본 연구는 미세플라스틱 주요물질 중의 하나인 PP와 담수상태에서 중금속 사이의 상관관계를 평가하기 위해 등온흡착모델과 다양한 흡착조건하에서 microplastic인 PP에 의한 Cd의 흡착특성을 평가하였다. Microplastic인 PP에 의한 Cd의 흡착경향은 Freundlich 흡착식에 적합하였으며, 주요한 흡착메카니즘은 물리적인 흡착으로 판단된다. 특히, PP에 의한 Cd의 흡착량은 반응시간과 반응온도에 지배적인 영향을 받았으며, 반응시간과 반응온도가 증가할수록 흡착량은 증가하였다. 초기 pH에 따른 흡착결과 PP에 의한 Cd의 흡착은 표면전하와 큰 상관관계가 없었고, FTIR분석을 통한 Cd 흡착 전과 후의 PP작용기에 별 다른 차이가 없어 PP에 의한 Cd의 흡착은 대부분 물리적 흡착으로 판단되었다. 결론적으로 담수상태에서 미세플라스틱인 PP는 Cd과 같은 중금속을 흡착한 후 생물체내로 이동시킬 수 있는 가능성을 확인할 수 있었고, 향후 미세플라스틱에 의한 중금속과 같은 독성물질이동과 전이매개체의 역할과 메커니즘을 규명하기 위한 체계적인 후속연구가 수행되어야 할 것으로 판단된다.
본 연구는 미세플라스틱 주요물질 중의 하나인 PP와 담수상태에서 중금속 사이의 상관관계를 평가하기 위해 등온흡착모델과 다양한 흡착조건하에서 microplastic인 PP에 의한 Cd의 흡착특성을 평가하였다. Microplastic인 PP에 의한 Cd의 흡착경향은 Freundlich 흡착식에 적합하였으며, 주요한 흡착메카니즘은 물리적인 흡착으로 판단된다. 특히, PP에 의한 Cd의 흡착량은 반응시간과 반응온도에 지배적인 영향을 받았으며, 반응시간과 반응온도가 증가할수록 흡착량은 증가하였다. 초기 pH에 따른 흡착결과 PP에 의한 Cd의 흡착은 표면전하와 큰 상관관계가 없었고, FTIR분석을 통한 Cd 흡착 전과 후의 PP작용기에 별 다른 차이가 없어 PP에 의한 Cd의 흡착은 대부분 물리적 흡착으로 판단되었다. 결론적으로 담수상태에서 미세플라스틱인 PP는 Cd과 같은 중금속을 흡착한 후 생물체내로 이동시킬 수 있는 가능성을 확인할 수 있었고, 향후 미세플라스틱에 의한 중금속과 같은 독성물질이동과 전이매개체의 역할과 메커니즘을 규명하기 위한 체계적인 후속연구가 수행되어야 할 것으로 판단된다.
BACKGROUND: In recent years, studies on microplastics have focused on their decomposition in the ocean. However, no studies have been reported on the interaction between microplastics and metal ions in aqueous solutions. Therefore, this study was conducted to evaluate the adsorption capacity of cadm...
BACKGROUND: In recent years, studies on microplastics have focused on their decomposition in the ocean. However, no studies have been reported on the interaction between microplastics and metal ions in aqueous solutions. Therefore, this study was conducted to evaluate the adsorption capacity of cadmium(Cd) by polypropylene (PP) in aqueous solution. METHODS AND RESULTS: Cadmium adsorption characteristics of PP in aqueous solution were evaluated through various conditions including initial Cd concentration(1.25-25 mg/L), contact time(0.5-24 h), initial pH(2-6) and temperature($20-50^{\circ}C$). Cadmium adsorption fit on PP was well described by Freundlich isotherm model with adsorption capacity(K) of 0.028. The adsorption amount of Cd by PP increased with increasing contact time, indicating that adsorption of PP by Cd was dominantly influenced by contact time. Especially, the removal efficiency of Cd by PP was highest at high temperature. However, the surface functional groups of PP before and after adsorption of Cd were similar, suggesting that adsorption of Cd by PP is not related to surface functional groups. CONCLUSION: Our study suggests that PP affects the behavior of Cd in aqueous solution. However, in order to clarify the specific relationship between microplastics and metal ions, mechanism research should be carried out.
