보고서 정보
| 주관연구기관 |
서울대학교 산학협력단 |
| 연구책임자 |
조경덕
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| 보고서유형 | 최종보고서 |
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| 발행국가 | 대한민국 |
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| 언어 |
한국어
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| 발행년월 | 2013-04 |
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| 과제시작연도 |
2012 |
| 주관부처 |
교육과학기술부 |
| 사업 관리 기관 |
한국연구재단 |
| 등록번호 |
TRKO201300034436 |
| 과제고유번호 |
1345177580 |
| DB 구축일자 |
2013-12-21
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| 키워드 |
광반응,용존유기물질,카바마제핀,나프록센,이부프로펜,부산물,비스페놀-A,OH 라디칼,고도산화공정photolysis,DOM,carbamazepine,naproxen,ibuprofen,byproducts,bisphenol-A,OH Radical,AOP
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초록
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연구의목적 및 내용
- 수체 내 신종오염물질은 기존의 하·폐수처리장에서 생물학적으로 처리가 어렵기 때문에 고도산화공정을 이용한 처리가 요구된다. 따라서 본 연구에서는 고급산화공정에서 생성되는 OH 라디칼의 신종오염물질 분해 가능성 및 효과 관찰을 위하여 난분해성 신종 물질로 알려진 p-CBA, naproxen, carbamazepine, ibuprofen, bisphenol-A, 4-tert-octylphenol 등을 대상으로 UV, UV/H2O2, O3,
O
연구의목적 및 내용
- 수체 내 신종오염물질은 기존의 하·폐수처리장에서 생물학적으로 처리가 어렵기 때문에 고도산화공정을 이용한 처리가 요구된다. 따라서 본 연구에서는 고급산화공정에서 생성되는 OH 라디칼의 신종오염물질 분해 가능성 및 효과 관찰을 위하여 난분해성 신종 물질로 알려진 p-CBA, naproxen, carbamazepine, ibuprofen, bisphenol-A, 4-tert-octylphenol 등을 대상으로 UV, UV/H2O2, O3,
O3/UV, 및 O3/UV/H2O2, 등의 광화학반응을 적용하였다. 이에 따라, 광화학반응에 의한 대상물질들의 처리효율 및 이러한 반응에서 자연수계에 포함되어 있는 DOM, 무기 이온성 물질들(NO3-,HCO3-, 그리고 HOCl)과의 상호관계에 따른 대상물질의 수체 내 거동과 광화학 반응 내 분해메커니즘을 규명을 파악하는데 연구 목적을 두고 있다.
연구결과
• 1차년도
UV세기의 증가에 따라 pCBA의 분해속도가 증가하였고, 이온성 물질인 NO3-와 HOCl은 UV반응에 의해 그 농도가 높아짐에 따라 pCBA의 분해속도가 증가하여 OH 라디칼의 생성원으로 판단되었으며, NO2-, HCO3-/CO32-, humic acid의 경우 광반응 결과 그 농도가 증가함에 따라 pCBA의 분해속도가 감소시키는 것으로 나타나 OH 라디칼의 소멸원임을 알 수 있었다. 이와 더불어 pH에 따
른 UV반응에서는 산성조건 (pH3> pH7> pH10)일수록 pCBA의 분해속도가 빠르게 나타났으며 UV/O3
반응에서는 염기성조건 (pH10> pH7> pH3)에서 활발하게 나타났다.
• 2차년도
UVA 강도가 증가함에 따라 나프록센의 분해효율이 증가하는 경향이 나타났고 그 외의 이부프로펜, 비스페놀A 그리고 옥틸 페놀 등은 UVC에서 분해효율이 증가되는 것으로 관찰되었다. 개별적인 인자들의 영항에서는 UV 조사 하에서 NO3-와 HOCl은 4개의 대상오염물질과 반응하여 분해효율을 증가시켰으나, HCO3-와 humic acid는 대상오염물질의 분해효율을 감소시키는 역할을 하는 것으로
관찰되었다. 인자들의 상호영향에 있어서는 UV 조사 하에 NO3-및 Fe3+ 이 공존할 경우 모든 물질의 분해효율이 증가하였으며 humic acid가 공존한 경우 분해의 저해를 발생시켰다. 또한 비스페놀A의 경우 UV/NO3- 반응에서의 분해메커니즘을 LC-MS/MS로 확인하였다.
• 3차년도
UVA 단일 반응시 빛의 강도가 증가함에 따라 나프록센의 분해효율이 증가하는 경향이 나타났고 카바마제핀은 UVC 조건에서 광선의 강도 증가 따라 그 분해효율이 증가되는 것이 관찰되었다. 개별적인 인자의 영향으로는 UV 조사 하에서 NO3-와 HOCl은 OH 라디칼을 생성하는 것으로 관찰되었으나, 오존에 의한 분해 효과에 비하여 그 영향이 미비한 것으로 판단되며, HCO3-와 humic acid는 OH 라디칼을 대상오염물질의 분해효율을 감소시키는 역할을 하는 스케빈져 역할을 하는 것으로 관찰되었다. 또한 카바마제핀의 경우 O3 반응에서의 분해메커니즘을 LC-MS/MS로 확인하였다.
