환경친화적이면서 저가의 비이온성 계면활성제가 함유된 소화약제를 조제하고 이의 물성과 소화약제 성능시험을 수행하였다. 약제의 주된 계면활성제로서 에톡실레이티이드 솔비톨 셉타올레이트, 에톡실레이트 솔비톨 트리올레이트 그리고 선형 에톡실레이트 이차 알코올을 사용하였다. 본 연구에서는 휘발유의 부피보다 4배 가량의 6% 소화약제가 투입되는 경우 화재를 진압할 수 있는 능력을 가지고 있는 것을 알 수 있었다. 1단위 B급 화재 진화 시험을 수행한 결과, 소화성능은 계면활성제의 농도에 정비례하는 것으로 나타났다.
$Mg^{2+}$ 존재하에서 비이온성 계면활성제 $nonylphenol-(ethylene oxide)_n$[NP-nEO; n = 12, 40, 100]와 요오드간의 상호작용을 UV-visible spectrophotometer를 이용하여 수용액 중에서 조사하였다. CMC (Critical micelle concentration)는 $Mg^{2+}$ 농도 증가에 따라 감소하였으며, 그 감소폭은 EO(ethylene oxide) 수에 크게 의존하였다. CMC 이상에서 $Mg^{2+}$ 첨가에 따른 상호작용 피크와 강도는 증가하다가 감소하는 변곡점을 보였다. 상호작용 피크의 강도 증가는 $Mg^{2+}$ 존재하에서 미셀구조가 더욱 조밀해진데 따른 요오드와의 전자주게-받게 겹침증가로 볼 수 있다. 이러한 현상들은 비이온성 계면활성제 미셀표면에 노출된 EO 사슬이 유사크라운에테르 구조를 형성하여 $Mg^{2+}$ 의 착물을 형성할 수 있는 가능성을 보여준다.
본 연구에서는 합성한 DE7-OSA82-AO와 DEP52-OSA82-AOQ82 양쪽성 계면활성제에 대하여 계면활성제의 기본적인 물성(임계 마이셀 농도, 표면장력, 계면장력, 접촉각, 점도, 계면활성제 시스템의 상거동 등)을 측정하였다. 또한 계면활성제 수용액에 대한 제타전위 측정과 QCM 실험을 통하여 양쪽성 계면활성제가 양이온 계면활성제에서 음이온 혹은 비이온 계면활성제로 작용이 전환되는 등전점을 결정하였다. 제타전위 측정과 QCM 실험을 통하여 결정한 DE7-OSA82-AO 계면활성제의 등전점은 각각 7.2와 7.4이며, DEP52-OSA82-AOQ82 계면활성제의 등전점은 각각 10.4와 11.0으로서 제타전위 측정과 QCM 측정 결과가 거의 일치하였다. 표면 마찰 시험기를 사용하여 DE7-OSA82-AO 계면활성제로 세정한 섬유의 평균 마찰계수 값을 측정한 결과, 계면활성제 수용액의 pH가 산성 조건 혹은 중성 조건에서 섬유 유연 효과가 크며, DEP52-OSA82-AOQ82 계면활성제의 유연력은 등전점보다 낮은 pH 11 이하의 조건에서 우수함을 확인하였다.