BACKGROUND: In recent years, studies on microplastics have focused on their decomposition in the ocean. However, no studies have been reported on the interaction between microplastics and metal ions in aqueous solutions. Therefore, this study was conducted to evaluate the adsorption capacity of cadmium(Cd) by polypropylene (PP) in aqueous solution. METHODS AND RESULTS: Cadmium adsorption characteristics of PP in aqueous solution were evaluated through various conditions including initial Cd concentration(1.25-25 mg/L), contact time(0.5-24 h), initial pH(2-6) and temperature($20-50^{\circ}C$). Cadmium adsorption fit on PP was well described by Freundlich isotherm model with adsorption capacity(K) of 0.028. The adsorption amount of Cd by PP increased with increasing contact time, indicating that adsorption of PP by Cd was dominantly influenced by contact time. Especially, the removal efficiency of Cd by PP was highest at high temperature. However, the surface functional groups of PP before and after adsorption of Cd were similar, suggesting that adsorption of Cd by PP is not related to surface functional groups. CONCLUSION: Our study suggests that PP affects the behavior of Cd in aqueous solution. However, in order to clarify the specific relationship between microplastics and metal ions, mechanism research should be carried out.
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문제 정의
그래서 본 연구에서는 반응시간(0.5-24h), 초기 pH (2‐6) 및 온도(20‐50℃)가 PP의 Cd 흡착특성에 미치는 영향에 대하여 평가하였다.
따라서 본 연구는 담수상태에서 Cd가 흡착된 미세플라스틱이 포식자의 먹이로 위장하게 된다면 먹이사슬을 통해 최종적으로 인간에게까지 미세플라스틱과 중금속이 동시에 노출될 수 있으므로 이를 입증하기 위한 기초연구로서 수중에서 다양한 Cd 흡착조건에 따른 미세플라스틱중 polypropylene(PP)의 Cd 흡착특성을 평가하였다.
본 연구는 미세플라스틱 주요물질 중의 하나인 PP와 담수상태에서 중금속 사이의 상관관계를 평가하기 위해 등온흡착모델과 다양한 흡착조건하에서 microplastic인 PP에 의한 Cd의 흡착특성을 평가하였다.
제안 방법
Polypropylene에 의한 Cd의 최대흡착특성 조사는 Cd(NO3)2∙4H2O를 이용하여 표준원액 1000 mg/L 제조한 후 초기 농도를 1.25‐25 mg/L 수준으로 단계적으로 희석하여 표준용액으로 제조한 후 사용하였으며, 각 용액의 초기 pH는 0.1M HCl과 NaOH를 이용하여 5로 조절하였다.
교반된 시료는 여과지(Whatman No. 6 filter)를 이용하여 여과시킨 뒤, PP의 단위 g당 흡착된 Cd의 양과 평형상태에서 용액 내에 잔류된 Cd의 양을 Inductively Coupled Plasma (ICP, Perkin Elmer Optima 4300 DV, USA)를 이용하여 측정하였으며, 그 결과는 Freundlich (Eq. 1) 및 Langmuir (Eq.
준비된 PP를 2g씩 삼각플라스크에 주입하고 10 mg/L로 조절된 표준용액을 50 mL 삼각플라스크에 주입한 후 상기 언급된 각 실험조건을 달리하여 흡착실험을 수행하였으며, 이후 모든 실험방법 및 분석방법은 앞서 언급된 초기 Cd농도 실험과 동일하게 수행되었다.
카드뮴 흡착 전 후 PP의 functional group 비교실험은 초기 Cd의 농도가 10 mg/L(pH 5) 일 때 흡착된 시료(흡착된 Cd: 0.062 mg/g)를 사용하였으며, 모든 시료는 수분을 충분히 제거한 후 Fourier transform infrared spectrometer (FTIR; Perkin Elmer, USA)을 이용하여 분석되었다.
카드뮴 흡착에 PP의 작용기가 미치는 영향을 조사하기 위하여 FTIR에 의한 Cd 흡착 전 후 microplastic인 PP의 작용기를 분석하였으며, 그 결과는 Fig. 5에서 보는 것과 같다. 흡착 전후 시료에서 관찰된 3020 cm‐1에서부터 3100 cm‐1에 해당하는 피크는 =C‐H 및 =C‐H2를 나타내며, 1456 cm‐1와 1376 cm‐1에 할당된 피크는 각각 CH2 deformation 및 symmetric CH3 deformation을 나타낸다.
대상 데이터
이에 본 실험에서는 많은 플라스틱 중 PP를 우선적으로 선정하여 실험을 수행하였다. PP는 Sigma‐Aldrich에서 구입하여 흡착실험에 이용하였다. 실험에 앞서 입자상 PP는 분쇄기를 이용하여 일정크기로 분쇄한 후 0.
이에 본 실험에서는 많은 플라스틱 중 PP를 우선적으로 선정하여 실험을 수행하였다.
성능/효과
Polypropylene에 의한 Cd의 흡착량은 초기 Cd의 농도가 2.5 mg/L 까지는 비교적 낮았으나 Cd의 농도가 증가할수록 점진적으로 증가되었는데, 이는 PP에 의한 Cd의 흡착이 초기 Cd 농도에 지배적인 영향을 받는다는 것을 알 수 있다.
