The photocatalytic treatment of water contaminated with 2,4,6-trinitrotoluene (TNT) was explored in bench-scale experiments in batch mode using a Pyrex tube coated with a thin film of $TiO_2$ located inside a photoreactor. The reactor was aerated by purging it with compressed air before initiating the photocatalytic reaction. The rate of TNT degradation approximated first-order kinetics. The reaction rate constant decreased as the TNT concentration increased from 25 to 100 mg/L, while the first-order kinetics could be modeled using a Langmuir adsorption isotherm. The addition of the organic reductants methanol and EDTA significantly enhanced the rate of TNT degradation, with optimum results in the presence of 20% methanol by volume. EDTA increased the rate of TNT removal by enhancing the role of the reductants.
Various methods to degrade explosives efficiently in natural soil and water that include trinitrotoluene (TNT) have been studied. In this study, TNT in water was degraded by reduction with palladium (Pd) catalyst impregnated onto alumina (henceforth Pd-Al catalyst) and formic acid. The degradation of TNT was faster when the temperature of water was high, and the initial TNT concentration, pH, and ion concentration in water were low. The amounts of Pd-Al catalyst and formic acid were also important for TNT degradation in water. According to the experimental results, the degradation constant of TNT with unit mass of Pd-Al catalyst was $8.37min^{-1}g^{-1}$. The degradation constant of TNT was higher than the results of previous studies which used zero valent iron. 2,6-diamino-4-nitrotoluene and 2-amino-4,6-dinitrotoluene were detected as by-products of TNT degradation showing that TNT was reduced. The by-products of TNT were also completely degraded after reaction when both Pd-Al catalyst and formic acid existed. Even though there are several challenges of Pd-Al catalyst (e.g., deactivation, poisoning, leaching, etc.), the results of this study show that TNT degradation by Pd-Al catalyst and formic acid is a promising technique to remediate explosive contaminated water and soil.
본 연구에서는 염기성 수산화이온을 이용한 TNT의 분해 특성을 조사하였다. 이를 위해 TNT 처리 시 분광학적인 변화 특성을 관찰하고, pH 영향 및 반응생성물에 대해 정량적으로 조사하였다. 실험결과, pH=12에서 가수분해에 의해 TNT 수용액이 갈색을 띄는 파장 400-600nm 범위 내에서 흡광도가 증가함을 관찰하였다. 수용액 상의 pH=12에서 TNT 가수분해 시 pseudofirst-order 속도상수는 $0.0022min^{-1}$으로 나타났으며, 그 반응속도는 매우 느린 것으로 초기 TNT 농도인 $44{\mu}M$이 약 90% 정도 분해되려면 약 1,047min(17.44hrs)이 소요될 것으로 예상되었다. 반응 생성물로는 아질산이온과 포름산이 주로 생성되며, 기타 미량 성분으로 질산이온, 옥살산 등이 확인되었다.
White-rot fungus Irpex lacteus degraded TNT significantly in proportion to the culture time. After 48 h incubation, about 95% of TNT was degraded. Two reduced metabolites were identified as 4-amino-2,6-dinitrotoluene (4-ADNT) and 2-amino-4,6-dinitrotoluene (2-ADNT) which was further degraded.
금속 철(Fe$^{0}$ )에 의한 TNT의 환원실험을 회분식 반응조를 사용하여 환원 상태에서 연구하였다. 실험 결과, 환원에 의한 TNT의 농도감소는 유사 1차 반응으로 나타났고 반응상수는 반응조에 첨가한 철의 표면적에 선형적으로 비례하였으며, 교반 속도 60 rpm에서의 반응상수는 0.0981$min^{-1}$m$^{-2}$ L로 측정되었다. Triaminotoluene로 추정되는 최종산물이 용액내에 축적되었다. 철 표면에 흡착된 물질을 용출하기 위하여 acetonitrile혹은 물(인산염 완충액, pH=7.0)로 추출을 시도하였으나 용출되는 물질은 극히 미량이었다. 또한, 용액 내에서 생물학적 분해에서의 주요 중간산물인 aminodinitrotoluenes은 검출되지 않았다. 그러므로, 철에 의한 TNT의 환원시 니트로기의 환원이 순차적으로 발생하여 아미노기를 형성하지 않고, 3개의 니트로기에 대하여 동시에 발생하는 것으로 사료된다. 이에 TNT의 환원 모델을 제시하였다.
