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녹차 부산물로 합성한 영가철(ZVI)의 비소 제거 효율 평가
이지은(Lee Jieun),김혁수(Kim Hyucksoo),이상필(Lee Sangphil),윤정환(Yoon Junghwan),정석순(Jeong Seoksoon),최시영(Choi Siyoung),양재의(Yang Jae E.) 한국토양비료학회 2021 한국토양비료학회 학술발표회 초록집 Vol.2021 No.11
녹차의 수요는 꾸준히 증가함에 따라 부산물 처리가 경제적 측면에서 문제 되고 있다. 폴리페놀은 녹차를 비롯한 다양한 식물체에 함유되어있으며, 환원력이 있어 Fe을 영가철 (Zero Valent Iron: ZVI)로 환원시킨다. 본 연구는 녹차 부산물을 포함해 폴리페놀 함량이 높은 것으로 알려진 12종의 식물체(정향, 페퍼민트, 로즈마리, 타임, 아로니아, 올리브잎, 강황, 생강, 샐러리 씨, 쌀겨, 밤) 중 폴리페놀을 정성·정량 분석하였고, 녹차 부산물 추출물과 FeSO₄를 반응시켜 합성한 ZVI의 수용액 중 As(Ⅴ) 제거효율을 평가하였다. 세 가지 추출 조건(온도, 시간, 용매)에 따라 식물체에서 폴리페놀을 추출하여 LC-MS로 정성 분석을 하였고, UV-Visible spectrophotomemter를 통해 정량분석을 했다. 녹차 부산물과 증류수의 다양한 고액비 실험을 통해 폴리페놀이 가장 높게 추출되는 조건을 선정하여 FeSO₄와 반응시켜 녹차 부산물 ZVI(GT-ZVI)를 합성하였다. 합성된 GT-ZVI와 As(Ⅴ) (0-1,000 mg/L)를 batch 시험을 통해 반응시켰다. 녹차 부산물을 포함한 식물체 12종의 폴리페놀 정량·정성 분석 결과, 총 143종의 폴리페놀이 검출되었으며, 폴리페놀 함량은 EtOH<SUB>50</SUB> > 80℃ 증류수 > 60℃ 증류수 순으로 높게 나타났다. 추출 조건 별 총 폴리페놀 함량의 평균은 1.3-24.5 GAE mg/g로 나타났으며, 그 중, 녹차 부산물은 18.1 GAE mg/g로 비교적 높은 수준을 나타냈다. 녹차 부산물과 증류수의 고액비를 1-30%(w/v)으로 실험을 진행하여 15-25%일 때 높은 값이 나왔으나, 15%가 가장 경제적인 추출 조건임을 도출했다. 합성된 GT-ZVI와 As(Ⅴ) (0-1,000 mg/L)의 batch 시험 결과, As(Ⅴ)의 흡착 양상은 Langmuir 흡착등온식에 의해 유의성있게 설명되었다 (r²=0.99***, P<0.01). GT-ZVI는 수용액 중 As(V)를 빠르게 흡착하여 6시간 이내에 최대 흡착량 (166.67 mg/g) 평형에 도달하였다. 녹차 부산물로부터 합성된 GT-ZVI는 녹차 부산물로부터 합성되어 폐자원을 친환경적으로 재활용하고 수용액 중 비소를 제거하는 효율이 높으므로 중금속으로 오염된 토양 및 폐수의 처리에 적용될 수 있을 것으로 기대되나, GT-ZVI의 비소 처리효율을 최적화하기 위한 다양한 공정 지표를 선정하기 위한 연구가 필요할 것으로 판단된다.
