최근 오염물질 수위의 급격한 상승세와 더불어 가속화되는 자연환경 파괴로 인해 다양한 환경 속에 쌓이는 오염 물질의 검출 및 모니터링은 현대 사회의 중요한 미션 중 하나로 자리 잡았다. 본 논문에는 멤브레인 기반의 광학 센서를 활용한 미량 오염물질 검출에 대한 최근 연구 동향이 요약되어 있다. 본 논문에 포함된 연구들은 섬유소로 이루어진 멤브레인을 검출을 위한 플랫폼으로 사용하였으며, 금속 나노 입자나 형광단을 색 변화 검출을 위해 이용하였다. 제조된 광학 센서들은 모두 적절하거나 특출한 수준의 감도를 보였고, 대부분의 센서에서 타겟 물질이 아닌 이온이나 물질에는 반응하지 않는 정확성 또한 확인되었다. 검출 플랫폼으로 이용된 섬유소 멤브레인의 물리적, 화학적 특성들은 멤브레인 합성 방법이나 색 변화를 위한 광학 물질 등을 바꾸는 방법을 통해 각 연구의 목적에 맞추어 최적화될 수 있었다. 또한, 멤브레인을 기반으로 하여 제조 된 센서들은 운반이 편리하고 기계적 성질이 강해 현장에서 바로 오염물질을 검출할 수도 있다는 사실이 제시되었다. 이러한 장점 덕분에 멤브레인 기반 센서들은 식용수에서 검출된 중금속의 정량화와 자연 수질환경에서 발견되는 미량 중금속 및 유독성 항생제의 감지 등 다양한 목적을 위해 활용될 수 있었다. 몇몇의 연구에서 제조된 센서들은 항균성이나 재활용성 또한 나타내었다. 대부분의 센서들이 타겟 물질을 감지한 후 육안으로도 식별 가능한 색 변화를 보였으나, 본 논문에 포함된 많은 연구들은 형광 발산, UV-vis 분광학, RGB 색 강도 차이 등을 비교 분석한 더 상세한 검출 결과를 제시하였다.

가속화되는 산업화로 인해 중금속 이온의 침출이 환경문제로 떠오르고 있다. 수질 정화를 위한 몇 가지 방법 중 기능성 고분자 섬유를 이용한 흡착은 효율적이며 경제적이라는 장점이 있다. 특히, 폴리아크릴로나이트릴(polyacrylonitrile, PAN)은 금속 이온을 흡착할 수 있는 작용기가 많아 관심을 끌고 있다. PAN은 쉽게 전기방사를 통해 고분자 나노 섬유화될 수 있으며 높은 표면적을 가질 수 있다. 본 총설에서 다룰 복합 PAN 섬유는 폐수 처리를 위한 또 다른 유형의 고분자이다.

Cu(II) can cause health problem for human being and phosphate is a key pollutant induces eutrophication in rivers and ponds. To remove of Cu(II) and phosphate from solution, chitosan as adsorbent was chosen and used as a form of hydrogel bead. Due to the chemical instability of hydrogel chitosan bead (HCB), the crosslinked HCB by glutaraldehyde (GA) was prepared (HCB-G). HCB-G maintained the spherical bead type at 1% HCl without a loss of chitosan. A variety of batch experiment tests were carried out to determine the removal efficiency (%), maximum uptake (Q, mg/g), and reaction rate. In the single presence of Cu(II) or phosphate, the removal efficiency was obtained to 17 and 16%, respectively. However, the removal efficiency of Cu(II) and phosphate was increased to 50~55% at a mixed solution. The maximum uptake (Q) for Cu(II) and phosphate was enhanced from 11.3 to74.4 mg/g and from 3.34 to 36.6 mg/g, respectively. While the reaction rate of Cu(II) and phosphate was almost finished within 24 and 6 h at single solution, it was not changed for Cu(II) but was retarded for phosphate at mixed solution.

