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표제지

목차

국문요지 10

제1장 서론 13

제2장 이론적 배경 15

제1절 투수반응벽체(Permeable Reactive Barriers, PRB) 15

제2절 처리대상물질 - 염소계 유기화합물 18

제1항 처리 대상오염물질의 물리화학적 특성 20

제2항 TCE 노출 시 건강에 미치는 영향 22

제3절 슬래그(Slag) 23

제1항 국내슬래그의 발생 동향 및 이용 현황 25

제4절 산화철 (Iron oxide) 27

제1항 뷔스타이트(wustite)(이미지참조) 27

제2항 마그네타이트 (Magnetite) 29

제3항 헤마타이트 (Hematite) 31

제5절 연구의 필요성 및 목적 33

제6절 반응 메카니즘 34

제3장 실험재료 및 방법 36

제1절 실험재료 36

제2절 실험방법 37

제1항 슬러리 실험 37

제3절 분석 방법 38

제1항 Chlorinated compounds 38

제2항 Non-chlorinated compounds 40

제3항 전계 방출형 주사전자 현미경 42

제4항 X선 회절 분석 42

제4장 실험결과 및 고찰 43

제1절 슬래그를 이용한 회분식 실험 43

제2절 뷔스타이트를 이용한 회분식 실험 48

제3절 pH의 변화 56

제4절 TCE의 분해경로 및 분해부산물의 농도 58

제5절 전계 방출형 주사전자 현미경(FE-SEM), X-선 성분분석(EDS) 분석 63

제1항 전로슬래그 분석 63

제2항 뷔스타이트 분석 66

제6절 X선 회절분석법 분석 69

제1항 전로슬래그 분석 69

제2항 뷔스타이트 분석 72

제5장 결론 75

참고논문 77

ABSTRACT 84

List of Tables

Table 1. Summary of remedial technologies 17

Table 2. Chlorinated organic compounds 19

Table 3. Physical - chemical properties of trichloroethylene 21

Table 4. General properties of wutite(이미지참조) 28

Table 5. General properties of magnetite 30

Table 6. General properties of hematite 32

Table 7. Chemical compositions of converter slag 36

Table 8. Conditions and informations of GC-ECD 39

Table 9. Conditions and informations of GC-FID 41

Table 10. Comparison of pseudo-first-order rate constants obtained from converter slag/Fe(II) system a,b,c,d (이미지참조) 47

Table 11. Comparison of pseudo-first-order rate constants obtained from wustite/Fe(II) system a,b,c,d,e(이미지참조) 55

Table 12. EDS analysis for atomic composition of before reaction (A) and after reaction (B) using converter slag 65

Table 13. EDS analysis for atomic composition of before reaction (A) and after reaction (B) using wustite(이미지참조) 68

그림목차

Fig. 1. Configuration of a permeable reactive barriers (PRBs) for water treatment(USEPA, 1998). 16

Fig. 2. Structure of trichloroethylene (Wikipedia). 20

Fig. 3. Schematic diagram of slag process/동서개발(주) 24

Fig. 4. Schematic diagram of total emission/한국철강협회 26

Fig. 5. The pie charts of recycling results/한국철강협회 26

Fig. 6. Structure of w?tite (Stanjek, umpubl.) 27

Fig. 7. Structure of magnetite (source: Wikipedia). 29

Fig. 8. Structure of hematite (source: Wikipedia). 31

Fig. 9. Schematic representation showing the mechanism by surface complexes. 34

Fig. 10. Phases of vial. 38

Fig. 11. Phases of the headspace vial. 40

Fig. 12. Kinetic of TCE degradation by converter slag amended Fe(II) solution. 46

Fig. 13. Performances of wustite amended with FeSO₄ systems in dechlorination of TCE 51

Fig. 14. Kinetic of TCE degradation by wustite/Fe(II) system of section II-III. 52

Fig. 15. Performances of wustite amended with FeCl₂ system in dechlorination of TCE. 53

Fig. 16. Kinetic of TCE degradation by wustite/FeCl₂ system of section I-II. 54

Fig. 17. A typical pH of the solution vs. time plot obtained in batch experiments. 57

Fig. 18. Proposed reaction scheme for the reduction of trichloroethylene by converter slag/wustite system(adapted form Arnold and Roberts, 2000). 60

Fig. 19. The concentration of acetylene, ethane, and ethylene changes versus time in converter slag/Fe(II) system. 61

Fig. 20. The concentration of acetylene, ethane, ethylene andvinyl chloride changes versus time in wustite/Fe(II) system. 62

Fig. 21. FE-SEM images of converter slag formed at (A) before 0 day of reaction (x20,000) and (B) after 5 days of reaction(x20,000) after ferrous sulfate treatment. 64

Fig. 21. FE-SEM images of converter slag formed at(C) after 5 days of reaction (x100,000) after ferrous sulfate treatment. 65

Fig. 22. FE-SEM images of wustite formed at (A) before 0 day of reaction and (B) after 5 days of reaction (x20,000) after ferrous sulfate treatment. 67

Fig. 22. FE-SEM images of wustite formed at (C) after 5 days of reaction (x100,000) after ferrous sulfate treatment. 68

Fig. 23. Powder XRD result of before reaction converter slag and after reaction converter slag amended with Fe(II) 71

Fig. 24. Powder XRD result of before reaction wustite and after reaction wustite amended with Fe(II).(이미지참조) 74

초록보기

최근 몇 년 동안 막대한 양의 슬래그가 발생되고 있다. 특히 전로슬래그는 철강제조 과정에서 마지막에 배출되는 물질로서 처리하는 데 있어서 제한 및 경제적으로도 많은 자본이 필요하기 때문에 환경공학에서의 연구는 활발히 이루어지고 있다. 이처럼 다양한 물질로 조합되어 있는 전로슬래그와 값이 저렴한 Fe(II)로 개질시킨 후에 트리클로로에틸렌과 같은 염소계 유기화합물질을 효과적으로 감소시킬 수 있다. 또한 반응매질로 전로슬래그/산화철(뷔스타이트)를 반응매질로 이용한 투수성 반응벽체는 지하수 처리하는 원위치 정화기술로 국내외적으로 연구가 활발히 진행되고 있다.

본 연구에서는 2가철로 개질시킨 전로슬래그/뷔스타이트를 이용하여 효율이 향상된 트리클로로에틸렌 처리기술 개발을 목적으로 하였다. 회분식 실험은 효과적으로 트리클로로에틸렌을 분해하는 것으로 나타났다. 2가철로 개질된 전로슬래그와 산화철을 이용한 실험에 비해 높은 TCE 분해효율을 나타냈다. 그 이유로는 TCE의 분해산물로 ethane과 ethylene이 검출되었고, 분해경로로는 hydrogenolysis로 분해된 것으로 판단된다. 한편 2가철로 개질된 전로슬래그의 TCE 분해실험결과 아세틸렌, 에틸렌, 에탄이 80% 정도 회수 되어 전로슬래그/Fe(II)에 의한 TCE 분해가 환원적 탈염소화 반응에 의한 것임을 알 수 있었다. pH는 반응시간 동안 5-6의 산성조건으로 유지되었다. 또한 전로슬래그 내 존재한 산화철의 영향을 알아보기 위하여 수행한 뷔스타이트/Fe(II) 시스템의 TCE 분해경로로는 hydrogenolysis로 분해되었으며, 미량의 vinyl chloride가 발생하였다. 본 시스템 내에서 green rust와 같은 Fe(II)-Fe(III) mixed mineral이 형성되어 트리클로로에틸렌이 환원적 탈염소화 반응으로 일어나는 것으로 판단된다.

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