The degradation of 3-chlorophenol(3-CP) by various AOPs(Advanced Oxidation Processes) including the ultraviolet / hydrogen peroxide, the Fenton and the ultraviolet(UV)-Fenton process has been conducted. The highest removal efficiency for 3-CP in the aqueous phase was obtained by the UV-Fenton process among the AOPs. In the UV-Fenton process, The removal efficiency of 3-CP decreased with increasing pH in the range of 3 to 6, and it decreased with increasing initial concentration. As the intermediates of 3-CP by UV-Fenton reaction, 3-chlorocatechol, 4-chlorocatechol, and chlorohydroquinone were detected thus the degradation pathways were proposed.
Fenton is the reaction using the OH· radicals generating by interaction between hydrogen peroxide and Fe2+ which can oxidize the contaminants. Fe2+ ions are oxidized to Fe3+ ions by reaction with H2O2 and formed OH· radicals. UV-Fenton process includes the additional reaction that generates the OH· radicals by photodegradation of H2O2. In methylorange (MO) decolourization experiment with UV-Fenton, optimal Fe2+: H2O2 ratio was obtained at 1 : 10. Based on the obtained condition (H2O2= 10mM, Fe2+ = 1 mM) with/without UV-fenton experiment was carried out. Removal efficiency and sludge production were measured at 30 min. The case of w/o UV irradiation and only H2O2 was hardly treated and only Fe2+ showed 65% removal owing to coagulation. When UV-Fenton process in optimal ratio (Fe2+: H2O2 = 1 : 10), UV irradiation showed better removal efficiency than of w/o UV irradiation. Also, MO decolourization was a function of the hydrogen peroxide concentration (x1), Fe2+:H2O2 ratio (x2), and numbers of UV lamp (x3) from the application of the response surface methodology. Statistical results showed the order of significance of the independent variables to be hydrogen peroxide concentration > numbers of UV l amp > Fe2+: H2O2 ratio.
The degradation of 2-chlorophenol(2-CP) by various AOPs(Advanced Oxidation Processes) including the photo-Fenton process has been examined. In sole $Fe^{2+}$, UV or $H_2O_2$ process without combination, low removal efficiencies have been achieved. But the photo-Fenton process showed higher removal efficiency for degradation of 2-chlorophenol than those of other AOPs including the Fenton process and the UV processes. In the photo-Fenton process, the optimal experimental conditions of 2-chlorophenol degradation were obtained at pH 3 and the $Fe^{2+}/H_2O_2$molar ratio of 1. Also the 2-chlorophenol removal efficiency increased with decreasing of the initial 2-chlorophenol concentration. 3-chlorocatechol and chlorohydroquinone were identified as photo-Fenton reaction intermediates, and a degradation pathway of 2-chlorophenol in the aqueous phase during the photo-Fenton reaction was proposed.
지하 저장 탱크로부터의 유류 유출로 인하여 전세계적으로 넓은 지역의 토양 및 지하수가 오염되고 있다. Methyl tert-butyl ether(MTBE)는 대기 오염 감소를 위하여 널리 사용되고 있는 유류 첨가제이지만 토양 및 지하수로 유입되어 섭취 되었을 때 발암 가능성이 있는 유독 물질이다. 본 연구는 고도 산화 처리 기법 중 유기 오염물의 분해에 높은 효율을 나타내는 고전적 Fenton reaction의 최대 단점인 강한 산성(pH 2.5-3) 의존성을 극복한 새로운 산화 처리 기법을 개발하여 고농도의 MTBE를 효과적으로 분해 하는 것을 그 목적으로 하여 자연 친화적인 chelating agents를 사용하여 중성 영역에서 Fenton reaction을 가능하게 하는 기법인 Modified Fenton reaction과 Ultra Violet light(UV)를 이용하여 분해효율을 극대화 하는 Photo-assisted Fenton reaction을 응용한 Modified Photo-Fenton reaction system을 개발하여 최적 반응 조건 및 반응 차수, 반응 메커니즘을 밝혀내었다. 낮은 독성과 높은 생분해성을 나타낸 Citrate ion을 chelating agents로 선정하였으며 최적 반응 조건은 [$Fe^{3+}$] : [Citrate] = 1 mM : 4 mM, 3% $H_2O_2$, 17.4 kWh/L UV dose, 초기 pH 6.0이며 이 조건에서 1000 ppm MTBE를 분해한 결과 6시간 후 86.75%, 16시간 후 99.99%의 높은 분해율을 나타냈으며 최종 pH는 6.02로 안정적이었다. 또한 Modified Photo-Fenton reaction을 이용한 MTBE 분해 반응은 유사 1차 반응을 나타내었으며 methoxy group이 ${\cdot}OH$ radical과 주로 반응하여 tert-butyl formate(TBF)가 주요 분해 산물이 되는 분해 경로를 따른 다는 것이 밝혀졌다. 본 연구로 개발된 Modified Photo-Fenton reaction에서 발생되는 산화제인 ${\cdot}OH$ radical의 비선택적 반응성을 고려할 때 본 system은 다른 종류의 유기 오염물 분해에도 효과적일 것으로 판단된다.
