X-선 흡수 분광법(XAS)을 이용한 이중층수산화물-나노복합체(LDH-NCs)의 형성 및 음이온성 오염물질 저감 특성 규명

국문 초록 (Abstract)

비소(As)와 인(P)은 인위적/자연적 요인을 통해 수계에 다양하게 유입되어 수생태계와 인간의 건강을 위협하는 대표적인 음이온성 오염물질이다. 이중층수산화물(layered double hydroxide, LDH)은 점토의 일종으로 두 팔면체 층간에 존재하는 음이온의 강한 교환작용을 통해 음이온 계열 오염물질들을 효과적으로 저감할 수 있으나, 나노 LDH 결정의 자가 응집으로 그 효과가 감소되는 단점이 있다. 이러한 문제는 기반 물질 표면에 고반응성 물질을 정밀하게 결합한 나노복합체(nanocomposites, NCs)를 통해 해결 가능하다. 본 연구에서는 LDH와 기반 (광)물질이 지닌 특성을 과학적으로 응용하여 쉽고, 효율적인 방법(예, 용해-재침전, 열수합성, 소성)을 통해 독창적인 이중층수산화물-(광물)나노복합체(LDH-NCs)를 합성하였다. 또한, 다양한 흡착배치실험과 방사광가속기의 X-선 흡수 분광법(XAS)을 포함한 액체 및 고체상 분석들을 복합적으로 활용하여 인, 비소와 다양한 LDH-NCs 사이에서 발생하는 반응 메커니즘들을 원자·분자 규모에서 상세히 규명하여 효과적인 저감 조건을 제시하였다. 특히, XAS는 X-선 회절(XRD) 및 투과전자현미경(TEM) 분석과 함께 합성된 시료의 구조 파라미터 및 원자 배치와 같은 복잡한 미구조적 특성을 밝히는데 유용하게 이용되었다. 뿐만 아니라, 흡착된 오염물질의 표면 결합 특성(예, outer-sphere complex vs. inner-sphere complex 결합 등)을 밝혀 반응 메커니즘을 보다 명확히 제시하는 데 큰 역할을 하였다. 본 연구는 다양한 나노광물질의 형성 및 구조, 그리고 이화학적 특성에 대한 이해뿐만 아니라, 이들과 다양한 음이온성 오염물질들과의 미시적 규모의 상호작용에 대한 메커니즘적 이해와 이를 통한 환경 문제 해결에 있어 효과적이며 과학적인 접근법을 제시하였다. 향후 지질환경과학 분야에서 방사광가속기의 적극적인 활용은 자연 광물질의 형성과 표면 및 구조에서 기인하는 다양한 이화학적 반응에 대한 더욱 정밀하고 정확한 이해와 예측에 크게 기여할 것으로 기대된다.