보고서 정보
주관연구기관 |
서울대학교 Seoul National University |
연구책임자 |
조경덕
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보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
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발행년월 | 2017-11 |
과제시작연도 |
2016 |
주관부처 |
미래창조과학부 Ministry of Science, ICT and Future Planning |
등록번호 |
TRKO202000007578 |
과제고유번호 |
1711043475 |
사업명 |
개인연구지원 |
DB 구축일자 |
2020-09-19
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키워드 |
녹조.지오스민.마이크로시스틴.분해부산물.고도산화공정.거동.제거 메커니즘.algal bloom.2-MIB.Geosmin.microcystin.byproducts.Advanced Oxidation Processes.fate and transport.degradation mechanism.LC-MS/MS.
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초록
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□ 연구의 목적 및 내용
조류에서 발생하는 조류 기인 유해물질인 독소(MC-LR) 및 이ㆍ취미 물질(2-MIB, geosmin 등)을 염소소독(Disinfection)을 포함한 UV/H₂O₂ 등의 고도산화공정(AOPs) 적용 시, 이들 물질의 제거 및 분해부산물을 SPME-GC/MS 또는 LC/MS/MS 등의 분석기기를 통하여 정성 및 정량 분석을 하고, 이를 통하여 조류 기인 유해물질들의 분해 거동 메커니즘 완성을 연구 목적으로 두고 있다.
□ 연구결과
• 1차년도
문헌 조사를 통한 검출수준 및 검출
□ 연구의 목적 및 내용
조류에서 발생하는 조류 기인 유해물질인 독소(MC-LR) 및 이ㆍ취미 물질(2-MIB, geosmin 등)을 염소소독(Disinfection)을 포함한 UV/H₂O₂ 등의 고도산화공정(AOPs) 적용 시, 이들 물질의 제거 및 분해부산물을 SPME-GC/MS 또는 LC/MS/MS 등의 분석기기를 통하여 정성 및 정량 분석을 하고, 이를 통하여 조류 기인 유해물질들의 분해 거동 메커니즘 완성을 연구 목적으로 두고 있다.
□ 연구결과
• 1차년도
문헌 조사를 통한 검출수준 및 검출 가능성을 고려하여 조류기인 이취미 발생물질 중 geosmin과 2-MIB를, 조류기인 독소물질 중 마이크로시스틴-LR을 대상 물질로 선정하였다. 이취미 물질은 HS-SPME-GC/MS 법을 이용하여 분석법을 확보하였고, 마이크로시스틴-LR은 LC-MS/MS를 이용하여 분석법을 확보하였다. 조류기인 유해물질은 한강수계에서 시공간적으로 모니터링을 실시하였고, 결과 조류기인 유해물질은 일반 물질들처럼 하류에서 높은 농도를 보이지 않고 때에 따라 다양한 범위로 검출되었다.
• 2차년도
조류기인 이취미 발생물질 중 β-cyclocitral (2,6,6-trimethyl-l-cyclohexenel –carboxaldehyde), β-ionone ((4-(2,6,6-trimethyl-l -cyclohexenyl)- 3-buten-2-one), IPMP(2-Isopropyl-3-methoxypyrazine), IBMP(2-Isobutyl-3-methoxypyrazine를 조사 대상물질로 추가선정하였고, 조류기인 독소물질 중 Anatoxin-a를 추가로 선정하여 모니터링 및 처리 연구를 진행하였다. 조류기인 이취미물질(geosmin, 2-MIB, β-cyclocitral, β-ionone)의 처리를 위해서는 염소소독 및 UV/Chlorine 공정을 이용하였고, 처리 효율 및 소독부산물 생산량을 평가하였다. 조류기인 독소물질(MC-LR, Anatoxin-a)의 처리를 위해서는 광분해 및 UV/H₂O₂ 공정을 이용하였고, 그 결과 UV광분해보다 H₂O₂를 첨가할 때 OH 라디칼의 발생으로 인해 처리 효율이 높음을 확인하였다. 그리고 조류기인 유해물질은 단순히 처리에서만 국한된 연구가 아니라 2차적 오염을 대비하기 위해 분해부산물의 정성평가를 실시하였다.
• 3차년도
조류기인 이취미물질(β-cyclocitral, β-ionone)과 조류기인 독소물질(Anatoxin-a, BMAA)의 처리 및 분해 경로를 파악하였다. 이취미 물질은 염소소독 및 UV/Chlorine 공정을 이용하였고, 조류기인 독소물질은 광분해 및 UV/H₂O₂ 공정을 이용하였다. Anatoxin-a 및 BMAA 모두 광분해에 의해서는 효과적인 제거율을 보이지 않았고, 과산화수소의 농도가 증가함에 따라 BMAA의 제거속도 역시 증가함을 보였다. β-cyclcoitral과 β-ionone의 염소 처리, UV 광분해, UV/Cl₂ 공정에 분해효율을 평가한 결과, 두 물질 모두 염소 처리, UV 광분해, UV/Cl₂ 순서로 분해 효율이 증가하는 것을 확인하였다. 대상물질의 분해 매커니즘은 LC-MS/MS 및 GC-MS로 확인하였다.
