• Applied Biological Chemistry
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• 제41권1호
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• pp.89-94
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• 1998

크롬의 산화는 자연계에 존재하는 여러 가지의 Mn-oxide에 의해 일어나며 산화과정에 존재하는 크롬 화학종들은 반응계 내에서 흡착, 침전 현상을 유발할 수 있고 결과적으로 산화반응을 조절할 수 있을 것이다. 본 연구에서는 birnessite와 pyrolusite에 의한 크롬의 산화에서 크롬 화학종이 반응에 미치는 영향을 조사하였다 Mn-oxide는 그 종류에 따라 크롬 산화력에서 큰 차이를 보였으며 용액의 pH와 초기 3가 크롬 첨가량도 산화반응에 큰 영향을 미쳤다. 동일 표면적당의 산화력을 비교하면 pyrolusite의 산화력은 birnessite의 5% 정도에 불과하였다. 이는 pyrolusite 의 결정도에 크게 기인하며 또한 양으로 하전된 표면 특성 때문에 반응물인 3가 크롬의 접근이 어렵고 반응산물인 6가 크롬의 흡착 등에 기인하는 것으로 보인다. Birnessite에 의한 산화반응에서 pH 3에서는 oxide의 표면에서의 크롬 화학종들의 흡착이나 침전 현상은 발견되지 않았으며 pyrolusite의 경우 일부 6가 크롬의 흡착이 나타났으나 침전현상은 발견되지 않았다. 따라서 pH 3의 경우 산화반응은 Mn-oxide의 특성에 따라 결정된다. Mn-oxide에 의한 크롬의 산화는 열역학적으로 용액의 pH가 높아질수록 더 진행되어야 한다. Birnessite의 경우 pH 5에서 오히려 산화반응이 현저히 저해되었는데 이는 birnessite의 표면에 형성되는 3가 크롬의 침전이 반응표면을 감소시킴으로써 나타나는 현상으로 판단된다. Pyrolusite의 경우 pH 3보다 pH 5에서 크롬의 산화는 더 일어나나 초기 3가 크롬의 첨가량이 많아지면서 반응이 억제된다. 일부 3가와 6가 크롬의 흡착이 일어나나 이 경우도 역시 pyrolusite의 표면에 형성되는 3가 크롬의 침전이 반응을 조절하는 주 요인으로 생각된다. Mn-oxide의 표면에 형성되는 3가 크롬의 침전은 산화가 일어날 수 있는 반응표면을 감소시키고 또한 반응물의 농도를 낮춤으로써 용액의 pH가 높고 3가 크롬의 첨가량이 많아질 때 크롬의 산화반응을 억제하는 주 요인이 되는 것으로 판단된다.

• 자원환경지질
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• 제38권6호
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• pp.699-705
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• 2005

폐광된 장풍광산의 풍화된 폐광석에 함유된 중금속의 존재형태를 규명하기 위해 5단계 연속추출법을 수행하였다. 각 단계에서 용출된 용액은 ICP-AES로 분석하였다. XRD로 풍화된 폐광석 시료들의 광물조성을 파악한 결과, 시료는 산성 환경에서 pH에 대한 완충작용을 할 수 있는 방해석의 유무에 따라 두 유형(type I and type II)으로 나눌 수 있었다. Type I 시료의 주 구성광물은 석영으로 방해석이 산출되지 않으며, type II 시료의 주 구성광물은 방해석이었다. 모든 시료에서 비소, 코발트, 철은 잔류형태로 존재하는 것이 가장 우세하였다. 카드뮴, 망간, 아연의 경우 type I 시료에서는 잔류형태가, type II 시료에서는 산화철망간형태가 우세하였다. 구리는 type I 시료의 경우 잔류형태가 가장 우세하였고, type II의 경우 황화광물형태가 우세하였다. 납은 type I시료에서는 잔류형태가 가장 우세하였고, type II시료에서 산화철망간 형태가 우세하였다. pH 4-7 사이에서 중금속의 상대적인 이동성은 type I시료의 경우 아연>구리>카드뮴>납>코발트>비소의 순서였으며, type II시료에서는 카드뮴>구리>아연>납>비소>코발트의 순서로 확인되었다.

