시멘트 구성성분을 이용한 시멘트/Fe(Ⅱ)의 TCE 환원성 탈염소화 반응의 유효반응 성분 규명 (Identification of Active Agents for Reductive Dechlorination Reactions in Cement/Fe(Ⅱ) Systems by Using Cement Components)

서지정보

· 발행기관 : 한국지하수토양환경학회
· 수록지 정보 : 지하수토양환경 / 13권 / 1호 / 92 ~ 100페이지
· 저자명 : 김홍석, 정유연, 황인성

초록

본 연구는 시멘트 구성성분 중 CaO, Fe2O3, Al2O3를 중심으로 하여 시멘트/Fe(II) 시스템에서 TCE의 환원성 탈염소화에 관여하는 유효반응성분을 규명하기 위하여 수행되었다. Al2O3를 함유하는 것으로 밝혀진 hematite(Fe2O3)를 포함하는 hematite/CaO/Fe(II) 시스템에서 시멘트/Fe(II) 시스템과 유사한 TCE 분해능이 나타나는 것을 확인할 수 있었다. Hematite/CaO/Al2O3/Fe(II) 시스템에서 Al2O3의 첨가량의 영향을 알아보는 실험을 수행한 결과 Al2O3 : CaO의 비율이 1:10을 유지한 시스템에서 최고의 분해능(k = 0.895 day-1)을 보이는 것으로 보아 1 : 10이 최적의 반응비율인 것을 알 수 있었다. SEM 분석 결과 시멘트/Fe(II) 시스템에서 나타났던 막대결정을 hematite/CaO/Al2O3/Fe(II) 시스템에서도 관찰할 수 있었다. 이러한 막대결정을 TCE 분해의 유효성분으로 추정하고 막대나 침상 결정으로 알려진 goethite와 ettringite를 유효성분 후보군으로 판단하였다. EDS element map을 살펴본 결과, 막대 결정은 Ca를 주성분으로 하고 있었기 때문에 Fe 성분을 다량 함유하고 있는 goethite를 배제하였다. 추가적으로 시멘트 수화반응 중 ettringite가 생성되는 과정을 재연한 실험 결과, ettringite가 생성되는 반응 중 혹은 생성 후에도 TCE 분해능이 발현되지 않았다. 이러한 결과를 바탕으로 하여 시멘트/Fe(II) 시스템의 유효반응성분은 CaO와 Al2O3를 주성분으로 하는 막대모양의 결정일 것으로 판단된다.

영어초록

Experimental studies were conducted to identify the active agents for reductive dechlorination of TCE in cement/Fe(II) systems focusing on cement components such as CaO, Fe2O3, and Al2O3. A hematite that was used to simulate an Fe2O3 component in cement was found to have degradation efficiencies (k = 0.641 day-1) equivalent to that of cement/Fe(II) systems in the presence of CaO/Fe(II), only when it contained an aluminum impurity(Al2O3). When the effect of Al2O3 content of hematite/CaO/Al2O3/Fe(II) system was tested, the mole ratio of Al2O3 to CaO affected the rate of TCE degradation with an optimum ratio around 1 : 10 that resulted in a rate constant of 0.895 day-1. In the SEM images of hematite/CaO/Al2O3/Fe(II) systems, acicular crystals were also found that were also observed in cement/Fe(II) systems. Thus it was suspected that these crystals were reactive reductants and that they might be goethite or ettringite that are known to have acicular structures. An EDS element map analysis revealed that these crystals were not goethite crystals. A subsequent experiment that tested reactivities of compounds formed during the ettringite synthesis showed that ettringite and minerals associated with ettringite formation are not reactive reductants. These observations conclude that a mineral containing CaO and Al2O3 with a acicular structure could be a major reactive reductant of cement/Fe(II) systems.

참고자료

· 없음