폭약 2,4,6-trinitrotoluene (TNT)스트레스 조건하에서 토양세균 Pseudomonas sp. HK-6의 세포반응에 대하여 조사하였다. 다양한 농도의 TNT에 노출됨으로서 약 70-kDa DnaK와 60-kDa GroEL의 스트레스 충격단백질 (stress shock proteins, SSPs)이 단떠질이 유도되었다. 이들 SSPs의 존재는 SDS-PAGE과 anti-DnaK와 anti-GroEL monoclonal antibodies를 이용한 Western bolt을 통하여 확인되었다. SSPs은 0.5 mM TNT로 6-12 시간 처리된 세포에서 나타났으며, TNT에 노출 후8시간대 에서 최대의 단백질 유도가 관찰되었다. $30^{\circ}C$에서 $42^{\circ}C$로 열변환충격을 주었을 때의 SSPs는 TNT노출에서와 유사한 유도양상을 보여주었다. TNT에 노출된 Pseudomonas sp. HK-6세포에서 유도된 SSPs의 존재는 배양된 세포의 수용성 단백질 분획에 대하여 2-D PAGE를 통하여 확인되었다. Coomassie brilliant blue R25O로 염색된 젤로부터 pH 3-10 범위에서 약 450 개의 spots이 탐침되었으며, 이들 가운데 12 개의 spots이 TNT 스트레스에 대하여 현저하게 유도되었다. Gel상에서 가장 짙게 나타난 대표적 인 spot에 대한 N-말단 아미노산 서열을 분석한 결과, $^1XXAKDVKFGDSARKKML^17$로서, Pseudomonas putida의 GroEL의 N-말단 아미노산 염기서열인 $^1XXAKDVKFGDSARKKML^17$과 동일한 것으로 분석되었다.
The uptake of $^{14}C$-2, 4, 6-trinitrotoluene (TNT) in hydroponics was studied using onion plants. Of the total TNT mass (5 $\mu\textrm{M}$ concentration), 75% was in the roots, 4.4% in the leaves, and 21% in the external solution at 2 days, The percent distribution in roots was lower with higher concentration in the external solution, but in leaves it was comparable at all concentrations (5-500 $\mu\textrm{M}$). Root concentration factor (RCF) in hydroponics was more than 85 in constant hydroponic experiment (CHE) at 5 $\mu\textrm{M}$ and 150 in non-constant hydroponic experiment (NHE) at 5 $\mu\textrm{M}$. The maximum RCF values in the hydroponic system were greater with lower solution concentration. Transpiration stream concentration factor (TSCF) values in the present study (NHE only: 0.31-0.56) were relatively similar to the values with predicted values (0.43-0.78), increasing with higher external TNT concentration. For phytotoxicity tested in hydroponics and wet paper method, 500 $\mu\textrm{M}$ was toxic to onion plant, 50 $\mu\textrm{M}$ was non-toxic for plant growth but limited the transpiration rate, and 5 $\mu\textrm{M}$ was non-toxic as control.
Park, Chulhwan;Kim, Tak-Hyun;Kim, Sangyong;Kim, Seung-Wook;Lee, Jinwon
Journal of Microbiology and Biotechnology
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제12권4호
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pp.695-698
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2002
The biodegradation of 2,4,6-trinitrotoluene (TNT) was performed on a laboratory scale using P. putida originally isolated from explosive-contaminated soil. One hundred mg/1 of TNT was completely degraded within 20 h under optimum conditions. Various supplemental energy sources (carbon sources, nitrogen sources, and surfactant) were tested, with the main objective of identifying an inexpensive source and enhancing the degradation rate for large-scale biodegradation. Based on the degradation rate, molasses was selected as a possible supplemental carbon source, along with NH$_4$Cl and Tween 80 as a nitrogen source and surfactant, respectively. The degradation rate increased about 3.3 fo1d when supplemental energy sources were added and the degradation rate constant increased from 0.068 h$\^$-1/ to 0.224 h$\^$-1/. These results appear to be promising in application of the process to TNT-contaminated soil applications.
오존을 중심으로 한 다양한 조합의 고급산화 공정(advanced oxidation process: AOP)을 이용하여 2,4,6-trinitrotoluene (TNT) 제조 공정에서 발생되는 난분해성 폐수인 red water(RW)의 유기물 및 색도 제거 연구를 수행하였다. 적용된 고급산화 공정은 $O_3$, $UV/O_3$, $UV/O_3/H_2O_2$, $UV/O_3/H_2O_2/Fe^{2+}$ 공정이었으며, 유기물 및 색도 제거 효과는 $O_3 < $UV/O_3/H_2O_2/Fe^{2+}$ 공정의 순서로 나타났다. $UV/O_3/H_2O_2/Fe^{2+}$ 공정에서 최적 분해조건은 오존 유량 0.053 g/min, $H_2O_2$ 주입농도 10 mM, $FeSO_4$ 주입농도 0.1 mM로 나타났으며, 90 min 동안 유기물 및 색도 제거율은 각각 96, 100%로 나타났다. tert-butyl alcohol(t-buOH)을 이용한 수산화 라디칼(hydroxyl radical : ${\cdot}OH$)의 scavenging 실험을 통해 오존에 UV, $H_2O_2$, $FeSO_4$를 산화제로 조합함으로써 수산화 라디칼의 발생량을 더욱 증가시키고 유기물 제거율을 효과적으로 향상시킬 수 있음을 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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