초록 ▼

Ⅳ. 연구 결과
1. 최신 나노물질의 환경매체(수질, 토양 등) 중 거동연구에 관한 문헌 조사
가. OECD, ISO 등 주요 국제기구 및 EU를 포함한 주요 선진국의 연구 동향 조사
OECD의 최근 자료 (Eco-toxicology and Environmental Fate of Manufactured Nanomaterials : Test Guidelines (2014)를 통하여 제조 나노물질이 환경에 노출되는 경로를 연구한 사례를 소개하고 추후 해결해야 할 숙제에 대해 정리하였다.
나노물질은 콜로이드 응집이론

Ⅳ. 연구 결과
1. 최신 나노물질의 환경매체(수질, 토양 등) 중 거동연구에 관한 문헌 조사
가. OECD, ISO 등 주요 국제기구 및 EU를 포함한 주요 선진국의 연구 동향 조사
OECD의 최근 자료 (Eco-toxicology and Environmental Fate of Manufactured Nanomaterials : Test Guidelines (2014)를 통하여 제조 나노물질이 환경에 노출되는 경로를 연구한 사례를 소개하고 추후 해결해야 할 숙제에 대해 정리하였다.
나노물질은 콜로이드 응집이론에 따라 좀 더 체계적인 연구가 수행되어야 하며, 물리화학적 분석은 반드시 이루어져야할 부분이라고 강조하였다. 또한, 제조나노물질의 경우 높은 가변성을 가지고 있기 때문에 그들의 환경적 거동과 변화에 따른 영향을 파악하여야 한다고 언급하였다. 마지막으로 현재는 나노물질이 최소한의 환경적 위해성을 주는 것으로 결론지었으나, 향후 사용량 증가로 본 결과는 달라질 수 있을 것이라고 예상하였다.

나. 나노물질 환경영향 및 거동관련 주요 학회·컨퍼런스 등 국내외 동향 조사
NANO 2014 국제학회 참석(South Carolina, USA, 2014.09.07.-11)을 통한 국외 주요 연구동향을 파악하였고, 수계 및 토양 내 나노물질의 거동관련 연구를 정리하였다.
정책적으로는 나노기술의 발전에 따라 유해성 문제가 대두되고 있으며, 이러한 문제를 보다 더 이해하고, 문제점을 해결하기 위한 체계적인 계획을 세워야한다고 이야기하였다. 연구분야로는 전반적으로 나노물질의 거동(fate and behavior), 독성 등이 주된 발표 내용이었으나 토양보다는 수계환경에서의 거동 연구가 더 많이 발표되었다. 이미 알려진대로 다양한 환경에서의 나노물질의 거동연구가 더 활발히 이뤄져야한다고 이야기하였다. 또한, 나노물질의 증가에 따른 새롭고 다양한 분석방법들이 소개되었다.

2. 탄소계 나노물질의 환경거동(수질, 토양 등) 자료 조사
가. 탄소계 나노물질 및 함유 제품의 환경노출 시나리오 작성 및 거동자료 수집
국내외 논문, 보고서 등을 통한 탄소계 나노물질의 물리화학적 특성에 의한 수계 및 토양환경 내에서의 노출 시나리오 작성 및 거동 자료수집하였다. 조사 및 작성된 시나리오로는 카본 블랙과 MWCNT (다층벽 탄소나노튜브)의 용도 및 처리 방법에 따라 각각 작성되었다.
특정 물질에 대한 위해성 평가는 유해성 여부의 판단 및 주기별 물질의 노출 경로 확인 과정이 필요하다 (Som et al., 2011). 풀러렌, 카본블랙, 탄소나노튜브 및 그래핀을 비롯한 탄소계 나노물질들이 환경에 노출되는 경로는 대기, 수계 및 토양으로 구분할 수 있다.
먼저, 대기 노출은 일반적으로 탄소계 나노물질의 제조 작업장에서 작업 공정 중에 발생하는 경우와 직접적인 환경 노출로 나눌 수 있다 (엄하늬 등, 2012). 이 때, 대기 중에 노출된 나노물질은 배경 입자와의 상호작용을 통해 입자의 크기 변화가 발생할 수 있으며, 입자 간응집 정도에 따라 대기 내 서로 다른 체류 시간을 거친 뒤 건식 및 습식 침강 또는 중력 침강 등을 통해 수계 환경과 토양 환경으로 이동하게 된다 (김은주, 2010). 즉, 대기 중 나노물질의 노출은 수계 또는 토양과 같은 다른 환경으로의 2차 노출로 이어지게 된다.
한편 수계환경으로 노출된 탄소계 나노물질은 수계 내 화학적 조성에 따라 다양한 거동 특성을 지니면서 이동하게 되고, 일반적으로 하수처리시설을 통과하면서 대부분 제거된다. 그러나 이러한 과정을 통해 처리되지 못한 잔여 나노물질의 경우, 하수처리시설의 침출수와 함께 또 다시 수계로 유출되거나, 하수처리과정을 통해 생성된 슬러지가 매립 또는 소각되는 과정을 거치게 되면서 다시 토양 및 대기 환경으로 노출된다 (엄하늬 등, 2012).
토양 내 탄소계 나노물질의 노출은 환경 노출 시나리오에 있어서, 마지막 단계라고 할 수 있다. 수계로 노출된 경우와 마찬가지로 토양의 환경 조건에 따라 탄소계 나노물질은 입자 간 또는 토양과의 상호 작용으로 인한 변화가 발생하며, 일반적으로 장기간 토양에 체류하면서 식물의 발아와 같은 토양 환경에 영향을 끼치게 된다 (Rico et al., 2011).
이처럼 환경 매체로 노출된 탄소계 나노물질은 장기간에 걸쳐 대기, 수계 및 토양으로부터 호흡과 섭취, 또는 피부노출 등을 통해 인간을 비롯한 생물체에 흡수되어 생체에 영향을 야기할 수 있다 (김은주, 2010).

나. 탄소계 나노물질의 물리화학적 특성 조사 및 분산, 이동, 거동학적 연구결과 조사
탄소계 나노물질의 영향인자 중, 용액화학, 매질체, 유속 흐름 및 천연유기물(NOM)과 미생물막의 영향에 관한 토양매질 내 거동에 관한 자료조사를 진행하였으며, 일반적인 제조 나노물질에 비하여 탄소계 나노물질의 거동 특성에 대한 연구는 미비한 실정으로 확인되었다.
카본블랙의 경우 수계환경 내 거동특성의 연구는 대개 분산제나 계면활성제를 이용한 연구가 진행되었으며 일반적인 수계환경에서의 거동연구는 부족한 실정이다. 또한 토양환경 내 카본블랙의 거동연구는 아직 진행되지 않는 것으로 확인되었다. 반면 탄소나노튜브의 경우 많은 연구가 진행되었으며, 수계환경에서는 천연유기물의 존재시 안정성이 증가하는 것을 확인하였다. 또한 이온강도가 증가할수록 탄소나노튜브의 안정성은 감소하는 것으로 보고되었다. 토양환경내 연구를 살펴보면, 이온강도가 증가할수록 토양환경 내 거동은 감소하여 많은 양이 토양에 침적되는 것을 확인하였다. 또한 천연유기물이 존재할 경우, 천연유기물이 탄소나노튜브의 안정성을 증가시켜 토양환경 내에서도 거동이 증가하는 것으로 보고되었다.

