Measurement of the Quantity of Hydrogen Peroxide Produced in the Ultrasound-irradiated Aqueous Solution of Organic Compounds

초음파를 조사(照射)한 유기화합물 수용액 속에서의 과산화수소 생성량의 측정

When irradiate the power ultrasound into the aqueous solutions, water vapor is decomposed by the heat of very high temperature in the cavitation bubble to produce OH (hydroxyl radical) and H (hydrogen radical), and these radicals play a role in decomposing the substances in aqueous solution by oxidation and/or reduction, and in producing the hydrogen peroxide. Accordingly it is possible to predict that the quantity of hydrogen peroxide produced may correlate with the sonolysis mechanism of the substance in aqueous solution. Thus to confirm this prediction, the quantities of hydrogen peroxide produced from each of the air saturated distilled water and three aqueous solutions of TCE, benzene, and 2,4-DCP that are prepared by dissolving them into distilled water are measured. As a result, it showed that the quantity of hydrogen peroxide produced from the distilled water and three aqueous solutions are increased in order of distilled water>TCE solution>2,4-DCP solution>benzene solution, and decrease with decrease in concentration of organic substance, which coincide with the sonolysis mechanisms reported that TCE in aqueous solution is decomposed directly by the pyrolysis in and around the cavitation bubbles when its concentration is high and by the radical reaction when low, however, benzene and 2,4-DCP are decomposed not only by the pyrolysis but also by the radical reactions. Effects of such experimental parameters as the acoustic frequency and power and as the concentration showed that the higher the acoustic frequency and the lower the acoustic power, the less the quantity of hydrogen peroxide was produced. This result coincide with the theory of ultrasound for the relation between the cavitation that is the energy source of the power ultrasound in aqueous solution and these experimental parameters.

수용액 속에 강력초음파를 조사(照射)하면 공동화기포 (cavitation bubble) 속의 매우 높은 온도의 열에 의해 수증기가 해리되어 OH (hydroxyl radical) 과 H (hydrogen radical) 이 생성되고 그것들이 수용액 속에 함유되어 있는 물질들을 산화 또는 환원시켜 분해시키며, 한편으로는 과산화수소를 생성한다. 따라서 생성된 과산화수소의 양과 유기물질의 초음파 분해반응메카니즘과는 상관관계가 있을 것임을 예측할 수 있으며, 이러한 예측을 확인하기 위해 공기로 포화시킨 증류수와 그 증류수에 각각 TCE, Benzene, 그리고 2,4-DCP 등 세 가지 유기물질들을 용해시킨 수용액으로부터 생성된 과산화수소의 양을 측정하고 그 결과를 분석하였다. 그 결과, 생성된 과산화수소의 양은 증류수>TCE수용액>2,4-DCP수용액 >benzene수용액의 순으로 많고 유기물질의 농도가 낮을수록 적어 TCE는 높은 온도의 수용액에서는 고온과 고압인 공동화기포내와 그 공동화기포가 파열될 때 그 주위에서 직접 열분해되고 저농도의 수용액에서는 라디칼반응에 의해 분해되며, 벤젠과 2,4-DCP는 열분해 및 라디칼반응에 의해 분해된다고 제안된 초음파 분해반응메카니즘과 일치함을 나타내었다. 사용한 실험변수인 초음파의 주파수와 음향출력, 그리고 시료물질의 농도 등의 영향은 주파수가 높고 음향출력이 낮을수록 과산화수소의 생성량이 적어 수중에 강력초음파를 조사(照射)하였을 때의 에너지원인 공동화와 이들 변수와의 관계에 대한 초음파이론과 일치하였다.