In this study, the inhibition of ammonia on anaerobic digestion of butyric acid was evaluated and the potential alleviating effects of such ammonia inhibition by the addition of magnetite particles were investigated. Independent anaerobic batch tests fed with butyric acid as a sole organic source were conducted in twenty 60-mL glass bottles with 10 different treatment conditions, comprising ammonia: 0.5, 2.0, 4.0, 6.0, and 7.0 g total ammonia nitrogen (TAN)/L and magnetite particles: 0 mM and 20 mM. The increase in ammonia concentration did not cause significant inhibition on methane yield; however, a significant inhibition on lag time and specific methane production rate was observed. The IC50 in the control treatments (without magnetite addition) was estimated as 6.2654 g TAN/L. A similar inhibition trend was observed in magnetite-added treatments; however, the inhibition effect by ammonia was significantly alleviated in lag time and specific methane production rate when compared to those in the control treatments. The lag time was shortened by 1.6–46.3%, specific methane production rate was improved by 6.0–69.0%. In the magnetite-added treatments, IC50 was estimated as 8.5361 g TAN/L. This study successfully demonstrated the potential of magnetite particles as an enhancer in anaerobic digestion of butyric acid under conditions of ammonia stress.

광산배수가 지표에 노출되거나 주변 수계로 유입됨에 따라 나노크기의 철 교질물질이 형성되며, 이러한 철 교질물질은 심미적 오염을 발생시킬 뿐만 아니라 수생태계에도 악영향을 미친다. 이를 제어하기 위해 철 나노물질의 거동특성을 파악하는 것이 매우 중요한데, 아직까지 이에 대한 연구가 미흡하다. 본 연구는 영가철과 자철석을 이용하여 배경용액의 pH와 조성, 그리고 자연유기물에 따른 철 나노물질의 거동특성을 고찰하기 위해 수행되었다. 이를 위해 동적광산란분석기를 이용하여 철 나노물질의 입자크기와 표면 제타전위를 측정하였으며, DLVO (Derjaguin, Landau, Verwey, and Overbeek) 이론에 적용하여 응집 및 분산 등의 거동특성을 비교하였다. 철 나노물질은 영전하점 pH 근처에서는 입자간의 전기적 인력으로 인한 응집이 발생되며, 그보다 pH가 낮거나 높으면 전기적 반발력에 의해 분산이 잘되는 것을 확인하였다. 배경용액 내 양이온이 음이온보다 거동특성에 더 큰 영향을 끼치는 것을 확인하였으며, 특히 1가 양이온보다 2가 양이온이 입자표면간의 전기적인 인력 및 반발력에 더 큰 영향을 주는 것을 알 수 있었다. 수용상의 자연유기물은 철 나노물질을 코팅함으로써 표면을 음전하로 띠게 하여 분산이 잘 되게 하는 것을 확인하였다. 동일한 환경조건에서 자철석보다 영가철이 응집이 더 잘 되는 것으로 나타났는데, 이는 영가철의 낮은 안정성과 빠른 반응성으로 인해 철 산화물로 변질되기 때문인 것으로 판단된다.

홍천 카보나타이트-포스코라이트 복합체를 형성하는 주 구성광물인 자철석은 각각 세 시기에 걸쳐 정출되었으며 후기로 가면서 함량이 점차 감소한다. 자철석에 대한 전자현미분석결과 Ti, V은 미량 검출되지만 초기에서 후기로 가면서 증가하는 경향을 보여준다. 반면, Mg, Mn은 뚜렷이 감소하는데 이는 일반적인 카보나타이트질 마그마 분화특성을 잘 나타낸다. Al 또한 카보나타이트와 포스코라이트에서 감소하는 경향을 보여주며, Cr은 대부분 검출한계 미만을 나타내나 후기 포스코라이트에 와서는 미량 정출된다. 자철석은 초기에는 Fe2+가 주로 Mg2+와 Mn2+에 의해 치환되고, Fe3+는 Al3+에 의한 치환되는 양상이 주를 이루었으나 후기에 와서는 감소하면서 거의 순수한 자철석 조성을 갖게 된다. V의 증가와 Mn의 감소는 마그마 분화가 산소분압이 점차 감소하는 환경에서 진행되었음 나타내고, 감람석, 금운모의 부재와 더불어 자철석의 Mg, Al, Cr 및 Ti 원소들의 함량이 낮은 것은 홍천 카보나타이트-포스코라이트 복합체가 결핍된 모마그마로부터 생성되었음을 지시한다. 특히, 후기로 가면서 철질 탄산염광물과 석영의 산출이 두드러지면서 전형적인 카보나타이트-포스코라이트 복합체에 비해 연구지역 자철석의 Mg 함량이 적게 산출되는 것은 마그마 분화가 최후기까지 진행되었음을 시사한다.

