선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 본 연구에서는 우리나라에서 현재 담배필터 소재로 사용하고 있거나 또는 검토되고 있는 셀룰로오스 아세테이트와 탄소복합, 종이, 부직포 필터 등의 필터 소재에 따른 생분해성을 매립법에 의하여 관찰하고자 하였다. 또한 매립에 의하여 실험할 경우 많은 시간과 노력이 요구되기 때문에 이를 개선하기 위한 방법의 일환으로 효소의 적용 가능성을 검토하였다.
- 본 연구에서는 우리나라에서 현재 담배필터 소재로 사용하고 있거나 또는 검토되고 있는 셀룰로오스 아세테이트와 탄소복합, 종이, 부직포 필터 등의 필터 소재에 따른 생분해성을 매립법에 의하여 관찰하고자 하였다. 또한 매립에 의하여 실험할 경우 많은 시간과 노력이 요구되기 때문에 이를 개선하기 위한 방법의 일환으로 효소의 적용 가능성을 검토하였다.
- 매립법에 의한 생분해성 실험은 평가 기간이 길고 많은 노력이 요구되는 단점이 있다. 이에 반해 효소를 이용하여 동일한 경향의 연구결과를 얻는다면 시간과 노력이 획기적으로 감소될 수 있을 것으로 생각되어 효소에 대한 평가를 실시하여 보았다. 생분해성 효소 중 cellulase(E C 3, 2, 1.
제안 방법
- 두 번째는 시료를 전처리하지 않는 생분해성 실험방법으로 필터에 활성탄이 첨가되어 있으므로 인위적인 변형을 시키지 않고 담배 필터를 그대로 절단하여 약 100 mg의 필터를 비이커에 넣고, cellulase 20 m£[citrate 완충용액 (pH 4.8)에 750 units 첨가]를 첨가한 후 incubator로 45℃에서 시간별(5, 10, 15 hr)로 반응시킨 후 시료를 얼음으로 냉각하여 반응을 불활성화시킨 후 G4- glass filter를 사용하여 여과하였다. 여과 후 고체 시료를 80℃에서 5시간 건조하여 반응전, 후의 건조 무게 차이를 구하였다(Kasulke et al, 1993; Surinder and Gupta, 1997; Lowe and White, 1991; Stutzenberger and Kahler, 1986).
- 3에 나타내었다. 배양토의 매립 깊이를 5 cm로 실험하였는데 그 이유는 5 cm의 매립 깊이에서 무게 변화 및 물성 변화가 가장 크고, 미생물에서도 생균수와 분해 균수가 가장 활발하였다는 연구결과(김 등, 1999)를 바탕으로 매립 깊이를 고정하여 수행하였다.
- 셀룰로오스 아세테이트(CA)와 탄소복합(CA+AC) 필터는 토우(mono denier : 3.3, total denier : 35,000 d)를 이용하였고, 탄소복합 필터의 활성탄 입도와 충진량은 30-80 mesh, 24 mg/tip으로 제조하였다. 종이필터 (paper)는 현재 사용되고 있는 종이를 이용하여 제조하였으며, 부직포(web) 필터는 부직포 조성이 중량비로 펄프 55%와 바인더 섬유 25%, 활성탄 20%(30~80 mesh)가 되게 원지를 제조한 후 그 원지를 이용하여 필터를 제조하였다.
- 셀룰로오스 아세테이트, 탄소복합, 종이 및 부직포 소재로 필터를 제조하여 필터 길이가 24 mm 가 되도록 절단한 후 건조하여 무게를 기록하였다. 이들 4 종의 건조한 필터를 이용하여 연구원 배양토에 깊이 5 cm로 매립한 후 배양실(KT&G 중앙연구원, 25℃, RH 58%)에서 3일에 1회씩 약 1 /의 물을 가해주었으며, 1개월 단위 간격으로 5개월 동안 관찰하였다.
- 8)에 750 units 첨가]를 넣고 incubator로 50℃에서 24시간 반응시킨 후, 시료를 얼름으로 냉각하여 반응을 불활성화시키고 glass- filter를 사용하여 여과하였다. 여과 잔유물은 80℃에서 5시간 건조한 후 무게를 측정하고 시료의 반응 전후 건조 무게를 측정하여 무게 차이를 구하였다.
