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Investigation of reaction mechanism and stability of nanoscale zero-valent iron in bromate reduction = Bromate 환원공정에서 영가철의 안정성과 반응기작에 관한 연구
서명 / 저자 Investigation of reaction mechanism and stability of nanoscale zero-valent iron in bromate reduction = Bromate 환원공정에서 영가철의 안정성과 반응기작에 관한 연구 / Abudanash Damira.
저자명 Damira, Abudanash ; 다미라, 아부다나시
발행사항 [대전 : 한국과학기술원, 2017].
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초록정보

Treatment of bromate-contaminated water and wastewater is of particular concern as bromate is known for its potential cancerous health hazards. In this study, the reduction of bromate to bromide was successfully catalyzed by mono and bimetallic catalysts based on NZVI. The catalytic tests carried out in batch and continuous-flow reactors showed complete removal of bromate and production of bromide as a single by-product. The stability of bromate reduction over longer periods of time by NZVI supported catalyst was enhanced by a set of optimization experiments. Iron corrosion and sequential rapid passivation of the catalyst were decelerated due to the variation of Cu loading (0.5% wt), Pd loading (1.5%wt), hydrogen gas supply (40 mL/min) and bromate removal (>98%) was observed for 11 h. The lifetime of NZVI supported bimetallic catalyst was also tested by variations in operational parameters such as HRT, catalyst loading and initial bromate concentrations. The durability test of the catalyst at optimized conditions revealed that complete bromate reduction has been sustained for 24 h with further reactivity loss (from 100 to 20%) over the next 100 h. Several analytical techniques (XRD, TEM/EDX and XPS) were used to identify the reaction mechanism for bromate reduction and efficiency of the catalyst. Both XRD and XPS analysis showed that the reactive NZVI support was oxidized to $Fe^{2+}$ and $Fe^{3+}$ along with Cu0 to CuO, while the oxidation state of Pd0 did not change. Therefore, bromate reduction occurred at the surface of interacting reactive support (NZVI) and metal particle (Cu), while noble metal particle (Pd) acted as hydrogenation catalyst that prolonged the lifetime of the bimetallic catalyst.

브롬산염이 가지는 발암 위험성으로 인해 브롬산염으로 오염된 폐수의 처리는 매우 중요하다. 본 연구에서는 영가철 기반 단일 및 바이메탈 촉매를 개발하여 이를 브롬산염 환원에 사용하였다. 회분식 및 연속식 반응조에서 실험한 결과 브롬산염이 모두 제거되고 단일 부산물로 브롬화물이 생성되었다. 최적화 실험을 통해 영가철 기반 촉매가 브롬산염 연속 환원 공정에서 오랜 기간 동안 작용하는 것을 보였다. 구리(0.5중량 퍼센트), 팔라듐 (1.5 중량 퍼센트), 수소 가스 공급 (40mL/분)의 변화량에 따라 철 부식 및 이로 인한 촉매 비활성화를 보였고, 11시간 동안 98% 이상의 브롬산 제거 효율을 보였다. 수리학적 체류시간, 촉매 담지량, 초기 브롬산 농도에 따른 바이메탈 촉매를 지지체로 한 영가철의 수명 또한 측정하였다. 최적화된 조건하에서 촉매는 24시간 동안 정상적으로 작용하였으며, 이후 100시간 동안 효율이 100%에서 20%로 줄어들었다. XRD, TEM/EDX, XPS와 같은 분석 기술들을 이용하여 브롬산염 환원 공정의 반응 기작과 촉매 효율을 확인하였다. XRD와 XPS 결과는 영가철이 2가 철과 3가 철로, 그리고 영가 구리가 산화구리로 변하고 팔라듐은 산화되지 않음을 보였다. 따라서, 브롬산염의 환원은 활성 지지체(영가철)와 금속 입자(구리)에서 활발히 이루어지고, 팔라듐은 수소 첨가에 도움을 주는 촉매 역할을 하여 바이메탈 촉매의 수명을 연장시킴을 보여준다.

서지기타정보

서지기타정보
청구기호 {MCE 17042
형태사항 v, 31 p. : 삽도 ; 30 cm
언어 영어
일반주기 저자명의 한글표기 : 아부다나시 다미라
지도교수의 영문표기 : Jong In Han
지도교수의 한글표기 : 한종인
학위논문 학위논문(석사) - 한국과학기술원 : 건설및환경공학과,
서지주기 References: p. 27-29
주제 Bromate reduction
NZVI
Catalytic stability
Optimization factors
Continuous mode test
브롬산염 환원
영가철
촉매 안정성
최적화
연속식 실험
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