Kim, Cheolyong;Ahn, Jun-Young;Kim, Tae Yoo;Hwang, Inseong
Journal of Soil and Groundwater Environment
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v.22
no.2
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pp.17-25
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2017
The efficiency and mechanism of electrochemical phenol oxidation using persulfate (PS) and nanosized zero-valent iron (NZVI) were investigated. The pseudo-first-order rate constant for phenol removal by the electrochemical/PS/NZVI ($1mA^*cm^{-2}/12$ mM/6 mM) process was $0.81h^{-1}$, which was higher than those of the electrochemical/PS and PS/NZVI processes. The electrochemical/PS/NZVI system removed 1.5 mM phenol while consuming 6.6 mM PS, giving the highest stoichiometric efficiency (0.23) among the tested systems. The enhanced phenol removal rates and efficiencies observed for the electrochemical/PS/NZVI process were attributed to the interactions involving the three components, in which the electric current stimulated PS activation, NZVI depassivation, phenol oxidation, and PS regeneration by anodic or cathodic reactions. The electrochemical/PS/NZVI process effectively removed phenol oxidation products such as hydroquinone and 1,4-benzoquinone. Since the electric current enhances the reactivities of PS and NZVI, process performance can be optimized by effectively manipulating the current.
The purpose of this study was to find out the effect of oxidation by-products for the formation of haloacetic acid (HAA) during ozonation. The phenol was used as a model precursor of HAA, and its oxidation by-products, such as hydroquinone, catechol, glyoxal, glyoxylic acid and oxalic acid were investigated to find out how much HAA formation potential (HAAFP) they have. As the result, among the phenol and its oxidation by-products, the highest reactivity with chlorine was found from the phenol, showing the highest HAAFP. Even though the tested by-products had a lower HAAFP than phenol, it was confirmed that all of them can act as the precursor of HAA. From the ozonation of phenol-containing water, it was found that the efficiency of ozone in controlling of HAAs can be reduced due to the oxidation by-products. In addition, the ozonation of HAAFP was performed under the both pH conditions (acid and base), and the result indicates that OH radical play a important role to decrease HAAFP.
The electrochemical oxidation behavior of phenol on platinum anode had been investigated by cyclic voltammetric method. The initial oxidation potential of phenol was dependent on the pH in acid solution. But in basic solution, it was held 033-0.40V(vs. S.C.E.). The peak current was proportional to the concentration of phenol and the optimum concentration was found to be about 0.1N. The oxidation reaction of phenol was found to be irreversible and controlled by diffusion.
Indirect electrochemical oxidation of phenol by $Ce^{4+}$ was investigated in sulfuric acid solutions. It was found that electrode fouling during oxidation of phenol can be controlled by adjusting the time interval (TI) of double potential steps (DPSs). While the electroactivity was greatly decreased after several DPSs of a relatively long TI, repeated DPSs with a short potential pulse showed substantial amounts of electroactivity after a few hundreds or thousands DPS, suggesting that the formation of an insulating layer can be controlled by adjusting a potential program. Effectiveness of the consecutive application of DPSs for phenol decomposition was confirmed by GC-MS.
For accurate and reliable process design for phenol oxidation in a plug flow reactor with supercritical water, modeling can be very insightful. Here, the velocity and density distribution along the reactor have been predicted by a numerical model and variations of temperature and phenol mass fraction are calculated under various flow conditions. The numerical model shows that as we proceed along the length of the reactor the temperature falls from above 430 ℃ to approximately 380 ℃. This is because the generated heat from the exothermic reaction is less that the amount lost through the walls of the reactor. Also, along the length, the linear velocity falls to less than one-third of the initial value while the density more than doubles. This is due to the fall in temperature which results in higher density which in turn demands a lower velocity to satisfy the continuity equation. Having a higher oxygen concentration at the reactor inlet leads to much faster phenol destruction; this leads to lower capital costs (shorter reactor will be required); however, the operational expenditures will increase for supplying the needed oxygen. The phenol destruction depends heavily on the kinetic parameters and can be as high as 99.9%. Using different kinetic parameters is shown to significantly influence the predicted distributions inside the reactor and final phenol conversion. These results demonstrate the importance of selecting kinetic parameters carefully particularly when these predictions are used for reactor design.
