[논문]인공합성된 Layered Double Hydroxides의 토양중 행동

최충렬; 서영진; 이동훈; 김준형; 여상각; 최정; 박만

인공합성된 Layered Double Hydroxides의 토양중 행동
Behavior of Synthetic Layered Double Hydroxides in Soils 원문보기

韓國土壤肥料學會誌 = Korean journal of soil science & fertilizer, v.40 no.5, 2007년, pp.412 - 417

최충렬 (경북대학교 농화학과) , 서영진 (경상북도농업과학기술원) , 이동훈 (경북대학교 농화학과) , 김준형 (경북대학교 농화학과) , 여상각 (경북대학교 농화학과) , 최정 (경북대학교 농화학과) , 박만 (경북대학교 농화학과)

초록
AI-Helper

Layered double hydroxides(LDHs)가 토양의 이화학성에 미치는 영향 및 결정성의 변화를 규명하기 위하여 LDHs가 처리된 토양침출수를 calcium carbonate 처리와 비교 조사하였다. LDHs와 $CaCO_3$를 처리한 토양의 pH는 유사한 pH 변화를 나타내었으나, LDHs를 처리한 토양의 pH가 무처리구 및 $CaCO_3$ 처리구에 비해 각각 3.0 및 1.0 높게 낮타났다. LDHs를 첨가한 토양침출수의 $Mg^{2+}$ 함량은 52.0~383.0 mg/l으로 무처리구의 1.0~10.0 mg/l, $CaCO_3$ 처리구의 1.0~20.0 mg/l 보다 매우 높았다. $Al^{3+}$ 함량은 LDH와 $CaCO_3$ 처리구에서 0.2 mg 이하의 수준으로 무처리구에 비해 낮은 함량을 나타내었다. 토양침출수의 인산 함량은 LDHs와 $CaCO_3$ 처리에 의해 유의성 있는 상관관계는 나타나지 않았으며, silicate 함량은 LDHs와 $CaCO_3$ 처리에 의해 낮아졌다. LDHs는 토양에서 층상형의 기본구조가 점진적으로 붕괴되어 결정성 및 구조적 형태가 변화되었다. 따라서 LDHs의 토양처리는 산성 토양의 개선 및 식물영양원의 지속적 공급이 가능할 뿐만 아니라 토양환경 및 이화학성에 큰 영향을 미치지 않으므로 다양한 농업소재의 기능성 전달체로서 활용성이 매우 높은 것으로 판단된다.

Abstract ▼ AI-Helper

This study was to elucidate the effects of layered double hydroxides(LDHs) application on the chemical properties of the soils along with the fate of the applied LDHs. The effects of LDHs application were compared with those of calcium carbonate widely used for the neutralization of acidic soils. Incorporation of LDHs into the soil resulted in higher pH value and $Mg^{2+}$ content in soil leachate than that of $CaCO_3$ treatment. There was no significant difference in water-soluble P content in both the treatments. However, $Al^{3+}$ and $Si^{4+}$ contents were decreased by LDHs and $CaCO_3$ treatment, even though a large amount of $Al^{3+}$ was released into soil solution with the disintegration of LDHs framework. LDHs structure in soil was gradually disintegrated from the its original layered structure under acidic condition of soil. Therefore, this study suggests that LDHs could be utilized as a carrier of functional substances to enhance the efficiency of various ago-chemicals without any ill effects on the soil environments.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

즉 토양에서 LDHs 기본골격의 점진적 분해는 pH의 상승을 유도할 수 있을 뿐만 아니라, LDH 구조에서 방출되는 다양한 음이온과 양이온이 토양에 유출되어 토양에 존재하는 양이온 및 인산 등과 같은 음이온들과 반응할 수도 있을 것이다. 따라서 본 연구에서는 토양에 처리된 LDHs의 행동과 LDHs에 의한 토양이화학성의 변화를 calcium carbonate와 비교하여 규명함으로서 LDHs의 기능성 농업소재로서의 활용가능성을 조사하고자 하였다.
본 연구에서 LDHs의 기능성 농업물질의 전달체로서의 활용가능성과 토양 이화학성에 미치는 유해한 영향을 규명하기 위하여 LDH를 보다 과량으로 처리하였다.

