract ▼

The purpose of this study is to investigate the degradation mechanism of the selected
pharmaceuticals when treating with selected AOP processes. For treating the pharmaceuticals, the
seleceted advanced oxidation process (AOP) were applied, and degradation efficiency,
degradation byproducts and intermediates, and toxicity assessment were investigated. This study
will help to understand the fate and transport of the pharmaceuticals in the water environment.
Therefore, the scopes of this study are the follows;
1. the selection of target compounds by literature review
2. the selection and the compatibility estimation of AOP process connected with photolysis for
treating phamaceuiticals
3. the identification of organic and ionic byproducts by using GC/MS, LC/MS/MS, IC
4. the achievement of degradation mechanism and the suggestion of the effective AOP process
for treating pharmaceuticals

목차 Contents

표지 ...1
목차 ...3
Ⅰ. 연구계획 요약문 ...4
1. 국문요약문 ...4
Ⅱ. 연구결과 요약문 ...5
1. 국문요약문 ...5
2. 영문요약문 ...6
Ⅲ. 연구내용 및 결과 ...7
1. 연구개발과제의개요 ...7
2. 국내외 기술개발 현황 ...13
3. 연구수행 내용 및 결과 ...14
4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ...45
5. 연구결과의 활용계획 ...46
6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ...46
7. 주관연구책임자 대표적 연구 실적 ...47
8. 참고 문헌 ...47
9. 연구 성과 ...51
10. 기타사항 ...51
[별첨1] 대표연구성과...52

표/그림 (41)

