수중 미세플라스틱의 레보플록사신 흡착특성 평가 (Absorption of Levofloxacin on Microplastics in Aqueous Solution)

서지정보

· 발행기관 : 대한환경공학회
· 수록지 정보 : 대한환경공학회지 / 44권 / 6호 / 195 ~ 202페이지
· 저자명 : 이주영, 박정안

초록

목적: 미세플라스틱이 지표수에서 꾸준히 관찰되고 있다. 미세플라스틱은 비표면적이 크고, 소수성이 크기 때문에 수중 오염물질과 상호작용할 수 있으므로, 수중에서 발견되는 항생물질인 Levofloxacin(LVF)을 이용하여 미세플라스틱과의 흡착 특성을 살펴보았다. 본 연구에서는 폐플라스틱 폐기물을 분쇄하여 폴리프로필렌(PP)와 폴리에틸렌(PE) 미세플라스틱을 제조하여 LVF 흡착 특성을 평가하고자 한다. 방법: 모든 실험에서 미세플라스틱의 투입량은 0.02 g으로 고정하였다. 동역학적 흡착실험을 위해 PP와 PE미세플라스틱을 유리 바이알에 넣고 1-48시간 동안 LVF 용액(초기농도: 10 mg/L) 20 mL와 혼합했다. 그리고 실험데이터는 유사-1차 모델과 유사-2차 모델에 피팅하였다. 등온흡착 실험은 초기 LVF 농도를 1-25 mg/L로 다양하게 설정하고 24시간동안 실험하고 그 결과를 Langmuir와 Freundlich 등온흡착 모델에 적용하였다. 열역학적 흡착실험은 293-308 K의 온도범위에서 흡착 실험을 진행하였으며, 양이온이 존재할 때 LVF의 흡착 영향을 알아보기 위해 각각의 양이온(Na+, Ca2+, Cr3+, Cu2+, Pb3+)과 LVF 용액을 혼합하여 미세플라스틱과 반응시켰다. 결과 및 토의: FT-IR 분석 결과, 제조된 PP와 PE 미세플라스틱은 단일 폴리머 재질임을 확인하였다. 동역학적 흡착실험에서는 PP와 PE에 대한 LVF 흡착이 24시간에 평형에 도달하였다. 이때 PP와 PE의 흡착능은 각각 0.748 mg/g과 0.801 mg/g으로 계산되었다. 그리고 PP는 유사-1차모델에(R2=0.986), PE는 유사-2차모델에(R2=0.992) 잘 피팅되었다. 등온흡착 실험결과는 PP와 PE에서 모두 Freundlich 식에 적절히 모사되어(R2>0.97) 다층 흡착이 일어나는 것으로 판단된다. 열역학적 흡착실험을 통해 흡착은 발열반응이며, 주로 물리학적 흡착 과정인 것으로 보였고, 양이온 경쟁실험 결과로 양이온이 미세플라스틱에 대해 LVF의 흡착을 저해할 수 있다는 것을 확인하였다. 결론: 본 연구는 수중에서 LVF가 PP와 PE 미세플라스틱에 흡착될 수 있고, 미세플라스틱의 물리화학적특성과 반응시간, LVF의 초기농도, 반응온도, 경쟁 양이온의 존재 등에 따라 흡착능이 달라질 수 있음을 확인하였다.

영어초록

Objectives: Recently, microplastics(MPs) is observed at surface water in worldwide because of massive use of plastics. Since MPs have a large specific surface area, they could provide adsorption sites to water contaminants such as Levofloxacin(LVF). LVF is one of widely used antibiotics and is detected in surface water. Therefore, the aim of this study is to evaluate adsorption trend of LVF on polypropylene (PP) and polyethylene(PE) microplastics in aqueous solution. Methods: For kinetic adsorption experiment, 0.02 g of PP and PE MPs were placed in glass vials and mixed with LVF solution (10 mg/L) for 1-48 hours. And the experimental data were fitted to pseudo-first order and pseudo-second order. For isotherm adsorption experiment, initial LVF concentrations were varied from 1to 25 mg/L for 24 hours, and the results were applied Langmuir and Freundlich models. The Thermodynamic adsorption experiment is conducted in the temperature range of 293-308 K. Each cations (Na+, Ca2+, Cr3+, Cu2+, Pb3+) and LVF solution were mixed and reacted with the MPs to determine effect of LVF adsorption when cations were coexistence. Results and Discussion: Based on the FT-IR analysis, it was confirmed that the prepared PP and PE MPs were consisted of a single polymer. The kinetic experiment results showed that LVF adsorption on PP and PE MPs reached equilibrium at 24 hours with adsorption capacities of PP (0.748 mg/g) and PE (0.801 mg/g) MPs, respectively. Kinetic data of PP MPs was well fitted to the pseudo-first order(R2=0.986) model, while the data of PE MPs was described well by the pseudo-second order(R2=0.992) model. The results of the isotherm experiments are explained well by the Freundlich model (R2>0.97), indicating that a multilayer adsorption was occur in both MPs. The thermodynamic experiments showed that LVF adsorptions on each MPs were exothermic reaction and a physical adsorption process. Cations can inhibit the adsorption of LVF to the MPs. Conclusions: This study shows that LVF could be adsorbed to PP and PE MPs in aqueous solution, and its adsorption capacity can be changed according to the various factors: characteristics of polymer, reaction time, initial concentration of LVF, temperature, and coexistence of cations.

참고자료

· 없음