본 연구에서는 원적외선의 방출을 증진시켜 쾌적한 실내 환경을 조성시키며 아울러 비중이 높은 재료를 사용하여 층간소음을 저감시키기 위한 방안으로서 건축용 친환경 바닥 마감재에 자철석 잔골재를 사용하는 모르터의 기초물성 연구를 수행하였다. 실험에 사용된 모르터의 배합은 자철석 잔골재를 자연사로 0, 20, 40, 60, 100% 치환하였다. 먼저 원적외선 방출성능으로서 방사율과 방사에너지를 측정하여 KICM의 기준을 훨씬 상회하는 결과를 얻었다. 단위용적질량 압축강도 실험결과 치환율이 증가함에 따라 선형적으로 증가하는 결과를 얻었다. 그러나 건조수축 시험결과 자철석 잔골재의 치환율이 증가함에 따라 건조수축 변화율이 기준 시험체 대비 급격하게 증가하는 것으로 나타나 향후 이를 해결하기 위한 방안이 강구되어야 함을 알 수 있었다.

In this project a preliminary experimental research work was done to apply mortars containing magnetite as fine aggregates unto floor finishing materials in order to make indoor environment eco-friendly. Crushed magnetites is going to be substituted as sands in the mix design. Far-infrared radiation tests to determine emissivity and emission power were done in accordance with the KICM test standard and an outstanding result was obtained.

지구의 암권에서 가장 중요한 자성광물은 자철석이다. 암석 내에 존재하는 자철석의 성분과 입자 크기에 관한 정보를 알아내는데 저온 자화특성을 이용하려 한다. 물리적 방법의 하나인 저온 자화특성 실험은 비파괴적이며 운석과 같이 연구 대상 시료의 수량이 제한된 경우 특히 유용하게 사용된다. 금번 연구에서는 세 종류의 합성 자철석 시료와 세 종류의 자철석 함유 암석 시료에 대해 저온포화잔류자화의 가열실험과 실온포화잔류자화의 냉각/가열 실험을 수행하였다. 실험 결과 저온포화잔류자화는 가열함에 따라 자철석의 버웨이변환온도(~105~120 K)를 지나며 급격히 감소한다. 자철석의 버웨이변환온도와 등방점(135 K)를 모두 거치는 실온포화잔류자화의 냉각과 가열 실험 결과에서는 저온포화잔류자화의 가열 실험 결과와 비교하였을 때 자화회복력이 뛰어나고, 자화상실이 상대적으로 완만히 진행된다. 저온포화잔류자화와 실온포화잔류자화 모두 자철석의 입자 크기가 증가할수록 소실되는 포화잔류자화의 비가 증가한다. 결국 저온포화잔류자화기억도와 실온포화잔류자화기억도 모두 자철석의 입자가 커질수록 감소한다. 따라서 저온 자화특성을 이용하면 암석 내 자철석 입자의 크기를 비파괴적인 방법으로 유추할 수 있다.