표 의약품의 환경에서의 거동
표 Chemical structures, molecular weights, compound and abbreviations of six pharmaceuticals
표 그림 7. 본 연구에 이용 가능한 (a) GC/MS (Gas Chromatography and Mass), (b) LC/MS (Liquid chromatography and Mass), 그리고 (c) 이온크로마토그래피(Ion chromatography).
표 Chromatogram measured by LC/MS in (a) initial time and (b) 180 min during the degraddation of cabamazepine by UVC-only reaction (UVC intensity : 3.56 mW/cm2, [C15H12N2O] = 0.3 mM).
표 Application to pseudo-first order rate model of degradation of carbamazepine in UVC-only and UVC with H2O2 (UVC intensity : 3.56 mW/cm2, [C15H12N2O]0 = 0.3 mM, H2O2 : 5 mM).
표 Effect of H2O2 concentration in photolysis of carbamazepine with H2O2 (UVC intensity :3.56 mW/cm2, [C15H12N2O]0 = 0.3 mM, pH: 3)
표 Application to pseudo-first order rate model of the mineralization of carbamazepine by photolysis with H2O2 (UVC intensity : 3.56 mW/cm2 [C15H12N2O]0 = 0.3 mM, pH: 3).
표 Chromatogram of acridine produced during the photolysis of cabamazepine with H2O2 (UVC intensity : 3.56 mW/cm2, [C15H12N2O]0 = 0.3 mM, pH: 3).
표 Degradation efficiency of TOC during photolysis of carbamazepine with H2O2 (UVC intensity : 3.56 mW/cm2, [C15H12N2O]0 = 0.3 mM, pH: 3).
표 Effect of UVC intensity Oin (a) the degradation and (b) the mineralization of carbamazepine by photolytic reaction with H2O2 (H2 2 : 3 mM, [C15H12N2O]0 = 0.3 mM, initial pH : no control).
표 Correlation between pseudo-first order rate constants and UVC intensity in the photolysis of carbamazepine with H2O2 (H2O2 : 3 mM, [C15H12N2O]0 = 0.3 mM, initial pH : no control).
표 Effect of wavelength in (a) the degradation and (b) the mineralization of carbamazepine by photolytic reaction with H2O2 (UV intensity : 12.61 mW/cm2 at UVC, 12.97 mW/cm2 at UVA, [C15H12N2O]0
표 Pseudo-first order rate constants and R2-values for the mineralization of cabamzepine ([C15H12N2O]0 = 0.3 mM)
표 Comparison Fenton with photofenton (a) to degrade and (b) to mineralize carbamazepine (UVC intensity : 12.61 mW/cm2, [C15H12N2O]0 = 0.3 mM, [Fe2+] : 0.1 mM, initial pH : no control).
표 Pseudo-first order rate constants and R2-values for the mineralization of carbamazepine in photo-Fenton reaction (UVC intensity : 12.61 mW/cm2, [C15H12N2O]0 = 0.3 mM, [Fe2+] : 0.1 mM, initial pH : no control)
표 Effect of TiO2 dose amount in (a) degradation efficiency and (b) pseudo-first rate constant of Carbamazepine by TiO2-photocatalysis (UVC intensity : 3.56 mW/cm2, [C15H12N2O]0 = 0.3 mM, initial pH : no control).
표 pseudo-first order rate constants and R2-value for the mineralization of carbamazepine during 180 min of TiO2-photocatalysis (UVC intensity : 3.65 mW/cm2, [C15H12N2O]0 = 0.3 mM, initial pH : no control)
표 Effect of UVC intensity in (a) degradation efficiency and (b) pseudo-first rate constant of Cabamazephine by TiO2-photocatalysis ([TiO2] : 0.5 g/L, [C15H12N2O]0 = 0.3 mM, initial pH : no control).
표 Effect of UVC intenisty in Mineralization of carbamazepine by TiO2-photocatalysis ([TiO2] : 0.5 g/L, [C15H12N2O]0 = 0.3 mM, initial pH : no control).
표 Effect of initial pH in (a) degradation efficiency and (b) mineralization of of carbamazepine by TiO2-photocatalysis (UVC intensity : 3.65 mW/cm2, [C15H12N2O]0 = 0.3 mM, [TiO2] : 0.5 g/L).
표 Effect of initial concentration and methanol during the photocatalysis of carbamazepine (UVC intensity : 3.65 mW/cm2, [TiO2] : 0.5 g/L, [CH3OH] : 50 mM, initial pH : 6.7±0.3).
표 (a) Absorbed spectrum of diclofenac and (b) change of spectrum during the photolysis of diclofenac ([C14H11Cl2NO2]0 = 0.03 mM, intensities of UVC = mW/cm2).
표 Degradation and mineralization of diclofenac (DCF) in UV-only reaction ([C14H11Cl2NO2]0 = 0.03mM, intensities of UVC and UVA = 3.65 and 3.71 mW/cm2).
표 Effect of wavelength and H2O2 concentration in (a) the degradation and (b) the mineralization of diclofenac by photolytic reaction with H2O2 ([C14H11Cl2NO2]0 = 0.03 mM, intensities of UVC and UVA = 3.65 and 3.71 mW/cm2).
표 Effect of wavelength and TiO2 concentration in (a) the degradation and (b) the mineralization of diclofenac by TiO2-photocatalytic reaction ([C14H11Cl2NO2]0 = 0.03 mM, intensities of UVC and UVA = 3.65 and 3.71 mW/cm2).
표 Production of Chloride ion (Cl-) during the degradation of diclofenac by the reactions related on the UVC ([C14H11Cl2NO2]0 = 0.03 mM, [CH3OH]0 = 0.3 mM, intensities of UVC = 3.65 mW/cm2).
표 Effect of methanol during (a) the photolysis with H2O2 and (b) TiO2 photocatalysis of diclofenac ([C14H11Cl2NO2]0 = 0.03 mM, [CH3OH]0 = 0.3 mM, intensities of UVC = 3.65 mW/cm2).
표 Pseudo-first order rate constants (k1), R2-value for the degradation, and quantum yield () according to the various reaction conditions
표 Absorbed spectrum of clofibric acid ([C10H11ClO3]0 = 0.05 mM).
표 Effect of wavelength and intensity in the Degradation efficiency of clofibric acid in UV-only reaction ([C10H11ClO3]0 = 0.05 mM, initial pH : 4.3).
표 Effect of wavelength, intensity, and H2O2 concentration in the photolysis of clofibric acid with H2O2 (UV wavelength = UVC and UVA, [C10H11ClO3]0 = 0.05 mM, initial pH = no control).
표 Effect of intensity, and TiO2 concentration in the TiO2-photocatalysis of clofibric acid (UV wavelength = UVC, [C10H11ClO3]0 = 0.05 mM, initial pH = no control).
표 Effect of methanol in the photolysis of clofibric acid with or without H2O2 ([C10H11ClO3]0 = 0.05 mM, [H2O2] = 1 mM, [CH3OH] = 10 mM, initial pH = no control).
표 Mineralization of clofibric acid by various reactions with UVC (UV wavelength = UVC, [C10H11ClO3]0 = 0.05 mM, initial pH = no control).
표 Pseudo-first order rate constants and R2 values for mineralization of chlofibric acid by various reactions with UVC.
표 Pseudo-first order rate constants (k1), R2-value for the degradation, and quantum yield () of clofibric acid according to the various reaction conditions
표 Spectrums of intermediates during the degradation of ckofibric acidc in reactions related on UV (UVC = 3.65 mW/cm2, [C10H11ClO3]0 = 0.05 mM, initial pH : 4.3).
표 Degradation of sulfamethoxazole (SMX) in the photolysis and the TiO2-photocatalysis (UVC = 3.25 mW/cm2, [SMX]0 = 0.04 mM, TiO2 = 0.5 g/L).
표 Pseudo-first oder rate constant and R2-value of sulfamethoxazole (SMX) in the photolysis and the TiO2-photocatalysis (UVC = 3.25 mW/cm2, [SMZ]0 = 0.04 mM, TiO2 = 0.5 g/L)
표 Production of NO -2 , NO3 -, and SO4 2- during the photolysis and photocatalysis of sulfamethoxazole (SMX) (UVC = 3.25 mW/cm2, [SMZ]0 = 0.04 mM, TiO2 = 0.5 g/L).
표 Degradation of sulfamethazine (SMZ) in the photolysis and the TiO2-photocatalysis (UVC = 3.25 mW/cm2, [SMZ]0 = 0.04 mM, TiO2 = 0.5 g/L).

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