본 연구에서는 식물세포배양으로부터 항암제 paclitaxel 정제를 위한 전처리 공정으로 계면활성제 (surfactant)를 이용한 마이셀(micelle) 공정을 개발하였으며, 특히 마이셀 공정에서의 계면활성제 영향에 대해 조사하였다. 마이셀은 친수성 그룹과 소수성 그룹으로 구성되어 있어 마이셀 내부로는 물에 녹지 않는 paclitaxel을 소수성 그룹이 감싸게 되고 외부는 친수성 그룹이 되어 수용액에 용해될 수 있게 된다. 따라서 식물세포인 biomass로부터 유기용매 추출액을 건조하여 상 분리에 적합한 유기용매에 녹인 후 마이셀 형성에 적합한 계면활성제를 첨가하고 교반하여 정체시키면 물에 녹지 않는 paclitaxel이 마이셀 내부의 소수성 그룹에 감싸여 수용액 상로 이동하고 paclitaxel을 제외한 여러 가지 불순물들 (특히 lipid 성분들)은 유기용매 상에 그대로 존재하게 되어 paclitaxel과 불순물들을 효율적으로 분리하게 된다. 본 실험에서는 분리 및 정제에 많이 쓰이는 대표적인 양이온(CPC, CTMAC, LTMAC), 음이온 (SDS, AOT), 비이온 (Tween, PEG, Triton) 계면활성제의 영향에 대한 실험을 수행하였다. 양이온 계면활성제인 CTMAC (5%, w/v)을 이용한 마이셀 공정에서 가장 높은 수율 (${\sim}99%$)과 순도 (${\sim}21%$)를 얻었으며 또한 마이셀 형성 후 상 분리에 30 min 정도 소요되어 가장 단시간에 상 분리가 이루어짐을 알 수 있었다. 전처리 공정에서의 마이셀 형성 및 상 분리 방법은 불순물로부터 효과적으로 높은 순도의 paclitaxel을 고수율로 회수할 수 있어 최종 정제를 위한 전처리 공정으로 매우 유용하게 활용될 수 있을 것으로 판단된다.
본 연구에서는 에틸렌 옥사이드가 부가된 양쪽성 계면활성제에 대하여 기본적인 물성(임계 마이셀 농도, 표면장력, 계면장력, 접촉각, 점도, 계면활성제 시스템의 상거동 등)을 측정하였다. 또한 계면활성제 수용액에 대한 제타 전위 측정과 QCM 실험을 통하여 양쪽성 계면활성제가 양이온 계면활성제에서 비이온 계면활성제로 작용이 전환되는 등 전점을 결정하였다. 제타 전위 측정에 의하여 결정한 DE3-OSA82-AO, DE5-OSA82-AO 및 DE9-OSA82-AO 계면활성제 시스템의 등전점은 각각 6.97, 6.93 및 7.10이며, 이 결과는 QCM 측정 실험으로부터 결정한 각각의 등전점 6.97, 6.83 그리고 7.02의 값과 거의 일치하였다. 표면 마찰 시험기를 사용하여 계면활성제로 세정한 섬유의 평균 마찰계수 값을 측정한 결과, 계면활성제 수용액의 pH가 중성인 조건에서 섬유 유연 효과가 우수함을 확인하였다.
중금속 오염 토양(Cd, Pb)에 대한 음이온성 계면활성제, AOS(alpha olefin sulfonate), SDS(sodium dodecyl sulfate) 및 LAS(linear alkyl benzene sulfonic acid)의 중금속 추출능력을 평가하였다. 계면활성제의 pH와 탄소성분 개수가 중금속 추출율에 지대한 영향을 미치는 것으로 나타났다. LAS는 산성 pH에 의한 중금속 추출효과가 높게 나타났다. SDS는 탄소개수가 AOS에 비해 적지만 중금속 추출율이 보다 높게 나타난 것은 AOS에 비하여 SDS가 작은 크기 마이셀을 형성하기에 토양과의 접촉이 보다 원활하게 일어난 것으로 판단된다. 계면활성제에 음이온성 리간드(ligand) NaI을 첨가한 결과 중금속 추출율이 Cd의 경우 1.2-2.7배 증가하였다. 반면 Pb의 경우는 0.56-1.76배로 오히려 감소하였다. 이는 $I^-$ 이온과 Pb 사이에서 형성된 비수용성 화합물이 토양에 그대로 침전되기 때문이었다. 연속식 토양칼럼실험에서도 적은 탄소개수 및 마이셀의 크기를 가지는 SDS가 토양과의 접촉 및 용탈에 보다 효율적인 것으로 나타났다.
