영가철(Fe0)과 UV를 이용한 1,4-dioxane 분해 반응시 철농도의 변화와반응 메커니즘의 연구 (The Study on the Change of Iron Concentration and the Reaction Mechanismof the 1,4-Dioxane Degradation using Zero Valent Iron and UV)

서지정보

· 발행기관 : 대한환경공학회
· 수록지 정보 : 대한환경공학회지 / 30권 / 3호 / 323 ~ 330페이지
· 저자명 : 손현석, 임종권, 조경덕

초록

본 논문은 1,4-dioxane의 분해를 위한 Fe0와 Fe2+의 반응에서 UV의 영향을 평가하기 위해 반응 중 [Fe2+]와 용액 중 총철이온 농도에 대한 [Fe2+]의 비([Fe2+]/[Fe(t)])의 변화를 조사하였다. UV, Fe0, 그리고 Fe2+의 단독반응에 의한 1,4-dioxane의 분해효율은 10% 이하였으며 그 반응 동안 [Fe2+]와 [Fe2+]/[Fe(t)]의 변화 또한 거의 일어나지 않았다. 그러나 UV 조사에 의해 Fe0의 산화는 약 25% 정도 증가하였을 뿐만 아니라 1,4-dioxane의 분해 효율 또한 개선되었다. Fenton 반응(Fe2++H2O2)의 경우 반응초기 90 분까지는 매우 빠른 분해율을 보인 반면 90분 이후에는 1,4-dioxane의 분해가 거의 정지되었다. Fe2+와 UV 반응에서는 [Fe2+]/ [Fe(t)]가 반응 시작부터 감소하다가 90분 이후부터 완만한 증가를 보였다. Fe0와 UV 반응의 경우 반응속도 상수는 반응시작 90 분 동안 1.84×10-3 min-1에서 Fe2+의 변화가 일어나는 시간인 90분 이후 9.33×10-3 min-1로 큰 상승을 보였고 이 변화는 [Fe2+]/ [Fe(t)]이 감소이후에 일어났다. [Fe2+]/[Fe(t)]는 Fe2+와 UV 반응에서 계속적으로 감소하였다. 그러나 그 반응에 ClO4-를 첨가한 경우 [Fe2+]/[Fe(t)]는 완만한 상승을 보였다. 이 결과들은 1,4-dioxane의 분해는 주로 Fe0이 Fe2+로 산화되는 기간이 아닌 Fe2+가 Fe3+로 산화, 환원되는 반응 동안 일어났음을 보여준다. 즉, 1,4-dioxane의 주요 분해는 철순환에서 생성되는 라디칼에 의한 산화작용이라 할 수 있다. 또한 UV와 ClO4-는 Fe3+의 환원에 큰 작용을 하는 것으로 관찰되었고 이는 radical의 지속적인 생산이라는 측면에서 1,4-dioxane의 분해효율을 증가시키기 위해 매우 중요한 부분이라 할 수 있다.

영어초록

The study presents the results of 1,4-dioxane degradation using zero valent (Fe0) or Fe2+ ions with and without UV. During the reaction, the change of [Fe2+] and [Fe2+]/[Fe(t)], the concentration ratio of ferrous ion to total iron ion in solution was measured. Less than 10% degradation of 1,4-dioxane was observed by UV-only, Fe0-only, and Fe2+-only conditions, and also the changes of [Fe2+] and [Fe2+]/[Fe(t)] were minimal in each reaction. However, the oxidation of Fe0 was enhanced with the irradiation of UV by approximately 25% and the improvement of 1,4-dioxane degradation was observed. Fenton reaction (Fe2++H2O2) showed higher degradation efficiency of 1,4-dioxane until 90 min, which of the degradation was stopped after that time. In the reaction of Fe2+ and UV, the ratio of [Fe2+]/[Fe(t)] decreased then slowly increased after a certain time indicating the reduction of Fe3+ to Fe2+. In case of Fe0 in the presence of UV, the first-order rate constant was found to be 1.84×10-3 min-1 until 90 min, and then changed to 9.33×10-3 min-1 when the oxidation of Fe2+ mainly occurred. In this case [Fe2+]/[Fe(t)] kept decreasing for the reaction. However, the addition of perchlortae (ClO4-) in the reaction of Fe0 and UV induced the continuous increase of [Fe2+]/[Fe(t)] ratio. The results mean the primary degradation factor of 1,4-dioxane is the oxidation by the radicals generated from the redox reaction between Fe2+ and Fe3+. Also, both UV and ClO4- played the role inducing the reduction of Fe3+, which is important to degrade 1,4-dioxane by enhancing the generation of radicals.

참고자료

· 없음