본 연구에서는 수계 내 포함된 양이온들 중 특히 중금속 이온을 효율적으로 분리할 수 있는 양이온 교환막을 개 발하였다. 기저 고분자로는 sulfonated polyetheretherketone (SPEEK)를 사용하였으며 이에 중금속 이온에 결합력이 강한 킬 레이팅 수지를 파우더링하여 첨가하였다. 또한 양이온 교환막의 성능을 최적화시키기 위해 킬레이팅 수지의 함량 및 SPEEK 의 이온교환용량을 제어하였다. 결과적으로 제조된 양이온 교환막을 막 축전식 탈염 공정(membrane capacitive deionization, MCDI)에 적용한 결과 중금속 이온 제거 효율이 20% 이상 향상됨을 확인할 수 있었다.

Cellulose acetate-graft-(glycidylmethacrylate-g-polyethylene glycol) (CA-g- (GMA-g-PEG) was synthesized and incorporated into acetylated methyl cellulose (AMC) to prepare high rejection performance ultrafiltration membranes. H1-NMR and X-ray photoelectron spectroscopy study confirmed the successful synthesis of CA-g-(GMA-g-PEG) and utilized for hydrophilic modification agent. Polyethyleneimine(PEI), HumicAcid(HA) and Citric Acid(CA) ligands was used to bind the metal ions in aqueous solution.The rejection efficiency of AMC/CA-g-(GMA-g-PEG) blend membranes was studied in terms of pH, concentration and time. The successful developments would allow the safe and economical advancement in the fabrication of AMC blend membranes for ultrafiltration applications.

부산, 경남 지역의 8개 친환경농산물인증 지역에서 카드뮴, 구리, 비소, 수은, 납, 6가크롬, 아연, 니켈 등 8개 중금속의 토양 함량을 조사하였다. 카드뮴은 그 햠량의 순으로 보면 산청, 하동, 사천, 부산순으로 함량이 높았으며, 구리는 김해, 사천, 부산, 고성 순으로, 비소는 사천, 부산, 김해, 고성 순으로, 수은은 고성, 사천, 부산, 김해 순으로, 납은 김해, 사천, 고성, 부산 순으로, 6가크롬은 김해, 부산, 하동, 산청 순으로, 아연은 김해, 부산, 사천, 함양 순으로, 니켈은 사천, 하동, 고성, 산청 순으로 각각 함양이 많았다. 전체적인 함량을 보았을 경우 김해, 사천, 부산 등 낙동강 주변의 평야지대에서 높은 수치를 보였다. 한편 하동, 진주 산청 등 중산간지에서는 전체 중금속 함량이 대체로 낮았다.

본 연구는 인쇄회로기판(PCB) 제조 시 에칭공정에서 발생되는 구리이온(Cu+2)을 고농도로 함유한 황산 폐에칭액을 NF 막분리법을 사용하여 에칭액 회수와 구리이온 처리를 효율적으로 수행하기 위한 NF 막여과 공정의 운전 조건을 설정하기 위한 기본 자료를 확보하는데 있다. 이를 위해 미국 Koch사의 SelRO MPS-34 4040 NF 막을 대상으로 구리이온을 고농도(5~25 g/L)로 함유한 모의 황산 폐에칭액의 회분식(dead-end) 나노여과 실험을 수행하여 투과 플럭스와 구리이온의 총괄 배제도를 측정하였다. 이 결과 황산용액에의 막 보관기간이 길수록, 황산용액의 pH가 낮을수록 황산에 의한 NF 막의 손상이 더 크게 발생하여 순수 투과 플러스가 증가하였다. 황산 폐에칭액의 투과 플럭스는 황산용액 내 구리이온의 농도가 증가할수록 막 표면에의 구리이온 농축(농도분극)의 증가에 따라 감소하였으며, 구리이온의 배제도는 구리이온의 농도가 높을수록, pH가 낮을수록, 황산용액 내의 막 보관기간이 길수록 낮아져 초기 37%에서 최소 15% 수준으로까지 감소하였다.

