Among various plastic additives, di (2-ethylhexyl) phthalate (DEHP) has been most concerned due to its high leaching potentials and harmful impact to human health as well as ecosystem. However, the removal efficiency of catalytic ozonation was not high due to the insufficient generation of hydroxyl radicals as well as fast decay of hydroxyl radicals before the contact with DEHP. To overcome these limitations, novel $V_2O_5/TiO_2$ are fabricated and incorporated to the surface and pores of ceramic membranes for the increased production of hydroxyl radicals and the promoted contact with DEHP inside of the confined pores.
In this study, $V_2O_5/TiO_2$ catalyst was synthesized and newly applied as a novel heterogeneous catalyst for the degradation of DEHP. The generation of hydroxyl radicals was maximized when the molar ratio of $V_2O_5$ was reached 4 % of $TiO_2$. The results from reaction kinetic analysis exhibited that the second-order kinetic constant of V/T=4 ($V_2O_5/TiO_2$ =0.04, mol/mol) was 2057.1 ($M^{-1}s^{-1}$), which significantly higher than that of V/T=0 ($TiO_2$ only) and ozonation only.
$V_2O_5/TiO_2$ nanoparticles were successfully incorporated to the surface and pore walls of ceramic membrane by the calcination of $V_2O_5/TiO_2$ gel precursors. The combination of the catalyst coated ceramic membrane and ozonation showed enhanced oxidation of DEHP, which the removal efficiencies of DEHP was higher than 95% even at the 3 seconds of contact time. It might be due to the increased generation of hydroxyl radicals by novel $V_2O_5/TiO_2$ catalysts as well as the confined volume of pores increased the contact between hydroxyl radicals and DEHP.
Next, the impact of natural organic matters (NOM) during the ozonation of DEHP was investigated. In the presence of natural organic matter, the removal efficiency of DEHP was increased to 98%, while only 50% of initial NOM were oxidized. From these results, it can be hypothesized that hydroxyl radicals selectively oxidized DEHP rather than organic matters with complex functional groups.
In conclusion, the ozonation coupled with the catalyst-incorporated ceramic membrane could be a great suggestion for the removal of DEHP in water treatment processes.
다양한 플라스틱 첨가제 중에서, 디 (2- 에틸 헥실) 프탈레이트 (DEHP)는 높은 침출 가능성 및 인간 건강 및 생태계에 대한 유해한 영향으로 인해 가장 우려되고있다. 그러나, 촉매 오존화로 인한 DEHP의 제거 효율은 하이드록실 라디칼의 불충분한 생성 및 하이드록실 라디칼의 빠른 소멸로 인해 높지 않았다. 이러한 한계를 극복하기 위해, $V_2O_5/TiO_2$ 촉매를 사용하여 하이드록실 라디칼의 생산을 증대시키고 제한된 부피 내에서 DEHP와의 손쉬운 접촉을 할 수 있도록 세라믹 막의 표면 및 기공에 코팅시킨다. 본 연구에서는 $V_2O_5/TiO_2$ 촉매를 합성하여 DEHP 분해를위한 새로운 이종 촉매로 새롭게 적용 하였다. $V_2O_5$의 몰비가 4 %에 도달 할 때 하이드록실 라디칼의 생성이 최대화되었다. 반응 동역학 분석의 결과는 V / T = 4 ($V_2O_5/TiO_2$ = 0.04, mol / mol)의 2 차 동역학 상수가 2057.1 ($M^{-1}s^{-1}$)이었고, 이는 단독 오존화공정 또는 티타늄옥사이드만 있을 때에 비해 상당히 높은 것으로 나타났다. $V_2O_5/TiO_2$ 나노 입자는 $V_2O_5/TiO_2$ 겔 전구체의 소성에 의해 세라믹 막의 표면 및 기공 벽에 성공적으로 도입되었다. 촉매 코팅된 세라믹 막과 오존화의 조합은 DEHP의 산화를 강화 시켰으며, DEHP의 제거 효율은 접촉 시간 3 초에서도 95 %로 높았다. $V_2O_5/TiO_2$ 촉매에 의한 하이드록실 라디칼의 생성 증가 및 한정된 부피에서의 반응은 하이드록실 라디칼과 DEHP 사이의 접촉을 증가 시킬 수 있었다. 다음으로, DEHP의 오존화반응에 대한 천연 유기물 (NOM)의 영향을 조사 하였다. 유기 물질의 존재하에 DEHP의 제거 효율은 98 %인 반면, 유기물질은 50 %만이 산화되었다. 이러한 결과로부터, 하이드록실 라디칼이 복잡한 작용기를 갖는 유기 물질보다는 DEHP를 선택적으로 산화 시켰다는 가설을 세울 수있다. 결론적으로, 촉매 혼입 세라믹 막과 결합된 오존화는 수처리 공정에서 DEHP 제거를위한 큰 제안이 될 수있다.