The degradation of 4-chlorophenol(4-CP) by various AOPs(Advanced Oxidation Processes) with continuous feeding of $H_2O_2$, including the ultraviolet/hydrogen peroxide, the Fenton and the photo-Fenton process has been investigated. The photo-Fenton process showed the highest removal efficiency for degradation of 4-chlorophenol than those of other AOPs including the Fenton process and the combined UV process with continuous feeding of $H_2O_2$. In the photo-Fenton process, the optimal experimental condition for 4-CP degradation was obtained at pH 3. Also the 4-CP removal efficiency increased with decreasing of the initial 4-CP concentration. 4-chlorocatechol and 4-chlororesorcinol were identified as photo-Fenton reaction intermediates, and the degradation pathways of 4-CP in the aqueous phase during the photo-Fenton reaction were proposed.
In the present study, the degradation characteristics of Lindane by Advanced Oxidation Processes(UV/$H_2O_2$, Photo-Fenton process) were studied. The degradation efficiency of Lindane in aqueous solution was investigated at various initial pH values, Fenton's reagent concentrations and initial concentrations of Lindane. GC-ECD was used to analyze lindane. Lindane has not been degraded without application of AOPs over two hours. But, approximately 5% of lindane was degraded with UV or $H_2O_2$ alone. Lindane with UV/$H_2O_2$ process showed approximately 7% higher removal efficiency than $H_2O_2$ process. In the UV/$H_2O_2$ process, the pH values did not affect the removal efficiency. The optimal mole ratio of $H_2O_2/Fe^{2+}$ for lindane degradation is about 1.0 in Photo-Fenton process. Also, the experimental results showed that lindane removal efficiency increased with the decrease of initial concentration of lindane. Under the same conditions, the order lindane of removal efficiency is as following : Photo-Fenton process > UV/$H_2O_2$ process > $H_2O_2$ process. In addition, intermediate products were identified by GC-MS techniques. Than PCCH(Pentachlorocyclohexene) was identified as a reaction intermediate of the Photo-Fenton process.
Fenton’s oxidation process is one of the most commonly applied processes to the wastewater which cannot be treated by conventional biological treatment processes. However, it is necessary to minimize the cost of Fenton’s oxidation treatment by modifying the treatment processes or other means of chemical treatment. So, as a method for the chemical oxidation of biorefractory or nonbiodegradable organic pollutants, the Photo-Fenton-Reaction which utilizes iron(11)salt. $H_2O$$_2$ and UV-light simultaneously has been proprosed. Therfore, the purpose of this study is to test a removal efficiency of dye-wastewater and treatment cost with Fenton’s and Photo-Fenton’s oxidation process. The Fe(11)/$H_2O$$_2$ reagent is referred to as the fenton’s reagent. which produces hydroxy radicals by the interaction of Fe(11) with $H_2O$$_2$. In this exoeriment, the main results are as followed; 1. The Fenton oxidation was most efficient in the pH range of 3-5. The optimal condition for initial reaction pH was 3.5 for the high CO $D_{Cr}$ & TOC-removal efficiency. 2. The removal efficiency of TOC and CO $D_{Cr}$ increased up to the molar ration between ferrate and hydrogen peroxide 0.2:1, but above that ratio removal efficiency hardly increased. 3. The highest removal efficiency of TOC and CO $D_{Cr}$ were showed when the mole ration of ferrate to hydrogen peroxide was 0.2:3.4. 4. Without pretreatment process, photo-fenton oxidation which was not absorbed UV light was not different to fenton oxidation. 5. And Fenton oxidtion with pretreatment process was similar to Fenton oxidation in the absence of coagulation, the proper dosage of F $e^{2+}$: $H_2O$$_2$ was 0.2:1 for the optimal removal efficiency of TOC or CO $D_{Cr}$ .6. Also, TOC & CO $D_{Cr}$ removal efficiency in the photo-fenton oxidation with pretreatment was increased when UV light intensity enhanced.7. Optimum light intensity in the range from 0 to 1200 W/$m^2$ showed that UV-intensity with 1200W/$m^2$ was the optimum condition, when F $e_{2+}$:$H_2O$$_2$ ratio for the highest decomposition was 0.2:2.5.EX>$_2$ ratio for the highest decomposition was 0.2:2.5.