• 자원리싸이클링
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• 제30권5호
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• pp.25-31
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• 2021

폐리튬이온배터리를 고온에서 용융환원처리하면 코발트, 니켈 및 구리가 환원된 금속을 얻을 수 있다. 본 논문에서는 상기 금속외에 망간, 철 및 규소가 같이 환원된 금속합금의 침출을 조사하였다. 침출용액으로 염산에 과산화수소를 산화제로 첨가해 염산과 산화제의 농도, 반응시간 및 온도와 광액밀도를 변화시켜 니켈, 코발트 및 구리를 99% 이상 침출시킬 수 있는 조건을 조사하였다. 과산화수소 농도와 광액밀도가 금속의 침출에 미치는 영향이 현저했으며 20에서 80℃의 반응온도범위에서 반응온도는 침출에 큰 영향을 미치지 않았다. 2M의 염산용액에서 5%의 과산화수소를 혼합한 용액으로 60℃의 반응온도와 30 g/L의 광액밀도조건에서 150분 반응시키면 규소를 제외한 모든 금속이 99% 이상 침출되었다.

• 자원환경지질
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• 제34권3호
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• pp.271-281
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• 2001

팔봉광산 주변 지역의 오염 특성을 밝히기 위해 선광광미와 주변 토양의 중금속 오염 특성을 조사하였다. 연구 지역의 토양은 일부 토양을 제외한 대부분의 토양이 롬 토양이었으며, 하천 주변 토양 일부도 상류 지역에서 하류쪽으로 가면서 로미 샌드_샌디 롬 토양에서 롬토양으로 점이한다. 토양 내의 유기물 함량은 평균 2% 정도로 낮았으며, 토양의 pH는 모든 시료에 걸쳐 약간 산성을 띄는 6.0$\pm$0.1이다. 연구 지역에서 분석된 암석, 일반토양, 광미 및 퇴적시료에서는 암석으로부터 기인된 일반토양에서는 중금속의 함량이 암석 자체에 포함된 농도보다 약간씩 낮아져 이들이 지표수나 지하수에 의해 침출되어 나감을 보여준다. 광석으로부터 분리된 광미 더미 시료에서는 납, 구리, 비소의 농도가 높다. 하천 퇴적시료에서도 정상적인 확산 특성을 보이나, 상류 시료에서 납, 구리의 농도는 광미 더미에서 보다 훨씬 높은 농도를 보이는 한편, 비소는 그 농도가 급격하게 떨어지는 특성을 보인다. 카드뮴과 구리, 비소의 농도 변화는 운반 매체로서의 지표수 혹은 지하수의 매질 특성에 기인한 것으로 해석된다. 중금속 농도 분포와 퇴적입자 크기는 카드뮴, 구리 및 납 등은 모래 및 실트와 비교적 높은 상관관계를 보이는 반면, 비소와 수은은 점토입자와는 상관관계가 높았다. 연구 지역에서 측정된 중금속의 거리별 확산 특성은 하천 주변 토양 중 표토 및 심토층에서는 광미 더미로부터 100m~200m에 구간에서 측정된 중금속 농도가 광미 더미에서 먼 다른 지역과는 현격하게 높은 농도를 보이는 점이다. 카드뮴과 구리, 납 및 수은의 농도가 차이가 많으며, 비소는 차이가 크지 않다. 육가 크롬은 전 구간에 걸쳐 검출되지 않는다. 중금속의 농축은 광산 개발지나 광미 더미로부터 기인되어, 물에 의해 이동, 침전되었을 것이다. 하천 주변 표토 및 심토층에서는 모든 중금속 농도가 광미 더미에서 하류쪽으로 이동한 600m~2000m 구간에서 상승하였다. 광미 확산 토양 시료에서는 중금속의 농도가 광미 더미로부터 멀어질수록 비교적 일정하게 감소한다. 600~2000m 거리구간에서의 각 중금속의 농도 상승은 지하수에 의해 이동되었을 것으로 추정된다. 중금속의 유동에는 유동 지하수의 pH, Eh 및 콜로이드 입자의 양, 산화망간 및 산화철의 존재에 따른 지하수의 상태 변화가 밀접하게 연관되었을 것이다. 지하수 조건은 3 정도의 비교적 낮은 pH와 +3~+5에 해당되는 산화 조건과 콜로이드는 적고 산화망간 및 산화철이 같이 유동하지 않은 상태였다. 중금속의 유동은 과거의 광산활동과 연관되었을 것이다. 연구지역에서는 오염 토양이 식생의 중금속 오염에는 영향을 미치지 않는다.