제안 방법

LDHs의 X-선 회절분석(D/Max-B, Rigaku)은 Nifilter와 CuK X-radiation을 사용하여 powder 법으로 100 KV, 40 mA, scanning speed 5° /min의 조건에서 5~40°의 범위를 측정하였다. 주사전자현미경(S-4200, Hitachi, Japan) 분석은 시료를 gold coating한 다음 10,000배의 배율로 관찰하였다.
Layered double hydroxides(LDHs)가 토양의 이화학성에 미치는 영향 및 결정성의 변화를 규명하기 위하여 LDHs가 처리된 토양침출수를 calcium carbonate 처리와 비교·조사하였다.
LDHs의 X-선 회절분석(D/Max-B, Rigaku)은 Nifilter와 CuK X-radiation을 사용하여 powder 법으로 100 KV, 40 mA, scanning speed 5° /min의 조건에서 5~40°의 범위를 측정하였다. 주사전자현미경(S-4200, Hitachi, Japan) 분석은 시료를 gold coating한 다음 10,000배의 배율로 관찰하였다.
0 ml의 증류수를 첨가하여 유출되는 중력수를 수집하였다. 침출된 용액은 pore size 0.2 ㎛ membrane filter로 여과한 후 여액을 pH, Ca²⁺ , Mg²⁺ , water soluble-P, Al³⁺ 및 Si⁴⁺ 등을 분석하였다. pH는 초자전극법으로 측정하였으며, 무기이온의 농도는 원자흡광분석기(AAS 3300, Perkin-Elmer, USA)와 유도결합플라즈마분광분석기(Perkin Elmer, Optima 3200RL)를 이용하여 분석하였다.
0 ml 첨가하였다. 토양-LDHs 혼합물로 충진된 column 을 25.0℃의 항온기에 보관하면서 경시적인 토양의 이화학성 변화를 조사하였다. 한편 토양 pH의 교정효과 및 무기이온의 변화를 C_aCO₃ 처리와 비교하기 위하여 5.
Column 내에 토양수분의 변화를 최소화하기 위해 column 입구는 알루미늄 호일로 밀봉하였으며, column 아래 부분은 삼방콕크를 설치하였다. 토양침출수의 채취는 LDHs와 C_aCO₃를 처리한 후 처리기간(0, 1, 7, 14 및 21일) 별로 각 column에 13.0 ml의 증류수를 첨가하여 유출되는 중력수를 수집하였다. 침출된 용액은 pore size 0.

대상 데이터

본 연구에서 합성된 LDHs는 전형적인 층상구조의 결정형인 flake 형태로서 입단을 형성하고 있으며, 입단표면은 비늘모양의 특징적인 형태를 나타내었다 (Fig. 7 A). 그러나 Fig.

이론/모형

LDHs의 합성 및 동정 MgAl LDHs의 합성은 Gardner 등(1998)의 방법에 따라 0.3M Mg(NO₃)₂· 6H₂O 용액과 0.1M Al(NO₃)₃·9H₂O 용액을 혼합한 용액에 structure directing agent (SDA)로서 2.0 N NaOH 용액을 이용하여 pH를 10.0으로 조절하였다. 흰색의 침전물이 형성되면 80℃에서 16시간 동안 반응시킨 후, 반응생성물을 증류수로 5회 세척하여 60℃ 에서 24시간 건조시켜 실험에 사용하였다.
2 ㎛ membrane filter로 여과한 후 여액을 pH, Ca²⁺ , Mg²⁺ , water soluble-P, Al³⁺ 및 Si⁴⁺ 등을 분석하였다. pH는 초자전극법으로 측정하였으며, 무기이온의 농도는 원자흡광분석기(AAS 3300, Perkin-Elmer, USA)와 유도결합플라즈마분광분석기(Perkin Elmer, Optima 3200RL)를 이용하여 분석하였다.

