During ozonation process, the hydroxyl radical generation rates were measured under different experimental conditions (ozone feed rate, nitrobenzene concentration, hydroxyl radical scavenger, pH, HO$_2$O$_2$/O$_3$ etc.) Nitrobenzene could be decomposed by hydroxyl radical rather than ozone only and nitrobenzene decomposition rate was expressed with functions of ozone and nitrobenzene concentration. The rate was decreased as the hydroxyl radical scavenger concentration was increased, and all results were followed pseudo first-order reaction. Using a competitive method, hydroxyl radical generation rate was measured with probe compound and scavenger. It was proportional to ozone concentration, and 0.24mo1 of hydroxyl radical was produced with 1mol of ozone. Under different pH conditions, hydroxyl radical generation rates were measured (pH 10.2 (0.91Ms$^{-1}$ ) > pH 7.3 (0.72Ms$^{-1}$ ) > pH 5.6 (0.67Ms$^{-1}$ ) > pH 3.4 (0.63Ms$^{-1}$ )) showing higher generation rate at high pH values. Addition of hydrogen peroxide promoted the generation rate of hydroxyl radical. Considering the results of pH experiments and addition of hydrogen peroxide experiments, the hydroxyl radical generation rate was 1.6 times higher in hydrogen peroxide solution than in high pH solution, indicating addition of hydrogen peroxide is better promoter to produce the hydroxyl radical in ozonation. These results could be applied to AOPs to remediate the contaminated wastewater and groundwater.
In order to purify the waste water containing natural fatty oil, hydroxy radical and/or ozone are used to remove the fatty oil dispersed in the waste water. The fatty oil is decomposed by oxidation reaction through hydroxy radical and ozone, and eliminated as a function of first order reaction. It is clearly confirmed that the fatty oil in waste water can be effectively removed much more in the use of both hydroxy radical and ozone than only hydroxy radical as an oxydant. In addition, the decomposition chemical reaction mechanism of the fatty oil by hydroxy radical and ozone is proposed.
This study focuses both on the quantitative measurement of hydroxyl radicals formed by an electron beam (E-beam) process and on the decomposition of pentachlorophenol(PCP) in the presence of $H_2O_2$ and $Fe^{3+}-EDTA$ as additives. To attain this objective, the quantitative measurement of hydroxyl radical was performed with the hydroylation of benzoic acid (BA), producing hydroxybenzoic acid (OHBA). As a result, the concentrations of hydroxyl radical measured were lower than those of hydroxyl radical predicted. Probably, it indicates that the reactive species generated during E-beam irradiation are able to scavenge the hydroxyl radicals. In particular, the degradation of PCP was promoted by the addition of $H_2O_2$ (< 1mM). On the other hand, its degradation as well as the generation of chloride ions as a by-product was inhibited by the addition of $H_2O_2$ (> 1mM), and thus carbon yield(%) of oxalic acid as a by-product was increased. During E-beam irradiation the addition of $Fe^{3+}-EDTA$ effectively decomposed the PCP, thus increasing the G-values. Considering the formation of OHBA and the decomposition of PCP, these results suggest that the addition of $Fe^{3+}-EDTA$ in the E-beam process can produce the further hydroxyl radicals and enhance the efficiency of PCP decomposition at low dose.
Kim, Seonbaek;Kwon, Minhwan;Yoon, Yeojoon;Jung, Youmi;Hwang, Tae-Mun;Kang, Joon-Wun
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.36
no.8
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pp.534-541
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2014
This study investigated a method to determine an efficient operating condition for the $UV/H_2O_2$ process. The OH radical scavenging factor is the most important factor to predict the removal efficiency of the target compound and determine the operating condition of the $UV/H_2O_2$ process. To rapidly and simply measure the scavenging factor, Rhodamine B (RhB) was selected as a probe compound. Its reliability was verified by comparing it with a typical probe compound (para-chlorobenzoic acid, pCBA); the difference between RhB and pCBA was only 1.1%. In a prediction test for the removal of Ibuprofen, the RhB method also shows a high reliability with an error rate of about 5% between the experimental result and the model prediction using the measured scavenging factor. In the monitoring result, the scavenging factor in the influent water of the $UV/H_2O_2$ pilot plant was changed up to 200% for about 8 months, suggesting that the required UV dose could be increased about 1.7 times to achieve 90% caffeine removal. These results show the importance of the scavenging factor measurement in the $UV/H_2O_2$ process, and the operating condition could simply be determined from the scavenging factor, absorbance, and information pertaining to the target compound.