• 자원환경지질
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• 제50권6호
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• pp.545-554
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• 2017

버네사이트(birnessite)는 토양 및 심해저 환경에서 가장 흔히 발견되는 주요 망간수산화물 및 망간산화물(Mn(oxyhydr)oxides, 이하 망간산화물로 통칭) 중 하나로 일반적으로 나노 크기의 작은 입자로 구성되어 있으며 결정도가 매우 낮은 특징을 보인다. 특히 버네사이트는 구조 내 결함(structural defects)과 비어있는 양이온 자리(cation vacancies), 다양한 비율로 혼합된 구조 내 망간 산화수(mixed valences of structural Mn)의 특징에 따라 자연환경에서 다양한 생/지화학적 반응에 높은 반응성을 가지고 참여하는 것으로 알려져 있다. 이와 같이 다양한 생/지화학적 반응을 통해 버네사이트 주변에 존재하는 무기 및 유기물질의 자연 환경적 거동에 중요한 영향을 미칠 뿐 아니라 버네사이트의 상변화 반응이 수반되어 물리 화학적 특성이 전혀 다른 새로운 망간산화물이 형성된다. 본 리뷰 논문에서는 기존 선행 연구결과들을 바탕으로 버네사이트의 상변화 반응을 통해 형성되는 다양한 망간산화물들을 조사하고 반응에 영향을 미치는 다양한 지화학적 반응인자들을 검토하였다. 기존 선행연구 결과에 따르면 버네사이트의 상변화 반응은 용존 Mn(II) 및 용존 산소의 유무, 용액의 pH 조건, 그리고 함께 존재하는 양이온(i.e., $Mg^{2+}$)에 영향을 받는 것으로 사료되며, 다양한 반응인자들이 복합적으로 관여하는 버네사이트의 상변화 반응 경로에 대해서는 여전히 이해되지 않은 부분이 많은 것으로 확인되었다. 따라서, 앞으로 다양한 망간산화물들의 형성과 상변화 반응에 대한 보다 다양하고 심층적인 연구가 수행되어야 할 것이다.

• 한국자기학회지
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• 제13권4호
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• pp.155-159
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• 2003

Sol-gel방법으로 합성한 Zn$_{0.7}$Mn$_{0.3}$O박막의 열처리 효과를 알아보기 위하여 X-선 회절(X-ray diffraction)을 이용하여 구조 분석을 실시하였다. 또한 주사전자현미경(FE-SEM)을 이용하여 시료의 topology와 energy dispersive spectroscopy(EDS) 분석을 통해 구성원소를 확인하였고, line scan X-ray mapping으로 위치에 따른 원소 함량 분포를 조사하였다. 또한 초전도양자간섭기(SQUID magnetometer)를 이용하여 열처리 전과 후의Zn$_{0.7}$Mn$_{0.3}$O박막의 5 K에서의 자기이력곡선(hysteresis loop)을 측정하여 열처리에 따른 자기 특성을 조사하였다. 열처리 전 110 Oe였던 보자력이 $700^{\circ}C$, 80$0^{\circ}C$로 열처리한 후에는 각각 360 Oe, 1035 Oe로 증가함을 확인하였다. 실험 결과로부터 본 연구에서 합성한 Zn$_{0.7}$Mn$_{0.3}$O박막이 강자성을 나타내는 원인은 박막 내에 존재하는 망간 산화물에 의한 것으로 판단된다.의한 것으로 판단된다.

