초록 |
□ 연구개요 본 연구는 메틸수은의 환원성 디메틸화를 위한 영가철기반 수은환원 촉매 개발을 목적으로 함. 목적한 촉매를 성공적으로 합성하여 구조를 규명하였고 이를 이용하여 메틸수은(CH<sub>3</sub>Hg<sup>+</sup>)을 원소수은(Hg<sup>0</sup>)으로 환원시킨 후 산화철에 흡착하여 고정하는 기작과 반응을 규명하였음. 동시에 우리나라 굴양식장 퇴적물 시료를 채취하여 수은메틸화 특성과 양식굴 내의 메틸수은 농도를 조사하고 양식장으로부터의 유기물 침적이 연안 환경과 수은 메틸화에 미치는 영향을 파악하였음 □ 연구 목표대비 연구결과 1차년도: 0가철 촉매 합성과 양식장 퇴적층 수은오염도 조사 - 메틸수은의 탈메틸화 특성 조사결과 메틸수은은 한시간 이내에 분해가 완료되며 scavenger 주입을 통하여 Fenton 반응으로 생성된 활성산소종 (OH·, <sup>1</sup>O<sub>2</sub>)이 0가철에 의한 탈메틸화에서 중요한 역할을 한다는 것을 입증함 - 거제한산만 굴양식장에서 퇴적물 시료와 굴시료를 채취하여 총수은과 메틸수은의 농도 조사를 완료했음. 메틸수은 농도는 유기물이 높은 양식장에서 오히려 낮은 결과를 보임 2차년도: 0가철, 황화철 촉매를 이용한 메틸수은 분해 - 0가철에 의한 메틸수은 탈메틸화는 활성산소종에 의한 산화적 탈메틸화와 0가철 산화에 의한 2가수은의 환원 두 단계로 진행됨을 입증함. - FeS 나노입자의 활성산소종 생산능력을 이용하여 메틸수은을 분해하는 것이 가능한지 실험한 결과 FeS 나노입자가 산화되면서 OH*을 생성하여 메틸수은을 제거함을 확임함 3차년도: 0가철에 의한 메틸수은 분해메커니즘 제시와 양식장 오염도 조사 - H<sub>2</sub>O<sub>2</sub>, Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 주입실험을 통해 활성산소종 생성 없이는 메틸수은을 제거할 수 없음을 확인하고 페로진 주입을 통해 Fenton 반응의 진행을 확인함 - 비교사이트와 양식장 퇴적물에서 acid-volatile sulfide (AVS)와 유기물 함량을 비교한 결과, 양식장이 수은 메틸화에 유리한 무산소 환경임에도 높은 AVS, 유기물 함량이 실제로 메틸수은 합성에 부정적인 영향을 미침을 확인함 4차년도: 0가철 충진 컬럼을 이용한 메틸수은 분해 - Pumice 광물 위에 0가철을 도포한 후 작은 규모의 일회용 주사기 안에 주입하여 미니컬럼을 제작하여 인공지하수 내 수은 제거를 확인한 결과 90% 이상의 수은 제거 효율이 20시간 정도 지속되고 40시간 후 breakthrough가 관찰됨. - Pumice 광물 위에 0가철을 도포 한 후 모래를 양 끝단에 주입하여 20 cm 길이로 제작한 파일럿 컬럼 테스트에서는 95-99 % 의 수은 제거효율이 223일 동안 지속됨. 이 기간 중 컬럼의 breakthrough 는 관찰되지 않음 □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) - 표면분석, 화학 분석, 물질수지 등을 통하여 디메틸화, 2가수은의 환원, 0가수은의 안정화 기작을 규명하는 기초과학적 연구결과를 산출함 - 메틸수은 환원 목적의 0가철 촉매 개발은 기존 연구보고가 전혀 없는 분야이므로 성공적 연구 수행을 통해 우수 SCI 논문게재를 달성하였음 - 영가철 기술은 국제수은협약에 따라 수은의 배출을 저감해야 하는 현시점에 제련산업 폐수 및 하수처리 기술로 활용이 가능함 - 양식장 퇴적물에 입자상, 용존상으로 존재하는 메틸수은의 제거 및 안정화에 활용하여 연안 환경의 정화와 보존에 기여 가능 (출처 : 요약문 2p) |