3. 연구 대상 탄소계 나노물질의 선정
가. 나노물질의 국내 유통량, 사용형태 및 용도 등에 대한 자료 검토 및 시험대상 나노물질 선정
대상 물질은 카본블랙, 그래핀, 탄소나노튜브, 풀러렌 등으로 국내외 선행 연구결과를 참조하여 과학원과 합의 하에 카본블랙과 MWCNT를 본 과업의 대상물질로 선정하였다. 카본블랙과 탄소나노튜브는 국내 유통량 및 생산량을 기준으로 하여 선정하였다. 카본블랙의 경우 잉크에 사용되는 카본블랙으로 표면처리가 되어있는 제품을 사용하였으며, 탄소나노튜브는 산업용으로 표면처리가 되어있지 않은 것을 사용하였다. 소수성테스트 결과 두 입자 모두 소수성을 띄는 것을 확인하였다.

4. 수계 환경 중 주요 영향인자(이온강도, 천연유기물 등)의 특성 연구
가. 시험대상 탄소계 나노물질의 크기, 길이, 표면기능기 및 표면전하 등의 나노입자 고유의 물성 분석
(1) 카본블랙의 물리화학적 특성
본 연구에서는 TEM을 이용하여 카본블랙의 1차 입자크기를 확인하였으며, 크기는 대략 21nm임을 확인하였다. 입자의 형상은 대체적으로 구형을 나타내는 것으로 관찰되었으며, 구형의 카본블랙 입자는 비다공성 상태를 가지는 것으로 화인되었다. SEM을 이용하여 TEM 결과와 마찬가지로 카본블랙 입자가 구형으로 존재하는 것을 확인하였다. SEM 결과로부터 카본블랙 입자 크기 분포는 15 – 70 nm로 존재하는 것으로 나타났으며, 평균 입자 크기는 약 28nm로 계산되었다. 또한 입자의 표면특성을 확인하기 위하여 FT-IR 및 열중량 분석을 진행하였다. FT-IR분석 결과, 카르복실기가 존재함을 확인하였으며 열중량 분석을 통하여 카본블랙에 존재하는 기능기가 일치하는 것을 관찰하였다. 그리고 비표면적을 분석하기 위하여 질소를 이용한 흡/탈착 실험을 수행하였다. 본 입자는 입자마디에서 비표면적이 발생되는 것으로 사료되며 상기 TEM 결과와 마찬가지로 비다공성 특징을 가짐을 재확인하였다. 또한 XRD 분석결과 카본블랙의 결정상태는 전형적인 탄소구조인 graphite를 가지는 것으로 확인되었다.

(2) MWCNT의 물리화학적 특성
MWCNT의 1차 입자크기 또한 TEM을 이용하여 확인하였다. 실험 결과 MWCNT의 직경은 10 – 20 nm인 것을 확인하였으며, 길이는 5 – 10 ㎛으로 관찰되었다. TEM 관찰을 통해 나타난 MWCNT의 길이는 대체적으로 균일하게 굳은 형태를 가지지는 않는 것으로 나타났다. SEM 결과는 TEM 결과와 동일한 직경과 길이를 가지는 것으로 확인되었다. 또한 입자의 표면 특성을 확인하기 위하여 FT-IR 및 열중량 분석을 진행하였다. 그 결과 본 연구에서 사용된 MWCNT의 경우에 표면에 기능기가 코팅되지 않은 샘플인 것을 확인하였다. 열중량 분석을 통하여 FT-IR분석에서 확인하였듯이 표면에 기능기가 코팅되지 않았음을 확인하였다. 그리고 비표면적을 분석하기 위하여 질소를 이용한 흡/탈착 실험을 수행하였다. 카본블랙과 마찬가지로 비다공성의 입자로서 입자마디에서 비표면적이 발생되는 결과를 가질 것으로 사료된다. 또한 XRD 분석 결과 MWCNT의 결정상태는 전형적인 탄소구조인 graphite를 가지는 것으로 확인되었다.

나. 입자의 성상변화에 따른 증류수 내 물리화학적 성질 분석
수계환경에서 카본블랙의 안정성/분산성 평가를 진행하기 위하여 이온종 및 이온강도를 염화나트륨 0.1 - 10 mM 및 염화칼슘 0.01 - 1 mM으로 설정하였다. 본 실험을 진행하기에 앞서 pH 조건을 설정하고자, pH, 이온강도 및 이온종 변화에 따른 카본블랙의 제타전위를 측정하였다. pH 변화에 따른 제타전위 결과 NaCl의 경우 등전점이 pH 5 – 6 부근에서 관찰되었으며, CaCl₂의 경우 등전점이 pH 8 부근에서 관찰되었다.
수계환경에서 MWCNT의 안정성/분산성 평가를 진행하기 위하여 이온종 및 이온강도를 염화나트륨 0.1 - 10 mM 및 염화칼슘 0.01 - 1 mM으로 설정하였다. 표면처리가 되지 않은 MWCNT 나노입자의 소수성이 큰 것을 확인하였기에 안정한 MWCNT 현탁액을 제조하기 위해 염화나트륨 및 염화칼슘에서 MWCNT를 100 ppm 농도로 20 분간 초음파로 분산시킨 후 24시간 동안 정치시켰다. 24시간 후 염화나트륨 1 – 10 mM 이온강도에서 침전이 빠르게 일어나 수계에서의 분산성/안정성 실험을 수행할 수 없다고 판단되어, 염화나트륨에서는 0.1 mM 이온강도에서 진행하였고, 염화칼슘은 0.01 – 1 mM 이온강도에서 실험을 수행하였다. 안정성/분산성 실험을 진행하기에 앞서 pH 조건을 설정하고자, pH, 이온강도 및 이온종 변화에 따른 MWCNT의 제타전위를 측정하였다. pH 변화에 따른 제타전위 결과 염화나트륨 및 염화칼슘 모두 등전점이 pH 8 부근에서 관찰되었다.

