DBD 플라즈마 반응기를 이용하여 sulfonamide계(sulfathiazole, sulfamethazine 및 sulfamethoxazole)와 fluoroquinolone계(enrofloxacin과 ciprofloxacin) 항생제의 분해 효율에 미치는 유입가스, 가스유량, 인가전력 및 초기농도 등 여러 가지 운전조건의 영향을 살펴보았으며, 또한 플라즈마 처리에 의하여 생성되는 분해산물은 고분해능의 LC-TOF-MS를 사용하여 얻은 질량스펙트럼을 바탕으로 물질을 확인하여 각 항생제에 대한 분해경로를 제시하였으며, 다음과 같은 결론을 얻었다.
1. 인가전압을 증가시킴에 따라 DBD 반응기에서 생성되는 오존농도 및 오존생성 속도는 증가하였으나, 가스의 유량을 증가시킬 경우 오존농도는 감소하였으며, 오존 생성속도는 순산소의 경우 증가하는 경향을 보였고 건조공기의 경우 일정유량 범위 에서는 증가하였으나 일정유량이상에서는 생성되는 질소화합물의 소거작용에 의해 감소하였다.
2. 유입가스로 건조공기를 사용하였을 때, STZ의 분해속도는 유량이 0.1 ～ 0.5 L/min의 범위에서는 증가하였으나, 1.0 L/min 이상으로 증가시켰을 경우에는 활성종의 감소와 활성종과 STZ의 접촉시간이 짧아져 오히려 감소하는 경향을 나타내었다.
인가전압을 증가시킴에 따라 초기에는 STZ의 분해속도가 빠르게 증가하였으며 점차 완만하게 증가하는 형태를 보였다.
3. 플라즈마 처리에 의한 항생제의 분해속도는 건조공기보다는 순산소를 사용 하였을 때 높았으며, sulfonamide계가 fluoroquinolone계보다 분해가 쉽게 일어나는 것으로 나타났다. 또한 각 항생제간의 분해속도의 크기는 SMT > STZ > ENR, SMZ > CIP 순으로 나타났으며, 초기농도가 증가할 수록 분해속도는 감소하는 경향을 나타내었다.
4. 플라즈마 처리시간에 따른 항생제 용액의 UV 스펙트럼의 변화추이를 관찰한 결과, 각 항생제별 λmax에서 흡광도가 처리시간에 따라 감소하는 형태를 나타냄에 따라 원래의 화합물의 분자구조가 파괴되어 무기질화가 진행되었음을 알 수 있었다.
pH변화는 유입가스로 순산소를 사용하였을 때가 건조공기보다 pH는 큰 폭으로 감소 하였으며, 항생제 사이에서는 fluoroquinolone계가 sulfonamide계보다 pH변화가 크게 나타났다. 전기전도도의 변화는 유입가스로 건조공기를 사용하였을 경우 처리시간에 따라 거의 직선적으로 증가하는 경향을 보였으나 순산소를 사용하였을 경우 초기에는 빠르게 증가하였다가 이후 서서히 증가하는 경향을 보였으며, 항생제사이에서는 sulfonamide계가 fluoroquinolone계보다 높은 증가율을 보였다. TOC의 변화는 유입 가스로 건조공기보다 순산소가 높은 TOC 제거율을 보였으며, 항생제 사이에서는 fluoroquinolone계가 sulfonamide계보다 높은 제거율을 보였다.
5. 플라즈마 처리에 의한 무기질화과정에서 sulfonamide계는 SO42-, NO3-, NH4+, acetate, formate와 oxalate가 생성되었으며, fluoroquilnolone계 항생제는 F-, NO3-, NH4+, acetate, formate, oxalate가 생성되었다. 처리시간에 따라 분해산물로 생성되는 이온성물질과 유기산의 함량은 증가하였으며, 건조공기보다는 순산소를 사용하였을 때 더 빠르고 더 많이 생성되는 것으로 나타났다. 순산소를 사용하였을 때 60 min의 처리시간 후 sulfonamide계의 SO42-으로의 전환율은 66.9 ～ 86.4%이며 항생제사이 에서는 STZ > SMZ > SMT의 순이었으며, fluoroquilnolone계 항생제의 F-로의 전환율은 91.0 ～ 97.4%이며 항생제사이에서는 ENR > CIP의 순이었다. 또한 NH4+ 및 NO3-로의 전환율은 15.7 ～ 33.2%로 SO42- 및 F-로의 전환율보다 낮았으며, 대체적으로 sulfonamide계가 fluoroquinolone계보다 높은 전환율을 보였다.
sulfonamide계의 N는 무기질화에 의하여 NO3-보다 NH4+의 형태로 전환되며 fluoroquinolone계는 NH4+보다는 NO3-의 형태로 전환되었다.
6. 항생제별 분해과정에 의하여 많이 생성되는 유기산의 순서는 STZ, ENR 및 CIP는 formate > oxalate > acetate의 순이었고, SMT 및 SMZ는 formate >
acetate > oxalate의 순으로 항생제의 종류에 따라 유기산으로 전환되는 형태는 달랐으며, acetate와 formate는 대부분 최고점에 다다른 후 서서히 감소하였으나,
oxalate는 지속적으로 증가하는 경향을 나타내었다.
7. 플라즈마 처리에 따라 생성되는 분해산물들을 고분해능의 LC-TOF-MS를 사용하여 화학물질데이터베이스와 연동하여 분자식과 분자구조를 예측하여 각 항생제의 분해경로를 제시한 바, 대부분의 분해산물들은 hydroxylation 또는 oxidation에 의하여 생성된 물질인 것으로 추정되었다.