초록 ▼

유기 또는 무기오염물질 정화에 있어서 금속환원미생물은 산화환원에 민감한 금속이온, 철 산화물, 또는 망간산화물을 전자 수용체를 이용하여 혐기성 호흡을 하거나 유해한 중금속을 독성이 낮은 상태로 해독하는 동시에 금속의 환원 및 침전에 중요한 역할을 하는 것으로 보고된다. 이 연구의 목표는 다양한 환경에 존재하는 지구미생물을 이용하여 산화-환원에 민감한 금속이온(예: 크롬, 셀레늄, 금, 은, 철)의 환원과 침전을 연구하여 유기물-미생물-금속이온과의 상호작용을 밝히고자 한다. 이를 바탕으로 지구미생물의 유기물 분해, 다양한 금속이온의

유기 또는 무기오염물질 정화에 있어서 금속환원미생물은 산화환원에 민감한 금속이온, 철 산화물, 또는 망간산화물을 전자 수용체를 이용하여 혐기성 호흡을 하거나 유해한 중금속을 독성이 낮은 상태로 해독하는 동시에 금속의 환원 및 침전에 중요한 역할을 하는 것으로 보고된다. 이 연구의 목표는 다양한 환경에 존재하는 지구미생물을 이용하여 산화-환원에 민감한 금속이온(예: 크롬, 셀레늄, 금, 은, 철)의 환원과 침전을 연구하여 유기물-미생물-금속이온과의 상호작용을 밝히고자 한다. 이를 바탕으로 지구미생물의 유기물 분해, 다양한 금속이온의 환원/침전, 그리고 탄소와 금속이온의 순환에 있어서 지구미생물의 역할과 금속의 회수 또는 무기오염물로 오염된 지하수 정화가능성을 가늠하고자 하였다. 연구의 최종목표를 달성하기 다음과 같은 세부 연구를 수행하였다.

(1) 국내 갯벌 퇴적물과 지하수 및 해양에 서식하는 다양한 금속 환원 지구미생물 배양
(2) 배양한 국내 갯벌 퇴적물과 지하수 및 해양에 서식하는 금속 환원 지구미생물의 유전자 분석을 통하여 미생물의 종 다양성 연구
(3) 다양한 종류의 금속 환원 지구미생물을 이용하여 다양한 종류의 유기물 또는 수소를 전자공여체로 이용하여 크롬[Cr(VI)], 셀레늄 [Se(VI)], 금 [Au(Ⅲ)], 은 [Ag(I)], 철 [Fe(III)]의 환원과 침전 연구 및 침전된 Cr(III), Se(0), Au(0), Ag(0), Fe(II/III)의 광물학적 및 지화학적 특성 연구
(4) 금속 환원 미생물에 의해 침전된 Cr(III), Se(0), Au(0), Ag(0), Fe(II/III)의 광물학적 및 지화학적 특성을 연구결과를 이용하여 미생물-금속이온-유기물의 상호작용 및 생지화학적 금속 환원 및 침전 메카니즘 규명하고 이를 통한 금속의 회수 또는 무기오염물로 오염된 지하수 정화가능성 검토

갯벌퇴적물에서 농화배양된 금속환원미생물(Haejae-1)과 전자공여체로 유기물을 주입하고, 전자수용체로 Cr(Ⅵ)을 주입한 성장배지에서 약 20일 후에 Cr(Ⅵ) 수용액의 옅은 노란색이 완전히 사라지고 무색을 띠었다. 이때 형성된 침전물은 비결정질의 Cr(Ⅲ)인 Cr 수산화물로 판단하였다. 6가 셀레늄 환원 실험은 미생물 성장배지에 전자수용체로 sodium selenate을 주입한 후, 미생물(갯벌 퇴적물 및 지하수 기원) 배양액 주입하여 변화양상을 관찰한 결과 미생물 표면 및 체외에 2가지 결정구조를 갖는 약 200 nm의 구형 elemental selenium 결정이 형성되었다. 전자 수용체로 gold chloride trihydrate를 주입하고 농화배양된 금속환원미생물을 25℃에서 배양한 결과, 연 노란색에서 짙은 보라색 내지 검은색으로 색변화가 일어나 나노크기 Au(0) 입자를 형성됨을 확인하였다. 또한 AgNO3(1 mM)를 주입한 경우 검은색의 나노크기Ag(0) 입자가 형성되었다. 형성된 금과 은은 50~400 ㎚의 다양한 크기의 둥근 입자들로 이루어져 있었다. 전자수용체로 Fe(Ⅲ)의 akaganeite을 주입한 성장배지에서는 약 7일 후 적갈색의 광물이 검은색으로 변하였으며, 자성을 띄는 자철석이 형성되었다. 이렇게 형성된 나노크기의 자철석은 표면에 유기물로 코팅되어 카르복실기(COOH-)의 작용기를 가지는 것으로 관찰되었다.
따라서 혐기성 환경 내에서 금속환원미생물이 Cr(Ⅵ)과 Se(VI)를 환원시켜 침전물을 형성한 것을 통하여 미생물이 원위치 생물학적 정화방법의 실효성을 높이고 유해중금속의 광범위한 환경오염을 예방하는데 기여할 것으로 사료된다. 또한 Au(III)과 Ag(I)의 환원 및 침전을 통해 금속환원미생물이 광미나 폐수 등에 용존되어 있는 유가 금속원소를 광물로 회수하는데에도 이용 가능할 것으로 기대된다. 더불어 산업적으로 유용한 자성광물인 자철석이 미생물의 Fe(III)의 환원에 의해 형성되고, 특히 미생물 생성 자철석이 유기물과 복합체를 이루고 있는 나노 광물로 확인됨에 따라 향후 의료 및 소재 분야에 산업적 응용이 가능할 것으로 기대된다.
(출처: 연구결과 요약문 4p)

목차 Contents

• 표지 ... 1목차 ... 3Ⅰ. 연구결과 요약문 ... 4Ⅱ. 연구내용 및 결과 ... 5 1. 연구과제의 개요 ... 5 2. 국내외 기술개발 현황 ... 5 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 5 4. 목표 달성도 및 관련 분야에의 기여도 ... 7 5. 연구결과의 활용계획 ... 7 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 7Ⅲ. 연구성과 ... 8끝페이지 ... 14