일본에서는 주로 화학분해에 의한 방법을 이용하여 폴리염화비닐(PCB; polychlorinated biphenyl)를 처리하고 있다. PCB의 분해제거는 확인되었지만, 보다 안전한 처리방법을 확립하기 위해서는 분해경로를 명확하게 하여 분해과정에서 생성되는 물질의 종류 및 다이옥신류 등의 유해물질이 생성되는가의 여부를 확인할 필요가 있다.

본 연구에서는 (1) 팔라듐/카본(Pd/C) 촉매를 사용하여 수소가스에 의해 PCB의 염소를 수소로 치환하는 Pd/C촉매분해법, (2) 알칼리성 2-프로필 알코올 중에서 자외선을 조사하여 탈염소화시키는 광분해법(UV법), (3) 염소가스 중에서 금속 나트륨을 절연류에 분산시킨 것을 이용하여 탈염소화시키는 금속 나트륨 분산체법(SD법; sodium technology) 등 세 가지 분해방법을 이용하여 PCB 분해경로를 추정하고, 분해반응성의 차이 및 반응속도 비교 등을 수행하였다. 그 결과 세 가지 방법에서는 치환염소수 및 염소치환 위치에 따라 반응성이 다르며, 분해경로도 다른 것으로 나타났다.

예를 들어, 2,3’,4,4’,5’-오염화비닐의 분해경로를 (그림 1)에 나타내었다. 이 물질의 이성질체는 오르토(ortho-) 위치에 염소 1개를 갖는 모노오르토 형태로 다이옥신과 비슷한 독성이 있다. 염소 하나가 제거된 탈염소화 물질은 SD법에서는 염소수가 많은 페닐기(Phenyl group)의 파라(para-)위치의 염소가 탈리된 2,3’,4’,5-사염화비페닐, Pd/C법에서는 염소수가 적은 페닐기의 파라위치의 염소가 탈리된 2,3’,4,5-사염화비페닐, UV법에서는 염소수가 많은 페닐기의 오르토 위치의 염소가 탈리된 3,3’,4,4’-사염화비페닐이 많이 생성되었다. 세 가지 방법 모두 일염화비페닐을 거쳐 최종적으로 염소가 없는 비페닐이 되었다. 분해과정에서 변화하는 다이옥신류 독성은 (그림 2)에 나타내었다.

Pd/C법과 SD법은 2,3’,4,4’,5’-오염화비페닐의 분해와 같이 빠르게 다이옥신류 독성이 감소하였다. UV법은 분해초기에 생성되는 다이옥신류 독성을 가진(오르트위치에 염소가 없는) 3,3’,4,4’-사염화비페닐의 영향에 의해 독성의 감소는 늦지만, 반응시간이 길어짐과 동시에 서서히 감소하여 최종적으로는 독성이 없어졌다.

복수의 PCB 이성질체를 검증한 결과, 세 가지 분해방법 모두 다이옥신 및 다른 유기염소화합물 등의 생성이 없는 것을 확인하였다. 염소치환위치에 따른 반응성의 경우, SD법은 파라위치의 염소를 탈염소시키기 쉽고, Pd/C법은 오르토 위치에 있는 염소의 탈리가 늦기 때문에 오르토 위치 염소수가 많을수록 반응이 늦었으며, UV법은 오르토 위치의 염소가 1개인 경우 오르토 위치에서 탈리되기 쉽지만, 두 개 이상이 경우에는 오르토 위치 이외의 염소부터 탈리되기 쉽다. 이와 같이 분해법에 따라 반응성이 다르게 나타났다. 이러한 분해법의 특징을 파악함으로써 보다 적절한 분해방법을 선택할 수 있으며, 분해처리의 안전성 향상에도 도움이 될 것으로 생각된다.

(그림 1) 2,3’,4,4’,5’-오염화비페닐의 분해경로
(그림 2) 2,3’,4,4’,5’-오염화비페닐의 분해에 따른 다이옥신류 독성 변화

출처 : http://www.nies.go.jp

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