순수 물에서 음이온 계면활성제인 Sodium dodecylbenzenesulfonate(DBS)와 비이온 계면활성제인 Polyoxyethylene(4) lauryl ether(Brij 30)의 혼합계면활성제의 임계미셀농도(CMC)와 반대이온의 결합상수(B)값을 288 K에서 308 K까지의 범위에서 DBS의 겉보기 몰분율(1)의 함수로서 전도도법과 표면장력계법으로 측정하였다. 측정한 CMC의 온도의존성으로부터 DBS/Brij 30 혼합계면활성제의 미셀화 현상에 대한 여러 가지 열역학적 함수값들(Smo, Hmo 및 Gmo)을 계산하고 분석하였다. 그 결과, 측정범위 내에서 Gmo은 모두 음의 값을 그리고 Smo은 모두 양의 값을 나타내었다. 이에 반하여 Hmo은 측정한 온도와 1의 값에 따라 양 혹은 음의 값을 나타내었다.
본 연구에서는 생물계면활성제와 비이온계 계면활성제 용액의 pH 변화가 phenanthrene의 용해도 증가에 미치는 영향을 수용액 시스템에서 조사하고자 하였으며, PAHs-분해균주가 phenanthrene을 분해할 경우 이러한 용해도의 변화가 분해균주의 활성과 전체 분해율에 주는 영향을 파악하고자 하였다. 생물계면활성제 rhamnolipid와 비이온계 합성계면활성제 tween 80의 phenanthrene에 대한 solubilization capacity를 조사하기 위한 회분식 실험의 결과 MSR (Molar Solubilization Ratio)은 각각 0.0425와 0.1449로 나타났으며, 생물계면활성제 첨가로 인한 phenanthrene olubilization 기작이 평형에 도달하기 위한 시간은 24시간 정도로 나타났다. 임계마이셀 농도의 약 4.3배에 해당하는 240ppm의 생물계면활성제를 첨가하였을 경우, 증류수만을 첨가하였을 경우 용해도보다 약 9배 이상 phenanthrene의 용해도가 증가하였다. 또한, 생물계면활성제의 pH 변화가 phenanthrene solubility에 주는 영향을 살펴본 결과, 가장 높은 용해도를 나타낸 pH는 240ppm과 2000ppm의 생물계면활성제를 첨가한 경우 모두 pH 범위 4.5-5.5로 나타났다. 이는 rhamnolipid의 친수성 부분의 음전하 세기가 pH에 따라 달라지는 현상에 기인한 것으로 보여진다. 생물계면 활성제가 존재하지 않는 조건에서, pH의 변화가 phenanthrene 분해균주인 CRE7의 생장률과 분해능에 주는 영향을 조사한 결과, 최대 비성장률은 pH 6에서 나타났지만, pH 5-7 범위에서 크게 변화하지 않았다. 이러한 비성장률의 차이가 분해능에 미치는 영향을 확인한 결과, 높은 비성장률은 결과적으로 높은 분해율을 나타내는 것으로 보여졌다. 생물계면활성제를 첨가한 경우, 생물계면활성제를 첨가하지 않은 실험결과에 비교해 볼 때, pH 4를 제외하고 전체적으로 비성장률이 증가한 경향을 보였으며, 전체 분해율도 증가하는 추세를 나타내었다. 생물계면활성제의 첨가로 인해 pH 5에서의 비성장률은 첨가하지 않았을 경우에 비해 약 1.5배 증가하였으며, 이는 생물계면활성제가 phenanthrene의 용해도를 pH 5에서 약 5배이상 증가시킨 것과 비교하여 볼 때, 그 증가폭이 적다고 할 수 있다. 이러한 결과는 생물계면활성제의 첨가로 인해 마이셀 구조안으로 용해되어진 phenanthrene 의 경우 분해균주의 접근이 용이하지 않아 분해되기 어렵다는 것을 말해주며, pH에 따라 나타나는 서로 다른 구조의 phenanthrene-rhamnolipid의 집합체는 생물학적 이용도 또한 달라질 수 있음을 의미한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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