다. 수용액의 화학적 상태에 따른 시험대상 탄소계 나노물질의 흡착, 응집, 거동 영향 비교·분석
(1) 수계 환경 내 카본블랙의 특성변화
카본블랙의 제타전위결과를 통해 카본블랙의 안정성/분산성 실험은 카본블랙 현탁액의 안정화된 pH 조건인 6에서 실험을 수행하였다. 실험 결과를 보면, 염화나트륨 용액의 10 mM 이온강도에서 동적 광 산란 입도분석기를 이용하여 시간이 지남에 따라 입자크기가 커지는 것을 관찰하였으며, 염화나트륨 0.1 – 5 mM과 염화칼슘 0.01 – 1 mM에서는 시간에 따른 입자크기가 일정한 것으로 확인되었다. 마찬가지로 동적 광 산란 입도분석기를 이용하여 2차 입자크기 분포를 확인하였는데 염화나트륨의 경우 이온강도가 증가할수록 입자크기가 증가하였지만 이와 반대로 염화칼슘의 경우 이온강도가 증가하여도 입자크기는 거의 유사하게 나타나는 것을 관찰하였다. 상기 조건을 토대로 시간에 따른 침전 특성을 확인한 결과 염화칼슘의 경우 이온강도가 증가함에도 상대 흡광도가 일정하게 나타나 실험을 수행한 시간 내에서는
침전이 일어나지 않는 것으로 나타났다. 염화나트륨의 경우 10 mM에서 상대 흡광도가 급격하게 감소하였으며, 침전이 빠르게 일어남을 확인하였다. 본 결과를 뒷받침하기 위하여 카본블랙 입자간의 DLVO (Derjaguin-Landau-Verwey-Overbeek) 반응 에너지 프로파일을 계산하였다. 그 결과, 염화나트륨 및 염화칼슘은 안정성 실험결과와 일치함을 확인하였으며, 염화나트륨의 경우 DLVO 이론을 통해 이온강도가 증가함에 따라 에너지 장벽이 감소하여 응집이 쉽게 일어날 수 있음을 확인하였다. 이것은 제타전위 변화의 결론을 보아 아마도 염화칼슘에서 카본블랙 표면과의 특이 흡착을 인하여 반발력이 증가로 판단된다.
또한, 휴믹산(SRHA) 1 및 5 ppm 농도에서는 염화나트륨 및 염화칼슘 용액의 모든 이온강도 조건에서 시간에 따른 입자크기 및 상대 흡광도가 일정하게 나타났으며, 카본블랙 현탁액의 분산성 및 안정성이 높은 것으로 확인되었다. 본 결과를 뒷받침하기 위하여 휴믹산이 첨가된 카본블랙의 입자간 DLVO 반응 에너지 프로파일을 계산하였다. 계산 결과, 염화나트륨의 경우 안정성 실험결과와 일치함을 확인하였고, 염화칼슘의 경우 안정성 실험결과와 일치하지 않는것을 확인하였다. 염화칼슘에서의 카본블랙 현탁액의 안정성을 확인하고자 modified DLVO를 계산하였다. 그 결과, 염화나트륨 및 염화칼슘 모두에서 steric force로 인한 척력의 증가로 휴믹산이 존재하는 카본블랙 현탁액의 안정성 결과와 일치하는 것을 확인하였다.

(2) 수계 환경 내 MWCNT의 특성변화
MWCNT의 제타전위결과를 통해 MWCNT의 분산성/안정성 실험은 pH 6 조건에서 수행하였다. 또한, 동적 광 산란 입도분석기를 통한 시간에 따른 입자크기 변화 실험결과에서 염화나트륨 0.1 mM 이온강도 및 염화칼슘 0.01 – 0.5 mM 이온강도에서 시간이 지남에 따라 입자크기가 일정한 것을 확인하였다. 염화칼슘 1 mM에서는 시간에 따라 입자크기가 증가하는 것을 확인하였다. 또한 DLS를 이용하여 2차 입자크기 분포를 확인하였는데 염화칼슘의 경우 이온강도가 증가할수록 입자크기가 증가하는 것을 관찰하였다. 상기 조건을 토대로 시간에 따른 침전 특성을 확인한 결과 염화칼슘 1 mM에서 상대 흡광도가 급격하게 감소하였으며, 침전이 빠르게 일어남을 확인하였다. 본 결과를 뒷받침하기 위하여 MWCNT 입자간의 DLVO 반응 에너지 프로파일을 계산하였다. 그 결과, 염화나트륨의 경우 안정성 실험결과와 일치함을 확인하였으며, 염화칼슘은 안정성 실험결과와 일치하지 않음을 확인하였다. 휴믹산 1 및 5 ppm 농도에서는 염화나트륨 및 염화칼슘 용액의 모든 이온강도 조건에서 시간에 따른 입자크기 및 상대 흡광도가 일정하게 나타났으며, MWCNT 현탁액의 분산성 및 안정성이 높은 것으로 확인되었다. 본 결과를 뒷받침하기 위하여 휴믹산이 첨가된 MWCNT의 입자간 DLVO 반응 에너지 프로파일을 계산하였다. 계산 결과, 염화나트륨과 염화칼슘 모두에서 안정성 실험결과와 일치함을 확인하였다. 또한, modified DLVO 계산을 통하여 휴믹산 존재시 MWCNT 현탁액의 안정성을 재확인하였다. Modified DLVO 결과 염화나트륨 및 염화칼슘 모두에서 steric force로 인한 척력의 증가로 휴믹산이 존재하는 MWCNT 현탁액은 안정성 실험결과와 일치하는 것을 확인하였다.

라. 탄소계 나노물질의 주요 생태독성 시험배지(어류, 물벼룩, 조류 등) 내 물리화학적 특성 변화 평가
(1) 생태독성시험배지 내 카본블랙의 안정성 평가
본 연구는 96시간 동안 휴믹산 농도(0, 1, 5, 10 ppm)에 따른 생태독성시험배지 내 카본블랙의 안정성을 평가하였다. 우선, 96시간동안 선정한 세 종류의 배지 내 카본블랙의 입자크기 변화를 확인하기 위하여, 입도 분석기를 이용하였으며, 24시간 마다 측정을 진행하였다. 그 결과, 휴믹산을 넣지 않은 세 종류의 배지모두에서 상대적으로 빠른 시간 내에 입자크기가 증가하는 것을 확인하였으며, 휴믹산을 첨가한 조건에서는 96시간 동안 거의 안정적인 입자크기를 유지하는 것으로 확인되었다.
또한 배지 내 카본블랙의 침적특성을 확인하기 위하여, 흡광광도계를 이용하여 24시간 마다 흡광도를 측정하였다. 측정 결과, 시간에 따라 흡광도가 감소하는 것을 확인하였고, 휴믹산을 넣지 않은 배지에서는 상대적으로 낮은 흡광도가 측정되었다. 1 ppm의 휴믹산을 첨가하였음에도, 본 선정한 배지 (M4배지 및 조류 배양용 배지) 내 카본블랙은 상대적으로 안정적임을 확인하였다. 하지만, 조제수에서의 카본블랙은 다른 배지와 달리 1 ppm의 휴믹산을 넣었을 때 약간의 침전이 발생하는 것으로 관찰되었다.
배지 내 카본블랙의 안정성 평가 결과, 상대적으로 휴믹산(5 ppm이상)이 첨가된 생태독성시험배지 내 카본블랙은 96시간동안 안정된 상태를 유지하는 것을 확인하였다.

