초록 ▼

□ 연구의 목적 및 내용
[연구목적] 유기화합물(유기성 농약류)-유기용매-가변전하토양(소수성/친수성영역)이 공존하는 복잡한 국내 토양 특성(soil complex system)을 고려한 유기화합물의 거동을 규명하기 위함.
[연구내용] 복잡 국내 토양계의 (i) 수용성 유기용매 환경(cosolvent system) 조건에서 토양 표면의 소수성(hydrophobic domain)/친수성 영역(hydrophilic domain)에 대한 극성/비극성 이온종의 표면 흡착 기작을 구명하고, (ii) 이온성 유기오염물질의 흡착 관여

□ 연구의 목적 및 내용
[연구목적] 유기화합물(유기성 농약류)-유기용매-가변전하토양(소수성/친수성영역)이 공존하는 복잡한 국내 토양 특성(soil complex system)을 고려한 유기화합물의 거동을 규명하기 위함.
[연구내용] 복잡 국내 토양계의 (i) 수용성 유기용매 환경(cosolvent system) 조건에서 토양 표면의 소수성(hydrophobic domain)/친수성 영역(hydrophilic domain)에 대한 극성/비극성 이온종의 표면 흡착 기작을 구명하고, (ii) 이온성 유기오염물질의 흡착 관여 환경 인자 효과 정량화 하고, (iii) 불균질 토양 환경 내에서 유기용매 흐름조건에서 유기오염물질 반응 환경인자 제시함.

□ 연구결과
수용성 유기용매의 영향으로 카르복시산 이온성 유기화합물의 이동성은 유기용매가 증가함에 따라 가변전화 토양표면의 흡착경향이 증가하였고, 이는 기존의 이론적 선형 코솔벤시 흡착모델(cosolvency sorption model)로 예측할 수 없는 결과였다. 모델 적용 한계의 원인을 도출하기 위해, 유기용매(메탄올)에 대한 카르복시산 유기산오염물질의 용해도 상수 (cosolvency power, σ)와 토양과 용매의 상호작용 경험적 상수(α)를 기초로 그 원인을 파악한 결과, 카르복시산 이온성 유기화합물의 극성/비극성 이온종의 용해도는 메탄올이 증가함에 따라 증가함으로써 σ는 양의 부호를 나타냈으며, pH가 증가할수록 그 값은 감소하였다. 이와 같은 결과는 친수성 흡착영역에서 cosolvency sorption model로 예측 할 수 없는 카르복실음이온의 흡착현상은 cosolvency power에 의한 나타나는 현상이 아닌 것으로 파악하였다. 친수성 흡착영역 (K⁺, Ca²⁺, Al³⁺-카올리나이트)과 극성 이온종(R-COO^-) 흡착 메카니즘 규명 결과, cosolvency sorption model로 예측 불가는 흡착표면의 메탄올이 증가할수록 토양 표면의 양전하 밀도가 증가([=Me-OH]⁰->[=Me-OH₂]⁺)에 의해 증가하였고, 증가된 표면양전하와 극성 이온종(R-COO^-)의 음이온 교환 반응이 증가에 의한 것으로 확인할 수 있다. 뿐만 아니라, 흡착표면의 양전하 한자리와 극성 이온종(R-COO^-)은 bidentate chelating 결합으로 안정적으로 흡착된 것으로 나타났다. 즉, 카르복실 극성이온의 친수성 흡착은 음이온 용질과 전하를 띤 광물 표면의 사이에서 발생하는 용질-흡착제간의 특이적 결합에 의한 것으로 enthalpy-driven process에 의한 흡착 반응인 것으로 판단하였다. 또한 메탄올-휴믹산 시스템에서 cosolvency효과는 각 이온성 유기 화합물의 극성/비극성이온종 흡착 경향에 대한 log-linear cosolvency sorption model의 α파라미터를 이용하여 정량화 연구결과, 토양유기물(휴믹산)에 존재하는 친수성 흡착영역에서는 카르복실 음이온은 메탄올이 증가함에 따라 그 흡착이 증가하였고, 양의 비례 관계에 따라 log-linear cosolvency sorption model에서 벗어나는 원인에서 휴믹산의 친수성 영역은 제외 가능하였다. 마지막으로, cosolvent-enhanced solubility와 cosolvent-induced speciation, 수용액상에서 일어나는 이온성 유기화합물의 pH 의존적인 토양 흡착 관계, pH와 pKa의 상관관계를 기초한 흡착 모델의 예측으로 한 카르복시산의 흡착현상은 메탄올이 증가함에 따라 alkaline shift에 의해 중성 이온종의 분획이 증가에 따라 최대 흡착량을 이루는 pH는 증가되어 예측곡선보다 shift된 결과를 도출하게 되었다.