- 셀룰로오스 아세테이트, 탄소복합, 종이 및 부직포 소재로 필터를 제조하여 필터 길이가 24 mm 가 되도록 절단한 후 건조하여 무게를 기록하였다. 이들 4 종의 건조한 필터를 이용하여 연구원 배양토에 깊이 5 cm로 매립한 후 배양실(KT&G 중앙연구원, 25℃, RH 58%)에서 3일에 1회씩 약 1 /의 물을 가해주었으며, 1개월 단위 간격으로 5개월 동안 관찰하였다. 채취한 필터 시료의 분해정도는 육안과 digital camera를 이용하여 관찰하였으며, 시료의 무게 변화를 분석하기 위해 실온에서 3회 물로 세척하여 시료에 부착된 토양 입자와 이물질을 제거하고, 80℃에서 5시간 건조시킨 후 실온으로 냉각시켜 무게를 측정하였다(김 등, 1999).
- 전자현미경 관찰을 위해서 시료를 0.1 ~ 1.0 mm 되게 절편으로 만들고 sputter coator(SC-502, Polaron)에서 gold 증착한 후 전자현미경(DSM- 960A, Zeiss)으로 분해 정도를 2개월 간격으로 관찰하였다.
- 3, total denier : 35,000 d)를 이용하였고, 탄소복합 필터의 활성탄 입도와 충진량은 30-80 mesh, 24 mg/tip으로 제조하였다. 종이필터 (paper)는 현재 사용되고 있는 종이를 이용하여 제조하였으며, 부직포(web) 필터는 부직포 조성이 중량비로 펄프 55%와 바인더 섬유 25%, 활성탄 20%(30~80 mesh)가 되게 원지를 제조한 후 그 원지를 이용하여 필터를 제조하였다. 이들 모든 소재 필터 플럭(96 )의 흡인 저항은 270 inmH2O, 원주는 23.
- 지표면에서 5 cm 깊이의 토양에 매립하였을 때 가장 활발한 분해특성을 나타내었다는 연구결과 (김 등, 1999)에 따라 필터 소재별로 연구원 배양토에 5 cm 깊이로 매립한 후 3일 간격으로 약 1 /의 물을 가해주면서 1개월 단위로 필터의 ■생분해 정도를 육안으로 관찰한 결과를 Fig. 1에 나타내었다.
- 이들 4 종의 건조한 필터를 이용하여 연구원 배양토에 깊이 5 cm로 매립한 후 배양실(KT&G 중앙연구원, 25℃, RH 58%)에서 3일에 1회씩 약 1 /의 물을 가해주었으며, 1개월 단위 간격으로 5개월 동안 관찰하였다. 채취한 필터 시료의 분해정도는 육안과 digital camera를 이용하여 관찰하였으며, 시료의 무게 변화를 분석하기 위해 실온에서 3회 물로 세척하여 시료에 부착된 토양 입자와 이물질을 제거하고, 80℃에서 5시간 건조시킨 후 실온으로 냉각시켜 무게를 측정하였다(김 등, 1999).
- 첫 번째는 시료 전처리를 한 후 생분해성을 실험하는 방법으로 담배필터에 활성탄이 첨가되어 있어 인위적 변형이 아닌 필터 그대로 실험에 사용하기 위해 필터 5 g을 IN KOH 완충용액 100 에 침지한 후 12시간동안 반응시키고 나서 glass-filter를 이용하여 여과 한 후 완충용액(멸균수)으로 2~3 차례 세척하였다. KOH를 완전히 제거하기 위해 시료를 1시간 동안 10, 000 rpm, 10℃에서 원심분리한 후 100 의 멸균수를 넣고 30분 동안 shaking 후 다시 한 번 원심분리를 하고 여과하였다.