Kim, Seong Hee;Lee, Sang-Woo;Kim, Jeong Jin;Kim, Soon-Oh
Journal of the Mineralogical Society of Korea
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v.28
no.3
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pp.245-253
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2015
The performance of $TiO_2$ photo-catalytic oxidation process is significantly dependent on the amount of hydroxyl radicals produced during the process, and it is an essential prerequisite to quantify its production. However, precise and accurate methods for quantification of hydroxyl radicals have not been developed so far. For this reason, this study was initiated to compare existing methods for analysis of hydroxyl radicals produced by $TiO_2$ photo-catalytic oxidation and to propose a new method to overcome the limitation of established methods. To simulate $TiO_2$ photo-catalytic oxidation process, Degussa P25 which has been widely used as a standard $TiO_2$ photo-catalyst was used with the dose of 0.05 g/L. The light source of process was UVC mercury low-pressure lamp (11 W, $2,975mW/cm^2$). The results indicate that both potassium iodide (KI)/UV-vis spectrometer and terephthalic acid (TPA)/fluorescence spectrometer methods could be applied to qualitatively measure hydroxyl radicals via detection of triiodide ion ($I_3{^-}$) and 2-hydroxyterephthalic acid which are produced by reactions of iodine ion ($I^-$) and TPA with hydroxyl radicals, respectively. However, it was possible to quantitatively measure hydroxyl radicals using TPA method coupled with high-performance liquid chromatograph (HPLC). The analytical results using TPA/HPLC method show that hydroxyl radical of 0.013 M was produced after 8 hours operation of photo-catalytic oxidation under specific experimental conditions of this study. The proposed method is expected to contribute to precise the evaluation of the performance of photo-catalytic oxidation process.
Hydroxyl radicals were detected and their qualitative yields were estimated by using chemiluminescence method and $\gamma$-irradiation technique in oxygen or chlorine dioxide radicals bleaching conditions. The correlation of hydroxyl radical formation and lignin model(Apocynol) or carbohydrate model($\alpha$-D-glucopyranose and methyl-$\beta$-D-glucopyranoside) degradation was studied in the presence of metal ion or without metal ion. The results showed that the presence of metal ions efficiently affected the formation of hydroxyl radicals in oxygen bleaching process, in the order of $Cu^{2+}$ > $Mn^{2+}$ > $Mg^{2+}$ > $Fe^{2+}$, and these metal gave also rise to the degradation of carbohydrate. But it was found that the addition of $100{\mu}m\;Mg^{2+}$ gave an efficient protection against carbohydrate degradation and suppressed the hydroxyl radical formation under oxygen bleaching conditions. And the presence of $Cu^{2+}$ had a detrimental effect on the stability of carbohydrates, whereas the addition of $3{\mu}m\;Mn^{2+}$ surprisingly had a small protective effect on methyl--$\beta$-D-glucopyranoside. In the $ClO_2$ radical bleaching conditions the hydroxyl radical expected to generate from water or substrates was not detected in the presence of metals.
In this study, the formation of hydroxyl radical and decomposition characteristics of bisphenol A (BPA) was investigated by quantifying hydrogen peroxide formed as a reaction by-product during the formation stage of hydroperoxyl radical. The direct oxidation reaction by ozone only decomposed BPA just like the Criegee mechanism under the condition where radical chain reactions did not occur. Non-selective oxidation reactions occurred under the conditions of pH 6.5 and 9.5 where radical chain reactions do occur, confirming indirectly the formation of hydroxyl radical. The decomposition efficiency of BPA by the added catalysts appeared in the order of $O_3$/PAC ${\geq}$$O_3/H_2O_2$ > $O_3$/high pH > $O_3$ alone. 0.03~0.08 mM of hydrogen peroxide were continuously measured during the oxidation reactions of ozone/catalyst processes. In the case of $O_3$/high pH process, BPA was completely decomposed in 50 min of the oxidation reaction, but reaction intermediates formed by oxidation reaction were not oxidized sufficiently with 29% of the removal ratio for total organic carbon (TOC, selective oxidation reaction). In the case of $O_3/H_2O_2$ and $O_3$/PAC processes, BPA was completely decomposed in 40 min of the oxidation reaction, and reaction intermediates formed by the oxidation reaction were oxidized with 57% and 66% of removal ratios for TOC, respectively (non-selective oxidation reactions).
A number of investigators have reported the formation of the radiolytic ultrafine particles produced by the interaction of ionizing radiation with water vapor. Previous studies have suggested that a very high localized concentration of the OH radical produced by the radiolysis of water can react with trace gas like organic vapors and produce lower vapor pressure compounds that can then nucleate. In order to determine water vapor dependence of the active, positively charged, first radon daughter(Po-218), an experiment was conducted using a well-controlled radon chamber. The activity size distribution of the radon daughter in the range of 0.5-100nm was measured using the parallel graded wire screens system. Measurements were taken for different relative humidity. The resultant activity size distributions were analyzed. The addition of water vapor to the radon carrier gases resulted in the formation of ultrafine particles by OH radicals formed by radon radiolysis. It may be due to the neutralization of charged Po-218 ion with water vapor through the radio lysis.
This study focuses on the decomposition of pentachlorophenol(PCP) by an electron beam (E-beam) process. To attain this objective, we investigated the reactive species generated from E-beam process during irradiation (reaction time 0.6 s) and G-values of PCP decomposition and effects of pH and $H_2O_2$ as an additive. The effect of pH values was independent on the decomposition of PCP. However, during E-beam irradiation a scavenging effect of added $H_2O_2$ (> 1mM) for the decomposition of PCP was shown, which was supported by the decreased amounts of $Cl^-$ produced by the decomposition of PCP. Meanwhile, oxalic acid and unidentified organic chlorine compounds as by-products were increased by the addition of $H_2O_2$. Thus, in order to enhance the efficiency of PCP decomposition, the E-beam process has to consider a proper concentration of $H_2O_2$ as a well-known source of strong oxidant hydroxyl radical.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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