연구결과의 활용계획
• 해당분야 학문발전에의 기여효과: 본 연구에서 만들어진 오염물질의 분해에 대한 반응 메커니즘의 규명을 통하여 고도산화공정(AOP)에서의 중요한 반응 메커니즘 분야의 학문적 확립에 기여하고 오염물질의 분해 공정으로서 광화학공정의 이론적 근거를 제공한다.
• 환경 정책 및 기술 측면에 미치는 효과: 점오염원으로 부터의 신종오염물질의 방류 수준의 조절에 대한 근거를 제공하고, 하천수의 신종오염물질로 인한 생태 위해도 평가에 중요한 데이터를 제공한다.
• 학문적, 인력양성 측면: 본 연구의 참여연구자의 유수 학술지 발표와 학술대회의 참가를 통한 연구자로서의 지식과 경험을 습득의 기회 제공과 학문 전파 효과를 극대화 고취
• 기술적, 경제·산업적 측면: 본 연구의 성공적 수행의 결과는 광화학공정을 이용한 고도산화공정의 실용화를 위한 이론적 배경과 자료를 제공하여 AOP 산업의 선진화를 이루는데 기여할 수 있을것으로 기대.
Abstract
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Purpose & contents
-Advanced oxidation processes (AOPs) is urgently needed since biological process is not properly work to treat emerging pollutants in water. In this study, the advanced oxidation processes such as UV, UV/H2O2, O3, O3/UV, and O3
Purpose & contents
-Advanced oxidation processes (AOPs) is urgently needed since biological process is not properly work to treat emerging pollutants in water. In this study, the advanced oxidation processes such as UV, UV/H2O2, O3, O3/UV, and O3/UV/H2O2 were chosen in order to treat emerging micropollutants such as para-chlorobenzoic acid, naproxen, carbamazepine, ibuprofen, bisphenol-A, and 4-tert-octylphenol. The degradation
mechanisms of these pollutants by selected AOP processes in the presence of environmental parameters such as DOM, ionic matters (NO3 -, HCO3- and HOCl) were investigated. From this mechanism identification, the effective treatment strategy and the fate and transport of these selected emerging pollutants in the real water environment were examined.
Result
• 1st year:
Degradation of p-CBA under UV exposure increased at higher light intensity, and enhanced in the presence of NO3-, and HOCl in water. OH radical production was promoted in the presence of NO3-, and HOCl, but not in the presence of humic acid, NO2-, HCO3-, and CO32- during UV photolysis. pH affected pCBA removal during photolysis
• 2nd year:
During photolysis, higher light intensity of UVA applied, more naproxen removed. Ibuprofen, bisphenol-A, and 4-tert-octylphenol were effectively removed with increasing intensity of UVC. The presence of NO3- and HOCl enhanced removals of naproxen, ibuprofen, and bisphenol A during UV photolysis. However, HCO3- , and humic acid inhibited removals of these compounds during UV photolysis. In the coexistence of NO3-, and Fe3+, the removals for these pollutants under UV irradiation increased compared when present individually. Interaction of humic acid with other factors caused the inhibition of all pollutants removal in UV process. Finally, the transformed byproducts of bispheol-A in UV/H2O2 process was identified with LC-MS/MS.
• 3rd year:
Naproxen removal in UV-A photolysis increased with increasing light intensity, and carbamazepine removal also increased as increasing UV-C light intensity. In the individual effects, NO3-, and HOCl might produce OH radical under UV irradiation.
However, ozone effect was more dominant in all micropollutants removals compared to the effect of NO3-, and HOCl. Humic acid, and HCO3- in UV process did inhibited the degradation of all compounds as a radical scavenger. Finally, the transformed products of carbamazepine in O3 process was identified with LC-MS/MS.
Expected Contribution
• The reaction mechanisms in advanced oxidation process and fate and transport in pollutant in water will be provided.
• Through this research, AOP progressional in the water rresearch area will be provided.
• Through this research, the theoretical background of the practical application of selected advanced oxidation technology for treating micropollutants can be provided.
목차 Contents
- 중견연구자지원사업(핵심연구) 최종보고서 ... 1
- 목 차 ... 3
- 연구계획 요약문 ... 4
- 연구결과 요약문 ... 5
- 한글요약문 ... 5
- SUMMARY ... 6
- 연구내용 및 결과 ... 7
- 1. 연구개발과제의 개요 ... 7
- 2. 국내외 기술개발 현황 ... 11
- 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 14
- 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 97
- 5. 연구결과의 활용계획 ... 100
- 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 101
- 7. 주관연구책임자 과제와 연관된 대표적 연구실적 ... 102
- 8. 참고문헌 ... 102
- 9. 연구성과 ... 109
- 10. 기타사항 ... 112
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