중금속 이온이(Cd2+, Hg2+, Cu2+, Pb2+) 산개구리 여포난자의 성숙에 미치는 영향을 알아보기 위해 배양액에 일정 농도의 이온들을 첨가한 후 여포난자들을 일정시간 배양하였다. 여포난자의 성숙을 유도하기 위하여 FPH(Frog pituitary homogenate: 0.1p.e./ml)를 사용하였으며 여포난자의 성숙율은 난자의 핵막 붕괴율로부터 구하였다. 실험결과 Cd2+은 0.1ppm의 농도부터 여포난자의 성숙을 억제하였으며 Hg2+과 Cu2+는 1ppm부터, Pb2+는 5ppm에서 현저히 억제효과를 나타내기 시작하였다. 이들 중금속 이온 작용의 가역성을 조사하기 위해 3시간 동안 여포난자들을 중금속 이온에 노출시킨 후 보통 배양액으로 옮겨 계속 배양을 해 본 결과 Cd2+은 1ppm에서 가역성을 나타내었으나 2.5ppm에서는 비가역적인 손상을 주었다. Hg2+, Cu2+, Pb2+의 효과는 2.5ppm에서는 비가역성을 나타냈다. 위 결과로부터 개구리 여포난자의 배양계는 환경오염물질의 독성 검정에 요긴하게 사용할 수 있을것으로 생각되었다.

We have synthesized the water-insoluble chitosan derivative, N-dithiocarboxy chitosan sodium salt, through the reaction of chitosan with carbon disulfide in the presence of alkali metal hydroxide, Chitosan itself has been prepared using chitin, one of the most abundant compounds in nature, as a starting material. To elucidate this natural polymer the capacity of adsorbing heavy metal ions, we have performed adsorption experiments using chitosan derivatives of various average molecular weights with different contents of sulfur. The effect of pH, adsorption time and temperature on adsorption efficiency was also studied. The adsorbent derived from chitosan of average molecular weight ranging 5,700~20,000 was shown to have the highest capacity of adsorbing heavy metal ions. Adsorbing efficiency was increased as the reaction time was increased and as the reaction temperature range of 25~45℃. The adsorption capacity at various pH, however, appeared to vary depending on the heavy metal ions studied.

Chitosan itself has been prepared using chitin, one of the most abundant compounds in nature, as a starting material. We have synthesized the water-soluble chitosan derivative, N-dithiocarboxy chitosan sodium salt, through the reaction of water-soluble chitosan with carbon disulfide in the presence of alkali metal hydroxide. To elucidate this natural polymer capacity of adsorbing heavy metal ions, we have performed adsorption experiments using the water-soluble chitosan derivative various average molecular weight and of different percent contents of sulfur. The effect of pH, adsorption time and temperature on adsorption efficiency was also studied. The adsorbent derived from water-soluble chitosan of average molecular weight ranging 9,000~120,000 was shown to have the highest capacity of adsorbing heavy metal ions. On the whole, adsorbing efficiency was increased as the reaction time goes longer and also increased as the reaction temperture goes higer in temperture range of 15℃~45℃. The adsorption capacity at various pH, however, was appeared to vary depending on the heavy metal ions studied Judging from these finding, water-soluble N-dithiocarboxy chitosan sodium salt, a derivative of a biodegradable nature polymer, is believed to be a potential adsorbent for heavy metal ions since it not only is shown to lower the concentration of heavy metal ions to below the drainage quality standard, but also it would not cause acidification and hardening of soil which is one of the detrimental effects of synthetic macromolecular adsorbents present.

Adsorption using highly porous and highly functionalized sorbents is a straightforward removal technology currently being employed, however the range of contaminants is limited. A novel sorbent was synthesized from activated carbon and Zr-based UiO66 metal organic framework to remove both cationic and oxyanionic metals from aqueous solutions. The composite was characterized using FSEM-EDS, FT-IR, XRD, and TGA, and showed successful integration of UiO66 on the surface of activated carbon. Batch adsorption tests with ICP-OES reveal that the composite has removal efficiency >95% for Pb (II), Cu (II), Se (IV), and As (V). The hybrid material is a promising sorbent for the removal of both cationic and oxyanionic metals for wastewater purification.

