음이온 계면활성제와 철을 사용한 최적효율을 가지는 펜톤 공정개발에 관한 연구

Abstract

Fenton reaction has an advantage of easy treatment of various kind of organic contaminents. However, due to the characteristic of hydrogen peroxide which has a short period of reaction time forming hydroxyl radical, it is inevitable to use a large amount of hydrogen peroxide if the contaminants are spread over deep and large area. Thus, this research is focused on developing the progress which has the best efficiency to expect the delay of hydrogen peroxide dissipation and desorption of the organic contaminants after using anion surfactant SDS, and applying phenanthrene to the silica sand to adapt fenton reaction and fenton-like reaction. First of all, a tendency of the phenanthrene decomposition was examined using 2, 4, 6, 8mM of Fe(II) and 30mM of SDS. As a result, it showed the best decomposition efficiency when 4mM of Fe(II) was used, and the percentage of residual substance of hydrogen peroxide lasted up to 12 hours from 2 hours, because of the effect of SDS. Second, the use of Fe(III) 2mM showed the best efficiency among the use of 2, 4, 6, 8mM of Fe(III) and 30mM of SDS and this proves that the hydrogen peroxide become stabilized because the use of the SDS. The decomposition efficiency of the phenanthrene was improved according to the extension of remain time of hydrogen peroxide that is because Fe and SDS were formed complexation together and they delay the reaction time of hydrogen peroxide. For next, the effects of changing concentration of SDS was examined with 5, 10, 20, 30, 40, 50mM because decomposition efficiency of phenanthrene with Fe(II) was better when we compare the two different experiment of Fe(II) and Fe(III). As a result, the best efficiency was the one when we used 30 mM of SDS. This shows that even though a surfactant is an organic matter, it works as a scavenger for the entire system, but with the best composition, it works as a stabilizer of hydrogen peroxide which improves the efficiency of the entire system. As a results, even though a small percentage of hydrogen peroxide of 0.35% was used, using negative charge surfactant would guarantees the stabilization of hydrogen peroxide which will lead a cost saving if it is applied to the manufacturing process by applying this experimental.; 펜톤반응은 다양한 유기오염물을 쉽고 빠르게 처리할 수 있는 장점을 가지고 있다. 하지만 과산화수소의 특성상 펜톤반응에서 사용되는 철이온 Fe(II), Fe(III)와 만나서 수산화 라디칼을 형성시키는 반응시간이 짧기 때문에 오염물질이 넓고 깊은 지역에 확산되어 있으면 고농도의 과산화수소를 사용해야하는 단점이 있다. 따라서 본 연구에서는 과산화수소의 소모를 지연시키고, 유기오염물의 탈착 반응을 기대하기 위해 음이온 계면활성제인 SDS를 사용하였고 대표적인 PAHs물질인 phenanthrene을 인공토양 (silca sand)에 오염시키고 Fe(II)와 Fe(III)를 사용하여 펜톤 반응과 펜톤 유사반응을 사용하여 최적 효율을 가지는 공정을 개발하고자 하였다. 먼저 Fe(II) 2, 4, 6, 8mM과 SDS 30mM을 사용하여 phenanthrene분해 경향을 살펴보았고, 그 결과 Fe(II) 4mM에서 분해 효율이 가장 우수하였으며, 과산화수소의 잔류 농도가 SDS의 사용으로 2시간에서 약 12시간까지 늘어났음을 확인 할 수 있었다. 다음으로 Fe(III) 2, 4, 6, 8mM과 SDS 30mM을 사용하였는데 이 때에는 Fe(III) 2mM에서 가장 효율이 좋았으며, 역시 SDS로 인하여 과산화수소의 안정성이 확보되었음을 확인하였다. 이것은 양전하를 가지는 Fe 이온과 음전하를 가지는 SDS가 복합체를 이루어 과산화수소와 반응시간을 연장시켜줌으로서 펜톤 반응에서 가장 중요한 과산화수소의 잔류시간을 증대시켜서 phenanthrene분해 효율이 향상 되었다. Fe(II)와 Fe(III)를 주입한 실험을 비교하였을 때 phenanthrene 분해 효율은 Fe(II)가 더 좋았기 때문에 Fe(II)농도를 고정시켜 놓고 SDS의 농도를 5, 10, 20, 30, 40, 50mM로 변화시켜주며 phenanthrene분해에 끼치는 영향을 살펴보았다. 그 결과 SDS 30mM에서 가장 효율이 우수하게 나온 것을 확인 할 수 있었다. 이것은 계면활성제가 유기물이기 때문에 전체 시스템에서는 scavenger로 작용을 하지만, 최적의 조합을 가진다면 scavenger로 작용하는 부정적인 역할보다는, 과산화수소의 안정제로서 작용하며 전체 시스템의 효율을 향상시키는 긍정적인 역할을 하는 것을 확인할 수 있었다. 또한 본 연구에서 사용한 과산화수소의 농도는 0.35%로 저 농도의 과산화수소를 사용하여도 음이온 계면활성제를 사용하면 과산화수소의 안정성이 확보되기 때문에 실제 공정에 본 연구를 적용하면 비용적인 면에서 장점을 가질 수 있을 것으로 기대된다.