Lee, Sang Hyuk;Kim, Hyungi;Girault, Hubert H.;Lee, Hye Jin
Bulletin of the Korean Chemical Society
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v.34
no.9
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pp.2577-2582
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2013
A novel stick-shaped portable sensing device featuring a microhole array interface between the polyvinylchloride-2-nitrophenyloctylether (PVC-NPOE) gel and water phase was developed for in-situ sensing of perchlorate ions in real water samples. Perchlorate sensitive sensing responses were obtained based on measuring the current changes with respect to the assisted transfer reaction of perchlorate ions by a perchlorate selective ligand namely, bis(dibenzoylmethanato)Ni(II) (Ni(DBM)2) across the polarized microhole array interface. Cyclic voltammetry was used to characterize the assisted transfer reaction of perchlorate ions by the $Ni(DBM)_2$ ligand when using the portable sensing device. The current response for the transfer of perchlorate anions by $Ni(DBM)_2$ across the micro-water/gel interface linearly increased as a function of the perchlorate ion concentration. The technique of differential pulse stripping voltammetry was also utilized to improve the sensitivity of the perchlorate anion detection down to 10 ppb. This was acquired by preconcentrating perchlorate anions in the gel layer by means of holding the ion transfer potential at 0 mV (vs. Ag/AgCl) for 30 s followed by stripping the complexed perchlorate ion with the ligand. The effect of various potential interfering anions on the perchlorate sensor was also investigated and showed an excellent selectivity over $Br^-$, $NO_2{^-}$, $NO_3{^-}$, $CO{_3}^{2^-}$, $CH_3COO^-$ and $SO{_4}^{2^-}$ ions. As a final demonstration, some regional water samples from the Sincheon river in Daegu city were analyzed and the data was verified with that of ion chromatography (IC) analysis from one of the Korean-certified water quality evaluation centers.
The equivalent conductances for tetraethylammonium perchlorate (TEAP), tetrabutylammonium perchlorate (TBAP), tetrahexylammonium perchlorate (THAP), and tetradodecylammonium perchlorate (TDDAP) were measured in pyridine (Py) at 25 ℃. The measured data have been analyzed by Onsager conductance theory. From Kohirausch's law of independent migration of ion, the limiting ionic conductances of tetraalkylammonium ions were determined using the limiting ionic conductance of perchlorate cited from reference. Using those and viscosity of pyridine, the Stokes and hydrodynamic radii of tetraethylammonium, tetrabutylammonium, tetrahexylammonium, and tetradodechylammonium ions were calculated. And, the salvation numbers of corresponding ions were also calculated using the hydrodynamic and crystallographic radii and the volume of one pyridine molecule. From those results, the model of salvation for those ions was extracted by comparison with the model for ion salvation. And the electrostatic Gibbs free energy (ΔGel) fitted for our salvation model was calculated. Those of corresponding ions in pyridine at 25 ℃ also increased with increasing radii of tetraalkylammonium ions. This trend of ΔGel was explained by the different ion-solvent interaction between tetraalkylammonium ion and pyridine.
Perchlorate ion ($ClO_4^-$) has been widely used as oxidizing agent in military weapon system such as rocket and missile fuel propellant. So it has been challenging to remove the pollutant of perchlorate ion. nanoscale zero valence iron (nZVI) particles are widely employing reduction catalyst for decomposition of perchlorate ion. nZVI particles has increasingly been utilized in groundwater purification and waste water treatment. But it have strong tendency of aggregation, rapid sedimentation and limited mobility. In this study, we focused on reduction of perchlorate ion using nZVI particles immobilized in alginate polymer bead for stabilization. The stabilized nZVI particles displayed much greater surface area, and much faster reaction rates of reduction of perchlorate ion. In this study, an efficient way to immobilize nZVI particles in a support material, alginate bead, was developed by using $Ca^{2+}$ as the cross-linking cations. The efficiency and reusability of the immobilized Fe-alginate beads on the reduction of perchlorate was tested at various temperature conditions.