국내 경상북도 포항 지역에서 채취한 6종의 천연 제올라이트를 X-선 회절, X-선 형광분석, 열 시차 분석, 열중량 분석 및 양이온교환능 분석을 통해 특성분석을 수행하였다. 이들 제올라이트의 주 성분은 구룡포A (Ku-A), 구룡포B (Ku-B), 구룡포C (Ku-C), 동해A (Dh-A), 동해B (Dh-B), 동해C (Dh-C) 모두 모데나이트, 알바이트 및 석영이 함유되어 있었다. 6종의 제올라이트는 Si, Al, Na, K, Mg, Ca, Fe을 함유하고 있었으며 구룡포C (Ku-C) 제올라이트의 양이온 교환능이 다른 지역의 제올라 이트 보다 높게 나타났다. 6종의 천연 제올라이트를 이용하여 Pb2+, Cd2+ 및 Cu2+ 등의 중금속 이온을 제거하는데 소요되는 반응 시간의 효과를 비교하였다. 6종의 천연 제올라이트 모두 Pb2+, Cd2+ 및 Cu2+ 제거율이 매우 낮게 나타났다. 이는 6종의 천연 제올라이트에 함유된 제올라이트의 함량이 매우 낮기 때문으로 판단된다. 본 연구 결과는 제올라이트 광석의 중금속 흡착능력은 제올라이트의 함량, 즉 광석의 품위에 크게 의존되는 경향을 보여주고 있다.

전국 정수처리장은 624개소이며 이곳의 전체시설용량은 약 2,775만톤/일으로서 상수생산량은 1,579만톤/일이다. 정수슬러지의 발생량은 1,479톤/일에 이르고, 상수원의 오염과 고도정수시설의 도입에 따라 매년 증가하고 있으며 발생하는 슬러지 케이크는 매립, 해양투기, 재활용에 의해 처분되고 있다. 매립은 매립지 확보의 어려움으로 거의 중단된 상태이고, 처리비용이 상대적으로 저렴한 해상투기의 경우는 해양오염방지법 시행규칙 개정으로 2013년부터 모든 폐기물은 해양배출이 금지되어 재활용에 의해 처리되어야 하는 실정이다. 따라서 이를 자원화하게 되면 처리비용을 절감하고 매립장의 수명을 연장함과 동시에 2차 환경오염원을 차단하는 효과를 얻을 수 있다. 본 연구에서는 정수슬러지의 고효율, 저비용 및 친환경적인 재활용 기술개발이 절실함에 착안하여 정수슬러지를 인산으로 수열반응 하거나 알루미노실리케이트 흡착제를 수열합성하고, XRD, SEM, FT-IR, BET, XRF, TGA 등을 이용하여 물성분석을 수행하였다. X-선 회절분석 결과 정수슬러지는 α-quartz 또는 Berlinite 결정구조를 나타내었으며, 정수슬러지와 인산으로 수열반응시킨 시료의 비표면적은 각각 104.7, 88.5 m²/g 이었다. 정수슬러지를 원료로 하여 알루미노실리케이트를 합성하는 경우 90℃에서 5시간 수열합성한 시료가 가장 높은 결정성을 나타내었으며, Pb2+, Cd2+ 이온에 대해 흡착성능을 평가한 결과 약 97% 이상의 높은 제거효율을 나타내었다.

Novel N2O2 tetradentate ligands, H-3BPD and H-2BPD were synthesized. Hydrochloric acid salts of Br-3BPD, Cl-3BPD, Br-2BPD and Cl-2BPD having Br and Cl substituents at the para position of the phenol hydroxyl group, were synthesized. The ligands were characterized by C. H. N atomic analysis, 1H NMR, 13C NMR, UV-visible, and mass spectra. The proton dissociation constants (logKn H) of the phenol hydroxyl group and secondary amine of the synthesized N2O2 ligands were shown by four step wise values. The orders of the calculated overall proton dissociation constants (logβp) were Br-3BPD < Cl-3BPD < H-3BPD in case of 3BPD and Br-2BPD < Cl-2BPD < H-2BPD in case of 2BPD respectively. The order agreed well with that of para Hammett substituent constants(δp). The stability constants(logKML) of the complexes between the synthesized ligands and transition metal(II) ions agreed with the order of logβp of the ligands. The order of the logKML value of the each transition metal (II) ion was Co(Ⅱ) < Ni(Ⅱ) < Cu(Ⅱ) > Zn(Ⅱ) > Cd(Ⅱ) > Pb(Ⅱ), which agreed well with that of Iriving-Williams series.