The treatment of a model wastewater containing high concentration, 10 $g/{\ell}$, of phenol in an integrated wet oxidation-aerobic biological treatment was investigated. Partial wet oxidation under mild operating conditions was capable of converting the original phenol to biodegradable organic acids such as maleic acid, formic acid and acetic acid, the solution of which was subjected to the subsequent aerobic biological treatment. The wet oxidation was carried out at 150$^{\circ}C$ and 200$^{\circ}C$ and the initial pH of 1 to 12. The high temperature of 200$^{\circ}C$ and the acidic initial condition in the wet oxidation led to effluents of which biodegradability was higher in the subsequent biological oxidation process, as assessed by chemical oxygen demand (COD) removal. Homogeneous catalyst of $CuSO_4$ was also used for increasing the oxidation rate in the wet oxidation at 150$^{\circ}C$ and initial pH of 3.0. However, the pretreatment with the catalytic wet oxidation resulted in effluents which were less biodegradable in the aerobic biological process compared to those out of the non-catalytic wet oxidation at the same operating conditions.
The effects of chlorine dioxide on the oxidation of phenol and disinfection were studied in the various test water conditions. With the 0.3mg/l of chlorine dioxide dose, the spiked phenol(initial concentration: 0.1mg/l) was completely oxidized within 10 minute. The removal rate of phenol was much faster in distilled water than in ground water and filtered water. The applied dose of chlorine dioxide concentrations higher than 0.2mg/l was sufficiently enough for the complete oxidation of phenol. However, with 0.1mg/l of dose, chlorine dioxide can oxidize only 20% of the spiked phenol. The reactive substances present in test water may influence the chlorine dioxide demand in water. pH effect of oxidation rate was also investigated. Increasing the pH, the removal rate of phenol was found to be increased. The disinfection test of chlorine and chlorine dioxide were conducted and compared. The lethal effect for the both disinfectants are similarly powerful. The time for 99% inactivation of E. coli was obtained within 120 sec with the 0.2mg/l of each dose.
Journal of the Korean Society of Industry Convergence
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v.15
no.3
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pp.71-77
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2012
This study gives the optimal reaction conditions, reaction mechanisms, reaction rates leaded from the oxidation of phenol by electron beam accelerator and ozone used for recent water treatment. It gives the new possibility of water treatment process to effectively manage industrial sewage containing toxic organic compounds and biological refractory materials. The high decomposition of phenol was observed at the low dose rate, but at this low dose rate, the reaction time was lengthened. So we must find out the optimal dose rate to promote high oxidation of reactants. The reason why the TOC value of aqueous solution wasn't decreased at the low dose was that there were a lot of low molecular organic acids as an intermediates such as formic acid or glyoxalic acid. In order to use both electron beam accelerator and biological treatment for high concentration refractory organic compounds, biological treatment is needed when low molecular organic compounds exist abundantly in sewage. In this experiment, the condition of making a lot of organic acids is from 5 kGy into 20 kGy dose. Decomposition rate of phenol by electron beam accelerator was first order reaction up to 300ppm phenol solution on the basic of TOC value and also showed first order reaction by using both air and ozone as an oxidants.
The purpose of this research was to determine the effect of phenol compounds from green tea leaves and surfactant micelles on lipid oxidation in com oil-in-water emulsion (O/W). The concentration of phenol and surfactant in continuous phase of the O/W with exceed Brij 700 and phenol compounds was measured. The particle size of O/W with phenol (100 ppm) increased with increasing added exceed surfactant $(0{\sim}2.0%)$ and the concentration of surfactant and phenols in the continuous phase higher than these of control. Lipid oxidation rates, as determined by the formation of lipid hydroperoxides and headspace hexanal, in the O/W emulsions containing phenol compounds (100 ppm) and exceed surfactant $(0{\sim}2.0%)$ decreased with increasing concentration of exceed surfactant. The ability of the phenol compounds and exceed surfactant to inhibit hydroperoxide and headspace hexanal producing as lipid oxidation in O/W was BHT>procyanidin B3-3-O-gallate> (+)-gallocatechin > (+)-catechin and 2% > 1 % > 0% of exceed surfactant. These results indicate that phenol compounds and exceed surfactant could alter the physical location of hydroperoxide in O/W.
Goethite, hematite, magnetite and synthesized iron oxide are used as catalysts for Fenton-type oxidation of phenol. The synthesized iron oxides were characterized by X-ray diffraction (XRD), BET, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), and electron paramagnetic resonance (EPR). The catalytic activity of these materials is classified according to the observed rate of phenol oxidation. The effectiveness of the catalysts followed the sequence: ferrous ion > synthesized iron oxide >> magnetite hematite > goethite. According to these results, the most effective iron oxide catalyst had the structure similar to natural hematite. The surface oxidation state of the catalyst was between magnetite and hematite (+2.5 ~ +3.0). Phenol degraded completely in 40 min at neutral pH (pH = 7). Soluble ferric and ferrous ions were not detected in the filtrate from Fenton reaction solution by AAS. The formation of hydroxyl radicals was confirmed by EPR.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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