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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 서규태
- 발행연도
- 2013
- 저작권
- 창원대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수18
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최근 인간의 건강에 대한 관심의 증가와 의학의 발달 등으로 인해 사람 및 가축에게 의약물질 및 항생물질의 사용이 증가되었다. 이에 따라 다양한 경로로 환경 중에 이러한 물질들이 유입되게 되었고, 이들 물질은 환경 중에서도 분해되지 않고 그대로 잔류하게 되며 독성물질로 작용하게 된다. 그렇기 때문에 이 들 물질의 분석방법 및 제거방법에 대한 여러 연구가 진행 중에 있으며, 특히 제거방법에 대해 여러 방법들에 대해 논의가 많다. 하지만, 여러 제거 방법은 연구되었으나, 이러한 공정들에 의해서 어떤 기작으로 제거되는지에 대한 연구는 미비한 실정이며, 본 연구에서는 이러한 항생물질들이 제거될 때 어떠한 메커니즘으로 제거가 되는지에 대한 제거 메커니즘을 밝히고 최근 검출 횟수 및 오염도가 높은 Sulfonamide계 항생물질을 선정하여 활성탄 실험을 통해 제거 효율과 컴퓨터 시뮬레이션을 통한 결과를 비교하였다.
그에 따른 결과로는 먼저 활성탄 흡착 실험을 통한 제거 효율은 제거효율이 안정화되는 1시간 교반시에는 SMZ : 87.7~96.3%(평균 90.7%), STZ : 75.8~88.6%(평균 82.5%), SMTZ : 58.8~77.8%(평균 68.4%)의 제거율을 보였으며. 완전흡착을 유도한 24시간 교반시에는 SMZ 99.94%, STZ 99.91%, SMTZ 99.03%으로 모두 99% 이상의 제거율을 보였다. 두 조건 모두 SMZ, STZ, SMTZ 순으로 제거가 잘됨을 확인하였다.
컴퓨터 시뮬레이션 계산을 통한 방법으로 활성탄을 graphene으로 모사하여 시뮬레이션 하였으며, 계산 방법으로는 VASP 프로그램을 활용하였으며, 흡착에너지를 계산한 결과로는 SMZ : -4.91 eV, STZ : -4.64 eV, SMTZ : -4.62 eV로 나타났으며, (-)값이 클수록 흡착 에너지가 크다는 점에서 볼 때, 실험결과와 전반적으로 동일한 경향인 SMZ, STZ, SMTZ 순으로 흡착에너지가 높게 나왔다.
또한, DFT 시뮬레이션 결과로 각 물질이 활성탄에 흡착될 때 초기 흡착형태를 예측하기 위해 Sulfonamide계 항생물질이 공통적으로 가지고 있는 분자 구조와 각 물질별 다른 분자 구조에 대해 위치별로 활성탄에 흡착되는 흡착에너지를 구하였으며, 그 결과 SMZ, STZ의 경우에는 공통 고리부분인 sulphanilic acid기와의 결합이, SMTZ의 경우에는 3-methyl-1,2-oxazol-5-amine 와의 결합이 더 안정되게 나왔으며, 활성탄에 흡착시 이러한 형태의 결합이 많이 일어날 것으로 예측된다.
이러한 컴퓨터 시뮬레이션 계산을 통해 각 물질의 흡착 특성을 파악하여 수 처리에 응용할 시 어떤 물질들이 활성탄 내부 표면에서 강한 흡착을 보일지 알 수 있으며, 그에 따른 각 물질의 특성을 파악하여 공정 처리시 활성탄의 수명이나 성능 등의 관리에도 도움을 줄 것으로 예측된다.
그에 따른 결과로는 먼저 활성탄 흡착 실험을 통한 제거 효율은 제거효율이 안정화되는 1시간 교반시에는 SMZ : 87.7~96.3%(평균 90.7%), STZ : 75.8~88.6%(평균 82.5%), SMTZ : 58.8~77.8%(평균 68.4%)의 제거율을 보였으며. 완전흡착을 유도한 24시간 교반시에는 SMZ 99.94%, STZ 99.91%, SMTZ 99.03%으로 모두 99% 이상의 제거율을 보였다. 두 조건 모두 SMZ, STZ, SMTZ 순으로 제거가 잘됨을 확인하였다.
컴퓨터 시뮬레이션 계산을 통한 방법으로 활성탄을 graphene으로 모사하여 시뮬레이션 하였으며, 계산 방법으로는 VASP 프로그램을 활용하였으며, 흡착에너지를 계산한 결과로는 SMZ : -4.91 eV, STZ : -4.64 eV, SMTZ : -4.62 eV로 나타났으며, (-)값이 클수록 흡착 에너지가 크다는 점에서 볼 때, 실험결과와 전반적으로 동일한 경향인 SMZ, STZ, SMTZ 순으로 흡착에너지가 높게 나왔다.
또한, DFT 시뮬레이션 결과로 각 물질이 활성탄에 흡착될 때 초기 흡착형태를 예측하기 위해 Sulfonamide계 항생물질이 공통적으로 가지고 있는 분자 구조와 각 물질별 다른 분자 구조에 대해 위치별로 활성탄에 흡착되는 흡착에너지를 구하였으며, 그 결과 SMZ, STZ의 경우에는 공통 고리부분인 sulphanilic acid기와의 결합이, SMTZ의 경우에는 3-methyl-1,2-oxazol-5-amine 와의 결합이 더 안정되게 나왔으며, 활성탄에 흡착시 이러한 형태의 결합이 많이 일어날 것으로 예측된다.
이러한 컴퓨터 시뮬레이션 계산을 통해 각 물질의 흡착 특성을 파악하여 수 처리에 응용할 시 어떤 물질들이 활성탄 내부 표면에서 강한 흡착을 보일지 알 수 있으며, 그에 따른 각 물질의 특성을 파악하여 공정 처리시 활성탄의 수명이나 성능 등의 관리에도 도움을 줄 것으로 예측된다.
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