제올라이트 표면에 고정화된 QACs를 이용한 Microcystis aeruginosa의 생리적 억제 평가

초록

본 연구는 양이온성 4차 암모늄 화합물(Quaternary Ammonium Compounds, QACs)을 Sol–Gel 공정을 통해 제올라이트 표면에 고정화한 기능성 여재를 제조하고, 이를 이용하여 남조류 Microcystis aeruginosa에 대한 색소 기반 생리적 억제 가능성과 반복 사용 안정성을 실험실 규모에서 평가하였다. 실험은 QACs 코팅 여부 및 코팅 농도에 따른 시각적 변화, Chlorophyll-a (Chl-a), Phycocyanin (PC), pH 변화, 유사 일차 감소속도상수(k), 표면 특성 분석(SEM, EDS, FT-IR), TOC 기반 용출 평가, 그리고 microcystin 분석을 중심으로 수행하였다. 실험 결과, QACs-coated Zeolite 처리군에서는 시간 경과에 따라 상등액의 녹색 색조가 감소하고 세포 응집 및 침전이 촉진되는 양상이 관찰되었다. 또한 QACs-coated Zeolite 조건에서는 무코팅 제올라이트 및 sodium silicate-coated zeolite 조건에 비해 Chl-a와 PC가 더 크게 감소하였으며, 특히 PC가 더 민감하게 반응하는 경향을 보였다. 유사 일차 감소속도상수(k) 분석에서도 QACs 코팅 농도가 증가할수록 색소 감소 속도가 커지는 경향이 나타났다. 동일 여재를 3회 반복 사용한 연속 실험에서는 이러한 경향이 대체로 유지되어, 반복 사용 조건에서도 일정 수준의 반응성이 유지될 가능성을 확인하였다. SEM, EDS 및 FT-IR 분석 결과는 제올라이트 표면에 Si 기반 무기층과 QACs 유기 성분이 함께 존재하는 유기–무기 복합 코팅층이 형성되었음을 시사하였다. TOC 기반 간접 평가에서는 Sol–Gel 코팅 시료가 단순 담지 시료보다 낮은 용출 경향을 보여, Sol–Gel 네트워크가 QACs의 수중 용출을 일정 수준 억제할 가능성을 나타냈다. 한편, microcystin-LR, -YR, -RR, -LA, -LY, -LF 등 주요 6종의 microcystin은 모든 처리 조건에서 검출한계 이하로 나타났다. 종합하면, QACs-coated Zeolite는 M. aeruginosa 배양계에서 색소 감소, 응집 및 침전 유도, 그리고 반복 사용 시 일정 수준의 반응성 유지 가능성을 보였으며, Sol–Gel 기반 고정화는 단순 담지 방식에 비해 용출 안정성 측면에서 유리한 경향을 나타냈다. 다만 본 연구는 색소 기반 지표와 정성적 관찰을 중심으로 수행되었으므로, 실제 세포 생존율, 독소 분획, 직접적인 QACs 용출 정량, 생태독성 및 현장 적용성에 대한 추가 연구가 필요하다.

키워드