(2) 생태독성시험배지 내 MWCNT의 안정성 평가
본 연구는 96시간 동안 휴믹산 농도(0, 1, 5, 10 ppm)에 따른 생태독성시험배지 내 MWCNT의 안정성을 평가하였다. 우선, 96시간동안 선정한 세 종류의 배지 내 MWCNT의 입자크기 변화를 확인하기 위하여, 입도 분석기를 이용하였으며, 24시간 마다 측정을 진행하였다. 그 결과, 휴믹산을 넣지 않은 세 종류의 배지 내 MWCNT는 24시간 내 입자크기가 증가하는 것을 확인하였다. 특히, 휴믹산 유무에 따라 안정성이 확연히 차이가 나는 것으로 관찰되었으며 휴믹산을 첨가한 조건에서는 96시간 동안 안정적인 입자크기를 유지하는 것으로 확인되었다.
또한 배지 내 MWCNT의 침적특성을 확인하기 위하여, 흡광광도계를 이용하여 24시간 마다 흡광도를 측정하였다. 측정 결과, 시간에 따라 흡광도가 감소하는 것을 확인하였고, 휴믹산을
넣지 않은 배지에서는 상대적으로 낮은 흡광도가 측정되었다. 휴믹산 을 첨가한 배지 내 MWCNT는 상대적으로 안정적임을 확인하였다.
배지 내 MWCNT의 안정성 평가 결과, 휴믹산 1 ppm만을 첨가하였음에도 생태독성시험배지 내 MWCNT는 96시간 동안 상대적으로 안정된 상태를 유지하는 것을 확인하였다.

5. 토양 환경 내 주요 영향인자의 특성변화에 따른 거동 연구
가. 시험대상 탄소계 나노물질의 크기, 길이, 표면기능기 등의 나노입자 고유의 물성 및 입자의 성상변화에 따른 토양 시료 내 물리화학적 성질 분석
pH 8 및 이온강도 변화에 따른 표면전위 확인결과, 카본블랙은 휴믹산 (Suwannee River Humic Acid, SRHA) 부존 시 음(-)전하, MWCNT는 양(+)전하를 띄는 것을 확인하였다. 또한, 휴믹산 존재 시 음(-)전하인 것을 확인하였다. 이는 휴믹산이 탄소계 나노물질(카본블랙 및 MWNCT)의 표면에 흡착되어 나타나는 현상으로 판단된다.
입자크기 확인결과, 휴믹산 존재 시 탄소계 나노물질(카본블랙 및 MWCNT)의 크기가 작은 것을 확인하였다. 이는 휴믹산의 흡착으로 인해 입자간의 반발력이 증가하여 입자간의 응집저하로 인해 발생하는 현상으로 판단된다.

나. 컬럼 모형실험을 통한 영향인자에 의한 탄소계 나노물질의 흡착, 탈착, 거동영향 비교· 분석
(1) 여재 특성에 따른 카본블랙의 거동결과
여재 특성에 따른 카본블랙의 거동을 평가하기 위하여 주문진사, 철수산화물 피복모래(Iron Oxide Coated Sand, IOCS), 알루미늄산화물 피복모래(Aluminum Oxide Coated Sand, AOCS), 현장토양에서의 칼럼실험을 수행하였다. 실험결과, 주문진사에서는 추적자의 경우 실험조건에 관계없이 94.9 % 이상의 질량회수율을 보여 추적자로서 해당 칼럼에서의 이송확산 조건을 잘 표현해주는 것으로 나타났다. 카본블랙의 경우, 주문진사에서의 파과곡선은 추적자와 유사하나 철수산화물 피복모래, 알루미늄산화물 피복모래에서는 추적자는 다른 실험과 유사한 파과곡선을 보이나 카본블랙은 유출이 되지 않는 결과를 보였다. 이러한 경향은 금속수산화물이 카르복실 기능기를 가진 카본블랙의 이동성에 미치는 영향이 매우 큰 것으로 판단된다. 현장 토양 칼럼실험에서도 추적자와 카본블랙의 파과곡선이 주문진사 칼럼실험에서와 유사한 양상을 보였다.

(2) 용액 조건에 따른 카본블랙의 거동결과
용액조건에 따른 카본블랙의 거동을 평가하기 위하여 낮은 이온강도의 NaCl 또는 CaCl₂용액 조건과 2개의 다른 pH 조건에서의 칼럼실험을 수행하였다. 실험결과 카본블랙의 질량회수율이 증류수조건의 값인 83.1±2.7 %에 비하여 NaCl 0.1 mM에서는 65.3±1.6 %, NaCl 1mM에서는 6.4±6.4 %로 낮아졌으며, CaCl₂ 0.01 mM에서 81.6±1.4 %, CaCl₂ 0.1 mM에서는 6.3±2.8 %로 이온강도가 강해질수록 낮은 질량회수율을 보였다. 또한 pH 4.5 조건에서도 질량회수율이 55.6±1.7 %로 나타나 pH 5.4 조건보다 낮은 질량회수율을 보였다.

(3) 여재 특성에 따른 MWCNT의 거동결과
여재 특성에 따른 MWCNT의 거동을 평가하기 위하여 주문진사, 철수산화물 피복모래, 알루미늄산화물 피복모래에서의 칼럼실험을 수행하였다. 실험결과, 주문진사에 비하여 철수산화물 피복모래, 알루미늄산화물 피복모래의 파과곡선은 첨두(peak) 주위의 상대농도가 주문진사에서의 결과에 비하여 조금 낮은 형태를 보인다. 이에 따라 질량회수율이 13.0±0.9 % 인 주문진사보다 낮은 8.4±0.3 % (철수산화물 피복모래), 1.9±0.4 % (알루미늄산화물 피복모래)의 결과를 보인다.

