본 연구는 양이온성 4차 암모늄 화합물(Quaternary Ammonium Compounds, QACs)을 Sol–Gel 공정을 통해 제올라이트 표면에 고정화한 기능성 여재를 제조하고, 이를 이용하여 남조류 Microcystis aeruginosa에 대한 색소 기반 생리적 억제 가능성과 반복 사용 안정성을 실험실 규모에서 평가하였다. 실험은 QACs 코팅 여부 및 코팅 농도에 따른 시각적 변화, Chlorophyll-a (Chl-a), Phycocyanin (PC), pH 변화, 유사 일차 감소속도상수(k), 표면 특성 분석(SEM, EDS, FT-IR), TOC 기반 용출 평가, 그리고 microcystin 분석을 중심으로 수행하였다. 실험 결과, QACs-coated Zeolite 처리군에서는 시간 경과에 따라 상등액의 녹색 색조가 감소하고 세포 응집 및 침전이 촉진되는 양상이 관찰되었다. 또한 QACs-coated Zeolite 조건에서는 무코팅 제올라이트 및 sodium silicate-coated zeolite 조건에 비해 Chl-a와 PC가 더 크게 감소하였으며, 특히 PC가 더 민감하게 반응하는 경향을 보였다. 유사 일차 감소속도상수(k) 분석에서도 QACs 코팅 농도가 증가할수록 색소 감소 속도가 커지는 경향이 나타났다. 동일 여재를 3회 반복 사용한 연속 실험에서는 이러한 경향이 대체로 유지되어, 반복 사용 조건에서도 일정 수준의 반응성이 유지될 가능성을 확인하였다. SEM, EDS 및 FT-IR 분석 결과는 제올라이트 표면에 Si 기반 무기층과 QACs 유기 성분이 함께 존재하는 유기–무기 복합 코팅층이 형성되었음을 시사하였다. TOC 기반 간접 평가에서는 Sol–Gel 코팅 시료가 단순 담지 시료보다 낮은 용출 경향을 보여, Sol–Gel 네트워크가 QACs의 수중 용출을 일정 수준 억제할 가능성을 나타냈다. 한편, microcystin-LR, -YR, -RR, -LA, -LY, -LF 등 주요 6종의 microcystin은 모든 처리 조건에서 검출한계 이하로 나타났다. 종합하면, QACs-coated Zeolite는 M. aeruginosa 배양계에서 색소 감소, 응집 및 침전 유도, 그리고 반복 사용 시 일정 수준의 반응성 유지 가능성을 보였으며, Sol–Gel 기반 고정화는 단순 담지 방식에 비해 용출 안정성 측면에서 유리한 경향을 나타냈다. 다만 본 연구는 색소 기반 지표와 정성적 관찰을 중심으로 수행되었으므로, 실제 세포 생존율, 독소 분획, 직접적인 QACs 용출 정량, 생태독성 및 현장 적용성에 대한 추가 연구가 필요하다.

This study investigated the inhibition potential and repeated-use stability of a functional zeolite medium in which quaternary ammonium compounds (QACs) were immobilized on the zeolite surface through a Sol-Gel process. The prepared QACs-coated Zeolite was applied to Microcystis aeruginosa (M. aeruginosa) under laboratory-scale conditions, and its performance was evaluated based on visual changes, chlorophyll-a (Chl-a), phycocyanin (PC), pH, pseudo-first-order decay constants (k), surface characterization (SEM, EDS, and FT-IR), TOC-based leaching assessment, and microcystin analysis. The results showed that the QACs-coated Zeolite treatment promoted visible discoloration of the suspension. Compared with uncoated zeolite and sodium silicate-coated zeolite, the QACs-coated Zeolite induced greater reductions in both Chl-a and PC, with PC showing a more sensitive response. The pseudo-first-order decay analysis also indicated that the apparent pigment decay rate increased with increasing QACs coating concentration. In repeated-use experiments using the same medium for three consecutive cycles, similar trends were maintained, suggesting that the material retained a certain level of reactivity under repeated-use conditions. SEM, EDS, and FT-IR analyses suggested the formation of an organic-inorganic composite coating layer on the zeolite surface. TOC-based indirect estimation showed that Sol-Gel-coated samples exhibited lower leaching tendencies than the simply impregnated sample, implying that the Sol-Gel network may suppress the release of QACs into water to some extent. In addition, six major microcystin congeners were below the detection limit in all treatment conditions. Overall, the QACs-coated Zeolite showed the potential to induce pigment reduction, flocculation, and sedimentation of M. aeruginosa, while maintaining a certain degree of reactivity during repeated use. The Sol-Gel immobilization approach also appeared advantageous over simple impregnation in terms of leaching stability. However, because this study mainly relied on pigment-based indicators and qualitative observations, further studies are needed to evaluate cell viability, toxin partitioning, direct QACs quantification, ecotoxicological safety, and field-scale applicability.

요약문
ABSTRACT
1. 서 론
2. 재료 및 실험방법
    2.1 M. aeruginosa의 배양방법
    2.2 제올라이트 특성 및 Quaternary AmmoniumCompounds (QACs)
    2.3 Sol-Gel을 활용한 제올라이트 표면 QACs 코팅방법
    2.4 QACs-coated Zeolite를 활용한 M. aeruginosa억제 실험 방법
    2.5 M. aeruginosa 세포 형태 변화 및 Chl-a, PC측정 방법
    2.6 QACs-coated Zeolite 표면에 QACs 코팅 특성분석
    2.7 시료 중 microcystin 독성 분석
3. 결과 및 고찰
    3.1 시간에 따른 시료의 시각적 변화
    3.2 세포의 형태변화
    3.3 코팅 여부에 따른 M. aeruginosa의 Chl-a, PC,pH의 변화
    3.4 코팅에 사용된 QACs 농도 별 여재의 지속성 확인연속 실험
    3.5 연속 실험 별 M. aeruginosa의 Chl-a 및 PC 일차 감소속도상수(k) 값 산출
    3.6 QACs 코팅 특성 분석
    3.7 시료 중 microcystin 용출 농도 분석
4. 결 론
References

• 이우형(미국 센트럴플로리다 주립대학교 토목환경공학과) | Woo Hyoung Lee (Department of Civil, Environmental, and Construction Engineering, University of Central Florida)
• 김극태(동국대학교 융합환경과학과) | Keugtae Kim (Department of Convergent Environmental Science, Dongguk University)
• 채경인(국립한밭대학교 건설환경공학과) | Kyung In Chae (Department of Civil & Environmental Engineering, Hanbat National University)
• 박정수(국립한밭대학교 건설환경공학과) | Jungsu Park (Department of Civil & Environmental Engineering, Hanbat National University)
• 주진철(국립한밭대학교 건설환경공학과) | Jin Chul Joo (Department of Civil & Environmental Engineering, Hanbat National University) Corresponding author