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천연망간산화물과 버네사이트에 의한 1-Naphthol의 제거 특성 비교
A Comparative Study on the Removals of 1-Naphthol by Natural Manganese Oxides and Birnessite

이두희    (서울산업대학교   ); 한윤이    (서울산업대학교   ); 강기훈    (대림산업(주)   ); 신현상    (서울산업대학교  );
  • 초록

    본 연구에서는 망간원석을 포함한 4종의 천연망간산화물( $NMO_1\;NMO_4$ )을 대상으로 물질특성(결정상, 표면형태)과 1-naphthol (1-NP)에 대한 제거반응 특성을 회분식 실험을 통하여 수행하였고, 그 결과를 버네사이트에서의 결과와 비교 분석하였다. 천연망간산화물은 출처에 따라 버네사이트( ${\delta}-MnO_2$ )외에도 크립토멜란( ${\alpha}-MnO_2$ ), 연망간석( ${\beta}-MnO_2$ ) 등의 다양한 표면 특성을 동시에 가지고 있었으며, 이러한 표면 특성으로 인해 제거효율(제거율, 반응속도) 및 제거반응(흡착 또는 산화-변환제거)에서 차이를 보였다. 특히, $NMO_1$ (전해망간산화물)은 버네사이트에 비교해서도 우수한 1-NP의 산화-변환 제거효율을 보임을 알 수 있었다. 망간산화물에 의한 1-NP의 제거는 모두 유사-일차속도 식을 따랐으며, 각 망간산화물의 비표면적으로 표준화하여 얻은 속도상수( $k_{surf},\;L/m^2$ min) 값은 $NMO_1(3.31{\times}10^{-3})$ ${\delta}-MnO_2(1.48{\times}10^{-3}){\fallingdotseq}NMO_3(1.46{\times}10^{-3})$ $NMO_2(0.83{\times}10^{-3})$ $NMO_4(0.67{\times}10^{-3})$ 의 순이었다. 또한, 반응후 침전층에 대한 용매추출실험을 통해 평가한 1-NP의 산화-변환 반응효율은 $NMO_1{\fallingdotseq}{\delta}-MnO_2$ $NMO_3$ $NMO_4{\gg}NMO_2$ 의 순이었으며, 반응산물은 반응여액(상등액)에 대한 HPLC 크로마토그램, UV-vis. 흡광도비( $A_{2/4}$ , $A_{2/6}$ ) 분석을 통해 버네사이트에서와 같이 1-napthol의 산화-결합 반응에 의한 것임을 확인하였다. 이상의 결과로부터 본 실험에 사용한 천연망간산화물( $NMO_2$ 제외)은 1-NP의 제거에 효과적으로 적용될 수 있으며, 반응효율은 망간산화물의 출처에 따른 표면특성에 따라 차이가 있음을 확인하였다.


    In this study, four natural Mn oxides ( $NMO_1-NMO_4$ ) was characterized using x-ray diffraction, scanning electron microscopy, and their removal efficiency for 1-naphthol (1-NP) in aqueous phase, using batch reactor, was investigated. The results were compared with one another and a synthetic manganese oxide, birnessite. The NMOs have a various Mn minerals including pyrolusite ( ${\beta}-MnO_2$ ), cryptomeltane ( ${\alpha}-MnO_2$ ) as well as birnessite ( ${\delta}-MnO_2$ ) depending on their sources, which results in different removal efficiencies (removals, kinetics) and reaction types (sorption or oxidative-transformation). The comparative study showed that $NMO_1$ (electrolytic Mn oxide) have a higher removal efficiency for 1-NP via oxidative-transformation compared to birnessite. The 1-NP removals by NMOs were followed by pseudo-first order reaction, and the surface area-normalized specific rate constants ( $K_{surf},\;L/m^2$ min) determined were in order of $NMO_1(3.31{\times}10^{-3})$ ${\delta}-MnO_2(1.48{\times}10^{-3}){\fallingdotseq}NMO_3(1.46{\times}10^{-3})$ $NMO_2(0.83{\times}10^{-3})$ $NMO_4(0.67{\times}10^{-3})$ . From the solvent extraction experiments with the Mn oxide precipitates after reaction, it was observed that the oxidative-transformation rates of 1-NP were in order of $NMO_1{\fallingdotseq}{\delta}-MnO_2$ $NMO_3$ $NMO_4{\gg}NMO_2$ and the analysis of HPLC chromatogram and UV-Vis. absorption ratios ( $A_{2/4}$ , $A_{2/6}$ ) on the supernatant confirmed that the reaction products were oligomers formed by oxidative-coupling reaction. Results from this study proved that natural Mn oxide (except $NMO_2$ ) used in this experiment can be effectively applied for the removal of naphthols in aqueous phase, and the removal efficiencies are depending on the surface characters of the Mn oxides.


  • 주제어

    천연망간산화물 .   결정상 .   산화-변환반응 .   제거효율.  

  • 참고문헌 (26)

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 저자의 다른 논문

  • 한윤이 (1)

    1. 2010 "나노구조의 블랙-버네사이트를 이용한 퀴논계 화합물의 산화-변환 연구" 대한환경공학회지 = Journal of Korean Society of Environmental Engineers 32 (6): 547~554    
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