TiO2를 고정화한 광섬유 반응기내 내분비 교란물질의 광분해

류천수, 김춘일, 이종민, 김문선, 김병우

성균관대학교 화학공학과

Photocatalytic Degradation of Endocrine Disrupting Chemicals

in an Optical-Fiber Reactor Immobilized with TiO2

Chun-Soo Ryu, Chun-Il Kim, Jong-Min Lee,

Moon-Sun Kim, Byung-Woo Kim

Department of Chemical Engineering, Sungkyunkwan University

서론

환경호르몬이란 □내분비계 장애물질□로서 생명체의 정상적인 호르몬 기능에 영향을 주는 체외의 화학물질이다. 최근 가장 문제가 되는 내분비교란물질의 범주는 환경오염물질이며 가장 대표적인 것이 dioxin, PCB, DDT, 유기염소, 농약, 중금속, 플라스틱가소제 등이다(1).

Alachlor는 chloroacetanilide 구조를 가지며, 엽궐련과 콩, 옥수수 작물의 제배에 가장 널리 사용되는 수용성 제초제의 하나로 미국 EPA에 의해 B2 group으로 지정된 인체 발암물질이다 (2). 이러한 제초제와 그들의 분해산물은 계속되는 사용량의 증가와 상당기간의 잔류성으로 인해 많은 농업용수와 지표수에 축적되고 있다 (3-6).

본 실험에서는 기존의 membrane이나 iron metal을 사용하는 방법(7-8)과는 달리  organic binder와 disperser를 첨가시킨 TiO2 (P-25) solution에 의해 coating된 optical fiber를 이용해 alachlor의 분해능을 알아보았다.

이론

광촉매의 산화반응은 일정한 band-gap 이상의 에너지를 갖는 파장대의 빛이 조사되었을 때 여기되어 생성되는 정공(h+)과 전자(e-)에 의해 H2O, O2, H2O2 등이 강력한 산화력을 가진 hydroxyl radical을 생성하게 되고, 이것이 촉매입자 표면에 흡착되는 난분해성 물질들을 산화, CO2, H2O, HCl 등의 무해한 물질로 분해시킨다(9).

실험

Alachlor (98.5%, Aldrich, Fig. 1)는 초기농도 100ppm으로 실험하였으며, 30분 간격으로 sampling하였다. 분석은 EPA method에 따라 GC(HP6890, electron capture detector)에 의해 이루어졌다.

광촉매는 TiO2 (P-25, Degussa Gmblt Germany)를 사용하였고, 광섬유는 core diameter 1mm인 silica 재질을 사용하였다 (FT-1.0-UMT, TECS, U. S. A.). Organic binder와 disperser를 첨가시킨 TiO2 용액에 clad를 제거한 광섬유를 dip-coating하여 사용하였다.

광원은 400W metal-halide lamp(ULTRAMED 400, OSRAM, Germany)를 사용하였으며 convex lens를 사용해 빛의 누출을 최소화 하였다. Light-filter를 이용해 주파장인 370-380nm를 제외한 잔여광을 제거하였으며 광원의 광도는 monochromator(404VM, Acton Research Co., MA, U. S. A.)를 사용해서 filter 장착유무에 따라 각각 측정하였다.

전체 반응기는 pyrex 재질의 내부반응기와 acryl 재질의 cooling jacket을 별도로 제작하여 열교환을 향상시켰으며 실험중의 UV광에 의한 acryl 균열을 최소화 하였다(Fig. 2).

Figure 1. Alachlor

Figure 2. A TiO2-Immobilized optical-fiber reactor

결과

Figure 3. TiO2 immobilized surface of a slide glass

TiO2 solution의 조성을 변화시켜가며 coating의 안정성과 분해능의 변화를 해석하였으며, 이에 따른 quantum yield를 계산 하였다.

참고문헌

1. Jobling S., Nolan M., Tyler CR, Brighty G., Sumpter JP, Environ. Sci. Techol., 1998, 32, 2498

2. Gerald R. Eykholt and Douglas T. Davenport, Environ. Sci. Techol. , 1998, 32, 1482

3. Kolpin D. W., Barbash J. E., Gilliom R. Environ. Sci. Technol., 1998, 32, 558

4. Aga D. S., Thurman E. M., Yockel M. E., Zimmerman L. R., Williams T. D., Environ. Sci. Technol., 1996, 30, 592

5. Kolpin D. W., Thurman E. M., Goolsby D. A., Environ. Sci. Technol., 1996, 30, 335

6. Thurman E. M., Goolsby D. A., Aga D. S., Pomes M. L., Meyer M. T., Environ. Sci. Technol., 1996, 30, 569

7. Kocherginsky NM. Stucki JW. Environ. Sci. Technol., 2000, 34, 3574

8. Gerald R. Eykholt and Douglas T. Davenport, Environ. Sci. Technol., 1998, 32, 1482

9. O. Legrini, E. Oliveros, and A. M. Braun, Photochemical Processes for Water Treatment, Chem. Rev., 1993, 93, 671