□ 연구결과의 활용계획
(i) 기존에 유기용매와 유기화합물의 흡착모델인 cosolvency sorption model 이론이 국내 토양에서 해석되지 못하는 환경적 원인 제시를 통해 기존 지식 개선 및 예측 모델 개발을 위한 자료로 활용될 것임. (ii) 복합적 농업 토양환경에서 유기농약(농약, 생장조절제, 제초제)의 오염 경로를 예측함으로써 주변수계 및 지하수에 미칠 수 있는 환경적 영향을 최소화 할 수 있는 방안 제시를 위해 활용될 수 있음. (iii) 유기오염물질을 토양입자로부터 분리􌝆용해시키는 오염토양 복원기술 공법의 효율을 증대를 위한 이론적 자료와 최적 환경조건 선정에 활용 가능함.
(출처:요약문 4p)

Abstract ▼

□ Purpose& contents
[Background] Problems of environmental contamination commonly involve complex mixtures of chemicals in combination with environmental factors. Interaction between soil surface and organic pollutants in complex mixtures must be predicted via various controlling factors.
[Pro

□ Purpose& contents
[Background] Problems of environmental contamination commonly involve complex mixtures of chemicals in combination with environmental factors. Interaction between soil surface and organic pollutants in complex mixtures must be predicted via various controlling factors.
[Propose] Details on factors controlling the sorption process in a cosolvent/water/soil mixture are not well defined. The proposal describes environmental factors (cosolvent, inorganic ions, pH, soil domains, dissolved organic matter etc.) contributing to the sorption of organic acid by soils in cosolvent/water mixtures.

□ Result
The application of the cosolvency sorption model to predict the sorption of carboxylic acids in cosolvent systems was found to be problematic. The cause of the discrepancy was investigated by analyzing the solubility (Sm) and sorption (Km, linear sorption coefficient) of the carboxylic acid on metal-saturated kaolinites (K⁺, Ca²⁺, Al³⁺-kaolinites) as a function of methanol volume fraction (fc) and apparent solution pH (pH^app). The Sm of carboxylate anion increased with increasing fc. Thus, the shift of activity of solute occurred in the liquid phase was not significant for determining the cause of the positive Km-fc relationship. However, Km value of carboxylate (R-COO^-) on the metal-saturated kaolinite increased log-linearly with fc. the bidentate coordination is more likely to occur instead of a bridging coordination with increasing fc. Therefore, it can be reasonably concluded that the positive Km-fc relationship is due to the charge-related hydrophilic interaction through bidentate coordination of carboxylate, and it increases with increasing positive
charge density([=Me-OH]⁰->[=Me-OH₂]⁺)on the kaolinites, as a function of fc. Being similar to hydrophilic moiety of mineral domain, hydroxyl and carboxyl functional groups present in soil humic substances are exposed to the exterior, and their (de)protonation process is pH dependent. Therefore, it is reasonable to hypothesize that the pH-dependent charge-related hydrophilic interactions between charged humic domain and ionized organic solutes may take place contributing to overall sorption. Therefore, in this study, sorption experiment was conducted at various methanol volume fractions (0.0≤f_c≤0.6) at three different pH_app (apparent pH of liquid phase; a-2; 4.8; >pK_a+2). The occurrence of structural modification of humic domain and hydrophilic interaction (e.g., Ca²⁺-bridge)are considered as relevant processes that restrict the applicability of cosolvency-induced model to sorption of organic acid onto humic substance. The magnitude of sorption driven by these processes appears to be significant, and thus, the impact should be quantitatively incorporated in the current cosolvency-induced sorption model. The research regarding the pH^app-dependent hydrophilic interaction and structural deformation of humic domain in the presence of a cosolvent is warranted.

□ Expected Contribution
The results provide greater understanding of the parameters influencing the leaching of ionizable organic acids in agricultural soil and the environmental fate of acidic pesticides and organic solutes. In addition, these results provide useful information for regulators to contribute to best treatment management practices and to decisions about appropriate ways to remove pesticides.
(출처:SUMMARY 5p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 목차 ... 2
• 연구계획 요약문 ... 3
• 연구결과 요약문 ... 4
• 한글요약문 ... 4
• SUMMARY ... 5
• 연구내용 및 결과 ... 6
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 6
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 8
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 9
• 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 18
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 19
• 6. 연구과정에서 수집한 해외 과학기술정보 ... 19
• 7. 참고문헌 ... 20
• 8. 연구성과 ... 21
• 9. 국가과학기술지식정보서비스에 등록한 연구시설􍾶장비 현황 ... 22
• 10. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 22
• 11. 기타사항 ... 23
• 끝페이지 ... 23