생물계면활성제 람노리피드를 이용한 심해저 광업 잔재물 내 중금속 정화

Abstract

Objectives : Rhamnolipid for the remediation of heavy metals in deep-sea mining tailings originated from manganese nodules was mainly focused in this research. As continued development depletes land-based metal resources, deep-sea natural resources such as manganese nodules collected from the Clarion-Clipperton Fracture Zone in the Pacific Ocean are inevitably drawing attention as useful alternative resources. The London protocol 1996 (LP) under International Maritime Organization (IMO) and the International Sea-bed Authority (ISA), however, will come up with the environmental guidelines of deep-sea mining tailings by early 2020s. Accordingly, there are urgently required to develop technologies that remediate heavy metals of deep-sea mining tailings. In this research, rhamnolipids which were known as biosurfactants was used to extracting agent for heavy metals in deep-sea mining tailings. Methods : Sample (20-63 μm, manganese nodules) made of 2% (w/v) liquid using ultrapure water were stirred and mixed with a rhamnolipid solution (0.05%, 0.1%, 0.2%, 0.3%) for various elapsed time, to evaluate the possibility of remediation of heavy metals in deep-sea mining tailings using rhamnolipid. Each mixture was analyzed for heavy metals eluted into the liquid after solid-liquid separation. Results and Discussion : Rhamnolipid was effective in removal of heavy metals and environmentally friendly. The extracted concentration of copper (Cu), zinc (Zn), nickel (Ni), and cadmium (Cd) were correspondingly enhanced with specific elapsed time and rhamnolipid’s concentrations, also. Conclusions : The results of this research should be used as basic data for the actual development of the remediation technology for deep-sea mining tailings using rhamnolipid in the future.

목적 : 본 연구는 생물계면활성제인 람노리피드(rhamnolipid)를 이용한 세척 처리에 의한 심해저 광업 잔재물 내 중금속 정화 가능성을 평가하였다. 급격한 개발로 육상의 금속자원이 고갈됨에 따라, 대체자원으로 태평양의 클라리온-클립톤 구역(The Clarion-Clipperton Fracture Zone)의 망간 단괴 등 심해저 광물자원이 주목받고 있다. 하지만 국제해사기구(IMO) 산하 런던의정서(London Protocol 1996; LP)가 국제해저기구(ISA)와 심해저 광물자원 개발을 위한 국제환경기준안을 2020년 초까지 수립할 예정이기 때문에, 심해저 광물자원 개발 시 발생하는 잔재물에 대한 정화(Remediation) 기술 또한 개발이 시급하다. Rhamnolipid는 생분해성을 가지는 친환경 생물계면활성제로, 토양 및 광산폐수에서 중금속 제거 효과를 입증한 바 있다. 본 연구에서는 rhamnolipid를 이용하여 심해저 광물자원 내 중금속 정화 가능성을 평가하고, 경과시간 및 rhamnolipid 농도에 따른 다양한 조건에서의 중금속 용출 특성을 평가하였다. 방법 : Rhamnolipid를 이용한 심해저 광물자원 내 중금속 정화 가능성을 평가하기 위하여, 초순수를 사용하여 2%(w/v)의 액상으로 만든 시료(20-63 μm, 망간 단괴)와 rhamnolipid용액(0.05%, 0.1%, 0.2%, 0.3% (w/v))을 다양한 경과시간 동안 교반·혼합하였다. 각각의 혼합물은 고상과 액상을 분리하여 액상에 용출된 중금속을 분석하였다. 결과 및 토의 : 연구 결과, 우선 처리대상물질로 선정한 구리, 아연, 니켈, 카드뮴에 대하여 용출된 중금속의 농도는 경과시간 및 rhamnolipid 농도에 비례하여 증가하는 경향을 보였다. 결론 : 다양한 처리 조건에서 시료의 용출 특성을 기초로, 향후 rhamnolipid를 이용한 실제 심해저 광업 잔재물 정화 기술 개발을 위한 기초 자료로써 활용될 것이다.