Kim, Young-Eun;Jeong, Yu-Dong;Kim, Sun Hwan;Paeng, Ki-Jung
Analytical Science and Technology
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v.26
no.1
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pp.11-18
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2013
Perchlorate ($ClO{_4}^-$) is the material that is used as propellants of rockets and material of explosive as a form of ammonium perchlorate salts. Ammonium perchlorate solution of high concentration is recovered from expired rocket through demilitarization process by the water-jet method. If people take perchlorate in food and water, it interferes with adsorption of iodide which is the substance needed to synthesize thyroid hormone in the thyroid gland. It has an bad influence upon disturbing pregnancy and synthesis of growth hormone. So the effective method is necessary to remove perchlorate anion in water. By considering economic aspect, we studied effective desorption (regeneration) of perchlorate anion from adsorbent with studies on removal and adsorption of perchlorate anion. Desorption experiment was conducted as batch type. Depending on various conditions (concentration, pH, cation anion form) elution, we evaluated amount, efficiency of desorption(amount of adsorption/desorption ${\times}$ 100). Also, research confirmed the efficiency of mixed resins between anion exchange resin and activated carbon and expected synergic effect from advantages of both adsorbents.
In this study, a chloride ion probe as a direct measurement for perchlorate reduction was used to determine whether biological perchlorate reduction was inhibited by other electron acceptors ($O_2$ and ${NO_3}^-$) and to investigate competition of electron acceptors for using electron donors. Profiles of chloride production (= perchlorate reduction) in flasks containing perchlorate reducing populations were monitored by a chloride ion probe. Biological reduction of 2 mM perchlorate was inhibited by 2 mM nitrate that chloride production rate was decreased by 30% compared to perchlorate used as the only electron acceptor and chloride production rate was decreased by 70% when acetate was limited. Reduction of 2mM perchlorate was completely inhibited by oxygen at 7~8 mg/L, regardless of acetate excess / limitation.
Kim, Hwa-Bin;Oh, Jeong-Eun;Lee, Sung-Yun;Cho, Jae-Weon;Snyder, Shane
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.28
no.7
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pp.776-781
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2006
Perchlorate ion($ClO_4^-$), which is present in the solid propellant for rocket, herbicide and some fertilizers. Perchlorate inhibits iodide uptake by the human thyroid gland. Impairment of thyroid function in expectant mothers may impact the fetus and result in effects including cerebral palsy, give rise to thyroid gland cancer. The US EPA(Environmental Protection Agency) adopted a reference dose(RfD) for perchlorate 0.0007 mg/kg-day, and this guidance lead to a Drinking Water Equivalent Level(DWEL) of 24.5 ${\mu}g/L$. The studies about perchlorate are actively performed in foreign countries, especially in USA but there is no study which surveyed the perchlorate contamination in Korea. Therefore, this study was done to investigate perchlorate contamination in Nak-dong river and tap water. The perchlorate was detected in Nakdong river and ranged from ND to 278.4 ${\mu}g/L$. The highest concentration was observed in Kumichon. The perchlorate concentration was decreased with the down stream of Nakdong river. The perchlorate concentration in tap water was varied with the cities and the concentration levels were $ND{\sim}34.1$ ppb. The highest perchlorate concentration was observed in DalsuGoo in Daegu and the similar concentration($9{\sim}11$${\mu}g/L$) was detected in most of the districts in Busan. The result of this study suggests that there is a perchlorate source near the Nakdong river and the urgent policy is needed to control perchlorate for the cities which are supplied from Nakdong river as for their tap water.
