제올라이트 표면 QACs 코팅을 통한 Microcystis aeruginosa의 억제 평가 = Evaluation of inhibition for Microcystis aeruginosa through zeolite surface QACs coating

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 Sol-gel 코팅법을 통해 4차 암모늄 화합물(Quaternary Ammonium Compounds, QACs)을 제올라이트(Zeolite)표면에 코팅한 여재를 활용하여 대발생 기준에서의 Microcystis aeruginosa(M. aeruginosa)의 억제(inhibition)를 실험실 규모 실험(lab-scale)을 통해 억제 능력을 확인하였다. 또한, 연속 실험을 통해 해당 여재의 재사용성 및 내구성을 확인하였다. QACs 코팅 농도에 따른 억제 경향과 내구성과 지속성을 확인하기 위한 연속 실험, Chlorophyll-a(Chl-a), Phycocyanin(PC), pH 변화, 일차분해속도상수(k) 산출 및 표면 특성 분석(SEM-EDS, FT-IR)을 중심으로 연구를 진행하였다. 연속 실험 결과, QACs 코팅 농도가 증가할수록 M. aeruginosa의 Chl-a, PC 농도가 급격히 감소하였으며, C, D, E 실험군은 3 ~ 12 hr 이내에 급격한 억제율을 보였다. A, B 실험군은 다소 완만한 억제효과를 보이다가 최종적으로 5 ㎍/L 이하로 감소하는 것으로 관찰되었다. 동일 여재를 이용한 3회 연속 실험에서는 억제 경향이 일관되게 재현되어 QACs 코팅층의 안정성과 재사용 가능성을 확인하였다. 실험 결과로 ln(Nt/N₀)과 시간(t)의 관계를 이용한 일차반응 속도모형 분석을 통해 PC의 반응성이 Chl-a보다 빠르게 나타남을 확인하였다. SEM 분석에서는 코팅되지 않은 제올라이트가 매끄러운 표면을 보였지만, QACs 코팅 제올라이트에서는 불균일하고 몽글몽글한 형태의 표면이 형성된 것이 관찰되었다. 또한, EDS 분석 결과, QACs 코팅 농도가 증가함에 따라 탄소(C) 함량이 증가하고, 염소(Cl)의 함량이 0.2 ~ 0.3 wt% 상승하는 경향을 보여 QACs의 화학적 결합이 제올라이트 표면에 안정적으로 형성되었음을 확인하였다. FT-IR 분석으로 실리카 밴드와 알킬기 밴드를 확인하는 파장대에서 대조군에 비해 확실한 차이를 확인하였다. 이러한 결과를 봤을 때 향후 수생태계 내 유해 남조류의 억제 및 장기적 수질관리 기술로의 적용 가능성이 높을 것으로 판단된다.

목차 (Table of Contents)

• 표목차 ⅲ
• 그 림 목 차 ⅳ
• 국 문 요 약 ⅵ
• Ⅰ. 서론 1
• Ⅱ. 이론 4
• 2.1.유해 남조류 4
• 2.2.유해 남조류의 저감기술 6
• 2.3.4급 암모늄 화합물(QACs)을 이용한 남조류 억제 기법 9
• Ⅲ. 연구방법 13
• 3.1.M. aeruginosa의 배양방법 13
• 3.2.Sol-gel 코팅 15
• 3.3.제올라이트 특성 및 실험에 사용한 QACs 16
• 3.4.제올라이트 표면 QACs 성분 코팅 방법 17
• 3.5.QACs 코팅 제올라이트를 활용한 M. aeruginosa 억제 실험 방법 18
• 3.6.분석방법 20
• 3.6.1. M. aeruginosa 셀 형태 변화 및 Chl-a, PC 측정 방법 20
• 3.6.2. QACs 코팅 제올라이트 코팅 여부 분석 21
• 3.6.3. 시료 중 Microcystin 독성 분석 22
• Ⅳ. 실험결과 및 고찰 24
• 4.1. 시간에 따른 시료의 시각적 변화 24
• 4.2. 코팅 여부에 따른 M. aeruginosa의 Chl-a, PC, pH의 변화 27
• 4.3. 코팅에 사용된 QACs 농도 별 여재의 지속성 확인 연속 실험 29
• 4.4. 연속 실험 별 M. aeruginosa의 일차분해속도상수(k) 값 산출 33
• 4.5. 시료 중 Microcystin 노출 농도 분석 39
• 4.6. 제올라이트 시료의 표면 특성 분석 39
• Ⅴ. 결론 45
• 참고문헌 49
• ABSTRACT 58