반응온도가 20 및 30℃에서 PP에 의한 Cd의 흡착량은 각각 0.062 및 0.065 mg/g으로 별 다른 차이 없이 유사하였으나, 반응온도가 40℃부터는 점진적으로 증가하였으며, 최종 50℃에서 PP에 의한 Cd의 흡착량은 0.138 mg/g으로 20℃에서 보다 2.2배 높았다.
또한 Boparai 등(2011)의 연구결과에 따르면, Freundlich 등온흡착모델은 흡착제와 흡착질간의 물리적 흡착(physisorption)에 의해 이루어지는 반면에 Langmuir 흡착모델은 화학적 흡착(chemosorption)에 의해 지배적인 영향을 받는다고 보고된 바 있다. 본 연구결과에서 PP에 의한 Cd의 흡착량은Freundlich 등온흡착식(R2=0.9814)이 Langmuir 등온흡착식(R2=0.8961)에 비해 더 유의성이 있었는데, 이는 PP에 의한 Cd의 흡착이 PP표면에 존재하는 이종 이상의 복합 활성사이트 및 물리적인 흡착기작에 의해 흡착되는 것을 나타낸다. 그러나 PP의 구조적인 특성을 고려할 때, Cd의 흡착이 이종 이상의 표면활성사이트에 의한 흡착보다는 물리적인 흡착에 의해 대부분 흡착되는 것으로 판단된다.
초기 pH에 따른 흡착결과 PP에 의한 Cd의 흡착은 표면전하와 큰 상관관계가 없었고, FTIR분석을 통한 Cd 흡착 전과 후의 PP작용기에 별 다른 차이가 없어 PP에 의한 Cd의 흡착은 대부분 물리적 흡착으로 판단되었다.
특히, PP에 의한 Cd의 흡착량은 반응시간과 반응온도에 지배적인 영향을 받았으며, 반응시간과 반응온도가 증가할수록 흡착량은 증가하였다.
후속연구
결론적으로 담수상태에서 미세플라스틱인 PP는 Cd과 같은 중금속을 흡착한 후 생물체내로 이동시킬 수 있는 가능성을 확인할 수 있었고, 향후 미세플라스틱에 의한 중금속과 같은 독성물질 이동과 전이매개체의 역할과 메커니즘을 규명하기 위한 체계적인 후속연구가 수행되어야 할 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
플라스틱이란?
플라스틱은 안정성, 단열성, 편리성 등의 소재특성으로 인하여 섬유, 생활용품, 포장재, 건축 및 컴퓨터 등 다양한 산업분야에서 많이 활용되고 있을 뿐만 아니라 인간의 생활과도 밀접하게 연관되어 있다(Browne et al., 2011).
본 논문에서 PP에의한 Cd의 흡착메카니즘은 무엇으로 판단하였는가?
특히, PP에 의한 Cd의 흡착량은 반응시간과 반응온도에 지배적인 영향을 받았으며, 반응시간과 반응온도가 증가할수록 흡착량은 증가하였다. 초기 pH에 따른 흡착결과 PP에 의한 Cd의 흡착은 표면전하와 큰 상관관계가 없었고, FTIR분석을 통한 Cd 흡착 전과 후의 PP작용기에 별 다른 차이가 없어 PP에 의한 Cd의 흡착은 대부분 물리적 흡착으로 판단되었다. 결론적으로 담수상태에서 미세플라스틱인 PP는 Cd과 같은 중금속을 흡착한 후 생물체내로 이동시킬 수 있는 가능성을 확인할 수 있었고, 향후 미세플라스틱에 의한 중금속과 같은 독성물질 이동과 전이매개체의 역할과 메커니즘을 규명하기 위한 체계적인 후속연구가 수행되어야 할 것으로 판단된다.
미세플라스틱은 무엇을 총칭하는 것인가?
, 2010). 자연상태에서 플라스틱의 풍화 및 광분해 등으로 인해 분해된 나노 입자 크기의 플라스틱과 마이크로 비드 형태의 플라스틱을 총칭하여 미세플라스틱으로 불리어 지고 있는데, 이들은 해양 생물들에게 쉽게 노출되면서 포식자의 먹이로 오인하여 섭취하게 되고 생물축정과정을 통한 해양생태계 파괴와 인체의 미세플라스틱 섭취에 대한 우려가 점차 확대되고 있는 실정이다(Auta et al., 2017; Ferreira et al.
참고문헌 (18)
Marine Pollution Bulletin K., Ashton 60 11 2050 (2010) 10.1016/j.marpolbul.2010.07.014
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