황산 용액에서 Zinc-ferrite의 용해에 대한 반응속도론을 황산 용액의 반응온도와 농도 변화에 대해 조사하였다. 반응율(R)과 겉보기 반응 속도상수(K)는 황산 용액의 온도와 농도가 클수록 증가한다. Zinc-ferrite의 반응속도는 반응초기에서 $1-(1-K)^{1/3}=Kt$와 같은 속도식을 적용할 수 있다. 용해에 대한 활성화 에너지는 황산 용액의 농도에 관계없이 약 16.3kcal/mole 이다. Zinc-ferrite가 황산 용액에서 용해할 때는 Zinc-ferrite의 화학 양론적 조성으로 용해되며, Fe 또는 Zn의 단독으로는 용해되지 않는다.
제올라이트 A의 결정화 과정에서 온도, $Na_2O$와 $SiO_2$ 조성의 영향을 조사하였다. 각 결정화 조건에서 결정화 곡선과 최종 생성물의 결정크기 분포를 조사하고 반응 경로 모델을 이용하여 결정화 속도를 구하였다. 결정화 과정은 길이 성장 속도상수가 결정 크기와 무관하게 일정하고 무정형 고형 겔과 용해된 반응물이 평형을 이룬다는 가정으로 잘 모사되었으며, 실험결과와 비교하여 길이성장 속도상수 등을 결정할 수 있었다. 온도가 높아지면 길이성장 단계와 용해된 반응물의 분율이 커져서 결정화 속도가 커졌다. 반면 $Na_2O/H_2O$ 몰비가 커지면 성장단계는 촉진되지 않으나 용해된 반응물의 분율이 커졌으며 핵심생성이 촉진되었다. $SiO_2/Al_2O_3$ 몰비에 따라 용해된 반응물 분율과 핵심생성 속도가 달라진다. 각 결정화 조건에서 제올라이트 A의 길이성장 속도상수는 $0.07{\sim}0.24{\mu}m{\cdot}min^{-1}$로 추정되었으며 겉보기 활성화에너지는 $49kJ{\cdot}mol^{-1}$이었다.
Park Byoung Bin;Park Il H.;Kong Young Kun;Choi Q. Won
대한화학회지
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제21권4호
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pp.227-234
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1977
황산산성에서 페닐히드라진과 브롬의 반응을 속도론적으로 검토하였다. 겉보기 2차 반응속도상수는 1M 이하의 황산농도에서는 수소이온 농도에 대략 역비례한다. KBr 첨가의 영향을 검토하여 $Br_2\;및\;Br_3^-$가 반응화학종이고, 이들의 속도상수는 $20^{\circ}C$의 0.01M $H_2SO_4$용액에서 각각 $5{\times}10^5M^{-1},sec^{-1}\;및\;0. 7{\times}10^5M^{-1},sec^{-1}$임을 밝혔다. 2,4-디니트로 페닐히드라진의 브롬과의 반응속도상수는 수소이온 농도에 거의 무관계하며 $Br_2\;및\;Br_3^-$에 대하여 각각 $1.2{\times}10^5M^{-1},sec^{-1}\;및\;2.0{\times}10^4M^{-1},sec^{-1}$이다.
t-Butylbromide와 benzoylchloride의 가메탄올 분해반응을 메탄올-아세토니트릴 혼합용매하에서 연구하였다. t-Butylbromide의 가메탄올 분해반응 일차속도상수는 온도 변화가 25∼$50^{\circ}C$일때 메탄올의 몰분율 0.75∼0.9 부근에서 최대치를 보였다. Benzoylchloride의 경우에는 겉보기 2차 반응속도 상수가 온도 변화 12∼$26{\circ}C$일때 메탄올의 몰분율 0.6∼0.75에서 역시 최대치를 보였다. 최대속도는 용매구조 변화에 기인함을 알았는데 메탄올에 아세토니트릴이 첨가됨에 따라 자유 메탄올 분자가 증가하여 t-butylbromide 및 benzoylchloride의 가메탄올 분해반응에서 천이상태의 안정화에 기여함을 알았다. 메탄올은 t-butylbromide의 가메탄올 분해반응의 경우 친전자 및 친핵 촉매작용을, benzoylchloride의 가메탄올 분해반응의 경우에는 친전자 촉매작용을 함을 알았다.