(4) 용액 조건에 따른 MWCNT의 거동결과
용액조건에 따른 MWCNT의 거동을 평가하기 위하여 낮은 이온강도의 NaCl 또는 CaCl₂ 용액 조건과 2개의 다른 pH 조건에서의 칼럼실험을 수행하였다. 실험결과, 질량회수율이 증류수 조건인 13.0±0.9 %에 비하여 NaCl 0.1 mM에서는 7.8±0.4 %, NaCl 1 mM에서는 1.5±0.9 %로 낮아졌으며, CaCl₂ 0.01 mM에서 10.1±1.5 %, CaCl₂ 0.1 mM에서는 3.4±0.6 %로 이온강도가 강해질수록 낮은 질량회수율을 보였다.
여재 특성 및 용액조건에 따른 탄소계 나노물질의 거동을 평가한 결과, 토양 매질체에서 MWCNT 대상 결과는 카르복실 기능기를 가진 카본블랙과 조건에 따른 경향성은 비슷하나 이동성이 현저히 떨어지는 것을 확인하였다. 이는, MWCNT의 콜로이드적 안정성이 카르복실 기능기를 가진 카본블랙에 비하여 매우 낮기 때문으로 보인다.
또한, 이러한 파과곡선들은 1기의 비평형 흡착 지점을 포함한 이송확산방정식으로 충분히 모사되었으며, 이때 흡착계수는 질량회수율과 반비례하는 경향을 보였다. 그리고 매질체의 표면화학, 용액조건에 따른 매질체와 카본블랙의 제타전위 등을 바탕으로 DLVO 이론을 적용한 결과, 각 조건에서의 질량회수율 경향을 설명할 수 있었다.

(5) 휴믹산 함량(1 및 5 ppm)에 따른 카본블랙의 거동결과
휴믹산 존재 및 함량(1 및 5 ppm) 그리고 이온강도(NaCl 0.1-10 mM)에 따른 카본블랙의 거동특성을 평가하였다. 실험결과 휴믹산 존재 유무에 따른 카본블랙의 거동변화는 확연하게 차이가 나타나는 것으로 확인되었으며, 휴믹산 함량이 증가할수록 카본블랙의 거동은 더욱 증가하는 것을 확인하였다. 또한 이온강도 증가에 따라 카본블랙의 거동이 감소하는 것을 확인하였다.

(6) 휴믹산 함량(1 및 5 ppm)에 따른 MWCNT의 거동결과
휴믹산 존재 및 함량(1 및 5 ppm) 그리고 이온강도(NaCl 0-0.1 mM)에 따른 MWCNT의 거동특성을 평가하였다. 실험결과 휴믹산 존재 유무에 따른 MWCNT의 거동변화는 확연하게 차이가 나타나는 것으로 확인되었으며, 휴믹산 함량이 증가할수록 MWCNT의 거동은 더욱 증가하는 것을 확인하였다. 또한 이온강도 증가에 따라 MWCNT의 거동이 감소하는 것을 확인하였다.

(7) 미생물막 존재 시 카본블랙의 거동결과
컬럼실험을 통해 카본블랙의 파과곡선을 확인한 결과, 카본블랙은 거의 파과가 진행되지 않음을 확인하였으며, 본 결과를 통해 주입된 카본블랙은 컬럼 내 거의 침적되어 있음을 예상하였다. 침적프로파일을 확인하기 위하여, 컬럼 내 모래를 등분할하여 카본블랙의 농도를 확인하였다. 그 결과, 카본블랙은 컬럼 주입부에 거의 침적되어 있는 것을 관찰하였다. 이를 통해, 미생물막 존재 시 카본블랙의 거동은 거의 진행되지 않는 것으로 확인되었으며, 미생물막은 카본블랙의 거동을 감소시키는 역할을 하는 것으로 판단된다.

(8) 미생물막 존재 시 MWCNT의 거동결과
컬럼실험을 통해, MWCNT의 파과곡선을 확인한 결과, MWCNT는 거의 파과되지 않음을 확인하였으며, 본 결과를 통해 주입된 MWCNT는 컬럼 내 거의 침적되어 있음을 예상하였다. 침적프로파일 확인 결과, MWCNT는 컬럼 주입부에 거의 침적되어 있는 것을 관찰하였다. 이를 통해, 미생물막 존재 시 MWCNT의 거동은 거의 진행되지 않는 것으로 확인되었으며, 미생물막은 MWCNT의 거동을 감소시키는 역할을 하는 것으로 판단된다.

6. 각 환경 매질별 탄소계 나노물질의 주요 영향인자 연구
가. 실제 수계 및 토양 환경 조건에서 탄소계 나노물질의 거동을 예측할 수 있는 영향인자 및 수학적인 모델 확립
(1) 수계(물 시료) 내 카본블랙의 DLVO 반응 에너지 프로파일
수계환경 내 카본블랙의 안정성 실험결과는 카본블랙 입자간 classic DLVO 및 modified DLVO를 통해 평가하였다. 휴믹산이 첨가되지 않은 조건에서의 카본블랙 현탁액의 안정성 실험결과는 염화나트륨 및 염화칼슘 두 전해질에서 classic DLVO 계산 결과와 일치하는 것으로 나타났다. 휴믹산이 첨가된 조건에서는 염화칼슘의 경우 classic DLVO 반응 에너지 프로파일과 안정성 실험결과가 일치하지 않는 것으로 나타났으나 modified DLVO 반응 에너지 프로파일을 통한 평가 결과 염화나트륨 및 염화칼슘 두 전해질 모두에서 안정성 실험결과와 일치하는 것으로 나타났다.

(2) 수계(물 시료) 내 MWCNT의 DLVO 반응 에너지 프로파일
수계환경 내 MWCNT의 안정성 실험결과는 MWCNT 입자간 classic DLVO 및 modified DLVO를 통해 평가하였다. 휴믹산이 첨가되지 않은 조건에서 classic DLVO 반응 에너지 프로파일은 염화나트륨 및 염화칼슘 두 전해질 모두에서 안정성 실험결과와 일치하는 것으로 나타났다. 휴믹산이 첨가된 조건에서도 염화나트륨 및 염화칼슘 두 경우에서 classic DLVO 반응에너지 프로파일과 안정성 실험결과가 일치하는 것으로 나타났으며, modified DLVO 반응 에너지 프로파일을 통해 염화나트륨 및 염화칼슘 두 전해질 모두에서 안정성 실험결과와 일치하는 것을 재확인하였다.

(3) 여재 및 용액화학 조건에 따른 탄소계 나노물질의 모델링 결과
실험을 통해 얻은 파과곡선들은 1기의 비평형 흡착 지점을 포함한 이송확산방정식으로 충분히 모사되었으며, 이때 흡착계수는 질량회수율과 반비례하는 경향을 보였다. 그리고 매질체의 표면화학, 용액조건에 따른 매질체와 카본블랙의 제타전위 등을 바탕으로 DLVO 이론을 적용한 결과, 각 조건에서의 질량회수율 경향을 설명할 수 있었다.

