수중 미세플라스틱의 레보플록사신 흡착특성 평가

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.

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