본 연구에서는 pH 5.5에서 연안퇴적물내 납과 카드뮴의 흡착 동력학을 실험실규모의 회분식 반응기를 이용하여 조사하였다. 4종류의 모델: 단일영역 물질전달모델 (one-site mass transfer model, OSMTM), 겉보기 1차속도모델 (pseudo-first-order kinetic model, PFOKM), 겉보기 2차속도모델 (pseudo-second-order kinetic model, PSOKM)과 두영역 1차속도모델 (two compartment first-order kinetic model, TCFOKM)을 사용하여 흡착속도를 분석하였다. 관련된 모델매개변수의 수에서 기대되듯이 변수가 3개인 TCFOKM이 변수가 2개인 OSMTM, PFOKM, PSOKM 보다 흡착속도를 더 잘 표현할 수 있었다. 납과 카드뮴의 대부분의 흡착은 초기 3시간 이내에 빠르게 완료되었으며, 이후 기간 동안은 느린 흡착이 이루어졌다. 모든 모델에서 겉보기 흡착평형농도($q_{e,s}$)는 퇴적물의 양이온 교환능 (CEC)과 표면적이 증가함에 따라 증가하는 것으로 예측되었으며, 이는 초기 중금속 투여 농도와 중금속 및 퇴적물의 형태와 무관하였다. OSMTM에서의 흡착속도 상수 ($k_s,\;hr^{-1}$)는 퇴적물의 CEC와 표면적이 증가함에 따라 증가하였다. PFOKM의 겉보기 1차흡착속도상수 ($k_{p1,s},\;hr^{-1}$)는 퇴적물의 특성과 관련이 없었다. PSOM 분석결과 겉보기 2차흡착속도상수 ($k_{p2,s},\;g\;mmol^{-1}\;hr^{-1}$)와 초기흡착속도 ($v_{o,s},\;mg\;g^{-1}\;hr^{-1}$)는 퇴적물의 특성과 연관되지 않았다. TCFOKM의 빠른 흡착영역의 분율($f_{1,s}$)은 수용액상의 초기농도와는 무관하게 퇴적물의 CEC와 표면적이 증가함에 따라 증가하였다. 빠른 부분에서의 흡착속도 상수 ($k_{1,s}=10^{0.1}-10^{1.0}\;hr^{-1}$)는 느린 부분에서의 흡착속도 상수 ($k_{2,s}=10^{-2}-10^{-4}\;hr^{-1}$)보다 훨씬 더 큰 것으로 나타났다.
회분식 반응조에서 마이크로(mZVI) 및 나노(nZVI) 크기의 영가 철을 환원물질로 이용하여 고폭화약물질 3종에 대한 환원동역학을 측정하였다. 각 화약류를 이용하여 어미물질에 대한 nZVI와 mZVI의 비표면적 환원상수 $k_{SA}$과 비중량 환원상수 $k_{M}$을 측정한 후, 중간산물의 거동을 비교하였다. 그 결과 두 상수를 사용해서는 nZVI 반응조내 어미 물질과 중간환원산물들의 거동을 완전히 설명할 수 없었다. 화약물질을 mZVI로 처리한 반응조에서는 초기 환원물질인 nitroso-RDXs, nitroso-HMXs 및 hydroxylamino-TNT가 주로 축적되었으나, nZVI로 처리한 반응조에서는 동일한 겉보기 반응속도임에도 불구하고 환원말기물질인 극성중간산물들과 TAT가 축적되었다. 그러므로 중간산물들의 환원까지 고려하는 새로운 매계변수의 개발이 필요한 것으로 판단된다.
Chitin을 epichlorohydrin과 반응시켜 가교 chitin을 합성하고, $C_2$ 위치의 아세트아미드기를 탈아세틸화하여 가교 chitosan을 얻었다. 가교 chitosan을 증류수에 팽윤시킨 다음 글리세린과 silver sulfadiazine을 가하여 고분자 matrix를 제조하였다. 이렇게 제조된 matrix로부터 in vitro에서의 약물 방출 pattern을 고찰하기 위해 pH7.4 인산염 완충용액 중에서 약물의 함유량, 글리세린의 농도 변화 및 matrix 두께변화에 미치는 인자들에 관하여 연구 검토 하였다. 고분자 matrix내의 약물의 함유량과 matrix의 두께가 증가할수록 약물 방출 지속 시간은 지연되었다. 그러나 글리세린의 함유량이 증가함에 따라 약물 방출 지속 시간은 오히려 감소 하였다. 또한 약물의 함유량과 글리세린의 함유량이 증가할수록 겉보기 방출속도상수 (K)값도 증가하였으나, matrix 두께가 증가함에 따라서는 겉보기 방출속도상수(K)값이 일정하였다. 이상과 같이 가교 chitosan은 약품의 방출 조절형 제제로서 사용 가능성을 나타냈으며, 약물로 사용된 silver sulfadiazine의 방출거동은 Higuchi model에 따른 확산으로 생각되었다.