(4) 휴믹산 함량 변화에 따른 탄소계 나노물질의 모델링 결과
휴믹산 함량 변화에 따른 모래표면과 카본블랙의 DLVO 반응에너지를 계산한 결과는 에너지 장벽이 존재하기 때문에 탄소계 나노물질의 또한 입자간 DLVO 및 extended-DLVO 반응에너지 프로파일을 계산한 결과, 카본블랙은 소수성 입자임으로 extended-DLVO 반응에너지 프로파일이 실험결과와 일치하는 것으로 확인되었다.
추가적으로, 휴믹산 부존시 카본블랙의 입자추적모델을 확인한 결과, 실험결과보다 컬럼 주입부에 침적된 카본블랙의 양이 적은 것을 확인하였다. 이를 통해 카본블랙은 컬럼 주입부에 다분자로 흡착하는 것으로 사료된다.

(5) 미생물막 존재시 탄소계 나노물질의 모델링 결과
미생물막 유무에 따른 모래표면과 카본블랙의 DLVO 반응에너지를 계산한 결과는 에너지 장벽이 존재하기 때문에 컬럼실험 결과와 불일치하는 것으로 확인되었다. 그러므로 미생물막이 형성된 모래표면은 거칠기가 증가함에 따라 침적량이 증가한 것으로 판단된다. 또한 입자간 DLVO 및 extended-DLVO 반응에너지 프로파일을 계산한 결과, 카본블랙은 소수성 입자임으로 extended-DLVO 반응에너지 프로파일이 실험결과와 일치하는 것으로 확인되었다.
추가적으로, 카본블랙의 입자추적모델을 확인한 결과, 실험결과보다 컬럼 주입부에 침적된 카본블랙의 양이 적은 것을 확인하였다. 이를 통해 카본블랙은 컬럼 주입부에 다분자로 흡착하는 것으로 사료된다.

7. 환경시료 내 나노입자 거동평가를 위한 표준시험지침서(SOP) 보완
가. 기존의 나노물질 환경거동분석을 위한 표준시험지침서(’14년 6월 이후 발간예정) 검토 및 개선사항 제시
다양한 실험조건과 대상 탄소계 나노물질을 대상으로 수계 및 토양환경 내 실험 수행을 통하여 실험의 설계, 실험의 수행, 실험의 마무리, 실험의 분석 과정 등을 정리하였다.
수계 거동 SOP(2건), 생태독성배지 거동 SOP(6건)를 작성하였으며, 토양거동 SOP(2건)를 보완하였다.

8. 향후 연구 및 정책 추진방향 제안
가. 금번 연구결과를 바탕으로 수처리 시설에서 탄소계 나노물질의 제거 및 슬러지 처리방법 등을 제안
본 연구에서 평가된 두 가지 탄소계 나노물질인 카본블랙과 MWCNT의 물성 및 수계와 토양환경 중 거동특성을 바탕으로 다음과 같은 이상적이지만, 제거효율 증가에 도움이 될 수 있는 방법들을 제안하였다.
각 단계별 정수처리 공정의 경우, 하수처리 공정에 비해 나노물질의 제거 효율을 높일 수 있는 가능성이 높다고 판단된다. 상기에서 언급한 급속혼화지, Floc 형성지 및 응집/침전지 그리고, 모래여과지의 경우 각 공정을 어떻게 조절하느냐에 따라, 효율의 차이가 많이 날 것으로 기대된다. 아래에 이상적이기는 하나, 각 공정단계에서 효율 향상이 기대되어지는 변수들에 대해 언급하였다.
첫째, 화학적인 방법으로는 첨가되는 응집제의 양을 적절히 조절하여, 입자의 표면전위의 절대값을 영점 근처 혹은 그와 가깝게 제어하는 것도 급속혼화지에서 탄소계 나노물질 제거 효율 향상을 위한 하나의 적절한 방법이 될 수 있다.
둘째, 카본블랙의 경우는 표면 기능성 그룹이 존재한다는 측면에서, 기능성 그룹과 결합이 우수한 응집제의 선택과 최적의 투여량 선정이 다음 단계인 침전지에서 나노물질 제거 효율에 영향을 크게 줄 것이라 판단된다. MWCNT의 경우는 본 연구에서 사용된 물질이 표면처리가 되지 않았다는 측면에서, 관련 연구가 필요하다.
마지막으로, 모래여과지에서는 급속 혼화지와 Floc 형성지 및 침전지에서 제거되지 않은 입자 (주로 미세입자)들이 제거될 수 있다. 본 연구 결과, 휴믹산과 같은 유기물의 존재가 탄소계 나노물질 거동을 상당히 향상시킬 수 있다는 결론이 나왔으며, 이는 곧 모래여과 시, 여과재에 존재하는 유기물들이 본 연구에서 사용된 탄소계 나노물질의 제거를 저해할 가능성이 높음을 암시한다. 결국, 여과재 사용 전에 확실한 유기물 제거가 나노물질 제거 효율 향상에 하나의 방법이 될 수 있다. 하지만, 일반화를 내리기 위해서는 관련 매질체를 이용한 추가 연구가 필요하다.

나. 금번 연구결과와 국외 유사 연구결과를 비교·분석하여 정책 및 과학적 시사점을 도출하고 추후 연구의 추진방향 등을 제시
카본 블랙의 경우, 그 사용목적에 맞게 유기용매 내에서 및 계면활성제 첨가에 따른 표면전위 특성변화 혹은 분산성 조사는 존재하나, 환경 중 노출을 시나리오로 하여 수계환경 내에서의 거동관련 연구는 국내외 없는 실정이다. 특히, 토양환경 중에서의 거동은 전무하다. 따라서, 본 연구가 국제학술지 게재를 통해 검증된다면, 상당한 파급효과가 있을 것으로 기대된다. 반면, MWCNT를 대상으로 한, 수계 및 토양환경 중 거동연구는 다수 존재한다. 하지만, 본 연구에서는 생산량/유통량을 기준으로 상업적으로 사용되는 대표 입자를 선택하여, 대다수의 기존 연구들과는 달리 표면처리가 되어있지 않고 순도 또한 시약급 보다는 낮은 MWCNT가 사용되었다. 때문에, 직접적인 비교/분석은 다소 무리가 있는 것이 사실이다.
과거 및 최근까지 수계 및 토양환경 중 나노물질의 거동연구를 수행한 결과, 그리고, 국외의 연구체계와 비교한 결과, 향후 연구는 정책적인 측면에서 전주기적인 연구형태로의 변화가 필요하다고 판단된다. 상기에서 몇 가지 예들을 제시하였듯이, 하나의 특정나노물질에 대해 분석, 노출경로 해석, 수계환경으로의 노출정도, 수계 거동, 토양 거동, 식물독성, 생태독성, 인체독성 등 각 분야의 전문가 그룹을 구성하여, 전/후 연구와의 연계성을 확실히 하는 연결고리 형태의 전주기적 연구가 필요할 것으로 판단된다. 시간적인 면에서 단점이 존재하지만, 연구로부터 획득되는 데이터의 실효성 측면에서 장점이 있다고 판단된다.