Journal of the Korean Applied Science and Technology
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v.25
no.1
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pp.65-72
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2008
The ion exchangers supported on silica gel containing primary, secondary, or tertiary amine groups show a behaviour that is weakly acidic, while the quaternary salts are strongly acidic. These properties change according to the hydrophilicities of the modifier functional groups. Ammonium salt derivatives supported on silica gel were prepared from silica modified with 3-Aminopropyltriethoxysiliane and N-3-(Trimethoxysilyl)propylehtylene diamine. The preparation and the ion exchange properties of two systems were discussed. Two systems have different hydrophilicities and contain ammonium chloride derivatives of 3-amminopropyltriethoxysilane and N-3-(triehtoxysilyl)propyl ethylene diamine supported on silica gel, $SA^+/Cl^-$ and $SA^+/Cl^-$, respectively. The high affinity to perchlorate ion presented by the $SA^+/Cl^-$ through the equilibrium studies of ion exchange led us to its application as an ion selective electrode for the perchlorate ion. The determination of the perchlorate ion in the presence of other anions and in complexes is very difficult. Few analytical methods are available and most of them are indirect. Both materials showed potential use as an ion exchanger; they are thermically stable, achieve equilibrium rapidly in the presence of suitable exchanger ions, and are easily recovered.
Shin, Kyung-Hee;Son, Ah-Jeong;Cha, Daniel K.;Kim, Kyoung-Woong
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.29
no.9
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pp.1060-1068
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2007
Perchlorate contamination in aquatic system is a growing concern due to the human health and ecological risks associated with perchlorate exposure. In spite of potential risks associated with perchlorate, drinking water standard has not been established worldwide. Recently, US EPA has issued new protective guidance for cleaning up perchlorate contamination with a preliminary clean-up goal of 24.5 ppb. In Korea, the drinking water standard and discharge standard for perchlorate has not been established yet and little information is available to address perchlorate problems. Perchlorate treatment technologies include ion exchange, microbial reactor, carbon adsorption, composting, in situ bioremediation, permeable reactive barrier, phytoremediation, and membrane technology. The process description, capability, and advantage/disadvantages of each technology were described in detail in this review. One of recent trends in perchlorate treatment is the combination of available treatment options such as combined microbial reduction and permeable reactive burier. In this review, we provided a brief perspective on perchlorate treatment technology and to identify an efficient and cost-effective approach to manage perchlorate problem.
Park, Su-Min;Jeon, Byong-Hun;Jeong, Hyuk;Paeng, Ki-Jung
Analytical Science and Technology
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v.23
no.5
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pp.429-436
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2010
The present research evaluates the efficiency of mixed resins between anion exchange resin and active carbon. We expected synergic effect from advantages of both adsorbents. Especially, this research focused on the removal of high cencentrated perchlorate ion from demilitarization solution. The total amount of the adsorbed perchlorate ion is increased considerably with mixed resins between mono functional anion exchange resin and granular active carbon from a single adsorbent. Results demonstated that this process not only improve the efficiency of adsorbing perchlorate, but save the time, space and cost for treating perchlotrate waste solution, because of reducing organic contaminant removing process. The interference effects from coexisting anions are not significant and can successfully applied to real demilitarization sample.
Kim, Hyun-Hee;Han, Ihn-Sup;Jeong, Gwan-Jo;Park, Hyeon;Han, Sun-Hee;Cho, Wan-Seon
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.32
no.4
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pp.349-356
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2010
Ion chromatography (IC) coupled with conductivity detector (CD) is a common system for the determination of perchlorate in water samples. Although the IC method with CD has been widely used for the determination of trace level perchlorate ion in water, sensitivity decreases dramatically as the complexity of the matrices increases. Here we proposed the application of ion chromatography coupled with mass spectrometry (IC-MS/MS) to significantly improve selectivity of perchlorate. The mean recovery of the method was 104.4 ${\pm}$ 5.7% and the relative standard deviation (RSD%) was 1.9 ${\pm}$ 1.3%. The alculated method detection limit (MDL) was 0.0207 ${\pm}$ 0.0099 ${\mu}g/L$. The concentrations of perchlorate were minimum <0.1 ${\mu}g/L$ and maximum 18.3 ${\mu}g/L$ in source water (Namhan, Bukhan and Han River). Hongreung showed higher concentrations ($1^{st}$-14.3 ${\mu}g/L$, $2^{st}$-18.3 ${\mu}g/L$) than the other places. And the concentrations of perchlorate were 0.18~0.34 ${\mu}g/L$ in the samples taken from the six water treatment plants and six intake stations in Seoul.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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