Degradation of herbicide paraquat by Fenton reagent and UV light irradiation

Fenton 시약 및 UV 광 조사에 의한 제초제 paraquat의 분해

This study was to investigate the potential degradation of a herbicide paraquat by Fenton reagents(ferric ion and hydrogen peroxide) under UV light irradiation(365 nm) in an aqueous solution. When $10{\sim}500$ mg/L of paraquat was reacted with either ferric ion or hydrogen peroxide in the dark or under UV light, no degradation was occurred. However, the simultaneous application of both ferric ion(0.8 mM) and hydrogen peroxide(0.140 M) in paraquat solution(500 mg/L) caused dramatic degradation of paraquat both in the dark (approximately 78%) and under UV light(approximately 90%). The reaction approached an equilibrium state in 10 hours. In the dark, when $0.2{\sim}0.8$ mM ferric ion was added, $20{\sim}70%$ paraquat of $10{\sim}500$ mg/L was degraded, regardless of hydrogen peroxide concentrations($0.035{\sim}0.140$ M), while under UV light, 95% of 10 and 100 mg/L paraquat was degraded regardless of ferric ion and hydrogen peroxide concentrations. At paraquat concentration of 200 and 500 mg/L, paraquat degradation increased with increasing ferric ion concentrations as in the dark. However the increase in hydrogen peroxide concentration did not affect the extent of paraquat degradation. The initial reaction rate constants(k) for paraquat degradation ranged from 0.0004 to 0.0314, and 0.0023 to 0.0367 in the dark and under UV light, respectively. The initial reaction rate constant increased in proportion to the increase in ferric ion concentration in both conditions. The half-lives of paraquat degradation(t1/2) were 20 - 1,980 and 19 - 303 minutes in the dark and under UV light, respectively. This study indicates that Fenton reagents under UV light irradiation are more potent than in the dark in terms of herbicide paraquat degradation in an aqueous solution.

Paraquat가 존재하는 수용액에 강력한 산화작용을 나타내는 Fenton시약을 첨가한 다음 UV 광을 조사하여 paraquat의 분해 정도를 조사하였다. Paraquat의 농도에 관계없이 암 조건이나 UV 광이 조사되는 반응조건에서 hydrogen peroxide나 ferric ion을 각각 단독으로 처리하였을 경우에는 paraquat의 분해가 이루어지지 않았다. Ferric ion 과 hydrogen peroxide를 동시에 처리하였을 경우에는 암 조건과 UV 광이 조사되는 반응조건 모두 반응개시 후 10시간 이내에 반응이 평형상태에 도달하였으며 암 조건의 경우에는 약 78%, UV 광이 조사되는 반응 조건의 경우에는 약 90%의 paraquat 분해정도를 나타내었다. 암 조건에서 hydrogen peroxide와 ferric ion의 농도 변화에 따른 paraquat의 분해 정도를 조사한 결과 $0.2{\sim}0.8$ mM의 ferric ion이 처리되었을 경우, $10{\sim}500mg/{\ell}$의 paraquat는 hydrogen peroxide의 농도에 관계없이 $20{\sim}70%$의 분해율을 나타내었다. UV 광이 조사된 반응 조건에서는 10 $mg/{\ell}$과 100 $mg/{\ell}$의 paraquat 농도에서는 ferric ion과 hydrogen peroxide의 농도와 관계없이 95% 이상의 분해율을 나타내었으나 200 $mg/{\ell}$과 500 $mg/{\ell}$의 paraquat 농도에서는 암 조건에서와 마찬가지로 ferric ion의 농도가 증가할수록 paraquat의 분해율도 증가하는 경향을 나타내었다. 반응시간의 경과와 ferric ion의 농도 변화($0.2{\sim}0.8$ mM)에 따른 paraquat의 분해 초기 반응속도 상수는 암 조건의 경우 $0.0004{\sim}0.0314$, UV 광이 조사되는 반응 조건의 경우 $0.0023{\sim}0.0367$로 나타났다. Paraquat의 분해초기 반응속도는 UV 광이 조사되는 반응 조건이나 암 조건에 상관없이 ferric ion의 농도가 증가할수록 증가하였다. 암조건에서의 분해 반감기는 $20{\sim}1,980$분, UV 광이 조사되는 반응 조건에서의 분해 반감기는 $19{\sim}303$분으로 나타나 암 조건보다는 UV 광이 조사되는 반응 조건이 paraquat의 분해를 위한 반응 조건으로 유리함을 알 수 있다.