Abstract ▼

The ultimate goal of this project is first to examine the change of characteristics of carbon-based nanomaterials (i.e., carbon black and multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) in this study) both in aquatic environment and in culture medium for ecotoxicity tests of fish, water flea, and algae. Seco

The ultimate goal of this project is first to examine the change of characteristics of carbon-based nanomaterials (i.e., carbon black and multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) in this study) both in aquatic environment and in culture medium for ecotoxicity tests of fish, water flea, and algae. Second purpose of this study is to investigate the effect of physical, chemical, and biological factors on the fate and transport of carbon-based nanomaterials in soil environment and to determine the relationship between their characteristics and transport behavior.

A commercially available carbon black, which have the most circulation amount as an ingredient of ink/toner in South Korea, was selected as one of the representative carbon-based nanomaterials. MWCNTs, which is another representative carbon-based nanomaterial for this study, were also selected based on the circulation amount in South Korea.

Additional characteristic tests were carried out under aqueous conditions to investigate the change of physicochemical properties (e.g., secondary size/size distribution, zeta potential, sedimentation) of carbon black and their corresponding stability. The experiments were conducted in NaCl (ionic strength range : 0.1~10 mM) and CaCl₂ (0.01~1 mM) solution at circumneutral pH (5.8~6.2). In the case of NaCl solution, increasing ionic strength led to the decrease in absolute value of zeta potential but absolute value of zeta potential in CaCl₂ solution increase with increase ionic strength. Overall, the test results on secondary size change and sedimentation showed that stability of carbon black suspension was high except for 10 mM ionic strength in NaCl solution and secondary particle size of carbon black increase with increase ionic strength. The test results for physicochemical properties and stability of carbon black were interpreted using interaction energy profiles determined by the classic Derjaguin-Landau-Verwey-Overbeek (DLVO) theory. The results showed that the stability behavior of carbon black was well predicted by the classic DLVO theory in NaCl solution and CaCl₂ solution. When Suwannee River Humic Acid (SRHA) exist in carbon black suspension (SRHA 1 and 5 ppm concentration), the stability of carbon black suspension was high at the all solution condition. The test results for physicochemical properties and stability of carbon black were interpreted using interaction energy profiles determined by the classic Derjaguin-Landau-Verwey-Overbeek (DLVO) theory and modified DLVO theory. The results showed that the stability behavior of carbon black was well predicted by the classic DLVO theory in only NaCl solution and by the modified DLVO theory in NaCl and CaCl₂ solution.

In order to evaluate the stability of carbon-based nanomaterials in ecotoxicity test media three-type of test media were selected: OECD 203 medium for fish, OECD TG 201 medium for algae, and Elendt M4 medium for water flea. The stability tests were carried out for 96 h. Additionally, to examine the effect of SRHA on the stability of carbon-based nanomaterials, SRHA was added into test medium with nanomaterials at different levels (i.e., 1, 5 and 10 ppm). The results showed that the aggregation and sedimentation rate of nanomaterials was much greater in the absence of SRHA than in the presence of SRHA. Moreover, it was observed that nanomaterial suspension was very stable even in the presence of very small amount of SRHA (i.e., 1 ppm). The results from this tests indicate that the addition of SRHA into the suspension with carbon-based nanomaterials can exclude the variation of particle size during toxicity tests, leading to more accurate toxicity tests.

In addition, the change of physicochemical properties of MWCNT and their corresponding stability was investigated under aqueous conditions. The experiments were conducted in NaCl (ionic strength : 0.1 mM) and CaCl₂ (0.01~1 mM) solution at pH 6. In the case of CaCl₂, increasing ionic strength led to the decrease in absolute value of zeta potential. The test results on secondary size change and sedimentation showed that MWCNT suspension was stable except for 1 mM ionic strength in CaCl₂ solution and secondary particle size of MWCNT increase with increase ionic strength. The test results for physicochemical properties and stability of MWCNT were interpreted using interaction energy profiles determined by the classic Derjaguin-Landau-Verwey-Overbeek (DLVO) theory. The results showed that the stability behavior of MWCNT was well predicted by the classic DLVO theory in NaCl solution and CaCl₂ solution. When Suwannee River Humic Acid (SRHA) exist in MWCNT suspension (SRHA 1 and 5 ppm concentration), the stability of MWCNT suspension was high at the all solution condition. The test results for physicochemical properties and stability of MWCNT were interpreted using interaction energy profiles determined by the classic Derjaguin-Landau-Verwey-Overbeek (DLVO) theory and modified DLVO theory. The results showed that the stability behavior of MWCNT was well predicted by the classic DLVO theory in NaCl and CaCl₂ solution and by the modified DLVO theory in NaCl and CaCl₂ solution.

We examined the effects of metal oxide on transport of carboxyl functionalized carbon black. For this, quartz sand, IOCS, and AOCS were used as media in column experiments. As a result, mass recovery of carbon black was about 80 % in quartz sand, whereas no breakthrough of carboxyl functionalized carbon black was obserbed in IOCS and AOCS, indicating that metal (Fe, Al) oxides can play a significant role in attachment of carboxyl functionalized carbon black to porous media.

We also examined the effects of electrolyte concentration on transport of carboxyl functionalized carbon black. For this, DI water, NaCl solutions, and CaCl₂ solutions were used as blank solution in quartz sand packed column experiments. As a result, mass recovery of carbon black were decreased in proportion to increase of electrolyte concentration.

In addition, we examined the effects of metal oxide and electrolyte concentration on transport of multi-walled carbon nanotubes. The results were showed that the tendency of multi-walled carbon nanotubes transport is similar to results from the experiments of carboxyl functionalized carbon black, but mass recovery of multi-walled carbon nanotubes were much lower than carboxyl functionalized carbon black. This differences is considered as effect of multi-walled carbon nanotubes’lower colloidal stability than carboxyl functionalized carbon black in aqueous solution. This study demonstrates that mobilities of carboxyl functionalized carbon black and multi-walled carbon nanotubes in soil are very low.

