망간산화물(Birnessite)을 매개로한 산화-변환반응을 이용한 PAH-퀴논화합물의 제거 (Removals of PAH-quinones Using Birnessite-Mediated Oxidative-Transformation Processes)

서지정보

· 발행기관 : 대한환경공학회
· 수록지 정보 : 대한환경공학회지 / 33권 / 6호 / 396 ~ 404페이지
· 저자명 : 최찬규, 한윤이, 김성욱, 신현상

초록

본 연구에서는 PAHs 오염토양의 화학적․생물학적 처리과정에서 반응부산물로 흔히 발견되는 PAH-퀴논화합물을 대상으로 수용액 상에서의 망간산화물에 의한 산화-변환 제거 특성(제거율, 반응속도)을 조사하였다. 반응시간 경과에 따른 상등액의 HPLC 분석결과로부터 p-퀴논화합물인 Acenaphthenequinone (APQ)는 망간산화물 자체에 의한 산화-결합 반응을 통해제거되며, o-퀴논화합물인 Anthraquinone (AQ)와 1,4-Naphthoquinone (1,4-NPQ)는 반응매개체(Catechol) 존재 하에서의 교차-결합반응을 통해 효과적으로 제거 가능함을 확인하였다. 망간산화물에 의한 PAH-퀴논화합물의 제거는 유사-일차 반응 속도식을 따랐으며, 본 실험조건(1,4-NPQ = 11.5 mg/L, CAT = 50 mg/L, MnO_2 = 1.0 g/L, pH 5, 반응시간 = 6~96 hr)에서의 1,4-NPQ 의 교차-결합 반응속도상수(k, hr-1)는 0.0426으로 APQ의 산화-결합 반응속도 상수(0.173)에 비교해 약 4배 정도의 차이를 보였다. 동일조건에서의 망간산화물 주입량별 속도상수를 망간산화물의 비표면적으로 표준화하여 얻은 1,4-NPQ의 교차-결합반응에 대한 비표면적표준화속도상수(K_surf)는 8.5 × 10^-4, L/m^2 hr이었다. 망간산화물 주입량별 제거특성과 반응 속도상수의비교 해석 결과로부터 1,4-NPQ의 교차-결합 반응은 반응시간 경과에 따라 서로 다른 반응기작을 거침을 확인하였으며, 이를기존 문헌결과와 함께 해석하였다.

영어초록

An investigation on the removals of PAH-quinone compounds, which are commonly produced from the biological and/or chemical treatments of PAH-contaminated soils, from the aqueous phase via birnessite (δ-MnO_2)-mediated oxidative transformation is described. It was demonstrated that acenaphthenequinone (APQ), p-PAH quinone can be removed via birnessite-mediated oxidativecoupling reactions, and anthraquinone (AQ) and 1,4-naphthoquinone (1,4-NPQ), o-PAH quinones were efficiently removed by birnessite-mediated cross-coupling reactions in the presence of catechol (CAT) as a reactive mediator. The removals of PAH-quinone compounds followed pseudo-first-order reactions, and the rate constant (k, hr^-1) for the removals of 1,4-NPQ under the experiment conditions (1,4-NPQ = 10 mg/L, CAT = 50 mg/L, δ-MnO_2 = 1.0 g/L, pH 5, Reaction time = 6~96 hr) was 0.0426, which was about 4 times lower than that of APQ (0.173). With the observed pseudo-first order rate constants with respect to birnessite loadings under the same experimental conditions, the surface-normalized specific rate constant, K_surf, for 1,4-NPQ was determined to be 8.5 × 10^-4L/m^2 hr. The analysis of the kinetic data with respect to birnessite loading indicated that the cross-coupling reactions of 1,4-NPQ consist of two different reaction steps over time and the results have also been discussed in terms of the reaction mechanisms.

참고자료

· 없음