Effects of Operating Parameters on Phenol Degradation by Pulsed Corona Discharges in Aqueous Solutions

Effects of operating parameters such as applied voltage, solution conductivity, ferrous ion concentration, electrode material on phenol degradation by pulsed corona discharges were investigated in laboratory scale experiments. The increase of applied voltage enhanced the phenol degradation by generating more energetic electrons. The solution conductivity inversely affected phenol removal rate in the tested ranges because the increase of conductivity decreased the electric field strength through the liquid phase. The addition of ferrous sulfate promoted the phenol degradation through the OH radical production by the Fentonlike reactions between ferrous ion and hydrogen peroxide generated by pulsed corona discharges. Catechol and hydroquinone were detected as primary intermediates of phenol degradation and the decrease of pH and the increase of conductivity were observed probably due to the generation of organic acids. Almost all of the initial phenol was disappeared and 29% of total organic corbon (TOC) was removed in the condition of 0.5 mM of ferrous sulfate after approximately 230 kJ of discharge energy transferred to the reactor.

펄스 코로나 방전에 의한 페놀 분해에 미치는 운전변수의 영향

펄스 코로나 방전에서 인가전압, 용액 전도도, 전극 재질, 철염 주입 등의 운전변수가 페놀 분해에 미치는 영향에 관해 실험실 규모의 실험을 수행하였다. 인가전압이 증가할수록 높은 에너지를 가진 전자들에 의한 물 분자의 충돌분해 반응에 의한 OH 라디칼 생성량이 증가하므로 페놀 분해 속도를 증가시키며 실험된 조건에서의 용액 전도도 증가는 용액을 통한 전기장 강도를 감소시켜 페놀 분해 속도를 낮추는 것으로 나타났다. 방전 반응기로 주입된 철염($FeSO_4$)은 방전에 의해 생성된 과산화수소와 펜톤 유사 반응을 통해 OH 라디칼을 생성시켜 페놀 분해를 증가시키는 것으로 나타났다. 펄스 코로나 방전에 의한 페놀 분해의 중간 생성물질로 catechol과 hydroquinone이 검출되었으며 분석을 수행하지는 않았으나 유기산의 생성으로 인해 pH가 감소되고 전도도가 증가하는 현상이 관찰되었다. 철염이 주입된 조건에서 백금 전극은 3가 철이온($Fe^{3+}$)을 2가 철이온($Fe^{2+}$)으로 환원시킴으로써 페놀 분해 속도를 증가시키는 것으로 나타났다. 산제일철($FeSO_4$) 0.5 mM이 주입된 조건에서 약 230 kJ의 방전 에너지가 유입될 때 거의 모든 페놀이 분해되었으며 약 29%의 총유기탄소(TOC) 제거효율을 얻을 수 있었다.