No breakthrough of Carbon-based NPs(Carbon black and MWCNT) was observed in the absence of SRHA regardless of IS. However, in the presence of SRHA, Carbon-based NPs(Carbon black and MWCNT) transport was enhanced. More noteworthy observation is that Carbon-based NPs(Carbon black and MWCNT) transport was increased with increasing SRHA concentration and decreasing IS. For bare Carbon-based NPs(Carbon black and MWCNT), most of Carbon-based NPs(Carbon black and MWCNT) were retained at segments near the column inlet. The results are likely due to the interaction between the suspended NPs and the NPs previously attached onto sand surfaces. However, the presence of SRHA in Carbon-based NPs suspension largely reduced the retention of Carbon-based NPs in column inlet increased with increasing SRHA concentration .Overall, the findings from this study suggested that the presence of SRHA in Carbon-based NPs suspension played an important role in the transport and retention behavior of Carbon-based NPs in saturated porous media. The results are likely due to the increased stability of Carbon-based NPs sand the deposition site competition of Carbon-based NPs versus suspended SRHA.

To investigate the effect of biofilm on the transport of carbon-based NPs in soil environment, the experiments to determine the protocols for forming uniform and reproducible biofilm in sand column and for quantifying the concentration of Carbon-based NPs in effluent and retained in column were carried out. Pseudomonas putida was employed as model soil bacteria. The results showed that the bacterial concentration along the column was almost identical with higher reproducibility (~1.0×107 CFU/g) and that the bacteria in the effluent and retained in the column did not influence the quantification of Carbon-based NPs solution concentration. In order to investigate the effect of soil biofilm on the transport of Carbon-based NPs were carried out using Carbon black and MWCNT in 0.1, 1 and 10 mM NaCl solution at pH 8, respectively. No obvious difference between the columns packed with sands coated with and without biofilm was observed in the breakthrough curves; however, more NPs were retained near the column inlet for biofilm-coated sand as compared to bare sand. The results were attributed to the difference in the sand surface roughness between biofilm-coated sand and bare sand based on scanning electron microscope (SEM) observation and Derjaguin-Landau-Verwey-Overbeek (DLVO) interaction energy profile calculation.

목차 Contents

• 표 지 ... 1
• 제 출 문 ... 3
• 요 약 문 ... 4
• Abstract ... 21
• 차 례 ... 25
• 표 차례 ... 28
• 그림 차례 ... 30
• I. 서 론 ... 38
• 1절 연구의 배경, 목적 및 필요성 ... 38
• 2절 연구의 목표 ... 56
• II. 연구내용 및 방법 ... 58
• 1절 사업의 범위 ... 58
• 2절 연구추진체계 및 연구진 구성 세부내용 ... 59
• 3절 연구방법 ... 62
• 1. 최신 나노물질의 환경매체(수질, 토양 등) 중 거동연구에 관한 문헌 조사 ... 62
• 2. 탄소계 나노물질의 환경거동(수질, 토양 등) 자료 조사 ... 62
• 3. 연구 대상 탄소계 나노물질의 선정 ... 63
• 4. 수계 환경 중 주요 영향인자(이온강도, 천연유기물 등)의 특성 연구 ... 63
• 5. 토양 환경 내 주요 영향인자의 특성변화에 따른 거동 연구 ... 69
• 6. 각 환경 매질별 탄소계 나노물질의 주요 영향인자 연구 ... 76
• 7. 환경시료 내 나노입자 거동평가를 위한 표준시험지침서(SOP) 보완 ... 83
• 8. 향후 연구 및 정책 추진방향 제안 ... 83
• III. 연구결과 및 고찰 ... 84
• 1절 최신 나노물질의 환경매체(수질, 토양 등) 중 거동연구에 관한 문헌 조사 ... 84
• 1. OECD, ISO 등 주요 국제기구 및 EU를 포함한 주요 선진국의 연구 동향 조사 ... 84
• 2. 나노물질 환경영향 및 거동관련 주요 학회·컨퍼런스 등 국내외 동향 조사 ... 85
• 2절 탄소계 나노물질의 환경거동(수질, 토양 등) 자료 조사 ... 90
• 1. 탄소계 나노물질 및 함유 제품의 환경노출 시나리오 작성 및 거동자료 수집 ... 90
• 2. 탄소계 나노물질의 물리화학적 특성 조사 및 분산, 이동, 거동학적 연구결과 조사 ... 95
• 3절 연구 대상 탄소계 나노물질의 선정 ... 98
• 1. 나노물질의 국내 유통량, 사용형태 및 용도 등에 대한 자료 검토 및 시험대상 나노물질 선정 ... 98
• 4절 수계 환경 중 주요 영향인자(이온강도, 천연유기물 등)의 특성 연구 ... 101
• 1. 시험대상 탄소계 나노물질의 크기, 길이, 표면기능기 및 표면전하 등의 나노입자 고유의 물성 분석 ... 101
• 2. 입자의 성상변화에 따른 증류수 내 물리화학적 성질 분석 ... 109
• 3. 수용액의 화학적 상태에 따른 시험대상 탄소계 나노물질의 흡착, 응집, 거동 영향 비교·분석 ... 124
• 4. 탄소계 나노물질의 주요 생태독성 시험배지(어류, 물벼룩, 조류 등) 내 물리화학적 특성 변화 평가 ... 137
• 5절 토양 환경 내 주요 영향인자의 특성변화에 따른 거동 연구 ... 164
• 1. 시험대상 탄소계 나노물질의 크기, 길이, 표면기능기 등의 나노입자 고유의 물성 및 입자의 성상변화에 따른 토양 시료 내 물리화학적 성질 분석 ... 164
• 2. 컬럼 모형실험을 통한 영향인자에 의한 탄소계 나노물질의 흡착, 탈착, 거동영향 비교·분석 ... 167
• 6절 각 환경 매질별 탄소계 나노물질의 주요 영향인자 연구 ... 249
• 1. 실제 수계 및 토양 환경 조건에서 탄소계 나노물질의 거동을 예측 할 수 있는 영향인자 및 수학적인 모델 확립 ... 249
• 7절 환경시료 내 나노입자 거동평가를 위한 표준시험지침서(SOP) 보완 ... 289
• 1. 기존의 나노물질 환경거동분석을 위한 표준시험지침서(’14년 6월 이후 발간예정) 검토 및 개선사항 제시 ... 289
• 8절 향후 연구 및 정책 추진방향 제안 ... 290
• 1. 금번 연구결과를 바탕으로 수처리 시설에서 탄소계 나노물질의 제거 및 슬러지 처리방법 등을 제안 ... 290
• 2. 금번 연구결과와 국외 유사 연구결과를 비교·분석하여 정책 및 과학적 시사점을 도출하고 추후 연구의 추진방향 등을 제시 ... 294
• IV. 결 론 ... 300
• Ⅴ. 기대성과(활용방안) 또는 향후계획 ... 308
• Ⅵ. 참고문헌 ... 314
• Ⅶ. 부 록 ... 322
• 끝페이지 ... 403