Kim, Min-Il;Im, Ji-Sun;In, Se-Jin;Kim, Hyuk;Kim, Jong-Gyu;Lee, Young-Seak
Carbon letters
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제9권3호
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pp.195-199
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2008
A nanocomposite consisting of $Fe_3O_4$ and MWCNT was produced via sol-gel technique using $FeCl_3$ along with MWCNT by calcination at $300^{\circ}C$. The degradation effect of rhodamine B dye has been investigated under UV illumination in a darkroom. The degradation reaction was studied by monitoring the discoloration of dye as a function of irradiation time using UV-visible spectrophotometeric technique. The $Fe_3O_4$-MWCNT samples have continuous degradation ability under the UV illumination with the first order kinetics and the dye removal was better than in the pristine $Fe_3O_4$. The resultant composite catalyst was found to be efficient for the photo-Fenton reaction of the dye.
본 연구에서는 펜톤반응, 광반응, 그리고 Fe$^{2+}$와 UV의 조합반응을 이용하여 항균제이면서 신종오염물질 중의 하나인 Triclosan (TCS)에 대한 분해 메커니즘을 해석하였다. 결과에 의하면 Fe$^{2+}$의 산화율은 $H_2O_2$와 UV-C에서 각각 30%와 28%로 차이를 보이지 않은 반면 UV-A의 경우 15%로 차이를 보였다. TCS의 초기 분해속도는 광반응(UV-C > UV-A)이 Fe$^{2+}$와 UV 조합반응과 펜톤 반응보다 높았으나 반응시간의 경과와 함께 Fe$^{2+}$가 포함된 조합반응에서의 분해속도 증가가 관찰되었다. 또한 반응중 메탄올의 첨가에 의해 모든 반응에서 영향을 받았고 펜톤반응의 경우 20분 동안 분해효율 90%에서 5%로 급감되었다. 이온성 부산물인 Cl$^-$의 생성율은 Fe$^{2+}$와 UV-C 조합반응에서 가장 높았으며(77% / 150 min) 메탄올이 첨가된 반응 초기에서는(15 min) 12%의 Cl$^-$ 생성을 보인반면 다른 반응들은 무시할 수준($\leq$2%)이었다. TOC의 제거 역시 Fe$^{2+}$와 UV-C의 조합반응에서 가장 높았으며 펜톤반응, Fe$^{2+}$와 UV-A 조합반응, UV-C 광반응, 그리고 UV-A의 광반응 순으로 낮았다. 그러나 펜톤반응의 경우 90분 후 부터는 반응이 거의 중지되는 것이 관찰되었는데 이는 $H_2O_2$에 의한 Fe$^{2+}$의 산화반응이 중지되었기 때문이다. 이에 반해 Fe$^{2+}$와 UV의 조합공정에서 반응은 지속되었다. 또한 초기 Cl$^-$ 생성은 Fe$^{2+}$와 UV-C의 조합반응에서 환원반응에 의한 TCS의 분해메커니즘을 가지고 있다고 할 수 있다. 환원에 의한 분해는 할로겐화유기화합물의 무기화에 매우 유리하므로 TCS의 대안적 처리방법으로 UV-C와 Fe$^{2+}$의 조합반응은 적용가능하다.
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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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