- 필터분해에 대한 빠른 평가 방법을 모색하기 위해 특허 및 논문 자료를 조사한 후 이를 근거로 cellulase(E C 3.2.1.4, Trichoderma uiride)효소 를 선택하였고, 적용가능성을 2가지 방법으로 진 행하였다(Buchanan et al., 1995; Tanemi et al, 1999; Collazo et al, 1995; Toyama, 1976; Gross et al, 1993).
대상 데이터
- 종이필터 (paper)는 현재 사용되고 있는 종이를 이용하여 제조하였으며, 부직포(web) 필터는 부직포 조성이 중량비로 펄프 55%와 바인더 섬유 25%, 활성탄 20%(30~80 mesh)가 되게 원지를 제조한 후 그 원지를 이용하여 필터를 제조하였다. 이들 모든 소재 필터 플럭(96 )의 흡인 저항은 270 inmH2O, 원주는 23.6 가 되게 제조하여 필터의 분해성 평가에 이용하였다.
이론/모형
- 시료의 빠른 생분해성 평가를 위해 문헌들을 조사한 결과 enzyme 을 이용한 2가지 방법 (Bernard et al, 1981; Tanemi et al, 1999; Collazo et al; 1995, Toyama, 1976)을 수집하였으며, 그 첫 번째 방법은 셀룰로오스 아세테이트 필터의 아세틸기를 제거하기 위해 KOH 용액으로 24시간 반응시킨 후 무게 감소에 대한 생분해성 평가 결과를 Table 1에 나타냈다.
- 필터 분해 정도를 분석하기 위한 방법 중 하나인 생분해성인 매립법을 이용하여 필터 소재에 따라 분해 정도를 육안 및 전자현미경 관찰 그리고 무게 변화를 분석하였다. 위 방법으로 실험에 이용한 필터 소재인 셀룰로오스 아세테이트, 탄소복합, 종이 및 부직포 필터의 생분해성은 소재에 따라 다소 분해 정도의 차이는 있었지만 분해되는 것을 확인할 수 있었다.
성능/효과
- 3개월 후 셀룰로오스 아세테이트와 탄소복합필터에서 무게 감소 변화율은 각각 18.2%와 17.5%로 분해가 시작되고 있음을 볼 수 있었으며, 무게 변화가 탄소복합필터에서 적은 이유는 분해되지 않는 활성탄으로 근소한 차이의 값을 나타낸 것으로 생각된다. 또한 부직포는 활성탄이 중량 대비 20%가 포함되어 있었으나 무게 감소율이 9.
- 4, 5개월 후 셀룰로오스 아세테이트와 탄소복합필터에서 무게 변화율은 Fig. 3에 나타난 바와 같이 무게 변화율이 더 컸는데 이는 앞에서 언급한 바와 같이 활성탄에 의한 산소 유입의 효과로 미생물이 활성화되기 때문에 생분해가 촉진되어 무게 변화율이 큰 것으로 생각된다. 그리고 부직포는 무게 변화율 폭이 34.
- 3에 나타난 바와 같이 무게 변화율이 더 컸는데 이는 앞에서 언급한 바와 같이 활성탄에 의한 산소 유입의 효과로 미생물이 활성화되기 때문에 생분해가 촉진되어 무게 변화율이 큰 것으로 생각된다. 그리고 부직포는 무게 변화율 폭이 34.0%와 48.7%로 셀룰로오스 아세테이트보다는 변화율 폭이 크게 나타났고, 종이 필터 역시 변화율 폭이 상대적으로 급격하게 변화됨을 알 수 있었다. 따라서 필터의 생분해 평가에 사용한 셀룰로오스 아세테이트, 탄소복합 필터, 부직포와 종이 필터의 생분해는 모두 일어나고 있었으며, 생분해 속도는 소재에 따라 다르게 나타났다.
- 육안관측 결과 아세테이트 및 탄소복합필터는 3 개월부터 섬유 돌출 현상이 일어나고, 5 개월에 서는 그 정도가 심하게 일어났으며, 점차적으로 배양토 색으로 변해가는 것을 관측할 수 있었다. 그리고 활성탄이 첨가된 부직포 필터는 1개월에서 필터 크기가 증가하면서 부직포 돌출 현상이 두드러지게 일어남을 볼 수 있었고, 5개월에서는 활성탄 색깔로 변하는 것으로 보아 부직포 함량이 줄어들고 있는 것으로 볼 수 있다. 따라서 부직포 필터는 아세테이트나 탄소복합 필터보다 생분해가 활발히 일어나는 것으로 사료된다.
