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- 저자 : 손승균 (검색결과 2 건)
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마이크로웨이브 및 초고온발열촉매를 이용한 토양정화기법의 최적화
In this study, microwave (MW) irradiation and hyperthermal catalysts were employed to develop an effective thermal remediation of soils contaminated with hazardous organic compounds. Phenanthrene and 4-chlorophenol were selected as toxic and resistant target organic contaminants, which are commonly found in contaminated sediments. In addition, powdered and granular activated carbon (PAC and GAC), graphite, charcoal, carbon nanotube (CNT), silicon carbide, and expanded graphite were screened as hyperthermal catalysts. MW was irradiated to these hyperthermal catalysts along with contaminated soils and the heating effect and contaminant removal from the soils were examined. As input power and irradiation time increased to 600 W and 10 min, respectively, the temperature of the mixture of hyperthermal catalysts and soils sharply increased. Then the heating effect did not increase markedly. Thus, 600 W and 10 min were determined as an optimized MW irradiation intensity associated with input power and irradiation time. In response to MW irradiation, PAC was found to be far more effective than other hyperthermal catalysts for heat-generation. Each of the hyperthermal catalysts was mixed with contaminated soils (1:9, 2:8 w/w), and then the mixture was irradiated by MW. It was found that GAC and PAC removed the contaminants mainly by adsorption, whereas graphite, charcoal, and CNT decomposed them by thermal reaction given by MW irradiation aided by hyperthermal catalysts. This was confirmed by adsorption capacity of hyperthermal catalysts for the contaminants, which showed that the contaminants strongly and effectively bound to GAC and PAC, but not to graphite, charcoal, or CNT. The specific surface areas of GAC (1152.23 m2/g) and PAC (818.55 m2/g) were much greater than those of graphite (10.53 m2/g), charcoal (71.04 m2/g), and CNT (220.19 m2/g), which resulted in remarkable adsorption capacity differences among the hyperthermal catalysts tested. On the other hand, graphite exhibited contaminant removal rates that was higher than 50%. This was attributed to more effective heating capacity of graphite than other hyperthermal catalysts in response to MW irradiation. The results of this study are expected to provide the basis for development of a thermal soil remediation technique using MW irradiation along with hyperthermal catalysts for the removal of resistant or relatively hazardous organic contaminants. 본 연구에서는 마이크로웨이브 및 초고온발열촉매를 이용하여 난분해성 오염물질로 오염된 토양의 효과적인 정화기술 개발을 목표로 하였다. 오염된 퇴적층에서 주로 검출되어 난분해성 및 독성 유기화합물로 널리 알려진 phenanthrene과 4-chlorophenol을 연구대상 오염물질로 선정하였다. 이들 물질을 토양에 인공적으로 오염시켜서 마이크로웨이브 및 초고온발열촉매인 분말활성탄(powder activated carbon, PAC), 입상활성탄(granular activated carbon, GAC), 흑연(graphite), 숯(charcoal), 탄소나노튜브(carbon nanotube, CNT), silicon carbide (SIC), 팽창흑연(expanded graphite)를 이용한 오염물질 분해능을 고찰하였다. 마이크로웨이브 최적의 조사강도는 출력량(W)이 높을수록 온도변화가 크지만, 에너지 효율 측면에서는 600 W가 우수하여 600 W로 선정하여 조사하였다. 초고온발열촉매 중에서 가열효과가 300℃ 정도로 유지된 silicon carbide와 expanded graphite에 비해 800℃ 이상의 가열효과를 나타낸 PAC, GAC, graphite, charcoal, CNT가 가열특성이 우수한 것으로 나타났다. 각각 4-chlorophenol과 phenanthrene으로 오염된 토양에 초고온발열촉매를 섞어서 마이크로웨이브로 조사한 결과, GAC와 PAC는 오염물질의 흡착에 의해 고정화/안정화 기작으로 제거됨에 반해 graphite, charcoal, CNT의 경우는 흡착보다는 마이크로웨이브에 의해 주로 제거되는 것으로 확인되었다. 또한, 초고온발열촉매에 대한 오염물질의 흡/탈착을 분석한 바 GAC와 PAC의 경우 강한 흡착 때문에 대상오염물질이 검출되지 않았으며 graphite, charcoal, CNT에는 대부분 흡착되지 않는 것을 알 수 있었다. 그 결과, graphite, charcoal, CNT는 마이크로웨이브에 의해 오염물질인 4-chlorophenol과 phenanthrene이 50%이상 제거되는 것으로 확인되었다. 이는 Brunauer Emmett Teller (BET)분석을 통해 알아본 결과, GAC와 PAC는 입자크기가 작고 미세한 공극이 많으며 표면적이 크기 때문에 한번 흡착되면 추출되지 않으나 graphite, charcoal, CNT는 GAC와 PAC에 비해 입자크기가 크고 표면적이 작기 때문에 흡착능은 떨어져도 오염물질의 분해율을 극대화시키는 역할을 하는 것으로 사료된다. 이와 같은 결과는 마이크로웨이브 및 초고온발열촉매를 활용하여 난분해성 오염물질을 보다 경제적이고 최단시간에 제거할 수 있는 기법 개발의 기초 연구로 사용될 수 있을 것이라 판단된다.
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