오염물질 산화처리를 위한 바이오차 기반 나노 망간 산화물의 촉매로의 평가

Abstract

본 연구에서는 오존/persulfate/nano MnO2-biochar를 이용한 고도산화공정을 통해 phenol과 항생제 물질인 sulfamethoxazole(SMX)의 산화 처리를 고찰하였다. 바이오차기반 나노 망간 산화물이 촉매로 사용될 때 오존/persulfate 산화 공정에서 라디칼이 발생되어 산화처리 속도가 향상 될 것을 가정하였고 라디칼 발생 규명을 위해 회분식 실험을 실시하였다. 실험 중 발생하는 라디칼의 존재를 확인하기 위하여 chemical reagents를 사용한 quenching 테스트를 진행 라디칼의 발생을 간접적으로 관찰한 뒤 EPR 분석 중 스핀 트랩 기법을 통해 라디칼의 존재를 직접적으로 관찰하였다. 산화 실험 결과는 RS biochar만 사용했을 때 SMX의 농도가 감소 되지 않았지만 RS biochar/오존을 함께 사용했을 때는 SMX의 농도가 68% 감소되었으며 RS biochar/persulfate/오존을 혼합하여 진행한 실험에서는 87%의 SMX 농도가 감소되었다. RS biochar/persulfate/MnO2/오존을 함께 사용한 실험에서는 SMX의 농도가 80% 감소하였다. phenol의 산화 실험 결과는 persulfate 및 RS biochar의 경우 농도 감소가 일어나지 않았다. nano MnO2-biochar의 경우 RS biochar 및 pesulfate 각각의 컨트롤 실험에서는 phenol의 농도가 감소하지 않았다. 그러나 두 가지를 혼합하여 실험한 경우 페놀의 농도가 25% 감소하였다. RS biochar/pesulfate/오존을 함께 사용한 실험에서는 phenol의 농도가 67% 감소하였다. nano MnO2-biochar의 컨트롤 실험 결과 또한 페놀의 농도가 감소하지 않았다. nano MnO2-biochar/persulfate/오존을 혼합하여 진행한 실험에서는 페놀의 농도를 99% 감소시켰다.

실험 중 발생하는 라디칼을 간접적으로 관찰하기 위해 Quenching 테스트를 한 결과 기존 99% 감소하던 농도가 TBA 1 M 과 혼합했을 때 페놀의 농도가 56% 감소하였고 MeOH 1 M 과 혼합하여 실험을 진행한 결과 페놀의 농도가 22% 감소하였다. Quenching 테스트를 통해 산화 공정시 오염물질 제거에 작용하는 주요 라디칼은 OH·인 것을 확인 할 수 있다. 실험 중 발생하는 라디칼의 발생을 직접적으로 관찰하기 위하여 EPR 분석을 한 결과 오존을 이용한 산화 실험 시 OH· 라디칼의 발생을 관찰하였다. 오존/pesulfate/nano MnO2-biochar를 함께 사용한 결과 OH· 과 SO4·- 라디칼이 관찰되었다. Phenol 및 항생제 오염물질의 제거에는 오존 기반의 고도 산화 공정에서 발생하는 라디칼의 형성으로 오염물들을 효율적으로 제거할 수 있다고 판단되며 바이오차 기반 금속산화물인 nano MnO2-biochar는 고도산화 공정에서 촉매로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.