| 초록 |
연구개요 이 연구에서는 탄산염광물(Carbonate Mineral)의 생광물화작용(Biomineralization)을 이용한 양이온의 공침 및 고정과 탄산염광물(Carbonate Mineral)의 생광물화작용(Biomineralization)에 층상규산염 광물이 미치는 영향을 알아보고자 하였다. 따라서 이 연구의 최종목표는 탄산염형성미생물(Carbonate forming microorganisms)을 이용하여 탄산염광물의 생광물화작용 (Biomineralization)시 다양한 양이온(Cd, Zn, Cu, Pb, Sr) 치환 및 고정된 탄산염광물을 형성하여 오염물질 고정 효과를 규명하고, 더불어 층상규산염광물(예: 흑운모, 일라이트, 버미큘라이트)의 오염물질의 흡/탈착 효과 및 탄산염광물의 생광물화작용에 미치는 영향에 대해 규명하고자 하였다. 연차별 연구 세부 목표는 다음과 같다. - 1차년도: 탄산염광물 생광물화작용에 양이온(Cd, Zn, Cu, Pb, Sr)이 미치는 영향 규명 - 2차년도: 층상규산염광물의 방사성오염물질 제거 및 탄산염광물 생광물화작용에 미치는 영향 규명 - 3차년도: 층상규산염광물과 미생물과의 상호작용에 따른 탄산염광물의 생광물화작용 연구 목표대비 연구결과 1차년도 목표: 탄산염광물 생광물화작용에 양이온(Cd, Zn, Cu, Pb, Sr)이 미치는 영향 규명 - 탄산염미생물의 요소분해과정에 의한 탄산칼슘 침전시 다양한 양이온(Cd, Zn, Cu, Pb, Sr)의 종류와 농도는 다양한 탄산염광물의 침전(방해석, 아라고나이트 등) 및 광물학적 특성(광물의 종류, 형태, 결정도 등)에 기여했으며 금속이온 제거율에 차이를 보였다. Pb와 Sr은 99 % 이상의 제거 효율을 보였고, Cu, Zn, Cd는 0.05 mM 이하의 저농도에서 30 ~ 60%의 낮은 제거 효율을 보였다. 2차년도 목표: 층상규산염광물의 방사성오염물질 제거 및 탄산염광물 생광물화작용에 미치는 영향 규명 - 산-활성화된 흑운모의 비표면적은 활성화 전과 대비하여 약 3.5배 증가하였고, 염기-활성화 된 흑운모와 일라이트는 사면체가 부분 용해되면서 많은 공극을 만들었다. - 산/염기-활성화된 흑운모와 일라이트의 세슘 흡착 능력을 평가한 결과, 증류수 내 세슘(1 mg/L) 제거율은 흑운모(91.1%)가 산-활성화 98.1%, 염기-활성화 93.1%, 일라이트 (98.7%)는 산-활성화 99.2%, 염기-활성화 98.4%로 확인되었다. pH에 따른 광물학적 특성 변화와 관련하여, 흑운모와 일라이트의 세슘 제거율은 단순히 pH-의존전하뿐만 아니라 비표면적의 변화도 중요한 요인으로 나타났다. 3차년도 목표: 층상규산염광물과 미생물과의 상호작용에 따른 탄산염광물의 생광물화작용 - 광물에 흡착된 세슘은 1차 광물인 흑운모에 비해 2차 광물인 질석에서 더 안정적으로 고정될 수 있으며, Ca 이온의 흡착에도 효과를 나타냈다. 그리고 층상규산염광물과 미생물과의 상호작용에 따른 탄산염광물의 생광물화작용에 대해서는 다양한 변수를 고려한 심층적인 연구가 필요한 것으로 나타났다. 연구발성과의 활용 계획 및 기대효과 (연구개발결과의 중요성) - 국내 토착 탄산염형성미생물의 균주 발굴과 생광물화작용의 특성 연구는 다양한 환경 내에서 발견되는 미생물 생성 탄산염광물 형성과정을 이해할 수 있는 생지화학적 정보를 제공할 것이다. - 탄산염 광물(예: CaCO<sub>3</sub>)의 생광물화작용으로 온실가스인 이산화탄소(CO<sub>2</sub>)는 고정화할 수 있기 때문에, 이산화탄소를 저감하기 위한 친환경적 공정으로 탄산염광물형성 미생물을 활용할 수 있을 것이다. - 이 연구 결과는 탄산염광물 형성미생물과 층상규산염광물에 의한 중금속과 방사성물질(예: Cs)로 오염된 오염수 정화 및 천부지권에서 이와 같은 오염물질의 이동과 차단에 기여할 수 있을 것으로 기대된다. - 현재 시도되는 탄산염 광물 활용분야(건축, 토목 외)에서는 탄산염 형성능력이 보고된 한정된 미생물의 종, 생장 환경(호기성/혐기성 환경, pH, 염도, 온도 등)의 조절 어려움, 일정반응 시간의 소요 등의 한계점으로 실용화 단계에 미치지 못하고 있으나, 이 연구에서 발굴한 다양한 토착 탄산염형성 미생물의 활용은 산업적 활용분야의 폭이 확장되고 실용화를 앞당기는데 기여할 것이다. (출처 : 요약문 2p) |