성능/효과

7로 낮아졌다. LDHs 처리구에서는 C_aCO₃ 처리와 유사한 pH 변화를 나타내었으나, 전기 간에 걸쳐 pH가 1.0 정도 높게 나타났다. 이러한 결과는 LDHs 구조를 형성하고 있는 OH^-기가 강한 알카리성으로 물에는 용해되지 않지만 토양을 구성하고 있는 물질과 접촉하여 반응하는 solid base로 작용하는 것으로 판단된다.
LDHs를 첨가한 토양침출수의 Mg²⁺ 함량은 무처리 구와 C_aCO₃ 처리구에 비해 전기간(全期間)에서 매우 높게 나타났다. 무처리구에서는 1.
LDHs와 C_aCO₃를 처리한 토양의 pH는 유사한 pH 변화를 나타내었으나, LDHs를 처리한 토양의 pH가 무처리구 및 C_aCO₃ 처리구에 비해 각각 3.0 및 1.0 높게 낮타났다. LDHs를 첨가한 토양침출수의 Mg²⁺ 함량은 52.
본 연구에서 사용된 LDHs는 00l peak들이 규칙적으로 배열되는 전형적인 층상구조의 특성을 잘 나타내었다. MgAl-CO₃ LDHs의 특징적인 003, 006 및 009peak들이 각각 7.80, 3.90 및 2.60 부근에서 뚜렷이 관찰되었다. 또한 5% LDHs가 혼합된 토양에서는 quartz와 약한 LDH peak가 관찰되었으나 21일 후의 토양에서는 LDHs의 peak가 관찰되지 않았다.
본 연구에서 사용된 LDHs는 00l peak들이 규칙적으로 배열되는 전형적인 층상구조의 특성을 잘 나타내었다. MgAl-CO₃ LDHs의 특징적인 003, 006 및 009peak들이 각각 7.
2 mg 이하의 수준으로 무처리구에 비해 낮은 함량을 나타내었다. 토양침출수의 인산 함량은 LDHs와 C_aCO₃ 처리에 의해 유의성 있는 상관관계는 나타나지 않았으며, silicate 함량은 LDHs와 C_aCO₃ 처리에 의해 낮아졌다. LDHs는 토양에서 층상형의 기본구조가 점진적 으로 붕괴되어 결정성 및 구조적 형태가 변화되었다.

후속연구

이와 같은 결과는 시험전 토양의 초기 약산성 조건에서 LDHs의 구조가 붕괴되어 골격을 형성하고 있는 Mg2²⁺가 토양중에 용해되어 유출되는 것으로 판단된다. 따라서 LDHs는 Ca, Mg, Zn 및 Cu 등과 같은 2가 양이온들을 기본골격에 도입할 수 있으므로 작물의 다양한 영양소 공급원으로서의 활용 가능성이 있을 것으로 기대된다.
토양으로의 LDHs의 도입은 토양의 화학적 성질, 특히 pH와 무기이온의 형태적 변화 및 이동성에 영향을 미칠 수 있다. 즉 토양에서 LDHs 기본골격의 점진적 분해는 pH의 상승을 유도할 수 있을 뿐만 아니라, LDH 구조에서 방출되는 다양한 음이온과 양이온이 토양에 유출되어 토양에 존재하는 양이온 및 인산 등과 같은 음이온들과 반응할 수도 있을 것이다. 따라서 본 연구에서는 토양에 처리된 LDHs의 행동과 LDHs에 의한 토양이화학성의 변화를 calcium carbonate와 비교하여 규명함으로서 LDHs의 기능성 농업소재로서의 활용가능성을 조사하고자 하였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	최근에는 Layered double hydroxides의 특성을 활용하여 어떤 연구가 진행되고 있는가?	, 2002). 최근에는 이와 같은 LDHs의 특성을 이용한 농약 또는 비료성분의 전달체 및 다양한 식물 생장조절제와 같은 농업소재 로서의 활용가능성에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다 (Lee, 2003; Pokrovsky et al., 2005; Youwen et al.
	Layered double hydroxides는 어떤 독특한 성질이 있는가?	Layered double hydroxides(LDHs)는 음이온교환능 력, 층간팽창능력, 산에 대한 분해성 및 carbonate 이온의 높은 친화력 등과 같은 독특한 성질을 가지고 있으므로 촉매제, 의약품, 화장품, 필름, optical memory, separator 및 흡착제 등의 광범위한 분야에서 활용되고 있다 (Inacio et al., 2001; Miyate, 1975; Park et al.
	Layered double hydroxides는 어떤 분야에서 활용되고 있는가?	Layered double hydroxides(LDHs)는 음이온교환능 력, 층간팽창능력, 산에 대한 분해성 및 carbonate 이온의 높은 친화력 등과 같은 독특한 성질을 가지고 있으므로 촉매제, 의약품, 화장품, 필름, optical memory, separator 및 흡착제 등의 광범위한 분야에서 활용되고 있다 (Inacio et al., 2001; Miyate, 1975; Park et al.