The removal performances of divalent heavy metal ions (Pb2+, Cu2+, Cd2+, Sr2+ and Mn2+) were studied using the Na-P1 zeolite synthesized from Jeju scoria in the batch and continuous fixed column reactor. The uptakes of heavy metal ions by synthetic Na-P1 zeolite decreased in the order of Pb2+>Cu2+>Cd2+>Sr2+>Mn2+ based on the selectivity of each ion to ionic exchange site of Na-P1 zeolite for single and mixed solutions in batch or continuous fixed column reactor. For mixed solution, each heavy metal ion uptake was lower than that in single solution, and especially the uptake for Mn2+ decreased greatly. In batch reactor, the uptakes of heavy metal ions by synthetic Na-P1 zeolite were described by Freundlich or Langmuir equation, but they followed the former better than the latter. In continuous fixed column reactor, the maximum ion exchange capacity obtained for each of heavy metal ions, was about 90% of that in batch reactor. The uptakes of heavy metal ions by synthetic Na-P1 zeolite increased with the increase of initial heavy metal concentration and solution pH, and the decrease of the amount and particle size of synthetic zeolite.

new N3-O2 pentadentate ligand, H-BHPT, was synthesized. Hydrochloric acid salts of Br-BHPT, Cl-BHPT, CH3O-BHPT and CH3-BHPT, having Br-, Cl-, CH3- and CH3O- substituents at the para position of the phenol hydroxyl group of H-BHPT were synthesized. Hydrochloric acid salts of 3OH-BHPT and 4OH-BHPT, having different position of the phenol hydroxyl group of H-BHPT were also synthesized. The synthesis of each ligand was confirmed by C. H. N. atomic analysis and 1H NMR, 13C NMR, UV-visible, and mass spectra. The calculated proton dissociation constants (logKn H) of the phenol hydroxyl group and secondary amine group of the synthesized N3-O2 ligands showed five steps of the proton dissociations. The order of the overall proton dissociation constants (logβp) of the ligands was Br-BHPT < Cl-BHPT < H-BHPT < CH3O-BHPT < CH3-BHPT. The order agreed with that of Hammett substituent constants (δp). However, dissociation steps of 3OH-BHPT were four and that of 4OH-BHPT was three. The calculated stability constants (logKML) between the ligands and transition metal ions agreed with the order of logβp values of the ligands. The order of the stability constants between the transition metal ions with the synthesized ligands was Co(Ⅱ) < Ni(Ⅱ) < Cu(Ⅱ) > Zn(Ⅱ) > Cd(Ⅱ) > Pb(Ⅱ). The order agreed well with that of the Iriving-Williams.

The objectives of this study were to investigate the seasonal characteristics of metallic and ion elements of PM10(Particulate matter with aerodynamic diameter ≤10 ㎛) and the effects of vessels exhaust emission from ships harboring in Busan City. The PM10 samples were collected from January 2010 to October 2010 at Dongsam-dong(coastal area), in Busan City. The particulate matters were analyzed for major water soluble ionic components and metals. The ranges of the PM10 mass concentrations were from 29.8 ㎍/㎥ to 47.0 ㎍/㎥ in Dongsam-dong. The PM10 mass concentrations in Dongsam-dong are very similar to Gwangbok-dong during same sampling periods. These results were understood by the effects of the shipping source emitted from ships anchoraging and running. The concentrations of water-soluble ions and metals in the PM10 had a level of as high as the order of SO4 2- >NO3 - >Cl - and NH4 + >Na + >Ca 2+ >K + >Mg 2+ , respectively. The correlation coefficients(R 2 ) for SO4 2- /PM10 and NH4 + /PM10 of were 0.7446 and 0.7784, respectively, and it showed the high correlation with each other.