낙진방사성동위원소 (<SUP>137</SUP>Cs and <SUP>210</SUP>Pb<SUB>ex</SUB>)를 이용한 토양침식 조사
윤정환(Jung-Hwan Yoon),김혁수(Hyucksoo Kim),양재의(Jae E. Yang),김계훈(Kye-Hoon Kim) 한국토양비료학회 2021 한국토양비료학회 학술발표회 초록집 Vol.2021 No.11
토양 침식은 전세계적인 문제로 이를 저감하기 위한 노력을 지속적으로 기울이고 있고, 침식 정도를 평가하기 위해 다양한 연구가 이뤄지고 있다. 우리나라를 비롯해 다양한 국가에서 범용적으로 사용되고 있는 토양침식조사 방법은 USLE(universal soil loss equation)이다. 이 방법은 경험적인 방법으로 강우, 토양특성, 경사, 작물, 관리 인자를 산출하고 모델식에 적용하는 것이다. 여러 장점이 있어 광범위하게 사용되고 있지만 인자 산정에 필요한 많은 정보가 필요한 점과 침식만을 평가하기 때문에 침식과 퇴적에 따른 공간적인 패턴을 조사하기에는 한계점이 있다. 이에 낙진방사성동위원소(fallout radionuclides, FRN)를 이용한 토양 침식 연구가 대안으로 연구되기 시작하였다. FRN은 강우시 대기에서부터 토양으로 낙진되며 토양입자와 강한 흡착을 통해 토양침식 과정에서 토양입자와 같이 이동한다. 이를 선행연구에서 토양침식 패턴과 FRN 농도 변화가 매우 상관성이 높은 것으로 보고하였고, 대표적인 FRN은 인공방사성물질인 <SUP>137</SUP>Cs과 자연방사성물질인 <SUP>210</SUP>Pb<SUB>ex</SUB>, <SUP>7</SUP>Be 등이 있다. FRN을 이용한 토양 침식 조사 방법의 장점은 현장에서 토양을 채취하여 FRN 농도를 분석하고 이를 통해 정량적으로 침식량과 퇴적량, 그리고 공간적인 토양 이동 패턴을 조사할 수 있다. 이에 본 연구에서는 FRN을 이용한 토양침식 조사방법의 우리나라 적용 가능성을 확인해보고자 토양 침식이 가장 심하다고 보고되고 있는 고랭지(안반데기)와 울릉도 토양을 대상으로 연구를 수행하였다. 토양침식에 사용한 FRN은 <SUP>137</SUP>Cs과 <SUP>210</SUP>Pb<SUB>ex</SUB>이며, 산출한 결과를 비교하고자 USLE로 토양침식량을 산정하였다. 안반데기의 한 경사면(20 x 120 m)에서 실험을 수행한 결과 <SUP>137</SUP>Cs과 <SUP>210</SUP>Pb<SUB>ex</SUB>의 공간적인 분포 패턴이 지형에 따라 크게 차이가 있음을 확인할 수 있었고, 이를 모델식에 적용하여 공간적인 토양 침식량을 평가한 결과 <SUP>137</SUP>Cs을 이용하였을 때는 83.5 ton ha<SUP>-1</SUP> yr<SUP>-1</SUP>이, <SUP>210</SUP>Pb<SUB>ex</SUB>을 이용하였을 때는 112.5 ton ha<SUP>-1 </SUP>yr<SUP>-1</SUP>이었다. USLE를 이용해 조사한 토양침식량은 166.0 ton ha<SUP>-1</SUP> yr<SUP>-1</SUP>으로 큰 차이가 있었다. 울릉도 토양(14지점)을 대상으로 실험을 수행한 결과 울릉도 토양의 평균 토양침식량은 <SUP>137</SUP>Cs으로는 19.5 ton ha<SUP>-1</SUP> yr<SUP>-1</SUP>이, <SUP>210</SUP>Pb<SUB>ex</SUB>은 24.0 ton ha<SUP>-1</SUP> yr<SUP>-1</SUP>이었고, USLE로는 221.6 ton ha<SUP>-1</SUP> yr<SUP>-1</SUP>으로 큰 차이가 있었다. 특히, 울릉도는 USLE를 이용하였을 때 침식량이 매우 높게 산정되는데 이는 울릉도의 경사인자가 매우 큰 것과 더불어 화산회토에 대한 토양특성을 반영하는 침식인자 산정식과 울릉도에서 주로 재배되는 재배 작물에 대한 C, P 인자 산정이 미흡하기 때문이다. 이처럼 토양 이용 형태 및 지점별 특징적인 토양 특성 및 관리 방법에 대한 선행 연구결과가 필수적으로 필요한 USLE와 달리 토양 분석만으로 토양 침식량 산정 뿐 아니라 공간적인 토양 침식 및 퇴적 양상을 파악할 수 있는 FRN을 이용한 조사 방법은 큰 장점이 있다고 판단된다.