자연습지 토양에서 소수성 유기화합물(염화벤젠 및 페난쓰린)의 흡착동력학을 실험실규모의 회분식 반응기를 이용하여 조사하였다. 단일영역 물질전달모델 (one-site mass transfer model, OSMTM)과 두영역 1차속도모델 (two compartment first-order kinetic model, TCFOKM)을 사용하여 흡착속도를 분석하였다. OSMTM 분석결과 염화벤젠의 경우 10${\sim}$75시간 이내에, 페난쓰린의 경우 약 2시간 이내에 각각 겉보기 흡착평형에 도달하였다. 염화벤젠의 경우, 표면 토양에서의 흡착평형시간이 하부 토양보다 길게 나타났는데, 이는 토양 유기탄소의 물리화학적 특성의 차이에 기인한다. 그러나, 페난쓰린의 경우 각 토양간에 흡착평형시간의 차이는 없었다. 관련 모델매개변수의 수에서 기대되듯이 변수가 3개인 TCFOKM이 변수가 2개인 OSMTM보다 흡착속도를 더 잘 표현할 수 있었다. 실험결과에 대한 TCFOKM의 곡선맞춤으로부터 얻은 매개변수인 빠른 흡착영역의 분율($f_1$)과 빠른 흡착영역과 느린 흡착영역의 1차 흡착속도 상수($k_1$,및 $k_2$)를 얻을 수 있었다. TCFOKM 분석결과 빠른 흡착영역에서의 흡착속도 상수는 느린 흡착영역에서의 흡착속도 상수 보다 큰 것으로 나타났다. 빠른 흡착영역의 분율 ($f_1$)과 흡착속도상수 ($k_1$)는 $k_{ow}$ 값이 증가(페난쓰린>염화벤젠)함에 따라 증가하였다. 빠른 흡착영역과 느린 흡착영역에서의 1차 흡착 속도상수는 각각$10^{-0.1}\;-10^{+1}$과 $10^{-4}\;-10^{-2}$의 범위에서 변화하였다.
디에틸렌글리콜(DEG, 분자량 106.1)과 폴리에틸렌글리콜600(PEG600, 분자량 603.3)을 아디프산(AA)과 반응시켜 폴리(옥시에텔렌-아디페이트)-디올 공중합체를 합성하는 에스테르 반응에서, stannous 2-ethylhexanoate 촉매의 농도가 반응속도에 주는 영향을 연구하였다. 반응에 사용되는 AA의 카르복실기 당량 대비 폴리올의 히드록실기의 당량비를 2로 맞추어서 합성된 폴리(에테르-에스테르)의 양말단이 OH기로 결합되도록 유도하였다. 반응은 $170^{\circ}C$에서 촉매농도 0.15 ~ 2.0 wt.%로 수행하였다. 합성된 폴리(옥시에텔렌-아디페이트)-디올의 수평균 중합도는 약 3 이었다. DEG와 AA로부터 폴리(옥시에텔렌-아디페이트)-디올이 합성되는 반응의 겉보기속도상수($k_{app}$) 값은 촉매의 농도가 커짐에 따라 $k_{app}=0.88[C_{cat}]$의 관계를 가지며 선형적으로 증가한 반면에, PEG600과 AA의 에스테르 반응의 $k_{app}$ 값은 촉매농도와 $k_{app}=0.123[C_{cat}]^{0.55}$의 관계로 증가하며 포화되는 경향을 나타내었다. DEG와 AA사이의 합성반응에서도 반응속도의 촉매농도에 대한 의존성이 비선형 관계로 바뀌는 것이 예상되며, 이때의 촉매농도는 [$Sn(C_8H_{15}O_2)_2$ mole/mole of AA mole] 값이 0.066([$C_{cat}$]=0.22M)에 가까운 영역에 있을 것으로 추정된다.
엔도설판류(${\alpha}$, ${\beta}$, sulfate)를 UV 및 초음파에너지를 조사하여 분해하였다. 물질의 분해과정은 가스크로마토그래프(GC)와 총유기탄소(TOC)를 분석하여 검토되었다. UV 원으로서 low pressure mercury multilamp(8Wx2)와 초음파발생기를 이용하였으며, 초기농도는 10 mg/L로 하였다. 단일성분에서의 실험결과 엔도설판류(${\alpha}$, ${\beta}$, sulfate)의 UV 광분해도는 순서대로 48.2%, 50.0%, 76.5%였으며, 초음파를 이용한 분해에서는 각각 66.9%, 55.8%, 72.7%였다. 3성분 혼합용액에서는 단일성분용액의 분해효율과 달리 엔도설판-sulfate의 분해속도가 급감하여 가장 낮았고 엔도설판 -${\alpha}$, -${\beta}$들은 두드러진 차이를 보이지 않았다. 혼합용액에서 엔도설판-sulfate의 분해속도 감소로부터 엔도설판-${\alpha}$, -${\beta}$와 엔도설판-sulfate 사이의 낮은 평형상수값을 갖는 가역적 반응을 가정할 수 있었다. TOC 분석자료는 엔도설판류의 무기질화가 약 20%~40% 수준으로 진행되었음을 보여주며, 동시에 두 고도처리법이 라디칼분해반응을 유도하면서 상당한 분율의 중간산물을 생성함을 추정할 수 있었다. 또한 엔도설판류의 분해는 유기물 및 TOC 분석자료에 의거하면 모두 겉보기 1차 속도식과 잘 부합되었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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