- 따라서 육안관찰에 의한 필터의 생분해 속도는 종이> 부직포> 탄소복합 >셀룰로오스 아세테이트 순으로 감소하는 것을 확인할 수 있었다.
- 7%로 셀룰로오스 아세테이트보다는 변화율 폭이 크게 나타났고, 종이 필터 역시 변화율 폭이 상대적으로 급격하게 변화됨을 알 수 있었다. 따라서 필터의 생분해 평가에 사용한 셀룰로오스 아세테이트, 탄소복합 필터, 부직포와 종이 필터의 생분해는 모두 일어나고 있었으며, 생분해 속도는 소재에 따라 다르게 나타났다. 무게 감소율에 의한 생분해 속도를 비교하여 보면 종이> 부직포> 탄소복합 >셀롤로 오스 아세테이트 순 이었다.
- 마지 막으로 종이 필터는 1개월에서 필터의 형태가 유지되다가 3개월에서부터 필터의 형태가 많이 손상되는 것을 볼 수 있었고, 5 개월부터는 필터 로서의 형태를 분간하기 힘들 정도로 손상되었으며, 부피 또한 상당히 축소됨을 볼 수 있었다. 또한 5개월 후 종이 필터의 색깔은 배양토의 색깔과 유사하게 변하여 가장 활발하게 생분해가 일어나는 것으로 나타났다.
- 5%로 분해가 시작되고 있음을 볼 수 있었으며, 무게 변화가 탄소복합필터에서 적은 이유는 분해되지 않는 활성탄으로 근소한 차이의 값을 나타낸 것으로 생각된다. 또한 부직포는 활성탄이 중량 대비 20%가 포함되어 있었으나 무게 감소율이 9.6%에서 20.5%로 10.9%의 무게 변화율이 관측되었고, 종이 필터는 13.9%에서 28.2%로 14.3 %의 무게 변화율이 관측되어 생분해가 촉진됨을 알 수 있었다.
- 따라서 부직포 필터는 아세테이트나 탄소복합 필터보다 생분해가 활발히 일어나는 것으로 사료된다. 마지 막으로 종이 필터는 1개월에서 필터의 형태가 유지되다가 3개월에서부터 필터의 형태가 많이 손상되는 것을 볼 수 있었고, 5 개월부터는 필터 로서의 형태를 분간하기 힘들 정도로 손상되었으며, 부피 또한 상당히 축소됨을 볼 수 있었다. 또한 5개월 후 종이 필터의 색깔은 배양토의 색깔과 유사하게 변하여 가장 활발하게 생분해가 일어나는 것으로 나타났다.
- 이에 반해 효소를 이용하여 동일한 경향의 연구결과를 얻는다면 시간과 노력이 획기적으로 감소될 수 있을 것으로 생각되어 효소에 대한 평가를 실시하여 보았다. 생분해성 효소 중 cellulase(E C 3, 2, 1.4^ Trichoderma uM)가 효과적이었고, 반응시간은 5~10시간이 요구되었으며 매립법에 의한 평가 결과와 일치하는 경향을 보였다.
- 셀룰로오스 아세테이트 필터는 초기에 섬유 단면의 Y 형태가 선명하게 나타나 있음을 볼 수 있었으나 5개월이 경과한 후에는 고분자가 손상되어 단사되는 현상이 나타났다. 탄소 복합필터에 서는 셀룰로오스 아세테이트 필터와 같은 경향의 분해 현상이 나타났으며 그 손상 정도가 더 심하였다.