토양과 지하수의 비소 오염은 최근 심각한 환경문제들 중 하나로 대두되고 있으며, 이러한 비소 오염은 다양한 자연적 또는 인위적 원인들로 인하여 발생할 수 있다. 지중에서 비소의 거동은 철, 망간, 알루미늄 등과 같은 여러 종류의 산화물 또는 수산화물들과 점토광물에 의하여 영향을 받고, 특히 이중에서 철 (산)수산화물이 가장 효과적으로 비소를 제어하는 것으로 알려져 있다. 이에 본 연구에서는 철 산화물의 일종인 자철석의 비소 흡착 특성을 연구하였다. 자철석이 비소의 화학종(5가와 3가 비소)에 따라서 어떠한 흡착 특성을 나타내는가 알아보기 위하여 비소 흡착에 주요하게 영향을 줄 수 있는 자철석의 물리화학적 특성들을 측정하고, 평형론적 실험과 반응속도론적 실험을 병행하여 수행하였다. 비소 흡착제로 사용하기 위하여 실험실에서 합성한 자철석의 영전하점(point of zero charge, PZC)과 비표면적은 각각 6.56과 16.6 g/m2로 다른 철 (산)수산화물들에 비해 상대적으로 낮은 간들을 나타냈다. 두 비소 화학종과 자철석의 평형실험 결과, 3가 비소가 5가 비소보다 더 많이 흡착되는 것으로 조사되어, 3가 비소가 흡착제로 사용된 자철석과 더 높은 친화력을 가지는 것으로 나타났다. 3가 비소는 pH 7에서, 5가 비소는 pH 2에서 흡착량이 가장 높았으며, 5가 비소의 경우 pH가 증가함에 따라 자철석의 표면과 전기적 반발력으로 인해 그 흡착량이 감소하는 것으로 나타났다. 이는 pH에 따른 자철석의 표면전하의 변화와 비소의 화학적 형태 등이 비소를 제어하는데 있어서 중요한 인자로 고려되어야 한다는 것을 지시한다. 시간에 따른 흡착 반응연구에서는 5가 비소가 3가 비소보다 더 빠르게 흡착됨을 알 수 있었으나, 비소의 화학적 존재형태에 관계없이 모두 4시간 이내에 평형 흡착에 도달하였다. 또한, 반응속도 실험결과를 지금까지 제안된 다양한 반응속도 모델들과 비교하였을 때, power function과 elovich 모델이 본 연구에서 사용된 자철석과 비소의 흡착을 가장 잘 모사하는 것으로 나타났다.

미생물을 이용한 원석 또는 폐석으로부터 인류에 유용한 원소 및 중금속의 용출은 초기 연구단계에 있는 새로운 생물학적 기술 중의 하나이다. 본 연구의 목적은 갯벌 퇴적물에서 분리한 미생물(Microcosm)을 이용하여 자철석으로부터 철의 용출 및 용출된 철의 생광화작용에 따른 2차 물질의 형성을 규명하고자 한다. 갯벌퇴적물에서 분리한 철 환원 박테리아(Microcosm)가 글루코스(10~20mM)를 이용하여 성장하는 동안 자철석으로부터 철의 용출 및 2차 물질의 형성을 ICP, XRD, SEM-EDX 및 TEM을 이용하여 연구하였다. 미생물배지에 상업용 자철석(미생물배지 : 자철석 = 100 : 1)과 철환원 박테리아를 넣고 혐기성 및 호기성 조건하에서 철 용출 및 2차 물질의 형성실험을 실시한 결과, 철의 용출 실험동안 미생물배지의 Eh는 호기성 조건에서 +250 mV에서 -520 mV 까지 감소하고, pH 7.3에서 5.5까지 감소하였다. 혐기성 환경에서 박테리아의 활동에 따라 15일째 자철석으로부터 94 ppm의 Fe를 용출하였으며, 박테리아가 없는 혐기성 조건 하에서는 0.9 ppm의 Fe의 용출을 보여 주었다. 호기성 환경에서 박테리아의 활동에 따라 자철석으로부터 15일째 107 ppm의 Fe를 용출하였다. 배양을 시작한지 1개월이 지난 시점에서는 미생물배지에 용출되어 있는 Fe가 혐기성 조건에서는 57ppm의 Fe가, 호기성 조건하에서는 6.5 ppm의 Fe 각각 존재하였다. 박테리아가 배양되는 동안 용출된 철의 감소는 2차물질의 형성에 철이 소비된 것으로 사료되며, 호기성 조건하에서는 적갈색의 2차 물질 형성을 보여주었다. 미생물에 의한 자철석으로부터 철과 망간의 용출은 미생물의 활동에 따른 미생물배지의 열역학적인 조건(Eh/pH)의 변화 및 유기물의 산화에 따른 유기산의 형성에 기인한 것으로 사료된다. 미생물을 이용한 결정질의 자철석으로부터 철의 용출 및 비정질의 2차물질의 형성은 미생물의 퇴적물 내에서 철의 순환에 중요한 역할을 담당할 뿐만 아니라 미생물을 이용한 유용물질의 침출(Bioleaching) 및 생광화작용에 따른 광물의 합성 가능성을 시사한다.