Photolysis and TiO2 photocatalytic treatment under UVC/VUV irradiation for simultaneous degradation of pesticides and microorganisms
저자
발행사항
[Seoul] : Graduate School, Yonsei University, 2020
학위논문사항
학위논문(박사) -- Graduate School, Yonsei University Graduate Program in Biomaterials Science & Engineering Major in Biotechnology 2020.8
발행연도
2020
작성언어
영어
주제어
발행국(도시)
서울
기타서명
농약 및 미생물 동시 불활성화를 위한 UVC/VUV 조사를 이용한 광분해 및 TiO2 광촉매 처리
형태사항
ix, 108장 : 삽화 ; 26 cm
일반주기명
지도교수: Jiyong Park
UCI식별코드
I804:11046-000000524257
소장기관
UVC(254 nm) 광분해, VUV(254 nm + 185 nm) 광분해, UVC 조사 이산화티타늄
(UVC-TiO2) 광촉매 처리 및 VUV 조사 이산화티타늄(VUV-TiO2) 광촉매 처리
를 통한 수용액상 및 당근 표면에서 상업용 농약성분(pyraclostrobin, boscalid,
fludioxonil 및 azoxystrobin) 및 미생물(Escherichia coli K12, Bacillus subtilis 및
Sacharomyces cerevisiae)에 대한 분해 및 불활성화 효과가 조사되었다. 또한
VUV-TiO2 광촉매 처리 조건 하에서 복합성분, pH, 공기 투입(aeration), 초기 농
도 등의 처리 조건이 농약 분해 효율에 미치는 영향도 조사되었다. 수용액 상
의 농약 성분에 대한 분해 효과는 UVC 광분해 처리 보다 VUV 광분해 처리
조건에서 더 높았으나, UVC 광분해와 UVC-TiO2 광촉매처리, VUV 광분해와
VUV-TiO2 광촉매처리 간에는 유의적 차이가 없었다. 수용액상의 미생물에 대
하여 UVC 광분해, VUV 광분해, UVC-TiO2 광촉매 및 VUV-TiO2 광촉매 처리는
서로 유사한 저감화 효과를 보였다. UVC 광분해 및 VUV 광분해가 병행된 광
분해(Combined UV)와 UVC-TiO2와 VUV-TiO2가 병행된 광촉매(Combined UVTiO2)
처리(72-94% 제거)는 기포 물세척(53-73% 제거) 보다 신선 절단 당근에
서 농약 제거 효율이 더 높았으나, Combined UV와 Combined UV-TiO2 간의 제
거 효과에는 유의한 차이가 없었다. 당근에서의 E. coli K12, B. subtilis 및 S.cerevisiae 미생물 저감화의 경우, Combined UV-TiO2 처리(각각 1.5 log, 2.1 log,
1.6 log 저감)는 모든 처리 군에서 Combined UV 처리(각각 1.3 log, 1.3 log, 1.2
log) 보다 약간 더 많은 저감 효과가 나타났다. UV 광분해와 UV 광촉매 처리
로 인해 당근샘플의 미세구조, 조직 특성, 컬러 등의 주요 품질에 유의미한 부
정적 영향은 나타나지 않았다. 따라서 VUV를 광원으로 사용하는 광분해 및
TiO2 광촉매 처리는 비화학적이고 잔류물질이 없는 농산물 세척방법으로서 농
약 및 미생물을 동시에 저감화 할 수 있는 잠재성을 보여주었다.
Efficiencies of various treatments for UVC photolysis (ultraviolet light-C at 254 nm), VUV photolysis (vacuum ultraviolet light at 254 nm and 185 nm), UVC-assisted titanium dioxide photocatalysis (UVC-TiO2), and VUV-assisted titanium dioxide photocatalysis (VUV-TiO2) were investigated for degradation of the pesticides pyraclostrobin, boscalid, fludioxonil, and azoxystrobin and inactivation of the microorganisms Escherichia coli K12 as a surrogate for E. coli O157:H7, Bacillus subtilis, and Saccharomyces cerevisiae in aqueous solution and on the surface of fresh cut carrots. In addition, the effects of treatment conditions such as pesticides mixture, pH, aeration, and initial concentration on the degradation efficiency were investigated under VUV-TiO2 treatment. Degradation efficiencies of VUV were higher than for UVC on pesticides in aqueous solutions. However, there was no significant difference between degradation efficiencies for UVC and UVC-TiO2 treatments, and between VUV and VUV-TiO2 treatments. UVC, VUV, UVC-TiO2, and VUV-TiO2 showed similar inactivation effects against E. coli K12, B. Subtilis, and S. cerevisiae in aqueous solutions. Combined use of UVC and VUV treatment (Combined UV) and combined use of UVC-TiO2 and VUV-TiO2 treatment (Combined UV-TiO2) showed higher efficiencies (72-94% removal) for removal of residual pesticides on fresh cut carrots than bubble water washing (53-73% removal). However, there was no significant difference in removal efficiency between combined UV and combined UV-TiO2 treatments. For E. coli K12, B. subtilis, and S. cerevisiae on fresh cut carrots, the combined UV-TiO2 treatment (1.5 log, 2.1 log, and 1.6 log reduction, respectively) showed slightly higher inactivation effect than combined UV (1.3 log, 1.3 log, and 1.2 log reduction, respectively). The UV photolytic and UV-TiO2 photocatalytic treatment had no significant adverse effect on the quality properties such as microstructure, texture profiles, and colors of fresh cut carrots. Photolysis and TiO2 photocatalytic treatments under UV irradiation including VUV as a light source showed potential for simultaneous degradation of pesticides and microorganisms as a non-chemical and residue-free technique for surface disinfection of fresh produce.
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