□ 연구결과의 활용계획
• 해당분야 학문발전에의 기여효과: 본 연구에서 만들어진 오염물질의 분해에 대한 반응 메커니즘의 규명을 통하여 고도산화공정(AOP)에서의 중요한 반응 메커니즘 분야의 학문적 확립에 기여하고 오염물질의 분해 공정으로서 광화학공정의 이론적 근거를 제공한다.
• 환경 정책 및 기술 측면에 미치는 효과: 조류기인 유해물질의 생태 위해도 평가에 중요한 데이터를 제공한다.
• 학문적, 인력양성 측면: 본 연구의 참여연구자의 유수 학술지 발표와 학술대회의 참가를 통한 연구자로서의 지식과 경험을 습득의 기회 제공과 학문 전파 효과를 극대화 고취한다.
• 기술적, 경제·산업적 측면: 본 연구의 성공적 수행의 결과는 광화학공정을 이용한 고도산화공정의 실용화를 위한 이론적 배경과 자료를 제공하여 AOP 산업의 선진화를 이루는데 기여할 수 있을 것으로 기대된다.
(출처 : 연구결과 요약문 4p)
Abstract
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□ Purpose& contents
Advanced oxidation processes (AOPs) is urgently needed since biological process is not properly work to treat algae-derived organic matters in water. In this study, the AOPs such as UV, UV/H₂O₂, UV/Chlorine were chosen in order to treat the algae-derived harmful compounds such
□ Purpose& contents
Advanced oxidation processes (AOPs) is urgently needed since biological process is not properly work to treat algae-derived organic matters in water. In this study, the AOPs such as UV, UV/H₂O₂, UV/Chlorine were chosen in order to treat the algae-derived harmful compounds such as MC-LR, geosmin, and 2-MIB. The degradation mechanisms of these compounds by selected AOP processes were compared and determined the kinetics of each degradation process. The effective treatment strategy and the fate and transport of these selected algae-derived toxins and taste & odor compounds in the real water environment were examined. From the identification of degradation byproducts using SPME-GC/MS or LC-MS/MS, a possible degradation pathways of these compounds was proposed.
□ Result
• 1st year
Considering the frequency and detection level through literature review, we selected geosmin and 2-MIB as taste and odor compounds and microcystin-LR as algae toxin from algal blooms. T&O compounds were analyzed using the HS-SPME-GC/MS and the microcystin-LR were analyzed using LC-MS/MS. T&O and harmful substances derived algae were monitored spontaneously in the Han River water system. As a result, harmful substances were not detected as high concentrations in the downstream but were detected in various ranges.
• 2nd year
Algal-derived compounds such as β-cyclocitral, β-ionone, IPMP, IBMP, and Anatoxin-a were further selected as target substances. Chlorine disinfection and UV/Chlorine process were used to treat the T&O compounds (i.e., geosmin, 2-MIB, β-cyclocitral, β-ionone). UV photolysis and UV/H₂O₂ process were used for the treatment of algae toxins (i.e., MC-LR, Anatoxin-a). As a result, for algal toxins, it was confirmed that the efficiency of treatment was high due to generation of OH radicals when H₂O₂ was added rather than UV photolysis. Finally, the transformed byproducts of these target compounds in various treatment process was identified with LC-MS/MS or GC-MS.
• 3rd year
Taste & odor compounds (i.e., β-cyclocitral, β-ionone) and algal toxins (i.e., Anatoxin-a, BMAA) was investigated. Chlorine disinfection and UV/Chlorine process were used for T&O compounds, and UV photolysis and UV/H₂O₂ process were used for the common toxins produced by algal blooms. Although both Anatoxin-a and BMAA showed no effective removal rate by photolysis, the removal rate of those compounds increased with increasing concentration of hydrogen peroxide. The degradation efficiencies of β-cyclocitral and β-ionone were evaluated by chlorination, UV photolysis, and UV/Cl₂, respectively. The degradation mechanism of the target substance was confirmed by LC-MS/MS and GC-MS.
□ Expected Contribution
• Contribution to the development of the relevant disciplines: Identification of reaction mechanisms for the degradation of contaminants made in this study contributes to the academic establishment of important reaction mechanisms in the AOP
• Effects on environmental policy and technology aspects: Provides the important data for ecotoxicity assessment of the algal-derived harmful substances.
• Academic and manpower aspect: Provide students with the opportunity to acquire knowledge and experience as a researcher through the presentation of leading scholarly journals of this researcher and participation in academic conferences
• Technical, economical and industrial aspects: The results of this study are expected to contribute to the advancement of the AOP industry by providing the theoretical background and data for practical application of the AOPs.
(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 ... 13
- 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 17
- 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 59
- 5. 연구결과의 활용계획 ... 64
- 6. 연구과정에서 수집한 해외 과학기술정보 ... 65
- 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 67
- 8. 참고문헌 ... 68
- 9. 연구성과 ... 71
- 10. 국가과학기술지식정보서비스에 등록한 연구시설‧장비 현황 ... 74
- 11. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 74
- 12. 기타사항 ... 75
- 별첨1. 대 표 연 구 실 적 ... 76
- 별첨2. 세부 목표 관련 증빙 ... 86
- 끝페이지 ... 91
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