Reductive dechlorination of tetrachloroethylene by mackinawite with co-balamin in cement slurry

Abstract

환원적 고형화 및 안정화는 기존의 고형화 및 안정화를 발전시킨 기술로 무기물의 고정화와 함께 유기물을 분해시킬 수 있다. 이 연구에서는 mackinawite, cobalamin 그리고 시멘트를 각각 전자 공여체, 전자 전달 매개체 그리고 바인더로 하는 철 기반의 환원적 고형화 및 안정화 프로세스를 통한 테트라클로로에틸렌에 대한 분해 특성을 파악하였다. 우선, mackinawite와 cobalamin을 환원적 고형화 및 안정화 프로세스에 적용가능성을 평가하기위해, mackinawite와 cobalamin을 이용한 PCE 분해에 대한 다양한 환경적 요인들의 영향을 살펴보았다. Mackinawite와 cobalamin을 이용한 PCE 분해는 pH(5-12)가 커지면서 분해속도가 증가하였고, pH 12에서 가장 큰 반응속도를 보였다. 오직 pH12에서 측정된 mackinawite 표면의 환원력만이 코발라민의 중심원소인 코발트의 산화수를 2가에서 1가로 환원시킬 수 있는 값을 나타내었다. Mackinawite 와 cobalamin 의 양이 증가하면서 PCE에 대한 분해 속도가 증가하였고, 초기 PCE 농도 값이 클 수록 그 분해속도는 작아지는 패턴을 보였다. 다양한 이온들의 영향을 확인한 결과, 칼슘이온이 함께 존재할 때 그 반응속도가 10배 이상 증가하는 현상을 보였다. 위와 같은 다양한 환경적 요인에대한 파라메트릭 실험에 의해 고형화 및 안정화에 사용되는 시멘트를 결합시켜 더 좋은 PCE 분해 효율을 얻을 수 있다는 결론을 내렸다. Mackinawite와 cobalamin이 시멘트 현탁액 내에 있을때 테트라클로로에틸렌의 99%가 5시간이내에 분해되었다. X선 광전자 분광법을 통해 mackinawite 표면의 화학종들의 산화수를 확인한결과, 시멘트 현탁액 내에서 mackinawite 표면의 황성분이 전부 산화되어 황산이 되었다. 이는 두가지 사실을 내포한다. Mackinawite의 성분 중 sulfide 역시 전자를 제공함으로써 전자공여체역할을 하며, cobalamin의 중심 전이금속인 코발트가 2가에서 1가로 환원됨을 의미 한다. 시멘트 현탁액 내에서 mackinawite와 cobalamin을 이용한 테트라클로로에틸렌의 분해는 pH와 cobalamin농도에 큰 영향을 받았다. pH가 증가하면서 그 반응속도는 크게 증가하였고, cobalamin은 테트라클로로에틸렌 분해에 있어 반드시 필요한 전자 전달 매개체로서의 역할이 확인되었다. 산화칼슘이 함께 있을때 그 반응속도가 26배 증가함을 보아, 시멘트가 수화하면서 발생하는 칼슘성분이 mackinawite와 cobalamin을 이용한 테트라클로로에틸렌의 분해에 크게 영향을 미치는 것으로 확인되었다. 이 연구는 자연상에서 발생하는 전자공여체와 전자전달매개체가 시멘트 현탁액에서 테트라클로로에틸렌의 환원적 분해함에 있어 기본적 지식을 제공하며, 다양한 환경적 요인에 대한 영향도 평가하였다.