참고문헌 (21)

Comez, E., C. Durillon, G. Rofes, and B. Picot. 1999. Phosphate adsorption and release from sediments of brackish lagoons: pH, O2 and loading influence. Wat. Res. 33:2437-2447

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Gardner, E. A., S. K. Yun, T. Kwon, and T. J. Pinnavaia. 1998. Layered double hydroxides pillared by macropolyoxometalates. Applied Clay Sci. 13: 479-494

상세보기
Gestel, C. A. M. and G. Hoogerwerf. 2001. Influence of soil pH on the toxicity of aluminium for Eisenia andrei(Oligochaeta: Lumbricidae) in an artificial soil substrate. Pedobiologia. 45:385-395

상세보기
Gerard, F., J. Ranger, C. Menetrier, and P. Bonnaud. 2003. Silicate weathering mechanisms determined using soil solutions held at high matric potential. Chemical Geology. 202:443-460

상세보기
Hou, X. and R. J. Krikpatrick. 2002, Interlayer structure and dynamics of CIO4- layered double hydroxides. Chem. Mater. 14:1195-1200

상세보기
Hussein, M. Z., Z. Zainal, A. H. Yahaya, and D. W. V. Foo. 2002, Controlled release of a plant growth regulator, -naphthaleneacetate from the lamella of Zn AI-layered double hydroxide nanocomposite. J. Controlled Release. 82:417-427

상세보기
Inacio, J., C. T. Gueho, and J. P. Forano. 2001. Adsorption of CPA pesticide by MgAl-layered double hydroxides. Applied Clay Sci. 18:255-264

상세보기
Irdemez, S., N. Demircioglu, and S. Yildiz. 2006. The effect of pH on phosphate removal from wastewater by electrocoagulation with iron plate electrodes. J. Hazard. Mater. B. 137: 1231-1235

상세보기
Lee. C. I. 2003. Application of layered double hydroxides in order to improvement soil environment. Ph. D. Thesis, Kyungpook National University, Daegu, Korea
Miyate, S. 1975. The syntheses of hydrotalcite-like compound and their structures and physico-chemical properties: I. The system $Mg^{2+}-Al^{3+}-NO_{3}\,^{-}$ , $Mg^{2+}-Al^{3+}-Cl_{3}\,^{-}$ , $Mg^{2+}-Al^{3+}-ClO_{4}\,^{-}$ , $Ni^{2+}-Al^{3+}-Cl_{3}\,^{-}$ , and $Zn^{2+}-Al^{3+}-Cl_{3}\,^{-}$ . Clays Clay Miner. 23:369-375

상세보기
Park, B. Y., Y. W. Uh, S. Y. Yang, S. M. Jang, J. H. Kim, and D. H. Lee. 2001. A study on the acidification of soils. J. Kor. Environ. Sci. Soc. 10:305-310
Park, M. and S. Komameni. 1998. Ammonium-nitrate occlusion vs. cation exchange in natural zeolites, Soil Sci. Soc. Am. J. 62:1455-1459

상세보기
Park, M., C. L. Lee, E. J. Lee, J. H. Choy, J. E. Kim, and J. Choi. 2004. Layered double hydroxides as solid base for beneficial remediation of endosu1fan-contaminated soils. J. Physics & Chem. Solids. 65 :513-516

상세보기
Pokrovsky, O. S., J. Schott, and A. Castillo. 2005. Kinetics of brucite dissolution at $25^{\circ}C $ in the presence of organic and inorganic ligands and divalent metals. Geochimica et Cosmochirnica Acta. 69:905-918

상세보기
Rives, V. 2002. Characterisation of layered double hydroxides and their decomposition products. Mater. Chem. & Phys. 75: 19-25.

상세보기
Sumio, A., H. Hidetoshi., U. Hiroaki, T. Satoshi, and N. Eiichi. 2002. Synthesis and thermal decomposition of Mn-AI layered double hydroxides. J. Solid State Chem. 167:152-159

상세보기
Wossink A. and Z. S. Denaux. 2006. Environmental and cost efficiency of pesticide use in transgenic and conventional cotton production. Agricultural Systems. 90:312-328

상세보기
Yang, Q. Z., J. Yang, and C. K. Zhang. 2006. Synthesis and properties of cordycepin intercalates of Mg Al nitrate layered double hydroxides. International J. of Pharmaceutics. 326:148-152

상세보기
Yeou, S. G. 2005. Application of layered double hydroxide and ozone to improvement of soil environment. Ph. D. Thesis, Kyungpook National University, Daegu, Korea
Youwen, Y., Z. Hong, F. V. George. 2002. Adsorption of dicamba (3,6-dichloro-2-methoxy benzoic acid) in aqueous solution by calcined-layered double hydroxides. 2002. Applied Clay Sci. 21:217-226

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Zhu, Y. G. and G. Shaw. 2000. Soil contamination with radionuclides and potential remediation. Chemosphere. 41 :21-128

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표제어: PCR

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용어 설명 출처 목록 (6)

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