Adsorption of CPC on pyrite surface at pH 5 to 9 and electrolytes effect in the presence of 0.01~0.1 M NaCl at pH 5 and 7 with the measurement of zeta ($\zeta$) potential is investigated. It was observed that depending on pH condition, CPC adsorption could occur by only hydrophobically (positive surface charge) or using both hydrophobic and hydrophilic force (negatively surface charge). Regardless the nature of surface charge, presence of NaCl decreased adsorption by shielding effect. Positively $\zeta$-potential value showing no charge reversal confirmed the monolayer adsorption at positive surface condition while by giving a charge reversal; it suggested the existence of the double layer adsorption. In the presence of NaCl, $\zeta$-potential value of pyrite surface gave negative value confirming that counterions shielded pyrite surface. By measuring the CMC and degree of dissociation of counterions ($\alpha$) in micelles at different pH condition, it was studied that CMC did not affect the adsorption significantly while smaller and larger value of $\alpha$ is preferential for adsorption using tail groups and head groups, respectively. From PhreeqC analysis, it was studied that maximum adsorption occurred at pH 7 due to the metastable phase where pyrite started to saturate with solution.
By introducing hydrogen peroxide ($H_2O_2$) while surfactant content polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) like pyrene could be degraded efficiently by pyrite-Fenton reaction. Therefore, this study also focused on the mechanism of enhanced pyrene degradation by pyrite-Fenton reaction in the presence of NaCl. For this purpose, 10 ppm pyrene was solubilized in 1.8 mM of a cationic cetylpyridinium chloride (CPC) surfactant solution. Degradation kinetic experiment was performed using 3 g/L pyrite suspension with 0.42 mM hydrogen peroxide ($H_2O_2$) without and with 0.1 M NaCl. The value of first order kinetic rate constant was $0.029min^{-1}$ without NaCl and it was observed to be 2.9 times (k=$0.084min^{-1}$) faster in the presence of NaCl. Concentration of ferrous ion was measured during the degradation reaction. It was found that 100 % ferrous ion was consumed by $H_2O_2$ for longer period in the presence of NaCl.
본 논문은 pyrite 표면으로의 CPC 흡착(pH 5~9) 및 0.01~0.1 M NaCl 전해질의 흡착(pH 5와 7)에 대한 영향을 zeta potential 측정을 통해 연구하였다. CPC흡착 양상은 소수성 결합(양전하표면) 또는 소수성 및 친수성 결합(음전하표면)에 의해 발생 가능한 pH의존전하의 특성을 보였다. NaCl은, 표면전하의 고유특성을 고려치 않는 경우에도, 차폐효과로써 흡착을 방해하였다. 제타 포텐셜은 전하역전이 발생하지 않았음을 의미하는 양의 값을 보였으며, 이로부터 양전하표면에서 단일층 흡착이 일어났음을 유추하였다; 전하역전 발생은 이중층 흡착의 존재를 의미한다. NaCl이 존재하는 경우, pyrite 표면은 음의 제타포텐셜 값을 나타내었고, 이로부터 반대이온들(counter-ions)이 pyrite표면에 차폐효과를 야기하였음을 확인하였다. pH 변화에 따른 micelles내 반대이온들($\alpha$)의 분해수준과 CMC를 측정함으로써, CMC는 흡착에 중대한 영향을 미치지 않으며 보다 작거나 큰 $\alpha$ 값은 tail 및 head groups를 이용한 흡착에 우선함을 알 수 있었다. PhreeqC 분석결과는, pyrite로의 흡착이 pH 7에서 최대임을 보였으며, 이는 pyrite가 solution과 더불어 포화 되기 시작하는 metastable phase로 인한 것임을 나타내었다. Pyrene과 같은 다환방향족 탄화수소(PAHs)를 함유하는 계면활성제는 과산화수소($H_2O_2$) 주입을 통한 pyrite-Fenton 반응에 의해 효과적으로 분해 되었다. 따라서, 추가연구로써 NaCl존재 하에 pyrite-Fenton 반응에 의한 pyrene 분해효율 증가의 메커니즘에 주목하였다. 이를 위해, 10ppm의 pyrene을 1.8mM 양이온성 cetylpyridinium chloride(CPC) 계면활성제 용액에 용해시켰다. 분해 kinetic 실험간, 3g/L pyrite 현탁액 및 0.42mM 과산화수소에 0.1M NaCl을 첨가 또는 비 첨가하였다. NaCl을 첨가하지 않은 경우의 1차 반응 속도 상수는 $0.029min^{-1}$였으며, 첨가한 경우는 그 보다 2.9배 빠른 $0.084min^{-1}$을 나타내었다. 또한, 제1철 이온의 농도를 분해반응 간 측정하였다. 측정결과, 제1철 이온이 과산화수소에 의해 100%소모되는 것은, NaCl을 첨가한 경우에 있어서 그렇지 않은 경우 보다 긴 반응시간 동안 유효하였다.