• 대한화학회지
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• 제53권1호
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• pp.42-50
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• 2009

유전율-분광법과 교류 전도도 측정 연구를 망간이 혼입된 층상구조의 $Na_{1.9}Li_{0.1}Ti_3O_7$에 시도하였다. 373-723K 온도와 100Hz-1MHz 주파수 영역에서 loss 탄젠트 (Tan$\delta$), 상대적 유전율 ($\varepsilon_{r}$) 그리고 교류 전도 도 ($\sigma_{ac}$)의 의존성을 혼입 유도체들에 대하여 조사하였다. 다양한 전도도 메커니즘이 존재하는데 MSLT-1과 MSLT-2의 경우에는 낮은 온도영역에서 전자에 의한 전도도를 보인다. MSLT-3의 경우에는 금지된 층간 이온 전 도도가 전자 전도도와 함께 존재한다. 이러한 층간 이온 전도도는 모든 혼입 유도체들에 대하여 중간 온도 영역에 존재한다. 가장 높은 온도 영역에서는 MSLT-1과 MSLT-2의 경우에는 이온 전도도와 polaron에 의한 전도도가 존재하고 MSLT-3에 대하여는 이온 전도도 만이 존재한다. 망간이 혼입된 층상구조의 $Na_{1.9}Li_{0.1}Ti_3O_7$에서 Loss 탄젠트 (Tan$\delta$)는 전자 전도도와 쌍극자의 위치, 그리고 공간 전하 분극화에 기인한다. 상대적 유전율의 증가는 층간 에 쌍극자 수의 증가에 기인하고 반면 상대적 유전율의 감소는 높은 혼입율에 따른 누전 전류의 증가에 기인한다.

• 자원환경지질
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• 제38권5호
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• pp.571-577
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• 2005

철산화물 피복 모래를 이용한 투수성 반응 벽체는 As(V)로 오염된 지하수의 처리에 매우 효과적인 것으로 알려져 있다 그러나 이 방법은 As(III)에 있어서는 그 제거효과가 제한적인 실정이다. 본 연구에서는 위 방법에 의한 3가 비소제거의 한계를 극복하기 위해서 As(III)를 As(V)로 산화시킬 수 있는 능력을 가진 망간산화물 피복 물질을 비소저감 촉진제로서, 철산화물 피복 물질을 이용한 처리 기법에 함께 적용하였다. 철산화물 피복 모래와 망간산화물 피복 모래를 함께 이용한 비소제거 방법으로서, 순차 제거법과 동시 제거법이 연구되었다. 두 가지 처리 방법 모두 6시간동안 $85\%$ 이상의 높은 비소제거 효율을 보였으며, 처리과정 동안 흡착제 표면의 철이나 망간의 용해에 의한 2차적인 오염도 일어나지 않았다. 그러나, 동시 제거법은 비소 저감 후 처리수의 산성도를 pH 6.0의 중성상태로 유지하는 반면, 순차 제거법은 처리수를 pH 4.5의 산성상태로 변화시키는 작용을 일으켜, 음용수로서의 이용을 위한 오염 지하수의 비소 저감법으로는 동시 제거법이 적합한 것으로 판정되었다. 보다 높은 As(III) 제거 효과를 위해, 망간 및 철산화물을 폴리프로필렌 섬유에 피복시켜 비소제거에 적용하였다. 폴리프로필렌 섬유는 높은 표면적과 낮은 비중의 특성을 가진, 신축성 있는 스폰지와 같은 저렴한 중합체의 일종이다. 이를 이용한 비소 제거법은 피복모래를 이용한 방법보다 월등히 뛰어난 $99\%$ 이상의 높은 비소제거 효율을 나타내었다. 또한, 피복 폴리프로필렌 섬유를 이용한 방법은 비소에 오염된 물의 음용수로의 이용을 위한 간편한 처리기법으로서 적용하기에 좋은 많은 실용적인 장점들을 가지고 있다.