- 필터 분해 정도를 분석하기 위한 방법 중 하나인 생분해성인 매립법을 이용하여 필터 소재에 따라 분해 정도를 육안 및 전자현미경 관찰 그리고 무게 변화를 분석하였다. 위 방법으로 실험에 이용한 필터 소재인 셀룰로오스 아세테이트, 탄소복합, 종이 및 부직포 필터의 생분해성은 소재에 따라 다소 분해 정도의 차이는 있었지만 분해되는 것을 확인할 수 있었다. 필터소재에 따른 필터의 생분해성을 매립법으로 실험하여 육안관찰과, 전자현미경 그리고 무게 변화율로 평가한 결과생 분해성 정도는 종이> 부직포> 탄소복합 >셀 룰로오스 아세테이트 순이었다.
- 육안관측 결과 아세테이트 및 탄소복합필터는 3 개월부터 섬유 돌출 현상이 일어나고, 5 개월에 서는 그 정도가 심하게 일어났으며, 점차적으로 배양토 색으로 변해가는 것을 관측할 수 있었다. 그리고 활성탄이 첨가된 부직포 필터는 1개월에서 필터 크기가 증가하면서 부직포 돌출 현상이 두드러지게 일어남을 볼 수 있었고, 5개월에서는 활성탄 색깔로 변하는 것으로 보아 부직포 함량이 줄어들고 있는 것으로 볼 수 있다.
- 이 방법은 시료 자체의 성상을 변형시키므로 토양매립법과는 다른 결과를 얻었으며, 이 방법은 자연 중 토양에 매립하는 방법과 차이가 있으므로 필터 분해성을 평가하기에는 타당하지 않은 실험 방법으로 판단되었다.
- 필터소재에 따른 필터의 생분해성을 매립법으로 실험하여 육안관찰과, 전자현미경 그리고 무게 변화율로 평가한 결과생 분해성 정도는 종이> 부직포> 탄소복합 >셀 룰로오스 아세테이트 순이었다. 이러한 결과로부터 부직포 필터는 셀룰로오스 아세테이트 필터보다 생분해성이 양호하지만 종이필터보다는 다소 미흡한 것으로 평가되었다.
- 위 방법으로 실험에 이용한 필터 소재인 셀룰로오스 아세테이트, 탄소복합, 종이 및 부직포 필터의 생분해성은 소재에 따라 다소 분해 정도의 차이는 있었지만 분해되는 것을 확인할 수 있었다. 필터소재에 따른 필터의 생분해성을 매립법으로 실험하여 육안관찰과, 전자현미경 그리고 무게 변화율로 평가한 결과생 분해성 정도는 종이> 부직포> 탄소복합 >셀 룰로오스 아세테이트 순이었다. 이러한 결과로부터 부직포 필터는 셀룰로오스 아세테이트 필터보다 생분해성이 양호하지만 종이필터보다는 다소 미흡한 것으로 평가되었다.
- 효소를 이용하여 10시간 후 의 무게 감소를 분석한 결과 종이> 부직포> 탄소복합 >셀룰로오 스 아세테이트 순으로 나타났으며, 이는 매립법과 동일한 경향이었다. 그러므로 앞으로 필터 소재인 셀룰로오스 아세테이트와 탄소복합필터, 종이 및 부직포의 생분해성을 효소 반응을 이용하여 분석한다면 짧은 시간 내에 평가할 수 있을 것으로 기대된다.
후속연구
- 효소를 이용하여 10시간 후 의 무게 감소를 분석한 결과 종이> 부직포> 탄소복합 >셀룰로오 스 아세테이트 순으로 나타났으며, 이는 매립법과 동일한 경향이었다. 그러므로 앞으로 필터 소재인 셀룰로오스 아세테이트와 탄소복합필터, 종이 및 부직포의 생분해성을 효소 반응을 이용하여 분석한다면 짧은 시간 내에 평가할 수 있을 것으로 기대된다.
- 효소에 의한 분해 정도를 확인하기 위해 5, 10, 15시간 경과 후의 실험 결과, 10시간 경과 전에는 소재에 따라 무게 감소 엉)가 차이가 나타났으나, 10시간과 15시간 경과 후에는 유사한 결과를 얻었다. 필터의 생분해성을 평가할 때 매립법으로 수개월이 소요되었는데, 효소를 이용한 방법을 사용하면 짧은 시간 내에 상대적인 생분해성을 평가할 수 있을 것으로 기대된다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.