파괴적인 수처리 기술: 오존 미세나노 버블 6분 내 메틸 오렌지 염료 폐수 99% 분해​

파괴적인 수처리 기술: 오존 미세나노 버블 6분 내 메틸 오렌지 염료 폐수 99% 분해

인쇄 및 염색 폐수 내 성분 복잡성, 강독성, 난분해성 메틸 오렌지(MO) 염료는 산업 폐수 처리의 지속적인 과제입니다. 기존 오존 산화법은 기액 전달 효율 저하 및 자유 라디칼 생성량 제한으로 처리 효과가 제한되었습니다.

저희 연구팀은 오존과 미세나노 버블 기술을 혁신적으로 결합하여 오존 미세나노 버블(O₃-MNBs) 고급 산화 시스템을 구축했습니다. 기술 핵심 원리는 다음과 같습니다:

미세나노 버블(직경 1μm~1nm)은 초소형 크기 특성으로 기액 접촉 비표면적을 크게 증가시켜 오존 전달 효율을 현저히 향상시킵니다. 버블이 물 속에서 수축 및 붕괴될 때 계면 전하가 순간적으로 방출되어 고농도 하이드록실 라디칼(·OH)을 생성합니다. 동시에 미세 버블 내부의 고압 환경은 오존이 ·OH로 분해되는 것을 촉진하여 연쇄 반응을 유도하고 자유 라디칼 생성을 기하급수적으로 증가시킵니다. 이 이중 메커니즘은 기존 오존 산화의 효율적 병목 현상을 극복합니다.

연구 결과:

✅ 분해 효율 현저한 향상: O₃-MNBs 시스템은 6분 내 메틸 오렌지에 대해 99% 의 분해율을 달성하였으며, 단독 오존 또는 미세나노 버블 처리보다 우수한 성능을 보였습니다.

✅ 최적 공정 매개변수: pH=4.6, 메틸 오렌지 초기 농도 25 mg/L, 오존 유량 1 L/min 조건에서 반응 속도가 가장 빨랐으며, 준1차 동역학 모델에 부합했습니다.

✅ 명확한 작용 메커니즘: 미세나노 버블 붕괴 시 생성된 대량의 하이드록실 라디칼(·OH)이 오존의 산화 능력을 크게 강화하여 고효율 분해의 핵심 동력으로 작용했습니다.

✅ 자유 라디칼 검증: 소멸 실험을 통해 ·OH가 분해 과정의 주요 활성 종임이 확인되었으며, 초과산화물 라디칼(·O₂⁻)도 반응에 참여함을 입증했습니다.

이 기술은 난분해성 염료 폐수 처리에 새로운 접근법을 제시할 뿐만 아니라 반응 시간 단축, 높은 효율, 2차 오염 배제 등의 장점으로 응용 가능성이 큽니다.

키워드: 미세나노 버블, 오존 산화, 메틸 오렌지, 고급 산화, 하이드록실 라디칼, 폐수 처리