• 자원환경지질
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• 제35권6호
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• pp.553-565
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• 2002

본 연구는 시흥 동연아연 및 나주 덕음 금은 폐광산 주변 오염 논토양을 대상으로 시기별 중금속의 수직적 분포 및 함량변화를 실내 microcosm실험을 통하여 조사하였으며 산화환원 환경 변화에 따른 중금속의 지구화학적 거동 양상을 평가하고자 하였다. 두 지역의 원 논토양은 광물학적 구성, 중금속 함량 및 pH와 같은 지구화학적 특성이 차이를 나타내었으며 특히 덕음에서 상대적으로 낮은 중금속 함량에 비해 높은 교환성 형태의 비율로 중금속 용출이 높을 것으로 예상되었다. 18주의 침수기간동안 microcosm토양 상하부는 산화환원 환경 차이를 유지하였으며 pH의 경우 시흥의 상하부 토양 및 덕음의 하부 토양에서는 중성-알칼리성을 유지하였으나 덕음 상부는 3.2-3.8의 강산성을 나타내었다. 용존 Fe, Mn은 상부에 비해 하부에서 높은 농도를 보여 환원성 용해현상에 의한 용출거동을 나타내었다. Pb 및 Zn는 산화환경인 상부에서 그 용출이 높게 나타나며 pH가 높은 시흥의 경우 상층수/토양 경계면에 철 및 망간이 풍부한 층이 형성되고 중금속의 이동을 억제하는 트랩역할을 하여 용출정도가 낮았다. 반면 pH가 낮은 덕읍에서는 원 토양의 상대적으로 낮은 중금속 함량에 비해 그 용출정도가 높았으며 침수 및 배수의 시기별 화학적 존재 형태의 변화도 나타났다. 강산성의 논토양에서는 침수기에 토양 상층부에서 벼작물의 중금속 흡수도가 증가할 수 있으며 배수후에는 교환성 형태의 증가로 역시 그 흡수도가 높아질 것으로 예상된다.

• 한국지하수토양환경학회지:지하수토양환경
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• 제10권4호
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• pp.62-69
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• 2005

본 연구에서는 천연 망간산화물에 의한 4-클로로페놀 화합물의 제거효과를 평가하였으며 자연유기물질과 용액의 pH에 의한 분해율 변화를 살펴보았다. 천연망간산화물은 4-클로로페놀 화합물의 제거에 효과적이었으며 실험결과의 분석을 통하여 반응계수 및 차수에 대한 정량적인 값을 도출하였다. 그 결과, 전체적인 반응은 2차반응으로서 4-클로로페놀 화합물에 대하여 1차, 망간산화물에 대하여 1차에 비례하는 반응이었다. 망간산화물에 의한 4-클로로페놀 화합물의 산화반응은 표면에서 일어나며 pH에 큰 영향을 받았다. 용액의 pH가 망간산화물의 영가전위(PZC) 값보다 클 경우 반응율은 급격히 감소하였으며 PZC 보다 pH가 작은 경우에도 반응율은 감소하였다. 휴믹산을 첨가한 경우 4-클로로페놀 화합물의 산회중합 반응은 다소 증가하는 경향을 보여 휴믹산이 중합반응에 관여하고 있다고 평가할 수 있다. 본 연구 결과, 경제적인 비용으로서 천연망간산화물을 이용하여 페놀계 오염물의 제거에 효과적으로 사용 할 수 있는 방안을 제시하였다.